KR100682627B1 - 금속판재제조용 원심주조주형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속판재제조를 위한 원심주조용 주형에 관한 것으로, 주형의 양측에 사각형 주물에 대응되는 모형이 형성되어 상기 주형을 회전시키면서 상기 양측의 모형에 용탕을 주입하도록 됨에 따라, 금속판재를 원심주조로 제조할 수 있게 되는데, 이 때 회전하는 모형의 일부 영역에 용탕이 불충분하게 충진되는 것을 막기 위하여, 용탕을 용탕 주입구로부터 서로 마주보는 각 모형의 측면 중 주형의 회전 방향으로부터 멀어지는 영역까지 연통되는 원심 분배로를 통해 공급시키는 것을 특징으로 한다.

주조, 모형, 원심주입로

Description

금속판재제조용 원심주조주형{CENTRIFUGAL CASTING DEVICE}

도 1은 일반적인 주조방법의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 금속판재제조를 위한 원심주조용 주형의 분리 결합 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 원심주조주형의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 원심주조주형의 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따라 제조된 백동판재의 사진이다.

도 6은 본 발명에 따라 제조된 백동판재 가자장리 조직의 사진이다.

도 7은 본 발명의 따라 제조된 백동판재 중앙부 조직의 사진이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 백동판재의 위치별 경도 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 - 모터 11 - 회전판

12 - 연결대 13 - 주입파이프

20 - 주형 21 - 주입구

22 - 모형 23 - 분배로

30 - 원심주입로 31 - 무게추

40 - 용탕

본 발명은 주조용 주형에 관한 것으로, 특히 원심력을 이용하여 주형의 모형에 용탕을 균일하게 주입하도록 된 금속판재제조를 위한 원심주조용 주형에 관한 것이다.

일반적으로, 주조는 주형에 금속 용탕을 주입하고 냉각시켜 상기 주형에 해당하는 주물을 제작하도록 된다.

또, 판재의 주물 시에 용탕을 압축기에 물려진 금형에 밀어 넣으면서 눌러 성형하는 방법이나, 용탕을 롤러 사이로 빼내면서 성형하는 방법 등 다양한 방법이 사용되고 있었다.

또한, 비교적 두께가 두꺼운 25 ~ 50㎜ 정도의 판재 주물은 사형주조방법 또는 정적주조방법 등 도 1에 도시된 바와 같이, 주형의 모형 내에 용탕을 주입하는 통상적인 방법이 사용되고 있다.

도 1에 도시된 종래의 주조방법은, 상/하로 분리된 주형의 내부에 판재의 형상으로 음각된 모형이 형성되고, 상기 주형의 상면에서 상기 내부의 모형에 이르도록 주입구가 관통되어 주형이 형성된다.

상기 주형의 주입구로 래들 등에서 용탕을 부어서 상기 주형의 모형에 용탕을 충전시키고, 상기 모형에 용탕이 충전된 상태에서 상기 주형 및 용탕을 냉각시켜 상기 모형에 대응되는 판재가 주조된다.

그러나 상기와 같은 종래의 주조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이 최초 래들에서 부어지는 용탕(40)이 주입구(21)의 주변에 적층된 후에 모형(22)의 외곽부로 이동되므로 상기 모형(22)의 외곽 상부에 상기 용탕(40)이 충전되지 않는 경우가 발생되어 상기 주형(20)으로 설계대로의 판재 제작이 불가능한 문제점이 있었다.

또, 상기 모형(22)의 외곽 상부로 용탕(40)을 충전시키기 위해 상기 용탕(40)에 소정 압력을 가해 주입하는 장치 및 공정이 더 요구되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 주형(20)은 상기 주입구(21)의 주변에 주입된 용탕(40)이 외곽부로 흘러내리는 방식으로 이루어짐에 따라 상기 외곽부에 먼저 주입된 용탕(40)이 냉각되고, 이 냉각된 용탕(40)의 상부에 나중에 주입된 용탕(40)이 덧씌워져 상기 외곽부의 주물이 층을 이루고 성형되어 강도 및 균열이 발생되는 문제점이 있었다.

