주조 기술자료
사형 주조 공차
치수 공차
주물로 생산되는 부품에 치수 및 공차를 지정하려면 마감 부품의 기능적 요구 사항과 완성 된 부품을 생산할 때 포함될 수 있는 가공 작업 허용오차 및 초안과 같은 생산 요구 사항에 대한 허용치를 고려해야 함.
주강품에 대한 허용치와 주강품으로서의 부품 생산에 대한 주요 공차 고려 사항은 아래와 같으며, 이 정보와 함께 허용 오차에 대한 의사교환을 용이하게하기 위해 일련의 허용 오차 등급이 도입되었음.
| Raw Casting Basic Dimensions (㎜) |
Total Casting Tolerance (㎜) | ||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Over | Up to & including |
Casting Tolerance Grade CT | |||||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | ||
|
- 10 16 |
10 16 25 |
0.09 0.10 0.11 |
0.13 0.14 0.15 |
0.18 0.20 0.22 |
0.26 0.28 0.30 |
0.36 0.38 0.42 |
0.52 0.54 0.58 |
0.74 0.78 0.82 |
1.0 1.1 1.2 |
2.0 1.6 1.7 |
2.0 2.2 2.4 |
2.8 3.0 3.2 |
4.2 4.4 4.6 |
- - 6.0 |
- - 8.0 |
- - 10.0 |
- - 12.0 |
|
25 40 63 |
40 63 100 |
0.12 0.13 0.14 |
0.17 0.18 0.20 |
0.24 0.26 0.28 |
0.32 0.36 0.40 |
0.46 0.50 0.56 |
0.64 0.70 0.78 |
0.9 1.0 0.1 |
1.3 1.4 1.6 |
1.8 2.0 2.2 |
2.6 2.8 3.2 |
3.6 4.0 4.4 |
5.0 5.6 6.0 |
7.0 8.0 9.0 |
9.0 10.0 11.0 |
11.0 12.0 14.0 |
14.0 16.0 18.0 |
|
100 160 250 |
160 250 400 |
0.15 - - |
0.22 0.24 - |
0.30 0.34 0.40 |
0.44 0.50 0.56 |
0.62 0.70 0.78 |
0.88 1.0 1.1 |
1.2 1.4 1.6 |
1.8 2.0 2.2 |
2.5 2.8 3.2 |
3.6 4.0 4.4 |
5.0 5.6 6.2 |
7.0 8.0 9.0 |
10.0 11.0 12.0 |
12.0 14.0 16.0 |
16.0 18.0 20.0 |
20.0 22.0 25.0 |
|
400 630 1000 |
630 1000 1600 |
- - - |
- - - |
- - - |
0.64 - - |
0.90 1.0 - |
1.2 1.4 1.6 |
1.8 2.0 2.2 |
2.6 2.8 3.2 |
3.6 4.0 4.6 |
5.0 6.0 7.0 |
7.0 8.0 9.0 |
10.0 11.0 13.0 |
14.0 16.0 18.0 |
18.0 20.0 23.0 |
22.0 25.0 29.0 |
28.0 32.0 37.0 |
|
1600 2500 4000 6300 |
2500 4000 6300 10000 |
- - - - |
- - - - |
- - - - |
- - - - |
- - - - |
- - - - |
2.6 - - - |
3.8 4.0 - - |
5.4 6.2 7.0 - |
8.0 9.0 10.0 11.0 |
10.0 12.0 14.0 16.0 |
15.0 17.0 20.0 23.0 |
21.0 24.0 28.0 32.0 |
26.0 30.0 35.0 40.0 |
33.0 38.0 44.0 50.0 |
42.0 49.0 56.0 64.0 |
Source: SFSA 2000 steel casting tolerance
| Conditions | Select Tolerance Grades |
|---|---|
| All sand molding process fully capable, most appropriate for large castings |
CT 12 ~ 14 |
| Appropriable for most casting types and sand molding processes |
CT 10 ~ 12 |
| Within process capabilities, but not appropriate for all casting types and sand molding processes |
CT 8 ~ 10 |
| Investment Casting | CT 5 ~ 7 |
| Conditions | Select Tolerance Grades |
|---|---|
| All sand molding process fully capable, most appropriate for large castings |
CT 13 ~ 15 |
| Appropriable for most casting types and sand molding processes |
CT 11 ~ 13 |
| Within process capabilities, but not appropriate for all casting types and sand molding processes |
CT 9 ~ 11 |
빼기 구배 (Draft, Taper Allowance)
정의 : 패턴의 모든 수직면에서 주형 벽을 손상시키지 않고, 모래 주형에서 제거 할 수 있도록 허용해야 하는 각도
빼기의 각도는 주조의 크기, 생산 방법 및 성형이 손 또는 기계로 수행되는지 여부에 따라 다름.
