모래 주형용 주물 설계 방법

샌드 몰드에 효과적인 주물을 설계하려면 기술 지식, 제조에 대한 인식, 실용적인 선견지명이 결합되어야 합니다. 이 가이드에서는 엔지니어와 파운드리 전문가가 주조성과 성능을 최적화하는 데 도움이 되는 필수 설계 원칙, 일반적인 과제, 입증된 모범 사례를 살펴봅니다.

샌드 캐스팅 프로세스 먼저 이해하기

컴포넌트를 디자인하기 전에 샌드 캐스팅 프로세스와 그 의미를 이해하는 것이 중요합니다:

• 금형 구성: 모래 몰드는 금속 몰드보다 강성이 떨어집니다. 지오메트리는 낮은 구조적 지지대를 수용해야 합니다.
• 치수 허용 오차: 공차가 인베스트먼트 주조나 CNC 가공에 비해 더 넓습니다.
• 표면 마감: 표면 질감은 모래 입자 크기에 따라 다르며, 중요한 부분에는 추가 가공이 필요할 수 있습니다.

이러한 특성을 조기에 파악하면 결함을 방지하고 재작업 비용을 절감할 수 있습니다.

균일한 벽 두께 유지

벽 두께는 열 방출, 응력 형성 및 응고에 직접적인 영향을 미칩니다. 고르지 않은 두께는 수축 공동, 뒤틀림 및 핫스팟의 일반적인 근본 원인입니다.

• 권장 범위:
• 철: 6-12 mm
• 알루미늄: 3-8mm
• 사용 점진적인 전환 두꺼운 영역과 얇은 영역 사이에 있습니다.
• 대량 집중을 피하고 구조적 효율성을 고려한 설계를 하세요.

충분한 구배 각도 추가

구배 각도를 사용하면 캐비티를 손상시키지 않고 패턴을 모래에서 빼낼 수 있습니다.

• 표준 지침:
• 외부면: ≥ 1°
• 내부 공동: ≥ 2°
• 깊거나 질감이 있는 표면의 경우 각도를 높입니다.
• 세로로 긴 섹션이나 복잡한 윤곽이 있는 섹션에 추가 드래프트를 추가합니다.

패턴이 잘 그려져 있으면 금형 손상이 줄어들고 치수 일관성이 향상됩니다.

모든 날카로운 모서리 둥글게

날카로운 모서리는 열과 응력을 집중시켜 균열과 고르지 않은 금속 흐름을 유발합니다. 부드러운 전환은 더 나은 기계적 특성을 가진 더 견고한 주물을 만듭니다.

• 날카로운 내부 각도를 필렛 반경 3~5mm의
• 리브, 보스, 벽의 둥근 접합부.
• 난기류나 곰팡이 침식을 유발하는 갑작스러운 방향 변경을 피하세요.

둥근 형상은 주입 품질을 개선하고 주입 시 가스 포획을 줄입니다.

코어 설계 간소화 및 언더컷 감소

코어는 비용, 이동 위험, 치수 변동성을 증가시킵니다. 코어 수가 적을수록 일관성과 수율이 향상됩니다.

• 기능하지 않는 충치를 제거합니다.
• 실용적인 경우 핵심 기능을 병합하세요.
• 복잡한 내부 형상을 더 간단한 드릴링 또는 후가공이 가능한 피처로 대체할 수 있습니다.

코어 설계가 단순해져 주조 안정성이 높아지고 청소가 쉬워집니다.

이상적인 충진 및 응고를 위한 설계

콜드 셧, 수축 캐비티 또는 불완전한 충전과 같은 일반적인 결함을 방지하려면 용융 금속을 효과적으로 안내하는 설계가 필요합니다.

• 층류 활성화 넉넉한 흐름 경로, 둥근 러너, 개방형 접합부를 제공했습니다.
• 블라인드 포켓 방지 공기나 가스가 갇힐 수 있는 곳입니다.
• 무거운 섹션 피드 적절하게 배치된 라이저를 사용합니다.
• 사용 오한 또는 방열판 를 사용하여 필요할 때 응고를 제어할 수 있습니다.

툴링 투자 전에 금속 흐름과 응고를 평가하고 최적화하기 위해 시뮬레이션 소프트웨어(예: MAGMASOFT, NovaFlow, AnyCasting)를 사용해야 합니다.

수축 및 가공 수당 포함

모든 금속은 냉각되면 수축합니다. 디자이너는 이러한 치수 변화를 패턴에 반영하여 최종 부품이 사양을 충족하도록 해야 합니다.

• 일반적인 수축 값:
• 회색 철: ~1.0%
• 알루미늄 합금: ~1.3-1.6%
• 탄소강: ~2.0-2.5%
• 가공 수당: 표면 임계값과 툴링 정밀도에 따라 1~3mm를 추가합니다.

패턴 제작자 및 기계공과 조기에 협력하여 정확한 오프셋을 정의하고 생산 후반에 발생할 수 있는 오차 또는 공차 문제를 줄이세요.

금형 안정성 및 구조적 지원을 위한 설계

샌드 몰드는 본질적으로 깨지기 쉬우므로 붕괴나 정렬 불량 위험 없이 과도한 복잡성이나 미세한 디테일을 지원할 수 없습니다.

• 얇거나 지지대가 없는 벽은 피하세요.:
• 최소 벽 두께: 철의 경우 5mm, 알루미늄의 경우 3mm.
• 곰팡이 스트레스를 증가시키는 깊은 구멍이나 돌출부를 피하세요.
• 브레이싱 사용: 금형 취급 및 타설 시 구조적 무결성을 지원하기 위해 필요한 경우 거싯 또는 리브를 통합합니다.
• 논리적으로 분할 라인 계획: 플래시를 줄이고 코어 조립을 간소화하며 깨끗한 금형 분리를 돕기 위해 배치합니다.
• 높고 좁은 돌출부를 피하세요.: 압축 시 진동이나 모래 이동이 발생하기 쉽습니다.

