KR101108515B1 - 압탕부의 용탕 체적 감소형 주형 어셈블리를 이용한 주조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압탕부의 압탕 표면에 도포되는 발열재와, 압탕을 가압하기 위한 기체압송유닛과, 발열재의 연소가스 및 인입된 기체의 배출을 위한 배기부와, 이에 장착되는 압력게이지와, 기체압송유닛 및 배기부 제어를 위한 컨트롤 유닛 등에 의해 구성됨에 따라 기존 주형 어셈블리에 비해 압탕부의 압탕 체적 높이를 대폭 줄일 수 있고, 최상 품질의 성형 제품 생산이 가능하며, 아울러 구성이 간단하여 생산 효과를 극대화시킬 수 있는 압탕부의 용탕 체적 감소형 주형 어셈블리 및 이를 이용한 주조방법에 관한 것이다.

Description

압탕부의 용탕 체적 감소형 주형 어셈블리를 이용한 주조방법{MOLDING METHOD USING MOLD ASSEMBLY}

본 발명은 압탕부의 용탕에 대한 온도 유지 기능과, 기체 압송에 의한 용탕 가압 기능을 마련함으로서, 구조의 단순화와 압탕부의 용탕(압탕) 체적을 줄여 생산 비용 절감 및 품질 상승을 꾀할 수 있는 주형 어셈블리 및 이를 이용한 주조방법에 관한 것이다.

주조금속은 일반 강에서부터 동합금, 비철 등에 이르기까지 다양하게 사용되고 있다. 일반적으로 압탕은 응고시 수축에 따른 용탕의 보충 및 수축결함을 방지하기 위해 설치하며, 압탕의 온도를 관리하게 된다. 주형 내 용탕의 응고는 주형의 중심에서 멀리 떨어진 곳, 대기와 가까운 곳부터 응고하여 용탕의 중심으로 이동하게 된다. 주조 금속의 응고 시에는 용탕의 수축에 따라 수축공, 기공, 응고에 따른 균열 및 불순물의 혼입 등의 원인으로 제품의 결함을 가져오기 때문에 이러한 결함을 방지하기 위하여 주형의 하부에서 또는 압탕에서 가장 먼 곳부터 응고시키는 방향성 응고가 요구된다.

이러한 주형 어셈블리에 있어 압탕부의 온도 관리를 위한 기술로는,

대한민국특허공개 제10-2006-0014533호(2006.02.16.공개, 이하 '선행기술'이라고 함) 『프로펠러 및 금속 주조를 위한 통합 압탕가열장치』가 제시되어 있는바,

상기 선행기술은 압탕의 온도를 관리하는데 있어 지속적으로 열을 공급함으로서 제품 제조상에 발생되는 각종 결합을 방지하고, 주조품질을 높이기 위하여 승강장치 2대와 열원장치 4대, 분전반 및 통합제어반으로 구성하였다.

상기 선행기술에 있어 열원장치는 자체적으로 승강장치와 연결되어 구동될 수 있는 자체구동 방식과 통합제어반에서 통합적으로 운용될 수 있는 통합제어 구동방식을 선택해서 운용할 수 있으며.

자동모드에서 열원장치의 출력에 따른 전압을 검출하여 승강장치의 헤드높이가 자동 제어되고, 압탕 하부에 설치된 열전대의 신호를 검출하여 자동으로 열 투입을 제어하는 기능을 내장하는 등,

그 구성이 매우 복잡하고, 이로 인해 잔고장 등의 발생률이 높으며, 특히 전체적으로 전기적 제어 구성이 많아 일부 오류 발생 시 장치 전체의 작동을 정지시켜야 하는 문제가 있다.

