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제5장 주조공정 (Casting Process) III

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Presentation on theme: "제5장 주조공정 (Casting Process) III"— Presentation transcript:

1 제5장 주조공정 (Casting Process) III
Topic: (1) 잉곳주조와 연속주조 (2) 주조공정의 분류 (3) 소모성 주형 주조 (4) 영구주형 주조 (5) 주조의 경제성

2 문제: “탈 수 없다면 가져라!!” Mercedes-Benz MAYBACH는 시가 10억이 넘는 차량으로 아무나 구입할 수 있는 차량이 아니다. 그래서, Benz Shop에서는 모델카를 제작하여 저렴한 가격에 판매를 하고 있다. 곁으로만 봐도 표면정도는 매우 우수하고 상당히 정밀하게 제작되었다. 모델카를 제작하는데 어떤 주조공정이 적용 되었을까?

3 Topic: 잉곳주조 개별공정 (batch process) 용탕 - 레이들(ladle) - 잉곳주형 – 균일가열로 철 잉곳
수kg~수백 톤 잉곳의 탈산여부에 따라 킬드(killed) 강: 완전 탈산, 기공 없음, 윗면에 파이프 세미킬드(semi-killed) 강: 부분 탈산 림드(rimmed) 강: C<0.15%인 경우, 림을 따라 기공

4 Topic: 연속주조(continuous casting)

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9 <응고와 단면조직>

10 <Twin roll strip casting-Al alloy>

11 Topic: 주조의 분류 - 소모성주형(expendable mold)
응고냉각후 주형을 파괴하여 주물을 꺼냄 주형재료에 따른 분류 사형주조(sand casting) 셸주조(shell molding) 석고주형주조(plaster-mold) 세라믹주형주조(ceramic-mold) 모형재료에 따른 분류 소실모형주조(lost-foam) 인베스트먼트주조(investment, or lost-wax)

12 Topic: 주조의 분류 – 영구주형 (permanent mold)
금속, 흑연을 기계가공하여 금형제작 코어는 금속이나 모래 주형의 냉각 필요 가압방식에 따른 분류 슬러쉬 (slush) 주조 가압주조 원심주조 다이 캐스팅 (die casting) 스퀴즈 캐스팅 (squeeze casting)

13 Topic: 사형주조(sand casting)
공작기계 받침대, 엔진블럭, 실린더헤드, 펌프하우징, 대형 프로펠러 주물사 주로 실리카모래(SiO2) 통기도 - 가스배출 강도(붕괴성, collapsibility) - 고온 균열의 예방 모형(pattern) - 나무, 플라스틱, 금속 코어 셸, 노-베이크, 콜드박스 공정으로 제작 강도, 통기도, 내화도 필요

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15 Q: 코어용 모래에 수분이 포함되면? 코어프린트 코어받침(chaplet)

16 코어프린트

17 바닥조형법

18 셸(주형)주조 정밀한 작은 부품: 기어하우징, 실린더헤드, 커넥팅로드
모형(철강, Al) - 가열(175~370C) - 코팅(이형제) - 얇은 셸로 조형(모래+열경화성 수지) - 경화 – 주입 주형은 주형상자 내에 강구를 채워서 지지

19 Shell-Molding Process
FIGURE Schematic illustration of the shell-molding process, also called the dump-box technique.

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21 석고주형 주조 석고+물(slurry) - 모형 위에 붓고 응고 - 모형제거후 건조 - 진공상태에서 주입
나무 모형은 사용하지 않음 진공주입 이유: 석고는 통기성이 나쁨 뒤틀림이 적고 균일한 결정립구조 가능 사무장비의 부품, 기어, 캠, 밸브, 골프클럽 헤드

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23 소실모형주조(Lost-foam casting)
크랭크축, 다기관(manifold), 기계받침대, 대형 금형 폴리스티렌 비드 혹은 왁스 - Al금형 - 폴리스티렌 모형 - 내화제 도포 - 조형 - 주입 모형 소실 소량생산의 경우: 폴리스티렌 혹은 왁스 절단 및 접착조립으로 모형완성

24 Evaporative Pattern Casting
FIGURE Schematic illustration of the expendable-pattern casting process, also known as lost-foam or evaporative-pattern casting.

