캐스팅 대 위조: 포괄적 인 비교

1. 소개

주조 대 단조 두 가지 기본 금속 모양의 경로입니다.

캐스팅은 복잡한 모양을 생성하는 데 탁월합니다, 재료 폐기물이 상대적으로 낮고 적당한 형상에 대한 저에 따라 툴링 비용이 낮은 내부 공동 및 대규모 부품.

단조 우수한 기계적 특성을 가진 부품을 생성합니다, 피로 저항성 향상 및 더 나은 입자 흐름, 그러나 일반적으로 복잡한 형상을위한 더 무거운 도구와 더 많은 가공이 필요합니다..

올바른 선택은 응용 프로그램의 기계 요구 사항에 따라 다릅니다, 기하학적 복잡성, 용량, 비용 목표 및 규제 제약.

2. 캐스팅이란 무엇입니까??

주조 용융 금속이 원하는 성분과 같은 금형 공동에 부어진 제조 공정입니다..

일단 금속이 냉각되고 고형화되면, 주형을 제거하여 캐스트 부분을 드러냅니다.

이 과정은 금속 형성의 가장 오래된 방법 중 하나입니다., 수천 년 동안 거슬러 올라갑니다, 단순하고 매우 복잡한 부품을 생산하는 데있어서의 다양성 때문에 여전히 널리 사용됩니다..

프로세스 개요

1. 패턴 제작 - 부품의 복제본 (무늬) 왁스로 만들어졌습니다, 목재, 플라스틱, 또는 금속.
2. 곰팡이 준비 - 곰팡이는 모래를 사용하여 만들어집니다, 세라믹, 또는 금속, 주조 방법에 따라.
3. 녹는 & 붓는 것 - 금속 합금이 녹습니다 (일반적으로 합금에 따라 600–1,600 ° C입니다) 곰팡이에 쏟아졌습니다.
4. 응고 & 냉각 - 제어 된 냉각은 금속이 금형 공동의 모양을 취할 수 있도록합니다..
5. 쉐이크 아웃 & 청소 - 금형이 파손되거나 열려 있습니다, 과도한 재료 (게이트, 라이저) 제거됩니다.
6. 마무리 손질 & 점검 - 열처리, 가공, 표면 마감은 필요에 따라 적용됩니다.

캐스팅의 변형

• 모래 주조 -비용 효율적입니다, 크고 무거운 부품에 적합합니다; 치수 공차는 일반적으로 ± 0.5–2.0 mm입니다.
• 투자 캐스팅 (잃어버린 왁스) - 매우 상세하게 생성됩니다, 우수한 표면 마감 처리 된 Net 모양의 부품 (RA ≈ 1.6-3.2 µm).
• 다이 캐스팅 -녹은 비철 합금의 고압 주입 (알, Zn, Mg) 영구 곰팡이로; 대량 생산에 탁월합니다.
• 원심 캐스팅 - 파이프와 같은 원통형 부품에 사용됩니다, 고밀도와 최소 결함.
• 연속 캐스팅 - 빌릿 생산을위한 산업 공정, 슬래브, 용융 금속에서 직접 막대.

주요 장점

• 생산 능력 복잡한 기하학, 내부 공동 및 얇은 벽면을 포함합니다.
• 광범위한 합금 유연성 (강, 족쇄, 알류미늄, 구리, 니켈, 티탄).
• 거의 네트 모양 기능은 가공 요구 사항을 줄입니다.
• 비용 효율적입니다 큰 부분 그리고 저용량에서 중간 부피.
• 확장 성-프로토 타입에서 대량 생산에 이르기까지 (특히 다이 캐스팅).

제한

• 주조 결함 다공성, 수축 공동, 포함, 그리고 뜨거운 눈물.
• 기계적 특성 (인장 강도, 피로 저항) 수지상 미세 구조 및 다공성으로 인해 단조 등가보다 열등합니다..
• 치수 정확도와 표면 마감은 프로세스에 따라 크게 다릅니다.
• 냉각 속도로 인해 발생할 수 있습니다 분리 기계적 성능의 이방성.

3. 위조하는 것?

