KR101564227B1 - 가스 압력의 감소 방법, 엔진 블록 제조 방법 및 금속 캐스팅 제조 장치 - Google Patents

가스 압력의 감소 방법, 엔진 블록 제조 방법 및 금속 캐스팅 제조 장치 Download PDF

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제임스 티. 싱어
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지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스 엘엘씨
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Abstract

기포 결함을 감소시키기 위해 주조 공정 동안에 샌드 캐스팅 코어 패키지와 같은 코어 내의 가스 압력을 감소시키기 위한 방법, 시스템 및 장치. 몇몇 실시예는 엔진 블록 캐스팅과 같은 금속 캐스팅을 형성하도록 용융 금속을 수용하게 구성된 몰드를 포함할 수 있다. 상기 몰드는 금속 캐스팅 내에 캐비티를 형성하도록 구성된 몰드 코어를 포함할 수 있다. 상기 장치는 금속 캐스팅을 형성하기 위해 몰드 내에 용융 금속을 전달하도록 구성된 충전 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 몰드 코어는 기포 결함을 종종 발생시키는 것으로 알려진 소정의 가스에 투과성인 물질을 포함할 수 있다. 상기 장치는 캐스팅 내의 기포 결함을 유발을 감소시키기 위해 몰드의 투과성 부분 내의 가스 압력을 감소시키도록 몰드와 결합되도록 구성된 진공부를 더 포함할 수 있다.

Description

가스 압력의 감소 방법, 엔진 블록 제조 방법 및 금속 캐스팅 제조 장치{METHODS FOR SAND CORE GAS EVACUATION AND RELATED SYSTEMS AND APPARATUS}
본 개시내용은 코어 내의 가스 압력을 감소시키고, 이러한 가스 압력 감소를 수반하는 공정을 이용하여 엔진 블록 및 다른 캐스팅을 제조하기 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 개시내용은, 한정되지는 않지만, 코어 가스 압력을 감소시켜서 몰드 캐비티 내의 용융 금속 내에 가스가 도입되는 것을 감소시키도록 코어 패키지로부터 가스를 배기하기 위한 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
내연기관 엔진 블록은 종종 샌드 캐스팅 공정을 이용하여 제조된다. 일반적으로, 이러한 공정은 엔진 블록 캐스팅의 표면을 형성하는 복수의 샌드 코어 또는 몰드 세그먼트로부터 조립된 몰드 패키지를 이용한다. 그 다음, 일단 냉각되면 엔진 블록을 형성하는 몰드 패키지 내에 형성된 개구 내에 용융 금속이 주입된다.
불행하게도, 이러한 샌드 캐스팅 공정에 의해 형성된 엔진 블록 캐스팅에서의 결함은 몰드 및/또는 몰드 물질 내의 가스가 존재함으로써 종종 일어난다. 이러한 가스는 캐스팅 내에 기포를 형성할 수 있으므로, 결함을 초래할 수 있고, 결국 캐스팅을 폐기하게 할 수 있다. 예를 들면, 워터 자켓 코어가 용융 금속 내에 침지될 때, 코어 내의 소정의 가스 압력은 금속의 출구 압력(head pressure)보다 빠른 속도로 증가할 수 있다. 이에 따라, 가스가 형성되어 워터 자켓 코어 및/또는 몰드의 다른 부분 내로부터 금속 내에 도입될 수 있다.
따라서, 본 발명자는, 예컨대 기포 결함에 의해 야기되는 스크랩 및/또는 다른 문제점을 방지 또는 적어도 감소시키도록 몰드 내의 가스 압력을 방지 또는 적어도 감소시킴으로써, 종래기술의 전술한 제한사항 및/또는 다른 제한사항 중 하나 이상을 극복하는 엔진 블록 및 다른 캐스팅을 제조하기 위한 방법, 시스템 및 장치를 제공하는 것이 바람직하다고 판단하였다.
기포 결함을 감소시키기 위해 샌드 캐스팅 몰드와 같은 몰드 내의 가스 압력의 감소를 수반하는 엔진 블록 및 다른 캐스팅을 제조하기 위한 방법, 시스템 및 장치가 본원에 개시된다.
