KR100491151B1 - 최적의압분성을이용하여주물사를조절하기위한방법및장치 - Google Patents

Abstract

주형의 변형 특성과 관련된 주물사의 CB를 최적화하기 위한 조절 방법과 장치가 제공된다. 상기 방법은 압분성 측정 수단(4)에 의해 주물사의 압분성을 측정하고, 압축 변형 측정 수단(5)에 의해 상기 압분성에 대응하는 샘플 몰드(10)의 압축 변형치를 측정하는 단계와, 상기 측정 단계를 적어도 3회 이상 반복하는 단계와, 그리고 샘플 몰드(10)의 압축 변형치가 최소로 되는 최적의 압분성을 연산수단(7)에 의해 연산하는 단계로 이루어진다.

Description

최적의 압분성을 이용하여 주물사를 조절하기 위한 방법 및 장치

본 발명은 주물사(casting sand)의 조절 방법에 관한 것이며, 보다 상세히 설명하면, 주물사의 최적의 압분성(compactibility)(이후,CB로 칭함)을 결정하고, 그에 따라 주물사를 조절하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

혼련 배치(Kneading batches)에 있어서 주물사를 조절하기 위해 CB를 제어하는 방법이 공지되어 있다(예를 들어, 일본 특허 공보 제1991-76710 호 참조). 이러한 방법은, 혼련 배제에 있어서 벤토나이트, 새로운 주물사 및 미세한 분말과 같은 첨가물의 양을 일정하게 유지하면서, 물을 첨가함으로써 주물사의 CB를 제어하여, CB의 소정 목표치를 얻는다. 그러나, 제어하기 위한 목표치인 주물사의 CB는 경험적으로 설정되어 있었을 뿐, 주물사의 최적의 CB를 결정하는 방법은 없었다.

한편, 벤토나이트, 새로운 주물사 및 미세한 분말과 같은 첨가물의 양을 조절하여 장기에 걸쳐 주물사를 조절하는 방법이 있다. 이러한 방법은, 벤토나이트와 같은 첨가물의 양을, 시간 또는 일(日) 단위로 통기도(通氣度), 저항력, 활성 진흙의 백분율 및 총 진흙의 백분율을 측정함으로써 조절하는 방법이다. 이것의 목적은 입자 크기 분포 및 그 진흙의 백분율과 같은 주물사의 특성을 일정하게 유지시키기 위함이다. 이는 주물사가 혼련, 몰딩, 주조, 디몰딩 및 회수 등과 같이 순환시에, 주물 제품의 중량, 형상, 모래 대 금속의 비율에 따라 열에 의해 영향을 상이하게 받기 때문이고, 또한 주물사가 집진기를 통해 손실되거나 제품에 달라 붙어 손실되기 때문이다.

그러나, 주형의 변형 특성을 고려한 장기 조절 방법은 거의 없었다. 즉, 주형의 변형은 운송, 내부에서의 용융 금속의 주조, 또는 하중에 의해 발생한다. 더욱이, 이러한 주형의 변형은 현재 업계에서 강력히 요구되는 고정밀도의 주물 제품 또는 박벽의(thin-walled) 주물 제품에 영향을 미친다. 그러나, 종래 주물사를 장기간 조절하는 방법은, 주형의 변형과의 관계에 대해서는 고려되지 않았을 뿐만 아니라, 주물사의 장기간 조절과 CB를 관련시키는 사상에 대해서도 전혀 언급이 없었다. 따라서, 지금까지 배치 또는 장기간 사용에 근거하여 CB의 목표치를 최적화하는 시도는 없었다. 이러한 현 상황을 고려하여, 본 발명은 주물사의 조절시 주형의 변형 특성과 관련된, 주물사의 최적의 CB를 결정하는 방법을 제공하기 위해 고안되었다.

상기 언급한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 주물사의 최적의 압분성을 결정하는 방법은, 압분성 측정 수단에 의해 주물사의 압분성을 측정하고, 압축 변형 측정 수단에 의해 상기 압분성에 대응하는 샘플 몰드의 압축 변형치를 측정하는 단계; 상기 측정 단계를 3회 이상 반복하는 단계; 및 상기 샘플 몰드의 압축 변형치가 최소로 되는 최적의 압분성을 연산수단(operation means)에 의해 연산하는 단계로 이루어진다.

