주조의 종류
주조 방식에는 모래 주조, 정밀 주조, 다이캐스팅, 영구 주형 주조, 원심 주조, 진공 주조, 석고 주조, 저압 주조, 압착 주조, 고압 주조, 로스트폼 주조, 쉘 몰딩, 연속 주조, 중력 주조 등이 있습니다. Bowman의 금속 주조 주조 공정은 용융된 금속을 주형에 넣어 원하는 부품 모양으로 성형하는 방식입니다. 제조업체와 구매자는 주조 방식을 고려할 때 부품의 복잡성, 재료 유형, 공정 비용 및 표면 마감과 관련된 여러 가지 질문에 직면하게 됩니다.
잘못된 주조 방식을 선택하면 불량품 발생, 불량품 배출, 매출 손실로 이어질 수 있으므로 주의해야 합니다. 현재 시중에는 약 14가지 종류의 주조 방식이 있으므로 전문가의 도움을 받아 신중하게 결정해야 합니다.
일반적으로 모래 주조는 비용 효율적인 시제품 제작에, 정밀 주조는 복잡한 형상에, 다이캐스팅은 대량 생산 및 정밀 부품 제작에 사용됩니다. 이러한 기본 사항을 간과하면 불량품이 발생하거나 금형을 교체해야 할 수도 있습니다.
금속 주조란 무엇입니까?
금속 주조는 용융된 금속을 주형에 부어 부품을 생산하는 제조 공정입니다. 주형은 원하는 부품의 반대 모양을 하고 있습니다. 주형 재료는 내화성이 있어야 하므로 모래가 널리 사용됩니다.
용융 금속이 주형의 빈 공간을 채우고 식어서 굳으면 주형에서 꺼냅니다. 부품이 사용 가능해지기 전에 몇 가지 후처리 공정이 필요한 경우가 많습니다. 주조는 경제적이고 다용도이며 등방성 부품에 적합하고 복잡한 형상에 이상적이기 때문에 널리 사용되는 산업 공정입니다.
논의된 주조 유형
아래에 설명된 주조 유형은 다음과 같습니다: 모래 주조, 정밀 주조, 다이캐스팅, 영구 주형 주조, 원심 주조, 진공 주조, 석고 주조, 저압 주조, 압착 주조, 고압 다이캐스팅, 로스트폼 주조, 쉘 주조, 연속 주조 및 중력 다이캐스팅.
아래에 설명된 바와 같이, 각 공정은 귀사의 재료, 생산량 및 허용 오차 요구 사항에 맞춰야 합니다.
모래 주조
모래 주조 주조는 모래 주형을 만들고 녹인 금속을 주형에 부어 부품을 생산하는 다용도적이고 경제적인 방법입니다.
모래 주조
이 공정에서 모래와 함께 사용되는 다른 재료로는 첨가제와 결합제가 있습니다. 모래 주조는 자동차 및 건설 산업에서 널리 사용됩니다.
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장점 |
제한 사항 |
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투자 주물
인베스트먼트 주조밀랍 주조라고도 불리는 이 방법은 밀랍 모형을 사용하는 고대의 주조 방식입니다. 모형은 세라믹 층으로 덮여 주형을 형성합니다. 밀랍을 녹여 제거하면 녹인 금속을 채울 수 있는 주형이 남습니다. 이 주조 방법은 표준적인 공기 및 압력 조건을 기반으로 합니다.
밀랍 주조에 사용되는 재료로는 구리와 구리 합금, 알루미늄과 알루미늄 합금, 강철, 그리고 금과 은과 같은 귀금속이 있습니다.1]
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장점 |
제한 사항 |
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다이캐스팅(금속 다이캐스팅)
금속 다이캐스팅은 용융된 금속을 금속 금형에 붓거나 주입하여 부품을 생산하는 공정입니다. 주로 알루미늄 주조와 같은 비철금속에 사용됩니다. 마그네슘 주조그리고 아연 주조. 금속 다이캐스팅은 가전제품 방열판, 자동차 엔진 블록, 항공우주 부품 및 노트북 등에 사용됩니다.
