1. 소개
원심 펌프는 산업 시스템에서 유체 운송 장비의 지배적인 범주를 나타냅니다., 전세계 펌프 설치의 대부분을 차지함.
작동 매개변수가 더 높은 압력을 향해 계속 증가함에 따라, 온도, 및 내식성, 펌프 케이싱은 점점 더 엄격해지는 기계 및 야금 표준을 충족해야 합니다..
펌프 케이싱은 압력 억제를 담당하는 핵심 구조 구성 요소입니다., 흐름 채널 형성, 기계적 지원.
대형의 경우 스테인레스 스틸 펌프 케이싱, 거대한 차원의 조합, 복잡한 내부 구멍, 국부적으로 두꺼운 부분이 있어 결함 관리가 특히 어렵습니다..
기존의 경험적 공정 설계 방법은 수축 관련 결함을 확실하게 제거하는 데 어려움을 겪는 경우가 많으며 과도한 공정 마진 또는 낮은 수율을 초래할 수 있습니다..
주조 시뮬레이션 기술의 발전으로, 생산 전 충전 및 응고 거동의 변화를 예측하고 제어하는 것이 가능해졌습니다..
이 연구는 수치 시뮬레이션을 핵심 설계 도구로 활용하고 이를 야금학적 원리 및 실제 주조 경험과 결합하여 대형 스테인리스강 원심 펌프 케이싱을 위한 견고한 주조 공정을 개발합니다..
2. 구조적 특성 및 재료 거동 분석
펌프 케이싱의 구조적 복잡성
조사된 펌프 케이싱은 대형이다., 구멍, 여러 개의 교차 표면과 복잡한 내부 흐름 통로가 있는 회전 대칭 구성요소.
케이싱에는 확장된 측면 섹션이 포함되어 있습니다., 강화 플랜지, 대칭으로 배열된 리프팅 러그.
유동 채널 영역과 구조적 보강 영역 사이에 상당한 벽 두께 변화가 존재합니다..
측벽과 끝면의 교차점은 전형적인 열 핫스팟을 형성합니다., which tend to solidify last and are highly susceptible to shrinkage defects if not properly fed.
스테인레스 강의 응고 특성
The selected stainless steel grade is characterized by high alloy content and a wide solidification temperature range.
During cooling, the alloy remains in a semi-solid state for an extended period, resulting in limited feeding permeability and reduced liquid metal mobility in the late stages of solidification.
뿐만 아니라, stainless steel exhibits relatively high volumetric shrinkage compared with carbon steels.
These metallurgical characteristics demand a casting process that ensures stable filling, controlled temperature gradients, and effective feeding throughout the entire solidification sequence.
3. 금형 시스템 선택 및 타설 방식 최적화
금형 재료 및 냉각 특성
수지 sand molding technology was selected due to its suitability for large and complex castings.
Compared with metallic molds, 수지 모래 주형은 더 나은 단열과 더 느린 냉각 속도를 제공합니다., 스테인리스강 주물의 열 응력과 균열 경향을 줄이는 데 도움이 됩니다..
또한 금형 시스템은 코어 조립에 유연성을 제공하고 금형 강성과 투과성을 정밀하게 제어할 수 있습니다., 이는 치수 정확성과 가스 배출을 보장하는 데 필수적입니다..
타설 방향 평가
충전 안정성의 관점에서 다양한 주입 방향을 평가했습니다., 먹이 효율, 및 불량 예방.
여러 개의 고립된 핫스팟을 생성하는 수평 주입 구성이 발견되었습니다., 특히 효과적으로 먹이를 주기 어려운 상부 부분에서는 더욱 그렇습니다..
최종적으로 수직 타설 방향이 선택되었습니다., 방향성 응고의 원리와 일치하므로.
이 구성에서, 주조의 하부 부분이 먼저 응고됩니다., 상부 핫스팟 지역은 먹이 공급원에 연결된 상태로 유지됩니다., 공급 신뢰성과 결함 제어가 크게 향상되었습니다..
4. 게이팅 시스템 설계 및 충전 최적화
디자인 원칙
게이팅 시스템은 빠르고 안정적인 충전을 목표로 설계되었습니다., 최소한의 난기류, 효과적인 포함 제어.
슬래그 혼입 및 금형 표면 침식을 방지하기 위해 과도한 금속 속도와 급격한 흐름 방향 변화를 피했습니다..
바닥 붓기 구성
바닥 공급, 개방형 게이팅 시스템을 채택했습니다.. 용융 금속은 하부 영역에서 금형 캐비티로 들어가 원활하게 상승합니다., 공기와 가스가 위쪽으로 이동하고 효율적으로 배출되도록 합니다..
이 충전 모드는 유동 난류를 크게 줄이고 충전 중 균일한 온도 분포를 촉진합니다., 이는 주입 시간이 긴 대형 스테인리스강 주물에 특히 유리합니다..
