[주조 분야] 주조(casting)시 고려사항

[1] 개요 

• 주조(casting) : 액체 상태의 재료를 형틀에 부어 넣어 굳혀 모양을 만드는 방법.
• 각종의 로(furnace) 안에서 고철, 선철, 합금철 또는 비철금속 원료를 가열해서 용해하고 적정 성분으로 조정된 쇳물을 모래 또는 금속재의 거푸집(mold) 속에 부어 넣은 후 냉각 응고시켜 만드는 것.
• 원하는 모형으로 만들어진 거푸집의 공동에 용융금속을 주입하여 성형시킨 뒤 용융금속이 굳으면 모형과 동일한 금속물체가 된다.
• 주조의 분류 (공정) →  다른 토픽에서 세부 정리 예정  
  • 소모주형 주조공정 (expendable-mold casting process : 재사용 모형 / 1회용 주형 or 1회용 모형 / 1회용 주형)
    - 사형주조 (sand casting) : 생사주조(green-sand casting), 규산나트륨-이산화탄소 조형(물유리), 유기수지결합제를 이용하는 사형주조 (no-bake sand system)
    - 셸몰딩공정 (shell-molding process)
    - 진공조형(vacuum molding)
    - 석고주형주조(plaster molding)
    - 세라믹주형주조(ceramic mold casting)
    - 소모흑연주형
    - 고무주형주조
    - 인베스트먼트주조(investment casting, lost wax법)
    - 풀몰드주조(full-mold process)
    - 로스트폼공정(lost-foam process)
  • 영구주형주조 (금속 주형)
    - 슬러시주조(slush casting)
    - 저압 영구주형주조(low-pressure permanent mold casting : LPPM)
    - 진공 영구주형주조 (vacuum permanent mold casting)
    - 다이캐스팅 (die casting)
    - 스퀴즈 주조 (squeeze casting)
    - 원심주조 (centrifugal casting)
    - 반원심주조 (semicentrifugal casting)
    - 센트리퓨징 (centrifuging
    - 연속주조 (continuous casting)
    - 전자기주조 (electromagnetic casting)

[2] 주조시 고려사항 

1. 분리면의 위치 (parting line)
   • 분리면의 위치는 코어의 수, 효과적이고 저렴한 탕도계 사용, 최종주물의 무게, 코어지지방법, 최종치수의 정확도, 조형의 용이함 등에 영향을 줄 수 있다 
   • 슬라이드코어를 사용해야했지만 파팅라인 위치를 바꿈으로서 슬라이드코어를 사용하지 않아도 되는 경우가 생김 
   • 분리면의 위치에 따라 드래프트의 형상이 달라지고, 때로는 드래프트 필요를 없앨 수 있다 
2. 응고과정 제어 
   • 부피에 비해 큰 표면적 → 빠르게 냉각 → 강하고 단단해짐 (입자가 성장하기 전, 조밀할때 냉각) 
   • 무거운 부분 → 천천히 냉각 → 수축 공동, 기공 야기 (고체와 액체가 같이 있으면, 고체 사이에 낀 액체가 고체가 되었을때 그 수축량을 보상해줄 방법이 없다 → 방향성 응고가 중요한 이유) or 큰 결정립구조 형성
   • 모든 방향으로 균일한 단면이 이상적임 (두께가 변할경우, 최대한 완만하게 변화시켜야한다) 
3. 주물의 교차 
   • 주물의 두 부위가 교차하면 2가지 문제 발생 가능
     - 응력집중 (stress concentration) → 내부에 필렛 (fillet)으로 극복, 지나친 필렛은 열점(hot spot) 문제 발생 가능
     : 열점은 기공이나 수축공동과 같은 심각한 결함을 초래할 수 있다 
     - 수축 문제 발생 : 연속적인 리브 형성 → 여러 리브가 수축함에 따라 교차점에서 크랙 발생 → 리브를 엇갈리게 놓아서 변형을 줄이고 크랙을 야기할 수 있는 큰 잔류응력을 줄인다 
     
     
4. 분리선의 위치 
   • 파팅라인에는 작은 핀(fin)이나 플래시(flash)가 생기기 때문에, 육안상 보기 안좋으니까 파팅라인을 모서리와 일치하게 두는 것이 좋다 
5. 최소두께부 고려 최소 두께 추천값 (일반적인 값 → 주조 업체에 따라 최소 두께는 천차만별이니 잘 협의해야한다) 
   • 강 : 4.76mm
   • 회철 : 3.18mm
   • 가단철 : 3.18mm
   • 알루미늄 : 3.18mm
   • 마그네슘 : 4.76mm 
   • 아연합금 : 0.51mm 
   • 알루미늄합금 : 1.27mm
   • 마그네슘합금 : 1.27mm
6. 그 외
   • 단위 시간에 주입량이 많을수록 공기배출이 어려우므로 유동성이 좋으면 주입량을 적게 하며,
   • 탕구로부터 먼 곳에서부터 응고하도록, 즉 방향성 응고를 할 수 있도록 온도구배를 갖게 함
   • 용탕 온도가 낮을수록 단위시간 당 주입량을 많게 함 (빨리 응고) 
   • 응고속도와 주입속도를 조절할 수 있어야 함
   • 크기는 단위시간 당 쇳물주입량에 따라 결정