KR101529234B1 - Method of casting and apparatus of casting - Google Patents
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Abstract
본 발명은 주조 회수율이 높고 주조결함이 최소화되며 주조 후공정을 생략할 수 있는 주조방법 및 이를 구현하는 주조장치에 관한 것으로서, 고액계면의 위치, 곡률 및 액상 분율을 정밀제어하기 위해 금형 내에 형성된 주조공간을 충전할 수 있는 용융금속을 주입하는 주조방법으로서, 상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계를 포함하며, 상기 주입간격은, 상기 용융금속을 복수회 주입하는 동안, 상기 금형 내에 수용된 상기 용융금속의 미응고 액상의 상부면이 상기 금형과 이격되지 않고 접할 수 있도록 설정되는, 주조방법 및 이를 구현하는 주조장치를 제공한다.The present invention relates to a casting method capable of minimizing casting defects, minimizing casting defects, and omitting a post-casting process, and a casting apparatus for realizing the casting method. In order to precisely control the position, curvature and liquid fraction of a solid- A method for casting a molten metal capable of filling a space, the method comprising: dividing the molten metal and injecting the molten metal sequentially into the casting space, wherein the molten metal is discontinuously injected a plurality of times with an injection interval, And an upper surface of the non-solidified liquid of the molten metal housed in the mold is set so as to be in contact with the mold without being separated from each other during the injection of the molten metal a plurality of times, and a casting apparatus embodying the same.
Description
본 발명은 주조방법 및 이를 구현하는 주조장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 주조회수율이 높고 주조결함이 최소화되어 건전한 단위부품을 주조하는 방법 및 이를 구현하는 주조장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
기존의 정적 주조(static shape casting) 공정에서는 전체의 용융금속을 1회에 주입한 후 응고가 완료된 다음 주조품을 취출하고 있다. 기존의 주조공정에서는 액체와 고체의 밀도차로 인해 액체에서 고체로 응고하는 과정에서 필수적으로 발생하는 수축공을 주조품 이외의 위치로 유도하기 위해 주조 설계를 통해 압탕, 탕구, 러너 등을 설치하고 응고 후에 이들을 주조품과 분리하는 후공정을 통해 형상을 갖는 주조품을 제조하고 있다. 이에 의하면 전체 주조량에 대해 주조품이 차지하는 비율인 주조 회수율이 60% 정도로 낮고, 후공정에 따른 추가 비용 및 공정시간이 소요되어 주조품 단가 상승의 주요인이 되는 문제점이 있다.In the conventional static shape casting process, the entire molten metal is injected at one time, and after the solidification is completed, the casting is taken out. In the existing casting process, the casting design is used to install shrinkage balls, potholes, runners, etc. in order to induce shrinkage balls, which are essential in the process of solidification from liquid to solid due to density difference between liquid and solid, And a casting having a shape is manufactured through a post-process in which these are separated from the casting. According to this, there is a problem that the casting recovery rate, which is the ratio of the casting to the total casting amount, is as low as about 60%, the additional cost due to the post-processing, and the process time are required.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 주조 회수율이 높고 주조결함이 최소화되며 주조 후공정을 생략할 수 있는 주조방법 및 이를 이용한 주조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.It is an object of the present invention to provide a casting method and a casting apparatus using the casting method which can solve the various problems including the above problems and can eliminate the post casting process with a high casting recovery rate and minimized casting defects. However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.
본 발명의 일 관점에 의한 주조방법이 제공된다. 상기 주조방법은 고액계면의 위치, 곡률 및 액상 분율을 정밀제어하기 위해 금형 내에 형성된 주조공간을 충전할 수 있는 용융금속을 주입하는 주조방법으로서, 상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계를 포함한다. 상기 주입간격은, 상기 용융금속을 복수회 주입하는 동안, 상기 금형 내에 수용된 상기 용융금속의 미응고 액상의 상부면이 상기 금형과 이격되지 않고 접할 수 있도록 설정된다.A casting method according to one aspect of the present invention is provided. The casting method is a casting method for injecting a molten metal capable of filling a casting space formed in a metal mold to precisely control the position, curvature and liquid fraction of a solid-liquid interface, wherein the molten metal is divided and injected sequentially into the casting space And injecting a plurality of times in a discontinuous manner at an injection interval. The injection interval is set so that the upper surface of the molten metal contained in the mold in the non-solidified liquid phase can be contacted without being separated from the mold while the molten metal is injected a plurality of times.
상기 주조방법에서, 상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계는, 상기 용융금속의 응고속도에 따라 주입속도, 주입량, 주입간격 및 주입온도 중 어느 하나 이상을 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 이때 이러한 조절하는 단계에서는 상기 주조공간에 충전된 상기 용융금속의 액상량, 상기 용융금속의 고액계면의 위치 및 곡률 중 어느 하나 이상을 제어함으로써 주조품 내에 수축공 발생을 억제시킬 수 있다.In the casting method, the step of dividing the molten metal and injecting the molten metal into the casting space sequentially, wherein the step of injecting the molten metal discontinuously a plurality of times with an injection interval is performed by controlling the injection rate, the injection amount, And / or adjusting the injection temperature. At this time, by controlling at least one of the liquid amount of the molten metal charged in the casting space, the position of the solid-liquid interface of the molten metal, and the curvature, it is possible to suppress the occurrence of shrinkage holes in the casting.
상기 주조방법에서, 상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계는, 상기 용용금속을 순차적으로 주입할 때마다 상기 금형 내에 수용된 상기 용융금속의 고액계면의 곡률이 순차적으로 작아지도록, 상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계를 포함할 수 있다.In the casting method, the step of dividing the molten metal and injecting the molten metal sequentially into the casting space, wherein the injecting the molten metal a plurality of times in a discontinuous manner with an injection interval, The molten metal may be divided and injected into the casting space sequentially so that the curvature of the solid-liquid interface of the metal gradually decreases.
상기 주조방법에서, 상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계는 상기 용융금속을 분할하되, 분할된 상기 용융금속의 적어도 어느 하나는 분할된 상기 용융금속의 적어도 다른 어느 하나와 용량이 서로 다르도록 분할하며, 분할된 상기 용융금속을 각각 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계를 포함할 수 있다.In the casting method, the step of dividing the molten metal and sequentially injecting the molten metal into the casting space, wherein the step of discontinuously injecting the molten metal a plurality of times with an injection interval is performed by dividing the molten metal, wherein at least one of the divided molten metals Dividing the divided molten metal so as to have different capacities from at least one of the other molten metals, and sequentially injecting the divided molten metal into the casting space, wherein the divided molten metal is injected a plurality of times at an interval .