또, 상기 주형의 모형이 용탕이 흘러내리는 방향, 즉 지면에 수직을 이루는 방향으로 배열된 주형의 경우, 상기 용탕이 비교적 좁은 단면적을 같는 모형에 채워지므로 중앙부와 외곽부의 충전은 비슷하게 이루어지나, 상기 용탕이 모형의 내벽면과 접해 냉각되면서 충전되어 상기 모형의 하부 용탕이 먼저 냉각되어 굳고, 이 굳은 용탕위에 다시 용탕이 부어지는 방식으로 주물이 제조되어 상기 주물이 다수의 층을 형성하면서 외부압력에 쉽게 파손되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 주형(20)을 이용한 주조방법은, 용탕(40)의 주입구(21)를 통한 주입속도가 비교적 느리므로, 주조공정에 소요되는 시간이 증가되어 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

또, 상기 용탕(40)의 주형(20) 내 주입이 비교적 빠르게 진행되는 원심 주조방법이 있었으나, 상기 원심 주조방법은 링이나, 원통이나, 구 등의 원형물체에만 적용되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 용탕을 회전되는 주형에 주입하여 상기 주형의 원심력으로 모형의 내부에 신속하게 충전하도록 한 금속판재제조를 위한 원심주조용 주형을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 주형의 중앙으로 주입되어 양측의 모형으로 분배되는 용탕이 불충분하게 충진되는 영역이 없이 모형 전체로 균일하게 주입되도록 한 금속판재제조를 위한 원심주조용 주형을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 금속판재제조를 위한 원심주조용 주형은, 주형의 중심에 개구된 주입구와, 이 주입구를 중심으로 양측에 형성된 모형과, 상기 주입구에서 상기 한 쌍의 모형에 이르도록 연통된 분배로 및 상기 주형을 주입구를 축으로 회전시키도록 설치된 모터를 포함하여 이루어지는 것을 특징 으로 한다.

본 발명이 다른 특징은, 상기 주형은 상부주형과 하부주형으로 분리되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은, 상기 상부주형과 하부주형이 맞물린 상태에서 상기 상부주형과 하부주형을 함께 회전시키도록 상기 모터가 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은, 주입구를 중심으로 양측의 주형과 모형의 합산 무게가 동일하도록 무게추가 포함되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 특징은, 용탕을 용탕 주입구로부터 용탕 주입구를 중심으로 서로 마주보는 각 모형의 측면까지 연통된 원심 분배로를 통해 모형 내부로 주입하되, 상기 원심 분배로가 용탕 주입구로부터, 서로 마주보는 각 모형의 측면 중 주형의 회전 방향으로부터 멀어지는 영역으로 연통되도록 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은, 상기 주형과, 모터 및 상기 주입구에 연결되는 주입파이프가 케이스의 내부에 수용되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

또한, 종래 구조를 도시한 도 1과 동일한 부위에는 동일한 참조부호를 표기하면서 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2는 본 발명에 따른 금속판재제조를 위한 원심주조용 주형의 각 구성품을 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명에 따른 금속판재제조를 위한 원심주조용 주형의 무 게추(31)와 원심주입로(30)를 나타낸 것이며, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따라 주형의 일측부에 무게추가 부착된 것을 나타낸 것이다.

본 발명은, 회전되는 주형(20)의 원심력에 의해 용탕(40)을 모형(22)의 내부로 신속하게 주입하도록 된 금속판재제조를 위한 원심주조용 주형을 제공한다.

또한, 본 발명은 주입구(21)를 통해 주입되는 용탕(40)이 모형(22)의 내부 전체로 충전되도록 된 금속판재제조를 위한 원심주조용 주형의 주형(20)을 제공한다.

상기 금속판재제조를 위한 원심주조용 주형은, 모터(10)와, 회전판(11)과, 연결대(12)와, 주입파이프(13)와, 주형(20)을 포함하여 구성된다.

