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주물의 표면 마감에 영향을 미치는 중요 특성
2022-10-13
이제 사형 주물을 생산할 수 있는 치수 정확도는 매몰 주물에 근접했습니다. 3D 샌드 프린팅 기술은 몰드와 코어의 치수 정확도를 크게 향상시켰지만 인베스트먼트 주물은 말할 것도 없고 기존 샌드 캐스팅의 표면 평활도를 맞추는 데 실패했습니다.
인베스트먼트 주조는 탁월한 형상 해상도와 치수 정확도로 매우 매끄러운 부품을 제공합니다. 3D 프린팅된 모래 금형 및 코어는 공정이 치수 및 표면 요구 사항을 모두 충족할 수 있는 경우 인베스트먼트 주조에 대한 비용 효율적인 대안을 제공할 수 있습니다.
주조소 소모품 영역에서 많은 변화와 개선이 이루어졌지만 모래는 어느 정도 일정하게 유지되는 재료 중 하나입니다. 채광 및 세척 후 필요에 따라 주물사를 개별 또는 2메쉬 그룹으로 분류하여 저장합니다. 파운드리 고객에게 배송하기 위해 정규 분포로 결합됩니다. 다양한 광산 분포가 있지만 유사한 AFS-입자 섬도 번호의 모래가 유사한 분포로 공급됩니다. 표면 마감은 주조 품질 사양의 필수적인 부분입니다. 주물의 거친 내부 표면 마감은 유체와 고속 가스 모두에 대한 효율성 손실을 초래할 수 있습니다. 터보차저와 흡기 매니폴드 부품의 경우도 마찬가지입니다. University of Northern Iowa는 주물의 표면 평활도에 영향을 미치는 주형 재료 특성을 조사해 왔습니다. 이 연구는 알루미늄 주물에 대해 수행되었지만 침투 또는 용융 모래 결함과 같은 결함을 나타내지 않는 철 합금에 적용 및 관련성이 있습니다. 이 연구는 모래의 섬도, 재료 유형 및 내화 코팅 선택과 같은 성형 매체 특성의 영향을 조사합니다. 이 프로젝트의 목표는 모래 주조 부품에서 인베스트먼트 주조 표면 마감을 달성하는 것이었습니다.
투과성 및 표면적 결과
AFS 투과성은 알려진 부피의 공기가 10cm 수두에서 표준 샘플을 통과하는 데 걸리는 시간으로 정의됩니다. 간단히 말해서 AFS 투과성은 공기가 통과할 수 있는 골재 입자 사이의 열린 공간의 양을 나타냅니다. 재료의 GFN은 추세가 평준화되는 80 GFN까지 투자율을 크게 변경합니다.
데이터는 다른 비율의 입자 모양으로 동일한 표면 거칠기를 얻을 수 있음을 보여줍니다. 구형 및 원형 입자 재료는 각 및 하위 각 골재에 비해 가속된 속도로 주조 평활도를 향상시킵니다.
갈륨 접촉각 결과
접촉각 측정은 액체 갈륨 테스트를 사용하여 액체 금속과 결합된 성형 골재의 상대적 습윤성을 측정하기 위해 수행되었습니다. 세라믹 모래는 접촉각이 가장 높았고 지르콘과 감람석은 비슷한 낮은 접촉각을 공유했습니다. 갈륨은 모든 모래 표면에서 소수성 거동을 보였다. 유사한 AFS-GFN이 모든 샘플에 사용되었습니다. 결과는 모래 유형에 대한 접촉각이 모재보다는 보조 축에 표시된 골재 입자 모양에 크게 의존함을 나타냅니다. 세라믹 모래는 가장 둥근 모양을 가졌고 감람석 모래는 매우 각진 모양을 나타냈습니다. 기본 골재의 표면 습윤성은 주조 표면 마감에 역할을 할 수 있지만 테스트 시리즈의 접촉각 측정 범위는 입자 모양에 종속되었습니다.
