6가지 주요 캐스팅 방법: 종합적인 비교 & 통찰력

소개

주조, 인류를 위한 최초의 숙련된 금속 열간 가공 공정 중 하나, 대략의 역사를 자랑한다. 6,000 연령.

중국은 청동 주조의 전성기를 맞이했습니다. 1700 BC 주와 1000 기원전, 주조기술이 상당히 발전된 수준에 이르렀습니다..

현대 제조의 핵심 공정으로, 주조를 통해 단조나 기계 가공으로는 생산하기 어려운 복잡한 형태의 금속 부품을 형성할 수 있습니다., 그리고 그것은 항공 우주에 널리 적용됩니다, 자동차, 기계, 및 정밀 기기 산업.

주조 방법의 선택은 주조 품질을 직접적으로 결정합니다., 생산 효율성, 그리고 제조 비용.

1. 녹색 모래 주조 (기존의 모래 주조)

핵심 정의 & 프로세스 원리

녹색 모래 주조 전 세계적으로 가장 전통적이고 널리 사용되는 주조 방식입니다..

핵심 원료는 주물사입니다. (주로 규사; 실리카 모래가 고온 요구 사항을 충족하지 못할 때 지르콘 모래 및 강옥 모래와 같은 특수 모래가 채택됩니다.) 그리고 모래 바인더 (점토가 가장 일반적이다.; 마른 기름, 수용성 규산염, 인산염, 합성수지는 대체 옵션입니다.).

외부사형은 바인더와 강도형성 메커니즘에 따라 세 가지 유형으로 분류됩니다.: 녹색 점토 모래 곰팡이, 마른 점토 모래 금형, 화학적으로 결합된 모래주형.

용융된 금속을 모래 주형에 붓습니다., 주물을 형성하기 위해 응고되는 것, 한 번 붓고 나면 금형이 손상되어 재사용할 수 없습니다..

장점

• 비용 효율적인 원료: 점토는 자원이 풍부하고 가격이 저렴합니다.; ~ 위에 90% 사용된 녹색 점토 모래는 모래 처리 후 재활용 및 재사용 가능, 재료 낭비 감소.
• 높은 공정 유연성: 짧은 금형 제작 주기와 높은 효율성; 혼합 주물사는 수명이 길다; 그것은 작은 것에 적응할 수 있습니다, 크기가 큰, 단순한, 그리고 복잡한 캐스팅, 그것도 단품으로, 소규모 배치, 및 대량 생산 시나리오.
• 낮은 장비 임계값: 고급 전문 장비가 필요하지 않습니다., 중소 규모 주조 공장에 적합.

단점 & 제한 사항

• 낮은 생산 효율성: 각 모래 주형은 한 번만 사용할 수 있으며 후속 주조를 위해 다시 성형해야 합니다., 연속 생산 효율이 낮아짐.
• 치수 정확도가 낮음: 모래주형의 강성이 낮다, CT10-CT13의 주조 치수 공차 등급이 생성됩니다., 고정밀 요구 사항을 충족할 수 없는.
• 높은 결함 위험: 주물은 모래 세척과 같은 일반적인 결함이 발생하기 쉽습니다., 모래 포함, 가스 다공성, 모래 주형의 느슨한 구조로 인한 수축 다공성.
• 열악한 표면 품질: 주조 표면이 비교적 거칠다, 마무리를 개선하기 위해 추가 가공이 필요함.

2. 투자 주조 (분실된 왁스 주조)

핵심 정의 & 프로세스 원리

투자 주조, 일반적으로 Lost-Wax 주조로 알려져 있음, 정교한 프로세스 흐름을 특징으로 합니다.:

가용성 재료를 사용하여 왁스 패턴 제작, 패턴 표면에 내화물을 여러 겹 코팅하여 세라믹 쉘을 형성합니다., 왁스 패턴을 녹여 제거하여 표면이 갈라지지 않는 주형을 얻습니다., 용탕을 붓기 전 고온 로스팅을 실시합니다..

다양한 합금에 적용 가능, 탄소강을 포함한, 합금강, 내열합금, 스테인레스 스틸, 구리 합금, 알루미늄 합금, 티타늄 합금, 그리고 연성 철, 특히 단조나 절단으로 가공하기 어려운 재료의 경우.