상기 주형(20)은, 그 중앙부에 주입구(21)가 개구되고, 이 주입구(21)를 중심으로 양측에 한 쌍의 모형(22)이 형성된 양측 대칭형 주형(20)으로 이루어지고, 그 내부의 모형(22)이 사각형 판재의 형상으로 형성됨에 따라, 상기 주형은 일방향으로 긴 판재형상을 이루고 형성된다.

상기 모터(10)는 상기 주형(20)을 상기 주입구(21)의 위치를 축으로 회전시키도록 상기 주형(20)의 중심에 그 회전축이 결합되도록 설치되며, 후술하는 회전판(11)과 연결대(12)를 매개로 상기 주형(20)과 결합된다.

또, 상기 모터(10)는 상기 주형(20)의 상부에서 용탕(40)의 주입이 이루어짐에 따라 상기 주형(20)의 하부에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 회전판(11)은 상기 모터(10)의 회전축에 결합되어 상기 모터(10)의 회전에 따라 회전되도록 형성되며, 상기 주형(20)의 하면이 안착되도록 판형상을 이 루고 형성된다.

상기 연결대(12)는 상기 회전판(11)이 양측단에서 회전판(11)과 수직방향으로 연결되며, 상기 주형(20)의 양측단을 지지하도록 다수의 막대형상을 이루고 형성된다.

또, 상기 연결대(12)는 상기 주형(20)의 중앙부에 개구된 주입구(21)로 래들에서 낙하되거나, 래들의 노즐에 낙하되는 용탕(40)을 유도하도록 상기 주입구(21)에서 상기 래들의 용탕 출구에 이르도록 관형상으로 형성된 주입파이프(13)를 지지하도록 상기 회전판(11)에서 상방향으로 연결됨과 더불어 그 상단에서 수직방향, 즉 상기 주형(20)의 상면에 수평되는 방향으로 뻗어 형성되고, 그 중앙부에 상기 주입파이프(13)가 결합된다.

상기 주형(20)은, 상부주형과 하부주형으로 분리되어 형성되며, 주입구(21)와, 모형(22)과, 분배로(23)와, 원심주입로(30)와, 무게추(31)를 포함하여 구성된다.

상기 주입구(21)는, 상기 주형(20) 중에서 상부주형의 상면에서 상기 주형(20)의 내부로 관통된 개구로 형성된다.

상기 모형(22)은 상기 주형(20)의 주입구(21)를 중심으로 양측에 각각 주물의 형상이 음각되어 형성된다.

상기 분배로(23)는 상기 주입구(21)로 주입된 용탕(40)이 상기 주형(20)의 양측 모형(22)으로 이동되도록 상기 주입구(21)와 연통됨과 더불어, 상기 주입구(21)의 하단에서 상기 양측의 모형(22)에 이르도록 관통된 통로로 음각 형성된다.

주형(20)을 회전시키면서 원심력을 가하여 모형(22) 내로 용탕(40)을 공급하는 경우, 원심주입로(30)가 용탕 주입구를 중심으로 서로 마주보는 측면 중 주형의 회전 방향으로부터 멀어지는 영역(22c)으로 연통되어 형성된다. 즉, 서로 마주보는 각 모형의 측면은, 중앙부(22a)와, 회전방향쪽으로 가까워지는 부분(22b), 회전방향으로부터 멀어지는 부분(22c)으로 나눠질 수 있는데, 이 중 원심력이 상대적으로 가장 작게 가해지는 회전방향으로부터 멀어지는 부분(22c)으로 용탕이 먼저 공급되므로, 이 영역에서 용탕의 충진이 불충분해지는 문제점이 없게 된다.

상기 원심주입로(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 주형(20)의 폭 방향으로 수평한 분배로(23)와 각 모형(22)의 서로 마주보는 측면 중 주형의 회전 방향으로부터 멀어지는 영역(22c)으로 연통되도록 경사를 이루고 형성된다.