이러한 금형의 한계를 이해하면 안정성, 반복성, 생산 용이성을 보장할 수 있습니다.

캐스팅 후 작업 준비

잘 설계된 주조는 응고에서 끝나지 않습니다. 기계 가공, 처리 및 마감을 포함한 다운스트림 공정도 지원해야 합니다.

• 가공 패드 또는 보스 제공 최종 치수가 중요한 경우. 이러한 표면을 사용하면 부품 무결성을 손상시키지 않고 공차를 조정할 수 있습니다.
• 열처리 효과 예상:
• 합금 선택 시 주조 후 어닐링 또는 경화가 필요할 수 있습니다.
• 설계 대칭은 열 주기 동안 뒤틀림을 줄이는 데 도움이 됩니다.
• 표면 코팅 계획:
• 평평하거나 고른 표면은 도장, 파우더 코팅 또는 아연 도금에 적합한 접착력을 보장합니다.
• 코팅 실패로 이어질 수 있는 모래 주머니나 다공성이 갇히지 않도록 하세요.

좋은 디자인은 부품의 수명 주기 전반에 걸쳐 확장되며 부품의 마감 및 배포의 모든 단계를 지원합니다.

파운드리와 조기에 자주 협업하기

파운드리는 단순한 생산 공급업체가 아니라 중요한 설계 파트너입니다. 파운드리와 조기에 협력하면 비용이 많이 드는 재작업을 방지하고 개발 주기를 더 원활하게 진행할 수 있습니다.

• 완전한 3D 모델 공유 재료 사양, 허용 오차 및 주요 기능을 포함합니다.
• DFM(제조 가능성을 위한 설계) 피드백 요청하기:
• 파운드리는 코어 감소, 게이팅 개선 또는 합금 변경을 제안할 수 있습니다.
• 초기 수정은 제작 후 툴링을 변경하는 것보다 훨씬 저렴합니다.
• 성능 요구 사항 명확화:
• 미관이 중요하지 않은 경우 표면을 캐스트 그대로 유지할 수 있습니다.
• 구조적 특성이 중요한 경우 피더/라이저 배치 및 냉각 전략에 대한 지침을 요청하세요.

이러한 협업 방식을 통해 설계 의도와 제조 현실이 일치하도록 보장합니다.

기능성과 제조 가능성의 균형

효율적인 주조는 단순히 CAD 모델을 직접 번역하는 것이 아니라 기능과 실현 가능성 사이의 정교한 균형을 이루는 것입니다.

• 중요하지 않은 세부 정보 간소화: 금형 제작을 복잡하게 만드는 장식용 홈, 로고 또는 리브는 피하세요.
• 크거나 복잡한 부품 분할: 때로는 부품을 두 개의 주조 가능한 하위 구성 요소로 나눈 다음 용접하거나 볼트로 고정하는 것이 일체형 금형을 강제로 제작하는 것보다 더 많은 비용을 절약할 수 있습니다.
• 재료 낭비 줄이기: 더 얇고 균일하게 설계된 벽은 금속을 덜 소비하고 응고 속도를 높입니다.
• 재사용 및 수리를 위한 빌드: 캐스트인 정렬 기능 또는 액세스 패널을 사용하면 유지 관리 및 다운스트림 사용이 더 쉬워집니다.

궁극적으로 캐스트 가능성은 엔지니어링 기능에 영향을 주는 것이 아니라 엔지니어링 기능을 향상시켜야 합니다.

사용 사례 예시: 펌프 하우징 재설계

좋은 주조 설계의 힘을 입증하기 위해 중장비 펌프 제조업체의 실제 사례를 살펴보겠습니다:

• 독창적인 디자인: 주철 펌프 하우징은 8mm에서 20mm의 벽 두께, 깊은 포켓, 내부 채널을 형성하는 4개의 샌드 코어를 갖추고 있습니다.
• 발생한 문제: 다양한 두께로 인해 응고 불일치가 발생하고 코어 수가 많아 정렬 불량이 자주 발생하여 불량률이 증가했습니다.

재설계 후:

• 벽 두께는 다음과 같이 표준화되었습니다. 10 mm.
• 모든 날카로운 전환은 다음과 같이 필터링되었습니다. 반경 5mm.
• 핵심 요구 사항이 다음에서 감소했습니다. 4 대 1 흐름 경로를 단순화하고 중요하지 않은 공동을 제거함으로써.

결과:

• 주조 결함률 감소 60%.
• 금형 준비 시간 감소 30%.
• 제조 비용 절감 달성 단위당 $15.

이 사례는 주조 기본 원칙에 기반한 작은 설계 조정이 얼마나 큰 성능과 비용 개선을 가져올 수 있는지 보여줍니다.

최종 생각

샌드 몰드용 주물 설계는 단순한 제도 작업이 아니라 엔지니어링 이론과 작업 현장의 실용주의가 결합된 다학제적 과제입니다. 가장 성공적인 디자인은 이를 반영합니다:

• 에 대한 깊은 이해 금속 흐름 및 응고 거동
• 존중 샌드 몰드 제한 사항
• 기대치 캐스팅 후 프로세스
• 진행 중 파운드리와의 협업

이러한 원칙을 내재화함으로써 엔지니어는 정확하고 내구성이 뛰어나며 경제적으로 생산되는 주물을 일관되게 제공할 수 있습니다.

기존 부품을 최적화하든 새로 시작하든 사려 깊은 설계는 품질, 성능, 비용 면에서 큰 이점을 가져다줍니다.

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