KR940005803B1 - 석고주형을 이용한 공예품의 주조방법 - Google Patents

석고주형을 이용한 공예품의 주조방법

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KR940005803B1 KR1019920003663A KR920003663A KR940005803B1 KR 940005803 B1 KR940005803 B1 KR 940005803B1 KR 1019920003663 A KR1019920003663 A KR 1019920003663A KR 920003663 A KR920003663 A KR 920003663A KR 940005803 B1 KR940005803 B1 KR 940005803B1
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Abstract

내용 없음.

Description

석고주형을 이용한 공예품의 주조방법
제 1 도는 모래형에 의한 종래 주조법을 도시한 단면도.
제 2 도는 셸몰드에 의한 종래의 주조법을 도시한 단면도.
제 3 도는 금형에 의한 종래 주조법을 도시한 단면도.
제 4 도는 고무형에 의한 종래 주조법을 도시한 단면도.
제 5 도는 석고주형에 의한 본 발명의 주조법을 도시한 단면도.
제 6 도는 본 발명에 따른 공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 주형상자 2 : 주조 캐비티(cavity)
3 : 주입구 4 : 탕구
5 : 상형 6 : 하형
7 : 수지형셸 8 : 코어(core)
9 : 주조 캐비티 10 : 코어 프린트(core print)
11 : 충진모래 12 : 주형상자
13 : 좌형 14 : 주입구
15 : 우형 16 : 주조 캐비티
17 : 다우얼(dowel) 18 : 상형고무
19 : 탕구 20 : 지지틀
21 : 주조 캐비티 22 : 하형고무
23 : 탕구 24 : 기발공(Vent hole)
25 : 주조품 원형 26 : 석고주형
27 : 주형상자
본 발명은 자연물을 모형으로 이용한 공예품의 주조방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 정밀 공예품, 미술품, 금형 및 기계부품 등의 주조에 사용될 수 있는 석고주형을 이용한 정밀주조방법 및 자연물을 원형으로 사용하기 위해 필요한 강도향상법을 이용한 공예품의 주조방법에 관한 것이다.
종래에는 제 1 도 내지 제 3 도에 도시한 바와같이, 주로 이분법을 이용하여 주형을 제조하였다. 좀더 상세히 설명하면, 제 1 도는 모래형에 의한 주조법을 나타낸 것으로서 모래로된 하형 주형상자(1)에 주조 캐비티(2) 및 탕구(4)등을 형성시키고, 상형 주형상자(5)에 용액 주입구를 형성시켜 제품을 제조하였고, 제 2 도에 도시된 셸몰드 주조법에서는 수지형셸(7)의 내측에 주조 캐비티가 형성되도록 코어프린트(10)로 코어(8)를 고정시킨후 주형상자(12)에 위치시켜 충진모래(11)를 삽입시키는 방법으로 제조하였으며, 제 3 도는 금형에 의한 주조법을 나타낸 것으로서, 금속으로된 좌·우 금형(13, 15)에 주조 캐비티(2) 및 주입구를 형성시켜 제품을 제조하였다. 따라서, 복잡형상이나 역구배(undercut)를 가진 제품은 제조하기가 어려워 원형을 다수로 분해하여 각각 주조한 뒤 용접을 이용해 결합하는 등의 방법을 이용하였기 때문에 작업공정이 복잡하고 정밀한 제품을 제조하기가 어려웠다.
이를 해결하기 위해 매몰식 주형을 이용한 주조법이 등장하였으며, 이것의 대표적인 기술은 인베스트먼트 주조법으로서 이는 세라믹 피복재의 건조 및 소성을 위해 항온-항습설비가 갖춰진 건조실과 1200℃ 이상 가열할 수 있는 소성로가 필수적이다.
