소모성 금형 주조는 용융 금속을 금형에 부어 금속 제품을 제조하는 유연한 공정으로, 모든 생산 공정이 끝나면 폐기됩니다. 소모성 금형. 재생이 가능한 영구 금형과 달리 소모성 금형은 모래, 석고 또는 세라믹과 같은 재료로 주조 후 일회용입니다. 다른 공정으로는 단순하거나 불가능했던 복잡한 형태, 극도의 정밀도, 미세한 디테일이 있는 부품을 제조하는 데 적합한 방식입니다. 

금형을 제작할 때 고품질의 소량 생산이 필요한 산업에는 항공우주, 자동차, 의료 및 방위 산업 등이 포함됩니다. 이 공정은 생산되는 모든 부품을 제조하기 위해 새로운 금형을 제작해야 하므로 대량 생산에는 적합하지 않을 수 있지만, 복잡한 디자인을 제작할 수 있어 강도, 내구성 및 정밀도가 요구되는 품목을 제조하는 경우에는 그 가치가 매우 높습니다.

소모품 금형 주조 이력

소모성 금형 주조 주조는 오랜 역사를 가지고 있으며 그 존재는 수천 년 전으로 거슬러 올라갑니다. 이집트, 그리스, 로마 등 주조 공법을 사용한 문명에서는 보석, 동전, 무기 등 다양한 물체를 주조했습니다. 시간이 흐르면서 새로운 재료가 등장하고 기술이 발전함에 따라 주조 공정은 더욱 복잡하고 정확한 주조를 가능하게 하는 방향으로 변화했습니다.

현대의 소모성 금형 주조 기술의 부상은 금속 가공 기술이 크게 발전한 18세기와 19세기의 산업 혁명으로 거슬러 올라갈 수 있습니다. 모래 주조와 로스트 왁스 주조와 같은 방법이 등장하면서 완전히 다른 방식으로 금속으로 부품을 생산할 수 있게 되었고, 오늘날 제조 공정에서 일회용 금형이 사용되는 것은 당연한 일이 되었습니다. 

소모성 금형 주조란 무엇인가요?

소모성 금형 주조는 제조된 부품을 한 번 사용 후 의도적으로 파괴되도록 설계된 금형에 넣어 금속 부품 생산에 적용되는 제조 공정으로 정의할 수 있습니다. 금형을 여러 번 재사용할 수 있는 영구 금형 주조와 달리 소모성 금형 주조는 재사용 가능한 금형을 사용합니다. 용융 금속이 식고 굳은 후 패턴이나 금형을 파괴하여 완제품을 얻습니다.

이 공정은 다른 기술로는 비용이 많이 들고 제작이 불가능한 고정밀 부품인 복잡한 부품을 주조할 때 특히 적합합니다. 소모품이라는 용어는 금형이 한 주기에 소모된다는 의미로, 한 번 사용할 때마다 다른 부품을 만들기 위해 새로운 금형을 개발해야 한다는 뜻입니다.

소모성 금형 주조 사용 방법

패턴 생성

소모성 금형 주조에서 초기 단계는 주조할 부품의 패턴을 만드는 것입니다. 패턴은 왁스, 폼 또는 금속과 같은 재료로 구성되며 최종 제품 형태를 모방하도록 구성됩니다.

금형 형성

모래, 석고, 세라믹 등의 몰드 물질이 패턴을 둘러싸고 있으며, 사용된 주조 공정에 따라 다양한 방법으로 이 물질을 제거할 수 있습니다.

패턴 제거

금형의 재료가 굳으면 패턴을 꺼내는데, 대부분의 경우 녹이거나 태우거나 부수는 방식으로 이루어집니다. 이렇게 하면 금형에 원래 패턴의 정확한 모양인 속이 빈 구멍이 생깁니다.

금속 붓기

금형 캐비티가 준비되면 용융 금속을 금형에 주입하여 패턴이 남긴 캐비티를 채웁니다. 금속은 냉각되어 굳어집니다.