상기와 같은 해결 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 압탕부의 용탕 체적 감소형 주형 어셈블리는,

코어(core);

상기 코어가 수용되어 캐비티(cavity) 및 압탕부를 형성하는 주형본체;

상기 주형본체의 캐비티 및 압탕부 내로 주입된 용탕 상부면에 도포되어 발화하게 되는 발열재;

상기 주형본체를 덮어 밀폐하게 되는 커버유닛; 및

밀폐한 상기 커버유닛과 상기 압탕부와의 공간부로 기체를 압송시켜 상기 압탕부의 용탕을 가압하게 되는 기체압송유닛;

을 포함하여 이루어져,

상기 기체압송유닛을 통해 상기 압탕부의 용탕을 가압하고, 상기 발열재를 통해 상기 압탕부의 용탕 온도를 기설정된 시간 동안 유지시켜 줌으로서, 상기 압탕부에 채워지는 용탕의 체적을 줄일 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

이때 상기 커버유닛은 상기 발열재에 의한 연소가스 및 압송된 기체의 배출을 위한 배기부와, 이에 장착된 압력게이지가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 기체압송유닛과 상기 배기부를 제어하기 위한 컨트롤 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 발열재는 알루미늄, 산화알루미늄, 산화철, 산화나트륨 및 강열감량(Ig.loss)이 혼합되어 분말 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 상기와 같은 해결 과제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 압탕부의 용탕 체적 감소형 주형 어셈블리를 이용한 주조방법은,

상기 주형본체 내에 코어를 설치하는 단계;

상기 주형본체 및 이에 설치된 코어에 의해서 형성된 캐비티 및 압탕부로 용탕을 주입하는 단계;

주입된 용탕 상부면에 발열재를 도포하는 단계;

상기 주형본체의 압탕부에 상기 커버유닛을 덮어 고정하는 단계;

상기 기체압송유닛을 통해 상기 압탕부의 용탕을 일정 시간동안 가압하는 단계;

가압 완료 시 상기 커버유닛을 분리한 후, 주물에 대한 강제 또는 자연 냉각하는 단계;

냉각된 주물과 코어를 상기 주형본체로부터 분리하는 단계; 및

주물에 있어 상기 압탕부에 의한 압탕형체 및 코어를 제거하는 단계;

를 포함하여 이루어진다.

이때 상기 주입 단계에서 용탕 주입 시 상기 압탕부 최상단 높이보다 낮은 위치까지 채워지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 압탕부의 용탕 체적 감소형 주형 어셈블리 및 이를 이용한 주조방법은,

성형 주물에 있어 성형체와 압탕형체 중 압탕형체를 이루게 하는 압탕부의 압탕에 도포된 발열재가 발화됨으로서, 일정 시간 동안 압탕에 대한 일정 온도를 유지시켜 줌과 아울러, 압송된 기체에 의해서 압탕이 식는 것을 방지하고,

기체의 압송 압력에 의해 압탕이 가압됨으로서, 밀집성을 높여 최상 품질의 성형품을 제조할 수 있으며,

압탕부의 압탕 체적 높이를 대폭 줄일 수 있어 재료 절감에 따른 생산 비용 절감에 기여할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 주형 어셈블리를 나타낸 평면 구성도,
도 2는 도 1의 측면 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 주형 어셈블리에 의한 주물 성형을 보여주는 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 주조방법을 나타낸 흐름도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압탕부의 용탕 체적 감소형 주형 어셈블리 및 이를 이용한 주조방법은,

크게 코어(core)(10), 주형본체(20), 발열재(30), 커버유닛(40) 및 기체압송유닛(50)으로 이루어진다.

각 구성에 대해 살펴보면,

코어(10)는

각종 성형품 형상에 맞게 제조된 구조로 이루어진다.

주형본체(20)는

상기 코어(10)가 수용되어 캐비티(cavity)(21) 및 압탕부(22)를 형성하게 되는 것으로,

상부가 개구된 형태이면서 일체로 이루어진 사각틀 구조로 이루어질 수 있는데,

본 발명에서는 상기 코어(10)의 내장을 위한 삽입, 그리고 성형된 주물(2)과 상기 코어(10)의 분리를 위한 탈형이 용이하도록 네 분체(20A)로 이루어진다.