상기 주조방법에서, 상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계는 상기 용융금속을 분할하되, 분할된 상기 용융금속의 적어도 어느 하나는 분할된 상기 용융금속의 적어도 다른 어느 하나와 용량이 서로 다르도록 분할하며, 상대적으로 더 큰 용량의 상기 용융금속을 먼저 주입하고 상대적으로 더 작은 용량의 상기 용융금속을 나중에 주입하도록 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계를 포함할 수 있다.In the casting method, the step of dividing the molten metal and sequentially injecting the molten metal into the casting space, wherein the step of discontinuously injecting the molten metal a plurality of times with an injection interval is performed by dividing the molten metal, wherein at least one of the divided molten metals Dividing the divided molten metal so as to have a different capacity from at least one of the other molten metals and sequentially injecting the molten metal having a relatively larger capacity first and injecting the relatively smaller amount of the molten metal later, Injecting a plurality of times in a discontinuous manner at an injection interval.
상기 주조방법에서, 상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계는 상기 용융금속을 정량분할하여 분할된 상기 용융금속을 각각 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계를 포함할 수 있다.In the casting method, the step of dividing the molten metal and injecting the molten metal sequentially into the casting space, wherein the molten metal is injected a plurality of times in a discontinuous manner at an injection interval, And injecting a plurality of times at an injection interval discontinuously.
상기 주조방법에서, 상기 금형은 단열코팅된 금형을 포함하고, 상기 용융금속을 주입하는 단계 이전에 탈가스 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the casting method, the metal mold may include an adiabatically coated metal mold, and may further include a degassing step before the step of injecting the molten metal.
본 발명의 다른 관점에 의한 주조장치가 제공된다. 상기 주조장치는 상기 주조방법을 구현하는 장치로서, 금형 내에 형성된 주조공간을 충전할 수 있는 용융금속을 주입하는 장치이다. 상기 주조장치는 상기 용융금속을 수용할 수 있는 메인 챔버, 상기 메인 챔버에 형성된 구멍과 직접 연통됨과 동시에 상기 메인 챔버의 하부로부터 돌출 설치되어 상기 용융금속의 출입용 유로를 제공하는 노즐, 상기 메인 챔버에 형성된 구멍을 개폐할 수 있도록 설치되는 스토퍼 및 상기 메인 챔버에 형성된 구멍을 개폐함으로써 상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 복수회에 걸쳐 순차적으로 주입하되, 상기 금형 내에 수용된 상기 용융금속의 미응고 액상의 상부면이 상기 금형과 이격되지 않고 접할 수 있도록 설정된 주입간격을 두어 불연속적으로 주입할 수 있도록, 상기 스토퍼의 움직임을 조절하는 제어부를 포함한다.A casting apparatus according to another aspect of the present invention is provided. The casting apparatus is an apparatus for implementing the casting method, and is a device for injecting molten metal capable of filling a casting space formed in a mold. The main casting apparatus includes a main chamber capable of accommodating the molten metal, a nozzle communicating directly with a hole formed in the main chamber and protruding from a lower portion of the main chamber to provide a flow path for entering and exiting the molten metal, And the molten metal is divided into a plurality of portions in the casting space by sequentially opening and closing a hole formed in the main chamber, and the molten metal contained in the molten metal, And a controller for controlling the movement of the stopper so that the upper surface of the liquid can be discontinuously injected at an injection interval set so as to be in contact with the mold without being separated.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 주조 회수율이 높고 주조 결함이 최소화되며 주조 후공정을 생략할 수 있는 주조방법 및 이를 구현하는 주조장치를 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to an embodiment of the present invention as described above, a casting method in which a casting recovery rate is high, casting defects are minimized, and a post-casting process can be omitted, and a casting apparatus for implementing the same can be provided. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 주조방법을 도해하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 주조방법을 구현하기 위한 주조장치 및 금형을 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 주조방법을 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조방법을 도해하는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 주조방법을 도해하는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실험예에 따라 구현된 주조재 내의 수축공의 양상을 도해하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실험예에 따라 구현된 주조재들의 단면을 도해하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실험예에 따라 구현된 주조재에서 주조 회수율의 양상을 도해하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실험예에 따라 구현된 주조재에서 수지상 거리(DAS; Dendrite Arm Spacing)의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실험예에 따라 구현된 주조재에서 규소 함량의 양상을 나타내는 X선 형광 분석기(XRF)의 측정결과를 도해하는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 실험예에 따라 구현된 주조재에서 경도의 양상을 도해하는 그래프이다.1 is a flow chart illustrating a casting method according to embodiments of the present invention.
2 is a diagram illustrating a casting apparatus and a mold for implementing a casting method according to embodiments of the present invention.
3 is a schematic diagram illustrating a casting method according to embodiments of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a casting method according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a casting method according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph illustrating the shape of a shrinkage cavity in a cast material implemented according to an experimental example of the present invention. FIG.
7 is a diagram illustrating a cross-section of cast materials implemented in accordance with an experimental example of the present invention.
8 is a graph illustrating an aspect of the casting recovery rate in a cast material implemented according to an experimental example of the present invention.
9 is a graph showing measurement results of dendrite arm spacing (DAS) in a cast material implemented according to an experimental example of the present invention.
10 is a graph illustrating the measurement results of an X-ray fluorescence analyzer (XRF) showing the aspect of silicon content in a cast material implemented according to an experimental example of the present invention.
11 is a graph illustrating the aspect of the hardness in the cast material implemented according to the experimental example of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, The present invention is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thickness and size of each layer are exaggerated for convenience and clarity of explanation.
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.Like numbers refer to like elements throughout the specification. As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the listed items. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. As used herein, the singular forms "a," "an," and "the" include singular forms unless the context clearly dictates otherwise. Also, " comprise "and / or" comprising "when used herein should be interpreted as specifying the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements, and / And does not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, operations, elements, elements, and / or groups.
