기계제작법 1장

[통뼈]

1장 목형 & 주형

- 전체 중량의 30~40%가 수분

- 심재 : 수심에 가까운부분, 견고, 수축적음

  변재(백제) : 수축, 부식 큼

- 목재의 수축방지

  1.질이 좋은 목재 선택

  2.건조가 잘된 목재 선택

  3.장년기 수목을 겨울에 벌채

  4.여러개 목편을 조립하여 사용(응력발생 방지)

  5.적당한 도장(칠)을 할 것

  6.활엽수보다 침엽수 사용

  7.심재쪽 섬유방향 제재

- 수축의 크기

  섬유방향(0.1~0.5%) < 연수방향(3~5%) < 연륜방향(5~10%

목재의 건조                                           

자연 건조법	- 2~5년간 10~17% 건조 - 광택이 살아있고, 경도가 유지되나 비경제적이고 균열발생 - 야적법(환목이나 큰 목재), 가옥적법(판재, 활재), 침수건조법
인공 건조법	- 열기건조법, 침재법, 자재법(찜), 증지(2~3 bar 증기), 진공건조(가스, 고주파), 전기(저항열), 훈재(연소가스), 약재(염화칼슘, 황산등 건조재, 산성백토)

목재의 방부법                                         

도포	- 페인트, 크레졸
자비	- 방부제 침투
침투	- 염화아연, 유산 등 수용액 침투
충전	- 구멍을 뚫어 방부제 충전

목형의 장단점                                         

- 장점 : 가공용이, 개조용이, 경제적

- 단점 : 수축 및 변형

목형용 목재                                           

- 구비조건

  1.결함이 없고, 재질이 균일한 것

  2.변형이 적고, 내구력이 크면서 가공이 용이한 것

  3.가격이 저렴한 것

중요부품, 고급(정밀)	회화나무, 나왕, 티그, 마호가니
소형, 중요(경질)	박달나무, 벚나무
일반(연질)	소나무, 잣나무, 미송
대형	전나무

참나무 : 단단하여 가공이 어려우므로 목형재료 불가능

목형의 종류                                           

현형	- 제품과 동일한 형상 - 단체형, 분할형(다월 이용), 조립형(3개이상 분할)
부분목형	- 기어, 톱니 (대칭형)
골격목형	- 소량, 대형, 파이프
회전목형	- 마찰차, 벨트풀리, 경제적이나 숙련필요
긁기형	- 일정한 단면, 굽고 길이가 긴 파이프
코어	- 중공제품, 코어프린트(코어지지부)
잔형	- 주형을 빼내기 어려운 부분

목형제작                                              

- 설계 -> 도면 -> 현도 -> 가공 -> 조립 -> 검사

- 현도제작시 고려사항

  1.가공여유 : 정밀가공시 m당 5~10mm

  2.수축여유 : 1m 에 대하여

    주철 8mm, 황동/청동 15mm, 주강/알루미늄 20mm

  3.모따기(라운딩) : 편석방지

  4.목형기울기 2~3°, 6~10mm/m당

  5.덧붙임(stop off) : 내부응력 변형, 파손방지

  6.코어

- 접착제 : 아교(60~70°, 4~6시간), 질산비닐계

- 도료 : 래커도료, 알루미늄 도료(셸락+알코올)

  다듬질면(적색), 잔형(황색), 코어프린트(흑색)

- 목공선반(베드길이, 베드~주축중심), 밴드소

(띠톱, 회전바퀴 직경), 서큘러 소잉머신(원형톱, 톱직경),

기계대패, 실톱기계, 목공 드릴링 머신, 사포연마기,

만능목공기, 그무개(재료에 평행선 긋기)

주물사                                                

- 구비조건 : 성형성, 내압성, 내화성, 통기성, 신축성,

 보온성, 붕괴성, 복용성, 경제성

- 입도 : 메시(1평방인치내 체의 구멍수), 중립 50~70

- 통기도 

	통기도 m/min	압축강도 g/cm2
주철용 소형	10 ~ 30	300 ~ 800
주철용 중형	30 ~ 50
주철용 대형	50 ~ 100	500 ~ 1000
주강용 표면건조형	110 ~ 220	400 ~ 700

- 내열성 : 제게르 콘

- 성형성 : 주물사 만능 시험기

주물사의 종류                                         

생형사	- 산모래(1300℃), 바다모래(1250~1450℃) - 일반주철, 주물 및 비철금속용
규사	- 석영이 주성분 - 내열성(1700℃)은 강하나 성형성 불량 - 결합제로 벤토나이트 사용, 주강용
점토	- 점결성 부여
하천모래	- 내화도가 낮아 분리형, 건조형에 배합

주물사의 배합                                         

주철용	- 생형사 + 배합제 - 주철용 건조사 : 점토분 많아 톱밥 첨가
주강용	- 규사 + 벤토나이트, 용융온도 높음 - 내열성(1500~1600℃), 통기도 요구됨
비철합급용	- 성형성을 중시하여 입도작은 주물사

