주조의 개요와 원형 — 주조 공정·원형 종류와 수축 여유 | 기계공작법 4.1
기계공작법Chapter 04 주조 › Section 01·02
4.1 주조의 개요와 원형
3장까지는 재료의 성질을 바꾸는 방법을 보았다. 이제 모양을 만드는 쪽으로 넘어간다. 금속을 녹여 틀에 부어 굳히는 주조의 아홉 단계 공정과, 주형을 만들기 위한 원형의 종류와 다섯 가지 여유를 다룬다.
01주조의 정의와 이점교재 56p
3장 표면 처리까지로 절삭·다듬질을 마치고, 4장부터 녹여서 부어 굳히는 가공인 주조로 들어감.
- 주조(casting) — 금속을 높은 온도로 가열해 액체 상태로 만든 뒤, 미리 준비한 주형에 부어 원하는 형상의 제품을 얻는 가공법.
- 약 4,000년 전 구리와 청동을 다루던 때부터 발달한 가장 오래된 금속 가공법이며, 오늘날에도 제조업의 바탕임
- 주물 — 주조로 만든 제품. 용탕(molten metal) — 녹은 금속.
- 형상의 제약이 적음 — 복잡한 형상이나 안쪽에 빈 공간이 있는 제품도 한 번에 일체로 만듦.
- 크기의 제약이 적음 — 아주 작은 부품에서 수십 톤짜리 구조물까지 같은 원리로 만듦.
- 쓰임 — 엔진 블록·실린더 헤드·변속기 하우징, 산업용 피스톤, 터빈 디스크, 밸브, 철도 차륜, 예술 조각품.
02주조 공정 아홉 단계교재 56p
앞 공정의 결과가 뒤 공정의 조건이 되므로, 한 단계만 잘해서는 건전한 주물을 얻지 못함.
- 제작도 작성 → 원형 제작 → 주형 제작 → 용해 → 주입 → 냉각·응고 → 주형 해체 → 탕구계 제거 → 검사
- 제작도 작성 — 수축률, 가공 여유, 빼기구배, 탕구 설계를 여기서 정함.
- 주형 제작 — 원형을 주물사에 묻고 다진 뒤 빼내어 용탕이 채워질 공동을 만듦. 상형과 하형으로 나누어 작업.
- 주입 — 국자(래들)로 용탕을 떠서 탕구를 통해 천천히 고르게 부음.
- 냉각·응고 — 주형 벽면에서부터 안쪽으로 응고가 진행되며 부피가 줄어듦.
- 주형 해체 — 사형은 깨뜨리고, 영구 주형은 열어 주물만 빼냄.
- 탕구계 제거 — 탕구·탕도·압탕을 잘라 내고 표면을 다듬음. 검사에서는 필요하면 비파괴 검사로 내부 결함을 살핌.
03원형의 정의와 재료교재 56p
원형(原型)은 근원 원(原)에 모형 형(型), 영어로는 pattern이며 모형·패턴이라고도 부름.
- 원형(pattern) — 주형을 만들기 위한 기준이 되는 모형. 주물사에 묻어 공동을 만들어 냄.
- 완성될 주물과 같은 형상이지만, 주형을 만든 뒤 빼내므로 제품에 남지 않음
- 치수는 주물과 같지 않음 — 식으면서 줄어드는 만큼 미리 크게, 빼기구배를 주고, 가공 여유를 더함. 분할면의 자리도 이때 함께 정함.
| 재료 | 까닭 | 쓰임 |
|---|---|---|
| 목재 | 가공이 쉽고 값이 쌈 | 소량 생산 · 가장 널리 쓰임 |
| 금속 | 내구성이 뛰어남 | 대량 생산 |
| 왁스 | 정밀 주조용 | 로스트 왁스법 |
04구조에 의한 원형의 종류교재 57p
- 현형 — 주물의 외형을 그대로 옮긴 가장 기본 원형. 단체형·분할형·조립형으로 나뉨.
- 회전형 — 주물이 하나의 축을 중심으로 하는 회전체일 때 씀. 대형 파이프, 원통형 용기, 종(鐘).
