[공학나라] 기계 공학 기술정보

로스트 왁스 (인베스트먼트) 주조

특수 주조 방법 중의 하나로 주형 (몰드, mould) 을 왁스나 파라핀 모형으로 만드는 방법이다.

주조하려는 주물과 동일한 모형을 왁스(wax), 파라핀(paraffin) 등으로 만들어 주형재에 파묻고 다진 후에 가열로에서 주형을 경화시키면서 동시에 모형재인 와스 파라핀을 유출시켜 주형을 완성하는 방법으로 일명 로스트 왁스 주조라고도 한다.

무려 6000년 전에 장신구에도 사용되었다고 한다.

특징

정밀하고 복잡한 구조에 적합

주물표면이 깨끗함

주물크기가 제한이 있고 모형은 1회만 사용 가능

주강, 특수합금강, 경합금 사용 가능

생산성이 좋지 못하고 원가가 비싸다.

공정

왁스로 아래와 같이 모형을 만들고 (아래 왼쪽그림) 이를 이용해서 고무 주형 (몰드) 를 만든다 (아래 오른쪽 그림)

위의 고무 주형을 이용하여 가운데가 텅빈 왁스 모형을 또 만들고 (아래 왼쪽 그림) 진짜 불에 타지 않는 주형 (몰드)를 만든다 (아래 오른쪽 그림) 

* 사진에는 없지만 주형이 만들어지고 주형을 뒤집고 가열해서 왁스를 녹여서 빼낸다 (즉 왁스를 여기서 잃어버리게 되고 lost-wax 법이 된다).

왁스가 없어진 주형에 1200 도씨의 청동을 붓는다 (아래 왼쪽 그림). 그리고 주물이 완성~ (아래 오른쪽 그림)

공정을 보면 알겠지만 빨간색 사과 왁스 모형은 일회용이고 쇳물을 붓는 주물을 만들려면 고무 주형으로 빨간색 사과 왁스 모형을 또 만들어야 한다. 

그냥 눈으로 봐도 알겠지만 표면이 비교적 부드러운 편이고 주조 이후에 후가공을 해야 한다.

참고문헌

https://en.wikipedia.org/wiki/Lost-wax_casting

다이캐스팅 (die casting)

쇳물을 정밀 금속 주형에 고압으로 주입하여 표면이 우수한 주물을 얻는 특수 주조 방법이다.

주물 재료 : Al 합금, Cu 합금, Zn 합금

다이캐스팅으로 제작된 엔진 블록

특징

다량 생산에 적합

비교적 정밀한 주조

표면이 양호

균일한 연속주조 가능

금형 제작 비용이 고가 (소량 생산에는 부적합)

금형의 내열 강도 때문에 용융점이 낮은 비철금속만 사용

제품 치수의 한계

문제는 https://www.comcbt.com/xe/ny/3770467

문제/답

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레이저(laser) 가공에 대한 특징

밀도가 높은 단색성과 평행도가 높은 지향성을 이용한다.

가공물에 빛을 쏘이면 순각적으로 일부분이 가열되어,용해되거나 증발되는 원리이다.

초경합금, 스테인리스강의 가공은 불가능한 단점이 있다(X).

유리, 플라스틱 판의 절단이 가능하다.

92 / 2

고속도강의 표기에서 첫번째는 텅스텐의 함유량이다.

93 / 3

피복 아크 용접에서 피복제의 역할

아크를 안정시킨다.

용착금속을 보호한다.

용착금속의 급랭을 방지한다.

용착금속의 흐름을 억제한다(X).

94 / 1

절삭가공을 할 때 절삭온도를 측정하는 방법

부식을 이용하는 방법 (X)

복사고온계를 이용하는 방법

열전대(thermo couple)에 의한 방법

칼로리미터(calorimeter)에 의한 방법

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선반가공에서 직경 60 mm 길이 100 mm의 탄소강 재료 환봉을 초경바이트를 사용하여 1회 절삭 시 가공시간은 약 몇 초인가? (단, 절삭깊이 1.5 mm, 절삭속도 150 m/min, 이송은 0.2 mm/rev 이다.)

􎤟 38초 ② 42초 ③ 48초 ④ 52초

96 / 1

300mm×500mm 인 주철 주물을 만들 때, 필요한 주입 추의 무게는 약 몇 kg 인가? (단, 쇳물 아궁이 높이가120mm, 주물 미도는 7200 kg/m3 이다.)

􎤟 129.6 ② 149.6 ③ 169.6 ④ 189.6

97 / 2

프레스 작업에서 전단가공

트리밍(trimming)

컬링(curling) (X)

셰이빙(shaving) 

블랭킹(blanking)

98 / 4

직접 측정기

측장기

마이크로미터

버니어캘리퍼스 

공기 마이크로미터

99 / 3

스프링 백(spring back)

경도가 클수록 스프링 백의 변화도 커진다.

스프링 백의 양은 가공조건에 의해 영향을 받는다.

같은 두께의 판재에서 굽힘 반지름이 작을수록 스프링백의 양은 커진다(X).

같은 두께의 판재에서 굽힘 각도가 작을수록 스프링 백의 양은 커진다.

