Kalpakjian 기계공작법 Ch.11 문제 풀이(주조)

11.4 패턴 재료 선택 시 중요하게 고려해야 하는 점을 나열하라.

 

패턴 재료는 중요한 구비조건이 많다.

보통 절삭되기 때문에 절삭성이 한 요구조건이다. 좋은 형상을 만들 수 있도록 충분히 단단해야 한다. 적절한 수명을 위해서는 충분한 마멸과 부식 저항이 있어야 한다. 재료 가격도 공정의 경제성에 영향을 주기 때문에 주요 요인이다.

 

11.22 블라인드 라이저가 개방 라이저에 비해 더 작을 수 있는 이유는 무엇인가?

 

라이저는 주조에서 수축이 될 수 있는 부분을 위한 저장고로 사용되기 때문에 라이저는 가장 마지막에 응고가 되어야 한다. 즉, 라이저는 반드시 마지막에 응고될 수 있도록 충분히 넑게 만들어야 한다. 만일 라이저가 공동부가 다 채워지기 전에 응고가 된다면 쓸모가 없을 것이다. 그러므로 개방라이저는 공기와 닿는 면적이 크기 때문에 먼저 응고되지 않기 위해서 크게 제작되어야 한다. 블라인드 라이저는 모든 면이 주형과 접하고 있기 때문에 이 현상에 덜 영향을 받는다. 따라서 블라인드 라이저는 더 작게 제작될 수 있는 것이다.

 

11.24 인베스트먼트 주조 공정이 주조품 표면에 세밀한 상세형상을 제작할 수 있는 이유는 무엇인가?

 

주조품 표면에 상세 형상은 패턴 표면의 품질에 영향을 받는다. 인베스트먼트 주조는 패턴이 왁스나 열가소성 플라스틱을 금속 다이에 붓거나 주입하기 때문에 좋은 표면 품질을 갖는다. 이에 따라 주조품에 세밀한 형상을 제작할 수 있다. 게다가 주형이 될 패턴이 코팅은 매우 미세한 실리카로 구성되어 주조품을 미세한 상세 표면으로 만들 수 있다.

 

11.27 영구 주형 주조에 사용되는 주형의 예열을 권장하겠는가? 주조품이 응고된 후 바로 분리시키겠는가? 답변을 작성하고 이유를 설명하라.

 

영구주형 주조에서 주형의 예열은 칠링 효과를 줄이기 위해 바람직하다. 칠링 효과는 금속의 유동성을 저하시켜 이에 수반한 문제를 야기한다. 또한, 주형은 용융금속과 반복적으로 접하여 생기는 열손상을 줄이기 위해 예열된다. 주물을 꺼내는 것을 고려하면 주물은 변형이나 거푸집을 꺼낼 때 생기는 결함 등의 위험이 없을 때까지 주형 안에서 냉각시켜야 한다. 작은 주조품은 예열시간이 짧은 반면 큰 주조품을 몇시간 이상 걸릴 수 있다.

 

11.30 스퀴즈 주조로 생산되는 부품이 소모성 주형 공정의 경우보다 양호한 기계적 성질, 치수정확도 및 표면정도를 갖는 이유에 대하여 설명하라.

 

스퀴즈 주조는 주조외 단조의 조합으로 구성되어 있다. 펀치나 상부금형으로 용융금속에 압력이 가해져서 용융금속 내에 가스를 잡아둬서 일반적으로 기공이 발생하지 않는다. 또한, 열전달이 매우 빨라서 미세구조로 좋은 기계적 성질을 가지고 있다. 가한 압력과 다이 종류에 따라 의해 주조된 금속은 치수정확도가 높고 표면정도가 우수하다.

 

11.33 다이캐스팅 공정이 얇은 부품의 생산이 가능하나 더 이상 얇게 만들 수 없는 두께의 한계점이 존재한다. 본 공정을 통해 왜 더 얇은 부품을 만들 수 없는가?

 

금속 다이의 열전도율이 매우 높기 때문에 주형 공동부를 다 채우기 전에 용융금속이 미리 응고되어버리는 한계가 있다. 또한 용융금속의 유한한 점성은 용융금속이 다이 공동부의 얇은 부분을 통과하기 위한 상당한 고압을 필요로 한다.

 

11.35 다이캐스팅 부품의 중량 대 강도비(strength-to-weight ratio)은 부품의 벽 두께가 얇아질수록 커진다. 이유를 설명하라.

 

금속 다이는 용융금속의 열을 빼앗는 기능을 하므로 금속이 빠르게 냉각시켜 미세 결정립을 형성하고 강도와 경도를 향상시킨다. 그 결과, 다이캐스팅에서 중량 대 강도비는 부품의 벽 두께가 감소함에 따라 증가한다.

 

11.55 이 장에서 설명되어 있는 각 주조 공정에서의 주형 및 금형 재료를 나열하라. 각 재료의 종류별로 관련된 주조 공정을 정리하고 왜 재료 종류별로 해당 공정이 적합한지 설명하라.

 

(a)  모래: 매우 높은 온도의 저항성과 가용성, 낮은 비용이로 사용된다. 사형주조, 쉘주조, 소모형주조, 주조 인베스트먼트 주조, 세라믹 몰드 주조에 사용된다.

(b)  금속: 강이나 철과 같은 것으로 표면 정도와 치수정확도가 매우 우수하다. 다이캐스팅, 가압주조, 원심주조, 스퀴즈 주조에 사용된다.

(c)  흑연: 금속 주형과 비슷한 조건에서 사용된다. 하지만 여기서는 낮은 압력이 적용되어야 한다. 주로 가압주조나 원심주조에서 사용된다.

(d)  석고: 석고주형주조는 밸브나 피팅과 같은 매우 작은 부품을 생산할 때 사용된다.

 

11.(구 5.21) 사형주조에서 주형으로부터 주조품을 꺼내는 시간에 영향을 주는 요인은 무엇인가?

 

주조에서 주조시간은 제작비와 관련되기 때문에 매우 중요하다. 따라서 가능한 한 이른 시간에 주조품을 주형에서 꺼내야 한다. 주조시간과 관계되는 요인은 주형 재료와 주조금속의 열전도율, 주조품의 두께, 용탕온도가 있다.

 

11.(구 5.27) 주조품의 형상이 패턴의 형상과 조금 다른 이유는 무엇인가?

 

주조품은 응고된 이후에 상온까지 냉각되면서 계속 수축된다. 또한 표면장력이 충분히 높은 경우 예리한 코너나 다른 복잡한 표면 형상을 따르지 못한 채 금속이 응고된다. 따라서, 주조품 형상은 일반적으로 패턴의 모양과는 조금 다르다.

 

11.(구 5.30) 소모성 주형 공정에서 표면정도를 향상시키기 위해 추천하는 방법은 무엇인가?

 

주조품의 표면정도를 향상시키는 한 방법은 주형으로 지르콘과 같은 모래를 사용하는 것이다. 지르콘은 투과성과 표면정도 등의 성질이 뛰어나지만 비싸다. 따라서 주형과 맞닿는 모래를 지르콘으로 사용하고 나머지 부분은 저렴한 실리카 모래로 사용한다.

 

11.(구 5.32) 영구주형과 사형주형으로 만든 주조품에 어떤 성질의 차이가 있을 것인가?

 

영구주형으로 만든 주조품은 일반적으로 표면정도와 치수정확도가 우수하고 기계적 성질이 균일하며 얇은 벽을 가진 주조품을 생산할 수 있다. 반면 사형 주조품은 일반적으로 복잡한 형상과 대형 크기, 저렴한 가격이 장점이다.