1. 소개
산업용 기계 주물 현대 중장비 제조의 기초입니다.
그들은 큰 생산을 가능하게합니다, 복잡한, 그리고 다른 프로세스를 통해 조작하기가 어렵거나 비 경제적 인 내구성있는 구성 요소.
복잡한 형상을 결합하여, 갈비뼈와 같은 통합 기능 세부 사항, 보스, 그리고 유체 통로, 단일 작업에서 제어 된 야금 특성, 캐스팅은 성능에서 타의 추종을 불허하는 이점을 제공합니다, 신뢰할 수 있음, 비용 효율성.
광업 및 에너지에서 자동차에 이르기까지, 농업, 그리고 건축, 캐스팅은 극단적 인 하중을 견딜 수있는 기계를 전달하는 데 중추적 인 역할을합니다., 연마 환경, 그리고 긴 의무주기.
2. 중공업에서 주물이 중요한 이유
주물은 산업 기계에 세 가지 결정적인 이점을 제공합니다:
- 기능 통합 및 줄인 부품 수. 단일 캐스트 하우징은 여러 용접 플레이트를 대체 할 수 있습니다, 패스너 및 가공 된 하위 조립품.
이는 조립 시간을 줄입니다, 누출 및 피로가 발생하기 쉬운 관절, 장기 유지 보수 요구. - 맞춤 야금. 파운드리는 회색 철에서 니켈베이스 슈퍼 합금에 이르기까지 광범위한 합금 팔레트를 제공 할 수 있습니다., 강인함, 문제가되는 온도 기능 및 부식 저항.
- 규모와 경제. 매우 큰 구성 요소 (펌프 케이싱, 터빈 하우징, 굴삭기 프레임) 종종 고체에서 제조하거나 기계를 제작하는 데 비 경제적입니다; 캐스팅은 규모와 합리적인 비용으로 유일한 실용적인 경로입니다..
시스템 수준에서 이러한 강점은 더 높은 신뢰성으로 해석됩니다, 서비스 연결이 적습니다, 그리고 여러 종류의 산업 장비에 대한 총 수명주기 비용 절감.
3. 산업 기계 주물을위한 재료 선택
산업용 기계 주물 높은 부하와 같은 극한의 작동 조건에서 안정적으로 수행해야합니다., 연마적인 마모, 열 사이클링, 부식성 환경.
따라서 재료 선택은 안전에 직접적인 영향을 미치는 전략적 엔지니어링 결정입니다., 능률, 수명주기 비용.
재료 선택의 주요 고려 사항
- 기계적 특성: 인장 강도, 강인함, 피로 저항, 경도, 내마모성.
- 열 거동: 높은 작동 온도를 견딜 수있는 능력, 열 피로, 그리고 열 소산.
- 부식 저항: 물에 노출 된 기계에 중요합니다, 약, 또는 농업 환경.
- 가공 가능성 및 용접 성: 시본 마감에 중요합니다, 수리, 또는 다른 구성 요소와의 통합.
- 비용 및 가용성: 조달 및 수명주기 경제와 성능 균형을 잡습니다.
일반적인 합금 및 응용
| 재료 | 속성 | 일반적인 응용 프로그램 |
| 회색 주철 | 높은 감쇠 용량, 좋은 가공 가능성, 비용 효율적입니다 | 엔진 블록, 펌프 하우징, 큰 기계 기지 |
| 공작 (결절) 철 | 높은 인장 강도, 연성, 좋은 피로 저항 | 서스펜션 부품, 무거운 기어, 압력 하우징 |
| 압축 흑연 철 (CGI) | 회색 철보다 더 높은 강도, 좋은 열전도율 | 디젤 엔진 블록, 실린더 헤드, 배기 매니 폴드 |
| 탄소 & 합금 강 (캐스트 강) | 탁월한 힘과 강인함, 열처리 | 크레인 후크, 광업 장비, 압력 용기 |
| 높은 크로움 흰색 다리미 | 탁월한 경도와 내마모성 | 분쇄기 라이너, 분쇄 밀 부품, 슬러리 펌프 |
망간 강철 (Hadfield Steel) |
높은 충격 저항, 작업 경화 속성 | 크러셔 턱, 굴삭기 버킷 치아 |
| 알루미늄 합금 | 높은 강도 대 중량비, 부식 저항 | 자동차 주택, 경량 기계 부품 |
| 청동 및 구리 합금 | 우수한 슬라이딩 마모 특성, 부식 저항 | 문장, 부싱, 해양 구성 요소 |
| 니켈 기반 슈퍼 합금 | 고온 강도 및 부식 저항 | 터빈 블레이드, 전력 생성 구성 요소 |
4. 산업 기계의 핵심 주조 프로세스
성능 및 비용 효율성 산업용 기계 주물 캐스팅 과정의 선택에 크게 의존합니다.
