탕구계 란?
탕구계(gating system)는 용융금속을 주입하기 위한 통로를 총칭합니다. 탕구계는 불순물을 주입구 벽에 부착시켜 주형에 도달하는 것을 차단하고, 용탕의 대기 노출을 방지하기 위해 테이퍼 형상으로 되어 있습니다.
탕구계는 제품의 모양, 크기, 주조방안 등에 따라 달라집니다. 성공적인 탕구계 설계는 가스나 슬래그의 유입을 방지하면서 난류와 과도한 온도손실이 없이 적당한 유속으로 용탕을 흘려보내는 것입니다.
탕구계의 기능
탕구계의 기능은 다음과 같습니다.
| 탕구계의 기능 | 설명 |
|---|---|
| 주형 손상 방지 | 주형에 손상을 주지 않고, gas를 흡입하지 않으며, 주입량과 온도구배가 알맞도록 설계 |
| 공기/산화개재물 유입 방지 | 공기 또는 산화개재물(dross)이 주물에 유입되지 않도록 함 |
| 주형벽 침식 방지 | 탕구계의 주형벽을 침식하지 않고 주물사가 주물에 들어가지 않도록 함 |
| 용탕의 유속 감소 | 용탕의 유속을 감소시켜 빠르게 주형 속에 충만되게 함 |
| 슬래그 제거 및 압탕 역할 | 슬래그의 제거와 함께 압탕의 역할을 겸함 |
탕구계의 설계는 목적에 따라 다릅니다. 예를 들어, 분할탕구는 주형의 상형과 하형의 분할선을 따라 주형공간에 도달하게 됩니다.
탕구계의 구성
탕구계는 용융금속으로 주형을 채우기 위한 것으로, 응고과정을 통해 모든 부분이 급탕이 되도록 전진성응고를 조절할 수 있도록 설계되어야 합니다. 탕구계는 탕류, 탕구, 탕도, 탕로, 주입구 등으로 구성되어 있습니다.
| 탕구계 구성요소 | 설명 |
|---|---|
| 탕류 | 탕구에 쇳물을 바로 주입하지 않고, 용융금속을 일단 고이게 하여 불순물을 부유시켜 제거한 후 깨끗한 용융금속만 일정한 속도로 유입될 수 있도록 설치된 부분 |
| 탕구 | 용융금속이 탕구계의 여러 부분에 흘러가는 수직통로 |
| 탕도 | 금속이 흘러 지나가는 중요 수평통로 |
| 주입구 | 탕도와 주형공간을 연결하는 짧은 입구 |
| 탕구저 | 탕구바닥에 있는 넓은 원통형이나 장방형 부분 |
| 초크 | 주물 본체에 슬래그나 잡물이 들어가는 것을 막거나, 주입속도를 조절하기 위해 탕구를 조인 부분 |
탕구의 종류에는 분할탕구(parting gate)와 저면탕구(bottom gate)가 있습니다. 분할탕구는 주형의 상형과 하형의 분할선을 따라 주형공간에 도달하게 되고, 저면탕구는 하형의 바닥면에서 주형공간으로 도달하게 됩니다.
