주강 부품의 표면 품질에 영향을 미치는 요인 분석

주철 부품의 표면 품질은 주로 성형 단계의 두 가지 상호 관련된 요소에 의해 결정됩니다.: 금형 캐비티 청결도 그리고 금형의 표면상태.

타설 시스템이 길고 야금학적/공정 복잡성이 높은 대형 주조의 경우 느슨한 모래의 유입, 세라믹 라이저/러너 파이프에 유입되는 드로스 및 기타 오염물질과 패턴/금형 표면의 열화 또는 손상은 눈에 보이는 표면 결함의 주된 원인입니다..

이 기사에서는 이러한 요소를 심층적으로 분석합니다., 금형 표면 결함이 미치는 영향에 대한 실질적인 보호 조치 및 테스트 증거 제시, 주조된 표면 상태를 개선하고 재작업을 줄이기 위한 구현 로드맵을 제공합니다..

1. 표면 품질의 배경과 중요성

대형 주강 부품 (터빈 구성 요소, 대형 밸브, 수력 터빈 주자, 등.) 높은 주입 온도와 복잡한 게이팅 시스템에서 생산됩니다..

표면 외관은 상업적인 속성일 뿐만 아니라 공정 관리 및 내부 건전성을 나타내는 지표이기도 합니다..

표면 품질이 좋지 않으면 연삭 비용이 많이 듭니다., 가공 재작업 또는 거부로 인해 고객 인식에 부정적인 영향을 미침.

실제로는 많은 요소가 외모에 영향을 미칩니다. (야금 개재물, 거시적 분리, 모래 융합, 딱지), 그러나 두 가지 요소가 지속적으로 큰 규모를 지배합니다. 주조성형 및 타설 중:

1. 금형 캐비티 청결도 — 느슨한 모래의 유입, 세라믹 피더/러너 파이프 및 캐비티에 불순물 및 함유물; 그리고
2. 금형 표면 상태 — 기계적 손상, 수리 구축, 패턴 및 핵심 부품의 표면 거칠기.

다년간의 가스터빈 등 대형 주강 부품의 실제 생산 경험을 바탕으로,

증기 터빈, 및 수력 터빈 러너, 이 기사에서는 금형 캐비티 청결도와 금형 표면 상태가 주강 부품의 표면 품질에 미치는 영향 메커니즘을 체계적으로 분석합니다..

비교 테스트와 엔지니어링 실습을 결합, 주물 표면 품질을 효과적으로 개선하고 고품질 주강 부품의 안정적인 생산을 위한 기술 지원을 제공하기 위한 목표 개선 방안을 제안합니다..

2. 금형 캐비티 청결도가 주강 부품의 표면 품질에 미치는 영향

금형 캐비티는 주강 부품을 성형하는 "금형"입니다.. 청결도는 포함 여부를 직접적으로 결정합니다., 모래 포함, 및 주물 표면의 기타 결함.

주강 부품을 붓는 과정 중, 용강이 고속으로 금형 캐비티로 유입됩니다..

제련 과정에서 생성된 슬래그 함유물, 게이팅 시스템을 설치하는 동안 파이프라인으로 유입되는 흩어진 모래, 기타 오염물질은 용강과 함께 금형 캐비티로 세척됩니다..

용강의 냉각 및 응고 과정 중, 밀도가 낮기 때문에, 대부분의 슬래그 함유물과 흩어진 모래는 위쪽으로 부유하여 라이저 또는 환기 시스템을 통해 배출됩니다..

하지만, 개재물의 일부는 여전히 가변 단면에서 응축됩니다., 필렛, 그리고 주물의 다른 위치, 모래 함유물 및 슬래그 함유물과 같은 표면 결함 형성.

이러한 결함은 연삭을 통해 제거되어야 합니다., 이는 생산 작업량과 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 연삭량이 너무 많으면 주물의 치수 정확도에 영향을 미칠 수도 있습니다..

