금속 주조는 용융 금속을 원하는 기하학적 형태의 중공 공동이 있는 금형(mould)에 붓고 냉각·응고시켜 고체 부품을 만드는 공정입니다. '주조(casting)'라는 용어는 이 공정으로 만들어진 부품 자체를 지칭하기도 하며, 그 역사는 6,000년 전으로 거슬러 올라갑니다.
역사적으로 금속 주조는 다른 제조 공정으로는 제작이 어렵거나 비용이 많이 드는 복잡하고/또는 대형 부품을 만드는 데 사용되었습니다.
금속 주조는 고대 뿌리를 가진 현대 공정입니다. 용융 금속을 금형 공동에 부어 냉각한 후 금형에서 꺼내어 금속 형상을 만듭니다.
금속 주조는 역사상 가장 초기이자 가장 영향력 있는 산업 공정으로 꼽힙니다. 자동차 부품, 열차 바퀴, 가로등, 스쿨버스 페달 등 일상생활의 수많은 금속 제품이 주조로 만들어집니다.
또한 주조 공장은 금속 재활용을 비용 효율적인 원자재 공급원으로 활용하여, 매립지로 갈 뻔한 스크랩 금속을 크게 줄입니다.
패턴은 주조품 외형의 복제품입니다. 패턴은 일반적으로 목재, 금속, 플라스틱, 석고로 만듭니다. 정밀한 계산으로 부품이 서로 맞물려 작동해야 하는 산업 부품 제작에서 패턴 제작은 매우 중요합니다.
주조품이 중공 구조라면 내부 형상을 만들기 위해 모래나 금속으로 된 추가 부품(코어)을 사용합니다. 코어는 일반적으로 강하면서도 쉽게 부서져 완성된 주조품에서 쉽게 제거할 수 있도록 만듭니다.
해변의 젖은 모래 위에 발자국이 남는 모습을 상상해 보세요. 발이 코어라면 모래에 남은 자국이 발의 금형입니다.
금형 제작은 주형틀(flask)을 사용하여 주형사(molding sand)로 패턴 주위에 주형을 만드는 다단계 공정입니다. 주형사(그린샌드)를 주형틀에 패턴을 놓고 다져 넣습니다.
이를 모래 주조(sand casting)라고 합니다. 모래가 단단히 다져지면 패턴을 제거하고 주형이 남습니다. 또는 파괴되지 않는 양면 금속 금형을 만들어 산업용으로 동일한 부품을 반복 생산할 수도 있습니다.
금속을 녹인 후 금형 공동에 붓고 응고시킵니다. 응고 후 셰이크아웃(shakeout) 공정이 시작됩니다: 진동으로 주형에서 모래를 분리해 주조품을 꺼냅니다.
산업 현장에서는 투-매스 셰이크아웃(Two-Mass Shakeouts) 같은 장비가 효율적이고 부드러운 성능으로 생산성을 높입니다. 분리된 모래는 수거·냉각·재생하여 향후 주조에 재사용합니다.
최종 단계에서 주조 금속 제품을 금형에서 꺼내 페틀링(fettling)합니다. 페틀링 과정에서 주형 잔재를 제거하고 거친 가장자리를 다듬습니다.
금속 주조는 금형 설계의 기본 특성에 따라 소모성 금형(expendable mould) 주조와 영구 금형(permanent mould) 주조 두 그룹으로 나뉩니다. 패턴 소재에 따라 더 세분화할 수 있습니다.
이름 그대로 최종 주조품을 얻기 위해 금형을 깨뜨려야 하는 일회용 비재사용 금형을 사용합니다. 이 금형들은 일반적으로 모래, 세라믹, 석고 등으로 만들며 바인더(결합제)로 결합하여 특성을 개선합니다. 복잡하고 정교한 형상 주조에 적합합니다.
비소모성 금형 주조라고도 하며, 각 생산 주기마다 재사용하는 영구 금형을 사용합니다. 동일한 금형을 재사용하므로 반복 생산에 적합하지만, 주조품을 꺼내기 위해 금형을 열어야 하므로 단순한 형상만 생산 가능합니다.
