KR101404322B1 - 동-철 합금 빌렛 제조용 금형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동과 철을 합금하여 원기둥형의 빌렛을 주조 성형할 때 용탕을 금형에 주입하는 과정이 편리하게 이루어지도록 하면서 기포 및 합금편석없이 균일하고 일정한 조직을 갖는 빌렛을 제조할 수 있도록 하며, 금형으로부터 빌렛을 손쉽게 빼낼 수 있도록 함은 물론 완벽한 원기둥 형상의 빌렛을 제조할 수 있도록 한 동-철 합금 빌렛 제조용 금형장치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 용해된 동-철 합금 용액을 주입하는 래들; 양측에 회전축이 연결되는 4각 형상의 틀체 일측에는 상기 래들로부터 동-철 합금 용액이 공급되는 용해액 저장홈이 형성되면서 반대측에는 금형고정부가 형성되는 회전틀; 상기 회전축 중 일측 회전축에 동력전달 가능하게 연결되는 구동모터; 원통 형상으로 이루어져 상기 금형고정부에 고정되는 주조용 금형; 상기 틀체의 중간 상부에 회전가능하게 구비되어 상기 주조용 금형 위쪽으로 넘치는 용해액을 회수하는 잉여용해액 회수용기; 상기 주조용 금형보다는 작은 직경의 원통 형상으로 이루어져 상기 주조용 금형 상부에 끼워지는 덧물 충전용 보조틀; 및 상기 덧물 충전용 보조틀과 상기 잉여용해액 회수용기 사이에 경사지게 연결되어 상기 주조용 금형 위쪽으로 넘치는 용해액을 상기 잉여용해액 회수용기로 안내하는 가이드부재로 구성된 것이다.

Description

동-철 합금 빌렛 제조용 금형장치{Mold apparatus to manufacture Cu-Fe alloy billet}

본 발명은 동-철 합금 빌렛 제조용 금형장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동과 철을 합금하여 원기둥형의 빌렛을 주조 성형할 때 용탕을 금형에 주입하는 과정이 편리하게 이루어지도록 하면서 기포 및 합금편석없이 균일하고 일정한 조직을 갖는 빌렛을 제조할 수 있도록 하며, 금형으로부터 빌렛을 손쉽게 빼낼 수 있도록 함은 물론 완벽한 원기둥 형상의 빌렛을 제조할 수 있도록 한 것이다.

주지하다시피, 금속을 합금하는 이유는 각 금속의 장점을 조합하여 원하는 특성을 얻기 위한 것으로, 구리의 경우 전성과 연성이 좋아 가공이 용이하며, 은 다음으로 열과 전기의 전도율이 높아 실생활에 많이 쓰이고 있는데, 무른 성질 때문에 구리에 5~10%의 철을 합금하여 강성을 높여주기도 한다.

구리와 철을 합금하여 생산할 때에는 구리와 철을 용해한 상태에서 원통형의 금형에 부어 냉각시켜 통상 원기둥 형상의 빌렛으로 제조하여 납품하게 되며, 이러한 합금 빌렛은 후가공 공정을 통하여 봉이나 튜브 형태로 제조하게 된다.

이러한 합금 빌렛을 주조할 때에는 사형주조, 정적금형주조 또는 연속주조방법 등 다양한 장치 및 방법으로 이루어지는데, 사형주조 및 정적금형주조에 의해 제조된 빌렛은 기공 및 개재물이 잔존하고있어 품질이 떨어지고, 수축 발생량이 많아 생산성이 떨어지며, 연속주조방법은 초기 시설 투자비 및 운영비가 고가이고 대량생산용이라 용해량 1톤 이하의 소량 다품종의 빌렛에는 부적합한 문제가 있다.

이를 개선하여 공개특허 2005-25215 호에서는 래들과; 상기 래들로부터 공급된 용탕을 임시로 저장하는 용탕저장부와; 상기 용탕저장부로부터 용탕을 주입되는 주조용 금형으로 이루어지는 금형주조장치에 있어서, 상기 용탕저장부 및 주조용 금형이 같이 경동하면서 용탕저장부의 용탕을 주조용 금형내로 주입하도록 구성된 비와류 금형주조장치가 개시된 바 있다.