기계 성형에는 최소한의 공차가 필요
수동 모래 조형의 내부 표면은 일반적으로 외부 표면보다 더 많은 공차를 필요
정상 조건에서 권장되는 각도는 ft 당 약 3/16 in (약 1.5°)
빼기 각도는 주조품을 생산할 주조 기술자와 논의해야 하는 중요 사안 중 하나임.
| Molding Process | Typical Draft (Taper) Angles | |
|---|---|---|
| Most Features | Deep Pockets | |
| Green Sand - Manual | 1.5° | 2.0° |
| Green Sand - Automated | 1.0° | 1.5° |
| No-bake & Shell Molding | 1.0° | 1.5° |
가공 여유
정의 : 패턴의 모든 수직면에서 주형 벽을 손상시키지 않고, 모래 주형에서 제거 할 수 있도록 허용해야 하는 각도
일반적으로 가공 여유는 주조의 크기와 모양, 가공 될 표면, 강의 경도, 주조 표면의 거칠기, 뒤틀림의 경향 및 가공에 사용되는 공구의 유형에 따라 다름.
철강 주조에 대한 표준 마감 공차는 각 주조품마다 틀리기 때문에 공식화하기 어려움.
하나의 주조에 허용 될 수 있는 허용치를 다른 제품에 일반화 시킬 수 없음.
일반적으로 가공 여유는 상기 나열된 변수에 따라 3/16 in에서 3/4 in까지 다양하며, 가공 공차는 주물을 공급할 주조 기술자와 논의하여 결정해야 함.
| Largest Dimension(㎜) |
Required Machining Allowance (㎜) Note. A minimum of 6mm RMA required on all cope casting surfaces |
||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Over | Up to & including |
Required machining allowance grade | |||||
| E | F | G | H | J | K | ||
| - | 40 | 0.4 | 0.5 | 0.5 | 0.7 | 1.0 | 1.4 |
| 40 | 63 | 0.4 | 0.5 | 0.7 | 1.0 | 1.4 | 2.0 |
| 63 | 100 | 0.7 | 1.0 | 1.4 | 2.0 | 2.8 | 4.0 |
| 100 | 160 | 1.1 | 1.5 | 2.2 | 3.0 | 4.0 | 6.0 |
| 160 | 250 | 1.4 | 2.0 | 2.8 | 4.0 | 5.5 | 8.0 |
| 250 | 400 | 1.8 | 2.5 | 3.5 | 5.0 | 7.0 | 10.0 |
| 400 | 630 | 1.8 | 2.5 | 3.5 | 5.0 | 7.0 | 10.0 |
| 630 | 1000 | 2.5 | 3.5 | 5.0 | 7.0 | 10.0 | 14.0 |
| 1000 | 1600 | 2.8 | 4.0 | 5.5 | 8.0 | 11.0 | 16.0 |
| 1600 | 2500 | 3.2 | 4.5 | 6.0 | 9.0 | 13.0 | 18.0 |
| 2500 | 4000 | 3.5 | 4.5 | 6.0 | 9.0 | 13.0 | 18.0 |
| 4000 | 6300 | 4.0 | 5.5 | 8.0 | 11.0 | 16.0 | 22.0 |
| 6300 | 10000 | 4.5 | 6.0 | 9.0 | 12.0 | 17.0 | 24.0 |
|
Sand casting, hand molded → use grade G-K Sand casting, machine molded(and shell) → use grade F-H Investment casting → use grade E |
|||||||
치수 공차에 영향을 미치는 변수
치수 공차는 특정 부위에 지정된 치수에서 제조된 부품의 허용 편차이며, 충족 가능한 허용 오차의 크기는 아래 요인에 따라 다름
- 1)한 개의 목/금형으로 몇 개의 주조품이 생산되는지 또는 대량으로 생산되는지 여부
- 2)주조의 디자인과 치수 유형
- 3)상·하형의 목/금형, 중자 생산에 사용되는 패턴 및 코어 박스 장비 수명
- 4)상·하형의 목/금형, 중자 생산에 사용되는 공정
- 5)주조 무게 및 치수 길이
- 6)주조물이 정삭 및 검사 작업의 일부로 치수가 조정되고 치수가 변경되는지 여부 (더 엄격하게 또는 더 여유롭게 해도 상관 없는지)
주조품 디자인 및 코어
주물의 설계, 많은 중자에 의한 주조품 형상의 복잡성은 충족 될 수 있는 공차를 결정하는 또 다른 고려 사항임.
