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Manufacturing

Technology

- 주조(Casting) -

강릉원주대학교 자동차공학전공

개요

주조 (Casting) 주조용 금속재료를 가열 용해한 쇳물을 주형(鑄型)내에 주입해서 소정의 형태로 만드는 것

주형(鑄型: mould) 용해된 쇳물을 주입하는 형(型)틀

모형(模型: pattern) 주형사를 다져서 주물의 형태와 같은 공간을 만드는데 사용되는 것

주물 (鑄物: castings) 주조과정을 통하여 만들어진 제품

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개요

주물 작업 공정 모형 제작 주형 제작 용해 주입 주형해체주조품 청정작업(모래 털기) 검사 정리

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주형 금속주입 주물 검사 및 출하

주물사

모형제작 금속용해(용해로)

청소, 후처리

기계가공

결함검사


개요

4

http://youtu.be/IrcNSgLZuFs


개요

5

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Haandform-e.pnghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a9/Horizflask.png


개요

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개요

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상형과 하형 상자 하형에 분할형 삽입

모래 주입 다진 후 형 뒤집기

모형

① ②

③ ④ 8


하형위에 분리사를 바른 후 상형과 함께 다른 분할형 조립

탕구와 라이저 설치

모래 투입후 다짐 상하형 분리

탕구봉

Riser

다짐 봉

⑤ ⑥

⑦ ⑧ 9


모형 및 탕구, 라이저 제거 다시 조립후 주형제작 완료

노를 통하여 금속 용해 노에서 도가니로 용융금속 취득

탕류

Riser 용탕이 흘러드는곳

⑨ ⑩

⑪ ⑫

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용융금속 주입 냉각

주형 파괴후 주조품 수거 전형적인 주조공장 모습

탕구

riser 탕유

탕도

gate

⑬ ⑭

⑮

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주조의 특징

장점 동일형상의 제품을 다량으로 고속생산 가능 복잡한 형상 제작 용이 소성가공이나 절삭가공이 곤란한 금속합금 적용 용이 크기 및 무게의 제한을 받지 않고 小형 大형물을 일체로 제작 가능

가공비 절감

단점 주조 조직에 의한 기계적 성질 저하 기공 불순물 등에 의한 신뢰성 저하 치수 정밀도 저하 소량일 경우, 모형제작비에 의해 고가 살이 얇은 제품 제작에 한계 공해를 유발

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모형 (模型: pattern)

모형 주형사를 다져서 주물의 형태와 같은 공간을 만드는데 사용되는 것으로서 목재, 금속, plastics 및 wax 등이 있고, 이 들의 선택은 주물의 크기, 정밀도, 수량 및 주조 방법에 따라 다르다.

일반적으로 목재를 사용하므로 목형(木型)이라고도 한다

황동, 구리, 알루미늄, 왁스, 플라스틱, 석고 등도 사용한다

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모형의 분류

재료에 따른 분류

목형(Wood pattern)

금형(Metal pattern)

구조에 따른 분류

현형

회전형

고르개형

부분형

코어형 등

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모형의 구조에 따른 분류

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모 형

(pattern)

현 형(solid pattern)

단체모형(one piece pattern) : 간단한 형상의 주물

분할모형(split pattern)

조립모형(built-up pattern) : 복잡한 형상의 주물

부분모형(section pattern) : 기어

골격모형(skelton pattern) : 대형 곡관

긁기모형(strickle pattern) : 단면이 균일한 주물

회전모형(sweeping pattern) : 원형 단면의 주물

코어모형(core box)


모형 - 종류

현형 (solid pattern)

제품과 동일한 형상을 가지며 수축여유와 가공여유를 부여한 모형

변형을 적게 하기 위하여 여러 개의 나무토막을 연결 또는 접착시켜 제작

단체모형(단일체), 분할모형(2편 조합), 조립모형(3편이상 조합)

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모형 - 종류

회전모형

주물이 한 개의 축을 중심으로 한 회전체로 되어 있을 경우, 판재로 주물 단면의 반쪽을 제작한 모형

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모형 - 종류

부분모형

주물이 크고 일부 형상이 조합되어 전체형상을 이룰 때 그 일부 형상에 해당하는 모형

모형재료와 가공비가 적게 들지만 주물 수량이 많을 때는 주형제작에 많은 시간이 소요

대형기어, 풀리, 프로펠러 등의 제작에 이용

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모형 - 종류

골조(골격)모형(骨組模型: skeleton pattern)

형상이 클 경우 중요부의 골조를 만들고 공간은 점토 등을 채워 현형의 대용이 되는 모형

모형이 손상되지 않도록 취급에 주의를 요하므로 주물 수량이 많을 때는 주형제작에 많은 시간이 소요된다.

