밸브 본체 주조는 밸브 제조 공정에서 중요한 부분이며, 밸브 주조 품질이 밸브의 품질을 결정합니다. 다음은 밸브 산업에서 일반적으로 사용되는 몇 가지 주조 공정 방법을 소개합니다.
모래 주조:
밸브 산업에서 흔히 사용되는 모래 주조는 결합제의 종류에 따라 생사, 건사, 규사, 푸란 수지 자가경화사로 나눌 수 있다.
(1) 그린샌드는 벤토나이트를 결합제로 사용하는 성형 공정입니다.
그 특징은 다음과 같습니다:완성된 모래 주형은 건조 또는 경화 과정이 필요 없으며, 일정 수준의 습윤 강도를 가지고 있습니다. 또한 모래 중심부와 주형 외피의 탄성률이 좋아 세척 및 주물 분리가 용이합니다. 따라서 주형 생산 효율이 높고 생산 주기가 짧으며 재료비가 저렴하고 조립 라인 생산에 적합합니다.
단점은 다음과 같습니다.주조품은 기공, 모래 혼입, 모래 부착과 같은 결함이 발생하기 쉬우며, 주조품의 품질, 특히 본질적인 품질은 이상적이지 않습니다.
강철 주조용 생사 배합비 및 성능표:
(2) 건조 모래는 점토를 결합제로 사용하는 성형 공정입니다. 벤토나이트를 조금 첨가하면 습윤 강도가 향상됩니다.
그 특징은 다음과 같습니다:모래 주형은 건조되어야 하고, 통기성이 좋아야 하며, 모래 씻김, 모래 달라붙음, 기공 등의 결함이 발생하기 쉽지 않고, 주조물의 고유 품질이 좋아야 합니다.
단점은 다음과 같습니다.모래 건조 장비가 필요하고 생산 주기가 길다.
(3) 수유리 모래는 수유리를 결합제로 사용하는 모델링 공정입니다. 수유리 모래의 특징은 CO2에 노출되면 자동으로 경화되는 기능이 있어 가스 경화 방식의 모델링 및 코어 제작에 있어 다양한 이점을 가질 수 있다는 것입니다. 그러나 주형 쉘의 붕괴성이 좋지 않고, 주조물의 모래 세척이 어렵고, 오래된 모래의 재생 및 재활용률이 낮다는 단점이 있습니다.
규산나트륨 CO2 경화 모래의 배합비 및 성능표:
(4) 푸란 수지 자가경화 모래 주형은 푸란 수지를 결합제로 사용하는 주조 공정입니다. 주형 모래는 상온에서 경화제의 작용으로 결합제의 화학 반응에 의해 경화됩니다. 이 공정의 특징은 모래 주형을 건조할 필요가 없어 생산 주기가 단축되고 에너지를 절약할 수 있다는 것입니다. 수지 주형 모래는 압축이 용이하고 분해성이 좋습니다. 주물의 주형 모래는 세척이 용이합니다. 주물은 치수 정밀도가 높고 표면 마감이 우수하여 주물의 품질을 크게 향상시킬 수 있습니다. 단점으로는 원료 모래에 대한 높은 품질 요구 사항, 생산 현장에서 약간의 자극적인 냄새, 그리고 높은 수지 비용이 있습니다.
푸란 수지 무소성 모래 혼합물의 배합비 및 혼합 공정:
푸란 수지 자가경화 모래의 혼합 과정: 수지 자가경화 모래를 만들 때는 연속식 모래 혼합기를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 원료 모래, 수지, 경화제 등을 순서대로 넣고 빠르게 혼합하면 언제든지 혼합하여 사용할 수 있습니다.
레진 샌드를 혼합할 때 다양한 원료를 첨가하는 순서는 다음과 같습니다.
원사 + 경화제(p-톨루엔술폰산 수용액) – (120~180초) – 수지 + 실란 – (60~90초) – 모래 생산
(5) 일반적인 모래 주조 생산 공정:
정밀 주조:
최근 몇 년 동안 밸브 제조업체들은 주조품의 외관 품질과 치수 정확도에 점점 더 많은 관심을 기울이고 있습니다. 우수한 외관은 시장의 기본 요구 사항일 뿐만 아니라 가공의 첫 단계에서 중요한 기준이 되기 때문입니다.
밸브 산업에서 일반적으로 사용되는 정밀 주조 방식은 인베스트먼트 주조이며, 이에 대한 간략한 소개는 다음과 같습니다.
(1) 용액 주조의 두 가지 공정 방법:
①저온 왁스계 주형 재료(스테아르산 + 파라핀)를 사용하고, 저압 왁스 주입, 규산나트륨 쉘, 온수 탈왁스, 대기 용융 및 주입 공정을 거쳐 주로 일반적인 품질 요구 사항을 충족하는 탄소강 및 저합금강 주조에 사용되며, 주조품의 치수 정밀도는 국가 표준 CT7~9에 도달할 수 있습니다.
