KR100901034B1 - 감압 주형조형의 주탕 방법, 장치 및 주물 - Google Patents

Abstract

V 프로세스 주형(조형틀 몸체)을 이용하여 두께가 얇은 주물을 주조하는 감압 조형의 주탕 방법 및 장치, 그리고 그 방법에 의해 주조한 주물을 제공한다. 상기 방법은 원형 모형판의 표면에 차폐부재를 밀착하는 차폐부재 밀착공정과, 밀착한 차폐부재 상에 조형틀 몸체를 올려놓는 동시에 조형틀 몸체 내에 점결제를 포함하지 않는 충전재를 충전하는 공정과, 충전재의 상면을 밀폐하여 조형틀 몸체 내를 음압으로 함으로써, 차폐부재를 충전재 측에 흡착하여 차폐부재를 성형하는 공정과, 이어서 원형 모형판을 차폐부재로부터 형을 분리하여 조형면을 가지는 반할 주형을 조형하는 공정과, 반할주형과 마찬가지로 하여 조형한 또 하나의 반할 주형과 형을 맞추어 주조 캐비티를 구획하는 동시에 완성 주형을 형성하는 공정과, 주조 캐비티 내에 용융금속을 주입하는 공정과, 그 후 조형틀 몸체 내의 음압 상태를 해제하여 주물을 취출하는 공정을 가지는 감압 주형조형의 주탕 방법으로서, 완성 주형에 주탕을 개시하기 전에 조형틀 몸체를 통하여 주조 캐비티 내를 감압하는 공정을 가진다.

Description

감압 주형조형의 주탕 방법, 장치 및 주물{METHOD AND DEVICE FOR POURING MOLTEN METAL IN VACUUM MOLDING AND CASTING}

본 발명은, 주물을 주조하기 위한, 특히 두께가 얇은 주물(thin-wall cast)을 주조하기 위한 감압 주형조형의 주탕 방법, 장치 및 주물에 관한 것이다. 여기서, 감압 주형조형(이하, 「V 프로세스, Vacuum sealed process」라고 함)이란, 원형(原形) 모형판의 표면에 차폐부재를 밀착하는 차폐부재 밀착공정과, 상기 밀착한 차폐부재 상에 조형틀 몸체를 올려놓는 동시에 상기 조형틀 몸체(mold framing) 내에 점결제(粘結劑)를 포함하지 않는 충전재를 충전하는 공정과, 상기 충전재의 상면을 밀폐하여 조형틀 몸체 내를 음압(負壓)으로 함으로써, 상기 차폐부재를 충전재측으로 흡착하여 차폐부재를 성형하는 공정과, 이어서 상기 원형 모형판을 차폐부재로부터 형을 분리하여(離型) 조형면을 가지는 반할주형(mold half)을 조형하는 공정과, 상기 반할주형과 동일하게 하여 조형한 또 하나의 반할주형을 맞추어(mating) 주조 캐비티를 형성하는 공정과, 상기 주조 캐비티 내에 용융 금속을 주입하는 공정과, 이후에 상기 조형틀 몸체 내의 음압 상태를 해제하여 주물을 꺼내는(取出)하는 공정을 가지는 주형 조형·주탕 프로세스를 말한다.

종래, V 프로세스는 널리 이용되고 있다(예컨대, 일본 특개 소54-118216호 공보 참조). 그러나, 그 적용 범위로서는 피아노프레임(piano frames)이나 카운터웨이트(counter weights) 등의 두꺼운 주물(thick-wall cast)이 많으며, 예컨대 두께 3mm 정도 이하의 얇은 두께를 주조하는 주형으로서는 이용되지 않고 있었다.

또한, 종래 V 프로세스에 있어서 조형틀 몸체를 냉각하는 장치는 없었다. 주탕(注湯)시 이후도 진공 흡인함으로써 틀의 승온(昇溫)은 억제되어 있다. 그러나, 그 진공 흡인은 어느 일정 시간에 멈추고, 해제까지 자연히 틀내를 냉각하는 공정이 있으며, 이때에 카운터웨이트 등 열용량이 큰 제품을 주입(鑄入)하는 경우, 주입품(as-cast)으로부터의 열에 의해 금속틀이나 정반의 온도가 상승하여, 사용하고 있는 필름이 금속틀(metal mold framing)이나 정반으로 용착(溶着)해버리는 문제가 발생하는 일이 있었다.

본 발명의 주목적은, 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, V 프로세스 주형을 이용하여 주물, 특히 두께가 얇은 주물을 주조하는데 적합한 감압 주형조형의 주탕 방법 및 장치, 그리고 그 방법에 의해 주조한 주물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 조형틀 몸체를 냉각하는 장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 1 국면(one aspect)에서의 감압 주형조형의 주탕 방법은, V 프로세스에 있어서 주조 캐비티 내를 상기 조형틀 몸체를 통하여 감압하는 것을 특징으로 한다. 즉, 통상의 V 프로세스가 차폐부재에 의해 조형틀 몸체내와, 대기로 통하는 주조 캐비티(molding cavity)를 차단하여, 조형틀 몸체 내를 음압으로 하고 차폐부재를 충전재 측으로 흡착하여 차폐부재를 성형하고 주조 캐비티를 유지하는 것에 대하여, 본 발명에서는 상기의 차폐를 해제하여, 통상에서는 주형이 붕괴(崩壞)하는 것으로 생각되는 상태, 환언하면 조형틀 몸체 내와 대기로 통하고 있는 주조 캐비티를 연통한 상태에서, 반할주형 및 주조 캐비티를 유지하면서 주물을 주조하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 1 국면에 있어서 상기 주조 캐비티 내를 감압하는 공정이 조형틀 몸체를 통하여 이루어지며, 이 공정은 상기 차폐부재 밀착공정 후에, 상기 원형 모형판의 제품부에 벤트플러그(vent plug)를 배치한 후, 상기 밀착한 차폐부재 및 벤트플러그의 위에 조형틀 몸체를 올려놓고 상기 조형틀 몸체 내에 충전재를 충전하는 공정에 의해 설치된 벤트플러그를 통하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

게다가, 상기 1 국면에서의 상기 조형틀 몸체를 통한 상기 주조 캐비티 내를 감압하는 공정이, 상기 반할주형을 조형한 후, 차폐부재에 다수개의 구멍을 관통시킨 통기 구멍에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 1 국면에서의 감압 주형조형의 주탕 방법은, 상기 완성 주형의 적어도 한쪽의 반할주형의 감압도를 주탕 전으로부터 주탕 종료시까지 측정하는 공정과, 측정한 감압도(減壓度)를 제어장치로 전달하고, 상기 반할주형의 주형 내부 및 상기 주조 캐비티의 감압도를 조정하는 공정을 더 가지는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 1 국면에 있어서 상기 반할주형에는 개방상승부(open top riser)를 형성하지 않는 것을 특징으로 한다. 개방상승부는 주조 캐비티 내의 공기나 용탕(溶湯)의 가스 등을 토출하는 작용에 의해, 형이 모양을 망치지 않고 안정하게 주조하기 위해 통상 이용되고 있었다. 그러나, 본 발명에서는 그 개방상승부를 형성하지 않고 주조 캐비티를 적절히 감압하면 용탕의 흐름이 좋아져, 형 변형(deformation)이 일어나기 전에 주조 캐비티 내에 용탕을 효율적으로 채울 수 있는 것을 발견한 것이다.