주물용 모래 및 재료                                   

표면사	- 주물표면과 닿는 부분
바닥모래	- 산모래 + 오래 사용한 모래
분리용모래	- 입도가 크고 점토 적은 하천모래
코어모래	- 통기성, 내열성, 내압성 요구 - 규사성분 모래 + 점토, 식물유(오일샌드) - 가스방출(톱밥, 코크스)
도형재료	- 주물표면에 사용, 표면 개선, 분리용이 - 흑연, 숯가루, 코크스 분말
당밀,곡분	- 점결성 증가(주강용, 코어용)
기름	- 들기름, 오렌지기름, 규산소다 - 코어의 소결제로 배합하여 사용
톱밥,볏짚	- 주형 균열방지, 가스방출 용이

주형의 종류                                           

금형	- 주철, 내열재사용 - 다량생산 적합, 고가
사형	생형	- 수분을 포함한 천연산 모래(8~15%) - 가장 많이 사용
	건조형	- 하천사, 해사에 점토, 코크스 혼합 - 건조주형용 모래로 주형제작후 가열건조 - 대형, 중형 주형제작

주형제작법                                            

바닥주형	- 정밀도 낮음, 표면 조잡
혼성주형	- 주물상자+공장바닥 이용, 대형주물
조립주형	- 2개이상 주물상자 이용 - 정밀, 가장 많이 사용

주형의 각부 명칭                                      

탕그릇	- pouring basin, 쇳물받이 - 튀지 않고, 조용히 유입되게 함 - 불순물 제거(슬래그)
탕구	- sprue, 쇳물이 흘러들어가는 통로, 원뿔형 - 너무 크면 주조후 절단 불리, 비경제적 - 탕구아래 거름판 설치(산화물 제거)
탕도	- runner, 탕구->주형 - 불순물 거르고 주형안에 꽉차게 함 - 탕도 끝 공간 설치(산화물 제거)
주입구	- gate, 탕도에서 나눠 유입되는 부분
피더	- 덧쇳물, 수축시 부족한 쇳물 보충
라이저	- 쇳물에 가압, 가스/불순물 배출, 주입량조절
냉각쇠	- 두꺼운 곳의 냉각속도 조정
기타	- 가스배출구, 코어, 코어받침

주형의 설계                                           

-

쇳물 아궁이비 =	쇳물 아궁이봉 단면적
	쇳물 통로 단면적

     주철(0.75~1), 주강(1.2~1.5)

-

덧쇳물 체적	=	주물 체적
덧쇳물 표면적		주물 표면적

주형공구                                              

주형상자	- 주형틀(거푸집), 목재, 2~3개로 구성
주물도마	- 목형 또는 주물상자를 올려놓음
목마	- 회전목형 고정
수공구	- 탕구봉,목형뽑게, 공기뽑게, 주형숟가락

제작시 주의 사항                                      

습도	- 많으면 기포발생, 적으면 강도 저하
다지기	- 많으면 통기불량, 적으면 강도 저하
공기뽑기	- 통기성 좋은 재료사용, 송곳으로 배출구

주물의 결함                                           

치수결함	- 목형불량, 수축여유, 코어이동, 주물상자 조립불량
표면결함	- 목형변형, 주물사입도, 배합불량, 쇳물온도 부적당, 가스/공기 제거 불완전
수축구멍	- 최후 응고부 쇳물 부족 - 피더 설치, 쇳물 아궁이를 크게
기공	- 용융금속중 가스 미배출 - 주입온도개선, 통기성 강화, 쇳물 아궁이를 크게, 주형내 수분제거
균열	- 각 부분의 불균일 응고로 생긴 내부응력 - 두께차를 적게, 온도차를 적게, 각진부분은 둥글게, 주물은 서냉
편석	- 불순물 집중 혹은   초기/후기 결정간 배합이 달라짐
기타	- 주입속도가 빠르면 열응력 발생, 주물 이용률 저하, 주형파손, 공기혼입 - 속도가 느리면 취성재질이 됨.

용해로                                                

- 재료에 따른 용해로의 선정

주철	- 큐폴라(용선로), 전기로
주강	- 전기로, 전로, 평로, 반사로
비철합금	- 전기로, 도가니로

- 용해로에 사용하는 송풍기

  원심형, 터보형(큐폴라), 루트 송풍기

- 고온의 측정 : 열전온도계, 광학온도계

큐폴라(용선로)                                        

용량	- 매시간당 용해가능 중량을 ton으로 표시
특징	- 선철은 코크스의 10배   석회석은 선철의 5%
장점	- 주철을 경제적으로 용해

평로 제강법                                           

용량	-  1회 생산되는 용강의 무게(25~300톤)
특징	- 바닥이 넓은 반사로인 평로를 사용 - 연료 : 가스발생로에서 발생한 가스 또는 중유사용 - 탄소, 규소, 망간 : 1700 ℃ 고온 산화 - 황 : 슬래그 - 산소, 질소 : 페로망간 (Fe-Mn), 페로실리콘 (Fe-Si) 첨가 탈산작용
분류	- 분류(내화벽돌 종류) - 염기성평로(주로사용), 산성평로
장점	- 대량 생산 가능

