[기계공작법] 주조 공정 #1

기계공작법  주조공정 

 

 

1. 주조법이 다른 가공법들과 비교해서 그 장단점을 설명하라

장점

① 형상치수가 동일한 것을 많이 얻을 수 있다

② 복잡한 형상(특히 내부가 복잡한)의 제품을 제작 가능.

③ 소성가공이나 절삭가공이 곤란한 금속합금도 이용가능

④ 제품의 크기와 무게의 제한을 거의 받지 않음

⑤ 가공비 절감

단점

① 가공으로 만든 제품보다 기계적 성질이 떨어진다.

② 재질 및 성질이 균일한 것을 얻기가 곤란

③ 기계가공에 비해 치수정밀도가 떨어진다.

④ 수량이 적을 때는 모형제작비가 있어서 단가가 올라간다.

⑤ 얇은 부품제조에 한계가 있다.

 

2. 목형재료의 필요한 조건

① 충분히 건조되어 수축이 적을 것

② 마디가 없고 재질이 균일하여 변형이 없을 것

③ 가공이 용이하고 가공면이 좋을 것

④ 적당한 강도, 경도를 가질 것

⑤ 값이 싸고, 구하기 쉬울 것

⑥ 외관이 미려할 것

 

3. 금형이 목형에 비해 우수한 점은

① 파손, 마멸이 적다

② 모래와 분리가 잘되고, 주물표면도 곱다

③ 장기간 보관해도 변형되지 않는다.

④ 치수정밀도가 높은 주물을 얻을 수 있다.

 

4. 주형제작법의 종류

① 개방식 주형법 : 바닥주형법

② 상중 주형법 : 혼성주형법

③ 반전 주형법 : 조립주형법

④ 회전 주형법 : 원판, 기어, 풀리 등의 주형법

⑤ 긁기 주형법 :

 

5. 용선로 구비 시 고려사항

① 노의 가격, 조업 비, 유지비 등 경제적인 배려

② 주조 합금의 용해온도, 화학적 성분조절의 난이성에 대한 고려

③ 불순물 혼입방지를 위한 분위기의 제어성

④ 노의 용량 및 용해 속도

⑤ 소음 침 공해 증에 대한 환경문제

⑥ 사용 열원 및 연료의 가격

⑦ 용융금속의 과열 및 조업시설의 난이성

 

6. 용선로의 장단점

용선로 : 주철의 용해로

용선로의 크기 : 시간당 용해 중량을 톤으로 표시,(1~40톤, 우리나라는 2~5톤 많이 사용)

장점

① 코크스비(장입코크스와 지금의 무게 비:1/10~1/13)가 낮아 경제적이다.

② 조업이 비교적 간단하고 수시로 쇳물을 뺄 수 있다.

단점

① 노내에 연료, 지금, 공기가 공존하며 산화손실이 크다

② 황과 같은 유해 불순물이 쇳물에 혼입되기 쉽다..

③ 큰 덩어리의 지금 용해가 어렵고 일시에 다량의 쇳물을 얻기 어렵다.

④ 쇳물의 합성성분의 조절이 어렵다.

 

7. 도가니로의 장단점

도가니로 : 도가니를 사용하여 금속을 용해하는 로.

크기 : 구리의 용해량(kg)을 번호로 표시

장점

① 지금이 연료의 영향을 받지 않는다. - 정확한 성분을 얻을 수 있다

② 도가니의 크기에 따라 적당량의 용탕을 얻을 수 있다.

③ 시설이 간단하다

단점

① 용량이 작고 수명이 짧다.

② 용해 단가가 비싸다( 용선로의 10~20배)

 

8. 전기로의 장단점

전기로: 가열열원을 전기로 한 노의 총칭

크기 : 용해되는 금속의 중량 (보통 0.5~30톤)

장점

① 연료이 불순물 침해가 없어 순도가 높다

② 온도조절범위가 넓고 정확, 조작이 용이

③ 다른 노에 비해 온도가 높다(최고온도 다른로는 2000℃, 전기로 3000℃)

④ 성분원소의 배합조절이 용이

⑤ 용해 시 금속산화 및 기타 손실이 적다

⑥ 용해 금속의 가스 발생이 적다

단점

① 전기소비량이 많아 전력비가 비싸다

② 시설비가 많이 든다.

③ 중간에 용해된 쇳물을 받을 수가 없다

 

9. 원심주조법 이란?

주형을 회전시켜서 원심력에 의한 압력을 주물에 가해 주조하는 방법

① 코어가 필요 없다.

② 가스에 의한 기공이 발생하지 않는다.

③ 조직이 치밀하다

 

10. 다이캐스팅의 장단점

양편으로 분리될 수 있도록 제작된 금형에 용탕을 고압으로 압입하여 응고시킨 후 분리하는 방식

장점

① 주물의 형상이 정확하고 표면이 고와서 끝손질이 할 필요가 거의 없다.

② 제품이 균일하고, 호환성이 있다.

③ 생산속도가 빠르고 대량생산으로 단가가 싸다

④ 조직이 치밀하고, 강도가 높다

⑤ 단면이 얇은 주물이 주조가 가능하다

단점

① 용융점이 높은 금속은 안된다.(구리합금 이하)

② 대형 주물을 주조할 수 없다

③ 금형 제작비가 고가이므로 소량생산에는 적용할 수 없다

④ 다이캐스팅 기계 및 설치비가 비싸다

⑤ 개스 배출에 대한 대책이 필요하다

⑥ 형상이 금속형에서 뽑아낼 수 있는 구조이어야 한다.

