KR100432795B1 - 중공형 귀금속의 로스트 왁스 주조방법 - Google Patents

Abstract

본원 발명은 중공으로 된 귀금속을 로스트 왁스공법으로 주조하는 방법에 관한 것으로, 제품의 모형을 성형하는 단계와, 성형된 모형의 외부에 왁스를 균일하게 도포하여 경화시키는 단계와, 경화된 왁스(왁스모형)를 제품모형으로부터 분리하는 단계와, 분리된 왁스모형을 플라스크(flask)안에 고정하고 액상의 석고를 매몰하여 경화시키는 단계와, 경화된 석고주형을 가열하여 왁스모형을 용해, 연소시켜 제거하는(burnning out) 단계와, 왁스가 제거된 공간에 용융된 금속을 주입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것으로서, 본원 발명은 제품의 크기나 형태에 관계없이 고가의 귀금속을 재료로 하여 극히 얇은(0.6mm 이하) 중공의 귀금속제품을 제조할수 있으며, 특히 다품종 소량생산시에 효과적인 주조방법이라 할수 있다

Description

중공형 귀금속의 로스트 왁스 주조방법{Lost wax molding method of empted Jewelry}

본 발명은 내부가 비어있는(중공) 귀금속을 주조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고가의 금속인 금, 은, 동 등의 재료로부터 제품의 내부가 중공인 귀금속제품을 로스트 왁스 공법을 이용하여 주조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다

현재 국내에서, 귀금속 중 마고자단추 또는 한복노리개 등과 같이 그 형태가 비교적 단조로운 제품의 제조방법은 일반적으로 제품의 디자인이 결정된 후, 귀금속 공장에서 금형공장에 한쌍의 금형을 주문하고, 납품된 한쌍의 금형에 귀금속 판재를 위에 얹어 단조가공한다. 단조가공시 금형외부로 나오는 자투리 부분은 절단하고 절단작업을 마친 후 단조가공으로 얻어진 단조품을 다듬질작업하여 다른 금형의 단조가공으로 제조된 나머지 제품과 결합용접하여 제품을 완성한다

상기와 같은 방법은 금속에 물리적 외력만을 가하는것이므로 비교적 깨끗하고 제작시간이 단축되는 장점이 있는 반면에, 연성, 전성이 강한 귀금속 즉, 황금, 은, 백금 등과 같이 재질이 무른 재료로만 생산이 가능하기 때문에 금의 순도가 18k, 14k, 칼라골드 등과 같은 연성이 떨어지는 딱딱한 재료는 부서지기가 쉬워 만들수가 없었으며, 금형자체의 가격도 비싸져 제품의 원가를 상승시키는 요인이 되었다

또한 주전자나 화병 등과 같은 대형의 제품을 제조하는 경우 크고 두꺼운 판재를 금형위에 얹어 유압식 프레스를 이용한 단조가공과 열풀림작업을 수차례 병행하여 원하는 제품의 디자인을 만들기도 하고 때로는 주조제품을 이들 단조품과 용접하여 제작하기도 하나 이들 방법들은, 일정한 원, 대칭한 타원, 또는 동일 입체모양 등의 제조는 용이할지 모르나 비대칭, 복잡한 형태 그리고 제품의 형태가 커질수록 생산설비와 금형제조비의 상승을 가지고 오게 되므로서, 제품의 경쟁력이 떨어지게 된다

한편 주물(casting)에 의한 귀금속의 제조방법은 일반적으로 연, 전성이 강한 재료(주로 은)로 제품모형을 제작하고 이 모형을 이용하여 고무틀(rubber mould)을 만든 다음 여기에 왁스를 주입(injection)하여 제품과 동일한 왁스모형을 뽑고 이들 여러개의 왁스 모형들을 연결하는 왁스트리(wax tree) 작업을 한 다음 왁스트리를 플라스크안에 넣어서 석고를 매몰하여 경화시킨다. 이 경화된 석고를 가열하여 왁스를 용해, 제거하면(burnning out) 석고주형이 완성되는데 여기에 주물온도에 맞추어 용융금속을 붓고, 석고주형을 찬물에 넣으면 귀금속 제품만 남게된다.(이를 lost wax casting이라 부른다)

