주형 일반 개론7 (주조방안 : 압탕방안)

1. 압탕의 필요성

 

   1) 압탕의 목적 : 주입된 용탕이 주형에서 냉각될 때 응고 수축에 따른 부피의 감소가 일어나게 되므로 용탕을 계속하여 보급하고, 치밀한 재질을 얻기 위해 응고되기 전에 압력을 가할 수 있게 만든 것을 압탕(Riser)이라 한다. 즉 압탕의 주요 기능은 주물이 응고하는 마지막까지 용탕을 보급하는데 있다. 

 대부분의 금속은 응고나 냉각시에 체적수축이 발생한다. 이러한 체적 수축은 3단계로 구분할 수 있다. 즉, 주입 온도로부터 응고온도로 냉각될 때 액체수축이 발생하고, 그것이 응고함에 따라 응고수축이 발생하며, 고체 주물은 상온에서 냉각시킴에 따라 고체수축이 발생한다. 

 

      (1) 압탕의 구비 조건

         ⓐ 압탕은 주물보다 나중에 응고할 수 있도록 충분히 커야 한다.

         ⓑ 주물의 응고 수축을 보충할 수 있을 정도로 오랫동안 액체금속으로 유지해야 한다.

         ⓒ 압탕은 주물의 모든 부분에 정압이 유지되도록 설치해야 하며 대기에 개방되어 있어야 한다. 

         ⓓ 압탕이 주물보다 먼저 응고되면 주물의 응고수축을 보충해 줄 수 없기 때문에 주물에서부터 압탕쪽으로 지향성 응고(방향성 응고)가 일어나도록 설치해야 한다.

         ⓔ 용융금속을 절약할 수 있는 압탕을 설계해야 하는 등 경제적인 면도 고려되어야 한다. 압탕의 위치는 탕구에서 가장 멀고 두께가 두꺼우며, 높이가 높고, 응고가 가장 늦은 부분에 설치한다. 

 

2. 압탕의 종류와 모양

 

   1) 압탕의 종류 : 주물의 상부에 위치하는 직압탕과 주물의 측면에 붙이는 측면 압탕이 있다. 또한 압탕의 상부를 대기에 개방한 개방형과 주형의 내부에 들어가 있어 압탕 상부가 대기 중에 개방되어 있지 않은 폐쇄형이 있다. 일반적인 압탕은 상부 개방형 압탕이며 폐쇄형 즉, 맹압탕은 대기로의 열 방출이 방지되므로 압탕 효과가 좋다.

 

      (1) 폐쇄형 압탕이 직압탕보다 좋은점

         ⓐ 압탕을 통하여 주물 저부에 주입구를 설치할 때는 온도의 분포 상황이 매우 양호하게 된다. 

         ⓑ 맹압탕은 주물 중 필요로 하는 어떤 장소에도 설치할 수 있다.

         ⓒ 맹압탕은 주물이 평탄한 측면에 붙일 수도 있어서 개방형 직압탕보다 훨씬 쉽게 제거할 수 있으며, 또한 제거할 때 제품의 살이 떨어져 나가는 위험도 줄일 수 있다. 

 

   2) 압탕의 모양 : 압탕의 모양은 원통형으로 하는 것이 좋으며 압탕의 크기는 주물의 크기 및 두께에 따라 다르지만, 일반적으로 압탕의 높이는 지름의 약 1.0~1.8배가 적당하다. 이때 주물의 회수율을 고려하여 가능한 작게 만들어야 한다. 압탕의 크기를 줄이면서도 그 효과를 높이기 위해 압탕의 용탕 표면에 발열제를 뿌리거나, 압탕의 둘레를 슬리브로 피복하여 장시간 동안 용탕이 고온상태를 유지하도록 한다. 

 압탕을 설계할 때 고려해야 할 또 하나의 사항은 압탕과 주물의 연결부(neck)이다. 압탕은 주물의 후처리 과정에서 제거되기 때문에 당연히 연결부의 면적은 작아야 하나, 주물의 응고 전에 연결부가 응고되지 않도록 충분한 크기를 지녀야 한다. 따라서 압탕을 설치할 때는 제거상의 용이성도 고려하여 압탕의 크기, 위치 및 종류를 결정해야 한다. 

