KR101755832B1 - 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법 - Google Patents

자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101755832B1
KR101755832B1 KR1020150122677A KR20150122677A KR101755832B1 KR 101755832 B1 KR101755832 B1 KR 101755832B1 KR 1020150122677 A KR1020150122677 A KR 1020150122677A KR 20150122677 A KR20150122677 A KR 20150122677A KR 101755832 B1 KR101755832 B1 KR 101755832B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
mold
ceramic
casting
ceramic ball
coating
Prior art date
Application number
KR1020150122677A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20170026890A (ko
Inventor
이정석
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020150122677A priority Critical patent/KR101755832B1/ko
Priority to US14/946,046 priority patent/US20170056969A1/en
Priority to EP15195578.8A priority patent/EP3135399B1/en
Priority to CN201510845473.6A priority patent/CN106475520B/zh
Publication of KR20170026890A publication Critical patent/KR20170026890A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101755832B1 publication Critical patent/KR101755832B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/06—Vacuum casting, i.e. making use of vacuum to fill the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/02—Hot chamber machines, i.e. with heated press chamber in which metal is melted
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/165—Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents in the manufacture of multilayered shell moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C7/00—Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
    • B22C7/02—Lost patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C7/00—Patterns; Manufacture thereof so far as not provided for in other classes
    • B22C7/02—Lost patterns
    • B22C7/023—Patterns made from expanded plastic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04—Use of lost patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/06—Permanent moulds for shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/12—Treating moulds or cores, e.g. drying, hardening
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/02—Special casting characterised by the nature of the product by its peculiarity of shape; of works of art
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/04—Influencing the temperature of the metal, e.g. by heating or cooling the mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
    • B22D27/15—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting by using vacuum

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)
  • Mold Materials And Core Materials (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른, 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법은 왁스 또는 플라스틱을 이용하여 제조하려는 제품의 모형을 제작하는 단계; 상기 모형의 표면에 제1 슬러리(Slurry)를 이용하여 제1 코팅층을 형성시키는 단계; 상기 제1 코팅층이 코팅된 모형의 표면에 제2 슬러리를 이용하여 제2 코팅층을 형성시키는 단계; 상기 제1, 2 코팅층을 건조시켜 몰드를 형성하고, 가열하여 모형을 제거하는 단계; 상부가 개방된 세라믹 박스 내부에 상기 몰드를 위치시키고 상기 세라믹 박스 내부에 세라믹 볼을 충진시키고, 상기 몰드를 예열시키는 단계; 및 상기 몰드에 용탕을 주입하여 제품을 주조하여 제품을 생산하는 단계;를 포함한다.

Description

자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING PRECISION CAST PARTS FOR VEHICLE EXHAUST SYSTEM}
본 발명은 정밀주조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내열성 및 정밀성이 우수하면서도 제조원가 및 제조시간을 단축시킬 수 있는 자동차 배기계용 정밀주조부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 배기계에 사용되는 부품은 800 ~ 950℃의 고온 배기가스에 견딜수 있어야 하며, 특히 구동 부품의 경우 그 형상이 복잡하기 때문에 내열성이 높은 고가의 니켈(Ni)이 다량 함유된 스테인리스 및 인코넬 합금 등으로 제작된다.
이러한 내열합금은 고온 강도 향상을 위해 알루미늄(Al), 티타늄(Ti),같은 원소를 첨가시켜 제작하는데, 알루미늄과 티타늄 등의 첨가 원소는 대기와의 반응성이 강하므로 합금 원소의 제어가 어려워 진공상태에서 용해한 뒤 정밀주조 공법으로 제작한다.
정밀주조 공법은 왁스 또는 플라스틱 등을 이용하여 주조하고자 하는 제품과 동일한 형상의 모형을 제작한 다음, 모형의 표면에 필러(Filler)와 바인더(Binder) 등을 혼합한 슬러리(Slurry)에 침지시켜 수회 코팅시킨 후, 상기 슬러리를 분말상태의 모래와 함께 수회 코팅하여 건조 후 몰드을 100 ~ 200℃의 온도로 가열하여 몰드 내부에 있는 왁스 및 플라스틱을 제거한다.
