KR100193238B1

KR100193238B1 - 저융점금속을 사용한 주조방법

Info

Publication number: KR100193238B1
Application number: KR1019930029531A
Authority: KR
Inventors: 이중재
Original assignee: 정몽규; 현대자동차주식회사
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR950016990A

Abstract

저융점 금속을 사용하여 특히 시작제품의 프레스 가공에 사용되는 시작금형을 제작하는데 적합한 주조방법으로서, 하나 이상의 배기공이 형성된 목형의 표면에 내열성 시트를 덮는 단계; 배기공을 통해 시트와 목형 표면 사이의 공간에 부압을 형성함으로써 시트를 목형 표면에 밀착시키는 단계; 그리고 밀착된 시트를 적어도 주형의 일부로 하여 내열성 시트가 견딜 수 있는 온도 이하의 융점을 갖는 금속을 주조하는 단계를 포함한다.

치수정밀도가 향상되고, 제작원가가 저렴하고, 제작기간이 짧으며, 설계변경에 용이하게 대응할 수 있으며, 아울러 환경오염의 방지에 유효하다.

Description

저융점 금속을 사용한 주조방법

제1도는 종래의 주조방법을 적용하여 시작금형을 제작하는 과정을 설명하는 흐름도이고,

제2도는 본 발명의 주조방법을 시작금형을 제작하는 과정을 설명하는 흐름도이다.

[발명의 분야]

본 발명은 저융점 금속을 사용한 주조방법에 관한 것이며,특히 시작(試作:prototype)제품의 프레스가공에 사용되는 시작금형을 제작하는데 적합한 주조방법에 관한 것이다.

[기술적 배경]

시작금형은 본격적인 제품생산의 전단계에서 시작제품을 만드는데 사용되는 금형이다. 그러한 용도에 부응하기 위하여 시작금형은 통상적인 금형에 비하여 강도는 다소 낮더라도, 어느 수준 이상의 치수정밀도가 확보될 것, 제작원가가 저렴할 것, 제작기간이 짧을 것, 설계변경에 용이하게 대응할 수 있을 것 등의 조건을 만족하여야 하며, 아울러 환경오염의 방지에 유효한 것이 바람직하다.

종래의 프레스가공용 시작금형 제작방법으로서 ZAS(프레스용 아연합금:Zinc Alloy for Stamping)를 사용한 정밀주조법이 있다. ZAS는 비교적 융점이 높고(융점 380℃) 냉각시 수축이 심하기(수축률 10/1000) 때문에, 목형(master model)으로 부터 직접 주조가 불가능하다. 따라서, 수축을 보상함으로써 소요의 치수정밀도를 얻기 위하여 먼저 주조용 석고모델을 성형한 후 조형(造型) 작업을 거쳐서 주조에 들어간다.

제1도는 A1 내지 A8까지 각 단계별로 그러한 종래의 ZAS 정밀 주조법을 적용하여 시작금형을 제작하는 과정을 개략적으로 나타내며, 그림에서 동일한 부호는 동일한 부재를 표시한다.

먼저, 단계(A1)에서는 모형(mock-up)의 다이면(die face)을 석고로 전개하여 목형(1)을 준비한다. 그 다음 단계(A2)에서는 ZAS 의 수축률을 보상할 수 있는 팽창률을 가진 고팽창석고(팽창률 10/1000)를 사용하여 다이(die) 석고형(型)(3)을 성형한다. 이 석고형(3)은 치수가 보정된 상태에 있다.

부호 2는 클리어런스 시트(clearance sheet)이며, 그 두께에 의해서 제품 즉, 시작금형을 사용하여 프레스 가공되는 제품의 두께가 결정된다. ZAS정밀주조법에서는 클리어런스 시트로서 통상 접착성 스트왁스(sheet wax)가 사용된다.

단계(A3)에서 다이 석고형(3)으로써 다이 주형(鑄型)(5)을 제작하고, 단계(A4)에서는 주형(5)의 공동부에 용융 ZAC(7)를 주입하여 주조를 행하여, 단계(A8)의 다이(9)를 얻는다.

