가스화 모델을 이용한 주조 공정(쉘 주조) 

쉘 주조는 QT400-18 및 QT600-3 연성철로 제작된 정밀 밸브 본체 및 기어 하우징의 대량 생산을 포함하여 중소형 고정밀 연성철, 강철 및 알루미늄 합금 부품의 대량 생산에 적합합니다. 이 공정으로 생산된 주물의 치수 정확도와 표면 품질은 점토사 및 기존의 냉간 경화 수지 모래를 사용하여 만든 주물보다 훨씬 우수합니다.

껍질 형성 원리

코팅된 모래는 모래 알갱이에 미리 코팅된 고체 페놀 수지를 사용하여 만들어집니다. 건조 코팅된 모래가 180~250°C의 온도에서 뜨거운 금속 공구와 접촉하면 표면 수지가 녹아 경화제의 작용에 따라 가교 반응을 거쳐 단단하고 불용성이며 불용성인 얇은 모래 껍질을 형성합니다. 가열되지 않은 느슨한 모래는 재생되고 재사용될 수 있습니다. 붓는 동안 얇은 껍질이 가열되고, 수지가 타서 분해되며, 주형이 저절로 붕괴되어 주물을 쉽게 녹아웃하고 청소할 수 있습니다.

쉘 캐스팅을 위해 특별히 설계된 코팅된 모래의 원료 배합

기본 모래: 점토 함량이 0.3% 이하인 둥근 모양의 세척된 석영 모래; 철강 주물의 경우 팽창 결함을 방지하기 위해 지르콘 모래 또는 크로마이트 모래를 사용합니다.

바인더: 모래 중량의 1.0~3.0%를 첨가한 열가소성 페놀수지(특히 쉘 주조의 경우).

경화제: 헥사메틸렌테트라민(HMTA)을 수지 중량의 10~15%로 첨가합니다.

윤활: 칼슘스테아레이트는 모래의 유동성을 향상시키고 장비에 달라붙는 것을 방지합니다.

기능성 첨가제: 필요에 따라 저배기 및 항침탄 첨가제를 미량 첨가합니다.

주요 차이점: 상온경화수지사를 현장에서 직접 혼합합니다.(원사+액상수지+경화제는 사용 직전에 혼합) 쉘 주조용 코팅 모래는 상업적으로 생산되는 건조 모래입니다. 현장에서는 성형을 위한 열만 필요하며 현장에서 수지를 혼합할 필요가 없습니다.

1 금속 장비 준비

정밀 가공된 강철 또는 알루미늄 합금 스프링폼에는 가열 채널이 내장되어 있어 180~250°C의 일정한 온도를 유지합니다. 장비의 정확도는 사전에 고려된 수축 및 가공 허용 오차를 통해 주물의 치수 공차를 직접적으로 결정합니다.

2 샌딩 및 쉘 몰딩

호퍼를 뒤집어 뜨거운 금속 툴링의 표면을 코팅된 모래로 완전히 덮습니다.

도구의 모래 표면층을 경화하고 균일하고 얇은 껍질을 형성하는 데 60~120초를 허용합니다.

완전한 재순환을 위해 도구를 뒤집고 가열되지 않은 느슨한 코팅된 모래를 버리고 도구 표면에 굳어진 모래 껍질만 남깁니다.

3 2차 완전 경화

얇은 모래 껍질은 추가 가열을 위해 가마로 보내져 수지의 가교를 완료하고 내부 응력을 제거하며 붓는 동안 벗겨짐과 균열을 방지하고 전반적인 건조 강도를 높입니다.

4 쉘 제거, 금형 조립 및 보강

상부 및 하부 껍질 반쪽을 얻기 위해 도구에서 굳은 모래 껍질을 제거합니다. 두 반쪽을 정렬하고 접착하고 고정합니다. 상대적으로 두꺼운 벽을 가진 주물의 경우, 쉘 몰드를 플라스크에 넣고 지지 충전재로 채워서 붓는 동안 쉘이 팽창하고 변형되는 것을 방지합니다.

5 녹여서 붓는다

용융된 주철, 강철 및 알루미늄 합금이 지정된 공정 온도에서 고르게 부어집니다. 조밀하고 부드러운 쉘 모양의 캐비티는 가스 방출을 제어하여 블로우홀, 탄 자국, 금속 침투 등의 결함을 크게 줄여줍니다.