도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.In the figures, for example, variations in the shape shown may be expected, depending on manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention should not be construed as limited to the particular shapes of the regions shown herein, but should include, for example, changes in shape resulting from manufacturing.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 주조방법을 도해하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 주조방법을 구현하기 위한 주조장치 및 금형을 도해하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 주조방법을 개요적으로 도해하는 도면이다.FIG. 1 is a flow chart illustrating a casting method according to embodiments of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating a casting apparatus and a mold for implementing the casting method according to the embodiments of the present invention. Fig. 2 is a diagram schematically illustrating a casting method according to embodiments of the invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주조방법은 금형(80) 내에 형성된 주조공간(85)을 충전(filling)할 수 있는 용융금속(71)을 주입하는 주조방법으로서, 용융금속(71)을 분할하여 주조공간(85)에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계를 포함한다.1 and 2, a casting method according to an embodiment of the present invention is a casting method for casting a
본 발명의 일 실시예에 따른 주조방법은, 예를 들어, 제 1 차 용융금속을 주입하는 단계, 제 1 차 주입간격 동안 추가적인 용융금속을 주입하지 않고 제 1 차 용융금속의 적어도 일부가 응고하는 단계, 제 2 차 용융금속을 주입하는 단계, 제 2 차 주입간격 동안 추가적인 용융금속을 주입하지 않고 제 2 차 용융금속의 적어도 일부가 응고하는 단계를 순차적으로 수행할 수 있으며, 이와 유사한 방식의 단계들을 계속하여 수행하여, 최종적으로, 제 (N-1) 차 용융금속을 주입하는 단계, 제 (N-1) 차 주입간격 동안 추가적인 용융금속을 주입하지 않고 제 (N-1) 차 용융금속의 적어도 일부가 응고하는 단계, 및 제 N 차 용융금속을 주입하는 단계를 수행함으로써, 금형(80)의 주조공간(85)을 충전하여 주조품을 형성할 수 있다. 여기에서, 상기 N은 2 이상의 양의 정수이다.A casting method according to an embodiment of the present invention may include, for example, injecting a first molten metal, at least a portion of the first molten metal solidifies without injecting additional molten metal during a first molar filling interval Step, injecting a second molten metal, and at least a portion of the second molten metal solidify without injecting additional molten metal during the second molar injection interval, and in a similar manner steps (N-1) th molten metal is injected without further injection of molten metal during the (N-1) th injection interval, The
상기 제 1 차 용융금속 내지 상기 제 N 차 용융금속은 각각 동일한 용량을 가질 수 있다. 이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 주조방법은 주조공간(85)에 충전될 용융금속(71)을 정량분할하여 분할된 상기 용융금속을 각각 주조공간(85)에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계를 포함할 수 있으며, 이러한 주조방법을 이하에서 정량주입 방식의 주조방법으로 명명한다.The first molten metal to the Nth molten molten metal may have the same capacity. In this case, in the casting method according to an embodiment of the present invention, the
한편, 상기 제 1 차 용융금속 내지 상기 제 N 차 용융금속 중 적어도 어느 하나는 적어도 다른 어느 하나와 서로 다른 용량을 가질 수 있다. 이 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 주조방법은 주조공간(85)에 충전될 용융금속(71)을 분할하되, 분할된 상기 용융금속의 적어도 어느 하나는 분할된 상기 용융금속의 적어도 다른 어느 하나와 용량이 서로 다르도록 분할하며, 분할된 상기 용융금속을 각각 주조공간(85)에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계를 포함할 수 있으며, 이러한 주조방법을 이하에서 가변주입 방식의 주조방법으로 명명한다.At least one of the first molten metal to the Nth molten metal may have at least a different capacity from the other molten metal. In this case, the casting method according to an embodiment of the present invention is characterized in that the
특히, 가변주입 방식의 주조방법 중에서도, 주조공간(85)에 충전될 용융금속(71)을 분할하되, 분할된 상기 용융금속의 적어도 어느 하나는 분할된 상기 용융금속의 적어도 다른 어느 하나와 용량이 서로 다르도록 분할하며, 상대적으로 더 큰 용량의 용융금속을 먼저 주입하고 상대적으로 더 작은 용량의 용융금속을 나중에 주입하도록 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 주조방법이 주조품 내에 수축공의 발생을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.Particularly, among the casting methods of the variable injection method, the
본 발명의 일 실시예에 따른 주조방법은, 주조품 내에 수축공 발생을 억제할 수 있도록 용융금속(71)의 응고속도에 따라 금형(80)에 주입되는 주입속도, 주입량, 주입간격 및 주입온도 중 어느 하나 이상을 조절하여 주조공간(85)에 충전된 용융금속(71)의 액상량, 용융금속(71)의 고액계면의 위치 및 곡률 중 어느 하나 이상을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 특히, 이러한 주조방법을, 이하에서, 계면제어형 점진 주조 공정(IPC, Interface-controlled Progressive Casting)으로 명명한다.The casting method according to an embodiment of the present invention is a method of casting a casting mold in which the injection speed, the injection amount, the injection interval, and the injection temperature, which are injected into the