그러나, 매몰식 주형을 이용한 주조법의 큰 결점은 원형을 제조하는데 어려움이 있었는데, 이는 원형제조를 위한 금형이 복잡형상이나 역구배를 가진 제품의 생산에 적용하기 어렵기 때문이었다. 따라서 원형재료로 왁스를 채택할 경우 직접 왁스덩어리를 가공하여 원형을 제조하지 않고, 금형등을 이용하여 원형을 제조할때 역구배로 인한 어려움이 많았다. 이같은 이유로 복잡형상이나 역구배를 가진 제품을 다량 생산하기 위해 더욱 손쉬운 원형제작법과 주형제작법이 필요하게 되었다.
또한, 제 4 도에 도시된 고무형 주조방법이 있다. 이는 지지틀(20)내에 주조 캐비티(21) 및 탕구(19)가 형성된 상·하형고무(22)를 설치하여 제품을 주조하는 것으로서 내열성 고무의 최고 내열온도가 400℃이므로 주로 납, 비스무트등의 저융전 합금으로 제조되는 제품에만 이용되는 단점이 있었다.
또다른 방법으로 석고를 이용하는 방법이 있었으나 종래의 석고는 치과용이나 공예품, 미술품 등의 주조에 사용되어 왔고 공업제품의 정밀주조에 석고주조법을 이용하기 시작한 것은 비교적 최근의 일이다. 종래에는 내열성을 가진 주형용 석고가 품질이 낮아 소성중에 균열, 붕괴 등의 중대한 결함을 가져 이용하는데 문제점이 많았다.
따라서 석고에 활석분 등을 첨가시켜 상술한 문제점을 해결하는 방법이 이용되었지만 주형으로서 갖춰야 할 강도, 통기성 및 붕괴성 등은 만족시키지 못하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자는 광범위한 연구를 수행한 결과, α와 β형이 각각 80%와 20%의 비율로 섞인 석고, 황산마그네슘(MgSO4) 및 물의 분자비가 82 : 18 : 68의 비율로 배합한 석고슬러리가 주형으로서 갖춰야 할 강도, 통기성 및 붕괴성 등을 만족시키는 것을 발견하였고 본 발명은 상기 발견에 기초하여 완성되었다.
따라서 본 발명의 목적은 석고주형이 가진 장점인 고운 살결, 고정밀도와 높은 재현성을 살리면서, 주형으로서 갖춰야 할 소성시의 내균열성, 강도, 통기성 및 붕괴성을 만족시키는 석고를 이용한 정밀주조법 및 자연물을 원형으로 사용하기 위해 필요한 강도향상법을 이용한 공예품의 주조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 (a) 자연물을 모형으로 이용하기 위해 손질한후 무전해도금을 통해 모형을 강화시키는 단계 ; (b) 상기 모형에 고무를 도포하여 경화시킨후 모형을 제거시켜 고무형을 재조립하는 단계 ; (c) 상기 고무형에 용융된 왁스를 주입한후 응고시켜 얻은 왁스모형을 손질하여 탕구계를 설치하는 단계 , (d) 상기 왁스모형에 주형용 석고슬러리를 도포시켜 석고주형을 제조하는 단계 ; (e) 상기 석고주형을 상기 왁스원형의 융점정도로 가열시켜 왁스를 녹여낸후 가옅로에서 석고주형을 300~400℃로 소성시키는 단계; 및 (f) 상기 석고주형에 용융금속을 주입시키는 단계로 구성된다.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 6 도에 도시한 바와 같이 본 발명은 자연물을 그대로 모형으로 사용하는 것으로서, 자연물 원형을 손질하여 세척액으로 세척한후 건조하여 자연물 자체를 모형(original model)으로 사용한다. 단, 원형(pattern)을 얻기가 어려운 경우 즉, 연약한 곤충, 식물, 광물 또는 동물이 박제 등의 경우에는 취급에 필요한 정도의 강도를 부여할 필요가 있다. 본 발명에서는 무전해도금을 실시하여 이러한 문제점을 해결하였다. 무전해도금은 외부에서 전류를 흘리지 않고, 도금용액중의 금속이온을 환원 석출시켜 피도금체의 표면에 도금막을 형성시키는 방법으로서, 화학환원제를 사용하는 무전해도금법과 이온치환에 기초를 둔 침적도금법이 있다. 본 발명에서는 이들 방법을 모두 포함한다.
