영구주형 주조의 방식과 종류에 대한 설명

소모성 주형 공정의 경제적 약점은 주물마다 새로운 주형이 필요하다는 점이다. 영구주형 주조에서는 주형이 여러번 재사용된다. 이 절에서는 재사용 금속주형을 사용하는 주조공정의 기본 공정으로 영구주형 주조를 다룬다. 그 밖의 공정으로는 다이캐스팅과 원심주조가 있다.

 

기본 영구주형 주조

영구주형 주조는 쉽고 정밀한 개폐를 고려해 설계된 두 부분의 금속주형으로 구성되어 있다. 이러한 주형은 주로 강 또는 주철로 제작된다. 정밀한 치수와 좋은 표면을 얻을 수 있도록 탕구계를 포함한 주형 공동은 두 부분으로 나눠 가공된다. 영구주형으로 주조하는 금속은 주로 알루미늄, 마그네슘, 동합금, 주철 등이다. 그러나 주철은 1250~1500℃까지의 높은 용탕온도를 요구하는데, 이 온도는 주형의 수명에 악영향을 끼칠 수 있다. 주형이 내열재로 만들어지지 않았다면 주강의 높은 용탕온도 때문에 영구주형 주조가 적당하지 않을 수 있다.

주물의 내면을 만들기 위해 영주구형에서도 코어를 사용할 수 있다. 코어는 금속으로 만들어지며 주물로부터 제거될 수 있는 형상이거나, 기계적으로 접어서 제거될 수 있어야 한다. 금속 코어가 제거되기 어렵다면 모래 코어가 사용될 수 있으며, 이를 준 영구주형 주조라 부른다.

기본 영주후여 주조공정의 단계를 나타냈다. 주조를 위한 준비로서 주형은 미리 가열되고 여러 코팅제가 주형 공동에 분사된다. 예열은 탕구에서 주형공동까지의 용탕 흐름을 용이하게 하며, 코팅은 열 확산을 도와주며 주물이 쉽게 분리 될 수 있도록 윤활 작용도 한다. 용탕을 주입한 후 용탕이 응고되자마자 주형을 열어 주물을 분리시킨다. 소모성 주형과는 달리 영구 주형은 부수지 않으므로 주물에 크랙이 발생하지 않도록 냉각 수축이 일어나기 전에 주형을 열어야 한다.

영구주형 주조의 장점은 앞에서 설명한 바와 같이 우수한 표면상태, 정밀한 치수관리다. 뿐만 아니라 금속주형에 의한 신속한 응고는 조밀한 결정립 구조를 만들어 강한 주물을 생산할 수 있다. 이 공정은 일반적으로 낮은 용융점을 갖는 금속에 국한된다. 기타 단점은 사형주조에 비해 단순한 형상에 적용되며(주형을 열어야 한다는 필요 때문에) 주형에 대한 비용이 크다는 점이다. 주형의 비용이 고가이기 때문에 대량생산에 적합하며 자동화가 가능하다. 자동차 피스톤, 펌프 본체, 항공기, 미사일의 주물 등이 전형적인 예다.

 

기타 영구주형 주조

여러 주조공정들은 기본 영구주형 방식과 매우 유사하며, 슬러쉬 주조, 저압 주조, 진공 영구주형 주조 등이 있다.

 

슬러쉬 주조

슬러쉬 주조sush casting는 주형 표면에서 응고가 시작된 후에 주형을 뒤집어 주형 공동 중앙의 용탕을 배출함으로써 속이 빈 주물을 만드는 영구주형 주 조방식이다. 주형이 상대적으로 저온이며 주형 벽에서부터 응고가 시작되며, 시간에 따라 주물의 중앙으로 진행해나간다. 주물의 두께는 배출까지의 시간에 따라 좌우된 다. 이 방법은 동상, 전등 받침, 저융점 금속(남, 아연, 주석) 장난감 등을 제작하는 데 사용된다. 이러한 제품은 외관이 중요하지만 강도와 내면은 별로 중요하지 않은 특징을 가진다.

 

 

저압 주조

기본 영구주형 주조와 슬러쉬 주조에서는 중력에 의해 용탕이 주형 공동으로 흘러들어간다. 저압 주조에서는 아래에 있는 용탕이 위에 있는 주형 공동으로 저압(대략 0.1MPa)에 의해 흘러 들어간다. 재래식 주조방식과 비교하면 공기에 노출된 용탕을 주입하는 것이 아니라 용탕 저장용기 중앙의 양호한 용탕을 주입한다는 장점이 있다. 가스 기공과 산화결함을 줄일 수 있 으며, 기계적 성질도 개선된다.

 

진공 영구주형 주조

진공 영구주형 주조는 용탕을 주형 공동으로 흡입하는 용도로 진공을 사용하는 저압 주조의 변형된 공정이다. 진공 영구주형 주조의 구성은 저압 주조 공정과 유사하다. 차이점은 용탕을 낮은 압력으로 아래의 용탕을 밀어 올리는 것이 아니라 주형의 진공에 가까운 압력에 의해 용탕을 주형 공동으로 끌어올리는 것이다. 그러므로 저압 주조에 비해 여러 장점이 있다. 기공과 관련 결함을 줄일 수 있으며, 강도가 더 높은 주물을 얻을 수 있다.