KR101578725B1 - 원심주조에 의한 환봉 제품 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심주조에 의한 환봉 제품 제조방법에 관한 기술로서, 보다 구체적으로 베이스 금형, 상기 베이스 금형의 상면에 마련되는 중공관인 바디 금형, 상기 바디 금형의 상부에 마련되되 탕구가 형성된 커버 금형을 포함하여 이루어지는 금형 조립체를 상기 금형 테이블에 축회전 가능하도록 고정하고, 상기 금형 조립체의 내측에 이형제를 도포하는 금형 준비단계; 금속 원료를 용해로에서 용융하여 상기 금형 조립체에 주입 가능한 용융금속 상태로 준비하는 용융금속 준비단계; 상기 금형 준비단계 이후 회전 구동부가 상기 금형 조립체를 축회전시키면서 상기 금형 조립체의 공동에 상기 탕구의 중간 높이까지 상기 용융금속을 주입한 후 냉각하여 상기 용융금속이 상부에 취출용 꼭지가 형성된 환봉 형태인 반제품으로 원심주조되는 원심주조 수행단계; 상기 원심주조 수행단계 이후 상기 바디 금형에서 상기 커버 금형을 분리하는 커버 금형 분리단계; 상기 커버 금형 분리단계 이후 취출 장치가 상기 반제품의 취출용 꼭지를 클램핑하여 상기 바디 금형으로부터 상기 반제품을 취출하는 반제품 취출단계; 상기 반제품 취출단계 이후 상기 반제품에서 상기 취출용 꼭지를 제거하여 환봉 제품으로 제조하는 취출용 꼭지 제거단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

원심주조에 의한 환봉 제품 제조방법{The Method of Centrifugal Casting for Round Bar Products}

본 발명은 원심주조에 의한 환봉 제품 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축을 중심으로 회전하는 금형의 공동에 용융금속을 채워서 환봉 제품을 제작하는 방법에 관한 것이다.

플랜트용 핵심부품은 대부분 특수합금으로 제조된다. 그 중에 특수합금 환봉 제품은 그 수요가 많으나 수급이 용이하지 못하다. 일반금속 환봉 제품은 연속 압연을 통해 대량으로 생산되나 특수합금 환봉 제품은 주문방식으로 제조되기 때문이다.

다양한 크기와 재질의 특수합금 환봉은 소량으로 주문되기 때문에 납기와 가격 그리고 품질을 구매자의 요구에 맞추기 어렵다. 따라서 다품종 소량의 특수합금 환봉 제품이나 긴급히 필요한 특수합금 환봉 제품은 사형주조를 이용하여 생산하기도 한다.

사형주조는 주물사를 이용하여 사형을 제작하고 제작된 사형에 용융금속을 주입하여 반제품을 주조한 이후, 사형을 제거하고 표면 가공과 같은 후처리를 통해 제품으로 생산하는 방식이다. 사형주조는 주문자의 요구에 맞춘 다양한 형태의 주형을 제작하여 제품을 생산할 수 있으므로 다품종 소량으로 주문되는 제품을 제조하기에 적합한 방식이다.

하지만, 사형주조로 생산된 특수합금 환봉 제품은 불량률이 높고 품질이 균일하지 못하여 플랜트용 핵심 부품으로 사용하기에 적합하지 않다. 또한, 사형주조는 제조 공정이 길고 작업 환경이 열악하다는 문제점이 있다.

환봉 제품을 생산하는 종래의 방식 중 사형주조에 단조작업을 추가한 방식이 있다. 이는 사형주조를 통해 제품 원형을 갖춘 반제품을 제조하고 단조작업을 통해 반제품을 완전한 형태의 제품으로 만드는 것이다. 단조작업을 통해 정밀한 치수와 우수한 물성의 제품을 생산할 수 있으며 이 과정에서 매끈한 표면을 갖는 제품으로 완성되기 때문에 추가적인 표면 가공이 필요하지 않다는 장점이 있다.

