제 5장 탕구방안

제 5장 탕구방안 5.1 개요 탕구계의 기능 1 탕구계 (gate system) : 용융금속을 주형 공동부로 보내는 통로 제 5장 탕구방안 5.1 개요 탕구계 (gate system) : 용융금속을 주형 공동부로 보내는 통로 주입컵 (pouring cup, pouring basin), 탕구(sprue), 탕도 (runner), 주입구 (gate, ingate)의 집합을 의미 탕구계의 기능 주형의 구조 : 제품의 모양, 크기, 주조방안 등에 따라 달라진다. 탕구계 (gate system) : 용융금속을 주형 공동부로 보내는 통로 주입컵 (pouring cup, pouring basin), 탕구(sprue), 탕도 (runner), 주입구 (gate, ingate) 1

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탕구계 (gating system) Top riser Pouring cup Side riser Gate Casting Runner Sprue Fig : Schematic illustration of a typical riser-gated casting. Risers serve as reservoirs, supplying molten metal to the casting as it shrinks during solidification. 3

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押湯の設定 5

탕구계의 기능을 발휘하기 위해서는 다음과 같은 점을 조절 1. 주형공간에 용탕을 주입 2. 주형의 침식이나 가스의 흡입을 예방하기 위해 가급적 난류를 일으키지 않고 주형에 유도 할 것 3. 주물의 응고 시 가급적 최적의 온도기울기 부여. 4. 주입 금속에 대해 적절한 skimming action (산화물, slag 분리). 탕구계의 기능을 발휘하기 위해서는 다음과 같은 점을 조절 1. 주입속도 2. 주형으로 인도하는 주입구의 크기, 수, 위치 3. 탕구와 탕도의 치수와 형상 4. 래들, 주탕컵, 주입컵(pouring basin)가 같은 주입장치의 모양과 크기 5. 주입 시와 응고 시의 주형위치 6. 용탕의 온도 (유동성) 6

탕구계의 용어 7 미국의 주조학회(A.F.S)가 발표한 탕구계의 요약 (1) 주입컵 (pouring cup) : 용융금속이 제일 먼저 부어지는 곳으로 탕구 입구에 있는 확대된 지역. (2) 탕구 (sprue) : 용융금속이 탕구계의 여러 부분에 흘러가는 수직통로. (3) 탕구저 (sprue base) : 탕구바닥에 있는 넓은 원통형이나 장방형 부분. (4) 탕도 (runner) : 금속이 흘러 지나가는 중요 수평통로. (5) 주입구 (gate) : 탕도와 주형공간을 연결하는 짧은 입구. (6) 탕도연장 (runner extension) : 탕도가 막힌 끝부분으로 마지막 주입구를 지나 연장된 부분. (7) choke : 주물 본체에 slag나 잡물이 들어가는 것을 막거나, 주입속도를 조절하기 위해 탕구를 조인 부분. (8) 이외에도 슬래그, 잡물의 혼합을 막기 위한 skimmer core, strainer, screen, 등을 사용하며, 대량의 용탕을 주입하는 경우 탕구계의 침식을 막기 위해 주입대야 밑과 탕구 밑에 splash core를 사용하기도 한다. 7

주입시간 및 주입온도 유체 8 주입시간 주입온도 주형에 용융금속을 주입하는데 걸리는 시간 : 주입속도 높은 주입온도 : 용융금속의 가스 흡입량 증가 ⇒ 기공발생, 심한 수축으로 인한 균열발생 낮은 주입온도 : 압탕을 통한 용융금속의 추가 공급 전에 주물 응고 ⇒ 불량원인 제공 유체 ① 층류 (Stream line flow, Laminar flow)  유속이 작을 때는 어떠한 유체라도 층류. 어느 부분에서도 흐름 방향이 일정하며 직각방향의 속도성분은 0임. ② 난류 (Turbulent flow, 亂流) 유체의 각 부분이 시간적 · 공간적으로 불규칙한 운동을 하면서 흐르는 흐름 유속이 커지면 난류로 됨. 유체의 각 부분에는 흐름의 방향과 직각방향에 속도성분이 존재함. ①유체의 속도 ②유체가 흘러가는 경로의 단면적 ③유체의 粘性에 따르게 된다. 8

