사형주조(Sand mold)란? 공정, 장단점, 형의 종류, 제품 사례

사형주조(Sand mold)란? 공정, 장단점, 형의 종류, 제품 사례

주조는 거푸집에 녹은 금속을 붓고 성형하는 방법입니다.

주조로 된 제품을 주물이라고 부릅니다.

주조는 주철·주강품·알루미늄 등 대응하는 재료가 많은 용도에 따라서 사용하는 것이 가능합니다.

 

쇳물을 이용하고 성형을 하기 때문에 단조와 절삭 가공에 비해서 

복잡한 형상의 제품을 싸게 양산할 수 있습니다.

주조에는 사형 주조·

다이 캐스트 

로스트 왁스 주조·

소실 모형 주조 등 다양한 제조 법이 있는데 

이번은 사형 주조의 기본 지식에 대해서 해설합니다.

 

사형 주조란?

 

사형 주조는 모래를 재료로 한 형태로든 "사형"을 사용한 주조 방법입니다.

 

사형은 "원형"으로 불리는 사형을 만들기 위한 목형과 금형의 

모형과 사형를 거두기 위한 "거푸집"을 사용하고 준비합니다.

사형는 위와 아래 틀에 나뉘어 그것들을 조합해서 주형을 만듭니다.

그래서 원형인 모형도 기본적으로 아래 위형으로 따로 준비하는 경우가 대부분입니다.

모형은 한번 준비하면 반복 사용 가능하고 같은 형상의 제품을 만들 때는 재활용되었습니다.

 

한편 사형은 한번 쓰고 제품을 만들면 내용의 주물을 꺼내기 때문에 깨야 합니다.

 

그래서 사형 주조에서 같은 형상의 제품을 만들 때마다

모형을 반복 사용하고 새로운 틀을 마련해야 합니다.

사형 주조에서 사용 재료는 용해할 수 있는 금속을 사용할 수 있습니다.

철계의 재료는 탄소 양의 차이에 의한 주강품과 주철로 분류됩니다.

주강품은 탄소 양이 2.1%이하로 적은 재료에서 내식성, 내열성, 내마모성이 뛰어납니다.

 

주강품은 더 세분하면

"합금강 주강품""탄소강 주강품"이 있습니다.

주철은 철·탄소·규소를 주성분으로 한 재료로 탄소를 2.1%이상 포함합니다.

주철은 주조성이나 강도가 뛰어난 것이 특징입니다.

 

사형 주조의 장단점

사형주조의 장점

● 목형의 모형이라 비용이 저렴하다

주조는 원형을 만드는데 비용이 걸리지만, 

사형 주조에서 이용 목형은 금형보다 비용이 싸게 듭니다.

● 복잡한 형상의 제품이라도 성형할 수 있다

사형 주조는 쇳물을 틀에 흘리고 굳히는 행보로 복잡한 형상의 제품이라도 성형이 가능합니다.

제품에 공동이 있는 경우도 "코어"라고 불리는 사형 부품을 사용하면 성형할 수 있습니다.

 

 

윗 그림은 우유 병 같은 형상의 제품을 주조하고 있는 예입니다.

 

코어를 사용하면 코어 부분에 쇳물이 주입되지 않게 되어, 

우유 병 같은 중천인 제품에서도 성형할 수 있게 됩니다.

 

사형을 죽였을 때, 코어도 함께 파괴하는 것으로 공동 부분이 완성됩니다.

● 큰 형상의 제품에도 대응할 수 있다

사형 주조는 대응하는 설비만 있으면 큰 제품에도 대응이 가능하므로, 

제품 형상의 자유도가 높은 특징이 있습니다.

 

 

사형주조의 단점

● 치수 정밀도에 부족하다

사형 주조는 거푸집에 모래를 담고 다지는 방법입니다만, 

상하의 본을 조합한 때 형 간 차이가 발생하거나 녹인 주철이 응고했을 때 수축하기 때문에 

치수 정밀도가 떨어지는 단점이 있습니다.

 

또, 주물 표면은 배의 표피처럼 거칠어지므로 깨끗한 면을 얻고 싶은 경우는 기계 가공할 필요가 있습니다.

다만 후술 하는 셸 주형으로 실시하는 주조로는 치수 정밀도를 얻을 수 있습니다.

● 목형 모형이 내구성이 부족하다

목형은 반복 이용할 수 있지만 내구성이 별로 없고 

몇번도 사용하면 마모되거나 상처가 나고, 제품에 악영향을 미칩니다.