상기 1 국면의 본 발명에 의하면, V 프로세스에 있어서 주조 캐비티 내를 감압하기(이것은 상기 조형틀 몸체 및 개방상승부의 적어도 한쪽을 통하여 이루어진다)때문에, 감압 주형조형에 의한 얇은 주물의 주조가 가능하다. 또한, 통기 구멍에 의해 주형 내부와 주조 캐비티를 동시에 감압할 수 있기 때문에, 별도로, 주조 캐비티를 감압하기 위한 장치가 불필요하게 되어, 조형 장치의 구조가 간단하게 된다고 하는 이점이 있다. 또, 개방상승부를 형성하지 않는 경우, 압탕(feeder head, 押湯), 폐기탕부(throwing-away for molten metal, 捨湯部)는 필요 최소한으로 할 수 있다. 이것에 의해, 제품 수율이 향상한다고 하는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 통상의 V 프로세스 주형의 특징은 유지하고 있기 때문에, 틀해제성이 뛰어나, 두께가 얇은 주물의 취출이 간단하게 된다고 하는 이점이 있다.

본 발명의 다른 국면에 의하면, 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에서의 감압 주형조형의 주탕 방법은, V 프로세스의 주탕 방법에 있어서, 완성 주형의 하부 반할주형에 탕구(湯口)를 형성하고, 상부 반할주형에는 탕구를 형성하지 않는 것을 특징으로 한다.

또한, 주조 로(furnace, 爐)의 위에 배치되는 상기 완성 주형의 하부 반할주형을 수평으로 유지하도록 조정하는 것을 특징으로 한다.

게다가, 상기 완성 주형과 상기 주조의 로와의 사이에 완성 주형의 하부 반할주형을 수평으로 유지하는 완충수단을 배치하여 주탕하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에서의 감압 주형조형의 주탕 방법은, 상기 완성 주형을 주조의 로의 상방에 배치하는데 있어서, 상기 완성 주형과 유지로와의 사이에 단열재를 배치하여 주탕하는 것을 특징으로 한다.

게다가, 상기 단열재를 구성하는 모래층이 그 하부를 1개의 스토크(stoke)와 연통하는 동시에 상부를 복수 개의 탕구에 연결하는 것을 특징으로 한다.

또, 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에서의 감압 주형조형의 주탕 방법은, 상기 주탕 방법이 저압(low pressure) 주조방법 또는 차압(differential pressure) 주조방법인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주탕방법에 있어서 주조 캐비티 내에 주탕할 때, 주탕 속도의 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 국면에 의하면, V 프로세스의 주탕 방법에 있어서, 완성 주형의 하부 반할주형에 탕구를 형성하고, 상부 반할주형에는 탕구를 형성하지 않음으로써, 하부로부터 주입의 주조가 가능하게 되어 용탕의 흐름이 층류(層流)가 되어, 중력 주조방법이나 다이캐스트와 비교하여 용탕으로의 공기나 용재(slag) 등의 유입이 적어진다. 또한, 상승부(riser)나 압탕(feeder head)을 마련할 필요가 없기 때문에, 폐기탕부는 필요 최소한으로 할 수 있다. 이것에 의해 제품 수율이 향상한다고 하는 이점이 있다. 게다가, 본 발명은, 통상의 V 프로세스 주형의 특징은 유지하고 있기 때문에, 틀해제성이 우수하고, 두께가 얇은 주물의 취출이 간단하게 된다고 하는 이점이 있다.

본 발명은, 사이즈가 크고 두께가 얇은 주물, 예컨대 대형 가전, 대형 텔레비젼 등의 프레임, 자동차 프레임, 기계 장치 프레임 등의 주조품에 적합하다. 또한, 재질에 대해서는 상관없다.

상기 2가지의 국면에 있어서, 조형틀 몸체에 압축 공기를 분사하여 조형틀 몸체를 냉각하는 수단을 이용할 수 있다.

상기 목적, 특징, 및 이점 이외의 목적, 특징, 및 이점은 첨부 도면을 참조하여 설명하는 이하의 실시예에 관한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시예의 단면 개략도이다.

도 2는, 제1 실시예의 방법의 개략을 나타낸다.

도 3은, 본 발명의 제2 실시예의 단면 개략도이다.

도 4는, 제2 실시예의 일단계의 개요를 나타낸다.

도 5는, 제2 실시예의 압력선도를 나타낸다.

도 6은, 본 발명의 제3 실시예(개방상승부를 통하여 주조 캐비티를 감압하는 예)의 단면 개략도를 나타낸다.

도 7은, 다른 주탕 방법에 의한 비교예(종래 기술)의 단면 개략도를 나타낸다.

도 8은, 본 발명의 제2 실시예에 의한 결과를 나타낸다.

도 9는, 본 발명의 제3 실시예에 의한 결과를 나타낸다.

도 10은, 다른 주탕 방법에 의한 비교예(종래 기술)의 결과를 나타낸다.

도 11은, 본 발명의 제4 실시예의 단면 개략도를 나타낸다.

도 12는, 제4 실시예에서의 주탕 테스트의 압력 조건을 나타낸다.

도 13은, 제4 실시예에서의 주탕 테스트의 유동 길이의 결과를 나타낸다.

도 14는, 제4 실시예에서의 주탕 테스트의 유동 길이의 다른 결과를 나타낸다.

도 15는, 제4 실시예에서의 주탕 테스트의 표면 거칠기의 결과를 나타낸다.

도 16은, 제4 실시예에서의 주탕 테스트의 압력 제어의 예를 나타낸다.

도 17은, 본 발명의 제5 실시예의 단면 개략도를 나타낸다.

도 18은, 본 발명의 대체 실시예의 주탕 치구(tool)를 나타낸다.

도 19는, 본 발명의 조형틀 몸체를 냉각하는 장치(실시예 6)를 나타내는 평면 단면도(챔버부의 단면도)이다.

도 20은 도 19의 정면 단면도이다.

도 21은 종래의 틀몸체 구조의 정면 단면도이다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 가장 바람직한 형태를 설명한다. 몇몇 실시예에 있어서 동일하거나 유사한 구성용에는 동일하거나 유사한 번호를 사용한다.

본 발명은, V 프로세스 주형에 있어서 주조 캐비티와 주형 내부를 연통하는 통기구멍을 가지며, 조형틀 몸체를 통하여 주조 캐비티를 감압하는 것을 특징으로 한다.

즉, 원형 모형판의 표면에 차폐부재를 밀착하는 차폐부재 밀착 공정과, 상기 밀착한 차폐부재 상에 조형틀 몸체를 올려놓는 동시에 상기 조형틀 몸체 내에 점결제를 포함하지 않는 충전재를 충전하는 공정과, 상기 충전재의 상면을 밀폐하여 조형틀 몸체 내를 음압으로 하고, 따라서 상기 차폐부재를 충전재 측에 흡착하여 차폐부재를 성형하는 공정과, 이어서 상기 원형 모형판을 차폐부재로부터 형분리하여 조형면을 가지는 반할주형을 조형하는 공정과, 상기 반할주형과 동일하게 하여 조형한 또 하나의 반할주형과 형맞춤하여 주조 캐비티를 구획하는 동시에 완성 주형을 형성하는 공정과, 상기 주조 캐비티 내에 용융금속을 주입하는 공정과, 그 후에 상기 조형틀 몸체내의 음압 상태를 해제하여 주물을 취출하는 공정을 가지는 감압 주형조형의 주탕 방법으로서, 상기 완성 주형에 주탕하기 전에 상기 조형틀 몸체를 통하여 상기 주조 캐비티 내를 감압하는 공정을 가지며, 상기 주조 캐비티로의 주탕에 있어서, 주형내부 압력을 Pm, 상기 주조 캐비티내 압력을 Pc로 하였을 때, Pm =1 ~ 75kPa, Pc = 1 ~ 95kPa이며 또한, Pc - Pm = 3 ~ 94kPa로 되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 주형 내부 압력 Pm을 1 ~ 75kPa로 한 것은, 1kPa보다 낮게 하면 진공 펌프가 대형으로 되고, 75kPa보다 높게 하면 주탕시에 발생하는 가스를 흡인할 수 없기 때문이다. 또, 주조 캐비티 내 압력 Pc를 1 ~ 95kPa로 한 것은 95kPa보다 높게 하면 대기압(101.3kPa)과의 압력차가 충분하지 않게 되므로, 용탕의 원활한 유입을 확보할 수 없어, 1kPa보다 낮게 하면 주형이 주조 캐비티를 향하여 붕괴할 염려가 있기 때문이다. 게다가, Pc > Pm 으로 되도록 할 필요가 있다. 왜냐하면, 주형 내부 압력 Pm을 주조 캐비티 내 압력 Pc보다도 낮은 감압도로 하는 것으로, 용탕의 주형에 대한 침입(penetrating)을 방지하기 위함이다. 또한, Pc- Pm 은, Pc 및 Pm 의 값에 의해 결정되는데, 3 ~ 94kPa 필요하다.

