게이팅과 고체화: 다공성 제거의 핵심

투자 캐스팅 과정에 들어가 성공적인 부품을 만드는 데 필요한 모든 요소를 이해하는 것이 중요합니다. 부품 고장을 피하기 위한 첫 번째 단계 중 하나는 주조 전에 부품의 필요한 견고함을 확인하는 것입니다. 투자 캐스팅은 부품의 성공을 예비적으로 입증할 수 있는 몇 안 되는 제조 공정 중 하나입니다.

게이팅 시스템

투자 주조 부품을 설계할 때는 게이트 위치와 크기를 반드시 고려해야 합니다. 게이트는 용융 금속이 공동으로 자유롭게 흐를 수 있도록 하는 작은 구멍으로, 공급 소스(스프루)와 부품 사이의 연결 지점으로 생각할 수 있습니다. 게이트는 주조물에서 가장 두껍고 무거운 부분에 이상적으로 위치하여, 금속이 지속적으로 흐르며 부품 전체를 채우고 고체화될 수 있도록 합니다.

주조 중 금속이 어떻게 굳어지는지

금속 고체화는 게이팅을 이해하는 데 매우 중요한 요소입니다. 용융강은 초기 주입 온도인 약 3000°F에서 약 2500°F의 고체 온도로 냉각되면서 체적 수축을 겪습니다. 이 수축은 금속이 고체화될 때와 열팽창으로 인해 실온으로 식을 때 계속됩니다.

예를 들어, 1" x 1" x 1" 큐브가 용융 강철로 채워지면 상온에서 약 0.96" x 0.96" x 0.96" 정도로 수축합니다. 이러한 체적 변화는 부품 기하학과 게이트 위치 및 크기를 신중히 고려해야 합니다. 적절한 설계는 주물이 지속적으로 액체 금속으로 공급되어 응고가 진행됨에 따른 수축을 보완하도록 보장합니다.

성공적인 캐스트가 되는 것은 무엇일까요?

게이트 위치와 크기

금속 고체화의 기본을 이해한 후에는 게이트의 크기와 위치를 파악할 수 있습니다. 게이트 세부 사항을 고려하지 않으면, 금속이 주조물을 채우고 손실된 부피를 보완하기 전에 게이트가 굳어버릴 수 있습니다. 이로 인해 부품 내에 완전히 채워지지 않은 큰 주머니가 생길 수 있는데, 이를 내부 다공성(porosity)이라고도 합니다. 기공성(porosity)은 부품 내에 빈이나 구멍이 있는지 여부에 따라 달성된 고체 수준을 의미합니다. 부품이 부품 기능을 고려해 신중하게 제한되지 않으면, 부품 고장으로 이어질 수 있습니다.

부품 설계

게이트만이 다공성을 제거하는 유일한 결정 요인은 아닙니다. 부품 형상은 금속의 방향성 응고에 영향을 줄 수 있습니다. 설계는 열적 구배가 충분히 가파르게 만들어 부품에서 부품으로 이어지는 공급 경로가 깨끗하게 유지되도록 해야 합니다. 부품은 한꺼번에 굳지 않고 바깥쪽에서 안쪽으로 식기 때문에, 품질 좋은 설계를 통해 금속이 먼저 게이트에서 멀어지도록 식히게 됩니다. 고드름 모양은 완벽한 주조의 대표적인 예로, 끝부분이 먼저 얼고 나머지 부분이 가장 작은 부분부터 가장 두꺼운 부분(수원)까지 얼어붙습니다.

초기 다공성이 보이는 설계에서는 피드 리브와 같은 특징을 추가하면 원치 않는 포켓을 제거할 수 있습니다. 부품 설계는 바닥 바닥을 좁혀 다공성을 줄이는 등 구조적 변화를 통해 개선할 수도 있습니다. 하지만 경우에 따라 부품 기하학은 변경할 수 없습니다. 복사열을 활용해 얇은 벽을 충분히 뜨겁게 유지해 부품, 특히 엔드 플레이트가 고체화될 때 공급되도록 설계하는 것이 중요하지 않습니다.

고객과 긴밀히 협력함으로써 Signicast 설계 엔지니어 는 부품 기능을 더 잘 이해하고 애플리케이션 요구사항에 맞게 부품 기하학을 최적화할 수 있습니다.

캐스팅 재료 선택

설계 고려사항 외에도, 재료 선택 은 부품 내 다공성과 주조물의 고체성에 직접적인 영향을 미칩니다. 합금 내 각 원소는 서로 다른 응고율을 가지므로, 17-4 스테인리스 스틸과 같은 합금은 합금 내 원소 함량 때문에 액체에서 고체로 변할 때 온도 범위가 더 넓어집니다. 넓은 온도 범위는 흐름을 억제하여 저탄소강보다 관대함이 떨어집니다. 프로젝트 초반에 재료 요구사항을 알게 되면, 설계 엔지니어는 금형 단계로 넘어가기 전에 부품 성공률을 예측하고 다공성을 제한할 수 있는 기회를 더 잘 갖게 됩니다.

부품 설계를 본격적으로 생산하기 전에 잠재적인 다공성 문제를 파악하는 것이 중요합니다. Signicast에서는 고화 및 유동 소프트웨어를 사용해 게이팅 위치의 효율성을 평가하고, 설계를 검증하기 위해 캐스팅 다공성을 예측합니다. 저희 설계 엔지니어들은 시장 출시 지연 없이 성공적인 부품을 만들어낼 수 있도록 유익한 설계 제안을 도와드립니다.