주형 일반 개론5 (특수 주형)

1. 특수 주형 제작에 관한 사항 

주물사를 이용한 생형이나 건조형의 강도 부족, 건조시간의 소요, 가스 발생, 내열성의 감소 등의 결점을 보완하기 위하여 물유리, 합성수지, 시멘트 등을 사용한 모래형 주형이나 또는 특수한 주형제작법으로 조형한 주형을 특수 주형이라 한다. 

 

   1) CO2 주형

      (1) 조형방법

          ⓐ 단시간에 경화된 주형을 얻는 방법으로 주형재인 주물사에 물유리를 3~6% 첨가하여 혼련한 후 일반적 조형법으로 주형을 만들고 약 1kg/cm2의 압력으로 CO2가스를 통과시켜 경화된 주형을 만든다.

          ⓑ 물유리를 첨가한 모래로 조형한 주형은 붕괴성이 나빠서 주입 후 탈사가 곤란하므로 피치, 카본블랙 등을 첨가한다.

      (2) 특징

장점	단점
ⓐ 건조하지 않아도 경도와 강도가 큰 주형을 만들 수 있다 ⓑ 코어를 만들 때는 보강재를 줄일 수 있다 ⓒ 모형이 묻힌 채 주형이 경화되므로 치수가 정밀하다 ⓓ 가스의 발생과 수분에 의한 기공 발생이 적다	ⓐ 주형이 경화된 후 모형을 꺼내야 하므로 모형 기울기가 커야한다 ⓑ 주형의 붕괴성이 나쁘고 주물사의 회수율도 낮다 ⓒ 조형후 빠른 시간 내에 주입해야 한다 (강도저하, 흡습성)

※ 혼련 : Mixing. 재료들을 서로 섞고 압력을 가해 단련시키는 것

 

      2) 자경성 주형

         (1) 조형방법 

            ⓐ 모래에 합성수지, 시멘트, 물유리 등 특수한 점결제와 경화제를 첨가하여 조형하면 주형은 스스로 경화하며 CO2가스 등이 불필요하다.

            ⓑ 자경성 주형은 점결제와 경화제를 첨가하여 혼련할 때 경화반응이 즉시 일어나므로 조형작업에 맞게 혼련할 필요가 있으며 혼련 후 장시간 방치하면 안된다.

         (2) 종류

다지기 방식	유동방식
ⓐ 발열 자경성 주형 : 점결제로 물유리, 경화제로 Fe-Si, Ca-Si, Al-Zn 분말을 쓰며 조형 후 주형 자체가 발열 경화하며 발열반응 시 탈수에 의해 주형이 수축되므로 모형 설계 시 수축량을 고려해야 한다. 발열반응 시에는 H2가스가 발생하므로 용탕을 주입해서는 안된다. ⓑ 비발열 자경성 주형 : 점결제로 물유리, 경화제로 슬래그(2CaO, Sio2)를 사용한다.	크림 형태의 슬러리를 주형상자에 흘려 채운 다음 어느 정도 경화되었을 때 모형을 빼낸 것으로 물유리를 혼합한 주물사에 계면 활성제를 첨가하여 유동성을 향상시켜 사용하며 시멘트를 점결제로 사용하는 경우도 있다.

 

      3) 콜드박스형

         (1) 조형방법

            ⓐ 규사에 페놀수지와 폴리소시아넷을 적당량 혼합후 코어상자에 공기로 취입하여 조형. 손 조형도 할 수 있다.  

            ⓑ 이 주형에 아민가스를 통과시키면 주형은 순간적으로 경화한다.

            ⓒ 경화시킨 후 공기를 넣어서 주형 속의 미반응의 아민가스를 배출시켜 중화탱크로 보낸 다음 주형을 꺼낸다.

         (2) 콜드박스형 모래 : 점결제인 페놀수지와 폴리소시아넷의 두가지 액체를 약 5:5 정도로 하여 모래에 2~3% 첨가한다. 규사 중의 수분은 0.2% 이상이 되면 주형강도가 매우 낮아진다.

         (3) 용도 : 복잡한 형태의 코어 제작

     

      4) 칠드주형 (Chilled Casting)

         (1) 개요 : 금속은 냉각속도의 차이에 의해 조직이 변화하는 성질이 있으며, 필요한 부분에만 금형을 배치한 모래형은 금속에 접한 부분이 급격히 냉각되어 백주철이 되며 그 부분만이 경도가 증가되고 그 내부는 서랭되어 흑연의 석출로 연한 조직이 된다. 주물은 보통 주철보다 규소 함유량을 적게 하고 적당량의 망간을 가한다. 이와같이 냉각속도의 차이를 이요하여 주물의 표면경도를 높이는 주조법을 Chilled Casting이라 한다.

         (2) 특징

             ⓐ 내외부의 경도가 다르다.

             ⓑ 표면은 백주철로서 내마멸성이 크며, 내부는 회주철로 조성되어 연성이 있다.

             ⓒ Chill 깊이 조절에 숙련을 요한다.

         (3) 용도 : 압연용롤, 철도차륜, 분쇄기롤, 제지용롤

         (4) Chilled Casting의 결함 및 대책

              ⓐ 수축공동 : 주입후 용탕이 응고하는 과정에서 생기는 Cavity이며 압탕크기가 부적절하거나 압탕량의 부족에서 기인한다. 대책은 압탕량을 정확히 계산하고 주형에 과열부분이 생겨 응고가 늦어지는 부분이 없도록 한다.

              ⓑ Pin Hole : Pin Hole의 발생은 저온 주입 시 일어나며 동체의 상부에 무수히 발생한다. 또한 동체의 길이가 클 때에 용탕의 온도가 부분적으로 저하해서 생기는 경우와 탈산이 불완전하여 발생되는 경우가 있다. Pin Hole의 직경은 1mm 이하의 것으로 절삭 시 육안으로 잘 알 수 없으나 연마시에 발견되며 적절하게 주입온도를 유지해야 한다.

              ⓒ 축방향 균열 : 냉금(Chill) 자체의 불완전성에 의한 표면의 냉각속도 불균일에 원인이 있으며, 용탕의 재질 불량은 더욱 그 발생을 높인다. 주입속도의 부적당도 하나의 원인으로 양질의 용탕과 적당한 주입속도의 조절이 필요하다.

 

      5) 주강주형

         (1) 주강은 주철보다 용융온도가 높으므로 규사성분이 많은 모래로 주형을 만들고 블래킹도 내화도가 높은 것을 사용

         (2) 강철주물은 800'c에서 풀림하여 주조할 때 생긴 내부응력을 제거한다.

 

      6) 청동주물용 주형 : 주형은 건조주형으로 만들고 쇳물아궁이는 중심부를 크게 만든다.

      7) 알루미늄 합금 주형 : 두께가 얇은 것이 많고 또한 수축률이 크므로 아궁이와 덧쇳물은 크게 만든다.