본 발명은 상기에 설명한 해결수단을 사용함으로써, 실제 주형의 압축 변형치가 최소로 되는 주물사의 최적의 CB를 결정할 수 있다.

본 발명은 다음의 관찰에 기초하였다. 본 발명자는 주형의 특성으로서 압축 변형치를 선택하여 이 압축 변형치를 CB와 연관시킬수 있음을 발견하였다. 즉, 샘플 주형을 형성하여 그 샘플 주형의 압축 변형치를 측정함으로써, 실제 주형의 압축 변형치가 최소가 되는 경우를 추정한다. 그때, 압축 변형치가 최소인 샘플 주형의 특성을 주물사의 대표적인 특성으로 치환한다. 역으로, 주물사의 대표적인 특성을 제어함으로써, 압축 변형치가 최소인 주형을 제조할 수 있다고 생각하였다. 주물사의 대표적인 특성으로는 입자 크기값, 총 진흙의 백분율, 또는 누적되는 혼련 모래의 작열 감량(ignition loss)을 포함한다. 그러나, 혼련 배치에 있어서, 압축 변형치와 입차크기값, 또는 총 진흙 백분율, 또는 작열 감량 사이의 관계를 파악하기는 어려웠다. 그리하여, 혼련 배치에 있어서 CB 제어가 비교적 용이하므로, CB를 대표적인 특성으로 가정하여 주물사의 압축 변형치를 간접적으로 제어하는 방법을 발견하였다.

주물사의 압축 변형치와 CB 사이에 관계가 있는지는 명확하지 않았지만, 본 발명자는 이 점에 대해 실험을 반복하여 제 1도와 같은 관계를 발견하였다. 제 1도는 샘플 주형에 일정한 압축하중이 가해질 때의 CB 백분율과 뒤틀림값(value of distortion) 사이의 관계를 도시한다. 회수된 주물사(A, B)와 새로운 주물사의 혼련시에, 상기의 주물사들은 CB 백분율과 압축 변형치 간에 각각 다른 관계를 가지며, 압축 변형치가 최소일 때의 CB 백분율은, 회수된 주물사(B), (A), 새로운 주물사 순으로 점점 작아진다. 더욱이, 회수된 주물사(A, B) 및 새로운 주물사와 같이 주물사의 종류가 다르더라도, 그 관계는 통상 사용되는 CB 백분율의 범위내에서 항상 아래로 볼록한 곡선이 된다. 따라서, 압축 변형치를 최소화하기 위해, CB를 제어하여 그 압축 변형치를 최소화할 수도 있다. 상기 기술되어진 것처럼, 본 발명의 목적은 일정한 압축하중이 가해질 때에 CB와 뒤틀림값 사이의 관계를 발견하고, 이러한 관계를 CB 의 제어에 응용함으로써 최적의 주물사를 조절하는 것이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

제 2도는 본 발명을 실시하기 위한 구성을 도시한다. 혼련기(1)의 측면에 샘플링 수단(2)이 설치된다. 샘플링 수단(2)은 혼련되는 주물사(3)를 샘플링한다. 샘플링 수단(2)의 하부에는, 주물사(3)의 특성을 측정하기 위해, 주물사의 CB를 측정하기 위한 CB 측정 수단(4)과, 주물사(3)로부터 형성된 샘플 몰드(10)의 압축 변형치를 측정하기 위한 압축 변형 측정수단(5)으로 구성된 측정수단(30)이 설치된다. CB 측정 수단(4)과 압축 변형 측정 수단(5)은 모두 기억수단(6)에 전기적으로 접속된다. 또한, 기억수단(6)은 연산수단(7)에 전기적으로 접속되고, 상기 연산수단(7)은 CB 제어 수단(8)에 전기적으로 접속된다.

이하, 각각의 수단에 대해 상세하게 설명한다. CB 측정 수단(4)은, 시험용 실린더(9)에 정량의 주물사(3)를 계량하여 넣은 후 압축할 때, 주물사(3)의 낙하 비율(the rate of the fall)을 측정한다. 구체적으로, 이 낙하비율은 서보모터(11)에 장착된 부호기(13)에 의해 측정된다. 상기 CB 측정 수단(4)은, 예컨대 일본 특허 공고 제 1989 - 15825 호에 의해 공지되어 있다.