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주조방법은, 용융금속(71)을 분할하여 주조공간(85)에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계를 포함하며, 상기 주입간격은, 용융금속(71)을 복수회 주입하는 동안, 금형(80) 내에 수용된 용융금속(71)의 미응고 액상의 상부면이 금형(80)과 이격되지 않고 접할 수 있도록 설정될 수 있다.1 to 3, a casting method according to an embodiment of the present invention includes the steps of dividing
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 주조방법은, 용융금속(71)을 순차적으로 주입할 때마다 금형(80) 내에 수용된 용융금속(71)의 고액계면(S/L)의 곡률이 순차적으로 작아지도록, 용융금속(71)을 분할하여 주조공간(85)에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계를 포함할 수 있다.The casting method according to an embodiment of the present invention is characterized in that the curvature of the solid-liquid interface (S / L) of the
예를 들어, 도 3의 (a)를 참조하면, 금형(80)의 주조공간 내에 소정의 용량을 가지는 제 1 차 용용금속을 주입하고 제 1 차 주입간격 동안 상기 제 1 차 용용금속의 적어도 일부가 응고되도록 유지할 수 있다. 이 경우, 상기 제 1 주입간격이 지난 시점에서, 금형(80) 내에 수용된 상기 제 1 차 용용금속은 응고된 고상(71_1S)과 아직 미응고된 액상(71_1L)으로 구분될 수 있으며, 고상(71_1S)과 액상(71_1L)의 고액계면(S/L)은 제 1 곡률을 가질 수 있다.For example, referring to FIG. 3 (a), a first molten metal having a predetermined capacity is injected into the casting space of the
도 3의 (b)를 참조하면, 상기 제 1 주입간격 이후에 금형(80)의 주조공간 내에 소정의 용량을 가지는 제 2 차 용용금속을 주입하고, 계속하여, 제 2 차 주입간격 동안 상기 제 2 차 용용금속의 적어도 일부가 응고되도록 유지할 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 주입간격이 지난 시점에서, 금형(80) 내에 수용된 상기 제 1 차 용용금속은 전부 또는 일부가 응고된 고상(71_1S)으로 존재하며, 상기 제 2 차 용용금속은 응고된 고상(71_2S)과 아직 미응고된 액상(71_2L)으로 구분될 수 있으며, 고상(71_2S)과 액상(71_2L)의 고액계면(S/L)은 제 2 곡률을 가질 수 있다.Referring to FIG. 3 (b), after the first filling interval, a second filling metal having a predetermined capacity is injected into the casting space of the
도 3의 (c)를 참조하면, 상기 제 2 주입간격 이후에 금형(80)의 주조공간 내에 소정의 용량을 가지는 제 3 차 용용금속을 주입하고, 계속하여, 제 3 차 주입간격 동안 상기 제 3 차 용용금속의 적어도 일부가 응고되도록 유지할 수 있다. 이 경우, 상기 제 3 주입간격이 지난 시점에서, 금형(80) 내에 수용된 상기 제 2 차 용용금속은 전부 또는 일부가 응고된 고상(71_2S)으로 존재하며, 상기 제 3 차 용용금속은 응고된 고상(71_3S)과 아직 미응고된 액상(71_3L)으로 구분될 수 있으며, 고상(71_3S)과 액상(71_3L)의 고액계면(S/L)은 제 3 곡률을 가질 수 있다.Referring to FIG. 3 (c), after the third filling interval, the third filling metal having a predetermined capacity is injected into the casting space of the
본 발명의 발명자는, 용융금속(71)을 복수회 주입하는 동안, 금형(80) 내에 수용된 용융금속(71)의 미응고 액상의 상부면이 금형(80)과 이격되지 않고 접할 수 있도록(도 3에서 점선으로 표시된 A영역 참조) 상기 주입간격을 설정하는 경우, 수축공의 발생이 억제되거나 최소화될 수 있음을 확인하였다.The inventor of the present invention has found that during the injection of the molten metal 71 a plurality of times, the upper surface of the
예를 들어, 상기 제 1 차 용용금속을 주입하는 단계와 상기 제 2 차 용융금속을 주입하는 단계 사이에 개재되는 상기 제 1 차 주입간격은 금형(80) 내에 수용된 제 1 차 용융금속의 미응고 액상(71_1L)의 상부면이 금형(80)과 이격되지 않고 접하도록 설정될 수 있다. 만약, 상기 제 1 차 주입간격을 도과한 시점에서 상기 제 2 차 용융금속을 주입한다면, 상기 제 2 차 용융금속을 주입하기 이전에 상기 제 1 차 용융금속의 미응고 액상(71_1L)에 대하여 응고가 더 진행되어 미응고 액상(71_1L)의 상부면과 금형(80)이 이격되면서 용탕의 수평면에 나란한 방향으로 응고가 진행되면서 수축공이 용이하게 발생할 수 있다.For example, the first main injection interval interposed between the step of injecting the first molten metal and the step of injecting the second molten metal may be performed in a state where the first molten metal contained in the
또한, 본 발명의 발명자는, 용융금속(71)을 순차적으로 주입할 때마다, 예를 들어, 금형(80) 내에 수용된 제 1 차 용융금속의 고상(71_1S)과 액상(71_1L)에 의하여 정의되는 고액계면(S/L)의 상기 제 1 곡률보다 제 2 차 용융금속의 고상(71_2S)과 액상(71_2L)에 의하여 정의되는 고액계면(S/L)의 제 2 곡률이 더 작고, 제 3 차 용융금속의 고상(71_3S)과 액상(71_3L)에 의하여 정의되는 고액계면(S/L)의 상기 제 3 곡률이 상기 제 2 곡률보다 더 작아지도록, 용융금속(71)을 분할하여 주조공간(85)에 순차적으로 주입하는 경우, 수축공의 발생이 억제되거나 최소화될 수 있음을 확인하였다. 여기에서 곡률이라 함은 곡률 반경의 역수이며, 곡률 반경은 곡선(고액계면)의 일부분을 원호로 간주할 때 상기 원호의 반지름을 의미한다.The inventor of the present invention has found that when the
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 주조방법을 구현하는 주조장치(1)는 금형(80) 내에 형성된 주조공간(85)을 충전할 수 있는 용융금속(71)을 주입하는 장치이다. 주조장치(1)는 용융금속(71)을 수용할 수 있는 메인 챔버(40), 메인 챔버(40)에 형성된 구멍(40a)과 직접 연통됨과 동시에 메인 챔버(40)의 하부로부터 돌출 설치되어 용융금속(71)의 출입용 유로를 제공하는 노즐(34), 메인 챔버(40)에 형성된 구멍(40a)을 개폐할 수 있도록 설치되는 스토퍼(41) 및 메인 챔버(40)에 형성된 구멍(40a)을 개폐함으로써 용융금속(71)을 분할하여 주조공간(85)에 복수회에 걸쳐 순차적으로 주입하되, 금형(80) 내에 수용된 용융금속(71)의 미응고 액상의 상부면이 금형(80)과 이격되지 않고 접할 수 있도록 설정된 주입간격을 두어 불연속적으로 주입할 수 있도록, 스토퍼(41)의 움직임을 조절하는 제어부(90)를 포함한다.A
