주물의 표면 품질에 영향을 미치는 요인

주물의 표면 품질은 패턴에 닿는 모든 단계의 함수입니다., 금형 및 금속 - 다이/패턴 상태 및 패턴 재료 유변학부터 쉘/페이스코트 준비까지, 탈랍 및 포탄 발사, 녹는다, 붓는 것, 냉각 및 최종 처리.

표면 거칠기 제어 (라) 미세한 불규칙성을 피하려면 툴링에 엄격한 주의가 필요합니다., 재료, 공정 매개변수 및 주조 후 처리.

이 기사에서는 주요 요인을 분석합니다., 가능한 경우 실제 제어 범위를 정량화합니다., 실행 가능한 프로세스 및 검사 권장 사항을 제공합니다..

1. 금형 관련 요인

금형은 기초가 되는 역할을 합니다. 투자 캐스팅, 품질이 왁스 패턴의 모양과 표면 상태를 직접적으로 결정하기 때문입니다., 이는 궁극적으로 최종 캐스팅으로 전달됩니다..

왁스 패턴 표면 품질에 대한 금형의 영향은 세 가지 측면에서 자세히 설명할 수 있습니다.:

금형 구조 설계 및 표면 품질

불합리한 금형 구조 설계로 인해 종종 긁힘과 긁힘 왁스 패턴 탈형 중. 수리된 왁스 패턴 표면은 필연적으로 원본보다 열등합니다., 이러한 결함은 주조 표면에 직접 복제됩니다..

예를 들어, 날카로운 모서리 (필렛 없음 R<0.3mm), 구배 각도가 부족함 (<1° 복잡한 공동의 경우), 금형 구조의 고르지 못한 분할 표면은 왁스 패턴과 금형 캐비티 사이의 마찰을 증가시킵니다., 탈형 중 표면 손상 유발.

금형 표면 거칠기는 왁스 패턴 표면 품질에 결정적인 요소입니다.. 금형 표면 거칠기가 Ra3.2μm에 불과한 경우, 결과적인 왁스 패턴의 표면 품질은 더욱 낮아집니다. (Ra4.0–5.0μm), 캐스팅에 직접 전달되는 내용입니다..

실제 경험에 따르면 금형의 최적 표면 거칠기를 제어해야 합니다. Ra0.8μm 이내; 과도한 부드러움 (예를 들어, Ra0.2μm) 왁스 패턴 품질을 크게 향상시키지는 못하지만 금형 가공 비용을 30%~50% 증가시킵니다..

금형 온도 조절

금형 온도는 왁스 유동성과 복제 정확도에 큰 영향을 미칩니다.. 중온 왁스 시스템용, 최적의 금형 온도는 45–55℃.

금형 온도가 너무 낮은 경우 (<35℃), 왁스 재료의 유동성이 급격히 감소합니다., 결과적으로 왁스 패턴의 표면 복제가 불량해집니다., 흐름 표시 및 콜드 종료가 동반됨.

더 비판적으로, 금형 온도가 물의 이슬점 이하로 떨어지는 경우 (작업장에서는 일반적으로 15~20℃), 금형 표면에 수많은 물방울이 형성됩니다..

이 방울은 주입 중에 왁스 재료의 공간을 차지합니다., 고르지 못한 왁스 패턴 표면으로 이어짐 - 과도한 이형제로도 발생하는 결함 (분사 두께 >5μm).

적절한 금형온도 유지는 필수. 금형 온도를 적절하게 올리기 (50~55℃까지) 그리고 사출압력 (0.3~0.5MPa까지) 왁스 재료의 유동성을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다., 금형 표면의 왁스 패턴 복제 능력 향상, 주조 표면 품질을 간접적으로 향상시킵니다..

하지만, 지나치게 높은 금형 온도 (>60℃) 왁스 재료가 너무 천천히 냉각되어 굳어질 수 있습니다., 왁스 패턴 변형으로 이어지는 (치수 편차 >0.5mm) 생산 주기 시간 증가, 품질과 효율성 사이의 균형이 필요합니다..

