투자 캐스팅이란 무엇입니까??

1. 소개

투자 주조, 종종 잃어버린 wax 캐스팅 또는 정밀 주조, 탁월한 정밀도로 복잡한 금속 부품을 제공합니다.

일회용 왁스 패턴과 내화성 세라믹 쉘을 사용하여, 이 프로세스는 스테인리스 스틸에서 슈퍼 합금에 이르는 재료의 복잡한 형상과 단단한 공차를 재현합니다..

역사적으로, 메소포타미아와 중국의 장인은 초기 형태의 잃어버린 기술을 사용했습니다. 5,000 여러 해 전에;

현대 산업 응용 프로그램은 20 세기 초 Robert B가 등장했습니다.. 여. Taylor는 왁스 패턴 방법을 특허했습니다 1907.

오늘, 투자 캐스팅은 중요한 산업, 즉 항공 우주를 뒷받침합니다, 의료기기, 그리고 에너지 - 디자인의 자유와 반복적 인 정확도를 결합하기 때문에 에너지.

2. 투자 캐스팅이란 무엇입니까??

투자 주조는 정밀 왁스 패터닝과 세라믹 쉘 곰팡이를 결합합니다..

첫 번째, 기술자들은 용융 왁스를 금속 다이에 주입합니다, 최종 부분을 복제하는 패턴을 생성합니다. 다음, 그들은 중앙 스프루에 여러 왁스 패턴을 부착합니다, “나무”를 형성합니다.

그 다음에, 그들은이 조립품을 세라믹 슬러리와 미세한 모래의 교대 층에 담그는 것입니다.. 세라믹 레이어 후, 연산자는 왁스를 녹입니다 ("Dewax"), 단단한 쉘을 남겨 둡니다.

마지막으로, 그들은 용융 금속을 구멍에 붓습니다, 그것을 굳게하자, 그리고 껍질을 분해하여 가까운 네트 셰이프 구성 요소를 드러냅니다..

두 개의 바인더 시스템이 산업을 지배합니다:

• 물 유리 (나트륨 규산염) 프로세스: 엔지니어들은이 경제적 인 경로를 큰 배치에 선호합니다.
  물 유리 바인더 비용은 대략 USD입니다 2.50 킬로그램 당, 대량 자동차 부품에 이상적입니다.
• 실리카 졸 공정: 제조업체는 더 미세한 세라믹 곡물이 필요할 때 실리카 솔을 선택합니다., 우수한 표면 마감, 그리고 더 얇은 껍질.
  하지만, 실리카 졸 비용은 약 USD입니다 6.50 킬로그램 당, 물 유리 비용 약 2.6 ×.

3. 매몰 주조 공정

투자 캐스팅 프로세스는 단순한 왁스 모델을 일련의 엄격하게 제어되는 단계를 통해 고급 금속 구성 요소로 변환합니다..

총 사이클 시간은 거의 다르지만 24 표준 실리카 졸 시스템의 경우 급속한 수분 껍질로 약 7 일 동안 시간이 지남.

왁스 패턴 제조

처음에, 기술자는 방출 왁스를 주입합니다 (일반적으로 파라핀 및 미세 결정질 첨가제의 혼합) 정밀 강철로 죽습니다.

그들은 사이의 왁스 온도를 유지합니다 60 ° C 및 80 ° C 및 2-4 MPa의 압력을 적용하십시오. 각 주입주기는 약 10-30 초 안에 완료됩니다.

배출 후, 작업자는 결함 패턴을 시각적으로 검사합니다, 중요한 치수에서 ± 0.1 mm 이상을 벗어난 거부.

패턴 어셈블리 및 세라믹 쉘 빌딩

다음, 노동자들은 중앙 스프루에 개별 왁스 패턴을 "나무 위로", 최대의 어셈블리 생성 50 부분품.

그런 다음 나무를 내화성 슬러리에 번갈아 가며 치장 용인공 미세 실리카 모래로 세라믹 곰팡이를 만듭니다..

