주조의 다양한 유형의 패턴

1. 소개

주조는 인류에서 가장 오래되고 가장 다양한 제조 공정 중 하나입니다..

이 과정의 중심에는 주조 패턴이 있습니다.: 최종 부품의 형상을 정의하는 물리적 템플릿.

잘 디자인된 패턴으로 스크랩 최소화, 리드타임 단축, 가공을 줄이고 반복성을 향상시킵니다.; 가난한 사람은 값비싼 수리를 강요한다, 재작업 또는 툴링 재설계.

2. 캐스팅 패턴이란 무엇이며 왜 중요한가요?

에이 캐스팅 패턴 a 정밀하게 설계된 3차원 모델 원하는 구성품의, 용융 금속이 부어지는 금형 캐비티를 형성하는 데 사용됩니다..

단순한 레플리카와는 다르게, 패턴은 의도적으로 수당을 포함하도록 수정되었습니다. 수축을 위해, 가공, 그리고 왜곡, 게다가 기능적 특징 게이팅 시스템과 같은, 라이저, 및 코어 프린트.

금속이 금형 내에서 응고되면, 패턴에 의해 정의된 기하학적 구조와 치수를 가정하여 패턴을 주조 시 치수 정확성과 반복성의 기초로 만듭니다..

패턴이 필수인 이유

현대 주조 실무에서, 패턴은 단순한 "템플릿"이 아니라 엔지니어링 제어 요소 주조 품질을 결정하는 요소, 비용, 프로세스 효율성.

그 영향은 세 가지 핵심 차원에 걸쳐 정량화될 수 있습니다.:

• 기하학 제어: 패턴은 부품이 설계 사양과 일치하는지 확인합니다.. 잘못 설계된 패턴은 치수 오류로 이어질 수 있습니다., 어떤 원인 35% 주조 결함.
• 비용 효율성: 패턴 소재와 디자인이 전체 주조비의 10~25% 차지.
  올바른 패턴 선택 (예를 들어, 소량용 목재 대. 높은 볼륨을 위한 금속) 부품당 비용을 40~60% 절감할 수 있습니다..
• 프로세스 호환성: 모든 주조 방법에 단일 패턴이 적용되지는 않습니다. 매몰 주조에는 왁스 패턴이 필요합니다., 모래주조는 목재나 금속을 사용하지만. 일치하지 않는 패턴으로 인해 20% 더 높은 폐기율.

패턴 대. 죽는다: 기술적 차별점

하는 동안 패턴 그리고 죽는다 유사한 기하학적 복제 목적을 제공합니다., 그들의 운영 역할은 근본적으로 다릅니다:

3. 모든 패턴에 적용되는 주요 설계 매개변수

재질에 상관없이, 프로세스, 또는 복잡성, 모든 캐스팅 패턴에는 다음과 같은 세트가 포함되어야 합니다. 핵심 설계 매개변수 치수 정확도를 보장하기 위해, 제조, 그리고 결함 없는 주물.

이러한 원칙은 다음에 의해 안내됩니다. ASTM A802 – 주조 패턴 및 코어 박스에 대한 표준 사양 모재에 따라 조정됩니다., 캐스팅 과정, 부품 형상.

4. 패턴 재료 - 선택 및 장단점

5. 주조의 일반적인 패턴 유형

주조 패턴은 금형 제작의 초석입니다.. 올바른 선택 패턴 유형 균형 복잡성, 용량, 비용, 그리고 정밀도.

다음 10가지 패턴은 산업용 주조에 가장 널리 사용됩니다., 각각을 선택하는 시기와 이유에 대한 안내.

일체형 (단단한) 무늬

• 정의: 싱글, 최종 부분의 견고한 복제, 정확한 외부 기하학을 표현.
  일반적으로 작거나 단순한 구성 요소에 사용됩니다., 분리 가능한 섹션이 없습니다., 모든 금형 캐비티는 이 하나의 조각 주위에 형성되어야 합니다..
  플랫용으로 자주 사용됩니다., 언더컷이나 복잡한 특징이 최소화된 프리즘 모양.

  

• 유스 케이스: 작은, 단순한 형상 또는 프로토타입 부품.
• 장점: 저렴한 비용, 제작이 용이하다, 빠른 리드타임.
• 제한: 복잡한 형상이나 언더컷에는 부적합; 과도한 초안이나 추가 코어가 필요할 수 있습니다..

