KR100196229B1 - 금속 주물내의 수축 공간을 공급하는 장치 - Google Patents

금속 주물내의 수축 공간을 공급하는 장치 Download PDF

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모겐센 바긴
에스페르센 에밀
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Abstract

수직 분할 면들을 갖는 일련의 주형(32)내에서, 각각의 주형 공동(32)은 넓은 목부를 통해 그 자체의 사후-공급 저장소(36)와 연결된다. 주형이 주입되었을 때, 채널(43)과 통로(41)를 통해 사후-공급 저장소(36)내의 하부 금속면에 가스 압력이 인가된다. 이 가스압력은 인게이트(37)내의 금속이 응고되거나 인게이트가 어떤 다른 방식으로 차단될 때 까지, 압력이 인가되는 표면에서 주형내의 금속 정압을 초과하지 않도록 허용된다. 통로(41)가 사후-공급 저장소내로 개방되는 위치에서, 이 위치는 주입된 금속은 투과하지 못하지만 가압 가스는 투과할 수 있는 부재(42)로 덮인다. 인게이트(37)내의 금속이 응고되었거나 인게이트가 어떤 다른 방식으로 차단되었을 때, 가승 압력은 증가될 수도 있다.

Description

[발명의 명칭]
금속 주물내에 수축 공간을 공급하는 장치
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은 청구범위 제1항의 서문에 기재된 유형의 주형에 관한 것이다.
[배경 기술]
액체 및 고체상태에 있는 금속은 냉각시 체적이 감소하는 소위 열수축을 받는다. 주형 내에는 주입후 주형 공동내의 열량이 불균일하게 분포하고 이러한 이유로 주물의 모든 부분이 동시에 응고하지 않으며, 이것은 액체상태로 가장 길게 잔류하는 주물의 영역이 일찍 응고된 주물의 영역내의 수축을 보상하도록 액체금속을 방출하게끔 하며, 이것은 주물의 표면내의 오목부 또는 주물내의 중공부(공동 또는 마이크로-수축)로 나타나는 흔히 수축이라 불리는 주물내의 결함을 초래한다. 이러한 결점을 피하기 위해, 당업자는 일련의 단계를 취할 수 있는데, 그중 가장 통상적인 것은 사후-공급(after-feeding) 저장소, 즉 주입 작업중 금속으로 채워지며 그 크기는 그안의 금속이 주물의 최종 응고 영역보다 오래 액체로 잔류하게끔 되어 있는 주형내의 공동을 사용하는 것이며, 상기 최종 응고 영역은 비교적 큰 단면적의 통로를 통해 공동에 연결되어 그들의 응고중에 이들 영역에 액체 금속으로 사후-공급할 수 있도록 되어 있다.
이러한 사후-공급 저장소는 주로 두가지 형태, 즉 이들을 주물에 연결하는 통로로부터 주형의 상면까지 신장하는 소위 개방 피터(feeder) 또는 라이저(riser)와 공급되는 주물 영역의 바로 근방에 배치된 소위 블라인드 라이저(blind riser)라 하는 주형내의 내부 또는 포위 공동으로 알려져 있다. 후자의 형태에 비해 전자의 형태가 나타내는 이점은, 사후-공급 위치에서의 높은 금속 정압(metallogical pressure), 즉 높은 정도까지의 헤드의 압력 또는 위에 놓인 금속 기둥이 주물내로의 접속 통로를 통해 공급 금속을 가압하여 사후-공급을 지지하는 것이며, 한편 후자의 형태에서는 사후-공급 공정중 압력이 감소한다. 반면에, 후자의 형태가 나타내는 이점은 평상시 주조 공정에서 높은 금속 수율을 부여하는 것, 즉 후속 재용융(재순환)을 위해 주물로부터 적은 양의 금속이 분리되고, 이것은 또한 용응을 위해 소모되는 에너지를 감소시킨다.