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모형 - 종류

긁기(고르개)모형(strickle pattern)

제품의 단면이 길이방향으로 동일할 경우, 안내판과 고르개를 사용하여 주형을 제작

주형제작에 많은 시간이 소요되므로 주물 수량이 적을 때 사용

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모형 - 종류

코어모형(core pattern)

중공이 있는 경우의 중공 부분에 해당하는 주형(코어)를 만들기 위한 목형

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모형 - 종류

잔형(loose piece)

주형에서 뽑기 곤란한 목형 부분을 별도로 만든 형(型)

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모형 - 종류

매치 플레이트 모형(match plate pattern) 소형의 제품을 대량 생산할 경우, 판 1매의 양면에 제품의 상·하면의 형을 만들어 직접 제품에 해당하는 주형을 완성하는 모형

1개의 주형에서 소형의 주물을 여러 개 얻고자 할 때 많이 사용

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모형 - 재료

모형용 목재

장점 저렴, 가공의 용이성

단점 조직의 불균일, 수축에 의한 변형, 가연성

구비 조건 가공이 용이하고 가공 후 표면이 매끄러울 것

잘 건조되어 수축변형이 적을 것

목재로서의 결함이 없고 재질이 균일할 것

내구력이 클 것

합리적인 가격일 것

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모형 - 재료

금속 모형재

장점

마멸, 파손, 변형이 적어 주물 표면이 아름답고 치수 정밀도가 좋다.

단점

제작비가 고가이므로 대량생산에 이용한다

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목형 제작상 유의할 사항

수축 여유 목형은 용융 금속의 냉각 시 수축되는 양만큼 주물의 치수보다 크게 만들어야 한다. (수축에 대한 보정량)

수축 여유를 고려한 주물자(연척)를 사용

가공 여유 수기 가공이나 기계 가공을 필요로 할 때에 덧붙이는 치수로, 일반적으로 1 ~ 10mm정도

요구되는 정밀도가 높을수록 가공여유를 크게 한다.

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L

lL 수축률길이제품의길이목형의 :,:,: lL



목형구배 (기울기, 테이퍼)

주형에서 목형을 빼내기 쉽게 하기 위해 목형의 수직면에 기울기를 준다

보통 길이 1m에 대하여 3 ~ 7mm 정도의 구배를 준다.

주물에서 구배진 부분은 깎아내야 하므로 모형은 그 만큼 커지는 결과가 된다.

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코어 프린트 코어를 주형 내부에서 지지하기 위하여 목형에 덧붙인 돌기 부분

보정여유 수축여유와 가공여유만으로는 부족한 경우에 부가하는 여유 (예: 선반의 척 물림 자리)

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라운딩

직각 부분에서는 응고할 때 결정 조직이 경계가 생겨서 약해지므로 목형의 모서리를 둥글게 한다.

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덧붙임

두께가 균일하지 않고 형상이 복잡한 주물의 냉각 시 파손 및 변형을 방지하기 위하여 덧붙이를 달아서 부가적인 보강을 하며, 주조 후 끊어 버린다.

