KR101875396B1 - 정밀주조용 쉘 몰드 세정장치 - Google Patents

Abstract

개시되는 발명은 쉘 몰드 세정장치에 관한 것으로서, 세정수를 공급하는 제1 통공이 구비된 중심관;과, 상기 중심관을 감싸면서 반경 방향으로 이격 배치되고, 압축공기를 분사하는 제2 통공이 구비된 압축공기 공급관; 및 상기 압축공기 공급관을 감싸도록 배치되고, 외측으로 제3 통공이 구비된 흡입관;을 포함한다.

Description

정밀주조용 쉘 몰드 세정장치{Cleaning apparatus for shell mold of precision casting}

본 발명은 정밀주조용 쉘 몰드 세정장치에 관한 것으로서, 공기와 물을 혼합 방사하여 정밀주조용 쉘 몰드 내벽에 부착되어 있는 이물질의 탈락 효과를 강화시키는 동시에 탈락된 이물질을 흡입하여 제거함으로써 주조품 표면과 내부에 이물질로 인한 결함이 발생하는 것을 방지하는 동시에 발생한 결함을 제거하는데 소요되는 후처리 공정을 줄이도록 하는 정밀주조용 쉘 몰드 세정장치에 관한 것이다.

주조는 주형을 만든 후 용융금속을 주형에 붓고 응고시켜 제품을 만들므로 복잡한 형상의 제품을 만드는데 용이하고 대량 생산을 할 수 있는 장점이 있다.

일반적으로, 자동차의 실린더 헤드, 실린더 블록이나 가스 터빈의 터빈 블레이드 등을 제조할 때 쉘 몰드(Shell Mold)를 이용한 중력주조법을 활용하고 있다.

특히 가스 터빈의 터빈 블레이드는 고온강도 및 내식성이 우수한 초내열합금으로 제조되는데, 초내열합금으로 주조하기 위해서 고온 특성이 우수하고 주조시 용융합금과의 반응성이 낮은 세라믹 재질의 쉘 몰드를 사용하게 된다.

세라믹 쉘 몰드는 무기질 실리카 바인더가 섞인 몇 가지 산화물 내화재료 안에 왁스로 만든 모형을 담가 표면에 입히고, 건조한 다음에 내부의 왁스를 녹여서 제거함으로써 왁스 모형 그대로의 공간이 마련된 쉘 몰드로 만들어진다.

왁스가 제거된 세라믹 쉘 몰드의 내부에 잔존한 이물질을 제거한 후에 주조가 이루어지는데, 통상적으로 수조 안의 물속에 세라믹 쉘 몰드를 넣어서 흔들거나 압축공기를 세라믹 쉘 몰드 안에 불어넣어서 이물질을 제거하여 왔다.

그렇지만 이런 방법으로 세라믹 쉘 몰드의 내부에 잔존한 이물질을 제거하는 것은 그리 효과적이지 않다. 이는 세라믹 쉘 몰드 내부의 형상이 복잡하기도 하고, 터빈 블레이드와 같은 부품은 길고 좁은 형태이기 때문에 더더욱 그러하다.

세라믹 쉘 몰드 안에 남아있는 이물질은 주조품의 품질에 상당한 악영향을 미친다. 이물질은 주조품의 표면에 작은 홈을 만들고 내부 조직에 결함을 만든다. 도 1은 세라믹 쉘 몰드 안에서 이물질이 충분히 제거되지 않았을 때 주조품에 발생하는 여러 표면 결함을 주사 현미경으로 촬영한 사진이다.

따라서, 세라믹 쉘 몰드 안의 이물질이 충분히 제거되지 않으면 주조품의 품질을 보장할 수 없기 때문에 비파괴 검사를 여러 번 수행해야 하고 수리 작업도 반복하는 등 생산성에 상당한 악영향을 미친다.

