JP2016517803A - 二重鋳造方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、二重鋳造装置及び二重鋳造方法に関する。前記二重鋳造装置は、内部に空間部が形成された鋳造チャンバと；前記鋳造チャンバの下部に装着され、溶湯が注入される注入管と；前記注入管と脱着可能に連結され、キャビティ（ｃａｖｉｔｙ）を有する鋳型と；前記鋳造チャンバの内部及び前記鋳型の間に充填される充填媒体と；前記鋳造チャンバの上部に位置し、前記鋳造チャンバの内部を減圧する圧力調節手段と；を含んで構成されることを特徴とする。【選択図】図１
Description
本発明は、二重鋳造方法及び装置に関する。より具体的に、本発明は、鋳型に減圧鋳造及び重力鋳造を一緒に適用し、製品内の気孔及び気泡を除去して鋳造欠陥を防止することができ、未成型の問題を解決し、高耐熱鋳鋼製品を容易に生産することができる二重鋳造方法及び装置に関する。
一般的に用いられる金属鋳造（ｍｅｔａｌ ｍｏｌｄ ｃａｓｔｉｎｇ）法は、金属造形の最も根本的な技法のうち１つであって、同じ形態の製品を大量で製造するために使用される。鋳造方式は、炉（ｆｕｒｎａｃｅ）内にスクラップ、銑鉄、合金鉄または非鉄金属原料を入れて、加熱及び溶解した後、砂や金属材のモールド（ｍｏｌｄ）の中に注入し、冷却及び凝固させて製造する。所望の形態の模型に製造されたモールドに溶融金属を注入して成型させた後、溶融金属が固くなれば、模型と同一の金属物体になる原理である。鋳造は、鋳型設計が完了すれば、大量で製品を生産することができるが、鋳物の凝固過程で製品原料として所望しない、金属物質ではない非金属成分（介在物、ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ）が最終製品に介在される鋳造欠陥が頻繁に発生する。また、大気中で溶解されて注入された溶湯は、相当量の水素、酸素及び窒素などのガスを溶解及び吸収していて、凝固時に溶解度が減少しつつ気泡が発生するようになり、まだ放出されない一部のガスは、残存し、表面欠陥を発生させることがある。
このような欠陥を防止するために、真空技術を利用して鋳造する方法を真空（減圧）鋳造法と言う。このような真空鋳造は、溶解を大気中で実施した後、真空条件の下で鋳造するか、または大気中で溶解された溶湯を取鍋に受けるとき、真空状態で処理した後、真空または大気中で鋳造する方式などに利用されることができる。
このような真空鋳造法を使用する場合、有害ガス成分を容易に除去することができ、製品の機械的性質に優れ、ステインレス鋼、耐熱鋼、工具鋼、ベアリング鋼及び磁性材料などの製品の製造に使用される鋳造法である。
このような真空鋳造法の一種類である反重力真空鋳造（ｃｏｕｎｔｅｒｇｒａｖｉｔｙ ｖａｃｕｕｍ ａｓｓｉｓｔｅｄ ｃａｓｔｉｎｇ）法は、米国Ｈｉｔｃｈｉｎｅｒ社などで１９７０〜１９８０年代に開発されたものであって、これは、セラミック（ｃｅｒａｍｉｃ）管を溶湯（ｍｏｌｔｅｎ ｍｅｔａｌ）の中に潜入し、真空装置（Ｖａｃｕｕｍ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて溶湯を鋳型内に速く吸入する方式である。代表的な反重力真空鋳造及び真空鋳造装置と関連した特許としては、特許文献１及び特許文献２がある。しかし、前記特許文献に記載したＨｉｔｃｈｉｎｅｒ社の鋳造方式は、セラミックモールドによる精密鋳造製品の生産に限っていて、特に、砂型（Ｓａｎｄ Ｍｏｌｄ）鋳造方式の製品生産には、溶湯の速い吸入時に砂型が耐えず、介在物混入などの鋳造欠陥が多量発生するなど深刻な問題点を持っている。また、この技術は、真空圧力（ｖａｃｕｕｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）のみを利用して鋳型内に溶湯（ｍｏｌｔｅｎ ｍｅｔａｌ）を吸入し、製品を作る方式であって、急激な溶湯の流れによって製品内部に小さい気泡（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）だけでなく、場合によっては虫穴のような大きいホール（ｗｏｒｍ ｈｏｌｅ）が生じ、一部の製品表面には、未成型（ｎｏｎ ｆｉｌｌ）の鋳造欠陥を多量持っている。