수평 분할면을 갖는 주형과 비교하여, 수직 분할면을 갖는 주형의 상면은 비교적 작은 표면적을 가지며, 이러한 이유로 후자 형태의 주형은 사후-공급의 목적으로 개방 피더 또는 라이저의 사용을 조금만 허용하며, 따라서 일반적으로 이를 위해 상기 블라인드 라이저의 사용을 필 요로하며, 이에 수반하는 상기한 단점 즉, 통로내를 통해 주물에 사후-공급 금속을 가압하기 위한 작은 금속 정압을 갖는다. 이 단점은 경금속 주물, 즉 알루미늄 및 그의 합금 또는 마그네슘 및 그의 합금으로 된 주물을 사후-공급할때 이들 금속의 비교적 작은 비중으로 인해 더욱 현저해진다.
상기 문제를 해결하기 위해 미합중국 특허출원 A-2,568,428호는 주형 공동의 일측 또는 양측에 배치되어 상부가 가압 가스원에 연결 가능한 블라인드 라이저를 개시하며, 그 압력은 라이저의 바닥에서의 금속 정압에 부가되어 사후-공급을 더욱 효과적으로 만든다. 이 참조 기술이 청구 범위 제1항의 서문의 기초를 형성하였다.
[발명의 개시]
수직 분할면을 갖는 주형내의 경금속 주물의 주조는 예컨대 본 출원인에 의해 제조 및 시판되는 디스아마틱(Disamatic) 주형 제조 플랜트 같은 연속-조형(string-moulding)플랜트에서의 주형의 주조에 의해 특히 상업적으로 중요하며, 이러한 이유로 본 발명의 목적은 상기한 결점을 제거할 수 있는 동시에 금속 수율의 증가, 즉 개개의 주형을 주입하는데 사용되는 금속량의 감소를 가능하게 하는 청구범위 제1항의 서문에 기재한 유형의 주형을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 상기한 목적은 청구범위 제1항의 특징부에 기재한 특징에 의해 달성될 수 있다.
지시된 방식으로 주형 공동내의 금속의 응고중 사후-공급 저장소내의 주형의 주입 직후의 저장소내의 금속 정압에 거의 동일한 압력을 유지함에 의해, 사후-공급 저장소를 주형 공동에 연결하는 통로내를 통해 사후-공급 금속을 가압하기 위한 압력이 형성되고, 이 후자의 압력은 피더 또는 라이저내의 금속의 대응 기둥을 이용하여 달성될 수 있는 압력에 대응한다. 따라서, 주형이 주입되었을 때, 이 금속 기둥에 대응하는 양의 액체 금속이 절감된다.
물론, 인가되는 압력은 예컨대 국제 특허출원 WO 93/11892 호에 개시된 바와 같이, 사후-공급 저장소와 관련된 인게이트(ingate) 내의 금속이 응고되거나 이 인게이트가 어떤 다른 방식으로 차단될 때 까지는, 압력이 인가되는 장소에서의 금속 정압을 초과하지 않아야 한다. 인게이트내의 금속이 응고되었거나 인게이트가 차단되었을 때, 임의적으로 인가 압력을 증가시킬 수 있고, 따라서 유효 사후-공급의 확실성을 증가시킨다.
바람직하게, 본 발명에 따른 주형은 청구범위 제2항, 제3항 및 제4항의 특징을 포함할 수도 있다.
본 발명은 또한 청구범위 제5항의 서문에 기재한 유형의 주입 및 냉각 영역에 관한 것이며, 본 발명에 따른 이 영역은 이 청구 범위 제5항의 특징부에 기재한 특징을 나타낸다. 이 주입 및 냉각 영역은 청구범위 제6항 및 제7항에 기재한 바와 같이 구성될 수도 있다.