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주형

주형재료가 갖추어야 할 성질

내열성(refractoriness)

강도(strength)

통기성(permeability)

성형성(mouldability)

보온성 및 가축성(insulatability & flexibility)

경제성(economical efficiency)

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주형재료에 따른 주조법의 분류

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주조법

사형주조

생형주조

건조형 주조

특수 사형주조

금형주조

다이캐스팅

칠드주조

(chilled casting)

일반 금형 주조

정밀주조

셸 몰드 주조

(shell mould)

인베스트먼트(investment) 주조

쇼우 프로세스(Shaw process)

특수주조

원심주조

가압주조

진공주조

연속주조


주형종류 – 주형상자(flask)에 따른 분류

바닥 주형법 주형틀을 사용하지 않고 주물공장의 바닥을 사용하며, 거친 대형주물에 이용

조립 주형법 2개 이상의 주형틀을 사용하며, 소형주물에 이용

혼성 주형법 틀주형과 바닥주형을 혼합한 것으로, 대형주물에 이용

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주형종류 – 목형에 따른 분류

단체형 주형제작 탕구봉 및 탕도의 위치를 고려하여 중요 부분은 하형에 오게 한다.

회전 주형법 목형이 중심선을 통하는 모든 단면이 대칭인 주물을 조형할 때 사용

고르게 주형법 코어 제작

가축성, 내열성, 통기도 및 붕괴성을 고려하여 제작 경합금 금속: 생형 코어 일반주물: 건조형 코어

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Draw back에 의한 주형제작

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기계주형제작법

생산능률 향상

불량률 감소

품질의 균일화

기계가공 시간 단축

제품중량 감소

표면상태 양호

숙련 필요성 감소

Jolt법, Squeeze법, Jolt-squeeze병용법, Sand slinger법

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주형기계

진동식 주형기계(Jolt molding machine) 모래가 담긴 주형 틀을 압축공기로 밀어 올린다. 공기를 빼면 주형 틀과 테이블의 자중에 의해서 테이블이 낙하하여 본체와 충돌할 때 주물사는 관성에 의하여 다져진다.

하부가 잘 다져지나 상부는 잘 다져지지 않는다.

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주형기계

압축식 주형기계(Squeeze molding machine) 주물사가 담긴 주형틀을 압축공기의 힘으로 위로 들어 올려 상부에 고정된 평판에 의하여 주물사가 눌려 다져진다.

상부는 잘 다져지나 하부는 잘 다져지지 않는다.

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주형기계

진동 압축식 주형기계 Jolt-squeeze병용법 : 진동식과 압축식을 같이 이용한 주형기계

졸트운동을 이용 주형상자의 아래쪽 모래를 다진 다음 뒤집어 스퀴즈 운동을 이용

위쪽 상자의 모래를 다짐, 주형상자 안의 모래가 고르게 다져진다.

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주형기계

코어 주형기계 압축공기로 모래를 코어틀 속에 넣고, 공기는 밖으로 배출

모래는 코어 박스에 쌓이고 밖으로 배출되는 공기압으로 모래를 다짐

소형코어의 대량생산에 적합하고, 복잡한 형상의 코어도 단시간에 제작.

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주형기계

Sand slinger 주물사를 주형에 투사(投射)하는 임펠러, 임펠러에 모래를 공급하는 벨트 컨베이어 및 이들을 지지하는 지지대로 구성

주물사의 운반, 투입 및 다짐이 동시에 행하여지기 때문에 능률적이고 주형의 모든 부분이 균등히 다져진다.

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주물사 - 개요

주물사 주형제작에 사용되는 재료

사립자를 주성분으로 하며 강도와 성형성을 주기 위하여 점결제를 사용

주물사의 원료에는 천연사와 인공사 또는 합성사 등이 있다

주물사의 구비조건 내화성이 크고, 화학적 변화가 생기지 않을 것

성형성과 통기성이 양호할 것

적당한 강도를 가져서 쉽게 파손되지 않을 것

주물 표면에서 이탈이 잘 되어야 한다.

쉽게 노화하지 않고 복용성이 있어야 하며, 염가이어야 한다.