그러나, 이러한 공개특허 2005-25215 호에 따른 비와류 금형주조장치는, 래들로부터 용탕저장부에 용탕을 공급하면서 용탕저장부와 주조용 금형을 동시에 기울여 용탕저장부에 담긴 용탕을 주조용 금형 내부로 주입토록 하는 것이며, 특히 용탕을 래들로부터 용탕저장부로 공급할 때 또는 용탕저장부로부터 주조용 금형 내부로 주입할 때 용탕이 넘치지않도록 해야 하므로 빌렛의 주조 성형시 용탕의 공급량, 용탕의 공급속도, 용탕의 주입시간, 경동각도 등을 세밀하게 고려해주어야 하며, 이에 따라 합금 빌렛의 제조에 많은 시간이 소요됨은 물론 숙련된 작업자가 아니면 합금 빌렛을 용이하게 제조하지 못하는 단점이 있었다.

또한, 공개특허 2005-25215 호에 적용되는 주조용 금형은 내주면과 외주면이 상부에서부터 하부까지 일자 형태로 이루어져 있어 주조용 금형의 전체의 냉각속도가 균일하게 되므로 이러한 주조용 금형에 용탕을 주입한 후 냉각될 때 주조용 금형의 상부와 하부 전체에서 용탕이 균일하게 냉각되면서 합금의 화학반응에 의해 발생되는 가스가 빌렛의 내부에 갇히게 되고, 이로 인해 기공, 합금편석, 표면 불량이 발생될 수밖에 없었다. 또한, 주조용 금형의 내부면이 상부에서부터 하부까지 일자형태로 이루어지게 되므로 빌렛이 금형으로부터 쉽게 탈형되지 못하는 단점도 있었다.

또한, 용탕이 주입된 주조용 금형에서는 외면으로부터 냉각이 시작되므로 성형되는 합금 빌렛의 상단부가 하방향으로 오목하게 함몰될 수밖에 없어 합금 빌렛을 탈형한 후 상단부를 함몰 위치까지 절삭해주어야 하는 후처리공정이 필요함은 물론 그에 해당하는 만큼 로스가 발생되며, 원하는 길이의 합금 빌렛을 제조하지 못하는 문제점도 있었다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 제안된 것으로, 동과 철을 합금하여 원기둥형의 빌렛을 주조 성형할 때 용탕을 금형에 주입하는 과정이 편리하게 이루어지도록 하면서 기포 및 합금편석없이 균일하고 일정한 조직을 갖는 빌렛을 제조할 수 있도록 하며, 금형으로부터 빌렛을 손쉽게 빼낼 수 있도록 함은 물론 완벽한 원기둥 형상의 빌렛을 제조할 수 있도록 한 동-철 합금 빌렛 제조용 금형장치를 제공하고자 하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 용해된 동-철 합금 용액을 주입하는 래들; 양측에 회전축이 연결되는 4각 형상의 틀체 일측에는 상기 래들로부터 동-철 합금 용액이 공급되는 용해액 저장홈이 형성되면서 반대측에는 금형고정부가 형성되는 회전틀; 상기 회전축 중 일측 회전축에 동력전달 가능하게 연결되는 구동모터; 원통 형상으로 이루어져 상기 금형고정부에 고정되는 주조용 금형; 상기 틀체의 중간 상부에 회전가능하게 구비되어 상기 주조용 금형 위쪽으로 넘치는 용해액을 회수하는 잉여용해액 회수용기; 상기 주조용 금형보다는 작은 직경의 원통 형상으로 이루어져 상기 주조용 금형 상부에 끼워지는 덧물 충전용 보조틀; 및 상기 덧물 충전용 보조틀과 상기 잉여용해액 회수용기 사이에 경사지게 연결되어 상기 주조용 금형 위쪽으로 넘치는 용해액을 상기 잉여용해액 회수용기로 안내하는 가이드부재를 포함한다.

바람직하게는, 상기 주조용 금형은, 내주면은 상단부에서부터 하단부까지 동일한 직경으로 형성되어 동-철 합금 용해액이 충전·성형되도록 구성되고, 외주면은 상단부에서부터 중간부까지는 직경이 점차 커지는 형상으로 이루어지면서 중간부로부터 하단부까지는 직경이 동일한 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 주조용 금형의 내주면 상단부에는 걸림턱이 형성되어 여기에 상기 덧물 충전용 보조틀이 끼워져 고정되며; 상기 덧물 충전용 보조틀의 측부에는 U자 형상의 끼움홈이 형성되어 여기에 상기 가이드부재가 끼워져 고정될 수 있다.