(2) 주입 컵, 주입대야 (pouring cup, pouring basin) ladle을 조작할 때 필요한 유입속도를 용이하게 유지. Sprue entrance에서의  난류와 와류의 발생 감소. 탕류(pouring basin, 湯溜) : 용탕이 일단 고인 후 dross나 slag를 부상 분리하여 제거할 수 있게 한 것 9

10 주입 컵의 형태 (a) : 주물의 재질을 크게 문제 삼지 않을 경우 (b)~(h) : 불순물이나 slag가 없는 용탕을 난류 없이 주입할 때 湯溜를 붙인다. (b), (c) : 작은 주형에 사용 (d) : 불순물을 제거하기 위한 것 (e) : 湯溜에 용탕을 고이게 한 다음 stopper를 제거하여 깨끗한 용탕만 주입 (f), (g), (h) : 탕구의 입구에 strainer를 붙인 것. 10

그림 dross 제거를 위한 탕구 예 11 strainer : 철강에는 규사로 만든 코어를 사용하고, 예열 150℃ 동합금이나 경합금에는 (g)와 같이 강으로 만든 망을 쓴다. strainer를 주입 컵에 사용하면 불순물이나 slag는 잘 제거되나, 용탕의 주입력이 약해져서 유동성이 나빠진다. 예열 150℃ 그림 dross 제거를 위한 탕구 예 11

strainer를 사용해서 slag를 제거할 경우 용탕 흐름 (a) 優 可 (b) 良 (c) (d) 秀 12

5.2.1 주입 컵(pouring cup, pouring basin) 5.2 탕구계의 설계 5.2.1 주입 컵(pouring cup, pouring basin) 용탕을 주입할 경우 비산해서 생긴 산화물이나 불순물 등이 탕구에 들어가지 않게, 또한 용탕이 조용히 들어 갈 수 있는 방법을 취하고 있다. 주입 컵 속에 칸막이를 붙인 것, stopper를 붙인 것 등 용탕이 난류나 와류를 Ⅹ 주입 컵에 용탕을 주입할 때에는 용탕의 높이를 탕구 직경의 2.5배 이상으로 유지해야 한다. 탕구 도입부에 스트레이너 코어를 붙이는 경우도 있다. 공기 혼입 Ⅹ 13

⇒ 적당한 유선형은 난류를 줄이고 가스혼입을 막을 수 있다. 5.2.2 탕구계의 형상 용탕의 주입을 원할하게 하기 위해 반드시 유선형으로 설계 유선형 : 유속이 빠르다. → 주조 수율이 높아진다. 부적당한 탕구 설계 ① 공기 또는 산화 개재물이 주물에 혼입된다. ② 탕구계의 주형 벽을 침식하여 주물에 주물사를 개재시킨다. ③ 용탕의 유속을 감소시킨다. ⇒ 적당한 유선형은 난류를 줄이고 가스혼입을 막을 수 있다. 14

유선형 : 유속을 대폭적으로 증가 → 그림 4.6 참고 돌연한 수축이나 팽창이 생길 때도 예각부와 같은 효과 발생 → 난류와 공기의 혼입 입구효과 (entrance effects) 방지 : R 15

(a) : 균일한 단면적인 직선형 탕구 : 중력에 의해 속도가 증가, 심한 공기혼입을 초래 난류를 최소한으로 억제하기 위해서는 직선형 탕구 ⇛ 경사진 탕구 (b) : 용탕이 하강 시 주형 벽에 밀착되고, 용탕의 운동에너지를 흡수하여 공기 혼입을 최소한으로 한다. 그림 4.8 용탕의 난류에 미치는 탕구의 설계 16

