KR100485126B1 - Precision casting and mold for it - Google Patents
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Abstract
본 발명은 lost-wax casting 법에 따른 정밀주조법 및 이를 위한 주형에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주형의 탕도부(runner)와 원하는 주물(cast-iron) 형상을 위한 공동을 이어주는 압탕부(押湯部, feeder 또는 riser)의 부피가 탕도부 부피의 10배 이상이어서 주조단계에서 굳어지는 해당 주물 부위마다의 냉각속도 차이로 탕도부에 위치한 주물이 끊어져서 외부와 열전도가 차단되게 되어 압탕효과 및 단부효과로 인한 문제를 해결함으로써 정밀하고 균일한 주물을 얻을 수 있는 주조법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 정밀주조법은 길이가 10 내지 25mm이고 부피가 15 내지 500㎣인 물주부, 이 물주부 부피의 10배 이상의 부피를 갖는 압탕 모형부, 및 주물모형부를 연결 형성하는 왁스모형 형성단계; 왁스 모형에 플라스크를 씌우고 매몰재로 플라스크를 매우는 매몰단계; 굳어진 매몰재를 가열하여 왁스를 녹여 제거하고 주형을 형성시키는 탈랍·소성단계; 형성된 주형을 주조기에 올려놓고 용탕을 부어 채우고 대기중에 방치하여 굳게 하며, 주물부위의 냉각 속도 차등으로 인하여 냉각 수축하는 탕도부에 위치한 주물이 끊어지게 되어 열전도를 차단하게 되는 주조단계를 포함하여 이루어진다.The present invention relates to a precision casting method according to a lost-wax casting method and a mold for the same, and more particularly, an inlet for connecting a cavity for a desired cast-iron shape with a runner of the mold. The volume of the part, feeder or riser) is more than 10 times the volume of the tapping part, and the casting located in the tapping part is cut off due to the difference in cooling rate for each casting part that is solidified in the casting step. And it relates to a casting method that can obtain a precise and uniform casting by solving the problem caused by the end effect. Precision casting method according to the present invention is a wax model forming step of forming a water casting part of 10 to 25mm in length and a volume of 15 to 500 kPa, a hot water casting model having a volume of 10 times or more of the water casting volume, and the casting model; Embedding the flask on a wax model and burying the flask with an investment material; A dewaxing and firing step of heating the solid investment material to melt and remove the wax and to form a mold; The casting mold is placed on the casting machine, poured into the molten metal, left in the air to be hardened, and casting is performed to block heat conduction due to breakage of the casting located in the hot water shrinking part due to the difference in cooling rate of the casting part. .
Description
본 발명은 lost-wax casting 법에 따른 정밀주조법 및 이를 위한 주형에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주형의 탕도부(runner)와 원하는 주물(cast-iron) 형상을 위한 공동을 이어주는 압탕부(押湯部, feeder 또는 riser)의 부피가 탕도부 부피의 10배 이상이어서 주조단계에서 굳어지는 해당 주물 부위마다의 냉각속도 차이로 탕도부에 위치한 주물이 끊어져서 외부와 열전도가 차단되게 되어 압탕효과 및 단부효과로 인한 문제를 해결함으로써 정밀하고 균일한 주물을 얻을 수 있는 주조법에 관한 것이다.The present invention relates to a precision casting method according to a lost-wax casting method and a mold for the same, and more particularly, an inlet for connecting a cavity for a desired cast-iron shape with a runner of the mold. The volume of the part, feeder or riser) is more than 10 times the volume of the tapping part, and the casting located in the tapping part is cut off due to the difference in cooling rate for each casting part that is solidified in the casting step. And it relates to a casting method that can obtain a precise and uniform casting by solving the problem caused by the end effect.
정밀주조(情密鑄造, precision casting) 기법은 말 그대로 표현하고자 하는 형태와 텍스처, 치수, 무게 등을 정확하게 주조할 수 있는 방법이다. 특히 금, 백금, 은 등의 귀금속 장신구의 대량 생산에 널리 사용되고 있다. 주형(mold)은 매몰재(埋沒材, investment)를 사용하여 매몰 주조라고도 하며 주물은 미려한 표면을 얻을 수 있으며, 원형을 만들 때는 주로 왁스(wax)를 사용하므로 납형주조(蠟型鑄造, lost wax casting)라고도 하며 직접 금속을 사용하여 작업을 할 때보다 손쉽게 다양한 재질감과 형태의 표현이 가능하다. 주조시에는 원심력이나 진공흡입 또는 흡입가압에 따른 흡입력을 이용하여 말단 세부까지 용탕이 유입되도록 하고 금속 조직을 치밀하게 한다.Precision casting technique is a method that can accurately cast the shape, texture, dimension, weight, etc. to be expressed literally. In particular, it is widely used for mass production of precious metal jewelry such as gold, platinum and silver. Mold is also called investment casting using investment materials. Castings can have a beautiful surface. Lost wax casting is used because mainly wax is used to make a prototype. It is also called) and it is possible to express various textures and forms more easily than when working directly with metal. In the casting process, the melt is introduced to the end detail using centrifugal force or vacuum suction or suction force, and the metal structure is dense.