이때 상기 네 분체(20A)는 사각 구조로 배열되고, 각 분체(20A)의 진퇴(進退) 동작을 위한 구동수단(미도시)이 구비된다.

따라서 상기 네 분체(20A)는 각 해당하는 구동수단에 의해서 상호 벌어진 형태로 배열되었다가 좁아지면서 사각틀을 이루게 된다.

이러한 동작 구조의 구현에 의해 상호 벌어진 네 분체(20A) 내에 상기 코어(10)를 수용시킨 상태에서 네 분체(20A)가 좁아져 사각틀을 이루면서 상기 코어(10)를 고정하게 됨과 동시에 상기 캐비티(21) 및 압탕부(22)를 형성하게 된다.

그리고 상기 주형본체(20)는 덮인 커버유닛(40)을 고정하기 위한 홀딩유닛(23)이 구비될 수 있고,

또한 고온 용융된 용탕이 임시 저장되는 용탕주입부(24)가 별도로 구비되되, 상기 용탕주입부(24)는 상기 주형본체(20)를 이루는 네 분체(20A) 중 하나의 분체(20A)에 회동 가능하게 힌지 결합되도록 구현할 수 있다.

발열재(30)는

상기 주형본체(20)의 캐비티(21) 및 압탕부(22) 내로 주입된 용탕(1) 상부면에 도포되어 발화하게 되는 것으로,

알루미늄, 산화알루미늄, 산화철, 산화나트륨 및 강열감량(Ig.loss)이 혼합되어 분말 형태로 이루어진다.

결국 상기 발열재(30)는 고온 용융된 용탕(1)에 의해 발화하게 되고, 발화에 의한 열이 상기 압탕부(22)의 용탕(1) 표면 및 일정 깊이 내로 전달됨에 따라 상기 압탕부(22)에 위치한 용탕(1)이 기설정된 시간 동안 일정 온도를 유지시켜 줌으로서,

상기 캐비티(21)에 위치한 용탕(1)과 상기 압탕부(22)에 위치한 용탕(1) 간의 냉각 속도 차이를 줄여 균열 등의 손상을 방지하여 최고 품질의 주물 성형에 기여하게 된다.

이하에서는 상기 압탕부(22)에 위치한(즉, 채워진) 용탕(1)을 상기 캐비티(21)에 위치한 용탕(1)과 구분하여 사용하기 위해 '압탕'이라 통칭하고, 아울러 이에 대한 도면부호를 '1a'로 표시한다.

커버유닛(40)은

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이,

상기 주형본체(20)를 덮어 밀폐하게 되는 것으로,

상기 주형본체(20)의 네 분체(20A) 상단에 얹히어 상기 압탕부(22)를 밀폐할 수 있을 정도의 크기를 갖는 플레이트(41),

상기 플레이트(41) 중심에서 상부로 움푹 들어간 형태의 리세스(42),

상기 발열재(30)에 의한 연소가스 및 압송된 기체의 배출을 위하여 상기 리세스(42) 일단부(一端部)에 연결되는 배기부(43), 그리고

상기 배기부(43)에 장착되는 압력게이지(44)

를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 상기 기체압송유닛(50)과 상기 배기부(43)를 제어하기 위한 컨트롤 유닛(60)을 더 포함하게 되는데,

상기 컨트롤 유닛(60)은

상기 기체압송유닛(50)에 의해 압송되는 기체량에 대한 측정값과, 상기 압력게이지(44)의 측정값을 전달받아 상기 기체압송유닛(50)의 기체 압송량과 상기 배기부(43)의 배기량을 조절함으로서, 상기 압탕부(22) 내의 압력이 일정하게 유지될 수 있도록 한다.

그리고 상기 커버유닛(40)은 별도의 구동수단(미도시)에 의해서 상기 주형본체(20)로부터 상하 승하강 되거나, 또는 이동수단(미도시)에 의해서 움직여 상기 주형본체(20)에 올려놓거나 분리할 수 있도록 구현할 수 있다.

