인베스트먼트 주조는 업계에서 가장 널리 사용되는 주조 공정 중 하나입니다. 제조업체들은 인베스트먼트 주조가 높은 치수 정확도, 매끄러운 표면, 복잡한 설계 처리 능력, 빠른 생산 등 여러 장점을 제공하기 때문에 이를 자주 사용합니다.
이 글에서는 인베스트먼트 주조에 대해 알아야 할 모든 것을 알려드립니다. 인베스트먼트 주조의 역사를 간략하게 설명하고, 그 공정을 자세히 설명하며, 용도, 재료 특성, 장단점을 살펴봅니다.
목차
인베스트먼트 캐스팅이란?
인베스트먼트 주조는 "로스트 왁스 주조"라고도 합니다. 왁스와 유사한 재료를 사용하여 소모성 모형을 제작한 후, 동일한 모형을 제작하는 방식입니다. 이 공정에는 뛰어난 열적 특성을 가진 세라믹 주형이 사용됩니다. 그 결과, 매우 높은 표면 품질을 가진 거의 완벽한 형상의 부품을 제작할 수 있습니다.
그 많은 장점과 적응성으로 인해 다른 주조 방법(예: 모래주조와 다이캐스팅. 지금은 인베스트먼트 캐스팅에 대해 계속해서 알아보겠습니다.
의 역사 나투자 기음애스팅
사람들은 5,000년 넘게 비슷한 방식으로 물건을 만들어 왔습니다. 순수 밀랍으로 만든 모형은 금이나 구리와 같은 무른 금속을 주조하는 데 사용되었습니다. 고고학자들은 그 시대의 보석, 우상, 그리고 예술 작품들을 발견했는데, 그것들은 보는 것만으로도 흥미로웠습니다.
금속 가공에 대한 지식이 발전함에 따라 사람들은 새로운 금속 주조 기술을 실험하기 시작했습니다. 이 기술은 19세기 말 치과 교정기 제작에 사용되면서 더욱 발전했습니다.
제2차 세계 대전을 통해 이 공정은 대부분의 사람들에게 널리 알려지게 되었습니다. 군대는 튼튼하고 정밀하며 재사용 가능한 부품을 생산할 방법이 필요했습니다. 그 결과, 현재 인베스트먼트 주조(investment casting)라고 알려진 공정이 개선되기 시작했습니다.
투자 투자는 어떻게 진행되나요?
수년에 걸쳐 제조업체들은 최고의 주물을 생산하기 위해 인베스트먼트 주조 공정을 완성하기 위해 노력해 왔습니다. 이 섹션에서는 6단계를 자세히 살펴보겠습니다.
마스터 모델 생성
왁스 모형은 완제품의 기하학적 구조를 정확하게 복제한 것입니다. "마스터 모형"은 주조에 반복적으로 사용할 수 있는 표준입니다. 왁스, 목재, 금속, 실리콘 고무는 마스터 모형 몰드를 만드는 데 가장 일반적으로 사용되는 재료입니다. 어떤 재료를 사용할지는 모형의 수명과 디자인의 복잡성에 따라 달라집니다. 또한, 가열 또는 냉각 시 재료의 팽창 또는 수축 정도와 표면 품질도 고려해야 할 요소입니다. 각 주조 주기마다 작업자는 마스터 디자인을 기반으로 왁스 모형을 만듭니다.
오늘날 엔지니어들은 3D 프린팅이나 인베스트먼트 주조 공정과 같은 최첨단 방법을 사용하여 모델을 제작합니다. 과거에는 다이캐스팅 공정 왁스 모형 제작에 자주 사용되었습니다. 오늘날 3D 프린팅은 빠르게 인기를 얻고 있는 신기술입니다. 엔지니어들은 저렴하고 정확도가 높은 FDM 3D 프린팅을 선호합니다.