금형 캐비티에 모래가 흩어지는 주요 원인은 게이팅 시스템입니다..

주강 부품의 게이팅 시스템은 일반적으로 세라믹 파이프로 구성됩니다. (도자기 파이프) 고온 저항을 보장하고 용강 침식을 방지합니다..

대형 주강 부품용, 배치된 게이팅 시스템의 총 길이는 40 미터, 부설 과정에는 여러 섹션의 도자기 파이프가 연결되어 있습니다..

길이가 길고 설치 난이도가 높기 때문에, 흩어진 모래가 도자기 파이프에 들어갈 확률은 상대적으로 높습니다..

그러므로, 흩어진 모래가 용강과 함께 금형 캐비티에 들어가는 것을 방지하기 위해 포설 과정에서 도자기 파이프의 각 부분을 보호하는 것이 특히 중요합니다..

3종의 주강제품에 대한 실증검증을 통해 (가스 터빈, 증기 터빈, 및 수력 터빈 러너),

금형 캐비티의 청결도를 효과적으로 향상시키기 위해 세 가지 유형의 보호 재료 및 방법이 개발되었습니다.. 각 방법에 대한 자세한 분석은 다음과 같습니다.:

2.1 PVC 플라스틱 필름 보호 방법

PVC (폴리염화비닐) 플라스틱 필름은 높은 비용 성능으로 인해 게이팅 시스템 보호에 널리 사용됩니다., 편리한 조작, 그리고 좋은 밀봉 성능.

권장 필름 두께는 0.4~1mm입니다., 현장 성형 작업 요구 사항에 따라 특정 두께를 선택할 수 있습니다..

도자기 파이프의 내부 청결도 관찰 및 검사를 용이하게 하기 위해, 투명 PVC 필름이 선호됩니다..

구체적인 작업 단계는 다음과 같습니다: 첫 번째, 보호하기 전에 도자기 파이프의 각 부분의 내부 청결도를 확인하십시오., 기존에 흩어져 있는 모래나 기타 오염 물질을 제거합니다..

그 다음에, 보호할 도자기 파이프 입구 주위에 PVC 필름을 감습니다.. 필름의 견고성은 도자기 파이프 사이의 연결에 영향을 미치지 않을 정도로 적절해야 합니다..

도자기 파이프의 맞대기 이음부 중, 떠다니는 모래와 기타 오염물질은 필름 외부에서 차단되어 도자기 파이프 안으로 들어갈 수 없습니다..

게이트 시스템 설치가 완료된 후, 필름은 제거할 필요가 없습니다.

붓는 과정에서, 용강이 금형 캐비티로 돌진할 때, 도자기 파이프의 공기는 압력을 받아 시스템에서 배출됩니다., PVC 필름은 금형 캐비티의 공기와 함께 공기 배출 시스템에서 불어 나옵니다..

PVC 필름은 고온에서 완전히 연소되어 분해되기 때문에 (PVC의 분해 온도는 약 200~300°C입니다.,

이는 용강의 주입 온도보다 훨씬 낮습니다.), 용강을 오염시키지 않으며 주물 표면에 잔류물을 남기지 않습니다..

2.2 얇은 강판 보호 방법

이하의 두께를 갖는 얇은 강판 1 mm는 도자기 파이프 보호에도 사용할 수 있습니다..

얇은 강판의 장점은 재사용이 가능하다는 것입니다., 어느 정도 장기 재료비를 줄일 수 있습니다..

사용 전, 얇은 강판은 도자기관의 크기와 모양에 따라 도자기관의 외경보다 약간 큰 적절한 크기로 가공하여 도자기관의 연결 부분을 완전히 덮을 수 있도록 해야 합니다..

운영과정은: 첫 번째, 도자기 파이프 내부에 이물질이 있는지 확인하십시오..