단조 금속이 원하는 형상으로 형성되는 금속 가공 공정입니다. 압축력, 일반적으로 망치를 사용합니다, 프레스, 또는 죽습니다.

캐스팅과 달리, 재료가 녹고 굳어지는 곳, 단조는 금속에서 작동합니다 솔리드 스테이트, 입자 구조를 개선하고 기계적 특성을 향상시킵니다.

단조는 가장 오래된 금속 모양 중 하나입니다, 역사적으로 간단한 수공구로 대장장이가 수행했습니다.

오늘, 항공 우주에서 널리 사용되는 고정밀 산업 공정입니다., 자동차, 기름 & 가스, 발전, 그리고 국방 산업.

프로세스 개요

1. 난방 (선택 과목) - 금속은 플라스틱 상태로 가열됩니다 (뜨거운 단조를 위해) 또는 실온에서 떠납니다 (차가운 단조를 위해).
2. 흉한 모습 - 금속은 압축되거나 평평한 다이 또는 모양의 다이 사이에서 모양으로 압축됩니다..
3. 트리밍 - 과도한 재료 (플래시) 제거됩니다.
4. 열처리 (필요한 경우) - 정규화, 담금질, 강도를 최적화하기 위해 템퍼링이 적용됩니다, 경도, 그리고 연성.
5. 마무리 손질 - 가공, 표면 마감, 검사 프로세스를 완료하십시오.

단조 유형

• 열린 다이 단조 - 평평한 다이 사이에서 형성된 큰 부품; 샤프트에 사용됩니다, 디스크, 그리고 큰 블록.
• 닫힌 다이 (인상적인) 단조 -금속은 Net Net Shape 부품에 대한 모양의 구멍으로 압축되었습니다.; 자동차 및 항공 우주에서 널리 사용됩니다.
• 차가운 단조 - 실온에서 수행; 탁월한 치수 정확도 및 표면 마감.
• 뜨거운 단조 - 재결정 화 온도 위에서 수행됩니다; 큰 형성을 허용합니다, 작업 경화가 감소한 힘든 합금.
• 등온 & 정밀 단조 - 티타늄의 고급 방법, 니켈, 항공 우주 합금, 가공 및 재료 폐기물 감소.

주요 장점

• 우수한 기계적 특성 세련된 입자 구조와 내부 공극 제거로 인해.
• 높은 피로 저항 주물에 비해 강도에 영향을 미칩니다.
• 일관된 치수 정확도 정밀 단조.
• 적합합니다 중요한 응용 프로그램 항공기 엔진 부품과 같은, 자동차 크랭크 샤프트, 압력 용기, 및 원자력 구성 요소.
• 최소한의 다공성과 탁월한 야금 무결성.

제한

• 더 높은 비용 캐스팅보다, 특히 복잡한 모양의 경우.
• 변형으로 형성 될 수있는 부품으로 제한 - 중공에 적합하지 않음, 얇은 벽, 또는 매우 복잡한 형상.
• 필요합니다 특수 툴링 및 고 톤 프레스 큰 부품의 경우.
• 커스텀 다이의 리드 타임이 길어집니다.

4. 미세 구조 & 주조 대 율법 흐름. 단조

캐스팅과 단조 사이의 가장 근본적인 차이 중 하나는 내부 미세 구조 재료의.

곡물이 어떻게 형성되는지, 정렬, 처리 중 분포는 기계적 강도에 직접 영향을 미칩니다, 강인함, 및 최종 성분의 피로 저항.

주조 미세 구조

• 응고 과정 - 캐스팅에서, 녹은 금속은 곰팡이 내부에서 냉각되어 굳어집니다.
  곡물은 무작위로 핵 생성하고 바깥쪽으로 자랍니다, 형성 등록 또는 원주 곡물 냉각 조건에 따라.
• 곡물 방향 - 선호하는 오리엔테이션이 없습니다 (등방성 구조), 그러나 종종 이질적인. 입자 경계는 스트레스 하에서 약점 일 수 있습니다.
• 결함 - 가능한 다공성, 수축 공동, 포함, 및 합금 요소의 분리 고르지 않은 냉각으로 인해. 이로 인해 피로 저항성과 골절 강인성이 줄어 듭니다.
• 속성 - 정적 부하 및 복잡한 모양에 적합하지만 일반적으로 단조 부품에 비해 인장 강도 및 피로 저항력이 낮습니다..