왁스 모델 조립
다음 단계는 이전 단계에서 만든 모든 모형을 로스트왁스 주형에 조립하는 것입니다. 조립된 모형은 나무처럼 생겨서 "나무"라는 이름이 붙었습니다.
그런 다음 작업자는 게이트/러너/라이저 네트워크를 사용하여 모형을 조립합니다. 이 게이트 네트워크는 액체 금속이 금형의 모든 부분으로 쉽게 흐를 수 있도록 합니다.
이 조립 공정은 수동 또는 자동으로 수행될 수 있습니다. 생산량이 적거나 각 주물의 형태가 고유한 경우 제조업체는 수동 조립을 선택할 수 있습니다. 반면, 주조 공정을 반복해야 하는 경우 자동화된 생산 셀을 구매하는 것이 합리적입니다.
내화재 적용(함침)
다음으로, 작업자는 원하는 특성을 얻기 위해 주형에 내화성 재료 층을 도포합니다. 코팅 공정은 여러 단계의 함침 단계로 구성됩니다. 작업자는 나무를 천천히 돌리면서 세라믹 슬러리와 모래 석고 혼합물에 반복적으로 담급니다. 점토는 주형이 고온을 견디도록 돕고, 석고는 주형을 더욱 견고하게 만듭니다.
담금 공정이 진행될수록 왁스 모형을 둘러싼 세라믹 셸은 점점 더 두꺼워집니다. 첫 번째 초기 층(마스터 코어라고도 함)을 마무리할 때는 특히 주의하십시오. 이는 부품의 품질과 모양에 큰 영향을 미칩니다.
이 과정은 쉘이 적절한 두께에 도달할 때까지 반복됩니다. 대부분의 경우 쉘 두께는 3/8인치에서 1/2인치 사이입니다. 이는 주조 재료, 크기 및 무게에 따라 달라집니다. 부품이 무겁고 금속의 융점이 높은 경우, 쉘은 고온과 고압을 견딜 수 있을 만큼 충분히 두꺼워야 합니다.
탈랍
탈랍 공정에서는 용융을 통해 점토 껍질에서 왁스를 제거합니다. 왁스를 가열하고 용융하기 위해 공장에서는 일반적으로 증기 오토클레이브나 플래시로를 사용합니다.
그런 다음 작업자는 녹은 왁스가 쉽게 흘러나올 수 있도록 금형을 내립니다. 금형은 오토클레이브에서 최대 90°C에서 175°C의 온도로 12시간 동안 가열되며, 대부분의 왁스가 흘러나옵니다. 그런 다음 금형을 더 높은 온도(최대 1000°C)에서 몇 시간 동안 구워 남아 있는 왁스와 수분을 제거합니다.
이 단계는 주조 공정에서 매우 중요합니다. 고온에서 주형 쉘에 결함이 발생할 수 있기 때문입니다. 엔지니어들은 일반적으로 균열을 방지하려고 노력합니다. 따라서 인베스트먼트 주조 공장에서는 일반적으로 주형을 손상시키지 않는 방법으로 주형의 왁스를 제거합니다.
또한, 이 공정의 부수적인 이점은 내화재의 열처리입니다. 쉘이 더 강해져서 용융 금속과 반응할 가능성이 줄어듭니다.
예열 및 붓기
이 시점부터 인베스트먼트 주조 공정이 본격적으로 시작됩니다. 주형은 뜨거운 액체 금속과 접촉했을 때 너무 빨리 반응하지 않도록 예열됩니다.
액체 금속은 작업자 또는 기계를 통해 제어된 방식으로 주형에 주입됩니다. 일정한 충전 속도를 유지하는 것이 중요합니다. 이는 난류로 인한 주조 결함을 방지하기 위함입니다. 또한, 용융 금속이 공기와 반응하기 쉬운 경우 주형 주변에 공기가 없도록 해야 합니다. 충전이 완료되면 금속은 주형 내부에서 응고되어 냉각됩니다.