탕구계의 역할과 설계조건
탕구계의 역할
| 탕구계의 역할 | 설명 |
|---|---|
| 공기/산화개재물 유입 방지 | 공기나 산화개재물이 주물에 유입되는 것을 방지하여 품질을 유지 |
| 주형벽 침식 방지 | 탕구계가 주형벽을 침식하는 것을 막아 주물사가 주물에 들어가지 않도록 보호 |
| 용탕 유속 감소 | 용탕의 유속을 조절하여 안정적인 충전과 가스 포집 최소화 |
| 용탕의 빠른 충만 | 용탕이 빠르고 효율적으로 주형 속에 충만되도록 돕는다 |
| 슬래그 제거 및 압탕 역할 | 슬래그를 제거하고, 압탕으로서의 기능을 통해 용탕의 질을 향상 |
탕구계의 설계조건
| 탕구계 설계조건 | 설명 |
|---|---|
| 구석진 부분까지의 쇳물 이동 | 쇳물이 주형의 모든 구석진 부분까지 들어갈 수 있도록 설계 |
| 정숙한 주입으로의 난류 방지 | 난류를 일으키지 않고 정숙한 주입이 가능하도록 흐름 설계 |
| 가스 방출 용이성 | 쇳물 내 가스가 용이하게 방출될 수 있도록 구조화 |
| 불순물 분리 용이성 | 쇳물에서 불순물을 분리하기 쉽도록 설계 |
| 가압 효과를 위한 높이 설계 | 주형에 들어간 쇳물에 가압 효과가 있도록 적절한 높이로 설계 |
| 구성 요소 | 탕구(sprue), 탕구저(sprue base), 탕도(runner), 주입구, 탕구(gate), 탕도연장(runner extension), 초크(choke)로 구성 |
탕구계 설계 시 고려사항
| 고려 사항 | 설명 |
|---|---|
| 구석진 부분까지의 쇳물 이동 | 쇳물이 주형의 모든 부분까지 원활하게 이동할 수 있도록 해야 합니다. 이는 주물의 완전성을 보장합니다. |
| 정숙한 주입으로의 난류 방지 | 쇳물을 주입할 때 난류를 최소화하여 조용한 흐름을 유지해야 합니다. 이는 주물 내부의 공기 포획 및 결함을 방지합니다. |
| 가스 방출 용이성 | 설계는 쇳물 내에 포함된 가스가 쉽게 방출될 수 있도록 해야 합니다. 이는 주물 내부의 기포 형성을 방지합니다. |
| 불순물 분리 용이성 | 쇳물에서 불순물을 효과적으로 분리할 수 있도록 해야 합니다. 이는 주물의 품질을 향상시킵니다. |
| 가압 효과를 위한 높이 설계 | 쇳물이 주형에 들어갈 때 적절한 압력을 가할 수 있는 높이로 설계해야 합니다. 이는 주물의 밀도를 높이고 결함을 줄이는 데 도움이 됩니다. |
탕구계 탕도와 게이트의 설치 위치?
상주식 탕구계
상주식 탕구계(Top gate)는 주형의 빈 공간에 용탕을 채우는 통로인 탕구계의 한 종류입니다. 상주식 탕구계는 간단하고 비교적 작은 주물을 만들 때, 침식에 강한 주형을 사용할 때 사용합니다.
작업이 간편하고 탕구계가 짧아 경제적이며 소형주물을 제작합니다. 그러나 공기의 유입이 쉽고 난류가 일어나 주형이 침식되므로, Mg, Al 등 가볍고 산화가 쉬운 금속에서는 사용하지 않습니다.
하주식(압상식) 탕구계
하주식 탕구계는 주형의 바닥에서 용탕이 주형 내부로 들어가는 형식을 말합니다. 탕구계는 주형 내의 빈 공간에 용탕을 채우는 통로를 말합니다. 탕구계는 탕구, 탕도, 주입구 등을 포함합니다.
하주식 탕구계는 주형 내 침식과 난류를 최소화할 수 있지만, 상부에 라이저를 붙이면 온도 구배가 낮습니다. 주형 밑바닥에서 채워 올라오는 용탕에 의해 가열되므로 하부의 응고가 늦습니다.
난류와 침식작용을 줄이고 주입구의 단면적을 작게 하여 수축공 발생을 막습니다. 하부의 쇳물이 상승하여 응고가 지연되고 온도구배가 불량하다는 특징이 있습니다.
분리식 탕구계
주형의 분리선에 탕구를 설치하는 상주식과 하주식의 중간형태로서 지향성 응고가 촉진됩니다.
다단식 탕구계
여러층의 게이트를 사용하여 하주식 탕구의 장점만을 갖습니다.
탕구계의 장점
탕구계는 비중이 크고 산화물 생성이 적은 금속(회주철 등)에 사용됩니다. 탕구계의 장점은 다음과 같습니다.
- 탕구계에는 항상 용탕이 충만되어 있어 주입 속도를 조절할 수 있습니다.
- Gate가 많아도 압력이 일정하므로 각 주입구로부터 유입량도 대략 일정합니다
탕구비
탕구비: SRG. (S[탕구]: R[탕도]: G[주입구])
탕구비는 탕구, 탕도, 주입구 등의 단면적의 비를 말합니다. 보통 탕구단면의 넓이, 전 탕도단면의 넓이, 전 주입면의 넓이로 표시합니다.
탕구, 탕도, 주입구의 단면적과 비율은 쇳물이 흐름, 슬래그 혼입, 주입시간에 영향을 줍니다.