파운드리는 일반적으로 6-8 슬러리 및 장착주기를 적용하여 6-10mm의 쉘 두께를 달성합니다..

물 - 유리 바인더, 이 쉘 빌드에는 약 24-72 시간이 걸립니다; 고온 실리카 솔 시스템은 최대 요구 될 수 있습니다 7 완전히 치료해야 할 날.

탈 왁스 및 번 아웃

그후, 파운드리는 Autoclave 또는 Steam Autoclave에서 용융 왁스를 제거합니다. 150 ℃, 완전한 왁스 대피를 보장하기 위해 밤새 담가서 종종.

그런 다음 1–2 ° C/분에서 최대 600–900 ° C로 온도를 늘리고 4-6 시간 동안 잔류 유기물을 분해합니다., 껍질 균열을 방지하고 깨끗한 구멍을 보장합니다.

금속 붓기 및 쉘 제거

번 아웃 후, 기술자는 세라믹 쉘을 760–870 ° C로 예열합니다.

그들은 1,500–1,550 ° C에서 스테인레스 스틸과 같은 용융 합금을 부어 중력을 사용합니다., 원심 분리기, 또는 난기류를 최소화하는 진공 보조 방법.

금속이 굳어지면, 근로자는 진동 또는 고압 워터 제트를 통해 세라믹 쉘을 분해합니다., 일반적으로 95-98%의 사용 가능한 주물을 생산합니다.

열처리 및 최종 가공

마지막으로, 주물은 열처리를 겪습니다 1,050 ° C 또는 연령 경화 700 ° C - 미세 구조를 개선하고 응력을 완화합니다.

그런 다음 기계공은 CNC 밀링을 수행합니다, EDM, 또는 연삭, ± 0.05 mm의 단단한 공차를 달성하고 표면 마감은 RA로 끝납니다. 0.8 μm.

왁스 온도와 슬러리 점도에서 소진 프로파일 및 쏟아지는 속도에 이르기까지 각 변수를 적극적으로 제어함으로써,

투자 캐스팅은 지속적으로 복잡합니다, 스크랩이 최소화되고 매킹 후 요구 사항이 줄어든 고성능 부품.

매몰 주조 공정 완전한 비디오 https://www.youtube.com/watch?v=NugdCiQ0uU8

4. 투자 캐스트가 될 수있는 자료?

투자 캐스팅은 모든 캐스팅 프로세스 중에서 가장 넓은 범위의 합금을 수용합니다.,

엔지니어가 강도의 균형을 맞추어 요구하는 애플리케이션을 위해 부품을 조정할 수 있도록합니다., 온도 저항, 부식 성능 및, 필요할 때, 생체적합성.

철 합금

• 스테인레스강 (300, 400 & pH 시리즈): 일반적인 등급에는 CF -8이 포함됩니다 (아이시 304), 316L 및 17-4 ph.
  그들은 인장 강도를 제공합니다 600 에게 1,300 MPA 및 항복 강도 500 그리고 1,100 MPa, 가혹한 환경에서 부식성 성분에 이상적입니다.
• 탄소 & 낮은 합금강: 다음과 같은 등급 4140 그리고 4340 저렴한 비용으로 인성과 피로 저항을 제공하십시오, 인장 강도는 일반적으로 범위입니다 700 에게 1,200 MPa.

니켈베이스 슈퍼 합금

고온 강도와 크리프 저항이 중요 할 때, 파운드리는 Inconel로 변합니다 718 그리고 625.
예를 들어, 강수량 - 헌신적 인 Inconel 718 항복 강도를 주변까지 제공합니다 1,035 MPA 및 궁극적 인 인장 강도 근처 1,240 실온에서 MPA, 위의 상당한 강도를 유지하면서 650 ℃.

코발트 크롬 합금

Cocrmo Blends는 탁월한 내마모성과 생체 적합성을 결합합니다, 의료 임플란트 및 가스 - 교외 성분의 스테이플을 만듭니다.

이 합금은 일반적으로 1,000–1,350 MPa의 궁극적 인 인장 강도와 700–1,000 MPa의 항복 강도를 나타냅니다..