가압실의 종류 : 열가압식, 냉가압식

 

11. 인베스트먼트 주조법의 순서

① 왁스 모형 제작

② 왁스로 만든 탕구계와 왁스모형을 붙여 트리(모형)제작

③ 내화성 슬러리에 담갔다가 꺼낸 후 내화성 모래를 뿌려 피복층 형성

④ 인베스트재로 모형을 씌워 주형을 만든다.

⑤ 주형을 거꾸로 매달아 가열하여 왁스를 녹여낸다

⑥ 왁스 제거 후 700~1000℃의 노에서 30~60분 가열하여 완전히 소결

 

12. 인베스트먼트 주조법의 장단점

① 치수정도가 정밀하고, 표면거칠기가 양호

② 크기가 작은 것부터 두께가 작은 것까지 가능하고 높은 정밀도로 주조

③ 복잡한 형상의 주물도 용이

④ 스텔라이트와 같은 초경합금의 정밀주조도 가능

 

13. 셀몰드법(셀주형법, 크로닝법)을 인베스트먼트 주조법과 비교해서 설명하라

① 셀몰드법은 얇은 셀을 사용하므로 조형재가 소량으로 된다

② 형을 뽑아내는 공정 때문에 복잡한 주물이 곤란하다.

③ 정밀도와 표면거칠기가 인베스트먼트보다 약간 떨어진다.

④ 주형제작방법이 간단하여 고가의 기계설비가 필요없다.

⑤ 생산성이 높다

⑥ 주물 중량 23kg 까지 가능하여 범위가 넓은편이다.

⑦ 주물온도가 높은 강이나 스텔라이트 주조는 안된다.

⑧ 구리합금, 주철, 모넬메탈, 알류미늄합금 등의 주조에 사용한다.

 

14. 탄산가스 주형법이란 무엇이며 장단점은?

탄산가스 주형법 : 주형용사로 규사를, 점결재로는 규산소다를 배합하여 보통사형과 같은 방법으로 조형한 후 탄산가스를 불어넣어 급속히 경화시키는 방법

장점

① 보통모형을 그대로 사용 단시간에 건조형과 같은 것을 얻는다.

② 주형건조설비가 필요없다.

③ 모래를 지지하기 위한 심금 이 절약

④ 기공이 방지되고 주형이 주입중에 용탕이 씻겨내려가서 상하거나 하지 않는다.

단점

① 주형제작용 기계를 사용하는 것에서는 별로 효과를 발휘하지 못한다.

② 규산소다. 탄산가의 등의 비용이 든다

③ 주형사의 복용성이 떨어진다.

 

15. 주물의 결함 중 용탕에 의한 결함인 기공, 수축공, 핀 홀에 대한 원인과 대책은?

기공 : 용탕에서 발생한 가스가 밖으로 배출되지 못하고 주물 내에 같혀서 생겨나는 중공부

원인

① 주형과 코어에서 발생되는 수증기에 의한 것

② 용탕에 흡수된 가스에 의한 것

③ 주형 내부이 공기에 의한 것

대책

① 쇳물의 주입온도를 필요이상 높게 하지 않는다.

② 쇳물받이를 크게하고 송탕구를 붙여 용융금속에 압력을 줄 것

③ 주형의 통기성을 향상 시킬 것

④ 주형 내의 수분을 적게 하고, 쇳물받이의 위치와 크기 조절

 

수축공: 용탕 응고 시 수축으로 응고가 늦어진 부위에 발생하는 중공부

원인

① 응고온도 구간이 짧은 합금에서 압탕량이 부족할 때

② 응고온도 구간이 짧은 합금에서 온도구배가 부족할 때

③ 주입 온도가 낮을 때

대책

① 쇳물받이를 크게 한다.

② 송탕구를 붙여 쇳물 부족을 보충해 준다.

 

핀 홀 : 육안으로 판별되지 않을 정도의 작은 구멍들이 무수히 모인 결함

원인

① NI 청동과 같은 합금으로 용해중 에 다량의 공기를 흡수했다가 냉각 시에 거품형태로 많은 양의가스를 발생할 때 일어난다.

② Al 합금은 수소를 흡수하여 핀 홀을 발생시킨다.

③ 주철에서는 흑연이 크게 성장하여 분리될 때 발생한다.

대책

① 거품 발생을 억제하기 위해 금형을 사용하며, 용탕의 응고를 촉진시키며 거품이 발생할 시간적 여유를 주지 않는다.

② 용해 시 가스 흡수를 방지한다.

③ 흑연량을 억제해서 결정입자를 미세화 시킨다.

 

16. 주물의 결함인 유동불량, 용탕부족, 용탕경계의 대책은?

유동불량: 주입온도가 낮을 때 쇳물이 주형을 채우지 못하여 주물형상이 불완전할 것

용탕부족: 주입 시 부주의로 소량의 쇳물을 주입하지 못한 것

용탕경계 : 용탕부족으로 먼저 들어간 부분과 나중에 들어간 부분이 완전히 용합하지 않고, 경계면을 형성한 것

① 주물 두께 형상에 따라 주입온도를 계산

② 공기 빼기를 충분히 한다.

③ 송탕구 높이와 위치 및 양을 검토

④ 용탕은 20~30% 정도 여유 있게 준비

⑤ 도중에 냉각되지 않도록 냉각속도 조절

⑥ 너무 얇은 살두께를 피한다.