후처리
금속이 굳으면 해머 블로우나 워터젯을 사용하여 주형을 깨뜨립니다. 주형에서 부품을 꺼낸 후, 일련의 준가공 단계를 거칩니다.
한 가지 작업은 제품의 일부가 아니므로 주입 시스템을 닫는 것입니다. 거친 표면, 날카로운 모서리 및 기타 결함은 연삭이나 샌드블라스팅을 통해 제거할 수 있습니다. CNC 밀링 드릴링과 드릴링은 구멍과 표면을 가공하는 데 사용할 수 있는 두 가지 가공 공정입니다. 또한, 부품은 원하는 표면 마감을 얻기 위해 다양한 표면 처리 공정을 거칠 수 있습니다.
부품은 후가공 후 품질 검사를 거칩니다. 검사팀은 침투 탐상 검사와 같은 방법을 사용하여 부품에 균열이나 구멍과 같은 결함이 있는지 검사합니다. 또한 강도, 경도, 형상, 치수 한계와 같은 다른 품질 요소도 검사합니다.
다양한 유형의 인베스트먼트 주조 재료
인베스트먼트 주조의 가장 큰 장점 중 하나는 철금속과 비철금속을 포함한 다양한 소재에 사용할 수 있다는 것입니다. 즉, 최종 부품은 다양한 기계적 특성을 가질 수 있습니다.
- 강철: 연강, 고탄소강, 그리고 기타 특수 합금강은 인베스트먼트 주조에 매우 적합합니다. 인베스트먼트 주조로 제작된 강재 부품은 조선, 항공기, 군수 등 다양한 분야에서 사용됩니다.
- 스테인리스 스틸: 스테인리스강은 튼튼하고 녹슬지 않으며 표면이 매끄럽고 광택이 납니다. 펌프 하우징, 밸브 부품, 기어, 부싱 등이 널리 사용됩니다.
- 알류미늄 에이합금: 이 금속들은 가볍고 강하며 녹슬지 않습니다. 알루미늄 합금 부품은 주로 항공기와 자동차 부품에 사용됩니다.
- 니켈 에이합금: 니켈 합금은 매우 강하고 녹슬지 않으며 고온에서도 안정적입니다. 이러한 금속으로 제작된 주물은 고온의 산화 환경에서 사용되며 높은 수준의 응력을 견딜 수 있습니다.
- 코발트 에이합금: 이 합금은 매우 강하고 마모, 녹, 화학 반응, 과열 또는 냉각 현상이 발생하지 않습니다. 이 고성능 합금은 중장비, 의료, 식품 가공 등에 사용됩니다.
- 깁스 나론: 주철은 내구성이 뛰어나고 강도가 매우 강합니다. 전기 부품, 배관 부속품, 공구 기어 등을 만드는 데 사용됩니다.
- 구리 에이합금: 청동이나 황동과 같은 구리 합금은 외관이 아름답고, 인장 강도가 적당하며, 열전도율이 좋습니다. 따라서 이러한 금속은 배관 부품, 라디에이터, 열교환기 및 기타 부품에 사용됩니다.
인베스트먼트 주조 부품 마무리 방법
탈랍 후 인베스트먼트 주조물의 표면은 다소 거칠어집니다. 이는 점토 주형의 주심이 남긴 흔적 때문입니다. 이러한 부분의 표면 거칠기는 일반적으로 125 Ra이지만, 주형의 재질과 품질에 따라 다소 차이가 있을 수 있습니다.
따라서 원하는 매끄러운 표면을 얻기 위해 다양한 표면 처리 방법이 있습니다. 어떤 공정은 재료를 제거하여 매끄러운 표면을 만듭니다. 다른 방법은 표면을 페인트칠하여 매끄럽게 하고 거친 표면을 페인트 층 아래로 숨기는 것입니다.
표면 처리 유형은 원하는 외관, 치수 공차, 기계적 특성 등의 요소를 기반으로 선택됩니다. 다음은 다양한 표면 처리 방법입니다.
- 양극산화
- 세련
- 그림
- 분체도료
- 패시베이션
인베스트먼트 주조의 용도
인베스트먼트 주조 공정은 다양한 분야에 활용될 수 있습니다. 일반적인 적용 분야는 다음과 같습니다.
- 에너지 산업: 이 제조 공정은 에너지 산업에 매우 유용합니다. 풍력 터빈의 날개는 매우 크고 무거우며, 매우 강하고 매끄러운 표면을 가져야 합니다. 인베스트먼트 주조 공정의 한 가지 장점은 이러한 모든 특성을 갖추고 있다는 것입니다.
- 조선: 조선업에서는 금속 부품을 인베스트먼트 주조(investment casting) 방식으로 생산하는 경우가 많습니다. 특수 합금을 사용하여 튼튼한 금속판을 만듭니다. 이 금속판은 녹슬지 않아 선박과 잠수함에 사용할 수 있습니다. 이 공정은 다양한 금속 합금과 호환되기 때문에 조선업에 적합합니다.
- 항공우주: 복잡한 형상을 가공할 수 있고 강도가 높기 때문에 항공기 엔진과 동체의 중요 부품을 제작하는 데 사용될 수 있습니다.
- 의료 산업: 이 방법은 의료 분야에서 유용합니다. 표면 마감이 더 좋은 소형 부품을 제작할 수 있기 때문입니다. 예를 들어, 보철물, 임플란트, 수술 도구 등이 널리 사용됩니다.
- 자동차 산업: 인베스트먼트 주조는 자동차 산업의 고성능 부품을 제작할 수 있습니다. 변속기 시스템 부품, 로커암, 파워트레인 부품 등이 여기에 해당합니다.
인베스트먼트 캐스팅의 장단점
다른 주조 공정과 마찬가지로 인베스트먼트 주조에도 장단점이 있습니다. 주조 방법을 합리적으로 선택하려면 두 가지를 모두 숙지하는 것이 중요합니다. 아래에서 이 두 가지에 대해 더 자세히 살펴보겠습니다.
장점
그만큼 인베스트먼트 주조 공정에는 많은 장점이 있습니다그래서 이런 캐스트 부품이 인기가 있는 거예요.
- 복잡한 형상과의 호환성: 내부 형상, 날카로운 곡선, 얇은 벽, 얕은 채널 등 복잡한 형상을 처리할 수 있습니다. 이러한 모든 형상을 단일 부품으로 제작할 수 있으므로, 다른 주조 방식에서는 별도로 제작한 부품을 조립해야 하는 번거로움을 덜 수 있습니다.
- 미세한 표면 마감: 이 주조 공정은 최대 3미크론의 표면 마감을 제공할 수 있습니다. 모래 주조에 비해 인베스트먼트 주조는 더욱 뛰어난 결과를 제공합니다. 또한, 인베스트먼트 주조 부품에는 파팅 라인이 없어 미적으로 더욱 뛰어납니다.
- 대형 부품: 이 방법은 다양한 크기의 부품에 적합합니다. 100g에서 1톤까지 무게가 나가는 부품을 처리할 수 있습니다. 또한, 거대한 터빈 블레이드부터 초소형 의료 도구까지 제작할 수 있습니다.
- 뛰어난 치수 정확도: 인베스트먼트 주조는 거의 정형 주조에 가까운 공정으로, 마무리 공정에서 허용 오차가 매우 작습니다. 부품의 치수 허용 오차는 마무리 후 +/- 0.075mm로 매우 낮습니다.
- 다양한 소재: 이 공정은 매우 유연하며 다양한 재료에 사용할 수 있습니다. 강철, 니켈 합금, 알루미늄 합금 등의 재료에 적합하고 정밀합니다.
단점
반면, 인베스트먼트 캐스팅 과정에는 몇 가지 단점도 있습니다. 캐스팅에 참여하는 사람이라면 누구나 이러한 단점을 알고 있어야 합니다.
- 높은 도구 및 장비 비용: 초기 금형, 마스터, 그리고 기계(로, 세라믹 코팅 기계)는 매우 비쌉니다. 따라서 이 공정은 소량 생산에는 적합하지 않습니다. 하지만 비용이 주요 고려 사항이 아니라면 일부 소량 생산에는 적합할 수 있습니다. 예를 들어 풍력 터빈 블레이드 제조가 있습니다.
- 매우 기술적인 프로세스: 이미 언급했듯이 이 과정은 여러 단계로 구성됩니다. 각 단계마다 서로 다른 기술과 지식이 필요합니다. 과정의 어느 부분에서든 오류가 발생할 가능성이 높습니다. 이는 회사에 큰 비용을 초래할 수 있습니다. 이 캐스팅 과정을 활용하려면 적합한 인력을 찾고 충분한 급여를 지급하는 것이 문제가 될 수 있습니다.
- 시간이 많이 걸린다: 주조 공정은 여러 단계로 이루어져 있어 매우 느릴 수 있습니다. 냉각 및 마무리 작업처럼 일부 단계는 시간이 오래 걸립니다. 따라서 부품을 빨리 필요로 하는 기업은 생산 서비스를 찾을 때 다른 주조 방법도 고려해야 합니다.
Yonglihao Machinery는 맞춤형 캐스팅 서비스를 제공합니다
인베스트먼트 주조는 매우 복잡한 과정이라는 것은 분명합니다. 풍부한 기술과 경험을 갖춘 사람들이 직접 해야 합니다. 부품 주조가 필요하신가요? Yonglihao Machinery는 최고의 주조 서비스를 제공합니다. 예를 들어, 인베스트먼트 주조는 핫 챔버 다이캐스팅, 그리고 고압 다이캐스팅 프로세스.
Yonglihao Machinery는 자체 생산 공장을 보유하고 있습니다. 최첨단 주조 장비와 숙련된 기술팀, 그리고 숙련된 엔지니어팀을 갖추고 있습니다. 당사는 고품질의 부품을 신속하게 생산하여 고객에게 신속하고 세심한 서비스를 제공합니다.
자주 묻는 질문
3D 프린팅과 인베스트먼트 주조의 차이점은 무엇입니까?
투자 주조에서는 용융 금속을 미리 만들어진 금형에 부어 응고시킵니다. 3D 프린팅은 적층 제조 기술입니다. FDM 및 SLS와 같은 3D 프린팅 기술은 부품을 층층이 쌓아 제작합니다.
인베스트먼트 주조에 능숙해지려면 오랜 시간이 걸립니다. 하지만 이 주조 공정은 다양한 금속을 처리하고 완벽한 표면 마감을 구현할 수 있습니다. 3D 프린팅은 아직 초기 단계이며 금속 부품 제조 측면에서 주조만큼 뛰어나지 않습니다. 주조 부품에 비해 3D 프린팅 부품에는 표면 거칠기, 다공성, 불균일성 등의 문제가 있습니다.
인베스트먼트 주조와 샌드 캐스팅의 차이점
인베스트먼트 주조는 매우 복잡한 형상과 매우 높은 표면 조도를 가진 부품을 생산할 수 있습니다. 반면, 사형 주조는 더 우수합니다. 사형 주조 공정은 대량 생산이 가능하여 비용을 절감할 수 있기 때문입니다. 또한, 이 공정은 매우 큰 부품도 생산할 수 있습니다.
투자 주조는 환경 친화적인가?
네. 인베스트먼트 주조에서는 왁스와 금속을 정기적으로 회수하여 다른 주조 공정에 사용하므로 재료 낭비를 방지할 수 있습니다. 인베스트먼트 주조는 에너지를 소비하고 환경에 유해한 연기를 발생시키지만, 적절한 연기 관리와 폐기물 처리를 통해 이러한 문제를 최소화할 수 있습니다.