KR100302674B1 - 플랜지용 스테인레스재 후판의 원심주조방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스테인레스 스틸(이하, 스테인레스라 함)을 소재로 중앙에 통공이 구비된 원반형 후판을 원심주조하되 주조된 후판의 표면을 가공하여 수용가에서 요구하는 칫수의 플랜지로 제작함으로써 조직이 치밀한 제품을 양산할 수 있는 플랜지용 스테인레스재 후판의 원심주조방법 및 그 장치에 관한 것으로,

즉, 모터의 회전구동력이 벨트와 회전풀리를 통해 전달되어 회전되는 회전축에 하금형과 상금형으로 구성된 주조금형 설치하되 상기 하금형의 바닥면 중앙에 원형홈을 형성하여 이에 내화재로 된 분리부재를 타설하고 상기 상금형의 중앙부에 분리부재와 동일크기의 주입구를 형성하여 주조금형이 회전되는 상태에서 주입구를 통해 약 1800℃의 스테인레스 용융액을 주입하며, 상기 주조금형내에 주입된 용융액에 원심력이 가해지면서 성형실 내부의 가장자리로부터 내측 중심을 향해 점진적으로 충진이 이루어지게 하였고, 상기 용융액이 주입되는 주입구를 통해 그 내부로부터 용융액이 역으로 밀려나올 때를 시점으로 주조를 완료하게 된 것이다.

Description

플랜지용 스테인레스재 후판의 원심주조방법 및 그 장치{Centrifugal casting method and apparatus stainless steel plate for flange}

본 발명은 플랜지용 스테인레스재 후판의 원심주조방법 및 그 장치, 보다 상세하게는 스테인레스 스틸(이하, 스테인레스라 함)을 소재로 중앙에 통공이 구비된 원반형 후판을 원심주조하되 주조된 후판의 표면을 가공하여 수용가에서 요구하는 칫수의 플랜지로 제작함으로써 조직이 치밀한 제품을 양산할 수 있는 플랜지용 스테인레스재 후판의 원심주조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 플랜지(Flange)는 수도관, 가스관 및 송유관 등의 단부에 형성되어 관이음이나 또는 축이음과 같이 부품을 접속 및 연결하는 기능으로 사용되고 있으며, 상기 배관재 중 산화와 부식에 대해 취약하고 고압이 요구되는 부분에는 이에 대응할 수 있는 내식성과 내구성 및 내압성을 가진 스테인레스재의 관을 사용하되, 이를 연결하기 위해 동일한 소재인 스테인레스재의 플랜지를 관의 단부에 형성하였다.

스테인레스 관에 접합되는 동일 소재의 플랜지를 만들기 위한 종래 기술의 일예로서, 스테인레스재의 봉체를 요구하는 두께로 절단하여 원판을 얻은 후 이 원판에 배관재의 관로에 연통되는 중공부와 볼트가 삽입되는 체결공을 각각 천공하여 된 방법이 주종을 이루고 있다.그러나, 상기 스테인레스 봉체를 절단하여 플랜지의 모재가 되는 원판을 얻는 방법은, 제철소에서 이미 만들어진 재료를 사용함으로써 소재의 조직이 치밀한 특성을 유지할 수 있었으나, 절단공정에 많은 시간이 소요되어 생산성이 떨어지게 되고, 절단된 원판에 관로의 내경과 동일 내지 비슷한 크기의 중공부 및 체결공을 뚫는 공정에서 재료의 손실이 많아지게 되어 플랜지의 제작원가가 상승됨으로써, 스테인레스재의 플랜지를 갖춘 강관은 고압의 기밀이 요구되는 요소에 제한적으로 사용하고 있는 실정이다.

한편, 상기 플랜지의 생산성 저하를 해결하기 위한 종래 기술의 다른예로서 도 6에서와 같이 분리판(A)의 좌우 양측에 금형(B)(C)을 위치시키되 그의 중심에 중자(D)를 위치되게 하여 클램프로 결합한 다음, 상기 금형의 압탕구와 주입구(E)를 상부로 향하게 한 상태에서 스테인레스 용융액을 상기 주입구를 통행 주입시켜 불순물이 압탕구로 나올 때 까지 주입하고 성형이 완료되면, 금형을 분리시켜 주입구와 압탕구 부위의 응고물을 절단하여 플랜지의 모재가 되는 원판현으로 가공하게 된 것이다.

