증발 패턴 주조(EPC)라고도 불리는 로스트 폼 주조(LFC)는 그물 모양에 가까운 파운드리 공정의 고유한 클래스입니다. 패턴을 금형에서 빼내는 기존 방식과 달리, LFC는 발포 폴리스티렌(EPS) 또는 폴리머 패턴을 활용합니다. 증발 용융 금속과 접촉하면 최종 부품을 위한 완벽한 모양의 캐비티를 남깁니다.
여러 부품을 통합하고 복잡한 내부 통로를 구현하는 데 효율적이라는 평가를 받는 이 방법은 연성 철, 회주철 및 알루미늄 합금과 같은 소재에 대한 전략적 제조 경로를 제공합니다. 엔지니어, 제조 프로젝트 관리자, 조달 담당자는 정보에 입각한 공정 선택을 위해 LFC의 기술적 메커니즘과 비교 성능을 이해하는 것이 중요합니다. 이 문서에서는 LFC 공정, 재료, 장점, 한계, 그리고 인베스트먼트 및 그린 샌드 주조와 같은 경쟁 파운드리 기술과의 비교에 대한 종합적인 평가를 제공합니다.
로스트 폼 캐스팅(EPC)이란?
로스트 폼 캐스팅(LFC)또는 증발 패턴 주조(EPC)는 가열하면 기화되는 재료, 일반적으로 발포 폴리스티렌(EPS) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)로 만든 패턴을 사용하는 용융 금속 가공 기술입니다. 핵심 원리는 다음과 같습니다. 증발 모델 사전 패턴 인출 단계 없이 액체 금속으로 직접 제작할 수 있습니다.
LFC의 주요 목적은 코어, 코어 프린트, 파팅 라인이 필요 없어 금형 구조를 단순화하고 일체형 구조로 매우 복잡한 부품을 경제적으로 생산할 수 있도록 하는 것입니다. 패턴은 진공으로 지지되는 결합되지 않은 마른 모래로 둘러싸여 있어 주조하는 동안 금형의 구조적 무결성을 보장합니다. 용융 금속이 시스템에 부어지면 고온이 폼을 즉시 기화시켜 금속이 채워지는 일시적인 캐비티를 만듭니다. 가스 분해 생성물은 내화 코팅과 주변 모래를 통해 배출되어 다음을 수행합니다. 그물 모양에 가까운 치수 안정성이 뛰어난 부품을 제작할 수 있습니다.
프로세스 작동 방식
전체 로스트 폼 캐스팅 프로세스 는 진공 및 건식 모래 지지대를 통해 금형 안정성을 유지하면서 폴리머 패턴의 열 분해를 관리하도록 설계된 특수 시퀀스입니다.
폼 패턴 준비부터 응고 후 쉐이크 아웃까지 각 단계를 보여주는 로스트 폼 캐스팅 공정의 단계별 다이어그램입니다.
패턴 제작 및 준비
공정은 폼 패턴 생산으로 시작됩니다. EPS 또는 PMMA 비드를 확장하여 최종 부품의 정확한 모양으로 성형합니다. 이러한 패턴은 매우 깨지기 쉬우므로 세심한 취급이 필요합니다. 더 크거나 복잡한 어셈블리의 경우 핫멜트 접착제 또는 기타 접착제를 사용하여 개별 폼 세그먼트를 함께 결합합니다. 클러스터링 또는 조립. 이를 통해 한 번의 타설로 여러 개의 주물을 생산할 수 있어 효율성이 높아집니다.
코팅 애플리케이션
패턴이 완성되고 조립이 완료되면 클러스터는 얇은 수성 내화 슬러리로 코팅되어 있습니다. 이 코팅 (1) 용융 금속의 힘을 견디는 데 필요한 금형 벽을 제공하고, (2) 폼의 가스 부산물이 빠져나갈 수 있도록 충분한 투과성을 제공하며, (3) 최종 주조를 위한 매끄러운 표면을 제공하는 세 가지 중요한 기능을 수행합니다. 최적의 성능을 위해서는 코팅 두께를 정밀하게 제어해야 합니다.