금속 캐스팅을 제조하기 위해 적어도 부분적인 투과성의 몰드 내의 가스 압력을 감소시키기 위한 방법 중 몇 가지의 실시에서, 워터 자켓 코어와 같은 금속 캐스팅 내에 캐비티를 형성하도록 구성된 몰드 코어를 포함하는 몰드가 제공될 수 있다. 상기 몰드 코어는 캐스팅 공정 동안에 상기 몰드 내에 도입된 가스에 투과성인 물질을 포함할 수 있다. 엔진 블록 캐스팅과 같은 금속 캐스팅을 형성하도록 상기 몰드 내에 용융 금속이 도입될 수 있다. 상기 몰드의 투과성 부분 내의 가스 압력을 감소시키도록 상기 몰드 내에 용융 금속을 도입하는 단계 동안에 상기 몰드의 투과성 부분에는 진공이 인가될 수 있다.
몇몇 실시에서, 진공을 인가하는 단계는 상기 몰드 내에 형성된 도관에 진공을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 실시에서, 다수의 도관이 사용될 수 있다. 상기 도관 중 하나 이상은 상기 몰드 내로 연장될 수 있고, 예컨대 엔진 블록 몰드의 워터 자켓 코어를 구비하는 여분의 코어 프린트 영역을 갖는 코어와 같이 압력 형성에 특히 취약하다고 알려져 있는 몰드의 일부에 인접하게 또는 그 내에서 종단(terminate)될 수 있다. 몇몇 실시에서, 상기 도관(들)은 상기 몰드 내로 연장되어, 예컨대 워터 자켓 코어의 약 10 mm와 같이 소정의 위치의 주변 에지에 매우 근접하게 종단할 수 있다. 다른 실시에서, 하나 이상의 도관은 압력 감소가 소망하는 몰드의 부분 내로 모든 방향으로 연장될 수 있다.
일부 실시예 및 실시에서, 인가된 진공은 약 -0.2 psi 내지 약 -1.0 psi일 수 있다. 일부 실시예 및 실시에서, 상기 진공은 약 -0.4 psi 내지 약 -0.6 psi일 수 있다.
상기 몰드는, 상기 몰드 내의 하나 이상의 선택된 위치에 상기 진공을 인가하도록 상기 몰드에 인접하게 배치되도록 구성된 진공 플레이트를 더 포함할 수 있다. 상기 진공 플레이트는 하나 이상의 진공 포트를 포함할 수 있다. 상기 진공 포트(들)는 하나 이상의 도관과 유체식 연결될 수 있다. 상기 도관(들)은 상기 몰드 내로 연장될 수 있고, 샌드 물질과 같은 투과성 물질을 포함하는 상기 몰드 내의 하나 이상의 소정의 위치와 유체식 연결될 수 있다. 일부 실시예 및 실시에서, 상기 도관(들)은 상기 몰드 내로 연장되어 상기 몰드 내의 소정의 투과성 위치에 인접하게 종단할 수 있다. 일부 실시예 및 실시에서, 상기 도관(들)은 상기 몰드 내의 소정의 위치 내에서 종단할 수 있다. 일부 실시예 및 실시에서, 상기 진공은 개재된 도관(intervening conduit) 내의 몰드 내의 소정의 투과성 위치에 직접 인가될 수도 있다. 또한, 상기 진공 포트 중 하나 이상에 진공을 연결하는 것을 용이하게 하도록 하나 이상의 진공 매니폴드가 제공될 수도 있다.
본 개시내용에 다른 방법의 또 다른 실시, 즉 엔진 블록을 제조하기 위한 방법에서, 엔진 블록 캐스팅 내에 워터 자켓 캐비티를 형성하도록 구성된 워터 자켓 코어가 제공될 수 있다. 상기 워터 자켓 코어는 캐스팅 공정 동안에 상기 워터 자켓 코어 내에 도입되는 가스에 투과성인 샌드 물질을 포함할 수 있다. 진공 매니폴드는 복수의 진공 포트에 결합될 수 있다. 상기 진공 포트 중 하나 이상은 상기 몰드 내로 연장되는 도관과 유체식 연결될 수 있다. 상기 도관 중 하나 이상은 상기 워터 자켓 코어에 인접하게 종단될 수 있다.
예컨대, 엔진 블록 캐스팅을 형성하도록 상기 몰드 내에 용융 금속을 주입 또는 펌핑함으로써 상기 몰드 내에 용융 금속이 전달될 수 있다. 상기 몰드 내에 용융 금속을 전달하는 단계 동안에, 상기 워터 자켓 코어 내의 가스 압력을 감소시키도록 상기 진공 매니폴드에 진공이 인가될 수 있다. 상기 복수의 진공 포트는 상기 진공 매니폴드에 진공을 인가하는 단계 동안에 상기 몰드에 인접하게 배치된 진공 플레이트 내에 배치될 수 있다. 상기 진공 플레이트는 상기 진공 포트와 유체식 연결되어 상기 몰드에 인접하게 배치된 복수의 몰드 포트를 더 포함하여, 상기 진공 포트에 인가된 진공이 상기 몰드 내의 하나 이상의 위치에 인가될 수 있다.