장점

• 탁월한 치수 정확도: 주조 공차 등급이 CT4~CT6에 도달함, 그린 샌드 캐스팅보다 훨씬 높음 (CT10 -CT13) 다이캐스팅과 비교할 수 없을 정도로 (CT5~CT7), 주조 후 가공 최소화.
• 높은 재료 활용도: 성형 및 결합 표면의 가공 볼륨을 크게 줄입니다., 가공 시간 및 절삭 공구 소비 절약, 자재 활용률이 초과된 경우 90%.
• 강한 형태 적응성: 매우 복잡한 부품을 주조할 수 있습니다., 벽이 얇은 부품 (최소 벽 두께 0.5mm), 그리고 마이크로 사이즈의 주물 (최소 무게 1g);
  또한 조립된 부품의 통합 주조도 지원합니다., 후속 조립 공정 단순화.
• 폭넓은 합금 호환성: 거의 모든 금속 재료에 적합, 고온 합금 포함, 마그네슘 합금, 티타늄 합금, 기타 방법으로 가공이 어려운 귀금속.
• 유연한 생산 규모: 대량 생산에 적응, 소량생산, 심지어 단일 부품 사용자 정의도 가능합니다., 강력한 확장성을 갖춘.

단점 & 제한 사항

• 복잡한 프로세스 흐름: 주조방식 중 가장 복잡한 공정을 가지고 있습니다., 왁스 패턴 제작과 관련된, 쉘 코팅, 탈 왁스, 굽는 데 알맞은, 그리고 쏟아져, 엄격한 공정 관리가 필요한.
• 제한된 주조 크기: 대형 주물에는 적합하지 않음; 기존 인베스트먼트 주조의 최대 중량은 일반적으로 50kg 이내입니다., 큰 껍질은 굽거나 부을 때 갈라지기 쉽기 때문에.
• 느린 냉각 속도: 세라믹 쉘은 열전도율이 낮습니다., 용융 금속의 느린 응고로 이어짐, 일부 합금에서는 거친 입자 구조를 유발할 수 있습니다..
• 높은 제조 비용: 왁스 패턴 비용, 내화물, 공정 제어가 상대적으로 높습니다.; 가공 감소와 재료 절약이 결합된 경우에만 경제적으로 실행 가능합니다..

3. 다이 캐스팅

핵심 정의 & 프로세스 원리

다이캐스팅 용융금속을 정밀금형의 캐비티에 고속으로 주입하는 고압주조법입니다. (10-50m/초) 높은 압력 하에서 (20-150MPa), 주물을 형성하기 위해 압력을 가하여 금속을 응고시키는 것.

두 가지 기본 프로세스가 있습니다.: 핫 챔버 다이 캐스팅 (용융 금속이 자동으로 압력 챔버로 유입됩니다.) 및 콜드 챔버 다이캐스팅 (용융 금속을 수동 또는 자동으로 압력 챔버에 붓습니다.).

금형은 고강도 다이강으로 제작됩니다., 반복 사용 보장.

장점

• 우수한 제품 품질: 주조 치수 정확도가 6~7등급에 도달함 (짝수 등급 4 정밀제품용) 표면 거칠기 Ra 5–8μm;
  압력 응고로 인해 생사 주조보다 강도와 경도가 25~30% 더 높습니다., 신장률은 약 감소하지만 70%.
• 매우 높은 생산 효율성: 수평형 저온 챔버 다이캐스팅 기계는 1회당 600~700사이클을 완료할 수 있습니다. 8 시간,
  소형 핫 챔버 다이캐스팅 기계는 3,000~7,000사이클을 달성할 수 있습니다., 다른 주조 방식을 훨씬 능가하는.
• 긴 금형 수명: 아연 합금 다이캐스팅용 금형은 수십만 번, 심지어 수백만 번까지 지속될 수 있습니다., 장기적인 생산 비용 절감.
• 쉬운 자동화: 이 프로세스는 기계화 및 자동화와 호환성이 높습니다., 인건비 절감 및 생산 안정성 향상.
• 탁월한 경제적 이점: 주조에는 가공이 최소화되거나 전혀 필요하지 않습니다., 금속 활용도 향상 및 가공 장비 투자 감소;
  금속과 비금속 재료를 결합한 다이캐스팅으로 조립 시간과 원자재 절약.

단점 & 제한 사항

• 가스 다공성의 높은 결함 위험: 고속 충전으로 인해 용탕 흐름이 불안정해집니다.,
  내부 다공성을 형성하기 위해 가스를 쉽게 가둘 수 있음, 주물이 열처리를 할 수 없게 만드는 원인 (열처리로 인해 가스 팽창 및 균열 발생).
• 복잡한 내부 오목부에 대한 적응성 부족: 내부의 오목한 복잡한 구조물의 탈형이 어렵다., 주조 형상의 설계 제한.
• 고융점 합금의 짧은 금형 수명: 구리합금, 철금속 등의 고융점 합금용, 금형은 열 피로 및 마모되기 쉽습니다., 서비스 수명을 크게 단축.
• 소량 생산에는 적합하지 않음: 금형 제작 비용이 높음, 다이캐스팅 기계의 높은 효율성으로 인해 소량 생산이 경제적으로 불가능합니다..

