주조
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1. 개요
주조는 액체 상태의 금속을 틀에 부어 원하는 형태의 제품을 만드는 기술로, 고대부터 시작되어 다양한 문명에서 발전해 왔다. 초기에는 흙, 석고, 돌 등을 이용한 주형을 사용했으며, 청동, 금, 은 등 다양한 재료가 사용되었다. 주조 기술은 메소포타미아, 이집트, 인도, 중국 등에서 독자적으로 발전했으며, 각 지역의 문화와 예술, 기술 발전에 큰 영향을 미쳤다. 주조 방법은 주형 재료, 용융 금속 주입 방식에 따라 다양하게 분류되며, 정밀 주조, 연속 주조 등 특수한 기술도 존재한다. 주조는 복잡한 형상의 제품을 제작하는 데 유리하며, 금속 가공, 건축, 예술 등 다양한 분야에서 활용된다. 현대에는 주조 공정 시뮬레이션, 자동화 기술이 도입되어 생산 효율성을 높이고 있으며, 한국을 포함한 각국에서 주조 관련 교육 및 자격 제도를 운영하고 있다.
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- 주조 - 다이캐스팅
다이캐스팅은 금속을 금형에 고압으로 주입하여 정밀한 제품을 대량 생산하는 주조 방식으로, 다양한 산업 분야에서 활용되며 자동차 부품 일체형 성형 기술로 발전하고 있고, 아연, 알루미늄, 마그네슘 합금이 사용되며, 다이 준비, 충전, 이젝션, 셰이크아웃의 4단계를 거쳐 무공극, 진공 보조 고압 다이캐스팅 등 특수 기술로 품질과 효율성을 높인다. - 주조 - 주괴
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주조 | |
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지도 | |
개요 | |
정의 | 액체 상태의 재료를 주형에 부어 굳혀 원하는 형태의 제품을 만드는 제조 공정 |
관련 용어 | 주조품: 주조로 만들어진 제품 주형: 주조에 사용되는 거푸집 용탕: 녹은 금속 주물: 주조품을 지칭하는 다른 용어 |
과정 | |
주형 제작 | 모형 제작: 제품의 형상을 본뜬 모형 제작 주형 재료 선택: 모래, 금속, 세라믹 등 적절한 주형 재료 선택 주형 제작: 모형을 사용하여 주형 제작 코어 제작: 필요에 따라 내부 형상 구현을 위한 코어 제작 |
용융 및 주입 | 금속 용융: 금속을 녹여 용탕 제작 용탕 주입: 제작된 주형에 용탕을 주입 |
응고 및 냉각 | 응고: 용탕이 주형 안에서 굳어짐 냉각: 주조품이 냉각되어 단단해짐 |
탈형 및 후처리 | 탈형: 주형에서 주조품 분리 후처리: 주조품 표면 정리, 불필요한 부분 제거, 기계 가공 등 |
주조법 | |
모래 주조 | 모래 주형을 사용하는 일반적인 주조법 |
금형 주조 | 금속 주형을 사용하는 주조법 |
다이캐스팅 | 고압으로 용탕을 주입하는 주조법 |
정밀 주조 | 정밀한 치수의 주조품을 만드는 주조법 |
인베스트먼트 주조 | 밀랍 모형을 이용하는 정밀 주조법 |
원심 주조 | 회전력을 이용하여 용탕을 주입하는 주조법 |
재료 | |
사용 재료 | 금속: 철, 강철, 알루미늄, 구리, 아연 등 비금속: 유리, 세라믹, 고분자 재료 등 |