이같은 로스트 왁스 캐스팅 공법은 전성, 연성의 크기와 관계없이 다양한 재질의 귀금속을 만들 수 있고, 대량생산이 가능한 장점이 있긴 하나, 대형 귀금속제품의 제작시 왁스 주입이 어렵고 중공의 귀금속 제품에 있어서는 모형제작이 곤란할 뿐 아니라 왁스를 주입하기 위한 고무틀의 제작은 원천적으로 불가능한 결점이 있었다

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 귀금속이 중공으로 된 경우 그 제품형태에 구애받지 않으면서도(항아리, 도자기, 비대칭중공 등) 귀금속 재료의 종류에 제한없이 원하는 두께로 제작이 가능할 뿐아니라 접합부의 땜이 없는 고순도의 귀금속을 얻을수 있고 금형비 절감으로 제작원가를 크게 줄일수 있는 중공형 귀금속의 제조방법인데 엄밀히 말한다면 중공형 귀금속을 주조하는데 있어 로스트 왁스 공법을 이용하는 방법에 관한 발명이라 할 수 있다

상기 로스트 왁스 공법을 이용한 중공형 귀금속 주조방법을 구체화하면, 그중요한 공정으로 제품모형을 성형하는 단계와, 성형된 모형의 외부에 왁스를 균일하게 도포하여 경화시키는 단계와, 경화된 왁스(이하 "왁스모형"이라 함)를 제품모형으로부터 분리하는 단계와, 분리된 왁스모형을 플라스크(flask)안에 고정하고 여기에 액상의 석고를 매몰하여 경화시키는 단계와, 경화된 석고주형을 가열하여 왁스모형을 용해, 연소시켜 제거하는(burnning out) 단계와, 왁스가 제거된 공간에 용융된 금속을 주입하는 단계들이 있다

도 1은 본 발명의 기본 주조공정이고

도 2는 무늬가 있는 중공형 귀금속의 주조공정이다

이하, 첨부된 작업흐름도(도면 1)를 참조하여 중공형 귀금속이 로스트 왁스 주조법에 의해 제작되는 과정을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제품의 디자인이 결정되면 1단계로 금속으로 된 제품모형을 제작한다. 이때의 모형은 외형만 제품과 동일하면 되고 내부가 중공일 필요는 없다. 또한 모형의 재료는 비교적 쉽게 가공이 될 수 있는 금속 즉, 황동이나 납, 알루미늄 등의 금속을 사용하여 제작한다.

2단계는 상기 모형제조공정에서 제조된 제품모형의 외부를 균일한 두께의 왁스로 도포한 후 경화한다. 여기서 경화는 별도의 처리가 필요한 것이 아니고 왁스가 도포된 체로 그냥 놓아두면 자연적으로 경화된다. 이 왁스도포의 한 실시예로는, 제품모형을 액상의 왁스에 침지시키는 수단이 될 수 있다.

다음 3단계로, 제품모형의 표면에 형성된 경화왁스를 부분절개하여 제품모형으로부터 분리한 후 상기 절개된 부분을 다시 왁스로 접합함으로서 중공의 제품과 동일한 형태의 중공왁스모형을 얻게 된다. 4단계는, 이렇게 만들어진 중공왁스모형을 플라스크안에 고정하고 상기 중공왁스모형의 내.외부에 액상석고를 매몰한 후 경화시킨다. 여기서 중공왁스모형의 고정은, 상기 중공왁스모형의 아래부분을 부분적으로 녹여서 프라스크 바닥에 붙이는 관용된 방법으로 이루어진다. 이 때, 석고붕괴를 막기위해 텅스텐, 내열강, 또는 내열합금과 같은 내열재료로 된 초경기둥을 중공왁스모형의 높이보다 길게하여 왁스모형의 내부 바닥에서 왁스모형의 상단에 걸쳐두는 것이 바람직하다.

참고로 석고붕괴현상이란, 왁스배출공정후에 석고로 형성된 주형에서 왁스가 배출된 공간에 600℃ 이상의 용융금속을 충진시킬 때 용융금속의 무게와 압력으로 인하여 석고주형이 무너지거나 변형되는 현상을 말한다.

5단계는 경화된 석고주형(왁스모형이 내재)을 전기로 등 가열로에서 소성시킴으로 내부의 왁스모형이 용해 배출되도록 한다.

6단계로, 상기 왁스가 배출된 석고주형에 용융금속을 충진한 다음 냉각수에 침지하여 석고주형을 제거함으로서 중공으로 된 제품형태의 주물을 얻는다. 이렇게하여 만들어진 주물의 표면을 기계선반 등으로 마감처리함으로서 중공의 미려한 귀금속제품이 완성되는 것이다.

