KR101867151B1 - 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법 및 그 몰드에 관한 것으로서, 합금을 용해 주조하여 몰드용 주괴를 형성한 후 상,하부 절단하여 주괴를 형성하는 주괴형성공정(S10)과; 주괴를 650~980℃의 온도에서 단면감소율을 30% 이상으로 열간 가공하여 주조조직을 제거하고 등축조직으로 균질화하는 1차열간가공공정(S20)과; 열간 가공된 주괴를 절단하여 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)를 형성하는 절단공정(S30)과; 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120) 각각의 상면(f)에서 하면(f')을 관통하도록 길이(d) 방향으로 다수의 냉각홀(111,121)을 천공한 후 상면(f) 및 하면(f')의 일정 부분을 절삭하는 냉각홀형성공정(S40)과; 냉각홀(111,121)이 형성된 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)를 단면감소율 20~80%로 압연 또는 인발하여 두께(h')를 압축하고 길이(d')를 연장하면서, 냉각홀(111,121)의 단면 형상을 타원형, 또는 가로(w1,w2) 폭 방향에 평행하는 적어도 하나 이상의 수평선(L)을 포함하는 도형의 형태로 압축시키는 2차가공공정(S60)을 포함하여 이루어짐에 따라 제조 공정이 용이하면서 냉각능을 현저히 향상할 수 있는 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트를 제공하는 것이 특징이다.

Description

주조 몰드용 고효율 냉각플레이트 및 그 제조방법{HIGH EFFICIENCY COOLING PLATE FOR CASTING MOLD AND ITS MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 용융 금속의 주조 몰드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주조 몰드의 냉각플레이트에서 냉각수를 유통시키는 냉각홀을 보다 효과적으로 내재하고 냉각홀의 형상을 타원형 등으로 형성하도록 구성한 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 주조 몰드는 고온의 용융 금속을 주입해 응고시켜 주괴를 만들 수 있도록 일정 공간으로 형성된 틀로서, 조립형 혹인 일체형 냉각플레이트로 구성되며, 주괴의 품질과 생산성을 결정짓는 매우 중요한 인자이다.

주조 몰드는 주조 방식에 따라 잉곳 주조, 연속 주조, 형상 주조 등 다양한 유형으로 구분된다.

잉곳 주조(Ingot casting)는 용탕을 고상형 잉곳케이스에 부어서 응고시키는 일반적인 주조법으로 용탕을 냉각하여 강괴를 형성한 후 압연 또는 분괴하여 최종 제품을 수득하게 된다.

연속 주조(Continuous casting)는 용탕을 직접 수냉식 몰드에 주입하여 냉각을 진행하면서 응고된 부분부터 하강시켜 긴 형태의 주물을 연속적으로 생산하는 (용융-조형-응고) 공정에 의해 이루어진다. 따라서 길이가 수 미터 내지 수십 미터에 이르는 최종 주조품을 주조할 수 있다.

즉, 잉곳케이스 내에 가득 주입된 상태의 용탕이 냉각되면서 서서히 응고되는 잉곳 주조에 비해, 연속 주조는 상,하면이 개방되고 비교적 높이(길이)가 얕은 몰드의 상측에서 주입되는 용탕이 하강하면서 냉각이 진행되어 응고된 상태로 몰드의 하측으로 연속하여 배출되게 된다.

특히, 상기와 같은 연속 주조는 응고 속도와 주속을 조절함으로써, 용탕의 응고 과정에서 방출되는 가스나 찌꺼기가 몰드의 상측으로 상등하게 되므로 기포나 불순물이 권입되지 않는 고품질의 긴 형태의 최종 주조품을 수득할 수 있고 대량생산에 유리한 이점이 있다. 이때 주조 몰드의 성능은 제품의 품질에 직접적인 영향을 미치므로, 주조의 핵심 부품이라고 할 수 있다.

상기의 주조 몰드에는 일반적으로 용탕을 냉각시키기 위한 별도의 냉각수단이 구비되는데, 용탕과 몰드의 접촉에 의한 냉각을 통해 응고층을 생성하는 초기 응고 과정은 최종 주조품의 품질에 직접적인 영향을 미치게 되므로 냉각능을 효과적으로 도출하기 위해서 냉각수단을 마련하게 되며 주로 냉각수를 이용한 수냉식이 가장 일반적이다.