왁스 주입 게이트 크기

왁스 주입 게이트의 크기는 주입 압력과 왁스 충전 속도에 직접적인 영향을 미칩니다..

소형 주물용 (무게 <500g), 최적의 게이트 직경은 **Φ8~Φ10mm**입니다.; 대형 주물용 (무게 >500g), 게이트 직경을 다음과 같이 늘릴 수 있습니다. Ø10~Ø12mm.

게이트 크기를 적절하게 늘리면 왁스 주입 압력을 높이는 데 도움이 됩니다., 금형 캐비티가 완전히 채워지도록 보장, 왁스 패턴의 언더필, 플로우 마크 등의 표면 결함을 줄입니다..

벽이 얇은 복잡한 주조용 (<2mm), 멀티 게이트 디자인 (2-4 게이트) 충전 균일성을 더욱 향상시키기 위해 권장됩니다..

2. 왁스 재료의 영향

왁스 소재의 종류와 성능은 왁스 패턴 표면 품질을 결정하는 핵심 요소입니다., 서로 다른 왁스 재료는 뚜렷한 결정화 및 응고 거동을 나타냅니다..

테이블 1 매몰 주조용 일반 왁스 재료의 주요 성능 매개변수와 표면 품질 효과를 요약합니다..

테이블 1: 매몰 주조용 일반 왁스 재료의 성능 비교

저온 왁스 (파라핀-스테아르산 왁스)

저온 왁스, 파라핀으로 구성 (60%–70%) 그리고 스테아르산 (30%–40%), 표면 품질이 가장 낮은 왁스 패턴을 생성합니다..

결정성 왁스로서, 결정화 온도 범위가 좁고 스테아르산 입자가 거칠다 (곡물 크기 >50μm).

응고 중, 곡물 사이의 틈을 메울 만큼 액체 왁스가 부족합니다., 거친 왁스 패턴 표면이 발생합니다..

사출 압력을 높이거나 공정 매개변수를 조정하더라도, 저온 왁스로 만든 왁스 패턴의 표면 품질은 크게 향상될 수 없습니다., 고정밀 주조에 적용이 제한됨.

중온 왁스

중온왁스, 미세결정성 왁스를 함유한 다성분 혼합물, 수지, 및 가소제, 저온 왁스에 비해 고정된 녹는점이 없고 응고 온도 범위가 더 넓습니다..

응고 중, 구성 요소의 응고 온도가 다르기 때문에, 액체상은 고체상 사이의 간격을 완전히 채울 수 있습니다., 표면 품질이 상당히 높은 왁스 패턴 생성.

하지만, 중온 왁스의 성능은 제조업체마다 다릅니다.; 수지 함량이 5%~8%인 왁스는 유동성과 표면 매끄러움 사이에서 최상의 균형을 나타냅니다..

채워진 왁스

채워진 왁스, 세라믹 파우더로 강화 (5%–10%) 또는 유리섬유 (3%–5%), 최고의 표면 품질을 갖춘 왁스 패턴을 생산합니다..

필러를 추가하면 왁스 매트릭스의 결정화 거동이 최적화됩니다., 응고수축을 감소시킨다 (~에서 2.0% 0.8%~1.2%까지), 왁스 패턴의 표면 경도 및 내마모성을 향상시킵니다..

이는 왁스 패턴의 표면 평활성을 향상시킬 뿐만 아니라 보관 및 운송 시 변형을 줄여줍니다. (변형률 <0.2% 24시간 이내), 주물에 대한 표면 품질의 안정적인 전달 보장.

왁스 패턴 세척 및 표면 에칭

왁스 패턴 세척은 단순히 표면의 이형제를 제거하는 것으로 오해되는 경우가 많습니다., 하지만 가장 중요한 기능은 표면 에칭.