4.2.3 탕구 (sprue) 17 (1) 상주식 탕구 (Top gate) (2) 분리선 탕구 (Parting line gate) (3) 하주식(압상식) 탕구 (Bottom gate) (4) 다단(계단) 탕구 (Step gate) (5) 경주식 탕구 (주형의 반전 조작) 탕구 : 주입컵에서 용탕이 주형으로 들어가는 첫 통로까지. 단면은 원형 탕구의 위치를 결정할 때 고려할 사항 ① 얇은 주물에 대해서는 용탕의 공급이 완전하고 급냉으로 인하여 chill과 같은 hard spot 이 생기지 않도록 균일한 응고를 진행시켜야 한다. ② 두꺼운 주물에 대해서는 최후에 응고하는 hot spot 의 급탕에 유의해야 한다. ③ 표면모래가 붕괴하여 scab, buckle, penetration 등이 일어나지 않도록 해야 한다. 17

탕구의 위치 18 얇은 주물은 주입 전에 유동성이 충분해도 주형표면에 의한 흡열로 온도가 내려가기 때문에 급격히 유동성의 저하가 초래. → 주름, 기포(blow hole) → 저온의 용탕이 유입되면 냉각이 급속히 일어나므로 냉각부(chill zone)로 되기 쉽다. ⇛ 주입구의 수를 늘리거나 분산시킨다. (유동성↑) : 그림 4.9(a) 참조 주형의 온도가 낮을 경우 : 주형을 가열 후 고온의 용탕을 주입 → 용탕의 흐름과 급탕의 효과를 개선 두꺼운 주물이라도 고탄소, 고규소의 주철은 유동성이 좋고 응고수축이 거의 일어나지 않으므로 압탕에 대하여 고려할 필요가 없다. ⇛ hard spot의 발생을 방지하기 위해서 얇은 곳에 주입구를 만드는 경우도 있다. : 그림 4.9(b) 참조 저탄소, 저규소의 주철은 유동성이 불량하고 수축이 많이 일어나므로, 급탕에 대하여 충분히 고려해야 한다. ⇛ 가급적 압탕 쪽에 주입구를 만든다. : 그림 4.9(c) 참조 용탕이 주형에 장시간 주입됨으로써 주형이 붕괴되는 것을 피한다. : 그림 4.9(d) 참조 코어에 충돌하여 일어나는 씻김(washing)을 방지해야 한다. : 그림 4.9(e) 참조 리브가 붙은 것은 가능한 리브를 따라 주입구에 설치한다. : 그림 4.9(f) 참조 18

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탕구의 종류 21 (a)와 같이 균일한 단면적인 직선형 탕구는 안 된다. (b)와 같이 rounding을 붙인다. (c )와 같이 갈때기 모양으로 하여 전체를 원추형으로 한다. 너무 강하게 용탕이 들어가서 곤란할 때는 (d), (e)와 같이 탕구 중간을 굽게 한다. 탕구 바닥은 주형이 파손되기 쉬우므로 (f)와 같이 강한 내화벽돌이나 건조형으로 한다. (g)와 같이 탕구 바닥에 strainer를 설치하면 주입컵에서 불순물이나 slag를 제거하지 않아도 된다. 21

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대형주물에서 용탕의 충격에 견딜 수 있게 내화벽돌을 이용한 탕구바닥 23

(1) 상주식 탕구 (Top gate) 24 간단하고 비교적 소형인 주물 제조 시 및 침식에 견디는 주형 사용 시 사용. Mold cavity에 용탕이 들어갈 때 생기는 난류가 부딪치는 부분은 침식되기 쉽고 동시에 주물속에 공기 또는 산화물이 흡입되기 쉬움. 막대형(연필형) 탕구 : 주입구에서는 유입속도를 조절하고 slag를 탕구 위로 부상시켜 slag의 유입을 저지시킨다. 이 방식도 난류는 발생 상주식 탕구 막대형( 연필형) 탕구 24