금속 캐스팅을 제조하는 장치의 실시예는 금속 캐스팅을 형성하도록 용융 금속을 수용하도록 구성된 몰드를 포함할 수 있다. 상기 몰드는 엔진 블록 캐스팅과 같은 금속 캐스팅 내에 캐비티를 형성하도록 구성된 몰드 코어를 포함할 수 있다. 상기 몰드 코어는, 예컨대 엔진 블록 캐스팅 내에 워터 자켓 캐비티를 형성하도록 구성된 워터 자켓 코어를 포함할 수 있다.
상기 장치는 상기 금속 캐스팅을 형성하기 위해 상기 몰드 내에 용융 금속을 전달, 예컨대 주입 또는 펌핑하도록 구성된 충전 장치를 더 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 몰드 코어는 상기 충전 장치를 이용하여 상기 몰드 내에 용융 금속을 전달하는 공정 동안에 상기 몰드 내로 도입된 가스에 투과성인 물질을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 충전 장치는 로봇식 주입 장치와 같은 로봇을 포함할 수 있다.
상기 장치는 상기 몰드의 투과성 부분 내의 가스 압력을 감소시키기 위해 상기 몰드와 결합되도록 구성된 진공부를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 진공부와 결합되도록 구성된 진공 플레이트가 제공될 수도 있다. 상기 진공 플레이트는 상기 몰드와 상기 진공부의 결합을 용이하게 하도록 구성된 하나 이상의 진공 포트를 포함할 수 있다. 상기 진공 포트 중 하나 이상은 하나 이상의 도관과 유체식 연결될 수 있다. 상기 도관(들)은 상기 몰드 내로 연장될 수 있고, 몇몇 실시예에서, 상기 몰드의 소정의 투과성 부분에 인접한 상기 몰드 내에서 종단될 수 있다. 예를 들면, 상기 몰드 코어가 엔진 블록 캐스팅 내에 워터 자켓 캐비티를 형성하도록 구성된 워터 자켓 코어를 포함하는 실시예에서, 상기 도관 중 하나 이상은 상기 몰드 내로 연장될 수 있고, 상기 워터 자켓 코어에 인접하게 종단될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 도관은 상기 워터 자켓 코어의 약 10 mm 내로 상기 몰드 내에서 종단하지만, 상기 워터 자켓 코어 내로 연장되지 않는다. 그러나, 하나 이상의 도관이 상기 워터 자켓 코어 및/또는 상기 몰드 내의 하나 이상의 다른 소정의 위치 내로 들어가서 종단하는 다른 실시예 및 실시가 고려된다.
몇몇 실시예에서, 상기 장치는 커버 코어 및/또는 슬래브 코어를 더 포함할 수 있다. 상기 슬래브 코어는 상기 커버 코어에 인접하게 배치될 수 있고, 상기 몰드 코어는 상기 슬래브 코어에 인접하게 배치될 수 있다. 진공 플레이트를 포함하는 실시예에서, 상기 진공 플레이트는 상기 슬래브 코어에 인접하게 배치될 수도 있으므로, 상기 슬래브 코어는 상기 몰드 코어와 상기 진공 플레이트 사이에 배치된다.
도면을 참조하여 비제한적인 본 개시내용의 각종 실시예를 기술한다.
도 1은 캐스팅 몰드의 하나 이상의 부분 내의 가스 압력을 감소시키기 위한 진공부를 구비하는 금속 캐스팅을 제조하는 장치의 일 실시예에 대한 사시도,
도 2는 도 1에 도시한 장치의 커버 코어의 일 실시예에 대한 상측 사시도,
도 3은 도 2의 커버 코어에 대한 하측 사시도,
도 4는 도 1에 도시한 장치의 슬래브 코어의 일 실시예에 대한 상측 사시도,
도 5는 도 4의 슬래브 코어에 대한 하측 사시도로서, 인접한 워터 자켓 코어를 도시함,
도 6은 슬래브 코어 및 인접한 워터 자켓 코어의 일 실시예에 대한 단면도,
도 7은 8개의 진공 포트를 포함하는 진공 플레이트의 일 실시예에 대한 투시도,
도 8은 캐스팅 몰드의 하나 이상의 부분 내의 가스 압력을 감소시키기 위한 진공부를 구비하는 금속 캐스팅을 제조하는 장치의 일 실시예에 대한 특정 구성요소의 단면도.