한편, 단계(A5)에서는 단계(A2)로 부터의 다이 석고형(3)상에서 저팽창석고를 사용하여 펀치(punch) 석고형(4)을 성형하며, 여기서도 클리어런스 시트(2)가 사용된다. 단계(A6)에서는 성형된 펀치 석고형(4)으로써 펀치 주형(6)을 제작하고, 단계(A7)에서는 주형(6)의 공동부에 용융 ZAS(7)를 주입하여, 단계(A8)의 펀치(8)을 얻는다.

ZAS는 주조후의 냉각과정에서 후열처리를 필요로 하고 또한 냉각변형이 심하기 때문에 주조된 다이(9)와 펀치(8)를 200℃ 부근에서 탈형한 후 교정프레스에서 상온에 이르기까지 교정작업을 행하고, 다이면 및 펀치면을 마무리 수작업 및 기계 가공하여 시작금형이 완성된다.

이와 같은 ZAS 정밀주조법에는 ZAS의 높은 융점에 견딜 수 있고 또한 ZAS의 냉각수축률 보상을 위해 사용되는 석고형을 준비해야 한다는 낭비적 요소가 있으며, 수차에 걸친 석고형 및 주형의 제작단계를 거치면서 사용된 많은 양의 석고 및 주물사는 산업폐기물로 된다. 또한 주조과정에서 염소가스, 황화수소 등의 유해가스가 발생하며, 이는 작업환경을 나쁘게 한다.

[발명의 목적]

위와 같은 종래기술의 문제점을 극복하기 위하여 본 발명은, 하나 이상의 배기공이 형성된 목형의 표면에 내열성 시트를 덮는 단계;

배기공을 통해 내열성 시트와 목형 표면 사이의 공간에 부압을 형성함으로써 내열성 시트를 목형 표면에 밀착시키는 단계; 그리고

밀착된 내열성 시트를 적어도 주형의 일부로 하여 이 내열성 시트가 견딜 수 있는 온도 이하의 융점을 갖는 금속을 주입하는 단계를 포함하는, 저융점 금속을 사용한 주조방법을 제공한다.

[바람직한 실시예의 설명]

이하 첨부 도면을 참조하여, 비한정적인 보기로서, 본 발명의 주조방법을 적용하여 시작금형을 제작하는 과정을 상세히 설명한다.

본 발명의 주조방법에 사용하기에 특히 적합한 저융점 금속의 예로서는, 비스무트(Bi)와 주석(Sn)의 합금을 들 수 있다. 그 중에서도 비율 36:64인 비스무트:주석의 합금이 일본 자모스 가부시끼 가이샤에 의하여 CIRO CAST LT-150이란 상품명으로 상업적으로 공급되며, 이 합금의 융점은 138-170℃ 범위 내에 있다. 주조시의 다른 조건에 따라 달라지지만, 이 저융점합금의 용탕은 대략 170-180℃의 비교적 낮은 주탕온도로 주입할 수 있다. 또한 이 저융점합금의 냉각시의 수축률은 종래에 사용된 ZAS의 수축류르이 1%에 불과하므로 목형으로부터 직접 주조하더라도 충분한 치수정밀도를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 주조방법에서 사용하기에 특히 적합한 내열성 시트로서는 내열온도가 270-280℃에 이르는 실리콘 고무를 들 수 있다. 본 발명의 주조방법에 사용할 수 있는 금속의 융점은 이 내열성 시트가 견딜 수 있는 온도 이하로 되어야 한다.

제2도는 B1 내지 B5 까지 각 단계별로 본 발명의 주조방법을 적용하여 시작금형을 제작하는 과정을 개략적으로 나타내며, 그림에서 동일한 부호는 동일한 부재를 표시한다.

먼저, 단계(B1)에서는 모형의 다이면에 반죽된 석고를 부어 고르게 면을 다듬어 주변부(12)를 형성하여 목형(11)을 준비한다.

다음 단계(B2)에서는, 목형(11)에 하나 이상의 직경 1㎜정도의 배기공(13)을 형성한 뒤 적절히 마련된 밀폐용기(14)내에 배치하고, 목형(11)의 표면을 내열성 시트(15)로 덮는다. 배기공(13)의 크기나 수효는 금형의 크기 등을 고려하여 결정된다. 이제 부압장치(17)를 사용하여 목형(11)의 아랫쪽으로부터 공기를 뽑아내어 시트(15)가 목형(11)의 표면에 접하는 쪽에 부압을 형성하면, 시트(15)는 목형의 표면에 밀착된다.