주조 몰드 중 상기와 같은 연속 주조용 몰드의 경우 용탕이 몰드를 통과하는 진행 과정에서 몰드에 전체적으로 균등하면서 우수한 냉각능이 작용하도록 구성해야지만 최종 주조품의 품질을 보장할 수 있고, 아울러 몰드의 수명을 연장할 수 있는 등 생산성에도 지대한 영향을 미치게 되므로 냉각을 효과적으로 실시할 수 있는 몰드를 구성하는 것은 무엇보다 중대한 사안이라 할 수 있다.

종래 기술에서는 도 10에 도시된 구성도(a) 및 평면 구성도(b)에서와 같이 주물을 성형하도록 마련된 몰드(10)에 냉각수를 유통시키는 원통형의 냉각홀(20)을 형성하여 냉각수를 공급함으로써 몰드(10) 및 몰드(10)에 접촉된 상태로 용탕을 응고하거나 혹은 하강하는 용탕(30)을 냉각시키도록 구성한다.

또 다른 예로서는, 공개특허 제10-2005-0059966호에 공지된 워터재킷을 구비하는 몰드가 있으며, 그 개략적인 구성을 살펴보면 다음과 같다.

내부에 냉각수로가 형성되고 일면에 냉각수로로 냉각수를 급수 및 배수하기 위한 급수홀과 배수홀이 형성되는 냉각판(플레이트)과, 냉각판의 일면과 마주보도록 결합되며 상기 급수홀과 대응되는 부위에 공급홀이 형성되고 상기 배수홀과 대응되는 부위에 회수홀이 형성되는 워터재킷과, 길이방향으로 내부를 관통하는 통수공이 형성되어 양단이 상기 급수홀과 공급홀에 각각 결합되고 배수홀과 회수홀에 각각 결합되는 인서트를 포함하여 구성한다.

공개특허 제 10 - 2005 - 0059966 호 등록특허 제 10 - 1029898 호 공개특허 제 10 - 2011 - 0144151 호 등록특허 제 10 - 0685474 호

종래 기술이 적용되는 주조용 몰드의 냉각수단은 상술한 바와 같이 몰드 플레이트에 원통형의 냉각홀을 복수로 형성하여 냉각수를 유통시키는 형태를 취하고 있다.

이와 같은 종래 기술의 몰드는 일반적으로 금속 또는 합금을 용융하여 몰드의 소재가 되는 주괴를 형성한 후 중간 가공, 즉 단조나 압연을 거쳐 최종 주조품의 형상과 동일한 주형을 형성하도록 제조하게 된다.

또한, 몰드에 주입된 용탕을 냉각시키기 위한 냉각수가 유통하는 냉각홀은 예컨대 등록특허 제10-1029898호에 공지된 건 드릴(Gun-drill)과 같은 별도의 특수 장비를 이용해 몰드 제조의 마무리 단계, 즉 가공이 완료되는 시점에 천공(Deep hole drilling)을 실시하여 형성하게 된다.

그러나, 일반적으로 최대 수미터의 길이를 가지는 주조 몰드의 경우 해당 길이만큼의 냉각홀을 일정 간격으로 천공하는 작업은 고도의 기술이 요구되는 초정밀 가공공법이 적용되는 매우 까다로운 작업이다.

따라서, 종래 기술이 적용된 몰드에 형성되는 냉각홀의 형상 역시 천공에 의한 원형 이외의 형태는 찾아볼 수가 없고 냉각홀의 수량, 크기, 길이 역시 제한적이므로 냉각능 역시 한계가 있는 실정에 있으며, 그마저도 고가의 특수 장비를 이용하더라도 2미터 이상의 길이를 정밀하게 천공하는 것은 사실상 불가능한 실정이다.

