KR101557653B1 - 중자 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중자 제조 방법에 관한 것으로, 혼합단계(S10); 성형단계(S20); 및 소결단계(S30)를 포함하여 구성된다.
이에 따라, 중자의 강도, 내화도 및 표면 조도를 단순화된 조성비의 조절을 통해 자유롭게 조절할 수 있다.

Description

중자 제조 방법 {CORE MAKING METHOD}
본 발명은 중자 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중자의 강도, 내화도 및 표면 조도를 조절할 수 있는 중자 제조 방법에 관한 것이다.
주물은 일반적으로 목형(WOODEN PATTERN)이나 금형 등의 주형으로 그 외형이 형성된다. 그리고 주물의 내부에 공간이 필요한 경우, 상기 주형 내에 통상 주물사(MOLDING SAND)로 형성되는 중자(CORE)를 배치한 후 주형에 용탕(MOLTEN METAL)을 부어서 주물을 제조한다.
중자 제작에 주물사를 이용하는 이유는 용탕 공급 후 냉각되어 제작 완료된 주물 내부에 위치하게 되는 중자를 간편하게 제거하기 위함으로, 주물사는 통상 규사를 쓴다.
그러나 종래의 중자 제조방법은 다양한 주조 공정에 부합하지 못하는 문제가 있다. 즉, 일반적으로 주조 공정은 제조하는 물건의 재료에 따라 다양한 종류의 공정을 사용하게 되는데, 종래에는 상기의 다양한 종류의 주조 공정을 사용할 때마다 해당 공정에 부합하는 성질(강도 및 내화도 등)을 가지는 중자를 제조하기 위해 또 다른 중자 제조 방법을 사용해야 한다. 이에 따라 중자를 제조하는 과정과 이에 사용되는 재료 등이 다양해져 주조의 전체 공정이 복잡해지는 문제가 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 조성비를 단순화시킨 혼합물(SLURRY)을 사용하는 중자 제조 방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 중자 제조 방법은 알루미나 및 실리카를 포함하는 세라믹 분말에 성형을 위한 결합제를 혼합하고, 상기 세라믹 분말 및 상기 결합제의 혼합 효율을 높이는 첨가제를 첨가하는 혼합단계; 상기 혼합단계에서 생성된 혼합물을 원하는 형상으로 성형하는 성형단계 및; 상기 성형단계에서 성형된 혼합물을 가열하는 소결단계를 포함하여 구성되고, 상기 알루미나 및 실리카의 비율 조절을 통해 중자의 강도, 내화도 및 조도를 결정하는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명에 따른 중자 제조 방법은 중자의 강도, 내화도 및 표면 조도를 단순화된 혼합물의 조성비 조절을 통해 자유롭게 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 중자 제조 방법의 블록도
아래에서는 본 발명에 따른 중자 제조 방법을 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.
본 발명은 중자 제조 방법에 관한 것으로, 도 1은 본 발명에 따른 중자 제조 방법의 블록도이다.
본 발명에 따른 중자 제조 방법은 알루미나 및 실리카를 포함하는 세라믹 분말에 성형을 위한 결합제를 혼합하고, 세라믹 분말 및 결합제의 혼합 효율을 높이는 첨가제를 첨가하는 혼합단계(S10); 혼합단계(S10)에서 생성된 혼합물을 원하는 형상으로 성형하는 성형단계(S20); 및 성형단계(S20)에서 성형된 혼합물을 가열하는 소결단계(S30)를 포함하여 구성되고, 혼합단계(S10)는 강도, 내화도 및 조도 등 주조의 조건에 맞게 상기 알루미나 및 상기 실리카의 비율이 조절되되, 부피비 3:7 내지 5:5 이내로 조절되는 것을 특징으로 한다.
아래에서는 각 구성요소에 대하여 상세히 설명한다.
혼합단계(S10)는 알루미나(Al2O3) 및 실리카(SiO2)를 포함하는 세라믹 분말(이하 '내화재'라 한다)에 결합제 및 첨가제를 첨가하여 혼합하는 단계이다. 알루미나는 중자의 내화도와 직접적으로 관련되며, 실리카는 중자의 강도와 직접적으로 관련된다. 즉, 알루미나의 내화재 내에서 비율이 높을수록 중자의 열용량 및 내화도가 증가함으로써 중자가 고융점의 합금의 주조에 사용될 수 있고, 실리카의 내화재 내에서 비율이 높을수록 중자의 충진 밀도 및 강도가 증가함으로써 높은 강도를 필요로 하는 주조에 사용될 수 있다. 그리고 실리카는 상대적으로 입자 크기가 작으므로 중자의 표면 조도를 증가시키는데 반해 상대적으로 입자 크기가 큰 알루미나는 중자의 표면 조도를 감소시킨다.