각 프로세스는 크기 기능 측면에서 독특한 이점을 제공합니다., 정도, 표면 마감, 그리고 생산 경제학.
| 프로세스 | 전형적인 규모 / 용량 | 전형적인 합금 | 주요 장점 | 일반적인 한계 |
| 모래 주조 | 작은 → 매우 큽니다; 낮은 → 중간 부피 | 철, 강철, 알류미늄, 청동 | 툴링 비용이 낮습니다; 큰 부분; 유연한 | 거친 표면; 더 많은 가공이 필요합니다 |
| 투자 캐스팅 | 작은 → 중간; 낮은 → 중간 부피 | 스테인리스, 니켈, 일부 강, 브론즈 | 우수한 마무리; 얇은 벽; 복잡한 세부 사항 | 더 높은 단위 비용 및 사이클 시간 |
| 다이 캐스팅 | 대량 | 알류미늄, 아연, 마그네슘 | 높은 정밀도; 우수한 표면 마감; 빠른 사이클 | 높은 툴링 비용; 비범 만 |
| 영구 곰팡이 / 저압 | 중간 볼륨 | 알류미늄, 일부 강 | 모래보다 더 나은 반복성; 좋은 미세 구조 | 곰팡이 형상 제한; 곰팡이 수명 |
| 원심 캐스팅 | 실린더, 반지 | 철, 강철, 구리 | 조밀 한 야금; 회전 부품의 최소 결함 | 회전식 대칭 모양으로 제한됩니다 |
| 3D 프린트 모래 곰팡이 | 프로토타이핑; 작은 → 중간 실행 | 모든 캐스트 합금 | 빠른 툴링; 복잡한 내부 코어 | 매우 큰 시리즈에서 곰팡이 당 현재 비용 (그러나 개선) |
5. 캐스팅을위한 디자인 (DFC) 산업 기계의 원리
DFC는 스크랩을 줄입니다, 사이클을 단축하고 비용이 많이 드는 후기 디자인 변경을 피합니다. 현실적인, 엔지니어링 등급 규칙:
- 균일 한 벽 두께. 두께를 일관성있게 유지하십시오; 변화가 발생하는 곳, 점진적인 전환을 사용하십시오 (필렛, 테이퍼 섹션) 수축 결함을 완화합니다.
- 초안과 테이퍼. 코어 제거를위한 드래프트 각도를 제공합니다; 초안이 부족하면 핵심 파손이 발생합니다, 딱지, 그리고 붙어있는 패턴.
- 이별 라인을 단순화하십시오. 코어 복잡성을 줄이기 위해 곰팡이 반대의 언더 컷을 최소화하고 곰팡이 반대의 명확한 이별 표면을 설계하십시오..
- 핵심 및 통풍구 액세스. 코어를 제거하고 통풍구가 가스 포획을 방지 할 수 있도록; 핵심 인쇄 및 탈출을 제공합니다.
- 날카로운 모서리가 아닌 반경. 날카로운 모서리는 스트레스를 집중시키고 수축을 촉진합니다; 관대 한 반경과 필렛을 추가하십시오.
- 가공 수당을 계획하십시오. 임계 표면에서 일관된 가공 허용량을 지정하십시오 (예를 들어, +3대형 주물의 경우 6mm; 정밀 영역의 경우 더 작습니다), 그리고 Datum 표면을 명확하게 표시합니다.
