KR101334559B1 - 주형 적응형 제조방법 - Google Patents

Abstract

다음과 같은 단계를 포함하는, 주형을 위한 적응 제조방법이 제공된다: 캐스팅 모양에 따라 주형의 3차원 고체 모델을 구축하는 단계; 주형 캐비티를 역-평가(reverse-evaluating)하는 단계; 상기 주형 구조에 따라 몇몇의 모래 파티션 내 상기 모래 주형을 디자인하는 단계; 상기 모래 파티션을 제조하기 위하여 각기 다른 주형 재료를 선택하는 단계; 고체화의 시뮬레이션 결과에 기초하여 주형의 서로 다른 위치에 철 칠(chill)(4), 냉각관(3) 등을 삽입하는 단계; 상기 모래 파티션을 각각 처리하는 단계; 상기 모래 파티션을 조립한 다음 상기 조립된 모래 파티션을 후처리하는 단계; 최종 모래 주형을 형성하는 단계. 상기 방법에 의하면 주형 디자인의 유연성을 향상시킬 수 있고, 비용을 절감할 수 있다.

Description

주형 적응형 제조방법{adaptive production method for mould}

본 출원은 캐스팅을 위한 자가 적응 캐스팅 주형 제조방법과 관련된 것으로서, 캐스팅 및 디지털 조절 프로세싱 기술분야에 속한다.

캐스팅은 복잡한 부품을 제조하는데 사용될 수 있으며, 금속의 형상을 주조하기 위하여 가장 중요한 제조방법 중 하나이다. 시장의 글로벌화 및 경쟁심화로 인하여, 제품의 발전 속도는 더욱 빨라지고 있으며, 제품 하나 또는 소단위의 제품에 대한 요구는 점점 더 늘어나고 있다. 특히 큰 규모의 모래 주형의 제조 프로세스는 짧은 제조 주기, 유연한 제조 과정을 필요로 한다. 그러나 몇몇의 캐스팅은 비상식적인 구조적 디자인을 갖고 있거나, 열전달계수, 계면 열전달계수 및 캐스팅의 수축속도가 다른 까닭에 쓸모가 없게 되는 경우가 있다. 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 본 출원은 캐스팅 주형 디자인의 유연성 및 작동성을 향상시키고, 종래의 방법으로는 실현시키기 어려웠거나 불가능하였던 모델링 방식을 실현시킬 수 있는, 캐스팅을 위한 자가 적응 캐스팅 주형 제조방법을 제공한다.

현재, 캐스팅 주형을 제조하기 위해서는 다음의 3가지 방법이 있다: 종래의 모래 주형 제조방법, 쾌속 조형 모래 주형 제조방법, 및 디지털-컨트롤-프로세싱 기반 모래 주형 제조방법. 상기 종래의 모래 주형 제조방법은 캐스팅에 기초하여 목재 주형을 만드는 것이 필요하고, 그 이후 모래 박스-모래 캐스팅을 통하여 모래 주형 캐스팅을 얻는다. 상기 쾌속 조형 모래 주형 제조방법은 이산-축적의 원리에 의한다. 이 방법에 의하면, 먼저 모래 주형의 디지털 모델을 Z 방향으로 나누어 그 조각들을 연결하고; 이 후 상기 조각들의 윤곽에 따라 접착제를 그 위에 선택적으로 도포하거나, 상기의 주어진 주형 모래의 각 층에 선택적으로 레이저 소결을 적용함으로써; 모든 층이 합쳐져 3차원 모래 주형을 형성한다. 상기 자가 적응 캐스팅 주형 방법은 상기 캐스팅 주형을 제조하기 위하여 분할방법 및 집합방법을 포함한다. 이 방법에 의하면, 주형 모래 재료 및 캐스팅 주형의 각 부분의 수축 속도가 캐스팅 시 주입단계 및 고체화 단계가 진행되는 동안의 스트레스 및 온도 요구 조건에 따라 각각 선택될 수 있다; 제조자는 사전에 주형 캐비티 내부에 철 칠(chill), 냉각관 또는 통기관을 삽입할 지 여부를 결정할 수 있다; 또한 적절한 동음 구조가 캐스팅 주형의 자가-위치 및 자가-로킹 어셈블리가 될 수 있으며, 캐스팅의 품질을 효과적으로 개선하고 수축 결함, 수축 및 균열과 같은 캐스팅 결함을 감소시키기 위하여 캐스팅 응고 과정에 상기와 같은 캐스팅 주형을 적극적으로 적용할 수 있다.

일반적으로 주형 기반 모래 주형 제조법에 의하면, 긴 제조 주기, 고가의 목재 주형, 금속 주형 및 코어 박스 및 소량의 캐스팅을 위한 제조 요구조건을 만족시키기 어려우므로 고정밀, 양질의 표면 품질을 갖는 캐스팅 주형을 제조하기 어렵다. 모래 주형을 제조하기 위한 쾌속 조형 기술은 다음과 같은 문제점이 있다: 층 별 프로세싱은 처리 효율이 낮으며, 대형 캐스팅 주형 가공에 적절하지 않고; 모래들이 접착바인더 또는 레이저 소결에 의하여 뭉쳐서 통기성이 낮고, 밀도가 높은 내부 표면을 갖는 캐스팅 주형을 형성하여, 이로써 제조된 캐스팅이 결함을 갖기 쉬우며; 복잡한 표면을 처리할 때 계단효과(stair-stepping effect)를 야기할 수 있다.