응용 분야 | |
산업 분야 | 자동차 부품 기계 부품 건설 부품 항공 우주 부품 예술 및 공예품 |
기타 | |
같이 보기 | 단조 주물 금속공학 주조소 |
참고 문헌 | |
참고 자료 | casting 鍛造 鍛金 |
2. 역사
주조 기술은 기원전 4000년경 메소포타미아 지역에서 청동 주조로 시작된 것으로 알려져 있으며, 이후 전 세계로 확산되었다. 역사적으로 금속 주조는 도구, 무기, 종교 의식품 제작에 사용되었다. 금속 주조의 역사와 발전은 남아시아(중국, 인도, 파키스탄 등)로 거슬러 올라간다.[1] 남아시아의 전통과 종교는 조각상과 유물 주조에 크게 의존했다.[2]
중동과 서아프리카에서는 잃어버린 왁스 기법이 야금술 전통에서 매우 일찍 사용되었지만, 중국은 훨씬 나중에 채택했다. 서유럽에서는 잃어버린 왁스 기법이 인더스 문명에 비해 거의 사용되지 않은 것으로 간주된다.[2]
역사가들은 대포의 발달 기원에 대해 논쟁하지만, 대부분의 증거는 18세기와 19세기 터키와 중앙아시아를 가리킨다. 대포 주조는 점토 틀을 사용하며, 주조물을 철 띠로 묶는 등 다소 복잡한 과정을 거친다.[2]
18세기 유럽에서는 에이브러햄 더비 2세(Abraham Darby II)가 고로에서 주철 제조에 성공하여 가공 가능한 주철을 제조, 증기 기관등의 제조가 가능해져 산업 혁명이 일어나게 되었다.[20] 이전까지 유럽의 주철은 단단하고 잘 부서졌기 때문에 단조한 철이 귀하게 여겨졌다.
2. 1. 고대 주조 기술
초기에는 흙, 석고, 돌 등을 이용한 주형(鑄型)이 사용되었으며, 청동, 구리 합금 등이 주요 재료였다. 주형에는 한 번에 하나의 제품을 만드는 총형(總型)법과 여러 부분으로 나누어 조립하는 기형(寄型)법이 있었다. 주조물의 내부를 비우기 위해 외형 안에 중형(中型)을 만들어 그 틈새에 녹인 금속을 부었다. 외형은 생형(生型)과 소형(燒型)으로 나뉘는데, 생형은 평면적인 형태, 소형은 입체적인 형태를 만드는 데 사용되었다.[23]고대 이집트에서는 납형(蠟型) 주조법과 타조(打彫) 기법을 결합한 작품이 제작되었다. 그 예로 페피 1세와 그 아들의 입상(立像)이 있으며, 이는 기원전 4000년경에 만들어진 가장 오래된 작품 중 하나이다. 주조에는 금, 은, 청동, 주석, 안티모니 등의 금속이 사용되었는데, 그중에서도 청동(일반적으로 唐金)은 재질이 좋고 발색이 아름다워 대표적인 재료였다.[23]

인더스 문명에서는 잃어버린 왁스 기법을 사용한 정교한 청동 주조품이 제작되었다. 모헨조다로의 춤추는 소녀는 이 기법을 사용했을 가능성이 높은 구리 합금 주조품이다.[2] 잃어버린 왁스 주조법은 기원전 4000년경 또는 칼콜리틱 시대로 거슬러 올라간다.[2] 이 기법에 대한 가장 오래된 연구 사례 중 하나는 인더스 문명의 6,000년 된 부적이다.[6]
메소포타미아 지역에서는 잃어버린 왁스 주조에 대한 기록이 점토판에 남아있다. 고대 도시 스파르타, 바빌론에서 쐐기 문자로 쓰인 점토판에는 열쇠를 주조하는 데 필요한 왁스의 양이 구체적으로 기록되어 있다.[3]
그리스와 로마에서는 청동 조각상 제작에 잃어버린 왁스 기법이 널리 사용되었다.