特に、特許文献１では、真空ポンプを利用して溶融金属をセラミックセル鋳型に急速に満たさなければならないため、強度が低い砂型鋳型では、型破損の致命的な問題点が発生するおそれがあり、鋳型の空洞（ｃａｖｉｔｙ）に溶融金属を満たした後、容器を３００ＲＰＭ〜６００ＲＰＭで回転するとき、溶融金属が鋳型を破損するか、または変形に起因して製品寸法の変化をもたらして、品質の致命的な欠陥を引き起こすおそれがあるため、高価のセラミックセル鋳型が使用され、コスト面から脆弱である。ひいては、このような精密鋳造用セラミックセル鋳型は、溶融金属が固形化された後、自然崩壊されないため、タービンハウジングなどの内部インサート形状の製品には適用が不可能である。
また、前記セラミックセル鋳型は、９００℃以上に加熱して使用する。この際、鋳型の高い温度に起因して溶融金属が凝固されるまでは６００秒以上の長時間を必要とし、生産性に致命的な弱点を持っている。もし、これより速い時間に鋳型を移動すれば、特許文献１の直立ライザー内の溶融金属だけでなく、ゲートに連結された製品までまだ凝固されない溶融金属がソースに抜け出て、致命的な品質問題を引き起こすおそれがある。これより、改善方案として、溶融金属を鋳型空洞に満たした後、製品が完全に固形化されるまで遠心力で回転し、生産性を改善しようと試みている。しかし、製品が完全に固形化されるまでは、相変らず３００秒以上の長時間が要求される問題点を持っている。
また、前記特許文献１は、容器を回転するので、製品鋳型を左右対称になる正方向に配置すると効果的なので、製品の形状に制限がある。また、セラミックセル鋳型を容器の中央部に位置すると遠心力を製品全体に一定に加えることができるので、多くの鋳型空洞が放射形に付着した単一セラミックセル鋳型を使用する。
また、このような精密鋳造用鋳型では、注入管を１回消耗性で使用し、注入管がセラミックセル鋳型と同一の材質で製作され、一緒に連結されるので、溶融金属が固形化されても、分離せず、再使用が不可能な短所があった。
このような問題点に起因して、Ｈｉｔｃｈｉｎｅｒ社の反重力真空鋳造技術は、砂型鋳造の製品には商用化がなされず、且つ全世界いずれの会社でもいまだに砂型鋳造の製品に適用される吸入管を利用した反重力真空鋳造技術開発が成功し、量産化された例が全くないのが実情である。
これより、本発明者は、前述した問題点を克服するための鋳造方案の研究を重ね、セラミック精密鋳造鋳型ではない砂型鋳型と、真空圧を除去することによって、吸入されてまだ凝固されない溶湯を重力によって再充填する二重鋳造（Ｄｕｐｌｅｘ Ｃａｓｔｉｎｇ）技術を適用して、高温耐熱鋼ステンレススチール（Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ）製品を生産し、本発明を完成した。
本発明の目的は、製品の鋳造時に収縮欠陥、気泡欠陥及びその他鋳造欠陥を防止することができる二重鋳造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、溶湯内に含まれる介在物を容易に除去することができる二重鋳造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、精密度に優れ、複雑な形状の製品製造が可能な二重鋳造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、コスト低減及び生産性増大効果を有することができる二重鋳造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、二重鋳造装置を提供することにある。