중간 온도 왁스 패턴용, 최적의 세척 공정은 중성 에칭제를 사용합니다. (농도 5%~8%) pH 값 6.5~7.5, 담그는 시간 1~2분, 그런 다음 탈이온수로 헹구고 40~50℃에서 10~15분간 건조합니다..

청소 과정 중, 왁스 패턴 표면에 약한 에칭 효과가 형성됩니다., 이는 마이크로 스케일에서 왁스 패턴의 표면 거칠기를 증가시킵니다. (Ra 1.6μm ~ 2.0~2.5μm) 후속 표면 코팅의 습윤성 및 접착력을 향상시킵니다..

적절한 에칭은 코팅이 더욱 단단하게 접착되도록 하는 "미세하게 거친" 표면을 생성합니다., 건조 및 로스팅 중 코팅 벗겨짐이나 두께 불균일 방지.

이는 주조품의 표면 평활도를 향상시키는 데 특히 중요합니다., 잘 접착된 코팅은 왁스 패턴 표면을 효과적으로 복제하고 모래 침투 결함을 방지할 수 있습니다..

4. 표면 코팅 계수

표면 코팅 (1차 코팅) 왁스 패턴과 직접 접촉되어 있습니다., 성능과 적용 매개변수는 주조 표면 품질에 결정적인 영향을 미칩니다..

표면 코팅 재료 특성

표면 품질에 대한 표면 분말과 모래의 영향은 널리 알려져 있습니다., 코팅의 중요한 구성 요소인 실리카졸이 표면 품질에 미치는 영향은 잘 알려져 있지 않습니다..

고품질 실리카졸 (수입이든 국산이든) 균일한 콜로이드 입자 크기 (10-20nm) 점도가 낮고 (225℃에서 -5mPa·s) 월등한 성능을 발휘합니다.

동일한 흐름 컵 점도에서 (포드컵 #4: 20-25초), 이러한 실리카졸은 더 높은 분말-액체 비율을 달성할 수 있습니다. (2.5:1–3.0:1 지르콘 분말 슬러리용), 그 결과 더 조밀한 1차 코팅이 생성됩니다..

밀도가 높은 코팅은 표면 다공성을 감소시킵니다. (다공성 <5%) 왁스 패턴 표면을 복제하는 능력을 향상시킵니다., 더 매끄러운 주조 표면으로 이어짐 (저품질 실리카졸 사용 대비 Ra 0.4~0.8μm 감소).

표면 코팅 두께

지르콘 분말 슬러리용 (지르콘 분말 입자 크기 325-400 메쉬), 1차 코팅의 최적 두께는 다음과 같습니다. 0.08-0.1mm. 두께가 과도하거나 충분하지 않으면 주조 표면 품질에 부정적인 영향을 미칩니다:

• 두께가 부족함 (<0.08mm): 쉽게 "오이 가시" 결함으로 이어집니다., 바늘 모양의 돌출부 (높이 0.1~0.3mm) 모래 침투나 코팅 불균일로 인해 주조 표면에.
• 과도한 두께 (>0.1mm): 다양한 형태의 결함이 발생합니다..
  건조 및 로스팅 시 수축으로 인해 (수축률 3%~5%), 두꺼운 코팅이 왁스 패턴 표면에서 부분적으로 분리될 수 있습니다., 거친 형성, 둥근 볼록 입자 (직경 0.2~0.5mm) 주조 표면에.

코팅 두께를 조절하려면 슬러리 점도의 정밀한 조정이 필요합니다. (포드컵 #4: 20-25초), 담그는 시간 (5–10초), 그리고 건조조건 (온도 25~30℃, 습도 40%~60%, 건조 시간 2~4시간) 균일한 두께와 우수한 접착력을 보장하기 위해.

5. 탈왁스 공정

탈왁스의 목적은 쉘 몰드에서 왁스를 완전히 제거하는 것입니다..

중온 왁스용, 최적의 탈왁스 공정은 다음과 같은 압력의 증기 탈랍 주전자를 사용합니다. 0.6-0.8MPa 그리고 온도 120–130℃, 탈왁스 시간 15–25분 (쉘 크기에 따라 조정).