한국등록특허 제10-1517060호 (2015.05.06 공고)

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 터빈 블레이드와 같이 길고 좁은 형태의 부품을 제조하기 위한 쉘 몰드에 대해서도 그 내부에 잔존한 이물질을 효과적으로 탈락시키고 외부로 배출할 수 있는 정밀주조용 쉘 몰드 세정장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 쉘 몰드 세정장치는, 세정수를 공급하는 제1 통공이 구비된 중심관;과, 상기 중심관을 감싸면서 반경 방향으로 이격 배치되고, 압축공기를 분사하는 제2 통공이 구비된 압축공기 공급관; 및 상기 압축공기 공급관을 감싸도록 배치되고, 외측으로 제3 통공이 구비된 흡입관;을 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 통공과 제2 통공은 반경 방향으로 서로 마주보도록 배열된다.

그리고, 상기 흡입관은 상기 압축공기 공급관의 선단에 대해 이격 배치되고, 상기 제2 통공은 상기 압축공기 공급관의 외측에는 상기 흡입관과 이격된 사이의 표면에 더 구비될 수 있다.

여기서, 상기 압축공기 공급관으로는 양압의 공기가 공급되고, 상기 흡입관으로는 음압의 공기가 공급된다.

그리고, 상기 중심관과 압축공기 공급관 사이의 이격된 공간을 차단하는 격벽이 더 구비되고, 상기 제1 통공은 상기 격벽과 상기 중심관 사이의 환형 공간 안에 구비되는 한편 상기 제2 통공은 상기 격벽과 상기 압축공기 공급관의 선단 사이의 환형 공간 안에 구비될 수 있다.

이러한 구성을 가진 본 발명의 쉘 몰드 세정장치는 세정수가 차 있는 쉘 몰드 내부에 잠기도록 삽입되어 사용되는 것이 바람직할 수 있다.

그리고, 상기 제1 통공을 통해 분사되는 상기 세정수와 상기 제2 통공을 통해 분사되는 압축공기가 서로 혼합되어 공기방울을 형성할 수 있다.

또한, 상기 흡입관은 상기 세정수 및 부유하는 이물질을 함께 흡입하여 외부로 배출하게 된다.

위와 같은 구성을 가진 본 발명의 쉘 몰드 세정장치는 터빈 블레이드를 제작하기 위한 쉘 몰드에 적용하는 것이 가능하다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 쉘 몰드 세정장치는 세정수와 압축공기의 이중분사 및 혼합을 통해 공기방울을 이용한 세밀한 세정이 가능하다. 따라서 세라믹 쉘 몰드 내면을 손상시키지 않으면서 쉘 몰드 내부에 잔존한 이물질, 특히 표면에 붙어있는 이물질을 효과적으로 탈락시키는 세정이 가능해진다.

또한, 본 발명의 쉘 몰드 세정장치는 쉘 몰드 내부에 잔존하는 이물질을 탈락시켜 세정수 안에 부유시키는 동시에 공압으로 흡입하여 외부로 즉시 배출하기 때문에 최종적인 세정 효과가 매우 우수하다.

그리고, 본 발명의 쉘 몰드 세정장치는 튜브 형태로 구성됨에 따라 터빈 블레이드와 같이 길고 좁은 형태의 부품을 제조하기 위한 쉘 몰드 내부를 세정할 때에도 사용하기에 매우 적합하다는 장점이 있다.

도 1은 주조품에 발생한 표면 결함을 주사 현미경으로 촬영한 사진.
도 2는 본 발명에 따른 쉘 몰드 세정장치의 외형을 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 A-A 선을 따라 절개한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 쉘 몰드 세정장치를 이용하여 쉘 몰드의 내부를 세정하는 상태를 도시한 도면.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 개재되어 간접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 쉘 몰드 세정장치(10)의 외형을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A 선을 따라 절개한 단면도로서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 쉘 몰드 세정장치(10)는 몇 개의 관이 동심으로 이루도록 배치된 다중 관의 구성으로 되어 있다. 이 다중 관을 중심에서부터 구별하여 본다면, 중심관(100)과 압축공기 공급관(200), 그리고 흡입관(300)으로 구성되어 있다.