하지만, 설비의 규모가 크고 대량 생산 방식이라는 점에서 다품종 소량으로 주문되는 플랜트용 특수합금 환봉 제품을 생산하기에 적합하지 않다. 아울러 생산 공정이 길고 설비와 공정 비용이 많이 소요되므로 소량으로 주문된 제품의 적절한 단가를 산출하기 어렵다.

이 외에도 연주 인발과 같은 방식이 있다. 그러나 설비 비용이 많이 들어가며 대량 생산에 적합한 방식이라는 점에서 소량으로 주문된 특수합금 제품을 제조하기에 적합하지 않다.

따라서 적은 주문량과 다양한 치수에 대응 가능하며 뛰어난 물성의 특수합금 제품을 생산할 수 있는 제조방법이 필요하다. 이러한 조건들을 만족하는 생산 방법으로 원심 주조가 있다.

원심주조는 금형을 축회전시킬 때 발생하는 원심력을 이용하여 금형의 공동에 용융금속을 고르게 분배시키는 제조방식으로서 진원심주조(True centrifugal casting)와 반원심주조(Semicentrifugal casting), 그리고 센트리퓨징(Centrifuging)으로 분류된다. 아울러 회전축의 방향에 따라 수평형 원심주조와 수직형 원심주조로 분류되기도 한다.

일반적으로 사용되는 원심주조는 진원심주조로서 금형을 축회전시키며 금형의 공동에 용융금속을 일부만 주입하여 높은 밀도와 미세한 결정구조, 우수한 기계적 성질을 갖는 중공관이나 링 또는 디스크형 제품을 만드는 제조방법이다.

하지만, 상기에 언급하였듯이 진원심주조는 중공관이나 링 또는 디스크형 제품을 만들기 위한 방법으로만 사용된다. 이는 원심력에 의해 제품의 외측 부분은 치밀한 조직 구조와 높은 밀도를 갖는 금속 결정이 배치되고 상대적으로 원심력이 작게 작용하는 회전축 부근은 기포나 불순물과 같은 밀도가 낮은 성분들이 배치되기 때문이다. 따라서 불순물과 기포가 모여있는 내측 표면 일부를 기계가공으로 제거하여 중공관이나 링 또는 디스크형 제품으로 제작한다.

용융금속을 공동에 가득 채워 내부에 중공이 형성되지 않도록 하는 원심주조도 있다. 이는 반원심주조로서 진원심주조에 비해 상대적으로 낮은 회전속도로 금형을 회전시키며 용융금속을 금형의 공동에 가득 채워서 제품을 생산한다.

하지만, 반원심주조를 이용하여 제조된 제품도 중심축 부위는 기포와 불순물로 인하여 물성이 좋지 않으므로 기계가공을 통해서 중심부를 제거하는 과정을 거치게 된다. 따라서 최종적인 제품은 전차나 트랙터의 바퀴, 도르래와 같이 중심부가 제거된 디스크 형태이다. 즉, 환봉 제품을 생산하는 방법으로 사용하지 못한다는 것이다.

설령 상기의 문제점을 해결하여 원심주조로 환봉 제품을 만들더라도 제품을 금형에서 신속하게 분리하기 어렵다는 문제가 남는다. 원심주조로 제조된 중공관의 경우 취출 장치로 내경을 클램핑하여 취출하면 제품을 금형으로부터 신속하게 분리할 수 있고, 링이나 디스크형 제품의 경우 금형이 높이가 낮아 통상의 방법으로 제품을 취출할 수 있다. 하지만, 원심주조로 제조된 환봉 제품은 상기와 같은 방식으로는 취출할 수 없다.

따라서 금형을 제작하는 단계에서 금형이 여러 개로 분리되고 조립될 수 있도록 설계되어야 하고, 금형을 이용하여 제품을 생산하는 과정에서 금형을 조립하고 분리하는 공정이 추가되어야 한다. 이로 인하여 생산성이 떨어지게 된다.