본 출원은 2009년 8월 12일 중국 특허청에 출원된 중국특허출원 제200910162301.3 호 "캐스팅을 위한 자가 적응 캐스팅 주형 제조방법"에 대하여 우선권의 이익을 주장한다. 상기 출원에 개시된 모든 사항은 본 출원에 참고적으로 포함된다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원은 캐스팅을 위한 자가 적응 캐스팅 주형의 제조방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 캐스팅 모래 주형이 다양한 형태를 갖도록 제조하기 위하여 분할방법 및 집합방법을 포함하며, 상기 방법은 프로세싱 범위를 향상시켜주는 동시에 상기 캐스팅 주형이 캐스팅 응고 과정에 적극적으로 적응하여 캐스팅의 품질을 향상시킬 수 있도록 한다. 특히 상기 방법은 소량의 대형-중소 규모의 캐스팅 주형의 제조에 적절하다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위하여, 본 출원은 다음의 단계를 포함하는 캐스팅을 위한 자가 적응 캐스팅 주형의 제조방법을 제공한다:

a) 캐스팅 주형 캐비티를 도출하기 위하여 캐스팅의 모양에 따라 캐스팅 주형의 3차원 고체 모델을 구축하고, 게이트 및 라이저 시스템을 디자인하는 단계;

b) 캐스팅 주형 구조에 따라 캐스팅 주형(코어)의 모래 파티션을 설계하는 단계;

c) 상기 모래 파티션의 구조적 특징에 따라 모래 파티션을 제조하기 위하여 다양한 주형 모래 재료를 취하는 단계;

d) 상기 캐스팅 주형의 서로 다른 위치에 철 칠(chill), 냉각관 또는 통기관을 삽입하는 단계;

e) 상기 캐스팅 주형(코어)을 조립하고, 상기 조립된 캐스팅 주형(코어)을 후처리하는 단계.

바람직하게는, 상기 다양한 주형 모래 재료는 각각의 캐스팅 주형 단위의 위치 및 수축 속도에 따라 주로 입자형 지르콘, 뮬라이트 분말, 석영 모래 또는 흑연일 수 있다.

바람직하게는, 각각의 모래 파티션의 절단 정확성은 오차범위 ±0.1mm까지 구현할 수 있으며, 모래 파티션 간의 맞춤 정확성은 각각의 모래 파티션의 규모에 따라 ±0.1~1mm까지 구현할 수 있다.

바람직하게는, 캐스팅의 충전 및 응고과정에서 응력 영역 및 온도 영역의 응고 시뮬레이션 결과에 따라, 각각의 모래 파티션(상기 캐스팅 주형)에 대한 다양성 및 수축 속도를 결정하고, 그런 다음 각각의 모래 파티션의 캐스팅 모델을 구축하기 위하여, 혼합되어 제조될 모래 파티션의 규모가 결정될 수 있다.

바람직하게는, 상기 모래 파티션은 주로 각각의 모래 파티션의 맞춤 규격을 기반으로 조립된다.

캐스팅을 위한 자가 적응 캐스팅 주형 제조방법에 있어서, 상기 모래 주형은 처리할 캐스팅의 도면에 따라 나누어지고, 이 후 상기 나누어진 모래 주형의 구조에 따라 다음 경로 계획이 수행된다.

기존의 캐스팅 주형 제조방법, 쾌속 조형 제조방법 및 디지컬 제어 처리방법과 비교하여 볼 때, 본 출원의 캐스팅을 위한 자가 적응 캐스팅 주형 제조방법은 다음과 같은 장점을 갖는다.

(1) 효율성이 높고 속도가 빠르다. 종래의 캐스팅 주형 제조방법에 비하여 나무 주형, 금속 주형 및 코어 박스의 제조 공정이 본 출원에서는 생략될 수 있으며, 쾌속 조형 제조방법과 대비하여 볼 때, 본 출원에서도 고속 절삭이 실현될 수 있다.

(2) 제조된 캐스팅 몰드가 좋은 캐스팅 성능을 갖는다. 쾌속 조형 제조방법에 비하여, 선택적 접착 또는 소결에 의해 너무 작고 조밀한 부분이 발생되는 문제점을 피할 수 있다.

(3) 캐스팅이 높은 가공 유연성과 좋은 품질을 갖는다. 공작 기계를 기반으로 한 모래 주형 밀링 제조방법에 비하여, 본 출원의 제조방법은 더 넓은 공정 범위와 높은 가공 유연성을 가지며, 캐스팅 주형 설계의 유연성 및 운용성을 크게 향상시키고, 종래의 방법에 의하여 실현될 수 없었던 모델링 프로그램을 실현 가능케 한다.

