제5장 주조공정 (Casting Process) II

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1 제5장 주조공정 (Casting Process) II
제5장 주조공정 (Casting Process) II Topic: (1) 주형의 구조/탕구계/ 주조방안 (2) 주조의 일반적 절차 (3) 응고시간 (4) 응고속도의 조절-라이저/냉각쇠 (5) 주물 결함 (6) 주물 설계방안

2 문제: 울산시는 울산대공원을 재조성하는 과정에서 시민들이 결혼기념일이나 입학, 시험 합격 등 기쁜 날 기쁨 두 배의 기분을 만끽하도록 울산 대종을 만들기로 했다. 종 제작을 맡은 ㈜신영EDM의 김과장은 주석과 동을 섞어서 전통적인 사형주조로 만들려고 한다. 종의 무게가 11톤이나 나갈 것으로 추정되는데, 제작 중에 체결력이 필요한지 의문을 가지게 되었다. 과연 체결력의 필요 여부를 어떻게 알 수 있을까??

3 Topic: 주형의 구조 Q1: 주형 각 부분이 독특한 구조를 갖는 이유는?
탕구계(sprue system): 용탕받이, 탕구, 탕도, 게이트

4 <주조방안> 탕구계의 설계방안 용탕의 적절한 유동 불순물이 혼입되지 않는 구조 가스혼입 방지
난류발생의 억제 불순물이 혼입되지 않는 구조 가스혼입 방지 열손실 최소화 (조기응고 방지)

5 Topic: 주조의 일반적 절차 (1) 주물도면 상형의 모형 하형의 모형 코어박스 코어 제작 조형준비된 상형 코어프린트 게이트
라이저 탕구 주형상자 조형준비된 상형

6 Topic: 주조의 일반적 절차 (2) 조형완료후 모형을 제거한 상형 조형완료후 모형을 제거한 하형 조형준비된 하형
고정핀 후처리 완료된 주물 주형에서 꺼낸 상태의 주물 코어를 설치한 하형 주입준비된 주형

7 Topic: 조형작업 (1) 하형(cope)에 모래충전 (뒤집을 준비) 하형(cope)에 모형설치 (코어프린트 주목)
상형에 모래충전 상형(drag)에 모형(반쪽), 탕구, 라이저 설치 Q: 상형에는 있지만, 하형에는 없는 부분은?

8 Topic: 조형작업 (2) 모형을 빼내고 체결준비가 된 하형 (탕도, 게이트가 보임)
상형의 바닥면 (라이저, 탕구의 밑면이 보임) 용탕 응고후 주형에서 분리된 주물 용탕주입 준비가된 체결된 주형 Q: 주형에서 꺼낸 주물에서 제거되어야 할 부분은?

9 사진을 통한 주조절차(1)

10 사진을 통한 주조절차(2)

11 Topic: 응고시간 (solidification time)
응고층의 두께 : 예: 시간이 두 배 지나면 응고층은 1.4배 두꺼워짐. Q: 평탄한 부분과 곡률이 큰 부분의 응고층 두께는 어떻게 다른가?

12 응고시간의 계산 Chvorinov의 법칙(1938) C: 주형상수, V:주물의 부피, S: 주물의 표면적
Q: 부피가 같지만, 표면적이 두 배인 주물의 응고시간은?

13 예제: 여러 모양에 대한 응고시간 같은 체적을 갖지만 모양이 서로 다른 세 가지 주물 – (구, 정육면체, 구의 직경과 같은 높이의 원기둥) 에 대한 응고시간 계산 구 정육면체 원기둥

14 Topic: 응고속도의 조절 - 라이저의 설계조건 곡선의 윗부분에 오도록 설계 라이저 주물보다 응고가 더딜 것
주물의 냉각, 응고에 따른 수축을 보충하기 위한 여분의 공동부 주물보다 응고가 더딜 것 보통 원주형 또는 사각주형 냉각비 , 체적비 일 때 곡선의 윗부분에 오도록 설계

15 내부냉각쇠 냉각쇠(chill) Hot spots 냉각쇠의 사용 예 외부냉각쇠

16 냉각쇠 (chill) 주물 각 부분의 냉각속도를 조절 열흡수성이 좋은 재료 사용 주형면에 접촉시키는 방법 교차부에 대는 방법
용탕과의 접촉부는 도료, 도금 교차부에 대는 방법 주형공동부에 넣는 방법 self chill 주물의 두꺼운 부분에 fin을 붙임

17 사형주조 후 처리 주형뽑기, 모래털기 주물청소 표면다듬질: grinding 후속 기계가공 (필요한 면만)
shot blast, sand blast, tumbler 표면다듬질: grinding 후속 기계가공 (필요한 면만)

18 Topic: 주물결함 <주조와 가스> 용탕(액체) 가스(기체) 기체의 액체로의 용해도에 따름.
용탕(액체) 가스(기체) 기체의 액체로의 용해도에 따름. 온도가 떨어지면 용해도는 급격 감소. 고상의 금속격자 사이에 침입 화합물, 공동(기포)으로 존재 주물 표면의 가스: 주형을 통하여 탈출 주형재료의 통기성에 따름 냉각-점성증대-응고진행 내부의 가스는 기포 형성 알루미늄 용탕에 대한 수소의 용해도 Q: 주형을 통하여 탈출하지 못한 가스는 어떻게 되는가?

19 ICFTA의 결함분류 (International Committee of Foundry Technical Association)
(1) 금속돌출: fin, flash, swell … (2) 기공 (3) 불연속 (discontinuities) (4) 표면불량 (5) 충전불량 (incomplete casting) (6) 치수불량 (7) 개재물 (inclusions)

20 <주물 결함의 예>

21 <shrinkage, cold shut>

22 주물설계시 고려사항 모서리, 각, 단면두께 평탄면 수축(shrinkage) - 수축여유 필요
예리한 단면변화 - 균열, 찢어짐 (tearing) 열점(hot spot) - 국부적 최종 응고점 평탄면 수축(shrinkage) - 수축여유 필요 분리선(parting line) - 코어의 사용과 연관 구배(draft) - 모형을 빼낼 때의 여유 공차(tolerance) 가공여유(allowance)

23 <무엇이 다릅니까?-1>

24 <무엇이 다릅니까?-2>

25 Design Modifications FIGURE Suggested design modifications to avoid defects in castings. Source: Courtesy of The North American Die Casting Association.

26 강의내용 요약 1. 주형의 구조/탕구계/주조방안 2. 주조의 일반적 절차 3. 응고시간 4. 응고속도의 조절-라이저/냉각쇠 5. 주물 결함 6. 주물 설계방안