개념 한 쪽
주조공정은 주형과 모형 재료, 제거 방식, 금형의 사용 여부에 따라 여러 방법으로 구분된다. 왁스 모형을 용출하는 인베스트먼트법은 고정밀·복잡 형상에 적합하고, 셸 몰드법은 얇은 껍질형 주형으로 정밀하고 자동화가 쉬워 대량생산에 유리하다. 다이캐스팅은 고압으로 금속을 금형에 주입하여 정밀하고 매끄러운 표면을 얻지만 금형 비용과 금형 재질 한계가 존재한다.
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출제기준 단원 「주조공정」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 비중에 의한 중량 계산 | 1 | 동일 체적일 때 재료 비중으로 주물 무게를 계산하는 방법 |
| 코어 사용 목적 판별 | 1 | 묵형 주조에서 코어의 역할을 근거로 주물의 특징을 고르는 능력 |
| 왁스 모형 관련 주조법 식별 | 1 | 왁스·파라핀 모형 용출 여부로 인베스트먼트법을 판별하는 능력 |
인베스트먼트법은 왁스나 파라핀 같은 녹는 모형을 주형재로 매몰한 뒤 가열로에서 모형을 용출하여 빈 공간에 용탕을 부어 주물을 얻는 방법으로, 정밀하고 표면이 깨끗한 복잡한 형상의 주물을 만들 수 있는 공정이다. 이 공정은 유실주조라고도 불리며, 정밀 부품 제작에 주로 사용된다는 점이 핵심이다.
셸 몰드 성형법은 모래와 수지를 혼합한 혼합물을 가열된 금형에 붙여 얇은 껍질(shell) 형태의 주형을 만드는 방법으로, 주형의 정밀도가 높고 표면이 매끄러우며 자동화가 용이하다. 주형 제작에 비용이 들고 주형을 매번 새로 만들어야 하므로 초기 비용을 회수하려면 중·대량 생산에 적합하다는 점을 기억해야 한다.
다이캐스팅은 용융 금속을 고압으로 금형에 주입하여 정밀도가 높고 표면 상태가 우수한 주물을 얻는 방법이다. 금형 제작비가 높고 금형 수명이 금속의 융점과 관계가 있으므로 고융점 금속은 금형 손상 문제로 주조가 곤란할 수 있다. 따라서 다이캐스팅은 반복생산으로 금형비를 분산할 수 있는 대량생산에 적합하다.
주형 제작 방식에는 골격형, 매치 플레이트형, 회전형 등 목적과 주물의 크기·정밀도에 따라 선택하는 방법이 있으며, 코어(core)는 묵형 주조에서 내부 공동을 형성하기 위해 사용하는 보조 요소라는 점을 구분해야 한다. 코어 사용 시에는 내부 통로나 속이 빈 형상을 얻을 수 있다는 점이 중요하다는 사실을 유의한다.
대표 계산 문제 유형은 동일 체적일 때 재료의 비중 차로 주물 무게를 구하는 문제이다. 목형과 주물이 동일 형상·동일 체적이고 목형 무게가 2.5kgf이며 금속 비중이 7.2, 목재 비중이 0.3일 때 주물 무게는 다음과 같이 구한다. 주물 무게 = 목형 무게 × (금속 비중 / 목재 비중) = 2.5 × (7.2 / 0.3) = 2.5 × 24 = 60kgf가 된다. 이 계산은 부피가 같으면 중량이 비중에 비례한다는 원리를 적용한 것이다.
주조법 판별 문제는 키워드 매칭 방식으로 해결한다. 예를 들어 '왁스 모형 용출', '정밀', '복잡 형상' 키워드가 나오면 인베스트먼트법을 선택하고, '모래와 수지로 얇은 껍질 형성', '정밀·자동화·대량' 키워드가 나오면 셸 몰드법을 선택하며, '고압 주입', '금형 사용', '정밀·매끄러운 표면'이면 다이캐스팅을 선택한다.
목형과 주물이 동일형상이고, 동일 체적일 때 목형량이 2.5㎏f 이라면 주물의 중량은 몇㎏f인가? (단, 사용금속의 비중은 7.2, 목재의 비중은 0.3 이다.)
정답 ④ · 목형과 주물의 체적이 동일하므로, 부피 대비 무게의 비율인 비중을 이용하여 중량을 계산할 수 있습니다. 주물의 중량은 목형의 중량에 (금속의 비중 / 목재의 비중)을 곱하여 구합니다.
동일 체적일 때 중량은 비중의 비례에 따라 결정되므로 W주=W목×(γ금/γ목) 공식을 사용한다.
묵형에서 코어(core)를 사용하는 주물의 특징 설명으로 가장적합 것은?
정답 ① · 문항은 묵형 주조에서 코어를 사용하는 주물의 특징을 묻고 있다. 코어는 주물 내부의 공동을 형성하기 위해 금형 내에 삽입되는 것으로, 속이 빈 형상을 만들기 위해 쓰인다.
묵형 주조에서 코어는 주물 내부의 빈 공간을 형성하기 위해 사용되므로 속이 빈 주물의 특징이다.
왁스, 파라핀 등으로 만든 주형재를 사용하여 대단히 치수가 정밀하고 면이 깨끗한 복잡한 주물을 얻을 수 있는 주조법은?
정답 ③ · 문항은 왁스 등으로 만든 주형재를 사용하여 매우 정밀한 주물을 얻는 주조법을 묻고 있다. 왁스 모형에 세라믹층을 입혀 모형을 제거한 뒤 주조하는 방식은 인베스트먼트법(정밀주조)으로 복잡하고 치수정밀도가 높은 주물을 얻는 데 적합하다.
왁스 주형을 사용하여 정밀복잡한 주물을 만드는 주조법은 인베스트먼트법(Investment Casting)이다.
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