이렇게 제작된 몰드은 용탕의 유동성 확보를 위해 1000 ~ 1200℃의 온도로 가열한 후 그 내부에 용탕을 주입한 다음 냉각 후 몰드를 제거한 후 후처리를 거쳐 제품을 제조하게 된다.
그러나 상기와 같은 방법으로 제품을 제조하는 경우 수회의 코팅과정을 포함하고 있기 때문에 작업 공수(工數) 및 원가가 상승되는 문제점을 가지고 있었다. 또한, 코팅 횟수를 감소시키는 경우 몰드 예열 또는 용탕 주입시 몰드가 파손되는 문제점을 가지고 있었다.
종래 주조품의 탈사가 용이한 정밀주조용 몰드 및 그 제조 방법에 대해서는 "정밀주조용 몰드 및 그 제조 방법(한국공개특허 10-2014-0087281)" 등에서 구체적으로 공지되어 있다.
그러나, 수회의 코팅과정을 포함하고 있어 작업 공수 및 원가가 상승되는 문제점을 해결하지 못하였으며, 임의로 코팅 횟수를 감소시키는 경우 몰드(몰드)가 파손되는 문제점을 해결하지 못하였다.
한국공개특허 10-2014-0087281(2014. 07. 09.)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 몰드 제작시 코팅 횟수를 감소시키면서도 우수한 정밀도를 갖는 자동차 배기계용 정밀주조부품을 제조할 수 있는 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법을 제공한다.
또한, 작업 공수 및 제조시간을 단축시켜 생산성을 향상시키고, 제조 원가를 절감할 수 있는 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법은 왁스 또는 플라스틱을 이용하여 제조하려는 제품의 모형을 제작하는 모형제작 단계; 상기 모형의 표면에 제1 슬러리(Slurry)를 이용하여 제1 코팅층을 형성시키는 제1 코팅단계; 상기 제1 코팅층이 코팅된 모형의 표면에 제2 슬러리를 이용하여 제2 코팅층을 형성시키는 제2 코팅단계; 상기 제1, 2 코팅층을 건조시켜 몰드를 형성하고, 가열하여 모형을 제거하는 몰드마련 단계; 상기 몰드를 예열시켜 상부가 개방된 세라믹 박스 내부에 위치시키고, 상기 세라믹 박스 내부에 세라믹 볼을 충진시키는 주조준비 단계; 및 상기 몰드에 용탕을 주입하여 제품을 주조하는 제품생산 단계;를 포함합니다.
바람직하게 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법은 상기 주조준비 단계 이전에, 상기 세라믹 볼을 500 ~ 700℃의 온도로 가열하여 표면의 이물질을 제거하는 전처리 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 주조준비 단계는, 상기 몰드를 500 ~ 1200℃로 예열시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제품생산 단계는, 상기 용탕의 산화를 방지할 수 있도록, 진공상태에서 주조하는 것이 바람직하다.
상기 세라믹 볼은, 알루미나(Al2O3)로 형성되고, 직경이 서로 상이한 제1 세라믹 볼과 제2 세라믹 볼로 이루어지되, 상기 제1 세라믹 볼의 직경은 상기 제2 세라믹 볼의 직경보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 세라믹 박스는, 인코넬 재질로 형성된 것이 바람직하다.