4. 영구 금형 주조 (하드 몰드 캐스팅)

핵심 정의 & 프로세스 원리

영구주형주조, 하드 몰드 캐스팅이라고도 불림, 주조물을 만들기 위해 용융된 금속을 금속 주형에 붓는 작업이 포함됩니다..

금형은 주철 또는 주강으로 만들어지며 수백에서 수천 번 재사용이 가능합니다., 따라서 "영구 금형"이라는 이름이 붙었습니다..

주물의 내부 공동은 금속 코어 또는 모래 코어를 사용할 수 있습니다., 금형 구조는 수평 분할로 나누어집니다., 수직 이별, 다양한 주조 형태에 적응하는 복합 이형:

수직 분할은 게이팅 및 탈형을 용이하게 합니다., 수평 절단은 벽이 얇은 바퀴 모양 부품용입니다., 복합 분리는 복잡한 부품을 위한 것입니다..

장점

• 우수한 금형 재사용성: "다중 주조를 위한 하나의 금형"으로 반복적인 금형 제작이 필요하지 않습니다., 성형 재료 및 시간 절약, 생산 효율성 향상.
• 높은 주조 성능: 금형은 강력한 냉각 능력을 가지고 있습니다., 사형주조에 비해 치밀한 주조구조와 우수한 기계적 성질을 가지고 있습니다..
• 우수한 치수 정확도 및 표면 품질: 주조 공차 등급은 IT12-IT14에 도달합니다., 표면 거칠기 Ra ≤6.3μm, 후처리 작업량 감소.
• 근무 조건 개선: 모래를 거의 또는 전혀 사용하지 않습니다., 먼지 오염 방지 및 작업자를 위한 작업 환경 최적화.

단점 & 제한 사항

• 높은 금형 비용과 긴 제조주기: 금형은 고강도 재료와 정밀 가공이 필요합니다.,
  높은 초기 투자와 긴 리드타임으로, 단일품 및 소량 생산에는 적합하지 않습니다..
• 제한된 적용 가능한 합금 및 주조 크기: 주로 비철합금 주물의 대량생산에 적합합니다. (알루미늄 피스톤, 실린더 블록, 실린더 헤드, 구리 합금 부싱, 등.) 자동차용, 항공기, 내연 기관;
  철합금 주조용, 단순한 형상의 중소형 부품에만 적용 가능합니다..
• 엄격한 프로세스 요구 사항: 콜드 셧 및 금형 균열을 방지하려면 금형을 예열하고 온도 제어해야 합니다.; 장기간 사용하면 열 피로가 발생하기 쉽습니다., 주조 품질에 영향을 미치는.

5. 저압 주조

핵심 정의 & 프로세스 원리

저압주조는 주형에 충진하여 저압으로 용탕을 응고시키는 주조법이다. (0.02-0.06MPa).

핵심 프로세스에는 다음이 포함됩니다.: 절연 도가니에 용융 금속을 붓는 것, 도가니 봉인, 라이저 튜브를 금형에 연결, 건조 압축 공기를 도가니에 도입하여 용융 금속을 라이저 튜브를 통해 위쪽으로 밀어 몰드 캐비티를 채우는 단계,
일정한 압력 하에서 금속을 응고시키는 것, 잔류 용융 금속이 도가니로 다시 흐르도록 압력을 방출합니다., 마지막으로 주형을 열어 주물을 꺼냅니다..

장점

• 유연한 공정 제어: 용탕 상승 속도와 응고 압력은 조정 가능합니다., 다양한 금형에 적합 (금속 금형, 모래 곰팡이) 그리고 합금, 다양한 크기의 주물뿐만 아니라.
• 안정적인 충전 및 낮은 불량률: 상향식 충진 방식으로 용탕이 튀지 않고 원활하게 흐르도록 함, 금형 벽과 코어의 가스 포착 및 침식 방지;
  가스 다공성, 슬래그 혼입 등의 주조 결함이 크게 감소합니다., 자격률 초과 95%.
• 고품질 주물: 가압응고 방식으로 외부에서 내부로 방향성 응고 실현, 조밀한 주조 구조의 결과,
  명확한 윤곽, 매끄러운 표면, 기계적 성질이 우수하고, 벽이 얇은 대형 부품에 특히 적합.
• 높은 재료 활용도: 공급 라이저가 필요하지 않습니다., 자재 활용률이 90~98%에 달함, 금속 폐기물 감소.
• 친근한 근무 환경: 낮은 노동 강도, 간단한 장비, 기계화, 자동화의 용이한 구현, 현대적인 생산 요구 사항을 준수.

