KR101782146B1 - 정밀 주조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정밀 주조 방법에 관한 것으로서, 주조물과 동일한 형상의 왁스 모형을 제조하는 단계, 왁스 모형의 표면을 주형용 모래로 코팅하여 거푸집을 제작하는 단계, 거푸집을 가열해 거푸집에서 왁스 모형을 제거하는 단계, 왁스가 제거된 거푸집에 용탕을 주입하는 단계 거푸집의 외측을 감싸는 형상의 도전성 재질의 원통부를 위치시키는 단계, 원통부 외측을 감싸는 코일 형상의 솔레노이드부를 위치시키고 솔레노이드부에 전류를 인가시키는 단계, 거푸집을 냉각하는 단계 및 거푸집을 제거하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면 주조물의 표면을 매끄럽게 형성할 수 있고, 불순물로 인해 주조물의 내구성과 주조물과 물리적 결합되는 부품 등의 내구성이 높아지며, 이와 함께 기계적 또는 물리적 운동성도 높아지고, 불순물이 주조물의 일 방향으로 쏠리는 뭉침 현상이 발생하지 않고 고루 퍼지기 때문에 무게 중심이 균형적이며 주조물의 완성도도 높아진다.

Description

정밀 주조 방법{METHOD FOR PRECSION CASTING}

본 발명은 정밀 주조 방법에 관한 것이다. 보다 자세하게는 모래 등을 통한 사형 주조 방법(Sand Casting)에 관한 것이다.

일반적인 종래의 정밀 주조 방법은 선행문헌1(대한민국 공개특허 제1999-0037177호)과 같이 제품 설계 단계, 제품과 동일한 왁스 모형 제작 단계, 왁스 모형을 기초로 거푸집을 제작하는 단계, 거푸집에서 왁스를 제거하는 단계, 거푸집 내부에 용탕을 주입하는 단계 및 용탕을 냉각하고 거푸집을 제거하는 단계로 이루어져 있었다. 이러한 종래의 정밀 주조 방법은 거푸집을 이루는 베이스 재료 또는 거푸집 내부에 주입되는 용탕에 이물질과 같은 불순물이 포함되는 경우 문제점이 발생한다. 상세하게, 내부에 불순물이 표면 방향에 노출되어 표면이 균일하지 못하다. 보다 상세하게, 기계적 또는 물리적 운동이 수행되는 일면에 불순물이 노출되는 경우 내구성이 떨어져 부품의 수명이 줄어들고 파손되는 문제점이 있고, 표면에 노출된 불순물로 인해 기계적 또는 물리적 운동에도 영향이 미칠 수 있다. 또한, 내부에 불순물이 일 방향으로 미치는 중력에 의해 일 방향으로만 밀집되어 무게 중심이 균형적이지 못하고, 기계적 또는 물리적 운동에 문제가 발생할 수 있다. 이 외에도 제품 설계 시와 다르게 의도치 않은 다양한 문제점이 발생할 수 있다.

선행문헌1: 대한민국 공개특허 제1999-0037177호(1996.11.19.공개)

본 발명의 기술적 과제는 표면이 매끄럽게 형성되는 주조물을 제조하기 위한 정밀 주조 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 기술적 과제는 용탕 또는 거푸집 내부에 이물질과 같은 불순물로 인해 완성된 제조물의 내구성이 떨어지는 것을 방지하기 위한 정밀 주조 방법을 제공하기 위한 것이다.

한편, 본 발명의 기술적 과제는 용탕 또는 거푸집 내부에 이물질과 같은 불순물로 인해 완성된 제조물의 무게 중심이 균형적이지 못한 것을 방지하기 위한 것이다.

더 나아가, 본 발명의 기술적 과제는 용탕 또는 거푸집 내부의 이물질과 같은 불순물로 인해 완성된 제조물이 기계적 또는 물리적 운동에 제약이 발생하지 않도록 하는 정밀 주조 방법을 제공하기 위한 것이다.

더 나아가, 본 발명의 기술적 과제는 용탕 또는 거푸집 내부의 이물질과 같은 불순물을 제어하기 위한 추가 공정에 시간 및 비용이 적게 발생하는 정밀 주조 방법을 제공하기 위한 것이다.