모래 채우기 및 진공 안정화
그런 다음 코팅된 폼 클러스터를 플라스크에 넣고 결합되지 않은 마른 실리카 모래로 채웁니다. 모래는 진동 테이블을 사용하여 패턴 주위로 압축됩니다( 건식 모래 고밀도화)를 사용하여 깨지기 쉬운 폼 구조에 최대한의 접촉과 지지를 보장합니다. 중요한 단계가 이어집니다. 플라스크를 밀봉하고 진공 가 적용됩니다. 이 진공은 주조 과정 내내 유지되며, 건조한 모래를 안정화시켜 붕괴를 방지하고 기체 상태의 거품 분해 생성물을 금속 전면에서 끌어내는 데 도움을 줍니다.
붓기 및 증발
용융 금속은 안정화된 플라스크의 스프 루(수직 채널)에 부어집니다. 금속 전면이 진행됨에 따라 강렬한 열이 폼 패턴을 순식간에 기화시키는데, 이 과정을 열분해 또는 열분해라고도 합니다. 금속이 폼의 부피를 효과적으로 대체하여 주물을 만듭니다. 생성된 가스는 투과성 내화 코팅과 진공을 이용한 건조 모래를 통해 빠르게 빠져나가야 합니다.
고형화 및 정리
금속이 굳으면 진공이 해제됩니다. 결합되지 않은 마른 모래는 응고된 주물에서 자유롭게 흘러내리므로 청소 프로세스. 모래는 건조하고 결합되지 않았기 때문에 재활용성이 높고, 주조 표면에 남는 내화 코팅의 양이 최소화되어 기존 모래 주형에 비해 덜 공격적인 후처리가 필요합니다.
패턴 및 재료
패턴과 성형 환경을 위한 재료 선택은 LFC의 성공과 정밀도를 위한 기본 요소입니다.
증발 물질은 일반적으로 발포 폴리스티렌(EPS) 덜 복잡한 패턴과 대용량 실행을 위해, 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 보다 깨끗하게 분해되어 더 높은 디테일과 더 나은 표면 마감이 필요한 패턴에 적합합니다. 폼 패턴은 일반적으로 확장 몰딩을 사용하여 제조하거나 소량 또는 프로토타입의 경우 솔리드 폼 블록에서 직접 가공합니다.
그리고 내화 코팅 (또는 워시)는 내화성 물질(규산 알루미늄, 지르콘 또는 마그네시아 등)이 수성 바인더에 현탁되어 있는 중요한 인터페이스입니다. 코팅의 특성, 특히 두께, 열 전도성, 그리고 투과성-금속 접촉 시 발생하는 대량의 가스 유입을 관리할 수 있도록 정밀하게 조정되어야 합니다.
그리고 마른 모래 는 일반적으로 결합되지 않은 실리카 모래를 사용하여 진동에 의해 쉽게 밀도가 높아질 수 있는 안정적이고 자유롭게 흐르는 매체를 제공합니다. 필요한 유지 관리 진공 범위 (일반적으로 250-500mmHg)는 모래 응집과 효율적인 가스 제거를 보장하는 데 필수적입니다.
LFC는 다양한 캐스팅에 매우 적합합니다. 일반적인 합금특히 프로세스의 높은 치수 정확도의 이점을 누릴 수 있습니다:
- 철 합금: 회주철, 연성 철 및 특정 강철 등급(자동차 부문에서 선호됨).
- 알루미늄 합금: 경량화와 기하학적 복잡성이 핵심 요건인 엔진 블록, 실린더 헤드, 브라켓에 광범위하게 사용됩니다.
- 구리 합금: 덜 일반적이지만 복잡하고 그물 모양에 가까운 황동 또는 청동 부품이 필요한 경우에 사용됩니다.
