밸브 바디의 주조는 밸브 제조 공정에서 중요한 부분이며, 밸브 주조의 품질이 밸브의 품질을 결정합니다. 아래에서는 밸브 산업에서 일반적으로 사용되는 몇 가지 주조 공정 방법을 소개합니다.
모래주조:
밸브 산업에서 일반적으로 사용되는 모래 주조는 다양한 결합제에 따라 생사, 건사, 물유리사, 푸란 수지 자체 경화사로 나눌 수 있습니다.
(1) 그린샌드는 벤토나이트를 결합제로 사용한 성형공법이다.
그 특징은 다음과 같습니다.완성된 모래 주형은 건조 또는 경화가 필요 없으며, 일정한 습윤 강도를 가지고 있으며, 모래 코어와 주형 쉘의 수율이 좋아 주물의 세척 및 탈형이 용이합니다. 주형 생산 효율이 높고, 생산 주기가 짧으며, 재료비가 저렴하고, 조립 라인 생산이 편리합니다.
단점은 다음과 같습니다.주조물은 기공, 모래 혼입물, 모래 접착과 같은 결함이 생기기 쉽고 주조물의 품질, 특히 본질적인 품질이 이상적이지 않습니다.
강철 주물용 녹색 모래의 비율 및 성능 표:
(2) 건사는 점토를 결합제로 사용하여 성형하는 공법입니다. 벤토나이트를 소량 첨가하면 습윤강도를 향상시킬 수 있습니다.
그 특징은 다음과 같습니다.모래 주형은 건조되어야 하며, 통기성이 좋아야 하며, 모래 씻김, 모래 붙음, 기공 등의 결함이 생기기 쉽지 않아야 하며, 주조물의 본래 품질이 좋아야 합니다.
단점은 다음과 같습니다.모래 건조 장비가 필요하고 생산 주기가 깁니다.
(3) 물유리모래는 물유리를 결합제로 사용하는 조형 공정입니다. 물유리모래는 CO2에 노출되면 자동으로 경화되는 특성을 가지고 있어 조형 및 코어 제작에 가스 경화 방식의 다양한 장점을 가질 수 있지만, 주형 쉘의 붕괴성이 낮고, 주물 모래 세척이 어렵고, 기존 모래의 재생 및 재활용률이 낮은 단점이 있습니다.
물유리 CO2 경화모래의 비율 및 성능표:
(4) 푸란 수지 자경성 모래 성형은 푸란 수지를 바인더로 사용하는 주조 공정입니다. 주형 모래는 상온에서 경화제의 작용으로 바인더의 화학 반응에 의해 응고됩니다. 모래 주형을 건조할 필요가 없어 생산 주기를 단축하고 에너지를 절약하는 것이 특징입니다. 수지 주형 모래는 압축이 쉽고 분해성이 우수합니다. 주물 주형 모래는 세척이 용이합니다. 주물은 치수 정확도가 높고 표면 조도가 우수하여 주물의 품질을 크게 향상시킬 수 있습니다. 단점으로는 원모래의 높은 품질 요구, 생산 현장에서의 약간의 자극적인 냄새, 그리고 수지 가격이 높다는 것입니다.
푸란수지 무연사 혼합물의 비율 및 혼합공정:
푸란 수지 자경모래의 혼합 공정: 수지 자경모래를 제조하려면 연속식 모래 혼합기를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 원료 모래, 수지, 경화제 등을 순차적으로 투입하여 빠르게 혼합합니다. 언제든지 혼합하여 사용할 수 있습니다.
레진모래를 혼합할 때 각종 원료를 첨가하는 순서는 다음과 같습니다.
원사 + 경화제(p-톨루엔설폰산 수용액) - (120 ~ 180S) - 수지 + 실란 - (60 ~ 90S) - 모래 생산
(5) 일반적인 모래주조 생산 공정:
정밀 주조:
최근 몇 년 동안 밸브 제조업체들은 주물의 외관 품질과 치수 정확도에 점점 더 많은 관심을 기울이고 있습니다. 우수한 외관은 시장의 기본 요건이기 때문에, 가공의 첫 단계를 위한 기준점이기도 합니다.
밸브 산업에서 일반적으로 사용되는 정밀 주조는 인베스트먼트 주조이며, 간략하게 소개하면 다음과 같습니다.
(1) 용액주조의 두 가지 공정방법:
①저온왁스계 금형재료(스테아르산+파라핀), 저압왁스주입, 물유리쉘, 열수탈랍, 상압용융주조공법을 사용하며, 주로 일반품질요구가 있는 탄소강 및 저합금강 주물에 사용되며, 주물의 치수정밀도는 국가표준 CT7~9에 도달할 수 있다.