(2) 분할선 탕구 (Parting line gate) 상주법과 하주법의 중간 방식 cope와 drag부분을 분리하는 parting line을 따라 mold cavity로 용탕이 들어가는 형. 주입구를 만들기 쉽기 때문에 많이 채택. 상주법 보다 용탕에 의한 난류 감소 25

(3) 하주(압상)식 탕구 (Bottom gate) 주형의 bottom에서 mold cavity로 용탕이 들어가는 형. 주형 내 침식, 난류를 최소화 할 수 있으나, 상부에 riser를 붙이면 온도 구배가 낮다. 주형 밑바닥으로부터 채워 올라오는 용탕에 의해 가열되므로 하부의 응고가 늦다. → 주입구의 입구에 강력한 열점 (hot spot)이 발생 → 수축공 발생 ⇒ 주입구의 단면적을 적게 하여 여러 개의 주입구를 붙인다. side riser와 같이 사용하면 매우 양호한 온도 기울기를 얻을 수 있다. 고온의 용탕이 압탕부에 공급 → 주입구의 열점은 압탕 쪽으로 shift ⇒ 양호한 온도 기울기 (수축공은 주물에서 어느 특정한 위치의 응고율이 그 주변보다 느릴 때 발생하는데 이런 위치를 열점(hot spot) 이라고 한다.) 그림 4.15 하주식 탕구 그림 4.16 횡압탕을 통한 하주식 탕구 26

(4) 계단(다단) 탕구 (Step gate) top gate와 bottom gate를 절충한 것. bottom gate의 장점을 살리고 단점을 줄이기 위한 설계이다. 용탕이 bottom에서 top으로 연속적으로 여러 gate를 통하여 들어 가도록 설계된 형 → 압탕이 가장 높은 온도의 용탕을 갖게 된다. 실제작업에서는 탕구를 통하여 낙하하는 관성에 의해 높은 위치에 있는 주입구를 그대로 지나 거의 대부분의 용탕은 최하단의 주입구를 통하여 주입하게 된다. ⇒ 주입구를 주물에 대해서 어떤 각도로 상향으로 경사 그림 4.17 다단식 탕구 (step gate) 27

(5) 경주식 탕구 (주형의 반전 조작) 28 하주식 탕구를 용탕주입 전후에 기울여 주는 방법 용탕 주입 시에 상주식에 의한 난류와 침식을 방지 큰 난류가 생기지 않도록 주입 가능 주형을 어느 각도만큼 기울여주면 고온의 용탕은 상부로 올라가고 응고는 상부의 압탕을 향하여 진행되고, 반대로 고온의 용탕이 압탕으로부터 하부로 공급 하게 된다. 용탕 주입의 정도에 따라 반전하는 방법도 있다. (a) 주입상태 (b) 주입 후의 상태 28

5.3 탕구계 내의 용탕의 흐름 5.3.1 용탕의 난류 (turbulence) 29 5.3 탕구계 내의 용탕의 흐름 5.3.1 용탕의 난류 (turbulence) 유체역학적 관점에서 보면 탕구계 내의 용탕의 흐름은 거의 다 난류이다. 금속원자들은 탕구계 내의 통로를 직선적으로 유선형 흐름을 하는 것이 아니고 직진과 함께 좌우로도 유동하면서 흐른다. 극히 낮은 유속에서는 진정한 유선형 유동이 가능하지만 이런 탕구계의 설계는 불가능 통로 내에서 모든 유체의 흐름은 Reynolds수와 관련 유체의 흐름 : 점성에 의한 힘과 관성에 의한 힘이 존재. 점성에 의한 힘 : 층류를 촉진 관성에 의한 힘 : 난류를 촉진하는 방향으로 작용. ∴ 흐르고 있는 두 종류의 유체에서 관성력과 점성력의 비가 동일하다면 두 유체의 성질은 동일. 이 관성력과 점성력의 비가 Reynolds수 (dimension이 없음) NR = NR : Reynolds수, 상수     ρ: 유체의 밀도, kg/cm3     μ: 유체의 점성계수, cm․sec/g     d : 유로의 지름, cm     V : 유체의 속도, cm/sec ρVd μ 29

