모래 주조는 오래된 주조 공정입니다. 용융 금속을 주형에 붓고 식혀 모양을 만듭니다. 하지만 완성된 제품이 항상 정밀한 요구 조건을 즉시 충족하는 것은 아닙니다. 따라서 적절한 크기와 표면 마감을 얻기 위해 여러 번 사포질을 해야 하는 경우가 많습니다. 쉘 주조는 이러한 문제를 해결하는 더욱 진보된 주조 방법입니다.
쉘 몰딩은 모래를 사용하지 않습니다. 대신 모래와 열경화성 수지 바인더로 만든 얇고 단단한 쉘을 사용합니다. 이 쉘은 치수 정확도가 더 높고 표면이 매끄러워 추가 가공이 필요하지 않습니다. 이 글에서는 쉘 몰딩 공정과 작동 원리를 설명합니다. 또한, 이 공정에 적합한 재료와 다양한 용도에 대해서도 알아봅니다.
목차
쉘 몰딩이란?
셸 몰딩(셸 몰딩)은 크로닝(Croning) 공법이라고도 하며, 이 공법을 발명한 독일 엔지니어 요하네스 크로닝(Johannes Croning)의 이름을 따서 명명되었습니다. 크로닝은 주조 공정과 기계 개선에 평생을 바쳤습니다. 그의 가장 중요한 업적 중 하나는 더욱 정밀한 부품을 제작할 수 있게 해 준 셸 몰딩의 발명이었습니다.
셸 몰딩에서는 모래와 열경화성 수지 접착제로 만든 얇은 벽의 셸을 주형으로 사용하며, 사용 후 폐기할 수 있습니다. 대부분의 모래 주형과 달리, 이 셸은 견고하고 수지로 고정됩니다. 또한 부품의 정밀도와 표면 매끄러움을 향상시킵니다.
쉘 캐스팅을 완료하는 데 얼마나 걸리나요?
복잡한 금형을 제작하는 데는 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다. 금형이 설치되면 가장 시간이 많이 걸리는 부분은 냉각입니다. 한 시간에 생산할 수 있는 부품 수는 자동화 방식과 금형의 크기 및 복잡성에 따라 달라집니다. 한 시간에 5~50개의 부품을 생산할 수 있습니다.
쉘 몰딩 비용은 얼마인가요?
대부분의 경우 쉘 몰딩 비용은 kg당 0.25~0.30달러입니다. 레진 주입 모래는 일반 주조 모래보다 비싸기 때문에 쉘 몰딩 비용도 일반 모래 몰딩보다 높습니다.
쉘 몰딩은 다이캐스팅보다 비싼가요?
상대적 비용은 생산량에 따라 달라집니다. 소량 생산의 경우, 셸 몰딩은 다이캐스팅보다 비용이 저렴합니다. 다이캐스팅에는 이러한 유형의 부품 생산에만 사용할 수 있는 값비싼 금형이 필요하기 때문입니다. 반면, 셸 몰딩용 금형은 모래와 수지만 필요합니다.
반면 다이캐스팅은 생산되는 부품 수가 증가할수록 비용이 저렴해집니다. 이는 다이의 높은 비용이 더 많은 부품에 분산되기 때문입니다. 반면, 쉘 몰드 주조는 매번 새로운 모래와 수지가 필요합니다.
다이캐스팅 비용 및 가격 데이터에 대해 자세히 알아보려면 다음을 확인하세요. 금속 다이캐스팅 비용 기사.
쉘 몰드는 어떻게 만들어지나요?
쉘 몰드 주조 공정은 샌드 몰드 주조 공정보다 시간이 더 많이 소요됩니다. 이는 쉘 몰드 주조 공정을 시작하기 전에 더 많은 준비가 필요하기 때문입니다. 쉘 몰드 주조 공정은 다음과 같습니다.
1단계: 금속 패턴 가공
무언가를 주조하려면 수축률과 가공 여유를 고려한 금속 모형이 필요합니다. 모형은 일반적으로 가공되어 두 부분으로 나뉩니다. 주형은 보통 철과 강철로 만들어집니다. 반응성 금속의 경우 흑연도 선택 사항입니다.