여기서, 조형틀 몸체는 V 프로세스에 있어서 사용되는 흡인 파이프가 구비된 주형틀(flask)을 말한다.

또한, 본 발명에서 통기 구멍은 필름 성형후에 제품부에 벤트플러그를 배치하여 조형하고, 주형을 빼낸(拔型) 후에 주조 캐비티 측으로부터 벤트플러그의 슬릿(slit)을 따라서 필름을 절단(切缺)함으로써 설치할 수 있다. 게다가, 상기 통기 구멍은 주조 캐비티 측으로부터 바늘 등으로 주형 내부로 관통하는 구멍을 형성함으로써 확보하여도 좋다.

게다가, 본 발명에서 상기와 같이 주조 캐비티를 적당하게 감압함으로써 개방상승부는 필요없게 될 수 있다. 또한, 개방상승부는, 상부 주형을 관통하여, 주조 캐비티와 대기를 연결하는 튜브 형상의 공극이다. 따라서, 개방상승부를 설치하지 않으면, 상부 반할주형의 상부에는 주조 캐비티와 대기를 연결하는 연통 구멍이 없게 된다.

실시예 1

이하, 도 1 및 도 2에 관하여 실시예 1(제1 실시예)를 설명한다.

도 1은, 실시예에 이용한 감압 주형조형 장치의 개략 단면도이다. 상하의 반할주형(1a, 1b)은 V 프로세스의 조형공정을 이용하여 조형하고, 반할주형(1a, 1b) 을 형 맞춤(mating)하여 주조 캐비티(2)를 구획하였다.

여기서, 상기 반할주형(1a, 1b)의 조형 방법을 도 2에 기초하여 상세하게 설명한다. 도 2에서, 원형 모형판(12)의 표면에 차폐부재인 필름(13)을 원형 모형판(12)에 음압에 의해 밀착시키고, 필름(13) 상에 상기 조형틀 몸체인 주형틀(3)을 올려놓은 후, 필름(13)의 상부 반할주형(1a) 측으로 통기 구멍인 벤트플러그(6)를 모형 형상에 맞추어 복수 개 배치하였다. 그 후, 주형틀 내에 모래를 충전하고, 상부 반할주형(1a)의 조형을 행하였다. 다음으로, 상부 반할주형(1a)을 상기 원형 모형판(12)으로부터 형 분리하고, 상부 반할주형(1a)의 주조 캐비티면측으로부터 벤트플러그(6)의 슬릿을 따라서 필름(13)을 절단하였다. 이와 같이 하여, 벤트플러그(6)를 통기 구멍으로서 확보하고 상부 반할 주형(1a)을 조형하였다.

다음으로, 이 상부 반할주형(1a)와 마찬가지로 하여 조형한 또 하나의 하부 반할주형(1b)을 형을 맞추어 주조 캐비티를 구획하는 동시에 완성 주형을 형성하였다(도 1). 이때, 조형틀 몸체인 주형틀(3) 내로 통해 있는 주조 캐비티(2)는 탕도(湯道) 및 탕구(湯口)를 통하여 대기와 연통하고 있다. 또한, 본 실시예에서는 하부 반할주형(1b)에는 통기 구멍인 벤트플러그(6)가 설치되어 있지 않지만, 경우에 따라서 설치할 수도 있다. 이상과 같이 하여, 도 1의 상태의 감압 주형조형 장치를 완성하였다.

이어서, 이와 같이 하여 완성한 감압 주형조형 장치의 작용에 대하여 설명한다. 도 1에 있어서, 상하 반할주형(1a, 1b)의 내부를 주형틀(3, 3), 흡인파이프(4, 4), 배관(5) 및 저장 탱크(reservoir tank, 10)를 통하여, 감압 펌프(11)에 의해 감압하였다.

또, 주조 캐비티(2)를 통기 구멍인 벤트플러그(6)를 통하여, 반할주형(1a, 1b)과 동시에 감압하였다. 반할주형(1a, 1b) 내부의 압력은 압력 센서(7)에 의해 검출되고, 그 검출 압력은 제어 장치(8)에 보내진다. 이 제어 장치(8)로부터는 검출 압력에 따른 제어 신호가 보내져, 비례제어밸브(9)를 필요에 따른 개방도로 조정하고, 반할주형(1a, 1b) 및 주조 캐비티(2)의 흡인압력을 변화시키며, 이동안에 주조 캐비티(2) 내에 용융금속으로서 알루미늄 합금을 주입하였다. 그 후에, 조형틀 몸체 내의 음압 상태를 해제하여 주물을 취출하였다. 이 주물은 3mm 이하의 두께가 얇고 결함이 없었다.

상기의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은 종래의 V 프로세스 주형에, 주조 캐비티(2)와 반할주형(1a, 1b) 내부를 연통하는 통기 구멍인 벤트플러그(6)를 설치하는 것으로, 감압 상태에서 주조를 실시할 수 있다.

실시예 2

다음으로, 도 3 내지 도 5에 의해, 본 발명을 이용한 다른 실시예 2(제2 실시예)를 설명한다.

도 3은 바늘로 상부 반할주형의 내부로 관통하는 통기구멍을 설치한 경우를 나타낸다. 상하의 반할주형(21a, 21b)은 V 프로세스에 의해 조형하였다. 다음으로, 상부 반할주형(21a)의 주조 캐비티(22) 측으로부터 바늘로 상부 반할주형(21a)측에 필름을 관통하고, 주형 내에 도달하는 복수 개의 통기 구멍(23)을 형성하였다. 그 구멍 천공의 방법은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 복수 개의 바늘(針, 24)을 구비한 치구(治具)를 구동장치(25)로 구동하고, 한번에 통기 구멍(23)을 형성하였다. 바늘(24)의 위치는 컴퓨터 제어에 의해 주물의 형상에 있어서 탕(湯)의 흐름이 나쁘다고 생각되는 장소나 탕구에서 먼 주물 형상부에 맞추어 미리 설정되게 되어 있다. 또한, 장치의 간소화나 통기 구멍(23)의 수가 적은 경우는 수작업에 의해 구멍 천공을 행하여도 좋다. 또, 본 실시예에서는, 하부 반할주형(21b)에는 통기 구멍(23)이 설치되어 있지 않지만, 경우에 따라서 설치할 수 있다. 그 후, 반할주형(21a, 21b)을 형을 맞추고, 주조 캐비티(22)를 구성하였다(도 3). 다음으로, 반할주형(21a, 21b)의 내부 압력(Pm)을 Pm = 1 ~ 75kPa, 주조 캐비티(22)의 내부 압력(Pc)을 Pc = 1 ~ 95kPa이 되도록 압력 조건을 조정하면서, 주탕을 행하였다.

도 5는, 본 발명의 실시예에서의 상하의 반할주형(1a, 1b), 주조 캐비티(2) 내의 압력의 예를 나타낸 것이다.