금속 다이캐스팅은 크게 열탕 다이캐스팅과 냉탕 다이캐스팅으로 나뉘는데, 금속을 녹이는 위치에 따라 구분됩니다. 열탕 다이캐스팅에서는 주조 장비 내부에 있는 용광로에서 금속을 녹입니다.
주조 시 압력은 최대 1,200bar에 달할 수 있습니다. 하지만 이는 금형 설계의 복잡성과 잠금력에 따라 달라집니다.
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다이캐스팅의 장점 |
다이캐스팅의 한계 |
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영구 금형 주조
영구 주형 주조법은 한 쌍의 금속 주형으로 구성됩니다. 이는 중력에 의해 용융 금속이 주형에 부어지는 중력 공급 방식의 공정입니다. 일반적인 금형 재료로는 강철, 주철, 내화 합금 등이 있습니다. 금형의 캐비티를 제작할 때는 보통 CNC 가공을 사용합니다. 주형 표면은 점토와 같은 단단하고 내화성 있는 재료로 덮여 있습니다. 실리카와 같은 윤활제도 사용됩니다.
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장점 |
제한 사항 |
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원심 주조
원심 주조
원심 주조는 영구 주형을 축을 중심으로 300~3000rpm으로 회전시키는 방식입니다.2녹은 재료가 주형이 회전하는 동안 부어집니다. 원심력으로 인해 녹은 재료는 주형의 바깥쪽 벽에 집중됩니다. 대부분의 불순물은 금속보다 가볍기 때문에 내경에 더 가깝게 위치하여 가공을 통해 제거할 수 있습니다.
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장점 |
제한 사항 |
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진공 주조
진공 주조는 역중력 주조라고도 하며, 정밀 주조와 유사하지만 주형 충전 방식이 다릅니다. 진공 주조에서는 진공 펌프를 사용하여 재료를 위쪽으로 빨아들여 주형에 주입합니다.
진공 주조 부품
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장점 |
제한 사항 |
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석고 주형 주조
이 기법에 사용되는 주형은 석고(CaSO4), 규사 분말, 활석으로 구성됩니다. 이러한 주조 방식은 알루미늄, 마그네슘, 아연, 구리 등의 비철금속과 완벽한 조합을 이룹니다.
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장점 |
제한 사항 |
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스퀴즈 다이캐스팅
스퀴즈 캐스팅 단조와 주조가 혼합된 방식입니다. 용융 금속을 예열된 금형에 넣은 후, 램이 용융 금속 표면에 지속적으로 압력을 가합니다. 이러한 가압은 금속의 균형 잡힌 흐름에 중요하며, 미세 수축 기공을 최소화합니다. 제어된 냉각은 미세한 미세 구조를 더욱 확실하게 보장합니다.3]
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장점 |
제한 사항 |
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저압 다이캐스팅
저압 다이캐스팅 기계는 수직으로 정렬되어 있으며, 이동식 및 고정식 기계판으로 구성됩니다. 고정식 기계판 아래에 유지로가 있고, 최대 1bar의 압력이 유지로에 가해져 용융 금속을 밀어냅니다.
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장점 |
제한 사항 |
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로스트폼(소모성 패턴) 주조
분실된 거품 주조
이 주조 공정은 폴리스티렌 패턴을 사용합니다. 이 소재는 95%가 공기이기 때문에 용융 금속을 부으면 공기가 증발합니다.2이 패턴은 주형을 이용하여 제작됩니다. 로스트폼 주조법으로 제작된 예로는 엔진 샤프트와 블록이 있습니다.