중자 치수의 정확도와 정밀도는 완성품의 내경 크기, 치수, 모양 및 주변 금속의 압력으로 인한 휘어짐, 처짐, 파괴 등에 강한 중자를 만드는 능력에 따라 좌우 될 수 있음.
파팅 라인에 대한 문제
주조 목/금형의 경우, 상·하형 중자 등의 파팅 라인을 어떻게 설정하는지에 따라 가공 여유, 빼기 구배, 주조 공차 등 많은 부분에서 완성 주조품에 영향을 줄 수 있음.
주조 전문가와 상의 할 시, 상기 문제를 좀 더 잘 해결 할 수 있음.
목/금형 및 중자 목/금형(패턴)
주조 치수와 설계 치수의 적합성은 주조품 제조 시, 사용된 패턴의 종류에 따라 현저한 차이가 나며, 패턴(목/금형)으로 만들어진 몰드 내에서 주조품의 수축을 감안하는 치수로 만들어야 하기 때문에 가장 중요함.
또한 서로 다른 주조 공장이 동일한 패턴으로 생산한 주물의 공차는 대게 동일하지 않음.
특정 주조물을 만들기 위해 선택된 주조 회사는 주물의 수축 문제와 관련하여 주조 공장의 경험이 실수와 재작업의 문제가 발생되지 않도록 패턴에 대해 상의 할 것을 권장함.
패턴의 수명 또한 패턴 소재를 선택할 때 또 다른 고려사항임.
많은 양의 주조품을 생산 시, 마모에 의한 패턴의 치수 변화는 금속 패턴보다 목재 패턴에서 더 큼.
(금형 < 알루미늄 < 수지 < 목형 < 스티로폼)
| Loose wood pattern Pine pattern, mounted on cope and drag boards Hard wood pattern, mounted on cope and drag boards Plastic pattern, mounted on cope and drag boards Metal pattern, mounted on cope and drag boards Metal Matchplate |
Greatest variation
 |
Lowest Cost
 |
Source: SFSA 2000 steel casting tolerance
완성 주조품의 재질에 따른 패턴과 주조품의 공차 : 재질마다 고유의 밀도/비중을 갖고 있기 때문에, 금속의 응고 냉각에 따른 수축을 고려해야 함. 중자가 들어간 큰 주조품의 경우, 중자가 굳어지면서 단단해져 금속의 수축을 방해하여 치수 오차 및 불량이 생기기도 함.
몰딩 성형 공정 (조형)
많은 주조품에서 공차 범위를 결정하는 또 하나의 중요한 요소는 몰드 성형 공정 및 생산 기술임.
몰드 성형 장비는 치수 허용 오차 기능에도 영향을 미침. 예를 들면, 고압 샌드 몰딩은 일반 조형보다 좀 더 단단한 몰드를 생성함. 따라서 더 엄격한 공차가 가능함.
- 일반사형주조
- 고압사형주조
- Shell Mould Process
- Lost Wax
< 오른쪽으로 갈수록 치수 정밀도 높음 >
주조 중량 및 치수 길이 공차
주조 중량은 치수 변화에 매우 중요한 영향
주조 중량과 치수 길이 모두 비선형 방식으로 치수 공차에 상대적인 공정 능력에 영향을 미치며, 용융 금속의 밀도에 따라 수축이 틀려 치수가 틀려지기도 함.
재질에 따른 수축율 (길이 방향, 거리, 직진성, 평탄도, 중자 유무, 리브 등의 유무에 따라 틀림.)