시험 주물의 표면 거칠기 결과
접촉 프로파일로미터를 사용하여 표면 거칠기 결과를 측정했습니다. 3스크린 44 GFN 실리카에서 4스크린 67 GFN 실리카로 표면 평활도가 크게 개선되었습니다. 67 GFN 이상의 변화는 분포 폭의 변화에도 불구하고 표면 거칠기에 영향을 미치지 않았습니다. 185 RMS의 임계값이 관찰됩니다.
101 및 106 GFN 재료 사이에서 평활도의 큰 개선을 관찰할 수 있습니다. 106 GFN 모래는 스크린 분포에서 200 메쉬 재료가 17% 이상 더 많습니다. 2화면 115 및 118 GFN 소재는 부드러움이 감소했습니다. 143 GFN 모래는 106 GFN 지르콘과 유사한 수치를 나타냈습니다. 임계값은 200RMS입니다.
입자 분포가 좁아졌음에도 불구하고 4스크린 49 GFN 크로마이트에서 3스크린 73 GFN 크로마이트까지 표면 평활도의 꾸준한 개선이 관찰되었습니다. 49 GFN에 비해 73 GFN 크로마이트에서 140메시 스크린의 유지율이 19% 증가한 것으로 나타났습니다. 3-스크린 73 GFN에서 4-스크린 77 GFN 크로마이트 모래의 유사한 입도 수에 관계없이 주물 평활도의 상당한 증가가 나타났습니다. 77 GFN과 99 GFN 크로마이트 재료 사이에서 평활도의 변화는 관찰되지 않았습니다. 흥미롭게도 두 개의 모래는 200 메쉬 스크린에서 매우 유사한 유지력을 공유했습니다. 임계값은 250RMS입니다.
더 좁은 분포에도 불구하고 78 GFN 감람석에서 84 GFN 감람석으로 갈수록 주물 매끄러움이 크게 개선되었습니다. 140-mesh 스크린에서 15% 머무름의 증가는 84 GFN 감람석에서 볼 수 있었습니다. 84와 85 GFN 감람석 사이에는 의미가 있습니다. 85 GFN 감람석은 평활도를 50으로 향상시켰습니다. 85 GFN 감람석은 200 메쉬 스크린에서 거의 10%의 보유력을 가진 3 스크린 모래인 반면 84 GFN 감람석은 단순히 2 스크린 재료입니다. 85 GFN 감람석에서 98 GFN 감람석에 이르기까지 평활도의 꾸준한 개선을 관찰할 수 있습니다. 화면 분포는 200메시 화면에서 5%의 유지율 증가를 보여줍니다. 200 메쉬 유지력이 거의 7% 증가했음에도 불구하고 98 GFN에서 114 GFN 감람석으로의 변화는 보이지 않았습니다.
244 RMS의 임계값을 관찰할 수 있습니다.
세라믹 코어에서 얻은 주물에 대한 표면 거칠기 결과는 32 GFN과 41 GFN 재료 사이에서 약간의 개선을 보여줍니다. 41 GFN 모래에서 70 메쉬 스크린의 유지력이 34% 증가했습니다. 41 GFN과 54 GFN 세라믹 사이에서 평활도의 상당한 증가가 관찰되었습니다. 54 GFN 재료는 41 GFN 재료와 비교하여 100메시 스크린에서 19% 이상 유지력이 더 컸습니다. 이러한 개선은 54 GFN 재료의 분포 축소에도 불구하고 발생했습니다. 세라믹 결과에서 가장 큰 영향은 54 GFN과 68 GFN 모래 사이에서 나타났습니다. 68 GFN 모래는 분포를 넓힌 140 메쉬 스크린에서 15% 더 높은 유지력을 가졌습니다. 140-mesh 스크린에서 40% 이상의 머무름 증가에도 불구하고 68 GFN 및 92 GFN 재료 간에는 거의 개선이 관찰되지 않았습니다. 임계값은 236RMS입니다.