주탕 시의 반할주형(1a, 1b)의 내부 압력을 Pm, 주조 캐비티(2)의 내부 압력Pc 및 반할주형(1a, 1b)의 내부 압력(Pm)과 주조 캐비티(2)의 내부 압력(Pc)의 압력차를 Pc - Pm으로 한 때에, 주조 캐비티(2)의 내부 압력(Pc)은 용탕의 원활한 유입을 확보하기 위해서는 대기압(101.3kPa)과의 압력차가 필요하다. 또한, Pc - Pm이 작으면 형 무너짐이 생기고, Pc - Pm이 크면 Pm이 작아지기 때문에 진공 설비가 커지게 되어, 설비 비용이 커진다.

상기의 이유 및 실험 결과로부터, Pm = 1 ~ 75kPa, Pc = 1 ~ 95kPa이며 또한, Pc - Pm = 3 ~ 94kPa의 경우에 효과가 있음을 알 수 있었다.

더욱 상세하게 압력의 변화를 설명한다. 주탕 개시로부터 주탕 완료에 걸쳐 서는, 주조 캐비티(2)의 감압에 의한 탕 흐름성의 향상, 성형 필름 소실(燒失)에 수반한 발생가스의 흡인때문에, 반할주형(1a, 1b)의 내부 압력(Pm)은 고감압도(高減壓度)를 유지한다.

상기 주조 캐비티(2)가 용탕으로 채워지는 주탕완료 이후는, 상기 반할주형(1a, 1b)의 내부 압력(Pm)을 상기 압력 센서(7)가 검지하여 상기 제어 장치(8)에 송신한다. 제어 장치(8)는 상기 비례제어밸브(9)의 개방도를 조정하여, 반할주형(1a, 1b)의 내부 압력(Pm)의 조정을 행하고, 반할주형(1a, 1b)의 내부 압력(Pm)을 저감압도로 하여, 용탕의 주형으로의 침입을 방지한다.

실시예 3

도 6은, 개방상승부(R)를 이용하여 주조 캐비티내를 감압하는 방법의 일예를 나타낸다. 상하의 반할주형(31a, 31b)은, V 프로세스의 조형 공정을 이용하여 조형되고, 형 맞춤을 행하여 주조 캐비티(32)를 구성한다. 반할주형(31a, 31b)의 내부는 주형틀(33, 33), 흡인 파이프(34, 34), 배관(35) 및 저장 탱크(36)를 통하여, 감압 펌프(37)에 의해 감압된다.

또한, 상부 반할주형(31a)에는 주조 캐비티와 연결하고, 압탕과 병용하여 상부 반할주형(31a)의 상면을 향하여 개구한 개방상승부(R)을 설치하였다. 게다가, 하부 반할주형(31b)에는 주조 캐비티(32)와 개방상승부(R)을 연결하는 도시하고 있지 않은 판게이지(flat gage)를 설치하였다.

주조 캐비티(32) 내부는 개방상승부(R)의 상부 반할주형(31a) 상면에 있는 개구에 접속된 접속 치구(38), 주조 캐비티 감압용 저장 탱크(39), 압력 조정밸브 (40) 및 저장 탱크(36)를 통하여 감압 펌프(37)에 의해 감압하였다.

다음으로, 반할주형(31a, 31b)의 내부 압력(Pm)을 Pm = 1 ~ 75kPa, 주조 캐비티(32)의 내부 압력(Pc)을 Pc = 1 ~ 95kPa이 되도록 압력 조건을 조정하면서, 주탕을 행하였다.

비교예

도 7은, 개방상승부(R)을 설치한 주형에 있어서, 주조 캐비티 내를 감압하지 않는 경우의 일예를 나타낸다. 상하의 반할주형(31a, 31b)은 V 프로세스의 조형공정을 이용하여 조형되고, 형 맞춤을 행하여, 주조 캐비티(32)를 구성하였다. 반할주형(31a, 31b)의 내부는, 주형틀(33, 33), 흡인파이프(34, 34), 배관(35) 및 저장 탱크(36)를 통하여 감압 펌프(37)에 의해 감압하였다.

또한, 상부 반할주형(31a)에는 주조 캐비티와 연결하고, 압탕과 병용으로 이 상부 반할주형(31a)의 상면으로 향하여 개구한 개방상승부(R)을 설치하였다. 게다가, 하부 반할주형(31b))에는 주조 캐비티(32)와 개방상승부(R)을 연결하는 도시하고 있지 않은 판게이지를 설치하였다. 이와 같은 주형에 대하여, 주조 캐비티를 감압하지 않고 주탕을 행하였다.

도 8 내지 도 10은 주탕 결과를 나타내는 개략도이다. 이 개략도는 주탕 결과의 사진을 모식적으로 나타낸 것이다.

도 8은, 실시예 2의 방법으로 주탕한 결과를 나타낸다. 도 9는, 실시예 3의 방법으로 주탕한 결과를 나타낸다. 도 10은, 비교예의 방법으로 주탕한 결과를 나타낸다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 비교예인 주조 캐비티 내를 감압하지 않은 경우에는, 게이지에 가까운 주조 캐비티의 일부에만 용탕(molten metal)이 충전되어 있음을 알 수 있다. 다음으로, 도 9에 나타내는 실시예 3의 본 발명을 이용한 방법에 의한 것은, 개방상승부(R)가 있는 부분에는 용탕이 도달하고 있으며, 비교예와 비교하여 주조 캐비티 내를 감압하는 효과가 나타나 있다. 그러나, 개방상승부(R)가 없는 부분에 대해서는 용탕이 충전되어 있지 않음을 알 수 있어, 주물로서는 불충분한 것이다. 그것에 대신하여, 도 8에 나타내는 바와 같이, 실시예 2에 나타내는 본 발명을 이용한 다른 방법의 경우는, 주조 캐비티 전체에 용탕이 충만하고, 실시예 3의 결과보다 더 주조 캐비티 내를 감압하는 효과가 나타나고 있음을 알 수 있다.

이상의 결과로부터 보아도, 본 발명을 이용하는 것의 유용성을 확인할 수 있다.

	충전성	조형 비용	작업성
바늘 구멍	매우 좋음	매우 좋음	좋음
벤트	좋음	보통	보통
개방상승부	보통	보통	좋음

또한, 표 1에 있어서 주조 캐비티 내를 감압하는데 있어서, 주조 캐비티와 조형틀 몸체를 연통시키는 방법으로서, 본 발명에 의한 바늘에 의해 통기 구멍을 설치하는 방법, 벤트플러그를 사용하여 통기 구멍을 설치하는 방법이 있다. 또한, 주조 캐비티 내를 개방상승부(R)를 통하여 감압하는 방법이 있다. 이들의 방법의 충전성, 조형 비용, 조형의 작업성을 비교하였다. 그 결과, 바늘에 의해 통기 구멍을 설치하는 방법이, 충전성, 조형 비용, 조형의 작업성 모두 다른 2 방법과 비교하여 양호한 결과를 나타내었다.

실시예 4

다음으로, 도 11 내지 도 16에 관하여, 본 발명의 실시예 4(제4 실시예)를 설명한다. 실시예 4는, V 프로세스의 조형 공정을 이용하여 조형된 완성 주형을 주조의 로(유지 로)의 상방에 배치하고 주탕하는 것을 특징으로 한다. 즉, V 프로세스의 주탕 방법에 있어서, 하부 반할주형에 탕구를 형성하고, 상부 반할주형에는 탕구를 형성하지 않은 완성 주형을 주조의 로의 상방에 배치하며, 완성 주형과 상기 주조의 로와의 사이에 단열 수단을 설치하여 주탕하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 완성 주형의 하부 반할주형의 하면을 평면이 되도록 조정하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상부 반할주형에 탕구를 형성하지 않는 것은, 종래의 V 프로세스의 주탕 방법인 중력 주조방법이 아니라, 주탕 방법으로서 저압주조 방법 또는 차압주조 방법을 이용하기 때문에, 완성 주형의 하면으로부터 주탕을 행하기 위함이다. 따라서, 완성 주형은 주조의 로의 상방에 위치하게 된다.