더 나아가, 본 발명의 기술적 과제는 거푸집 제거 시 거푸집 제거가 용이하도록 함으로써 주조물의 표면 파손을 방지하고 추가되는 후가공을 최소화할 수 있는 정밀 주조 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 주조물과 동일한 형상의 왁스 모형을 제조하는 단계, 왁스 모형의 표면을 주형용 모래로 코팅하여 거푸집을 제작하는 단계, 거푸집을 가열해 거푸집에서 왁스 모형을 제거하는 단계, 왁스가 제거된 거푸집에 용탕을 주입하는 단계 거푸집의 외측을 감싸는 형상의 도전성 재질의 원통부를 위치시키는 단계, 원통부 외측을 감싸는 코일 형상의 솔레노이드부를 위치시키고 솔레노이드부에 전류를 인가시키는 단계, 거푸집을 냉각하는 단계 및 거푸집을 제거하는 단계를 포함하는 정밀 주조 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 상술한 문제점을 해결할 수 있어, 주조물의 표면을 매끄럽게 형성할 수 있고, 불순물로 인해 주조물의 내구성과 주조물과 물리적 결합되는 부품 등의 내구성이 높아지며 이와 함께 기계적 또는 물리적 운동성도 높아지고, 불순물이 주조물의 일 방향으로 쏠리는 뭉침 현상이 발생하지 않고 고루 퍼지기 때문에 무게 중심이 균형적이며 주조물의 완성도도 높아진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 주조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 주조 방법의 주조물을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 주조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 주조 방법의 솔레노이드부 전류 인가 단계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 주조 방법에 의해 제조된 주조물을 나타낸 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 주조 방법의 십자 부재를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한 도면에서 본 발명을 명확하게 개시하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 목적, 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 주조 방법은 사형 주조 방법(Sand Casting)으로서, 주형용 모래(201)를 이용하여 거푸집(200)을 제작하고, 여기에 용탕(300)을 주입 및 냉각한 뒤 거푸집(200)을 제거함으로써 주조물(10)을 얻는 방법이다.

도 1 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 주조 방법의 각 단계를 개략적으로 나타낸 순서도이다. 이를 참고하면 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀 주조 방법은 주조물(10)과 동일한 형상의 왁스 모형(100)을 제조하는 단계(S100), 왁스 모형(100)의 표면을 주형용 모래(201)로 코팅하여 거푸집(200)을 제작하는 단계(S200), 거푸집(200)을 가열해 거푸집(200)에서 왁스 모형(100)을 제거하는 단계(S300), 왁스가 제거된 거푸집(200)에 용탕(300)을 주입하는 단계(S400), 거푸집(200)의 외측을 감싸는 형상의 도전성 재질의 원통부(400)를 위치시키는 단계(S500), 원통부(400) 외측을 감싸는 코일 형상의 솔레노이드부(500)를 위치시키고 솔레노이드부(500)에 전류(E)를 인가시키는 단계(S600), 거푸집(200)을 냉각하는 단계(S700) 및 거푸집(200)을 제거하는 단계(S800)를 포함할 수 있다. 여기서, 솔레노이드부(500)에 전류(E)가 인가되면 원통부(400)는 전자석으로 성질이 변화되고, 자력(M)을 갖는 원통부(400)에 의해 용탕(300)에 포함되어 있는 불순물(P)이 원통부(400) 방향으로 이동될 수 있다. 또한, 용탕(300)의 녹는점은 불순물(P)의 녹는점 보다 낮은 녹는점을 갖도록 함으로써 불순물(P)이 고체 상태를 유지하도록 하는 것이 바람직하다. 더 나아가, 왁스 모형(100)의 표면을 주형용 모래(201)로 코팅하여 거푸집(200)을 제작하는 단계(S200)는 주형용 모래(201)에 열 팽창률이 상이한 두 종의 금속을 접한 십자 부재(600)가 첨가되어 거푸집(200)에 포함될 수 있다. 상세하게, 십자 부재(600)는 “ㅗ”형상의 제 1 부재(610) 및 제 1 부재(610)와 열 팽창률이 상이한 “ㅜ”형상의 제 2 부재(620)의 각 평면 부분을 서로 접하여 십자 형상으로 구비될 수 있다. 또한, 설명되는 정밀 주조 방법에 사용되는 왁스 및 거푸집(200)은 하나의 코어(개체)로 주조물(10)을 제조할 수 있으나, 두 개의 파트 또는 그 이상의 파츠로 구획하고 조립하는 일반적인 셀 분할 주조로 계획되어 주조될 수 있다. 이제부터 도면을 참고하며 각 단계에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1 및 도 3을 참고하면, 주조물(10)과 동일한 형상의 왁스 모형(100)을 제조하는 단계(S100)는 만들고자 하는 주조물(10)을 설계하여 왁스 재질의 모형을 제작하는 단계이다. 상세하게, 왁스 모형(100)은 사출 성형 등의 방법을 통해 모델링 되어 주조물(10)과 동일한 형상을 갖는 왁스 모형(100)일 수 있다. 여기서, 만들고자 하는 주조물(10)의 형태에 따라 상이할 수 있으나, 일반적으로 하나의 코어 보다 전체를 2분할하여 설계 및 제작하는 것이 바람직하다. 또한, 주조물(10)에 기포(氣泡), 개재물(介在物)의 혼입, 응고시의 부피감소로 인한 균열의 발생, 유동성(流動性) 부족으로 용탕(300)이 구석구석까지 들아가지 못하여 부분적인 결함 등이 발생하지 않도록 설계되어야 한다. 또한, 주조물(10)과 동일한 형상으로 제조되는 왁스 모형(100)이라 설명하였지만, 왁스의 화학적 성질 또는 온도 변화에 따른 수축률과 팽창률을 감안하여 제조물보다 소정 크기 작거나 크도록 설계되어 제조될 수 있다. 본 발명에서는 원통형으로 형성되되 중심축의 길이방향을 따라 개구(11)된 원 테의 기둥 형상을 갖는 주조물(10)로 제조하는 것으로 일례를 들어 설명한다. 더 나아가, 도 2를 참고하면, 본 발명의 목적 및 효과의 설명에 도움이 되고자 주조물(10)은 주조물(10)의 내부에 원형으로 개구된 부분(11)에 또 다른 파츠가 조립되어 기계적 또는 물리적 운동되는 주조물(10)로서 주조물(10)의 개구(11)된 내 표면이 균일하고 매끄럽고 주조물(10)의 무게 중심이 균일하도록 제조됨을 요하는 가상적 일례를 들어 설명하기로 한다. 상기한 주조물(10)을 일례로 설명하나, 본 발명의 기술적 요지를 포함하는 다양한 형상의 주조물(10)로 제조될 수 있고 이 또한 본 발명에 속하는 것을 당연하다. 따라서, 해당 단계(S100)에서 제조되는 왁스 모형(100)은 상기한 일례와 같이 주조물(10)과 동일한 원 테의 기둥 형상을 갖는 왁스 모형(100)으로 제조될 수 있다.