3D 프린팅된 모래에 의해 생성된 표면은 동일한 골재를 사용하는 다진 모래 표면보다 훨씬 더 거칠다. XY 방향으로 인쇄된 샘플은 가장 매끄러운 시험 주조 표면을 제공했지만 XZ 및 YZ 방향으로 인쇄된 샘플은 가장 거칠었습니다.
다져진 실리카 코팅되지 않은 83 GFN 실리카 모래는 185 RMS의 거칠기 값을 초래했습니다. 주물이 더 매끄럽게 보였지만, 내화 코팅은 프로필로미터로 측정한 표면 거칠기를 증가시켰습니다. 알코올 기반 알루미나 코팅이 최고의 성능을 보인 반면 알코올 기반 지르콘 코팅은 가장 높은 거칠기를 나타냈습니다. 83개의 GFN 3D 프린팅 샘플은 반대 효과를 보였다. 코팅되지 않은 샘플은 XY의 가장 유리한 방향으로 인쇄되었지만, 코팅되지 않은 샘플은 943 RMS의 주조 조도를 나타냈습니다. 코팅은 낮은 339 RMS에서 높은 488 RMS까지 코팅되지 않은 표면 마감으로부터 표면을 실질적으로 매끄럽게 했습니다. 코팅된 모래의 표면 마감은 기질 모래의 거칠기와 다소 독립적이며 내화 코팅의 조성에 크게 의존하는 것으로 보입니다. 3D 인쇄 모래는 훨씬 더 거친 표면 마감으로 시작하지만 내화 코팅을 사용하여 크게 개선할 수 있습니다.
결론
현재 사용 가능한 성형 골재는 200 RMS 마이크로인치 미만의 표면 거칠기 값을 달성할 수 있습니다. 이 값은 인베스트먼트 주물과 관련된 값 내에 약간 있습니다. 테스트된 재료의 경우, 각 재료는 골재 AFS 입자 미세도가 증가함에 따라 주조 거칠기가 감소하는 것으로 나타났습니다. 이것은 임계값까지의 모든 재료에 해당되며, AFS-GFN이 증가해도 주조 조도가 더 이상 감소하지 않습니다. 이것은 이전에 수행된 연구에 의해 뒷받침되었습니다.
모든 재료 그룹 내에서 AFS-GFN의 효과는 계산된 표면적과 골재 투과성 모두에 부차적이었습니다. 침투성은 다져진 모래의 열린 영역을 설명하는 것으로 생각할 수 있지만 표면적은 모래의 스크린 분포와 해당하는 미세 입자의 양을 더 잘 설명합니다. 투과성과 표면적 모두 주조 표면 평활도와 직접적인 관련이 있습니다. 이것은 모양 그룹 내의 집계에 대해 참이라는 점에 유의해야 합니다. 각골재와 아각골재는 표면적이 크지만 투수율이 높아 개방된 표면을 나타냈다. 구형 및 원형 골재는 낮은 투과성과 높은 표면적을 결합한 가장 매끄러운 표면을 나타냈습니다.
원래는 액체 금속과 결합된 골재 사이의 접촉각으로 측정한 표면 습윤성이 결과적인 주조 표면 마감에서 중요한 요소라고 믿었습니다. 유사한 AFS-GFN에서 다양한 소재에 대한 접촉각은 주조 조도와 비례하지 않는 것으로 나타났으나 결정립의 형태가 주요 요인임을 확인하였다. 접촉각과 주조 표면 거칠기 사이의 관계가 없는 것은 결정립 모양이 표면 거칠기에 주요한 영향을 미친다는 사실로 설명할 수 있습니다. 다양한 재료의 접촉각은 재료 자체의 습윤성보다 입자 모양과 표면 평활도에 더 많은 영향을 받았을 가능성이 큽니다.
인베스트먼트 주조는 탁월한 형상 해상도와 치수 정확도로 매우 매끄러운 부품을 제공합니다. 3D 프린팅된 모래 금형 및 코어는 공정이 치수 및 표면 요구 사항을 모두 충족할 수 있는 경우 인베스트먼트 주조에 대한 비용 효율적인 대안을 제공할 수 있습니다.