本発明の１つの態様は、二重鋳造装置に関する。前記二重鋳造装置は、内部に空間部が形成された鋳造チャンバと；前記鋳造チャンバの下部に装着され、溶湯が注入される注入管と；前記注入管と脱着可能に連結され、キャビティ（ｃａｖｉｔｙ）を有する鋳型と；前記鋳造チャンバの内部及び前記鋳型の間に充填される充填媒体と；前記鋳造チャンバの上部に位置し、前記鋳造チャンバの内部を減圧する圧力調節手段と；を含んで構成されることを特徴とする。
一具体例において、前記鋳型内部のキャビティの上部と連通し、且つ溶湯を収容し、キャビティに排出するライザー；をさらに含むことを特徴とする。
一具体例において、前記ライザーは、前記鋳型の約３０体積％〜約１２０体積％サイズに形成されることを特徴とする。
一具体例において、原料を溶解して溶湯を形成させる溶解炉；をさらに含むことを特徴とする。
一具体例において、前記注入管の内径は、キャビティの入口内径より大きいことを特徴とする。
一具体例において、前記キャビティの内径と前記注入管の内径の比は、約１：１．１〜約１：３であることをを特徴とする。
一具体例において、前記圧力調節手段は、吸入スクリーン、真空ポンプ及び吸入管を含むことを特徴とする。
本発明の他の態様は、前記二重鋳造装置を利用した二重鋳造方法に関する。前記二重鋳造方法は、充填媒体が充填された鋳造チャンバを圧力調節手段によって減圧し、外部との圧力差によって溶湯を注入管に沿って鋳型内部のキャビティに１次注入する段階と；前記キャビティに１次注入された溶湯が凝固される前に、前記鋳造チャンバの減圧を解除し、重力によって２次注入する段階と；を含むことを特徴とする。
一具体例において、前記１次注入時に、鋳型内部のキャビティの上部と連通して形成されたライザーにも注入され、鋳造チャンバの減圧解除時に、前記ライザーに注入された溶湯が重力によって排出され、キャビティに２次注入されることを特徴とする。
一具体例において、前記方法は、注入管が装着された鋳造チャンバの内部に鋳型を入れて注入管と結合させ、前記鋳造チャンバの内部を充填媒体で満たした後、減圧によって１次注入することを特徴とする。
一具体例において、前記鋳造チャンバを減圧する速度を調節し、前記鋳型に注入される溶湯の注入速度を調節することを特徴とする。
前記注入管、圧力調節手段及び前記充填媒体は、再使用されることを特徴とする。
本発明の二重鋳造方法及び装置を適用するとき、製品の収縮欠陥及び気泡欠陥を防止することができ、溶湯内に含まれる介在物を容易に除去して鋳造欠陥を防止することができ、精密度に優れ、複雑な形状の製品製造が可能であり、注入口、圧力調節装置及び充填媒体などの再使用が可能で、コスト低減及び生産性増大効果を有することができる。
本発明の１つの態様は、二重鋳造装置に関する。
図１は、本発明の一具体例による二重鋳造装置の断面を示す。図１を参照すれば、前記二重鋳造装置１００は、内部に空間部が形成された鋳造チャンバ１０と；前記鋳造チャンバ１０の下部に固定され、溶湯が注入される注入管２０と；前記注入管２０と脱着可能に連結され、キャビティ（ｃａｖｉｔｙ）３５を有する鋳型３０と；前記鋳造チャンバ１０の内部及び前記鋳型３０の間に充填される充填媒体４０と；前記鋳造チャンバ１０の上部に位置し、前記鋳造チャンバ１０の内部を減圧する圧力調節手段６０と；を含んで構成されることを特徴とする。
前記鋳造チャンバ１０の内部には、前記充填媒体４０が充填され、前記鋳型３０を固定させることができるように空間部が形成されており、前記圧力調節手段６０によって大気圧以下に減圧し、前記鋳型３０に減圧された雰囲気を提供することができる。
前記注入管２０は、前記鋳造チャンバ１０の内部に挿入され、下部に装着されて固定され、一部は、突出して溶湯の内部に浸漬され、前記溶湯を前記鋳型３０に注入させることができる。図面には、注入管２０を１つだけ図示したが、他の具体例では、鋳造チャンバ１０に複数個設置されてもよい。