[도면의 간단한 설명]
이하의 본 발명의 상세한 설명부에서, 본 발명은 첨부 도면을 참조로 더욱 상세히 설명될 것이며, 여기에서
제1도는 주형 제조를 위한 조형기, 이 조형기에 의해 제조된 일련의 주형, 및 플랜트의 주입 및 냉각 영역의 일부를 갖는 연속-조형 플랜트의 부분을 통한 개략 종단면도이고,
제2도는 제1도에 도시된 두 개의 주형으로 제조된 주형의 주입을 나타내는 단면도이다.
[바람직한 실시예의 설명]
제1도는 본 발명에 따른 주형과 주조 및 냉각영역을 갖는 연속-조형 플랜트를 통한 개략 종단면도이다. 이 플랜트는 본 출원인에 의해 제조 및 시판되는 디스아마틱 조형기(造型機)와 동일한 종류의 조형기(25)를 포함한다. 수십년간 시판되어 왔고 전 세계에 걸쳐 주조공장에서 널리 사용되어온 이 조형기의 기능 및 구조의 원리는 당업자에게 잘 알려져 있고 미합중국 특허 제3,008,199호에 개시되어 있으며, 그 때문에 본 설명에서는 단지 간단히 기술한다.
주형 제조에 적합한 수분 함량을 갖는 루즈한 진흙-결합 주물사가 보급 저장소(26)로부터, 한편으로는 패턴(29)을 가지며 유압피스론(27)에 고정된 스퀴즈 플레이트(28)와, 다른 한편으로는 상향 피붓가능한 역압 플레이트(30)와의 사이에 형성된 조형기에 공급되며, 제1도에서 역압 플레이트는 그의 상향 피봇 위치에 도시되어 있고 또한 평판으로 도시된 패턴(31)이 고정되어 있다. 스퀴즈 플레이트(28)가 피스톤(27)에 의해 조형기를 롱해 전진할 때, 주물사는 스퀴즈 플레이트(28)와 하향 피봇된 역압 플레이트(30) 사이 또는 이들에 의해 지지된 패턴들(29 및 31) 사이에서 압축되어 생사(生砂)로 구성되는 주형이 형성된다. 그 다음, 역압 플레이트(30)가 제1도에서 오른쪽으로 이동하여 패턴(31)이 주형으로부터 느슨해지고, 제1도에 도시된 위치로 상방으로 피봇한다. 그 후에, 주형(32)이 피스톤(27)에 의해 제1도에서 오른쪽으로 이동하여 이미 제조된 주형(32)에 맞대어 접촉하고, 그 다음 피스톤(27)이 제거되어 패턴(29)을 주형(32)으로부터 제거한다. 따라서, 일련의 주형들(32)은 적절한 지지체(33)상에서 화살표(A) 방향으로 제1도에서 오른쪽으로 단계적으로 진행하고, 주형(32)에서 하류로 향하는 성형면은 미리 제조된 주형(32)에서 상류로 향하는 성형면과 협력하여 각각 후술하는 관련공동을 갖는 주형 공동(35)을 형성한다.
이들 주형은 제2도에 개략 단면도로 도시한 바와 같이 적절한 주입장치(34)에 의해 주형 공동이 금속으로 주입되는 주입 스테이션(B)을 단계적으로 진행하고, 그 후에 냉각 영역(C)을 통해 셰이크아웃 그릴(shakeout grille)(도시 않됨)로 단계적으로 진행한다.
이러한 방식으로 형성된 각각의 생사 주형은 주형 공동(35)을 포함하고, 이 주형공동의 바닥은 짧고 넓은 통로를 통해 공급 저장소(36)에 연결되고, 이 공급 저장소는 다시 인게이트(37)와 다운스프루(downsprue)(38)로 구성되는 유입 시스템에 접속되며, 다운스프루는 주형의 상부에서 주입 컵(39)내로 개방된다. 도시된 주형의 실시 예에서, 주형은 주형공동(35)의 상부와 주형의 상면 사이의 중앙 접속부를 구성하는 개발 피더 또는 라이저(40)를 더 포함한다.
