모형, 목형, 목형재료 구비조건, 목재의 건조법, 수축여유, 가공여유

목형이란?

 

<기출> 

• 21-1-1 주물제품을 제작하기 위한 모형 중 부분목형에 대하여 설명하시오
• 20-3-5 목형용 목재의 건조법과 방부법에 대하여 설명 
• 17-4-2 목형재료의 구비조건 3가지오와 목재의 건조법 6가지를 설명하시오 
• 14-1-1 주조에 사용하는 모형의 종류 중 매치플레이트에 대하여 설명하시오 

 

1. 개요

 

1) 모형의정의

모형은 소요 형상의 주물을 만들기 위해 각종 재료로 만든 원형 
일반적으로 모형을 목재로 만들기 때문에 목형이라고 불림 (거의 모형 == 목형, 그러나 금속 모형도 있음)  

  목재의 장점
목재는 금속에 비해 재료비, 가공비가 저렴하며 정밀도를 고려하지 않는다면 그 장점이 더 부각된다 
또한, 금속, 석고형보다 가볍고 가공성이 좋고 취성이 적다. 
합성수지에 비해서 가격이 저렴하다. 

 목재의 단점  
 재질이 불균일, 신축이 있어 수축의 원인 
 대량생산에는 좋지 않음 (깎아서 만들어야함) 
 기계적 강도가 합성 수지에 비해 약함

모형의 재료는 목형(목재), 금형(쇠), 석고형(석고), 시멘트형(시멘트), 합성수지형, 왁스형 등이 있다 

 

2) 목형의 구비조건

주로 소나무, 회나무, 박나무, 벚나무, 마호가니나무, 티크 등이 있음 

• 잘 건조되어 수분, 수지가 없고 수축 또한 없어야함 
• 재질이 균일하고 변형이 없어야함
• 가격이 가일 것
• 적당한 강도, 경도 등 기계적 성질을 갖출 것 
• 가공이 용이하고 가공면이 고울 것 (옹이 등 X)

3) 목형의 건조법

목재는 기본적으로 수분을 30 ~ 40% 함유하고 있어 건조시 수축 및 변형의 여지가 있기 때문에, 모형을 제작하기 전 원재료는 반드시 건조를 시켜야한다. 건조시 부패를 막고, 기계적 성질을 증대시키며 수축 및 변형의 여지를 제거할 수 있음

• 자연건조법 
  • 야적법
  • 가옥적법
• 인공건조법
  • 열기건조법
  • 침재법
  • 자재법
  • 증재법
  • 진공건조법
  • 훈재법 : 배기 가스, 연소 가스 이용
  • 전기건조법 : 공기 중에서 전기저항열(줄열) 혹은 고주파열로 건조
  • 약재건조법 : KCl, H2SO4 등의 건조제를 함께 넣고 건조 

① 자연건조법 (Natural Seasoning) 

통풍이 잘 되는 곳에 목재를 정돈하여 쌓아놓고 대기 온도로 건조시키는 것

건조기간에 2 ~ 5년이 소요되며 충분한 건조에는 10년 이상 소요됨 

아적법은 환목 또는 큰목재, 가옥적법은 판재에 사용함 

② 열기건조법 (Hot Air Seasoning)

실내공기를 70도까지 가열하여 송풍기로 뜨거운 열기를 보내 건조시킴 

③ 침재법 (Water Seasoning)

원목을 약 2주간 물에 침지시켜 수액과 수분을 해당 성분으로 치환시킨 뒤 건조 (균열을 방지)

④ 자재법 (Boiling Water Seasoning) 

용기 속에 들어있는 목재에 수증기를 통하게 하여 내부 수액을 빼낸 다음 건조시켜 수축과 변형이 적고 건조가 빠름 

⑤ 진공건조법 (Vaccume Seasoning) 

진공상태에서 가스 혹은 고주파 가열기를 이용한 열원을 통해 건조시킴 

⑥ 증재법 (Steam Seasoning) 

가열된 증기를 이용해 건조 

 

4) 목형의 방부법 

목재가 상하지 않고 부패하지 않도록 하는 처리 

① 도포법

표면에 페인트, 오일 등을 도포하는 방법

② 충진법

방부재를 목재 속에 채워 넣는 방법

③ 자비법

방부재를 끓여, 수증기의 형태로 목재 내부로 침투시키는 방법 

④ 침투법 

방부재에 목재를 침지하는 것, 가열과 병행하면 더 깊게 침투함 

 

5) 목형 제작시 고려사항 

주물은 기본적으로 응고시 수축하므로, 수축에 대한 여유를 남겨놔야하며, 사형주조의 경우 표면에 흑피가 생기고 울퉁불퉁한 표면이 형성되기 때문에 조립이나 가공기준면 등은 가공을 해야하며 이를 위한 가공여유가 있어야한다 

① 수축여유 (Shirinkage Allowance)

수축에 대한 보정량 
일반적으로 주물자(수축여유를 고려하여 만든 자)를 이용하여 수축에 대한 보정량을 계산한다 
주철은 m당 8mm (1008mm를 1000mm라고 생각함)