티탄 합금

TI -6AL -4V (등급 5) 항공 우주 및 생물 의학 부품으로 눈에.니다.

그것은 사이의 궁극적 인 인장 강도를 제공합니다 862 그리고 1,200 MPa, 항복 강도 786 에게 910 MPa, 그리고 주위의 밀도 4.43 g/cm3, 뛰어난 강도 대 강체 비율을 제공합니다.

알류미늄 합금

A356과 같은 합금 (al -si -mg) 항공 우주의 경량 성분으로 인기가 있습니다, 자동차, 전자제품.

그들은 일반적으로 고유 부식 저항과 함께 대략 250-350 MPa의 인장 강도를 제공합니다..

구리 기반 합금

청동과 놋쇠 변형은 마모 및 장식용 응용 프로그램을 제공합니다, 인장 강도는 일반적으로 350-600 MPa에 걸쳐 있습니다, 특정 구성에 따라.

추가적으로, 파운드리는 유리 및 세라믹 코어 시스템으로 확장되어 고급 복합재 및 차세대 재료를 생산합니다..

쉘 화학을 조정하여, 번 아웃 프로파일, 쏟아지는 온도, 그들은 각 자료의 고유 한 요구 사항을 수용합니다.

선택 기준

투자 주조 합금을 선택할 때, 엔지니어가 집중합니다:

1. 기계적 성능: 필요한 인장 및 항복 강도, 경도와 피로의 삶
2. 열 안정성: 작동 온도 범위, 크리프 저항 및 열전도도
3. 부식 저항: 화학 환경, 피팅 및 응력 감수성
4. 생체적합성: 세포 독성, 임플란트의 이온 방출 및 수동화 거동

5. 캐스팅을위한 디자인 (DFC)

캐스팅을위한 효과적인 디자인 (DFC) 더 높은 수율로 직접 변환합니다, 비용 절감, 그리고 더 빠른 처리 시간.

다음 지침을 적용함으로써, 엔지니어는 일반적으로 스크랩 속도를 20-30% 줄이고 마시 닝 후 시간을 최대로 줄입니다. 40%.

균일 한 벽 두께를 유지하십시오

• 추천: 2대부분의 합금의 경우 –10 mm (변화 ± 0.5 mm)
• 이론적 해석: 균일 한 섹션이 더 균등하게 식 힙니다, 핫스팟을 예방하고 다공성의 위험을 줄입니다. 따라서, 내부 결함이 적고 치수 제어가 더 엄격합니다.

적절한 초안 각도를 통합합니다

• 추천: 0.5수직면에서 ° –2 °
• 이론적 해석: 작은 테이퍼조차도 세라믹 쉘 제거를 완화하고 쉘 손상을 최소화합니다.. 결과적으로, 수확량이 증가하고 재 작업이 줄어 듭니다.

관대 한 필레와 반경을 사용하십시오

• 추천: 필렛 반경 ≥ 벽 두께 또는 ≥ 1 mm, 어느 쪽이 더 큰지
• 이론적 해석: 둥근 전환은 금속 흐름을 향상시킵니다, 스트레스 농도가 낮아지고 세라믹 층이 균일하게 부착됩니다. 차례로, 보다 일관된 미세 구조와 높은 피로 강도를 달성합니다.

언더컷과 내부 구멍을 피하십시오

• 전략: 가능한 한, 언더컷을 통과 구멍 또는 분할 기능으로 재 설계합니다; 핵심 사용을 최소화합니다.
• 혜택: 단순화 형상은 툴링 복잡성을 절단합니다, 리드 타임 및 파트 당 비용을 최대까지 단축합니다. 15%.

게이팅 및 라이저 위치를 최적화하십시오

• 모범 사례: 가장 무거운 섹션에 게이트를 놓고 가장 높은 위험 핫스팟 위의 라이저.
• 결과: 제어 된 금속 흐름 및 고화는 수축 다공성을 감소시킨다, 전형적인 스크랩 감소 5-10%.

