정밀 주조, 로도 알려진 정밀 투자 주조, 는 지구상에서 가장 충실도가 높은 주조 공정입니다. 매우 얇고 복잡한 피처를 제작할 수 있는 제조 공정으로, 지문의 디테일까지 포착할 수 있습니다. 항공우주 산업을 위한 정밀 주조 부품을 제작하거나 기념비적인 규모의 작은 작품을 제작하는 조각가에게 탁월한 표면 마감과 뛰어난 치수 정확도를 제공합니다.
사실상 인베스트먼트 주조 공정으로 제조할 수 없는 합금은 존재하지 않습니다. 이것이 바로 인베스트먼트 주조 공정의 독특하고 가장 큰 특징입니다. 합금의 범위는 엔지니어링에 사용되는 합금의 거의 모든 스펙트럼을 포괄합니다.
정밀 주조의 역사와 진화
20세기에는 인베스트먼트 주조 공정이 몇 가지 발전했습니다. 초기에는 전체 금형을 세라믹 재료로 채우는 솔리드 몰드 또는 블록 몰드 인베스트먼트 주조가 사용되었습니다. 나중에 더 나은 표면 마감을 위해 세라믹 소재가 석고 몰드로 대체되었습니다. 이후 수은을 패턴 재료로 사용하는 머캐스트 공정이 개발되었지만 더 이상 사용되지 않습니다. 마지막으로 세라믹 쉘 인베스트먼트 주조는 최근 개발되어 전 세계적으로 그 중요성이 커지고 있습니다.
청동기가 주조된 3000년 동안 거의 변한 것이 없습니다. 지금은 벨로우즈 대신 전기 송풍기가 있고 말린 동물 배설물 대신 천연 가스를 사용하지만 그 외에는 모든 것이 동일합니다. 틀은 옛날과 마찬가지로 흙으로 만들고 왁스를 태워 만듭니다.
인베스트먼트 주조 공정의 특징
인베스트먼트 주조 공정의 특별한 특징은 무엇인가요? 매우 얇고 가장 복잡한 피처를 제작할 수 있습니다. 두 번째 특징은 표면 조도가 우수하여 대부분의 경우 가공이 필요하지 않거나 아주 미미한 가공이 필요하다는 점입니다. 세 번째 특징은 뛰어난 치수 정확도를 제공한다는 점입니다. 마지막으로 모든 금속과 합금을 주조하는 데 사용할 수 있습니다.
제조 공정이나 주조 공정이 다른 경우 연성 철, 공구강 및 초합금은 다음을 사용하여 주조 할 수 없습니다. 다이 캐스팅 프로세스. 티타늄 합금은 다음을 사용하여 제조할 수 없습니다. 모래 주조 공정. 그러나 인베스트먼트 주조 공정에서는 모든 합금을 제조할 수 있습니다. 사실상 인베스트먼트 주조 공정으로 제조할 수 없는 합금은 존재하지 않습니다.
세라믹 쉘 인베스트먼트 주조 공정 단계
세라믹 쉘 인베스트먼트 주조 공정의 주요 단계는 다음과 같습니다:
- 왁스 주입: 왁스가 패턴 다이에 주입되고 제거됩니다.
- 패턴 어셈블리: 단일 세션에서 수백 개의 패턴이 생성되고 이러한 여러 패턴이 중앙 트리를 통해 결합되어 경제성을 달성합니다.
- 쉘 빌딩: 왁스 어셈블리를 세라믹 슬러리 안에 담그고 꺼내서 패턴 주위에 치장 벽토를 뿌립니다.
- 탈왁싱: 껍질 안의 왁스를 완전히 빼내야 합니다.
- 캐스팅: 용융 금속을 세라믹 쉘에 붓습니다.
- 녹아웃: 그 껍질을 깨고 외부의 주물을 제거합니다.
- 차단: 조립된 트리에서 개별 캐스팅을 분리합니다.
- 마무리 및 보조 작업: 부품에 적절한 표면 마감을 연마합니다.