② 중온 수지계 금형 재료, 고압 왁스 주입, 실리카 졸 금형 쉘, 증기 탈왁스, 급속 대기압 또는 진공 용융 주조 공정을 사용하면 주조물의 치수 정확도가 CT4-6 정밀 주조물에 도달할 수 있습니다.
(2) 일반적인 투자 주조 공정 흐름:
(3) 투자 주조의 특징:
①주조품은 치수 정밀도가 높고 표면이 매끄러우며 외관 품질이 우수합니다.
② 다른 공정으로는 가공하기 어려운 복잡한 구조와 형상의 부품을 주조할 수 있습니다.
③ 주조 재료는 제한이 없으며, 탄소강, 스테인리스강, 합금강, 알루미늄 합금, 고온 합금 및 귀금속과 같은 다양한 합금 재료, 특히 단조, 용접 및 절단이 어려운 합금 재료를 사용할 수 있습니다.
④ 생산 유연성이 뛰어나고 적응성이 우수합니다. 대량 생산은 물론, 단일 제품 또는 소량 생산에도 적합합니다.
⑤ 인베스트먼트 주조는 또한 복잡한 공정 흐름과 긴 생산 주기와 같은 몇 가지 한계를 가지고 있습니다. 사용 가능한 주조 기술의 제한으로 인해, 내압성이 요구되는 얇은 쉘 밸브 주조에 사용될 경우 내압 용량이 매우 높지 못합니다.
주조 결함 분석
모든 주조품에는 내부 결함이 존재하며, 이러한 결함은 주조품의 내부 품질에 심각한 잠재적 위험을 초래할 뿐만 아니라, 생산 과정에서 이러한 결함을 제거하기 위한 용접 보수 작업 또한 생산 공정에 큰 부담을 줍니다. 특히 밸브는 고압과 고온을 견뎌야 하는 박판 주조품이므로 내부 구조의 치밀성이 매우 중요합니다. 따라서 주조품의 내부 결함은 주조품 품질에 결정적인 영향을 미치는 요소가 됩니다.
밸브 주조물의 내부 결함은 주로 기공, 슬래그 혼입물, 수축 기공 및 균열을 포함합니다.
(1) 모공:기공은 가스에 의해 생성되며, 기공 표면은 매끄럽고, 주조물의 내부 또는 표면 근처에서 발생하며, 모양은 대부분 원형 또는 장방형입니다.
기공을 생성하는 주요 가스 발생원은 다음과 같습니다.
① 금속에 용해된 질소와 수소는 주조물의 응고 과정에서 금속 내에 남아 금속 광택이 나는 닫힌 원형 또는 타원형의 내벽을 형성합니다.
②성형 재료에 함유된 수분이나 휘발성 물질은 가열로 인해 기체로 변하여 내부 벽이 짙은 갈색인 기공을 형성합니다.
③ 금속을 주입하는 과정에서 불안정한 흐름으로 인해 공기가 혼입되어 기공이 형성됩니다.
기공 결손 예방 방법:
① 제련 과정에서 녹슨 금속 원료는 가능한 한 적게 사용하거나 아예 사용하지 않아야 하며, 도구와 국자는 구워서 건조시켜야 합니다.
②용융강의 주입은 고온에서 실시하고 주입 시에는 저온으로 낮추어야 하며, 가스의 부유를 용이하게 하기 위해 용융강을 적절히 진정시켜야 한다.
③ 주입 라이저의 공정 설계는 가스 포집을 방지하기 위해 용강의 압력 수두를 높이고, 적절한 배출을 위해 인공 가스 통로를 설치해야 합니다.
④ 성형 재료는 수분 함량과 가스량을 조절하고 통기성을 높여야 하며, 모래 주형과 모래 심은 최대한 구워서 건조시켜야 합니다.
(2) 수축 공동(느슨함):주조물 내부(특히 고온 지점)에 발생하는 원형 또는 불규칙한 형태의 균일하거나 불균일한 공동(cavity)으로, 내부 표면이 거칠고 색이 어둡습니다. 주로 수지상 결정 형태의 조대한 결정립이 한 곳 이상에 모여 있으며, 수압 시험 중 누출이 발생하기 쉽습니다.
수축으로 인한 공동(느슨함) 발생 원인:금속이 액체에서 고체 상태로 응고될 때 부피 수축이 발생합니다. 이때 용강이 충분히 보충되지 않으면 수축 공동이 불가피하게 발생합니다. 강철 주조물의 수축 공동은 기본적으로 연속적인 응고 공정의 부적절한 제어로 인해 발생합니다. 그 원인으로는 라이저 설정 오류, 용강 주입 온도의 과다, 금속 수축량 과다 등이 있습니다.