껍질에 남은 왁스 (질량 분율 >0.5%), 로스팅 중에 완전히 타지 않은 경우, 카본 블랙 및 기타 불순물이 생성됩니다., 이는 주조 표면에 달라붙어 표면 품질을 저하시킵니다. 이 점은 로스팅 섹션에서 추가로 논의됩니다..

하지만, 완전한 탈랍은 탈랍 시간의 연장을 의미하지 않습니다.. 완벽한 왁스 제거를 전제로 (잔여 왁스 <0.5%), 탈랍 시간을 최소화해야 합니다..

탈왁스 케틀의 온도가 일반 급속 탈수 장비의 온도를 초과합니다., 왁스를 고온에 장기간 노출시키는 것 (>130℃ >30 분) 왁스 노화를 가속화합니다.

노화된 왁스는 유동성이 감소합니다. (점도 20%~30% 증가) 그리고 Brittleness가 증가했습니다, 이는 후속 왁스 재활용에 영향을 미치고 새로운 왁스 패턴의 결함 위험을 증가시킬 수 있습니다..

6. 쉘 몰드 보관소

쉘 몰드의 보관 방법은 작업장의 청결도에 따라 다릅니다., 이물질이 쉘 캐비티로 들어가는 것을 최소화하거나 방지하는 것이 핵심 목표입니다..

테이블 2 탈랍 후 쉘 몰드에 대한 최적의 저장 매개변수를 나열합니다..

테이블 2: 탈왁스 쉘 몰드의 최적 저장 매개변수

많은 제조업체들은 스프루 컵이 아래쪽을 향하도록 쉘을 배치하면 안전이 보장된다고 잘못 믿고 있습니다., 하지만 항상 그런 것은 아니다.

조개껍질이 땅바닥에 직접 놓여 있거나 모래입자나 기타 잔해로 오염된 철골조가 있는 경우, 취급 중에 이물질이 캐비티에 들어갈 수 있습니다., 주물에 함유물 발생.

이러한 함유물에는 연삭 및 용접 수리가 필요합니다., 주조 표면 품질을 심각하게 손상시키는 것 (수리 후 Ra가 2.0~3.0μm 증가했습니다.).

7. 쉘 몰드 로스팅

탄소성 잔류물을 방지하려면 로스팅 중에 쉘 몰드에 남아 있는 왁스를 완전히 태워야 합니다.. 지르콘 기반 쉘의 최적 로스팅 과정은 다음과 같습니다.:

1. 가열단계: 실온에서 500℃까지의 속도로 가열 5–10℃/분 (껍질이 깨지는 것을 방지하기 위해 천천히 가열).
2. 절연단계 1: 500℃에서 유지 30 잔여 왁스를 태우는 데 몇 분.
3. 가열단계 2: 500℃에서 까지 가열 900-1100℃ 10~15℃/분의 속도로.
4. 절연단계 2: 900~1100℃에서 유지 2–3 시간 껍질의 강도를 높이고 잔여 수분을 제거하기 위해.

잔여 왁스의 완전한 연소를 보장하기 위해, 로스팅로의 산소 함량은 도달해야 합니다. 12% (고급 장비의 산소 센서로 모니터링).

산소 함량이 주변에 있을 때 6%, 약 800℃에서 짙은 검은 연기가 나타납니다., 피해야 할 것.

산소 공급 기능이 없는 장비의 경우, 화로 문을 부분적으로 열다 (간격 5~10cm) 공기 흡입량을 늘리면 산소 수준이 향상되고 완전한 왁스 연소가 촉진됩니다..

적절하게 로스팅하면 껍질의 강도도 향상됩니다. (압축 강도 >20MPA) 표면 다공성을 감소시킵니다., 주조 표면 품질을 더욱 최적화.