이하, 본 개시내용의 각종 실시예 및 실시에 일치하는 장치, 시스템 및 방법에 대한 상세한 설명이 제공된다. 몇 가지의 실시예 및 실시가 기술되지만, 개시내용은 개시된 특정 실시예 및 실시 중 어느 것에 제한되는 것이 아니라, 다수의 변경, 수정 및 동등물을 포함하는 것으로 이해해야 한다. 더욱이, 본원에 개시된 실시예에 대한 세부적인 이해를 제공하기 위해 하기의 설명에 다수의 특징적인 세부 사항이 기재되지만, 몇몇 실시예는 이러한 세부 사항 중 일부 또는 그 모두 없이 실시될 수 있다. 마찬가지로, 몇몇 실시는 하기의 단계 중 일부 또는 그 모두 없이 실시될 수 있다. 더욱이, 명확성을 위해, 관련 기술에 공지된 특정한 기술적 재료는 본 개시내용을 불필요하게 모호한 것을 회피하기 위해 상세하게 기술되지 않는다.
본 개시내용의 실시예는 도면을 참조하여 가장 잘 이해될 것이며, 유사한 부품은 유사한 참조부호로 지칭될 수 있다. 본원의 도면에 기술 및 도시된 바와 같이 개시된 실시예는 광범위하게 상이한 구성으로 배치 및 설계될 수 있다. 이에 따라, 본 개시내용의 장치 및 방법의 실시예들에 대한 하기의 상세한 설명은 본 기시내용의 범위를 제한할 의도의 것이 아니라, 본 개시내용의 가능한 실시예를 단지 대표하는 것이다. 더욱이, 방법의 단계는 반드시 임의의 특정한 순차 또는 순차적으로 수행될 필요가 없고, 또한 달리 특정되지 않으면 단계를 한 번만 수행하는 것이 필요하지 않다.
본원에 개시된 방법, 시스템 및 장치에 대한 실시예는 엔진 블록용 캐스팅 몰드와 같은 금속 캐스팅을 제조하기 위한 적어도 부분적인 투과성 몰드 또는 몰드의 적어도 부분적인 투과성 부분 내의 가스 압력을 감소 또는 제어하는데 이용될 수 있다. 이로써, 이러한 방법, 시스템 및 장치는 워터 자켓 코어 기포 스크랩과 같은 정밀한 샌드 캐스팅 내의 기포 스크랩을 감소 또는 제거하도록 기포 결함을 감소 또는 제거할 수 있다. 이러한 개선점을 제공함으로써, 몇몇의 실시예는 품질 제어를 위한 엔진 블록의 X-레이 검사와 같은 제조 동안의 소정의 검사 단계를 없애게 할 수도 있다. 실제로, 본원에 제공된 교시에 따라 구성된 몇몇의 시스템은 X-레이 검사를 전체적으로 제거하는데 이용될 수 있다.
첨부한 도면을 참조하면, 금속 캐스팅을 제조하기 위한 장치의 일 실시예를 참조부호 "100"으로 도 1에 도시한다. 장치(100)는 프레임(110), 커버 코어(120), 헤드 데크 슬래브 코어(130), 워터 자켓 코어(140)(도 1에서 보이지 않음) 및 진공 플레이트(150)를 포함한다. 당업자에게 이해되는 바와 같이, 당해 기술에 잘 공지된 장치(100)의 각종 다른 구성요소는 본 개시내용을 불필요하게 모호하게 하는 것을 회피하기 위해 상세하게 기술하지 않는다.
몇몇의 실시예에서, 프레임(110)은 로봇식 주입 시스템과 같은 로봇식 시스템의 일부일 수 있다. 다른 실시예에서, 장치(100)는 프레임(110)의 일부라기보다는 프레임(110)과 함께 작동할 수 있는 하나 이상의 로봇식 시스템을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예는 고정식 자동 시스템, 롤오버 장치 등과 같은 또 다른 장치 또는 시스템의 일부일 수 있다.
커버 코어(120), 슬래브 코어(130) 및 워터 자켓 코어(140)와 같은 하나 이상의 다른 코어(도 4에 도시되고, 그와 함께 하기에 기술됨)는 몰드를 함께 구성할 수 있다. 달리 말하면, 몇몇 실시예에서, 금속 캐스팅을 제조하기 위한 장치의 몰드는, 소망하는 바와 같이, 커버 코어, 슬래브 코어, 워터 자켓 코어 및 하나 이상의 다른 코어를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 용어 "몰드 코어(mold core)"는 몰드를 구성할 수 있는 각종 개별적인 코어 중 하나를 지칭할 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 슬래브 코어(130)는 커버 코어(120)에 인접하게 배치될 수 있다. 그리고, 도 4에 도시한 바와 같이, 워터 자켓 코어(140)는 슬래브 코어(130)에 인접하게 배치될 수 있다. 하기에 상세하게 기술된 바와 같이, 몇몇 실시예에서, 몰드 내 또는 그 상의 하나 이상의 소정의 위치에 진공을 인가하도록 구성된 몰드의 하나 이상의 부분 내에 하나 이상의 도관이 형성될 수 있다.