- 1)일반 스테인레스 : 24~26/1000
- 2)일반 주강 : 18~20/1000
- 3)망간강 : 25~30/1000
|
Machine Molded Castings Hand Molded Castings All Other Castings |
±5% of average casting mass1 ±7% of average casting mass2 < +15% of calculated casting mass2 |
Source: SFSA 2000 steel casting tolerance
- 4)실물 주조품의 경우 그란인딩 제품의 미세한 두께 차이 등에 의해 5~7% 까지 차이가 날수 있으며 오래된 목형(마모,변형등)을 사용할 수록 그 편차는 더욱 심해진다. 초도품의 경우 최소 5개의 샘플링후 무계를 확정한다.
- 5)Calculated casting weight의 경우 주조공차, 가공공차, Pattern 공차등을 포함 하고 있어 크게는 ±15%의 차이가 발생한다.
평탄도(직진도) 오차 (Flatness Tolerance)
Hand molding 6 to 8
Sand cast machine molding and shell molding 5 to 7
Investment casting 4 to 6
| Raw Casting Nominal Length of the Feature(㎜) |
Total Geometrical Tolerance (㎜¹) *for reference |
|||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Over | Up to & including |
Casting Geometrical Tolerance Grade (CTG) | ||||
| 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | ||
| 10 | 30 | 0.27 | 0.4 | 0.6 | 0.9 | 1.4 |
| 30 | 100 | 0.4 | 0.6 | 0.9 | 1.4 | 2.0 |
| 100 | 300 | 0.6 | 0.9 | 1.4 | 2.0 | 3.0 |
| 300 | 1000 | 0.9 | 1.4 | 2.0 | 3.0 | 4.6 |
| 1000 | 3000 | 1.4 | 2.0 | 3.0 | 4.6 | 6.8 |
| 3000 | 10000 | - | 3.0 | 4.6 | 6.8 | 10 |
| 10000 | - | - | 4.6 | 6.8 | 10 | 15 |
| 1) When a value is outside the table, individual tolerances shall be indicated. | ||||||
Source: SFSA 2000 steel casting tolerance
측정 및 치수 업그레이드
주물 표면의 치수에 대한 허용 오차는 생산자와 소비자 사이에 선행 협의해야 하는 문제임.
하지만 치수상의 실수를 최소화하기 위해서 특정된 일부 공차는 생산 공법과 함께 고려되어야 함.
생산 공법 상의 능력보다 엄격한 공차는 주조품의 치수 합격을 위해 부분 가공을 해야 할 필요도 있음.
열처리 후의 주조품 공차
열처리 된 주조품의 경우, 고온 열처리로 인한 뒤틀림, 처짐, 눌림 또는 형상의 복잡함 등의 이유로 변형될 경우가 있음.
상기 문제를 해결하기 위하여 제품 특성에 맞는 열처리 지그가 필요하며, 기계 가공 완료된 주조품의 경우, 열처리 시 가공 부위의 정밀 치수 변형은 피하기 힘듦.
| Casting Requirements | Green Sand | Chemically Bonded | Shell | Investment |
|---|---|---|---|---|
| Surface Smoothness(표면조도) | Fair | Good | Good | Excellent |
| Minimum Metal Section[mm (in)] | 6 (0.25) | 5 (0.19) | 4 (0.16) | 2 (0.06) |
| Total (6σ) Tolerance for a 100mm (4 in) Features[mm (in)] | 3.4 (0.13) | 2.5 (0.10) | 1.7 (0.07) | 0.8 (0.03) |
| Added Total Tolerance[mm (in), across a parting face] | 3 (0.12) | 4 (0.16) | 2 (0.06) | No Parting |
| Intricacy(복잡 형상 적용) | Fair | Good | Very Good | Excellent |
| General Machine Finish Allowances**(일반적가공여유)[mm (in)] | 6 (0.25) | Most 5 (0.19) | 2 (0.06) | Least 0.5 (0.02) |
| Nomal Pattern Costs | 100% | 80% | 250% | 175% |
| Lead Time(Pattern제작 포함시) | 18 weeks | 12 weeks | 20 weeks | 22 weeks |
| Lead Time(패턴고객제공시) | 6 weeks | 6 weeks | 6 weeks | 8 weeks |
|
Values are presented for comparison only and should not be used directly as design tolerances on drawings, or for pattern procurement. 본사의 경우 인하우스 패턴제작으로 3일-2주 소요 ,초도품 5일-3주 소요 |
||||
References
- (1)Steel Casting Handbook, 5th Edition, SFSA (1980).
- (2)Karve, A., J. Chandra, and R. Voigt, "Determining Dimensional Capabilities from Short Run Sample Casting Inspection", AFS Transactions (1998).