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로스트폼 주조법의 장점 |
로스트폼 주조법의 한계 |
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쉘 몰드 캐스팅
쉘 캐스팅 이 제품은 뜨거운 금속 패턴 주위에 실리카 모래와 수지 껍질을 성형한 것으로 구성됩니다. 용융 금속은 이렇게 형성된 주형 공동에 부어집니다.
쉘 몰드 주조
이 공정은 모래 주조와 유사하며 상대적으로 비용이 더 많이 들지만, 더 매끄러운 표면 마감과 더 정확한 치수를 가진 부품을 생산할 수 있습니다.
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쉘 주조의 장점 |
쉘 캐스팅의 한계 |
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연속 주조
연속 주조는 금속을 연속적인 가닥으로 생산하는 데 사용됩니다. 이 설비의 핵심 구성 요소는 수냉식 주형으로, 이를 통해 빌릿 또는 블룸을 뽑아낼 수 있습니다. 전 세계적으로 유통되는 대부분의 알루미늄 및 강철 반제품은 연속 주조 방식으로 생산됩니다.
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장점 |
제한 사항 |
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가장 인기 있는 캐스팅 유형은 무엇인가요?
모래 주조는 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 주조 방식입니다. 제조업체들은 모래 주조가 경제적이고 다용도이며 복잡한 부품 생산이 가능하기 때문에 선호합니다. 이 방식은 철금속과 비철금속 모두에 적용 가능하며 크기도 매우 다양합니다. 항공우주 및 자동차 산업은 모래 주조가 가장 흔하게 사용되는 산업 분야 중 하나입니다. 예를 들어 자동차 산업에서는 모래 주형으로 주조한 회주철 주물이 사용됩니다.5] 자동차 주조에 사용되는 회주철의 일반적인 적용 분야로는 배기 매니폴드, 디젤 엔진 블록, 클러치 플레이트 및 변속기 케이스 등이 있습니다.
주조 공정 유형 선택 방법
금속 주조 공정을 선택할 때 고려해야 할 네 가지 변수는 재료 유형, 수량/부피, 원하는 특성 및 부품의 복잡성입니다.
- 자료 유형재료마다 고유한 주조 방법이 필요합니다.
- 수량/부피주조 방식 중 일부는 소량 생산에 적합하게 설계되었고, 다른 일부는 대량 생산에 적합하게 설계되었습니다.
- 원하는 속성여기에는 기계적 특성과 표면 마감이 포함됩니다. 일부 주조 유형은 다른 유형보다 더 나은 기계적 특성이나 더 매끄러운 표면을 나타냅니다.
- 부품의 복잡성복잡한 부품에는 그에 맞는 주조 방식이 필요할 수 있습니다. 예를 들어, 복잡한 디자인에는 일반적으로 정밀 주조가 사용되는 반면, 단순한 디자인에는 모래 주조가 적합합니다.
투자 주조 복합 부품
다음 표는 이상적인 주조 방식을 선택하는 데 참고 자료로 활용하십시오.
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주조 방식 |
생산 규모 |
재료 유형 |
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모래 주조 |
낮음에서 중간 |
알루미늄, 청동, 철 |
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인베스트먼트 주조 |
낮음에서 중간 |
스테인리스강 및 합금 |
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다이 캐스팅 |
중간에서 높음 |
알루미늄, 마그네슘, 아연 |
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영구 금형 주조 |
중급 |
알루미늄, 구리 |
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원심 주조 |
중간에서 높음 |
철, 강철, 합금 |
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진공 주조 |
낮음에서 중간까지 |
알루미늄, 정밀 합금 |
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석고 주형 주조 |
높음 |
알루미늄, 구리, 아연 |
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스퀴즈 다이캐스팅 |
중간에서 높음 |
알루미늄, 마그네슘 |
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저압 다이캐스팅 |
중급 |
알루미늄, 마그네슘 |
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고압 다이캐스팅 |
높음 |
알루미늄, 마그네슘, 아연 |
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분실된 거품 주조 |
중간에서 높음 |
알루미늄, 스틸 |
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쉘몰드 주조 |
중급 |
알루미늄, 철, 강철 |
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연속 주조 |
높음 |
알루미늄, 구리, 강철 |
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중력 다이캐스팅 |
중급 |
알루미늄, 구리, 아연 |
참고: 이는 일반적인 지침입니다. 실제 생산 규모 및 재료 유형은 벽 두께, 공차 및 부품 형상에 따라 달라질 수 있습니다.