상기 제1 슬러리는, 지르콘 분말 및 콜로이달 실리카가 혼합되어 형성되고, 상기 제2 슬러리는, 알루미노 실리케이트와 콜로이달 실리카 및 모래가 혼합되어 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 코팅 횟수를 감소시키면서도 우수한 정밀도를 갖는 자동차 배기계용 정밀주조부품을 제조할 수 있어 작업 공수 및 제조시간을 단축하여 생산성을 향상시키고, 제조원가를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법을 보여주는 순서도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 주조준비 단계를 설명하기 위한 개략도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
본 발명은 내열성이 우수하면서도 복잡한 형상을 갖는 자동차 배기계용 정밀주조부품 등을 정밀주조공법으로 제조시, 코팅 횟수를 감소시켜 공정을 단순화하면서도 세라믹 볼을 이용하여 몰드의 강도를 보완함으로써 정밀도가 우수한 부품을 생산하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법을 보여주는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 주조준비 단계를 설명하기 위한 개략도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른, 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법은 모형제작 단계와 제1, 2 코팅단계와 몰드(100)마련 단계와 주조준비 단계 및 제품생산 단계를 포함한다.
모형제작 단계는 왁스 또는 플라스틱을 이용하여 자동차 배기계용 정밀주조부품 등 제조하고자 하는 제품의 모형을 제작한다.
모형 제작이 완료되면, 제1 코팅단계에서 모형의 표면에 콜로이달 실리카(Colloidal Silica)와 지르콘(Zircon) 분말로 이루어진 제1 슬러리에 침액에 침지(dipping)하여 코팅을 실시하며, 이러한 과정을 1 ~ 2회 반복하여 제1 코팅층을 형성시킨다.
제1 코팅층 형성이 완료되면, 제2 코팅단계에서 콜로이달 실리카와 알루미노 실리케이트(Alumino Silicate)로 이루어진 백업 슬러리에 분말상태의 모래를 혼합하여 제2 슬러리를 마련하고, 제2 슬러리를 이용하여 제1 코팅층이 코팅된 모형의 표면에 제2 코팅층을 형성시킨다.
이때, 제2 코팅층은 종래 백업 코팅층 형성시 6 ~ 8회 실시하던 종래 일반적인 정밀주조공법에 비하여 1 ~ 5회 감소된 3 ~ 5회 실시하는 것이 바람직한데, 그 이유는 코팅 횟수를 3회 미만으로 실시하는 경우 이후, 몰드(100) 예열 또는 주조시 몰드(100)가 파손되어 주조불량을 유발할 수 있으며, 5회를 초과하여 실시하는 경우 작업 공수 및 제조시간이 증가되어 생산성 향상 정도 및 원가절감 폭이 작기 때문에 3 ~ 5회 코팅을 실시한다.
제2 코팅층 형성이 완료되면 이후, 몰드(100)마련 단계에서 제1, 2 코팅층을 건조한 후, 가열하여 왁스 또는 플라스틱으로 형성된 모형을 제거한다.
이때, 모형제거 과정은 100 ~ 200℃로 가열하여 제거하는 것이 바람직한데, 그 이유는 100℃ 미만으로 가열하는 경우 모형 제거에 장시간이 소요되어 생산성이 저하되며, 200℃를 초과하여 가열하는 경우 왁스 또는 플라스틱이 연소되어 몰드(100) 내부에 이물질을 형성하는 등 문제점을 가지고 있기 때문이다.
상기와 같이 제거된 왁스 또는 플라스틱은 이후, 모형 제작시 재활용될 수 있다.
몰드(100)가 마련되면, 주조준비 단계에서 몰드(100)를 예열시킨 다음, 상부가 개방되고 내부에 세라믹 볼(300)이 충진된 세라믹 박스(200)의 내부에 몰드(100)를 위치시킨다.
이때, 몰드(100)는 용탕의 재질에 따라 500 ~ 1200℃의 온도로 예열시키는 것이 바람직하다. 이에, 주조시 용탕의 유동성을 확보하여 제품의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
한편, 세라믹 박스(200)은 인코넬 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 몰드(100)는 1200℃ 까지 승온될 수 있기 때문에 스테인리스 재질 등으로 제작하는 경우 내열성이 부족하여 변형 등 손상이 발생될 수 있기 때문이다.
