주조의 정의 및 종류

실험주제:  주조의 정의 및 종류

실험 목적: 주조에 대해 이해하고 주조를 통해 주물을 얻을 수 있다.

이론:

주조, 영어로는 casting이라고 한다. 그 이름에서도 뜻을 유추해 볼 수 있듯이, 금형을 넣어 만들다라는 뜻을 갖고 있다. 따라서, 주물(castings)란, 제작하고자 하는 형상의 원형을 만들고 그 원형으로 주형(mold)을 제작하여 놓고, 각종 금속을 금속 용해로에서 녹여서 그 주형(mold)에 주입하고, 그 주형속에서 냉각, 응고시켜서 주조품을 만드는 과정 전체를 casting, 주조라고 한다.

예를 들어 사극에서 대장장이들이 칼을 만드는 과정을 생각해보자. 이때 우리가 만들고자 하는 것은 칼, 즉 칼은=주물(castings)라고 한다. 칼을 모양을 하고 있는 거푸집=주형(mold)라고 한다. 그리고 이러한 용융, 냉각 과정 전체를 주조(casting)라고 한다.

주조의 역사는 생각보다 오래 되었는데, 이미 2300년 청동제품을 제작하였고, 1200년 전에는 에밀레종과 같은 대형주물도 생산하였다. 특히 주철(cast iron)이 발명된 것은 15세기 초이며, 이때부터 주조 기술은 급진적으로 발전하게 되었다. 특히 오늘날에 들어와서는 주조는 기계제작에서 많이 이용되는 가공법 중의 하나이다. 그러나 이론상으로는 melting과 cooling을 통해서 만드는 간단한 방법처럼 보일지라도. 일반적으로 목형을 만들고 주형을 제작해서 용해하고 주입해서 만드는 실제로는 매우 복잡한 작업이 많다.

주조의 과정

 

주조에서 중요한 것은 그림과 같이 (a)와 같은 주조계획의 결정 (b)와 같은 원형을 만드는 원형제작공정 그리고 그림(C)와 같이 주형 제작공정을 거쳐서 그림(d)와 같은 주조용 금속을 용해하는 용해공정. 그로부터 얻은 용융금속을 그림(e)와 같이 주형에 용융금속을 주입하고 그림(f)와 같이 주형 속에서 응고가 끝난 주물을 꺼내어 모래 털기를 한다. 그후 그림(g)와 같이 불피요한 부분을 제거하면 그림(h)와 같이 표면을 깨끗하게 하여 그림(i)와 같은 완성된 주물품이 나온다. 이때 전 공정이 모두 서로 관련성을 가지고 있으며 , 단 하나의 작업이라도 불완전하면 건전한 주물을 제조할 수 없다.

 

주조는 일반적으로 주형의 종류에 따라서 주조 공정이 나뉜다. 주조는 다양한 방법과 주형을 사용하여 부품을 생산할 수 있는데, 이러한 주형의 종류에 따라 주조의 종류가 나뉘는 경우가 있다. 가장 일반적인 주조 주형은 두가지, 사형주조와 금형주조 이다.

 

사형주조(sand casting)은 모래나 모래 바인더를 혼합하여 형상을 만들어 내는 모래 주형을 사용한다. 모래 주형은 비교적 간단하게 제작할 수 있으며 크고 복잡한 형상의 부품을 생산하는 데 사용된다.

금형주조(Die casting)는 고압 아래에서 금속을 주형에 주입하여 부품을 만든다. 주로 작고 정교한 형상의 부품을 생산하는데 사용되며, 주형의 정교함과 고압 주조의 특성으로 높은 정밀도와 디테일을 가딘 부품을 만드는데 용이하다.

 

따라서 이번시간을 통해서  사형주조, 금형주조 그외 특수주조에 대해서 간략하게 살펴보려고 한다.

우선 사형주조란(sand casting), 말 그대로 , 주형이 모래로 되어있는 공정을 뜻한다. 일반적으로 원료사에 점결제 및 보조제등을 배합하여 주형을 만들 때 사용되는 재료를 주물사(molding sand)라고 한다.

금형주조란, 금속주형에 용탕을 중력의 힘으로 주입하여 주조품을 만드는 방법이다. 이때의 금형 주조법의 장점으로는 1.생산성이 높다. 2.치수가 정밀하고 주물 표면이 좋다. 3.작업 환경이 좋고 설비비가 적게든다. 4.주물의 불량이 적고 기계적 성질이 좋다. 그러나 금형 제작비가 많이들 뿐만 아니라 제품의 크기 및 무게에 한계가 있다는 단점이 있다.

 

연속 주조법이란, 정련된 용강을 일정한 형상에 주형에 연속 주입하여 반 응고된 주편을 주형하부에서 연속으로 빼내어 Bloom, Slab, Billet등을 얻는 작업이다. 연속 주조법의 장점으로는, 생산성이 향상된다, 자동화 기계화 용이하다, 공장면적 및 설비비 감소한다등이 있다.

 

다음으로는 정밀주조법을 소개하려고 한다.

정밀주조법이란, 주조품의 치수, 표면 재질 등을 정밀하게 주조하는 법으로 다이캐스팅 주조, 인베스트먼트 주조, 쉔몰드 주조등을 뜻한다.

Die-casting주조법은 정밀한 금형에 용탕합금을 고온에서 압입해서 치수 정도가 높고 표면이 깨끗한 주물을 단시간 내에 대량생산하는 방식이다. 이 때문에 자동차 및 각종 기계 부품의 경량화를 위한 필수 기술이다.

 

이때 금형주조법의 장점을 다시 생각해보면, 정밀주조법의 장점을 갖고 있는데, 이 때문에 금형주조법을 die-casting이라고 정의하기도 한다. Die-casting 주물의 특징으로는, 1. 주물 표면이 평평하고 매끄럽다. 2.용탕이 급랭하므로 결정 입도가 작고 강도가 높다. 3.고압으로 압입하므로, 두께가 얇은 주물을 재조할 수 있다.

 

이 외에도, 진공 챔버 내에서 진공압력을 이용한 진공주조, 밀폐된 도가니 내에서 압축공기 또는 불활성 가스를 통해 주형 내 공간을 채우는 저압 주조, 금형 내에 주입된 용탕을 기계적으로 높은 압력을 가하는 고압응고주조, 원심력을 통해 원심 주물을 제작하는 원심 주조법이 존재한다.

 

 

 

출처- 최성갑외2인, 주조 공합, 원창 출판사 pp1~5, pp21~35, pp99~102, pp~215~259

-      권진업,  금속 주조 공학, kwangmoonkag, pp13~17 pp~157~186, pp193~201