아울러, 가공이 완료된 최종 몰드의 길이만큼 냉각홀의 천공 작업을 진행함에 따라 공정 시간이 과다 소요될 수밖에 없으므로 경제성 및 생산성이 저하되어 당 업계에서도 큰 고충이 되고 있는 실정이며, 천공 과정에서 크랙과 같은 제품 손상이 유발되거나 치수 정밀도에 오류가 발생할 가능성을 배제할 수 없는 등의 심각한 문제점이 있다.

따라서, 종래 기술과 같이 주조 몰드의 냉각플레이트에 원형 냉각홀을 형성하는 대신, 상기 예시한 또 다른 종래 기술과 같이 몰드의 외부에 워터재킷을 추가적으로 구비하는 기술이 개발되어 제공되고 있으나, 이 역시 추가적인 장치 구비에 따른 부담이 가중될 뿐만 아니라 일반적으로 1.5ton 내외의 중량을 가지는 몰드에 비해 워터재킷은 수배 이상 무거운 중량을 가지므로 취급이 어렵고, 특히 몰드에 결합 시에는 10ton 이상의 중량 증대를 초래하여 몰드의 설치 및 해체 등의 작업성을 저해하는 등의 문제점을 내포하고 있는 실정이다.

이에 본 발명에서는 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,

주조 몰드로 흔히 적용되는 CuAgP 혹은 CuCrZr 합금을 용해 주조하여 몰드용 주괴를 형성한 후 상,하부 절단하여 주괴를 형성하는 주괴형성공정(S10)과;

상기 주괴를 650~980℃의 온도에서 단면감소율을 30% 이상으로 열간 가공하여 주조조직을 제거하고 등축조직으로 균질화하는 1차열간가공공정(S20)과;

상기 열간 가공된 주괴를 절단하여 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)를 형성하는 절단공정(S30)과;

상기 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120) 각각의 상면(f)에서 하면(f')을 관통하도록 길이(d) 방향으로 다수의 냉각홀(111,121)을 천공한 후 상면(f) 및 하면(f')의 일정 부분을 절삭하는 냉각홀형성공정(S40)과;

상기 냉각홀(111,121)이 형성된 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)를 단면감소율 20~80%로 압연 또는 인발하여 두께(h')를 압축하고 길이(d')를 연장하면서, 냉각홀(111,121)의 단면 형상을 타원형, 또는 가로(w1,w2) 폭 방향에 평행하는 적어도 하나 이상의 수평선(L)을 포함하는 도형의 형태로 압축시키는 2차가공공정(S60)을 포함하여 이루어짐으로써 종래에 비해 제조 공정이 용이하면서 냉각능을 현저히 향상할 수 있는 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트를 제공할 수 있는 목적 달성이 가능하다.

본 발명은 종래의 주조 몰드용 냉각플레이트에서 일률적인 원형 단면의 냉각홀을 구비하는 냉각플레이트에 비해 타원형, 또는 하나 이상의 수평선을 포함하는 삼각형, 사각형 등의 도형으로 형성되는 냉각홀을 내재하는 몰드 냉각플레이트를 제공하는 이점이 있다.

특히, 종래 기술과 같이 몰드의 냉각플레이트를 압연과 인발 등으로 성형 가공하여 길이 방향으로 치수 연장이 완료된 시점에서 최종 몰드의 길이만큼 냉각홀을 천공하던 방식과는 차별하여, 본 발명에서는 냉각플레이트에 냉각홀을 천공 시 길이 방향으로 연장이 이루어지지 않은 상태에서 냉각홀형성공정을 실시한 후에, 2차가공공정을 실시하여 몰드의 두께를 압축하면서 길이를 연장함으로써 냉각홀의 천공 깊이를 최대 80%까지 단축하여 더욱 용이하게 실시할 수 있고 냉각홀의 형상 역시 원형에서 탈피하여 타원형, 또는 하나 이상의 수평선을 포함하는 도형 형태로 형성함으로써 용탕과 직접 접촉하는 몰드 냉각플레이트의 냉각능을 올릴 수 있는 이점이 있다.