8. 녹는, 금속 청결 및 주입

용융 및 주입 방식은 표면 산화에 영향을 미칩니다., 반응성과 표면의 필름 형성.

주요 영향

• 장입 및 슬래그 제어: 오염된 충전 물질과 열악한 플럭싱으로 인해 표면에 더 높은 개재물이 생성되거나 표면 근처 거칠기를 가두는 산화막이 생성됩니다..
• 붓는 온도와 속도: 쏟아지는 온도가 너무 높으면 산화가 증가하거나 쉘과의 과도한 반응이 발생할 수 있습니다.; 온도가 너무 낮으면 충전이 불완전해지고 조기 동결로 인해 거칠어질 수 있습니다..
• 주입 후 냉각 방식: 냉각 속도 제어 및 표면 재산화 방지 (예를 들어, 붓는 상자/덮개 사용) 표면 변화를 최소화하는 데 도움이 됩니다..

실용적인 제어

• 용광로 충전의 엄격한 제어, 효과적인 탈산 및 깨끗한 플럭스/슬래그 관행.
• 층류를 촉진하는 주입 온도 창 및 게이팅 방식 정의, 가스 포착 및 표면 필름 형성을 줄이기 위한 난류 없는 충진.
• 초기 응고 시 산화성 분위기 노출 최소화 (예를 들어, 적절한 경우 덮힌 금형 사용).

9. 마무리 단계

많은 주물은 붓는 즉시 허용 가능한 표면 품질을 나타내지만 후가공 후에는 심각하게 손상됩니다. 이 단계가 많은 제조업체에서 표면 품질 저하의 주요 원인이 됩니다..

두 가지 주요 문제가 눈에 띕니다: 충돌 피해 및 총격 사건.

충돌 피해 예방

구현 기밀 보관 및 운송 시스템: 부드러운 패딩이 있는 플라스틱 트레이를 사용하세요. (EVA 폼 두께 5~10mm) 소형 주조용; 주물 간의 직접적인 접촉을 피하기 위해 대형 주물 전용 고정 장치를 사용하십시오.. 이를 통해 충돌 피해율을 이상으로 줄일 수 있습니다. 80%.

쇼트 블라스팅 공정 최적화

쇼트 블라스팅은 표면 산화물과 모래를 제거하는 데 사용됩니다., 공정 매개변수는 주조 표면 품질에 직접적인 영향을 미칩니다.. 스테인레스강 주조에 대한 최적의 쇼트 블라스팅 매개변수는 다음과 같습니다.:

• 스틸샷 사양: 주강 샷, 직경 0.3~0.5mm, 경도 HRC 40–50.
• 샷 블라스팅 압력: 0.4-0.6MPa.
• 샷 블라스팅 시간: 10–사이클당 15분 (이하 15 분).
• 장비 요구 사항: 균일한 프로젝션 시스템을 갖춘 샷 블래스터 사용 (투영 균일성 ≥90%) 안정적인 전류 제어 (현재 변동 <5%).

쇼트 블라스팅 시간은 엄격하게 통제되어야 합니다. 15 사이클당 분. 표면이 충분히 청소되지 않은 경우, 과도한 표면 침식을 피하기 위해 장기간의 단일 주기 발파보다 여러 개의 짧은 주기가 선호됩니다. (오버블라스팅 후 Ra가 1.0~2.0μm 증가했습니다.).

10. 결론

주물의 표면 품질은 다양한 분야의 결과입니다: 야금, 세라믹 가공, 열 공학 및 기계 처리 모두가 기여합니다..

표면 마감을 공정에 중요한 품질 속성으로 취급하여 수치 목표 정의, 중요한 매개변수 모니터링 (도구 라, 슬러리 점도, 페이스 코트 두께, 탈랍 산소 수준, 창문을 녹이다/붓다) 검사 체크포인트 내장 - 파운드리는 지속적으로 원활하게 제품을 생산할 수 있습니다., 예측 가능한 제조 가능성과 낮은 재작업 비용을 갖춘 고품질 주조.