바람직하게는, 상기 주조용 금형의 외주면 직경이 점차 커지는 부위는 상기 외주면 전체의 1/2 이상으로 형성될 수 있다.

본 발명에 따르게 되면 회전틀의 용해액 저장홈에 동-철 합금의 용해액을 공급한 상태에서 회전틀을 회전시켜주기만 하면 동-철 합금의 용해액이 주조용 금형 내부로 주입되는 것이며, 금형으로부터 넘치는 용해액은 자연스럽게 잉여용해액 회수용기로 유입될 수 있어 동-철 합금 빌렛 제조시 세밀한 작업이 필요치 않아 작업이 매우 손쉽고 빠르게 이루어질 수 있음은 물론 숙련되지 않은 작업자라 할지라도 누구나 손쉽게 높은 질의 동-철 빌렛 주조 성형작업을 수행할 수 있는 이점이 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 주조용 금형은 하부가 상대적으로 상부보다는 두껍게 형성되므로 동-철 합금 용해액을 주입하면 금형의 하부와 둘레면에서부터 냉각이 이루어지면서 서서히 내부까지 냉각이 이루어지게 되어 동과 철 사이의 화학반응에 의해 발생되는 가스가 동-철 합금 빌렛 내부에 갇히지 않고 전량 외부로 배출될 수 있으며, 따라서 동-철 합금 빌렛에 기포 및 편석이 발생되지 않고 매끈하면서도 치밀한 성형이 가능해지게 된다.

또한, 금형의 내주면이 상부에서부터 하부까지 일자 형태로 형성되어 있으므로 성형되어 나온 동-철 합금 빌렛은 상부에서부터 하부까지 직경이 균일하여 별도의 둘레 후가공이 필요없는 이점이 있으며, 금형의 상부에 덧물 충전용 보조틀이 끼워져 여기에 덧물이 더 주입되는 것이므로 동-철 합금 빌렛이 냉각되면서 그 상부가 안쪽방향으로 오목하게 함몰되는 것을 보상해줄 수 있어 탈형 후 덧물 주입부분을 잘라내기만 하면 원하는 길이의 동-철 합금 빌렛을 형성해줄 수 있는 이점도 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 동-철 합금 빌렛 제조용 금형장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 주조용 금형의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 주조용 금형에 덧물 충전용 보조틀이 고정된 상태의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 동-철 합금 빌렛 제조용 금형장치에 동-철 합금 용해액을 주입하는 상태도.
도 5는 본 발명에 따른 주조용 금형으로부터 탈형된 동-철 합금의 후처리 공정도.

이하, 본 발명을 제시되는 실시예 및 첨부된 도면에 따라 상세히 설명한다.

본 발명은 동-철 합금 빌렛 제조용 금형장치에 관한 것으로, 도면상에 도시한 바와 같이, 동-철 용해액이 공급되는 용해액 저장홈(25)과 주조용 금형(10)이 고정되는 금형고정부(23)를 갖는 회전틀(20)이 구동모터(30)로부터 전달되는 동력에 따라 회전하면서 동-철 용해액이 주조용 금형(10) 내부로 주입되도록 구성된다.

회전틀(20)은 4각 형상의 틀체(21) 일측에 래들(50)로부터 동-철 합금 용액이 공급되는 용해액 저장홈(25)이 형성되면서 반대측에는 금형고정부(23)가 형성되어 이루어지며, 틀체(21)의 양측에는 회전축(22)이 각각 연결되고, 회전축(22)은 지지체(31)에 의해 지지되며, 회전축(22) 중 일측 회전축에는 구동모터(30)가 동력전달 가능하게 연결된다.

회전틀(20)의 용해액 저장홈(25)은 동-철 용해액을 저장할 수 있도록 오목한 형상으로 이루어지며, 금형고정부(23)는 회전틀(20)의 틀체(21)가 직각방향으로 절곡되면서 그 중앙에 동-철 합금 빌렛을 탈형하기 위한 원형의 구멍이 형성되어 이루어진다.

주조용 금형(10)은, 원통 형상으로 이루어지며, 내주면(11)은 상단부에서부터 하단부까지 동일한 직경으로 형성되어 동-철 합금 용해액이 충전·성형되도록 구성되고, 외주면(12)은 상단부에서부터 중간부까지는 직경이 점차 커지는 형상으로 이루어지면서 중간부로부터 하단부까지는 직경이 동일한 형상으로 이루어진다.