다음으로, 시트(15)를 사이에 두고 밀폐용기(14)의 상방에 외곽틀(16)을 설치하고 저융점 금속의 용탕(19)을 주입하여 주조를 행하면, 단계(B5)의 다이(29)를 얻는다.

여기서, 내열성 시트(15)는 일반적인 주조과정에서는 금속의 용탕(19)이 목형(11)의 표면에 직접 닿는 것을 차폐하는 것이지만, 프레스가공을 위한 시작금형 제작과정에서는 클리어런스 시트로서의 역할도 겸하며 이 경우에는 내열성 시트(15)의 두께는 프레스 가공에 의한 제품의 두께에 상응한다.

한편, 단계(B3)에서는 단계(B1)로 부터의 목형(11)을 사용하여 수지 또는 주물사로 펀치주형(21)을 만든다. 단계(B4)에서는 별도의 시트(15)를 부착하지 않고 주형상자(23, 24)내의 주형(21)에 직접 용탕(19)을 주입하여 주조를 행하면, 단계(B5)의 펀치(28)를 얻는다.

위와 같이 본 발명의 주조방법을 시작금형 제작 과정에 적용하면, 종래의 ZAS 정밀주조법에 비하여 :

(1)석고형을 제작할 필요가 없고, 다이 주조를 위한 별도의 주형이 필요하지 않으며, 따라서 산업폐기물도 감소한다.

(2) 주물의 후열처리가 필요하지 않으며, 냉각변형이 미미하므로 별도의 교정작업이 필요하지 않다.

(3) 다이면 및 펀치면의 마무리 수작업성이 매우 양호하며, 별도의 기계가공이 필요하지 않다.

(4) 유해가스가 발생하지 않으며, 저온으로 주조하므로 작업의 안정성이 좋다.

따라서, 본 발명에 따르면 원래 목적한 바와 같이 주조작업에 있어, 치수정밀도가 향상되고, 제작원가각 저렴하고, 제작기간이 짧으며, 설계변경에 용이하게 대응할 수 있으며, 아울러 환경오염의 방지에 유효하다.

위와 같은 장점들은 본 발명의 주조방법을 시작금형 제작과정에 적용할 때 뿐만 아니라 일반적인 저융점 금속을 사용한 주조에서도 거의 그래도 유지되는 장점들이다.

위에서는, 본 발명의 주조방법을 주로 프레스가공에 사용되는 시작금형 제작과정에 적용한 경우를 설명하고 있다. 그러나, 본 발명의 주조방법은 프레스 금형 뿐만 아니라 일반적인 사출, 단조 등에 사용되는 금형을 제작하는 데도 적용될 수 있는 것이며, 더 나아가서는 금형 제작에 국한되지 않고 일반적인 주조과정에도 널리 적용 가능한 것이다.

Claims

하나 이상의 배기공(13)이 형성된 목형(11)의 표면에 내열성 시트(15)를 덮는 단계; 상기 배기공(13)을 통해 상기 시트(15)와 상기 목형(11) 표면 사이의 공간에 부압을 형성함으로써 상기 시트(15)를 상기 목형(11) 표면에 밀착시키는 단계; 그리고 상기 밀착된 시트(15)를 적어도 주형(21)의 일부로 하여 상기 내열성 시트(15)가 견딜 수 있는 온도 이하의 융점을 갖는 금속을 주조하는 단계를 포함하는, 저융점 금속을 사용한 주조방법.
제1항에 있어서, 상기 내열성 시트(15)는 그 두께가 프레스 가공에 의한 제품의 두께에 상응하는 클리어런스 시트이며, 상기 주조의 제작품은 프레스 가공에 사용되는 금형인, 그러한 주조방법.
제1항에 있어서, 상기 저융점합금은 비스무트(Bi)와 주석(Sn)을 주성분으로 하는, 그러한 주조방법.
제1항에 있어서, 상기 내열성 시트(15)는 실리콘고무인, 그러한 주조방법.