미세 구조를 단조

• 플라스틱 변형 과정 - 단조는 고체 상태에서 금속을 플라스틱으로 변형시킵니다, 캐스트 수지상 구조를 분해하고 다공성을 제거합니다.
• 곡물 흐름 정렬 - 단조는 적용 된 힘의 방향으로 곡물을 정렬합니다., 생산 a 연속 입자 흐름 그것은 부분의 모양을 따릅니다.
  이것은 강도와 ​​피로 저항을 향상시킵니다, 특히 크랭크 샤프트 및 터빈 블레이드와 같은 구성 요소에서.
• 결함 감소 - 단조 소형 공간과 포함, 결함 크기 감소 및 야금 무결성 향상.
• 속성 - 단조 부품은 우수한 기계적 특성을 보여줍니다, 특히 동적 또는 주기적 하중 조건에서.

5. 주조 대 전형적인 기계적 특성. 단조

6. 디자인 자유, 공차, 그리고 표면 마감

비교할 때 캐스팅 대 위조, 가장 결정적인 요소 중 하나는 설계 유연성, 치수 제어, 그리고 표면 품질.

각 프로세스에는 고유 한 강점과 한계가 있습니다, 다른 응용 프로그램에 대한 적합성을 결정합니다.

디자인 자유

• 주조 타의 추종을 불허하는 설계 유연성을 제공합니다. 내부 공동과 같은 복잡한 기하학, 얇은 벽, 격자 구조, 그리고 언더컷은 단일 붓기에서 직접 생성 될 수 있습니다..
  특히 투자 캐스팅은 거의 네트 모양의 부품을 가능하게합니다, 가공을 최대 줄입니다 70%.
  펌프 임펠러와 같은 구성 요소, 터빈 블레이드, 또는 복잡한 괄호는 캐스팅을 통해 거의 독점적으로 만들어집니다. 그러한 모양은 불가능하거나 경제적으로 금지되기 때문입니다..
• 단조, 대조적으로, 비교적 단순한 형상으로 제한됩니다.
  비공개-다이 단조는 네트 모양의 부품을 허용하지만, 복잡한 내부 구절, 미세한 격자 구조, 또는 날카로운 언더컷은 달성 할 수 없습니다.
  부품이 고체가 필요할 때 단조가 탁월합니다, 중공 부분이없는 연속 형상, 샤프트와 같은, 기어, 그리고 연결로드.

치수 공차 (ISO 8062 참조)

표면 마감 (거칠기 ra, μm)

7. 2 차 작업 및 열처리 영향

2 차 작업 및 열처리는 캐스팅 또는 단조로 생성 된 구성 요소의 성능을 최적화하는 데 중요한 역할을합니다..

이후 프로세스 단계는 기계적 특성에 직접적인 영향을 미칩니다, 치수 정확도, 표면 마감, 장기 내구성.

2 차 작업

가공:

• 주조: 캐스트 구성 요소는 종종 밀접한 공차와 임계 표면을 달성하기 위해 상당한 가공이 필요합니다., 특히 구멍에, 스레드, 그리고 짝짓기 얼굴.
  투자 캐스팅은 NET 근처의 모양 기능으로 인해 가공 요구 사항을 줄입니다., 반면 모래 주조는 일반적으로 더 광범위한 사후 분열이 필요합니다.
• 단조: 단조 부품은 일반적으로 최소한의 가공이 필요합니다, 주로 표면과 정밀 구멍을 마무리합니다, 닫힌 다이 단조의 균일 성과 근거리 차원으로 인해.

표면 마감:

• 연마 및 연삭: 표면 품질을 향상시킵니다, 거칠기를 줄입니다, 사소한 표면 결함을 제거하십시오. 투자 캐스팅은 RA에 도달 할 수 있습니다 < 1.5 기계적 또는 전기 폴딩 후 μM.
• 샷 폭발 / 구슬 폭발: 스케일을 제거하는 데 사용됩니다, 플래시, 표면 균일 성을 향상시킵니다.
• 코팅과 도금: 보조 코팅 (예를 들어, 스테인레스 스틸을위한 패시베이션, 부식 방지를위한 아연 또는 니켈 도금) 종종 모임 후 적용됩니다.

