인베스트먼트 주조의 치수 안정성 및 정확성

매몰 주조 작업자의 주요 목표 중 하나는 매몰 주조의 치수 정확도를 지속적으로 개선하고 치수 수차로 인한 낭비를 줄이는 것입니다.

1. 왁스몰드의 치수안정성과 영향요인

그림 1은 펜실베이니아 대학의 Robert C. Voigt 교수가 29종의 매몰 주조물을 추적하고 측정한 후 얻은 결과를 보여줍니다. 대부분의 경우 왁스 주형의 크기가 크게 변동하면 주조 변동의 크기도 크고 예외는 거의 없음을 알 수 있습니다. 전체적인 관점에서 볼 때, 왁스 주형의 크기 변동은 주조 크기 변동의 10~70%를 차지합니다.

그림 1 정밀주조와 왁스금형의 크기 변동 비교

참고: σ- 표준편차

공정 매개변수는 왁스 몰드의 치수 안정성에 결정적인 영향을 미칩니다. 주요 요인은 다음과 같습니다.

1)왁스 압착 온도

왁스 압착 온도의 영향은 금형마다 다릅니다(그림 2 참조). 도 1에서 볼 수 있듯이. 2, 왁스 베이스 몰드를 사용할 때 왁스 프레스 온도가 왁스 몰드의 치수 안정성에 미치는 영향은 매우 민감한 반면 레진 베이스 몰드의 영향은 작습니다.

2) 주입 압력

도 1에서 볼 수 있듯이. 3, 압력이 작고 압력이 증가하면 왁스 몰드의 수축률이 크게 감소합니다. 그러나 압력이 어느 정도(>1.6MPa) 증가하면 압력은 왁스 몰드의 크기에 거의 영향을 미치지 않습니다.

왁스 프레싱 온도 /℃

무화과. 2 왁스 압착 온도와 왁스 성형 수축의 관계

사출압력 /MPa

무화과. 3 사출압력과 왁스몰드 수축의 관계

3) 유속

금형의 유속은 다음 두 가지 방법으로 변경할 수 있지만 왁스 금형의 크기에 미치는 영향은 동일하지 않습니다. 왁스 프레스 설정의 유속을 변경하면 이 방법은 왁스 금형의 수축률에 미치는 영향이 적습니다. 왁스 몰드. 그러나 이는 복잡한 얇은 벽 부품이나 코어가 있는 왁스 몰드의 충전 및 표면 품질에 중요한 영향을 미칩니다. 왁스 주입구의 단면적을 변경함으로써 이 방법은 더 큰 영향을 미칩니다. 왁스 주입구의 단면적을 늘리면 왁스 압착 온도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 금형의 응고 시간도 연장할 수 있기 때문입니다. 왁스 주입구의 재료를 사용하여 왁스 몰드 압축 정도를 높이고 수축률과 표면 수축을 줄입니다.

4) 주입 시간

여기서 소위 압력 주입 시간에는 충전, 압축 및 유지의 세 가지 기간이 포함됩니다. 충전시간은 금형에 압착물이 채워지는 시간을 말합니다.

압축은 최대 압력에서 왁스 노즐이 닫힐 때까지의 시간을 나타냅니다. 홀드(Hold)는 노즐이 닫히고 금형이 드로잉될 때까지의 시간을 말합니다.

사출 시간은 왁스 몰드의 수축률에 상당한 영향을 미칩니다(그림 4). 왜냐하면 사출 시간을 늘리면 더 많은 몰드 재료가 캐비티 안으로 압착될 수 있고 왁스 몰드는 더 많이 압축되므로 수축률을 줄입니다. 이는 압축 시간이 길어짐에 따라 왁스 몰드의 무게가 증가하는 것으로 입증될 수 있습니다(그림 5 참조). 압축 시간은 적절해야 하며, 압축 시간이 너무 길면 왁스 주입구의 금형 재료가 완전히 응고되어 압축이 작동하지 않습니다. 또한 Figure 4에서 볼 수 있듯이 사출시간이 상대적으로 짧을 경우(15~25s) 왁스 압착온도가 상승하여 수축률이 높아지지만, 사출시간을 25~35s로 연장하면(실제로는 압축률이 높아지는 것을 알 수 있다) 충전 시간이 일정하다는 전제 하에 시간이 연장됨), 왁스 압착 온도의 영향은 작아집니다. 사출 시간을 35초 이상으로 늘리면 반대 상황이 발생합니다. 즉, 왁스 압착 온도가 상승하면 왁스 몰드의 수축률이 작아집니다(그림 5 참조). 이러한 현상은 금형온도를 높이고 다짐시간을 연장하는 것이 왁스몰드의 다짐도를 높이는 것과 같은 효과가 있다는 사실로 설명할 수 있다.