쉘 빌딩: 재료 및 슬러리 단계
세라믹 쉘은 어떻게 만들까요? 세라믹 슬러리의 성분을 알아야 합니다. 하나는 60~80%를 차지하는 내화 분말 또는 밀가루입니다. 가장 일반적으로 사용되는 내화 분말은 규산 지르코늄, 용융 실리카, 용융 알루미늄 산화물입니다. 두 번째 성분은 액체 바인더로, 주로 에틸 실리케이트 또는 콜로이드 실리카가 15~30%를 차지합니다. 마지막으로 고체 바인더가 5~10% 사용됩니다.
첫 번째 딥 슬러리는 미세한 질감으로 홈과 인그레이빙 그래픽의 디테일까지 쉽게 표현할 수 있습니다. 다음 슬러리 코팅은 왁스 트리 주위에 두꺼운 세라믹 껍질을 형성하므로 첫 번째 딥보다 더 거칠게 코팅합니다. 이 과정은 약 5~7회 반복됩니다. 슬러리는 연속적인 침지 사이에 건조되어야 하므로 온도와 습도를 세심하게 조절해야 합니다.
탈왁싱과 오토클레이브 오븐의 과학
용융 금속을 세라믹 쉘에 붓기 전에 쉘 내부의 왁스를 완전히 빼내야 하며, 이 과정을 탈왁싱이라고 합니다. 일반적으로 오토클레이브 오븐이 사용됩니다. 밀폐된 오븐에 평방 센티미터당 약 8kg의 높은 증기 압력을 주입합니다. 왁스가 녹아 세라믹 쉘에서 제거됩니다.
우리는 이 몰드를 깨끗하게 태워버립니다. 청동이 왁스와 접촉하면 큰 문제가 될 수 있기 때문입니다. 청동은 왁스를 즉시 기체로 바꾸고 기체는 부피가 갑자기 팽창하는 것을 말합니다. 폭발의 정의는 갑작스러운 부피의 팽창입니다. 청동과 접촉한 왁스의 폭발로 인해 청동은 금형 밖으로 다시 튀어나올 수 있습니다. 이 왁스는 다시 정제되고 정제된 후 다시 패턴을 만드는 데 사용됩니다.
정밀 주조: 금속 용해 및 응고
세라믹 몰드는 용융 금속을 부어 넣기 전에 가열해야 합니다. 주황색으로 뜨거워질 때까지 몰드를 예열하여 청동이 챔버에 넘칠 때 청동에 대한 냉기 저항을 최소화합니다. 청동은 말 그대로 1850도에서 굳기 때문에 약 2000도까지 녹인 후 곧바로 붓습니다.
청동 주괴가 녹는 동안 모래나 주형 재료와 같은 불완전한 부분이 표면으로 떠오릅니다. 표면의 찌꺼기를 제거합니다. 쉘이 액체 금속으로 채워진 후에는 식히기 위해 따로 보관해야 합니다. 갓 부은 세라믹 쉘은 많은 주변 열을 발생시킵니다. 몰드 내부에서는 가장 얇은 부분이 먼저 굳은 다음 두꺼운 부분이 굳어집니다.
포스트 투자 주조: 녹아웃, 컷오프 및 마감 처리
녹아웃은 셸을 깨고 주물을 외부로 제거하는 것을 의미합니다. 전동 끌을 사용하여 세라믹 셸을 주조 부품에서 분리합니다. 남은 세라믹 쉘 흔적을 제거하기 위해 금속 트리를 샌드 블라스팅합니다. 주물에서 흔적을 제거해야 하므로 샌드 블라스팅 시스템을 사용합니다.
주물은 게이트에서 절단되어 게이트 영역에 여분의 재료가 남게 되는데, 이것이 바로 컷오프입니다. 이를 위해 대부분의 경우 연삭 휠이 사용됩니다. 주물은 금속을 정상화하기 위해 열처리됩니다. 부품에 적절한 표면 마감을 연마하는데, 요즘에는 미러 및 새틴 마감이 가장 일반적입니다. 최종 제품은 결함이 없고 시각적으로 매력적입니다.