이러한 정밀주조법은 도 1에 도시된 바와 같이 일반적으로 왁스모형의 형성(modeling, S10)→매몰(investing, S20)→탈랍·소성(dewaxing-burnout, S30)→주조(casting, S40)→마감(finishing, S50)으로 이루어진다. As shown in FIG. 1, the precision casting method is generally performed by forming a wax model (S10) → investing (S20) → dewaxing-burnout (S30) → casting (S40) → finishing ( finishing, S50).
정밀주조법과 관련된 종래기술로는 대한민국 특허등록 제0332405호 (2002.04.01) 『다단 주조형 귀금속 장신구 및 그 제조방법』이 있다. 이 방법은 귀금속 장식을 형성하는 과정에서 용접 방법에 의하지 않고 다단으로 주조를 실행하여 생산단가 및 공정수를 줄여 생산성을 높이고 다양한 디자인과 상품의 균일성을 보장하기 위한 방법이다. The prior art related to the precision casting method is Korean Patent Registration No. 0332405 (2002.04.01) `` Multi-stage casting type jewelry and jewelry and its manufacturing method ''. This method is a method to increase productivity and to ensure uniformity of various designs and products by reducing the production cost and the number of processes by performing casting in multiple stages instead of the welding method in forming the precious metal decoration.
그러나 이러한 제조방법은 정밀한 주물 생산을 방해하는 각종 기포, 특히 가스기포 등으로 인한 주물 표면의 불균일화 문제를 해결하는 것과는 관련이 없다. 또 주조단계에서 이루어지는 용해된 뜨거운 금속의 냉각과정에서 액체에서 고체로의 상태변화에 따른 차등 냉각 수축으로 인하여 발생하는 주물 말단 부위의 훼손(이를 '단부효과'(end effect)라 한다)을 해결하는 것과도 관련이 없다.However, this manufacturing method is not related to solving the problem of non-uniformity of the casting surface due to various bubbles, especially gas bubbles, which hinders the precise casting production. In addition, to solve the damage of the end portion of the casting caused by the differential cooling shrinkage due to the change of liquid to solid state during the cooling of the molten hot metal in the casting step (referred to as 'end effect') It has nothing to do with it.
이러한 기포와 차등 냉각 수축으로 인한 주물 표면의 불균일화 및 말단 훼손을 해결하는 것과 밀접한 기술이 '압탕'(riser)이다. 주형에 주입된 용탕은 상온까지 냉각하는 사이에 액체수축, 응고수축, 고체수축을 한다. 응고는 주형 벽면을 따라서 시작되어 먼저 외형이 고체화되고 나서, 응고의 진행에 따라 내부의 미응고부는 주위의 응고 진행부로 차례대로 탕이 끌려가 마침내 최종 응고부를 채워야 할 탕량이 부족하기 때문에 공간(수축소)을 발생시키게 된다. 이를 방지하기 위해서는 주물 본체보다 늦게 응고되는 만큼의 열량을 갖는 부분을 본체에 부가해서 본체의 최종 응고부로 급탕할 필요가 있다. 이 부가부분을 압탕이라고 한다. 즉 압탕은 수축소 방지 효과를 갖는데, 그 종류로는 정상부 압탕, 횡부 압탕, 블라인드 압탕 등이 있다A technique closely related to resolving unevenness and end damage of the casting surface due to such bubbles and differential cooling shrinkage is 'riser'. The molten metal injected into the mold performs liquid shrinkage, solidification shrinkage and solid shrinkage while cooling to room temperature. Solidification begins along the mold wall and first solidifies its appearance, and as the solidification progresses, the internal non-solidification part is dragged into the surrounding solidification progression part in turn, so that the amount of water required to finally fill the final solidification part is insufficient. Reduction). In order to prevent this, it is necessary to add a portion having a calorific value that solidifies later than the casting main body to the main body and hot water the final solidification part of the main body. This additional part is called pressure. In other words, the hot dip has an effect of preventing shrinkage, and the types of the hot dip include a top press, a horizontal press, and a blind press.
본 발명의 정밀주조법과 같은 정상부(top) 압탕과 관련된 선행기술로는 대한민국 특허공개 제1989-0006330호(1989.06.13.) 『탕구겸용 압탕을 이용한 주조법』이 있는데, 이 공개특허는 주입컵, 탕구, 탕도 및 압탕의 역할을 동시에 수행하는 탕구 겸용 압탕계를 통하여 주물 자체의 회수율을 높이고자 하는 것이나, 고품질의 주물을 얻는 것과는 무관하다. The prior art related to the top of the top such as the precision casting method of the present invention is the Republic of Korea Patent Publication No. 1989-0006330 (July 13, 1989) `` Casting method using a hot-dip forging pressure, '' this published patent, It is irrelevant to increase the recovery rate of the casting itself through a hot dip combined pressure gauge that simultaneously plays the role of a hot dip, a hot dip, and a hot dip, or obtains a high quality casting.
