정밀 주조 게이팅 시스템 설계의 기본 원리

1. 용융 금속의 원활한 충전을 보장함

(1) 용융 금속의 유속 및 유동을 제어하여 용융 금속의 흐름 및 튀는 현상을 방지하고, 기포 및 불순물 혼입을 예방함.
런너의 형상과 크기를 적절히 설계하여 용융 금속이 런너 내에서 원활하게 흐르고, 캐비티로 점진적으로 가속되어 충격 및 교란을 최소화하도록 한다. 평면 게이트, 사다리꼴 게이트 등 적절한 게이트 형식을 사용하여 용융 금속의 유속을 낮추어 원활한 충전을 유도한다.

(2) 캐비티 내 용융 금속의 상승 속도가 균일하도록 보장하여 국부 과열 또는 콜드 셧(cold shut)과 같은 결함을 방지한다.
내부 런너의 위치와 수를 적절히 배치하여 용융 금속이 캐비티의 모든 부분에 균등하게 충전되도록 한다.
주조물의 형상 및 크기에 따라 적정 충전 시간과 용융 금속 유속을 계산하여 균일한 상승 속도를 확보한다.

2. 배기 및 슬래그 제거에 유리함

(1) 캐비티 내 기체가 원활하게 배출될 수 있도록 합리적인 배기 통로를 설계한다.
주조 시스템 내에 배출구, 상승관 등과 같은 구조를 설치하여 기체가 적시에 배출될 수 있도록 하여 주조물 내 기공 등의 결함을 방지한다.
런너의 배치는 기체의 흐름 및 배출을 촉진하여 캐비티 내 기체의 축적을 방지해야 한다.

(2) 불순물 입자의 부상 및 제거를 촉진한다.
런너의 형상 및 유동 특성을 활용하여 용융 금속의 흐름 중 불순물 입자가 상승관 또는 슬래그 백으로 부상하도록 한다.
불순물 입자를 수집하고 제거하기 위해 슬래그 백의 위치와 크기를 합리적으로 설정한다.

3. 응고 순서 제어

(1) 용융 금속이 사전에 정해진 응고 순서로 응고되도록 유도하여 우수한 주조 품질을 확보한다.
런너의 크기, 위치 및 수를 조정함으로써 용융 금속의 냉각 속도 및 응고 방향을 제어한다.
순차 응고 원칙을 적용하여 주조물이 상승관에서 멀리 떨어진 위치에서부터 응고되도록 할 수 있다.
그리고 주조물의 밀도를 확보하기 위해 점차적으로 상승관 쪽으로 이동한다.

(2) 주조물의 응고 과정을 조절하기 위해 상승관과 냉각 철을 적절히 배치한다.
상승관은 주조물이 응고되는 동안 발생하는 수축을 보상하여 수축 공극 및 수축 결함을 방지하는 데 사용된다.
주조물의 형상과 크기에 따라 상승관의 위치, 크기 및 수량을 결정한다.
냉각 철은 주조물의 국부 냉각 속도를 가속화하여 응고 순서를 변화시키고 주조 품질을 향상시킬 수 있다.

4. 세척 및 작동이 용이함

(1) 금형 주입계의 구조는 간단해야 하며, 스프루 및 상승관과 같은 잔여물을 쉽게 제거하고 세척할 수 있어야 한다.
주입계가 주조 후 정리 과정에서 주조물로부터 쉽게 분리될 수 있도록, 지나치게 복잡한 스프루 형상 및 연결 방식을 설계하지 않아야 한다.
게이트의 위치는 주조물의 외관 및 성능에 영향을 주지 않으면서 후속 가공 및 처리가 용이한 위치로 선정해야 한다.

(2) 주조 공정의 조작성을 고려하여 생산 효율을 향상시켜야 한다.
탕도 시스템의 설계는 주조 장비 및 공정과 호환되어야 하며, 조작 및 제어가 용이해야 한다.
게이트, 라이저 등의 위치를 합리적으로 배치하여 주조 과정 중 탕입, 수축 보상, 배기 등의 작업을 수행할 수 있도록 해야 한다.

모래 주입 및 부유 모래는 쉘 제작 공정에서 각각 장단점을 지닌다.

모래 주입의 장점:

(1) 모래 입자 분포가 비교적 균일하여 쉘 두께의 균일성을 보다 잘 확보할 수 있다.

(2) 일부 복잡한 형상의 주조물의 경우, 모래 주입이 모든 부분을 보다 잘 덮을 수 있다. 모래 주조의 단점:
장비 요구 사양이 상대적으로 높으며, 특수한 사형 주조 장비가 필요합니다.
작업 중 더 많은 분진이 발생할 수 있습니다.

부유사의 장점:

(1) 작업이 비교적 간단하고 비용이 낮습니다.

(2) 모래층 두께를 필요에 따라 조정할 수 있습니다.

부유사의 단점:

(1) 사형 주조에 비해 모래 입자의 분포가 균일하지 않을 수 있으며, 일부 영역에서는 지나치게 두꺼워지거나 얇아질 수 있습니다.

(2) 복잡한 형상의 주물의 경우 완전한 피복이 어려운 문제가 발생할 수 있습니다.

일반적으로, 사형 주조(sand casting)와 부유사 주조(floating sand) 중 어느 것을 선택할지는 구체적인 생산 요구 사항, 주조 형상, 비용 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 셸(shell)의 품질 요구 수준이 높고, 이에 상응하는 설비 및 기술 지원이 확보되어 있다면 사형 주조를 고려할 수 있습니다. 반면, 간단한 공정과 낮은 비용을 우선시한다면 부유사 주조가 하나의 대안이 될 수 있습니다. 동시에 실제 상황에 따라 실험 및 최적화 작업을 수행하여 가장 적합한 셸 제작 방법을 결정할 수도 있습니다.