前記注入管２０は、通常の材質よりなるものを使用することができる。例えば、前記溶湯と接触時に反応を防止することができるセラミック（ｃｅｒａｍｉｃ）のような耐火性材質を使用することができるが、これに制限されない。
図１を参照すれば、本発明において前記注入管２０の内径ｄ１は、前記キャビティ３５の内径ｄ２より大きい。この場合、減圧解除時にも、溶湯の滞在時間を増加させることができる。一具体例においては、前記キャビティ３５の内径ｄ２及び前記注入管２０の内径ｄ１のｄ２：ｄ１は、約１：１．１〜約１：３であることができる。好ましくは、約１：１．５〜約１：２．５であることができる。さらに好ましくは、約１：２であることができる。前記範囲で前記鋳造チャンバ１０の加圧を解除するときにも、前記溶湯の滞在時間を増加させることができる。
前記注入管２０の入口形態は、鋳型に嵌合され得るように設計することができる。図２（ａ）は、本発明の一具体例による注入管２０の断面であり、図２（ｂ）は、本発明の他の具体例による注入管２１の断面を示す。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示されたように、鋳造チャンバの底面に当接する部分は広くし、上部に行くほど狭くなる形態を有することができる。
前記鋳型（ｍｏｌｄ）３０は、前記注入管２０と脱着可能に連結され、所望の製品形態のキャビティ（ｃａｖｉｔｙ）３５を有することができる。
前記鋳型３０は、通常の材質よりなるものを使用することができる。例えば、前記鋳型３０として砂型鋳型を使用することができる。具体例において、鋳型３０は、砂、水溶性フェノール樹脂及びエステル系硬化剤などを含んで混練砂（ｍｉｘｅｄ ｓａｎｄ）を得、前記混練砂をフレームに投入し、鋳型を製造して使用することができるが、これに制限されない。
前記砂は、通常のものを使用することができる。例えば、珪砂、ジルコン砂、クロマイト砂（ｃｈｒｏｍｉｔｅ ｓａｎｄ）、オリビン砂（ｏｌｉｖｉｎｅ ｓａｎｄ）またはアルミナ砂を使用することができる。具体例において、前記砂は、直径が約０．０５ｍｍ〜約１ｍｍのものを使用することができる。
本発明の具体例において、鋳造チャンバ１０の内部には、複数の鋳型３０が設置されることができる。例えば、１個〜９個の鋳型３０が設置され、効果的な空間活用を用いてコスト節減及び生産性を向上させることができる。
砂型鋳型は、一定時間が経過した後、砂の周囲に付着したレジンが熱によって消滅し、自然崩壊が起きる。したがって、鋳型３０とセラミック注入管２０が自然分離するので、容器に付着した注入管２０は、再使用が可能で、コスト節減効果を高め、図１のように、鋳造チャンバ１０に注入管２０が固定され、鋳型３０だけを続いて交替することができるので、生産性増大効果を高めることができる。
前記充填媒体４０は、前記鋳造チャンバ１０の内部と前記鋳型３０の周囲に充填され、前記鋳型３０を支持することができる。前記充填媒体４０は、通常のものを使用することができる。例えば、混練砂（ｍｉｘｅｄ ｓａｎｄ）または砂などの耐火性粒子を使用することができるが、これに制限されない。
一具体例においては、一定時間にわたって前記鋳造チャンバ１０に振動を加えながら前記充填媒体４０を充填し、充填密度を増加させながら均一に充填することができる。
一具体例において、前記二重鋳造装置１００は、前記鋳型３０内部のキャビティ３５の上部と連通し、且つ溶湯を収容し、重力によってキャビティに排出するライザー５０をさらに含むことができる。前記ライザー５０は、前記鋳型３０の凝固時に介在物が製品に含まれるか、または気泡などの鋳造欠陥を防止する目的で含まれることができる。図１を参照すれば、本発明の一具体例のように、前記ライザー５０は、前記キャビティ３５の上部に位置することができる。具体例において、ライザー５０の下部面は、キャビティ３５の上部面より上方に位置することができる。具体例において、ライザー５０の下部面は、キャビティ３５の上部面の間隔が約１ｃｍ〜約１００ｃｍであることができる。