주조소 소모품 영역에서 많은 변화와 개선이 이루어졌지만 모래는 어느 정도 일정하게 유지되는 재료 중 하나입니다. 채광 및 세척 후 필요에 따라 주물사를 개별 또는 2메쉬 그룹으로 분류하여 저장합니다. 파운드리 고객에게 배송하기 위해 정규 분포로 결합됩니다. 다양한 광산 분포가 있지만 유사한 AFS-입자 섬도 번호의 모래가 유사한 분포로 공급됩니다. 표면 마감은 주조 품질 사양의 필수적인 부분입니다. 주물의 거친 내부 표면 마감은 유체와 고속 가스 모두에 대한 효율성 손실을 초래할 수 있습니다. 터보차저와 흡기 매니폴드 부품의 경우도 마찬가지입니다. University of Northern Iowa는 주물의 표면 평활도에 영향을 미치는 주형 재료 특성을 조사해 왔습니다. 이 연구는 알루미늄 주물에 대해 수행되었지만 침투 또는 용융 모래 결함과 같은 결함을 나타내지 않는 철 합금에 적용 및 관련성이 있습니다. 이 연구는 모래의 섬도, 재료 유형 및 내화 코팅 선택과 같은 성형 매체 특성의 영향을 조사합니다. 이 프로젝트의 목표는 모래 주조 부품에서 인베스트먼트 주조 표면 마감을 달성하는 것이었습니다.
투과성 및 표면적 결과
AFS 투과성은 알려진 부피의 공기가 10cm 수두에서 표준 샘플을 통과하는 데 걸리는 시간으로 정의됩니다. 간단히 말해서 AFS 투과성은 공기가 통과할 수 있는 골재 입자 사이의 열린 공간의 양을 나타냅니다. 재료의 GFN은 추세가 평준화되는 80 GFN까지 투자율을 크게 변경합니다.
데이터는 다른 비율의 입자 모양으로 동일한 표면 거칠기를 얻을 수 있음을 보여줍니다. 구형 및 원형 입자 재료는 각 및 하위 각 골재에 비해 가속된 속도로 주조 평활도를 향상시킵니다.
갈륨 접촉각 결과
접촉각 측정은 액체 갈륨 테스트를 사용하여 액체 금속과 결합된 성형 골재의 상대적 습윤성을 측정하기 위해 수행되었습니다. 세라믹 모래는 접촉각이 가장 높았고 지르콘과 감람석은 비슷한 낮은 접촉각을 공유했습니다. 갈륨은 모든 모래 표면에서 소수성 거동을 보였다. 유사한 AFS-GFN이 모든 샘플에 사용되었습니다. 결과는 모래 유형에 대한 접촉각이 모재보다는 보조 축에 표시된 골재 입자 모양에 크게 의존함을 나타냅니다. 세라믹 모래는 가장 둥근 모양을 가졌고 감람석 모래는 매우 각진 모양을 나타냈습니다. 기본 골재의 표면 습윤성은 주조 표면 마감에 역할을 할 수 있지만 테스트 시리즈의 접촉각 측정 범위는 입자 모양에 종속되었습니다.
시험 주물의 표면 거칠기 결과
접촉 프로파일로미터를 사용하여 표면 거칠기 결과를 측정했습니다. 3스크린 44 GFN 실리카에서 4스크린 67 GFN 실리카로 표면 평활도가 크게 개선되었습니다. 67 GFN 이상의 변화는 분포 폭의 변화에도 불구하고 표면 거칠기에 영향을 미치지 않았습니다. 185 RMS의 임계값이 관찰됩니다.
101 및 106 GFN 재료 사이에서 평활도의 큰 개선을 관찰할 수 있습니다. 106 GFN 모래는 스크린 분포에서 200 메쉬 재료가 17% 이상 더 많습니다. 2화면 115 및 118 GFN 소재는 부드러움이 감소했습니다. 143 GFN 모래는 106 GFN 지르콘과 유사한 수치를 나타냈습니다. 임계값은 200RMS입니다.