5. 공급 시스템 설계 및 열 제어 전략
중요한 핫스팟 식별
수치 시뮬레이션 결과는 측벽과 단면의 교차점에서 최종 응고 영역을 명확하게 식별했습니다..
이 영역은 공급 및 열 제어의 주요 대상으로 확인되었습니다..
라이저 구성 및 기능
상단 라이저와 측면 블라인드 라이저의 조합은 전체 및 지역별 공급 요구 사항을 모두 충족하도록 설계되었습니다..
상단 라이저는 주요 공급원 역할을 했으며 가스 배출도 촉진했습니다., 측면 라이저는 측면 핫스팟에 대한 공급 접근성을 향상시켰습니다..
충분한 공급 시간을 유지하고 주조 본체가 아닌 라이저 내에서 최종 응고가 발생하도록 라이저 형상 및 배치가 최적화되었습니다..
오한의 적용
외부 냉각 장치는 두꺼운 부분 근처에 전략적으로 배치되어 국부적으로 응고를 가속화하고 유리한 온도 구배를 설정했습니다..
칠링과 라이저의 조화로운 사용은 방향성 응고를 효과적으로 촉진하고 고립된 핫스팟을 방지합니다..
6. 수치 시뮬레이션 및 다차원 분석
금형 충진 거동을 평가하기 위해 고급 주조 시뮬레이션 소프트웨어가 사용되었습니다., 온도 변화, 고형분 개발, 결함 감수성.
시뮬레이션 결과는 금속 전면이 매끄러우며 흐름 박리 또는 정체의 증거가 없는 안정적인 충전 공정을 보여주었습니다..
응고 중, 캐스팅은 명확한 상향식 응고 패턴을 나타냈습니다..
수축 다공성 예측에 따르면 모든 잠재적 수축 결함은 라이저 및 게이팅 시스템에 국한되어 있는 것으로 나타났습니다., 주조 본체에 내부 결함이 없도록 유지.
열 응력 및 균열 경향 분석에 따르면 응력 수준이 허용 가능한 한도 내에서 유지되는 것으로 나타났습니다., 프로세스 설계의 견고성을 더욱 검증합니다..
7. 가공성 및 주조 후 성능
주조 품질은 후속 가공 효율성과 부품 성능에 직접적인 영향을 미칩니다..
내부 수축 결함 및 표면 불연속성이 없어 공구 마모가 줄어듭니다., 가공 진동, 마무리 작업 중 스크랩 위험.
게다가, 균일한 응고 및 제어된 냉각은 보다 균일한 미세 구조 및 잔류 응력 분포에 기여합니다., 가공 및 서비스 중 치수 안정성을 향상시킵니다..
이는 특히 유압 효율성을 유지하기 위해 플랜지와 유로의 정밀한 정렬이 필요한 펌프 케이싱과 관련이 있습니다..
8. 잔류 응력 제어 및 서비스 신뢰성
잔류 응력은 대형 스테인리스강 펌프 케이싱의 장기적인 신뢰성에 영향을 미치는 중요한 요소입니다..
응고 중 과도한 열 구배로 인해 내부 응력이 높아질 수 있습니다., 열처리 및 서비스 중 뒤틀림이나 균열 가능성 증가.
수지사형의 병용, 바닥 붓기, 제어된 냉각은 주조 전반에 걸쳐 점진적인 온도 변화를 촉진합니다..
이 접근법은 잔류 응력 축적을 효과적으로 제한하고 공격적인 주조 후 응력 완화 처리의 필요성을 줄입니다., 이를 통해 부품의 서비스 수명 동안 구조적 신뢰성이 향상됩니다..
9. 시험 생산 및 검증
최적화된 프로세스 매개변수를 기반으로, 본격적인 시험 캐스팅이 진행되었습니다.
생산된 펌프 케이싱은 잘 정의된 윤곽을 나타냈습니다., 매끄러운 표면, 눈에 보이는 표면 결함이 없습니다..
이후의 비파괴검사 및 가공검사를 통해 우수한 내부건전성과 치수안정성을 확인하였습니다..
시험 결과는 시뮬레이션 예측과 거의 일치했습니다., 제안된 주조 공정의 높은 신뢰성과 실제 적용 가능성을 입증.
10. 결론
이 연구는 대형 스테인리스강 원심 펌프 케이싱에 대한 포괄적인 주조 공정 설계 및 최적화를 제시합니다..
이 작업은 구조 분석을 통합합니다., 재료 응고 거동, 몰드 및 타설 방식 선택, 게이팅 시스템 구성, 그리고 먹이 최적화.
금형 충전을 분석하기 위해 고급 수치 시뮬레이션 기술이 사용되었습니다., 온도 변화, 및 응고 특성, 목표 프로세스 개선 가능.
최적화된 공정을 통한 시험생산으로 탁월한 표면 건전성 및 내부 건전성 입증, 제안된 접근법의 효율성과 신뢰성을 확인합니다..
이 연구는 대형 제조에 대한 체계적이고 실용적인 참고 자료를 제공합니다., 고품질 스테인레스 스틸 펌프 케이싱.
