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8장 특수주조법(特殊鑄造法)(교과서 p.79)
앞에서 취급한 사형(砂型)에서와는 달리 주형 내의 용탕에 압력을 가하거나 정밀주형에서의 정도가 높은 주물을 얻는 주조법을 통털어 특수주조법이라 하여 본 장에서 다룬다. 용탕에 압력을 가하는 방법에 따라 원심주조법과 die casting 법이 있으며, 원심주조법과 die casting 법에서는 주형이 금속으로 되어 있어 반복하여 사용할 수 있다는 의미에서 이들을 영구주형주조법(永久鑄型鑄造法; perminent-mold casting process)이라고 한다. 정밀주조법에는 주형의 제작 방법에 따라 shell molding 법, investment molding 법 및 CO2법 등이 있고, 이 밖에도 진공주조법과 연속주조법 등이 있다. [1] 원심주조법(遠心鑄造法; centrifugal casting)
☞ 회전하는 원통주형
내에 용탕을 넣고 300 ~ 3000rpm으로 회전시켜 원심력에 의하여 주형 내면에 압착 응고하도록 하여
관(管), cylinder liner, piston ring, brake ring, 차륜(車輪) 등과 같은
☞ 중공주물(中空鑄物)을 얻는 주조법이다.
직경 3m, 길이 15m 까지의 치수를 갖는 주물을 얻을 수 있고, 벽두께는 2.5 ~ 125mm의 범위에 있다.
회전수가 커지면 중심차는 작아지나, ω를 너무 크게 하면 원심력이 크게 되어 응고 직후의 약한 상태에서 원통에 너무 큰 인장력이 작용하여 crack이 생길 염려가 있고, e가 크면(ω가 작으면) 회전할 때마다 용탕이 교란되고 회전도 불균형하게 되므로 회전수는 G number,
윗식으로 부터 주물 내면은 포물선을 이루는 것을 알 수 있으며, 주형의 직경은 고정되어 있는 데 y가 증가하면 x가 증가하므로 주물은 위로 갈수록 얇아진다. 실제로는 포물선의 정점으로부터 떨어진 일정길이의 부분을 사용하며, 이때 저부(底部)의 내경 r₁(cm), 상부(上部)의 내경 r₂(cm)와 원통의 길이 L(cm)과의 관계는
정밀한 금속주형에 고압, 고속으로 용탕을 주입하고 응고중 압력을 유지하여 주물을 얻는 주조법으로서, 주물재료에는 Al 합금, Zn 합금, Sn 합금 등이 있으며, ☞ 제품에는 자동차 부품, 전기기기, 통신기기 용품, 기타 일용품 등이 있다. 특징을 들면
die에 가압주입을 하기 위한 die casting machine이 필요하며, 가압실의 구동방식에 따라 압축공기식, 수압식, 유압식이 있고, 각각에 대하여 수동식과 자동식, 열가압실식(熱加壓室式; hot chamber type)과 냉가압실식(冷加壓室式; cold chamber type)이 있다.
열가압실식 die casting machine은 아래 그림과 같이 내열주철제 pot에 내열주철제 gooseneck가 있어 pot 내의 용탕이
neck에 유입되고 plunger의 작동으로 neck 내의 비교적 용융점이 낮은 아연, 주석, 납, 때로는 magnesium 등의
금속 용탕을 die에 압류(壓流)시켜 주조하는 주조기이다. 용탕에 작용하는 가압력은 50~200kg/cm²이며, 생산능률은 시간당
100회까지이다.
die 재료는 내열성과 열처리의 안정성, 내부식성이 커야 하고, die 구조는 아래 그림과 같이 2편(片) 이상으로 되어 분리시켜 주물을 빼낼 수 있어야 한다.
금속모형을 250~300℃로 가열하고, 그 위에 박리제인 규소수지를 바른 후 140~200mesh 정도의 SiO₂와
열경화성 합성수지(thermosetting resin binder)를 배합한 주형재에 모형을 매몰하여 주형제작을 하는 방법을
shell molding 법이라 하며, 발명자가 독일인 J. Croning이라 하여 Croning 법 또는 C-process라고도 한다.
[4] investment molding 법(investment molding process, lost-wax process,)
얻고자 하는 주물과 동일한 형상의 모형을 wax 또는 paraffin 등으로 만들어 주형재에 매몰하여 다진 다음 가열하여
주형을 경화시킴과 동시에 모형을 용출(熔出)시켜 주형을 완성하는 주형제작법을 말하며, 일명 lost wax 법이라고도 한다.
이 주형에 의한 주조(investment casting)에서 주물의 치수 정도와 표면 정도가 좋기 때문에 정밀주조법이라고도 한다. 주조과정을 나열하면 다음과 같다.
대기 중에서 철강(鐵鋼)을 용해하여 주조하면 O₂, H₂,
N₂등의 gas가 용탕에 들어가서 O₂는 산화물을 형성하고, H₂는
☞ 백점(白點; white spot, flake) 또는 hair crack의
원인이 되며, N₂는 경도가 큰 질화철을 형성한다. 이러한 부작용을 없애거나, 감소시키기 위해
10-3mmHg 정도의 진공에서 주조한다.
진공 tank 내에 주형을 넣고 용탕을 주입하는 데에 어려움이 있으며, 특히 대형의 경우에는 많은 제약이 있어 보통 소형은 진공실 용해 → 진공실 주입이 가능하나, 대형은 대기에서 용해 → 진공처리 → 대기에서 주입 또는 불활성 gas 분위기에서 주입한다.
보통 사형을 이용하는 주조에서는 용탕의 주입이 중력에 의하여 이루어지고, 원심주조법 또는 die casting에서는 용탕에
압력을 가하나, 저압주조법에서는 흑연주형 또는 금형에서 pump로 흡입하여 주형 내를 저압 또는 진공으로 하고
그림과 같이 용탕을 빨아 올리거나, 불활성 gas로 밀어올린다. 수분 후에 주형 내의 탕이 응고되면 가압을 중지하여
급탕관 내의 탕을 낙하시킨다. 봉재, 판재 및 구조용재는 일반적으로 용해 → 조괴(造塊) → 가열 → 분괴(分塊) → 가열 → ☞ 압연 등의 과정을 거쳐 만들어지나 그림과 같이 용융금속에서 직접 압연에 들어가는 billet을 주조함으로써 위의 공정 중에서 조괴(造塊) → 가열 → 분괴(分塊) → 가열의 공정을 생략할 수 있다. 이 때 제품의 규격에 따라 주괴(鑄塊; ingot)의 단면치수와 길이가 정하여 진다. ingot은 보통 ingot case에 주입하여 만드나 case의 수명이 짧고 ingot이 불균일하게 되므로 연속주조법을 이용하면
[8] CO₂gas 조형법(carbon-dioxide molding process) 단시간에 건조형을 얻는 것과 같은 효과를 보는 조형법으로서, 주형재인 주형사에 물유리(규산소다)를 1.5~6% 정도 첨가하여 만든 주형에 CO₂gas를 침투시켜 경화한다. CO₂gas를 1 ~ 1.5기압으로 5sec 동안 침투시키고 주형사 0.5kg의 증가마다 시간을 1sec의 비율로 증가시킨다. CO₂gas 분사시 동결(凍結)을 방지하기 위하여 CO₂gas bomb에 가열 장치를 둔다. CO₂gas 주형제작법은 큰 강도의 core가 필요할 때도 이용된다. CO₂gas 조형법의 특징을 들면
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