– 주철의 경우 S < R > G, 주강, 동합금, 경합금의 경우 S < R < G의 비율로 한다.
– 용탕온도와 유동성이 낮으면 단위 시간당 주입량을 증가시킨다.
– 가압식 탕구비: 주입구에서 쇳물흐름을 제한하여 탕구계 전체에 압력을 가하며, 주입구의 총 단면적은 탕구보다 작다.
| 구성 요소 | 설명 |
|---|---|
| 탕구비 | 탕구, 탕도, 주입구 등의 단면적의 비를 의미함. 일반적으로 탕구단면의 넓이, 전 탕도단면의 넓이, 전 주입면의 넓이로 표시됨. |
| 비율 및 영향 | *탕구, 탕도, 주입구의 단면적과 비율이 쇳물의 흐름, 슬래그 혼입, 주입 시간에 영향을 줌. *주철의 경우 S < R > G, 주강, 동합금, 경합금의 경우 S < R < G의 비율로 함. *용탕 온도와 유동성이 낮을수록 단위 시간당 주입량을 증가시킴. |
| 가압식 탕구비 | 주입구에서 쇳물 흐름을 제한하여 탕구계 전체에 압력을 가하며, 주입구의 총 단면적은 탕구보다 작음. |
덧쇳물
덧쇳물(압탕, Riser)
덧쇳물(feeder)은 주형 내에서 쇳물이 응고될 때 수축으로 쇳물의 부족을 보급하며, 수축공이 없는 치밀한 주물을 만들기 위한 것입니다.
덧쇳물은 탕구 모양으로 설치되며, 주형 내의 쇳물에 압력을 주고, 응고시 체적감소로 인한 쇳물부족을 보충합니다. 또한, 불순물과 용재 일부를 밖으로 내보내고, 주형 내에 가스를 방출시켜 수축공현상을 방지합니다.
쇳물을 지속적으로 공급하여 수축량을 보충하고 조직을 치밀하게 합니다. 덧쇳물의 양은 주물 부피의 약 30%이며, 주물의 가장 두꺼운 부분에 설치하여 마지막에 응고되도록 합니다.
– 응고속도가 주물보다 늦도록 액상금속을 충분히 함유하며, 대기중에 노출되는 것이 좋다.
– 가압력이 주물의 전부위에 전해져야 하고, 주물에서 압탕을 향하는 지향성 응고가 되어야 한다.
– 저밀도 재료(알루미늄 합금)보다 고밀도 재료(주강, 주철)에서 더욱 효과적이다.
플로오프
– 주형에서 가장 높은 곳에 설치하여 금속의 충만 여부를 확인하고, 불순물과 용재를 외부로 배출합니다.
– 주형내의 가스를 방출하여 수축공 현상을 방지합니다.
마무리
오늘은 탕구계의 구성, 역할, 설계조건 및 게이트 설치 위치에 대해 알아보았습니다.
탕구계는 용융금속을 주입하기 위한 통로를 총칭하는데, 이는 제품의 모양, 크기, 주조방안에 따라 다양하게 설계됩니다. 주요 기능으로는 주형 손상 방지, 공기나 산화개재물 유입 방지, 용탕 유속 조절, 슬래그 제거와 함께 압탕 역할을 겸하는 것 등이 있습니다.
탕구계의 설계 시 고려해야 할 사항으로는 구석진 부분까지의 쇳물 이동, 정숙한 주입으로의 난류 방지, 가스 방출 용이성, 불순물 분리 용이성, 그리고 주형에 들어간 쇳물에 가압 효과를 주는 높이 등이 있습니다.
또한, 탕구계는 다양한 형태로 구성됩니다. 상주식 탕구계는 주형의 빈 공간에 용탕을 채우는 형태로 간단하고 비교적 작은 주물을 만들 때 사용되며, 하주식 탕구계는 주형의 바닥에서 용탕이 주형 내부로 들어가는 형식입니다. 이 외에도 분리식 탕구계, 다단식 탕구계 등이 있습니다.
마지막으로, 탕구비는 탕구, 탕도, 주입구 등의 단면적의 비를 의미하며, 이는 쇳물의 흐름, 슬래그 혼입, 주입시간에 영향을 줍니다. 탕구비는 각각의 구성 요소의 단면적과 비율에 따라 다양하게 설계됩니다.