현대 제조 세계에서는 두 가지 프로세스가 기초 기둥으로 두드러집니다. 캐스팅 및 가공 . 이러한 기술은 수세기 동안 산업 생산의 중심에 있었고 기술, 재료 과학 및 자동화의 발전으로 계속 발전하고 있습니다. 자동차를 운전하거나 스마트 폰을 사용하거나 비행기를 타는 경우 해당 제품 내부의 많은 구성 요소가 주조되거나 가공되었을 가능성이 있습니다.
이 기사는 캐스팅과 가공의 매혹적인 세계를 탐구합니다. 우리는 그들의 정의, 유형, 재료, 응용 프로그램, 장점, 한계 및 향후 추세를 조사 할 것입니다. 이 포괄적 인 가이드가 끝날 무렵, 이러한 프로세스가 어떻게 작동하는지 이해할뿐만 아니라 현대 세계를 형성하는 데있어 그들의 중요성을 이해할 수 있습니다.
1 장 : 캐스팅 이해
1.1 캐스팅이란 무엇입니까?
캐스팅은 수천 년 전으로 거슬러 올라가는 가장 오래된 금속 가공 기술 중 하나입니다. 그것은 일반적으로 금속이지만 때로는 플라스틱 또는 콘크리트를 쏟아지는 용융 물질을 원하는 최종 제품 모양의 금형 구멍에 포함시키는 것입니다. 재료가 냉각되고 고형화되면 금형이 제거되어 캐스트 부분이 나타납니다.
이 프로세스는 높은 차원 정확도와 우수한 표면 마감으로 복잡한 모양을 만들 수있는 능력으로 인해 산업 전반에 걸쳐 널리 사용됩니다. 엔진 블록에서 예술적 조각에 이르기까지 캐스팅은 기능적 및 미적 제조에서 중요한 역할을합니다.
1.2 주조 과정의 유형
다양한 재료, 부품 크기, 복잡성 수준 및 생산량에 적합한 다양한 캐스팅 방법이 있습니다. 가장 일반적인 것들에 대한 개요는 다음과 같습니다.
1.2.1 모래 주조
모래 주조는 가장 전통적이고 널리 사용되는 캐스팅 형태입니다. 원하는 부분의 패턴 주위에 모래를 포장하여 생성 된 모래 금형을 사용합니다. 곰팡이가 만들어지면 용융 금속을 부어 식히고 모래를 분해하여 주조를 회수합니다.
- 프로 : 대형 부품에 적합한 낮은 툴링 비용은 거의 모든 금속에 사용할 수 있습니다.
- 단점 : 다른 방법에 비해 차원 정확도와 거친 표면 마감.
1.2.2 투자 캐스팅 (잃어버린 왁스)
투자 주조에는 부품의 왁스 모델을 만들고 세라믹 층으로 코팅 한 다음 왁스를 녹여 중공 곰팡이를 남기는 것이 포함됩니다. 그런 다음 용융 금속을 곰팡이에 붓습니다.
- 프로 : 높은 정밀도, 우수한 표면 마감, 복잡한 형상에 이상적입니다.
- 단점 : 모래 주조보다 비용이 높고 리드 타임이 더 높습니다.
1.2.3 다이 캐스팅
다이 캐스팅은 용융 금속이 고압하에 주입되는 재사용 가능한 강철 금형 (다이)을 사용합니다. 알루미늄, 아연 및 마그네슘과 같은 비철 금속에 일반적으로 사용됩니다.
- 프로 : 빠른 생산주기, 단단한 공차, 부드러운 표면.
- 단점 : 높은 초기 툴링 비용, 낮은 멜팅 지점 금속으로 제한됩니다.
1.2.4 영구 금형 주조
다이 캐스팅과 유사하게 영구 금형 주조는 종종 강철 또는 주철로 만든 재사용 가능한 금형을 사용합니다. 중력 또는 저압은 용융 금속으로 금형을 채우는 데 사용됩니다.
- 프로 : 모래 주조보다 더 나은 기계적 특성, 좋은 반복성.
- 단점 : 더 간단한 모양과 작은 부분으로 제한됩니다.
1.2.5 원심 분리 주조
원심 주조에서, 용융 금속이 회전 금형에 붓습니다. 원심력은 금속을 바깥쪽으로 밀어 짝수 분포와 다공성을 최소화합니다.
- 프로 : 원통형 부분, 고밀도 및 강도에 이상적입니다.
- 단점 : 대칭 모양으로 제한됩니다.