2 피스 (나뉘다) 무늬

• 정의: 패턴을 따라 나누어진 패턴 단일 분할 평면 두 개의 반쪽으로 - 일반적으로 대처라고 함 (맨 위) 그리고 드래그 (맨 아래).
  이를 통해 캐비티를 손상시키지 않고 모래나 기타 금형 재료에서 패턴을 제거할 수 있습니다..
  분할은 적당한 언더컷을 수용하고 게이팅 및 라이저 배치를 용이하게 합니다..
• 유스 케이스: 적당한 복잡성을 지닌 대부분의 표준 모래 주조.
• 장점: 언더컷 지원, 쉽게 곰팡이를 제거할 수 있습니다.
• 제한: 신중한 분할면 설계 및 정렬이 필요합니다. (자주 사용하는 다웰핀).

다중 조각 패턴

• 정의: 캡처할 세 개 이상의 섹션으로 구성된 패턴 복잡하거나 깊은 구멍, 또는 여러 분할 평면을 수용하기 위해.
  구성 요소에는 일반적으로 상단이 포함됩니다., 맨 아래, 및 중간 섹션. 이 디자인을 사용하면 단일 또는 두 조각 패턴으로 형성할 수 없는 복잡한 형상의 생산이 가능합니다..

  

• 유스 케이스: 내부 기능을 갖춘 복잡한 산업용 구성 요소.
• 장점: 다중 코어 없이 심층 또는 다방향 기능 캐스팅 가능.
• 제한: 조립에는 시간이 많이 걸립니다; 정렬 오류로 인해 스크랩이 증가할 수 있음.

성냥갑 패턴

• 정의: 패턴 (단일 또는 다중) 견고한 금속판에 장착되어 있습니다., 반대쪽 면에 배열된 상부 및 드래그 측면.
  이 구성은 기계화 또는 대량 성형에 적합합니다., 자동 플라스크 취급 및 신속한 공동 형성 가능.
• 유스 케이스: 자동화된 모래 성형 라인에서 중대량 생산.
• 장점: 높은 반복성, 빠른 성형, 기계화 생산에 적합.
• 제한: 높은 초기 툴링 비용; 플레이트는 정밀하게 가공되어야 합니다..

게이트 / 다중 캐비티 패턴

• 정의: 결합 여러 부품 패턴 단일 어셈블리로, 통합된 스프루 포함, 주자, 그리고 게이트.
  용융 금속으로 여러 개의 공동을 동시에 채우도록 설계되었습니다.. 동일한 부품이 대량으로 필요할 때 자주 사용됩니다..

  

• 유스 케이스: 대량으로 생산되는 소형 주물, 예를 들어, 자동차 부품.
• 장점: 효율적인 생산, 일관된 충전, 부품당 노동력 감소.
• 제한: 복잡한 게이팅 설계; 러너 스크랩은 재활용되어야합니다.

해골 패턴

• 정의: 단순화된, 최종 구성 요소의 오픈 프레임 버전, 모래나 성형 재료로 형성되는 캐비티의 큰 부분을 남겨두고 주요 기하학적 특징의 개요를 설명합니다..
  이 디자인은 특히 대규모 작업에 효과적입니다., 재료 절약과 모래 제거 효율성이 중요한 상대적으로 단순한 형상.
• 유스 케이스: 크기가 큰, 기계 베이스 또는 구조적 주조물과 같은 단순한 형상.
• 장점: 재료와 무게를 절약합니다., 모래 제거 단순화.
• 제한: 미세한 디테일이나 작은 작업에는 적합하지 않습니다., 복잡한 부분.

스윕 패턴

• 정의: 캐비티를 형성하는 패턴 프로파일 템플릿 회전 (스위프) 중심축을 중심으로, 금형 재료에서 원하는 윤곽을 추적합니다..
  단일 곡선 프로파일로 생성할 수 있는 회전 대칭 구성 요소 및 모양에 이상적입니다..
• 유스 케이스: 원뿔과 같은 회전 대칭 부품, 종, 아니면 큰 도르래.
• 장점: 축대칭 형상을 위한 빠른 캐비티 형성.
• 제한: 스위프 가능한 프로필로 제한됨; 복잡한 3D 기능에는 적합하지 않음.