수축으로 인한 공동(헐거움) 발생을 방지하는 방법:① 용융강의 순차적 응고를 위해 주조 시스템을 과학적으로 설계하고, 먼저 응고되는 부분에 용융강을 지속적으로 공급해야 합니다. ② 순차적 응고를 보장하기 위해 라이저, 보조 장치, 내외부 냉간압연기를 정확하고 합리적으로 설치해야 합니다. ③ 용융강을 주입할 때 라이저에서 상부 주입하는 것이 용융강의 온도와 공급을 유지하고 수축 기공 발생을 줄이는 데 도움이 됩니다. ④ 주입 속도 측면에서 저속 주입이 고속 주입보다 순차적 응고에 더 유리합니다. ⑸ 주입 온도가 너무 높아서는 안 됩니다. 용융강을 고온에서 용광로에서 꺼내 식힌 후 주입하면 수축 기공 발생을 줄이는 데 도움이 됩니다.
(3) 모래 함유물(슬래그):주조물 내부에 나타나는 불연속적인 원형 또는 불규칙한 구멍인 모래 혼입물(슬래그)은 흔히 기포라고 불립니다. 이 구멍들은 주형 모래나 강철 슬래그와 섞여 있으며, 크기가 불규칙하고 응집되어 있습니다. 이러한 기포는 주조물의 한 곳 이상, 특히 윗부분에 더 많이 나타납니다.
모래(슬래그) 혼입 원인:슬래그 혼입은 제련 또는 주조 과정에서 용융강과 함께 강철 슬래그 입자가 주물 내부로 유입되는 현상입니다. 모래 혼입은 주형 과정에서 주형 공동의 밀폐가 불충분하여 발생합니다. 용융강을 주형 공동에 부을 때, 주형 모래가 용융강에 씻겨 내려가 주물 내부로 들어가게 됩니다. 또한, 트리밍 및 박스 클로징 과정에서의 부적절한 조작이나 모래가 떨어져 나가는 현상도 모래 혼입의 원인이 될 수 있습니다.
모래 혼입물(슬래그) 방지 방법:① 용융강을 제련할 때 배기가스와 슬래그를 최대한 완전히 제거해야 합니다. ② 용융강 주입용 백을 뒤집지 말고, 주전자용 백이나 바닥 주입용 백을 사용하여 용융강 위의 슬래그가 용융강과 함께 주형 내부로 들어가지 않도록 해야 합니다. ③ 용융강을 부을 때 슬래그가 용융강과 함께 주형 내부로 들어가지 않도록 조치를 취해야 합니다. ④ 모래 혼입 가능성을 줄이기 위해, 주형을 만들 때 모래가 새어 나오지 않도록 주의하고, 다듬을 때 모래가 떨어지지 않도록 하며, 상자를 닫기 전에 주형 내부를 깨끗하게 불어내야 합니다.
(4) 균열:주조품에 발생하는 균열의 대부분은 불규칙한 모양을 가진 고온 균열이며, 관통형이거나 관통하지 않을 수 있고, 연속형이거나 간헐형일 수 있으며, 균열 부위의 금속은 어둡거나 표면 산화가 나타납니다.
균열 발생 원인즉, 고온 응력 및 액체 막 변형입니다.
고온 응력은 고온에서 용융강의 수축 및 변형으로 인해 발생하는 응력입니다. 이 응력이 해당 온도에서 금속의 강도 또는 소성 변형 한계를 초과하면 균열이 발생합니다. 액막 변형은 용융강의 응고 및 결정화 과정에서 결정립 사이에 액막이 형성되는 현상입니다. 응고 및 결정화가 진행됨에 따라 액막이 변형됩니다. 변형량과 변형 속도가 특정 한계를 초과하면 균열이 발생합니다. 열 균열이 발생하는 온도 범위는 약 1200~1450℃입니다.
균열 발생에 영향을 미치는 요인:
① 강철에 함유된 S와 P 원소는 균열 발생의 유해한 요인이며, 이들이 철과 공융체를 형성하면 고온에서 주강의 강도와 가소성이 저하되어 균열이 발생합니다.
② 강철 내 슬래그 혼입 및 편석은 응력 집중을 증가시켜 고온 균열 발생 경향을 높입니다.
③ 강재의 선형 수축 계수가 클수록 고온 균열 발생 경향이 커집니다.
④ 강재의 열전도율이 클수록, 표면장력이 클수록, 고온에서의 기계적 특성이 우수하고, 열간 균열 발생 경향이 작아진다.
⑤ 주조품의 구조 설계는 모서리가 너무 둥글거나, 벽 두께 차이가 크거나, 응력 집중이 심하는 등 제조성이 떨어져 균열이 발생할 수 있습니다.
⑥모래주형의 밀도가 너무 높고, 중심부의 수율이 낮아 주조물의 수축을 방해하고 균열 발생 가능성을 높입니다.
⑦ 그 외에도 라이저의 부적절한 배치, 주조물의 과속 냉각, 라이저 절단 및 열처리로 인한 과도한 응력 등도 균열 발생에 영향을 미칩니다.
위 균열의 원인과 영향 요인에 따라, 균열 결함 발생을 줄이고 방지하기 위한 적절한 조치를 취할 수 있습니다.
위와 같이 주조 결함의 원인을 분석하고, 기존 문제점을 파악하여 이에 상응하는 개선 조치를 취함으로써 주조 결함을 해결하고 주조 품질을 향상시킬 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 8월 31일