주조는 액체 상태의 재료(주로 금속)를 원하는 형상의 공동(캐비티)을 가진 금형에 붓고 응고시켜 제품을 얻는 제조 공정입니다. 응고된 제품 자체도 '주물(casting)'이라 부르며, 금형에서 꺼내거나 금형을 파손해 제품을 취출합니다.
주조 재료는 금속 외에도 에폭시, 콘크리트, 석고, 점토 등 두 가지 이상 성분 혼합 후 경화되는 냉간 경화 재료도 포함됩니다.
금속 주조는 7,000년 역사를 가진 공정으로 제조업과 미술 분야 모두에서 활용되어 왔습니다. 최초 주조품은 기원전 3200년경 이라크에서 발견된 구리 개구리 상입니다. 용융 금속을 도가니에서 금형으로 이송해 양각 주물을 만들고, 금형과 금속을 냉각한 뒤 제품을 꺼내 마무리합니다.
전통적 금속 주조 기법으로는 로스트 왁스 주조, 석고 금형 주조, 다이캐스팅, 사형 주조 등이 있으며, 주물사(주조 공장)나 보석 세공소에서 수행됩니다. 수천 년간 조각상, 장신구, 운송 수단, 무기, 도구 제작에 널리 쓰였습니다.
주조는 다른 방법으로는 제작이 어렵거나 비경제적인 복잡한 형상을 만드는 데 가장 일반적으로 사용됩니다. 공작기계 베드, 선박 프로펠러 같은 대형 부품도 여러 조각을 접합하지 않고 한 번에 주조할 수 있습니다.
주조 공정은 용융 재료(주로 금속)를 완제품 형상의 금형 공동에 붓고, 금형을 통해 열을 빼내며 응고시켜 원하는 형상을 얻는 과정입니다.
금속 주조는 재사용 금형(영구 금형)과 소모성 금형(일회용 금형) 두 대분류로 나뉩니다. 둘 다 도가니에서 금속을 녹여 금형에 붓고, 냉각·응고 후 금형 재료나 주물을 분리하는 기본 흐름은 동일합니다.
기본 금속 주조 공정: 패턴 및 금형 제작 → 용융 금속 주입 → 응고된 주물 취출 → 마무리. 이 공정은 주조 방식, 형상, 크기 등에 맞춰 커스터마이징 가능합니다.
금형 제작 전, 최종 주물의 형상을 결정할 패턴을 만듭니다. 패턴은 최종품의 3차원 모델로 왁스, 모래, 플라스틱, 목재 등으로 만듭니다. 일부는 석고나 실리콘 금형으로 왁스 패턴을 대량 복제해 소모성 금형 주조에 쓰기도 합니다. 금속 냉각 시 수축을 고려해 패턴 치수를 보정하고, 게이트·스프루를 설계해 용탕 유동을 제어합니다.
패턴 완성 후 금형을 만듭니다. 재사용 금형은 주로 금속, 소모성 금형은 모래·석고·세라믹 셸 등으로 만듭니다. 각 금형 방식은 대상 금속과 패턴 복잡도에 최적화되어 있습니다. 왁스·플라스틱 패턴은 가마에서 소성 제거(번아웃)합니다.
모든 금속 주물은 철계(강철, 가단철, 회주철) 또는 비철계(알루미늄, 청동, 구리) 합금으로 만듭니다. 합금은 최종 용도에 최적의 기계적 물성을 제공하도록 원소 조성을 설계합니다. 귀금속 주얼리 주조에서는 은, 금, 백금도 사용합니다.
합금별 녹는점이 달라 용해 공정이 다릅니다. 기본적으로 고체 합금을 도가니에 넣고 노(용해로)나 화염으로 가열해 용융시킵니다.
용탕을 금형 공동에 붓습니다. 소형 주물은 도가니에서 직접 붓고, 대형 주물은 팀이 노에서 가열한 용탕을 대형 도가니나 레이들로 이송해 주입합니다. 안전 필수: 천연 섬유 긴소매·긴바지, 절연 장갑, 보안경 착용, 환기 필수, 화학 소화기 비치, 노-금형 동선 확보, 응고 전까지 이동 금지.
금속이 완전히 냉각·응고되면 금형에서 꺼냅니다. 소모성 금형은 파손해 분리하고, 석고 금형은 물에 담가(퀜칭) 금형을 부수기 쉽게 합니다. 재사용 금형은 이젝터 핀으로 밀어냅니다.
주물을 연마·광택 처리합니다. 잔여 금형 재료 세척, 게이트 절단(소형은 니퍼, 대형은 앵글 그라인더) 등을 수행합니다.
가장 대중적이고 오래된 방식으로 소량 다품종 생산에 유리하고 비용이 저렴합니다. 손바닥 크기부터 열차 베드 같은 대형까지 제작 가능하며, 모래 종류에 따라 대부분 금속 주조가 가능합니다. 실리카 기반 모래(합성/자연 결합사)를 쓰며, 구형 입자가 밀착돼 매끄러운 금형면을 만듭니다. 냉각 시 수축·변형 여유를 줘 균열·파손을 줄이고, 점토 첨가로 입자 결합력을 높입니다. 자동차 엔진 블록 등이 대표적입니다.
일회용 왁스 패턴을 쓰는 방식입니다. 왁스를 금형에 사출→탈형→내화물·바인더로 다층 셸 형성→공통 스프루로 묶음→셸 경화 후 가열로 왁스 제거(탈왁스). 왁스 재사용 가능. 높은 정밀도·반복성·다양성·무결성으로 자동차, 발전, 항공우주(터빈 블레이드 등) 부품에 널리 쓰입니다.
용융 금속을 고압으로 금형 공동에 강제 주입하는 방식. 주로 아연, 구리, 알루미늄 합금 등 비철금속에 쓰이며 철강도 가능합니다. 소형~중형 부품의 치수 정밀도, 표면 품질, 디테일 재현성이 요구되는 용도에 최적입니다.
가압로(약 0.7 bar)에서 용탕을 수직 다이캐스팅 머신 하부로부터 금형 바닥으로 직상 주입합니다. 압력으로 응고까지 용탕을 유지합니다. 금형 충진을 정밀 제어할 수 있고, 산화물 생성·기공 발생을 억제합니다. 자동차 휠 같은 축대칭 부품에 개발되었으나, 샌드 코어 활용으로 중공·복잡 형상에도 적용 가능합니다.
회전 금형에서 발생하는 원심력을 이용해 용탕을 금형 내면에 밀착시켜 주조합니다. 주철관 같은 장대 원통 부품에 적합하며, 기공 없는 치밀한 주물 제작이 가능합니다. 드 라보 공정(수냉 금형)으로 시작돼 토관, 대포신 등 대칭 형상에 쓰이며 라이저 최소화 장점이 있습니다. 비대칭 부품은 공통 스프루 주위 다수 배열 후 회전시키는 변형 공정(압력 주조)으로 대응합니다. 대형 기어 링 등에도 응용됩니다. 금속/모래 금형 모두 사용 가능합니다.
영구 금형에 용탕을 국자·용기로 붓고 중력만으로 충진합니다. 틸팅으로 충진 제어 가능. 언더컷·공동은 샌드 코어로 가공. 사형 주조보다 표면 품질·기계적 물성 우수(급속 응고 덕분). 알루미늄 사형 주조보다 생산 속도 빠르나 금형비는 고가. 저가스 기공·미세 입자 달성 가능. 후공정·세척 적고 고품질이나, 금형 제작비 측면에서 사형 주조보다 비용 효율은 낮을 수 있습니다.
금형 공동 진공 배기로 금속 주입 시 가스 포집·기공을 줄여 품질 향상. 단, 금형 설계(공동, 러너, 게이트, 오버플로) 기본기를 대체하진 않습니다.
영구 금형 주조와 다이 단조를 한 단계로 결합: 예열·윤활된 금형에 정량 용탕 주입→단조 압력 하에서 응고. 고밀도·고강도 부품 제작에 유리합니다.
왁스 대신 폴리머 폼 패턴을 쓰는 증발 패턴 주조. 폼의 낮은 비점 활용해 탈왁스 공정 생략으로 정밀 주조 공정 단순화.
일정 단면 형상의 금속 프로파일을 연속 대량 생산하는 공정. 수냉 개방형 금형에 용탕 주입→외곽부터 '피부' 형성하며 내부 응고→응고된 스트랜드 연속 인출→기계 전단이나 산소아세틸렌 토치로 정해진 길이 절단→후공정 또는 비축. 슬래브(두께 230 mm×폭 1.25 m), 빌릿(90~160 mm 각), 스트립(수 mm 두께×약 5 m 폭) 등 다양한 단면 생산. 초기 열간 압연 후 절단하기도 합니다. 강철, 구리, 알루미늄, 납 등에 적용되며 강철이 최대 톤수를 차지합니다. 표준품 연속 생산으로 비용 절감 및 품질 향상 효과.
액체 재료를 원하는 형상의 공동을 가진 금형에 붓고 응고시킨 뒤, 금형에서 꺼내거나 파손해 제품을 얻는 제조 공정입니다.
금속이나 플라스틱 등 용융 재료를 금형에 넣고 응고시킨 뒤 꺼내거나 파손해 가공품을 만드는 제조 공정입니다.
용융 재료(주로 금속)를 완제품 형상의 금형 공동에 붓고, 금형을 통해 열을 빼내며 응고시켜 원하는 형상을 얻는 과정입니다.
사형, 정밀(로스트 왁스), 다이캐스팅, 저압, 원심, 중력 다이캐스팅, 진공 다이캐스팅, 스퀴즈, 로스트 폼, 연속 주조 등 10가지 주요 방식이 있습니다.
용융 재료를 금형 공동에 붓고, 금형을 통해 열을 추출하며 응고시켜 원하는 형상을 만듭니다.
단조 산업에서 특정 형상(주로 금속)의 물체를 생산하는 제조 공정으로, 정확한 형상의 공동을 가진 금형에 고온 용융 금속을 부어 만듭니다.
다이캐스팅, 정밀 주조, 석고 주조, 사형 주조 등 열간 성형 공정이 대표적이며 각각 고유한 제조 이점을 가집니다.
영구 금형, 다이, 원심, 연속 주조 등 최소 4가지 주요 방식이 포함됩니다.
액체 재료를 중공 공동이 있는 금형에 붓고 응고시키는 제조 공정으로, 다른 방법으로는 어렵거나 비경제적인 복잡 형상 제작에 주로 쓰입니다.
금속 또는 두 가지 이상 성분 혼합 후 경화되는 냉간 경화 재료(에폭시, 콘크리트, 석고, 점토 등)입니다.
용융 금속을 중공 형상 공간에 부어, 금형이 준 형상대로 냉각·경화시키는 공정입니다.
패턴으로 형상화할 수 없는 주물 내부 형상(중공부, 캐비티)을 만들기 위해 금형 내에 배치하는 성형된 결합사 삽입물입니다.
주조는 주로 금속, 몰딩은 플라스틱을 대상으로 하며, 둘 다 용융 재료를 금형/다이에 넣어 최종 형상을 만듭니다.
수공구(램머, 삽, 체, 벤트 와이어, 리프터, 슬릭, 트로웰, 망치, 스왑, 클램프, 개거, 벨로우즈 등), 용기, 기계 공구(자동화 주물사용)입니다.
다이캐스팅 4대 합금: 알루미늄, 구리, 마그네슘, 아연 기반 합금. 일부 페로우스 합금도 사용 가능.
용융 재료를 완제품 형상의 금형 공동에 붓고, 금형을 통해 열을 추출하며 응고시켜 원하는 형상을 얻습니다.
급속 회전하는 원통 금형에 용탕을 부어 원심력으로 용탕에 압력을 가해 관을 생산하는 공정입니다.
영구 금형 주조 변형으로 중공 주물을 만듭니다. 재료를 금형에 붓고 셸이 형성될 때까지 냉각한 뒤 남은 액체를 쏟아내 중공 셸을 얻습니다.
다양한 금속과 합성 재료 주조 가능하며, 특히 철과 강철은 폭넓은 용도에 우수한 기계적 물성을 보입니다.
점토 결합 모래 금형으로, '그린'은 모래 색이 아닌 '미경화(uncured)' 상태를 의미합니다. 드라이 샌드 주조는 모래를 굽은 뒤 용탕을 붓습니다.
금속이 액체에서 고체로 상전이할 때 노출 표면에서 발생하는 부피 변화(내부/외부). 주조와 콘크리트 경화 등에서 나타납니다.
플래시(캐스팅 핀, 버)라 부르며, 주물에 붙은 불필요한 과잉 재료(주로 파팅 면에 생기는 얇은 금속판)입니다. 재용해 시 드로스가 됩니다.
코어는 주조·몰딩 공정에서 내부 공동과 180° 초과 내각(리엔트란트 앵글)을 만드는 장치로, 보통 제품을 꺼내기 위해 파기되는 소모품입니다.
백철, 회주철, 구상흑연주철(덕타일), 가단철 4가지 기본 유형이 있습니다.
금형은 원하는 물체의 복제본/인상을 만드는 1단계이고, 주물은 전체 공정 후 얻은 최종 제품입니다. 주물은 최종 산출물이며, 경우에 따라 추가 금형 제작에 쓰이기도 합니다.
제조공정
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
