사형 주조 알루미늄의 최소 벽 두께: 실용적인 설계 가이드

귀하의 CAD 모델은 벽이 2mm인 깔끔한 알루미늄 브래킷을 보여주며 주조소에서는 예상 가격의 3배에 달하는 견적을 제시합니다. 그 이유는 간단합니다. 대부분의 사형 주조 공장에서는 알루미늄의 실제 최소 벽 두께로 3mm(약 0.120인치)를 취급하고 생산 부품에서 실제로 확인하려는 값으로 4.8mm(3/16인치)를 취급합니다. 2mm 벽이 불가능한 것은 아니지만 일상적인 캐스팅을 민감한 캐스팅으로 바꿔줍니다. 충전 시간이 중요해지고, 주입 온도 범위가 좁아지며, 불량률이 높아집니다.

인쇄물을 주조소에 보내기 전의 결론은 다음과 같습니다. 리브 및 보스와 같은 작고 국지적인 특징을 위해 3mm로 설계합니다. 일반 벽 및 구조 단면의 경우 4~5mm를 목표로 합니다. 부품이 작고 단순할 때만 시너를 밀어야 하며 주조소에서 작업을 실행할 수 있다고 확인해야 합니다. 이 기사에서는 숫자가 어디서 왔는지, 어떤 디자인 세부 사항이 바닥을 높이는지, 무시하면 어떤 결함이 따르는지 설명합니다.

경험 법칙 뒤에 숨은 숫자

파운드리 지침 및 설계 참조 클러스터는 동일한 범위에 있습니다. 엔지니어링 설계 참조에는 일반적으로 모래 주조의 알루미늄 웹과 벽에 대해 최소 2.5mm(0.100인치)가 나와 있습니다. 생산 주조소에서는 일반적으로 일반 벽의 표준 최소값으로 3.0mm(0.120인치)를 인용하며, 신뢰할 수 있는 충진에는 3.8mm(0.150인치) ~ 4.6mm(0.180인치)가 권장됩니다. 매우 작고 고립된 영역은 약 2.3mm(0.090인치)까지 줄어들 수 있지만, 매우 큰 부품은 종종 최소 6.4mm(0.250인치)가 필요한데, 이는 금형 충진 거리와 응고 거동이 규모에 따라 변하기 때문입니다.

모든 직업에 맞는 숫자는 없습니다. 인용된 최소값은 단지 시작점일 뿐입니다. 실제 한계는 부품 형상, 합금, 모래 매체, 게이트 설계 및 주조 공장의 공정 제어에 따라 다릅니다. 아래 표를 참조로 사용한 후 부품 견적을 제공할 특정 주조소에 확인하십시오.

알루미늄 모래 주조에 바닥 두께가 있는 이유

680~760°C 사이의 일반적인 주입 온도에서 용융된 알루미늄은 유동적이지만 무한히 유동하지는 않습니다. 모래 주형에서는 금속이 게이팅 시스템을 통과하여 앞쪽 가장자리가 얼기 전에 전체 캐비티를 채워야 합니다. 얇은 단면은 표면 대 부피 비율을 증가시켜 동결을 가속화하고 용융물에서 열을 배출합니다. 유동 선단이 임계 온도 이하로 냉각되면 유동 선단이 움직이지 않습니다.

세 가지 프로세스 변수가 벽 두께에 대한 실제 바닥을 설정합니다.

• 금속 유동성: 주입 온도가 높을수록 충전 성능이 향상되지만 가스 픽업 및 산화가 증가하므로 주조업체에서는 이를 밀어낼 수 있는 정도가 제한됩니다.
• 주형 매체: 생사는 경제적이지만 강도와 투과성이 낮습니다. 굽지 않은(화학적으로 결합된) 모래는 더 단단하고 약간 더 얇은 단면을 허용하며 더 나은 표면 마감 및 치수 제어를 위해 선호됩니다.
• 공급 및 응고: 얇은 벽은 빠르게 동결되는 반면, 두꺼운 인접한 부분은 더 오랫동안 액체 상태로 유지되어 공급 금속을 끌어낼 수 있어 두 영역 모두에 수축 기공이 생성됩니다.

실용적인 최소값을 높이는 설계 세부 사항

벽 자체가 3mm를 초과하는 경우에도 표준 파운드리 설계 규칙은 유효 벽 두께를 줄이거나 얇은 단면이 실패하게 만드는 조건을 만들 수 있습니다. 이는 설계 최소값을 가장 자주 높이는 세부 사항입니다.

구배 각도

모든 수직 표면에는 패턴이 모래에서 제거될 수 있도록 구배 각도가 필요합니다. 외부 벽의 각도는 1~2도, 내부 벽의 각도는 2~3도가 일반적입니다. 벽 높이가 50mm 이상인 경우 2도 구배로 인해 공칭 두께의 한쪽 끝에서 약 1.7mm가 제거됩니다. 3mm에서 시작하면 벽의 한쪽 끝이 실제 바닥 아래인 2mm 쪽으로 떨어집니다.

코너 반경

날카로운 내부 모서리는 응력 집중 장치이자 수축 기공이 형성되는 핫스팟입니다. 넉넉한 반경은 금형 제작 중 모래 흐름에도 도움이 됩니다. 원칙적으로 최소한 국부 벽 두께와 동일한 내부 반경을 사용하십시오. 벽 두께의 1.5배 비율이 더욱 안전합니다.