또한, 금형의 하부에 용융금속이 닿는 면적이 넓기 때문에 금형에 환봉 제품이 고착되는 문제점이 발생하기도 한다. 이는 연속 생산을 방해하는 요소로 작용하여 생산성을 떨어뜨리고, 최악의 경우 금형을 폐기하게 되어 큰 비용 부담이 발생한다.

이를 해결하기 위하여 원심주조 방식에 사형을 이용하기도 한다. 하지만, 사형을 이용하면 생산성이 떨어지고 사형 주조가 가진 단점, 예를 들어 매끈하지 못한 표면과 높은 불량률 그리고 공정 증가 등을 감수해야 한다는 문제가 있다.

따라서 원심주조 방식으로 고품질의 환봉 제품을 생산하되, 제품을 연속적으로 생산할 수 있도록 금형 내부의 고착 문제를 해결할 수 있는 제조방법이 개발되어야 한다.

대한민국 등록특허번호 제10-1210630호 "링 원심주조 방법"

본 발명은 종래에 중공관이나 링 또는 디스크형 제품을 제조하기 위한 방법으로만 사용되었던 원심주조를 이용하여 환봉 제품을 제작하는 방법을 제시하고자 한다. 아울러 금형을 여러 부분으로 모두 분해하지 않고 원심주조를 이용하여 제조된 환봉 형태의 반제품 쉽게 취출할 수 있도록 하며, 원심주조 과정에서 용융금속이 금형의 하부에 고착되어 발생할 수 있는 문제점을 해결하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 원심주조에 의한 환봉 제품 제조방법으로서, 원심주조 설비의 금형 테이블에 안착되는 원판인 베이스 금형, 상기 베이스 금형의 상면에 마련되는 중공관인 바디 금형, 상기 바디 금형의 상부에 마련되며 회전축의 연장선상을 따라 탕구가 형성된 원판인 커버 금형을 포함하여 이루어지는 금형 조립체를 상기 금형 테이블에 축회전 가능하도록 고정하고, 상기 금형 조립체의 내측에 이형제를 도포하는 금형 준비단계; 금속 원료를 용해로에서 용융하여 상기 금형 조립체에 주입 가능한 용융금속 상태로 준비하는 용융금속 준비단계; 상기 금형 준비단계 이후 회전 구동부가 상기 금형 조립체를 축회전시키면서 상기 금형 조립체의 공동에 상기 탕구의 중간 높이까지 상기 용융금속을 주입한 후 냉각하여 상기 용융금속이 상부에 취출용 꼭지가 형성된 환봉 형태인 반제품으로 원심주조되는 원심주조 수행단계; 상기 원심주조 수행단계 이후 상기 바디 금형에서 상기 커버 금형을 분리하는 커버 금형 분리단계; 상기 커버 금형 분리단계 이후 취출 장치가 상기 반제품의 취출용 꼭지를 클램핑하여 상기 바디 금형으로부터 상기 반제품을 취출하는 반제품 취출단계; 상기 반제품 취출단계 이후 상기 반제품에서 상기 취출용 꼭지를 제거하여 환봉 제품으로 제조하는 취출용 꼭지 제거단계; 를 포함하여 구성되도록 한다.

상기 금형 준비단계에서 상기 베이스 금형의 상면에 상기 바디 금형의 안지름과 동일한 지름을 가지는 원판 형태의 더미 베이스(dummy base)를 장착하고 상기 더미 베이스의 상면에 이형제를 도포하며, 상기 반제품 취출단계 이후 상기 반제품의 하부에 상기 더미 베이스가 고착된 경우 상기 더미 베이스를 제거하는 더미 베이스 제거단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 커버 금형은 상기 바디 금형에 대하여 수평상으로 개폐될 수 있도록 회전축의 연장선을 기준으로 복수의 분할 커버 금형으로 분리되며, 상기 분할 커버 금형의 탕구의 내측 일부에 돌출부가 형성되며, 상기 용융금속 주입단계에서 상기 돌출부가 잠기도록 상기 용융금속을 주입하며, 상기 반제품의 취출용 꼭지에는 상기 돌출부에 대응하는 취출홈이 형성되며, 상기 반제품 취출단계에서 상기 취출 장치는 상기 취출홈을 클램핑하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 종래에 중공관이나 링 형태의 제품을 제조하기 위한 방법으로만 사용되었던 원심주조를 이용하여 환봉 제품을 제작할 수 있다. 아울러 원심주조를 이용하여 제조된 환봉 형태의 반제품을 반제품의 상부에 형성된 취출용 꼭지를 이용하여 용이하게 취출할 수 있도록 하며, 이를 통해 제품의 연속적인 생산을 가능하게 한다. 또한, 더미 베이스(dummy base)를 이용하여 원심주조 과정에서 용융금속이 금형의 하부에 고착되는 문제점을 해결한다.

