스테인레스 스틸 정밀 주조용 쉘 제조 방법?

쉘 제조는 스테인리스강 정밀 주조의 핵심 단계입니다. (투자 주조), 치수 정확도를 직접 결정, 표면 품질, 최종 구성 요소의 구조적 무결성.

기존의 모래 주조와 달리, 스테인리스강 정밀 주조는 매우 엄격한 공차를 요구합니다., 높은 온도에서도 안정적인 금형 형상, 금속을 붓고 응고하는 동안 일관된 쉘 강도.

합금 수축과 같은 모든 영향 요인 중, 응고 거동, 및 열 변형 - 세라믹 쉘 시스템 결정적인 역할을 한다.

이 기사에서는 스테인리스강 정밀 주조용 쉘이 제조되는 방법에 대한 포괄적이고 기술적으로 기초적인 분석을 제공합니다., 세 가지 주요 산업 루트에 특히 초점을 맞춰: 물 유리 껍질, 실리카 졸 껍질, 및 하이브리드 쉘 시스템.

1. 정밀 주조에서 세라믹 쉘의 역할

~ 안에 스테인레스 스틸 정밀 주조, 그만큼 세라믹 쉘 두 가지 역할을 모두 수행합니다. 곰팡이 그리고 구조적 지원 시스템, 최종 주조물의 치수 정확도 결정, 표면 품질, 그리고 구조적 무결성.

그 역할은 여러 기술적 관점에서 분석될 수 있습니다.:

차원 재생산

쉘은 반드시 기하학을 정확하게 복제 왁스 패턴의, 필렛과 같은 미세한 디테일을 포함하여, 구멍, 스레드, 그리고 얇은 벽.

쉘의 수축이나 변형은 최종 주조 시 치수 오류로 직접적으로 해석됩니다..

열 안정성

스테인레스 스틸은 고온에서 부어집니다. (1550~1650°C). 쉘은 유지해야합니다 기계적 강도와 강성 가열 및 금속 충전 중. 열 저항이 부족하면 다음이 발생할 수 있습니다. 뒤틀림, 열분해, 또는 축소 금형의.

제어된 열 전달

껍질은 다음과 같은 역할을 합니다. 열 장벽, 금속의 냉각 속도 제어.

적절한 열 전달이 보장됩니다. 균일한 응고, 내부 스트레스를 줄입니다, 다공성이나 열간 찢어짐과 같은 결함을 최소화합니다..

가스 투과성

붓는 동안, 갇힌 가스 가스 다공성을 방지하려면 껍질을 통해 탈출해야 합니다..

잘 설계된 쉘은 밀도와 투과성의 균형을 유지하여 금형 강도를 손상시키지 않으면서 가스 배출을 허용합니다..

결함 완화

세라믹 쉘은 일반적인 주조 결함을 방지합니다.:

• 형성 감소 모래 함유물
• 최소화 금속-금형 경계면에서의 산화
• 제한 표면 거칠기 그리고 수축 불규칙

2. 스테인레스강 정밀 주조를 위한 세 가지 주요 쉘 제조 공정

사용된 바인더 유형에 따라, 스테인리스강 정밀 주조의 쉘 제조 공정은 세 가지 범주로 분류됩니다., 각각은 뚜렷한 기술적 특성을 가지고 있습니다., 품질 성능, 그리고 비용상의 이점.

2.1 물유리 껍질 제조 공정

그만큼 물 유리 공정 스테인레스 스틸 정밀 주조 분야에서 가장 널리 사용되는 쉘 제조 기술입니다., 저렴한 비용과 간단한 조작이 특징.

핵심 원칙:

규산나트륨 (물 유리) 바인더 역할을 한다, 내화성 모래와 혼합 (실리카 모래, 지르콘 모래) 코팅을 형성하기 위해.
염화암모늄 (nh₄cl) 또는 황산암모늄을 경화제로 사용합니다.; 경화제는 물유리와 반응하여 규산 겔을 생성합니다., 내화성 모래를 굳히고 결합시켜 껍질을 형성하는 것.

공정특성:

껍질은 3~5겹의 코팅과 샌딩으로 형성됩니다., 총 두께 5-8mm.
각 층을 코팅한 후, 껍질을 경화제에 1~2분 동안 담가둡니다., 그런 다음 실온에서 2~4시간 동안 자연 건조합니다..