샘플 몰드에 대해 압축 변형 측정 수단(5)은 다음과 같이 작동한다. 예를 들어, 시험용 실린더(9)에 계량하여 넣은 정량의 주물사(3)를 압축함으로써, 원통형의 샘플 몰드(10)(직경 50 mm, 높이 50 mm)를 형성하고; 상기 샘플몰드(10)를 상단부 및 하단부 양쪽에서 압축하면서 압축 변형치를 측정하고; 구체적으로, 서보모터(11)에 의해 속도 및 토오크를 제어하면서, 로드 셀(12; load cell)에 의해 하중을 저항력으로서 측정하고, 부호기(13)에 의해 샘플 몰드(10)의 뒤틀립값을 측정한다. 상기 압축 변형 측정 수단(5)은, 예컨대 일본 실용 신안 공개 공보 제 1993 - 711752 호에 나타낸 바와 같이, 공지된 장치에 장착된 로드 셀(12)로 구성되어 있다.

기억수단(6) 및 연산수단(7)으로서 마이크로컴퓨터가 사용된다. CB 제어 수단(8)은 다음과 같이 작동한다. 혼련기(1)가 주물사(3)를 혼련하기 시작하면, 주물사(3)의 특성을 자동 측정 장치에 의해 측정하고; 그 측정결과를 상기 제어수단으로 보내어, 혼련되는 주물사(3)가 목표 CB치에 도달하기 위해 첨가되어야 하는 물의 양을 계산하고; 그것에 따라서, 물탱크 또는 공급 파이프로부터 물을 공급한다. CB 제어 수단(8)은, 예컨대 일본 실용 신안 공고 제 1988 - 34775 호에 의해 공지되어 있다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 장치의 동작에 대해 설명한다. 혼련기(1) 측면에 배치된 샘플링 수단(2)은 주물사(3)가 스프링(2a)에 의해 풀려졌을 때 주물사(3)를 샘플링한다. 주물사(3)를 CB 측정 수단(4)에 투입하여 CB를 측정한다. 동일한 CB의 주물사(3)를 압축 변형 측정 수단(5)에 투입하여 샘플 몰드(10)를 형성하여 저항력과 뒤틀림값을 측정한다. 이어서, CB, 저항력 및 뒤틀림값의 데이터를 기억수단(6)으로부터 판독하여, 연산수단(7)에 의해, 일정한 압축하중 하에서의 CB 및 뒤틀림값을 측정한다. 일정한 압축 하중 하에서의 뒤틀림값이 최소로 되는 CB값을 연산수단(7)에 의해 계산하여, CB와 뒤틀림값의 관계를 구함으로써, 뒤틀림값이 최소로 되는 CB를 계산한다. 이러한 계산에, 최소자승법(least square method)을 사용할 수 있다. 일정한 압축하중 하에서의 뒤틀림값이 최소로 되는 CB를 목표 CB치로 치환함으로써 목표 CB치가 얻어진다. 얻어진 목표 CB치를 이용하여, 혼련되는 주물사에 첨가될 물의 양을 CB 제어수단(8)에 의해 제어함으로써, 주물사(3)의 압축 변형치가 최소로 되도록 하는 몰드 특성이 달성된다. 상기에서 진술한 것처럼, 본 발명은 주형의 특성 중의 하나인 압축 변형치를 간접적으로 모니터링함으로써, 압축 변형치가 최소로 되도록 하는 최적의 CB를 결정하는 방법을 제공할 수 있다.

본 실시예에서, 주물사 조절 라인내에서 구체화된 방법을 기술하였지만, 본 발명의 장치는 주물사 조절 라인으로부터 떨어진 곳, 예컨대 실험실에 설치하여도 좋으며, 거기서 주물사의 최적 CB를 결정하여 상기 최적 CB를 목표 CB로 치환함으로써 CB 제어 수단(8)를 작동시킬 수 있다. 또한, 주물사 조절 라인에 있어서의 목표 CB치를 결정하는 수단은 혼련기 바로 아래의 위치 대신에, 몰드 형성 수단 근처의 임의의 위치에 설치할 수 있다.