스토퍼(41)는 메인 챔버(40)의 구멍(40a)을 개폐할 수 있도록 구성된다. 일 실시예에서 스토퍼(41)는 메인 챔버(40) 뿐만 아니라 히터부를 관통하여 케이스 바깥으로 연장되는 봉 형상으로 이루어질 수 있다. 케이스(30) 상부에는 공압 실린더(45)가 설치되어 스토퍼(41)의 승하강을 가능하게 한다. 스토퍼(41)가 메인 챔버(40)의 구멍(40a)과 접하는 부분은 테이퍼가 형성되어 노즐(34)의 내부 개구를 점차적으로 개방 및 폐쇄하도록 구성될 수 있다.The
제어부(90)는 공압 실린더(45)를 통하여 스토퍼(41)의 움직임을 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(90)는, 예를 들어, 메인 챔버(40)에 수용된 용융금속(71)의 무게 및/또는 압력을 측정함으로써, 소정의 용량을 가지는 용융금속(71)을 메인 챔버(40)의 구멍(40a)을 통하여 노즐(34)로 유출될 수 있도록 스토퍼(41)의 승하강 시간을 결정할 수 있다.The
상술한 구성요소를 포함하는 주조장치(1)는 다양한 형태로 구현될 수 있으므로, 도 2에 도시된 구성에 의하여 본 발명의 기술적 사상에 한정되는 것이 아님을 이해하면서, 주조장치(1)의 나머지 구성에 대하여 설명한다.The
주조장치(1)는 케이스(30), 케이스(30) 내부에 설치되는 내화물제 히터부(31), 히터부(31)의 메인 챔버 쪽 내벽면에 매설되는 히터열선(32), 가스주입용 파이프(51) 및 진공형성용 파이프(61)를 더 포함하여 구성될 수 있다.The
케이스(30)는 외부로부터 밀폐된 통형상을 갖는다. 케이스(30) 내부에 설치되는 히터부(31)는 내화물로 만들어져 내부에 수용되는 용융금속(71)의 열이 외부로 방출되는 것을 단열하여 용융금속(71)의 온도 저하를 최소화한다. 또한, 히터부(31) 내부에 매설된 히터열선(32)에는 전원(33)이 연결되는 전열히터로 구성된다. 전원(33)은 히터(32)에 외부 전원을 인가하도록 구성된 전원 및 전기선으로 형성되며, 전기선은 메인 챔버(40)의 벽체 내부에 설치된 히터(32)에서 메인 챔버(40)와 후술하는 케이스(30)를 관통하여 외부로 연장될 수 있다.The
가스주입용 파이프(51)는 메인 챔버(40)의 내부로 질소나 불활성 가스를 주입할 수 있도록 제공된다. 진공형성용 파이프(61)는 메인 챔버(40)의 내부에 존재하는 가스 및 공기를 외부로 배출하도록 가스주입용 파이프(51)와 동일하게 케이스(30)를 관통하여 외부로 연결된 관으로 구성된다. 가스주입용 파이프(51)와 진공형성용 파이프(61)에 가스탱크(50)와 진공탱크(60)가 각각 연결된다. 진공탱크(60)는 케이스(30)의 외부로 돌출된 진공형성용 파이프(61)에 연결된 탱크로 구성되며, 진공탱크(60)에 결합된 진공펌프의 동작에 의해 진공탱크(60)에는 진공압이 형성되어 있다.The
주조장치(1)는, 경우에 따라서는, 래들의 형태를 가질 수 있으며, 상기 래들은 작업장의 천장에 설치된 레일(10)에 설치된 호이스트 등과 같은 인양설비에 의해 승하강됨과 동시에 레일(10)을 따라 이동될 수도 있다. 이 경우, 케이스(30)는 히터부(31) 및 메인 챔버(40)를 내부에 수용하여 감싸도록 형성되며, 상부에는 고리부재(12)가 형성되어 별도의 와이어 등을 이용하여 레일(10)에 설치된 인양설비에 의해 승하강됨과 동시에 상기 레일(10)을 따라 이동할 수 있다. 한편, 주조장치(1)는 상기 래들의 형태가 아니라 지상에 고정된 메인 프레임 상에 배치될 수도 있다.The
이하에서, 본 발명의 이해를 돕기 위해서 상술한 기술적 사상을 적용한 경우를 포함하는 실험예들을 설명한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래의 실험예들에 의해서 한정되는 것은 아니다.In order to facilitate the understanding of the present invention, experimental examples including cases where the above-described technical ideas are applied will be described below. It should be understood, however, that the following examples are for the purpose of promoting understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
표 1은 Al-7중량%Si 합금을 다양한 주조방법으로 구현한 실험예들을 나타낸 것이다. 본 실험예들에서 금형(80)은 SKD61 재질로 제조하였으며, 금형(80)의 크기는 내경 60mm, 길이 350mm이며, 573K의 온도로 금형(80)을 예열한 다음에 1023K의 용융금속 주입온도를 유지하면서 수행하였다.Table 1 shows experimental examples in which Al-7 wt% Si alloy was implemented by various casting methods. In this experiment, the
실험예1 내지 실험예7에서 주조공간(85)을 충전하기 위한 용융금속(71)의 전체 용량은 공통적으로 2700g이다.The total capacity of the
실험예1은, 통상적인 주조방법으로서, 금형(80)의 주조공간(85)에 전체의 용융금속을 1회에 모두 주입하는 방법을 적용하였다.In Experimental Example 1, as a typical casting method, a method of injecting the entire molten metal at one time into the casting
실험예2 내지 실험예4는, 상술한 정량주입 방식의 주조방법으로서, 금형(80)의 주조공간(85)에 충전될 용융금속(71)을 정량분할하여 분할된 상기 용융금속을 각각 주조공간(85)에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계로 이루어진 주조방법을 적용하였다.The
예를 들어, 도 4에 도시한 것처럼, 실험예2에 의한 주조방법은 540g 용량의 제 1 차 용융금속을 주입하는 단계(S101), 7.5초의 제 1 차 주입간격 동안 추가적인 용융금속을 주입하지 않고 유지하는 단계(S102), 540g 용량의 제 2 차 용융금속을 주입하는 단계(S103), 7.5초의 제 2 차 주입간격 동안 추가적인 용융금속을 주입하지 않고 유지하는 단계(S104), 540g 용량의 제 3 차 용융금속을 주입하는 단계(S105), 7.5초의 제 3 차 주입간격 동안 추가적인 용융금속을 주입하지 않고 유지하는 단계(S106), 540g 용량의 제 4 차 용융금속을 주입하는 단계(S107), 7.5초의 제 4 차 주입간격 동안 추가적인 용융금속을 주입하지 않고 유지하는 단계(S108) 및 540g 용량의 제 5 차 용융금속을 주입하는 단계(S109)를 포함한다.For example, as shown in FIG. 4, the casting method according to Experimental Example 2 includes a step of injecting a first molten metal having a capacity of 540 g (S101), a step of injecting additional molten metal during the first injection interval of 7.5 seconds (S103); injecting a second molten metal having a capacity of 540 g (S103); maintaining the molten metal (S104) without injecting additional molten metal during the second injection interval of 7.5 seconds; (S106); injecting a fourth molten metal having a capacity of 540 g (S107); (S103) injecting a molten metal of 540 g; (S108) of holding additional molten metal during the fourth injecting interval of seconds (S108) and injecting a fifth molten metal of 540 g capacity (S109).