본 발명에 따라, 통로(41)는 주형내의 공급 저장소(36)와 소통하며 이 저장소의 하측에서, 각 주형내의 통로(41)는 용응 금속이 투과할 수 없는 플레이트형 부재인 분리기(42)에 의해 차단되며, 이 분리기는 가스 압력하에서 탄력적으로 유연성을 갖고 가스에는 투과성일 수 있다.
본 발명에 따라, 채널(43)이 주입 스테이션(B)의 바로 하류의 위치로부터 일련의 주형(32) 아래의 지지체(33)내의 냉각 영역(C)의 적어도 일부를 따라 신장하며, 상기 채널(43)은 주형(32)내의 통로(41) 아래에서 지지체(33)에 위치한다. 채널(43)은 완전히 주입된 주형에서 분리기(42)상의 금속 정압을 초과하지 않는 압력의 압축공기가 공급되며, 상기 공기 압력은 상기 저장소(36)내의 용융 금속의 하면에 상향하는 힘을 가함에 의해 공급 저장소(36)로부터 주형 공동(35)을 공급하는데 기여한다. 공기압력은 기포가 저장소(36)와 통로를 롱해 주형 공동(35)안으로 올라와서 불량 주물을 야기하지 않도록 인가된다.
도시된 주형에서, 개발 피더 또는 라이저(40)가 주형 공동(35)의 상부영역을 사후-공급하는 작용을 하므로, 이 피더 또는 라이저(40)는 자동 주입장치(34)에서 부가적인 목적으로 작용할 수도 있는데, 그 이유는 주형의 완전한 충전을 나타내는 라이저(40)내의 금속의 존재가 주입을 종료하기 위한 신호를 발생시키는데 적합한 적절한 광학적 또는 열적 센서에 의해 기록될 수 있기 때문이다.
또한, 주형열의 종방향(A)으로 신장되는 채널을, 제1도에 도시한 바와 같이 하나로만 설치하지 않고 이들 두 개 이상으로 분할 형성하고, 이중 하나은주입장치(34)에 근접 배치되는 제1부분을 주입된 주형태의 사후-공급 저장소(36)의 바닥에서의 금속 정압을 초과하지 않는 가스 압력을 갖는 가압 가스원에 연결하도록 함과 동시에, 제1부분 하류의 부분들은 더 높은 가스 압력을 갖는 가압 가스원에 연결하도록 변형 구성하는 것도 가능하다.
이때, 주형열의 종방햐(A)으로 신장되는 채널(43)의 상기 제1부분은 주형이 이 부분을 통과하였을 때 주형의 인게이트(37) 및 라이저(40) 내의 금속이 응고가 될 수 있도록 주형열의 종방향(A)으로 길이를 갖도록 구성하는 것도 물론 가능한 것이다.
이와 같이 채널을 여러 형태로 변형하여 가스원을 통하여 공급되는 가스의 공급부나 가스 압력을 조정하여 주도록 한 것은 이들 공급 가스를 통하여 주형의 주조시에 금속 수율을 증가시키도록 하기 위한 목적과 불량 주물의 발생을 억제하도록 하기 위한 것이다.
상기 설명에서, 본 발명은 예시적인 실시예에 기초하여 설명되었지만, 본 발명은 이하에 설정된 청구범위 내에서 여러 가지 방법으로 변형될 수도 있다. 외부 원으로부터 가압 가스를 공급하는 대신에, 상호 화학반응에 의해 가스를 생성하는 반응물(reagent)을 포함하거나 가스를 유리시키거나 발생시킬 수 있는 작용물(agent)을 공급 저장소내에 배치함으로써 가스가 공급 저장소내에 선택적으로 생성될 수 있다. 마찬가지로, 주형의 주입은 도시된 중력식 주입 외에, 예컨대 국제 특허출원 WO 93/11892 호에 개시된 것 처럼 금속을 아래로부터 주형내로 펌핑한 후 유입부를 차단함으로써 행해질 수 있다.
