플라이휠은 조 크러셔의 핵심 에너지 저장 및 전달 부품으로, 편심축에 장착되어 부하 변동을 균형 있게 조절하고 에너지를 저장하며 회전 관성을 통해 안정적인 작동을 보장합니다. 일반적으로 디스크 형태로, 편심축과 일치하는 축 구멍과 풀리 홈이 있으며, 부하 요건에 따라 회주철(HT250/HT300) 또는 구상흑연주철(QT450-10/QT500-7)로 제작됩니다.
제조에는 주조(금형 준비와 함께 모래 주조, 1380~1450°C에서 용융/주조, 응력 완화를 위한 열처리), 기계 가공(외부 원, 내부 구멍, 풀리 홈의 거친/중간 마무리, H7 허용 오차 및 라 ≤1.6μm 표면 거칠기를 달성하기 위한 정밀 연삭), 동적 밸런싱(잔류 불균형 ≤10g·cm를 보장하기 위한 G6.3 등급)이 포함됩니다.
품질 관리에는 재료 검사(화학 성분 및 기계적 성질), 주조 결함 검출(균열/기공에 대한 산/유타), 가공 정밀도 검사(치수/기하학적 공차), 그리고 최종 동적 평형 검증이 포함됩니다. 이러한 조치들은 고속 회전에서 플라이휠의 신뢰성을 보장하며, 파쇄기 안정성에 필수적인 8~10년의 사용 수명을 보장합니다.
플라이휠은 조 크러셔의 핵심적인 전달 및 에너지 저장 부품으로, 일반적으로 편심축의 양쪽 끝에 장착됩니다. 플라이휠은 모터 풀리와 함께 작동하여 장비를 구동합니다. 플라이휠의 핵심 기능은 큰 회전 관성을 이용하여 에너지를 저장하고, 회전 중 편심축에 의해 발생하는 주기적인 부하 변동을 균형 있게 조절하며, 모터 부하에 가해지는 충격을 줄이고, (특히 가동 조가 재료를 파쇄할 때의 작동 스트로크와 복귀 시의 작동 스트로크 사이의 에너지를 완충함으로써) 파쇄기의 안정적인 작동을 보장하는 것입니다. 또한, 플라이휠은 벨트 구동을 통해 모터 토크를 편심축으로 전달하여 가동 조의 왕복 파쇄 운동을 가능하게 합니다.
플라이휠은 일반적으로 디스크 모양이며, 바깥쪽 테두리에 풀리 홈이 있습니다(일부 모델은 플라이휠과 풀리가 일체형입니다). 중앙에는 편심축과 일치하는 축 구멍이 있으며, 양쪽에 경량화 구멍이나 보강 리브가 추가될 수 있습니다(가벼움과 강성의 균형을 맞추기 위해). 플라이휠의 무게는 파쇄기 크기에 따라 다릅니다. 소형 기계는 50~200kg, 대형 기계는 500~2000kg입니다. 재료는 잦은 토크와 원심력을 견딜 수 있도록 높은 강도와 인성을 가져야 합니다.
I. 플라이휠의 주조 공정
죠 크러셔 플라이휠은 대부분 회주철(HT250, HT300) 또는 구상흑연주철(QT450-10, QT500-7)을 사용하여 주조 방식으로 제작됩니다. 회주철은 가격이 저렴하고 충격 흡수력이 좋으며 가공이 용이하여 중소형 플라이휠에 적합합니다. 구상흑연주철은 강도(인장 강도 ≥450 엠파)가 높고 인성이 우수하여 대형 또는 고하중 플라이휠에 사용됩니다. 구체적인 주조 공정은 다음과 같습니다.
금형 준비
모래주조(수지모래 또는 규산나트륨모래)를 사용합니다. 플라이휠 도면을 기반으로 목재 또는 금속 패턴(축 구멍, 풀리 홈, 무게 감량 구멍 등의 세부 사항 포함)을 제작하며, 회주철의 약 1% 수축률을 고려하여 3~5mm의 가공 여유를 둡니다.
모래 주형은 85% 이상의 밀도로 다져져 매끄러운 캐비티 표면을 확보하고 주물에 모래 구멍이 생기는 것을 방지합니다. 또한, 주입 중 가스 포집 및 기공 발생을 방지하기 위해 분리면에 배기 홈을 추가합니다.
녹이고 붓기
회주철 용해: 선철, 고철, 그리고 회수 고철을 1400~1450°C의 큐폴라 또는 중주파로에서 비율에 맞춰 용해합니다. 유동성과 강도의 균형을 맞추기 위해 화학 조성을 조절합니다(C: 3.2~3.6%, 시: 1.8~2.2%, 민: 0.6~0.9%, S ≤0.12%, P ≤0.15%).