5.3.2 용탕의 이론 유속 5.3.3 용탕의 실제 유속 5.3.4 탕구의 기울기 30 NR이 약2,000이하일 때는 진정한 유선형 흐름 (층류) 보통의 탕구 방안에서는 약2,000~20,000의 NR이 얻어지고 언제나 난류 난류의 정도가 지나치면 (a) 용탕의 표피가 파괴되어 가스가 혼입. (b) slag, dross의 발생. (c) 주형이 침식되어 주물사 또는 금속게재물의 혼입발생. (d) 주물표면이 거칠어 짐. 실제적으로 탕구계를 설계할 때는 용탕의 난류를 방지하는 것보다, 오히려 난류를 유해하지 않는 범위로 감소 필요 5.3.2 용탕의 이론 유속 5.3.3 용탕의 실제 유속 5.3.4 탕구의 기울기 30

▶ 탕구계 내의 유동 ▶ 탕구계 설계에 있어서 고려사항 31 탕구계에서 sprue의 높이를 h라 할 때 sprue의 하부로 유출하는 용탕의 유량 Q는   Q = AV = A√2gh A : sprue의 단면적, V : 유출속도 상기식은 마찰이 전혀 없는 상태에서의 관계식. 실제의 유량은 탕구계의 조건에 의해 변화하므로 유량계수를C라 하면 이 유량계수는 탕구계 설계의 기초가 되며 실제의 유량은 Q (실제값) = CAV = CA√2gh 각 재료의 유량계수C는 여러 연구자에 의해 발표된 값을 참고.(주철 : 0.5~0.8) Q (실험값) C = Q (이론값) ▶ 탕구계 설계에 있어서 고려사항         ①탕구는 주형을 완전히 충만하도록 설계         ②급탕을 촉진하도록 탕구계는 적절한 온도구배 필요         ③마찰저항과 침식을 적게 하기 위해 유선형으로 설계         ④유속의 조절용이, 산화물의 혼입방지 system 보유 등 31

32 용탕이 원활히 주입되도록 탕구계는 유선형으로 해야 함. 탕구계 내의 유속은 유선형이면 더욱 빠르고 따라서 탕구계의 크기가 감소되므로 주조 수율이 높아짐. 탕구계가 유선형이 아닐 경우에는 ① 공기 또는 산화개재물(dross)이 주물에 유입됨. ② 탕구계의 주형벽을 침식하여 주물에 주물사가 들어감. ③ 용탕의 유속을 감소시킴. 조치 ① 탕구계의 예각부를 유선형 만곡부로 ② 용탕의 유입경로에서 돌연한 수축이나 팽창이 없도록 ③ 직선형 탕구 대신 경사진 탕구로 ④ Sprue basin을 설치하여 용탕의 운동에너지를 감소시켜 공기혼입을 최소화 32

5.3.5 탕도 (runner) 33 용탕이 탕구로부터 주형에 주입되는 주입구까지 용탕을 보내는 수평부분 역할 : 용탕 속에 섞인 불순물이나 slag를 최종적으로 걸러주어 용탕을 조용하고 빠르게 주형 속에 충만되게 한다. (a) : 3각형의 부분에서 불순물 제거 (b) : 불순물이 떠 오를 수 있게 탕구를 2개로 한 것 (c) : U자 모양 탕도의 도중에서 주입구로 향한 탕도를 유도한 것 (d), (e) : (c)의 방법을 응용한 것으로 위에서 보면 (f) 와 같이 용탕이 와류현상을 일으키면서 주입되므로 불순물은 중앙에 모인다. 33

