금속 주조 이해: 공정, 이점 및 응용 분야

주조

금속 액체 성형, 또는 주조는 일반적으로 부품 형상과 크기에 적합한 주조 캐비티에 액체 금속을 부은 후 냉각 고체화해 블랭크나 부품을 얻는 가공 방식을 말합니다.

기술 공정

액체 금속 → 금형 충진 → 응고 수축 → 주조 부품

기술 특성:

• 복잡한 형상 부품 제조 가능, 특히 내부 공동이 복잡한 부품.
• 높은 적응성. 합금 유형과 부품 크기에 거의 제한 없음.
• 광범위한 원료 소스, 주조 폐기물 재활용, 설비 투자 저렴.
• 높은 폐기율, 열악한 표면 품질, 나쁜 작업 조건.

주조 분류

모래 주조

모래 금형으로 부품을 제조하는 주조 방식. 강철, 철, 대부분 비철 합금 주조에 널리 사용.

모래 주조 기술 공정

(이미지 참조)

모래 주조 기술 특성

• 복잡한 형상, 특히 복잡한 내부 공동 워크블랭크에 적합.
• 광범위한 적응성과 저비용.
• 나쁜 소성 소재(주철 등)에는 모래 주조가 관련 부품이나 워크블랭크를 만드는 유일한 방법.

모래 주조 응용

자동차 엔진 블록, 실린더 헤드, 크랭크축 등 주조품.

정밀 주조(인베스트먼트 캐스팅)

정밀 주조는 일반적으로 융해성 소재로 형상을 만들고, 형상 표면에 여러 층의 내화 소재를 코팅해 셸을 만드는 주조 방법을 말합니다.

그 후 형상을 녹여 셸에서 배출해 파팅 면 없는 주조를 얻고, 고온 소성 후 모래를 채웁니다.

모래 주조 기술 공정

(이미지 참조 - 원문 오타로 '모래 주조'라 표기됨)

정밀 주조 기술 특성

장점

• 높은 치수 및 기하학적 정밀도.
• 높은 표면 조도(매끄러움).
• 복잡한 형상 주조품 제작 가능, 주조 합금 원료 무제한.

단점

• 복잡한 작업 공정과 높은 비용.

응용

로스트 왁스 주조는 복잡한 형상, 높은 정밀도 요건, 또는 정밀 주조로만 가능한 기타 소형 주조 부품에 적합. 예: 터빈 엔진 블레이드 등.

다이 캐스팅

다이 캐스팅 기술 특성

장점

• 다이 캐스팅 중 액체 금속이 고압을 받고 유속이 빠름.
• 좋은 제품 품질, 안정된 치수, 좋은 호환성.
• 높은 생산 효율, 다이 캐스팅 금형 재사용.
• 대량 생산 선호, 좋은 경제적 수익.

단점

• 다이 캐스팅 부품은 기공과 다공성 발생 쉬움.
• 다이 캐스팅품은 저소성이며 하중 및 진동 조건 작업에 부적합.
• 고융점 합금의 다이 캐스팅 금형 수명 낮아 다이 캐스팅 생산 확장에 영향.

저압 주조

저압(0.02~0.06MPa) 하에서 액체 금속으로 주조 금형을 충진하고 압력 하에서 결정화해 주조품을 형성하는 방법.

저압 주조 기술 공정

(이미지 참조)

저압 주조 기술 특성

• 주조 압력과 속도 조절 가능, 다양한 주조 금형(금속 금형, 모래 금형 등), 다양한 합금, 모든 크기 주조품에 적용 가능.
• 주조품이 압력 하에서 결정화. 치밀한 주조 구조, 명확한 윤곽, 매끄러운 표면, 높은 기계적 성질. 특히 대형 박벽 부품에 유리.
• 급탕 헤드 생략, 금속 이용률 90~98% 증가.
• 낮은 노동 강도, 좋은 작업 조건, 단순한 설비, 기계화 및 자동화 실현 용이.

