캐스팅주자손실

아연다이캐스팅을위한핫 러너의설계및 적용

다이캐스팅에대해아는사람이라면러너또는남은재료가주조의일부라는것을알 것입니다. 수익가치는없지만생산공정에서피할수 없습니다. 비용의이부분은일반적으로주조비용의고정비율로만계산됩니다. 동시에아연합금의재활용가능성을고려할때 가장일반적인현지처리방법은재용융을위해기계용광로에실시간으로다시던지는것입니다. 품질문제를제어해야할 필요성으로인해러너또는폐기물을재활용하기위해중앙용해로를사용하는것이업계에서점차적으로수용되고있습니다(그림 1). 슬래그의경우, 대형다이캐스팅공장에서는자체적으로재활용하고남은재료는일반적으로원자재공급업체에다시판매하여새로운재료로재활용할수 있습니다. 아연소재의현지재활용가격은일반적으로신소재의 50~70% 수준입니다. 환경조건이좋지않으면슬래그를처리하는과정에서대기오염이쉽게발생할수 있습니다.

160톤핫 챔버다이캐스팅기계를예로들어보겠습니다. 매번최소 150g의러너(오버플로웰 제외)를생산할때마다 3교대근무를가정할때 생산주기는 20초, 기계가동률은 80%, 연간생산량은 190톤에달할수 있습니다. 또다른예: 80톤기계를사용하여매번 100g의러너를생산한다고가정할때, 동일한가정이적용되지만생산주기는 12초로변경되고러너의연간생산량은 210톤을초과합니다.

러너디자인이비용의중요성에영향을미친다는것을알 수있습니다.

다양한재활용방법

재활용방법중 러너를용광로에직접다시던지는것이가장간단하고비용을절감할수 있는방법입니다. 리플로우용융에의해생성된 유동채널은예열할 필요가없고저장공간이줄어들지만 더많은슬래그를포함하여용융재료의품질을제어하기어렵고용광로온도를제어하기어렵고합금조성을알 수없습니다; 더중요한것은신소재의비율과같은운영직원의장인정신에의존하고보일러물의변화를관찰하는동안직원이오버플로우물과플래시를용광로에넣으면상황이악화될뿐만아니라폐기물을직접녹이는이방법도숨길수 있습니다. 높은결함률, 금형설계및 다이캐스팅매개변수의불안정성으로인해관리자는효과적인개선을할 수없었습니다. 이방법은표면품질요구사항이높은주물생산에는적합하지않으며러너손실비용을정확하게계산하기어렵습니다.

중앙용광로회수노즐과결함제품은생산량이많은다이캐스팅공장에서인기를얻고있습니다. 그이점은매우분명합니다. 즉, 재활용재료의중앙집중식처리는용광로효율을개선하고합금품질을제어할 수있습니다. 용융금속이중앙용광로에서용광로로직접공급되면다이캐스팅기계재료온도를안정적으로유지할수 있고슬래그가적습니다. 자동공급제어가장착되어있으면액체레벨의변화를최소화할 수있습니다. 현재널리사용되는중앙용해로는용량이큰 주철도가니로, 스테인리스스틸도가니로, 연속용해형 비도가니로등 여러범주로나뉩니다. 아연액체운송은또한여러범주로나뉩니다 : 오버헤드크레인형 액체재료운송, 지상트롤리형 (트랙리스또는트랙) 유지로 (공급장치포함) 운송및 유지로와중앙로를연결하는유지트로프형 중력이송장치가연결되어있습니다. 단점은투자가상대적으로크고단일합금에만적합하며 (소형도가니로는여기서논의되지않음) 작업장이넓은면적을차지하므로소형다이캐스팅공장 (5 대미만의기계)은적합하지않으며오래된작업장은변형및 협력이어렵다는것입니다. 따라서일반적으로새 공장을지을때만다시계획합니다. 규모의경제가없기때문에스프루 재료를재용융하기위해소형도가니로를사용하면중앙로보다비용이많이들기때문에계산기준으로사용되지않습니다.

용융비용계산

중앙용해로를기준으로러너의용해비용을계산하면됩니다. 80톤또는 160톤다이캐스팅기계 5대를보유한회사를예로들어보겠습니다. 장비에대한투자가 500, 000이라고가정하면 10 년으로나뉩니다. 매년약 1, 000 톤의러너재활용재료가처리됩니다 (실제상황은새로운재료에비례하여용융되어야하며재용융비용을계산하는것이순전히편리합니다).