입자 분포가 좁아졌음에도 불구하고 4스크린 49 GFN 크로마이트에서 3스크린 73 GFN 크로마이트까지 표면 평활도의 꾸준한 개선이 관찰되었습니다. 49 GFN에 비해 73 GFN 크로마이트에서 140메시 스크린의 유지율이 19% 증가한 것으로 나타났습니다. 3-스크린 73 GFN에서 4-스크린 77 GFN 크로마이트 모래의 유사한 입도 수에 관계없이 주물 평활도의 상당한 증가가 나타났습니다. 77 GFN과 99 GFN 크로마이트 재료 사이에서 평활도의 변화는 관찰되지 않았습니다. 흥미롭게도 두 개의 모래는 200 메쉬 스크린에서 매우 유사한 유지력을 공유했습니다. 임계값은 250RMS입니다.
더 좁은 분포에도 불구하고 78 GFN 감람석에서 84 GFN 감람석으로 갈수록 주물 매끄러움이 크게 개선되었습니다. 140-mesh 스크린에서 15% 머무름의 증가는 84 GFN 감람석에서 볼 수 있었습니다. 84와 85 GFN 감람석 사이에는 의미가 있습니다. 85 GFN 감람석은 평활도를 50으로 향상시켰습니다. 85 GFN 감람석은 200 메쉬 스크린에서 거의 10%의 보유력을 가진 3 스크린 모래인 반면 84 GFN 감람석은 단순히 2 스크린 재료입니다. 85 GFN 감람석에서 98 GFN 감람석에 이르기까지 평활도의 꾸준한 개선을 관찰할 수 있습니다. 화면 분포는 200메시 화면에서 5%의 유지율 증가를 보여줍니다. 200 메쉬 유지력이 거의 7% 증가했음에도 불구하고 98 GFN에서 114 GFN 감람석으로의 변화는 보이지 않았습니다.
244 RMS의 임계값을 관찰할 수 있습니다.
세라믹 코어에서 얻은 주물에 대한 표면 거칠기 결과는 32 GFN과 41 GFN 재료 사이에서 약간의 개선을 보여줍니다. 41 GFN 모래에서 70 메쉬 스크린의 유지력이 34% 증가했습니다. 41 GFN과 54 GFN 세라믹 사이에서 평활도의 상당한 증가가 관찰되었습니다. 54 GFN 재료는 41 GFN 재료와 비교하여 100메시 스크린에서 19% 이상 유지력이 더 컸습니다. 이러한 개선은 54 GFN 재료의 분포 축소에도 불구하고 발생했습니다. 세라믹 결과에서 가장 큰 영향은 54 GFN과 68 GFN 모래 사이에서 나타났습니다. 68 GFN 모래는 분포를 넓힌 140 메쉬 스크린에서 15% 더 높은 유지력을 가졌습니다. 140-mesh 스크린에서 40% 이상의 머무름 증가에도 불구하고 68 GFN 및 92 GFN 재료 간에는 거의 개선이 관찰되지 않았습니다. 임계값은 236RMS입니다.
3D 프린팅된 모래에 의해 생성된 표면은 동일한 골재를 사용하는 다진 모래 표면보다 훨씬 더 거칠다. XY 방향으로 인쇄된 샘플은 가장 매끄러운 시험 주조 표면을 제공했지만 XZ 및 YZ 방향으로 인쇄된 샘플은 가장 거칠었습니다.
