금속의 주조공정

금속 주조공정은 주형에 따라 크게 2가지 종류로 나눠진다. 첫 번째가 소모성 주형, 두 번째가 영구 주형이다. 소보성 주형 공정에서는 주물을 꺼내기 위해 주형을 파괴해야만 한다. 새로운 주물을 위해 새로운 주형이 필요하기 때문에 소모성 주형 공정에서의 생산성은 주물을 만드는 시간보다 주형을 만드는 시간에 의해 결정된다. 그러나 시간당 400개 이상의 모래 주형이 만들어지고 주물이 생산되는 경우도 있다. 

영구 주형 공정에서는 주형이 금속 또는 기타 내구성재료로 제작되고 많은 주물을 연속 생산할 수 있다. 따라서 영구 주형 주조는 생산성이 높다는 장점을 갖고 있다. 금속 주조 공정에 관해 이 글은 다음과 같은 주제를 다루게 될 것이다. 사형주조, 기타 소모성 주형 주조, 영구 주형 주조이다.

 

사형주조

사형주조는 전체 주조의 상당 부분을 차지할 정도로 매우 광범위하게 사용되는 방법이다. 거의 모든 주물은 사형주조로 제조할 수 있다. 사실 사형주조는 강, 니켈, 티타늄과 같은 용융점이 높은 금속에 사용될 수 잇는 몇 가지 제한된 방법 중 하나다. 크기는 작은 것부터 매우 큰 것까지 가능하고, 수량은 하나부터 몇 백만 개까지 가능하다. 

사형주조는 모래 주형에 용탕을 붓고, 금속을 응고시키고, 주물을 꺼내기 위해 주형을 부수는 것이다. 주물은 반드시 세척과 검사를 거쳐야 하며 금속의 재료 특성을 향상시키기 위해 간혹 열처리를 실시한다. 모래주형 내의 주형 공동은 패턴(주조하고자 하는 제품을 흡사하게 복제한 모형) 주변에 모래를 채워서 만들며, 주형을 반쪽으로 나눠 패턴을 빼낸다. 또한 주형에는 탕구와 라이저가 포함된다. 뿐만 아니라 주물이 내면을 포함하고 있으면 즉, 빈 공간이 있거나 구멍이 있으면, 주형에 코어가 있어야 한다. 주물을 꺼내기 위해 주형을 부수어야 하기 때문에 주조는 주조 공정 자체뿐만 아니라 패턴과 주형의 제작도 포함한다는 것을 알 수 있다. 

 

패턴과 코어

사형 주조는 패턴(최종 주물에서 수축, 가공 여유를 감안해 크게 만든 제품 모형)이 필요하다. 형상을 만들기에 용이하다는 이유로 나무가 패턴 재료로 많이 쓰인다. 단점은 휘기 쉽고, 주변의 모래로 마모되기 쉬워 여러 번 사용하기 어렵다는 점이다. 금속 패턴은 만들기는 어려우나 수명이 길다는 장점이 있다. 플라스틱은 나무와 금속의 중간 정도 성질을 가지고 있다. 적절한 패턴 재료의 선정은 주로 만들고자 하는 제품 수량에 달려 있으며 다양한 패턴이 있다. 가장 간단한 것은 일체형 패턴이며 수축과 가공을 감안해 크기만 다른 제품 모형이다. 패턴을 만들기 가장 쉽지만 이것으로부터 모래주형을 제작하기는 가장 어렵다. 주형의 반쪽 사이에 일체형 모형은 위치시키는 것이 문제가 될 수 있으며 탕구계와 탕도를 주형에 위치시키는 것은 주조기술자의 판단과 기술에 달려 있다. 그러므로 일체형 패턴은 일반적으로 아주 적은 수량인 경우에 사용된다.