5.3.5 탕도 (runner) 탕도는 탕구보다 큰 단면을 지니고 있는데 이 탕도를 이용해서 slag나 산화물을 제거하거나 혹은 용탕의 흐름이 조용하게 될 수 있게 강구한 것이 있다. 소용돌이 Fig. 탕도의 형상 (탕도에서의 slag 제거) : 슬래그가 생기기 쉽고 침전물이 많은 경우 : 경합금과 같이 산화물이 생기기 쉬운 것 : 슬래그의 제거와 함께 압탕의 역할을 겸하고 있다. (d), (e), (f) : 각각 슬래그를 제거하기 위한 구조이다. 34

35 (a)와 같은 원형이 최적 원형은 제작이 어려우므로 육각형(b)나 사다리꼴(c)이 많이 사용 U자 모양(d), 반원형(e), 삼각형(f) 35

5.3.6 주입구 (gate) 36 탕도에서 용탕이 주형에 들어 가는 곳 용탕의 역류가 없게, 공기와 가스가 잘 빠져 나가게 설계 → 구석구석까지 장입 주입구의 크기, 위치, 방향, 개수 검토 각 부의 냉각이 고르고, 균열이나 수축 등의 결함이 없게 설계 gate의 위치 : 가공부나 두꺼운 부분을 피하고, 가장 아래 쪽의 얇은 부분 1 gate의 경우 : 용탕의 압력이 커져 주형이 파괴, gate 부근의 과열 → 2 gate↑ gate와 runner가 구별되지 않는 경우도 있으나(a) 대부분 별도 설치 (b)~(e) : runner의 도중에서 많은 가지를 낸 모양 (b)~(c) : L 모양의 가지 모양의 branch gate (d) : T자의 거꾸로 된 모양 어떤 경우라도 sprue의 바로 밑이나 runner끝에 gate를 설치해서는 안 된다.(e), (b) 36

주입구의 단면 37 그림 4.27 제품 손상을 막기 위한 gate설치의 예 원형, U자형, 반원형, 삼각형, 사각형, W자형 그림 4.27 제품 손상을 막기 위한 gate설치의 예 주입구의 단면 원형, U자형, 반원형, 삼각형, 사각형, W자형 gate쪽을 향하여 가늘게 한다. : 탕구계 분리를 위해서 주물 제품에 손상 예상 : 그림 4.27 참조 37

5.3.6 주입구 (gate) 38 (1) 상부 게이트(top gate) (2) 샤워 게이트(shower gate) (3) 휠 게이트(wheel gate) (4) 말굽 게이트(horse shoe gate) (5) 스텝 게이트(step gate) (6) 하부 게이트(bottom gate) (7) 나이프 게이트(knife gate) (8) 랩 게이트(lap gate) (1) 상부 게이트(top gate) 주입컵에서 바로 주입되므로 도중에 냉각되는 일이 없다. 소형 주물에 많이 사용되고, 용탕이 주입될 때 압력에 의하여 주형 파손이 쉽고, slag의 부상을 방해 → 일반적으로 사용 Ⅹ (2) 샤워 게이트(shower gate) 상부 gate에서는 불순물을 제거하기 곤란하므로 주입컵을 크게 하고 주입구를 가늘게 하여 그 수를 많게 한 것. 상부 gate에서 주형이 파괴될 경우에 대책이 될 수 있다. 불순물이 혼합되면 안 될 경우에 적합. 38

39 (3) 휠 게이트(wheel gate) 원형 주물에 용탕을 주입할 때 사용. 주입할 때 코어 또는 주형 표면에 용탕과 충돌되어 파손되거나 과열되지 않게 만든 gate 용탕을 빠르고도 균일하게 주입할 때 사용. (4) 말굽 게이트(horse shoe gate) 원 둘레에 간단히 설치한 gate 용탕을 빠르고도 균일하게 주입할 때 사용된다. (5) 스텝 게이트(step gate) 주물의 높이가 높을 때 여러 단으로 사용 상부gate와 하부gate를 짝 지운 gate 일반적으로 대형주물에 적용된다. (f) : 불순물 제거를 겸한 saxophone gate 39