금형 파괴

금속이 냉각되어 단단해지면 주형을 파괴하여(보통 부수고 분쇄하거나 용해하여) 주물을 회수합니다.

포스트 프로세싱

주물을 금형에서 꺼낸 후에도 기계 가공이나 연마 공정과 같은 2차 마감 기술을 통해 필요한 사양을 달성하여 주물을 더욱 정교하게 다듬을 수 있습니다.

소모성 금형 주조 유형

소모성 몰드 캐스팅의 종류에 대해 좀 더 자세히 알아보겠습니다:

1. 모래 주조

소모성 금형 주조. 가장 일반적인 주조 방법 중 하나는 모래 주조입니다. 모래 주조는 패턴(주조할 대상의 모형) 주위에 점토와 물을 섞은 모래를 채우는 방식으로 주형을 만들어야 합니다. 일반적으로 금속 또는 왁스 패턴이 사용되며, 주형이 굳은 후에는 패턴이 깨지거나 녹아내립니다.

프로세스 개요:

• 금속이나 왁스와 같은 소재는 패턴의 형태로 만들어집니다.
• 그런 다음 모래, 점토 및 물 혼합물을 패턴 주위에 코팅합니다.
• 패턴이 튕겨지고 금형을 가열하여 모래가 경화됩니다.
• 패턴이 남긴 빈 공간은 주조된 용융 금속으로 채워집니다.
• 금속이 굳으면 금형을 부수어 주물을 노출시킵니다.

장점:

• 생산량이 적거나 중간 정도일 때 비용 효율적으로 작업할 수 있습니다.
• 단순한 형상의 벌크 주물을 생산할 수 있습니다.
• 다목적, 알루미늄, 철, 강철 등 다양한 재질로 만들 수 있습니다.
• 자동차, 중장비 및 기계 산업에서 만연합니다.

단점:

• 표면 마감은 다른 주조 방법만큼 매끄럽지 않습니다.
• 아주 미세한 디자인은 잘 작동하지 않습니다.

2. 인베스트먼트 주조(분실 왁스 주조)

또 다른 매우 정확한 소모품 금형 주조 방법은 로스트 왁스 주조라고도 하는 인베스트먼트 주조입니다. 이는 세라믹 쉘에 왁스 패턴을 입혀 건조시켜 굳히는 공정입니다. 그런 다음 왁스를 녹여 빼내면 속이 빈 세라믹 몰드에 용융 금속이 부어집니다.

프로세스 개요:

• 왁스 패턴은 원하는 디자인으로 성형된 패턴으로 형성됩니다.
• 두꺼운 껍질을 만들기 위해 왁스 패턴을 슬러리 층으로 덮은 다음 모래로 덮습니다.
• 그런 다음 모든 몰드가 가열되고 녹은 왁스가 비워집니다.
• 그런 다음 세라믹 쉘을 용융 금속으로 만듭니다.
• 금속이 굳을 시간이 지나면 세라믹 껍질을 깨뜨려 주물을 보여줍니다.

장점:

• 이러한 높은 정확도와 매우 우수한 표면 마감 품질.
• 작은 디테일과 복잡한 조각을 캐스팅할 때 가장 적합합니다.
• 스테인리스 스틸, 티타늄, 귀금속 등 매우 다양한 금속에 적용할 수 있습니다.

단점:

• 특수 조건은 모래 주조보다 비용이 많이 듭니다.
• 시간이 더 많이 걸립니다.
• 구성 요소의 소규모 제조 실행에 적합하며 대량 생산이 수반되는 생산에는 적합하지 않습니다.

3. 쉘 몰딩

쉘 몰딩 쉘 몰딩도 원칙적으로는 인베스트먼트 주조와 밀접한 관련이 있는 주조 공정이지만, 금속으로 만든 패턴 주위에 모래를 기반으로 한 쉘을 형성하는 방식입니다. 이 공정은 부품의 치수를 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라 부품의 표면 마감이 매끄럽다는 장점이 있습니다.