도 1은 더미 베이스와 금형 조립체를 포함한 원심주조 설비의 개념도,
도 2는 본 발명의 제1,2실시례에 의한 개략적인 공정 흐름도,
도 3은 제1실시례에 의한 더미 베이스가 설치된 금형 조립체 및 이를 이용한 반제품 제조 단계의 일부를 나타낸 공정도,
도 4는 제1실시례에 의해 제조된 반제품 및 환봉 제품의 사시도,
도 5는 제1실시례에 의해 제조된 반제품의 불순물 분포를 보이는 개념도,
도 6은 제1실시례에 의해 제조된 반제품이 더미 베이스에 고착된 상태와 더미 베이스 제거단계를 보이는 개념도,
도 7은 제2실시례에 의한 더미 베이스가 설치된 금형 조립체 및 이를 이용한 반제품 제조 단계의 일부를 나타낸 공정도,
도 8은 제2실시례에 의해 제조된 반제품 및 환봉 제품의 사시도.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시례를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시례에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하에서 본 발명의 제1실시례를 상세히 설명한다.

도 1은 더미 베이스와 금형 조립체를 포함한 원심주조 설비의 개념도이며, 도 2는 본 발명의 제1실시례에 의한 개략적인 공정 흐름도이며, 도 3은 제1실시례에 의한 더미 베이스가 설치된 금형 조립체 및 이를 이용한 반제품 제조 단계의 일부를 나타낸 공정도이며, 도 4는 제1실시례에 의해 제조된 반제품 및 환봉 제품의 사시도이며, 도 5는 제1실시례에 의해 제조된 반제품의 불순물 분포를 보이는 개념도이며 ,도 6은 제1실시례에 의해 제조된 반제품이 더미 베이스에 고착된 상태와 더미 베이스 제거단계를 보이는 개념도이다.

제1실시례의 금형 조립체(100)는 원심주조 설비(10)의 금형 테이블(11)에 안착되는 원판형태의 베이스 금형(110)과 베이스 금형(110)의 상부에 결합되는 바디 금형(120)과 바디 금형(120)의 상부에 결합되는 커버 금형(130)으로 이루어진다.

베이스 금형(110)과 바디 금형(120)은 분리 가능하도록 설계되며 베이스 금형(110)의 둘레에 바디 금형(120)의 하부가 밀착 결합되어 용융금속(400)을 금형 조립체(100)의 공동(121)에 주입시 용융금속(400)이 외부로 새어나가지 않는다.

커버 금형(130)은 바디 금형(120)의 상부에 탈착 가능하도록 마련되는 원판형태의 금형으로서 회전축의 연장선상을 따라 상면에 탕구(131)가 수직으로 형성된다. 커버 금형(130)은 바디 금형(120)과 마찬가지로 바디 금형(120)의 상부에 결합된 이후 용융금속(400)이 외부로 새어나가지 않도록 마련된다.

원심주조에 의한 환봉 제품(600) 제조방법에 따르면, 원심주조를 수행하기에 앞서 금형 준비단계(S10)와 용융금속 준비단계(S20)가 필요하다.