압탕을 설치하지 않고 긴 봉이나 판재를 주조할 때 양끝으로부터 어떤 길이까지는 건전한 조직이 얻어진다. 이것은 다른 곳보다 끝부분에서의 열방출이 커서 이곳에서부터 방향성 응고가 진행되기 때문이다. 또한 이러한 긴 봉이나 판재의 중앙지점 적절한 곳에 압탕을 설치하여 수평으로 주조하면 압탕으로부터 양쪽의 얼마만큼의 거리까지는 압탕의 급냉에 의해 건전한 조직이 얻어지고 이 이외의 지점은 수축에 의해 건전하지 못한 곳이 생기게 된다. 이러한 두 효과를 각각 단부효과(end effect)와 압탕효과(riser effect)라고 정의한다. 만일 여러 가지 두께를 갖는 주물을 만든다면 두께가 서로 다른 부분의 경계부분의 어느 한쪽에는 건전성에 문제가 생기는 부분이 나타날 것이다. 만일 두께가 얇은 것을 두꺼운 것에 붙여 놓는다면 두꺼운 쪽의 건전한 구역의 넓이는 짧은 쪽의 것보다 적어진다. 역으로 얇은 부분 옆에 두꺼운 부분이 붙어 있으면 두꺼운 부분이 없는 경우보다 있는 경우에 건전한 영역이 얇은 쪽에 더 크게 나타난다. When casting long rods or plates without the installation of a hot water, sound tissue is obtained from both ends to a certain length. This is because the heat dissipation at the end is greater than anywhere else, and directional solidification proceeds from here. In addition, if the hot water is installed horizontally by placing the hot water in a suitable place at the central point of the long rod or plate, a sound structure can be obtained by rapid cooling of the hot water from the hot water to a certain distance from both sides. Will be produced. These two effects are defined as end effects and riser effects, respectively. If castings with different thicknesses are made, either side of the boundary between the different thicknesses will have a problem with soundness. If the thicker ones are attached to the thicker ones, the area of the healthy area on the thicker side is less than that of the shorter ones. Conversely, if there is a thick section next to the thin section, the healthy area appears larger on the thin section when there is no thick section.
종래의 어떠한 주조법으로도 단부효과, 압탕효과 및 가스기포로 인한 주물의 불균일화를 완전히 해소할 수 없었다. 특히 예를 들어 지름 10cm, 두께 0.5mm의 금속 원판과 같이 넓고 얇은 주물을 주조할 경우에는 균일한 두께를 갖는 주물을 얻는 것은 불가능하였다.No conventional casting method was able to completely eliminate the unevenness of the casting due to the end effect, the squeeze effect and the gas bubbles. In particular, when casting a wide and thin casting such as a metal disc having a diameter of 10 cm and a thickness of 0.5 mm, it was impossible to obtain a casting having a uniform thickness.
본 발명은 상기와 같은 종래 주조법에서 먼지·매몰재·가스 기포, 단부효과와 압탕효과로 인한 주물의 불균일화를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 주조단계에서 주물 냉각시 탕도부에 위치한 주물이 절단되어 외부와 압탕부의 열전도를 차단할 수 있도록 탕도부와 압탕부의 특정 부피비, 압탕부의 일정 형태, 탕도부의 길이 및 지름을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in order to solve the unevenness of the casting due to the dust, investment material, gas bubbles, end effect and the pressure effect in the conventional casting method, the present invention is found in the casting part located during the casting cooling in the casting step The purpose of the present invention is to provide a specific volume ratio of the tapping part and the tapping part, a predetermined form of the tapping part, the length and diameter of the tapping part so that the cut and cut off the heat conduction of the outside and the tapping part.
또 용탕을 주형에 부을 때 가스 기포가 발생되는 것을 방지하기 위하여 압탕부 지름에 대비되는 주형 탕도부의 특정 지름을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is also an object of the present invention to provide a specific diameter of the mold inlet portion compared to the diameter of the inlet portion in order to prevent the gas bubbles generated when pouring the molten metal in the mold.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 정밀주조법은 길이가 10 내지 25mm이고 부피가 15 내지 500㎣인 물주부, 이 물주부 부피의 10배 이상의 부피를 갖는 압탕 모형부, 및 주물모형부를 연결 형성하는 왁스모형 형성단계; 왁스 모형에 플라스크를 씌우고 매몰재로 플라스크를 매우는 매몰단계; 굳어진 매몰재를 가열하여 왁스를 녹여 제거하고 주형을 형성시키는 탈랍·소성단계; 형성된 주형을 주조기에 올려놓고 용탕을 부어 채우고 대기중에 방치하여 굳게 하며, 주형의 탕도부와 압탕부의 부피 차이에 의한 주물부위의 냉각 속도 차등으로 인하여 냉각 수축하는 탕도부에 위치한 주물이 끊어지게 되어 열전도를 차단하게 되는 주조단계; 및 주형과 주물의 분리 및 분리된 주물의 후처리를 거치는 마감단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, the precision casting method according to the present invention includes a water casting part having a length of 10 to 25 mm and a volume of 15 to 500 mm, a hot water casting model part having a volume of 10 times or more of the water casting volume, and a casting model part. Forming a wax model; Embedding the flask on a wax model and burying the flask with an investment material; A dewaxing and firing step of heating the solid investment material to melt and remove the wax and to form a mold; Place the formed mold on the casting machine, fill it with molten metal, leave it in the air to harden it, and the casting located in the hot water part that cools and contracts due to the difference in the cooling speed of the casting part due to the volume difference between the hot water part and the hot water part of the mold Casting to block heat conduction; And a finishing step of subjecting the mold and the casting to separate and post-processing of the separated casting.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 정밀주조법 및 이를 위한 주형을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the precise casting method and the mold for this.