그러나, 이와 같은 일반 주조법은 스테인레스의 용융액의 온도가 일반금속의 용융온도 보다 월등히 높은 1800℃에 이르고 소재의 성질상 냉각시간이 약 3초 정도로 매우 짧으므로, 주조과정에서 주입구로부터 압탕구로 용융액이 이동될 때 유동성이 결여된 상태에서 성형이 이루어지게 되어 이를 플랜지로 가공할 때 기포의 발생률이 많았으며, 이에 따라 소재의 표면으로 노출된 기포를 메우기 위해 용접 또는 재가공해야 되는 폐단이 있었음은 물론 주입구와 압탕구에 형성된 응고물로 인하여 소재의 손실율이 얻고자 하는 제품의 약 30%에 이르는 결점과 소재의 조직이 치밀하지 못하여 고압에 대응하는 용도로 사용할 수 없는 문제점이 있었다.상기 종래의 스테인레스 원판의 주조에 따른 문제점을 해소하고자 도 7에서와 같이 주조 금형(a)을 횡설하여 이를 로울러(b)로 회전시키면서 회전금형의 측방 주입구(c)를 통해 스테인레스 용융액을 주입하여 중공관을 제조한 후 이를 일정두께로 절단하여 플랜지로 제작하는 방법도 알려진 바 있다.그러나 상기 회전주형에 의한 제조방법은 기포가 발생되지 않고 조직이 치밀한 잇점은 있으나 성형된 중공관을 일정 두께로 절단하여 플랜지로 만들기 위해 레이저 또는 톱날 절단기를 사용함으로써 스테인레스 소재의 특성상 절단에 장시간이 소요되어 실용화 되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명은 이와 같은 종래의 스테인레스를 소재로 원판을 주조할 때의 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 그 목적은 재료의 낭비를 방지하고 가공공정을 간편하게 할 수 있는 플랜지용 스테인레스재 후판의 원심주조방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.본 발명의 다른 목적은 성형품질을 향상시키면서 다량으로 생산할 수 있는 플랜지용 스테인레스재 후판의 원심주조방법 및 그 장치를 제공함에 있다.이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 모터의 회전구동력이 벨트와 회전풀리를 통해 전달되어 회전되는 회전축에 하금형과 상금형으로 구성된 주조금형 설치하되 상기 하금형의 바닥면 중앙에 원형홈을 형성하여 이에 내화재로 된 분리부재를 타설하고 상기 상금형의 중앙부에 분리부재와 동일크기의 주입구를 형성하여 주조금형이 회전되는 상태에서 주입구를 통해 약 1800℃의 스테인레스 용융액을 주입하며, 상기 주조금형내에 주입된 용융액에 원심력이 가해지면서 성형실 내부의 가장자리로부터 내측 중심을 향해 점진적으로 충진이 이루어지게 하였고, 상기 용융액이 주입되는 주입구를 통해 그 내부로부터 용융액이 역으로 밀려나올 때를 시점으로 주조를 완료하게 됨을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예의 플랜지로 사용하기 위한 스테인레스재 후판의 주조장치를 나타낸 단면구성도,

도 2는 상기 스테인레스재 후판 주조장치의 회전주형을 발췌하여 그 주탕상태를 나타낸 단면도,

도 3은 상기 스테인레스재 후판 주조장치의 회전주형을 발췌한 분리사시도,

도 4는 본 발명의 원심주조방법에 의해 만들어진 스테인레스재 후판의 사시도,

도 5a, 5b 및 5c는 본 발명에 의한 여러 유형의 주조상태를 각각 나타낸 단면구성도,도 6 및 도 7은 종래의 일반주조기의 주형과 원심주조기의 회전주형을 각각 나타낸 단면구성도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 본체 2 : 지지관

3 : 회전축 4, 4a : 베어링

5 : 회전풀리 6 : 금형취부판

7 : 하금형 7a : 상금형

8 : 볼트 9 : 분리부재

10 : 주입구 F : 플랜지 모재

이하, 본 발명의 플랜지용 스테인레스재 후판의 원심주조방법 및 그 장치를 첨부도면을 참조하여 설명한다.도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예의 플랜지로 사용하기 위한 스테인레스재 후판의 주조장치와 그 회전주형을 발췌한 단면구성도이고, 도 3은 상기 스테인레스재 후판 주조장치의 회전주형을 발췌한 분리사시도이며, 도 4는 본 발명의 원심주조방법에 의해 만들어진 스테인레스재 후판의 사시도이다.본체(1)의 중앙에 형성된 지지관(2)에 수직으로 기립되게 회전축(3)이 설치되어 이의 상하부위가 베어링(4)(4a)으로 지지되고, 상기 회전축(3)의 하단에는 모터(50)의 회전력이 벨트(52)를 통해 전달되도록 회전풀리(5)가 접합되어 있다.상기 회전축(3)의 상단에는 금형이 안착되는 금형취부판(6)이 형성되어 이에 하금형(7)이 고정되고, 상기 하금형(7)의 바닥면 중앙에는 성형하기 위한 스테인레스 후판의 중앙에 구비되는 통공과 같은 크기의 원형홈(7b)이 파여져 있되 이 원형홈(7b)에는 원심주조 과정에서 스테인레스 용융액의 부착을 방지하도록 내화재로 된 분리부재(9)가 바닥면과 동일높이로 타설되어 있다.상기 하금형(7)에 상응하는 상부에는 적당한 두께의 공간으로 된 성형실을 구성하는 상금형(7a)이 결합되어 다수의 볼트(8)로 고정되고, 상기 상금형(7a)의 상부면 중앙부위에는 스테인레스 용융액이 주입되는 탕구의 작용을 하는 주입구(10)가 상기 하금형(7)의 원형홈(7b)에 타설된 분리부재(9)와 동일크기로 형성되어 있다.