상기 무게추(31)는 상기 양측의 모형(22)이 서로 상이한 형상을 이루는 경우, 상기 모형(22)을 제외한 주형(20)의 무게가 서로 상이하게 되므로, 상기 모형의 크기가 크게 형성된 주형의 일측은 타측의 주형에 비해 주형벽의 두께가 얇게 되고, 이 주형벽의 두께가 얇은 측의 무게는 상대적으로 가볍게 되므로, 상기 모형의 크기가 크게 형성된 일측의 주형 외부에 상기 주형(20)의 벽면이 더 확장된 무게추(31)가 형성된다.

또, 상기 무게추는 상기 모형이 크게 형성되어 엷은 벽면을 갖는 주형의 외측면이 외측으로 더 확장되어 형성될 수 있음은 물론, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 일측 주형의 외측면에 상기 타측 주형과 차이나는 무게와 동일한 무게를 갖는 추를 더 부착하거나 얹어 사용할 수 있음은 물론이다.

또한 상기 무게추는 상기 무게추가 추가되어야 할 일측 주형부의 회전판에 결합되어 사용될 수 있음은 물론이다.

또, 상기 모터(10)와 연결대(12) 및 주형(20)은 그 상면이 개방된 통형상의 케이스 내부에 수용되어 설치되는 것이 바람직하다.

다음에는 이와 같이 구성된 본 발명 금속판재제조를 위한 원심주조용 주형의 작동을 설명한다.

용해로에서 용해되고 래들에서 이송된 용탕(40)이 주형(20)의 주입구(21) 상부에 설치된 주입파이프(13)로 주입되고, 상기 주입파이프(13)로 주입된 용탕(40)은 상기 주입파이프(13)의 하단에 연결된 주입구(21)를 통해 상기 주형(20)으로 주입된다.

상기 주입구(21)로 주입된 용탕(40)은 상기 주입구(21)의 하단에 연통된 분배로로 이동되고, 상기 분배로로 이동된 용탕(40)은 상기 분배로의 형상을 따라 상기 주형(20)의 중심에서 양측으로 이동된다.

이때, 상기 주입관으로 주입된 용탕(40)은 주입관의 하단에 이르러 상기 주형(20)이 회전되면서, 상기 주입관의 하단에 연통된 분배로(23)가 회전되고, 이 분배로(23)의 회전에 따라 상기 분배로(23)로 진입된 용탕(40)이 상기 분배로(23)의 양측으로 이동된다.

상기 분배로(23)의 양측으로 이동된 용탕(40)은 상기 분배로(23)의 양측단에 서 상기 주형(20)의 회전에 따른 원심력으로 상기 모형(22)의 내부로 이동되면서 상기 모형(22)의 내부에 충전된다.

여기서, 원심주입로(30)는 각 모형의 서로 마주보는 측면 중 주형의 회전방향으로부터 멀어지는 영역(22c)로 연통되므로 용탕은 주형의 회전방향으로부터 멀어지는 영역(22c)을 통해 모형 내부로 주입된다.

상기 원심주입로(30)를 통해 모형(22)의 내부로 주입되는 용탕(40)은 상기 원심력에 의해 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 모형(22) 내부를 충진시킨다.

이때, 용탕(40)은 각 모형의 서로 마주보는 측면 중 원심력이 상대적으로 가장 작게 가해지는 영역인 주형의 회전 방향으로부터 멀어지는 영역(22c)으로 먼저 주입되므로, 이 영역에서 용탕의 충진이 불충분해지는 문제점이 없게 된다.

또, 상기 양측의 모형(22)들이 서로 다른 크기를 갖는 경우, 비교적 큰 모형(22)의 외부에 설치된 무게추(31)의 무게로 인해 상기 서로 다른 크기의 모형(22)에 용탕(40)이 충진되면서 상기 양측 모형(22)부의 주형(20) 무게가 동일하게 되어 상기 주형(20)의 양측이 동일한 원심력을 형성하면서 회전된다.

다음에는 이와 같이 구성된 본 발명의 구체적인 실시예를 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같은 25㎜ ~ 50㎜의 두께를 갖는 금속판재, 본 실시예에서는 백동판재를 본 발명의 금속판재제조를 위한 원심주조용 주형을 사용하여 제조하는 것을 설명한다.