생산 수가 많은 제품의 경우 내구성이 높은 금속제 모형을 쓰는 경우가 있습니다.

● 주소과 주탕 불량 등의 트러블이 있다

주조에서는 가스나 공기 속으로 제품 내부에 구멍이 뚫리는"주소"나,

녹은 금속이 주형 속에 충전하지 못하고 부족이나 옅은 돋을 새김이 생기는"주탕 불량"등의 문제가 발생하는 경우가 있습니다.

● 러닝 코스트가 비싸다

사형 주조는 하나의 제품을 만들 때마다 매번 사형을 파괴해야 하기 때문에 

러닝 코스트가 높은 경향이 있습니다.

사형 주조 공정·절차

여기에서는 생형을 사용한 사형 주조 공정에 대하여 차례로 해설합니다.

1. 모형 제작

사형 주조 중 생형로 불리는 종류는 주로 목형을 쓰고 모형을 만듭니다.

단 제법의 종류나 용도에 따라서는 금속제의 모형을 만들기도 합니다.

주로 1개 제품을 만들기 위해서는 모형을 위형과 시모형용으로 별도 준비할 필요가 있습니다.

2. 이코미

모형을 저반에 세팅 후 형틀에서 포위, 주물 모래를 부어 넣어 굳힙니다.

3. 모형의 취득

목형의 모형을 사형에서 꺼냅니다.

목형은 다시 사형 주조할 때 반복 사용할 수 있습니다.

4. 사형

사형는 위형과 시모형으로 따로 만들지만 주조를 하려면 그것들을 조립할 필요가 있습니다.

제품 내부에 공동이 있는 제품은 코어도 함께 조립합니다.

5. 용탕 붓기

조립한 사형에 있는 탕구에 쇳물을 붓고 성형합니다.

녹인 금속은 "용탕(물)"은 녹인 금속으로 "유그치"은 쇳물을 붓고 전용의 구멍을 말합니다.

6. 냉각·응고

사형의 내부에서 쇳물을 녹입니다.

7. 사형 꺼냄

사형을 죽여서 주물을 꺼냅니다.

8. 불량 주요부를 컷

사형에서 주물을 꺼냈을 때에 나오고, 유구치·가스 없이 입 등에 위치한

위형과 시모형 접속부 등에 나오는 바리를 제거합니다.

 

사형의 종류

사형 주조는 복수의 제조 법이 있는데 여기에서는 대표적인 종류인 

"생형"과 "셸 주형"의 2개에 대해서 소개합니다.

생형
생형은 "사형 주조 공정·절차"에 해설한 같은 절차로 주조하는 방법을 말합니다.

주물 모래를 말리지 않고 날로 만드는 방법에서 "생형"이라고 불립니다.

생형에서 이용하는 주물사는 골재로서 케이사, 

점결제 벤토나이트, 그 다른 첨가물 등으로 구성되어 있습니다.

규산질 모래는 천연 산출에서 뛰어난 내열성을 가지며 입수가 비교적 간단한 것부터, 

주물 만들기에서 옛부터 이용되고 있습니다.

 

벤토나이트는 점도 바위의 일종으로 물을 첨가하여 점결력을 얻을 수 있습니다.

모형은 목형이 채용되고 있는 것이 많지만 성형하는 제품에서는, 

모형의 내구성이 요구되므로 금속제의 틀을 이용하는 경우도 있습니다.

셸 주형

셸 주형은 가열한 금형의 위에 레진 샌드( 세세한 케이사에 열 경화성의 페놀 수지 분말을 5%정도 섞은 모래)를

점결제로 한 주물 모래를 불어넣어 경화시키는 방법을 말합니다.

셸 주형으로 만든 거푸집은 얇고 조가비상이어서"셸 주형"이라고 불립니다.

셸 주형은 생형에 비해서 치수 정밀도가 높은 소형과 얇은 제품을 만드는데 적합합니다.

또 코어를 사용한 복잡한 형상의 성형에 좋습니다.

사형 주조의 제품 사례

사형 주조는 자동차 부품·각종 구조물 건설 기계 부품

철덮개 그레이 친구·카 등 폭넓은 분야에서 채택되고 있습니다.

 

사형 주조는 금속 재료를 사용하는 것 때문에 복잡한 형상이면서

각 종류의 특성을 살린 제품을 성형할 수 있는 것이 강점입니다.

 

 

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