먼저 도 1 및 도 2a에서와 같이, 왁스 모형(10)을 형성한다(S10). First, as shown in FIGS. 1 and 2A, a wax model 10 is formed (S10).
왁스 모형(10)은 10 내지 25mm의 길이와 15 내지 500㎣의 부피를 갖는 물주부(13), 이 물주부(13) 부피의 10배 이상의 부피를 갖는 압탕 모형부(15), 및 주물모형부(17)가 연결된 형태이다.The wax model 10 includes a water casting part 13 having a length of 10 to 25 mm and a volume of 15 to 500 mm 3, a pressure modeling part 15 having a volume of 10 times or more of the volume of the water casting part 13, and a casting model. The unit 17 is connected.
왁스는 하드왁스와 소프트왁스가 있는데, 본 발명의 정밀주조용으로는 톱질, 줄질, 조각, 사포질, 속파내기 등의 가공을 통하여 의도한 대로의 성형이 가능한 하드왁스 또는 사출이 가능한 소프트 왁스가 모두 적합하다. 그러나 왁스 대신에 사용될 수 있는 나무, 플라스틱, 점토 등을 이용할 수 있으며, 이러한 모형 제작을 위한 원료로 인하여 본 발명의 주형과 관련된 보호 범위가 제한되는 것은 아니다.Waxes include hard waxes and soft waxes. For the precision casting of the present invention, all of the hard waxes or injectionable soft waxes can be molded as intended through processing such as sawing, filing, engraving, sanding, and digging. Suitable. However, wood, plastic, clay, or the like may be used instead of the wax, and the scope of protection associated with the mold of the present invention is not limited by the raw materials for manufacturing the model.
[물주부 부피]:[압탕모형부 부피]는 바람직하기로는 1:10 내지 1:350, 보다 바람직하기로는 1:20 내지 1:250의 비율을 갖는 것이 좋다고 할 수 있는데, 이는 금, 은, 백금과 같은 귀금속 및 각종 금속 및 합금에 대하여 반복된 실험을 통하여 경험적으로 얻어진 비율이다. [Water volume part]: [The hot water model volume] is preferably in the ratio of 1:10 to 1: 350, more preferably 1:20 to 1: 250, which is gold, silver, The ratio obtained empirically through repeated experiments on precious metals such as platinum and various metals and alloys.
'바람직하다'라는 것은 이후의 주조단계(S40)에서 외기와 직접 접촉하여 급속 냉각되는 주형의 탕도부(23, 모형(10)의 물주부(13) 부위에 해당)에 위치한 주물(C, 도 2d 참조)이 압탕부(25)와의 차등 냉각에 의한 수축률 차이로 끊어져 외부와의 열전도를 차단하기에 적합하다는 것이다(도 2d의 C1 부분). 특히 [물주부 부피]:[압탕모형부 부피]가 1:20 내지 1:250일 경우에 주형(20)의 탕도부(23)에 위치한 주물의 절단 확률은 90% 이상이었다.'Preferred' is the casting (C, located in the water casting part 23, the water casting part 13 of the model 10) of the mold is rapidly cooled in direct contact with the outside air in the subsequent casting step (S40) 2D) is broken by the difference in shrinkage due to differential cooling with the hot water part 25, and is suitable for blocking thermal conduction with the outside (C1 portion in FIG. 2D). In particular, in the case where the [water pouring volume]: [the hot water casting model volume] is 1:20 to 1: 250, the cutting probability of the casting located in the tapping portion 23 of the mold 20 was 90% or more.
이러한 탕구부(21)에 위치하는 주물의 절단으로 인하여 그렇지 않은 경우에 비하여 나머지 절단부위 내측의 주물이 천천히 냉각되는 효과를 얻을 수 있고, 이에 따라 먼저 냉각되는 주물의 말단부분까지 압탕으로부터 용탕이 원활히 공급되어 단부효과 및 압탕효과로 인한 주물의 불균일화 문제를 해결할 수 있다.Due to the cutting of the casting located in the hot water pouring portion 21, the casting inside the remaining cut portion can be slowly cooled as compared with the other case, so that the molten metal can be smoothly from the hot water to the end of the first cooled casting. It can be supplied to solve the problem of non-uniformity of casting due to the end effect and the squeeze effect.
앞서 물주부(13)의 치수 특정을 길이와 부피로 한 것은 물주부의 단면 형상이 원형, 사각형, 삼각형, 부정형 등인 것을 모두 포괄하기 위한 것이다. 예를 들어 물주부(13)의 형상이 원기둥 형상일 경우 10 내지 25mm의 길이에 1.5 내지 5mm의 지름을 가질 경우 대략적으로 15 내지 500㎣의 사이의 부피를 갖는다. 이하에서는 물주부(13) 및, 이 물주부로 인한 주형(20)의 탕도부(23)의 단면 형상이 원형인 것으로 상정하고 설명할 것이나 이로 인하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.The dimension specification of the water main part 13 was made into length and volume previously to cover all the cross-sectional shapes of a water main part 13, such as a circle, a rectangle, a triangle, an indefinite form. For example, when the water column 13 has a cylindrical shape, when the water column 13 has a diameter of 1.5 to 5 mm in a length of 10 to 25 mm, it has a volume of approximately 15 to 500 mm 3. Hereinafter, it will be assumed that the cross-sectional shape of the water casting part 13 and the tapping part 23 of the mold 20 due to this water casting is circular, but the present invention is not limited thereto.