또한, 단열재란, 주조의 로(유지 로) 내에 있는 용탕의 열에 의해 V 프로세스 주형의 차폐부재인 필름이 녹아버리는 것을 방지하기 위한 수단으로, 하부 반할주형을 올려놓는 하부 다이플레이트(die plate)와 하부 반할주형의 사이에 단열재를 설치함으로써 실시된다. 또한, 하부 다이플레이트 내에 부분적으로 삽입된 형태로 설치하는 것도 가능하다. 또, 이 단열 수단에 이용하는 단열재의 재질은, 도기(陶器), 세라믹스, 석고(石膏), 사형(砂型), 자경성(self hardening, 自硬性) 사형 등 용탕의 온도에 견딜 수 있는 재질이면 된다.

게다가, 하부 반할주형을 수평으로 유지하도록 조정하는 것은, 하부 반할주형의 하면이 평면이 아닌 경우나, 하부 반할주형이 수평이 아닌 경우에, 하부 반할주형과 단열재나 하부 다이플레이트와의 사이에 극간이 발생하여, 주탕시에 탕누설이 발생할 가능성이 있기 때문에, 하부 반할주형과 단열재나 하부 다이플레이트와의 사이에 하부 반할주형의 수평을 유지하기 위한 완충재를 설치한다거나, 충전재를 평평하게 하기 위하여 기계적 수단(진동(振動)이나 스크레이퍼(scraper))을 작용시키는 것이다. 이 완충재의 재질은 하부 반할주형의 하면의 형상에 어울리는 연질(軟質)의 재료이며, 글라스울(glass wool), 모래 등 용탕의 온도에 견딜 수 있는 재료면 된다. 또한, 복합 재료라도 좋다.

우선 도 11에 대하여 언급하며, 이러한 도면은 본 발명의 실시예의 감압 주형조형 장치의 개략 모식도이다. 도 11에 나타내는 바와 같이, 본 감압 주형조형 장치는, 용탕을 유지한 유지 로(44)와, 유지 로(44)의 상면에 올려놓은 하부 다이플레이트(42)와, 하부 다이플레이트(42)의 상면에 올려놓은 상기 단열수단인 단열재(83)와, 단열재(83)의 상면에 올려놓은 주형틀(53a, 53b)과, 주형틀(53a, 53b) 내의 V 프로세스의 조형공정을 이용하여 조형되어 상하 반할주형(51a, 51b)과, 상부 반할주형(51a)의 상면에 올려놓은 상부 다이플레이트(56)와, 상기 유지 로(44)의 상면의 네모퉁이로부터 세워설치된 4개의 로드(57, 7)로 구성하고 있다.

상기 유지 로(44)에는 로 내에 압축공기를 도입하기 위한 압축공기 도입관(58)이 부착되어 있다. 또한, 상기 상하의 반할주형(51a, 51b)의 내부에는 형을 맞춤으로써 주조 캐비티(52)가 구획되어 있다. 게다가, 상기 하부 다이플레이트(42)에는 유지 로(44) 내의 용탕을 주조 캐비티(52)내에 도입하기 위한 스토크(60)가 부착되어 있다. 또, 상기 단열재(83)에는 하부 반할주형(51b) 하면의 탕구에 대응하여, 스토크(60)와 연통한 위치에 용탕의 도입로로 되는 구멍이 형성되어 있다.

다음으로, 본 실시예의 감압 주형조형 장치의 작용에 대하여 설명한다. 도 11에 있어서, 상하 반할주형(51a, 51b)의 내부를, 주형틀(53a, 53b)의 내부를 주형틀(53a, 53b), 흡인파이프(63, 63)를 통하여 감압 장치(62)에 의해 감압하였다. 상기 상하 반할주형(51a, 51b)을 단열재(83) 위에 올려놓고, 상부 다이플레이트(56)를 상부 반할주형(51a)의 상면에 올려놓았다. 다음으로, 상부 다이플레이트(56) 및 하부 다이플레이트(42)로 단열재(83)와 상하의 반할주형(51a, 51b)을 끼워 넣어 클램프하였다.

그후, 도시하지 않은 압축 공기 발생원으로부터 유지 로(44)내에 압축공기 도입관(58)을 통하여 압축 공기가 도입되고, 용탕의 상면에 압력이 가해져, 용탕이 스토크(60)를 상승하면서, 주조 캐비티(52)내에 충전을 행하였다. 주조 캐비티(52) 내의 용탕이 응고한 후, 압축 공기의 도입이 멈추고, 유지 로(44) 내의 압력을 대기압으로 되돌림에 따라서, 탕구나 스토크(60)내의 여분의 용탕이 유지 로(44)내로 돌아와 주탕을 종료하였다.

또한, 본 실시예의 감압 주형조형 장치는, 주형의 바로 아래에 유지 로가 설치되어 있기 때문에, 장치의 설치 스페이스를 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 압탕(feeder head), 상승부(riser)가 사용되어 있지 않지만, 필요에 따라서 설치할 수 있는 것은 물론이다. 게다가, 본 실시예에서는 압축 공기의 도입에 의해 용탕을 공급하고 있지만, 전자 펌프 등 다른 방법에 의해 용탕을 공급하여도 좋은 것은 물론이다.

다음으로, 본 실시예의 감압 주형조형 장치를 이용하여 행한 주탕 테스트에 대하여 설명한다. 주탕 테스트는 상기 주조 캐비티(52)로 알루미늄 용탕을 주탕하고, 주조 캐비티(52)내에 용탕이 충전된 길이인 전체 길이와 건전하게(양호하게) 충전된(filled well) 건전부(健全部, good part)의 길이를 측정하였다. 도 12는, 주탕 테스트에서의 상기 유지 로(44) 내에서 가압할 압축 공기의 압력 조건을 나타낸 것이다. 최종 도달 설정 압력은 0.03, 0.06MPa이며, 승압속도는 0.01, 0.02MPa/s 이다.

도 13은, 주조 캐비티(52)의 두께가 3mm인 경우의 주조 캐비티(52) 내에 용탕이 충전된 길이인 전체 길이와 건전하게 충전된 건전부의 길이의 측정 결과이다. 유지 로(44) 내의 가압할 압축 공기의 승압 속도를 0.01MPa/s로 하고, 최종 도달설정압력을 0.03MPa로 하였다. 비교예로서, 종래의 V 프로세스의 조형 공정을 이용하여 조형된 주형에 중력(重力) 주입을 행한 중력 주조의 결과를 함께 나타낸다.

도 13에서, 본 실시예의 감압 주형조형 장치를 이용한 경우가, 전체 길이(全長) 및 건전부의 길이 모두 비교예보다 긴 수치를 나타내었다.

도 14는, 주조 캐비티(52)의 두께가 3mm인 경우, 유지 로(44) 내에 가압할 압축 공기의 승압 속도를 변화시킨 때의 주조 캐비티(52) 내로 용탕이 충전된 길이인 전체 길이와 건전하게 충전된 건전부의 길이의 측정결과이다. 유지 로(44) 내에 가압하는 압축 공기의 최종 도달 설정 압력을 0.03MPa로 하고, 승압속도를 0.005, 0.01, 0.02MPa/s로 하였다.