소모성 금형과 재사용 금형을 모두 사용하여 주조품을 만듭니다. 모래, 목재, 흑연, 금속 등이 사용됩니다.
산업 전반에서 주조 소비 현황은 다음과 같습니다.
금속 가공 및 주얼리 제작에서 주조는 액체 금속을 도가니(crucible)로 금형(보통 3차원 네거티브 형상)에 공급하는 공정입니다. 금속은 스프루(sprue)라는 중공 채널을 통해 금형으로 주입됩니다.
다이캐스팅, 정밀 주조, 석고 주조, 모래 주조 등 열간 성형 공정은 각각 고유한 제조 이점을 제공합니다.
금속 주조에는 다양한 도구와 재료가 필요합니다. 용융 금속을 담는 그릇을 '도가니'라 합니다. 그 외 용해로, 주형 상자, 손 다짐 도구, 도가니 집게, 벤트 와이어 로드, 손 체, 물 분무기 등이 필요합니다.
금속 주조는 제조업과 순수 미술 모두에서 7,000년 역사를 가진 공정입니다. 용융 금속을 도가니에서 금형으로 옮겨 양의 금속 주조품을 만듭니다. 금속과 금형을 냉각한 후 주조품을 꺼내 마무리합니다.
10가지 주조 공정
금속 주조 제품 예시
금속 주조의 장점:
이러한 장점과 함께 주조에는 다음과 같은 단점이 있습니다.
모래 주조가 가장 널리 쓰이는 금속 주조 방식입니다. 다만 모래 주조는 패턴을 금형에서 분리해야 하므로 복잡한 패턴 제작이 필요한 프로젝트에는 부적합할 수 있습니다.
오늘날 금속 주조는 정확한 화학과 완벽한 실행을 요구하는 복잡한 공정입니다. 현대의 방법은 인류 문명사에 비해 비교적 최근이지만, 최초의 금속 주조는 기원전 4000년경으로 거슬러 올라갑니다.
토치, 전기, 프로판, 유도로, 심지어 마이크로파 용해로로 금속을 녹일 수 있습니다. 최적의 방법은 예산, 녹일 소재 종류, 한 번에 녹일 양에 따라 달라집니다.
제조 공정으로서 딥 몰딩(dip molding)은 전통적인 양초 만들기와 유사합니다. 가열된 금형 액체 재료 탱크에 담갔다가 꺼내 경화시킨 후 부품을 분리합니다.
금속
단조(Forging)란 무엇인가? 단조는 해머, 프레스, 롤링 등으로 금속에 압축력을 가해 형상을 만드는 제조 공정입니다. 이 압축력은 해머나 다이(Die)를 통해 전달됩니다. 가공 온도에 따라 냉간 단조, 온간 단조, 열간 단조로 나뉩니다. 탄소강, 합금강, 스테인리스강 등 다양한 금속이 단조 가능하며, 알루미늄, 황동, 구리 같은 연질 금속도 단조할 수 있습니다. 단조는 최소한의 소재 손실로 우수한 기계적 물성(높은 피로 강도, 강도)을 가진 부품을 생산하며, 양산성과 특정 물성 구현에 경제적입니다. 대장장이들이 수천 년간 주방
메탈 플레이팅(도금)이란? 메탈 플레이팅은 소재 표면에 얇은 금속층을 입히는 것. 도전성 표면에 금속을 증착시키는 표면 피복 공정입니다. 수백 년 역사를 지닌 기술이자 현대 기술에도 필수적입니다. 장식, 내식성, 납땜성 향상, 경화, 내마모성, 마찰 저감, 도장 밀착성 향상, 전도도 변경, IR 반사율 개선, 방사선 차폐 등 다양한 목적. 주얼리는 은/금 마감 위해 도금 활용. 원자 단위 박막 증착 가능해 나노기술에도 응용. 여러 도금 방식과 변형 존재. 한 방식은 금속 시트로 고체 표면 덮고 열/압력 가해 융합. 다른 기법: 전기