도 2a에서 모형(10)의 물주부(13) 하부에는 탕구대(11)가 연결되어 있다. 특히 탕구대(11) 내부 중심의 돌출부(11a)로 인하여 도 3에서와 같이 얻어진 주형(20)의 탕구부(21)는 깔대기 모양이 되어 용탕을 붓는 것이 용이하다.In FIG. 2A, a pouring basin 11 is connected to a lower portion of the water main part 13 of the model 10. In particular, because the protruding portion (11a) of the inner center of the molten metal base 11, the molten metal 21 of the mold 20 obtained as shown in Figure 3 is a funnel shape, it is easy to pour the molten metal.
도 3에서와 같이 탕구부(21, sprue) 내의 하부 높이까지 용탕을 부어도, 주조단계에서 탕도부(23, runner)에 위치한 주물이 끊어지는 것에는 영향이 없다. 또한 깔대기 모양의 탕구부(21)를 형성하지 않은 주형을 사용하여도 형성 여부는 본 발명의 핵심인 '주물의 절단으로 인한 열전도 차단'효과를 얻을 수 있다. 즉, 경험에 의하면 [물주부 부피]:[압탕모형부 부피]만 조건을 만족하면 탕구부(21) 없이 탕도부(23)부터 형성된 주형(20)에 용탕을 부어도 탕도부에 위치한 주물은 냉각과정에서 끊어지게 되는 사실을 확인하였다.Even if the molten metal is poured to the lower height in the sprue 21 as shown in FIG. 3, the casting located in the runner 23, runner, is not affected in the casting step. In addition, even if a mold is used that does not form the funnel-shaped mouthpiece 21, it is possible to obtain the effect of 'blocking heat conduction due to cutting of the casting' which is the core of the present invention. That is, according to the experience, if only [water volume part]: [pressure model part volume] satisfies the condition, even if the molten metal is poured into the mold 20 formed from the tap part 23 without the mouth part 21, The casting was found to be broken during the cooling process.
도 2a에 도시된 압탕모형부(15)는 구(球) 형상인데, 이는 구형상 모형부의 제작이 용이하다는 것과, 주조 단계(S40)에서 모형부(15)로 인한 주형(20)의 압탕부(25)가 매끄럽게 각 진 부분이 없어야 주형이 파손될 위험이 적어진다는 공정상의 이점과 관련된 선택이다. 또 이러한 구형상인 압탕모형부(15)가 본 발명의 핵심인 물주부(13)와 압탕모형부(15)의 부피비, 즉 주형(20)의 탕도부(23)와 압탕부(25)의 부피비를 조절하기에 편리하다. 2A is a spherical shape (15) is a spherical shape, which is easy to manufacture the spherical model portion, the casting portion of the mold 20 due to the model portion 15 in the casting step (S40) (25) is an option related to the process advantage that the absence of smooth angles reduces the risk of mold breakage. In addition, the spherical hot water mold part 15 is the volume ratio of the water main part 13 and the hot water mold part 15 which are the cores of the present invention, that is, the hot water part 23 and the hot water part 25 of the mold 20. It is convenient to adjust the volume ratio.
구 형상의 압탕모형부(15)에서 원통형 물주부(13)의 길이는 15 내지 20mm이고 지름은 2.5 내지 3.5mm이며, 압탕모형부(15)의 지름은 물주부(13) 지름의 7 내지 10배일 경우, 부피비 [물주부 부피]:[압탕모형부 부피]는 약 1:20 내지 1:250 사이에 있게 된다.In the spherical shaped hot water mold part 15, the cylindrical water main part 13 has a length of 15 to 20 mm and a diameter of 2.5 to 3.5 mm, and the diameter of the hot water mold part 15 has a diameter of 7 to 10 of the diameter of the water main part 13. If doubled, the volume ratio [water volume]: [the volume of the hot water model] is between about 1:20 and 1: 250.
도 2a에 도시된 주물 모형부(17)의 형상이 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것은 아니다.The shape of the cast model 17 shown in FIG. 2A does not limit the protection scope of the present invention.
다음으로 도 1과 도 2b에서와 같이, 얻어진 왁스 모형(10)에 플라스크(F)를 씌운 후에, 도 2c와 같이 매몰재(I)로 플라스크(F) 내부를 매우는 매몰단계(S20)를 거친다.Next, as shown in FIG. 1 and FIG. 2B, after the flask F is covered with the wax figure 10 obtained, the inside of the flask F is buried with the investment material I as shown in FIG. 2C. .
매몰재(I)는 고온에서 견디는 크리스토발(cristobalite)석(石), 석고 (gypsum), 이산화규소(silica), 경화제 등으로 이루어진 것을 물로 반죽한 것이다.The investment material (I) is kneaded with water made of cristobalite stone, gypsum, silicon dioxide, a hardener, and the like, which are endured at a high temperature.