그 다음에, 보호할 도자기관 연결부위에 가공된 얇은 강판을 슬리브로 씌움.

도자기 파이프의 윗부분을 주물사로 완전히 덮은 후, 얇은 강판을 수동으로 빼냅니다..

하지만, 이 방법은 건설 작업에 대한 요구 사항이 높습니다.: 한편으로는, 도자기 파이프 주위에 많은 양의 모래가 있기 때문에,

얇은 철판을 당기는 것을 놓치기 쉽습니다.; 반면에, 강판을 빼내는 과정에서 이미 놓인 도자기 파이프가 움직일 수 있습니다., 게이팅 시스템의 정렬 불량으로 인해 발생.

게다가, 게이팅 시스템 설치 후 2차 청정도 검사가 필요한 경우, 얇은 강판을 제거하고 도자기관 연결부분을 모래로 덮어 작업 난이도가 상대적으로 크다..

얇은 강판을 제때 빼내지 않거나 놓친 경우에는 주의해야 합니다., 붓는 동안 용강과 함께 금형 캐비티에 들어갑니다.,

용강의 흐름을 방해하여 주물 표면의 Cold Shut, Misrun 등 심각한 결함을 발생시키는 원인이 됩니다..

2.3 폴리스티렌 폼보드 보호 방법

폴리스티렌 폼보드는 가격이 저렴하고 무게가 가볍다는 장점이 있습니다., 또한 게이팅 시스템의 일반적인 보호 재료이기도 합니다..

이 방식의 핵심은 폼보드의 가공 정밀도에 있습니다.: 폼보드는 도자기 파이프의 내경과 동일한 직경의 원통형으로 가공해야 합니다., 그런 다음 보호를 위해 도자기 파이프의 노즐에 배치됩니다..

폼 보드의 가공 크기는 높은 요구 사항을 갖습니다.: 직경이 너무 큰 경우, 폼 보드를 도자기 파이프의 노즐에 삽입할 수 없습니다.;

직경이 너무 작은 경우, 밀봉 성능이 좋지 않을 것입니다, 모래는 틈새로 인해 도자기 파이프 내부로 쉽게 들어갈 수 있습니다..

동시에, 폼보드의 두께가 충분해야 합니다. (보통 5~10mm) 도자기 파이프 내부가 기울어지는 것을 방지하기 위해, 보호 효과에 영향을 미칠 것입니다.

PVC 플라스틱 필름 보호 방식과 유사, 게이팅 시스템을 설치한 후 폼 보드를 꺼낼 필요가 없습니다..

붓는 과정에서, 다량의 용강이 금형 캐비티로 유입될 때, 폼 보드는 금형 캐비티의 공기 압력에 따라 공기 배출 시스템을 통해 금형 캐비티 밖으로 날아갑니다..

폴리스티렌 폼은 고온에서 분해됩니다. (분해 온도는 약 100~150°C입니다.) 그리고 유해한 물질을 생성하지 않습니다, 따라서 용강을 오염시키거나 주물의 표면 품질에 영향을 미치지 않습니다..

2.4 세 가지 소재의 보호 효과 비교

3가지 보호방식의 핵심원리는 타설 시 용강의 흐름에 영향을 주지 않고, 금형공동에 이물질이 유입되지 않는다는 전제하에 비산된 모래가 자기관과 금형공동으로 유입되는 것을 방지하는 것이다..

최적의 보호 체계를 선택하려면, 비용, 건축난이도, 세 가지 재료의 보호 효과를 비교합니다., 표에 표시된 바와 같이 1.

테이블 1 보호재의 비용 및 성능 비교

표를 보면 알 수 있다 1 얇은 강판과 폴리스티렌 폼보드 모두 보호효과가 좋다는 것을, 하지만 처리 난이도가 상대적으로 높습니다., 어느 정도 현장 건설 및 사용에 편리하지 않습니다..