실험예5 내지 실험예7은, 상술한 가변주입 방식의 주조방법으로서, 금형(80)의 주조공간(85)에 충전될 용융금속(71)을 분할하되, 분할된 상기 용융금속의 적어도 어느 하나는 분할된 상기 용융금속의 적어도 다른 어느 하나와 용량이 서로 다르도록 분할하며, 분할된 상기 용융금속을 각각 주조공간(85)에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계로 이루어진 주조방법을 적용하였다. 특히, 실험예5 내지 실험예7에서는 컴퓨터 모사실험을 통해 얻은 자료를 근거로 한 응고속도에 따라 1회 주입량, 주입시간, 주입간격 등을 조정하였다.In Experimental Examples 5 to 7, as the casting method of the above-described variable injection method, the
나아가, 실험예5 내지 실험예7에서는 주조공간(85)에 충전될 용융금속(71)을 분할하되, 분할된 상기 용융금속의 적어도 어느 하나는 분할된 상기 용융금속의 적어도 다른 어느 하나와 용량이 서로 다르도록 분할하며, 상대적으로 더 큰 용량의 용융금속을 먼저 주입하고 상대적으로 더 작은 용량의 용융금속을 나중에 주입하도록 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 주조방법을 적용하였다.Further, in Experimental Examples 5 to 7, the
예를 들어, 도 5에 도시한 것처럼, 실험예5에 의한 주조방법은 1200g 용량의 제 1 차 용융금속을 주입하는 단계(S201), 4초 내지 10초의 제 1 차 주입간격 동안 추가적인 용융금속을 주입하지 않고 유지하는 단계(S202), 300g 용량의 제 2 차 용융금속을 주입하는 단계(S203), 4초 내지 10초의 제 2 차 주입간격 동안 추가적인 용융금속을 주입하지 않고 유지하는 단계(S204), 300g 용량의 제 3 차 용융금속을 주입하는 단계(S205), 4초 내지 10초의 제 3 차 주입간격 동안 추가적인 용융금속을 주입하지 않고 유지하는 단계(S206), 300g 용량의 제 4 차 용융금속을 주입하는 단계(S207), 4초 내지 10초의 제 4 차 주입간격 동안 추가적인 용융금속을 주입하지 않고 유지하는 단계(S208), 300g 용량의 제 5 차 용융금속을 주입하는 단계(S209), 4초 내지 10초의 제 5 차 주입간격 동안 추가적인 용융금속을 주입하지 않고 유지하는 단계(S210) 및 300g 용량의 제 6 차 용융금속을 주입하는 단계(S211)를 포함한다.For example, as shown in FIG. 5, the casting method according to Experimental Example 5 includes a step (S201) of injecting a first molten metal having a capacity of 1200 g, an additional molten metal during a first injection interval of 4 seconds to 10 seconds (S203) of injecting a second molten metal having a capacity of 300 g (S203); maintaining the molten metal (S204) without injecting additional molten metal during a second injection interval of 4 seconds to 10 seconds; (S205) of injecting a third molten metal having a capacity of 300 g, maintaining (S206) without injecting additional molten metal during a third injection interval of 4 seconds to 10 seconds, (S207), a step (S208) of maintaining additional molten metal in the fourth injection interval of 4 seconds to 10 seconds (S208), a step (S209) of injecting a fifth molten metal having a capacity of 300 g During the fifth injection interval of < RTI ID = 0.0 > And a step (S211) of injecting the molten metal of the 6th step (S210) and a 300g capacity for holding without injecting metal.
본 실험예에서 주입횟수(pouring cycle), 1회 주입량(pouring quantity per one cycle), 주입간격(pouring interval time between pouring cycle) 등이 수축공에 미치는 영향을 살펴본다.The effect of pouring cycle, pouring quantity per one cycle, and pouring interval time between pouring cycle on shrinkage cavity is examined in this experiment.
도 6은 본 발명의 실험예에 따라 구현된 주조재 내의 수축공의 양상을 도해하는 그래프이고, 도 7은 본 발명의 실험예에 따라 구현된 주조재들의 단면을 도해하는 도면이다.FIG. 6 is a graph illustrating the shape of a shrinkage cavity in a cast material implemented according to an experimental example of the present invention, and FIG. 7 is a diagram illustrating a cross section of cast materials implemented in accordance with an experimental example of the present invention.
본 발명의 실험예에 따라 구현된 주조재(100)의 단면을 살펴보면 수축공(S; Shrinkage)이 발생할 수 있는 바, 수축공(S)은 주입온도에서 액상온도로의 열수축, 액상온도에서 고상온도로의 열수축, 액세상태에서 고체상태로의 상변화 등에 기인한다. 특히, 용융금속(71)의 응고시 액상과 고상의 밀도차에 의해 발생하는 수축공(S)에 의하여 주조재(100)의 내부 결함이 발생하므로 이러한 수축공(S)의 발생을 억제하는 주조방법이 요구되고 있다.Shrinkage may occur in the
도 6에 도시된 그래프에서 가로축은 실험예1(#1) 내지 실험예7(#7)을 나타내며, 세로축은 전체 주조재에 대한 수축공의 비율을 나타낸다. 이에 의하면, 실험예1(#1) 내지 실험예4(#4)를 참조하면, 주입횟수당 주입량을 일정하게 유지하면서 주입횟수를 세분화하는 경우, 주입횟수가 증가할수록 수축공(S)의 부피가 7 vol.%에서 1.6 vol.%로 감소했다.In the graph shown in Fig. 6, the horizontal axis represents Experimental Example 1 (# 1) to Experimental Example 7 (# 7), and the vertical axis represents the ratio of the shrinkage cavity to the entire cast material. According to Experimental Example 1 (# 1) to Experimental Example 4 (# 4), when the number of injections is subdivided while maintaining the injection amount per injection number, the volume of the syringe S Decreased from 7 vol.% To 1.6 vol.%.
또한, 계면제어형 점진 주조 공정을 적용한 실험예5(#5) 내지 실험예6(#6)을 참조하면, 주입횟수가 증가할수록 수축공(S)의 부피가 감소하였다. 또한, 계면제어형 점진 주조 공정을 적용한 실험예7(#7)에서는, 단열코팅된 금형(80)에 용융금속(71)을 주입하는 단계 이전에 탈가스 처리를 추가적으로 진행하였으며, 이 경우, 수축공(S)의 부피는 0.3 vol.%로 급격하게 감소하였다.Also, referring to Experimental Example 5 (# 5) to Experimental Example 6 (# 6) to which the interface controlled gradual casting process was applied, the volume of the shrinkage cavity S decreased as the number of injections increased. In Experimental Example 7 (# 7) in which the interface controlled gradual casting process was applied, a degassing process was further performed before the
도 7의 (a)는 통상적인 주조방법을 적용한 실험예1에 의하여 구현된 주조재(100)에서 관찰된 단면 양상을 도시한 것이며, 도 7의 (b)는 상술한 정량주입 방식의 주조방법을 적용한 실험예2 내지 실험예4에 의하여 구현된 주조재(100)에서 관찰된 단면 양상을 도시한 것이며, 도 7의 (c)는 상술한 계면제어형 점진 주조 공정을 적용한 실험예5 내지 실험예7에 의하여 구현된 주조재(100)에서 관찰된 단면 양상을 도시한 것이다.7 (a) shows a cross-sectional view observed in the
이에 의하면, 상술한 정량주입 방식의 주조방법을 적용한 실험예2 내지 실험예4에 의하여 구현된 주조재(100)에서는 통상적인 주조방법을 적용한 실험예1에 의하여 구현된 주조재(100) 보다 관찰된 기공(H)이 현저하게 감소하였으며, 상술한 계면제어형 점진 주조 공정을 적용한 실험예5 내지 실험예7에 의하여 구현된 주조재(100)에서는 기공(H)이 거의 발견되지 않음을 확인하였다.According to the above, in the
특히, 금형(80)을 단열코팅하고 탈가스 처리 후에 계면제어형 점진 주조 공정을 적용한 실험예7에서는 조조회수율이 99.7%이며, 주조재 전체에 걸쳐 주조결함이 없는 건전한 미세조직을 관찰할 수 있었다.Particularly, in Experimental Example 7, in which the
이하에서는, 도 8을 참조하여 본 발명의 실험예에 따라 구현된 주조재에서 주조 회수율과, 도 9를 참조하여 본 발명의 실험예에 따라 구현된 주조재에서 측정된 수지상 거리(DAS; Dendrite Arm Spacing), 도 10을 참조하여 본 발명의 실험예에 따라 구현된 주조재에서 규소 함량의 양상을 나타내는 X선 형광 분석기(XRF)의 측정결과 및 도 11을 참조하여 본 발명의 실험예에 따라 구현된 주조재에서 경도의 양상을 살펴본다.Hereinafter, with reference to FIG. 8, the casting recovery rate in the cast material realized according to the experimental example of the present invention and the dendrite arm (DAS) measured in the cast material implemented according to the experimental example of the present invention, 10, measurement results of an X-ray fluorescence spectrometer (XRF) showing the aspect of silicon content in the cast material implemented according to the experimental example of the present invention and the results of measurement according to the experimental example of the present invention Consider the aspect of hardness in the cast material.
