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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
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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??
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Topic: 주형의 구조 Q1: 주형 각 부분이 독특한 구조를 갖는 이유는?
탕구계(sprue system): 용탕받이, 탕구, 탕도, 게이트
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<주조방안> 탕구계의 설계방안 용탕의 적절한 유동 불순물이 혼입되지 않는 구조 가스혼입 방지
난류발생의 억제 불순물이 혼입되지 않는 구조 가스혼입 방지 열손실 최소화 (조기응고 방지)
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Topic: 주조의 일반적 절차 (1) 주물도면 상형의 모형 하형의 모형 코어박스 코어 제작 조형준비된 상형 코어프린트 게이트
라이저 탕구 주형상자 조형준비된 상형
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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
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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?
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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?
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사진을 통한 주조절차(1)
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사진을 통한 주조절차(2)
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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?
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응고시간의 계산 Chvorinov의 법칙(1938) C: 주형상수, V:주물의 부피, S: 주물의 표면적
Q: 부피가 같지만, 표면적이 두 배인 주물의 응고시간은?
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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
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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
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내부냉각쇠 냉각쇠(chill) Hot spots 냉각쇠의 사용 예 외부냉각쇠
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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
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사형주조 후 처리 주형뽑기, 모래털기 주물청소 표면다듬질: grinding 후속 기계가공 (필요한 면만)
shot blast, sand blast, tumbler 표면다듬질: grinding 후속 기계가공 (필요한 면만)
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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?
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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)
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<주물 결함의 예>
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<shrinkage, cold shut>
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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)
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<무엇이 다릅니까?-1>
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<무엇이 다릅니까?-2>
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Design Modifications FIGURE Suggested design modifications to avoid defects in castings. Source: Courtesy of The North American Die Casting Association.
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강의내용 요약 1. 주형의 구조/탕구계/주조방안 2. 주조의 일반적 절차 3. 응고시간 4. 응고속도의 조절-라이저/냉각쇠 5. 주물 결함 6. 주물 설계방안
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