PVC 플라스틱 필름은 최고의 보호 효과를 가지고 있습니다., 간단한 현장조작과 높은 가성비로.

그러므로, 실제 생산 요구 사항과 결합, 주강 부품의 게이트 시스템에 선호되는 보호 재료로 두께 0.4~1mm의 PVC 플라스틱 필름을 권장합니다.,

이는 금형 캐비티의 청결도를 효과적으로 향상시키고 모래 함유물로 인한 표면 결함을 줄일 수 있습니다..

3. 주강 부품의 표면 품질에 대한 금형 표면 상태의 영향

금형은 주강 부품을 성형하는 핵심 도구입니다., 표면상태는 주물의 표면조도와 평탄도에 직접적인 영향을 미칩니다.

대형 주강 부품용, 목재 금형은 가공이 용이하다는 장점으로 인해 주로 사용됩니다., 저렴한 비용, 그리고 좋은 가공 가능성.

하지만, 목재 주형은 부피가 크고 느슨한 블록이 많은 특성을 가지고 있습니다. (이동식 블록), 높은 위치 정확도와 느슨한 블록 사이의 연결 견고성을 요구하는 제품.

실제 생산 과정에서, 금형 사용 횟수 증가에 따라, 금형 제거 중 금형 표면 및 느슨한 블록의 손상도 증가합니다..

이러한 결함이 제때에 유지되지 않는 경우, 이는 주물의 모양과 표면 품질에 영향을 미칠 뿐만 아니라 주형의 수명도 단축시킵니다..

3.1 금형 표면의 자연 결함 발생

금형 표면의 자연적인 결함에는 주로 마모가 포함됩니다., 흠집, 균열, 연결 간격의 불균일성. 이러한 결함은 주로 다음과 같은 이유로 발생합니다.:

• 몰드 스트리핑 손상: 몰드 스트리핑 공정 중, 주물사와 금형 표면 사이의 접착으로 인해,
  금형을 꺼낼 때 금형 표면과 느슨한 블록이 쉽게 긁히거나 마모됩니다., 특히 금형의 필렛과 가장자리에서.
• 환경적 요인: 금형은 오랫동안 생산 작업장에 보관됩니다., 표면이 습기에 쉽게 영향을 받음, 목재의 부풀어오르거나 변형을 일으키는 원인이 됩니다., 결과적으로 표면이 고르지 않게 됨.
• 유지보수가 시기 적절하지 않음: 금형을 사용한 후, 표면의 모래와 오염물질을 제때 청소하지 않으면, 또는 손상된 부품이 제 시간에 수리되지 않았습니다., 사용 횟수가 증가함에 따라 결함이 점차 확대됩니다..

이러한 자연적인 결함 중에서, 금형의 연결 간격과 필렛의 고르지 않은 표면은 주물의 표면 품질에 가장 큰 영향을 미칩니다..

금형 수리 후, 표면이 평평하고 매끄럽게 연마되지 않은 경우, 주물의 표면에 홈 모양 또는 쥐꼬리 모양의 결함이 형성됩니다., 주물의 외관 품질에 심각한 영향을 미치는.

3.2 금형 표면의 인공결함 테스트

금형 표면 평탄도와 주조 표면 결함 사이의 관계를 정량적으로 검증합니다., 비교 테스트를 진행했습니다.

금형 표면에 깊이가 다른 세 가지 유형의 인공 결함이 제작되었습니다., 1-2mm였습니다, 2-4mm, 각각 4~6mm.

결함의 분포 범위는 평면을 포함합니다., 호 표면, 플랜지 루트의 필렛 부분, 이는 주강 부품의 표면 결함이 발생하기 쉬운 주요 위치입니다..

테스트 계획은 다음과 같습니다: 각 직위에 대해 세 가지 영역이 선택됩니다., 그리고 각 지역의 면적은 다음과 같이 설정됩니다. 300 mm × 300 mm.

선택한 부위에 인공적인 결함을 제작하여 표시합니다..