실제 CB의 제어에 대해, 최적의 CB에 기초하여, 운반시의 주물사의 변동을 고려하여 목표 CB를 설정할 수도 있다. 여기서, 압축 변형치는 CB를 측정한 주물사로부터 형성된 샘플 몰드(10)의 저항력과 뒤틀림값으로부터 구하였지만, 이러한 방법에 한정되는 것은 아니다. 또한, 원통형의 샘플 주형을 사용하여 압축 변형치를 측정하였지만, 주형의 형상이나 크기는 제한되지 않는다. 즉, 주형의 CB 및 상기 CB에 대응하는 압축 변형치를 측정할 수만 있다면, 어떤 종류의 주형이라도 사용 가능하다.

상기 설명으로부터 명백해지는 바와 같이, 본 발명의 주물사를 조절하는 방법은 실제 몰드의 최소의 압축 변형치가 얻어지는 최적의 CB 또는 주물사를 조절할 수 있다. 따라서, 본 발명은 운송시의 주형의 변형 또는 주조시의 주형의 팽창을 최소로 할 수 있다는 점에서 산업상 중요한 효과를 갖는다.

제 1도는 각종 주물사(casting sand)로부터 형성된 샘플 주형의 압축 변형치와 CB(압분성;compactibility) 사이의 관계를 도시하는 그래프.

제 2도는 본 발명의 실시예의 개략도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 혼련기 2 : 샘플링 수단

3 : 주물사 5 : 압축 변형 측정 수단

8 : CB 제어 수단

Claims (5)

1. 주물사의 최적 압분성(compactibility)를 결정하기 위한 방법으로서,

   압분성 측정 수단(4)에 의해 주물사의 압분성을 측정하고, 압축 변형 측정 수단(5)에 의해 상기 압분성에 대응하는 샘플 몰드(10)의 압축 변형치를 측정하는 단계;

   상기 측정 단계를 3회 이상 반복하는 단계; 및

   상기 샘플 몰드(10)의 압축 변형치가 최소로 되는 최적의 압분성을 연산수단(7)에 의해 연산하는 단계를 포함하는 주물사의 최적 압분성을 결정하기 위한 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 샘플 몰드(10)의 압축 변형치를 측정하는 단계는,

   상기 주물사의 압분성을 측정하는 단계와,

   상기 압분성에 대응하는 압분성의 주물사로 형성된 샘플 몰드(10)의 저항력 및 뒤틀림값을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주물사의 최적 압분성을 결정하기 위한 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 주물사의 최적 압분성을 연산하는 단계는,

   기억수단(6)에 의해 압분성, 저항력 및 뒤틀림값의 측정값을 기억시키는 단계와,

   상기 기억수단(6)으로부터 판독된 데이터를 사용하여, 일정한 압축하중 하에서의 뒤틀림값이 최소로 되는 압분성값을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주물사의 최적 압분성을 결정하기 위한 방법.
4. 주물사의 최적 압분성을 결정하기 위한 장치로서,

   주물사의 압분성을 측정하기 위한 압분성 측정 수단(4);

   동일한 압분성의 주물사에 의해 몰딩된 샘플 몰드(10)의 압축 변형치를 측정하기 위한 압축 변형 측정 수단(5); 및

   상기 샘플 몰드(10)의 압축 변형치가 최소로 되는 최적의 압분성을 연산하기 위한 연산수단(7)을 포함하는 주물사의 최적 압분성을 결정하기 위한 장치.
5. 혼련 수단(1)내의 주물사(3)를 상기 혼련 수단(1)에 장착된 샘플링 수단에 의해 샘플링하고, 상기 샘플링된 주물사의 압분성값을 측정하여 목표 압분성값을 얻도록 상기 주물사에 물을 첨가하면서 주물사를 제어하는, 주물사를 조절하기 위한 방법으로서,

   혼련 수단(1)내에서 혼련되는 주물사(3)의 압분성을 측정하고, 상기 압분성에 대응하는 주물사(3)로 형성된 샘플 몰드(10)의 저항력과 뒤틀림값을 측정하는 단계;

   상기 샘플 몰드(10)의 압축 변형치가 최소로 되는 최적의 압분성을 연산 수단(7)에 의해 연산하는 단계; 및

   상기 최적의 압분성에 따라서 목표 압분성치를 치환하는 단계를 포함하는 주물사를 조절하기 위한 방법.