왁스 모형(100)의 표면을 주형용 모래(201)로 코팅하여 거푸집(200)을 제작하는 단계(S200)는 왁스 모형(100)을 슬러리(Slurry)화 된 주형용 모래(201)를 표면에 코팅하는 과정으로서, 침적된 모래에 왁스 모형(100)을 담그었다 빼낸 뒤 코팅하는 것을 복수회 반복하여 왁스 모형(100)을 코팅하는 단계이다. 일반적으로 약 8회의 코팅 작업을 반복하는 것이 바람직하나, 용탕(300), 주형용 모래(201) 또는 제조되는 주조물(10)의 화학적 성질 또는 목적에 따라 가감될 수 있다. 또한, 주형용 모래(201)는 규사, 알루미나 모래, 올리빈 모래, 크로마이트 모래, 지르코늄 모래, 뮬라이트 모래(Mullite Sand) 등과 같은 모래나 각종 인공 모래 또는 인골 골재 등이 사용될 수 있다.

거푸집(200)을 가열해 거푸집(200)에서 왁스 모형(100)을 제거하는 단계(S300)는 거푸집(200)의 일 부분을 타공하고 거푸집(200)을 가열함으로써 왁스가 액화되어 타공된 부분으로 제거되는 단계이다. 상세하게, 왁스를 제거하는 단계(S300)는 탈 왁스 과정으로서 왁스의 녹는점 보다 고온의 열을 가열해 왁스를 거푸집(200)의 내에서부터 외부로 배출시켜 왁스를 거푸집(200)에서 제거하는 단계이다. 따라서, 왁스가 액화되는 녹는점은 주형용 모래(201) 또는 거푸집(200)의 녹는점 보다 낮게 구비되는 것이 바람직하다.