열전도성이 나쁘고 보온성이 있을 것

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주물사 - 종류

용도별 종류

표면사, 분리사, 이면사, 코어사

조제 여부에 따른 종류

자연사, 합성사

사립자의 크기에 따른 종류

조립, 중립, 세립

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주물사 - 종류

천연사 (산사) 규사를 주로 한 모래에 점토분이 2% 이상 함유된 것

점토분의 함량에 따라 4가지로 규정 5%이하 규사, 저 점토사, 중 점토사, 고 점토사

규사 (Silica sand) 주성분 : SiO2 불순물 : Fe2O3, Al2O3, MgO, CaO 등 규사의 분류

천연규사 : 해사, 천사, 산사 인공규사 : 석영질 암석 및 풍화된 규사를 파쇄, 가공 처리규사 : 자연사의 불순물을 처리하여 SiO2의 함유량을 높인 것

산출량 풍족, 가격 저렴, 가장 많이 사용 44


주물사 - 종류

생사 (green sand) 산사에 8%의 수분을 넣어 표면용 모래로 사용 일반적으로 주철용으로 많이 사용

건조사 하천사, 고사 등에 점토를 넣은 것으로 주강용 주형에 사용

대형주물이나 복잡하고 정밀을 요하는 주물을 제작할 때 사용

합성사 각종 조형방법 및 주조에 대한 조건을 만족시키기 위하여 규사와 무기 점결제를 혼합하여 인공적으로 조제한 주물사

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주물사 - 종류

표면사(facing sand)

주물과 접촉하는 부분의 주물사로서, 표면을 깨끗하게 하기 위하여 입자가 작고 내화성이 높은 석탄가루나 코우크스 가루를 고사, 신사, 규사, 점결제 등을 혼합하여 사용

분리사(parting sand)

상하 주형의 분리를 쉽게 하는 모래로, 점토가 섞이지 않는 하천사를 사용한다.

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주물사 - 종류

코어사 (조심사)

코어는 주물의 중공부를 만들 목적으로 사용되어 넓은 면적이 용융금속과 장시간 접하므로 내열성과 통기도가 양호하여야 한다.

가스 방출을 좋게 하기 위해 톱밥, 코우크스 분말을 혼합

구비조건 내열성과 통기성이 양호할 것

용탕의 충격에 견딜 수 있는 충분한 강도와 경도를 가질 것

코어의 표면이 고울 것

용탕의 응고 후에 붕괴성이 좋을 것

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주물사 - 점결제

무기질 점결제 모암석의 풍화작용에 의한 잔류물로서, 산출량이 풍부하고 가격이 저렴

매연공해가 적어 널리 사용되나, 강도가 낮음

점토질 점결제의 모래 입자 결합 메카니즘 정전기적 결합 : 물의 이온화에 의한 정전기적 결합

표면장력에 의한 결합 : 입자 사이 물의 표면장력

입자간의 마찰력에 의한 결합

점토 수분을 첨가하여 결합제로 사용되나 내화도와 통기성이 떨어진다.

벤토나이트(calcium bentonite) 점결성과 강도가 크며 통기성, 내화도가 크므로 점결제로 많이 사용

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유기질 점결제

큰 건조강도를 가지며 대기 중에서 흡습성이 적고 주입 후의 붕괴성이 양호하고 주물의 표면이 곱다.

유류(油類) 점결제

강도 크고 흡습성 적어 코어제조에 사용

천연, 합성수지 점결제

천연수지점결제 : 송진

합성수지점결제 : 페놀수지계 사용, 열경화성

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특수 점결제 물유리

CO2경화형법의 점결제로 주로 사용

최근에는 자경성 주형의 점결제에 사용

CO2 경화성 반응

시멘트 가격이 저렴하고 건조가 필요 없다

주형표면이 튼튼하고 통기도가 양호하다

주물사 관리가 어렵고, 주물표면이 불량

첨가량 10%, 수분 4-10%

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주물사의 성질 시험

강도시험 (KS A5304) 쇳물의 정압력 및 동압력에 견딜 수 있는 내구강도를 측정하는 것으로, 압축강도, 인장강도, 굽힘강도, 전단강도 시험이 있다.

만능강도시험기 사용 통기도 시험에서 사용하는 시료 사용

계산식 압축강도(㎏/㎠) = 시험편 파괴시의 하중(㎏) / 시험편의 단면적(㎠)

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점토분 (KS A 5301) 건조된 주물사에 함유된 점토분 및 직경 20㎛ 이하의 미분량을 측정

건조된 시료 50g을 사용, 증류수 475cc, 3% 수산화나트륨 25cc로 혼합

계산식 점토분(%) = {시료의 무게(50g) - 남은 모래의 무게}/시료의 무게×100

입도(grain size) (KS A 5302) 입자의 대소는 통기성과 결합성에 영향을 준다. 입자가 크면 쇳물이 입자 사이에 삼투하여 소착(燒着)하며, 미세하면 가스방출이 불량하다.

