원형 및 주형제작법

제 1절 원 형

1. 원형재료

원형에는 목재 이외에 금속, 석고 플라스틱 등이 사용되고, 정밀주조법에서는 왁스가 사용된다. 이 중 목재가 가장 많이 사용되는 이유는 다음과 같다.

① 금속에 비하여 재료비, 가공비가 싸며, 특히 대량생산과 특별한 정밀도를 고려하지 않는 경우에 유리하다.

② 금속, 석고보다 가볍고 가공성이 좋으며 취성이 적다.

③ 합성수지에 비하여 값이 싸며, 소량의 경우에는 가공비가 저렴하다.

 

반면에 목재원형의 결점은 다음과 같다.

① 재질이 불균일하고 온도, 습도에 의한 신축이 있기 때문에 치수 변화의 원인이 된다.

② 주조에 의하여 제작되는 것이 아니므로 대량생산에는 좋지 않다.

③ 기계적 강도가 금속 및 합성수지보다 약하며, 치수의 정밀성을 유지하지 못한다.

 

원형용 목재로서는 소나무, 회나무, 박나무, 벚나무, 마호가니, 티크 등이 있으며 회나무는 수축이 적어서 고급에 속하고 삼나무는 온도, 습도 등에는 수축이 크나 대형의 주형용 재료로서는 저렴한 편이다.

한편 같은 종류의 목재라도 나무의 연륜, 나이테, 중심과 외주부 등의 차이에 따라 재질이 달라지는 것이 보통이나 대체로 건조시키면 수축되고, 건조한 목재를 습기가 있는 공기 중에 놓아두면 팽창하게 된다.

환목을 평행으로 절단하여 판재로 하면 건조됨에 따라 변형하는 형상이 수축 방향에 차이가 있으므로 원형으로 사용할 때에는 그 특성을 고려하여 충분히 건조한 것을 사용해야 한다. 금속제 원형은 마모, 파손, 변형이 적고 표면이 매끈하여 형을 꺼내기가 쉽다. 또 미세한 부분의 가공도 가능하며, 주물이 대량 생산될수록 원형의 재료비, 가공비는 비싸지만 제품의 원가에는 영향을 미치지 않아 기계조형용 원형에 적합하다. 석고원형은 복잡한 형상을 정확히 만들 수 있으나 취성이 크고 흡습되어 소모하는것이 결점이다. 흡습은 방습도장을 하면 실용상 지장이 없으며, 취성은 골조로서 보강할 수 있으나 표면의 파손은 방지할 수 없다. 수지원형은 흡습성이 없어 도장이 필요없고 표면의 청정이 매우 용이한 장점이 있다. 아직 성형기술이 부족하여 핀홀 등의 결함이 원형표면에 발생하며 수율이 불량하다.

 

2. 원형의 종류

가. 재료에 따른 분류

원형은 주조할 주물의 크기, 형상, 정밀도, 수량 및 조형재료 등에 따라 여러가지 재료가 사용되나 가장 많이 쓰이는 것은 목재이다. 목재로 만든 원형을 목형이라 하고, 가공이 용이하며 제작비용이 적게드는 장점이 있다. 원형제작용 목재는 수분함유량이 8~10 %가 넘지 않도록 미리 건조한다.

주철, 구리합금, 알루미늄합금 등의 금속을 사용하여 만든 원형은 금속원형이라 하며 제작비가 비싸고 내구성과 정밀도가 높으며 대량생산용으로 많이 이용된다. 이외에 현물원형, 석고원형, 합성수지원형, 풀몰드 원형 등이 있다. 풀몰드 원형은 발포성수지를 재료로 해서 만든 원형으로서 이것을 주형속에 넣고 그대로 용탕을 주입하면 발포성수지가 연소 소실되어 생긴 공간으로 용탕이 들어가서 주물이 된다.