したがって、溶湯が鋳型３０の下部から充填され、上部に位置するライザー５０に移動するとき、初期不安定な溶湯と残存している介在物及び不純物を上部に移動し、製品の外に除去する機能と、ライザー５０に注入された溶湯が重力によって上部に位置するライザー５０から下部のキャビティ３０に注入され、キャビティ３５の溶湯に含まれた気泡及び空気を除去することができるので、製品の収縮欠陥及び気泡欠陥を防止し、且つ溶湯内に含まれた介在物を容易に防止して構造欠陥を防止し、優れた精密度及び複雑な形状の製品製造が可能であることができる。
一具体例において、前記ライザー５０は、前記鋳型３０の約３０体積％〜約１２０体積％サイズに形成されることができる。具体例では、約５０体積％〜約８０体積％のサイズに形成されることができる。
前記範囲で前記溶湯に含まれた介在物（ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ）を容易に除去することができ、前記鋳型３０に残存する気泡及び空気を容易に除去することができる。
前記圧力調節手段６０は、前記鋳造チャンバ１０の上部に位置し、前記鋳造チャンバ１０内部の圧力を調節して減圧することができる。一具体例において、前記圧力調節手段６０は、吸入スクリーン６４、真空ポンプ（図示せず）及び吸入管６２を含むことができる。図１を参照すれば、吸入スクリーン６４は、鋳造チャンバ１０の上部と連結され、吸入スクリーン６４の一面には吸入管６２が連結され、吸入管６２は、真空ポンプ（図示せず）と接続され、真空ポンプの稼動によって鋳造チャンバ１０内部の圧力を調節することができる。
前記吸入スクリーン６４は、前記圧力調節手段６０に含まれた真空ポンプを稼動するとき、前記吸入管６２に気体だけを通過させ、前記充填媒体４０の吸入を防止させる役目をすることができる。
前記真空ポンプ（図示せず）は、前記鋳造チャンバ１０の圧力を調節し、鋳型３０内部のガス除去及び溶湯注入速度を調節することができる。前記真空ポンプとしては、通常のものを使用することができる。例えば、イオンポンプ（Ｉｏｎ Ｐｕｍｐ）及びディフュージョンポンプ（Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ Ｐｕｍｐ）などを使用することができるが、これに制限されない。
前記吸入管６２は、前記真空ポンプの作動時に前記鋳造チャンバ１０内部の気体を外部に排出し、前記鋳造チャンバ１０内の圧力を減圧させることができる。この際、前記鋳造チャンバ１０の内部圧力を減圧させる速度を調節し、前記溶湯の注入速度を調節することができる。
図３は、本発明の他の具体例による二重鋳造装置１００を示す。図３を参照すれば、前記二重鋳造装置１００は、原料を溶解して溶湯を形成させる溶解炉７０をさらに含むことができる。図３を参照すれば、具体例において、溶解炉７０は、二重鋳造装置１００の下部に位置し、二重鋳造装置１００の注入管２０が溶解炉７０内部の溶湯に潜入し、鋳造チャンバ１０の減圧によって溶湯を注入させることができる。具体例において、注入管２０は、溶解炉７０の内部に形成された溶湯に約３ｃｍ〜約１０ｃｍの深さで潜入することができる。前記条件で外部空気が前記溶湯に流入することを最大限防止して鋳造欠陥を防止することができると共に、前記溶湯の注入速度を容易に調節することができる。
一具体例において、前記溶解炉７０は、通常のものを使用することができる。例えば、タングステン（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ）及びカンタル（Ｋａｎｔｈａｌ）などのコイル（Ｃｏｉｌ）タイプの発熱体が含まれた電気炉を使用して収容された原料を加熱して溶湯を形成することができる。