1.2.6 쉘 곰팡이 주조
쉘 곰팡이 주조는 가열 된 금속 패턴 주위에 형성된 수지 결합 모래의 얇은 껍질을 사용합니다. 금속을 붓기 전에 껍질을 구워서 조립합니다.
- 프로 : 좋은 치수 정확도와 표면 마감, 모래 주조보다 빠릅니다.
- 단점 : 녹색 모래 주조보다 비싸다.
1.3 캐스팅에 사용되는 일반적인 재료
재료의 선택은 응용, 필요한 기계적 특성, 부식 저항 및 비용에 따라 다릅니다. 가장 일반적으로 사용되는 재료 중 일부는 다음과 같습니다.
- 주철 : 탁월한 내마모성 및 진동 감쇠로 유명합니다.
- 알루미늄 합금 : 가볍고 부식 방지 및 캐스트가 쉽습니다.
- 강철 : 높은 강도와 강인성을 제공합니다. 중단 응용 프로그램에 사용됩니다.
- 청동과 황동 : 종종 해양 및 전기 성분에 사용됩니다.
- 마그네슘 및 아연 합금 : 가벼운 구조 부품 및 소비자 전자 제품에 사용됩니다.
1.4 캐스팅의 응용
캐스팅은 거의 모든 주요 산업에서 사용됩니다. 주요 부문에는 다음이 포함됩니다.
- 자동차 : 엔진 블록, 실린더 헤드, 변속기 케이스.
- 항공 우주 : 터빈 블레이드, 구조 구성 요소.
- 건설 : 파이프 피팅, 밸브, 맨홀 덮개.
- 소비재 : 조리기구, 하드웨어, 장식 품목.
- 의료 기기 : 수술기구, 임플란트.
- 에너지 : 풍력 터빈 허브, 석유 및 가스 장비.
1.5 캐스팅의 장점과 한계
장점
- 복잡한 모양을 생산하는 능력
- 대규모 생산에 비용 효율적입니다
- 광범위한 사용 가능한 재료
- 경우에 따라 사후 처리가 필요합니다
제한
- 표면 결함이 발생할 수 있습니다
- 다공성 및 수축 문제
- 특정 방법에 대한 리드 시간이 길어집니다
- 전문 프로세스의 경우 툴링 비용이 높을 수 있습니다
2 장 : 가공 이해
2.1 가공 란 무엇입니까?
가공은 원하는 모양과 치수를 달성하기 위해 절단 도구를 사용하여 공작물에서 재료를 제거하는 차감 제조 공정입니다. 캐스팅과 달리 모양을 형성하기 위해 재료를 추가하는 캐스팅과 달리 가공은 재료를 제거하여 정확한 기능을 정제하거나 생성합니다.
특히 타이트한 공차와 미세한 마감이 필요한 경우 가장 다재다능하고 정확한 제조 방법 중 하나입니다.
2.2 가공 공정 유형
특정 작업 및 형상을 위해 설계된 여러 유형의 가공 작업이 있습니다.
2.2.1 회전
선반에서 회전은 공작물이 회전하는 동안 절단 도구가 표면을 따라 움직여 재료를 제거합니다. 이 과정은 원통형 부품을 만드는 데 이상적입니다.
2.2.2 밀링
밀링은 회전하는 멀티 포인트 절단 도구를 사용하여 고정식 공작물에서 재료를 제거합니다. 매우 유연하며 평평한 표면, 슬롯, 포켓 및 복잡한 윤곽을 생성 할 수 있습니다.
2.2.3 시추
드릴링은 회전 드릴 비트를 사용하여 공작물에 구멍을 만듭니다. 가장 일반적인 가공 작업 중 하나입니다.
2.2.4 연삭
그라인딩은 연마 휠을 사용하여 마무리 목적으로 소량의 재료를 제거합니다. 매우 미세한 표면 마감과 꽉 찬 공차를 달성합니다.
2.2.5 지루함
지루하면 기존의 구멍이 확대되거나 내부 표면 마감이 향상됩니다. 더 큰 정밀도를 위해 시추 후에 종종 사용됩니다.
2.2.6 브로치
Broaching은 브로치라고 불리는 이빨 도구를 사용하여 기조원, 스플라인 및 기타 내부 또는 외부 프로파일을 자릅니다.
2.2.7 EDM (전기 방전 가공)
EDM은 전기 스파크를 사용하여 공작물에서 재료를 침식합니다. 전통적으로 가공하기 어려운 단단한 금속 및 복잡한 모양에 유용합니다.
2.2.8 CNC 가공
CNC (Computer Numerical Control) 가공은 사전 프로그래밍 된 지침을 기반으로 도구 및 워크 피스의 움직임을 자동화합니다. 높은 정밀도, 반복성 및 복잡한 형상을 허용합니다.
