[주조][공정] 쉘몰드 주조 (Shell Mold Casting)

1. 개요

 

1) 정의

규소, 모래 또는 열경화성의 합성수지와 혼합한 분말을 가열된 금형에 뿌려 두 개의 주형을 만들어 용융 금속을 넣어 주물을 만드는 방법을 이른다.주형을 신속하게 대량생산할 수 있고, 정밀도가 높으며, 주조면(鑄造面)의 표면이 아름답고 기계 가공을 하지 않아도 사용할 수 있는 장점이 있다.

 

 

 

2) 공정

 

1. 셸몰드 금형을 상태검사 후 주형기에 장착 
   - 외관검사를 통한 변형 여부 확인 
   - 상, 하형 파팅라인 확인 
   - 분할 핀 마모상태 확인 
2. 셸몰드 금형을 200 ~ 300도로 예열한다  (LPG 가스 점화를 이용한 가열)
3. 금형에 주물사 + 열가소성 수지 결합제를 주입한다 
4. 모형의 열이 열가소성수지 결합제를 경화시킬때까지 대기한 후 뒤집어서 경화되지 않은 부분을 분리한다 (일반적으로 모형으로부터 10 ~ 20mm 거리)
5. 모형과 경화된 셸(Shell)을 오븐, 혹은 토치를 이용하여 완전경화한다 
6. 경화된 셸을 (인장강도 약 350 ~ 450 psi = 2.4 ~ 3MPa) 모형으로부터 분리 후 체결한다 
7. 내부에 들어갈 코어를 제작한다 (병행 실시)
   - 덤프식
   - 수직낙하식
   - 블로잉법 : 가장 일반적, 셸 샌드가 흡입계를 통해 코어 금형에 들어가게 됨 
   - 원심력식 
8. 셸몰드 주형을 조립
   - 압전법 : 접착제로 도포 후 압력을 가해서 부착 
   - 크리프법 : 탄력이 있는 크리프로 좌우 고정하여 조립 
   - 볼트 체결법 : 볼트로 체결 
9. 결합된 셸을 주입재킷 (pouring jachet) 내에 두고 금속 쇼트나 주물사로 둘러싸서 주입중에 셸을 지지한다 
10. 이후 일정시간 냉각 후 주물사를 제거
11. 쇼트 블라스트로 잔여 주물사 제거 
12. 그라인더로 압탕 제거, 파팅라인 제거 
13. 산소로 탕구계를 제거
14. 연마 그라인더로 주조품 연마 
15. 쇼트 블라스트로 최종 이물질을 제거, 표면 청결 작업
16. 최종 치수 검사 

셸 몰드 주조법 개략도

셸몰드 상형, 하형, 코어 이미지 출처 : NCS학습모듈

 

 

2. 특징

 

1) 장점

• 균질, 균등의 주물이 양산됨
• 치수 정밀도가 높고 (0.08 ~ 0.13mm, 1in 당 0.005in) 제품 표면이 우수 → 기계 가공 공정이 절감
  : 로스트왁스, 경합금 다이캐스팅 다음으로 비교적 정밀도가 있으며 경합금, 주철, 주강이나 어떤 금속에도 이용할 수 있어서 활용도가 높음

조형법	사형주조	CO2 주조	고압주조	인베스트먼트주조	셸몰드법
정밀도(허용차, mm)	0.1 ~ 1.5	0.2 ~ 1.2	0.05~0.2	0.05 ~ 0.2	0.1 ~ 0.5

 

• 조형 작업에 숙련공이 불필요함
• 주형은 강도가 높고 중량이 가벼워 취급이 간편함
• 주형을 입체적인 저장으로 할 수 있으며 장기간에 걸쳐 보존 가능
• 통기성이 좋아 가스에 의한 결함이 적다 
• 셸이 고온이 되면 일부 수지가 타서 붕괴성이 우수해짐

2) 단점

• 대형 주물에는 사용이 어렵다
• 원가를 고려하면 소량생산에는 곤란하다 

 

3. 고찰

 

1) 셸몰드 모래

모래 + 수지 점결제 사용 (열가소성 수지)

• 분말수지계 (powder resin sand)
  : 규사와 분말 레진을 혼련기에 넣어 균일하게 혼합하여 사용 
• 수지 코팅사 (resin coated sand)
  : 모래에 수지 점결제를 코팅하여 사용 

 

2) 셸몰드용 기타 재료

• 이형제
  • 셸을 모래형으로부터 쉽게 빼내기 위함
  • 조건 : 1) 아주 얇은 피막을 만들고 양호한 이형 효과를 가질 것 2) 열에 안정하고 내구성이 있으며 모형, 주형재료, 셸 등에 나쁜 영향을 주지 않을 것 
  • 주로 실리콘유(유기 규소 화합물), 탄화수소용액 등 
• 도형제 
  • 셸몰드 표면에 이형제인 실리콘유 부착으로 수용액의 균일한 도포가 곤란
  • 수용액을 이용하기 위해 계면활성제를 첨가 (도형제)
  • 메타놀과 같은 용제에 도형제를 현탁시켜 사용 
• 접착제
  • 반쪽으로 된 몰드를 맞추기 위해 사용 

출처 : NCS 모듈

3) 셸몰드 조형법

• 덤프법 : 주로 주형의 조형에 사용, 모래의 자유낙하를 이용하여 제작 (덤프박스 내에 넣고 모래를 회전시켜 경화되지 않은 모래를 떨어트림) 
• 모래 낙하법
• 블로잉법 (blowingn process) : 주로 코어의 조형에 사용, 금형 내에서 블로잉 노즐에서 순간적으로 레진 코티드 샌드가 블로잉하여 성형
  • 취상법 : 상부로부터 금형 내에 블로잉
  • 취하법 : 하부로부터 금형 내에 블로잉 
• 압상법