따라서, 종래의 원형 냉각홀에 비해 직접 접촉하는 냉각 면적의 분포를 더욱 확대하고 단면적 감소에 따라 유속을 증가시킴으로써 유속에 비례하는 냉각능을 동일 냉각수량으로도 최대 5배 이상 향상할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 냉각홀의 위치를 단·장변용플레이트의 주변부에서 중심부로 갈수록 조밀한 간격으로 형성하여 냉각능이 균등하게 작용하도록 할 수 있으므로 궁극적으로 최종 주조품의 품질 향상을 도모할 수 있음은 물론이고 공정 편의성 및 생산성을 증대할 수 있는 등의 다양한 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법의 공정 흐름도.
도 2는 본 발명의 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법에 의해 제조된 냉각플레이트가 적용된 몰드의 실시 예에 따른 사시도.
도 3은 본 발명의 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법에서 냉각홀형성공정(S40)의 실시 예를 개략적으로 도시한 구성도.
도 4는 본 발명의 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법에서 2차가공공정(S60)의 실시 예를 개략적으로 도시한 구성도.
도 5는 본 발명의 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법에서 심삽입공정(S50)의 실시 예를 개략적으로 도시한 구성도.
도 6은 도 5의 심삽입공정(S50)에 후행하여 2차가공공정(S60) 및 심제거공정(S70)을 실시한 결과를 개략적으로 도시한 구성도.
도 7은 본 발명의 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법에서 심삽입공정(S50)의 다른 실시 예를 개략적으로 도시한 구성도.
도 8은 도 7의 심삽입공정(S50)의 다른 실시 예에 후행하여 2차가공공정(S60) 및 심제거공정(S70)을 실시한 결과를 개략적으로 도시한 구성도.
도 9는 본 발명의 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법에 의해 제조된 냉각플레이트가 적용된 몰드의 사용 상태 예시도.
도 10은 종래 기술이 적용된 몰드의 구성도(a) 및 평면 구성도(b).

이하, 본 발명의 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트 및 그 제조방법의 바람직한 실시 예에 따른 구성과 작용을 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법의 공정 흐름도, 도 2는 본 발명의 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법에 의해 제조된 냉각플레이트가 적용된 몰드의 실시 예에 따른 사시도, 도 3은 본 발명의 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법에서 냉각홀형성공정(S40)의 실시 예를 개략적으로 도시한 구성도, 도 4는 본 발명의 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법에서 2차가공공정(S60)의 실시 예를 개략적으로 도시한 구성도, 도 5는 본 발명의 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법에서 심삽입공정(S50)의 실시 예를 개략적으로 도시한 구성도, 도 6은 도 5의 심삽입공정(S50)에 후행하여 2차가공공정(S60) 및 심제거공정(S70)을 실시한 결과를 개략적으로 도시한 구성도, 도 7은 본 발명의 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법에서 심삽입공정(S50)의 다른 실시 예를 개략적으로 도시한 구성도, 도 8은 도 7의 심삽입공정(S50)의 다른 실시 예에 후행하여 2차가공공정(S60) 및 심제거공정(S70)을 실시한 결과를 개략적으로 도시한 구성도, 도 9는 본 발명의 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법에 의해 제조된 냉각플레이트가 적용된 몰드의 사용 상태 예시도, 도 10은 종래 기술이 적용된 몰드의 구성도(a) 및 평면 구성도(b)로서 함께 설명한다.

본 발명의 기술이 적용되는 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트 및 그 제조방법은, 주물(300)을 형성하는 몰드용 냉각플레이트를 제조함에 있어서 냉각수(200)를 유통시키는 냉각홀(111,121)을 보다 효과적으로 내재할 수 있도록 구성하고 냉각홀(111,121)의 형상을 타원형 등으로 형성함으로써 종래 기술에 비해 현저히 향상된 냉각능을 구현하도록 하여 고품질의 주물(300)을 성형할 수 있는 몰드용 냉각플레이트를 제공하기 위한 기술에 관한 것임을 주지한다.

이를 위해서, 본 발명의 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법은 도 1에 도시한 바와 같이 크게 주괴형성공정(S10), 1차열간가공공정(S20), 절단공정(S30), 냉각홀형성공정(S40), 심삽입공정(S50), 2차가공공정(S60), 및 심제거공정(S70)을 포함하여 이루어지며, 개별 공정의 구체적인 구성은 다음과 같다.