볼록형 결함은 금형 표면에 퍼티, 석고 등의 물질을 첨가하여 발생합니다., 오목한 결함은 합금 로터리 파일과 같은 도구를 사용하여 금형 표면에 연마되어 형성됩니다..

모든 인위적인 결함의 깊이는 높이 게이지로 측정하고 사진으로 기록합니다..

성형과정 중, 인공 결함 부분을 검사하여 결함 모양에 영향을 미치는 부유 모래 또는 기타 물질이 없는지 확인합니다..

결함 주변에 충전된 모래의 다짐도 및 강도는 성형 작업 요구 사항에 따라 구현됩니다..

주물을 붓고 성형한 후, 그들은 고품질의 열처리와 첫 번째 쇼트 블라스팅 공정을 거칩니다., 인위적인 결함에 해당하는 주물의 표면적을 검사하고 검증합니다..

테스트 결과에 따르면 금형 표면의 인위적인 결함 깊이가 다르면 주조 표면 거칠기 수준도 달라집니다..

구체적인 대응 관계는 표에 나와 있습니다. 2.

테이블 2 금형 표면 및 주조 표면 거칠기의 인공 결함 비교표

메모: 표의 표면 거칠기 등급은 주강 부품에 대한 기업 내부 표준에 따라 구분됩니다.: A1등급 (ra ≤ 6.3 μm) 최고의 표면 품질입니다, 주요 외관 부품에 적합;

A2/A3 등급 (6.3 μm < ra ≤ 12.5 μm) 일반적인 표면 품질입니다, 일반 구조 부품에 적합; A4급 (라 > 12.5 μm) 표면 품질이 낮습니다., 연삭으로 재작업해야 하는 것.

테스트 결과에 따르면, 주강 부품의 다양한 표면 거칠기 등급 요구 사항을 충족합니다., 사용하기 전에 금형 표면을 검사해야 합니다..

규정된 깊이를 초과하는 결함의 경우 (대개 2 일반 부품의 경우 mm 및 1 주요 부품의 경우 mm), 전체적인 금형 표면 상태가 적합한지 확인하기 위해 수리 및 연삭을 수행해야 합니다..

금형의 연결 간격 및 필렛용, 주조 표면에 홈 모양 또는 쥐꼬리 모양 결함이 형성되지 않도록 검사 및 유지 관리에 특별한 주의를 기울여야 합니다..

4. 결론

대형 주강 부품의 경우 가장 영향력 있는 두 가지, 주조 표면 품질을 저하시키는 제어 가능한 요인은 다음과 같습니다. 게이팅/배관을 통한 오염 유입 그리고 금형 표면 결함.

단순한, 저비용 보호 방법 - 특히 배관 설치 중 파이프 개구부를 덮기 위해 0.4~1.0mm 두께의 투명 PVC 필름을 사용하여 느슨한 모래 유입을 크게 줄입니다..

금형 표면을 성실히 검사하고 적시에 수리 (보수적인 결함 깊이 허용 범위가 2mm 이하인 경우) 금형 손상이 주조 부품으로 전달되는 것을 방지합니다..

첫 번째 품목 NDT 및 문서화된 유지보수/검사 프로그램과 결합됨, 이러한 조치는 표면 상태를 실질적으로 개선합니다., 재작업을 줄이고 고객이 볼 수 있는 품질 향상.

참조

[1] 장 차오후이. 주강 부품의 품질 분석 및 품질 개선 방안 [J.]. 중국 저널 네트워크, 2018(01): 75-77.

[2] 왕청빈. 금형 구조가 주조 품질 및 최적화 설계에 미치는 영향에 대한 논의 [J.]. 현대 비즈니스 및 무역 산업, 2011, 23(01): 303.

[3] 미국 주조 협회 (AFS). 철강 주물 핸드북 [중]. 11제1판. AFS, 2017.