마감 처리 수당을 계획하십시오

• 용돈: 임계 표면에 0.5–1.5 mm의 재고를 추가하십시오
• 추리: CNC를위한 충분한 자료를 보장하거나 연삭 목표를 충족시킬 수 있습니다. (종종 ± 0.05 mm) 크기가 크기를 쫓지 않고.

대칭 및 모듈 식 디자인을 활용합니다

• 기술: 미러 이미지 기능 또는 복잡한 부품을 더 간단한 하위 어셈블리로 분할하십시오
• 이점: 더 적은 고유 패턴과 쉘 더 낮은 툴링 비용 절감 10-20%, 여러 부분에서 프로세스를 표준화하는 동안.

6. 투자 캐스팅 프로세스의 장점

투자 캐스팅은 정밀도의 강력한 조합을 제공합니다, 유연성과 효율성. 주요 이점은 다음과 같습니다:

• 탁월한 차원 정확도
  타이트한 공차를 달성하십시오 (종종 ± 0.1 mm 이내) 매우 복잡한 형상에서, 부품은 금형에서 직접 사양을 충족합니다.
• 우수한 표면 마감
  매끄러운 표면을 생성합니다 (RA 1.2-3.2 µm), 광범위한 연마 또는 가공의 필요성을 줄입니다..
• 넓은 재료 다양성
  스테인리스 강과 니켈베이스 슈퍼 합금에서 티타늄 및 알루미늄에 이르기까지 모든 것을 주조하십시오., 각 응용 프로그램에 대한 이상적인 합금을 선택할 수 있습니다..
• 복잡한 형상 기능
  금형 언더컷, 단일 붓기의 얇은 벽과 내부 통로, 따라서 조립 단계 및 패스너 요구 사항을 제거합니다.
• 단단히 짜여 하나로 되어 있는, 원활한 부분
  선이나 용접 이음새를 이별하지 않고 단일 피트 구성 요소를 만듭니다, 구조적 무결성을 향상시키고 마무리 작업을 단순화합니다.
• 모든 볼륨에 대한 확장 성
  소형 프로토 타입 런과 대량 생산에 쉽게 적응, 단위 경제에 대한 도구 비용의 균형.
• 가까운 네트 셰이프 효율성
  최종 치수에 매우 가까운 부품을 생산하여 스크랩 및 재료 사용을 최소화합니다., 폐기물과 가공 시간을 줄입니다.
• 디자인의 자유
  날카로운 모서리를 통합합니다, 여분의 수축 허용량이없는 오른쪽 기능과 복잡한 세부 사항, CAD에서 캐스트 부품으로의 경로를 간소화합니다.
• 환경 및 비용 장점
  감산 방법에 비해 에너지 소비 및 원료 폐기물 감소, 생산 비용과 환경 영향을 낮추는 데 도움이됩니다.

7. 투자 캐스팅의 한계

투자 캐스팅은 상당한 이점을 제공합니다, 또한 적절한 생산 방법을 선택할 때 엔지니어와 제조업체가 고려해야 할 특정 제한 사항이 있습니다.:

• 초기 툴링 비용이 높아집니다
  정밀 왁스 주입 사망과 세라믹 쉘 시스템 생성에는 상당한 선결제 투자가 필요합니다., 설계 복잡성이 정당화되지 않는 한, 저성 또는 프로토 타입 생산에 대해 덜 경제적 인.
• 더 긴 리드 타임
  왁스 패턴 제작에서 쉘 빌딩에 이르기까지 다단계 프로세스, 번 아웃, 주조, 그리고 마무리 - 며칠에서 몇 주가 걸릴 수 있습니다.
  이 확장 사이클 시간 시간은 빠른 처리가 필요한 프로젝트에 적합성을 제한합니다..
• 크기 제약
  투자 캐스팅은 중소형 구성 요소에 가장 적합합니다.. 부품까지 100 KG를 생산할 수 있습니다, 크기가 증가함에 따라 치수 정확도와 쉘 무결성이 유지하기가 어려워집니다..
• 제한된 벽 두께
  매우 얇은 벽 (일반적으로 아래 1.5 mm) 일관되게 캐스팅하기가 도전적입니다, 특히 큰 부품의 경우, 빠른 냉각 및 쉘 파손 위험으로 인해.
• 반응성 합금으로의 재료 제한
  순수한 티타늄과 같은 특정 반응 금속, 특수 환경이 필요합니다 (예를 들어, 진공 주조) 오염을 피하기 위해, 복잡성과 비용이 추가됩니다.
• 높은 대량에는 이상적이지 않습니다, 복잡성 부품
  매우 높은 볼륨에서 생산되는 간단한 형상의 경우, 다이 캐스팅 또는 모래 주조와 같은 프로세스는 종종 더 나은 비용으로 비용을 부과하는 성능을 제공합니다..
• 취급 중 쉘 취약성
  세라믹 쉘은 발사하기 전에 깨지기 쉽습니다. 건조 또는 탈 왁스 단계에서의 잘못된 취급은 균열을 유발할 수 있습니다., 주조 결함이나 스크랩으로 이어집니다.

8. 투자 주조의 응용

투자 캐스팅은 복잡한 생산 능력으로 인해 고성능 산업 전반에 걸쳐 널리 채택됩니다., 다양한 재료의 고정밀 부품.

다양성은 치수 정확도가있는 부문에서 특히 가치가 있습니다., 재료 성능, 표면 마감이 중요합니다.

항공우주

• 터빈 블레이드: 복잡한 공기 역학적 프로파일과 내부 냉각 채널은 고온과 스트레스를 견딜 수있는 투자입니다..
• 연료 노즐 & 연소 성분: 정밀 주조는 타이트한 공차와 내열을 보장합니다.
• 구조 주택: 경량, 강한, 및 부식 방지 합금 (예를 들어, 티타늄과 Inconel) 일반적으로 사용됩니다.

자동차

• 터보 차저 휠: 투자 캐스팅은 고 RPM 운영에 필요한 복잡한 베네와 내구성있는 재료를 생산합니다..
• 배기 매니 폴드: 극한 열 사이클링 및 부식성 가스를 처리 할 수 ​​있습니다.
• 기어 구성 요소: 정밀 주조는 보조 가공의 필요성을 줄입니다.

의료

• 정형외과 임플란트: 티타늄 및 코발트 크롬과 같은 생체 적합성 합금은 고관절에 주조됩니다., 무릎 구성 요소, 및 치과 프레임 워크.
• 수술 도구: 부드러운 마감 처리 된 복잡한 모양 위생, 기능성, 인체 공학적 디자인.

에너지, 기름 & 가스

• 밸브 바디 & 펌프 임펠러: 부식- 내마모성 주물은 고압을 처리합니다, 고온 환경.
• 드릴링 장비 구성 요소: 고강도 합금은 극한의 기계적 하중 하에서 내구성을 보장합니다.

신흥 부문

• 로봇공학: 경량, 정확한 구성 요소는 어셈블리 복잡성을 줄이고 모션 효율을 향상시키기 위해 캐스트됩니다..
• 재생에너지: 풍력 터빈 구성 요소, 유압 제어 부품, 태양 마운트는 부식성 및 구조적 정밀도의 이점.
• 가전제품: 프리미엄 장치의 하우징 구성 요소 및 소형 기계 부품은 설계 및 기능 통합을 위해 알루미늄 및 스테인리스 스틸 주물을 사용합니다..

9. 투자 캐스팅을 선택할 때

언제 투자 캐스팅을 선택해야합니다:

1. 복잡한 모양이 필요합니다: 내부 구절, 얇은 벽, 또는 복잡한 기능.
2. 타이트한 공차가 필요합니다: ± 0.1 mm 이내의 부분 정확도.
3. 볼륨은 규모에 맞습니다: 일반적으로 50 에게 100,000 연간 단위는 툴링 투자를 정당화합니다.
4. 재료 요구가 높아집니다: 합금은 정확한 제어 및 미세 입자 구조를 요구합니다.