예를 들면, 하나 이상의 도관은, 하기에 상세하게 기술된 바와 같이, 슬래브 코어(130) 및/또는 커버 코어(120) 내에 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이러한 도관(들)은 몰드의 또 다른 피스 또는 부분에 인접한, 예컨대 워터 자켓 코어(140)에 인접하게 종단될 수 있다. 금속 캐스팅을 제조하기 위한 적어도 부분적인 투과성의 몰드를 포함하는 실시예에서, 엔진 블록 몰드의 워터 자켓 코어와 같은 여유분의 코어 프린트 영역을 갖는 하나 이상의 코어에 인접한 하나 이상의 도관을 배치하면, 인접한 워터 자켓 코어 내에 가스 압력의 형성을 감소한 후에, 이러한 도관(들)에 진공을 인가할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 슬래브 코어 내의 워터 자켓 레그 프린트들 사이에는 진공이 인가될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 장치는 금속 캐스팅을 형성하기 위해 몰드 내에 용융 금속을 전달, 예컨대 주입 또는 펌핑하도록 구성된 충전 장치를 더 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 상기 몰드는 충전 장치를 이용하여 몰드 내에 용융 금속을 전달하는 공정 동안에 몰드 내에 도입되는 가스에 투과성인 물질을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 충전 장치는 로봇식 주입 시스템과 같은 로봇을 포함할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시한 장치(100)의 커버 코어(120)의 일 실시예에 대한 상측 사시도를 도시한다. 도 3은 커버 코어(120)의 하측 사시도를 도시한다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 커버 코어(120)는 8개의 도관(122)을 포함한다. 도 2 및 도 3을 검토 및 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 도관(122) 각각은 커버 코어(120)를 통해 모든 방향으로 연장된다. 또한, 도관(122)은 유도 터널(124)의 대향 측부 상에 배치된다. 보다 구체적으로, 2개의 도관(122)은 4개의 유도 터널(124) 각각의 대향 단부에 인접하게 배치된다. 커버 코어(120)를 통해 모든 방향으로 연장되도록 도관(122)을 형성함으로써, 후술하는 바와 같이 커버 코어(120) 아래의 몰드 내의 하나 이상의 위치에 진공이 인가될 수 있다.
도 4는 장치(100)의 헤드 데크 슬래브 코어(130)의 일 실시예에 대한 상측 사시도를 도시한다. 도 5는 장치(100)의 헤드 데크 슬래브 코어(130)의 하측 사시도를 도시하고, 또한 인접한 워터 자켓 코어(140)의 일 실시예를 도시한다. 이들 도면에 도시한 바와 같이, 슬래브 코어(130)는 복수의 도관(132)을 포함한다. 도관(132)은 커버 코어(120)가 장치(100) 내의 슬래브 코어(130)에 인접하게 배치될 ? 커버 코어(120) 내의 도관(122)에 인접하게 배치되도록 구성된다. 보다 구체적으로, 도관(132)은 커버 코어(120)의 도관(122)과 정렬되도록 구성됨으로써, 커버 코어를 통해 연장되는 도관(122)으로 각각 이루어진 연장된 도관과, 슬래브 코어(130) 내에 형성된 도관(132)을 형성한다.
몇몇 실시예에서, 도관(122)에 인가된 진공이 도관(132)에 효과적으로 전달되는 것을 보장하도록 복수의 피팅 또는 커플링이 이용될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 도관(122, 132)은 이와 같은 임의의 피팅 또는 커플링 없이 서로 인접하게 단순히 배치될 수 있다.
도관(122)과는 달리, 도관(132)은 슬래브 코어(130)를 통해 모든 방향으로 연장되지 않는다. 그 대신에, 도관(132)은 워터 자켓 코어(140)에 인접하게 종단되는 블라인드 구멍을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 도관(132)은, 예컨대 워터 자켓 코어(140)로부터 약 10 mm의 거리에서 슬래브 코어(130) 내에서 종단될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 도관(132)은 슬래브 코어(130) 내의 2개의 워터 자켓 레그 프린트들 사이에서 종단될 수 있다. 그러나, 도관(132) 또는 다른 도관이 워터 자켓 코어(140) 및/또는 몰드 내의 다른 소정의 위치 내에서 종단되는 다른 실시예가 고려된다.