장점 및 제한 사항
부품의 형상과 복잡성이 생산 주기 시간 제약보다 더 큰 경우 경쟁 방법보다 LFC를 선택합니다.
키 로스트 폼 캐스팅의 장점 포함:
- 파팅 라인 및 코어 제거: 패턴이 철회되지 않기 때문입니다, 드래프트 각도 없음 또는 몰드 분할이 필요합니다. 이렇게 하면 다음과 관련된 결함이 제거됩니다. 이별 라인 및 코어 배치를 통해 구조적 무결성이 향상된 일체형 구성 요소를 제공합니다.
- 뛰어난 복잡성 및 디자인 자유도: 폼 세그먼트를 사전 조립할 수 있는 기능을 사용하면 다음과 같은 방법으로 불가능하거나 엄청나게 비싼 복잡한 내부 캐비티와 복잡한 모양을 만들 수 있습니다. 녹색 모래 주조 (핵심 종속성으로 인해).
- 네트형(NNS) 제조: LFC는 뛰어난 치수 정확도와 표면 조도(일반적으로 Ra 6.3-12.5 µm)를 달성하여 주조 후 가공의 필요성을 크게 줄이고 전체 생산 비용을 낮춥니다.
- 자재 취급 감소: 클러스터에서 결합되지 않은 모래와 높은 패턴 대 주조 비율을 사용하면 금형 준비 및 주조 제거가 간단해집니다.
그러나 LFC의 한계 를 신중하게 관리해야 합니다:
- 가스 관리 및 결함: 폼의 열 분해로 인해 대량의 기체 생성물이 생성됩니다. 코팅 불량 투과성 또는 부적절한 진공 주조 표면의 다공성, 불완전한 충전 또는 탄소 잔류물 포함과 같은 심각한 결함이 발생할 수 있습니다.
- 패턴 비용 및 저장 공간: 특히 PMMA로 만든 폼 패턴은 생산 비용이 많이 들 수 있습니다. 또한 부피가 크고 보관 및 취급 중 손상될 가능성이 높아 물류 비용에 영향을 미칩니다.
- 배치 크기 및 주기 시간: 이 공정은 코팅 도포, 건조 및 클러스터 조립에 필요한 시간이 본질적으로 제한됩니다. 다이캐스팅과 같은 초고속 대량 생산이나 초소형 고속 프로토타입 제작에는 적합하지 않습니다.
- 표면/차원 변화: 표면 품질과 치수 일관성은 좋지만 폼 밀도와 코팅 두께의 차이로 인해 인베스트먼트 주조보다 약간 떨어질 수 있습니다.
로스트 폼과 인베스트먼트 캐스팅
LFC와 인베스트먼트 주조(로스트 왁스)는 모두 증발 패턴을 사용하므로 다음과 같은 점에서 경쟁 공정입니다. 그물 모양에 가까운 정밀도.
| 기능 | 로스트 폼 캐스팅(LFC) | 투자 주조(IC) | 전략적 차이 |
|---|---|---|---|
| 패턴 재질 | EPS/PMMA(저밀도) | 왁스(고밀도) | 왁스 패턴은 디테일이 뛰어나지만 깨지기 쉽습니다. |
| 금형 재료 | 마른 모래의 내화 코팅 | 세라믹 쉘(내화 슬러리) | IC 몰드는 자립형이며, LFC는 진공/모래가 필요합니다. |
| 표면 마감(Ra) | 양호(Ra 6.3-12.5 µm) | 우수(Ra 0.8~3.2 µm) | IC는 표면 마감과 디테일에서 승리합니다. |
| 치수 허용 오차 | 높음(±0.3-0.5mm/100mm) | 매우 높음(±0.1-0.25mm/100mm) | 일반적으로 IC가 더 정확합니다. |
| 비용 동인 | 패턴 툴링(중간) 및 볼륨 | 왁스 다이 비용(매우 높음) 및 왁스 재료 | LFC는 중간 배치의 크고 복잡한 부품에 더 저렴합니다. |
| 크기 및 무게 | 대형/중량 부품(예: 엔진 블록)에 적합 | 소형/중형 부품에 한함 | LFC는 규모에 구애받지 않고, IC는 크기에 제한이 있습니다. |
| 합금 적합성 | Fe, Al, Cu 합금(저온) | 거의 모든 합금(초합금 포함) | IC는 녹는점이 높은 재료를 허용합니다. |
캐스팅 시 LFC가 선호됩니다. 크고 복잡한 철 또는 알루미늄 부품 IC를 위한 대형 왁스 다이의 비용이 엄청날 수 있습니다. IC는 다음과 같은 경우에 선택됩니다. 최고의 정밀도 특히 고온 합금의 경우 표면 마감은 타협할 수 없는 부분입니다.