本発明の他の態様は、前記二重鋳造装置１００を利用した二重鋳造方法に関する。一具体例において、前記二重鋳造方法は、鋳造チャンバ１０を減圧してキャビティ３５に１次注入する段階と、前記減圧を解除して２次注入する段階とを含むことができる。
より詳細には、充填媒体４０が充填された鋳造チャンバ１０を圧力調節手段６０によって減圧し、外部との圧力差によって溶湯を注入管２０に沿って鋳型３０内部のキャビティ３５に１次注入する段階と；前記キャビティ３５に１次注入された溶湯が凝固される前に、前記鋳造チャンバ１０の減圧を解除し、重力によって２次注入し、鋳造チャンバを分解して鋳型を分離する段階とを含むことができる。
一具体例において、前記二重鋳造方法は、注入管２０が装着された鋳造チャンバ１０の内部に鋳型３０を入れて注入管２０と結合させ、前記鋳造チャンバ１０の内部を充填媒体４０で満たした後、前記圧力調節手段を用いた減圧によって１次注入することができる。
以下、前記二重鋳造方法を段階別に詳しく説明する。
（ａ）溶湯形成段階
この段階は、前記溶解炉７０に収容された原料を溶解して溶湯を形成する段階である。前記溶解炉７０としては、電気炉（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｕｒｎａｃｅ）を使用することができ、前記電気炉に含まれた発熱体コイルを使用して加熱して前記原料を溶解させることができるが、これに制限されない。
この段階は、前記溶解炉７０に収容された原料を溶解して溶湯を形成する段階である。前記溶解炉７０としては、電気炉（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｕｒｎａｃｅ）を使用することができ、前記電気炉に含まれた発熱体コイルを使用して加熱して前記原料を溶解させることができるが、これに制限されない。
（ｂ）１次注入段階
この段階は、前記鋳造チャンバ１０及び前記鋳型３０の間に充填媒体４０を充填した後、前記圧力調節手段６０を用いて前記鋳造チャンバ１０の内部圧力を減圧させる段階である。具体例で、前記減圧圧力は、約１０−２ｔｏｒｒ〜約１０−５ｔｏｒｒで調節されることができる。前記条件で溶湯の注入速度を容易に調節し、鋳造欠陥を防止することができる。
この段階は、前記鋳造チャンバ１０及び前記鋳型３０の間に充填媒体４０を充填した後、前記圧力調節手段６０を用いて前記鋳造チャンバ１０の内部圧力を減圧させる段階である。具体例で、前記減圧圧力は、約１０−２ｔｏｒｒ〜約１０−５ｔｏｒｒで調節されることができる。前記条件で溶湯の注入速度を容易に調節し、鋳造欠陥を防止することができる。
前記減圧された鋳造チャンバ１０の注入管２０を前記製造された溶湯に潜入させた後、前記鋳造チャンバ１０と外部との圧力差によって溶湯が注入管２０に沿って鋳型３０内部のキャビティ３５に１次注入される。
一具体例において、前記注入管２０は、前記溶解炉７０の内部に形成された溶湯に約３ｃｍ〜約１０ｃｍの深さで潜入し、溶湯が注入されることができる。前記条件で外部空気が前記溶湯に流入されることを最大限防止して鋳造欠陥を防止することができると共に、前記溶湯の注入速度を容易に調節することができる。
一具体例においては、前記減圧時に、前記鋳造チャンバ１０の減圧速度を調節し、前記鋳型３０に注入される溶湯の注入速度を調節することができる。具体的に、繰り返された製品の製造により獲得したデータを用いて所望の製品の形状によって乱流（ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）を最小化できるように、前記圧力調節手段６０を用いて印加される減圧速度を調節し、前記溶湯の注入速度を調節することができる。例えば、減圧速度を約０．１ｃｍ／ｓ〜約３０ｃｍ／ｓに調節することができる。前記のように、注入速度を調節するとき、前記溶湯の乱流（ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）現象によって気泡が発生し、鋳型３０の微細部位に前記溶湯の充填を妨害し、未成型されるなどの鋳造欠陥を防止することができる。