프로세스 개요:

• 금속 패턴을 템퍼링하고 미세한 모래 슬러리에 담급니다.
• 패턴이 모래에 굳어져 껍질을 형성합니다.
• 쉘이 준비되면 남은 패턴 재료만 남을 때까지 쉘을 가열합니다.
• 용융 금속으로 채워진 쉘을 붓고 금속이 굳으면 주물을 제거하기 위해 쉘을 깨뜨립니다.

장점:

• 치수 정확도가 뛰어나고 가장자리가 다림질된 제품을 제작합니다.
• 복잡한 부품을 주조하는 데 적합합니다.
• 강철이나 철과 같이 녹는점이 높은 금속에 사용할 수 있습니다.

단점:

• 모래 주조에 비해 더 비쌉니다.
• 정밀한 셸을 만드는 데는 많은 시간이 걸리기 때문에 작은 조각으로 제한됩니다.
• 모래 주조만큼 재료 선택의 폭이 넓지 않습니다.

4. 로스트 폼 캐스팅(LFC )

로스트 폼 주조(LFC) 로스트 폼 주조는 금속 또는 왁스 패턴 대신 폼 패턴을 사용하는 새로운 형태의 소모성 금형 주조입니다. 폼 패턴을 모래로 덮고 녹은 금속을 구멍에 부어 폼의 사용을 흐리게 합니다.

프로세스 개요:

•  주조할 조각의 폼 몰드가 만들어집니다.
• 그런 다음 폼의 패턴에 모래 층을 바르고 모래를 눌러서 틀을 만듭니다.
• 금형의 가열이 완료되고 용융 금속이 부어집니다.
• 폼으로 덮인 패턴은 용융 금속에 의해 기화되고 나머지는 고형화된 부분입니다.

장점:

• 파괴되는 작업이 적은 복잡한 지오메트리를 캐스팅하는 데 적합합니다.
• 높은 디테일과 놀랍도록 매끄러운 부품을 제작할 수 있습니다.
• 저용량 및 중간 용량에 적합한 가격입니다.

단점:

• 작은 조각으로 제한됩니다.
• 기존의 모래 주조와 달리 고가의 금형이 필요합니다.
• 온도와 압력을 신중하게 조정해야 하므로 모든 종류의 금속에 적용되지는 않습니다.

5. 석고 주조 몰딩

석고 몰드 캐스팅은 석고를 성형하는 과정을 통합합니다. 석고를 물과 결합한 다음 패턴에 적용한 후 일반적으로 패턴이 굳으면 제거합니다. 주로 디테일이 있는 작은 부품에 적용됩니다.

프로세스 개요:

• 템플릿은 금속 또는 관련 물질로 만들어집니다.
• 패턴을 석고, 물 및 기타 재료가 섞인 용액에 넣어 몰드를 만듭니다.
• 그 후 금형을 굳히고 가열하여 망상을 주조합니다.
• 주조 생산은 용융 금속을 금형에 붓는 방식으로 이루어집니다.

장점:

• 표면 마감이 좋은 양질의 부품을 제조합니다.
• 작은 부품은 물론 미세한 디테일이 특징인 부품에도 적용할 수 있습니다.
• 소량 생산에 적용할 수 있습니다.

단점:

• 이러한 방법은 비용과 시간이 많이 소요됩니다.
• 저온에서 녹는 작은 부품과 금속으로 제한됩니다.

6. 영구 패턴- 모래 주조

재사용 가능한 패턴은 일회용 금형이지만 재사용 가능한 접근 방식(소모성 패턴이 아닌 재사용 가능한 패턴을 사용)입니다. 금형은 재활용 패턴이지만 주조할 때마다 모래 주형을 철거하는 조합 방식입니다.