- 부분형 — 제품이 크고 대칭이거나 기어·풀리처럼 같은 모양이 이어질 때. 일부만 만들어 옮겨 가며 주형을 완성함.
- 긁기형 — 단면이 작고 길며 형상이 일정한 제품. 파이프나 긴 축 모양 제품.
- 코어형 — 중공 주물의 주형을 만들기 위한 원형. 코어 프린트를 반드시 함께 만듦.
회전형과 긁기형 — 판을 움직이는 방향으로 구분
- 둘 다 판으로 모래를 긁어 내므로 헷갈리기 쉬움.
- 축을 중심으로 돌려 회전체를 얻으면 회전형, 길이 방향으로 곧게 밀어 단면이 일정한 긴 제품을 얻으면 긁기형.
05원형 제작 시 고려할 사항 ① 치수 여유교재 58p
주조 과정의 변화를 미리 담아 두는 여섯 가지 — 수축 여유, 가공 여유, 라운딩, 덧붙임, 기울기, 코어와 코어 프린트.
- 수축 여유 — 응고한 주물이 상온까지 냉각될 때의 치수 수축을 보정하려고 원형을 제품보다 크게 만드는 여유.
- 주물자(수축자) — 수축 여유를 눈금에 미리 반영한 자. 주철용은 실제 1,008 mm를 1 m로 새김. 재료별로 따로 씀.
- 가공 여유 — 주조 뒤 기계 가공과 다듬질을 위해 더해 두는 치수. 모자라면 치수 미달, 지나치면 절삭 시간과 재료 낭비.
| 주물 재료 | 수축 여유 | 길이 1 m에 더하는 값 |
|---|---|---|
| 주철 | 8/1000 | 8 mm |
| 주강 | 20/1000 | 20 mm |
| 황동·청동 | 15/1000 | 15 mm |
수축 여유와 압탕은 구별
- 수축 여유 — 응고를 마친 주물이 상온까지 식으며 줄어드는 치수를 원형 크기로 보정.
- 압탕 — 응고 중 부족해지는 용탕을 보급하는 구실.
06원형 제작 시 고려할 사항 ② 모양과 코어교재 59p
- 라운딩 — 날카로운 모서리를 둥글게 다듬음. 원형을 뽑을 때 주형 붕괴, 모서리 응력 집중에 의한 균열을 막고 충전성을 높임.
- 덧붙임 — 두께가 급하게 바뀌는 곳에 완만한 연결부를 더함. 냉각 속도 차이로 생기는 내부 응력·변형·균열을 막아 응고를 고르게 함.
- 기울기(빼기구배, 발취구배) — 원형의 수직면에 주는 경사각, 보통 1~3°. 없으면 원형을 빼낼 때 주형 벽면이 헐어 표면 결함이 생김.
- 코어 — 구멍이나 오목한 부분을 만들려고 주형 안에 따로 넣는 모래 덩어리. 필요한 치수보다 길게 만듦.
- 코어 프린트 — 코어를 정해진 자리에 앉히려고 원형에 덧붙인 돌기. 크기와 형태는 코어의 무게와 주입 때 받는 부력을 함께 헤아려 정함.
이 절의 핵심 정리
- 주조는 녹인 금속(용탕)을 주형에 부어 원하는 형상의 주물을 얻는 가장 오래된 금속 가공법이다.
- 주조는 형상과 크기의 제약이 적어 속이 빈 복잡한 제품도 한 번에 일체로 만들 수 있다.
- 원형은 주형의 공동을 만드는 기준 모형이며, 목재가 가장 널리 쓰인다.
- 회전형은 판을 축 중심으로 돌리고, 긁기형은 판을 길이 방향으로 곧게 밀어 모래를 긁어 낸다.
- 원형에는 수축 여유·가공 여유·라운딩·덧붙임·기울기·코어 프린트를 미리 반영한다.
강의 자료4.1 주조의 개요와 원형
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1. 4.1 주조의 개요와 원형 (표지)
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