또한, 주조용 금형(10)의 내주면(11) 상단부에는 걸림턱(13)이 형성되고, 걸림턱(13)에는 덧물 충전용 보조틀(14)이 끼워져 보조틀(14) 내부에 덧물이 더 충전되도록 구성된다.

또한, 주조용 금형(10)의 외주면(12)에 형성된 직경이 점차 커지는 부위는 외주면(12) 전체의 1/2 이상으로 형성됨이 바람직하다.

이러한 주조용 금형(10)의 하면에는 다수의 볼트 고정공(15)이 형성되어 있어 주조용 금형(10)을 틀체(21)의 하부에 위치시킨 상태에서 원형의 막음판(26)을 주조용 금형(10)의 하부 중앙에 위치시키고, 막음판(26)의 하면에 마감링(27)을 덧댄 상태에서 볼트로 마감링(27)과 주조용 금형(10)의 볼트 고정공(15) 사이를 고정하여 주조용 금형(10)을 회전틀(20)에 고정해주게 되며, 주조용 금형(10)의 상부에 덧물 충전용 보조틀(14)을 끼워 장착해주게 된다.

덧물 충전용 보조틀(14)의 일측에는 U자 형상의 끼움홈(18)이 형성되며, 여기에 가이드부재(16)가 잉여용해액 회수용기(28) 방향으로 경사지게 끼워져 주조용 금형(10) 위쪽으로 넘치는 용해액이 덧물 충전용 보조틀(14) 위쪽으로 넘치지않고 잉여용해액 회수용기(28)로 전량 안내되도록 구성된다.

회전틀(20)의 용해액 저장홈(25)에 동-철 합금 용해액을 부어주는 래들(50)은 회전틀(20)로부터 이격된 위치에서 동-철 합금을 용해할 수 있음은 물론 회전틀(20)로 동-철 합금의 용해액을 공급할 수 있도록 회전가능하게 구성된다.

이와 같이 구성된 상태에서 회전틀(20)을 회전시켜 주조용 금형(10)이 뉘인 상태가 되도록 한 후 동-철 합금 용해액을 래들(50)로부터 용해액 저장홈(25)에 부어주고, 용해액 저장홈(25)에 용해액이 부어진 후에는 회전틀(20)을 서서히 회전시켜 용해액이 주조용 금형(10)의 상부 덧물 충전용 보조틀(14)을 통해 주조용 금형(10) 내부로 유입되도록 해주게 되며, 주조용 금형(10) 내부와 덧물 충전용 보조틀(14) 내부까지 용해액이 가득 찬 상태에서 일정시간 대기시켜 용해액을 냉각시켜주게 된다.

따라서, 회전틀(20)에 동-철 합금 용해액을 부어준 후 그대로 회전틀(20)을 회전시켜주기만 하면 되므로 동-철 합금 빌렛 제조시 세밀한 작업이 필요치 않아 작업이 매우 손쉽고 빠르게 이루어질 수 있음은 물론 숙련되지 않은 작업자라 할지라도 누구나 손쉽게 높은 질의 동-철 빌렛 주조 성형작업을 수행할 수 있는 이점이 있게 된다.

또한, 덧물 충전용 보조틀(14) 위쪽으로 넘치는 용해액은 가이드부재(16)를 통해 잉여용해액 회수용기(28)로 안내되어 잉여용해액 회수용기(28)에 담기게 되므로 틀체(21) 외부로 동-철 합금 용해액이 누출되지 않아 안전사고를 예방할 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 주조용 금형(10)은 원통 형상으로 이루어지면서 내주면(11)은 상단부에서부터 하단부까지 동일한 직경으로 형성되고, 외주면(12)은 상단부에서부터 중간부까지는 직경이 점차 커지는 형상으로 이루어지면서 중간부로부터 하단부까지는 직경이 동일한 형상으로 이루어지는 것이므로 동-철 합금 용해액을 주입하면 주조용 금형(10)의 하부와 둘레면에서부터 냉각이 이루어지면서 서서히 내부까지 냉각이 이루어지게 되어 동과 철 사이의 화학반응에 의해 발생되는 가스가 동-철 합금 빌렛(40) 내부에 갇히지 않고 전량 동-철 합금 빌렛(40)의 위쪽으로 배출될 수 있으며, 따라서 동-철 합금 빌렛(40)에 기포 및 합금편석이 발생되지 않고 매끈하면서도 치밀한 성형이 가능해지게 된다.