프로세스 개요:

• 몰드 박스 안에 영구 패턴을 넣고 주변에 모래를 채워 넣습니다.
• 모래 주형을 만든 후 패턴을 떼어내고 용융 금속을 캐비티에 부어 넣습니다.
• 주조 공정은 최종 제품을 제거하기 위해 모래를 파괴합니다.

장점:

• 소량 및 중량 생산 시에는 사출 성형보다 비용 효율적입니다.
• 엔진 블록이나 프레임과 같은 큰 부품에 적합합니다.

단점:

• 인베스트먼트 주조 옆에 놓으면 정밀도와 표면 마감이 떨어집니다.

7. CGP 또는 콜드 박스 프로세스

화학적으로 결합된 모래 주형은 콜드 박스 공정을 사용하여 주조됩니다. 모래는 결합제와 결합되고 몰딩 세트는 가열하지 않고 사용됩니다. 주로 석유 및 가스처럼 내구성과 인성이 필요한 산업 분야의 부품 제조에 사용됩니다.

프로세스 개요:

• 몰드는 모래와 화학 바인더를 결합하여 압축하여 만듭니다.
• 금형에 들어가면 차가운 환경에서 경화되어 열을 사용하지 않고도 금형이 굳어집니다.
• 용융 금속을 금형에 부은 후 굳은 다음 금형을 제거합니다.

장점:

• 주조되는 부품에 높은 수준의 강도가 필요한 경우에 적용할 수 있습니다.
• 이상적인 주물: 일반 모래 주형으로 주조하기 어려운 금속에 적합합니다.

단점:

• 금형 제작 과정에서 필요한 화학 바인더는 모든 금속에 적합하지 않을 수 있습니다.
• 자료 및 애플리케이션으로 제한됩니다.

소모성 금형 주조에 적용되는 재료

소모성 금형 주조에서 금형은 한 번 사용한 후 폐기하도록 설계된 재료로 제작됩니다. 사용되는 재료는 주조에 사용되는 공정, 주조할 재료 및 특정 부품의 요구 사항에 따라 결정됩니다. 소모성 금형 주조에 자주 사용되는 몇 가지 재료는 다음과 같습니다:

1. 모래

모래로 만든 소모품 금형은 모래 주조에서 가장 자주 사용되며 가장 일반적으로 사용됩니다. 모래는 일종의 바인더(예: 점토 또는 수지)와 결합하여 용융 금속의 열에 견딜 수 있는 주형에 주조됩니다. 모래 주형은 유연하고 경제적이며 대형 부품을 만드는 데 사용할 수 있습니다.

2. 석고

석고 몰드 캐스팅에서는 석고와 물을 혼합하여 몰드를 만듭니다. 이 재료는 매끄러운 표면과 세밀한 디테일이 필요한 작고 정교한 부품을 주조하는 데 사용할 수 있습니다. 석고 몰드는 일반적으로 비철금속을 소량으로 생산하는 데 사용됩니다.

3. 세라믹

인베스트먼트 주조(로스트 왁스 주조)와 쉘 몰딩은 세라믹 소재를 사용합니다. 패턴을 미세한 세라믹 슬립으로 덮고 건조시킨 후 고온에 견딜 수 있는 견고한 금형을 만듭니다. 강철, 티타늄 및 고성능 합금의 주조는 세라믹 몰드를 사용하여 수행됩니다.

4. 왁스

왁스는 주로 인베스트먼트 주조(로스트 왁스 주조)에 사용됩니다. 왁스로 주조한 후 세라믹 쉘을 덧붙입니다. 녹여서 패턴을 제거한 후 남은 유일한 쉘은 주조가 완료된 쉘입니다. 왁스는 매우 섬세하고 복잡한 부품을 만드는 데 이상적입니다.

5. 거품

로스트 폼 주조에서는 폼이 패턴 재료 역할을 합니다. 폼 패턴은 모래로 덮여 있으며 용융 금속을 부으면 폼이 기화되어 고체화된 용융 금속 주물이 남습니다. 폼 몰드는 폐기물을 줄이면서 복잡한 기하학적 디자인을 주조하는 데에도 유리합니다.