 

3. 압탕의 방향성 응고와 효과 

 

   1) 방향성 응고 : 주형에 주입된 금속은 일반적으로 얇은 부분이 먼저 응고하게 되어 두꺼운 부분으로 응고가 진행된다. 방향성 응고란 압탕에서 먼 곳부터 응고가 시작되어 압탕 방향으로 응고가 진행되어 가는 것을 말하며, 이와 같은 방향성 응고가 이루어지게 되면 응고가 진행되고 있는 수축에 의해 부족해진 용탕을 압탕에 있는 고온의 용탕으로부터 지속적으로 급탕이 되는 것을 의미하므로 결함이 없는 건전한 제품을 생산할 수 있다. 

 

   2) 덧살붙임 : 주물의 건전성을 높이기 위해 덧살붙임을 한다. 

 

   3) 냉금 메탈 : 주물의 두께가 고르지 않거나 압탕만으로는 용탕의 보급이 미치지 못하는 곳 또는 압탕의 효과가 불충분할 때는 국부적으로 두꺼운 부분에 수축공을 일으키는 경우가 많으므로 이러한 부분의 응고를 촉진시키기 위해 냉금 메탈을 사용한다. 

 

      (1) 외부 냉금 : 외부 냉금은 융합될 필요가 없으므로 주물과 동일한 재료가 아니어도 된다. 철주물에는 철 또는 강제 냉금이 사용되고 비철주물에는 철, 구리, 강철, 흑연제 냉금이 사용된다. 비교적 두께가 균일한 주물에서는 주물 끝부분이나 측면에 냉금을 설치하여 지향성 응고를 촉진시키고, 두꺼운 부분이나 교차되는 부분에 냉금을 설치하여 열점을 제거시킨다. 

      (2) 내부 냉금 : 압탕의 효과가 미치지 않는 부분에 응고를 촉진시키기 위해 사용한다. 내부 냉금은 보통 주조 금속과 성분이 같은 금속을 사용하며, 냉금은 전체 표면을 통하여 주물본체에 융합될 수 있도록 표면이 녹아들어 가는 것이 좋다.

※ 냉금을 사용할 때 주의사항 

   - 냉금 메탈의 표면을 깨끗이 하여 녹슬지 않게 해야 한다. (기포의 원인이 됨)

   - 냉금 메탈 표면에 기름을 엷게 발라 녹의 발생을 방지하고 주형 내에 있어 주탕할 때 습기가 부착되어 물방울로 되는 것을 방지한다. 

   - 냉금 메탈 위에 도형을 해도 좋다.

   - 일반적으로 생형 또는 건조 불충분한 주형에 냉금 메탈을 사용하면 주탕할 때 냉금 메탈 표면에 물방울을 일으켜 기포의 원인이 된다. 

   - 생형을 버너로 말린 상태에서 냉금 메탈을 사용하여도 역시 기포의 원인이 된다. 내부 냉금은 주철 또는 연강봉 등이 쓰이는데 이때에는 표면에 녹이 없는 것을 쓰기 위하여, 주석, 알루미늄 등으로 표면처리한 것을 사용한다. 

 

      (3) 채플릿 (chplet) : 코어를 고정시킬 때 보조하는 것을 채플릿이라 하는데 주물에 따라 여러 모양이 있다. 채플릿은 코어의 설치가 불안정하거나 용탕의 부력에 의해 위로 떠오를 염려가 있을 때 코어를 고정시켜 주며 주입 금속과 용착이 잘 되는 것이어야 한다. 특히 가공면이나 수압을 요하는 주물에는 그 사용에 주의해야 한다. 

채플릿은 일종의 내부 냉금이므로 융착해야 하며, 주물 지금과의 경계면에 불순물의 혼입과 기포발생이 쉬워서 채플릿의 사용은 되도록 피하는 것이 좋다. 

 

4. 압탕의 위치와 효과

 

   1) 압탕의 크기 및 모양 : 압탕의 크기가 클수록 주물의 회수율이 낮으므로 단열재 또는 발열재를 사용해 압탕의 응고 속도를 늦추거나 칠 메탈을 사용해 두꺼운 부분의 응고 속도를 빨리한다.

   2) 압탕 설치 시 고려할 점 : 압탕의 크기, 모양, 위치, 연결부, 칠 메탈 사용 여부, 단열재/발열재 사용 여부