- 갇힌 구멍을 피하십시오. 피할 수없는 경우, 오픈 코어를위한 설계 또는 안전한 제거를 허용하는 가용성 코어/3D 인쇄 코어를 사용하십시오..
- 재료- 및 프로세스 인식 공차. 주조 별 공차 표준을 사용하십시오 (ISO 8062 또는 이와 유사합니다) 캐스트 캐스트 표면의 가공 공차가 아니라.
- 초기 파운드리 협력. DFCAST 세션을 일찍 수행 - 파운드리는 게이팅을 조언함으로써 비용과 위험을 줄일 수 있습니다., 라이저, 오한과 열처리 단계.
6. 산업 기계 주물의 산업 응용
광업 기계
주요 요구: 심한 마모, 영향, 슬라이딩 마모, 연마 슬러리 노출.
일반적인 캐스트 부품: 크러셔 턱, 연삭 공장 라이너, 콘/크러셔 맨틀, 광석 펌프 임펠러, Mill Trunnions, 치아 어댑터.
선호하는 재료: 연마제 마모를위한 단단한 탄화물을 가진 고 염소 화이트 캐스트 아이언; 망간 (Hadfield) 충격과 작업이 필요한 강철; 부식성 슬러리 서비스의 니켈-합금.
에너지 & 발전
주요 요구: 고온, 주기적 하중, 정밀 프로파일 (공기 역학), 부식 저항.
일반적인 캐스트 부품: 터빈 블레이드 & VANES, 터빈 하우징, 펌프/압축기 임펠러, 밸브 바디, 열 교환기 헤더.
선호하는 재료: 스테인레스 강과 니켈 기반 합금 (뜨거운 섹션의 경우); 식물 균형 보조 부품을위한 알루미늄 및 강철 주물.
자동차
주요 요구: 볼륨 경제, 체중 감소 (연료/에너지 효율), NVH 제어 및 충돌 성능.
일반적인 캐스트 부품: 엔진 블록, 전송 케이스, 휠 허브, 너클, 브레이크 드럼/로터, EV 모터 하우징.
선호하는 재료: 경량에 대한 알루미늄 합금 (다이 캐스팅, 모래 주조); 강성 및 댐핑을위한 무거운 의무 엔진에서 연성 철 및 압축 흑연 철.
농업 기계
주요 요구: 견고성, 필드 서비스 가능성, 토양/비료에 대한 부식성.
일반적인 캐스트 부품: 기어 박스 하우징, 차동 사례, 브래킷, PTO 하우징.
선호하는 재료: 비용과 내구성을 위해 다리미를 캐스팅하십시오; 중요한 구조 성분을위한 연성 철; 부싱을위한 청동.
건설 기계
주요 요구: 높은 정적 및 동적 하중, 충격 강인함, 신뢰할 수있는 교체 가능한 마모 부품.
일반적인 캐스트 부품: 프레임, 붐, 양동이 치아와 어댑터, 최종 드라이브 하우징.
선호하는 재료: 고강도 강과 연성 아이언; 치아와 라이너의 크롬 또는 텅스텐 카바이드 마모 오버레이.
7. 산업 기계 주물의 지속 가능성
지속 가능성은 현대 제조의 결정 요인이되었습니다, 그리고 산업용 기계 주물 예외는 아닙니다.
산업이 규제 기관의 압력이 증가함에 따라, 고객, 그리고 탄소 발자국을 줄이기위한 투자자, 파운드리와 OEM은 녹색 기술을 채택하고 있습니다, 순환 경제 관행, 및 자원 효율적인 전략.
파운드리의 에너지 효율
- 녹는 작업 최대를 설명합니다 60% 파운드리의 총 에너지 소비.
전통적인 큐폴라 용광로에서 전환 유도 및 전기 아크 용광로 온실 가스 배출량을 크게 줄입니다. - 폐기물 회수 시스템은 연도 가스에서 에너지를 포착하여 전하 재료 또는 건조 금형에서 재사용 할 수 있습니다..
- 데이터 중심 모니터링 및 스마트 그리드 통합 전력 사용량을 더 최적화합니다., 글로벌 탈탄화 목표와 일치합니다.