도 6의 단면도에 도시된 바와 같이, 도관(132)은 워터 자켓 코어(140)의 워터 자켓 레그 프린트(142)와 워터 자켓 레그 프린트(144) 사이에서 종단된다. 다른 실시예에서, 도관 중 하나 이상은 몰드 내로 연장될 수 있고, 압력 형성에 특히 취약한 것으로 알려져 있고 여분의 코어 프린트 영역을 갖는 몰드의 또 다른 부분에 인접하게 또는 그 내에서 종단될 수 있다. 본원에 개시된 각종 실시예는 높은 금속 접촉 면적 대 코어 프린트 영역 비를 갖는 임의의 코어에 특히 적용가능할 수 있다.
또한, 장치(100)는 진공으로 결합되도록 구성된 진공 플레이트(150)를 포함한다. 진공 플레이트(150)에 인가된 진공 또는 몰드 내에 그리고/또는 몰드에 인접한 하나 이상의 다른 영역에 인가된 진공은 약 -0.2 psi 내지 약 -1.0 psi일 수 있다. 몇몇 실시예 및 실시에서, 진공은 약 -0.4 psi 내지 약 -0.6 psi일 수 있다. 인가된 진공이 보다 큰 또 다른 실시예가 고려된다. 몇몇 실시예에서, 진공의 강도는 사용되는 물질 및/또는 도관(들)을 형성하는 물질 및/또는 인접한 물질의 투과성에 따라 다를 수 있다.
도 7은 8개의 진공 포트(151)를 포함하는 진공 플레이트(150)의 일 실시예에 대한 투시도를 도시한다. 진공 포트(151)는 몰드의 하나 이상의 부분과 진공부를 결합하기 용이하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 8의 단면도에 도시된 바와 같이, 진공 플레이트(150)는 진공 포트(151) 각각에 대응하고 그리고 진공 포트(151) 각각과 결합되는 복수의 진공 피팅(153)을 포함할 수 있다. 진공 피팅(153)은 임의의 적절한 방식, 예컨대 나사산 커플링, 마찰 핏, 스냅 핏, 베이요닛, 콜렛 및 클램프 등에 의해 진공 플레이트(150)와 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 진공 피팅(153)은 진공 플레이트(150)와 일체 형성될 수 있다.
진공 포트(151) 각각은 진공 플레이트(150) 내에 형성된 도관(152)으로의 개구를 형성한다. 진공 포트(151)의 단부로부터 대향된 각각의 도관(152)의 단부에는, 커버 코어(120), 슬래브 코어(130) 및 워터 자켓 코어(140)를 포함하는 몰드의 하나 이상의 부분과 유체식 연결되도록 구성된 몰드 포트(154)가 형성된다.
따라서, 도시한 실시예에서의 도관(152) 각각은 대응하는 도관(122)과 유체식 연결되어, 대응하는 도관(132)과 유체식 연결된다. 이로써, 진공이 진공 피팅(153)에 그리고/또는 진공 포트(151)에 바로 인가될 때, 도관(122, 132) 내의 압력이 감소된다. 몰드의 하나 이상의 부분이 적어도 부분적인 투과성이기 때문에, 이러한 압력 감소는 몰드의 인접한 투과성 부분에 전달됨으로써, 몰드 내로 전달되는 용융 금속과의 가스 형성을 방지 또는 적어도 감소시키기 위해 몰드 내의 하나이상의 특정 영역 내의 가스 압력을 감소시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 진공 피팅(153) 각각은 단일의 진공 매니폴드와 결합될 수 있다. 변형적으로, 다수의 진공 매니폴드가 이용될 수 있다. 또는, 당업자에게 이해되는 바와 같이, 진공 피팅(153) 및/또는 진공 포트(151) 중 하나 이상이 개별적으로 진공부에 결합될 수 있다.
도면에 도시한 실시예와 관련하여, 진공 피팅(153) 및/또는 진공 포트(151)에 인가된 진공부는 도관(122, 132, 152)에 의해 형성된 전체 도관에 인접한 워터 자켓 코어(140) 내의 가스 압력을 감소시킨다. 상술한 바와 같이, 이와 같이 감소된 압력은 몰드/코어 물질로부터 제조된 정밀 샌드 캐스팅에서 기포 형성 그리고 그에 따른 기포 스크랩을 방지 또는 적어도 감소시킨다.