우선, 상기 주괴형성공정(S10)은 합금을 용해 주조하여 몰드용 주괴를 형성한 후 결함이 잔존 가능한 주괴 상부 및 하부를 일정 부분 절단하는 공정이다.

상기 주괴는 몰드 소재에 적합한 CuAgP 또는 CuCrZr 등의 합금을 약 1120~1180℃의 고온에서 용해, 주조하여 준비한다.

이후, 1차열간가공공정(S20)은 상기 주괴를 650~980℃에서 단면감소율을 30% 이상으로 열간 가공하여 주조조직을 제거하고 등축조직으로 균질화하는 공정이다.

즉, 본 발명을 구성하는 상기 일련의 공정들 중 주조용 몰드에 냉각능을 효과적으로 구현하기 위해 실시되는 상기 냉각홀형성공정(S40)에서 냉각홀(111,121)을 정밀하게 천공하기 위해서는 가공 소재인 상기 주괴의 조직을 균질화하여 소재의 이방성을 해소시키는 과정이 선행되어야 한다.

따라서, 상기 1차열간가공공정(S20)을 통해 주괴에 열간 단조, 또는 압연, 후방압출 등의 열간 작업을 실시하여 단면감소율을 최소 30% 이상으로 열간 가공함으로써 주조조직이 재결정화된 등축조직을 발현하여 추후 실시되는 냉각홀형성공정(S40)에서 정밀한 냉각홀(111,121) 천공작업이 이루어지도록 한다.

상기 절단공정(S30)은 열간 가공된 주괴를 절단하여 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)를 형성하는 공정이다.

즉, 본 발명의 바람직한 실시 예에서 제조하고자 하는 몰드는 사변이 형성되고 상,하부가 개방된 주조용 몰드이므로 길이(d)는 같고 가로(w1,w2) 폭이 상이한 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)로 각각 한 쌍씩 형성하도록 한다.

상기 냉각홀형성공정(S40)은 도 3에 도시한 바와 같이 한 쌍씩 구비된 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120) 각각의 상면(f)에서 하면(f')을 관통하도록 길이(d) 방향으로 다수의 냉각홀(111,121)을 천공한 후 상면(f) 및 하면(f')의 찌그러진 부분을 해소하도록 약 10mm 내외로 절삭하는 공정이다.

상기 냉각홀(111,121)의 직경은 5mm ~ 40mm 범위로 형성할 수 있으며, 특히 본 발명의 냉각홀형성공정(S40)은 종래 기술과 같이 몰드의 가공이 완료된 시점 이후에 최종 몰드의 길이(d')만큼 냉각홀을 천공하는 것과 차별하여, 1차열간가공공정(S20) 이후 2차가공공정(S60) 전(前) 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)의 길이(d)의 연장이 이루어지지 않은 상태에서 천공을 실시하므로, 최대 80%까지 단축된 길이만큼만 냉각홀(111,121)을 천공하면 되는 이점이 있다.

상기 2차가공공정(S60)은 도 4에 도시한 바와 같이 상기 냉각홀(111,121)이 형성된 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)를 단면감소율 20~80%로 압연 또는 인발하여 두께(h')를 압축하고 길이(d')를 연장하면서, 냉각홀(111,121)의 단면 형상을 타원형, 또는 가로(w1,w2) 폭 방향에 평행하는 적어도 하나 이상의 수평선(L)을 포함하는 도형의 형태로 압축 변환시키는 공정이다.

이때, 심삽입공정(S50, 유심공정)에 의해서는 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)의 길이 연장이 최대 5배까지 가능하며, 심(130)을 삽입하지 않는 무심공정에서는 원형 홀이 가로 폭 방향으로 최대 30% 늘어나기 때문에 길이 연장은 최대 2배까지 가능하다.

즉, 이미 원형의 냉각홀(111,121)이 천공된 상태의 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)를 압연 또는 인발 가공에 의해 목적하는 최종 몰드의 형상으로 치수를 변경(두께 h→h', 길이 d→d')함으로써 원형의 냉각홀(111,121)이 두께(h') 방향에서 압축되어 최장 직경이 변형 전 원형 직경에 비해 최대 30% 길게 형성되는 타원형 또는 삼각형, 사각형 등의 수평선(L)을 가지는 단면 형상을 이루게 된다.

