기계 가공 용접물과 주물: 기계 베이스 선택 방법
기계 베이스, 컬럼, 베드에는 검증된 답이 두 가지 있습니다. 회주철로 주조하거나, 강판으로 제작해 기계 가공하는 것입니다. 둘 다 훌륭한 선택입니다. 선택은 대개 수량, 납기, 그리고 강성보다 감쇠가 더 필요한지에 달려 있습니다.
요약
| 기계 가공한 강재 용접물 | 주철 | |
|---|---|---|
| 금형 비용 | 없음 | 목형: 큼, 제작에 수 주 |
| 납기(첫 제품) | 8–12주 | 목형 포함 16–24주 |
| 수량 1–10에서의 단가 | 낮음 | 높음 |
| 수량 50 이상에서의 단가 | 높음 | 낮음 |
| 단위 질량당 강성 | 높음(E ≈ 200 GPa) | 낮음(E ≈ 100–130 GPa) |
| 진동 감쇠 | 낮음 | 높음 |
| 설계 변경 | 저렴. 도면을 고쳐 절단 | 비쌈. 새 목형 |
| 복잡한 내부 형상 | 어려움 | 자연스러움 |
| 수리성 | 용접 가능 | 어려움 |
강성: 서류상으로는 강재가 이긴다
강재의 영률은 대략 200 GPa입니다. 회주철은 등급에 따라 대략 100–130 GPa입니다. 같은 단면이라면 강재는 거의 두 배 뻣뻣합니다.
실제로는 격차가 좁혀집니다. 주물은 보통 더 두꺼운 벽과 넉넉한 리브로 설계되고, 주조 공정에서는 복잡한 리브 형상이 거의 공짜인 반면, 용접물에서는 리브 하나하나가 절단하고 맞추고 용접할 부품이 하나 더 늘어나는 것이기 때문입니다.
따라서 솔직한 표현은 이렇습니다. 용접물은 더 작은 질량으로 주어진 강성을 달성하고, 주물은 목형이 생긴 뒤에는 더 낮은 단가로 달성한다.
감쇠: 주철이 이기며, 사람들이 생각하는 것보다 중요하다
회주철은 흑연 편 덕분에 내부 감쇠가 강재보다 대략 한 자릿수 우수합니다. 진동 에너지는 울리는 대신 재료 내부에서 열이 됩니다.
정밀 공작기계, 연삭기, 지그 보링기처럼 표면 마감이 채터로 결정되는 것에서는 이것이 논거의 전부이며, 공작기계의 베드가 한 세기 동안 주철이었던 이유입니다.
펌프, 기어박스, 시험 리그를 싣는 베이스에서는 훨씬 덜 중요하며, 대개 용접물이 더 나은 답입니다.
중간 길: 감쇠를 설계에 넣은 강재 용접물입니다. 박스 단면에 모래나 폴리머 콘크리트를 채우거나, 구속층형 제진 처리를 볼트로 붙이거나, 모드 해석이 도움이 된다고 보여 주는 곳에 질량을 더하는 등의 선택지가 있습니다. 적은 비용으로 격차의 쓸 만한 부분을 되찾을 수 있습니다.
납기와 목형 문제
주물에는 목형이 필요합니다. 만드는 데 수 주가 걸리고, 상당한 비용이 들며, 형상을 고정시킵니다. 그 뒤에 주조소의 대기열, 주입, 냉각, 시효 처리, 기계 가공이 이어집니다.
용접물에 필요한 것은 DXF와 판재입니다. 이 비대칭이 초기 단계의 프로젝트를 지배합니다.
- 시제품 또는 첫 제품: 거의 항상 용접물. 설계는 바뀌기 마련이고, 용접물이라면 도면 수정으로 끝납니다.
- 소량, 연 1–20대: 대개 용접물. 목형 상각이 맞아떨어지는 경우는 드뭅니다.
- 자리 잡은 양산, 50대 이상: 설계가 확정되었다면 주물이 유리해지기 시작합니다.
설계 자유도는 양날의 칼
주물은 곡면, 유기적인 형상, 내부 리브 형상을 자연스럽게 해냅니다. 용접물은 평판과 직선 단면을 강요하며, 때로는 같은 단면 성능을 얻기 위해 재료가 더 들어갑니다.
용접물은 큰 것을 자연스럽게 해냅니다. 일정 크기를 넘으면 그 부품을 주입할 수 있는 주조소는 드물고 비싸지지만, 제작업체는 더 큰 크레인만 있으면 됩니다. 6 m 기계 베드에서는 용접물이 유일한 현실적인 답인 경우가 많습니다.
용접물은 복합 구조에도 강합니다. 하중이 집중되는 곳은 후판, 그렇지 않은 곳은 박판, 베어링이 놓이는 곳에는 기계 가공한 인서트입니다. 주물은 전체가 한 가지 재료입니다.
기계 가공 용접물이 실제로 포함하는 것
“제작품”이 “거친 것”으로 읽히기도 하므로 분명히 해 둘 가치가 있습니다.
- 판재를 윤곽대로 절단하고 가장자리를 준비
- 지그에서 가조립하고 가용접해 직각 확인
- 인증된 절차로 용접. 변형을 제어하도록 순서를 계획. 후판 용접의 변형 제어 참고
- 응력 제거: 나머지 공정이 유지되게 하는 단계. 용접 기계 베이스의 응력 제거에서 다룸
- 황삭 가공
- 응력이 큰 단면은 두 번째 응력 제거
- 최종 공차까지 정삭 가공
- 치수 검사. 큰 치수 범위에서는 보통 레이저 트래커
4번과 6번 단계가 기계 베이스와 단순 제작품을 가릅니다. 건너뛰면 납품 후에 부품이 움직입니다.
비용 요인은 다르다
주물의 비용은 목형 상각, 주입 중량, 기계 가공이 좌우합니다. 목형이 생긴 뒤에는 부품을 20% 더 무겁게 해도 단가는 거의 움직이지 않습니다.
용접물의 비용은 공수, 즉 절단, 맞춤, 용접, 기계 가공 셋업이 좌우합니다. 같은 접합부 수에서 부품을 20% 더 무겁게 해도 거의 변하지 않지만, 브래킷을 스무 개 추가하면 달라집니다. 자세한 내용은 대형 프레임과 스키드의 비용을 좌우하는 요인에 있습니다.
결정 순서
- 채터나 진동 감쇠가 결정적인 요구사항인가. 그렇다면 주철, 또는 감쇠를 설계에 넣은 용접물 쪽으로 기웁니다.
- 3년간 몇 대를 만드는가. 약 20대 미만이면 용접물 쪽으로 기웁니다.
- 설계가 확정되었는가. 아니라면 용접물입니다.
- 어느 방향으로든 약 3 m보다 큰가. 용접물이 점점 더 현실적인 답이 됩니다.
- 첫 제품이 얼마나 빨리 필요한가. 용접물은 대략 두 달을 줄여 줍니다.
- 현장 수리나 개조가 필요한가. 용접물입니다. 절단해서 다시 용접할 수 있습니다.
산업 설비 베이스, 스키드, 프레스 프레임, 시험 리그 대부분은 용접물에 도달합니다. 양산되는 정밀 공작기계 베드는 주물에 도달합니다. 흥미로운 경우는 그 중간에 있으며, 단정하기보다 모델링해 볼 가치가 있습니다.
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