40 (6) 하부 게이트(bottom gate) 상부에는 저온의 용탕이, 하부에는 고온의 용탕이 있으므로 압탕이 효력을 발휘할 수 없어 shrinkage cavity가 생기기 쉽다. ⇒ 압탕을 충분히 붙여서 최후에 응고하는 부분이 상부에 올 수 있게 한다. horn gate (g), reverse horn gate (h) (7) 나이프 게이트(knife gate) 탕도를 위에서 아래까지 쐐기상으로 한 것. 다량의 용탕을 신속하게 주입하는 방법이다. 薄肉 제품에 적합. (8) 랩 게이트(lap gate) runner를 굵게 하여 제품에 직접 얹히게 배치하여 riser의 작용을 겸한 것. ① runner에서 깨끗하게 된 용탕을 빨리 주입할 수 있을 것. ② 용탕은 주형의 구석구석까지 잘 흐르게 할 수 있을 것. ③ 주형 중에 들어 간 용탕은 흐름이 길게 되지 않게 할 것. ④ 주형이 파손되지 않게 할 것. 40

5.3.7 탕구비 (Gating ratio ) 42 (1) Pressurized gating system (가압 탕구계) Sprue의 단면적 : runner의 단면적 : gate 의 단면적 (S : R : G) 용탕의 유입상태는 탕구계의 조건에 따라 swirling(소용돌이), rolling(굴리기), rocking(흔들림), irregular(불규칙)등 여러 상태로 크게 변화하므로 탕구비를 변화시켜 유입상태를 조절. (1) Pressurized gating system (가압 탕구계)    - 탕구비가 sprue - runner - gate 순서로 적어지는 gating system.    - gate쪽에 압력이 걸림.     - 비중이 크며 산화물생성이 적은 금속(회주철등)에 이용. <이점>   (a) 탕구계에 항상 용탕이 충만되어 있어 주입속도의 조절가능.   (b) gate가 많아도 압력이 일정하므로 각 주입구로부터 유입량도 대략 일정. (c) 가압 탕구계는 일반적으로 비가압 탕구계보다 체적이 작아 탕구계로 손실되는 용탕량이 감소되므로 주조 실 수율이 큼. <단점>      주입구에서의 유속이 커서 가스의 흡입, 주형 공간내에서 난류의  발생, 주형의 파손, 산화물의 형성 등 주조결함의 발생용이. 42

43 (2) Unpressurized gating system (비가압 탕구계)   - 탕구비가 sprue - runner - gate순서로 커지는 gating system   - gate쪽에 압력이 안 걸림   - 일반적으로 산화성이 큰 금속(Al, Mg합금 등)의 주물 주형에 이용. 즉 난류를 방지하고 공기나 가스의 흡입 또는 산화물의 형성을 피하도록 주형 공간부로의 유입속도를 낮추는 방법. <단점>   (a) 용탕으로 완전히 채워진다는 보장이 없음. 즉 주입구에서 용탕이 전혀 압력을 받지 않으므로 부적당하게 설계된 sprue나 runner에는 용탕이 충만되지 않음.   (b) 주입구가 여러 개 있을 때 각 주입구에서 균등한 주입량을 얻기 어려움. 따라서 균일하게 용탕이 유입되도록 하려면 순차적으로 주입구의 크기를 신중하게 감소시켜야 함.   (c) 비가압 탕구계는 runner와 gate가 비교적 크게 되므로 가압 탕구계에 비해 주조 실 수율이 떨어짐. 탕구비는 주물의 종류, 연구자에 따라 각기 다르므로 필요 시 문헌을 참고 43