느슨한 조각 패턴

• 정의: 형태를 위해 특별히 설계된 분리 가능한 섹션이 있는 패턴 언더컷, 투영, 또는 내부 기능.
  금형 형성 중에 느슨한 조각을 개별적으로 제거하여 금형 손상을 방지하고 정확한 캐비티 생성을 보장합니다..
• 유스 케이스: 보스가 있는 부품, 구멍, 또는 일체형 패턴을 가두는 복잡한 돌출부.
• 장점: 제거가 용이하고 곰팡이 손상 위험이 줄어듭니다..
• 제한: 조립과 정확한 정렬을 위해서는 숙련된 인력이 필요합니다..

코프 & 견인 (플라스크) 무늬

• 정의: 다음 용도로 설계된 모듈식 패턴 플라스크 기반 모래 주형, 윗부분 분리하기 (코프) 그리고 바닥 (견인) 보다 쉬운 금형 충전을 위해, 압축, 그리고 금속 붓기. 크거나 무거운 주조물에 공통.
• 유스 케이스: 엔진 블록이나 펌프 하우징과 같은 대형 모래 주조물.
• 장점: 모듈식; 무거운 금형 및 대형 부품 지원.
• 제한: 무거운 플라스크를 취급하고 정렬하는 것은 어려울 수 있습니다..

쉘 패턴

• 정의: 사용 쉘 성형 공정, 종종 금속성 또는 가열됨, 얇게 제작하다, 엄격한, 패턴 주변의 수지 결합 모래 껍질.
  이러한 유형의 패턴은 다음을 허용합니다. 높은 정밀도, 복잡한 디테일, 그리고 우수한 표면 마감 제어된 가열 및 균일한 쉘 증착으로 인해.

  

• 유스 케이스: 얇은 벽이 필요한 정밀 부품, 우수한 표면 마감, 아니면 세세한 부분까지 (예를 들어, 항공우주 하우징, 기어 박스).
• 장점: 높은 차원 정확도 (±0.1mm 가능), 부드러운 표면 마감 (RA 0.8-3.2 µm), 효율적인 냉각.
• 제한: 공정 제어와 세심한 패턴 가열이 필요합니다.; 모래 패턴보다 높은 초기 비용.

엔지니어링 통찰력

• 패턴 선택은 다음에 따라 결정됩니다.: 부분 형상, 생산량, 공차 요구 사항, 그리고 재료.
• 비용 대 비용. 복잡성 절충: 단순한 단일 조각 패턴이 가장 저렴합니다., 멀티피스 또는 매치플레이트 패턴은 초기 비용이 높지만 대량 생산이 가능합니다., 정확한 생산.
• 패턴 유지관리: 재사용 가능한 패턴 (금속) 정기점검이 필요하다; 소모성 패턴 (목재, 밀랍) 공차를 유지하려면 자주 교체해야 합니다..

6. 프로세스별 참고사항: 키 캐스팅 방법의 패턴

주조 공정에 따라 패턴에 고유한 요구 사항이 적용됩니다.. 이러한 차이점을 이해하면 최적의 금형 형성, 최소 결함, 비용 효율적인 생산.

다음 참고 사항은 모래 주조에 패턴이 어떻게 적용되는지 자세히 설명합니다., 쉘 성형, 투자 캐스팅, 그리고 다이 캐스팅.

모래 주조

• 패턴 요구 사항: 패턴은 다음과 같아야 합니다. 견고하면서도 가벼운, 수동 또는 기계적으로 모래를 채워 넣기 때문에.
  초안 각도, 수축 허용, 모래 압축 및 금속 수축을 보상하는 데 게이팅 기능이 중요합니다..
• 일반적인 패턴 유형: 일체형, 투피스, 다중 조각, 해골, 그리고 대처하다 & 드래그 패턴이 가장 널리 사용됩니다..
• 고려 사항:

• • 목재 패턴은 소량 부품에 일반적입니다.; 대량 또는 정밀 부품에는 금속 패턴이 선호됩니다..
  • 구배 각도는 일반적으로 수직 표면의 경우 1~3° 범위입니다..
  • 언더컷에는 코어 배치와 제거 가능한 부품이 중요합니다..

• 응용: 엔진 블록, 펌프 하우징, 구조 구성 요소, 산업 기계.

쉘 성형 주조

• 패턴 요구 사항: 패턴은 열을 견뎌야 합니다. 수지 코팅 모래 껍질 형성. 균일한 쉘 두께와 디테일을 보장하기 위해 금속 또는 가열 패턴이 종종 사용됩니다..
• 일반적인 패턴 유형: 쉘 패턴, 매치 플레이트 패턴, 게이트형/다중 캐비티 패턴이 이상적입니다..
• 고려 사항:

• • 얇은 쉘은 정확한 공차를 허용합니다. (± 0.1 mm) 매끄러운 표면 마감 (RA 0.8-3.2 µm).
  • 구배 각도는 더 작을 수 있습니다. (0.5-1°) 수지의 유연성으로 인해.
  • 접착을 방지하고 분리를 용이하게 하기 위해 패턴을 코팅하는 경우가 많습니다..