다져진 실리카 코팅되지 않은 83 GFN 실리카 모래는 185 RMS의 거칠기 값을 초래했습니다. 주물이 더 매끄럽게 보였지만, 내화 코팅은 프로필로미터로 측정한 표면 거칠기를 증가시켰습니다. 알코올 기반 알루미나 코팅이 최고의 성능을 보인 반면 알코올 기반 지르콘 코팅은 가장 높은 거칠기를 나타냈습니다. 83개의 GFN 3D 프린팅 샘플은 반대 효과를 보였다. 코팅되지 않은 샘플은 XY의 가장 유리한 방향으로 인쇄되었지만, 코팅되지 않은 샘플은 943 RMS의 주조 조도를 나타냈습니다. 코팅은 낮은 339 RMS에서 높은 488 RMS까지 코팅되지 않은 표면 마감으로부터 표면을 실질적으로 매끄럽게 했습니다. 코팅된 모래의 표면 마감은 기질 모래의 거칠기와 다소 독립적이며 내화 코팅의 조성에 크게 의존하는 것으로 보입니다. 3D 인쇄 모래는 훨씬 더 거친 표면 마감으로 시작하지만 내화 코팅을 사용하여 크게 개선할 수 있습니다.
결론
현재 사용 가능한 성형 골재는 200 RMS 마이크로인치 미만의 표면 거칠기 값을 달성할 수 있습니다. 이 값은 인베스트먼트 주물과 관련된 값 내에 약간 있습니다. 테스트된 재료의 경우, 각 재료는 골재 AFS 입자 미세도가 증가함에 따라 주조 거칠기가 감소하는 것으로 나타났습니다. 이것은 임계값까지의 모든 재료에 해당되며, AFS-GFN이 증가해도 주조 조도가 더 이상 감소하지 않습니다. 이것은 이전에 수행된 연구에 의해 뒷받침되었습니다.
모든 재료 그룹 내에서 AFS-GFN의 효과는 계산된 표면적과 골재 투과성 모두에 부차적이었습니다. 침투성은 다져진 모래의 열린 영역을 설명하는 것으로 생각할 수 있지만 표면적은 모래의 스크린 분포와 해당하는 미세 입자의 양을 더 잘 설명합니다. 투과성과 표면적 모두 주조 표면 평활도와 직접적인 관련이 있습니다. 이것은 모양 그룹 내의 집계에 대해 참이라는 점에 유의해야 합니다. 각골재와 아각골재는 표면적이 크지만 투수율이 높아 개방된 표면을 나타냈다. 구형 및 원형 골재는 낮은 투과성과 높은 표면적을 결합한 가장 매끄러운 표면을 나타냈습니다.
원래는 액체 금속과 결합된 골재 사이의 접촉각으로 측정한 표면 습윤성이 결과적인 주조 표면 마감에서 중요한 요소라고 믿었습니다. 유사한 AFS-GFN에서 다양한 소재에 대한 접촉각은 주조 조도와 비례하지 않는 것으로 나타났으나 결정립의 형태가 주요 요인임을 확인하였다. 접촉각과 주조 표면 거칠기 사이의 관계가 없는 것은 결정립 모양이 표면 거칠기에 주요한 영향을 미친다는 사실로 설명할 수 있습니다. 다양한 재료의 접촉각은 재료 자체의 습윤성보다 입자 모양과 표면 평활도에 더 많은 영향을 받았을 가능성이 큽니다.
모든 측정 장비와 마찬가지로 테스트 방법의 인공물이 결과에 어느 정도 영향을 미칠 수 있습니다. 주조 거칠기의 증가는 시각적으로 내화 코팅을 적용한 주물이 더 매끄럽게 보였지만 코팅으로 생성된 봉우리와 골의 모양 때문일 수 있습니다. 정의 및 측정에 따르면 내화 코팅은 코팅되지 않은 샘플에 비해 표면 거칠기만 증가했습니다. 모든 내화 코팅은 3-D 인쇄된 모래의 표면 거칠기를 개선하는 데 매우 성공적이었습니다. 코팅된 샘플의 테스트 주물의 표면 마감은 시작 기질 모래와 다소 독립적인 것으로 나타났습니다. 코팅은 표면 마감에 큰 영향을 미쳤지만 주조 마감을 개선하기 위해 코팅을 수정하려면 추가 작업이 필요합니다.
Ningbo Zhiye Mechanical Components Co., Ltd.의 Santos Wang이 편집했습니다.
https://www.zhiyecasting.com
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