② 중온수지계 금형재료, 고압왁스주입, 실리카졸 금형쉘, 증기탈랍, 급속대기 또는 진공용융주조공법을 사용하여 주조물의 치수정밀도를 CT4-6 정밀주조 수준에 도달할 수 있다.
(2) 인베스트먼트 주조의 일반적인 공정 흐름:
(3) 인베스트먼트 주조의 특징 :
①주물은 치수 정밀도가 높고, 표면이 매끄럽고, 외관 품질이 양호합니다.
② 다른 공정으로는 가공하기 어려운 복잡한 구조나 형상의 부품도 주조가 가능합니다.
③ 주조재료는 제한이 없으며, 탄소강, 스테인리스강, 합금강, 알루미늄 합금, 고온합금, 귀금속 등 다양한 합금재료가 있으며, 특히 단조, 용접, 절단이 어려운 합금재료가 있다.
④ 생산 유연성이 뛰어나고 적응성이 강합니다. 대량 생산이 가능하며, 단품 또는 소량 생산에도 적합합니다.
⑤ 인베스트먼트 주조는 공정 흐름이 복잡하고 생산 주기가 길다는 한계가 있습니다. 사용 가능한 주조 기술이 제한적이기 때문에, 얇은 셸의 압력용 밸브 주물을 주조할 때 인베스트먼트 주조의 내압 성능이 그다지 높지 않습니다.
주조 결함 분석
모든 주물에는 내부 결함이 있으며, 이러한 결함의 존재는 주물 내부 품질에 큰 위험을 초래할 수 있습니다. 또한, 생산 공정에서 이러한 결함을 제거하기 위한 용접 보수 작업 또한 생산 공정에 큰 부담을 안겨줍니다. 특히 밸브는 압력과 온도를 견뎌내는 얇은 판의 주물이므로 내부 구조의 치밀성이 매우 중요합니다. 따라서 주물의 내부 결함은 주물 품질에 결정적인 영향을 미치는 요인이 됩니다.
밸브 주조물의 내부 결함에는 주로 기공, 슬래그 혼입물, 수축 기공 및 균열이 포함됩니다.
(1) 기공:기공은 가스에 의해 생성되며, 기공 표면은 매끄럽고, 주조물의 표면 내부 또는 근처에 생성되며, 모양은 대부분 둥글거나 장방형입니다.
기공을 생성하는 주요 가스 공급원은 다음과 같습니다.
① 금속에 용해되어 있는 질소와 수소는 주물의 응고과정에서 금속에 포함되어 금속광택을 갖는 폐쇄된 원형 또는 타원형 내벽을 형성한다.
②성형 소재 속의 수분이나 휘발성 물질은 가열로 인해 기체로 변하여 짙은 갈색 내벽을 가진 기공을 형성합니다.
③ 금속의 주조과정에서 흐름이 불안정하여 공기가 유입되어 기공이 형성된다.
기공 결함의 예방 방법:
① 제련 시 녹슨 금속 원료는 최소한으로 사용하거나 사용하지 않아야 하며, 도구와 국자는 구워서 말려야 한다.
②용강의 주입은 고온에서 하고, 주입은 저온에서 하며, 용강은 적절히 진정시켜 가스의 부유를 원활하게 해야 한다.
③ 주입라이저의 공정 설계는 용강의 압력 헤드를 높여 가스 갇힘을 방지하고, 합리적인 배기를 위한 인공적인 가스 경로를 설정해야 합니다.
④성형재료는 수분함량과 기체량을 조절하고, 공기투과성을 높여야 하며, 모래주형과 모래심은 최대한 소성건조해야 한다.
(2) 수축공(느슨함):주조물 내부(특히 열점)에 발생하는, 정합적이거나 비정합적인 원형 또는 불규칙적인 공동(캐비티)으로, 내부 표면이 거칠고 색상이 더 어둡습니다. 주로 수지상 결정 형태로, 한 곳 이상에 모여 있는 거친 결정립은 수압 시험 중 누출이 발생하기 쉽습니다.
수축공(느슨함)의 원인:체적 수축은 금속이 액체 상태에서 고체 상태로 응고될 때 발생합니다. 이 시점에서 용강의 보충이 충분하지 않으면 수축공이 필연적으로 발생합니다. 주강의 수축공은 기본적으로 순차적인 응고 과정의 부적절한 제어로 인해 발생합니다. 그 이유는 라이저 설정 오류, 용강의 주입 온도가 너무 높음, 그리고 금속 수축이 큰 경우일 수 있습니다.