플라스크(F)에 형성된 구멍(F1)은 이후의 주조단계(S40)에서 사용되는 진공 주조기의 진공 흡입력이 미세한 다공을 형성하는 매몰재로 이루어진 주형(20)에 미쳐 주형 공동의 말단 세부까지 용탕이 유입되도록 하고 주물 조직을 치밀하게 하도록 하기 위한 것이다.The hole F1 formed in the flask F extends to the mold 20 made of an investment material, which forms fine pores, in which the vacuum suction force of the vacuum casting machine used in the subsequent casting step S40 flows into the end detail of the mold cavity. It is intended to make sure that the casting tissue is as compact as possible.
다음으로 도 1에서 탈랍·소성단계(S30)를 통하여 왁스를 녹여 제거하여 주형(20)을 얻는다. 소성은 가마 또는 토치를 이용할 수 있고, 왁스가 150℃에서 팽창하여 매몰재의 표면을 손상시키므로 양질의 주물을 얻기 위하여 소성 전에 증기 탈랍기(steam dewaxer)를 이용하여 증기열로 왁스를 제거하는 것이 바람직할 수 있다.Next, the wax 20 is melted and removed through the dewaxing and firing step S30 in FIG. 1 to obtain a mold 20. Firing may use a kiln or torch, and the wax expands at 150 ° C. and damages the surface of the investment material, so it is preferable to remove the wax by steam heat using a steam dewaxer before firing in order to obtain quality castings. can do.
이어서 주조단계(S40)를 거치는데, 플라스크를 주조기(진공 흡입, 흡입가압, 원심 주조기)에 올려놓고 용해된 금속, 즉 용탕을 붓는다. 이때 용탕은 탕구(湯口, pouring basin)에 차 오를 때가지 중단 없이 연속적으로 부어야 한다. 이때 주입시간을 길게 하여 낮은 온도에서 주입하면 주형을 다 채우지 못한 채 응고하든지 cold shut 등을 야기시키며, 너무 빠르면 주형의 침식, 거친 주물의 표면, 많은 수축소 및 다른 결함 등이 나타날 수 있다. 주철과 같은 금속은 주입 속도에 그리 민감하지 않으나 강철과 같은 금속은 다른 주물용 합금에 비해 응고구간이 높은 온도에 위치하고 있으므로 미리 응고하는 것을 막기 위해 빠르게 주입하여야 한다.Subsequently, passing through the casting step (S40), the flask is placed on a casting machine (vacuum suction, suction pressurization, centrifugal casting machine) and poured molten metal, that is, molten metal. The molten metal must be poured continuously without interruption until it fills the pouring basin. In this case, when the injection time is extended at a low temperature, the mold may be solidified or cold shut without filling the mold. If too fast, the mold may be eroded, the surface of the rough casting, many shrinkages, and other defects may appear. Metals such as cast iron are not very sensitive to the injection speed, but metals such as steel are located at a higher solidification section than other casting alloys, so they must be injected quickly to prevent solidification.
본 발명에서는 탕도부(23, sprue)(이는 결국 모형(10)의 물주부(13)에 해당)의 길이와 직경의 특정을 통하여 본 발명의 핵심인 주조단계(S40)에서 '차등 냉각 수축에 의한 탕도부 해당 주물의 절단에 의한 열전도 차단'이라는 목적달성 외에도 용탕을 주형에 주입할 때 용탕의 유속을 빠르게 한다는 이점도 있다. 이러한 빠른 주입과정을 통해 용탕이 응고되는 것을 방지하고, 주물 절단을 통한 열전도의 차단으로 압탕부에 위치한 주물이 쉽게 굳지 않으므로 금속 용해과정에서 용탕에 흡수되었던 기체가 압탕부로 이동할 수 있는 시간적 여유를 줄 수 있다.In the present invention, the differential cooling shrinkage in the casting step (S40) that is the core of the present invention through the specification of the length and diameter of the spout (23, sprue) (which eventually corresponds to the water portion 13 of the model 10) In addition to achieving the purpose of 'blocking heat conduction by cutting the casting of the molten metal part, the molten metal has an advantage of increasing the flow velocity of the molten metal when the molten metal is injected into the mold. This rapid injection process prevents the molten metal from solidifying and the casting located in the molten metal is not hardened easily due to the blocking of heat conduction through the casting cutting. Therefore, the gas absorbed in the molten metal during the metal melting process can be moved to the molten metal. Can give
경험상 얻어진 탕도부(13)의 길이는 10 내지 25mm, 바람직하기로는 15 내지 20mm이고, 지름은 1.5 내지 5mm, 바람직하기로는 2.5 내지 3.5mm 이었다.Experience has shown that the length of the water supply section 13 obtained is 10 to 25 mm, preferably 15 to 20 mm, and a diameter of 1.5 to 5 mm, preferably 2.5 to 3.5 mm.
참고로 먼지 기포와 매몰재 기포는 공지된 필터나 망 등을 이용하는 방법을 통하여 제거할 수 있다.For reference, dust bubbles and buried material bubbles can be removed by using a known filter or net.