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26 Topic: 인베스트먼트주조(로스트왁스법)
FIGURE Schematic illustration of investment casting (lost wax process). Castings by this method can be made with very fine detail and from a variety of metals. Source: Steel Founders' Society of America.

27 인베스트먼트 주조의 절차

28 왁스모형제작용 금형

29 Slurry 및 stucco 코팅

30 모형배출 및 주입 (1)

31 모형배출 및 주입 (2)

32 인베스트먼트 주물 (1)

33 인베스트먼트 주물 (2)

34 인베스트먼트 주물 (3)

35 Topic: 영구주형 주조 슬러쉬 주조 가압주조 미응고된 용탕을 거꾸로 쏟아 냄 장식품, 장난감
저압주조(low-pressure casting) 용탕이 아래에서 위로 주입되도록 가압하여 주입

36 Topic: 다이캐스팅 저온챔버(cold-chamber)공정 Cu, Al 합금 생산속도: 100shots/hr
가압력: 200kgf/cm2 이상

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38 고온챔버(hot-chamber)공정 용융점이 낮은 금속 공기포함 확률이 낮음 구즈넥의 사용수명 한계
소형제품, 높은 생산속도, 낮은 가압력

39 Computer controlled Diecasting.
Controlled Shot Weight Buhler CNC Diecasting machine. Automated Trimming Robotic Quality controller.

40 <다이캐스팅의 특징> 부가공정이 거의 필요없는 정밀제품 대량생산
용탕을 금형에 고속/고압으로 주입하고 완전 응고할 때까지 계속 가압 우수한 표면상태와 복잡한 형상 가능 각종 자동차부품 (fuel pump body, transmission housing, engine block) 가전제품의 부품 사무용품의 부품 일반 기계부품 완구, 레저용품

41 Topic: 원심주조 주형을 예열하여 회전시켜 원심력을 이용하여 용탕주입 주물 내면의 냉각은 느린 편(복사열) 종류
HYDRAULIC TURBINE GUIDE BEARING Topic: 원심주조 주형을 예열하여 회전시켜 원심력을 이용하여 용탕주입 주물 내면의 냉각은 느린 편(복사열) 종류 진원심주조 : 인장강도가 높은 주강관, 주철관 반원심주조 : 철도 차륜 센트리퓨징(centrifuging) : 탕구봉 둘레도 소형 주형을 다수 설치 FOR NUCLEAR GENERATING STATION

42 Centrifugal Casting FIGURE Schematic illustration of the centrifugal casting process. Pipes, cylinder liners, and similarly shaped hollow parts can be cast by this process.

43 Semicentrifugal Casting
FIGURE (a) Schematic illustration of the semicentrifugal casting process. Wheels with spokes can be cast by this process. (b) Schematic illustration of casting by centrifuging. The molds are placed at the periphery of the machine, and the molten metal is forced into the molds by centrifugal forces.

44 Topic: 특수주조방법 방향성 응고/단결정주조

45 일반 주조 방향성응고 주조 단결정 주조

46 Turbine blade 의 냉각 및 충전과정

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49 Crystal Growing FIGURE Two methods of crystal growing: (a) crystal pulling (Czochralski process) and (b) floating-zone method. Crystal growing is especially important in the semiconductor industry. (c) A single-crystal silicon ingot produced by the Czochralski process. Source: Courtesy of Intel Corp.

50 Melt-Spinning Process
FIGURE (a) Schematic illustration of the melt-spinning process to produce thin strips of amorphous metal. (b) Photograph of nickel-alloy production through melt-spinning. Source: Courtesy of Siemens AG.

51 Economics of Casting FIGURE Economic comparison of making a part by two different casting processes. Note that because of the high cost of equipment, die casting is economical mainly for large production runs. Source: The North American Die Casting Association.

52 Lost-Foam Casting of Engine Blocks
FIGURE (a) An engine block for a 60-hp 3-cylinder marine engine, produced by the lost-foam casting process; (b) a robot pouring molten aluminum into a flask containing a polystyrene pattern. In the pressurized lost-foam process, the flask is then pressurized to 150 psi (1000 kPa). Source: Courtesy of Mercury Marine


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