왁스가 제거된 거푸집(200)에 용탕(300)을 주입하는 단계(S400)는 왁스가 제거되어 내부가 주조물(10) 형상을 갖는 거푸집(200)에 용탕(300)을 주입함으로써 용탕(300)이 거푸집(200) 내부에 주조물(10)과 동일한 형상으로 차 오르도록 하는 주탕 단계이다. 용탕(300)은 사용자가 제조하고자 하는 주조물(10)의 특성에 따라 달리 결정될 수 있으며, 과도한 과열로 인해 용탕(300)이 변질되는 것을 고려하여 적정 온도를 유지하며 거푸집(200)에 주입되도록 한다. 상세하게, 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 600도 내지 700도의 온도로 주탕하고, 철 또는 철 합금은 1300도 내지 1400도의 온도로 주탕되며, 청동은 1100도 내지 1300도의 온도로 주탕되고, 황동은 900도 내지 1100도의 온도로 주탕하는 것이 바람직하다. 여기서, 베이스 용탕(300) 외에 또 다른 혼합물이 첨가되는 경우나, 작업 환경에 따라 주탕 온도는 가감될 수 있다.

거푸집(200)의 외측을 감싸는 형상의 도전성 재질의 원통부(400)를 위치시키는 단계(S500)는 내부에 용탕(300)이 주입된 거푸집(200)의 외측을 감싸는 형상의 원통부(400)를 위치시키는 단계이다. 여기서, 원통부(400)는 후술되는 솔레노이드부(500)에 의해 자력(M)을 부여받아 전자석이될 수 있다. 따라서, 원통부(400)는 도전성(전도성) 재질로 구비되어야 한다. 상세하게, 원통부(400)는 강자성체(Ferromagnetic Substance, 强磁性體)로 구비될 수 있다. 보다 상세하게, 원통부(400)는 연자성체(Soft Ferrite, 軟磁性體)로 구비될 수 있다. 또한, 원통부(400)는 원 테의 기둥형상으로 구비되어 거푸집(200)의 외면을 감싸도록 위치될 수 있다. 본 발명에서는 원통의 주조물(10)이 제조되는 것을 일례로 하기 때문에 거푸집(200) 또한 원통 형상으로 제조된다. 따라서, 원통부(400)의 거푸집(200)의 중심축과 동일한 중심축에 위치되도록 구비하는 것이 바람직하다.