이러한 주조 옵션에 대해 어떻게 생각하시나요? 부품 사양을 저희 엔지니어에게 알려주시면 어떤 주조 공정이 가장 적합한지 신속하게 추천해 드리겠습니다.
주조에는 어떤 재료가 사용되나요?
주조에 사용되는 재료는 금속이 주를 이루지만, 주조 공정이 금속에만 국한되는 것은 아닙니다. 다음은 주조에 사용되는 재료 목록입니다.
- 금속금속은 주요 주조 재료입니다. 철금속과 비철금속 모두 주조할 수 있지만, 사용되는 방법은 금속의 종류에 따라 다릅니다.
- 세라믹이러한 재료는 내열성 및 내화성 부품에 사용됩니다.
- 덧신유연한 툴링이나 프로토타입 제작에는 고무, 특히 우레탄 고무가 사용됩니다.
- 플라스틱플라스틱은 소량 생산 또는 시제품 부품에 사용됩니다.
- 복합 재료이 제품들은 경량 구조 부품에 이상적입니다.
- 유리주조 유리 부품은 일반적으로 광학적 및 예술적 목적으로 사용됩니다.
- 합금금속 합금은 열적 특성, 내식성, 강도와 같은 특정 속성이 요구되는 용도에 적합합니다.
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주조를 사용하는 산업 분야
주조 제품을 가장 많이 사용하는 산업은 자동차, 항공우주, 소비재, 보석 및 건축이며, 제품군은 자동차의 변속기 하우징부터 건축 산업의 건축 자재에 이르기까지 다양합니다.
아래 표는 적용 사례를 요약한 것입니다.
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업종 |
주조 부품의 예 |
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자동차 |
서스펜션 부품, 변속기 하우징, 엔진 블록 |
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우주항공 |
랜딩기어 부품, 터빈 블레이드 |
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소비재 |
가전제품 하우징, 부속품 |
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귀금속 |
정밀 주조를 이용한 정교한 디자인 |
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건물 |
건축 자재, 구조용 하드웨어 |
금속 주조에서 제조 용이성을 고려한 부품 설계(DFM)
금속 주조에서 제조 용이성을 고려한 설계(DFM)는 균일한 벽 두께, 충분한 곡률 반경, 경사각 및 분할선을 추구하는 것을 의미합니다. 이러한 요소들은 부품이 고르게 응고될 뿐만 아니라 금형에서 매끄럽게 배출되도록 보장합니다.
- 균일한 벽 두께 설계자는 냉각 및 수축의 균형을 유지하고 부품 결함을 방지하기 위해 균일한 벽 두께를 적용해야 합니다.
- 관대한 반경 이는 부품의 날카로운 모서리 부분에 응력이 집중되는 것을 방지합니다.
- 기울기 각도 - 잘 설계된 드래프트 각도는 금형에서 부품을 깔끔하게 분리할 수 있도록 해줍니다.
- 파팅 라인 이 기능은 금형의 복잡성과 플래시 형성에 영향을 미치므로 전략적으로 배치해야 합니다.
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금속 주조를 위한 다양한 열처리 방법
어닐링, 노멀라이징, 템퍼링/퀜칭은 금속 주조 부품에 적용되는 주요 열처리 방법입니다. 이러한 응고 후 공정은 재료의 기계적 특성을 향상시키기 위해 사용됩니다.
- 가열 냉각 – 이는 내부 응력을 완화하는 재료 연화 방법입니다.