단점 & 제한 사항

• 짧은 라이저 튜브 사용 수명: 라이저 튜브는 고온의 용융 금속과 장시간 직접 접촉합니다., 산화되고 마모되기 쉽습니다., 정기적인 교체가 필요한.
• 용융 금속 오염 위험: 보온중, 용탕은 쉽게 산화되어 슬래그와 혼합됩니다., 열 보존 환경과 용탕 정화에 대한 엄격한 통제가 요구됩니다..
• 제한된 적용 범위: 주로 고품질 알루미늄 합금 및 마그네슘 합금 주조에 사용됩니다., 실린더 블록과 같은, 실린더 헤드, 크랭크케이스, 및 고속 내연기관 알루미늄 피스톤; 고온 요구 사항으로 인해 철 합금에는 거의 사용되지 않습니다..

6. 원심 캐스팅

핵심 정의 & 프로세스 원리

원심주조는 용융된 금속을 회전하는 주형에 붓는 과정을 포함합니다., 금속이 금형을 채우고 원심력에 의해 응고되는 곳.

금형의 회전축 방향에 따라, 세가지 종류로 나뉘는데: 수평 원심 주조 (축 수평 또는 <4° 수평으로, 긴 원통형 부품에 적합),

수직 원심 주조 (축 수직, 짧은 원통형 또는 환형 부품에 적합), 경사축 원심주조 (복잡한 조작으로 인해 거의 사용되지 않음).

원심력은 용융 금속의 방향 이동을 유도합니다., 주조 구조 최적화.

장점

• 단순화된 금형 구조: 중공 회전 부품용, 코어 없음, 게이팅 시스템, 또는 라이저가 필요합니다, 금형 설계 단순화 및 제조 비용 절감.
• 고품질 주물: 원심력에 의해 저밀도 가스와 슬래그가 내부 표면으로 분리됩니다.,
  외부에서 내부로 방향성 응고를 촉진합니다., 조밀한 주조 구조의 결과, 결함이 거의 없음, 기계적 성질이 우수하고.
• 바이메탈 부품의 비용 절감: 부싱 및 베어링과 같은 바이메탈 부품을 쉽게 주조할 수 있습니다. (예를 들어, 얇은 구리 라이닝이 있는 강철 슬리브), 성능을 보장하면서 값비싼 비철금속을 절약합니다..
• 강력한 충전 용량: 원심력은 용탕의 유동성을 향상시킵니다., 벽이 얇은 부품 및 유동성이 좋지 않은 합금 주조에 적합.
• 재료 낭비 감소: 게이팅 시스템 및 라이저 제거, 자재 활용도 향상.

단점 & 제한 사항

• 내부 표면 품질이 좋지 않음: 주물의 내부 자유 표면은 거칠다, 치수 오류가 크고 균일성이 좋지 않음, 치수 요구 사항을 충족하려면 후속 가공이 필요함.
• 특정 합금에는 부적합: 밀도 분리가 심한 합금에는 적용할 수 없습니다. (예를 들어, 납 청동), 원심력이 분리를 악화시키므로;
  또한 밀도가 낮고 원심 분리 효과가 좋지 않아 알루미늄 및 마그네슘 합금에는 적합하지 않습니다..
• 제한된 주조 형태: 대칭 부품 회전에만 적합 (실린더, 반지, 소매); 윤곽이 불규칙한 복잡한 모양의 부품은 주조할 수 없습니다..
• 높은 장비 요구 사항: 안정적인 회전 속도 제어가 가능한 특수 원심 주조기가 필요합니다., 장비 투자 증가.

7. 일반적으로 사용되는 주조 방법 비교표

8. 결론

각 주조 방법은 특정 용도에 적합한 고유한 장점과 한계를 제공합니다..

모래주조는 대규모 주조에 있어 가장 다재다능하고 경제적인 방법으로 남아 있습니다., 복잡한 주물, 인베스트먼트 주조는 고가치 부품에 탁월한 정밀도를 제공합니다..

다이캐스팅은 벽이 얇은 부품의 대량 생산에 탁월합니다., 영구 주형 주조는 중간 규모 비철 생산에 일관된 품질을 제공합니다..

저압 주조는 고강도 알루미늄 및 마그네슘 부품에 이상적입니다., 원심 주조는 중공 대칭 부품의 경우 타의 추종을 불허합니다..

적절한 주조 방법의 선택은 부품 형상을 포함한 요인에 따라 달라집니다., 필요한 치수 정확도, 표면 마무리, 재료 유형, 생산량, 그리고 비용 고려사항.

현대 제조에서는 점점 더 이러한 기술을 결합하여 상호 보완적인 장점을 활용합니다., 항공우주 전반의 복잡한 부품 생산에서 혁신을 주도합니다., 자동차, 산업 분야.