전로 제강법(= converter 제강법, 가장 많이 사용)       

용량	- 1회 제강할 수 있는 무게 - 60~100톤, 대형 200~300톤
특징	- 경사식 노에 쇳물을 붓고 1.5~2기압의 산소나 공기를 불어넣어 불순물 산화, 연소 정련 - LD 전로법(산소전로) : 제강능률 평로의 6~8배, 품질동일
분류	- 분류(내화재) - 염기성법(토마스법) - 고 인(P), 저 규소(Si) - 산성법(비세머법)- 규석 같은 산화재 라이닝   탈인이나 탈황되지 않음
장점	- 정련시간이 짧아 대량생산에 유리하다. - 건설비가 저렴하다(평로의 60~70%)
단점	- 원료선의 규격이 엄격하다. - 산소, 질소 등 가스를 흡수하기 쉽다. - 강질 조정이 곤란하다. - 용선사용 - 고로 설비가 있는 공장에서만 가능

전기로 제강법                                         

용량	- 1회 생산되는 용강의 무게(0.3~0.5톤)
특징	- 전열을 이용하여 제강원료 용해
분류	- 분류(전열발생방법) - 아크식, 전기저항식, 전기유도식
장점	- 온도 조절이 쉬워 탈산, 탈황 정련이 용이 - 정확한 합금 가능 - 용해소요시간이 짧다(1~3 Hr) - 산소, 유해가스 흡수적음(특수강, 내식강, 내열강, 공구강) - 값싼 고철 사용 가능 - 슬래그의 성질 조정가능(산화성, 환원성) - 고온정련 가능
단점	- 전력비 과다

도가니로                                              

용량	- 용해시킬수 있는 구리의 중량(N kg)->#N
특징	- 특수강, 황동, 청동, 경합금, 금, 은, 니켈, 양은 - 품질은 우수하나 열효율이 나쁨

반사로                                                

용량	- 장입 가능한 쇳물의 총 무게
특징	- 연소가스의 반사열을 이용 - 변질은 적으나 연료비가 과다함 - Al 탈산(Na, Mg), Cu 탈산(P, Mn, Si)

압상력                                                

  : 쇳물의 비중량, : 탕구의 높이,

  : 쇳물형상에 대한 투영면적,

  : 상형의 무게

  : 코어의 체적, : 코어의 비중량

특수주철과 주강                                       

보통주철	- 10~20
고급주철	- 25~35 , Si 접종
합금주철	- 강도, 내마멸성, 내열성
칠드주철	- 칠드층 20~40 mm, 시멘타이트화(백선화) - 압연기 롤러, 기어, 기차바퀴
가단주철	- 백주철 풀림처리(연성부여) - 관이음, 자동차, 철도, 기계
구상흑연	- 40~70 , HB 150~280, Mg 첨가 - 피스톤, 실린더
주강	- 2.5~3.5% C 주철을 2% 이하로 가공 - 유동성이 나쁘고, 수축이 크며, 표면이 거칠다. 대형제품에 사용

특수주조법                                            

- 원심주조법 : 주형을 회전시키며 주입

1.코어 불필요, 재질이 치밀(우수), 쇳물 절약(코어, 라이저,

 피더 필요없음), 대량생산

2. 수도관, 실린더, 라이너

- 다이캐스팅 : 압력을 가해 제품생산(알루미늄, 동합금)

1.장점 : 정밀, 표면이 아름다움, 조직치밀, 대량/고속생산

, 얇고 복잡한 형상 가공

2.단점 : 설치가 복잡하고 용융점 높은 금속에 부적당

3.전기기구, 사진기, 타자기, 계산기 부품

- 셸 몰드법(크로닝법)

1.규사 + 석탄산수지 주형

2.장점 : 치수정밀, 표면이 매끈함, 주물결함이 적음,

대량생산 가능, 경량, 신속한 주형제작(경제적)

3.단점 : 금형비가 비싸고 대형에 부적합

4.자동차, 계측기 부품

- 폴 몰딩법 : 폴리스틸렌

- 인베스트먼트 주조(로스트 왁스법)

1.모형을 왁스로 제작하여 주형제작

2.복잡한형상 가능, 치수정확

- 이산화탄소법

1.규사에 규산나트륨 용액 배합후 이산화 탄소 주입하여

견고한 주형생산(산화나트륨 -> 탄산나트륨)

2.변형이 적고, 가스가 적다

3.코어제작용

- 진공주조 : 유해가스 흡수 방지(산소, 수소, 질소)

[출처] [본문스크랩] 2006-02-09(기계제작법1장) |작성자 클라우드