도 1, 도 3 및 도 4를 참고하면, 원통부(400) 외측을 감싸는 코일 형상의 솔레노이드부(500)를 위치시키고 솔레노이드부(500)에 전류(E)를 인가시키는 단계(S600)는 솔레노이드부(500)에 전류(E)를 인가시킴으로써 솔레노이드부(500)의 내측에 위치되는 도전성 재질의 원통부(400)에 자력(M)을 부여하는 단계이다. 상세하게, 솔레노이드부(500)는 나선형 코일로 구비될 수 있다. 보다 상세하게, 솔레노이드부(500)는 나선형 코일이 원통형으로 구비되는 솔레노이드(Solenoid)일 수 있다. 솔레노이드부(500)의 나선형 코일의 직경은 원통부(400) 보다 크게 구비되어 원통부(400)를 감싸도록 위치될 수 있다. 솔레노이드부(500)는 일단 및 타단에 음극 및 양극 극성을 갖고, 전류(E)가 인가됨으로써 일 방향으로 전류(E)가 흐를 수 있다. 전류(E)가 인가되어 솔레노이드부(500)를 따라 전류(E)가 흐르게 되면 패러데이(Michael Faraday, 1791~1867)의 전자기 유도법칙에 따라 솔레노이드부(500)의 도선 주의에 자기장이 형성된다. 상세하게, 도선을 나선형으로 촘촘하고 균일하게 원통형으로 길게 감은 나선형 솔레노이드는 전류(E)가 흐르게 되면 솔레노이드의 외부에서는 자기장이 0이되고 내부에 비교적 균일한 크기의 자기장이 형성된다. 상기한 기술을 기초로 솔레노이드부(500)는의 내측 방향에 위치되는 원통부(400)는 유도 전류(E)을 통해 전류(E)가 흐르게 되고 이를 통해 원통부(400)는 자력(M)을 갖게 된다. 따라서, 솔레노이드부(500)에 전류(E)가 인가되면 원통부(400)는 전자석으로 성질이 변화되고, 자력(M)을 갖는 원통부(400)에 의해 용탕(300)에 포함되어 있는 불순물(P)이 원통부(400) 방향으로 이동될 수 있다. 구체적으로, 전자석 성질을 갖게 되는 원통부(400)에 의해 거푸집(200) 내부의 용탕(300)에 포함된 불순물(P)이 원통부(400)가 위치되는 외측 방향으로 자력(M)에 의해 이끌려 고루 분사 또는 분포된다. 보다 구체적으로, 용탕(300)에 포함되는 불순물(P)은 용탕(300)의 주탕온도로 인해 대게 녹아 제거되는데, 주탕 온도보다 녹는점이 높은 성질을 갖는 불순물(P)의 경우 용탕(300) 내부에 잔존하여 남아있는 경우가 있다. 다만, 이를 제거하기 위해 주탕 온도를 높이는 경우 용탕(300)의 화학적 성질이 변화되기 때문에 불순물(P)을 제거하지 않고 원통부(400) 방향인 용탕(300)의 외측 방향으로 불순물(P)을 이동시키는 구성을 제안한다. 여기서, 용탕(300)의 녹는점은 불순물(P)의 녹는점 보다 낮은 녹는점을 갖도록 함으로써 불순물(P)이 고체 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 도 5는 본 발명에 따라 제조된 주조물을 나타낸 단면도이다. 상술한 방법에 따르면, 주조물(10)의 외측 방향으로 불순물(P)이 이동되고 주조물(10)의 내측 방향에는 불순물(P)이 이동되어 순도 높은 용탕(300)이 위치된다. 즉, 주조물(10)의 내측은 비교적 내구성이 강하고 매끄러운 표면을 갖게 되고, 완성된 주조물(10)의 개구된 내부로 또 다른 부품이 체결되어 기계적 또는 물리적 운동이 되어도 쉽게 파손되지 않는다. 또한, 용탕(300) 내부에 불규칙적으로 분포된 불순물(P)이 원통부(400) 방향인 외측 방향으로 자력(M)을 통해 고루 분포되기 때문에 무게 중심이 일 방향으로 쏠리지 않는다. 상세하게, 용탕(300) 내부에 불규칙적으로 분포된 불순물(P)은 중력에 의해 지면 방향으로 일제히 쏠린 채로 냉각되거나, 상측 방향으로 일제히 쏠린 채로 냉각되어 무게 중심이 불균형한 문제점을 해결할 수 있다. 상기한 기술을 기초로 다른 일례를 설명하자면, 앞서 설정한 가상의 환경을 변경하여 주조물(10)의 개구된 중심이 아닌 외측 둘레면을 따라 기계적 또는 물리적 운동이 되는 주조물(10)을 가상의 환경으로 다른 일례를 들면, 거푸집(200)을 감싸는 원통부(400) 대신 강자성체 또는 연자성체 재질을 갖는 철심을 주조물(10)의 개구된 내부를 관통하도록 구비될 수 있다. 이와 같이 구성하는 경우 철심에 자력(M)이 부여되면 용탕(300) 내부에 포함되는 불순물(P)들이 철심 방향인 중심축 방향으로 이동되어 외측 둘레면이 비교적 매끄럽고 내구성이 높게 주조될 수 있다.

거푸집(200)을 냉각하는 단계(S700)는 용탕(300)이 주탕되어 거푸집(200)에 수용된 다음, 거푸집(200)을 냉각하여 주탕된 용탕(300)을 고체화 시키는 단계이다. 여기서, 냉각 방법 중 급속 냉각은 거푸집(200)에 과도한 균열이 발생하거나 팽창 수축이 발생할 수 있기 때문에 가급적 상온에서 자연 냉각하는 것이 바람직하다. 또한, 솔레노이드부(500)에 인가된 전류(E)는 냉각 직전, 냉각 도중 또는 냉각 후에 정지되도록 하는 인가된 정류를 제어하는 것이 바람직하다. 또는, 솔레노이드부(500)에 인가된 전류(E)량에 따라 자력(M)이 변화되는 사실을 기초로, 거푸집(200) 냉각 시작 후 솔레노이드부(500)에 인가된 전류(E)량은 점차적으로 줄여 자력(M)을 점차적으로 줄임으로써 솔레노이드부(500)를 정지시킬 수 있다. 이는 순간적으로 솔레노이드부(500)가 정지되어 자력(M)에 의해 이끌려 이동되던 불순물(P)이 순간적으로 낙하하거나 이동되는 것을 방지할 수 있다.

거푸집(200)을 제거하는 단계(S800)는 거푸집(200)의 외면에 충격을 가하거나 연마함으로써 거푸집(200) 내부에 주탕되어 냉각된 주조물(10)을 최종적으로 얻는 단계이다. 여기서, 알루미늄 등과 같이 비교적 주탕 온도가 낮은 경우 거푸집(200)에 충격을 주는 경우 주조물(10)이 손상될 수 있기 때문에 주조물(10)의 재질에 따라 바람직한 다양한 방법으로 거푸집(200)을 제거해야 한다.

