사출 주조 용어 마스터: 핵심 용어 종합 가이드

사출 주조(샌드 캐스팅)는 3차원 모래 패턴으로 몰드를 만들고 용융 금속을 공동에 부어 응고시키는 금속 성형 공정입니다. 금속 부품이 냉각, 성형된 후 모래 셸을 제거합니다. 일부 부품은 주조 후 2차 가공이 필요합니다.

대표 제품으로는 엔진 블록, 실린더 헤드, 피스톤, 프레임, 브래킷, 고출력 엔진 매니폴드, 임펠러, 하우징, 건설/농업 장비용 변속기 기어박스 부품 등이 있습니다. 본 글에서는 사출 주조 공정의 기본 용어를 다룹니다.

사출 주조 핵심 용어

사출 주조 작업은 주조소(foundry)에서 수행됩니다. 주조소 담당자와 원활한 소통을 위해 공정 핵심 용어를 아는 것이 중요합니다.

생산 용어

• 모래(Sand): 사출 주조용 모래에는 레진 샌드(수지 혼합 석영사)와 그린 샌드(화학 첨가제 없는 모래)가 있습니다.
• 패턴(Pattern): 모래에 공동을 형성하는 형상입니다. 수축 여유를 위해 완성품보다 약간 크게 만듭니다.
• 몰드(Mold): 용융 금속을 부어 주조품을 만드는 공동입니다. 몰드는 상단(코프, cope)과 하단(드래그, drag) 두 부분으로 구성되며, 파팅 라인(parting line)이 두 절반의 경계입니다.
• 코어(Core): 외부 몰드에 삽입해 주조품 내부 형상을 만드는 성형 인서트입니다. 용융 금속이 전체 공동을 채우는 것을 막아 원하는 형상을 만듭니다. 코어 제작에는 핫박스(hot-box)와 콜드박스(cold-box) 공정이 쓰입니다.
• 플라스크(Flask): 알루미늄, 강철, 목재로 만든 상자로 성형 모래를 담습니다. 샌드 램머로 모래를 다지고, 얼라인 시스템으로 코프와 드래그를 파팅 라인 기준으로 정렬합니다.
• 로(Furnace): 원료를 초고온에서 용융시키는 장치입니다. 차지(charge)는 로에 투입하는 금속 중량입니다.
• 래들(Ladle): 대형 국자로 용융 금속을 로에서 주입 베이스로 이송해 불순물을 분리한 후 몰드에 붓습니다.
• 스프루(Sprue/다운스프루): 주입 베이스와 게이팅 시스템을 연결하는 수직 통로로, 직선 테이퍼 원형 단면을 가집니다. 높이가 용융 금속 유속을 제어합니다.
• 게이팅(러닝) 시스템(Gating/Running System): 용해로에서 몰드로 금속이 흐르는 과정을 정밀 제어하는 시스템입니다. 러너(runner)는 수평으로 배치됩니다.
• 라이저(Risers): 러닝 시스템의 일부로, 용융 금속 응고 시 수축을 보상하는 저수조 역할을 합니다.
• 주조 공동(Casting Cavity): 응고가 일어나는 공간입니다. 잔여 용융 금속은 라이저를 통해 배출됩니다.
• 벤트(Vents): 응고 중 가스가 빠져나갈 수 있도록 몰드에 만든 작은 구멍입니다.
• 칠(Chill): 주조품 전반에 걸쳐 응고를 균일화하기 위해 몰드에 삽입하는 금속 인서트입니다.
• 셰이크아웃(Shakeout): 응고된 주조품을 몰드 모래에서 분리하는 공정입니다.

공정 용어

• 허용 품질 수준(AQL): 무작위 샘플 검사 시스템에 의존하는 품질 수준입니다.
• 애즈캐스트(As-Cast): 2차 가공 없이 주조품 그대로 사용하는 상태입니다.
• 바인더(Binder): 모래 혼합물에 강도를 부여하는 첨가제입니다.
• 큐어(Cure): 경화시키는 것을 의미합니다.
• 피니시 여유(Finish Allowance): 후속 가공 공정을 위해 주조품 표면에 남겨두는 재료량입니다.
• 불량률(Rejection Rate): 스크랩된 부품 수를 총 생산 수량으로 나눈 비율(백분율)입니다.

부품 설계로 인한 결함

• 열간 균열(Hot Tears): 공동 내 수축으로 금속이 찢어지며 발생하는 크랙입니다.
• 수축(Shrinkage): 설계로 인해 액체 금속이 다시 끌어당겨지지 않는 방식으로 응고될 때 발생합니다.
• 딥스(Dips): 금속이 모래 벽에서 떨어져 나가며 생기는 수축 결함의 일종입니다.
• 비클린업(NCU, Non-Clean Up): 가공 시 드러나는 결함으로, 매끄러운 평면/원통면을 남길 만큼 금속이 부족해 애즈캐스트 표면이 남는 경우입니다.

몰드 준비 오류로 인한 결함

• 모래 개재물(Sand Inclusions): 주조품 내 이물질로 무결성을 저하시키고 가공 시 문제를 일으킵니다.
• 컷과 워시(Cuts and Washes): 흐르는 금속이 모래 몰드 일부를 침식한 영역입니다.
• 스웰(Swells): 주조 금속 표면에 돌출부로 보이는 결함으로, 모래 다짐 불량으로 발생합니다.
• 시프트(Shift): 코프와 드래그 만나는 파팅 라인에서 오프셋이 발생하는 현상입니다. 코어가 제대로 고정되지 않으면 몰드 내부에서 이동할 수도 있습니다.

주입 및 응고 공정에서 발생하는 문제

• 기공(Porosity): 공기가 금속에 유입돼 공동 최고점까지 상승하거나 금속 내부에 갇히는 현상입니다.
• 산화물 결함(Oxide Defects): 금속이 공기에 노출돼 발생하며 약한 영역을 만듭니다.
• 콜드 셧(Cold Shuts): 두 금속 전선이 만나 합쳐지지 않고 접촉만 해 약한 영역을 형성합니다.
• 미충진(Non-Fills): 공동이 완전히 채워지기 전 금속이 응고돼 금속이 없는 영역이 생깁니다.

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