이 질문은 새로운 기계 개발 프로그램마다 나오며, 대개 엉뚱한 축에서 논쟁이 벌어집니다. 사람들은 어느 소재가 더 좋은지를 두고 다툽니다. 유용한 질문은 고객님의 생산 수량, 정밀도 등급, 일정에서 어느 쪽이 더 나은가입니다. 답은 실제로 이 세 가지에 따라 뒤집히기 때문입니다.
각 소재가 실제로 잘하는 것
회주철이 공작기계에서 자리를 지키는 이유는 감쇠입니다. 기지 조직 속의 편상 흑연이 내부 마찰로 진동 에너지를 흩어 버리며, 그 효과가 큽니다. 회주철(영문)은 비슷한 강재 단면보다 대략 한 자릿수 더 잘 감쇠합니다. 표면 거칠기의 한계가 처짐이 아니라 채터인 구조물에서는 데이터시트의 다른 어떤 항목보다 이것이 중요합니다.
강재는 비강성에서 앞섭니다. 구조용 강재의 영률은 약 200 GPa이고 회주철은 대략 100–130 GPa이므로, 올바른 위치에 배치된 소재 1킬로그램당 강재가 대략 두 배 강합니다. 박스 구조와 리브를 제대로 갖춘 용접 구조물은 대체하는 주철 주물보다 가벼우면서도 같은 하중에서 덜 처질 수 있습니다.
솔직하게 요약하면, 주철은 감쇠하고 강재는 단단합니다. 실제 결정은 모두 그중 어느 쪽이 부족한가에 관한 것입니다.
감쇠가 결정 요인이 아니게 되는 경우
감쇠 논리가 가장 강한 것은 단속 절삭이나 중절삭에서의 채터가 한계인 기계, 즉 선반, 보링기, 지지되지 않는 긴 스팬을 가진 구세대 밀링기입니다. 다음과 같은 경우에는 상당히 약해집니다.
- 고유 진동수가 높은 기계. 강하고 박스 구조가 잘 갖춰진 용접 구조물은 1차 모드를 공정이 실제로 만들어 내는 가진 주파수보다 위로 밀어 올립니다. 감쇠가 가장 중요한 것은 절삭력이 존재하는 대역에 모드가 있을 때이며, 모드를 옮기면 문제도 함께 옮겨 갑니다. 자세한 내용은 기계 구조물의 고유 진동수와 채터(영문)에서 다룹니다.
- 이음부가 감쇠를 담당하는 기계. 용접 구조물의 감쇠는 용접부와 볼트 체결 계면에 집중됩니다. 이음부 설계가 잘되어 있고 예압이 걸린 볼트 체결 계면을 갖춘 구조물은, 소재 자체는 그렇지 않더라도 실제로는 주철에 근접할 수 있습니다.
- 충전 용접 구조물. 박스 단면 내부에 모래, 콘크리트, 에폭시 골재를 채우면 강구조물에 저렴하게 감쇠를 더할 수 있습니다. 갠트리 크로스레일과 컬럼 베이스에서 흔히 쓰이며 격차의 상당 부분을 메워 줍니다. 전용 폴리머 주조 구조물과의 전체 비교는 미네랄 캐스팅 대 용접 강재(영문)에 있습니다.
대개 결정을 좌우하는 수량 논리
주철에는 목형이 따라옵니다. 기계 베이스라면 목재나 수지 목형, 코어 박스, 그리고 이를 주조해 줄 주물 공장이 필요하며, 첫 주물이 나오기까지 보통 수천 달러와 6–10주가 듭니다. 그 이후 추가 주물은 저렴하고 동일합니다.
용접 구조물에는 공구 비용이 없습니다. 도면이 출도된 그 주에 절단, 조립, 용접이 시작됩니다. 인건비는 목형처럼 상각되지 않으므로 추가 한 대의 비용은 대략 첫 대와 같습니다.
손익 분기점은 실재하며 어느 정도 예측 가능합니다.
| 연간 수량 | 일반적인 답 |
|---|---|
| 1–5 | 거의 항상 용접 구조물 |
| 5–25 | 감쇠가 결정적 제약이 아니라면 용접 구조물 |
| 25–100 | 실제로 경합 구간, 양쪽 모두 견적을 받을 것 |
| 100+ | 경제적으로 주조하기에 너무 크지 않다면 주물 |
크기가 커지면 분기점이 위로 올라갑니다. 최대 치수가 약 3미터를 넘으면 그 주입이 가능한 주물 공장이 빠르게 줄고, 무거운 주물 하나의 운송비가 비싸지며, 작은 부품이라면 진작 주철로 넘어갔을 수량에서도 용접 구조물이 경쟁력을 유지합니다.