또한 상기의 중공귀금속을 제작함에 있어 상감기법을 이용하여 무늬 등을 넣으므로 더욱 미려하게 할 수 있는데, 그 방법을 (도면 2)를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

제품모형을 만들고 그 외부에 왁스를 도포하여 경화시킨 다음 경화된 왁스에 원하는 무늬를 조각한다. 계속하여 도1에 있는 3단계에서 6단계까지의 공정을 그대로 진행하게 되면 무늬의 부위만 패여진(채워지지않은) 1차 주물이 만들어진다.

주물의 패여진 부분에 다시 왁스처리(왁스를 도포)를 하고 이 왁스처리된 주물을 플라스크안에 고정한 후 액상석고를 매몰하여 경화시킨다. 상기 경화된 석고주형을 전기로 등에서 가열하여 내부의 왁스를 용해, 배출시키고 색상을 달리하는 무늬용 용융금속을 주입하면 조각된 무늬부분만 금속이 채워지게 된다. 그런 다음 냉각액에 침지하여 외부석고를 제거하면 무늬가 있는 중공의 귀금속 주물을 얻을수 있게 된다.

전술하였던 바와 같이, 본원 발명은 귀금속제품의 크기나 형태에 관계없이 순금을 포함하여 여러 종류의 귀금속재료를 사용하여 극히 얇은 중공의 제품을 생산할 수 있을 뿐만 아니라 기존의 방법에 비해 금형 등에 있어 제조원가가 획기적으로 절감되어 다품종 소량생산에 특히 적합한 발명이라 할것이다

Claims (3)

1. 중공의 귀금속을 제조함에 있어서,

   제품모형을 성형하는 1단계와,

   제품모형의 외부에 왁스를 균일한 두께로 도포하여 경화시키는 2단계와,

   상기 경화된 왁스를 제품모형으로부터 분리하여 중공왁스모형을 얻는 3단계와,

   상기 중공왁스모형을 플라스크 안에 고정하고 중공왁스모형의 내.외부에 석고를 매몰하여 경화시키는 4단계와,

   경화된 석고주형을 가열하여 내부의 왁스모형을 용해, 배출하는 5단계와,

   상기 왁스가 배출된 석고주형에 용융금속을 주입하고 냉각수에 침지하여 석고주형을 제거하여 주조하는 6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공으로 된 귀금속제품의 로스트왁스 주조방법
2. 1항에 있어서,

   4단계는, 상기 중공왁스모형을 플라스크 안에 고정하고 텅스텐, 내열강 또는 내열합금의 내열재료로 된 초경기둥을 왁스모형에 걸친 다음 석고를 매몰하여 경화시키는 공정으로 된것을 특징으로 하는 중공으로 된 귀금속제품의 로스트왁스 주조방법
3. 무늬가 있는 중공의 귀금속을 제조함에 있어서,

   제품모형을 성형하는 단계와,

   제품모형의 외부에 왁스를 균일한 두께로 도포하여 경화시키는 단계와,

   경화된 왁스에 원하는 무늬를 조각하는 단계와,

   상기 무늬가 조각된 경화왁스를 제품모형으로부터 분리하여 중공왁스모형을 얻는 단계와,

   상기 중공왁스모형을 플라스크 안에 고정하고 중공왁스의 내.외부에 석고를 매몰하여 경화시키는 단계와,

   경화된 석고주형을 가열하여 내부의 왁스모형을 용해, 배출하는 단계와,

   상기 왁스가 배출된 석고주형에 용융금속을 주입하고 냉각수에 침지, 석고주형을 제거하여 1차 주물을 만드는 단계와,

   1차 주물의 패여진 무늬부분에 상기 무늬와 동일한 형상의 왁스를 도포하여 경화하는 단계와,

   상기 왁스가 도포된 1차 주물을 플라스크안에 고정하여 석고를 매몰하여 경화시키는 단계와,

   상기 경화된 석고주형을 가열하여 내부의 왁스를 용해, 배출시키는 단계와,

   상기 왁스가 배출된 석고주형에 무늬용 용융금속을 주입하고 냉각액에 침지, 외부석고를 제거하여 2차 주물을 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무늬가 있는 중공 귀금속 제품의 로스트왁스 주조방법