도 8 내지 도 11의 (a)는 전체의 용융금속의 1회에 전부 주입하는 통상적인 정적 주조(static shape casting) 공정으로 구현된 주조재에 관한 것이며, 도 8 내지 도 11의 (b)는 본 발명에 의한 계면제어형 점진 주조 공정에서 주입횟수를 5회로 수행하여 구현된 주조재에 관한 것이며, 도 8 내지 도 11의 (c)는 본 발명에 의한 계면제어형 점진 주조 공정에서 주입횟수를 10회로 수행하여 구현된 주조재에 관한 것이다.Figs. 8 to 11 (a) relate to a cast material realized by a typical static shape casting process in which the entire molten metal is injected at once, and Figs. 8 to 11 (b) 8 to 11 (c) are graphs showing the relationship between the number of injections in the interfacial control type gradual casting process and the number of injections in the interfacial control gradual casting process according to the present invention, The present invention relates to a casting material which is implemented by being carried out.
한편, 도 9 내지 도 11에서 개시된 가로축은, 도 7에 도시된 것처럼, 주조재(100)의 표면으로부터의 거리인 P1, P2, P3을 나타내며, 도 9 내지 도 11에서 도시된 그래프의 범례로 각각 개시된 항목은, 도 7에 도시된 것처럼, 주조재(100)의 상부(Top), 중앙부(Middle), 하부(Bottom)를 나타낸다.9 to 11, P1, P2, and P3, which are distances from the surface of the
도 8을 참조하면, 전체의 용융금속의 1회에 전부 주입하는 통상적인 정적 주조(static shape casting) 공정으로 구현된 주조재보다 계면제어형 점진 주조 공정(IPC, Interface-controlled Progressive Casting)을 수행하여 구현된 주조재에서 주조 회수율(Recovery)이 현저하게 높음을 확인할 수 있다. 나아가, 계면제어형 점진 주조 공정의 주입횟수가 10회인 경우가 주입횟수가 5회인 경우보다 주조 회수율이 더 높음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8, an interface-controlled progressive casting (IPC) process is performed instead of a cast material implemented by a conventional static shape casting process in which the entire molten metal is injected at one time It can be seen that the casting recovery is remarkably high in the cast material. Further, it can be confirmed that the casting recovery rate is higher than that in the case where the number of injections in the interface controlled gradual casting process is 10 times that in the case where the number of injections is 5 times.
도 9를 참조하면, 전체의 용융금속의 1회에 전부 주입하는 통상적인 정적 주조 공정으로 구현된 주조재보다 계면제어형 점진 주조 공정을 수행하여 구현된 주조재에서 수지상 거리(Dendrite arm spacing)의 균일도(uniformity)가 더 높음을 확인할 수 있다. 나아가, 계면제어형 점진 주조 공정의 주입횟수가 10회인 경우가 주입횟수가 5회인 경우보다 수지상 거리의 균일도가 더 높음을 확인할 수 있다.9, the uniformity of the dendrite arm spacing in the cast material realized by performing the interface controlled gradual casting process rather than the casting material realized by the conventional static casting process in which the entire molten metal is injected at once (uniformity) is higher. Furthermore, it can be seen that the uniformity of the dendritic distance is higher when the number of injections in the interface controlled gradual casting process is 10 times than when the number of injections is 5 times.
도 10을 참조하면, 전체의 용융금속의 1회에 전부 주입하는 통상적인 정적 주조공정으로 구현된 주조재보다 계면제어형 점진 주조 공정을 수행하여 구현된 주조재에서 규소농도 분포의 균일도(uniformity)가 더 높음을 확인할 수 있다. 나아가, 계면제어형 점진 주조 공정의 주입횟수가 10회인 경우가 주입횟수가 5회인 경우보다 규소농도 분포의 균일도가 더 높음을 확인할 수 있다.10, the uniformity of the silicon concentration distribution in the cast material realized by performing the interfacial control type gradual casting process rather than the cast material realized by the general static casting process in which the entire molten metal is injected at once Higher. Furthermore, it can be seen that the uniformity of the silicon concentration distribution is higher than that in the case where the implantation frequency is 10 times in the interfacial control type gradual casting process.
도 11을 참조하면, 전체의 용융금속의 1회에 전부 주입하는 통상적인 정적 주조공정으로 구현된 주조재보다 계면제어형 점진 주조 공정을 수행하여 구현된 주조재에서 강도 분포의 균일도(uniformity)가 더 높음을 확인할 수 있다. 나아가, 계면제어형 점진 주조 공정의 주입횟수가 10회인 경우가 주입횟수가 5회인 경우보다 강도 분포의 균일도가 더 높음을 확인할 수 있다.11, the uniformity of the intensity distribution is more improved in the cast material realized by performing the interface controlled gradual casting process than the cast material realized in the general static casting process in which the entire molten metal is completely injected at one time High. Furthermore, it can be seen that the uniformity of the intensity distribution is higher when the number of injections in the interface controlled gradual casting process is 10 than in the case of 5 injections.