인도는 주조 방법을 사용하여 최초로 주화를 대량 생산한 문명 중 하나이다. 기원전 1000년경에는 은으로 만든 주화가 사용되었지만, 천년이 지나면서 주화는 주조된 구리 합금으로 바뀌었다.[2] 새로운 구리 주화를 대량 생산하기 위해 여러 개의 쌓을 수 있는 주화 금형이 도입되었다. 여러 개의 금형을 점토 원통에 겹쳐 놓아 용융 금속을 중앙으로 부어 넣어 빈 공간에 채우고 고형화할 수 있었다.[2] 이 과정을 통해 동시에 100개의 주화를 생산할 수 있었다.[2]

중국 은나라(기원전 1600년-기원전 1040년) 수도인 안양에서는 잃어버린 왁스 주조품이 발견되지 않았지만, 대량(10만 개)의 분할 금형 파편이 발견되었다. 그러나 기원전 1300년경의 것으로 추정되는 주조법을 사용하여 만든 가면의 발견은 잃어버린 왁스 기법이 중국의 다른 지역에 영향을 미쳤을 수 있음을 시사한다.[7]
주조는 기원전 3600년경 메소포타미아에서 청동을 이용하여 시작되었다는 설이 있다.[20] 더 나아가 풀무의 발명으로 더 높은 온도를 얻을 수 있게 되면서 청동기 시대는 전성기를 맞이하였다.[20]
철의 주조 기술은 기원전 7세기경 중국에서 발명되었다.[20] 그러나 고대의 주철은 흑연을 거의 포함하지 않는 단단하고 잘 부서지는 재료여서 가공이 어려웠다.[20] 기원전 470년경에는 약 900℃에서 1000℃의 산화철 내에서 3일간 가열하여 가단주철로 만드는 열처리 기술이 사용되었다고 하는 연구도 있다.[20]
2. 2. 동아시아의 주조 기술
중국에서는 기원전 7세기경 주철 기술이 발명되었다.[20] 은나라(기원전 1600년~기원전 1040년) 수도인 안양에서는 분할 금형 파편이 대량(10만 개)으로 발견되었는데, 이는 상나라 시대에 이미 분할 금형을 사용한 대량 생산 기술이 발전했음을 보여준다.[7] 그러나 안양에서는 잃어버린 왁스 주조품이 발견되지 않아, 이 시기 수도에서는 잃어버린 왁스 주조가 이루어지지 않았음을 알 수 있다.[7] 다만, 기원전 1300년경의 것으로 추정되는 주조법으로 만든 가면이 발견되어 잃어버린 왁스 기법이 중국의 다른 지역에 영향을 미쳤을 가능성도 시사한다.[7]2. 3. 서아시아 및 유럽의 주조 기술
메소포타미아에서 기원전 3600년경 청동을 이용한 주조가 시작되었다는 설이 있다.[20] 풀무가 발명되면서 더 높은 온도를 얻을 수 있게 되어 청동기 시대가 전성기를 맞이하였다.[20] 고대 중국에서는 기원전 7세기경 철 주조 기술이 발명되었다.[20] 그러나 고대 주철은 가공하기 어려웠는데, 기원전 470년경에는 약 900℃에서 1000℃의 산화철 내에서 3일간 가열하여 가단주철로 만드는 열처리 기술이 사용되었다는 연구도 있다.[20]유럽에서는 18세기까지 주철은 단단하고 잘 부서지는 것으로 여겨졌기 때문에 단조한 철이 귀하게 여겨졌다.[20] 1735년, 에이브러햄 더비 2세(Abraham Darby II)가 고로에서 주철 제조에 성공하여 가공 가능한 주철을 제조할 수 있게 되면서 증기 기관 등의 제조가 가능해지고 산업 혁명이 일어나게 되었다.[20]
2. 4. 한국의 주조 기술 발전
삼국시대에는 불교가 전래되면서 불상, 범종 등 불교 미술품을 만들기 위한 주조 기술이 발전하였다. 통일신라시대에는 성덕대왕신종(에밀레종)과 같은 대형 범종을 만들 정도로 주조 기술이 발달하였다.고려시대에는 금속활자 주조 기술이 발전하여 세계 최초의 금속활자 인쇄본인 직지심체요절이 만들어졌다. 이는 정보의 대량 생산과 지식 확산에 크게 기여한 중요한 사건이다.
조선시대에는 세종대왕 시기에 갑인자 등 다양한 금속활자가 주조되었으며, 화포 등 무기 제작에도 주조 기술이 활용되었다.