백동용탕(90/10)을 융점(1150℃)보다 높은 온도(1350℃)로 가열한 후 본 발명에 다른 주형에 주입하여 백동주물을 제조한다.

이때, 상기 주형의 회전속이 300rpm인 경우, 주형의 중심과 일측 끝단의 원심력은 약 35G의 차이가 나고, 상기 주형의 회전속이 400rpm인 경우, 주형의 중심과 일측 끝단의 원심력은 50G 정도로 그 차이가 크게 형성되므로, 상기 용탕이 모형의 내부로 주입되면서 연속적으로 응고되도록 상기 용탕의 공급속도를 늘리거나, 상기 주형이 회전속을 최초 낮은 회전속에서 높여가는 방법으로 제조를 실시하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 주형에서 제조된 주물은 도 5에 도시된 바와 같이, 그 외형에서 핀홀이나 이물질혼입의 결함이 없는 주물이 제조되었으며, 도 6에 도시된 백동판재 가장자리의 미세조직사진과, 도 7에 도시된 백동판재 중앙부의 미세조직 사진에서와 같이, 상기 백동용탕이 균일하게 응고된 것을 알 수 있다.

도 8은 상기 백동판재의 다양한 지점에서 경도를 측정한 것을 나타낸 것으로, 백동판재주물의 5개 지점 모두에서 60 ~ 75Hv의 경도로 균일한 경도를 갖도록 제조되었음을 알 수 있다.

따라서, 주조 시에 용탕(40)이 원심력에 의해 모형(22)의 내부로 신속하게 주입됨에 따라 상기 주조시간이 축소되고, 용탕(40)이 각 모형의 서로 마주보는 측면 중 원심력이 상대적으로 가장 작게 가해지는 영역인 주형의 회전 방향으로부터 멀어지는 영역(22c)으로 먼저 주입되어 충진되므로, 모형(22) 내의 용탕(40)이 냉각되면서 균일한 밀도를 갖는 주물이 생성된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정 되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 금속판재제조를 위한 원심주조용 주형는, 주형의 주입구로 주입된 용탕이 상기 주형의 회전에 의해 양측으로 신속하게 이동되면서 모형의 내부로 충전되도록 됨에 따라, 상기 용탕의 충전이 신속하게 이루어지고, 이에 따라 전반적인 주조공정 시간이 단축되는 효과가 있다.

본 발명의 다른 효과는, 각 모형의 서로 마주보는 측면 중 원심력이 상대적으로 가장 작게 가해지는 영역인 주형의 회전 방향으로부터 멀어지는 영역으로 먼저 주입되어 충진되므로, 모형 내의 용탕이 냉각되면서 균일한 밀도를 갖는 주물이 생성된다.

Claims (5)

1. 회전 가능한 주형의 중앙부에 형성되는 용탕 주입구와,

   주형 내부의, 용탕 주입구를 중심으로 서로 마주보는 위치에, 금속판재 모양에 대응하도록 넓적하게 형성된 모형과,

   용탕 주입구로부터 용탕 주입구를 중심으로 서로 마주보는 각 모형의 측면까지 연통됨과 동시에 서로 마주보는 각 모형의 측면 중 주형의 회전 방향으로부터 멀어지는 영역으로 연통되어, 용탕 주입구를 통해 공급되는 용탕을 모형 내부로 공급시킬 수 있는 원심 분배로를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속판재제조용 원심주조금형.
2. 제1항에 있어서,

   용탕 주입구를 중심으로 서로 마주보는 각 영역에서 모형을 제외한 부분의 무게가 서로 대등하도록, 무게가 상대적으로 가벼운 영역의 주형 외부에 무게추가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 금속판재제조용 원심주조금형.
3. 제2항에 있어서,

   무게추는, 무게가 상대적으로 가벼운 영역의 주형 벽면을 더 두껍게 확장시켜 이루어진 것을 특징으로 하는 금속판재제조용 원심주조금형.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   금속판재 제조를 위한 모형의 두께는 25 ~ 50㎜ 인 것을 특징으로 하는 금속판재제조용 원심주조금형.

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