로스트 폼 대 녹색 모래
LFC와 기존 녹색 모래 주조 는 복잡성, 치수 정밀도 및 금형 구조 요구 사항을 중심으로 진행됩니다.
| 기능 | 로스트 폼 캐스팅(LFC) | 녹색 모래 주조 | 전략적 차이 |
|---|---|---|---|
| 금형 유형 | 증발 패턴, 결합되지 않은 모래 | 재사용 가능한 패턴, 본딩 모래(점토/화학) | LFC는 몰드 제거 및 모래 처리를 간소화합니다. |
| 코어 및 파팅 라인 | 필요 없음 | 코어, 코어 인쇄 및 분할 선이 필요합니다. | LFC는 내부 복잡성을 훨씬 더 잘 처리합니다. |
| 초안 각도 | 필요 없음 | 패턴 인출에 필요(일반적으로 1-3°) | LFC는 더 큰 디자인 자유도를 제공합니다. |
| 구성 요소 통합 | 높음(다중 부품 어셈블리) | 낮음(핵심 복잡성에 따라 제한됨) | LFC는 '원피스' 제조에 탁월합니다. |
| 주기 시간 및 비용 | 중간 속도, 낮은 정리 비용 | 빠른 속도, 낮은 툴링 비용 | 그린 샌드는 단순하고 대량으로 제작할 때 더 빠릅니다. |
| 적용 부품 | 복잡한 내부 통로, 펌프 하우징 | 단순한 외형, 높은 볼륨, 낮은 디테일 | 기본 지오메트리에는 모래가 가장 적합합니다. |
그린 샌드는 최소한의 디테일이 필요한 간단한 부품을 대량으로 생산하는 데 적합한 방법입니다. LFC는 다음과 같은 부품에 탁월한 선택입니다. 내부 복잡성 또는 단일 주조로 통합하여 그린 샌드 주조에서 코어 조립에 드는 비용과 노동력을 제거함으로써 비용을 절감할 수 있습니다.
애플리케이션 및 산업 용도
로스트 폼 캐스팅 는 고도로 전문화된 공정으로, 전통적으로 광범위한 핵심 작업이나 복잡한 내부 기능이 필요한 부품을 제조할 때 가장 큰 이점을 제공합니다.
이 프로세스는 다음과 같은 분야에서 많이 활용됩니다:
- 자동차 구조 부품: LFC는 엔진 블록, 실린더 헤드, 변속기 케이스, 디퍼렌셜 캐리어 등 복잡한 알루미늄 부품을 주조하는 데 있어 기준이 됩니다. 가공 없이 복잡한 냉각수 및 오일 통로를 만들 수 있어 비용 측면에서 큰 이점이 있습니다.
- 펌프 및 밸브 하우징: 안정적인 밀봉과 성능을 위해 복잡한 내부 형상과 비다공성 벽이 필수인 유체 동력 산업의 부품에 사용됩니다.