따라서, 상기 냉각홀(111,121)이 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)의 가로(w1,w2) 폭 방향으로 긴 형태로 형성되어 냉각수(200)의 유통 시 몰드에 작용하는 냉각 면적의 분포를 30%까지 확대할 수 있으며, 단면 감소에 의해 유량은 감소하면서 유속이 증가함에 따라 냉각능을 현격하게 증대시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 2차가공공정(S60)에서는 도 5 또는 도 7에 도시한 바와 같이 단면이 타원형, 또는 적어도 하나 이상의 수평선(L)을 포함하는 도형 형상을 가지는 심(130)을 상기 냉각홀(111,121)의 내경부에 삽입하는 심삽입공정(S50, 유심공정)을 선행한 후에 2차가공공정(S60)을 실시하도록 구성한다.

따라서, 냉각홀(111,121)에 심(130)을 삽입한 상태에서 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)를 압연 또는 인발하여 도 6 또는 도 8에 도시한 바와 같이 냉각홀(111,121)의 단면을 심(130)의 단면과 동일 또는 유사한 형태로 압축, 변환시킬 수 있다.

아울러, 상기 심삽입공정(S50) 및 2차가공공정(S60)을 거친 후에는 냉각홀(111,121)에서 심(130)을 제거하는 심제거공정(S70)을 후행하여 실시하도록 구성한다.

상기 냉각홀(111,121)에 삽입되는 심(130)은 특수강 또는 내열합금인 인코넬(Inconel) 재질로 이루어지고 냉각홀(111,121)의 길이보다 길게 형성하되 최대 5배의 길이로 형성하여 삽입한다. 따라서 2차가공공정(S60)에서 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)의 길이(d') 치수가 연장되더라도 심제거공정(S70)이 용이하게 이루어질 수 있도록 함이 바람직하며, 특히 심(130)의 표면에 그라파이트(Graphite)와 같은 고체 윤활유를 이용해 피막처리를 한 후에 상기 심삽입공정(S50)을 실시하면 심제거공정(S70)을 더욱 효과적으로 진행할 수 있을 것이다.

또한, 상기 심(130)은 인코넬 재질인 경우 몰드 냉각플레이트 소재가 연화되지 않는 약 300~350℃ 구간에서 3시간 정도 유지하면 열팽창계수 차이를 이용하여 심제거공정(S70)을 쉽게 실시할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같은 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법에 의해 제조된 냉각플레이트는, 도 2 또는 도 9에 도시된 바와 같이 가로(w1,w2) 폭이 상이한 입면체 형상으로 형성되고 각각의 상면(f)에서 하면(f')을 수직 관통하도록 길이(d') 방향으로 다수의 냉각홀(111,121)을 내재하는 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)로 이루어져 상호 조립하여 주물(300)을 성형하는 몰드(100)를 형성하도록 구성한다. 이때 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)의 두께(h')는 필요에 따라 동일하거나 혹은 다르게 형성할 수도 있을 것이다.

특히, 상기 냉각홀(111,121)의 단면 형상은 최장 직경이 변형 전 원형 직경(최소 직경)에 비해 최대 30% 길게 형성되는 타원형, 또는 상기 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120) 각각의 가로(w1,w2) 폭 방향에 평행하는 적어도 하나 이상의 수평선(L)을 밑변으로 하는 삼각형 또는 사각형 형태로 형성함에 따라 냉각수(200)의 유통 시 몰드에 작용하는 냉각 면적의 분포를 확대하고 유속을 증대하여 냉각능을 향상하도록 구성한다.

아울러, 상기 냉각홀(111,121)은 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 단변용 몰드 냉각플레이트(110) 및 장변용 몰드 냉각플레이트(120) 각각의 양측 주변부에 비해 중심부로 갈수록 냉각홀(111,121) 간의 간격을 점차 조밀하게 배치하여 주물(300)의 주변부에 비해 고온인 심부에 대한 냉각능을 균등하게 작용하도록 구성한다.