근현대에는 일제강점기에 전통 주조 기술이 쇠퇴하였으나, 광복 이후 산업화 과정에서 기계 부품, 자동차 부품 등 다양한 제품 생산에 주조 기술이 활용되면서 다시 발전하기 시작했다.
3. 주조 방법
주조는 주형 재료, 용융 금속 주입 방식, 정밀도 등에 따라 다양하게 분류된다. 주형 재료로는 과거 흙이 주를 이루었으나, 최근에는 석고나 금속도 사용된다. 흙을 이용하는 경우, 형을 800℃ 정도로 장시간 굽는 소형(燒型), 건조시키는 건조형, 날것인 상태의 생형(生型) 등이 있으며, 소형은 미술품, 건조형은 철병(鐵甁), 생형은 기계 주물에 쓰인다. 원형 재료로는 나무, 금속, 석고 외에 납도 사용되며, 납을 사용하면 복잡한 동일 형상의 제품을 대량 생산할 수 있는 모스트왁스법이 개발되었다.[23]
용융 금속 주입 방식으로는 과거 금속 자체 무게에 의존했으나, 최근에는 압축력을 이용하는 압박 주조나 원심력을 이용하는 방식이 사용된다. 이러한 방식은 제품 재질을 치밀하고 튼튼하게 만들며, 뒤틀림도 적어 정확한 형태를 얻을 수 있다. 자형(雌型, 암틀)에 금속을 사용하고 강한 압력을 가하는 다이캐스트(die-cast)법은 최근 급속히 발전하고 있다.[23]
고대부터 사용된 모래를 형틀로 이용하는 사형 주조는 사찰 범종 제작 등에 사용되었으며, 현재도 대량생산품 주조에 널리 사용된다. 다만, 사형 주조는 표면이 거칠어 마무리 가공이 필요하다.[23]
공예품 제작에는 석고형을 사용하는 경우가 많다. 석고형 주조는 밀랍 등 고온에서 녹는 재료로 원형을 제작하고, 석고로 굳힌 후 가열하여 원형을 제거하고 재료를 주입한다. 사형 주조에 비해 표면 거칠기가 작고 형틀 이음매가 없어 후처리가 용이하다.[23]
금형을 이용한 금형 주조는 금형이 고가이지만, 정밀한 대량생산이 가능하여 공업제품 생산 등에 사용된다.[23]
3. 1. 주형 재료에 따른 분류
주형 재료에 따라 주조 방식을 분류할 수 있다.사형 주조는 모래를 형틀로 사용하는 방식으로, 고대부터 범종 제작 등에 사용되었다.[23] 현대에도 대량생산에 널리 사용되지만, 표면이 거칠어 마무리 가공이 필요하다.
석고 주조는 공예품 제작에 주로 사용된다. 밀랍 등으로 원형을 만들고 석고로 굳힌 후, 가열하여 원형을 제거하고 재료를 주입한다. 사형 주조보다 표면이 매끄럽고 이음매가 없어 후처리가 쉽다.
금형 주조는 금속을 형틀로 사용하는 방식으로, 정밀한 대량생산이 가능하여 공업제품 생산에 사용된다. 다이캐스팅 등이 이에 속한다.
주조 방식 | 주형 재료 | 특징 | 주요 용도 |
---|---|---|---|
사형 주조 | 모래 | 대형 주물 제작에 적합, 표면 거칠기 때문에 마무리 가공 필요 | 범종, 대량 생산품 |
석고 주조 | 석고 | 정밀한 형태, 표면 매끄러움, 후처리 용이 | 공예품 |
금형 주조 | 금속 | 정밀한 대량 생산 가능, 다이캐스팅 등 | 공업제품 |
3. 2. 용융 금속 주입 방식에 따른 분류
용융 금속의 주입 방법에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다. 과거에는 용융 금속의 무게에만 의존하였으나, 최근에는 압축력을 사용하는 압박 주조나 회전의 원심력을 이용하는 방법이 쓰인다. 이러한 방법을 사용하면 제품의 재질이 치밀해져서 튼튼해지고, 뒤틀림도 적어 비교적 정확한 형태를 얻을 수 있다.[1]- '''중력 주조법''': 용융 금속 자체의 무게를 이용하여 주형에 주입하는 방식이다.