무전해도금이 가능한 도금으로는 동도금, 니켈도금 또는 코발트도금이 널리 쓰이고 있다. 상기 도금층은 수미크론만 형성되어도 자연물 상태에 비해 상당히 높은 강도를 가지게 되지만 더 높은 강도가 필요하다면 무전해도금 후에 전기도금으로써 추가도금층을 형성시킬 수 있다.
일단, 충분한 강도를 확보한 모형을 틀내에 고정하여 원료고무를 채워 가열하면서 압축하거나 배합된 고무액을 틀에 부어 경화시킨후 고무형을 분할시켜 내부에 있는 모형을 제거하면 원형제작용 고무형이 완성된다. 만일, 모형의 크기가 크고 강도가 충분하다면 도금층을 생략하여 직접 고무에 매몰하거나 도포시켜 고무형을 제조할 수도 있다.
상기와 같이 하여 고무형이 완성되면 고무형을 재조립하여 고무형에 용융된 왁스를 주입시켜 응고시킨후 왁스모형을 꺼낸다. 고무형에서 얻은 왁스모형을 수정 및 에칭한 후에 제 5 도에 도시한 바와 같이 주조방안에 따른 탕구(23) 및 기발공(24)등의 탕구계를 설치한 후 주형용 석고슬러리를 침지법으로 도포하거나 매몰시킨다.
그후, 석고주형을 왁스원형의 융점온도로 가열시켜 왁스를 녹여내고, 다시 300~400℃로 상승시켜 석고주형을 소성시킨다. 이때 상기 온도범위에서 석고주형을 소성시키므로써 석고내의 잔류결정수 및 가스생성 불순물을 제거할 수 있다. 다시말하면, 석고주형의 소성시 소성 온도가 약 120℃에 도달하면 석고내에 함유된 수분이 제거되고, 약 200℃에 도달하면 석고내의 결정수가 제거된다. 이때 석고내에는 결정수가 잔류하거나 가스가 생성될 수 있는데, 이를 300~400℃로 소성시키면 상기 불순물들을 제거시킬 수 있다. 그러나, 400℃를 초과하면 석고가 분해되는 문제점이 있다. 이렇게 제조된 석고주형에 용융금속을 곧바로 주입시키면 미스런(Misrun, 탕류불량)과 같은 문제가 발생되는데, 이를 해결하기 위해서 본 발명에서는 원심주조 또는 감압주조 등의 주조법이 이용될 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀더 구체적으로 설명하지만 본 발명을 이에 한정하는 것은 아니다.
[실시예]
본 실시예에서는 풍뎅이를 원형으로 사용하여 본 발명의 하나의 주조방법을 수행하였다. 우선 건조된 풍뎅이 박제를 삼염화에틸렌으로 세척한 후 완전히 건조시킨다. 이것을 황산동 10g/l, 롯셀염 50g/l, 수산화나트륨 10g/l, 포르말린(37%) 10ml/l 및 EDTA 20g/l의 조성액에 침적시켜 40℃ 정도로 유지시키면서 동도금막 형성을 확인한다.
이때, 석출된 막은 l㎛/h 정도의 속도로 아주 천천히 형성시키고, 여기에 니켈전기도금으로 다시 5㎛ 정도의 층을 추가로 입혀 강도를 향상시켰다.
상기와 같이하여 강도가 크게 향상된 원형을 틀에 고정시킨후 원형틀에 경화촉매를 섞어 균일하게 교반한 실리콘 고무액을 붓는다. 풍뎅이 고무형 제조에 사용된 고무는 인장강도 5.0N/mm2, 신율 350%의 물성을 갖는 고무를 사용하였다. 본 실시예와 다른 가열경화식인 경우에는 1kgf/cm2, 200℃로 1시간 유지시켜야 경화된다.