도 8은 금속 캐스팅을 제조하기 위한 장치(100)의 특정 구성요소에 대한 단면도를 도시한다. 도 8은 진공 플레이트(150) 내에 형성된 도관(152)을 도시한다. 도관(152) 각각은 커버 슬래브(120) 내의 인접한 도관(122)과 유체식 연결된다. 상술한 바와 같이, 도관(122) 각각은 대응하는 도관(132)과 유체식 연결될 수 있다. 이로써, 진공 플레이트(150)는, 기포 형성에 민감한 것으로 알려진 몰드의 하나 이상의 영역에서, 가스 압력을 감소시켜서 기포 형성을 감소시킬 수 있는 몰드 내의 하나 이상의 소정의 영역에 인가되기가 용이하다. 그러나, 몇몇 실시에는 진공 플레이트(150)를 생략할 수 있고, 그 대신에 몰드 내에 또는 몰드에 인접한 하나 이상의 위치에 직접 진공을 인가할 수도 있다.
전술한 명세서는 각종 실시예를 참조하여 기술되어 있다. 그러나, 당업자는 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않고서 각종 수정 및 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들면, 작동 단계를 수행하기 위한 구성요소뿐만 아니라, 각종 작동 단계는 특정 적용에 따른 대체적인 방식으로 또는 장치의 작동과 관련된 임의 개수의 비용 함수를 고려하여 실시될 수 있다. 따라서, 단계 중 하나 이상이 생략, 수정될 수 있거나, 또는 다른 단계와 결합될 수 있다. 또한, 본 개시내용은 제한적인 관점이라기보다는 예시적인 것으로 간주되어야 하고, 모든 수정은 그 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 마찬가지로, 각종 실시예에 관해 이점, 따른 이익 및 문제점에 대한 해결책이 상술되었다. 그러나, 임의의 이점, 이익 또는 해결책을 발생시키게 할 수 있는 이점, 이익, 문제점에 대한 해결책 및 임의의 요소(들)는 임계적이고, 요구되거나 또는 본질적인 특징 또는 요소로서 구성되지 않아야 한다.
본 발명의 원리로부터 벗어나지 않고서 상술된 실시예의 세부 사항에 대한 다수의 변경이 이루어질 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 하기의 특허청구범위에 의해서만 판단되어야 한다.

Claims (12)

  1. 엔진 블록을 포함하는 금속 캐스팅을 제조하기 위해 적어도 부분적인 투과성의 몰드 내의 가스 압력을 감소시키는 방법에 있어서,
    금속 캐스팅 내에 캐비티를 형성하도록 구성된 몰드 코어를 포함하는 몰드를 제공하는 단계로서, 상기 몰드 코어는 캐스팅 공정 동안에 상기 몰드 내에 도입되는 가스에 투과성인 물질을 포함하고, 상기 몰드 코어는 워터 자켓 코어와, 상기 워터 자켓 코어에 인접한 하나 이상의 코어를 포함하는, 상기 몰드 제공 단계;
    금속 캐스팅을 형성하도록 상기 몰드 내에 용융 금속을 전달하는 단계;
    상기 몰드의 투과성 부분 내의 가스 압력을 감소시키도록, 상기 몰드 내에 용융 금속을 전달하는 단계 동안에 상기 몰드의 투과성 부분 내로 연장되는 복수의 도관에 진공을 인가하는 단계
    를 포함하며,
    상기 복수의 도관 중 하나 이상은 상기 워터 자켓 코어로 연장되며 상기 워터 자켓 코어 내로 연장되지 않고서 상기 워터 자켓 코어에 인접하게 종단되고, 상기 복수의 도관 중 하나 이상은 상기 워터 자켓 코어의 레그 프린트로 연장되며 상기 워터 자켓 코어 내로 연장되지 않고서 상기 워터 자켓 코어의 레그 프린트에 인접하게 종단되고,
    상기 몰드는 복수의 진공 포트를 포함하는 진공 플레이트를 포함하고, 상기 진공 포트 각각은 상기 복수의 도관 중 하나 이상과 유체식 연결되는,
    가스 압력의 감소 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 도관 각각은 상기 몰드 내로 연장되며 상기 워터 자켓 코어에 인접하게 종단되는,
    가스 압력의 감소 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 도관 각각은 상기 몰드 내로 연장되고, 상기 복수의 도관 중 하나 이상은 상기 워터 자켓 코어의 10 mm 내에서 종단되는,
    가스 압력의 감소 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 몰드의 투과성 부분에 진공을 인가하는 단계는 상기 복수의 진공 포트에 진공 매니폴드를 결합하는 단계를 포함하는,
    가스 압력의 감소 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 몰드 코어는 샌드 물질을 포함하는,
    가스 압력의 감소 방법.