금형 준비단계(S10)는 금형 조립체(100)를 원심주조 설비(10)의 금형 테이블(11)에 안착하고 금형 조립체(100)의 내부에 더미 베이스(dummy base, 200)를 설치하며 금형 조립체(100)의 내부와 더미 베이스(200)의 상면에, 후술할 반제품(500)을 금형 조립체(100)로부터 원활하게 분리하기 위하여, 이형제(미도시)를 도포하는 작업을 포함하여 이루어진다.

더미 베이스(200)는 금형 조립체(100)로부터 반제품(500)을 취출할 때 반제품(500)이 베이스 금형(110)의 상면에 고착되어 베이스 금형(110)을 폐기하는 일이 발생하지 않도록 설치하는 것으로서, 바디 금형(120)의 안지름과 동일한 지름으로 마련된 내열성 소재 원판이다. 더미 베이스(200)는 다양한 소재로 제작되어 사용될 수 있으며, 금형 준비단계(S10)에서 더미 베이스(200)의 상면에도 이형제가 도포되므로 반제품(500)이 더미 베이스(200)에 고착되지 않으면 여러 차례 재사용 가능하다.

금형 준비단계(S10)와는 별도로 금속 원료를 용해로에서 용융하여 금형 조립체(100)에 주입 가능한 용융금속(400) 상태로 준비하는 용융금속 준비단계(S20)가 수행된다. 용융금속 준비단계(S20)는 주조를 통한 제품 생산 과정에서 반드시 필요한 단계이며 종래의 기술로 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생락한다.

금형 준비단계(S10) 이후에 금형 조립체(100)를 예열시키는 과정이 필요하다. 금형 조립체(100) 예열을 통해서 금형 조립체(100)에 주입된 용융금속(400)이 급속하게 냉각되어 발생하는 백선화 현상을 방지하며 균일한 물성의 환봉 제품(600)을 생산 가능하도록 한다. 연속적인 제품 생산시 금형 조립체(100)의 예열된 상태가 지속되기 때문에 예열과정을 생략할 수 있다.

금형 준비단계(S10)와 용융금속 준비단계(S20) 이후 본격적으로 원심주조가 이루어지는 원심주조 수행단계(S30)가 실행된다. 원심주조 설비(10)의 회전 구동부(12)가 금형 테이블(11)에 고정된 금형 조립체(100)를 축회전시킨다. 아울러 회전하고 있는 금형 조립체(100)의 공동(121)에 용융금속(400)을 주입한다. 용융금속(400)은 금형 조립체(100)의 공동(121)을 가득 채우고 탕구(131)의 중간 높이까지 도달하도록 주입된다.

축회전 속도는 탕구(131)의 상부로 용융금속(400)이 넘치지 않되 원심주조의 효과가 충분히 발생할 수 있는 속도를 선택하는 것이 바람직하다. 제1실시예의 커버 금형(130)에는 회전축의 연장선상을 따라서 상부로 길계 연장되는 탕구(131)가 마련되어 있고, 또한 회전축 부근에서의 원심력은 크지 않으므로 용융금속(400)이 금형 조립체(100)의 외부로 넘치지 않는다.

용융금속(400)이 금형 조립체(100)의 공동(121)에 채워진 채 회전축을 따라 회전하면 원심력에 의해서 상대적으로 비중이 큰 금속 결정이 회전축으로부터 멀리 떨어진 곳으로 배치된다. 회전축으로부터 같은 거리에 있는 용융금속(400)에는 동일한 원심력이 작용하므로 금형 조립체(100)의 내부에서 금속 결정이 균일하게 배치된다.

용융금속(400) 내부의 불순물(410)이나 기포의 경우 상대적으로 원심력의 영향을 작게 받으므로 회전축 방향으로 모이게 된다. 또한, 용융금속(400)이 냉각되는 시간을 조절하면 중력의 작용에 의해 불순물(410)과 기포가 용융금속(400)의 상부로 모이게 된다.