결국, 필요로 하는 중자의 내화도, 강도 및 표면 조도에 따라 알루미나 및 실리카의 비율 조절이 요구된다. 이때, 내화재는 알루미나 대 실리카의 부피 비율이 3:7 내지 5:5로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 알루미나의 부피 비율이 1/2을 초과할 경우 부피가 지나치게 커져 혼합물의 밀도가 낮아지고, 강도가 떨어지기 때문이다. 또한, 알루미나 입자가 상대적으로 크기 때문에 혼합물 내에서 기공이 형성되어 주조 시 가스가 상기 기공 내에 포집될 수 있고, 중자의 표면 조도가 지나치게 감소되어 주조물의 표면 조도가 감소됨으로써 추후에 주조물의 표면 가공비용이 증가하는 문제점이 생긴다.
반대로 실리카의 부피 비율이 7/10을 초과할 경우 혼합물의 점도가 높아져 후술할 결합제와의 혼합 시 교반이 어려워지고, 이에 따라 혼합물의 균질한 혼합이 어렵게 되거나, 혼합되더라도 교반 시간이 지나치게 증가된다. 또한 온도에 따른 실리카의 상변화로 인하여 중자의 내화도를 조절하는데 어려움이 발생한다.
결합제는 중자의 성형을 위한 것으로, 배합비의 단순화를 위해 여러 가지 결합제를 사용하는 것보다는 왁스와 같은 유기물을 한 가지만 사용한다. 다만, 목적에 따라 폴리에틸렌과 같은 수지 기반의 고온 바인더를 소정의 비율로 첨가하여 사용할 수도 있다.
첨가제는 세라믹 분말 및 결합제의 효율적인 혼합을 위한 구성요소로서, 기본적으로 계면활성제가 이에 해당된다. 또한 필요에 따라 티타늄, 철, 텅스텐, 지르코늄, 보론과 같은 금속 원소를 첨가할 수 있고, 티타니아(TiO2) 및 지르코니아(ZrO2)와 같은 금속 산화물 분말을 첨가할 수도 있다.
성형단계(S20)는 혼합단계(S10)에서 생성된 혼합물을 성형하는 단계로서, 두 가지 방법이 사용될 수 있다. 먼저, 소정의 온도를 유지하는 혼합물을 가공된 금형에 가압하여 강제 주입함으로써 사출시키는 방법이 있다. 다른 방법으로는 형틀에 혼합물을 부어 성형하는 슬립 캐스팅이 사용될 수 있다. 상기 형틀에는 일반적으로 사용되는 석고보다 실리콘이 사용되는 것이 바람직한데, 그 이유는 실리콘이 석고에 비해 상대적으로 우수한 내압축성 및 내열성을 가지기 때문이다.
소결단계(S30)는 중자의 적정한 강도를 유지시키기 위하여 성형단계(S20)에서 성형된 혼합물을 가열하는 단계로, 상기 혼합물을 고온에 강한 내화물 분말이 담긴 상자에 적재한 뒤 전방향에서 균일하게 가열한다. 소결온도 및 소결시간이 증가할 경우 알루미나와 실리카 사이의 반응층 생성으로 인해 강도가 증가하는데, 다만 소결온도 및 소결시간을 지나치게 높고 길게 할 경우 중자의 취성이 증가하여 오히려 강도가 감소될 수 있다. 이를 감안할 때 소결온도 및 소결시간은 1200℃ 및 3시간이 바람직하다.
이와 같이 본 발명에 따른 중자 제작 방법은 단순화된 혼합물을 이용하여 조성비를 조절함으로써 광범위한 주조 공법에 사용될 수 있다. 즉, 강도의 측면에서 크기가 작은 대기 주조와 같은 저강도 주조에서부터 다이 캐스팅, 고온 가압성형 등의 고강도 주조까지 사용될 수 있고, 내화도의 측면에서 알루미늄, 구리, 마그네슘 등이 포함되는 저융점 합금에서부터 티타늄, 텅스텐과 같이 고융점 합금의 주조에 사용될 수 있다. 또한, RCS(RESIN COATED SAND)를 이용한 쉘 중자나 콜드 박스 공법을 이용한 중자에 비해 높은 표면 조도를 형성하여 주조물의 표면 가공비를 낮출 수 있는 장점이 있다.

Claims (4)

  1. 알루미나 및 실리카를 포함하는 세라믹 분말에 성형을 위한 결합제를 혼합하고, 상기 세라믹 분말 및 상기 결합제의 혼합 효율을 높이는 첨가제를 첨가하는 혼합단계(S10);
    상기 혼합단계(S10)에서 생성된 혼합물을 원하는 형상으로 성형하는 성형단계(S20) 및
    상기 성형단계(S20)에서 성형된 혼합물을 가열하는 소결단계(S30)를 포함하여 구성되고,
    상기 혼합단계(S10)는 강도, 내화도 및 조도 등 주조의 조건에 맞게 상기 알루미나 및 상기 실리카의 비율이 조절되되, 부피비 3:7 내지 5:5 이내로 조절되는 것을 특징으로 하는 중자 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 결합제에는 수지(RESINE)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 중자 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 첨가제에는 금속 원소 또는 금속 산화물 분말이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 중자 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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