본 발명의 일 실시예에 의한 계면제어형 점진 주조 공정은 형상을 갖는 단위 부품을 3-D 정형 주조(3-D near-net shape casting)하는 데 있어 응고속도에 따라 용융금속의 주입속도, 주입량, 주입간격 및 주입온도 등을 제어하여 용융금속의 고액계면(S/L; solid liquid interface)을 임의의 응고 마지막 위치로 이동 제어할 뿐만 아니라 고액계면의 곡률(curvature), 고액계면 전방의 액상량 등을 동시에 정밀하게 제어하여 주조품(100) 내에 수축공의 발생을 억제시킴으로써 주조 회수율이 99% 이상인 주조품을 제조할 수 있는 공정이다. In the interfacial control type gradual casting process according to an embodiment of the present invention, in the 3-D near-net shape casting of a unit component having a shape, the molten metal injection rate, (S / L) of the molten metal to the final solidification position by controlling the injection interval and the injection temperature, as well as controlling the curvature of the solid-liquid interface and the amount of liquid in the liquid interface front Can be precisely controlled at the same time, thereby suppressing the generation of shrinkage holes in the
본 발명의 일 실시예에 의한 계면제어형 점진 주조 공정은, 기존 주조방법에 비해 주조 회수율이 높고, 스프루, 러너, 사이드 라이저, 게이트, 탑 라이저 등을 제거하는 후공정이 필요하지 않아 주조품의 제조단가를 저감할 수 있다.The interfacial control type gradual casting process according to an embodiment of the present invention has a higher cast recovery rate than a conventional casting process and does not require a post-process for removing sprue, runner, side riser, gate, top riser, The unit price can be reduced.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
Claims (8)
상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계를 포함하며,
상기 주입간격은, 상기 용융금속을 복수회 주입하는 동안, 상기 금형 내에 수용된 상기 용융금속의 미응고 액상의 상부면이 상기 금형과 이격되지 않고 접할 수 있도록 설정되는, 주조방법.A casting method for casting a molten metal capable of filling a casting space formed in a mold,
Dividing the molten metal and sequentially injecting the molten metal into the casting space, wherein the molten metal is discontinuously injected a plurality of times with an injection interval,
Wherein the injection gap is set such that the upper surface of the molten metal contained in the mold while not being in contact with the mold is in contact with the mold while the molten metal is injected a plurality of times.
상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계는,
고액계면의 위치, 곡률 및 액상 분율을 제어하기 위하여, 상기 용융금속의 응고속도에 따라 주입속도, 주입량, 주입간격 및 주입온도 중 어느 하나 이상을 조절하는 단계를 포함하는, 주조방법.The method according to claim 1,
Dividing the molten metal and sequentially injecting the molten metal into the casting space,
Adjusting at least one of an injection rate, an injection amount, an injection interval, and an injection temperature according to a solidification rate of the molten metal to control a position, a curvature and a liquid fraction of the solid-liquid interface.
상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계는,
상기 용용금속을 순차적으로 주입할 때마다 상기 금형 내에 수용된 상기 용융금속의 고액계면의 곡률이 순차적으로 작아지도록, 상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계를 포함하는, 주조방법.The method according to claim 1,
Dividing the molten metal and sequentially injecting the molten metal into the casting space,
The molten metal is divided and injected into the casting space sequentially so that the curvature of the solid-liquid interface of the molten metal contained in the metal is sequentially decreased every time the molten metal is sequentially injected, Casting a plurality of times.
상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계는
상기 용융금속을 분할하되, 분할된 상기 용융금속의 적어도 어느 하나는 분할된 상기 용융금속의 적어도 다른 어느 하나와 용량이 서로 다르도록 분할하며, 분할된 상기 용융금속을 각각 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계를 포함하는, 주조방법.The method according to claim 1,
Dividing the molten metal and sequentially injecting the molten metal into the casting space, wherein the step of discontinuously injecting the molten metal a plurality of times with an injection interval
Dividing the molten metal so that at least one of the divided molten metals differs in capacity from at least one of the other divided molten metals, and sequentially injecting the divided molten metal into the casting space Wherein the step of casting comprises a step of discontinuously injecting a plurality of times with an injection interval.
상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계는
상기 용융금속을 분할하되, 분할된 상기 용융금속의 적어도 어느 하나는 분할된 상기 용융금속의 적어도 다른 어느 하나와 용량이 서로 다르도록 분할하며, 상대적으로 더 큰 용량의 상기 용융금속을 먼저 주입하고 상대적으로 더 작은 용량의 상기 용융금속을 나중에 주입하도록 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계를 포함하는, 주조방법.The method according to claim 1,
Dividing the molten metal and sequentially injecting the molten metal into the casting space, wherein the step of discontinuously injecting the molten metal a plurality of times with an injection interval
Dividing the molten metal such that at least one of the divided molten metals is divided so as to have a different capacity from at least one other of the divided molten metals, And sequentially injecting the molten metal with a smaller capacity at a later time in order to inject the molten metal at a later time, and injecting the molten metal in a plurality of times at an injection interval discontinuously.
상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계는
상기 용융금속을 정량분할하여 분할된 상기 용융금속을 각각 상기 주조공간에 순차적으로 주입하되, 주입간격을 두어 불연속적으로 복수회 주입하는 단계를 포함하는, 주조방법.The method according to claim 1,
Dividing the molten metal and sequentially injecting the molten metal into the casting space, wherein the step of discontinuously injecting the molten metal a plurality of times with an injection interval
Wherein the molten metal is injected into the casting space one after another by injecting the molten metal in a plurality of times at an injection interval.
상기 금형은 단열코팅된 금형을 포함하고,
상기 용융금속을 주입하는 단계 이전에 탈가스 처리하는 단계를 더 포함하는, 주조방법.The method according to claim 1,
Wherein the mold comprises an adiabatically coated mold,
And degassing the molten metal before the step of injecting the molten metal.
상기 용융금속을 수용할 수 있는 메인 챔버;
상기 메인 챔버에 형성된 구멍과 직접 연통됨과 동시에 상기 메인 챔버의 하부로부터 돌출 설치되어 상기 용융금속의 출입용 유로를 제공하는 노즐;
상기 메인 챔버에 형성된 구멍을 개폐할 수 있도록 설치되는 스토퍼; 및
상기 메인 챔버에 형성된 구멍을 개폐함으로써 상기 용융금속을 분할하여 상기 주조공간에 복수회에 걸쳐 순차적으로 주입하되, 상기 금형 내에 수용된 상기 용융금속의 미응고 액상의 상부면이 상기 금형과 이격되지 않고 접할 수 있도록 설정된 주입간격을 두어 불연속적으로 주입할 수 있도록, 상기 스토퍼의 움직임을 조절하는 제어부;
를 포함하는, 주조장치.A casting apparatus for injecting molten metal capable of filling a casting space formed in a mold,
A main chamber capable of receiving the molten metal;
A nozzle communicating directly with a hole formed in the main chamber and protruding from a lower portion of the main chamber to provide a flow path for entering and exiting the molten metal;
A stopper installed to open and close a hole formed in the main chamber; And
Wherein the molten metal is divided into a plurality of portions and the molten metal is sequentially injected into the casting space a plurality of times by opening and closing a hole formed in the main chamber, wherein an upper surface of the molten metal contained in the mold is not in contact with the mold A control unit for controlling the movement of the stopper so that injection can be performed discontinuously at a predetermined injection interval;
. ≪ / RTI >
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