성능 & 품질의 장단점

장점: 낮은 원자재 비용 (물잔은 1/3 실리카졸의 가격); 간단한 과정, 특별한 건조 장비가 필요하지 않습니다.;
높은 생산 효율성, 중정밀 주물 대량생산에 적합.
제한 사항: 실리카졸 껍질과 비교, 물유리 껍질은 잔류 규산나트륨을 유지합니다., 결과적으로 고온 강도가 낮아집니다. (1000℃에서 15MPa 이하 vs. 실리카졸의 ≥25MPa) 변형 저항이 좋지 않습니다..
생산된 주물은 표면이 거칠다 (RA 12.5-25 μm), 모래 함유물 및 수축 다공성과 같은 일반적인 결함이 있음; 치수 정확도가 상대적으로 낮습니다. (공차 ±0.15~0.3mm).

적용 가능한 시나리오:

표면 조도 및 정밀도에 대한 요구 사항이 낮은 일반 스테인레스강 정밀 주조, 일반 기계 부품 등, 하드웨어 액세서리, 및 저압 파이프라인 구성요소.
대부분의 중소 규모 파운드리에서는 비용 관리를 위해 이 프로세스를 우선시합니다..

2.2 실리카졸 쉘 제조 공정

그만큼 실리카 졸 공정 고품질 스테인리스강 정밀주조에 특화된 첨단 쉘 제조 기술입니다., 뛰어난 치수 정확도와 표면 품질로 유명.

핵심 원칙:

콜로이드 실리카 (실리카 졸, 입자 크기 10~20nm) 바인더 역할을 한다, 내화성 모래로 (고순도 지르콘 모래, 융합된 규사) 집계로.
물컵과는 다르게, 실리카졸은 화학적 경화제가 필요하지 않습니다.; 일정한 온도와 습도의 환경에서 탈수와 응축을 통해 경화됩니다..

공정특성:

껍질에는 5~7겹의 코팅과 샌딩이 필요합니다., 총 두께 7~10mm. 각 층은 일정한 온도에서 건조되어야 합니다. (20–25℃) 그리고 일정한 습도 (40–60%) 8~12시간 동안 챔버.
건조과정이 중요해요: 느린, 균일한 건조로 껍질이 조밀하게 형성됩니다., 균열이 없는 균일한 구조.

성능 & 품질의 장단점

장점: 실리카 졸 껍질은 순도가 높습니다. (잔류 알칼리성 물질이 없음) 그리고 우수한 고온 성능:
1000℃에서 고온 강도 ≥25MPa, 좋은 열충격 저항, 최소한의 선형 변화 (0.15% 이하) 가열 및 냉각 중에.
주물은 치수 정확도가 높습니다. (공차 ±0.05~0.1mm) 그리고 매끄러운 표면 (RA 3.2-6.3 μm),
모래 혼입 불량이 거의 없음; 내부구조가 조밀하다, 고급 애플리케이션의 요구 사항 충족.
제한 사항: 높은 비용 - 실리카졸 바인더는 물유리보다 3배 더 비쌉니다.; 항온항습 건조실로 장비 투자 증가;
긴 건조 시간 (총 건조 시간 48~72시간) 생산 효율성 감소, 전반적인 제조 비용을 증가시킵니다..

적용 가능한 시나리오:

정확성에 대한 엄격한 요구 사항을 갖춘 고급 스테인리스강 정밀 주조, 표면 마무리, 그리고 내부 품질,
항공우주 부품과 같은, 의료 기기, 자동차 엔진 부품, 해양 정밀 밸브.

높은 제품 등급을 추구하는 제조업체가 선호하는 공정입니다..

2.3 실리카졸 복합 쉘 제조 공정

실리카졸 복합 공정은 물유리와 실리카졸 공정의 장점을 통합합니다., 품질과 비용의 균형을 맞추다,
중급~고급 스테인리스강 정밀 주조품의 일괄 생산을 위한 주류 선택이 되었습니다..

핵심 원칙:

'하이브리드 바인더' 디자인 채택: 내부 2~3층 (왁스 패턴에 접촉) 표면 매끄러움과 치수 정확성을 보장하기 위해 실리카졸을 바인더로 사용합니다.;
외부 2~3개 층은 물유리를 결합제로 사용하여 껍질 강도를 높이고 비용을 절감합니다..