- '''압력 주조''': 압력을 가하여 용융 금속을 주형에 주입하는 방식으로, 다이캐스트법이 대표적이다. 자형(雌型, 암틀)에 금속을 사용하여 강한 압력을 가하여 주조한다.[1]
- '''원심 주조''': 원심력을 이용하여 용융 금속을 주형에 주입하는 방식이다.
3. 3. 정밀 주조
정밀 주조는 복잡한 형상과 정밀한 치수의 주물을 제작하는 데 사용되는 방법이다. 석고 주조는 원형을 밀랍 등 고온에서 녹는 재료로 제작하고, 원형을 석고로 굳힌 후, 가열하여 원형을 제거하고 재료를 주입한다. 이 방법은 사형 주조에 비해 표면 거칠기가 작고, 형틀의 이음매가 없기 때문에 후처리가 용이하다.[23]정밀 주조법에는 다음과 같은 방법들이 있다.
- 쉘 몰드 주조법
- 인베스트먼트 주조법(로스트 왁스 주조법)
- 쇼프로세스
- H프로세스 주조법
3. 4. 기타 주조 방법
- 연속 주조: 용융 금속을 연속적으로 주입하여 긴 형태의 주물을 제작하는 방법이다.
- 소실모형주조 또는 풀몰드 주조: 발포 스티로폼 모형을 사용하여 주물을 제작하는 방법이다.
- V프로세스 주조법(감압 조형 주조법): 진공 상태에서 주형을 제작하여 주물의 표면을 매끄럽게 만드는 방법이다.
- 동결주형주조법: 주형을 동결시켜 강도를 높이는 방법이다.
4. 주조 기술의 특징 및 응용
주조 기술은 복잡한 형태의 제품을 비교적 쉽게 만들 수 있고, 크기에 제한이 적다는 장점이 있다. 예를 들어, 거대한 대불부터 작은 반지나 액세서리까지 다양한 크기의 제품을 만들 수 있다.[23] 그러나 단조, 압연 등 다른 금속 가공 방법에 비해 강도가 낮고, 기공 등의 결함이 발생하기 쉽다는 단점도 있다. 같은 크기일 경우 단금이나 추금 제품보다 무게가 몇 배나 더 나가고, 충격을 받으면 쉽게 파손될 수 있다.[23]
주조 기술은 자동차 엔진, 실린더 블록, 터빈 블레이드, 건축 부재, 예술 작품 등 다양한 분야에 활용된다. 유덴플라츠 홀로코스트 기념관은 도서관 서가의 책을 거꾸로 뒤집어 콘크리트로 주조한 작품이다.[23]
고대부터 사용된 가공 방법으로, 모래를 형틀로 사용한 사형주조는 사찰의 범종 제작 등에 사용되었다. 오늘날에도 대량생산되는 제품의 주조에 널리 사용되며, 사형으로 제작된 제품은 표면이 거칠기 때문에 일반적으로 마무리 가공을 거친다.
공예품 제작에는 석고형을 사용하는 경우가 많다. 석고형 주조는 원형을 밀랍 등 고온에서 녹는 재료로 만들고, 석고로 굳힌 후 가열하여 원형을 제거하고 재료를 주입하는 방식이다. 이 방법은 사형 주조에 비해 표면 거칠기가 작고, 형틀의 이음매가 없어 후처리가 쉽다.
금형을 이용한 금형 주조도 있다. 금형은 제작 비용이 비싸지만, 정밀한 대량생산이 가능하여 공업제품 생산 등에 사용된다.