집회 & 입어 보기:

• 여러 부품이있는 구성 요소에 중요합니다, 부싱과 같은, 다리, 또는 힌지 어셈블리. 적절한 보조 작업은 적절한 정리를 보장합니다, 간섭, 기능적 정렬.

열처리

목적:
열처리 강도와 같은 기계적 특성을 향상시키는 데 사용됩니다, 경도, 연성, 내마모성. 그 효과는 캐스트 및 단조 구성 요소마다 다릅니다.

• 주조:

• • 캐스트 스테인레스 스틸과 저금리 강철은 종종 겪습니다 솔루션 어닐링, 스트레스 완화, 또는 연령 경화 잔류 응력을 줄입니다, 균질화 미세 구조, 가공 가능성을 향상시킵니다.
  • 얇은 부분에서 부분적 용융 또는 곡물이 조잡하지 않도록주의해야합니다., 특히 투자 주조에서.

• 단조:

• • 위조 구성 요소는 혜택을받습니다 정상화 또는 담금질과 템퍼링 곡물 구조를 개선하고 기계적 성능을 최대화합니다.
  • 본질적으로 단조하면 밀도가 높아집니다, 더 균일 한 미세 구조, 따라서 열처리는 주로 결함을 보상하기보다는 경도와 스트레스 완화를 최적화합니다..

고급 후 처리

• 잘 알고 있기 주조의 내부 다공성을 닫을 수 있습니다, 높은 비용으로 단조/단조 재료에 부동산을 더 가깝게 가져옵니다.
• 표면 처리 (샷 피닝, 질화, 기화) 피로 수명과 내마모성을 향상시킵니다.

8. 산업 응용: 필요한 일치 방법

주조 및 단조, 기계적 성능, 볼륨 요구 사항, 비용 제약.

캐스팅 응용 프로그램

자동차:

• 엔진 블록: 모래 주조는 철 엔진 블록에 널리 사용됩니다, 복잡한 워터 재킷과 내부 공동을 수용합니다.
• 실린더 헤드: 투자 캐스팅은 고성능 엔진에서 정밀 냉각 채널과 복잡한 형상을 가능하게합니다..
• 알루미늄 휠: 다이 캐스팅은 우수한 표면 마감과 치수 일관성으로 대량 생산을 허용합니다..

항공 우주:

• 터빈 블레이드: Inconel과 같은 슈퍼 합금의 투자 캐스팅 718 효율 및 고온 저항에 필수적인 복잡한 에어 포일 형상을 달성합니다..
• 엔진 하우징: 알루미늄 합금의 모래 주조.

기름 & 가스:

• 펌프 하우징: 주철 또는 강철의 모래 주조는 견고합니다, 유체 처리를위한 비용 효율적인 솔루션.
• 밸브 바디: 316L 스테인리스 스틸의 투자 캐스팅은 임계 밸브에 대한 타이트한 공차와 부식 저항을 달성합니다..

건설 & 하부 구조:

• 맨홀 덮개: 연성 철의 모래 주조는 높은 강도와 ​​내구성을 제공합니다..
• 파이프 피팅 & 구성 요소: 다이 캐스팅 알루미늄 또는 황동은 경량을 제공합니다, 물 및 가스 네트워크를위한 부식 방지 솔루션.

단조 응용 프로그램

자동차:

• 크랭크 샤프트: AISI의 폐쇄-다이 단조 4140 강철은 성능 엔진을위한 높은 피로 저항과 우수한 곡물 흐름을 보장합니다..
• 연결로드: 위조 된 4340 반복적 인 동적 하중 하에서 강도와 인성을위한 강철.

항공 우주:

• 랜딩 기어 구성 요소: 티타늄 합금의 폐쇄-다이 단조.
• 엔진 샤프트: Inconel의 열린 디키 단조 625 고온과 응력에 저항력이있는 구성 요소를 생성합니다.