추가적인 일례로, 도 6 및 도 7을 참고하면, 왁스 모형(100)의 표면을 주형용 모래(201)로 코팅하여 거푸집(200)을 제작하는 단계(S200)는 주형용 모래(201)에 열 팽창률이 상이한 두 종의 부재를 접한 십자 부재(600)가 첨가되어 거푸집(200)에 포함될 수 있다. 상세하게, 십자 부재(600)는 “ㅗ”형상의 제 1 부재(610) 및 제 1 부재(610)와 열 팽창률이 상이한 “ㅜ”형상의 제 2 부재(620)의 각 평면 부분을 접하여 십자 형상으로 구비될 수 있다. 십자 부재(600)는 온도가 변화됨에 따라 일 방향 또는 타 방향으로 구부러질 수 있다. 상세하게, 십자 부재(600)는 온도가 변화됨에 따라 형상 및 부피가 변화되는 바이메탈(biemetal)로 구비될 수 있다. 보다 상세하게, 십자 부재(600)는 제 1 부재(610) 및 제 1 부재(610)와 열 팽창률이 상이한 제 2 부재(620)가 서로 접하도록 구비될 수 있다. 보다 더 상세하게, 십자 부재(600)는 “ㅗ”형상의 제 1 부재(610) 및 제 1 부재(610)와 열 팽창률이 상이한 “ㅜ”형상의 제 2 부재(620)의 각 평면 부분을 접하여 십자 형상으로 구비될 수 있다. 보다 더 상세하게, 십자 부재(600)는 금속 재질로 구비될 수 있다. 보다 더 상세하게, 제 1 부재(610)와 제 2 부재(620)는 각각 서로 열 팽창률이 상이한 서로 다른 금속으로 구비될 수 있다. 따라서, 십자 형상으로 구비되는 십자 부재(600)는 열 팽창률이 상이한 제 1 부재(610) 및 제 2 부재(620)의 평면 부분을 서로 접하도록 구비되기 때문에 온도 변화 시, 사방으로 휘어지고 부피가 변화되어 거푸집(200)에 균열(601)을 발생시킬 수 있다. 즉, 특정 열 팽창률을 갖는 제 1 부재(610) 및 제 2 부재(620)가 구비되기 때문에 거푸집(200)이 소정의 온도일 경우 거푸집(200)에 균열(601)을 발생시킬 수 있고, 십자 부재(600)로 인해 거푸집(200)에 균열(601)이 발생하기 때문에 거푸집(200) 제거가 손쉽다. 또한, 십자 부재(600)로 인해 거푸집(200)에 미세 균열(601)을 고루 분산시키기 때문에 거푸집(200) 제거 후 얻을 수 있는 주조물(10)의 표면 또는 내면이 균일하여 후가공이 필요하지 않아 제조 공정이 간소화된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정밀 주조 방법은 주조물과 동일한 형상의 왁스 모형을 제조하는 단계, 왁스 모형의 표면을 주형용 모래로 제 1 코팅하여 제 1 코팅층을 형성하는 거푸집 제작 단계, 제 1 코팅층 외면에 도전성 재질의 제 2 코팅층을 형성하는 단계, 거푸집을 가열해 거푸집에서 왁스 모형을 제거하는 단계, 왁스가 제거된 거푸집에 용탕을 주입하는 단계, 거푸집 외측을 감싸는 코일 형상의 솔레노이드부를 위치시키고 솔레노이드부에 전류를 인가시키는 단계, 거푸집을 냉각하는 단계 및 거푸집을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상술한 기존의 방법과 상이한 단계는 왁스 모형의 표면을 주형용 모래로 제 1 코팅하여 제 1 코팅층을 형성하는 거푸집 제작 단계, 제 1 코팅층 외면에 도전성 재질의 제 2 코팅층을 형성하는 단계가 상이하고 나머지 단계는 동일하기 때문에 중복된 설명은 제외하고 상이한 각 단계만 설명하기로 한다.