이상에서 설명한 주형(20)에서 탕도부(23, 모형의 물주부 13) 및 압탕부(25, 모형의 압탕모형부(15))의 형태 및 부피비로 인하여, 대기와 직접 접촉하는 탕구부(21)에 위치하는 주물은 급속히 냉각되어 수축되고, 압탕부(25)에 위치하는 주물은 서서히 식게 되어 냉각 수축률에 차이가 생겨 탕도부(23)에 위치하는 주물은 끊어져 도 2d의 주물(C)에서와 같이 절단부위(C1)가 발생한다. In the mold 20 described above, due to the shape and volume ratio of the hot water pouring portion 23 (the water pouring portion 13 of the model) and the hot water pouring portion 25 (the hot water casting model portion 15 of the model), the hot water pouring portion (which is in direct contact with the atmosphere ( The casting located in 21 is rapidly cooled and contracted, and the casting located in the hot water portion 25 cools down gradually, resulting in a difference in cooling shrinkage, and thus the casting located in the water supply part 23 is cut off. As shown in Fig. 1, a cutting site C1 occurs.
이 절단부위(C1)로 인하여 절단부위 상하의 주물 사이에는 열전도가 현격히 저하된다. 즉 열전도도가 높은 금속과는 연결되어 있지 않고 열전도도가 낮은 매몰재를 통해서만 주물 절단부위(C1) 상하가 연결되어 있으므로 그만큼 열전도도가 떨어져 절단부위 하부는 서서히 냉각될 수 있다. 이에 따라 원하는 주물(C)을 위한 주형(20)의 공동부(27)에서는 주물 말단부에 냉각 수축이 일어나도 압탕부(25)로부터 용탕이 원활하게 공급되므로 단부효과와 압탕효과를 방지하여 균일한 표면을 갖는 고품질의 주물을 얻을 수 있다.Due to this cutting site C1, thermal conductivity is significantly reduced between the castings above and below the cutting site. In other words, the upper and lower casting parts (C1) are connected only through the investment material having low thermal conductivity, not connected to the metal having high thermal conductivity, and thus the lower portion of the cutting part may be gradually cooled. Accordingly, in the cavity 27 of the mold 20 for the desired casting (C), even though cooling shrinkage occurs at the casting end portion, the molten metal is smoothly supplied from the hot water portion 25, thereby preventing the end effect and the hot water effect, thereby providing a uniform surface. High quality castings can be obtained.
마지막으로 마감단계(S50)를 거치는데, 이는 주형(20)과 주물(C)을 분리하는 것과 분리된 주물(C)에서 불순물을 제거하는 것 등이다.Finally, the finishing step (S50), which is to separate the mold 20 and the casting (C) and to remove impurities from the separated casting (C).
이상에서 설명한 본 발명에 따른 정밀주조법 및 이를 위한 주형을 도 2a, 도 2d, 도 3과 관련된 실제 제작예를 통하여 구체적으로 설명하도록 한다.Precision casting method according to the present invention described above and the mold for this will be described in detail through the actual production examples associated with FIGS. 2A, 2D, and 3.
도 2a에 도시된 바와 같이 제작된 추리(tree)에 대한 왁스 모형(10)은 청색 사출용 소프트 왁스를 이용한 것이다. 이 모형(10)으로부터 얻은 도 2d의 주물(C)은 은(銀)을 녹여 얻은 것이다.The wax figure 10 for the tree produced as shown in FIG. 2A uses a blue injection soft wax. The casting (C) of FIG. 2D obtained from this model 10 was obtained by melting silver.
도 3은 도 2a의 모형(10)으로부터 얻어진 주형(20)을 나타낸 것으로, 모형(10)의 주물모형부(17)로 인한 주물공동부(27)는 모형에 비하여 개략적으로 나타내었다. 탕도부(23, 모형의 물주부 13에 해당) 길이는 15mm, 직경은 3mm이었고, 구형 압탕부(25, 모형의 압탕모형부 15에 해당)의 직경은 21mm이었다. FIG. 3 shows the mold 20 obtained from the model 10 of FIG. 2A, and the casting cavity 27 due to the casting model 17 of the model 10 is schematically shown in comparison with the model. The length of the tapping part 23 (corresponding to the water main part 13 of the model) was 15 mm and the diameter was 3 mm, and the diameter of the spherical indenting part 25 (corresponding to the model 15 of the hot water model) was 21 mm.
또 압탕부(25) 하부의 주물공동부(27)에서 나무 줄기(27a)에 해당하는 부분은 대체로 탕도부(23)의 지름과 비슷하였고, 줄기(27a)와 나뭇잎(27c)을 잇는 가지(27b)는 그 지름이 1.8mm로 탕도(23) 보다 가늘어 투입된 용탕의 유속이 빨라지도록 하여 주물 말단부의 미세한 부분까지 주조되도록 하였다.In addition, the part corresponding to the tree trunk (27a) in the casting cavity (27) in the lower part of the pressure portion (25) was generally similar to the diameter of the waterway portion (23), branches connecting the stem (27a) and leaves (27c) (27b) has a diameter of 1.8 mm so that the flow rate of the molten metal, which is thinner than the water supply 23, is faster, so that it can be cast to the fine part of the end portion of the casting.
탕도부(23) 부피와 압탕부(25) 부피는 다음과 같다.The volume of the tapping part 23 and the volume of the pressure part 25 are as follows.