상기 상하부 금형(7a)(7)의 외측에는 성형시 용융물의 비산을 방지하도록 적당한 간격을 두고 보호벽판(54)이 설치되어 있다.

이와 같은 본 발명은 도 4에서와 같이 스테인레스재로 중앙에 통공이 구비된 원반형의 후판(이하, '플랜지 모재(F)'라 칭함)을 원심주조하게 된 것으로, 그 주조방법에 있어 모터(50)의 구동에 의해 벨트(52)와 회전풀리(5)를 통해 회전축(3)에 동력이 전달되어 이의 상단부에 설치된 하금형(7)가 상금형(7a)으로 구성된 주조금형이 회전하게 된다.

이때, 성형하기 위한 플랜지 모재(F)의 외경이 작고 두께가 얇은 경우에는 회전축(3)의 회전속도를 1500rpm 정도로 회전되도록 하고, 플랜지 모재의 외경이 크고 두께가 두꺼운 경우에는 500rpm 정도로 회전되도록하며, 즉 주조하기 위한 플랜지 모재의 규격에 따라 주조금형의 회전수를 가감되게 설정한다.

상기와 같이 회전되는 주조금형에 약 1800℃의 스테인레스 용융액을 상금형(7a)의 주입구(10)를 통하여 주입하게 되면, 용융액에 원심력이 가해지면서 성형실 내부의 가장자리로부터 내측 중심을 향해 점진적으로 충진이 이루어지게 되고, 충진이 완료되는 시점에서는 용융액이 주입되는 주입구(10)로부터 용융액이 역으로 밀려나오게 되어 이를 시점으로 주조를 완료하게 된다.

상기 용융액이 주입되는 원심주조 과정에서 하금형(7) 바닥의 원형홈(7b)에 타설되어 있는 분리부재(9)는 상금형(7a)의 주입구를 통해 스테인레스 용융액이 유입될 때 하금형의 바닥에 스텐레스 용융액이 점착되지 않도록 하면서 원심작용이 신속하게 이루어지도록 유도를 하며, 동시에 고온의 스테인레스 용융액의 온도에 의해 금형에 변형이 발생되지 않도록 하는 작용을 한다.

상기와 같이 주조금형에 스테인레스 용융액의 주입되어 주조가 완료된 상태에서 모터(50)를 정지시켜 주조금형을 구성하는 상금형(7a)을 고정시킨 볼트(8)를 풀어 상금형을 분리시킨 후 주조된 플랜지 모재(F)를 하금형(7)으로부터 안출시키고, 이때 1회 또는 다수회 동안 원심주조할 때 하금형(7) 바닥의 원형홈(7b)에 타설되어 있던 내화물로 된 분리소재(9)에 손상이 발생되었을 경우에는 보수 또는 새로운 내화물을 채운 상태에서 다음 차례의 주조를 위하여 하금형(7) 위에 상금형(7a)을 다시 결합하여 주조금형을 구성하여 연속된 작업을 진행하게 된다.한편, 도 5a, 5b 및 5c는 본 발명에 의한 여러 유형의 주조상태를 각각 나타낸 단면구성도로서, 상금형(7a)에 구비된 주입구(10)의 직경(L)과 하금형(7) 바닥의 원형홈(7b)에 타설되는 분리부재(9)의 직경이 상호 일치된 상태에서 원심주조를 할 경우, 도 5a에서와 같이 플랜지 모재(F)의 중앙부에 설계치에 의한 통공이 형성된다.그러나 도 5b에서와 같이 주입구(10)의 직경(L)에 비해 하금형(7) 바닥의 원형홈(7b)에 타설되는 분리부재(9)의 직경(L')이 크거나, 도 5c에서와 같이 주입구(10)의 직경(L)에 비해 하금형(7) 바닥의 원형홈(7b)에 타설되는 분리부재(9)의 직경이(L')이 작을 경우에는 주조된 플랜지 모재(F)의 통공이 설계치에 의한 규격에 맞지 않게 됨으로써, 주입구(10)의 직경(L)과 분리부재(9)의 직경(L')이 상호 일치되도록 하는 것이 가장 바람직 하나 약간의 허용공차는 가능하다.