또한, 세라믹 박스(200) 내부에 충진되는 세라믹 볼(300)은 알루미나(Al2O3) 재질로 형성되고, 직경이 서로 상이한 제1 세라믹 볼(310)과 제2 세라믹 볼(320)로 이루어지되, 상기 제1 세라믹 볼(310)의 직경은 상기 제2 세라믹 볼(320)의 직경보다 크게 형성되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 제1 세라믹 볼(310)의 직경이 제2 세라믹 볼(320)의 직경의 2배로 형성될 수 있다.
세라믹 볼(300)은 코팅 횟수가 감소된 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 몰드(100)의 강도를 보강하기 위해 세라믹 박스(200) 내부에 충진되는 것으로, 직경이 작은 제2 세라믹 볼(320)이 제1 세라믹 볼(310)의 공극을 채워 단일 크기의 볼을 사용하는 경우에 비하여 고온으로 가열된 상태에서 몰드(100)가 용탕의 압력에 저항하는 하중을 지탱할 수 있기 때문이다.
보다 바람직하게, 제1 세라믹 볼(310)의 직경은 제2 세라믹 볼(320)의 직경보다 2배 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법은 주조준비 단계 이전에 세라믹 볼(300)의 표면에 이물질을 제거하는 전처리 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 원가 측면에서 유리한 알루미나 재질의 세라믹 볼(300)은 그 표면에 미세한 이물질층이 형성되어 있어 주조시 가스를 발생시켜 제품 내부로 혼입되어 주조결함을 유발할 수 있기 때문이다.
이에, 세라믹 볼(300)을 500 ~ 700℃로 가열하여 표면의 이물질을 제거하는 것이 바람직하며, 500℃ 미만의 온도로 가열하는 경우 이물질 제거에 장시간이 소요되거나 이물질이 완전히 연소되지 못하고, 700℃를 초과하여 가열하는 경우 이물질 제거 비용이 증가되기 때문에 500 ~ 700℃의 온도로 가열한다.
상기와 같이 주조준비가 완료되면, 제품생산 단계에서 몰드(100)에 용탕을 주입하여 제품을 주조한다.
이때, 제품생산 단계는 진공상태에서 주조하는 것이 바람직한데, 그 이유는 자동차 배기계에 사용되는 부품은 주로 인코넬 재질 등 내열성이 우수한 재질로 제조되는데, 인코넬 재질의 경우 고온에서 용탕이 지나치게 산화되는 문제점을 가지고 있어 생산되는 제품의 품질을 저하시키는 문제점을 가지고 있기 때문이다.
Figure 112015084299912-pat00001
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 실시예 들과 비교예들을 비교한 표이다.
표 1에 나타난 바와 같이, 재질 및 부품에 따른 주조 분위기, 몰드(100)의 제2 코팅 횟수, 몰드(100)의 예열온도, 세라믹 박스(200)의 재질, 세라믹 볼(300) 사이즈 혼합여부, 세라믹 볼(300) 전처리 여부는 주조 품질에 영향도가 높은 인자임을 알 수 있다.
먼저, 최소 두께부 2 ~ 5mm 수준인 웨이스트 게이트 밸브의 경우 실시예 1 ~ 5에 나타난 바와 같이 스테인리스 재질을 사용하므로, 고온에서 용탕의 산화에 대한 저항성이 높아 대기 주조로도 가능하다.
그러나, 제2 코팅 횟수를 3회 미만으로 낮춘 경우, 비교예 1과 같이 몰드(100)가 파손되어 주조가 불가능함을 알 수 있다. 그러나, 6회 이상 증가시키는 경우 원가 상승 및 제2 코팅단계에 소요되는 시간이 증가되어 생산성이 저하되기 때문에 3 ~ 5회로 한정하는 것이 바람직하다.
또한, 제품 재질이 SCH22인 경우, 몰드 예열 온도는 500~700℃인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 비교예 2와 같이 몰드(100)를 500℃ 미만으로 예열하는 경우, 몰드(100)가 충분히 가열되지 않아 용탕이 몰드(100) 내 충진이 완료되기 전에 응고가 발생하는 용탕 미충진이 발생되며, 700℃ 이상의 가열도 가능하지만, 온도를 높이면 원가상승 요인이 되므로, 500 ~ 700℃ 범위로 제한한다.