10. 혁신 & 미래 동향

산업 4.0 디지털화는 투자 캐스팅을 재구성하고 있습니다:

• 하이브리드 워크 플로우: 생산자는 이제 3D 프린트 왁스 또는 중합체 패턴입니다, 저용량 런의 경우 스틸 다이를 제거합니다.
• IoT 지원 모니터링: 스마트 센서는 쉘 온도와 습도를 추적합니다, 프로세스 매개 변수를 실시간으로 최적화하는 AI 모델 공급.
• 다음 젠 재료: 연구원들은 내화성 금속과 금속 매트릭스 복합재를 탐색합니다, 온도 제한을 넘어서 1,000 ℃.
• 자동 쉘 처리: 로봇 공학은 수동 노동을 줄이고 안전을 향상시킵니다, 디지털 쌍둥이는 전체 캐스팅주기를 시뮬레이션하여 결함이 발생하기 전에 결함을 예측합니다..

11. 결론

투자 캐스팅은 예술과 첨단 기술의 교차점에 있습니다..

복잡한 생산 능력, 공차가 빡빡한 고성능 부품은 항공 우주에서 필수 불가결하게 만듭니다., 의료, 자동차, 에너지 산업.

디지털 도구로, 적층 제조, 고급 재료가 수렴됩니다, 투자 캐스팅은 계속 발전 할 것입니다..

~에 이것, 우리는 설계 프로세스 초기에 귀하의 프로젝트에 대해 논의하여 합금이 선택되거나 시사 후 적용되는지 확인합니다., 결과는 기계 및 성능 사양을 충족합니다.

귀하의 요구 사항에 대해 논의합니다, 이메일 [email protected].

 

자주 묻는 질문 (자주 묻는 질문)

1. 투자 캐스팅이란 무엇입니까??

투자 주조는 탁월한 치수 정확도와 표면 마감으로 복잡한 금속 부품을 생산하는 데 사용됩니다..

일반적으로 항공 우주에 적용됩니다, 자동차, 의료, 에너지, 산업 기계 산업.

2. 투자 캐스팅은 얼마나 정확한가?

투자 캐스팅은 작은 기능에 대해 ± 0.1 mm의 타이트한 차원 공차를 달성 할 수 있습니다.. 적절한 설계 및 프로세스 제어, 최소한의 사후 처리가 필요합니다.

3. 투자 캐스팅에 사용할 자료?

광범위한 철 및 비철 합금을 캐스팅 할 수 있습니다., 스테인레스 스틸을 포함하여, 탄소강, 알류미늄, 티탄, 코발트크롬, 및 니켈 기반 슈퍼 합금.

4. 투자 주조 비용 효율적입니다?

툴링 비용은 다른 캐스팅 방법보다 높지만, 복잡한 부분에 대한 투자 캐스팅은 비용 효율적입니다, 고성능 합금, 최소 가공이 필요할 때.

5. 투자 캐스팅에서 실리카 솔과 워터 글래스의 차이점은 무엇입니까??

실리카 솔 주조는 더 높은 정밀도와 더 나은 표면 마감을 제공합니다., 중요한 항공 우주 또는 의료 부품에 적합하게 만듭니다.

물 유리 캐스팅은 더 경제적이며 일반적으로 허용되지 않은 산업 응용 분야에 사용됩니다..

6. 투자 캐스팅은 가공 또는 용접을 대체 할 수 있습니다?

예. 투자 캐스팅은 종종 거의 네트 모양의 구성 요소를 단일로 생산하여 가공 또는 용접이 필요하지 않습니다., 모 놀리 식 부분 - 강도를 흡수하고 조립 시간을 줄입니다.

7. 투자 캐스팅의 크기 제한은 얼마입니까??

대부분의 투자 주조는 몇 그램에서 100 kg, 작은 부품은 정밀도와 세부 사항에서 가장 큰 혜택을 받지만 프로세스가 제공합니다..