기름 & 가스:

• 드릴 칼라: AISI 4145H 강철의 오픈-다이 단조.
• 밸브 줄기: 316L 스테인레스 스틸의 폐쇄-다이 단조.

중장기 & 산업 장비:

• 기어 블랭크: AISI의 폐쇄-다이 단조 8620 강철은 전력 전송을 위해 높은 경도와 내마모성을 달성합니다..
• 유압 실린더 & 샤프트: A36 강철의 오픈 디키 단조.

9. 캐스팅 대 포괄적 인 비교. 단조

캐스팅 대 위조는 기초 제조 방법입니다, 각각 뚜렷한 장점이 있습니다, 제한, 이상적인 사용 사례.

아래 표는 여러 차원의 주요 차이점을 요약합니다., 엔지니어를위한 장자 안내서 제공, 디자이너, 그리고 생산 관리자:

10. 결론

캐스팅 vs 단조는 경쟁자가 아니라 보완 도구입니다. 특정 제조 요구에 최적화되었습니다.:

• 캐스팅을 선택하십시오: 복잡한 형상이 필요합니다, 낮은 양의 선불 비용, 또는 취성 금속으로 만든 부품 (주철).
  투자 캐스팅은 정밀하게 탁월합니다, 비용으로 모래 주조, 그리고 대량이 아닌 부품에서 주물을 주조하십시오.
• 위조를 선택하십시오: 당신은 높은 강도가 필요합니다, 피로 저항, 또는 중등도의 간단한 형태를위한 단단한 공차. 닫힌 다이 단조는 대량에 이상적입니다, 스트레스가 많은 부품; 큰 열린 단조, 저용량 구성 요소.

가장 성공적인 제조 전략은 두 가지 방법을 모두 활용합니다., 자동차 엔진은 캐스트 블록을 사용합니다 (복잡성) 그리고 위조 된 크랭크 샤프트 (힘).

프로세스 선택을 부품 함수와 정렬하여, 용량, 그리고 비용, 엔지니어는 성능을 최적화 할 수 있습니다, TCO 감소, 장기적인 신뢰성을 보장합니다.

 

FAQ

내부 구멍이있는 부품을 단조 할 수 있습니다?

아니요 - 고체 형태의 고체 금속, 따라서 내부 공동에는 보조 가공이 필요합니다 (교련, 지루한), 비용을 추가하고 강도를 줄입니다.

주조 (특히 모래 또는 투자) 내부 기능이있는 부품을위한 유일한 실용적인 방법입니다. (예를 들어, 엔진 워터 재킷).

강철 부품의 경우 어떤 프로세스가 더 지속 가능합니다?

단조는 대량의 경우 더 지속 가능합니다, 스트레스가 많은 부품: 모래 주조보다 30-40% 적은 에너지를 사용합니다, 낭비가 적습니다 (10–15% 대. 15–20%), 그리고 단조 부품의 서비스 수명이 길어집니다 (교체주기 감소).

모래 주조는 저용량에 대해 더 지속 가능합니다, 복잡한 부분 (더 낮은 툴링 에너지).

캐스팅 대 최대 크기는 얼마입니까?. 단조 부분품?

• 주조: 모래 주조는 부품을 생산할 수 있습니다 100 톤 (예를 들어, 선박 프로펠러); 투자 캐스팅은 ~ 50kg으로 제한됩니다 (정밀 부품).
• 단조: 열린 다이 단조는 부품을 생산할 수 있습니다 200 톤 (예를 들어, 발전소 샤프트); 폐쇄-다이 단조는 ~ 100kg으로 제한됩니다 (대량 부품).

항공 우주 터빈 블레이드가 단조 대신 주조되는 이유는 무엇입니까??

터빈 블레이드에는 복잡한 에어 포일 형상과 내부 냉각 채널이 있습니다..

투자 캐스팅 (Inconel과 같은 단일 결정 슈퍼 합금 사용 718) 필요한 정밀도로 이러한 기능을 생성합니다, 열처리는 고온 서비스의 강도를 최적화합니다.