기체압송유닛(50)은

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이,

밀폐한 상기 커버유닛(40)과 상기 압탕부(22)와의 공간부(S)로 기체를 압송시켜 상기 압탕부(22)의 용탕(1)을 가압하기 위한 것으로,

커넥팅라인에 의해서 상기 커버유닛(40)의 리세스(42)에 연결된다.

따라서 상기 기체압송유닛(50)에서 압송되는 기체는 커넥팅라인을 따라 상기 커버유닛(40)의 리세스(42)로 인입되어 상기 커버유닛(40)의 리세스(42)와 상기 압탕부(22)가 이루는 빈 공간부(S)에 머무르되, 압송되는 압력에 의해 상기 압탕부(22)의 압탕(1a) 상부를 가압하게 됨으로서, 결국 기체의 가압에 의한 압탕(1a)의 밀집성이 높아지게 된다.

그리고 상기 기체압송유닛(50)에 의해 압송되는 기체에 포함되는 산소는 상기 발열재(30)가 완전 연소되기까지 발화되기 위한 요소로 작용하게 된다.

이상의 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 주형 어셈블리를 이용한 주조방법에 대해 살펴보면,

도 4에 도시된 바와 같이,

상기 주형본체(20) 내에 코어(10)를 설치하는 단계(S10),

상기 주형본체(20) 및 이에 설치된 코어(10)에 의해서 형성된 캐비티(21) 및 압탕부(22)로 용탕(1)을 주입하는 단계(S20),

주입된 용탕(1) 상부면에 발열재(30)를 도포하는 단계(S30),

상기 주형본체(20)의 압탕부(22)에 상기 커버유닛(40)을 덮어 고정하는 단계(S40),

상기 기체압송유닛(50)을 통해 상기 압탕부(22)의 용탕(1)(즉, 압탕(1a)을 일정 시간동안 가압하는 단계(S50),

가압 완료 시 상기 커버유닛(40)을 분리한 후, 주물(2)에 대한 강제 또는 자연 냉각하는 단계(S60),

냉각된 주물(2)과 코어(10)를 상기 주형본체(20)로부터 분리하는 단계(S70), 그리고

주물(2)에 있어 상기 압탕부(22)에 의한 압탕형체 및 코어(10)를 제거하는 단계(S80)

를 포함하여 이루어진다.

이하에서는 상기 캐비티(21) 및 압탕부(22)에 의해서 성형된 주물(2)에 있어, 캐비티에 의해 응고된 형상을 '성형체'라 통칭하고, 아울러 압탕부에 의해 응고된 형상을 '압탕형체'라 통칭한다.

본 발명의 압탕부(22) 체적의 높이가 H라고 할 때, 기존 주형 어셈블리는 상기 높이 H만큼 용탕을 가득 채워줌으로서, 주물(2)의 성형체와 압탕형체 간의 냉각 속도 차이로 인한 균열 등이 발생하더라도 성형체에 미치게 되는 영향을 최소화하여 품질 저하를 최소화하게 하였다.

결국 기존 주형 어셈블리는 압탕부에 가득 채워진 압탕의 자중 및 중력에 의해 성형체의 밀집성을 높일 수 있도록 하고, 아울러 전술한 바와 같이 압탑량 즉, 압탕 높이를 통해 냉각 속도 차이로 인한 문제를 극복하고자 하였다.

반면, 본 발명의 주형 어셈블리는 발화되는 발열재(30)를 통해 압탕(1a)의 온도가 일정 시간 유지될 수 있도록 함은 물론, 상기 기체압송유닛(50)에 의해서 압송되는 기체에 의해 압탕(1a)이 냉각되는 것을 방지할 수 있도록 하고,

아울러 상기 기체압송유닛(50)을 통한 압송 기체에 의해 압탕(1a)을 가압하여 주물(2)의 성형체와 압탕형체의 밀집성을 높이게 함으로서,

기존 주형 어셈블리에 비해 소량의 압탕(1a)이 상기 압탕부(22)에 채워질 수 있는 것이다.