연성 주철은 출탕 전에 구상화제(예: 마그네슘 합금, 세륨 합금)와 접종제(페로실리콘)를 첨가해야 합니다. 구상화 후 (구상화 붕괴를 방지하기 위해) 1380~1420°C에서 신속하게 주입합니다.
바닥 주입 시스템은 안정적인 금속 흐름을 보장하여 슬래그 유입을 방지합니다. 라이저는 대형 플라이휠에 사용되어 두꺼운 부분(예: 림)을 공급함으로써 수축공 및 기공 발생을 방지합니다.
셰이크아웃 및 청소
주물은 200°C 이하로 냉각 후 셰이크아웃합니다. 라이저를 제거하고(대형 플라이휠은 화염 절단, 소형 플라이휠은 수동 노킹), 게이트 마크를 매끄럽게 연마합니다.
표면 모래와 버를 청소합니다. 육안 검사를 통해 균열이나 콜드 셧(추운 닫다) 여부를 확인합니다. 중량 감소 구멍과 샤프트 구멍은 예비 청소합니다.
열처리
회주철 플라이휠: 응력 제거 어닐링(550~600°C로 가열하고 2~4시간 유지한 후 200°C로 용광로 냉각)을 통해 주조 응력을 제거하여 기계 가공 중 변형을 방지합니다.
연성 주철 플라이휠: 정규화(850~900°C에서 1~2시간, 공랭)를 통해 입자가 미세화되어 펄라이트 함량이 ≥80%, 경도가 180~230 HBW로 보장됩니다.
2세. 플라이휠 제조 공정
가공 정밀도는 플라이휠의 동적 균형과 변속 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다. 여러 단계의 가공을 통해 중요한 치수와 기하 공차를 보장합니다.
거친 가공
주조물의 바깥쪽 원과 단면을 기준으로 선반(또는 CNC 선반)을 사용하여 림 바깥쪽 원, 안쪽 구멍(편심 축과 일치) 및 양쪽 단면을 대략적으로 돌려서 2~3mm의 마무리 여유를 남깁니다.
중량 감소 구멍(설계된 경우)은 구멍 직경 허용 오차 ±0.5mm, 표면 거칠기 라 ≤12.5μm의 방사형 드릴을 사용하여 뚫습니다.
준결승
내부 구멍 정밀 가공: 황삭된 외부 원을 기준으로 3조 척이 플라이휠을 고정합니다. 내부 구멍은 설계 치수에 근접하도록 가공(0.5~1mm 여유)하여 진원도 ≤0.1mm, 편심축과의 맞춤 간극은 H7/JS6 공차에 따라 확보합니다.
풀리 홈 가공: 통합 플라이휠-풀리 설계의 경우, V 홈은 림에 가공되며 깊이/폭 허용 오차는 ±0.2mm, 표면 거칠기 Ra는 ≤6.3μm, 홈 각도 편차는 ≤1°입니다.
마무리 손질
최종 내부 구멍 가공: 리밍 또는 연삭(대형 플라이휠의 경우 내부 연삭기)을 통해 H7 허용 오차, 표면 거칠기 라 ≤1.6μm, 축 직진도 ≤0.05mm/m를 달성합니다.
단면 정밀 선삭: 내부 구멍을 기준으로 다이얼 인디케이터가 플라이휠을 정렬합니다. 양쪽 단면은 내부 구멍 축과의 직각도 ≤0.05mm/100mm, 평탄도 ≤0.1mm/m를 보장하기 위해 정삭됩니다.
예비 동적 밸런싱: 밸런스 스탠드로 밸런스를 점검합니다. 무거운 부분은 표시하고, 림 측면을 밀링하여 (소량의 금속을 제거하여) 대략적인 밸런싱을 실시하여 잔류 불균형을 ≤50 g·cm로 제한합니다.
표면 처리
버(규석)를 제거합니다. 내부 구멍 표면은 인산염 처리되어 편심축과의 결합 안정성을 향상시킵니다. 외부 표면은 60~80μm 두께의 도막으로 도장(프라이머 + 상도)되어 영국/T 9286에 따른 1등급 접착력을 달성합니다(교차 절단 시험에서 박리 없음).
3세. 플라이휠의 품질 관리 프로세스
고속 회전 부품으로서 품질 관리에는 재료, 가공 정밀도, 동적 균형이 포함됩니다.
원자재 및 주조 품질 관리
화학 성분 검사: 분광기로 C, 시, 민 함량을 확인합니다. 인장 시험(연성 주철: 인장 강도 ≥450 엠파, 신장률 ≥10%)을 시료에 대해 실시합니다.
결함 감지: 중요 부위(림, 내부 구멍)에 대한 100% 자분탐상검사(산)를 통해 균열이나 기공을 검사합니다. 초음파 검사(유타)를 통해 φ3mm 이상의 내부 결함이 없는지 확인합니다.