他の具体例では、前記減圧時に、前記鋳造チャンバ１０の減圧速度を調節し、前記１次注入時に前記キャビティ３５の上部と連通して形成されたライザー５０に注入される溶湯の注入速度をも調節することができる。
（ｃ）２次注入段階
この段階は、前記キャビティ３５に１次注入された溶湯が凝固される前に、前記鋳造チャンバ１０の減圧を解除し、重力によって２次に注入される段階である。前記１次注入は、溶湯が下部から上部に移動するのに対し、２次注入は、上部から下部に移動するものである。
この段階は、前記キャビティ３５に１次注入された溶湯が凝固される前に、前記鋳造チャンバ１０の減圧を解除し、重力によって２次に注入される段階である。前記１次注入は、溶湯が下部から上部に移動するのに対し、２次注入は、上部から下部に移動するものである。
一具体例において、前記キャビティ３５に１次注入された溶湯は、前記キャビティ３５の外側から方向性凝固を始めるようになる。したがって、相対的に密度が低い介在物（または不純物）は、前記キャビティ３５の表面に凝固され、容易に除去されることができる。また、前記２次注入されながら前記キャビティ３５に形成された気孔及び気泡が容易に除去されることができる。
他の具体例において、前記鋳型３０のキャビティ３５の上部と連通するライザー５０が形成された場合、前記鋳造チャンバ１０の減圧解除時に、前記ライザー５０に注入された溶湯が重力によって排出され、キャビティ３５に２次注入されることができる。前記ライザー５０まで注入された溶湯が重力によって前記鋳型３０に２次注入されながら前記キャビティ３５に形成された気孔及び気泡が容易に除去されることができる。
（ｄ）分解段階
この段階は、２次注入された前記鋳造チャンバ１０を分解し、前記鋳型３０の内部に形成された製品を収得する段階である。
この段階は、２次注入された前記鋳造チャンバ１０を分解し、前記鋳型３０の内部に形成された製品を収得する段階である。
図３は、本発明の他の具体例による二重鋳造装置１００を示す。図３を参照すれば、前記注入管２０、圧力調節手段６０及び充填媒体４０は、鋳造チャンバ１０ａから容易な脱着が可能である。例えば、前記二重鋳造方法を利用して所望の製品の製造が完了した後、前記鋳造チャンバ１０ａを分離して分解し、前記注入管２０、圧力調節手段６０及び前記充填媒体４０は、他の鋳造チャンバ１０ｂに装着され、再使用が可能であることができ、コスト低減効果を有することができる。
以下、本発明の好ましい実施形態により本発明の構成及び作用をさらに詳しく説明する。但し、これは、本発明の好ましい例示として提示されたものであって、どんな意味でもこれによって本発明が制限されるものと解釈されない。
ここに記載しない内容は、この技術分野において熟練された者なら充分に技術的に類推することができるものなので、その説明を省略する。
直径６００ｍｍであり、高さ８００ｍｍである円柱形態の鋳造チャンバ１０の下端部に図２（ａ）のような形態を有し、 長さ２００ｍｍ のセラミック材質の注入管２０を設置した。
次に、アルミナ砂、水溶性フェノール樹脂及びエステル系硬化剤を含んで製造された混練砂（ｍｉｘｅｄ ｓａｎｄ）を使用して、キャビティ３５を有する鋳型３０を製造し、前記注入管２０の入口を覆い、前記鋳造チャンバ１０の内部に位置させた。この際、前記注入管の内径ｄ１がΦ５０ｍｍであり、前記キャビティ入口の内径ｄ２がΦ２５ｍｍのサイズに形成されたものを使用した。前記鋳型３０には、前記キャビティ３５の上部と連通するライザー５０を装着した。この際、ライザー５０は、鋳型３０の全体体積に対して６５体積％のサイズになるように形成した。