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46 (3) 탕구 - 탕도 - 게이트(sprue - runner - gate)비 : (SRG비)  단면적 비에 따라 가압계와 비 가압계로 구분  비 가압계는 1:2:4 또는 1:3:3  가압계는 4:8:3 또는 1:2:1 → gate에서 최대압력  하나 이상의 gate가 사용되면 그 합으로 gate의 단면적 나타냄 비가압 탕구계 가압 탕구계 그림 4.31 46

탕구계의 설계 시 고려 할 사항 (1) 주물은 아랫쪽이 윗쪽보다 조직이 치밀하며 shrinkage cavity, 기타 결함이 적고 재질적으로 우수하다. (2) 주물의 수평면에서는 아랫면에 shrinkage cavity, 협잡물 등의 흠이 없고 윗면보다 깨끗하다. (3) 다듬질면에 형 받침을 사용하면 그 장소는 수압불량이 된다고 생각해야 한다. (4) 주형내의 가스는 윗쪽으로 빠지기 쉽고, 아랫쪽으로는 잘 빠지지 않는다. (5) 주형 내의 공기를 압축하는 鑄入방법을 취하면 주형이 파괴되거나 shrinkage cavity가 생긴다. (6) 코어는 용탕에서 큰 부력을 받고 또 용탕이 충돌하는 경우도 있으므로 튼튼하게 장착하지 않으면 살 두께가 고르지 않을 때가 있다. (7) 주물은 鑄入 후에 용융하고 있는 부분은 압탕의 영향을 받고 있는데, 응고 후는 그 영향이 미치지 않는다. 그러나 鑄入 시에는 탕구의 높이에 의한 靜壓과 용탕이 낙하하는데 따른 動壓의 작용에 의해 용탕 내의 가스는 제거되고 재질은 치밀하게 된다 47

skip Sand Casting Considerations.. 48

탕구계를 고려한 주형제작 49 (1) 주물의 다듬질면이나 수압을 받게 되는 중요한 부분은 下型으로 한다. (2) 수평면은 되도록 下型에 둔다. (3) 코어는 되도록 코어 프린트로 下型에 장착하고 型 받침을 사용하지 않는다. (4) 공기빼기는 되도록 상향으로 하여 각 부분의 頂部에 반드시 붙인다 (5) 용탕은 주형 내에 충만될 때 서로 충돌하지 않게 하고 조용히 게다가 짧은 시간에 충만될 수 있도록 강구한다. (6) 코어는 장착되어 있는 방향으로 눌릴 수 있게, 가스빼기는 최후가 될 수 있게 용탕을 충만시켜야 한다. (7) 탕구의 높이, 탕도, 슬래그 貯留部 등을 용탕이 조용하게 그리고 끝까지 힘차게 유입할 수 있게 설치한다. 49

5.3.8 가스빼기 (vent) 50 주형에 용탕이 주입되었을 때 발생하는 가스나, 남아 있던 공기를 배출시키는 구멍 간단하고 소형주물이라도 주물사의 통기도 만으로는 가스 배출이 어렵다. 압력에 의한 저항 때문에 용탕의 주입이 방해되거나 주물내부에 기포발생이 쉽다. 주입속도가 느릴 경우 : 주물사의 통기도와 기발침으로 어느 정도 가능. 생형 : 주입과 동시에 주물사에 함유된 수증기가 대량 발생 → 탕구에서 멀고, 가스배출이 어려운 곳에 vent를 설치. flow off, riser : vent 역할 그림 4.33 : 코어에서 가스빼기, 그림 4.34 : 주형하부에서 가스빼기 → vent hole 설치 50

5.3.9 플로 오프 (flow off) 51 용탕이 주형에 채워진 다음 넘쳐 올라오게 하여 주형에 충진 상태 관찰용 vent hole 보다 단면을 크게 하며, strain relief 라고도 한다. vent hole 보다 Ø가 크므로 가스빼기, 주형안의 공기와 수증기 및 가스 배출 용탕 표면에 떠 있는 slag나 모래알 등의 잡물과 산화물 제거 일반적으로 탕구에서 가장 먼 곳에 직경 10mm 정도로 설치 51