가운데 배치된 중심관(100)은 가압된 세정수를 공급하는 관으로서, 표면에 복수 개의 제1 통공(110)이 형성되어 있다. 제1 통공(110)은 물 분사용 노즐의 역할을 하는 것으로서, 세정수 분사의 효과를 높이기 위한 적절한 단면 형상을 가질 수도 있다. 예를 들어, 분사 압력을 높이기 위해서라면 지름이 점차로 감소하는 노즐의 형태로 만들어질 수 있으며, 분사 면적을 넓히고 부드러운 분사를 위해서라면 지름이 점차로 증가하는 디퓨저의 형태로 만들어질 수 있다.

압축공기 공급관(200)은 중심관(100)을 감싸면서 반경 방향으로 이격 배치되는데, 이중 압축공기 공급관(200)의 표면에는 압축 공기를 분사하기 위한 제2 통공(210)이 구비되어 있다. 다시 말하면, 압축공기 공급관(200)은 중심관(100)에 대해 일정 거리만큼 떨어져 있으면서 그 내부에 압축 공기가 흐를 수 있는 유로가 구비되어야 하기 때문에, 결국 압축공기 공급관(200)은 환형의 유로를 형성하는 이중 관의 형태를 가지게 된다.

특히, 제1 통공(110)과 제2 통공(210)은 반경 방향으로 서로 마주보도록, 즉 중심관(100)의 외측면과 압축공기 공급관(200)의 내측면을 따라 제1 통공(110) 및 제2 통공(210)이 각각 배열되는 것이 바람직하다. 이는 가압 분사되는 세정수와 압축공기 각자에 의한 직접적인 세정은 치밀한 표면 유지가 중요한 쉘 몰드 내면에 미세한 손상을 입힐 우려가 있음을 고려한 것이다. 이러한 측면에서 세정 효과를 올리기 위해 세정수와 압축공기의 압력을 상승시키는 것은 바람직하지 않기 때문에 다른 방법을 강구할 필요가 있다.

본 발명의 실시형태처럼, 제1 통공(110)과 제2 통공(210)이 반경 방향으로 서로 마주보도록 배치하면 분사되는 세정수와 압축공기는 다수의 공기방울을 형성하게 된다. 이 공기방울들은 서로 이격된 중심관(100)과 압축공기 공급관(200)이 형성하는 환형 공간을 통해 외부로 분사되고, 이 분사된 공기방울이 쉘 몰드 내면에 충돌하여 미세하고 반복적인 충격을 가함에 따라 표면에 붙어있던 이물질이 탈락된다.

이처럼 본 발명의 쉘 몰드 세정장치(10)는 세정수나 압축공기를 쉘 몰드 내면에 직접 분사하는 방식 대신에 세정수와 압축공기의 혼합에 의한 공기방울을 이용하는 것이며, 이를 통해 치밀한 표면 유지가 중요한 쉘 몰드 내면에 손상을 가함이 없이 이물질을 탈락시킬 수 있다.

이러한 관점에서, 제1 통공(110)과 제2 통공(210)은 중심관(100)의 외측면과 압축공기 공급관(200)의 내측면을 따라서만 각각 배치되는 것이 바람직할 것이다. 즉, 쉘 몰드 내면을 직접 마주보게 되는 중심관(100)과 압축공기 공급관(200)의 선단면에는 제1 통공(110)과 제2 통공(210)을 형성하지 않는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 세정수와 압축공기를 대향 분사하여 혼합한다는 작용을 생각한다면, 중심관(100)으로는 압축공기를 공급하고 압축공기 공급관(200)으로는 세정수를 공급하는 반대의 구조도 생각할 수 있으며, 이러한 실시형태도 가능할 것이다. 다만, 물과 공기의 질량유량을 생각한다면 물에 비해 공기의 밀도가 매우 낮기 때문에 공기가 흐르는 유로의 단면적을 더 크게 하는 것이 유리할 것이다. 본 발명은 이 점을 고려하여 중심관(100)으로는 세정수를, 그리고 환형의 넓은 유로를 가지는 압축공기 공급관(200)으로는 공기를 공급하도록 하였다.

그리고, 외측으로 제3 통공(310)이 구비된 흡입관(300)이 압축공기 공급관(200)을 감싸도록 배치된다. 흡입관(300)은 세정수 안을 부유하는 이물질을 흡입하여 외부로 배출하기 위한 가장 바깥쪽의 관이다. 특히, 본 발명은 세정수와 압축공기의 혼합에 의해 만들어진 공기방울이 탈락된 이물질을 부양시키는 효과까지 있으므로, 흡입관(300)을 통한 이물질의 배출 효과가 상당히 뛰어나다.

나아가 흡입관(300)을 압축공기 공급관(200)의 선단에 대해 떨어져 있게 거리를 두고 배치하고, 이에 따라 압축공기 공급관(200)과 흡입관(300)이 이격된 사이의 표면에 제2 통공(210)을 더 배치할 수도 있다. 흡입관(300)의 아래쪽에 배치된 제2 통공(210)은 공기방울을 만들기 위한 것은 아니며, 흡입관(300) 쪽으로 부유하는 이물질을 밀어주는 역할을 하기 위한 것이다.

이러한 세정 및 흡입 작용을 위해 압축공기 공급관(200)으로는 양압의 공기가 공급되고, 흡입관(300)으로는 음압의 공기가 공급된다. 여기서, 음압의 공기를 공급한다는 것은 흡입관(300) 내부의 유체와 이물질을 흡입하기 위해 대기압 이하의 공압을 가한다는 의미이다.

그리고, 중심관(100)과 압축공기 공급관(200) 사이의 이격된 공간을 차단하는 격벽(120)을 더 구비할 수 있다. 격벽(120)이 형성됨에 따라 제1 통공(110)과 제2 통공(210)은 격벽(120)과 중심관(100) 및 압축공기 공급관(200)의 선단 사이의 한정된 환형 공간 안에 구비된다. 격벽(120)은 세정수와 압축공기의 흐름이 역류하지 않고 쉘 몰드 내면을 향해, 즉 쉘 몰드 세정장치(10)의 선단을 향해 나아가도록 제한하여 세정 효과를 향상시키기 위한 것이다.

도 4는 위와 같은 구성을 가진 본 발명의 쉘 몰드 세정장치(10)가 쉘 몰드(MD) 내부를 세정하는 작업을 간략히 도시한 것이다. 본 발명의 쉘 몰드 세정장치(10)는 세정수(CW)도 분사하므로 아무것도 차 있지 않은 쉘 몰드(MD) 내부로 집어넣고 바로 세정 작업을 진행할 수도 있다.

그렇지만 쉘 몰드 세정장치(10)의 각 통공(110, 210, 310)이 세정수에 잠기기 전까지는 본 발명이 본래 가지고 있는 세정 능력이 제대로 발휘되지 못하고, 또한 세정수(CW)와 압축공기의 직접 분사에 의한 표면 손상도 우려된다.

따라서, 본 발명의 쉘 몰드 세정장치(10)를 사용할 때에는 쉘 몰드(MD) 안에 미리 세정수(CW)를 채워 놓은 다음에 쉘 몰드 세정장치(10)의 선단부를 세정수(CW)에 잠기게 집어넣어 사용하는 것이 바람직할 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 쉘 몰드 세정장치 100: 중심관
110: 제1 통공 120: 격벽
200: 압축공기 공급관 210: 제2 통공
300: 흡입관 310: 제3 통공
MD: 쉘 몰드 CW: 세정수

Claims (16)

1. 세정수를 공급하는 제1 통공이 구비된 중심관;
   상기 중심관을 감싸면서 반경 방향으로 이격 배치되고, 압축공기를 분사하는 제2 통공이 구비된 압축공기 공급관; 및
   상기 압축공기 공급관을 감싸도록 배치되고, 외측으로 제3 통공이 구비된 흡입관;
   을 포함하는 쉘 몰드 세정장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 통공과 제2 통공은 반경 방향으로 서로 마주보도록 배열된 것을 특징으로 하는 쉘 몰드 세정장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 흡입관은 상기 압축공기 공급관의 선단에 대해 이격 배치되고, 상기 제2 통공은 상기 흡입관과 상기 압축공기 공급관 사이에 더 구비되는 것을 특징으로 하는 쉘 몰드 세정장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 압축공기 공급관으로는 양압의 공기가 공급되고, 상기 흡입관으로는 음압의 공기가 공급되는 것을 특징으로 하는 쉘 몰드 세정장치.
5. 제2항에 있어서,
   상기 중심관과 압축공기 공급관 사이의 이격된 공간을 차단하는 격벽이 더 구비되고, 상기 제1 통공은 상기 격벽과 상기 중심관 사이의 환형 공간 안에 구비되는 한편 상기 제2 통공은 상기 격벽과 상기 압축공기 공급관의 선단 사이의 환형 공간 안에 구비된 것을 특징으로 하는 쉘 몰드 세정장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 쉘 몰드 세정장치는 세정수가 차 있는 쉘 몰드 내부에 잠기도록 삽입되어 사용되는 것을 특징으로 하는 쉘 몰드 세정장치.
7. 제2항에 있어서,
   상기 제1 통공을 통해 분사되는 상기 세정수와 상기 제2 통공을 통해 분사되는 압축공기가 서로 혼합되어 공기방울을 형성하는 것을 특징으로 하는 쉘 몰드 세정장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 흡입관은 상기 세정수 및 부유하는 이물질을 함께 흡입하여 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 쉘 몰드 세정장치.
9. 제6항에 있어서,
   상기 쉘 몰드는 터빈 블레이드를 제작하기 위한 쉘 몰드인 것을 특징으로 하는 쉘 몰드 세정장치.
   
10. 제1 통공이 구비된 중심관을 통해 세정수를 공급하고, 상기 중심관을 감싸면서 반경 방향으로 이격 배치된 제2 통공이 구비된 압축공기 공급관을 통해 압축공기를 분사하여 상기 세정수와 압축공기로 쉘 몰드 표면에 붙어있는 이물질을 탈락시키고,
    상기 압축공기 공급관을 감싸도록 배치되고 외측으로 제3 통공이 구비된 흡입관을 통해 상기 세정수와 부유하는 이물질을 흡입하여 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 쉘 몰드 세정방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 통공과 제2 통공이 반경 방향으로 서로 마주보도록 배열하여 상기 세정수와 압축공기가 다수의 공기방울을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 쉘 몰드 세정방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 흡입관은 상기 압축공기 공급관의 선단에 대해 이격 배치되고, 상기 제2 통공은 상기 흡입관과 상기 압축공기 공급관 사이에 더 구비되는 것을 특징으로 하는 쉘 몰드 세정방법.
13. 제10항에 있어서,
    상기 압축공기 공급관으로는 양압의 공기가 공급되고, 상기 흡입관으로는 음압의 공기가 공급되는 것을 특징으로 하는 쉘 몰드 세정방법.
14. 제11항에 있어서,
    상기 중심관과 압축공기 공급관 사이의 이격된 공간을 차단하는 격벽이 더 구비되고, 상기 제1 통공은 상기 격벽과 상기 중심관 사이의 환형 공간 안에 구비되는 한편 상기 제2 통공은 상기 격벽과 상기 압축공기 공급관의 선단 사이의 환형 공간 안에 구비된 것을 특징으로 하는 쉘 몰드 세정방법.
15. 제10항에 있어서,
    상기 제1 통공 내지 제3 통공이 세정수가 차 있는 쉘 몰드 내부에 잠기도록 삽입되어 사용되는 것을 특징으로 하는 쉘 몰드 세정방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 쉘 몰드는 터빈 블레이드를 제작하기 위한 쉘 몰드인 것을 특징으로 하는 쉘 몰드 세정방법.
    

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