커버 금형(130)의 탕구(131)는 용융금속(400)을 주입하기 위한 주입구 역할과 더불어 기포가 빠져나가고 불순물(410)이 모이는 라이저(riser) 역할도 수행한다. 따라서 도 5에 나타낸 바와 같이 원심주조에 의해 제조된 반제품(500)의 불순물(410) 및 기포는 탕구(131) 주위로 모이게 되며, 용융금속(400)이 냉각되어 불순물(410)과 낮은 밀도의 용융금속으로 이루어진 취출용 꼭지(510)가 형성된다.

취출용 꼭지(510)는 불순물(410)을 모으는 역할과 더불어 원심주조 수행단계(S30)에서 만들어진 반제품(500)을 금형 조립체(100), 더욱 상세하게는 바디 금형(120)으로부터 쉽게 취출되도록 하는 손잡이 역할도 한다.

금형 조립체(100)로부터 반제품(500)을 취출하기 위해서 커버 금형 분리단계(S40)가 필요하다. 커버 금형 분리단계(S40)는 원심주조 수행단계(S30) 이후에 수행되며 커버 금형(130)을 바디 금형(120)으로부터 용이하게 분리하기 위해서 커버 금형(130)의 상부에 아이볼트(eyebolt, 미도시) 등이 마련될 수 있다. 아이볼트에 크레인의 체인을 걸어서 커버 금형(130)을 바디 금형(120)으로부터 분리한다.

커버 금형 분리단계(S40) 이후 반제품 취출단계(S50)로 넘어간다. 커버 금형 분리단계(S40)를 거치면 반제품(500)의 취출용 꼭지(510)가 외부로 노출된다. 노출된 취출용 꼭지(510)는 취출 장치(300)를 이용하여 클램핑하고 취출 장치(300)를 크레인 등을 이용하여 수직으로 들어올려 반제품(500)을 바디 금형(120)으로부터 상방으로 분리시킨다.

취출 장치(300)는 상부에 크레인 등에 연결되되 유연하게 움직일 수 있는 체인(320)이 마련되고 하부에 집게(310)가 형성되는 펜치(pincer)이다. 아울러 취출 장치(300)의 상부에 취출 장치의 집게(310) 부분을 조일 수 있는 조임 핸들(330)이 마련되며, 조임 핸들(330)을 조작하여 취출용 꼭지(510)에 취출 장치(300)의 집게(310)를 클램핑한다. 취출 장치(300)는 종래에 널리 알려진 클램프 펜치(clamp pincer) 형태이므로 통상의 기술자가 쉽게 그 형태를 변형하고 응용할 수 있다.

만약 취출 장치(300)와 취출용 꼭지(510)가 없다면 금형 조립체(100)로부터 반제품(500)을 취출하기 위하여 금형 조립체(100)를 분해해야 하며, 특히 바디 금형(120)을 여러 부분으로 분리해야 한다. 만약 바디 금형(120)을 분리하지 못한다면 커버 금형(130)을 분리한 이후 바디 금형(120)을 뒤집어서 반제품(500)을 취출해야 할 수도 있다.

상기와 같은 번거로운 취출과정을 피하기 위하여 취출 장치(300)와 취출용 꼭지(510)를 활용하는 것이다. 바디 금형(120)을 여러 부분으로 분리하지 않고 또한 베이스 금형(110)으로부터 해체하지 않으므로 커버 금형(130)만 바디 금형(120)에 다시 결합하면 연속적으로 반제품(500)을 생산할 수 있다.

금형 조립체(100)와 더미 베이스(200)에는 이형제가 도포되어있어 반제품 취출단계(S50)에서 반제품(500)을 바디 금형(120)으로부터 쉽게 분리할 수 있다. 하지만 반제품(500)의 중량이 집중되는 더미 베이스(200)의 경우 이형제가 도포되어있음에도 불구하고 반제품(500)의 하면이 더미 베이스(200)의 상면에 고착되는 문제가 발생할 수 있다.