재활용 및 재료 원형
- 캐스팅은 자연스러운 이점이 있습니다: 스크랩 재활용. 최대 90% 철근 주조 공급 원료는 재활용 강철과 철에서 나옵니다., 원료 수요를 크게 줄입니다.
- 알루미늄 및 구리와 같은 비철 합금도 최소 재산 손실로 다시 표시 할 수 있습니다., 캐스팅을 가장 원형 제조 공정 중 하나로 만듭니다.
- 스크랩 분리 및 폐쇄 루프 재활용은 일관된 합금 품질과 조달 비용을 낮추십시오..
배출 제어 및 폐기물 감소
- 먼지 및 미립자 제어: 고급 백 하우스 필터 및 습식 세정기는 성형 및 녹는 동안 배출량을 최소화합니다..
- 바인더 시스템 혁신: 전통적인 유기 결합제는 캐스팅 중에 VOC를 방출합니다. 새로운 무기 바인더는 직장 안전을 향상시키면서 배출량을 줄입니다.
- 폐기물 모래 교정: 자동화 된 교정 공장은 Foundry Sand의 80-95%를 재활용 할 수 있습니다, 매립 폐기물 및 원자재 비용 절감.
최종 사용의 경량 및 자원 효율성
- 자동차 및 농업 기계 부문에서, 전환 알루미늄 및 압축 흑연 철 (CGI) 주물은 무게를 줄입니다, 연료 소비, 운영 중에는 배출이 발생합니다.
- 건축 및 광업 장비, 설계 통합 주물 여러 용접 어셈블리를 대체합니다, 자료를 저장합니다, 신뢰성 향상, 물류를 단순화합니다.
8. 산업 기계 주물 대. 대체 제조
| 기준 | 캐스팅 | 용서 | 용접/제작 된 어셈블리 | 첨가제 제조 (3D 인쇄) |
| 기하학적 복잡성 | 우수 - 복잡한 모양을 형성 할 수 있습니다, 공동, 갈비 살 | 제한 - 주로 간단합니다, 단단한 기하학 | 보통 - 지오메트리는 용접 설계에 따라 다릅니다 | 우수한 - 격자 구조, 내부 채널이 가능합니다 |
| 기계적 강도 | 좋은 - 합금 & 열처리 의존 | 우수 - 우수한 곡물 흐름 & 피로의 힘 | 보통 - 용접 조인트는 스트레스 농축기가 될 수 있습니다 | 양호 - 재료에 따라 다릅니다 & 프로세스 |
| 크기 기능 | 매우 큽니다 (최대 200+ 톤) | 보통 - 프레스 크기를 단조하여 제약 | 매우 큰 - 프레임, 가능한 구조 | 제한 - 빌드 볼륨에 의해 제약 |
| 표면 마감 & 공차 | 보통의 (모래), 훌륭한 (투자, 주사위) | 양호 - 일반적으로 가공이 필요합니다 | 보통 - 용접 정밀도에 따라 다릅니다 | 우수한 - 세부적인 세부 사항을 달성 할 수 있습니다 |
생산 비용 |
저 - 의료 (규모가 경제적입니다) | 중간 정도 | 중간 | 높은 |
| 툴링 투자 | 중간 (패턴, 죽는다) | 높은 (단조 다이, 프레스) | 낮은 | 없음 |
| 생산량 적합성 | 낮거나 높음 (프로세스로 유연합니다) | 중간에서 최고 | 저에서 중간 | 낮은 |
| 지속 가능성 | 높은 - 스크랩 재활용 & 모래 교정 | 보통 - 제한된 재활용 효율 | 보통 - 재 작업 가능, 그러나 재료 폐기물이 높아집니다 | 높은 재료 효율성, 그러나 에너지 집약적입니다 |
| 일반적인 응용 프로그램 | 엔진 블록, 터빈 하우징, 분쇄기 라이너 | 크랭크 샤프트, 연결로드, 샤프트 | 크레인 프레임, 구조적 지원 | 터빈 블레이드, 프로토 타입, 틈새 성분 |
9. 산업 기계 주물의 혁신 동향
기술 발전은 산업 기계 주물을 변화시키고 있습니다, 더 높은 성능과 효율성을 가능하게합니다:
3D 캐스팅을위한 인쇄
- 3D 프린트 패턴/코어: 바인더 제트기는 몇 시간 안에 모래 코어/패턴을 생성합니다 (대. 전통적인 패턴의 경우 몇 주), 맞춤형 기계 주물의 빠른 프로토 타이핑 가능 (예를 들어, 일회성 채굴 크러셔 부분).