인베스트먼트 캐스트 합금과 산업 응용 분야
공통 인베스트먼트 캐스트 합금 포함:
- 연성 철: 흑연 플레이크를 구형 결절로 변환하는 합금 공정으로 제조됩니다. 방위 부품, 자동차 부품, 펌프 및 밸브 부품에 사용됩니다.
- 탄소강: 내부 잠금 장치, 채굴 애플리케이션, 군사 및 총기, 운송 부품 등 다양한 산업 분야에서 일반적으로 사용됩니다.
- 툴 스틸: 특히 밀링 커터와 같은 다양한 도구를 만드는 데 사용됩니다.
- 스테인리스 스틸: 최고의 내식성을 위해 거울 마감으로 제작되었습니다.
- 알루미늄 및 마그네슘 합금: 얇은 지느러미가 여러 개 있는 항공우주 부품에 사용됩니다.
- 티타늄 합금: 제트 엔진 디퓨저와 포뮬러 원 경주용 자동차 서스펜션 부품.
- 슈퍼 합금: 매우 얇은 블레이드와 복잡한 기능을 갖춘 터빈 임펠러처럼 말입니다.
혁신: 인베스트먼트 주조의 신속한 프로토타입 제작
인베스트먼트 주조에서 가장 어려운 점은 패턴을 제작하는 것입니다. 패턴을 제작하는 것은 매우 어렵기 때문에 패턴을 제작하기 위해 래피드 프로토타이핑이 등장했습니다. 중요한 프로세스는 다음과 같습니다:
- 스테레오 리소그래피(SLA): 레이저 빔이 액체 수지 포토폴리머에 떨어지면 고체가 됩니다. 한 층씩 경화됩니다.
- 선택적 레이저 소결(SLS): 스테레오 리소그래피와 비슷하지만 여기서는 파우더가 사용됩니다.
- 3D 프린팅: 레이저 시스템이 액체 접착제로 대체됩니다.
- 용융 증착 모델링(FDM): 액화기 헤드가 x, y 방향으로 움직이며 한 번에 얇은 시트를 만듭니다.
이러한 자료와 관련된 기술 표준에 대한 자세한 내용은 미국 재료 시험 협회(ASTM).
인베스트먼트 주조 산업의 미래: 아이스 패턴
아이스 패턴은 인베스트먼트 주조 공정에서 매우 효과적인 것으로 밝혀졌습니다. 아이스 패턴의 장점은 표면 마감이 개선되고 패턴 제거 과정에서 쉘에 균열이 생기지 않는다는 점입니다. 온도를 높이면 물의 비정상적인 팽창으로 인해 부피가 섭씨 4도까지 내려갑니다. 부피가 내려가기 때문에 껍질에 균열이 생기지 않습니다. 이것이 가장 큰 장점입니다. 패턴 재료인 물이나 얼음은 비싸지 않습니다.
브론즈는 매우 아카이브적인 매체입니다. 브론즈를 만들 때 우리는 단순히 올해의 아트쇼를 생각하는 것이 아니라 미래 세대에게 어떻게 보여질지 생각합니다. 청동은 인간의 이야기를 바탕으로 한 언어입니다. 예술은 포기하지 않는 끈질긴 의지를 가진 사람들을 위한 것입니다.
정밀 주조 제조 지식 심화
자세한 가이드를 살펴보고 특정 프로젝트의 요구 사항에 맞는 프로세스를 찾아보세요:
- 아연 다이캐스팅과 알루미늄 다이캐스팅 비교: 비용과 기능을 직접 비교합니다.
- 합금 선택 가이드: 복잡한 형상에 가장 적합한 금속 이해하기.
- 2차 마무리 작업: 주조 부품에 미러 및 새틴 마감을 구현하는 방법.
- 신속한 프로토타이핑 서비스: SLA 및 FDM 패턴으로 프로덕션 속도를 높이세요.
기술적 배경에 대한 자세한 내용은 투자 주조 연구소 에서 최신 표준을 살펴보거나 미국 파운드리 협회.
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