도 14로부터, 전체 길이 및 건전부의 길이 모두 승압 속도가 높게 될수록 길이가 길어지는 경향이지만, 승압 속도가 0.01MPa/s 이상으로 되면 길이의 변화가 작아지는 것을 알 수 있다. 본 테스트의 결과에서는, 승압 속도를 0.01MPa/s로 하는 것이 좋다고 생각된다.

다음으로, 도 15는, 조형한 주물의 표면 거칠기의 측정 결과이다. 비교예로서, 종래의 V 프로세스의 조형 공정을 이용하여 조형된 주형에 중력 주입을 행한 중력 주조로 조형한 주물의 결과를 함께 나타낸다. 표면 거칠기를 측정한 장소는, 도 11에서 탕도로부터 주조 캐비티(52)에 용탕이 유입되는 부분이다.

도 15로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 감압 주형조형 장치를 이용하여 유지 로(44) 내를 가압하는 압축 공기의 최종 도달 설정 압력을 0.03MPa로 한 경우는, 비교예인 중력 주조의 경우와 차이가 없었다. 그것에 대하여, 유지 로(44)내를 가압하는 압축 공기의 최종 도달 설정 압력을 0.06MPa로 한 경우는, 표면 거칠기의 수치가 높게 되어, 표면 거칠기가 거칠게 되었다. 이것은 용탕 압력이 높게 됨으로써 주형에 용탕이 침입하고 있기 때문이라고 생각된다.

다음으로, 도 16은 본 실시예에서의 용탕 주탕 시의 압력 제어의 예를 나타낸다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 상하의 반할주형(55a, 55b)를 형맞춤함으로써 주조 캐비티(52)가 구획된다. 유지 로(44) 내의 용탕의 상면을 가압함으로써 용탕은 스토크(60)를 상승하여, 주조 캐비티(52) 내에 주탕된다. 또한, 도 16 오른쪽의 그래프에서 유지 로(44)내의 용탕 상면에 압축 공기에 의해 가압을 개시하는 시점을 0으로 한다. 유지 로(44) 내에 가압할 압축공기의 설정압력(P)과 용탕의 도달 높이(h)는 식 P = ρbh로 결정된다.

따라서, 도 16에 나타내는 바와 같이, 용탕이 탕구로부터 주조 캐비티(52)내로 유입되는 위치(h1)에 도달할 때까지는, 급격하게 용탕 높이가 변화하므로, 유지 로(44) 내에서 가압하는 압축 공기의 설정 압력(P)의 승압 속도를 빠르게 할 필요가 있다. 다음으로, 주조 캐비티(52)의 평면 부분에 주탕을 행하는 부분인 h1에서 h2에 대해서는 유지 로(44) 내에 가압할 압축 공기의 설정 압력(P)의 승압 속도를 느리게 할 필요가 있다. 왜냐하면, h1에서 h2의 부분은 주조 제품으로 되는 부분이기 때문에, 용탕의 흐름이 난류(亂流)로 됨으로써 차폐부재인 필름의 일부분에 용탕이 집중하여 접촉하고, 이 때문에 필름의 부분적인 연소(buring)에 의한 떨어짐(fall)에 따르는 형 탈락(fall of mold)이 발생할 위험이 있다. 또한, 용탕의 흐름이 난류가 되는 것에 의한 가스의 연행(entrainment)도 발생하기 쉽게 되는 등의 문제점을 방지하기 때문이다.

또한, h2 에서 h3 부분은 상기 h1 까지의 경우와 동일하게 급격하게 용탕 높이가 변화하기 때문에, 유지 로(44)내에 가압할 압축공기의 설정 압력(P)의 승압 속도를 빠르게 할 필요가 있다.

실시예 5

다음으로, 도 17에 기초하여 본 발명의 실시예 5(제5 실시예)를 설명한다.

도 17은, 다른 실시예를 이용한 감압 주형조형 장치의 개략 모식도이다. 도 16에 나타내는 바와 같이, 본 감압 주형조형 장치는, 용탕을 유지한 유지 로(44)와, 유지 로(44)의 측방에 세워 설치된 지지기둥(72, 72)과, 지지기둥(72, 72)의 상단 사이에 걸쳐 설치된 하부 다이플레이트(42)와, 하부 다이플레이트(42)의 상면에 올려진 주형틀(53a, 53b), 하부 다이플레이트(42)와, 주형틀(53a, 53b), 하부 다이플레이트(42) 내에 V 프로세스의 조형 공정을 이용하여 조형된 상하의 반할주형(51a, 51b)과, 상부 반할주형(51a)의 상면에 올려진 상부 다이플레이트(56)와, 상기 하부 다이플레이트(42)의 상면의 네모퉁이로부터 세워 설치된 4개의 지지기둥(72, 72)과, 하부 다이플레이트(42)의 하면에 있는 용탕 도입구(58)와 상기 유지로(44)를 연통하는 파이프(79)로 구성되어 있다.

상기 유지로(44)에는 로 내에 압축공기를 도입하기 위한 압축 공기 도입관(80)이 부착되어 있다. 또한, 상기 상하 반할주형(51a, 51b)의 내부에는 형 맞춤을 함으로써 주조 캐비티(52)가 구획되어 있다.

게다가, 상기 하부 다이플레이트(42)에는 유지 로(44)내의 용탕을 주조 캐비티(52)내로 도입하기 위한 파이프(79)에 연통한 스토크(60A)가 부착되어 있다. 또한, 하부 다이플레이트(42)의 하면에는, 하부 반할주형(51b)의 탕구에 대응하여, 파이프(79)와 연통한 위치에 용탕의 도입로로 되는 구멍이 형성되어 있으며, 이 구멍의 주위에는 상기 단열 수단인 단열재(83A)가 설치되어 있다.

다음으로, 실시예에 이용된 감압 주형 조형장치의 작용에 대하여 설명한다. 도 17에 있어서, 상하 반할주형(51a, 51b)의 내부를, 주형틀(53a, 53b), 흡인파이프(63, 63)을 통하여 감압 장치(62)에 의해 감압하였다. 상기 상하 반할주형(51a, 51b)을 하부 다이플레이트(42) 상에 올려놓고, 상부 다이플레이트(56)를 상부 반할주형(51a)의 상면에 올려놓았다. 다음으로, 상부 다이플레이트(56) 및 하부 다이플레이트(42)로 상하의 반할주형(51a, 51b)를 끼워놓고 클램프하였다. 그 후, 도시하지 않은 압축 공기 발생원으로부터 유지 로(44) 내에 압축공기 도입관(80)을 통하여 압축 공기를 도입하고, 용탕의 상면에 압력이 가해져, 용탕이 스토크(60A) 및 파이프(79)를 상승하면서, 주조 캐비티(52) 내에 충전을 행하였다. 주조 캐비티(52) 내의 용탕이 응고한 후, 압축공기의 도입이 멈춰지고, 유지 로(44) 내의 압력을 대기압으로 되돌림에 따라서, 탕구나 파이프(79) 및 스토크(60A) 내의 여분의 용탕이 유지 로(44)내로 되돌려져 주탕을 종료하였다.

또한, 본 실시예의 감압 주형조형 장치는, 유지 로 상에 주형이 없기 때문에, 용탕의 보급이 용이하며, 또 용탕 상면의 용재(슬래그)나 산화물 등의 잔재가 제거되기 쉬운 등의 이점이 있다. 또한, 본 실시예에서는 압탕, 상승부가 사용되고 있지 않지만, 필요에 따라서 설치하는 것이 가능한 것은 물론이다.

게다가, 본 실시예에서는, 압축 공기의 도입에 의해 용탕을 공급하고 있지만, 전자 펌프 등 다른 방법에 의해 용탕을 공급하여도 좋은 것은 물론이다.