4각형 체를 기준으로, 1인치 길이의 체눈(mesh)의 수로 크기를 표시한다.

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통기도(permeability) (KS A 5503)

주형에서 발생하는 가스와 쇳물로부터 나오는 가스 및 주형 간격과 공동부에 있는 공기 등을 배출시키는 정도

기공(blow hole)을 방지하기 위하여 필요

일정한 규격의 시험편을 통해 일정한 압력으로 보내어진 기체가 흐르는 정도를 표시한 값

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내화도(refractoriness)

내화도가 충분하지 못하면 소착(燒着)하거나 기공의 원인이 되기 쉽다.

제게르 콘(Seger cone) 형상의 연화굴곡 온도나, 백금 리본에 의한 소결온도에 의하여 내화도를 표시한다.

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성형성 (mouldability)

주형을 제작할 때 조형하기 쉬운 성질을 말하며, 주형에 다짐을 주면 그 효과가 모든 곳에 잘 전달 되었을 때 성형성이 좋은 주형사라고 말할 수 있다.

경도(hardness)

조형할 때 다지기 정도를 평가하며, 주형강도, 통기도 및 주형면의 안정도를 추정한다.

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주물사 처리기계

주물사 처리 공정

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주물사 처리기계

분쇄기(crusher)

주물사를 사용목적에 맞는 입도로 분쇄

건조기

신사 또는 회수 고사를 처리에 앞서 건조

사립자 분리기

조립자, 미립사, 철편 등을 제거하는 것으로, 자기 분리기와 체 등이 있다

혼사기 (혼련기)

신사와 고사, 점토 및 수분 등을 균일하게 혼합한다

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탕구계 (湯口系: gating system)

탕구계 (湯口系: gating system) 주탕 컵, 쇳물받이, 탕구, 탕도, 주입구 등으로 구성

용융금속의 유입(流入) 중에 주형에 손상을 주지 않고, gas를 흡입하지 않으며, 주입량과 온도구배가 알맞도록 설계되어야 한다.

슬래그, 부유물, 주형침식 방지

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탕구계의 구성

쇳물받이, 주탕컵, 탕류(pouring cup) 쇳물의 비산을 방지하여 산화를 방지하고, 불순물이 들어가지 않도록 용융금속의 유입속도를 조절할 수 있는 형상으로 설계

stopper, dam, strainer 설치

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탕구계의 구성

탕구(쇳물 아궁이, sprue) 아궁이와 쇳물 통로가 너무 크지 않아야 한다. (쇳물이 비경제적)

쇳물에서 잘라내기 쉬운 형상으로 만들어야 한다. 주형 내부에 충격을 주지 않아야 한다. 쇳물이 주형 안으로 균일하게 들어가야 한다. 큰 주물에는 여러 개의 아궁이를 둔다.

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탕구계의 구성

상주식 탕구 단순하게 설계된 소형주물에 한정 공기유입에 의한 산화, 주형의 일부를 침식

압상 탕구 (하주식 탕구) 주형에서의 난류와 침식현상 감소 불량한 온도구배, 주형 하부의 응고 지연

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탕구계의 구성

분리선 탕구 상주식과 압상식의 중간 형태 압탕에 직접 탕구를 붙이기 쉬우며, 지향성 응고를 촉진시킬 수 있다

다단식 탕구 주입구를 상방으로 경사지게 주고, 계단식으로 탕도를 설계 낮은 위치에서 용융금속의 유동저항이 증가

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탕구비

탕구비 (SRG비) 탕구(sprue), 탕도(runner), 인게트(ingate)의 단면적 比

단면적비에 따라 가압계와 비가압계로 구분 비가압계

용탕의 흐름 제한이 1차적으로 탕구 근처에서 이루어지는 것 1:2:4 또는 1:3:3

가압계 주입구에서의 용탕의 흐름을 제한함으로써 탕구계 전체에 압력을 준다

주입구의 총 단면적이 탕구의 면적보다 크지 않아야 한다 4:8:3 또는 1:2:1 → ingate에서 최대압력

하나 이상의 ingate가 사용되면 그 합으로 ingate의 단면적 나타냄

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주입속도 및 시간

주입속도 및 시간 용탕의 응고시간에 따르는 금속의 결정조직은 주물의 성질에 영향을 미치므로 수축기포, 고온균열, 조직경계와 같은 결함이 발생하지 않도록 한다.