내부층은 항온항습 환경에서 건조됩니다., 외부 층은 빠른 경화를 위해 화학 경화제를 사용합니다..

공정특성:

고품질의 실리카졸 공정의 내부층과 저가의 물유리 공정의 외부층을 결합;

총 쉘 두께 6–9 mm, 총 생산 주기 24~36시간 - 순수 실리카졸 공정보다 빠르고 순수 물유리 공정보다 정확함.

성능 & 품질의 장단점

장점: 품질 안정성은 물유리 공정보다 우수하지만 순수 실리카졸 공정에 비해 약간 뒤떨어집니다.; 주물 표면 마감 Ra 6.3–12.5 μm 및 치수 정확도 ±0.1–0.2 mm, 대부분의 중급 및 고급 기계 제품의 요구 사항을 충족합니다..

순수 실리카졸 공정에 비해 생산원가가 40~50% 저렴, 고품질 주조를 위해 물유리 공정보다 효율성이 높습니다..
제한 사항: 프로세스 제어는 단일 프로세스 쉘 제작보다 더 복잡합니다.; 실리카졸 내부층과 물유리 외부층 사이의 인터페이스에는 박리를 방지하기 위해 엄격한 매개변수 일치가 필요합니다.;
순수 실리카졸 공정의 정밀도 수준에 도달할 수 없습니다..

적용 가능한 시나리오:

중~고급 스테인리스 기계제품 일괄 생산, 유압 부품과 같은, 정밀 기어, 펌프 임펠러, 및 건설기계 부품.

품질과 경제성을 동시에 추구하는 제조사를 위한 최적의 선택입니다..

3. 고품질 스테인리스 스틸 주조 쉘의 중요 제어 지점

쉘 제작 공정에 관계없이 채택됨, 쉘 품질과 주조 성능을 보장하려면 몇 가지 주요 제어 사항을 엄격하게 준수해야 합니다.:

• 바인더 농도 조절: 물유리용, 모듈러스 2.8~3.2 및 밀도 1.26~1.30g/cm²가 최적입니다.;
  실리카졸용, 고형분 함량 30-32% 및 pH 9-10으로 코팅 안정성과 접착 강도 보장.
• 내화물 모래 매칭: 내부 층은 미세한 모래를 사용합니다. (100–200 메시) 부드러움을 위해; 바깥층은 거친 모래를 사용합니다. (40–80 메시) 힘을 위해.
  스테인레스 스틸 주조에는 용강과의 화학 반응을 피하기 위해 고순도 지르콘 모래가 선호됩니다..
• 건조 & 강화 매개변수: 물유리 껍질용, 경화제 농도 20~25%로 균일한 경화 보장;
  실리카 졸 껍질용, 일정한 온도 22±2℃ 및 습도 50±5%로 균열 및 박리를 방지합니다..
• 쉘 레이어 디자인: 층수와 두께는 주조 크기에 따라 결정됩니다.: 작은 주물 (50mm 이하) 3~4개의 레이어 필요,
  중간 주물 (50–200 mm) 5-6개 레이어, 큰 주물 (>200 mm) 7-용강 충격을 견딜 수 있는 8개 층.
• 디왁싱 & 로스팅 제어: 쉘 제작 후, 100~120℃ 탈왁스로 왁스 패턴을 완전히 제거;
  900~1050℃에서 2~4시간 로스팅하여 잔류 유기물 제거, 껍질 강도가 좋아진다, 주조품의 가스 결함을 줄입니다..

4. 쉘 시스템의 비교 평가

5. 결론

쉘 제조는 스테인리스강 정밀 주조에 있어 결정적인 기술입니다., 정확도에 직접적인 영향을 미침, 표면 무결성, 및 결함 형성.

물잔을 하면서, 실리카 졸, 복합 쉘 시스템에는 각각 고유한 장점과 한계가 있습니다., 단일 프로세스는 보편적으로 최적이 아닙니다..

현대 정밀 주조가 점점 더 선호되고 있습니다. 프로세스 최적화 및 하이브리드 쉘 전략, 안정적인 품질을 보장하면서 성능과 비용의 균형을 유지하세요..

적절한 쉘 시스템 선택과 엄격한 공정 제어를 통해, 제조업체는 까다로운 산업 표준을 충족하는 고품질 스테인리스강 정밀 주조품을 지속적으로 생산할 수 있습니다..