섹션 전환

두꺼운 부분에서 얇은 부분으로의 급격한 변화는 잘못된 실행과 뜨거운 찢어짐의 일반적인 원인입니다. 벽 두께를 가능한 한 균일하게 유지하십시오. 변경이 불가피한 경우 테이퍼 또는 반경을 사용하여 점진적으로 전환하고 인접한 섹션 간의 비율을 3:1 이하로 유지합니다.

보스, 리브 및 웹 접합

보스는 주변의 얇은 벽이 얼어붙은 후에 금속 공급이 필요한 무겁고 고립된 덩어리를 만듭니다. 리브는 지지하는 벽보다 얇아야 하며 일반적으로 인접 벽 두께의 60~80%로 리브가 먼저 응고되고 더 무거운 벽이 이를 공급할 수 있습니다. 리브에서 두 벽의 교차점은 국부적인 질량 집중을 생성합니다. 다공성을 방지하려면 반경을 추가하고 리브 두께를 주 벽 아래로 유지하세요.

벽이 너무 얇을 때 나타나는 결함

최소값 이하로 설계한다고 해서 단순히 주물 생산이 더 어려워지는 것은 아닙니다. 이는 스크랩 비용을 추가하고 배송을 지연시키는 인식 가능한 결함을 생성합니다.

• 잘못된 실행 및 냉간 차단: 캐비티가 채워지기 전에 용융물이 얼어 불완전한 가장자리나 눈에 보이는 유동선이 남습니다. 이것은 얇은 알루미늄 벽에서 가장 흔히 발생하는 오류입니다.
• 가스 다공성: 금속이 얼면서 얇은 부분에 가스가 갇히게 됩니다. 알루미늄은 또한 용융 상태에서 수소를 흡수하며 얇은 벽의 작은 공급 경로는 가스를 밀어낼 수 없습니다.
• 열간 인열: 얇은 벽이 연결된 무거운 부분보다 더 빠르게 냉각되고 수축할 때 구속된 영역은 접합부, 특히 급격한 전환에서 찢어질 수 있습니다.

세 가지 결함 모두 하나의 특성을 공유합니다. 즉, 산발적입니다. 얇은 벽은 시험 배치에서는 잘 작동하다가 주입 온도, 모래 수분 또는 주변 조건이 변화함에 따라 생산에서 간헐적으로 실패할 수 있습니다. 이것이 바로 파운드리들이 최소 이하의 벽에 대해 더 높은 가격을 제시하는 이유입니다.

공차, 가공 여유 및 수축

벽 두께만이 검증할 가치가 있는 유일한 치수는 아닙니다. 사형 주조 공차 및 수축 동작은 가장 얇은 부분을 포함한 부품이 사양을 벗어나지 않는지 여부에 직접적인 영향을 미칩니다.

• 치수 공차: 최대 약 300mm의 부품의 경우 선형 치수는 형상 및 성형 매체에 따라 ±0.5~±1.5mm 범위인 경우가 많습니다. 얇은 벽은 해당 범위 내에서 이동하므로 최종 부품의 공차가 중요한 경우 벽을 절대 최소값으로 설계하지 마십시오.
• 가공 여유: 면을 가공할 경우 스톡을 1.5~2.5mm 정도 남겨둡니다. 가공 후 벽 두께가 주조소의 최소값 이상으로 유지되는지 확인하십시오. 그렇지 않으면 주조물이 도면을 실제로 만날 기회가 없습니다.
• 수축 허용치: 알루미늄 응고 수축은 대략 1.3%(피트당 약 5/32인치)입니다. 패턴 제작자는 이를 보상하지만 기존 패턴을 상속하는 경우 수축 보상 후 최종 벽 두께가 여전히 설계 목표를 충족하는지 확인합니다.

알루미늄 건축 시스템에 동일한 두께 원칙 적용

좋은 모래 주조 디자인을 만드는 동일한 사고방식이 좋은 알루미늄 건축 제품도 만듭니다. 벽 두께가 작은 일광실 프레임은 눈이 쌓이면 휘어집니다. 단면 두께가 너무 작은 커튼월 멀리언은 풍하중 계산에 실패합니다. 벽이 얇은 창틀은 결로 및 배수 문제를 야기합니다. 구매자와 건축가는 창문을 주문할 때 최소 벽 두께에 대해 거의 묻지 않지만 이 질문은 주조 인쇄물과 마찬가지로 주의를 기울일 가치가 있습니다.

Dongcheng은 자재 절약 추측이 아닌 구조적 계산을 통해 단면 두께를 선택한 알루미늄 창문, 문, 일광욕실, 난간 및 커튼월을 설계하고 제조합니다. 생산은 ISO9000 품질 관리 절차를 따르므로 프로파일 두께, 표면 처리 및 조립이 표준화됩니다. 는 배수가 빠른 디자인의 A-프레임 선룸 시스템 예를 들어, 지역 눈과 바람 하중에 맞게 크기가 조정된 구조 프로파일과 함께 최적화된 지붕 형상을 사용합니다. 는 스틱형 알루미늄 커튼월 는 벽 두께가 풍하중, 지진 운동 및 열팽창을 설명하는 멀리언과 트랜섬에 의존합니다. 동일한 논리가 적용됩니다. 알루미늄 슬라이딩 창문 여기서 프로파일 벽 두께는 기밀성, 방수성 및 장기 내구성에 영향을 미칩니다.

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