도 1은 캐스팅의 자가 적응 캐스팅 주형 제조방법의 모식도이다.
도 2는 캐스팅의 자가 적응 캐스팅 주형 제조방법의 순서도이다.

본 출원은 이하의 도 1 및 2에 의하여 상세히 개시된다. 그러나, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되는 것은 아니다.

본 출원의 방법은 하기의 단계를 포함한다:

(1) 3차원 소프트웨어에 의하여 캐스팅 3차원 고체 모델을 구축하고 상기 고체 모델에 따라 절단하여 캐스팅 주형을 얻는 단계;

(2) 캐스팅의 성능 요구사항에 따라 각각의 모래 파티션의 구조를 설계하고, 개별 모래 파티션의 양과 규모를 결정하고, 가공 경로를 최적화하는 단계;

(3) 각각의 다음 사항을 위하여 모래 파티션을 준비하는 단계; 핫 스폿 부분 또는 캐스팅의 두꺼운 부분에 적용되는 것으로, 50/100 메쉬의 입도를 갖는 입자형 지르콘, 또는 흑연과 같은 좋은 열전달계수를 갖는 다른 모델링 재료를 접착제, 경화제 및 첨가제와 혼합하여 각각의 모래 파티션을 제조하고; 캐스팅의 통상의 부분에 적용되는 것으로 70/140 메쉬의 입도를 갖는 석영 모래를 접착제, 경화제 및 첨가제와 혼합하여 또 다른 각각의 모래 파티션을 제조하고; 정밀도 및 난이도가 높은 캐스팅 부분에 적용되는 것으로, 뮬라이트 분말을 적용하여 나머지 각각의 모래 파티션을 제조.

(4) 응고된 각각의 모래 파티션을 벤치에 실장하고, 상기 모래 파티션을 절단하는 단계;

(5) 캐스팅 주형의 전체 구조에 따라 모래 파티션의 해당 부분에 철 칠(chill)과 통기관을 삽입하는 단계;

(6) 생산된 각각의 모래 파티션을 조립하는 단계;

(7) 조립된 캐스팅 몰드를 후처리하는 단계.

모래 파티션의 조립과정에서, 주형 모래 및 캐스팅 주형의 각각의 파티션의 수축속도는 캐스팅의 충전 및 응고과정에서 응력 및 온도 분야에 대한 요구조건에 따라 개별적으로 선택될 수 있고, 상기 요구조건에 따라 주형 캐비티 내부에 철 칠(chill), 냉각관 또는 통기관을 삽입할지 여부가 결정될 수 있으며, 이를 통하여 상기 캐스팅 주형은 캐스팅의 응고과정에 적극적으로 적응할 수 있다.

상기 실시예는 본 출원의 하나의 실시예일 뿐이다. 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자라면, 본 발명의 기술적 해결범위 내에서 변형 또는 대체가 가능하며, 이러한 변형 또는 대체는 본 출원의 보호범위 내 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

1-이종 주형 모래
2-통기관
3-냉각관
4-철 칠(chill)
5-캐스팅

Claims (5)

1. 다음의 단계를 포함하는 캐스팅을 위한 캐스팅 주형의 제조방법:
   a) 캐스팅 주형 캐비티를 얻기 위하여 캐스팅의 모양에 따라 캐스팅 주형의 3차원 고체 모델을 구축하고, 게이트 및 라이저 시스템을 디자인하는 단계;
   b) 상기 캐스팅 주형 구조에 따라 캐스팅 주형(코어)의 모래 파티션을 디자인하는 단계;
   c) 캐스팅의 충전 및 응고과정에서 응력 영역 및 온도 영역의 응고 시뮬레이션 결과에 따라, 다양한 종류 및 수축 속도를 갖는 주형 모래 재료를 취하고, 상기 모래 파티션을 제조하기 위하여, 혼합되어 제조될 모래 파티션의 규모를 결정하는 단계;
   d) 각각의 모래 파티션을 벤치에 실장하고, 상기 실장된 모래 파티션을 절단하는 단계;
   e) 캐스팅 주형의 서로 다른 위치에 철 칠(chill), 냉각관 또는 통기관을 삽입하는 단계;
   f) 상기 캐스팅 주형(코어)을 조립하는 단계.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 다양한 주형 모래 재료는 각각의 캐스팅 주형 단위의 위치 및 수축 속도에 따라 입자형 지르콘, 뮬라이트 분말, 석영 모래 또는 흑연인 것을 특징으로 하는, 캐스팅을 위한 캐스팅 주형의 제조방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 각각의 모래 파티션의 절단 정확성은 오차범위 ±0.1mm까지이고, 모래 파티션 간의 맞춤 정확성은 각각의 모래 파티션의 규모에 따라 오차범위 ±0.1~1mm까지인 것을 특징으로 하는, 캐스팅을 위한 캐스팅 주형의 제조방법.
   
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 모래 파티션은 각각의 모래 파티션의 맞춤 규격을 기반으로 조립되는 것을 특징으로 하는, 캐스팅을 위한 캐스팅 주형의 제조방법.

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