특수 주조법 — 원심 주조·다이캐스팅·인베스트먼트 주조 | 기계공작법 4.5
기계공작법Chapter 04 주조 › Section 06
4.5 특수 주조법
4장의 마지막 절이다. 보통의 모래 주형을 쓰지 않고 압력·원심력·정밀한 주형·응고 제어로 사형 주조의 한계를 넘는 특수 주조법을 원심 주조에서 칠드 주조까지 차례로 다룬다.
01특수 주조법의 뜻과 분류교재 71p
4.4까지 본 보통의 모래 주형에서 벗어나는 주조법 여덟 가지. 용탕에 압력을 가하거나 정밀한 주형을 써서 치수 정밀도가 높고 표면이 깨끗한 주물을 얻는 것이 목적임.
- 특수 주조법 — 보통의 모래 주형을 쓰지 않는 주조법을 통틀어 이르는 말.
- 세 갈래로 나뉨([그림 4.9])
- 압력·원심력으로 채움: 원심 주조법, 다이 캐스팅, 저압 주조법
- 정밀한 주형을 씀: 셸 몰드법, 인베스트먼트 주조법, 이산화탄소법
- 응고를 제어함: 연속 주조법, 칠드 주조법
02원심 주조법교재 72p
- 원심 주조법 — 300~3,000 rpm으로 도는 주형에 용탕을 부어, 원심력으로 주형 안쪽 벽에 눌려 붙은 채 굳게 하는 방법.
- 조직이 치밀하고 밀도가 고름.
- 가벼운 슬래그·개재물이 안쪽 지름 쪽으로 밀려나 뒤에 깎아 내면 쉽게 제거됨.
- 속이 저절로 비므로 코어가 필요 없고, 압탕·탕구도 대부분 필요 없음.
- 쓰임: 파이프·부싱·피스톤 링·실린더 라이너·수도관 같은 속이 빈 원통형 주물.
장점만 있는 것은 아님 — 편석
- 비중 차가 큰 합금에서는 성분이 반지름 방향으로 갈라지는 편석이 생길 수 있음.
- 가벼운 것이 안쪽으로 밀려나는 같은 원리가 불순물 제거에는 이롭고, 합금 성분에는 해로움.
03다이 캐스팅과 저압 주조법교재 73p
- 다이 캐스팅 — 정밀한 금속 주형(다이)에 용탕을 고압·고속으로 밀어 넣고, 굳는 동안 압력을 유지하는 정밀 주조법. 알루미늄·아연·구리·마그네슘·주석·납 합금 같은 비철 금속에 씀.
- 저압 주조법 — 밀폐한 용탕 보온로 안에 0.3~1.5기압을 걸어, 용탕이 관을 타고 위쪽 금형으로 조용히 밀려 올라가 채워지게 하는 방법.
| 구분 | 다이 캐스팅 | 저압 주조법 |
|---|---|---|
| 압력·방향 | 고압, 대체로 수평으로 밀어 넣음 | 0.3~1.5기압, 아래에서 위로 밀어 올림 |
| 장점 | 가공 여유 거의 없음, 얇고 복잡한 형상, 대량 생산 | 기공·수축공 적음, 압탕 거의 없어 회수율 높음, 설비 간단·금형 수명 긺 |
| 한계 | 금형 값 비쌈, 녹는점 낮은 금속만(주철·강 불가) | 한 개 만드는 시간이 더 긺 |
| 쓰임 | 자동차·통신기기·전기기계·정밀기계 부품 | 자동차 알루미늄 휠·실린더 헤드 |
둘 다 압력 주조 — 크기와 방향으로 구분
- 공통점은 압력으로 용탕을 채운다는 것뿐임.
- 다이 캐스팅은 고압·옆에서, 저압 주조는 낮은 압력·아래에서 위로.
- 저압 주조는 천천히 채우므로 공기가 말려 들지 않고, 압력을 건 채 굳혀 수축공도 적음.
04정밀한 주형 — 셸 몰드·인베스트먼트·이산화탄소법교재 74p
1셸 몰드법(크로닝법)
- 페놀·요소 수지 5 % 정도 섞은 규사를 250~300 ℃ 금속 모형에 뿌림 → 닿은 부분만 굳어 얇은 껍질(shell) → 300~350 ℃ 노에서 굳혀 두 쪽을 맞붙임.
- 치수 정밀도 좋음, 주형 강도 큼, 핀 홀 적음. 기계화 쉬워 소형·경량 주물 대량 생산에 알맞음.
2인베스트먼트 주조법(로스트 왁스법)
- 왁스·파라핀으로 원형을 만들고 내화 재료로 감싸 굳힌 뒤, 가열해 원형을 녹여 흘려 냄.
- 정밀 주조법 중 표면이 가장 매끄러움. 절삭 가공 여유 0.3 mm 이하. 주형 제작 비용은 비쌈.
- 항공기·선박·계기 부품처럼 내열성·내식성이 필요한 합금에 씀.
3이산화탄소법(탄산가스법)
- 규사에 규산나트륨(Na₂SiO₃) 4~6 %를 섞어 조형한 뒤 이산화탄소 가스를 불어넣어 굳힘.
- 건조 불필요·통기성 좋아 제작 시간이 짧음. 변형·가스 발생 적어 치수 정밀도 높음.
- 굳은 주물사를 다시 쓰기 어려움. 복잡한 주물과 코어 제작에 알맞음.
05응고 제어 — 연속 주조법·칠드 주조법교재 74p
- 연속 주조법 — 아래가 뚫린 수냉 주형에 용탕을 계속 부으며 겉이 굳은 부분을 아래로 뽑아 내어 긴 제품을 끊임없이 만드는 방법.
- 슬래브·블룸·빌릿 같은 반제품을 만들며, 강괴를 거쳐 압연하던 공정을 대신함(4.3과 연결).
- 용해 금속 손실 적음, 주조 시간 짧음, 재질 고르고 편석·수축공 적음, 제조 비용 쌈.
- 칠드 주조법 — 주물사 주형 중 급랭이 필요한 부위에만 금형(칠 메탈)을 끼워 그 표면을 빠르게 식히는 방법.
- 급랭된 표면: 탄소가 탄화철(Fe₃C)로 남아 단단한 백주철.
- 주물사에 닿은 안쪽: 천천히 식어 연한 회주철.
- 겉은 단단하고 속은 질김 → 압연 롤러·기차 바퀴에 씀.
이름은 나란해도 성격이 다름
- 이산화탄소법은 주형을 굳히는 방법, 연속 주조법은 응고를 제어하는 방법([그림 4.13]).
- 칠드 주조법도 주형은 그대로 두고 굳는 속도만 다룸. 칠 메탈은 4.2의 냉각쇠와 같은 것.
이 절의 핵심 정리
- 특수 주조법은 보통의 모래 주형을 쓰지 않는 주조법으로, 압력·정밀 주형·응고 제어의 세 갈래로 나뉜다.
- 원심 주조법은 코어 없이 속이 빈 원통형 주물을 만들지만 비중 차가 큰 합금에서는 편석이 생길 수 있다.
- 다이 캐스팅은 고압으로 옆에서, 저압 주조법은 낮은 압력으로 아래에서 위로 용탕을 채운다.
- 셸 몰드법·인베스트먼트 주조법·이산화탄소법은 정밀한 주형을 만드는 방법이며, 인베스트먼트 주조법의 표면이 가장 매끄럽다.
- 연속 주조법과 칠드 주조법은 응고를 제어하며, 칠드 주조법은 겉은 백주철·속은 회주철인 주물을 얻는다.
강의 자료4.5 특수 주조법
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