탕도부 부피 = (반지름)2 ×π×높이Volume of tap water = (radius) 2 × π × height
= 1.52 ×π×15 = 33.75π= 1.5 2 × π × 15 = 33.75π
압탕부 부피 = 4/3 ×π×(반지름)3 Pressure part volume = 4/3 × π × (radius) 3
= 4/3 ×π×(10.5)3 ≒ 1543.5π= 4/3 × π × (10.5) 3 ≒ 1543.5π
그러므로 [탕도부 부피] : [압탕부 부피] ≒ 1 : 46 이다.Therefore, the volume of the hot water portion: the volume of the hot water portion ≒ 1: 46.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 정밀주조법 및 이를 위한 주형은 모형(10)으로부터 얻어진 주형(20)의 탕도부(23) 길이가 10 내지 25mm, 부피가 15 내지 500㎣이고, 압탕부(24)의 부피가 탕도부(23) 부피의 10배 이상, 바람직하기로는 10배 내지 350배, 보다 바람직하기로는 20배 내지 250배인 것이 경험·실험적으로 주조단계(S40)에서 탕도부(23)에 위치한 주물(C)이 차등 냉각 수축에 의하여 끊어지도록 하고, 이 절단부위(C1) 상하의 열전도를 차단하여 절단부위 하부의 주물을 열적으로 보호함으로써 종래의 주조법이 갖는 단부효과 및 압탕효과로 인하여 주물 말단 부위에서 발생되는 불균일 문제를 해결할 수 있다.As described above, the precision casting method and the mold therefor according to the present invention have a length of 10 to 25 mm, a volume of 15 to 500 mm, and a pressure part of the mold 20 of the mold 20 obtained from the model 10. The volume of 24 is 10 times or more, preferably 10 times to 350 times, and more preferably 20 times to 250 times, the volume of the tapping part 23. The casting (C) located in 23) is cut off by differential cooling shrinkage, and the thermal conductivity above and below the cutting portion (C1) is blocked to thermally protect the casting under the cutting portion, thereby providing the end effect and the crushing effect of the conventional casting method. This can solve the non-uniformity caused at the end of the casting.
또 압탕부(25)의 형상을 구형으로 하여 제작 용이성을 얻고 주조단계에서 고온의 용탕으로 인하여 주형(20)이 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 깔대기 형상의 탕구부(21)를 통하여 용탕의 주입이 용이하다.In addition, the shape of the pressure portion 25 to the spherical shape to facilitate the production and to prevent the mold 20 from being damaged due to the high temperature molten in the casting step, the injection of the molten metal through the funnel-shaped spout 21 This is easy.
이와 더불어 탕도부(23) 지름을 종래의 것(8 내지 10mm) 보다 작은 1.5 내지 5mm, 바람직하기로는 2.5 내지 3.5mm로 하여 탕구부(21)를 통하여 주형(20)의 공동부(27)로 투입되는 용탕의 유속을 빠르게 함으로써 주입과정에서 용탕이 응고되는 것을 방지하고, 주물 절단을 통한 열전도의 차단으로 압탕부에 위치한 주물이 쉽게 굳지 않으므로 금속 용해과정에서 용탕에 흡수되었던 기체가 압탕부로 이동할 수 있는 시간적 여유를 줄 수 있으므로 주물의 표면이 매끄럽고 균일하게 할 수 있으며, 주물(C) 내부에 공동이 생기는 현상을 방지할 수 있다. In addition, the cavity 27 of the mold 20 is provided through the spout 21 by setting the diameter of the water supply portion 23 to 1.5 to 5 mm, preferably 2.5 to 3.5 mm, smaller than the conventional one (8 to 10 mm). By speeding up the flow rate of the molten metal, the molten metal is prevented from solidifying during the injection process, and the casting of the molten metal is not easily hardened due to the blocking of heat conduction through the cutting of the casting. Since it allows time to move, the surface of the casting can be smooth and uniform, and the phenomenon of forming a cavity inside the casting (C) can be prevented.
이상에서 설명한 본 발명의 정밀주조법 및 이를 위한 주형에서 주조법과 관련된 통상의 공지된 기술은 생략되어 있으나, 당업자라면 이를 추측·추론할 수 있다. In the precision casting method of the present invention described above and the mold for the same, conventionally known techniques related to the casting method are omitted, but those skilled in the art can infer and infer this.
또한 각 제조단계를 제한적인 연관 관계속에서 설명하였으나, 이러한 제조공정들은 당업자에 의하여 다양하게 변형·조합으로 실시될 수 있으며, 이 경우 이러한 변형·조합들은 본 발명의 사상에 따른 것으로 이해되어야 하며, 따라서 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다. In addition, although each manufacturing step has been described in a limited relationship, these manufacturing processes can be carried out in various modifications and combinations by those skilled in the art, in which case such modifications and combinations should be understood as being in accordance with the spirit of the present invention, Therefore, it should be interpreted as falling within the scope of the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 정밀주조법의 공정도,1 is a process chart of the precision casting method according to the present invention,
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 정밀 주조법에 따른 실제 주조 공정 사진,2a to 2d is a photograph of the actual casting process according to the precision casting method of the present invention,
도 3은 본 발명의 정밀주조법을 위한 주형을 나타낸 개략적인 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view showing a mold for the precision casting method of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
10: 모형 11: 탕구대10: Model 11: Bathing Table
13: 물주부 15: 압탕모형부13: water housewife 15: pressure model
17: 주물모형부 F: 플라스크17: casting model F: flask
I: 매몰재 C: 주물I: investment material C: casting
20: 주형 21: 탕구부20: template 21: tanggubu
23: 탕도부 25: 압탕부23: hot water part 25: hot water part
27: 주물공동부27: casting
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