- 직접 금속 인쇄 (DMP): 고 부가가치, 저용량 부품 (예를 들어, 항공 우주 지상 지원 기계), DMP는 복잡한 형상이있는 스테인레스 스틸 주물을 생산합니다 (격자) 그게 30% 기존 주물보다 가볍습니다.
시뮬레이션 중심 디자인
- 캐스팅 프로세스 시뮬레이션: Magmasoft 및 Simcenter 3D와 같은 소프트웨어는 결함을 예측합니다 (수축, warpage) 생산 전 - 프로토 타이핑주기를 줄이기 전 50% 그리고 결함 속도 30%.
- 유한 요소 분석 (fea): 미세 구조 데이터를 FEA 모델에 통합하여 부하에서 기계 캐스팅 성능을 예측합니다., 견딜 수있는 굴삭기 암 주조 최적화 15% 체중 증가없이 더 많은 부하.
고급 재료
- 고강도 연성 철 (HSDI): 새로운 성적 (예를 들어, ASTM A536 등급 120-90-02) 인장 강도를 제공하십시오 827 MPA-고부로드 응용 분야에서 단조 강철을 대체하기 위해 주조를 향상시킵니다 (예를 들어, 풍력 터빈 샤프트).
- 복합 주물: 금속 매트릭스 복합재 (예를 들어, 실리콘 카바이드로 강화 된 알루미늄) 순수한 알루미늄의 내마모성 2 배의 주물 - 농업 기계 부품의 나라..
10. 결론
산업용 기계 주물은 크기를 활성화하기 때문에 중공업에 없어, 경쟁력있는 비용으로 통합 기능 및 맞춤형 야금.
부문은 성숙합니다, 첨가제 툴링의 수렴, 고급 시뮬레이션, 오토메이션, 지속 가능성 조치는 가능한 것을 재구성하고 있습니다 - 리드 타임 감소, 품질 향상 및 환경 발자국 감소.
FAQ
캐스팅을 지정할 때 가장 중요한 요소는 무엇입니까??
명확한 재료 및 열처리 콜 아웃, 정의 된 경도 또는 기계적 특성 목표, 명백한 가공 수당, 및 NDT/검사 요구 사항.
게이팅 및 라이저 전략을 검토하기위한 조기 파운드리 참여도 필수적입니다..
큰 구조 부품을 용접 또는 제조 된 어셈블리로 대체 할 수 있습니까??
때로는 - 그러나 용접 된 어셈블리는 종종 부품 수를 증가시킵니다, 피로가 발생하기 쉬운 관절을 추가하십시오, 체중을 증가시킬 수 있습니다.
캐스팅은 일반적으로 통합 강성에서 승리합니다, 조립 복잡성 감소 및 장기 서비스 비용 감소는 우선 순위입니다..
캐스팅에 얼마나 많은 에너지가 사용됩니까?, 그리고 어떻게 줄일 수 있습니다?
에너지 강도는 크게 다릅니다; 실제 벤치 마크 범위는 기존 공정을 위해 주조 금속 톤당 1,200–2,500kWh입니다..
감소 레버에는 2 차 사용이 포함됩니다 (재활용) 금속 공급 원료, 유도/전기 용융, 열 회복, 보다 효율적인 용광로.
캐스팅을 대체하는 3D 프린팅입니다?
아니요 - 대부분의 중공업 부품의 규모가 아닙니다..
하지만, 3D 프린트 모래 금형 및 코어는 반복주기를 가속화하고 복잡한 내부 형상을 잠금 해제하고 있습니다., 전통적인 캐스팅을 대체하기보다는 보완합니다.