• 응용: 항공 우주 구성 요소, 정밀 자동차 부품, 중소형 복잡한 산업용 주물.

투자 캐스팅

• 패턴 요구 사항: 패턴은 일반적으로 왁스 복제품 마지막 부분의. 왁스 패턴은 치수가 정확해야 하며 여러 코팅 및 연소 주기를 견딜 수 있어야 합니다..
• 일반적인 패턴 유형: 일체형, 게이트형/다중 캐비티, 느슨한 조각 패턴이 가장 자주 사용됩니다..
• 고려 사항:

• • 높은 치수 정밀도와 복잡한 디테일을 얻을 수 있습니다. (± 0.05–0.2 mm).
  • 패턴은 금속 및 세라믹 쉘의 수축을 모두 고려해야 합니다..
  • 왁스 패턴을 나무로 조립하여 여러 부품을 동시에 주조할 수 있습니다..

• 응용: 터빈 블레이드, 의료기기, 보석류, 고정밀 항공우주 부품.

다이 캐스팅

• 패턴 요구 사항: 다이캐스팅 용도 영구 금속 다이, 소모적이지 않은 패턴, 하지만 다이는 부품 형상을 정의하는 패턴 기능을 수행합니다..
  다이 설계에서는 부품 배출을 고려해야 합니다., 냉각 채널, 및 게이팅 시스템.
• 일반적인 패턴 유형: 매치 플레이트 또는 게이트/다중 캐비티 개념이 다이 툴링에 적용됩니다..
• 고려 사항:

• • 높은 초기 비용은 빠른 속도로 상쇄됩니다., 대량 생산.
  • 공차가 엄격함 (± 0.1 mm), 최소한의 마무리 작업으로.
  • 복잡한 형상에는 슬라이드 코어 또는 인서트가 필요할 수 있습니다..

• 응용: 자동차 부품, 전기 하우징, 소비자 전자 장치, 소형 정밀산업 부품.

7. 결론

올바른 유형의 패턴과 재료를 선택하는 것은 디자인 단계에서 해결해야 하는 비용과 품질의 균형입니다..

사용 단순한 패턴 프로토타입 및 소량 생산용, 매치 플레이트 또는 게이트 시스템 중간 볼륨용, 그리고 강철 도구 패턴 매우 높은 실행을 위해.

솔리드 패턴 기본 사항 결합 (초안, 수축, 가공 여유) 현대적인 도구로 (치사한 사람, 시뮬레이션, 3D 인쇄) 반복을 줄이고 생산 속도를 높이기 위해.

패턴 선택에 대한 체계적인 접근 방식으로 불량률 감소, 리드타임 단축, 예측 가능한 부품 품질을 제공합니다..

 

FAQ

얼마나 큰 구배 각도를 사용해야 합니까??

사용 1°–3° 대부분의 광택 표면용. 증가 2°–5° 질감이 있거나 거친 모래의 경우, 그리고 최대 7° 무거운 질감의 경우.

스테인레스 스틸에는 어떤 수축 허용치를 사용해야 합니까??

일반적인 선형 허용량은 다음과 같습니다. 1.9%–2.5%; 주조소에 확인하고 시험 주조 후 조정.

성냥갑 패턴은 언제 정당화됩니까??

에이: 자동화와 높은 반복성이 필요한 경우 - 일반적으로 연간 수백에서 수만 개의 부품. 손익분기점은 툴링 비용과. 예상 볼륨.

금속 패턴의 일반적인 수명은 얼마입니까??

알루미늄 패턴은 10,000~100,000주기 동안 지속됩니다. (중간 볼륨), 강철 패턴은 100,000~1,000,000주기를 견딜 수 있습니다. (높은 볼륨, 예를 들어, 자동차 대량생산).

3D 프린팅 패턴이 기존 금속 패턴을 대체할 수 있습니까??

중저음량용 (<10,000 부분품), 그렇습니다. 3D 프린팅 패턴으로 리드타임이 70~90% 단축됩니다..

대용량용 (>100k개의 부품), 금속 패턴은 내구성이 뛰어나고 부품당 비용이 낮기 때문에 우수한 상태를 유지합니다..