주조(casting)는 기본적으로 용융된 재료를 주형에 주입하여 응고시켜 원하는 형상의 제품을 제조하는 방법입니다. 주조를 통해 만들어지는 제품은 정말 다양한데요. 주조 과정으로 만들어진 제품은 완제품일 수도 있지만, 압연이나 압출 같은 또 다른 가공을 하기 위한 소재가 되는 경우도 있습니다.
주조 공정의 장점
∇ 형상과 치수가 같은 물건을 대량으로 생산할 수 있다는 장점이 있습니다. 주조 과정 자체가 하나의 틀에 액상의 재료를 넣고 굳히고 제거하는 과정을 반복하여 생산하는 방식이기 때문이지요. 주형의 동일한 틀(cavity)에서 생산된 제품은 형상과 치수가 동일합니다. 물론, 주형이 제대로 관리될 때의 이야기이죠.
∇ 대량생산이 가능하기 때문에 가공비의 절감을 기대할 수 있습니다. 다만, 주형 (일반적으로 금형) 제작 비용이 기본적으로 들어가기 때문에 주형 제작비를 회수할 수 있을 만큼 대량 생산을 하는 제품이어야 합니다. 주형이 제작되면 생산율이 높기 때문에 일반적으로 단조와 비교해서 생산 원가가 저렴하다고 말합니다.
∇ 복잡한 형상의 제품도 제작이 가능합니다. 특히, 다른 가공 방법으로는 제작하기 어려운 내부 형상을 가진 제품도 수월하게 만들 수 있는데요. 주조(casting)라는 것이 용융된 액체 재료가 주형에 주입되어 캐비티(cavity) 형상 그대로 제품이 만들어지는 것이기 때문에 복잡한 내부 디자인을 가진 제품도 만들 수 있는 것이지요.
∇ 소성 가공(plastic working)이나 절삭가공(cutting)이 어려운 금속 합금도 가공할 수 있습니다. 또한, 용융 상태일 때 합금 원소를 추가할 수도 있습니다. 이런 점들 역시 재료를 녹여서 가공하기 때문인데요. 주조는 다양한 합금을 사용할 수 있기 때문에 재료의 선택 폭이 넓답니다.
∇ 원하는 형상과 크기의 주형만 있으면 생산이 가능하기 때문에 제품의 크기나 무게, 모양에 대해 제한이 거의 없습니다. 수 그램에 불과한 작고 가벼운 주물에서부터, 수십 톤의 대형 주물까지 제작 가능합니다.
주조 공정의 단점
∇ 재료가 응고되면서 수축하기 때문에 치수 정밀도가 떨어집니다. 특히, 주조의 상황과 주물의 방향, 캐비티(cavity)의 부피 등 여러 조건에 의해 수축량에 차이가 발생하는데요. 동일한 재료에 동일한 주형에서라도 위치마다 수축량이 다릅니다. 그러므로 정밀 치수를 얻기는 어려우며 다른 후속 가공을 하는 경우가 많죠. 이 때문에 처음부터 수축량을 고려해서 주형을 설계해야 원하는 공차 범위 안에 들어오는 제품을 얻을 수 있습니다.
∇ 제품의 재질이나 성질이 불균일한 상태로 생산될 수 있습니다. 주조(casting) 공정은 재료가 액체 상태에서 고체 상태로 응고되는 과정을 거치기 때문인데요. 응고 과정에서 침투한 기체(공기)에 의해 작은 기공들이 형성되어 제품이 다공성 상태가 되거나 편석이 생길 수 있습니다. 여기서 편석(segregation)이란, 금속이 응고될 때 처음 응고된 부분과 나중에 응고된 부분의 조성이 달라 불균일한 상태를 뜻하는데요. 기공과 편석뿐만 아니라 지점마다 다른 수축량에 의해 내부 응력이 불균일해지고, 표층부와 중심부에 강도 차이가 발생합니다. 이런 문제점은 육안으로 불량 부분을 확인하기도 어렵다는 문제가 있습니다.
∇ 위에서 언급한 주조 공정의 여러 조건들 뿐만 아니라 날씨와 기술자의 숙련도에도 영향을 받기 때문에, 주물의 신뢰성은 그리 높지 않습니다. 그래서 품질 유지를 위해 생산된 제품을 주기적으로 검사하고 주형을 확인해야 한답니다.
∇ 결정조직이 거칠고, 불균일하고, 기공, 편석 등으로 인해 상대적으로 단조품에 비해 주조품의 기계적 성질이 떨어집니다.
∇ 대량생산이 가능한 것이 장점이었으나 수량이 적다면 주형 제작비, 모형 제작비 등의 원가 비중이 커 제품 단가가 올라가는 단점이 있지요.
∇ 일명 3D (dirty, dangerous, difficult) 산업으로 분류되는 만큼 업무 환경이 좋지 않다는 단점이 있습니다.
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