이때, 세라믹 박스(200) 재질은 500~700℃ 몰드(100) 가열시 견딜 수 있는 300계 스테인리스재질이면 가능하다.
한편, 세라믹 볼(300)은 몰드(100) 고온 가열 시, 몰드(100)의 강도를 보강해주는 역할을 하는 것으로 본 발명에서는 2mm의 직경을 갖는 제1 세라믹 볼(310)과 1mm의 직경을 갖는 제2 세라믹 볼(320)을 사용하였으며, 이러한 세라믹 볼(300)은 몰드(100)가 고온으로 가열된 상태에서 용탕 압력에 저항하는 하중을 지탱한다.
그러나, 비교예 3, 4에 나타난 바와 같이, 단일 직경의 세라믹 볼(300)을 사용하는 경우 몰드(100)가 파손되며, 비교예 6과 같이, 세라믹 볼(300)을 사용하지 않은 경우 단일 직경의 세라믹 볼(300)을 사용하는 경우와 마찬가지로 몰드(100)가 파손되는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 세라믹 볼(300)을 사전에 500~700℃ 온도에서 1 ~ 2hr 가열하여 이물질을 제거하지 않은 경우 비교예 5에 나타난 바와 같이 고온 가열시 (몰드 가열 또는 주조 시), 세라믹 볼(300)의 표면에 있던 이물질에 의해 유해가스가 발생되되어, 이 유해가스가 세라믹 코팅 몰드(100)의 미세 틈으로 역류하여 용탕속으로 혼입됨에 따라 주조 결함을 발생시킨다.
따라서, 두께 2 ~ 5mm 인 300계 스테인리스 부품의 경우, 실시예 1 ~ 5에서 보여주는 주조 분위기는 대기, 제2 코팅 횟수 3 ~ 5회, 몰드(100) 가열 온도 500 ~ 700℃, 세라믹 박스(200)의 재질은 300계 스테인리스, 세라믹 볼(300) 1mm/2mm 혼합, 세라믹 볼(300)의 이물질 제거가 최적 조건이 된다.
한편, 최소 두께부 2mm 이하의 터보차저 터빈휠의 경우, 실시예 6 ~ 10이 최적 조건임을 알 수 있으며, 터빈휠의 경우, 800~950℃ 고온의 배기가스에 직접 노출되는 부품이어서 내열성이 높은 인코넬 계열의 재질을 사용한다.
인코넬 재질의 경우, 부품 상태에서는 내열성이 높지만, 용탕 상태에서는 산화에 민감하므로, 반드시 진공에서 주조해야 하는데 비교예 7에 나타난 바와 같이 대기에서 주조하는 경우 용탕이 산화됨에 다라 주조가 불가능함을 알 수 있다.
또한, 제2 코팅 횟수가 부족한 경우(비교예 8) 몰드(100) 파손으로 주조가 불가능하며, 6회 이상인 경우 원가를 상승시키는 요인으로 작용하여 3 ~ 5회로 제한하는 것이 바람직하다.
한편, 몰드(100)의 가열온도는 최소 두께부의 두께가 상당히 ?曇? 1000℃ 이상으로 수행해야 하는데, 1000℃ 미만으로 수행할 경우 몰드(100)가 충분히 가열되지 않아, 용탕의 몰드(100) 내 충진이 완료되기 전에 응고가 발생하는 용탕 미충진이 발생된다. (비교예9). 또한 1200℃ 이상의 가열도 가능하지만, 온도를 높이면 원가상승 요인이 되므로, 1000~1200℃ 범위로 제한한다.
세라믹 박스(200) 재질은 몰드 가열시(1000 ~ 1200℃) 견딜 수 있어야 하기 때문에 웨이스트 게이트 밸브와 같은 300계 스테인리스 재질로는 불가능하며(비교예9), 인코넬 계열의 고 내열재가 적용되어야 한다.