이러한 경우에는 고착된 더미 베이스(200)를 반제품(500)과 같이 취출하여 더미 베이스 제거단계(S60)를 통해 반제품(500)에서 더미 베이스(200)를 절단하여 제거하면 된다. 아울러 반제품(500)과 함께 취출된 더미 베이스(200)는 새로운 더미 베이스(200)로 교체되어 베이스 금형(110)에 설치되며 이로써 연속적인 반제품(500) 생산이 가능하다. 만약 더미 베이스(200)가 없다면 반제품(500)이 베이스 금형(110)에 고착될 수 있으며 베이스 금형(110)을 폐기하는 문제로 확대될 수 있다.

반제품 취출단계(S50) 이후에는 취출용 꼭지(510)를 제거하는 취출용 꼭지 제거단계(S70)가 진행된다. 취출용 꼭지 제거단계(S70)는 더미 베이스 제거단계(S60)와 동시에 수행될 수 있으며 기계적인 가공을 통해 손쉽게 취출용 꼭지(510)를 절단하여 제거할 수 있다. 취출용 꼭지(510)는 반제품에서 차지하는 비중이 그리 크지 않으므로 재료 손실이 많지 않으며, 아울러 취출용 꼭지(510) 제거를 통해 불순물(410)을 쉽게 모아서 제거할 수 있으므로 환봉 제품(600)의 완성도를 높일 수 있다.

완성된 환봉 제품(600)은 표면가공과 같은 추가적인 공정을 통해 주문자의 요구에 맞는 제품으로 변형될 수 있으며, 이로써 모든 공정이 완료된다.

이하에서 본 발명에 의한 제2실시례를 설명한다.

도 7은 제2실시례에 의한 더미 베이스가 설치된 금형 조립체 및 이를 이용한 반제품 제조 단계의 일부를 나타낸 공정도이며, 도 8은 제2실시례에 의해 제조된 반제품 및 환봉 제품의 사시도이다.

제2실시례의 차이점은 커버 금형(130)의 형태와 이를 이용하여 제조된 반제품(500)의 취출용 꼭지(510)이다.

제2실시례의 커버 금형(130)은 바디 금형(120)에 대하여 수평상으로 개폐되며, 이를 위하여 회전축의 연장선상을 기준으로 좌우로 분리되도록 두 개의 분할 커버 금형(130a)으로 이루어진다. 분할 커버 금형(130a)의 탕구(131)에도 제1실시례의 커버 금형(130)과 동일하게 탕구(131)가 형성되어있다. 다만, 탕구(131)의 내측에 링 형태의 돌출부(132)가 형성되며 돌출부(132) 또한 분할 커버 금형(130a)의 개폐시 분리될 수 있도록 마련된다.

제2실시례의 분할 커버 금형(130a)을 수평상으로 개폐 가능하도록 설계하는 이유는 원심주조 수행단계(S30)에서 용융금속(400)이 주입되어 반제품(500)이 만들어진 이후 분할 커버 금형(130a)을 손쉽게 분리하기 위함이다. 분할 커버 금형(130a)의 탕구(131)에는 돌출부(132)가 형성되어 있으므로 바디 금형(120)으로부터 위로 들어올려 제거할 수 없다. 따라서 분할 커버 금형(130a)을 좌우로 개폐하여 수평상으로 분리하여야한다.

아울러 원심주조 수행단계(S30)에서 분할 커버 금형(130a)이 원심력에 의하여 좌우로 분리되지 않도록 분할 커버 금형(130a)의 외측에 잠금장치(미도시)가 마련되는 것이 바람직하다.

분할 커버 금형(130a)에 형성된 돌출부(132)로 인하여 제2실시례의 반제품(500)에는 취출용 꼭지(510)에 취출홈(511)이 형성된다. 이로 인하여 취출 장치(300)를 취출용 꼭지(510)에 클램핑하는 것이 더욱 용이해진다. 더 구체적으로는 취출 장치(300)의 집게(310) 부분이 취출홈(511)에 걸리게 되는 것이다. 따라서 취출 장치(300)에 클램핑된 취출용 꼭지(510)가 취출 장치(300)의 집게(310)로부터 쉽게 이탈하지 않게 되어 안전하게 반제품 취출단계(S50)을 수행할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시례들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 발명등록청구범위에 의하여 나타내어지며, 발명등록청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

S10 : 금형 준비단계
S20 : 용융금속 준비단계
S30 : 원심주조 수행단계
S40 : 커버 금형 분리단계
S50 : 반제품 취출단계
S60 : 더미 베이스 제거단계
S70 : 취출용 꼭지 제거단계
10 : 원심주조 설비
11 : 금형 테이블 12 : 회전 구동부
100 : 금형 조립체 110 : 베이스 금형
120 : 바디 금형 121 : 공동
130 : 커버 금형 130a : 분할 커버 금형
131 : 탕구 132 : 돌출부
200 : 더미 베이스
300 : 취출 장치 310 : 집게
320 : 체인 330 : 조임 핸들
400 : 용융금속 410 : 불순물
500 : 반제품 510 : 취출용 꼭지
511 : 취출홈
600 : 환봉 제품

Claims (3)

1. 원심주조에 의한 환봉 제품 제조방법으로서,
   원심주조 설비의 금형 테이블에 안착되는 원판인 베이스 금형, 상기 베이스 금형의 상면에 마련되는 중공관인 바디 금형, 상기 바디 금형의 상부에 마련되며 회전축의 연장선상을 따라 탕구가 형성된 원판인 커버 금형을 포함하여 이루어지는 금형 조립체를 상기 금형 테이블에 축회전 가능하도록 고정하고, 상기 금형 조립체의 내측에 이형제를 도포하는 금형 준비단계;
   금속 원료를 용해로에서 용융하여 상기 금형 조립체에 주입 가능한 용융금속 상태로 준비하는 용융금속 준비단계;
   상기 금형 준비단계 이후 회전 구동부가 상기 금형 테이블에 고정된 상기 금형 조립체를 축회전시키면서 상기 금형 조립체의 공동에 상기 탕구의 중간 높이까지 상기 용융금속을 주입한 후 냉각하여 상기 용융금속이 상부에 취출용 꼭지가 형성된 환봉 형태인 반제품으로 원심주조되는 원심주조 수행단계;
   상기 원심주조 수행단계 이후 상기 바디 금형에서 상기 커버 금형을 분리하는 커버 금형 분리단계;
   상기 커버 금형 분리단계 이후 취출 장치가 상기 반제품의 취출용 꼭지를 클램핑하여 상기 바디 금형으로부터 상기 반제품을 취출하는 반제품 취출단계;
   상기 반제품 취출단계 이후 상기 반제품에서 상기 취출용 꼭지를 제거하여 환봉 제품으로 제조하는 취출용 꼭지 제거단계;
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 원심주조에 의한 환봉 제품 제조방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 금형 준비단계에서 상기 베이스 금형의 상면에 상기 바디 금형의 안지름과 동일한 지름을 가지는 원판 형태의 더미 베이스(dummy base)를 장착하고 상기 더미 베이스의 상면에 이형제를 도포하며, 상기 반제품 취출단계 이후 상기 반제품의 하부에 상기 더미 베이스가 고착된 경우 상기 더미 베이스를 제거하는 더미 베이스 제거단계를 더 포함하는 원심 주조에 의한 환봉 제품 제조방법.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 커버 금형은 상기 바디 금형에 대하여 수평상으로 개폐될 수 있도록 회전축의 연장선을 기준으로 복수의 분할 커버 금형으로 분리되며, 상기 분할 커버 금형의 탕구의 내측 일부에 돌출부가 형성되며, 상기 용융금속 주입단계에서 상기 돌출부가 잠기도록 상기 용융금속을 주입하며, 상기 반제품의 취출용 꼭지에는 상기 돌출부에 대응하는 취출홈이 형성되며, 상기 반제품 취출단계에서 상기 취출 장치는 상기 취출홈을 클램핑하는 것을 특징으로 하는 원심주조에 의한 환봉 제품 제조방법.

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