주입시간이 길고 주입온도 낮을 경우 중간에 응고(cold shut) 취성 재료로 된다

주입시간이 너무 빠르면 열응력이 생긴다. 주형 표면에 흠집이 생기며 주형 면이 파손되기 쉽다. 주형 내부의 공기가 배제될 시간이 없어 주물에 공기가 들어갈 수 있다.

쇳물 아궁이가 크게 되고 쇳물 이용률이 적어진다

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압탕구의 역할

압탕 (덧쇳물: feeder, riser) 응고 진행 중에 주형 내의 용탕에 압력을 가하고, 가스를 배출시키고 공기의 발생을 억제하여 수축공이나 편석 등의 원인을 방지

압탕구 응고가 늦게 이루어지는 높은 위치에 둔 입구 주형 내의 쇳물에 압력을 주어 조직이 치밀해진다. 금속이 응고할 때 체적 감소로 인한 쇳물 부족을 보충한다.

주형 내의 불순물과 용재 일부를 밖으로 내어 보낸다.

대형 주물 또는 수축이 많은 주물을 만들 때에는 덧쇳물을 붙인다

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냉각쇠

냉금 (냉강판:chilled plate) 두께가 같지 않은 주물에서 전체를 같게 냉각시키기 위해 두꺼운 부분에 사용하거나 부분적인 급랭에 의해 견고한 조직을 얻기 위해 사용

코어 받침대(core chaplet) 코어의 자중, 쇳물의 압상력 및 부력 등에 의하여 코어가 견디기 어려울 경우, 주물과 같은 재질의 금속으로 코어 받침대를 사용

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압상력

압상력 (중추와 압상력) 주형 내의 용탕이 정지상태에 있을 때 주형면에 직각방향으로 작용하는 용탕의 압력.

상형의 중량이 압상력보다 커야 하며, 부득이 적을 때에는 상형이 압상되지 않도록 중추를 사용한다

압상력(Fu)과 중추의 무게(W)

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비중량주입금속의무게상형의

높이표면까지의주입구윗면에서주물면적본위에서주물을

:

:

:

:

G

H

A

GHAW

HAFu


금속의 용해

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금속의 용해

용광로(blast furnance)

철광석으로부터 선철(銑鐵)를 만드는데 사용되며 고로(高爐)라고도 한다

본체 꼭대기에서 제철원료인 철광석 ·석회석 ·코크스를 차례로 층을 이루도록 장입(裝入)하고, 노 하부의 바람구멍인 송풍구로 열풍을 공급하여 코크스를 연소시킨다

용량은 하루에 생산되는 선철의 중량(ton)으로 표시한다

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금속의 용해

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http://www.youtube.com/watch?v=KsyDQy0djs4http://en.wikipedia.org/wiki/File:Alto_horno_antiguo_Sestao.jpg


금속의 용해

도가니로 비철합금(동합금, 경합금, 합금강)의 용해에 사용 1회에 용해할 수 있는 금속 중량으로 번호로 표시 장입 금속이 직접 연소가스와 접촉하지 않으므로 양질의 주물을 얻는다.

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금속의 용해

용선로 (cupola) 주철용 용해로

파쇄금속이나 선철의 용해에 주로 사용

시간당 용해할 수 있는 선철의 톤수로 용량 표시

열효율이 좋고 구조가 간단하나 금속이 고온에서 장시간 연료와 접촉하므로 성분 변화가 많고 산화하여 감량된다.