4. 1. 주조 후처리
주조물에는 종종 금형의 틈이나 불완전성으로 인한 불규칙성이 발생하며, 주입공정을 위한 접근구도 포함된다. 이러한 불필요한 부분을 제거하는 과정을 영어로는 "fettling"이라고 한다. 전통적으로는 이 작업을 수작업으로 수행했지만, 현대에는 로봇공정을 통해 자동화하여 fettling 과정의 반복적인 부분을 수행하고 있다. 과거에는 fettler가 이러한 힘든 작업을 수동으로, 때로는 건강에 위험한 환경에서 수행했다.[1] fettling은 최종 제품의 비용을 상당히 증가시킬 수 있으므로, 금형 설계자는 금형의 형태, 주조되는 재료, 그리고 때로는 장식 요소를 포함하여 이를 최소화하려고 한다.[1]4. 2. 주조 공정 시뮬레이션

주조 공정 시뮬레이션은 수치적 방법을 사용하여 금형 충전, 응고 및 냉각을 고려하여 주조 부품의 품질을 계산하고, 주조의 기계적 특성, 열응력 및 변형에 대한 정량적 예측을 제공한다.[15] 시뮬레이션을 통해 생산 시작 전에 주조 부품의 품질을 정확하게 예측할 수 있다. 또한 주조 장비는 필요한 부품 특성을 고려하여 설계할 수 있으며, 이는 에너지, 재료 및 공구 절약으로 이어진다.
주조 공정 시뮬레이션 소프트웨어는 부품 설계, 용융 및 주조 방법 결정, 패턴 및 금형 제작, 열처리 및 마무리 작업 전반에 걸쳐 활용되어 전체 주조 제조 과정의 비용을 절감하는데 기여한다.
주조 공정 시뮬레이션은 1970년대부터 유럽과 미국의 대학에서 주로 개발되었으며, 지난 50년 동안 주조 기술에서 가장 중요한 혁신으로 평가받는다. 1980년대 후반부터는 PoligonSoft, AutoCAST, Magma와 같은 상용 프로그램이 출시되어 주조 공장에서 주조 공정 중 금형 내부에서 발생하는 현상에 대한 통찰력을 얻을 수 있게 되었다.[15]
5. 주조 관련 교육 및 자격
한국에서는 주조기능사, 주조산업기사, 주조기능장 등의 국가기술자격이 있다. 프랑스에는 CQP Agent de préfabrication en démoulage différé de l'Industrie du béton|CQP 콘크리트 산업 탈형 조작원프랑스어, TP Technicien (ne) supérieur (e) en conception industrielle, option outillages de moulage|TP 산업 디자인 고급 기술자 (주조 도구 옵션)프랑스어, 전문 학사(Licence Professionnelle) Production industrielle, Spécialité DAO/CAO/FAO, moulage des matériaux (plastiques, alliages légers, verre, terre cuite)|산업 생산, DAO/CAO/FAO 전문, 재료 주조 (플라스틱, 경합금, 유리, 테라코타) 전공프랑스어 등의 국가 자격증이 있다.
5. 1. 한국
한국에서는 국가기술자격으로 주조기능사, 주조산업기사, 주조기능장 등의 자격증이 있다.5. 2. 프랑스
프랑스에는 다음과 같은 국가 자격증이 있다.- 자격 레벨 5 - CQP Agent de préfabrication en démoulage différé de l'Industrie du béton|CQP 콘크리트 산업 탈형 조작원프랑스어
- 자격 레벨 4 - TP Technicien (ne) supérieur (e) en conception industrielle, option outillages de moulage|TP 산업 디자인 고급 기술자 (주조 도구 옵션)프랑스어
- 자격 레벨 3 - 전문 학사(Licence Professionnelle) Production industrielle, Spécialité DAO/CAO/FAO, moulage des matériaux (plastiques, alliages légers, verre, terre cuite)|산업 생산, DAO/CAO/FAO 전문, 재료 주조 (플라스틱, 경합금, 유리, 테라코타) 전공프랑스어
참조
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서적
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2014-10-08
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世界文化遺産、韮山反射炉の10大ミステリーを解く
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貨幣の製造工程(その1)
https://www.mint.go.[...]
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웹인용
주조기술
https://ko.wikisourc[...]
관련 사건 타임라인
( 최근 20개의 뉴스만 표기 됩니다. )
'제조업 기반' 뿌리산업에 6천846억 원 지원…작년보다 7% ↑
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