도 18에 나타내는 바와 같이, 상하의 반할 주형(51a, 51b)이 올려 놓인 하부 다이플레이트(42)의 하방까지 1개의 파이프(79A)에 의해 용탕을 공급하고, 하부 반할주형(51b)에 면(面)하는 파이프(79A)의 일단에 복수의 용탕 공급로를 내부에 형성한 모래층(84)을 부착하였다. 이 모래층(84)의 사용에 의해, 주형에 설치된 복수의 탕구에 동시에 용탕을 공급하는 것이 가능하게 되었다. 이때문에, 복잡한 형상의 주물에 대한 대응이나, 다수 개를 포함한 주물에 대한 대응도 용이하게 되었다. 또한, 주조 방안 변경에 의한 탕구 위치의 변경에 대해서는, 탕구 위치에 대응한 용탕 공급로를 가지는 모래층(84)을 형성하면 된다. 이와 같이, 모래층을 사용하는 것으로 탕구 위치의 변경에 대한 대응을 용이하게 할 수 있다. 또한, 본 도면에서는, 모래층(84)은 파이프(79A)에 접속되어 있지만, 모래층(84)의 접속장소는 스토크이어도 좋은 것은 물론이다.

실시예 6

도 19 및 도 20에 나타내는 조형틀 몸체 냉각 장치는 본 발명에 사용할 수 있으며, 조형틀 몸체의 승온을 억제하고, 필름의 용착을 방지하는 목적으로 조형틀 몸체의 측면과 하면으로 압축 에어를 분사하여 냉각하는 것이다. 이 장치를 이용하여 금속틀과 필름이 접하는 면을 한변으로 하는 챔버로 압축공기를 불어넣어 공랭(空冷)함으로써 금속틀의 승온을 억제하고, 필름의 용착을 방지할 수 있다. 또한, 정반의 바닥면으로 압축 에어를 분사하여, 공랭함으로써 정반의 승온을 억제하며, 필름의 용착을 방지할 수 있다.

도 21에 나타내는 바와 같이, 종래의 금속제 조형틀 몸체는, 주형을 유지하기 위하여 상틀 하틀 모두 측벽은 챔버(중공)형상(101)이며, 도시하지 않은 진공 펌프로부터 흡인하는 것에 의해 챔버(101) 내부를 진공으로 하며, 음압에 의해 사형(砂型)(61a, 61b)을 형성하고 있다. 사형(61a, 61b)은 상틀(93a), 하틀(93b), 상면 필름(97), 제품면 필름(98, 98), 하면 필름(99)에 의해 둘러싸여 흡인(吸引)이 가해짐으로써, 음압으로 되어 형상을 유지하고 있다.

주탕시, 제품면 필름(98, 98) 중, 주입제품(96)과 접하는 부분은 소실(burned out)하지만, 상틀(93a)과 하틀(93b)에 끼워지는 부분은 필름 형상 그대로이며, 틀해제(demolding) 시에 제거된다. 또, 상면 필름(97), 하면 필름(99)은 필름 형상인 그대로 틀해제 전에 제거된다.

주탕후, 주입제품(96)이 어느 정도 냉각되어 굳으면 진공 흡인을 멈추고, 틀 내에서 자연냉각시키지만, 이때에 카운터웨이트 등, 열용량이 큰 제품을 주입하는 경우, 주입 제품(as-cast, 96)의 열이 사형(61a, 61b)을 통하여 상틀(93a), 하틀(93b), 정반(95)에 전달되어 상술한 제품면 필름(98, 98) 중, 상틀(93a)과 하틀(93b)에 끼워지는 부분과, 하면 필름(99)이 금속틀이나 정반에 용착해버리는 문제가 발생하는 경우가 있었다(도 21).

그래서, 본 발명의 냉각 장치에 의해, 금속틀의 측면용 노즐(91, 91)과 정반 바닥면용 노즐(92)을 설치하고, 압축 에어를 금속틀에 분사하여 냉각하는 것으로 하였다.

측면으로부터의 에어블로우(air-blow)에 대해서는 정합면(matching plane)(상틀과 하틀이 맞추어지는 면) 측에 공랭용 챔버(102, 102)를 설치하고, 탈부착 가능한 측면용 노즐(91, 91)을 삽입하며, 수동 밸브로 블로우(blow)의 온·오프를 조작하는 구조로 하였다(도 19, 20). 바닥면의 에어블로우에 대해서는, 정반(95)의 하방 중앙부근에 바닥면용 노즐(92)을 설치하고, 수동 밸브(104)로 블로우의 온·오프를 조작하는 구조로 하였다(도 19, 도 20). 공랭용 챔버(102, 102)에는 몇개의 구멍이 설치되어 있어, 측면용 노즐(91)의 삽입구 겸 공기의 출입구로 되어 있다(도 19).

공정

금속틀은 조형으로부터 주탕 후 어느 일정 시간까지 진공흡인이 가해진다(사형 유지를 위함). 그 후, 흡인이 멈추고 틀 내에서 자연냉각되지만, 이때 압축 에어를 분사하여, 적극적으로 공랭한다.

금회의 발명은, 반자동화 설비를 위하여, 수작업에 의한 노즐의 탈부착, 수동 밸브의 구성으로 하였지만, 에어실린더 등의 액추에이터를 이용하여, 노즐 탈부착의 자동화, 전자밸브에 의한 에어블로우의 자동화를 행하는 것도 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시의 형태를 설명하였지만, 이들의 실시의 형태는 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 예시의 목적을 위한 것이며, 발명을 이들의 형태로 특정하는 것이 아니다. 따라서, 당업자라면, 본 발명의 기술적 사상 및 범위로부터 일탈하지 않고, 이들의 실시의 형태에 적당한 변경 및 변형을 부여하는 것이 가능한 것은 명백하며, 본 발명은 그와 같은 변경 및 변형을 포함하는 것이다. 본 발명은 첨부된 특허 청구범위 및 그 균등물에 의해 정해진다.

본 발명에 따르면, V 프로세스 주형을 이용하여 주물, 특히 두께가 얇은 주물을 주조하는데 적합한 감압 주형 조형의 주탕 방법 및 장치, 그리고 그 방법에 의해 주조한 주물을 제공할 수 있으며, 또한, 조형틀 몸체를 냉각하는 장치를 제공할 수 있다.

Claims (27)