6. 수지

다른 고급 주조 기술에서는 매우 정확하고 견고한 금형을 형성하기 위해 수지 재료를 사용합니다. 콜드 박스 및 쉘 몰딩은 일반적으로 레진 결합 모래를 사용하여 이루어집니다. 레진은 또한 최종 주조에서 좋은 표면 마감과 섬세한 주조를 제공하는 데 유용할 수 있습니다.

7. 금속 합금(패턴이 있는 경우)

금속 패턴 모래 주조와 같은 일부 소모성 금형 주조 시스템에서는 패턴이 금속 합금으로 만들어집니다. 그런 다음 금형을 주조하고 용융 금속을 부은 다음 이 금속 패턴을 나중에 떼어냅니다.

소모성 금형 주조의 장점

소모성 금형 주조에는 여러 가지 장점이 있어 다양한 용도로 선택할 수 있습니다. 이러한 이점 중에는 다음과 같은 것들이 있습니다:

1. 복잡한 형상 캐스팅 능력

소모성 몰딩 주조 기술(예: 인베스트먼트 주조 및 로스트 폼 주조)은 기계 가공이나 스탬핑과 같은 대체 제조 방식으로는 생산할 수 없는 복잡한 디자인의 부품을 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 따라서 복잡한 부품이 필요한 산업, 즉 항공우주 및 자동차 산업에서 사용할 수 있는 자격이 있습니다.

2. 표면 마감 및 높은 정밀도

인베스트먼트 주조 및 쉘 몰딩과 같은 일부 기술은 표면 마감과 부품의 작은 디테일이 뛰어납니다. 따라서 추가 가공 및 마감 공정이 줄어들어 특정 작업의 경우 더 저렴하게 제작할 수 있습니다.

3. 소재의 다양성

소모성 금형 주조는 알루미늄, 강철, 티타늄과 같은 금속부터 이색 합금까지 사용할 수 있는 재료의 범위가 매우 넓습니다. 이러한 적응성 덕분에 자동차, 의료 등 다양한 산업에서 사용할 수 있습니다.

4. 짧은 리드 타임

소모성 금형 주조 공정의 금형은 일회용이므로 재사용 가능한 금형을 사용하는 다른 주조 공정과 달리 금형을 준비하고 주조하는 데 상대적으로 시간이 덜 걸릴 수 있습니다. 따라서 소모성 금형 주조는 소량에서 중량 생산에 적합합니다.

5. 비용 효율적인 소규모 운영

인베스트먼트 주조와 같은 소모성 금형 주조 기술을 설치하는 데 필요한 자본은 상당히 높을 수 있지만 중소 규모의 생산이 필요한 경우 부품당 가격이 크게 낮아집니다. 이는 특히 소량의 고정밀 부품이 필요하지만 대규모 생산 비용을 부담하고 싶지 않은 산업에서 유용하게 사용할 수 있습니다.

소모성 금형 주조의 문제점

이 방법의 장점은 많지만 소모성 금형 주조에는 여러 가지 문제도 있습니다:

1. 곰팡이 파괴

한 번 주조하면 금형이 파손되기 때문에 대량 생산 시 높은 비용이 발생할 수 있습니다. 주형이 망가질 때마다 새 주형을 만들어야 하므로 비용이 많이 들기 때문에 대량 생산에서는 소모성 금형 주조의 매력이 떨어질 수 있습니다.

2. 금형 재사용이 제한됨

영구 금형 주조의 경우 금형을 재사용할 수 있고 여러 번 재사용할 수 있지만, 소모성 금형 주조에 사용되는 금형은 새 부품을 제작할 때마다 다시 만들어야 합니다. 따라서 공정에 사용되는 재료와 인건비 측면에서 비용이 증가합니다.