동-철 합금 빌렛(40)은 냉각이 완료되면 마감링(27)과 막음판(26)을 제거하고, 동-철 합금 빌렛(40)을 주조용 금형(10)과 회전틀(20)의 하부로 빼내주게 되는데, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 주조용 금형을 사용하게 되면 동-철 합금 빌렛(40)에 기포 발생이 없고, 합금 편석이 없으며, 주조용 금형(10)의 내주면이 상부에서부터 하부까지 일자 형태로 형성되어 있어 손쉽게 주조용 금형(10)으로부터 동-철 합금 빌렛(40)을 탈형시킬 수 있으며, 탈형되어 나온 원기둥형 동-철 합금 빌렛(40)은 상부에서부터 하부까지 직경이 균일하여 별도의 둘레 후가공이 필요없는 이점도 있게 된다.

또한, 주조용 금형(10)의 상부에 덧물 충전용 보조틀(14)이 끼워지게 되므로 여기에 동-철 합금 용해액이 이러한 보조틀(14)까지 채워지게 되며, 따라서 동-철 합금 빌렛(40)이 냉각되면서 그 상부가 안쪽방향으로 오목하게 함몰되더라도 이를 덧물 충전용 보조틀(14)에 부어진 용해액이 보상해줄 수 있어 탈형 후 덧물 주입부분을 잘라내기만 하면 원하는 길이의 동-철 합금 빌렛(40)을 형성해줄 수 있는 것이다.

10 : 주조용 금형 11 : 내주면
12 : 외주면 13 : 걸림턱
14 : 보조틀 15 : 볼트 고정공
16 : 가이드 18 : 끼움홈
20 : 회전틀 21 : 틀체
22 : 회전축 23 : 금형고정부
25 : 용해액 저장홈 26 : 막음판
27 : 마감링 28 : 잉여용해액 회수용기
30 : 구동모터 31 : 지지체
40 : 동-철 합금 빌렛 50 : 래들

Claims (4)

1. 용해된 동-철 합금 용액을 주입하는 래들;
   양측에 회전축이 연결되는 4각 형상의 틀체 일측에는 상기 래들로부터 동-철 합금 용액이 공급되는 용해액 저장홈이 형성되면서 반대측에는 금형고정부가 형성되는 회전틀;
   상기 회전축 중 일측 회전축에 동력전달 가능하게 연결되는 구동모터;
   원통 형상으로 이루어져 상기 금형고정부에 고정되는 주조용 금형;
   상기 틀체의 중간 상부에 회전가능하게 구비되어 상기 주조용 금형 위쪽으로 넘치는 용해액을 회수하는 잉여용해액 회수용기;
   상기 주조용 금형보다는 작은 직경의 원통 형상으로 이루어져 상기 주조용 금형 상부에 끼워지는 덧물 충전용 보조틀;
   상기 덧물 충전용 보조틀과 상기 잉여용해액 회수용기 사이에 경사지게 연결되어 상기 주조용 금형 위쪽으로 넘치는 용해액을 상기 잉여용해액 회수용기로 안내하는 가이드부재를 포함하여서 된 동-철 합금 빌렛 제조용 금형장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 주조용 금형은, 내주면은 상단부에서부터 하단부까지 동일한 직경으로 형성되어 동-철 합금 용해액이 충전·성형되도록 구성되고, 외주면은 상단부에서부터 중간부까지는 직경이 점차 커지는 형상으로 이루어지면서 중간부로부터 하단부까지는 직경이 동일한 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 동-철 합금 빌렛 제조용 금형장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 주조용 금형의 내주면 상단부에는 걸림턱이 형성되어 여기에 상기 덧물 충전용 보조틀이 끼워져 고정되며;
   상기 덧물 충전용 보조틀의 측부에는 U자 형상의 끼움홈이 형성되어 여기에 상기 가이드부재가 끼워져 고정되는 것을 특징으로 하는 동-철 합금 빌렛 제조용 금형장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 주조용 금형의 외주면 직경이 점차 커지는 부위는 상기 외주면 전체의 1/2 이상으로 형성된 것을 특징으로 하는 동-철 합금 빌렛 제조용 금형장치.
   

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