5) 성형 온도 및 왁스 압착 장비

왁스 몰드는 천천히 냉각되고 성형 온도가 높을수록 수축률이 증가합니다. 이는 금형이 그려지기 전에 왁스 금형이 여전히 프레스에 있고 수축이 제한되어 금형이 자유 수축으로 바뀌기 때문입니다. 따라서 금형 온도가 높으면 최종 수축률이 크고, 그 반대의 경우 수축률이 작습니다.

마찬가지로, 왁스 프레스의 냉각 시스템은 왁스 몰드 크기에 약 0.3%의 영향을 미칠 수 있습니다.

마지막으로, 왁스 베이스 성형 재료를 사용할 때 왁스 페이스트는 고체, 액체 및 기체의 3상 공존 시스템이라는 점을 강조할 가치가 있습니다. 세 단계 사이의 부피 비율은 왁스 몰드의 크기에 큰 영향을 미칩니다. 실제 생산에서는 세 가지 사이의 비례 관계를 제어할 수 없으며, 이는 왁스 베이스 몰드로 압축된 왁스 몰드의 치수 안정성이 떨어지는 중요한 이유이기도 합니다.

무화과. 4 사출시간과 왁스 온도가 왁스 몰드 수축에 미치는 종합적인 영향

주입 시간/초

무화과. 5 프레스 시간이 왁스 몰드의 압축 정도에 미치는 영향

2. 주물의 치수 안정성에 대한 쉘 재료 및 쉘 제조 공정의 영향

주물의 크기에 대한 쉘의 영향은 주로 열 팽창, 열 변형(고온에서의 크리프) 및 주물의 냉각 수축에 대한 쉘의 억제(방해)에 의해 발생합니다.

1) 쉘 열팽창

주로 쉘 재질에 따라 다릅니다. 다양한 내화물의 팽창률은 다릅니다. 일반적으로 사용되는 내화물 중에서 용융 석영의 팽창률이 가장 작고 규산알루미늄이 그 뒤를 따르고 실리카가 가장 크고 고르지 않습니다. 실온에서 1000℃까지 가열하여 규산알루미늄 쉘을 결정하는 테스트를 한 후 쉘은 약 0.25%의 팽창을 생성할 수 있으며 주조 크기의 전체 수축 비율은 크지 않으므로 이러한 내화물을 사용하는 경우 쉘은 용융 석영을 사용하는 등 치수 안정성이 우수하므로 의심할 여지 없이 더 좋습니다. 그러나 실리카를 사용하면 껍질의 크기가 크게 변동됩니다.

2) 열 변형

예를 들어, 물유리를 결합제로 사용한 쉘의 크리프 정도는 1000℃ 이상의 고온에서 실리카졸과 에틸실리케이트 쉘의 크리프 정도보다 훨씬 큽니다.

용융 커런덤 자체는 내화도가 높지만, 산화나트륨 등의 불순물로 인해 껍질 로스팅 온도가 1000℃를 넘으면 크리프가 발생하여 치수 안정성이 저하될 수 있습니다.

3) 주조 수축에 대한 쉘의 제약 - 쉘의 조정 및 붕괴 가능성은 주로 쉘 재료에 따라 달라집니다.
요약하면, 주물의 크기 변동에 대한 쉘의 영향은 내화물이 주요한 역할을 하지만 바인더의 역할도 무시할 수 없습니다. 대조적으로, 쉘 제조 공정의 영향은 적습니다.

3. 주물의 냉각 불균일로 인한 치수 안정성에 대한 응력의 영향
주물의 각 부분(주입 시스템 포함)의 냉각 속도는 다르며 열 응력으로 인해 주물의 변형이 발생하여 치수 안정성에 영향을 미칩니다. 실제 생산 과정에서 이런 경우가 종종 발생합니다. 주조품의 냉각 속도를 줄이고 스프루 조합을 개선하는 것이 효과적인 예방 조치입니다.