6 냉각, 녹아웃 및 청소

주물이 완전히 냉각된 후 고온의 탄산화로 인해 수지 필름의 접착력이 떨어지고 모래 껍질이 자연적으로 붕괴됩니다. 진동을 이용하여 주물을 분리할 수 있습니다. 쇼트 블라스팅 후에는 표면에 소량의 잔류 모래만 남으므로 최소한의 가공 여유가 필요합니다.

7 폐모래 재생

폐모래는 탄화수지 잔여물로 덮여 있으며 재생을 위해서는 700°C 이상의 고온 소성으로 제거해야 합니다. 재생사는 일관된 성능을 제공하지만 재생을 위한 에너지 소비 및 자본 비용은 점토사보다 높습니다.

주요 차이점: 쉘 주조와 기존의 냉간 경화 수지 모래

경화 메커니즘:

쉘 캐스팅: 열경화; 뜨거운 금속 금형을 사용하여 몇 초에서 몇 분 내에 신속한 성형이 가능합니다.

냉간 경화 수지 모래: 환경에서 화학적 자가 경화; 촉매를 사용하여 실온에서 경화하는 경우 성형 주기는 수십 분이 소요됩니다.

모양:

쉘 캐스팅: 6-20mm 두께의 얇고 속이 빈 모래 쉘, 모래 소모량이 매우 적습니다.

냉간 경화 수지 모래: 모래 소비량이 많은 일체형 무거운 형태입니다.

장비:

쉘 주조: 자본 비용이 많이 드는 고정밀 가열 금속 주형입니다.

냉간 경화 수지 모래: 목재 또는 금속 주형이 허용되며 가열이 필요하지 않습니다.

제조 적용 가능성:

쉘 주조: 중소 정밀 부품의 연속 생산을 위한 자동화 라인입니다.

냉간 경화 수지 모래: 벽이 두꺼운 대형 주물의 단일 및 소규모 생산.

표면 정확도:

쉘 주조: 공차 등급 CT7–CT9, 표면 거칠기 Ra6.3–12.5 미크론, 얇은 벽으로 이루어진 복잡한 내부 공동의 명확한 형성.

냉간 경화 수지 모래: 공차 등급 CT9–CT11, 표면 품질이 쉘 주조보다 열등함.

쉘 캐스팅의 장점

1 높은 치수 정확도와 우수한 표면 품질로 가공 공차가 크게 줄어들고 가공 비용이 절감됩니다.

2  건식 모래에는 수분이 포함되어 있지 않아 금형 캐비티의 가스 구멍 결함을 최소화하여 유압 밸브 본체 및 유체 통로와 같은 정밀 부품에 이상적입니다.

3 모래 껍질의 탁월한 녹아웃 특성은 어려운 깊은 구멍과 얕은 내부 구멍에서 모래가 달라붙거나 막히는 현상을 제거하여 청소 효율성을 크게 향상시킵니다.

4 높은 성형 속도: 각 사이클은 단 몇 분 밖에 걸리지 않으며 자동화된 배치 생산과 호환됩니다.

5 굳어진 모래껍질은 수분을 흡수하거나 변형되지 않고 장기간 보관할 수 있어 생산 계획에 유연성을 제공합니다.

프로세스 제한

1 코팅된 모래와 가열된 금형의 총 비용은 점토 모래와 냉간 경화 수지 모래의 총 비용보다 훨씬 높습니다.

2모래 껍질의 제한된 구조적 강도로 인해 이 공정은 벽 두께가 50mm보다 큰 무거운 주조물에는 적합하지 않습니다.

3 수지가 고온으로 분해되는 동안 자극적인 배기가스가 방출되므로 배기가스를 수집하고 정화하기 위한 보조 장비의 설치가 필요합니다.

4 폐모래를 재생하기 위해서는 고온배소가 필요하며, 이로 인해 에너지 소모 및 운영비용이 많이 든다.

일반적인 응용 분야

연성철 부품(QT400-18, QT600-3): 유압 밸브 블록, 기어 하우징, 섀시 브래킷.

자동차 부품: 엔진 실린더 헤드, 흡기 및 배기 매니폴드, 오일 씰 시트.

중소형 강철 주물: 밸브바디, 건설장비용 정밀핀.

벽이 얇은 정밀 알루미늄 합금 부품: 워터 펌프 하우징, 전기 모터 하우징.