납기와 설계 자유도
용접 구조물은 대수마다 설계를 바꿀 수 있습니다. 첫 기계에서 컬럼 벽 두께를 20 mm 늘리거나 리브 위치를 바꿔야 한다는 것이 드러나면, 그 변경은 도면 개정 한 번과 1주일이면 됩니다. 주물에서 같은 변경을 하려면 목형 수정과 주조 사이클 한 번이 더 필요합니다.
시제품, 시범 배치, 출시 후 첫 2년 안의 설계처럼 아직 최종 형태를 찾아가는 기계라면, 그 유연성이 대개 감쇠 차이보다 더 가치 있습니다. 여러 제조사가 처음 20대나 50대까지는 용접 프레임을 쓰고, 형상이 더 이상 바뀌지 않게 된 뒤에야 주철로 전환합니다. 이것은 타협이 아니라 합리적인 순서입니다.
용접 구조물 경로가 잘못될 수 있는 지점
용접 기계 베이스에 대한 실망의 대부분은 두 가지 실패 유형에서 나오며, 둘 다 소재 문제가 아니라 공정 문제입니다.
구조물에 남은 잔류 응력. 용접은 부품에 응력을 가둬 둡니다. 응력을 제거하지 않고 면을 가공하면 구조물은 이후 몇 달에 걸쳐 풀어집니다. 검사하고 합격시킨 형상이 조용히 사라집니다. 이것이 용접 베이스가 사용 중에 주철 베이스보다 성능이 떨어지는 가장 흔한 단일 원인이며, 완전히 피할 수 있습니다. 용접 기계 베이스의 응력 제거(영문)를 참고하십시오.
제관 중 변형. 긴 프레임에서 용접 순서를 잘못 잡으면 평면에서 수 밀리미터가 틀어질 수 있으며, 남겨 둔 가공 여유로는 감당할 수 없습니다. 이를 좌우하는 것은 용접 순서, 지그, 구속입니다. 대형 용접 구조물의 용접 변형 관리(영문)에서 조절 수단을 정리했습니다.
이 두 가지를 제대로 다루는 업체는 수십 년 동안 형상을 유지하는 용접 베이스를 만듭니다. 이를 건너뛰는 업체는 초품 검사를 통과하고 2년 차에 문제를 일으키는 베이스를 만듭니다. 그 차이는 견적서에 보이지 않습니다.
효과적인 결정 순서
- 결정적 제약을 파악하십시오. 기계의 한계가 채터입니까, 정적 처짐입니까, 열 변위입니까, 비용입니까? 주철을 강하게 지지하는 것은 첫 번째뿐입니다.
- 향후 3년간의 대수를 솔직하게 세십시오. 영업 부서가 약속하고 있는 대수까지 포함해서.
- 크기를 주물 공장 현황과 대조하십시오. 부품이 대략 3 m 또는 5 t를 넘으면, 주입하고 운송까지 할 수 있는 주물 공장 목록이 빠르게 짧아집니다.
- 설계가 확정되었는지 물어보십시오. 확정되지 않았다면, 용접 구조물은 생각을 바꿀 권리를 사 줍니다.
- 감쇠에서는 여전히 주철이 앞서지만 수량에서 밀린다면, 포기하기 전에 충전 용접 구조물의 견적을 받아 보십시오. 충전은 저렴하며 감쇠 수치를 크게 끌어올립니다.
1–50대 범위에서 일하는 기계 제조사 대부분은 응력 제거와 정삭 가공을 마친 용접 구조물로 결론을 내리며, 그 이유는 금속학적 요구 때문이라기보다 일정과 공구 비용 때문입니다. 용접 구조물의 사양과 공정이 제대로 관리된다면 이는 완벽하게 타당한 엔지니어링 답입니다.
어느 쪽으로도 갈 수 있는 베이스 설계가 있고, 목형에 투자하기 전에 제관 경로의 견적을 제대로 받아 보고 싶으시다면 도면을 보내 주십시오. 검토 결과는 영업시간 기준 24시간 이내에 회신하며, 애초에 용접하기에 합리적인 형상인지도 함께 알려 드립니다. 네트워크가 다루는 크기는 제작 가능 범위에 정리되어 있습니다.