この際、図１のように形成された鋳型３０を前記注入管２０上に覆い、隙間が発生しないようにした。 鋳造チャンバ１０と鋳型３０との間を充填媒体４０で振動を加えながら充填した。
タングステンコイルタイプの発熱体を含む溶解炉（電気炉）７０を準備し、原料を投入し加熱して溶湯を製造した後、前記鋳造チャンバ１０の上部に吸入スクリーン６０、吸入管６２及び真空ポンプ（図示せず）を含む圧力調節手段６０を装着させた後、真空ポンプ（図示せず）を作動し、前記鋳造チャンバ１０の内部を１０−３ｔｏｒｒの真空状態に維持させた。次に、前記セラミック注入管２０を前記電気炉内に製造された溶湯に５０ｍｍの深さで潜入するようにして、前記注入管２０内に前記溶湯を１次注入し、前記鋳型３０及びライザー５０まで前記溶湯を注入した。９０秒後、真空ポンプをオフ（ｏｆｆ）して、１次前記注入された溶湯が凝固される前に、重力によって前記ライザー５０まで注入された溶湯が重力によって前記キャビティ３５に２次注入されるようにした。１２０秒後、前記鋳造チャンバ１０を移動して、分解コンベヤーに位置し、前記鋳型３０内のキャビティ３５に形成された製品を収得した。この際、収得された製品は、気泡、ワームホール及び未成型などの鋳造欠陥が発生しなかった。
Claims (12)
- 内部に空間部が形成された鋳造チャンバと；
前記鋳造チャンバの下部に装着され、溶湯が注入される注入管と；
前記注入管と脱着可能に連結され、キャビティ（ｃａｖｉｔｙ）を有する鋳型と；
前記鋳造チャンバの内部及び前記鋳型の間に充填される充填媒体と；
前記鋳造チャンバの上部に位置し、前記鋳造チャンバの内部を減圧する圧力調節手段と；
を含んで構成されることを特徴とする二重鋳造装置。 - 前記鋳型内部のキャビティの上部と連通し、且つ溶湯を収容し、キャビティに排出するライザー；をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の二重鋳造装置。
- 前記ライザーは、前記鋳型の約３０体積％〜約１２０体積％サイズに形成されることを特徴とする請求項１に記載の二重鋳造装置。
- 原料を溶解して溶湯を形成させる溶解炉；をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の二重鋳造装置。
- 前記注入管の内径は、キャビティの入口の内径より大きいことを特徴とする請求項１に記載の二重鋳造装置。
- 前記キャビティの内径と前記注入管の内径の比は、約１：１．１〜約１：３であることを特徴とする請求項５に記載の二重鋳造装置。
- 前記圧力調節手段は、吸入スクリーン、真空ポンプ及び吸入管を含むことを特徴とする請求項１に記載の二重鋳造装置。
- 充填媒体が充填された鋳造チャンバを圧力調節手段によって減圧し、外部との圧力差によって溶湯を注入管に沿って鋳型内部のキャビティに１次注入する段階と；
前記キャビティに１次注入された溶湯が凝固される前に、前記鋳造チャンバの減圧を解除し、重力によって２次注入される段階と；
を含むことを特徴とする二重鋳造方法。 - 前記１次注入時に、鋳型内部のキャビティ上部と連通して形成されたライザーにも注入され、
鋳造チャンバの減圧解除時に、前記ライザーに注入された溶湯が重力によって排出され、キャビティに２次注入されることを特徴とする請求項８に記載の二重鋳造方法。 - 前記方法は、注入管が装着された鋳造チャンバの内部に鋳型を入れて注入管と結合させ、前記鋳造チャンバの内部を充填媒体で満たした後、減圧によって１次注入することを特徴とする請求項８に記載の二重鋳造方法。
- 前記鋳造チャンバを減圧する速度を調節し、前記鋳型に注入される溶湯の注入速度を調節することを特徴とする請求項８に記載の二重鋳造方法。
- 前記注入管、圧力調節手段及び充填媒体は、再使用されることを特徴とする請求項８に記載の二重鋳造方法。
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