다시 말해, 동일 또는 유사한 품질의 주물 성형체를 생산하기 위한 조건 하에서, 기존 주형 어셈블리의 압탕부에 채워지는 압탕 높이 H에 비해 본 발명의 주형 어셈블리는 상기 높이 H 보다 절반 또는 이의 소폭 범위 내에 해당하는 높이 h(≒H/2) 정도까지 압탕(1a)이 채워짐이 가능하게 됨으로서, 결국 상기 주입 단계(S20)에서 용탕(1) 주입 시 상기 압탕부(22) 최상단 높이보다 낮은 위치까지 채워짐이 가능하게 된다.

따라서 버려지거나 재활용하게 되는 압탕형체에 대한 압탕량을 절반 이상 줄일 수 있어 생산 비용을 대폭 절감할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

그리고 상기 제거 단계(S80)에서는 주물(2)을 이루는 성형체와 압탕형체 중 압탕형체를 제거함과 아울러 코어(10)를 제거함으로서, 최종적으로 완성품인 성형체만 남게 된다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "압탕부의 용탕 체적 감소형 주형 어셈블리 및 이를 이용한 주조방법"을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 용탕 1a : 압탕
2 : 주물 S : 공간부
10 : 코어
20 : 주형본체
20A : 분체 21 : 캐비티
22 : 압탕부 23 : 홀딩유닛
24 : 용탕주입부
30 : 발열재
40 : 커버유닛
41 : 플레이트 42 : 리세스
43 : 배기부 44 : 압력게이지
50 : 기체압송유닛
60 : 컨트롤 유닛

Claims (6)

1. 코어(core)(10), 상기 코어(10)가 수용되어 캐비티(cavity)(21) 및 압탕부(22)를 형성하는 주형본체(20), 상기 주형본체(20)의 캐비티(21) 및 압탕부(22) 내로 주입된 용탕(1) 상부면에 도포되어 발화하게 되는 발열재(30), 상기 주형본체(20)를 덮어 밀폐하게 되는 커버유닛(40), 밀폐한 상기 커버유닛(40)과 상기 압탕부(22)와의 공간부(S)로 기체를 압송시켜 상기 압탕부(22)의 용탕(1)을 가압하게 되는 기체압송유닛(50)을 포함하여 이루어져, 상기 기체압송유닛(50)을 통해 상기 압탕부(22)의 용탕(1)을 가압하고, 상기 발열재(30)를 통해 상기 압탕부(22)의 용탕(1) 온도를 기설정된 시간 동안 유지시켜 줌으로서, 상기 압탕부(22)에 채워지는 용탕(1)의 체적을 줄일 수 있도록 한 압탕부의 용탕 체적 감소형 주형 어셈블리에 있어,
   상기 주형본체(20) 내에 코어(10)를 설치하는 단계(S10);
   상기 주형본체(20) 및 이에 설치된 코어(10)에 의해서 형성된 캐비티(21) 및 압탕부(22)로 용탕(1)을 주입하는 단계(S20);
   주입된 용탕(1) 상부면에 발열재(30)를 도포하는 단계(S30);
   상기 주형본체(20)의 압탕부(22)에 상기 커버유닛(40)을 덮어 고정하는 단계(S40);
   상기 기체압송유닛(50)을 통해 상기 압탕부(22)의 용탕(1)을 일정 시간동안 가압하는 단계(S50);
   가압 완료 시 상기 커버유닛(40)을 분리한 후, 주물(2)에 대한 강제 또는 자연 냉각하는 단계(S60);
   냉각된 주물(2)과 코어(10)를 상기 주형본체(20)로부터 분리하는 단계(S70); 및
   주물(2)에 있어 상기 압탕부(22)에 의한 압탕형체 및 코어(10)를 제거하는 단계(S80);
   를 포함하되,
   상기 주입 단계(S20)에서 용탕(1) 주입 시 상기 압탕부(22) 최상단 높이보다 낮은 위치까지 채워지는 것을 특징으로 하는 압탕부의 용탕 체적 감소형 주형 어셈블리를 이용한 주조방법.
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