또한, 상기 작용물은 발열반응에 의해 열을 부분적으로 발생시키고 적절한 단열 성질을 부분적으로 갖는 첨가제를 포함할 수도 있다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
A : 방향 / 화살표 B : 주입 스테이션
C : 냉각 영역 25 : 조형기
26 : 보급 저장소 27 : 피스톤
28 : 스퀴즈 플레이트 29 : 패턴
30 : 역압 플레이트 31 : 패턴
32 : 주형 33 : 지지체
34 : 주입 장치 35 : 주형 공동
36 : 공급 저장소 37 : 인게이트
38 : 다운스프루 39 : 주입 컵
40 : 피더/라이저 41 : 통로
42 : 분리기 43 : 채널

Claims (8)

  1. 연속-조형 플랜트내의 생사로 이루어진 두 개의 상호 접하는 주형(32)으로 구성되고, 이 주형은 하나이상의 주형공동(35), 이 주형 공동(35)에 연결된 인게이트(37) 및 인게이트(37)의 단면적 보다 상당히 큰 단면적의 통로를 통해 주형 공동(35)에 연결되고 가압 가스원에 연결가능한 내부 사후-공급 저장소(36)로 이루어지며 특히 아래로부터 경금속 주물을 주입하기 위해 수직 분할면(들)을 갖는 주형에 있어서, 상기 사후-공급 저장소(36)는 상기 주형 공동(35)의 아래에 배치되고 그 측벽의 하부가 인게이트(37)에 접속되며, 또한 주형의 외면내로 개방되는 통로(41)를 통해 그의 바닥에서 가압 가스원에 접속되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 주물내에 수축 공간을 공급하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 사후-공급 저장소(36)와 통로(41)사이에 액체 금속은 통과할 수 없는 재료로 된 부재(42)가 배치되어 있고, 상기 통로를 통해 저장소가 가압 가스원에 접속될 수 있는 것을 특징으로 하는 금속 주물내에 수축 공간을 공급하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 부재(42)는 가스 압력이 작용할 때 유연해질 수 있는 것을 특징으로 하는 금속 주물내에 수축 공간을 공급하는 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 부재(42)가 가스 투과성인 것을 특징으로 하는 금속 주물내에 수축 공간을 공급하는 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 부재(42)가 가스 투과성인 것을 특징으로 하는 금속 주물내에 수축 공간을 공급하는 장치.
  6. 개개의 주형이 주입장치를 지나 단계적으로 진행하는 동안이 개개의 주형을 연속적으로 주입하기 위한 장치(34)를 가지며, 주입된 주형을 냉각하고, 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 따른 주형을 구비하는 연속-조형 플랜트내의 주입 및 냉각영역에 있어서, 하나이상의 가압 가스원에 접속되어 주입장치(34)의 바로 하류 위치로부터 주형 열의 종방향(A)으로 신장하는 채널(43)을 구비하며, 이 채널(43)은 주형의 외면내로 개방되는 통로(41)와 소통하도록 주형과 맞닿아 있는 것을 특징으로 하는 금속 주물내에 수축 공간을 공급하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 주형 열의 종방향(A)으로 신장하는 채널(43)은 두 개이상의 부분으로 분할되고, 그중 주입장치(34)에 근접 배치된 제 1부분은 주입된 주형내의 사후-공급 저장소(36)의 바닥에서의 금속 정압을 초과하지 않는 가스 압력을 갖는 가압 가스원에 연결되어 있는 반면, 상기 제 1부분 하류의 부분(들)은 더 높은 가스압력을 갖는 가압 가스원에 연결되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 주물내에 수축 공간을 공급하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 주형 열의 종방향(A)으로 신장하는 채널(43)의 상기 제1 부분은 주형이 이 부분을 통과하였을 때 주형의 인게이트(37) 및 라이저(40)내의 금속이 응고될 수 있도록 상기 방향(A)으로 길이를 갖도록 구성하는 것을 특징으로 하는 금속 주물내에 수축공간을 공급하는 장치.
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