- 정규화 이 방법은 결정립 미세화를 통해 균일한 기계적 특성을 얻는 데 도움이 됩니다.
- 담금질 – 이는 주조 부품을 공기, 물 또는 오일을 이용하여 급속 냉각하는 공정입니다. 이 공정을 통해 부품의 강도가 향상되고 미세 구조가 경화됩니다.
- 템퍼링 템퍼링은 담금질된 부품을 임계 온도 이하로 제어된 방식으로 재가열하는 공정입니다. 이 열처리 공정을 통해 취성은 감소되지만 경도는 대부분 유지됩니다.
캐스팅의 미래
주조 기술은 개발 주기를 단축하고 불량률을 줄이는 방향으로 나아가고 있습니다. 전산 유체 역학 모델은 부품 결함을 예측하는 데 점점 더 많이 사용될 것입니다.4] 3D 프린팅 코어와 금형은 시제품 제작 속도를 높이고 있습니다. 또한 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 설계 과정 초기, 즉 금형 제작 전에 결함을 감지하고 있습니다.
산업계에서는 더 가볍고 강한 부품을 만들기 위해 하이브리드 주조 공정과 경량 합금을 점점 더 많이 사용하고 있습니다. 주조 기술의 미래가 어떻게 될지는 모르지만, 위에서 논의한 주요 주조 유형과 기타 기본 원칙들은 여전히 유효합니다.
합산
주조를 통해 신뢰할 수 있는 제품을 얻으려면 생산량, 부품 복잡성, 원하는 특성 및 재료를 작업에 맞게 설계된 주조 유형과 일치시켜야 합니다. 다이캐스팅은 대량 생산 및 정밀 성형에, 사형 주조는 경제적인 활용성을 위해, 그리고 정밀 주조는 복잡한 세부 형상에 사용됩니다. 진공 주조와 같은 특수 주조 방법은 특정 성능 요구 사항을 충족합니다.
모든 부품에 적합한 단일 주조 방식이 없기 때문에, 주조는 제조 분야에서 타의 추종을 불허하는 다용성을 자랑합니다. 적절한 드래프트 각도, 충분한 곡률 반경, 균일한 벽 두께 등 설계 간소화(DFM) 원칙을 적용해야 하며, 후처리 열처리 또한 잊지 말아야 합니다.
설계에서 생산으로의 전환을 위해, 지금 바로 부품 설계를 업로드하여 DFM 검토 및 즉시 견적을 받아보세요. 주조 관련 문제가 발생할 경우, 엔지니어가 금형 제작 전에 이를 파악하여 비용 절감을 도와드립니다.
FAQ
주조 방식이 비용에 어떤 영향을 미치나요?
주조 방식에 따라 비용이 달라집니다. 일부 옵션은 더 저렴할 수 있지만, 더 비싼 옵션보다 재작업이 더 많이 필요할 수 있습니다.
주조에서 재료의 종류를 아는 것이 왜 중요한가요?
재료 유형에 대한 지식은 재료 특성을 용도에 맞게 선택하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 알루미늄과 강철은 서로 다른 특성을 가지고 있으며, 이는 용도 적합성에 영향을 미칩니다.
주조 방식을 선택할 때 생산량은 어떤 역할을 하나요?
주조 방법의 경제성은 생산량에 따라 결정됩니다. 단위당 비용과 초기 금형 비용 간의 관계는 방법마다 다릅니다. 소량 생산에는 정밀 주조와 사형 주조가 선호됩니다. 원심 주조와 영구 주형 주조는 중량 생산에 가장 적합합니다. 대량 생산에는 다이캐스팅이 주된 방법입니다.
리소스
[1]https://aristo-cast.com/wp-content/uploads/2020/09/ICI_Metal_Standards_Spec_Manual.pdf
[2]https://www.uobabylon.edu.iq/eprints/publication_1_1951_6172.pdf
[3]https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/squeeze-casting