응용

저압 주조는 전통적 제품에 주로 적용. 예: 실린더 헤드, 휠 허브, 실린더 랙.

원심 주조

회전하는 주조 금형에 금속 액체를 부어 주조 금형을 채우고 원심력 작용 하에 응고시키는 주조 방법.

원심 주조 기술 공정

(이미지 참조)

원심 주조 기술 특성

장점

• 게이팅 시스템과 라이저 시스템의 금속 소모 거의 없음. 공정 수율 크게 증가.
• 중공 주조품 생산에 모래 코어 불필요. 긴 관형 주조품 생산 시 금속 충진 능력 크게 향상.
• 주조품 밀도 높고, 기공/슬래그 등 결함 낮고, 기계적 성질 높음.
• 복합 금속 주조품(실린더/슬리브) 제조 용이.

단점

• 특수 형상 주조품 생산에 제한.
• 주조품 내경 부정확, 표면 거칠고, 품질 나쁨, 가공 여유량 큼.
• 원심 주조는 비중 편석 발생 쉬움.

원심 주조 응용

원심 주조는 처음 주철관 생산에 사용. 야금, 광산, 운송, 배수/관개 기계, 항공, 국방, 자동차 등 산업에서 강철, 철, 비철 탄소 합금 주조품 생산에 사용. 주철관, 내연기관 실린더 라이너, 샤프트 슬리브 주조 생산이 가장 일반적.

진공 다이 캐스팅:

다이 캐스팅 중 다이 캐스팅 캐비티 내 가스를 제거해 다이 캐스팅품 내 기공과 용해 가스를 제거 또는 현저히 감소시키는 첨단 다이 캐스팅 공정. 이로써 기계적 성질과 표면 품질 개선.

기술 특성:

진공 다이 캐스팅 장점:

• 다이 캐스팅 기공 제거/감소, 기계적 성질과 표면 품질 개선, 코팅 성능 향상.
• 캐비티 백프레셔 감소로 낮은 비압력과 열악한 주조 성능 합금 사용 가능. 소형 기계로 대형 주조품 다이 캐스팅 가능.
• 충진 조건 개선으로 더 얇은 주조품 다이 캐스팅 가능.

진공 다이 캐스팅 단점:

• 복잡한 금형 구조와 어려운 제조/세팅으로 고비용.
• 진공 다이 캐스팅이 잘 제어되지 않으면 효과가 거의 만족스럽지 않음.

로스트 폼 주조(캐비티 주조):

파라핀 왁스나 폼 모델을 주조품과 비슷한 크기와 형상으로 묶어 클러스터 형성. 내화 코팅 브러시 및 건조, 건조 석영사에 매립, 모델 진동.

음압 주조 하에서 모델 기화, 액체 금속이 모델 자리 대체, 냉각 고결 후 주조품 형성.

기술 특성:

• 높은 주조 정밀도, 모래 코어 불필요로 생산 시간 단축.
• 파팅 면 없음, 유연한 설계, 높은 자유도.
• 청정 생산, 무공해.
• 투자 및 생산 비용 절감.

로스트 폼 주조 응용:

복잡한 구조의 다양한 크기 정밀 주조품에 적합, 합금 유형과 생산 배치 무제한. 예: 회색 주철 엔진 박스, 고망간강 엘보.

연속 주조:

용융 금속을 특수 금속 금형(몰드)에 연속 주입하는 첨단 주조 방법. 고체화(크러스트)된 주조품이 금형 다른 끝에서 연속 인출돼 임의 길이 또는 지정된 길이의 주조품 획득.

기술 특성:

• 금속 급속 냉각으로 치밀한 결정, 균일 구조, 좋은 기계적 성질.
• 금속 절약, 수율 향상.
• 모델링 등 공정 면제로 노동 강도 감소, 공정 단순화.
• 연속 주조로 기계화/자동화 달성, 생산 효율 증대.

연속 주조 응용:

불변 형상의 긴 주조품에 사용 가능. 강철, 철, 구리 합금, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 등. 예: 잉곳, 슬래브, 빌렛, 파이프 등.