100 / 4

펠로즈 기어 셰이퍼

내접기어 및 자동차의 3단 기어와 같은 단이 있는 기어를 깎을 수 있는 원통형 기어 절삭기계

문제는 https://www.comcbt.com/xe/ny/3579727

문제/답

91 / 1

인발 가공

인발가공에서 인발 조건의 인자 : 역장력(back tension), 마찰력(friction force), 다이각(die angle)

92 / 2 

측정

나사의 유효지름 측정법 : 나사 마이크로미터, 공구현미경, 삼침법

93 / 3 

구성인선-방지대책

공구 경사각을 크게 한다

절삭 깊이를 작게 한다.

윤활성이 좋은 절삭유제를 사용한다

94 / 4

전주가공의 특징

가공시간이 길다.

복잡한 형상, 중공축 등을 가공할 수 있다.

모형과의 오차를 줄일 수 있어 가공 정밀도가 높다.

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주조에서 탕구계의 구성요소

쇳물받이

탕도

주입구

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저온 뜨임의 특징

연마균열 방지

치수의 경년 변화 방지

담금질에 의한 응력 제거

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불활성가스 아크 용접 : TIG 용접과 MIG 용접

98 / 4

마폼법 : 다이(die)에 탄성이 뛰어난 고무를 적층으로 두고 가공 소재를 형상을 지닌 펀치로 가압하여 가공하는 성형가공법

99 / 4

세이퍼 가공

100 / 2

카운터 싱킹 : 드릴링 머신으로 할 수 있는 기본 작업 중 접시머리 볼트의 머리 부분이 묻히도록 원뿔자리 파기 작업

용접법의 종류

융접

가스용접

아크 용접

압접

전기저항용접

특수압접

납땜

특수용접

아크용접

피복아크 용접 : 직류정극성 (모재 : +,전극 : -)

탄소아크 용접

불활성가스 아크용접

MIG : 금속 비피복봉 전극, 소모식 전극 와이어 (용가재), 직류역극성

TIG : 텅스텐봉 전극, 비소모식

※ 불활성가스 : Ar, He, Ne 등

CO2 아크용접 : 연강용접에 사용

원자수소 아크용접 : 열원으로 원자수소가스의 반응열을 이용한 용접.

서브머지드 아크용접 : 용제와 와이어가 분리되어 공급되고 아크가 용제 속에서 발생되므로 불가시 아크 용접이라고 불리는 용접법. 열손실 가장 적다.

스터드 용접 : 볼트나 환봉등의 선단과 모재사이에 아크를 발생시켜 가압하여 접합

프라즈마 아크용접: 기체를 수천도의 높은 온도로 가열하면, 그속의 가스원자가 원자핵과전자로 유리되어 양음의 이온상태로 된다. 핀치효과가 크며 용입크고 나비좁고, 용접속도가 빠르다.

압접

전기저항용접

특수압접

가스 압접

단접 : 용접물을 가열하여 해머등으로 타격을 가하여 압접하는 방법.

마찰용접 : 선반과 유사한 구조의 용접기로 접합면에 압력을 가한 상태로 회전시켜 마찰열로 접합

초음파 용접

폭발 압접

유도가열 용접

용접이음의 장점 및 단점

장점 : 기밀, 수밀, 유밀성 및 효율 향상, 공정수 및 공수 절감, 재료 절약 및 경량화 가능, 자동화 가능

단점 : 용접부의 결함 검사 어려움, 열변형 및 잔류 응력 발생, 용접 기술 및 용접 모재의 재질에 따라 용접성 좌우

피복제의 역할

산화방지와 산화물의 제거.

용착효율을 높인다.

아크를 안정.

용착금속을 보호

용착금속의 급랭을 방지

스패터를 적게 발생시킴.

대기 중의 산소 및 질소의 침입을 방지하고 용융금속을 보호

용착 금속의 기계적 성질 개선 및 탈탄, 정련작용

슬래그 제거, 비드를 깨끗이 한다.

용융금속의 응고와 냉각속도를 지연시켜 준다.

※ 용제 (flux) : 용접중 고온에서 공기와 접촉하기 때문에 산화가 일어나는데 산화물을 제거시 사용.

※ 슬래그 (slag) : 비드 표면을 덮어서 용착금속의 산화와 질화를 방지하고, 용접 금속을 보호.

용접 결함

언더컷 : 전류가 너무 높고, 아크 길이가 너무 길 때, 운봉속도가 너무 빠를 때 발생.

오버랩 : 전류가 너무 낮고, 아크 길이가 너무 짧을 때, 운봉속도가 너무 느릴 때 발생.

슬래그 섞임 : 녹은 피복제가 융착금속 표면에 떠 있거나 용착금속 속에 남아 있는 것.

기공 : 용착금속 속에 남아 있는 가스(H2,O2,CO)로 인한 구멍으로 습기가 많고 기름,녹,페인트등이 부착, 용접부 급랭, 과대 전류 사용 시에 발생.

용입불량, 균열, 선상조직, 은점, 잔류응력의 과대

제관법 (관을 만드는 방법)

이음매 있는 관 (seamed pipe)

판을 둥글게 관 모양으로 말아서 성형한 이후에 이음부분을 접한하는 방법. 접합방법에 따라 단접관과 용접관으로 분류

이음매 없는 강관(seamless pipe) 

만네스만, 압출, 스티펠, 에르하르트 제작법 등이 있다.

만네스만 법이 일반적으로 많이 사용되며 천공-플러그 압연-릴러 압연-정경 압연-절단의 순서로 만들어진다.