이때, 세라믹 볼(300)의 경우 앞에서 설명한 바와 같이, 단일 크기의 세라믹 볼(300)을 사용하거나(비교예 11, 12) 세라믹 볼(300)을 사용하지 않는 경우(비교예 14) 몰드(100) 파손이 발생되며, 표면 이물질을 제거하지 않은 경우(비교예 13) 제품 주조 결함을 유발됨을 알 수 있다.
따라서, 두께 2mm이하인 인코넬 계열 부품의 경우, 실시예 6 ~ 10에서 보여주는 주조분위기는 진공, 제2 코팅 횟수는 3 ~ 5회, 몰드(100) 가열 온도 1000~1200℃, 세라믹 박스(200)의 재질은 인코넬계, 세라믹 볼(300) 1mm/2mm 혼합, 사전 세라믹 볼(300) 이물질 제거가 최적의 조건이 됨을 알 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 자동차 배기계 정밀주조부품 제조시 종래 정밀주조공법에 비하여 제2 코팅 횟수 감소에 따른 코팅 비용 절감 및 사이클 타임이 축소되어 약 30%의 원가절감 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 몰드 200: 세라믹 박스
300: 세라믹 볼 310: 제1 세라믹 볼
320: 제2 세라믹 볼

Claims (8)

  1. 왁스 또는 플라스틱을 이용하여 제조하려는 제품의 모형을 제작하는 모형제작 단계;
    상기 모형의 표면에 제1 슬러리(Slurry)를 이용하여 제1 코팅층을 형성시키는 제1 코팅단계;
    상기 제1 코팅층이 코팅된 모형의 표면에 제2 슬러리를 이용하여 제2 코팅층을 형성시키는 제2 코팅단계;
    상기 제1, 2 코팅층을 건조시켜 몰드를 형성하고, 가열하여 모형을 제거하는 몰드마련 단계;
    상기 몰드를 예열시켜 상부가 개방된 인코넬 재질의 세라믹 박스 내부에 위치시키고, 상기 세라믹 박스 내부에 직경이 1㎜인 제1 세라믹 볼과 직경이 2㎜인 제2 세라믹 볼이 혼합되어 마련된 알루미나(Al2O3) 재질의 세라믹 볼을 충진시키는 주조준비 단계; 및
    상기 몰드에 용탕을 주입하여 제품을 주조하는 제품생산 단계;를 포함하는, 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주조준비 단계 이전에,
    상기 세라믹 볼을 500 ~ 700℃의 온도로 가열하여 표면의 이물질을 제거하는 전처리 단계를 더 포함하는, 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 주조준비 단계는,
    상기 몰드를 500 ~ 1200℃로 예열시키는 것을 특징으로 하는, 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제품생산 단계는,
    상기 용탕의 산화를 방지할 수 있도록, 진공상태에서 주조하는 것을 특징으로 하는, 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 슬러리는,
    지르콘 분말 및 콜로이달 실리카가 혼합된 것을 특징으로 하는, 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 슬러리는,
    알루미노 실리케이트와 콜로이달 실리카 및 모래가 혼합된 것을 특징으로 하는, 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법.
