정밀주조법 #3 (셸 몰드 주조)

3. 셸 몰드 주조법 : 1944년 독일의 요하네스 크로닝에 의해 발명된 쉘 몰드 주조법은 건조규사와 점결제 및 열경화성 합성수지가 배합된 합성사를 250~350'c로 가열, 경화하여 얇은 조개껍질 형태의 주형을 제조하는 것으로 일명 크로닝프로세스 또는 C-프로세스라고도 불린다. 

셸 몰드 주조법은 치수정밀도가 인베스트먼트 주조법이나 경합금의 다이캐스팅 다음으로 좋으며, 경합금, 주철, 주강이나 어떠한 금속에도 사용할 수 있다. 

 

   1) 셸 몰드법의 특성

 

      ⓐ 주형이 균일하고 균질하다. 

      ⓑ 치수와 정밀도, 표면이 우수하다.

      ⓒ 주형제작에 숙련기술을 요하지 않는다. 

      ⓓ 주형의 강도가 좋고 가벼워 취급이 편리하다. 

      ⓔ 주형이 얇기 때문에 통기성이 좋아 가스로 인한 불량이 적다.

      ⓕ 주형에 수분이 없기 때문에 끓거나 흠집 등이 없는 양질의 주물을 얻을 수 있다.

      ⓖ 기계 자동화로 대량 생산이 용이하다. 

      ⓗ 대형 주조품을 제작하기에는 상대적으로 주형의 강도가 약하고, 금형을 제작하기 때문에 소량생산에는 부적합하다.

 

   2) 셸 몰드 주형법의 공정

셸 몰드 주형법의 공정

      ① 금형의 가열

      ② 이형제를 분사하여 도포함 (실리콘 오일)

      ③ 정반에 Dump 상자를 고정한다.

      ④ Resin Sand를 덮고 일정시간 유지

      ⑤ 미경화 Resin Sand를 덮고 일정시간 유지

      ⑥ 경화 Shell을 가열(300~350'c) 하여 완전히 경화 시킨다.

      ⑦ Shell형을 압출핀으로 금형과 분리시킨다. 

      ⑧ Shell형을 조립하여 주형 완성한다.

 

   3) 코티드 샌드(Coated Sand) 제조 : 셸 몰드 제작에 사용되는 코티드 샌드는 규사와 페놀레진을 배합해 제조하는데 페놀레진의 종류에는 분말과 액상이 있다. 

 

      ⓐ 분말레진 코티드 샌드 제조 : 혼련기에 규사와 습윤제인 등유를 규사 중량의 0.1% 가량 넣은 후 약 30초간 잘 혼련한다. 그리고 분말레진을 규사중량의 4% 가량 넣고 2분 30초간 혼련한 후 배출한다.

      ⓑ 액상레진을 이용한 코티드 샌드 제조 : 규사를 가열하는 온도에 따라 상온인 냉간 혼련법과 80'c에서 100'c로 가열하는 반 열간 혼련법, 130~160'c로 가열하는 열간 혼련법으로 분류하는데 현장에서는 주로 열간 혼련법으로 혼련한 코티드 샌드를 많이 사용한다. 

 

   4) 셸 몰드용 재료 

      

      ⓐ 셸 몰드용 규사 : 석영분은 순도가 96% 이상이어야 한다. 순도가 높아야 주형 표면이 깨끗하고 셸 강도가 높게 되지만 열팽창의 단점이 있다. 

      ⓑ 습윤제 : 습윤제의 역할은 규사에 수지가 잘 피복되도록 하고 혼합사의 가공성도 좋게하기 위하여 첨가하는데 그 종류에는 등유, 메타놀, 바니스 등이 사용된다.

      ⓒ 이형제 : 이형제는 셸 몰드를 금형으로부터 쉽게 빼내기 위하여 사용하는 재료로 보통 실리콘유, 유기 규소 화합물, 탄화 수소용액 등이 사용된다. 금형에 얇은 피막을 만들고 열에 안전하며 셸 몰드에 나쁜 영향을 주지 않는 것을 사용한다.

      ⓓ 도형제 : 도형제는 주조품의 표면을 곱게 하기 위해 사용하는 재료로 내화도와 접착력이 좋고 기포발생이 적은 성분의 것을 사용한다. 보통 지르콘 샌드류가 많이 이용된다. 

      ⓔ 접착제 : 접착제는 반쪽으로 된 셸 몰드를 맞추기 위해 사용되는데 너무 오래되지 않은 것으로 접착 후에는 빠른 시간 안에 굳는 것이 좋다. 그 종류에는 수지 접착류와 규산소다류, 덱스트린류 등이 있다.

 

   5) 셸 몰드 제작법 : 셸 몰드 제작법은 일반적으로 덤프법, 규사 낙하법, 블로잉법, 압상법 등이 있다. 

 

      ⓐ 덤프법 : 주형제작에 사용되는 덤프법은 코티드 샌드를 덤프 박스 속에 채운 다음 그 위에 가열한 금형을 놓은 후 회전시켜 코티드 샌드가 금형위로 떨어지게 한다. 이 상태로 그대로 두면 코티드 샌드는 금형으로부터 열을 받아 점차적으로 경화하게 되는데, 다시 덤프를 원상태로 되돌리면 금형위에는 경화되어 약간 점착성을 지닌 층을 제외한 잔여 코티드샌드는 모두 덤프박스 속에 되돌아 온다. 금형 및 그 위에 층을 그대로 두고 250'c 정도로 재가열하여 그 층속에 함유된 레진을 완전히 구운 뒤에 형을 분리하면 셸 주형이 되는 방식이다. 

      ⓑ 규사낙하법 : 규사 낙하법은 덤프 조형법을 응용한 방법으로 상부에 있는 셔터를 개방시키면 코티드샌드가 일률적으로 금형에 낙하하여 채우는 방법으로 고르게 충전되기 때문에 균일한 주형을 제작하는데 장점이 있다.

      ⓒ 블로잉법 : 블로잉법은 공기를 이용하는 방법으로 금형내에 블로잉 노즐에서 순간적으로 코티드 샌드를 블로잉하여 성형하는 방법으로 그 형식에는 상부 블로잉식, 하부 블로잉식(주로 코어 제작용), 수평 블로잉식으로 나눌 수 있다. 

 

    6) 셸 주조품의 불량 : 기공, 이물질 혼입, 탕회불량, 불어남, 크랙, 수축공, 탕경, 소착 등이 있는데 이들 불량의 원인은 일반 주물제품의 불량과 비슷하다. 건조하고 강하게 응고한 셸 몰드로 제작된 주물에는 보통생형, 주물에 나타나는 끓음, 모래집, 흠집 등이 나타나지 않는다. 셸 몰드에는 수분이 없기 때문에 좋은 주물을 제작할 수 있다. 

그리고 셸 몰드 주물이 응고할 때 양호한 가축성을 발휘하기 때문에 주형과 코어가 신속하게 붕괴하여 주물의 열간 균열의 발생을 막는다. 그 외에도 주입이 낮은 온도에서 행하여지기 때문에 수축성의 주물결함 발생율이 현저하게 저하된다.