  6. 엔진 블록을 제조하는 방법에 있어서,
    엔진 블록 캐스팅 내에 워터 자켓 캐비티를 형성하도록 구성된 워터 자켓 코어를 포함하는 몰드를 제공하는 단계로서, 상기 워터 자켓 코어는 캐스팅 공정 동안에 상기 워터 자켓 코어 내에 도입되는 가스에 투과성인 샌드 물질을 포함하는, 상기 몰드 제공 단계;
    복수의 진공 포트에 진공 매니폴드를 결합하는 단계로서, 상기 진공 포트 중 하나 이상은 상기 몰드 내로 연장되는 도관과 유체식 연결되고, 상기 도관은 상기 워터 자켓 코어 내로 연장되지 않고서 상기 워터 자켓 코어에 인접하게 종단되고, 상기 도관은 상기 워터 자켓 코어의 레그 프린트로 연장되며 상기 워터 자켓 코어 내로 연장되지 않고서 상기 워터 자켓 코어의 상기 레그 프린트에 인접하게 종단하는, 상기 진공 매니폴드 결합 단계;
    엔진 블록 캐스팅을 형성하도록 상기 몰드 내에 용융 금속을 전달하는 단계;
    상기 워터 자켓 코어 내의 가스 압력을 감소시키도록, 상기 몰드 내에 용융 금속을 전달하는 단계 동안에 상기 진공 매니폴드에 진공을 인가하는 단계
    를 포함하는,
    엔진 블록 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 진공 포트는 진공 플레이트 내에 배치되고, 상기 진공 플레이트는 상기 진공 매니폴드에 진공을 인가하는 단계 동안에 상기 몰드에 인접하게 배치되는,
    엔진 블록 제조 방법.
  8. 금속 캐스팅을 제조하는 장치에 있어서,
    금속 캐스팅을 형성하도록 용융 금속을 수용하도록 구성된 몰드로서, 상기 몰드는 몰드 코어를 포함하고, 상기 몰드 코어는 상기 금속 캐스팅 내에 캐비티를 형성하도록 구성된, 상기 몰드;
    상기 금속 캐스팅을 형성하기 위해 상기 몰드 내에 용융 금속을 전달하도록 구성된 충전 장치로서, 상기 몰드 코어는 상기 충전 장치에 의해 상기 몰드 내에 용융 금속을 전달하는 공정 동안에 상기 몰드 내로 도입된 가스에 투과성인 물질을 포함하는, 상기 충전 장치; 및
    상기 몰드의 투과성 부분 내의 가스 압력을 감소시키기 위해 상기 몰드와 결합되도록 구성된 진공부
    를 포함하며,
    상기 몰드는 커버 코어와, 상기 커버 코어에 인접하게 배치된 슬래브 코어를 더 포함하고, 상기 몰드는 상기 슬래브 코어에 인접하게 배치된 워터 자켓 코어를 포함하고, 상기 워터 자켓 코어는 엔진 블록 캐스팅 내에 워터 자켓 캐비티를 형성하도록 구성되고, 상기 커버 코어는 상기 커버 코어를 통해 완전히 연장되는 하나 이상의 커버 코어 도관을 포함하고, 상기 슬래브 코어는 상기 하나 이상의 커버 코어 도관과 유체식 연결되는 하나 이상의 슬래브 코어 도관을 포함하고, 상기 하나 이상의 슬래브 코어 도관은 상기 슬래브 코어를 통해 부분적으로만 연장됨으로써 상기 하나 이상의 슬래브 코어 도관은 상기 워터 자켓 코어 내로 연장되지 않고서 상기 워터 자켓 코어에 인접하게 종단하고, 상기 하나 이상의 슬래브 코어 도관은 상기 워터 자켓 코어의 종축과 정렬되는,
    금속 캐스팅 제조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 진공부와 결합되도록 구성된 진공 플레이트를 더 포함하는,
    금속 캐스팅 제조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 진공 플레이트는 상기 진공부와 상기 몰드의 결합을 용이하게 하도록 구성된 하나 이상의 진공 포트를 포함하는,
    금속 캐스팅 제조 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 진공 포트는 상기 몰드 내로 연장되는 상기 하나 이상의 커버 코어 도관과 유체식 연결되는,
    금속 캐스팅 제조 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 하나 이상의 슬래브 코어 도관은 상기 몰드 내로 연장되며, 상기 워터 자켓 코어의 10 mm 내에서 종단되는,
    금속 캐스팅 제조 장치.
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