왁스 모형의 표면을 주형용 모래로 제 1 코팅하여 제 1 코팅층을 형성하는 거푸집 제작 단계는 왁스 모형을 슬러리(Slurry)화 된 주형용 모래를 표면에 제 1 코팅하는 과정으로서, 침적된 모래에 왁스 모형을 담그었다 빼낸 뒤 코팅하는 것을 복수회 반복하여 왁스 모형을 제 1 코팅하는 단계이다. 일반적으로 약 8회의 코팅 작업을 반복하여 제 1 코팅하는 것이 바람직하나, 용탕, 주형용 모래 또는 제조되는 주조물의 화학적 성질 또는 목적에 따라 가감될 수 있다. 또한, 주형용 모래는 규사, 알루미나 모래, 올리빈 모래, 크로마이트 모래, 지르코늄 모래, 뮬라이트 모래(Mullite Sand) 등과 같은 모래나 각종 인공 모래 또는 인골 골재 등이 사용될 수 있다.

제 1 코팅층 외면에 도전성 재질의 제 2 코팅층을 형성하는 단계는 도전성 재질로 제 1 코팅층 외면에 제 2 코팅하는 단계이다. 코팅 방법은 일반적인 다양한 방법이 사용될 수 있다. 제 2 코팅층 제조에 사용되는 재질은 도전성(전도성) 성질을 가질 수 있다. 상세하게, 제 2 코팅층은 후술되는 솔레노이드부에 의해 자력을 부여받아 전자석이될 수 있다. 따라서, 제 2 코팅층은 도전성(전도성) 재질로 구비되어야 한다. 상세하게, 제 2 코팅층은 강자성체(Ferromagnetic Substance, 强磁性體)로 구비될 수 있다. 보다 상세하게, 제 2 코팅층은 연자성체(Soft Ferrite, 軟磁性體)로 구비될 수 있다.

거푸집 외측을 감싸는 코일 형상의 솔레노이드부를 위치시키고 솔레노이드부에 전류를 인가시키는 단계는 솔레노이드부에 전류를 인가시킴으로써 솔레노이드부의 내측에 위치되는 도전성 재질의 제 2 코팅층에 자력을 부여하는 단계이다. 상세하게, 솔레노이드부는 나선형 코일로 구비될 수 있다. 보다 상세하게, 솔레노이드부는 나선형 코일이 원통형으로 구비되는 솔레노이드(Solenoid)일 수 있다. 솔레노이드부의 나선형 코일의 직경은 거푸집 또는 제 2 코팅층 보다 크게 구비되어 거푸집 또는 제 2 코팅층을 감싸도록 위치될 수 있다. 솔레노이드부는 일단 및 타단에 음극 및 양극 극성을 갖고, 전류가 인가됨으로써 일 방향으로 전류가 흐를 수 있다. 전류가 인가되어 솔레노이드부를 따라 전류가 흐르게 되면 패러데이(Michael Faraday, 1791~1867)의 전자기 유도법칙에 따라 솔레노이드부의 도선 주의에 자기장이 형성된다. 상세하게, 도선을 나선형으로 촘촘하고 균일하게 원통형으로 길게 감은 나선형 솔레노이드는 전류가 흐르게 되면 솔레노이드의 외부에서는 자기장이 0이되고 내부에 비교적 균일한 크기의 자기장이 형성된다. 상기한 기술을 기초로 솔레노이드부는 내측 방향에 위치되는 제 2 코팅층은 유도 전류을 통해 전류가 흐르게 되고 이를 통해 제 2 코팅층은 자력을 갖게 된다. 따라서, 솔레노이드부에 전류가 인가되면 제 2 코팅층은 전자석으로 성질이 변화되고, 자력을 갖는 제 2 코팅층에 의해 용탕에 포함되어 있는 불순물이 제 2 코팅층 방향으로 이동될 수 있다. 구체적으로, 전자석 성질을 갖게 되는 제 2 코팅층에 의해 거푸집 내부의 용탕에 포함된 불순물이 제 2 코팅층이 위치되는 외측 방향으로 자력에 의해 이끌려 고루 분사 또는 분포된다. 보다 구체적으로, 용탕에 포함되는 불순물은 용탕의 주탕온도로 인해 대게 녹아 제거되는데, 주탕 온도보다 녹는점이 높은 성질을 갖는 불순물의 경우 용탕 내부에 잔존하여 남아있는 경우가 있다. 다만, 이를 제거하기 위해 주탕 온도를 높이는 경우 용탕의 화학적 성질이 변화되기 때문에 불순물을 제거하지 않고 제 2 코팅층 방향인 용탕의 외측 방향으로 불순물을 이동시키는 구성을 제안한다. 여기서, 용탕의 녹는점은 불순물의 녹는점 보다 낮은 녹는점을 갖도록 함으로써 불순물이 고체 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 상술한 방법에 따르면, 주조물의 외측 방향으로 불순물이 이동되고 주조물의 내측 방향에는 불순물이 이동되어 순도 높은 용탕이 위치된다. 즉, 주조물의 내측은 비교적 내구성이 강하고 매끄러운 표면을 갖게 되고, 완성된 주조물의 개구된 내부로 또 다른 부품이 체결되어 기계적 또는 물리적 운동이 되어도 쉽게 파손되지 않는다. 또한, 용탕 내부에 불규칙적으로 분포된 불순물이 제 2 코팅층 방향인 외측 방향으로 자력을 통해 고루 분포되기 때문에 무게 중심이 일 방향으로 쏠리지 않는다. 상세하게, 용탕 내부에 불규칙적으로 분포된 불순물은 중력에 의해 지면 방향으로 일제히 쏠린 채로 냉각되거나, 상측 방향으로 일제히 쏠린 채로 냉각되어 무게 중심이 불균형한 문제점을 해결할 수 있다. 상기한 기술을 기초로 다른 일례를 설명하자면, 앞서 설정한 가상의 환경을 변경하여 주조물의 개구된 중심이 아닌 외측 둘레면을 따라 기계적 또는 물리적 운동이 되는 주조물을 가상의 환경으로 설정해보자, 거푸집을 감싸는 원통부 대신 강자성체 또는 연자성체 재질을 갖는 철심을 주조물의 개구된 내부를 관통하도록 구비될 수 있다. 이와 같이 구성하는 경우 철심에 자력이 부여되면 용탕 내부에 포함되는 불순물들이 철심 방향인 중심축 방향으로 이동되어 외측 둘레면이 비교적 매끄럽고 내구성이 높게 주조될 수 있다. 상술한 기술을 기초로 제 2 코팅층은 제 1 코팅층의 외면에 전체적으로 형성될 수 있으나, 제 1 코팅층의 외면 중 소정의 일면에만 형성되도록 할 수 있다. 본 발명에서는 원통형의 주조물의 둘레 방향에 대응되는 제 1 코팅층의 둘레 방향에만 제 2 코팅층이 형성되는 것을 일례로 한다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 주조물 100: 왁스 모형
200: 거푸집 201: 주형용 모래
300: 용탕(300) 400: 원통부
500: 솔레노이드부 600: 십자 부재
610: 제 1 부재 620: 제 2 부재
M: 자력 P: 불순물
E: 전류