3. 소규모 생산

소모성 금형 실제로 생산량이 적을수록 새 금형을 주조하는 데 드는 비용과 시간에 따라 소모성 금형 주조가 더 나은 경우도 있습니다. 다이 캐스팅이나 영구 주형 캐스팅과 같은 다른 기술은 대량 생산 시 더 저렴합니다.

소모성 금형 주조 용도

소모성 금형 주조는 고정밀 부품의 복잡한 형상을 필요로 하는 많은 산업 분야에서 사용됩니다. 주요 용도 중 하나는 다음과 같이 설명할 수 있습니다:

1. 항공우주 산업

항공우주 산업에서 소모성 금형 주조로 제조되는 품목의 예로는 터보 전단 블레이드, 하우징 및 고강도, 정확성 및 혹독한 온도를 견딜 수 있는 재료 능력이 요구되는 기타 구성품이 있습니다. 인베스트먼트 주조는 복잡한 형상을 생산할 수 있고 표면 마감이 우수하기 때문에 이 산업에서 특히 선호됩니다.

2. 자동차 산업

자동차 산업은 엔진 블록, 변속기 하우징 및 기타 부품과 같이 튼튼하고 내구성이 요구되는 부품을 만들기 위해 소모성 금형 주조에 의존합니다. 이 분야에서는 일반적으로 모래 주조와 쉘 몰딩을 사용합니다.

3. 의료 기기 제조

수술 장비, 임플란트 및 보철물을 포함한 의료 장비는 소모성 금형 주조를 사용하여 생산됩니다. 의료 분야에서는 착용감과 기능성이 매우 중요하고 부품의 복잡성을 이 기술을 통해 쉽게 제공할 수 있기 때문에 가장 적합합니다.

4. 군사 및 방위

국방 분야에서는 무기, 갑옷 및 기타 군사 장비 부품 제조에 소모성 금형 주조가 활용됩니다. 이 산업에서는 성능과 신뢰성이 중요한 요소이며, 복잡하고 견고한 부품을 제작할 수 있는 역량이 매우 중요합니다.

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결론

소모성 금형 주조는 가변적이고 필수적인 제조 공정으로 발전해 왔습니다. 이 방법을 사용하면 금형에 일회용 재료로 만든 라이너를 사용하여 복잡한 모양과 정밀도, 우수한 표면 마감을 갖춘 부품을 생산할 수 있습니다. 대량 생산이 필요한 애플리케이션에는 적합하지 않을 수 있지만, 복잡한 부품과 맞춤형 부품을 생산할 수 있어 항공우주, 자동차, 의료, 방위 산업과 같은 산업에서 매우 유용합니다.

기술이 발전함에 따라 소모성 금형 주조의 방법과 수단이 더욱 다양해지고 있으며, 이 공정은 제조 분야에서 더욱 중요해질 것입니다. 소형 의료 기기부터 대형 항공 우주 부품까지, 소모품 금형 주조는 유연성, 정밀성, 소재 다양성 측면에서 현대 산업의 도전 과제에 대응할 수 있는 역량을 갖추고 있습니다.

자주 묻는 질문 

1. 소모품 몰드 캐스팅을 사용하면 가장 큰 이점은 무엇인가요?

주형은 소모성 금형 패턴을 사용하여 주조되므로 복잡한 패턴의 부품을 고정밀로 제작할 수 있습니다. 주조할 때마다 금형을 폐기해야 하므로 세밀한 모양을 만들고 다양한 재료를 사용하는 데 이상적입니다.

2. 소모성 금형 주조 시간은 어떻게 되나요?

사용 된 금형 유형과 같은 복잡성 및 기타 요인에 따라 몇 시간 또는 며칠이 걸릴 수 있습니다.

3. 소모성 금형 주조는 대규모 생산에 적용 가능한가요?

소모성 금형 주조 공정은 각 부품을 생산할 때마다 새로운 금형을 만들어야 하기 때문에 대량 생산에 적합하지 않으며 대량 생산 규모에서는 상당히 비쌉니다.