전로 (前爐 ; receiver) 용금을 일시에 다량으로 사용하거나, 용금의 성분을 균일하게 하는데 사용하기 위하여 용선로에서 출탕(出湯)하는 용금을 저장하는 노

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금속의 용해

전로( 轉爐 ; converter) 용선로(cupola)에서 나온 용선을 노내에 넣어 가열된 압축공기로 탄소, 규소, 망간 등의 불순물을 산화 연소시키는 것으로 주강의 용해에 사용

평로 1회에 다량의 용강을 얻기 위한 노

전기로 제강, 특수주강의 용해, 금속 정련, 합금 제조 등에 주로 사용 금속의 산화 손실이 적고, 정확한 성분의 용탕을 얻을 수 있다

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금속의 용해

비철금속 주물에 대한 용해

합금을 용해할 때에는 용융점이 비슷한 금속을 함께 용해할 수 있으나, 차이가 많은 경우에는 고온의 금속을 먼저 녹이고 용융점이 낮은 금속을 첨가한다.

많은 스크랩(고철: scrap)을 혼합할 때는 고철을 먼저 용해한다.

구리 및 구리합금 산화를 방지하기 위하여 구리 쇳물 위에 목탄분말, 볏짚재 등을 뿌려 공기와의 접촉을 방지하고, 탈산제로 P, Mn, Si 등을 사용한다.

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주물재료

주조가 용이하고 강도가 충분하며, 저렴하여야 한다.

주철(cast iron) 주조작업이 용이하고 복잡한 제품을 만들 수 있으며 원재료가 풍부하여 용도가 다양하다

회주철(보통주철, gray cast iron)

가단주철(malleable cast iron)

구상흑연주철

주강(cast steel) 탄소량이 많은 선철을 용해 정련하여 탄소량을 감소시키고 인성이 큰 재료로 만든 것

주철에 비해 용해온도가 높고 주조성이 나쁘다

보통주강(탄소강), 특수주강(합금강)

구리 합금, Al 합금, Mg 합금

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특수주조법

용탕에 압력을 가하는 방법에 따른 특수주조

가압 주조

다이 캐스팅

원심 주조법

주형의 제작 방법에 따른 특수주조

shell moulding 법

investment moulding법

CO2법

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특수주조법 - 원심주조법

양질의 주물을 얻기 위하여 쇳물에 압력을 가하여 방법으로 원심력을 이용

주형을 회전시키면서 용융금속을 주입하고 원심력을 이용하여 주물에 압력을 가하여 주물 내외의 원심력의 차이로써 불순물과 분리된 주물을 얻는다.

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http://www.youtube.com/watch?v=OSNft6xyurc


특수주조법 - 원심주조법

장점 core가 필요없다. 질(質)이 치밀하고 강도가 크다. 기포, 용재의 개입이 적다. 탕구, riser, 압탕구가 필요없다.

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특수주조법 - 다이캐스팅

용융 금속을 강철로 만든 정밀한 금속 주형에 대기압 이상의 압력으로 압입하는 주조법

균일한 제품의 연속주조가 가능하므로 고속 대량 생산에 적합

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http://www.youtube.com/watch?v=W6VgCaRozq8


다이캐스팅

자동차부품에 많이 이용되며, 전기기기 ·광학기기 ·차량 ·방직기 ·건축 ·계측기의 부품 등에 이용

장점 정도가 높고 주물표면이 깨끗하여 다듬질 작업을 줄일 수 있다.

조직이 치밀하여 강도가 크다. 얇은 주물의 주조가 가능하여 제품을 경량화(輕量化)할 수 있다.

주조가 빠르기 때문에 다량 생산으로써 단가를 줄일 수 있다.

단점 die 제작비가 고가이기 때문에 소량 생산에 부적합하다.

die의 내열강도 때문에 용융점이 낮은 비철금속에 제한된다

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다이캐스팅

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특수주조법 - 인베스트먼트

1. 제작하려는 제품과 동일한 모형을 양초 또는 왁스로 만든다.

2. 모형의 둘레에 유동성 있는 주형재(내화성 재료)를 흘려서 모형을 그 속에 묻히게 한다.

3. 건조가열로 주형을 굳히고 왁스는 용해시켜 주형 밖으로 흘려 배출함으로써 주형을 완성한다.

