1. 1 개요

1958년, H. F. Shroyer는확장가능한발포플라스틱모형으로금속주물을만드는기술을발명하고특허를획득했습니다. 처음에사용된모델은폴리스티렌(EPS) 보드로만들어졌고바인더가포함된모래로성형되었습니다. 이특허를독일회사그룬츠바이크와하르트만이구입하여개발및 적용했습니다. 이후바인더가없는마른모래를사용하여주물을생산하는기술은 1964년 T. R. Smith에의해특허를받았습니다. 1980년이전에는바인더가없는건식모래공정을사용하려면 Full Mold Process(Inc)의승인을받아야했습니다. 그이후에는특허가무효화되었습니다.

가장일반적이고실용적인방법은내화물로코팅된모델을모래상자에넣고마른모래로모델을단단히채운다음액체금속을부어폼 모델을대체하는것입니다. 이주조공정을손실폼 주조 (EPC), 가스화금형주조및 고체금형주조등이라고합니다. 미국파운드리협회의로스트폼 주조위원회는공정의이름으로 "로스트폼 주조"를채택했습니다.

로스트폼 주조는실린더블록, 실린더헤드, 크랭크샤프트, 기어박스, 흡기파이프, 배기관및 브레이크허브등 비철및 철금속동력시스템부품을생산하는데 사용할수 있는혁신적인주조공정입니다. 로스트폼 주조의공정흐름은다음과같습니다:

1) 사전발포모델제작은로스트폼 주조공정의첫 번째단계입니다. 실린더헤드와같은복잡한주조의경우여러개의폼 모델을개별적으로만든다음전체모델에접착해야합니다. 각블록모델에는생산용몰드세트가필요합니다. 또한각 블록의정확한위치를유지하기위해접착작업에서금형세트가필요할수 있습니다. 모델의성형공정은두 단계로나뉩니다. 첫번째단계는폴리스티렌비드를적절한밀도로사전팽창시키는단계로, 일반적으로증기로급속가열하여수행합니다. 이단계를사전팽창이라고합니다.

2) 모델성형사전팽창된 비드는먼저안정화된 다음성형기의호퍼로보내져공급구멍을통해공급되어야합니다. 몰드캐비티가사전팽창된 비드로채워진후 비드를부드럽게하기위해증기가도입됩니다. 팽창, 모든틈새를채우고하나의몸체로결합하여폼 모델의제조공정을완료하는이 단계를오토클레이브성형이라고합니다.

성형후 금형의수냉식캐비티에서많은양의물로금형을냉각시킨다음금형을열어금형을꺼냅니다. 이때금형의온도가상승하고강도가낮아집니다. 따라서변형및 손상을방지하기위해탈형및 보관중에주의를기울여야합니다.

3) 모델클러스터조합모델을사용하기전에모델을성숙하고안정적으로만들기위해적절한기간동안보관해야합니다. 일반적인모델보관기간은최대 30일입니다. 고유하게설계된몰드로형성된모델의경우 2시간동안만보관하면됩니다. 모델이숙성되고안정화되면두 부분으로나눌수 있습니다. 블록모델이서로붙어있습니다. 블록모델접착은핫멜트접착제를사용하여자동접착기계에서수행됩니다. 접착된표면의접합부는주조결함의가능성을줄이기위해단단히밀봉해야합니다.

4) 모델클러스터딥 코팅상자당 더많은주물을생산하기위해때로는많은모델을클러스터에접착하고모델클러스터를내화페인트에담근다음약 30-60C (86-140F)의공기순환오븐에서 2 ~ 3 시간동안건조시킨후 건조하고모델클러스터를모래상자에넣고마른모래로채우고단단히진동시킵니다. 모델클러스터의모든내부구멍과외부마른모래를압축하고지지해야합니다.

5) 붓기모래상자에모델클러스터를마른모래로단단히채운후 금형을부을수 있습니다. 용융금속을금형에부은후(주조온도는주조알루미늄의경우약 760C/1400F, 주철의경우약 1425C/2600F) 모델을기화시킵니다. 금속이교체되어주물이형성됩니다. 그림 1은샌드박스와로스트폼 공정의주입개략도입니다.

로스트폼 주조공정에서는기존의중공주조보다주입속도가더 중요합니다. 타설공정이중단되면모래몰드가무너져낭비가발생할수 있습니다. 따라서각 타설의차이를줄이려면자동타설기를사용하는것이가장좋습니다.

그림 1 샌드박스및 로스트폼 공정의개략도 6) 낙하모래청소주입후 주물은샌드박스에서응고되고냉각된 다음모래에서떨어집니다. 주물의모래낙하는매우간단하며샌드박스를뒤집으면주물이느슨한마른모래에서떨어집니다. 그후 주물은자동으로분리, 세척, 검사및 주물상자에서운반됩니다.

마른모래는냉각후 재사용할수 있으며다른추가공정은거의사용되지않습니다. 금속스크랩은재용융하여생산에사용할수 있습니다.

1. 2 로스트폼 캐스팅공정의장점

로스트폼 캐스팅공정은기술, 경제성, 환경보호라는세 가지주요측면에서장점이있습니다.

1. 2. 1 기술적측면

1) 모델디자인의자유도증가새로운공정을통해스타일링디자인을수행할수 있으며, 첫단계부터모델에일부추가기능을추가하는것이전적으로가능합니다. 예를들어디젤예열기에는특수기능부품이있는데, 기존주조방식대신로스트폼 주조공정으로제조할수 있습니다. 2) 주물생산에사용되는모래코어제거

3) 라이저없이도많은주물을공급할수 있습니다.

4) 주조정밀도향상복잡한형상및 구조를얻을수 있으며 100% 반복정밀도로고정밀주물을반복적으로생산할수 있으며주물의벽 두께편차를 -0. 15~+0. 15mm 사이에서제어할수 있습니다.

5) 모델의조인트표면에플래시가없습니다.

6) 주물의무게를약 1/3로줄일수 있는장점이있습니다.

7) 가공여유량감소가공여유량을줄일수 있으며일부부품은가공하지않을수도있습니다. 이렇게하면가공및 공작기계에대한투자가크게줄어듭니다(예: 상황에따라투자비용을절반으로줄일수 있음).

8) 기존캐비티주조와비교하여금형투자가감소합니다. 9) 모래와코어를떨어뜨리는전통적인공정을완전히제거합니다.

1) 복잡한주물을전체적으로생산할수 있습니다. 새로운공정설계를채택하여블록모델을접착하여전체모델을형성하고복잡한일체형부품으로주조할 수있습니다. 원래의다중주조조립부품 (예 : 디젤예열기)과비교하여 1 ~ 10 배의이점을얻을수 있습니다.

2) 작업장인력감축로스트폼 주조공장을설립하려면직원수가기존주조공장보다적으므로이요소를고려해야합니다.

3) 유연한주조공정새로운공정은플라스크에서유사하거나다른주물을동시에대량으로생산할수 있으므로주조공정의유연성이매우중요하므로게이팅시스템이매우유연합니다. 요컨대, 각각의이점은경제적이익과일치하는동시에작업조건을개선한다고말할수 있습니다.

1. 2. 3 환경보호

폴리스티렌과 PMMA는연소시 일산화탄소, 이산화탄소, 물및 기타탄화수소가스를생성하며, 그함량은유럽에서허용되는기준보다낮습니다. 건식모래는 100% 재활용이가능하고바인더가포함되지않은천연실리카모래를사용할수 있습니다. 모델에사용된페인트는바인더와기타보조재료가물에첨가되어오염을일으키지않습니다.