따라서, 전술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트 및 그 제조방법은, 몰드의 벽면을 구성하는 단변용 몰드 냉각플레이트(110) 및 장변용 몰드 냉각플레이트(120)의 내부에 냉각홀(111,121)이 형성된 몰드용 냉각플레이트를 제조하는 일련의 공정, 특히 냉각홀(111,121)을 천공하거나 냉각홀(111,121)의 형상을 다양화하기 위한 작업을 보다 용이하게, 효율적으로 실시할 수 있도록 하는 이점이 있다.

또한, 냉각홀(111,121)의 단면 형상을 기존의 원형에 비해 최대 폭이 30%까지 큰 타원형 또는 수평선(L)을 포함하는 도형의 형태로 형성하도록 구성함에 따라 몰드에 주입되는 용탕에 대해 균등하면서 현저히 증강된 냉각능이 작용하도록 하여 고품질의 주물(300)을 제조하도록 하는 효과도 있다.

따라서, 종래와 같이 초정밀 가공공법이 적용되는 등의 공정상의 어려움이 수반되고 워터재킷 등의 추가적인 장비가 요구되었던 몰드 제조 기술에 비해 생산성, 경제성, 작업상 편의성 등을 현저히 향상할 수 있는 등의 다양한 이점이 있다.

100: 몰드
110: 단변용 몰드 냉각플레이트
120: 장변용 몰드 냉각플레이트
111,121: 냉각홀
130: 심
200: 냉각수
300: 주물
S10: 주괴형성공정
S20: 1차열간가공공정
S30: 절단공정
S40: 냉각홀형성공정
S50: 심삽입공정
S60: 2차가공공정
S70: 심제거공정

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3. 합금을 용해 주조하여 몰드용 주괴를 형성한 후 상,하부 절단하여 주괴를 형성하는 주괴형성공정(S10)과;
   상기 주괴를 650~980℃의 온도에서 단면감소율을 30% 이상으로 열간 가공하여 주조조직을 제거하고 등축조직으로 균질화하는 1차열간가공공정(S20)과;
   상기 열간 가공된 주괴를 절단하여 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)를 형성하는 절단공정(S30)과;
   상기 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120) 각각의 상면(f)에서 하면(f')을 관통하도록 길이(d) 방향으로 다수의 냉각홀(111,121)을 천공한 후 상면(f) 및 하면(f')의 일정 부분을 절삭하는 냉각홀형성공정(S40)과;
   상기 냉각홀(111,121)이 형성된 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)를 단면감소율 20~80%로 압연 또는 인발하여 두께(h')를 압축하고 길이(d')를 연장하면서, 냉각홀(111,121)의 단면 형상을 타원형, 또는 가로(w1,w2) 폭 방향에 평행하는 적어도 하나 이상의 수평선(L)을 포함하는 도형의 형태로 압축시키는 2차가공공정(S60)을 포함하고;
   상기 2차가공공정(S60)에서는,
   단면이 타원형, 또는 적어도 하나 이상의 수평선(L)을 포함하는 도형 형상을 가지는 심(130)을 상기 냉각홀(111,121)의 내경부에 삽입하는 심삽입공정(S50)을 선행한 후에 2차가공공정(S60)을 실시함에 따라 냉각홀(111,121)에 심(130)을 삽입한 상태에서 단변용 몰드 냉각플레이트(110)와 장변용 몰드 냉각플레이트(120)를 압연 또는 인발하여 냉각홀(111,121)의 단면을 심(130)의 단면과 동일한 형태로 압축시키고;
   상기 심삽입공정(S50) 및 2차가공공정(S60)을 거친 후에는 냉각홀(111,121)에서 심(130)을 제거하는 심제거공정(S70)을 후행하여 실시하는 것을 포함하고;
   상기 냉각홀(111,121)에 삽입되는 심(130)은 특수강 또는 인코넬 재질로 이루어지고 냉각홀(111,121)의 길이보다 길게 형성하되 최대 5배의 길이로 형성하여 삽입하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 주조 몰드용 고효율 냉각플레이트의 제조방법.
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