- 대형 주철 부품: 기계 베이스 및 고강도 브래킷과 같은 대형 회색 및 연성 철 부품 주조에 매우 효과적이며, 패턴 조립으로 기존 모래 방식에 비해 금형 구성이 간소화됩니다.
요약하면, LFC는 설계자가 부품 수를 줄이고, 가공 비용을 최소화하며, 복잡한 부품을 생산하려는 상황에서 빛을 발합니다. 철 또는 알루미늄 부품 중간에서 대량으로 배치할 수 있습니다.
품질 및 결함 관리
LFC 부품의 품질은 근본적으로 용융 금속, 코팅 및 주변 진공 시스템 간의 제어된 상호 작용에 따라 달라집니다. 주요 중점 분야 품질 관리 포함:
- 코팅 투과성: 이것이 가장 중요한 요소입니다. 코팅은 거품 분해 가스가 빠르게 빠져나갈 수 있을 만큼 다공성이면서도 금속 침투와 모래 침식을 방지할 수 있을 만큼 밀도가 높아야 합니다. 투과성이 좋지 않으면 다음과 같은 탄소 잔류물이 남게 됩니다. 광택 탄소 또는 표면 마감을 손상시키는 '설탕'을 사용하지 않습니다.
- 진공 범위: 적용된 진공도 (일반적으로 300-400mmHg로 유지)를 주의 깊게 관리해야 합니다. 모래를 안정화시키고 가스를 적극적으로 제거하는 두 가지 역할을 합니다. 변동은 특히 얇은 구간에서 모래 세척 결함이나 불완전한 충진으로 이어질 수 있습니다.
- 게이팅 시스템 설계: 그리고 쏟아지는 시스템 전략 가 중요합니다. 기존 주조와 달리 LFC 스프루(수직 채널)와 러너는 난류를 최소화하고 일관된 금속 속도를 제공하도록 설계되는 경우가 많습니다. 대부분의 경우 폼 기화 속도를 제어하는 금속 전면을 일정하게 유지하기 위해 비압력 게이팅 시스템이 선호됩니다.
일반적인 결함으로는 금속 침투(얇거나 지나치게 투과성이 높은 코팅으로 인한), 오실행(빠른 냉각 또는 가스 제거 불량으로 인한), 왜곡(깨지기 쉬운 패턴 취급으로 인한)이 있습니다. 이를 방지하려면 패턴 밀도, 코팅 도포 두께를 정밀하게 제어하고 주입하는 동안 진공 수준을 일정하고 최적으로 유지해야 합니다.
결론
로스트 폼 캐스팅(EPC)은 구조적으로 복잡한 제품을 생산하기 위한 강력한 제조 솔루션을 제공합니다, 그물 모양에 가까운 중대형 부품을 제작할 수 있습니다. 핵심 차별화 요소는 코어와 파팅 라인을 제거할 수 있어 가공 감소, 뛰어난 설계 자유도, 부품 통합으로 직결되며, 이는 자동차 및 중장비와 같은 분야에 큰 이점으로 작용합니다.
프로젝트를 평가할 때 엔지니어는 다음을 선택해야 합니다. 로스트 폼 구성 요소에 극도의 내부 복잡성(예: 통합 냉각 채널)이 필요하고 크기가 중간에서 크며 철 또는 알루미늄 합금으로 구성된 경우. 프로젝트에 절대적으로 가장 높은 표면 마감 (Ra <1.6 µm) 및 소형 부품의 공차 편차를 최소화하려면 인베스트먼트 주조가 여전히 우수한 선택입니다. 반대로 비용과 속도가 가장 중요한 크고 단순한 부품의 경우, 그린 샌드 주조를 고려해야 합니다.
저희의 전문 지식을 활용하시기 바랍니다. 지금 바로 견적을 요청하거나 파운드리 엔지니어와 상담하세요. 를 통해 상세한 DFM(제조용 설계) 평가를 수행하고 로스트 폼 주조가 다음 복잡한 금속 부품에 최적의 공정인지 결정할 수 있습니다.