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특수주조법 - 인베스트먼트

기계가공이 용이하지 않는 재료로 높은 정밀도의 제품을 만드는 데 사용

가스 터어빈 블레이드, 항공기 부품, 계기 부품 등

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http://www.youtube.com/watch?v=9716TvPb-OQ


특수주조법- 셸 몰드법

규소 모래와 열경화성 수지를 배합한 분말(resin sand)을 가열된 금형에 뿌리고 경화시켜 반쪽의 주형을 만들고, 이것을 두 개 합하여 주물을 만든다.

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특수주조법- 셸 몰드법

주형을 신속히 다량 생산할 수 있으며, 주물의 표면이 아름답고 정밀도가 높으며 기계가공을 하지 않아도 사용할 수 있다

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특수주조법 – CO2 법

방법 주형재인 주형사에 물유리(규산소다)를 5 ~ 6% 정도 첨가하여 만든 주형에 CO2 gas 를 침투시켜 경화

장점 단시간에 건조형을 얻는 것과 같은 효과가 있다.

조형작업이 빠르고 건조 중 변형을 고려할 필요가 없다.

모래의 유동성이 좋아 조형에 필요한 에너지가 적게 든다.

모형이 있는 상태에서 경화되므로 주형의 정밀도가 높다.

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특수주조법 - 진공주조법

주조 방법 대기 중의 O2, H2, N2 gas에 의한 산화물, 백점(白點), hair crack등의 결함을 없애거나 감소시키기 위하여 10~3mmHg 정도의 진공에서 주조

특징 진공처리에 의한 정련반응을 촉진

산소, 질소, 수소 등의 불순 원소를 제거

용해와 주조과정의 환경으로부터 오염 방지

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특수주조법 - 칠드주조

주형의 일부를 금형으로 하여 주입된 용융 주철 중 금형에 닿는 부분은 급랭되어 경도가 높고 재부는 서서히 냉각되어 연질 조직이 되게 하는 주조법

압연 로울러, 차륜과 같이 내마모성이 있으며, 전체적으로는 끈기 있고 충격에 견디는 주물을 제작

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주물의 결함

기공(blow hole) 주형 내부의 가스가 외부로 배출되지 못해 발생

방지법 쇳물의 주입 온도를 필요 이상 높게 하지 말 것

쇳물 아궁이를 크게 할 것

통기성을 좋게 할 것

주형의 수분을 제거할 것

수축공(shrinkage hole) 응고 시의 수축에 의하여 최후의 응고부에 쇳물이 부족하여 공간이 생기는 현상

쇳물 아궁이를 크게 하거나 덧쇳물을 부어 방지

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주물의 결함

주물 표면 불량 주형 표면에 칠하는 흑연, 도포제에서 발생하는 가스, 용융 금속의 압력, 입자의 크기, 통기성 등에 의해 영향을 받음

유동 불량 주물의 두께가 너무 얇거나 쇳물의 주입 온도가 너무 낮을 경우 유동 불량이 발생하며, 2개의 방향에서 쇳물이 유동되어 만났을 때 완전히 융합되지 않을 경우 에는 쇳물 경계가 나타난다.

너무 얇은 두께는 피하며, 주입 온도는 너무 낮지 않도록 한다.

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주물의 결함

변형과 균열 용융 금속이 응고할 때 불균일한 수축으로 인하여 발생

방지법 각부의 온도 차이를 적게 할 것

주물을 급랭 시키지 말 것

주물의 두께 차이를 갑자기 변화시키지 않을 것

각이 진 부분은 둥글게 할 것(rounding)

편석(segregation) 용융 금속에 불순물이 있을 경우, 불순물이 집중되어 석출되던가, 무거운 것과 가벼운 것이 상하로 분리되어 굳음으로써 결정들의 각부 배합이 달라지는 현상

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주물의 결함

개재물

주물 속에 용해 찌꺼기, 모래 등의 불순물이 섞이는 현상

주형의 경도가 부족할 경우 발생

치수 불량

주물자의 선정 잘못, 목형의 변형, 코어의 이동, 주형상자의 맞춤 불량 등에 의해 발생

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주물의 시험검사

파괴검사, 비파괴검사

물리적 시험 : 타진 음향시험, 방사선 검사, 초음파 탐상검사, 자기 탐상시험

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