KR1020150122677A 2015-08-31 2015-08-31 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법 KR101755832B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150122677A KR101755832B1 (ko) 2015-08-31 2015-08-31 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법
US14/946,046 US20170056969A1 (en) 2015-08-31 2015-11-19 Method of manufacturing precision cast parts for vehicle exhaust systems
EP15195578.8A EP3135399B1 (en) 2015-08-31 2015-11-20 Method of manufactruring precision cast parts for vehicle exhaust systems
CN201510845473.6A CN106475520B (zh) 2015-08-31 2015-11-26 制造用于车辆排气系统的精密铸造零件的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150122677A KR101755832B1 (ko) 2015-08-31 2015-08-31 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170026890A KR20170026890A (ko) 2017-03-09
KR101755832B1 true KR101755832B1 (ko) 2017-07-10

Family

ID=54608440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150122677A KR101755832B1 (ko) 2015-08-31 2015-08-31 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20170056969A1 (ko)
EP (1) EP3135399B1 (ko)
KR (1) KR101755832B1 (ko)
CN (1) CN106475520B (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111545708B (zh) * 2020-05-12 2021-08-06 唐山昊中科技有限公司 一种覆膜砂壳型铁砂负压铸造工艺

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE544166A (ko) * 1955-01-05
US3204303A (en) * 1963-06-20 1965-09-07 Thompson Ramo Wooldridge Inc Precision investment casting
US3861449A (en) * 1969-05-05 1975-01-21 Howmet Corp Method of casting metallic objects
JPS6027442A (ja) * 1983-07-22 1985-02-12 Toshiba Corp 鋳型
JPS63112041A (ja) * 1986-10-30 1988-05-17 Mazda Motor Corp ロストワツクス鋳造方法
GB9724568D0 (en) * 1997-11-19 1998-01-21 Castings Dev Centre The Investment casting
US7418993B2 (en) * 1998-11-20 2008-09-02 Rolls-Royce Corporation Method and apparatus for production of a cast component
EP1152848B1 (en) * 1998-11-20 2011-08-17 Rolls-Royce Corporation Method and apparatus for production of a cast component
KR20140087281A (ko) 2012-12-28 2014-07-09 재단법인 포항산업과학연구원 정밀주조용 주형 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP3135399B1 (en) 2019-05-22
US20170056969A1 (en) 2017-03-02
EP3135399A1 (en) 2017-03-01
CN106475520A (zh) 2017-03-08
KR20170026890A (ko) 2017-03-09
CN106475520B (zh) 2021-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100619195B1 (ko) 인베스트먼트 주조 주형을 형성하기 위한 방법 및 장치
US7318466B2 (en) Lost wax casting method
CN102078919B (zh) 一种双层薄壁弯管铸件精密铸造方法
CN101041175A (zh) 用于附接铸造型芯的方法和材料
WO2017114066A1 (zh) 一种汽车发动机壳体的环保型制备方法
CN110280717B (zh) 一种喷墨粘接三维打印砂型钛合金铸造工艺
US20200276634A1 (en) Method for producing a ceramic core for the production of a casting having hollow structures and a ceramic core
WO2017114078A1 (zh) 一种发动机部件的制备方法
WO2017114079A1 (zh) 一种汽车增压涡轮的制备方法
WO2017114070A1 (zh) 一种汽车增压涡轮的环保型制备方法
CN104972063A (zh) 一种熔模精密铸造蜡模的制备方法
CN105057593A (zh) 一种铜合金铸件熔模铸造工艺
CN103861998A (zh) 一种熔模铸造方法
JP2005349472A (ja) 接触層を用いたロストワックス鋳造方法
CN111203514A (zh) 一种高温合金复杂薄壁铸件精密铸造方法
JP7088612B2 (ja) セラミックコアの製造方法及びインベストメント鋳造用セラミックコアの製造方法
KR101755832B1 (ko) 자동차 배기계용 정밀주조부품 제조방법
CN100577323C (zh) 一种精密铸造重型燃气轮机整流支板型壳的制造方法
KR102341178B1 (ko) 수평형 원심 주조를 이용한 TiAl 합금계 기계부품 제조방법
KR20180076355A (ko) 티타늄 합금 주조용 주형 제조방법 및 이에 의해 제조된 티타늄 합금 주조용 주형
US9827608B2 (en) Method of fabricating an investment casting mold and slurry therefor
EP2895282B1 (en) Composition of a ceramic layer for manufacturing a casting mould and other products
CN110560636A (zh) 一种降低熔模铸造过程中型壳开裂的方法
JP4925289B2 (ja) 鋳造用石膏鋳型の製造方法
CN111136258B (zh) 一种高温Ti基合金铸件的热处理方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant