KR101653021B1 - 공동을 포함하는 물품을 제조하는 방법 - Google Patents

공동을 포함하는 물품을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

공동 (4) 을 포함하는 물품 (1) 을 제조하는 방법으로서, 코어 (3) 가 갖추어진 몰드 (2) 는 물품 재료로 충전되고, 상기 물품 재료는 물품 (1) 을 형성하기 위하여 코어 (3) 주위에서 경화되고, 상기 코어 (3) 는 응고된 물품 (1) 으로부터 제거된다.
코어 (3) 는 이트리아-정방 지르코니아 다결정질 재료 (Y-TZP) 또는 부분 안정화 지르코늄 (PSZ) 으로 만들어지고, 경화 단계 이후에 코어 (3) 는 증기 분위기에 노출되고, 그 후에 코어 (3) 는 물품 (1) 로부터 제거된다.

Description

공동을 포함하는 물품을 제조하는 방법{METHOD FOR PRODUCING AN ARTICLE HAVING A CAVITY}
본 발명은 공동을 포함하는 물품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
정밀 주조법은 일반적으로 복잡한 중공의 내부를 가지는 주조를 제조하는데에 사용된다. 이러한 주조 물품의 예는, 내부 냉각 채널을 갖춘 피스톤 기관용의 밸브 시트 인서트이다. 주조 물품에서 중공의 내부를 제조하기 위하여, 주형은 코어를 갖추어야 하고, 이러한 코어는 주조재료의 응고 후에 물품으로부터 제거된다. 특히 정밀 주조법에서 장공 또는 채널은, 기존의 코어 재료가 열악한 표면 품질을 제공하거나 응고된 주조 물품으로부터 제거하는 것이 어렵기 때문에, 만드는 것이 어렵다. 예컨대, 코어는 산 또는 다른 화학 용액으로 제거할 수 있다. 이는 공정의 비용을 증가시키고, 화학 물질은 보관, 처리 및 처분에 있어서 단점을 가진다. 유사한 코어 문제는 다른 주조 방법 및 등압 성형 공정과 함께 존재한다.
문헌 EP 제 210027 호에서는, 주로 석고로 구성된 주조 몰드에 슬립을 캐스팅하여 슬립 캐스팅을 행하고, 슬립의 응고 후에 주조 몰드를 제거함으로써 주조 물품을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
본 발명의 목적은, 코어가 물품으로부터 쉽게 제거될 수 있는 해결책을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 기재된 청구항 1 및 6 으로서 달성될 수 있다. 본 발명에 따른 방법에서, 코어가 갖추어진 몰드는 물품 재료로 충전되고, 재료는 물품을 형성하기 위하여 코어 주위에서 경화된다. 코어는 이트리아-정방 지르코니아 다결정질 재료 (Y-TZP) 또는 부분 안정화 지르코늄 (PSZ) 으로 만들어진다. 추가로, 물품 재료의 경화 이후에 코어는 증기 분위기에 노출되고, 그 후에 코어는 물품으로부터 제거된다.
삭제
상당한 이점은 본 발명에 의하여 달성될 수 있다. 코어의 이트리아-정방 지르코니아 다결정질 재료 (Y-TZP) 또는 부분 안정화 지르코니아 재료를 증기 분위기에 둠으로써, 재료는 분해되고, 그 후에 코어는 응고된 물품으로부터 쉽게 제거될 수 있다. 그러므로, 물품으로부터 코어를 제거하는데 산 또는 다른 화학 물질이 불필요하다. 추가로, 공동 내부의 표면 품질은 종래의 방법에 의하여 생성된 물품의 것보다 통상적으로 더 좋다. 추가로, 본 발명에 사용된 코어 재료는 화학적으로 불활성이고 내고온성이다.
도 1 은 몰드에서 중공의 밸브 시트 인서트의 횡단면도이다.
다음에서, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 실시 예로서 기술된다. 본 발명에 따른 방법은 공동 (4) 을 포함하는 물품 (1) 을 제조하는 방법에 주목한다. 이러한 종류의 물품은 중공일 수도 있거나, 또는 복잡합 공동 형상을 포함할 수 있다. 물품 (1) 은, 코어 (3) 가 물품 (1) 에서 공동을 형성하기 위하여 배치된 몰드 (2) 에서 제조된다. 몰드 (2) 는 물품의 재료로 충전되고, 재료는 적어도 부분적으로는 코어 (3) 주위에서 경화된다. 그 후, 코어는 응고된 물품 (1) 으로부터 제거된다.
예컨대, 물품은 내연 기관의 실린더 헤드에 부착된 냉각된 밸브 시트 인서트 (1) 일 수 있다. 밸브 시트 인서트 (1) 는 환형이고 공동, 즉 냉각제 용의 내부의 냉각 채널 (4) 을 갖추었다.
추가로, 밸브 시트 인서트 (1) 는 냉각 채널 (4) 내로 냉각수를 공급하기 위한 입구 포트 및 냉각 채널 (4) 로 부터 냉각수를 배출하는 출구 포트를 포함한다. 물품 (1) 은 주조나 등압 성형에 의하여 제조될 수 있다. 적절한 주조 방법은 정밀 주조법, 다이캐스팅, 데드 몰드 캐스팅 (dead mould casting) 및 샌드 캐스팅이 있다. 상응하여, 적절한 등압 성형법은 열간 등압 성형 및 냉간 등압 성형이 있다.
중공의 형상 또는 다른 복잡한 형상의 물품 (1) 은 적절하게 성형된 (shaped) 코어 (3) 에 의하여 실현된다. 코어 (3) 는 물품 (1) 의 내부 표면을 형성하기 위하여 성형된다. 도면에서 도시된 실시 형태에서 코어 (3) 는 완료된 밸브 시트 링 (1) 에서 냉각 채널 (4) 의 형상에 상응하는 형상을 가진다.
코어 (3) 는, 일반적으로 Y-TZP 로 알려진, 이트리아-정방 지르코니아 다결정질 재료 (yttria-tetragonal zirconia polycrystal material(s)) (ZrO2-Y2O3) 로 구성되어 있다. Y-TZP 재료는 높은 강도 및 인성의 독특한 결합 때문에 구조적 용도에 사용된다. 통상적으로 Y-TZP 재료는 치과의 용도에 사용된다. 다른 적절한 코어 재료는, 또한 PSZ 로 알려진, 부분 안정화 지르코니아 (partially stabilized zirconia) (ZrO2-MgO) 이다. Y-TZP 및 PSZ 는 증기 활성 재료, 즉 증기 분위기에서 분해된 미세구조이다. 코어 (3) 는 세라믹 재료에 적합한 종래의 방법에 의하여 제조될 수 있다. 예컨대, 코어 (3) 는 원하는 바로 형성된 후에 승온에서 소결될 수 있다.
물품 (1) 은 정밀 주조법에 의하여 만들어질 수 있다. 정밀 주조법은 복잡한 중공의 내부 또는 다른 복잡한 형상을 가지는 물품을 제조하는데 일반적으로 사용된다. 정밀 주조 공정에서 패턴은 코어 (3) 에 대하여 형성된다. 패턴은 왁스, 폴리스티렌 (polystyrene) 또는 적절하게 저융점을 가지는 다른 패턴 형성 재료로 구성된다. 코어 (3) 는 적절한 재료로 만든 핀에 의하여 지지된다. 핀은 코어 (3) 의 표면에 결합할 때까지 패턴 재료를 통해 눌려진다. 그 후, 세라믹 몰드 (2) 는 패턴 조립체, 즉 패턴 재료, 코어 (3) 및 핀 주위에 만들어진다. 몰드 (2) 는 다수의 방법에 의하여 형성될 수 있다. 통상적으로, 패턴 조립체는 몰드 (2) 를 형성하기 위하여 세라믹 슬러리에 되풀이해서 담가진다. 몰드 (2) 가 패턴 조립체에 형성된 후에, 패턴 재료는 몰드 (2) 로 부터 제거된다. 그 후, 몰드 (2) 는 몰드 (2) 의 경도를 증가시키기 위하여 소성 (fired) 된다. 몰드 (2) 및 코어 (3) 사이의 공간은 용융된 물품 재료, 예컨대 강이나 철과 같은 금속 재료로 충전된다. 용융된 재료는 입구 채널 (5) 을 통하여 몰드 (2) 의 내부로 부어진다. 물품 재료의 경화 후에, 몰드 (2) 는 응고된 물품 (1) 주위에서 제거된다.
그 후, 코어 (3) 는 증기 (수증기) 분위기, 즉 코어 (3) 를 처리하는 증기에 코어 (3) 를 노출시킴으로써 물품 (1) 으로부터 제거된다. 코어 (3) 는 적어도 100℃, 바람직하게는 적어도 200℃ 의 온도의 증기 분위기에 노출된다. 통상적으로, 증기 분위기의 온도는 100 ~ 500℃ 사이, 예컨대 200 ~ 300℃ 사이이다. 코어 (3) 는 적어도 1 시간, 바람직하게는 적어도 3 시간 동안 증기 분위기에 노출된다. 증기 처리의 기간은 다수의 인자, 예컨대 코어 (3) 와 주조 물품 (1) 의 치수 및 증기 분위기의 특성에 의존한다. 코어 (3) 의 증기 처리는, 처리되는 물품에 대한 챔버를 포함하는 오토클레이브 (autoclave) 또는 유사한 장치에서 수행된다. 증기 처리 과정 동안 포화 또는 과열된 증기는 챔버 내로 공급된다. 증기는 챔버 밖으로 공기를 배출한다. 처리 동안 증기는 코어 (3) 미세구조를 파괴, 즉 코어 재료를 분해한다. 증기 처리 후에, 물품은 챔버로부터 제거된다. 최종적으로, 분해된 코어 (3) 는 물품 (1) 로부터 제거된다.
물품 (1) 은 열간 등압 성형에 의하여 만들어질 수 있다. 열간 등압 성형 (HIP) 공정은 물품 (1) 에 승온 및 등압을 가한다. HIP-공정에서 코어 (3) 은 몰드 (2) 내에 위치되고, 그 후에 몰드 (2) 는 분말 형태로 물품 재료로 충전된다. 물품 재료는 강 또는 철과 같은 금속일 수 있다. 그런 다음, 몰드 (2) 는 승온에서 동일한 (균일한) 압력하에서 압축된다. 압력 및 온도는 분말이 코어 (3) 주위에서 경화화거나 경화하도록 설정된다. HIP-공정은 그 자체로 종래 기술에 잘 공지되었고, 그러므로 여기서는 본 발명을 이해하는데 필요한 것이상으로는 더 자세하게 설명되지 않았다. 등압 성형 후에, 물품 (1) 은 몰드 (2) 로부터 제거된다. 코어 (3) 는 정밀 주조 공정과 관련하여 전술한 바와 동일한 증기 처리 방법에 의해 응고된 물품 (1) 으로부터 제거된다.

Claims (7)

  1. 공동 (4) 을 포함하는 물품 (1) 을 제조하는 방법으로서, 코어 (3) 은 소결되고, 코어 (3) 가 갖추어진 몰드 (2) 는 물품 재료로 충전되고, 상기 물품 재료는 물품 (1) 을 형성하기 위하여 코어 (3) 주위에서 경화되고, 상기 코어 (3) 는 응고된 물품 (1) 으로부터 제거되는, 공동을 포함하는 물품을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 코어 (3) 는 이트리아-정방 지르코니아 다결정질 재료 (Y-TZP) 으로 만들어지고, 경화 단계 이후에 상기 코어 (3) 는 증기 분위기에 노출되고, 그 후에 상기 코어 (3) 는 물품 (1) 로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 공동을 포함하는 물품을 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코어(3) 는 적어도 100℃ 의 온도의 증기 분위기에 노출되는 것을 특징으로 하는 공동을 포함하는 물품을 제조하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 코어 (3) 는 적어도 1 시간 동안 증기 분위기에 노출되는 것을 특징으로 하는 공동을 포함하는 물품을 제조하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰드 (2) 는 용융된 금속 재료로 충전되는 것을 특징으로 하는 공동을 포함하는 물품을 제조하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰드 (2) 는, 등압 성형 공정에 의해 코어 (3) 에 대하여 경화된 금속 분말로 충전되는 것을 특징으로 하는 공동을 포함하는 물품을 제조하는 방법.
  6. 이트리아-정방 지르코니아 다결정질 재료 (Y-TZP) 를 주조 또는 등압 성형 공정에 사용된 코어 (3) 용의 재료로서 사용하는 방법.
  7. 삭제
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