 

나. 구조에 따른 분류

(1) 현형

주물과 동일한 형상으로 단체형이 가장 기본적인 것으로 원형의 형상이 주물과 비슷하며 작고 간단한 주물생산에 많이 이용된다. 분할형은 원형을 두 쪽으로 나누고 이것을 다월로 맞춘 것이고 조립형은 복잡한 형상이나 대형 원형을 여러 부분으로 분할해서 맞춘 것이다.

(2) 회전형

주물의 반지름 단면과 같은 현상으로 된 회전판을 일정한 중심축 주위에 회전시켜 주형을 만드는 것으로 간편하고 값이 싸나 조형시간이 길고 기술을 요하기 때문에 그 제작선택에 주의해야 한다. 원형, 반원형, 원판상, 차바퀴, 벨트풀리, 기어 소재 등의 형상을 가진 비교적 대형이고 제작 개수가 적은것에 이용된다.

(3) 긁기형

긁기판을 일정한 안내판에 따라 움직여서 주형을 만든다.

(4) 골격형

재료의 절약을 위해서 주물 요소에 단면형상을 골격으로 만들어 모래를 붙여 현형을 대신해서 외형의 표면을 만든 것이다. 주물의 형상이 간단하고 대형이며 제작 개수가 적은 경우에 이용된다.

(5) 부분형

같은 모양의 부분이 연속되어 전체를 이루고 있을 때 그 일부분에 해당하는 원형을 말한다. 예를 들면 기어를 만들 때 전 원주를 몇 개로 분할한 부분형을 만들어서 주형의 일부분을 완성하고 차례로 전 주형을 완성시키는 것이다.

다. 특수원형

(1)마스터 패턴

금형원형을 제작하는 경우 특별히 간단한 형상의 주물이 아닌 이상, 목형의 원형을 사용하여 만든 주형에 주입하여 금형을 제작하는 것이다. 따라서 이 원형은 원제품에 대하여 2중의 수축량을 목형에 붙인다. 예를 들면 회주철 부분품의 금속원형을 알루미늄 합금으로 만들때는 회주철과 알루미늄주물의 양쪽 금속의 수축량 합계를 예측하여 목형을 만들고, 금형을 기계절삭 가공할 때는 이 재료의 가공량도 계산하여 목형을 제작해야 한다.

 

(2) 매치 플레이트

소형의 주물로서 대량생산에서는 이 매치플레이트를 사용하는 것이 유리하다. 이것은 상 하형 양쪽 원형이 분리선을 구성하는 평판의 양쪽에 바로 교착되는 곳에 장치한 것이다. 다시 말하면 이 평판의 양측에 원형을 일체로 하여 주물로 하는 경우, 사전에 미리 평판을 만들어 이의 양측면에 반씩 붙이는 경우와 일정한 넓이의 상 하형에 해당되는 원형을 평판에 해당되는 두께 만큼 두껍게 만들어 끼워 박는 3종류의 제조법이 있다.

상하를 개별적으로 붙이는 방법에서는 코어의 정위치와 평판의 상하 양면의 평행도가 매우 중요한 문제로 된다. 반씩 맞붙이는 경우에는 상하가 서로 완전히 일치되어야 하고 탕구계, 탕도계도 함께 붙인다. 또한 매치 플레이트로서 대량 생산할 때에는 가급적 조형기를 사용하여 조형하는 것이 매우 유리하다. 이 평판은 각종 금속, 목재 등으로 만들고 있는데 알루미늄합금 등이 유리하며 목재는 휘는 경우가 있어 약간 두꺼운 것이라야 하며 최근에는 내수합판제가 이용되고 있다.

 

(3) 패턴 플레이트

두개의 플레이트의 한쪽에만 맞붙여서 상하 주형을 각개의 조형기로 조형하는 것으로 매치플레이트의 경우보다 큰 대형, 중형용에 적합하며, 조형기를 사용하면 대량생산에 유리하다.