공학 제품설계 시 고려해야할 요소들

제품 설계자가 어떤 제품의 초기 제조공정으로 주조를 선택했다면 생산을 쉽게 하고 앞선 글에서 열거한 결함들을 피하기 위해 몇 가지 설계 지침을 따르는 것이 바람직하다. 주조에서 중요한 고려사항은 다음과 같다.

 

주조 제품 설계 시 고려해야할 요소

• 형상 단순화: 복잡한 부품형상을 생산하는데 주조가 사용될 수는 있지만 부품설계를 가급적 단순화하는 것이 바람직하다. 불필요한 복잡성을 피하는 것이 주형 제작을 용이하게 하고 코어의 사용을 줄일 수 있으며 주조의 강도를 높일 수 있다.
• 모서리: 날카로운 모서리는 응력이 집중될 수 있거나 주물에 열균열이 발생될 수 있으므로 피하는 것이 좋다. 부드러운 필릿(fillet)을 모서리에 적용시키는 것이 좋으며 날카로운 모서리는 무디게 해야 한다.
• 단면 두께: 수축공동을 피하기 위해 단면 두께는 균일하게 해야 한다. 큰 부피가 응고와 냉각에 시간이 많이 필요하기 때문에 주물의 단면이 두꺼운 부분에서는 핫스폿(hot spot)이 발 생한다. 또한 수축공동이 발생하기 쉬워진다.
• 드래프트: 주형으로 움푹 들어간 부품에는 흔히 보는 것과같이 드래프트(draft, 구배)를 두어야 한다. 소모성주형 주조에서 드래프트를 두는 목적은 주형에서 패턴이 잘 빠져나오게 하는 것이다. 영구주형 주조에서 드래프트를 두는 이유는 주형에서 제품이 잘 빠져나오게 하기 위해서다. 주조공정에서 코어가 사용되는 경우도 유사한 경사면을 주어야 한다. 사형주조 에서는 약 1°, 영구주형 주조에서는 2°에서 3°의 경사각이 요구된다.
• 코어의 사용: 제품설계를 조금만 바꿔도 코어의 사용을 줄일 수 있다.
• 치수공차: 어떤 공정을 사용했는가에 따라 주물에서 얻을 수 있는 치수공차가 상당히 차이가 난다.
• 표면 마무리: 사형주조에서 일반적인 표면거칠기 값은 대략 6μmm 정도다. 유사한 정도의 거칠기가 셀 주조에서도 얻어지며 석고 주형주조나 인베스트먼트 주조의 경우 훨씬 향상된 값을 얻을 수 있다. 0.75μmm. 영구주형 주조의 경우 다이캐스팅이 대략 11μmm 정도의 정밀한 표면거칠기 값을 보여준다.
• 절삭여유: 대부분의 주조공정 공차는 현장의 요구사항을 만족하기에 불충분하다. 사형주조가 이러한 문제가 있는 전형적인 예다. 이러한 경우 주물의 일정 부분은 요구되는 치수로 가공되어야 한다. 거의 모든 사형주물에서 기능성이 요구되는 부분은 절삭가공되어야 한다. 그러므로 절삭이 필요한 부분에 가공을 하기 위해 주물에는 절삭 여유가 있어야 한다. 사형주조에서 절삭 여유는 일반적으로 1.5~3mm 정도다