그러므로 상기의 원심주조 과정에서 하금형의 바닥면 중앙에 원형으로 타설된 분리부재는 하금형의 열변형을 방지하고 플랜지의 중공부 또는 하금형의 바닥에 스텐레스 소재가 접착되지 않도록 함은 물론 플랜지 모재의 중앙에 형성되는 통공을 설계치에 일치되도록 하는 작용을 하게 된다.

상기와 같이 주조된 플랜지 모재는 원심력에 의한 주조로서 주조과정에 기포등의 발생이 없고 조직이 치밀한 상태로 성형되며, 이 플랜지 모재는 표면가공 및 내외주면을 절삭하는 약간의 가공공정을 거쳐 제품화를 하게 되어 제품화에 따른 공정과 시간을 단축하고 주조용융액의 손실율도 약 1%이내로 하여 생산성이 향상되는 것이다.

또한 본 발명은 다수개의 주조금형을 하나의 본체 내에 일렬 또는 복수열로 설치하여 각 주조금형에 스테인레스 소재의 용융액을 차례로 장입하여 주조를 함으로써 대량생산이 가능하게 된다.

이상과 같은 본 발명의 플랜지용 스테인레스재 후판의 원심주조방법 및 그 장치는 스테인레스 용융액을 원심주조기의 주조금형에서 개별적으로 주조함으로써 기포가 생성되지 않는 긴밀한 조직으로 주조가 이루어지고, 용융액을 주입하기 위한 주입구나 압탕구가 필요치 않으므로 주조과정에서 스테인레스 용융액의 손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.또한 주조된 플랜지 모재가 설계치에 근사한 상태로 제품화가 가능하여 일반 주조 과정에서 발생되는 기표를 메우기 위한 용접이나 중복가공이 소요되지 않는 잇점이 있고, 가공공정과 방법이 용이하여 고품질의 스테인레스재 플랜지를 양산 할 수 있는 장점도 있다.

Claims (2)

1. 모터(50)의 회전구동력이 벨트(52)와 회전풀리(5)를 통해 전달되어 회전되는 회전축(3)에 하금형(7)과 상금형(7a)으로 구성된 주조금형 설치하되 상기 하금형(7)의 바닥면 중앙에 원형홈(7b)을 형성하여 이에 내화재로 된 분리부재(9)를 타설하고 상기 상금형(7a)의 중앙부에 분리부재(9)와 동일크기의 주입구(10)를 형성하여 주조금형이 회전되는 상태에서 주입구(10)를 통해 약 1800℃의 스테인레스 용융액을 주입하며, 상기 주조금형내에 주입된 용융액에 원심력이 가해지면서 성형실 내부의 가장자리로부터 내측 중심을 향해 점진적으로 충진이 이루어지게 하였고, 상기 용융액이 주입되는 주입구(10)를 통해 그 내부로부터 용융액이 역으로 밀려나올 때를 시점으로 주조를 완료하게 됨을 특징으로 하는 플랜지용 스테인레스재 후판의 원심주조방법.
2. 본체(1)의 중앙에 형성된 지지관(2)에 베어링(4)(4a)으로 지지되고 하단에 모터(50)의 회전력이 벨트(52)를 통해 전달되도록 회전풀리(5)가 접합된 회전축(3)이 설치된 것에 있어서,

   상기 회전축(3)의 상단에 형성된 금형취부판(6)에 고정설치된 하금형(7)과, 상기 하금형(7)의 바닥면 중앙에 성형하기 위한 스테인레스 후판의 중앙에 구비되는 통공과 같은 크기의 원형홈(7b)이 파여져 있되 이 원형홈(7b)에 타설되어 원심 주조 과정에서 스테인레스 용융액의 부착을 방지하면서 열화를 방지하도록 내화제로 된 분리부재(9)와, 상기 하금형(7)에 상응하는 상부에 결합되어 다수의 볼트(8)로 고정되고 적당한 두께의 공간으로 된 성형실을 구성하는 상금형(7a)과, 상기 상금형(7a)의 상부면 중앙부위에 하금형(7)의 원형홈(7b)에 타설된 분리부재(9)와 동일크기로 형성되어 스테인레스 용융액이 주입되는 주입구(10)를 포함한 구성을 특징으로 하는 플랜지용 스테인레스재 후판의 원심주조장치.