고무액 사용시 24시간 경과하면 경화가 완료되는데 경화가 완료되면 예리한 송곳형 칼로 고무를 분할시켜 원형을 꺼낸다. 부피가 큰 제품인 경우 내부에 코어를 삽입하나, 풍뎅이는 작아서 필요하지 않으므로 고무형을 다시 재조립한 후 파라핀 70%, 밀랍 20%, 송진 10%로 조성된 왁스를 80℃로 용해시켜 고무형의 내부에 주입시킨다. 왁스모형이 응고되면 조심스럽게 고무형을 분리시켜 왁스모형을 꺼낸후 손질하여 삼염하 에틸렌으로 탈지와 에칭을 실시한다.
전처리된 왁스모형에 제 5 도에서 도시한 바와같이 왁스로 탕구(23), 기발공(24)등 주조방안대로 탕구계를 설치하여 녹여 붙인다. 이때, 사용된 왁스는 상기 고무형에 주입한 모형용 왁스와 같이 조성된 것을 사용한다.
그후 탕구계가 형성된 왁스모형에 주형용 석고슬러리를 도포식으로 피복한다. 이때, 사용된 석고슬러리는 제조회사에 따라 다소 차이가 있으나, 본 발명에 사용된 석고슬러리는 α와 β형이 각각 80%와 20%의 비율로 섞인 석고, 황산마그네슘(MgSO4), 및 물을 82 : 18 : 68의 분자비로 배합한 것이다. 상기 석고슬러리는 원형을 침지시켜 일차층을 형성하고 경화시킨 후 다시 침지시켜 이차층을 형성시키는 식으로 도포한다.
충분히 석고층이 형성되면 24시간 자연건조시킨후 가열로에서 서서히 온도를 상승하여 400℃까지 가열하여 탈왁스와 주형소성을 완료하면 제 5 도와 같이 주조 캐비티(25), 탕구(23) 및 기발공(24)이 형성된 석고주형이 제조된다.
이렇게 제조된 석고주형에 용탕을 주입한다. 여기에서 사용된 용탕은 동 66%, 아연 33%, 주석 1% 조성의 동합금을 사용하여 제조하였고, 주조는 밸런스식(balance type) 원심주조기를 이용하였다. 그 결과 풍뎅이 원형과 동일한 제품을 제조할 수 있었다.
상술한 바와같이, 본 발명의 주조방법은 원형 제조상 어려움을 제거하기 위하여 자연물 자체를 모형으로 하였고, 원형을 다루기가 어려운 자연물은 도금법을 통하여 강도를 부여하였다.
그리고, 본 발명은 주형으로써 석고를 이용하였기 때문에 고정밀도 및 높은 재현성을 나타내었고, 또한 상기 주형은 내균열성, 강도 통기성 및 붕괴성을 만족시키는 등의 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

  1. (a) 자연물을 모형으로 이용하기 위해 손질한후 무전해도금을 통해 모형을 강화시키는 단계 ; (b) 상기 모형에 고무를 도포하여 경화시킨후 모형을 제거하여 고무형을 재조립하는 단계 ; (c) 상기 고무형에 용융된 왁스를 주입한후 응고시켜 얻은 왁스모형을 손질하는 탕구계를 설치하는 단계 , (d) 상기 왁스모형에 주형용 석고슬러리를 도포시켜 석고주형을 제조하는 단계 ; (e) 상기 석고주형을 상기 왁스원형의 융점정도로 가열시켜 왁스를 녹여낸후 300~400℃ 가열로에서 석고주형을 소성시키는 단계 및 (f) 상기 석고주형에 용융금속을 주입시키는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 공예품의 주조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 자연물이 곤충, 광물, 식물 또는 동물임을 특징으로 하는 공예품의 주조방법.
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