수축 공동(느슨함)을 방지하는 방법:① 주물의 주입 시스템을 과학적으로 설계하여 용강의 순차적 응고를 달성하고, 먼저 응고된 부분에는 용강을 보충해야 합니다. ② 라이저, 보조 주철, 내외부 냉간 주철을 정확하고 합리적으로 설정하여 순차적 응고를 보장합니다. ③ 용강 주입 시 라이저에서의 상주 주입은 용강의 온도와 공급량을 확보하고 수축공 발생을 줄이는 데 효과적입니다. ④ 주입 속도 측면에서 저속 주입은 고속 주입보다 순차적 응고에 더 유리합니다. ⑸ 주입 온도는 너무 높지 않아야 합니다. 용강은 고온에서 용광로에서 꺼내 진정 후 주입하므로 수축공 발생을 줄이는 데 유리합니다.
(3) 모래 함유물(슬래그):모래 개재물(슬래그)은 일반적으로 블리스터(blister)로 알려져 있으며, 주물 내부에 나타나는 불연속적인 원형 또는 불규칙적인 구멍입니다. 이 구멍은 불규칙한 크기의 주물 모래나 철강 슬래그와 섞여 응집됩니다. 한 곳 이상, 종종 상부에 더 많이 발생합니다.
모래(슬래그) 포함 원인:슬래그 혼입은 용강이나 주형 공정 중 용강과 함께 주물 내로 유입되는 불연속적인 슬래그로 인해 발생합니다. 모래 혼입은 성형 중 주형 캐비티의 기밀성 부족으로 인해 발생합니다. 용강을 주형 캐비티에 주입할 때, 주물 모래가 용강에 씻겨 나가 주물 내부로 유입됩니다. 또한, 트리밍 및 박스 마감 시 부적절한 작업과 모래가 떨어지는 현상도 모래 혼입의 원인입니다.
모래 포함물(슬래그)을 방지하는 방법:① 용강을 용탕으로 주조할 때는 배기가스와 슬래그를 최대한 완전히 배출해야 합니다. ② 용강 주입 백을 뒤집지 말고, 찻주전자 백이나 바닥 주입 백을 사용하여 용강 위의 슬래그가 용강과 함께 주조 캐비티로 유입되는 것을 방지해야 합니다. ③ 용강을 주입할 때는 슬래그가 용강과 함께 주형 캐비티로 유입되는 것을 방지해야 합니다. ④ 모래가 혼입될 가능성을 줄이기 위해 조형 시 모래 주형의 기밀성을 유지하고, 트리밍 시 모래가 빠지지 않도록 주의하며, 주형 캐비티를 깨끗이 불어낸 후 주형을 닫아야 합니다.
(4) 균열:주조물의 균열 대부분은 불규칙한 모양의 열간 균열이며, 관통 여부, 연속적 또는 간헐적이며, 균열 부위의 금속은 어둡거나 표면이 산화되어 있습니다.
균열의 원인즉, 고온 응력과 액막 변형입니다.
고온 응력은 고온에서 용강의 수축 및 변형으로 인해 발생하는 응력입니다. 이 응력이 해당 온도에서 금속의 강도 또는 소성 변형 한계를 초과하면 균열이 발생합니다. 액막 변형은 용강의 응고 및 결정화 과정에서 결정립 사이에 액막이 형성되는 현상입니다. 응고 및 결정화가 진행됨에 따라 액막이 변형됩니다. 변형량과 변형 속도가 일정 한계를 초과하면 균열이 발생합니다. 열 균열의 온도 범위는 약 1200~1450℃입니다.
균열에 영향을 미치는 요인:
① 강의 S, P 원소는 균열의 유해인자이며, 철과의 공융으로 인해 고온에서 주강의 강도와 가소성이 저하되어 균열을 유발한다.
② 강재에 슬래그가 혼입되고 편석이 발생하여 응력집중이 증가하여 열간균열 경향이 커진다.
③ 강종의 선형수축계수가 클수록 열간균열 발생 경향이 커진다.
④ 강의 열전도도가 클수록 표면장력이 커져 고온기계적 성질이 좋아지고, 열간균열의 경향이 작아진다.
⑤ 주물의 구조설계는 제조성이 좋지 않다. 예를 들어, 모서리의 둥근 정도가 너무 작고, 두께의 차이가 크며, 응력집중이 심하여 균열이 발생한다.
⑥모래형의 치밀성이 너무 높고, 심재의 수율이 나빠 주물의 수축을 방해하고 균열 발생 경향이 커진다.
⑦기타, 라이저의 부적절한 배치, 주물의 너무 빠른 냉각, 라이저 절삭 및 열처리로 인한 과도한 응력 등도 균열 발생에 영향을 미칩니다.
위의 균열 발생 원인과 영향 요인에 따라 균열 결함 발생을 줄이고 방지하기 위한 조치를 취할 수 있습니다.
주조 결함의 원인에 대한 위의 분석을 바탕으로, 존재하는 문제점을 찾아내고 이에 따른 개선 조치를 취하면 주조 결함에 대한 해결책을 찾을 수 있으며, 이는 주조 품질 개선에 도움이 됩니다.
게시 시간: 2023년 8월 31일