1. 원형 모형판의 표면에 차폐부재를 밀착하는 차폐부재 밀착공정과,

   상기 밀착한 차폐부재 상에 조형틀 몸체를 올려놓는 동시에 상기 조형틀 몸체 내에 점결제를 포함하지 않는 충전재를 충전하는 공정과,

   상기 충전재의 상면을 밀폐하여 조형틀 몸체 내를 음압으로 함으로써, 상기 차폐부재를 충전재 측으로 흡착하여 차폐부재를 성형하는 공정과,

   이어서 상기 원형 모형판을 차폐부재로부터 형을 분리하여 조형면을 가지는 상부 반할주형을 조형하는 공정과,

   상기 상부 반할주형과 동일하게 하여 조형한 하부 반할주형과 형을 맞추어 주조 캐비티를 구획하는 동시에 완성 주형을 형성하는 공정과,

   상기 주조 캐비티 내에 용융금속을 주입하는 공정과,

   그 후 상기 조형틀 몸체 내의 음압상태를 해제하고 주물을 꺼내는 공정을 가지는 감압 주형조형에서의 주탕방법으로서,

   상기 완성 주형에 주탕을 개시하기 전에 상기 주조 캐비티내를 감압하는 공정을 포함하고,

   상기 조형틀 몸체의 상기 충전재 측의 내측에 복수의 구멍을 설치하는 것을 포함하며, 상기 주조 캐비티 내를 감압하는 공정은 상기 조형틀 몸체의 내부공간을 통하여 상기 복수의 구멍에 연통하는 감압수단에 의해 상기 복수의 구멍 및 상기 충전재를 통하여 상기 주조 캐비티 내를 감압하는 감압 주형조형의 주탕 방법.
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3. 제1항에 있어서, 상기 주형에 개방상승부를 형성하지 않는 감압 주형조형의 주탕 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 주조 캐비티에 연통하는 개방상승부를 상기 상부 반할주형에 형성하는 것을 포함하고, 상기 주조 캐비티 내를 감압하는 공정은 상기 개방상승부에 연통하는 감압 수단에 의해 상기 복수의 구멍 및 상기 충전재를 통하여 상기 주조 캐비티 내를 감압하는 감압 주형조형의 주탕 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 주조 캐비티에 접하는 상기 차폐부재에 복수의 구멍을 설치하는 것을 포함하고, 상기 주조 캐비티 내를 감압하는 공정은, 상기 감압 수단에 의해 상기 차폐부재에 설치한 상기 복수의 구멍, 상기 충전재 및 상기 조형틀 몸체의 상기 충전재 측의 내측에 설치한 복수의 구멍을 통하여 상기 주조 캐비티 내를 감압하는 것을 포함하는 감압 주형조형의 주탕 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 차폐부재에 설치한 상기 복수의 구멍에 벤트플러그를 배치하고, 상기 주조 캐비티 내를 감압하는 공정은, 상기 벤트플러그, 상기 충전재 및 상기 조형틀 몸체의 상기 충전재 측의 내측에 설치한 복수의 구멍을 통하여 상기 주조 캐비티 내를 감압하는 것을 포함하는 감압 주형조형의 주탕 방법.
7. 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한항에 있어서, 상기 완성 주형의 적어도 한쪽의 반할주형의 감압도를 주탕 전으로부터 주탕 종료시까지 측정하는 공정과, 측정한 감압도를 제어장치에 전달하고, 상기 반할주형의 주형 내부 및 상기 주조 캐비티의 감압도를 조정하는 공정을 더 포함하는 감압 주형조형의 주탕 방법.
8. 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한항에 있어서, 주형 내부 압력을 Pm, 상기 주조캐비티내 압력을 Pc로 하면, Pm = 1 ~ 75kPa, Pc = 1 ~ 95kPa이며, 또한, Pc - Pm = 3 ~ 94kPa이 되도록 상기 주조 캐비티 내를 감압하는 공정을 행하는 감압 주형조형의 주탕 방법.
9. 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한항에 기재된 주탕 방법에 의해 주조한 주물.
10. 감압 주형 조형에 이용하는 조형장치로서,

    주조 캐비티를 형성하는 주형으로서의 충전재를 내측에 수용하는 조형틀 몸체로서, 상기 조형틀 몸체의 상기 충전재 측의 내벽에 복수의 구멍이 형성되고, 상기 조형틀 몸체는 상기 복수의 구멍에 연통하는 내부 공동(空洞)을 가지며, 상기 내부 공동은, 상기 조형틀 몸체의 외부에 위치하여 상기 주조 캐비티를 감압하기 위한 감압 수단에 연통가능하게 설치되어 있는 조형틀 몸체를 포함하는 조형장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 주형의 적어도 한쪽의 반할주형의 감압도를 주탕전으 로부터 주탕 종료시까지 측정하는 수단과, 상기 측정된 감압도를 받아 상기 반할주형의 주형 내부 및 상기 주조 캐비티의 감압도를 조정하는 제어장치를 더 포함하는 조형장치.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 조형틀 몸체의 측벽 및 바닥부에 압축 에어를 분사하여 상기 조형틀 몸체를 냉각하는 수단을 포함하는 조형장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 조형틀 몸체는 하틀 몸체(lower flask)와, 상기 하틀 몸체의 위에 놓이는 상틀 몸체(upper flask)를 포함하고, 상기 압축에어를 안에 흐르게 하기 위한 환형 공랭 챔버(annular cooling chamber)를 상기 상틀 몸체 하부의 내부 및 상기 하틀 몸체 상부의 내부에 각각 설치한 조형장치.
14. 원형 모형판의 표면에 차폐부재를 밀착하는 차폐부재 밀착공정과,

    상기 밀착한 차폐부재 상에 조형틀 몸체를 올려놓는 동시에 상기 조형틀 몸체 내에 점결제를 포함하지 않는 충전재를 충전하는 공정과,

    상기 충전재의 상면을 밀폐하여 조형틀 몸체 내를 음압으로 함으로써, 상기 차폐부재를 충전재 측으로 흡착하여 차폐부재를 성형하는 공정과,

    이어서 상기 원형 모형판을 차폐부재로부터 형을 분리하여 조형면을 가지는 상부 반할주형을 조형하는 공정과,

    상기 상부 반할주형과 동일하게 하여 조형한 하부 반할주형과 형을 맞추어 주조 캐비티를 구획하는 동시에 완성 주형을 형성하는 공정과,

    상기 주조 캐비티 내에 용융금속을 주입하는 공정과,

    그 후 상기 조형틀 몸체 내의 음압상태를 해제하고 주물을 꺼내는 공정을 가지는 감압 주형조형의 주탕방법으로서,

    상기 완성 주형에 탕구를 형성하고, 상기 상부 반할주형에는 탕구를 형성하지 않는 것을 특징으로 하는 감압 주형조형의 주탕 방법.
15. 제14항에 있어서, 주조 로 위에 배치되는 상기 하부 반할주형을 수평으로 유지하도록 조정하는 것을 포함하는 감압 주형조형의 주탕 방법.
16. 제14항에 있어서, 상기 조형틀 몸체의 아래에 유지 로를 배치하여 설치하고, 상기 하부 반할주형과 상기 유지 로와의 사이에 완충재를 설치하여 상기 하부 반할주형을 수평으로 유지하는 것을 포함하는 감압 주형조형의 주탕 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 완충재는 단열재를 포함하는 감압 주형조형의 주탕 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 주형을 지지하기 위한 하부 다이플레이트를 상기 단열재의 아래에 배치하여 설치하는 감압 주형조형의 주탕 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 하부 다이플레이트에 냉각수단을 설치하는 것을 포함하는 감압 주형조형의 주탕 방법.
20. 제18항에 있어서, 상기 단열재는 모래층을 포함하는 감압 주형조형의 주탕 방법.
21. 제18항에 있어서, 상기 단열재는 자경성 모래층을 포함하는 감압 주형조형의 주탕 방법.
22. 제20항에 있어서, 상기 모래층은 상기 유지 로의 스토크와 연통하는 하나의 탕구와, 상기 탕구(湯口) 및 상기 주조 캐비티에 연통하는 복수의 탕도(湯道)를 가지는 감압 주형조형의 주탕 방법.
23. 제14항 내지 제22항 중 어느 한항에 있어서, 상기 주탕 방법은 저압(低壓) 주조방법인 감압 주형조형의 주탕 방법.
24. 제14항 내지 제22항 중 어느 한항에 있어서, 상기 주탕 방법은 차압(差壓) 주조 방법인 감압 주형조형의 주탕 방법.
25. 제14항 내지 제22항 중 어느 한항에 있어서, 상기 주조 캐비티 내로의 주탕시에 주탕 속도의 제어를 행하는 것을 포함하는 감압 주형조형의 주탕 방법.
26. 제14항 내지 제22항 중 어느 한항에 기재된 주탕 방법에 의해 주조한 주물.
27. 제1항 내지 제6항 및 제14항 내지 제22항 중 어느 한항에 있어서, 상기 조형틀 몸체의 측벽 및 바닥부에 압축 에어를 분사하여 상기 조형틀 몸체를 냉각하는 것을 포함하는 감압 주형조형의 주탕 방법.

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