주강은 m당 16mm (주강이 더 수축이 많이 된다, 1016mm를 1000mm라고 생각함) 

② 가공여유 (Machining Allowance)

수기가공이나 기계가공을 필요로 할 때 덧붙이는 여유치수 
가공정도, 재질, 주물 크기에 따라 여유량이 고려되어야함 
거친 다듬질은 1 ~ 5mm, 정다듬질은 5 ~ 10mm 가공여유가 필요

③ 보정여유 

주물자, 가공여유 등에서도 주물의 변형 등으로 인해 살두께에 여유를 두어야할때, 감소시켜야 할 때 등 치수의 정확을 기하기 위한 여유 
방향성응고를 위해서 여유를 넣기도 함 (덧붙임) 

 

④ 빼기 기울기 (Draft Angle)

알루미늄 다이캐스팅 등 금형 주조에서는 주물을 빼내기 위해 Draft angle이 필요하고 사형 주조에서는 주형에서 수직인 면을 가진 원형을 빼낼때 필요. 해당 면이 클수록, 원형의 길이가 길수록 작업이 어렵고 원형을 빼낼때 주형을 파손하기가 쉽기 때문에 구배를 줘야하먀 빼기각 등으로 표현, 보통 0.25 ~ 1도 정도 줌 

⑤ 라운딩

주형면과 직각방향으로 수지상정이 생길때, 라운딩(R값)을 주지 않으면 주물의 직각부분에 수지상정이 만나 선이 생기며 취약해진다. 따라서 이를 방지하기 위해 주물은 라운딩을 적극적으로 줘야한다 

라운딩, HRD

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2. 모형의 종류

• 현형(solid pattern)
  • 단체목형
  • 분할목형
  • 조립목형
• 부분목형 (Section Pattern) 
• 골격목형 (Skeleton Pattern)
• 회전목형 (Sweeping Pattern) 
• 고르게 목형, 긁기형 목형 (Stickle Pattern) 
• 코어 목형 (Core Pattern) 
• 매치 플레이트 (Match Plate) 
• 패턴 플레이트 (Pattern Plate) 
• 잔형 (Loose Plate) 

1) 현형 (Solid Pattern)

주물과 동일한 형상의 목형
작고 간단한 주물 생생산에 많이 이용됨 

단체원형, 분할원형, 조립목형이 있음 

좌측부터 단체원형, 분할원형, 조립원형, HRD 출처

 

2) 부분목형 (Section Pattern)

모형이 크고 대칭형상 (기어, 원형 등). 제작비가 저렴하고 제작 소요 기간이 어려움 
합이 안맞으면 정밀한 주형 제작이 어려움 

• 대형기어
• 프로펠러 

부분형, HRD

3) 골격목형 (Skeleton Pattern)

재료의 절약을 위해 주물 요소요소에 단면 형상을 골격으로 만들어 외형의 표면을 만든 것 
주물의 형상이 간단하고, 대형인 주물에 적용

골격형, HRD출처

 

4) 회전목형 (Sweeping Pattern)

주물의 반지름 단면과 같은 형상으로 된 회전판을 중심축으로 회전시켜 주형을 제작 
값이 싸고 간편하나 기술을 요함 
비교적 대형이고 제작 개수가 적은 것에 활용 

• 원형, 반원형, 원판상, 차바퀴 
• 밸트 풀리
• 기어 소재 등 

 

5) 고르게 목형, 긁기형 목형 (Stickle Pattern)

긁기판을 일정한 안내판에 따라 움직여 주형을 만듬 

긁기형 목형

 

 

6) 코어 목형 (Core Pattern)

주물 제품에 중공 부분이 있을때 사용하는 코어를 제작하기 위한 목형 

 

 

7) 매치플레이트 (Match Plate)

소형의 주물이며 대량 생산을 위해서는 매치플레이트 사용이 유리함 
상형, 하형이 분리선을 구성하는 평판 양쪽에 창치가 됨 
1개의 판에 여러개의 모형을 뭍여 여러 주형을 동시에 제작하는 것 

매치 플레이트 모형

 

8) 패턴플레이트 (Pattern Plate))

두 개의 플레이트 한쪽에만 맞붙여서 상하주형을 각개의 조형기로 조형하는 것 
매치플레이트보다 크거나 대형, 중형용에 적합

패턴 플레이트, 평판의 한쪽 면에만 원형이 존재한다

 

9) 잔형 (Loose Pattern)

주형에서 뽑기 곤란한 목형 부분만을 별도로 만들어두었다가 이것을 조립하여 주형을 제작할때 목형은 먼저 뽑고 잔형은 주형 속에 남겨두었다가 나중에 뽑을때 쓰는 목형 

 

인베스트먼트 주조(Investment Casting), 정밀주조, 로스트왁스법, 마그네틱 주조법, 풀몰드 주조, 로

칠드주조 (Chilled Casting), 주조, 특수주조

진공주조 (Vacuum Casting)

주철의 열처리(SRA, 연화풀림, 시효처리), 주강의 열처리(기본열처리)

주조 / 용접 비파괴 검사 정리 / 라멜라균열 (라멜라조직, 로드조직)