2.3 가공에 사용되는 일반적인 재료
거의 모든 금속과 많은 플라스틱을 가공 할 수 있습니다. 인기있는 선택은 다음과 같습니다.
- 강철 및 스테인레스 스틸 : 기계 및 구조 부품에 사용되는 강력하고 내구성이 뛰어납니다.
- 알루미늄 합금 : 항공 우주 및 자동차에 사용되는 가벼운 가벼운 기계.
- 황동과 청동 : 배관 및 전기 부품에 사용되는 우수한 가공성.
- 티탄 : 항공 우주 및 의료 기기에 사용되는 높은 강도 대 중량비.
- 플라스틱 : 아크릴, 폴리 카보네이트, 엿보기 - 프로토 타이핑 및 소비재에 사용됩니다.
2.4 가공 응용
가공은 정밀 부품이 필요한 거의 모든 부문에서 필수적입니다.
- 항공 우주 : 랜딩 기어, 엔진 구성 요소, 항공 전자.
- 자동차 : 변속기 부품, 브레이크 캘리퍼, 피스톤.
- 의료 : 수술 도구, 정형 외과 임플란트.
- 전자 장치 : 인클로저, 커넥터, 방열판.
- 방어 : 무기 부품, 장갑차 부품.
- 도구와 다이 제작 : 곰팡이, 지그, 비품.
2.5 가공의 장점과 제한
장점
- 매우 높은 정밀도와 반복성
- 복잡하고 상세한 부품을 생산할 수 있습니다
- 광범위한 재료와 호환됩니다
- 사용자 정의 및 빠른 프로토 타이핑이 가능합니다
제한
- 재료 폐기물 (특히 빼기 방법)
- 첨가제 또는 성형 공정보다 느리게
- 고 에너지 소비
- 도구 마모 및 유지 보수 비용
3 장 : 주조와 가공 결합
3.1 캐스팅과 가공을 결합하는 이유는 무엇입니까?
주조 및 가공은 뚜렷한 공정이지만 종종 제조에 함께 사용됩니다. 캐스팅은 일반적으로 최종 형태에 가까운 네트 모양의 부품을 만드는 데 사용되며 가공은 더 엄격한 공차, 더 나은 표면 마감재를 달성하거나 단독으로 캐스팅을 통해 달성 할 수없는 중요한 기능을 추가하는 데 사용됩니다.
이 조합은 가공의 정밀성 및 유연성과 짝을 이루는 캐스팅의 효율성과 재료 절약을 모두 제공합니다.
3.2 결합 된 사용의 예
- 엔진 블록 : 일반적으로 먼저 주조 한 다음 가공 한 다음 실린더 보어, 밸브 시트 및 장착 표면을 만듭니다.
- 터빈 블레이드 : 복잡한 에어 포일 모양에 대한 투자 캐스트, CNC 가공으로 마감했습니다.
- 유압 부품 : 캐스트 바디는 포트, 스레드 및 밀봉 표면을 만들기 위해 가공됩니다.
- 산업 기계 부품 : 기본 프레임은 모래 캐스트이며, 마운트 및 정렬 기능을 베어링하기 위해 가공합니다.
3.3 통합의 이점
- 재료 사용 및 무게 감소
- 전체 생산 비용이 낮아집니다
- 성능과 신뢰성 향상
- 최적화 된 워크 플로우를 통해 시장에서 시간을 더 빠르게합니다
4 장 : 캐스팅 및 가공의 새로운 트렌드
4.1 첨가제 제조 (3D 프린팅)
첨가제 제조는 주조와 가공을 모두 혁신하고 있습니다. 캐스팅에서 3D 인쇄 패턴과 금형은 전통적인 목재 또는 금속 패턴을 대체하여 리드 타임을 줄이고보다 복잡한 설계를 가능하게합니다.
가공시 3D 프린팅은 특히 규모가 낮은 또는 프로토 타입 생산을 위해 맞춤형 비품, 툴링 및 최종 사용 부품을 만드는 데 사용됩니다.
4.2 디지털 쌍둥이 및 시뮬레이션 소프트웨어
물리적 시스템의 가상 복제본 인 디지털 쌍둥이는 프로세스를 시뮬레이션하고, 결과를 예측하며, 실제 생산이 시작되기 전에 매개 변수를 최적화하기 위해 주조 및 가공에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이것은 시행 착오를 줄이고 시간을 절약하며 품질을 향상시킵니다.
