왁스 모형의 주조 방안과 실행

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.

물줄기용 왁스는 소성 시 모형 왁스보다 먼저 녹아 주형 밖으로 배출돼야 하므로 모 형용 왁스보다 연화 온도가 평균 5∼10℃ 정 도 낮다. 따라서 물줄기 및 탕구용 왁스는 탈왁스 시 회수된 왁스를 100∼150메시의 체 로 정제한 것으로 대개 제작된다. 물줄기용 왁스는 주조용 플라스크의 고무 뚜껑에 왁스 모형을 부착시킬 때, 주형 재료인 석고를 채 운 다음 석고가 완전히 굳기 전까지 떨어지 지 않을 정도로 하중을 견뎌내야 한다. 아울 러 플라스크도 탈왁스를 위한 소성 및 쇳물 주입 시에 파손되지 않아야 한다.¹⁴⁴⁾ 주조 방안에 따라 주물의 상태와 질이 결 정되므로 물줄기 부착에 신중을 기해야 한다.

왁스 모형이 탕구, 탕도, 주입구와 함께 연결돼 있는 상태를 일러 왁스 트리 (wax tree) 또는 클러스터(cluster)라고 한다. 왁스 트리는 주입될 금속의 재질, 주물의 크기나 형상, 주조 조건 등을 고려해 설계해야만 올바른 지향성 응고가 이뤄질 수 있다. 또한, 왁스는 온도가 상승함에 따라 점도가 감소해 팽창하므로 항상 23℃±2℃의 온도를 유지해야한다. 그러므로 왁스 모형의 변형이나 치수 변 화를 일으킬 수 있는 급작스러운 온도의 변화가 일어나지 않도록 주의해야 한

144) 권진업, op. cit., p.215.

[그림 4-41] 왁스 트리

[그림 4-43] 주조 후의 왁스 트리 [그림 4-42] 방사선 형태로

부착된 물줄기

다. 왁스 트리를 만들 때는 탈왁스가 수월한 방향으로 왁스 모형에 부착시켜야 하며, 코팅 및 후처리 공정이 용이하도록 모형 간의 간격을 약 7mm 정도로 유 지한다.¹⁴⁵⁾

연구자는 주조 공정에서 플라스크당 1개의 판형 왁스 모형으로 트리를 설계하 였다. 평균 3∼5회 회전하는 아르키메데스 나선 형태로 5∼7mm 정도의 간격을 유지하며 둥글게 말아서 플라스크 내에 고정하였다. 이때 나선형의 중심에 두꺼 운 물줄기를 위에서 아래로 관통하도록 세운 후 방사선 형태로 5∼7 가닥의 가 는 물줄기를 상부와 하부 양쪽 모두 부착해 쇳물이 안정적으로 공급되도록 했 다. 물줄기용 왁스와 왁스 모형을 접합할 때 뜨거운 인두를 사용하는데, 인두가 왁스 모형에 손상을 가하는 일이 없도록 주의해야 한다.

왁스 모형의 조립 순서는 다음과 같다.¹⁴⁶⁾

① 왁스 모형에 붙이고자 하는 물줄기용 왁스를 길이에 맞게 재단하고 인두로 가열한다.

② 물줄기를 붙일 위치에 인두를 댄다.

③ 모형과 물줄기용 왁스를 동시에 대고 한 손으로 누르면서 1∼2초 후에 인두 를 미끄러지듯 서서히 빼낸다.

④ 접착 부위 틈새를 왁스로 메워 주고 왁스의 양이 부족하면 동질의 왁스를 녹여 더해준다.

⑤ 녹는 과정에서 불규칙한 요철의 덩어리가 발생하면 인두로 녹여 부드럽게 다듬어 준다.

⑥ 원활한 탈왁스를 위해 여러 개의 보조 통로를 추가적으로 붙인다.

반복적인 주조 실험을 통해 폭 100mm 이하의 판형 왁스는 특별한 어려움 없 이 주조할 수 있게 되었다. 그러나 판형 왁스를 자체 제작하면서 더 넓은 폭을 가진 판형 왁스 주조의 가능성을 실험해야 했다. 이에 연구에 사용한 정밀탈납 주조 설비의 최대 가능치인 폭 150mm와 그보다 조금 작은 폭 125mm의 판형 145) ibid., p.218.

146) 권진업의『금속주조공학』의 내용을 연구자의 실제 작업에 기초해 수정함.

ibid.

왁스 샘플을 만들어 주조해 보았다. 길이 100mm의 왁스 모형과 동일한 간격, 동일한 두께의 물줄기용 왁스를 사용해 비교의 객관성을 확보하였다. 그러나 플 라스크 내에 안정적으로 세우기 위해 150mm의 모형은 어쩔 수 없이 양쪽 가장 자리 가운데 지점에 물줄기를 추가로 부착하였다. 그 결과 [그림 4-45]에서 확인 할 수 있는 것처럼 150mm 높이의 판형 왁스(두께 0.7mm)도 무난히 주조할 수 있었다.¹⁴⁷⁾

이상의 샘플 실험으로 미루어보아 최대 길이의 왁스 모형도 주조가 가능함을 알 수 있었다. 그러나 나선형으로 둥글게 만 왁스 모형의 상하 2곳에만 물줄기 를 붙여 왁스 트리를 만드는 연구자의 주조 방식에서 폭 150mm의 판이 불량 없이 성공할 확률에 관해서는 추가적 실험이 필요하다.

147) 물줄기를 세우기 위해 추가로 부착한 물줄기가 쇳물의 원활한 공급을 도 왔을 수 있음.

[그림 4-44] 길이에 따른 주조 결과 실험을 위한 왁스 모형

[그림 4-45] 길이를 달리한 왁스 모형의 주조 결과물