게이트재료킬로그램당 용융비용은 $ 0. 93입니다. 위의 5 대기계의계산에따르면연간 1000 톤의러너노즐생산에는거의천만위안이소요됩니다. 불량품의재활용을포함하면이수치는더욱놀랍습니다 (예 : 평균주조중량은 100g이고불량품비율은 5 %, 사이클은 12 초, 연간불량품회수는약 53 톤입니다). 처리량이많을수록용융비용은낮아지지만환경보호및 엄격한품질관리비용은여기에서계산되지않습니다. 게이트재용융비용이상당히놀랍고다이캐스팅공장은비용을최소화해야한다는것을알 수있습니다. 따라서게이트무게를줄이는방법은비용제어의중요한열쇠입니다.

러너비용배분계산방법

노즐을정제하는비용은주물생산비용에포함되어야합니다. 가장일반적인방법은사용된재료에고정비율을곱하는것입니다. 예를들어원재료가격이 $10/kg이고노즐용융비용이주물무게의 3%인경우주물의재료가격을계산할때 $10.3이사용됩니다. 이방법은간단하지만비용계산에편차가발생하고실제물 배출구재활용비용이숨겨질수 있습니다. 이제다음예제를사용하여비교할수 있습니다:

고정비율로계산된경우:

실제복구비용으로계산한경우:

이차이는작아보일수 있지만생산주기가 20초이고기계가동률이 80%이며생산이 3교대로이루어지면각 기계는연간 1,261,440회생산합니다. 그차이는다음과같습니다:

고정비율방법을사용하면주조 A와주조 B의비용은동일하지만실제로는주조 B의비용이더 높습니다. 이사례에서고정비율방법을사용하여주조 B를계산하면생산비용을과소평가할뿐만아니라설계자가노즐러너의무게를목표로줄이지않도록간접적으로권장하고실제비용방법의적용을장려해야함을알 수있습니다 (아래표 참조).

게이트의무게를줄이기위해짧은게이트(짧은노즐) 디자인을사용하고템플릿의두께를줄이는것이더 일반적입니다. 더긴 기계노즐(일반적으로일반보다 20mm 더긴)을사용하고깊은캐비티게이트몰드설계와결합하여게이트의무게를줄입니다. 다음은새로운핫챔버다이캐스팅러너디자인입니다.

핫챔버다이캐스팅러너설계

다이캐스팅러너는노즐에서금형캐비티로흐르는용융금속의경로입니다. 스프루와러너의가지로구성됩니다. 주물을부착하고이형을용이하게해야하기때문에스프루에는경사가있어야합니다. 동시에이동식템플릿의스플리터블록은스프루의두께를줄일수 있으며, 스플리터블록에냉각수채널을추가하면금형열의균형을유지하고냉각시간을단축하며주물을꺼내서배출할 수있습니다. 1970년대초 호주 CSIRO에서실시한연구에따르면아연합금액체는다이캐스팅의경우허용가능한오차범위내에서다음과같이요약할수 있습니다:

액체는비압축성유체처럼작동합니다.

유체역학의일반원칙준수

레이놀드수치가높을수록흐름과정이난류임을나타냅니다.

위의연구결과에따르면용융금속의이상적인유동상태는다음과같아야합니다:

1. 러너섹션은원형입니다.

둘레/면적비율이가장낮기때문에원형단면파이프의표면저항이가장낮으므로압력손실도가장낮습니다. 동일한사다리꼴단면적과비교하면주변부가 20% 이상감소합니다.

2. 흐름파이프가직선입니다.

구부러진파이프는바이어스흐름을생성하고용융물에기포를혼합하여압력손실을유발합니다. 특히굽힘반경/파이프직경비율이 1 미만인경우압력손실이급격히증가합니다.

3. 액체흐름측면에서흐름채널프로파일이점차축소됩니다.

파이프프로파일이커지든작아지든급격한변화는높은압력손실과와류를유발합니다. 가장좋은해결책은파이프표면으로인한저항손실을보정하기위해프로파일을점진적으로줄이는것입니다.