Claims (3)

1. 주조물(10)과 동일한 형상의 왁스 모형(100)을 제조하는 단계(S100);
   상기 왁스 모형(100)의 표면을 주형용 모래(201)로 코팅하여 거푸집(200)을 제작하는 단계(S200);
   상기 거푸집(200)을 가열해 상기 거푸집(200)에서 상기 왁스 모형(100)을 제거하는 단계(S300);
   왁스가 제거된 상기 거푸집(200)에 용탕(300)을 주입하는 단계(S400);
   상기 거푸집(200)의 외측을 감싸는 형상의 도전성 재질의 원통부(400)를 위치시키는 단계(S500);
   상기 원통부(400) 외측을 감싸는 코일 형상의 솔레노이드부(500)를 위치시키고 상기 솔레노이드부(500)에 전류(E)를 인가시키는 단계(S600);
   상기 거푸집(200)을 냉각하는 단계(S700); 및
   상기 거푸집(200)을 제거하는 단계(S800);를 포함하고,
   상기 솔레노이드부(500)에 전류(E)가 인가되면 상기 원통부(400)는 전자석으로 성질이 변화되고, 자력(M)을 갖는 상기 원통부(400)에 의해 상기 용탕(300)에 포함되어 있는 불순물(P)이 상기 원통부(400) 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 용탕(300)의 녹는점은 상기 불순물(P)의 녹는점 보다 낮은 녹는점을 갖도록 함으로써 상기 불순물(P)이 고체 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 왁스 모형(100)의 표면을 주형용 모래(201)로 코팅하여 거푸집(200)을 제작하는 단계(S200)는, 상기 주형용 모래(201)에 열 팽창률이 상이한 두 종의 부재를 접한 십자 부재(600)가 첨가되어 상기 거푸집(200)에 포함되고,
   상기 십자 부재(600)는 “ㅗ”형상의 제 1 부재(610) 및 상기 제 1 부재(610)와 열 팽창률이 상이한 “ㅜ”형상의 제 2 부재(620)의 각 평면 부분을 서로 접하여 십자 형상으로 구비되며, 상기 제 1 부재(610) 및 상기 제 2 부재(620)는 금속 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 방법.

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