2단계: 금형 만들기
첫 번째 단계는 금속 몰드를 230~340°C(450~650°F)의 온도로 가열하는 것입니다. 이는 공정에서 가장 중요한 단계입니다. 그 후, 모래 껍질이 몰드에 달라붙는 것을 방지하기 위해 스테아르산칼슘을 사용합니다.
모형 전체를 미세한 규사와 열경화성 페놀 수지로 채워진 팁 박스에 매달아 놓습니다. 팁 박스를 뒤집어 모래와 수지 혼합물이 뜨거운 모형을 덮도록 합니다. 금속 모형의 열로 혼합물이 굳어 약 9~20mm 두께의 단단한 껍질이 형성됩니다.
잠시 후, 모형과 상자를 뒤집어 아직 굳지 않은 모래가 떨어지도록 합니다. 이제 굳은 껍질만 모형에 붙어 있습니다. 마지막으로 껍질을 오븐에 넣어 건조 및 경화합니다. 두 부분으로 구성된 껍질이 필요하므로, 몰드의 나머지 절반도 같은 방법으로 만듭니다.
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3단계: 금형 조립
같은 방법으로 두 개의 틀을 모두 만든 후 조립할 수 있습니다. 클램핑이나 접착제로 고정할 수 있습니다.
4단계: 붓기 과정
기술자는 쉘을 주입 슬리브에 넣거나 모래, 자갈 또는 금속 샷으로 덮을 수 있습니다. 이렇게 하면 쉘에 지지대가 생겨 더 튼튼해집니다. 그런 다음 용융 금속을 주형에 붓습니다. 이 작업은 손으로 하거나 기계를 사용하여 수행할 수 있습니다.
5단계: 주조물 냉각 및 제거
잠시 방치된 금속은 저절로 식습니다. 굳으면 작업자는 금속을 깨거나 주형을 열어 주물을 꺼낼 수 있습니다. 그런 다음 주물의 외관에 따라 세척하거나 마무리 작업을 합니다.
쉘 캐스팅에 사용할 수 있는 재료
저희는 다양한 산업적 요구에 부응하기 위해 쉘 몰딩에 다양한 소재를 활용합니다. 이 공정은 철금속과 비철금속을 모두 지원하므로 다재다능한 주조 공법입니다.
철금속
철 금속은 강도와 내구성이 뛰어나 쉘 몰딩에 널리 사용됩니다. 철 금속에는 다양한 종류의 강철 합금이 포함됩니다.
- 탄소강: 합금 원소 함량이 10.5% 미만인 철 합금인 탄소강이 널리 사용됩니다. C20, C25, C30, C45와 같은 재종은 가공성과 내마모성이 우수하여 널리 사용됩니다.
- 스테인리스 스틸: 최소 10.5% 크롬을 함유한 스테인리스강은 내식성을 제공합니다. 페라이트, 마르텐사이트, 오스테나이트, 석출 경화 스테인리스강, 듀플렉스 스테인리스강 등 다양한 종류가 있습니다.
- 합금강: 20Mn, 45Mn 등의 합금강은 고유한 특성으로 인해 사용됩니다. 이러한 강종은 높은 강도와 인성이 요구되는 용도에 적합합니다.
비철금속
비철 금속도 쉘 몰딩과 호환되어 더 가벼운 무게와 내식성과 같은 장점을 제공합니다.
- 알루미늄 합금: ASTM A356, ASTM A413, ASTM 360과 같은 알루미늄 합금은 무게가 중요한 경우에 사용됩니다. 강도와 무게의 적절한 균형을 제공합니다.
- 구리 및 구리 합금: 구리와 그 합금은 전도성, 가공성, 그리고 내식성이 뛰어나 높은 가치를 지닙니다. 황동을 제외한 모든 구리 기반 합금은 쉘 몰딩에 적합합니다.
기타 호환 금속
주조물의 특정 요건에 따라 다른 금속을 사용할 수 있습니다. 금속 선택은 강도, 내식성, 무게 등의 요인에 따라 달라집니다.
쉘 몰딩에 사용할 수 있는 재료가 다양하기 때문에 고정밀도로 복잡한 부품을 제조하는 데 선호되는 방법입니다.
- 탄소강 등급(C20, C25, C30, C45)은 가공성과 내마모성이 뛰어나서 사용됩니다.
- 스테인리스 스틸은 내식성이 뛰어나며 혹독한 환경에서 사용됩니다.
- 합금강은 높은 강도와 인성을 제공합니다.
- 알루미늄 합금은 가벼운 특성 때문에 선택되었습니다.
- 구리와 구리 합금은 전도성과 내식성이 뛰어나서 높이 평가됩니다.
쉘 몰딩의 장점
쉘 몰딩은 다양한 소재를 다룰 수 있기 때문에 사람들이 선호합니다. 또한, 가공된 부품의 정확도와 표면 조도를 향상시킬 수 있습니다.
쉘 몰드 주조 공정의 장점은 다음과 같습니다.
- 더욱 정확한 치수: 쉘 몰드 주조 제품은 매우 정밀한 치수를 가지고 있습니다. 응고된 쉘을 가열하고 가압하여 형태를 유지하기 때문입니다. 이 공정을 사용하여 제조된 부품은 부품 간 공차가 ±0.25mm에 불과합니다.
- 더 나은 표면 마감: 모래 주조와 달리, 액체 금속은 표면이 매끄럽고 기공이 없는 건조하고 닫힌 쉘과 접촉합니다. 따라서 주조 부품의 표면 조도가 더 우수하고 결함이 더 적으며, 이상적으로는 최대 2.5미크론까지 감소합니다.
- 짧은 배송 시간: 쉘 몰드는 동일한 결과를 얻기 위해 여러 번 반복해서 사용할 수 있습니다. 이는 대기 시간을 줄일 뿐만 아니라 동일한 제품을 더 저렴하게 생산할 수 있도록 해줍니다.
- 가스 결함 감소: 다른 방법보다 바인더가 더 많이 사용됩니다. 그럼에도 불구하고, 얇은 벽의 중공 코어는 공기가 자연스럽게 흐를 수 있는 통로를 제공합니다. 쉘 몰드의 모래 입자가 굵을수록 공기가 더 쉽게 통과하여 주조가 더 잘 됩니다.
- 오토메이션: 쉘 몰드 주조 공정은 자동화가 용이하며 대량의 제품을 동시에 생산하는 데 적합합니다. 모든 중요한 작업을 수행하는 기계가 있습니다. 예를 들어, 금속 몰드를 가열하고, 쉘 몰드를 제작하고, 조립하는 작업이 있습니다.
- 다양한 소재 지원: 셸 몰딩은 철금속과 비철금속을 생산하는 데 사용할 수 있습니다. 즉, 다양한 소재에 사용할 수 있습니다.
쉘 몰딩의 단점
모든 것에는 장단점이 있습니다. 쉘 몰딩의 단점은 다음과 같습니다.
- 제한된 무게 처리: 셸 몰드는 벽 두께가 매우 얇기 때문에 중간 크기와 무거운 부품만 가공할 수 있습니다. 이 공정에서는 30g에서 10kg(25파운드) 사이의 부품을 가공할 수 있습니다.
- 비싼 수지: 쉘 몰드 주조에 사용되는 열경화성 페놀 수지는 기존 모래 주조에 사용되는 바인더보다 비쌉니다.
- 높은 장비 비용: 이 공정에는 다양한 가열 및 경화 장치가 필요하므로 비용이 더 많이 듭니다. 자동화된 버전을 사용할 경우 자본 비용은 더욱 높아집니다.
쉘 몰딩의 응용
셸 몰딩 기술은 정밀한 금속 부품을 단시간에 쉽게 재현할 수 있게 해줍니다. 이러한 이유로 주조 공정은 의학, 항공우주, 자동차 산업 등 여러 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
수지를 첨가하면 부품 표면이 매끄러워지므로 복잡한 후가공이 필요 없습니다. 따라서 시간과 노동력이 절약되어 전체 생산 비용이 절감됩니다. 이러한 이유로 쉘 몰딩은 중소형 금속 부품을 제조하는 데 가장 적합한 방법입니다.
다양한 산업에서 쉘 몰딩의 구체적인 용도:
- 자동차: 엔진 블록, 실린더 헤드, 캠 샤프트, 크랭크 샤프트, 변속기 케이스
- 항공우주: 터빈 블레이드, 기어박스
- 산업 기계: 기어, 밸브, 펌프 하우징, 레버 암
- 전기: 전기 시스템 하우징 및 구성 요소
- 석유 및 가스: 밸브 바디, 맞춤형 정밀 부품
쉘 몰딩 및 기타 주조 공정
몰딩은 더 넓은 용어이며, 셸 몰딩은 이러한 몰딩 방법 중 하나입니다. 이 방법은 용융 및 응고된 재료를 금형에서 형상화하는 것을 포함합니다. 모래 주조, 다이 캐스팅, 인베스트먼트 주조와 같은 매우 유사한 다른 방법들도 있습니다.
쉘 몰딩과 샌드 캐스팅의 차이점
모래 주형을 사용하여 물체를 제작하는 방법에는 모래 주조와 쉘 몰드 주조, 두 가지가 있습니다. 두 방법의 주형 제작 공정은 서로 다릅니다. 모래 주조에서는 모래를 채워서 주형을 만듭니다. 쉘 몰드 주조에서는 주형이 모래와 수지로 만들어진 얇은 껍질입니다.
모래 주형은 헐거워서 표면 결함과 치수 오차가 발생하기 쉽습니다. 반면, 쉘 주형은 얇고 단단하여 제작물이 더욱 보기 좋고 정밀합니다.
쉘 몰딩과 인베스트먼트 주조의 차이점
주조에서 인베스트먼트 주조는 쉘 몰딩과 다릅니다. 인베스트먼트 주조를 할 때마다 왁스 모형을 사용합니다. 왁스 모형을 나무 모양 구조(왁스 스프루)로 조립하고, 세라믹 슬러리를 바른 후 용융시켜 금형 캐비티를 형성합니다.
즉, 디자인과 몰드가 서로 다른 재료로 제작됩니다. 대부분의 쉘 몰드는 금속으로 만들어집니다. 인베스트먼트 주조에서는 왁스 몰드를 사용합니다. 인베스트먼트 주조에서는 내화 세라믹을 사용하는 반면, 쉘 몰딩에서는 모래 몰드를 사용합니다.
쉘 몰딩의 장점 중 하나는 표면 마감이 우수하다는 것입니다. 하지만 인베스트먼트 주조 제품의 마감은 최대 1.3미크론까지 더욱 우수합니다. Yonglihao Machinery는 고품질 제품을 제공합니다. 인베스트먼트 캐스팅 서비스.
쉘 몰딩과 다이캐스팅의 차이점
쉘 몰딩 및 다이캐스팅 두 가지 모두 금속 주조 공정입니다. 주요 차이점은 금형의 제작 및 사용 방식입니다. 다이캐스팅은 영구적인 금속 금형을 사용하여 용융 금속을 고압으로 금형 캐비티에 압착합니다. 반면, 셸 몰딩은 모래와 수지로 만든 셸 몰드를 사용하며, 이는 한 번만 사용할 수 있습니다.
쉘 성형은 다이캐스팅처럼 높은 압력을 필요로 하지 않습니다. 대신 수지의 강도를 이용하여 쉘을 접합하여 정밀한 결과를 얻습니다. 또한, 다이캐스팅은 쉽게 녹는 금속으로 제작된 단순 부품에만 적합합니다.
쉘 몰딩과 사출 몰딩의 차이점
또 다른 정밀 성형 기술은 사출 성형입니다. 하지만 사출 성형은 주로 플라스틱 제품의 복제품을 만드는 데 사용됩니다. 이 방법은 용융 플라스틱을 고압으로 금속 금형에 압착합니다. 그런 다음 플라스틱을 냉각시켜 최종 형태로 굳힙니다.
따라서 셸 성형과 사출 성형의 주요 차이점은 사용되는 재료의 종류와 제조 방법입니다. 셸 성형은 용융 금속을 소모성 모래 주형에 붓는 방식입니다. 반면 사출 성형은 플라스틱을 영구적인 고체 주형에 압착하는 방식입니다.
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