유리성형공정의 방법에 대한 설명

유리 제품을 크게 나누면 창유리, 유리용기, 전구, 실험용 유리기구, 유리섬유, 광학 유리로 구분될 수 있다. 이러한 목록에서 나타난 광범위한 쓰임새에도 불구하고 이러한 제품을 만드는 성형공정은 3가지로 분류된다. (1)병, 전구와 같이 단위 제품을 위한 단속공정(discrete process), (2)평유리(유리창을 위한 얇고 편평한 유리), 튜브(실험용 기구, 발광용)를 만드는 연속공정(continuous process), (3)단열을 위한 유리섬유, 유리 복합재료, 광학유리섬유를 만드는 섬유제조공정(fiber-making process).

 

단위제품 성형

블로잉(blowing)과 같이 고전적 수작업 유리성형 방법이, 소량이며 매우 고가인 유리 제품을 만드는데 아직도 사용되고 있다. 이 포스팅에서 설명할 공정은 유리병, 전구 등의 단위제품을 대량으로 만드는 기계화된 기술이다.

• 스피닝: 유리 스피닝(spinning)은 금속의 원심 주조와 유사하다. 텔레비전 브라운관이나 컴퓨터 모니터의 뒷부분과 같은 깔때기 모양의 제품을 만드는데 사용되며 다음과 같다. 강철로 만들어진 원뿔형 금형에 용융 유리 덩어리를 놓고 회전시켜 원심력이 유리를 위쪽으로 밀어 올려 주형 표면에 골고루 퍼지게 한다.
• 프레싱: 프레싱(pressing)은 접시, 그릇, 헤드라이트 유리, TV 정면판과 같이 비교적 편평한 유리 제품을 대량으로 생산하는데 광범위하게 사용된다. 공정은 다음과 같으며, 이러한 공정은 대량생산을 하기 때문에 자동화하는 것이 바람직하다.
• 블로잉: 여러 성형공정들은 한두 단계 정도의 블로잉(blowin)을 포함한다. 블로잉은 수작업이 아닌 고도로 자동화된 장비에서 수행된다. 이 글에서는 프레스-블로우, 블로우-블로우 방법을 설명한다.
• 프레스-불로우 방법: 프레스-불로우 방법은 이름이 의미하는 바와 같이 프레스 공정이 끝난 후 블로잉 공정이 수행되며 다음과 같다. 이 방법은 주둥이가 큰 제품을 생산하기에 적합하 다. 블로잉 공정에서 제품을 꺼내기 위해 분할금형(split mold)이 사용된다.
• 블로우-블로우 방법: 블로우-블로우 방법은 주둥이가 작은 제품을 생산하기에 적합하며 프레스와 블로잉 대신 두 번 이상의 블로잉 공정이 사용된다는 점을 제외하고는 프레스-블로우 방법과 유사하다. 제품의 형상에 따라 다양한 공정이 있으며 아래에 한 가지 과정을 보였다. 때때로 블로잉 단계 사이에 재가열이 필요할 수 있다. 어떤 경우에는 생산율을 향상시키기 위해 용융 유리 덩어리를 공급하는 장치와 함께 금형이 2개 후은 3개가 사용되기도 한다. 프레스-블로우, 블로우-블로우 방법은 유리단지, 음료수병, 유리전구 등을 만드는데 사용된다.

온도 차이로 인해 발생하는 내부용력과 균열을 방지하기 위해 매우 천천히 냉각되어야 한다. 응고와 냉각이 되면 래핑과 폴리싱으로 반드시 다듬질되어야 한다. 이러한 특수한 제품을 제외하고는 주조는 유리성형에서 많이 사용되는 방법은 아니다. 냉각, 균열 문제뿐만 아니라 일반 성형온도에서 용융 유리는 비교적 점도가 커 용융금속과 가열 플라스틱과 같이 작은 부분이나 좁은 오리피스를 통과해 흐를 수 없다. 그러므로 작은 렌즈 등은 일반적으로 프레싱 공정으로 만들어진다.