4.3 녹색 주조 및 지속 가능한 가공
지속 가능성은 제조에 대한 점점 더 많은 관심사입니다. 파운드리는 다음과 같은 친환경 관행을 채택하고 있습니다.
- 모래 주조의 재활용 모래 시스템
- 에너지 효율적인 용광로
- 용매 대신 수성 코팅
- 폐 열 회수
마찬가지로 가공 상점은 냉각수 재활용, 건식 가공 기술 및 생분해 성 커팅 유체를 사용하는 데 중점을 둡니다.
4.4 로봇 공학 및 자동화
자동화는 캐스팅 및 가공 환경을 모두 변환하고 있습니다. 로봇은 곰팡이 취급, 쏟아지고 부품 적재/언 로딩과 같은 반복적 인 작업을 처리하여 안전 및 생산성을 향상시킵니다.
가공시 로봇 암은 도구 교체, 팔레트 로딩 및 검사를 지원하여 광선 제조를 가능하게합니다.
4.5 하이브리드 제조
하이브리드 제조는 첨가제, 빼기 및 때로는 주조 프로세스를 단일 기계로 결합합니다. 예를 들어, 하이브리드 시스템은 기본 구조를 3D 인쇄 한 다음 정밀하게 밀어 넣을 수 있습니다. 이 접근법은 새로운 설계 가능성과보다 효율적인 재료 사용을 가능하게합니다.
5 장 : 주조와 가공 중에서 선택
5.1 설계 고려 사항
캐스팅과 가공을 결정할 때 디자이너는 다음을 고려해야합니다.
- 부분 복잡성 : 복잡한 모양은 캐스팅을 선호합니다.
- 생산량 : 대량 호의 캐스팅; 저용량의 가공을 선호합니다.
- 재료 요구 사항 : 재료의 가용성 및 가공성.
- 공차와 마감 : 단단한 공차와 부드러운 마감재 가공 선호 가공.
- 비용 제약 : 툴링 비용 대 단위당 비용.
5.2 경제적 요인
주조 툴링에 대한 초기 투자는 높을 수 있지만 단위당 비용은 양으로 크게 떨어집니다. 반대로, 가공은 설치 비용이 낮지 만 특히 복잡한 부품의 경우 단위당 비용이 높습니다.
5.3 성능 요구 사항
고강도, 피로 저항성 또는 열 안정성이 필요한 임계 성분은 해당 특성에 대해 조작 된 주조 합금으로부터 이익을 얻을 수 있습니다. 가공은 제어 된 마감재를 통해 이러한 특성을 향상시킬 수 있습니다.
6 장 : 미래의 전망
6.1 산업 4.0 및 스마트 제조
산업 4.0의 부상으로 주조 및 가공이 더 똑똑하고 연결되어 있으며 데이터 중심이되고 있습니다. 센서, IoT 및 AI는 성능을 모니터링하고 장애를 예측하며 리소스 사용을 최적화하기 위해 파운드리 및 기계 공장에 통합되고 있습니다.
6.2 사용자 정의 및 대량 개인화
소비자 수요가 개인화 된 제품으로 이동함에 따라 캐스팅 및 가공은 대량 사용자 정의를 가능하게하는 데 중요한 역할을합니다. 3D 프린팅 및 모듈 식 툴링과 같은 기술을 통해 제조업체는 효율성을 희생하지 않고 고유 한 부품을 생산할 수 있습니다.
6.3 세계화 및 현지 생산
세계화로 인해 중앙 집중식 제조가 이루어졌지만 고급 캐스팅 및 가공 기술을 사용하여 현지화 된 생산에 대한 추세가 증가하고 있습니다. 이는 공급망 위험을 줄이고 지속 가능한 관행을 지원합니다.
결론
캐스팅 및 가공은 현대 제조에서 가장 기본적이고 지속적인 공정 중 하나입니다. 각각은 테이블에 독특한 강점을 가져오고, 함께 작은 전자 부품에서 대규모 산업 기계에 이르기까지 모든 것을 생산할 수있는 강력한 듀오를 형성합니다.
기술이 계속 발전함에 따라 이러한 프로세스에서 더 큰 통합, 정밀도 및 지속 가능성을 기대할 수 있습니다. 차세대 항공기 엔진을 설계하는 엔지니어이든 기초 제조에 대해 배우고, 캐스팅 및 가공을 이해하는 것이 필수적입니다.
이러한 핵심 기술을 습득함으로써 산업은 가능한 것의 경계를 넓힐 수 있습니다. 한 번에 우리의 세계를 더 안전하고, 더 똑똑하며, 더 효율적으로 만들 수 있습니다. .
