성공적 주조를 위한 선행 과제

③∼⑥은 제작된 왁스 모형의 성형 및 변형과 관계된다. 특히 성형 후 변형이 없어야 하는 조건은 정밀성이 요구되는 주물에서 필수 요건이다. 그러므로 물줄 기 부착과 매몰 과정까지 왁스 모형의 변형이 없어야 한다. ⑦은 소성 시 재나 불순물이 남으면 주형 재료에 나쁜 영향을 주게 되고, 결과적으로 주물 표면에 문제를 발생시키기 때문이다.

그러나 위의 모든 조건이 잘 갖춰져도 평균 0.7∼0.8mm 두께 로 얇고 평평한 판형 왁스를 안 정적으로 주조하기란 쉬운 일이 아니다. 우선 최대 8×40cm에 이 르는 판형의 왁스를 절단 없이 플라스크에 매몰할 수 있는 방 법이 없다. 통상적으로 정밀탈납 주조에 사용되는 플라스크에는 40cm 길이의 왁스 모형을 그대 로 수용할 수 없기 때문이다. 그러므로 완성한 왁스 모형을 절단하지 않고 한 번에 주조할 수 있는 방법을 먼저 강구해야 한다. 원형 플라스크의 가용 지름과 높이는 물론, 주조기의 성능까지 감안해 해결책을 찾아야 한다. 다른 한편으로 일반 설비의 규격과 소모품을 되도록 그대로 사용함으로써 작업의 편의를 도모 하고 시간과 노력의 소모를 줄이고자 하였다.

왁스 모형의 조립은 정밀주조 공정 중에서 작업자의 노하우를 가장 필요로 하 는 과정이다. 물줄기의 조립이 안정적이고 효율적이지 못하면 주물의 성공을 장 담할 수 없기 때문이다. 그러므로 여러 가지 요구 조건을 심사숙고해 조립 계획 을 세워야 한다. 설비마다 차이가 있으나, 최고 직경이 20cm인 플라스크에 30cm 길이의 판형 왁스를 그대로 주조할 방법은 없다. 단순 해결책은 플라스크 에 들어가는 크기로 분할해 주조하는 것인데, 이 경우 주조가 어려운 형태가 될 가능성이 크다. 뿐만 아니라 주조에 성공하더라도 주물 판재를 일일이 땜질해 이어 붙여야 하는 어려움이 따른다. 따라서 플라스크의 공간 효율성이 가장 뛰 어나고 주조에 유리한 곡면 형태를 유도할 수 있게 말아서 조립하는 방법을 시

[그림 4-37] 왁스 작업

도해 보았다. 결과적으로 판형의 왁스를 나선형으로 말아 플라스크 내에 배치하 는 것이 최적의 해결책이었다.

주조 작업에 필요한 금속 특성으로 흐름성(流體性, fluidity)과 수축성(收縮性, contractility)이 있다. 이 둘을 합쳐 간단히 주조성(鑄造性, castability)이라 한다.

주조성은 금속 용해로 및 조업 방법, 왁스 모형과 주형의 제작과 주입 작업 등 에 따라 달라진다. 흐름성에 영향을 미치는 인자에는 주형의 종류, 금속의 성질, 합금의 조성, 용탕의 점도(粘度, viscosity), 표면 장력(表面張力, surface tension) 이 있다. 금속 합금의 조성에 따라 달라지는 점도는 유동성에 영향을 미치는데, 점도가 높으면 유동성이 떨어진다.¹³⁹⁾ 금속의 흐름성은 용융된 금속이 주형 내 부를 채우는 능력으로 정의될 수 있다. 흐름성은 복잡한 형상이나 얇은 형태를 주조할 경우 반드시 따져봐야 할 중요한 요소이다. 이 연구의 판형 왁스 주조도 이에 해당한다.

연구자는 플라스크의 활용도와 경제성은 물론 쇳물의 흐름성을 극대화하는 방 안으로 나선형 구조를 선택하였다. 나선 운동(螺旋運動, spiral movement)은 지 구의 공전 궤도, 덩굴식물, 공기의 대류 등 자연계에서 흔히 목격할 수 있는 것 으로 중심축을 따라서 일정한 속도로 회전하면서 축의 방향으로 진행하는 것을 뜻한다. 특히 아르키메데스 나선(Archimedean spiral)¹⁴⁰⁾은 기원전 3세기의 수학 자인 아르키메데스의 이름을 딴 나선으로, 고정된 점을 중심으로 해서 일정한 139) ibid., p.18.

140) https://en.wikipedia.org/wiki/Archimedean_spiral

[그림 4-38] 물줄기 붙이기 1 [그림 4-39] 물줄기 붙이기 2

속도로 멀어져 가는 나선으로 각속도 (角速度, angular velocity)가 일정하다.

물줄기를 통해 들어온 쇳물에 가속도 가 붙지 않은 채 일정한 속도로 채워 져 주조의 성공률은 높이고 결함률은 줄일 수 있다. 그러므로 판형 왁스 주 조에서 쇳물이 안정적으로 주입되기에 가장 효율적인 형태가 나선형 구조이 다. 질감이나 요철 등 주조 결과에 영 향을 미치는 경미한 사항들을 제외하 면 제작된 모형은 전반적으로 유사한

조건을 가졌다. 결론적으로 동일한 조건 내 연구 작업에서는 나선 구조가 최적 의 선택이었다.

이와 함께 고려해야 할 것이 왁스 모형에 물줄기를 부착하는 일과 플라스크 안에 앉히는 조립 공정인데, 이는 다음 절에서 자세히 설명할 것이다.