KR101906093B1 - 흡인 가압 주조 방법 - Google Patents

Abstract

용탕(2)을 축적한 유지로(3)와, 코어(4)와 함께 캐비티(5)를 형성하는 금형(6)과, 가압용 기체를 공급하는 용탕 가압 수단(7)과, 캐비티(5) 내를 흡인 배기하는 흡인 배기 수단(8)을 구비한 주조 장치(1)를 사용하여, 주조 과정에 따라 미리 설정된 설정 감압 패턴과, 실제의 주조 중에 측정된 캐비티 및 코어의 측정 압력 패턴을 비교하고, 쌍방의 차분에 따라 보정 감압 패턴을 산출하여, 다음번의 주조 시에 있어서의 설정 감압 패턴을 보정 감압 패턴에 의해 보정하는 흡인 가압 주조 방법으로 함으로써, 코어의 수분량이나 바인더에 의한 경화 상태가 상이한 경우에도, 탕 관련 불량이나 가스 결함의 발생을 억제한다.

Description

흡인 가압 주조 방법

본 발명은 금형의 캐비티에 용탕을 가압 충전함과 함께 캐비티를 흡인 배기하도록 한 흡인 가압 주조 방법에 관한 것이다.

용탕의 충전 시에 캐비티의 흡인 배기를 행하는 주조 방법으로는, 주물의 부분 감압 주탕 방법이라는 명칭으로 인용 문헌 1에 기재되어 있는 것이 있다. 인용 문헌 1에 기재된 주조 방법은, 코어와 함께 캐비티를 형성하는 주형을 이용하여, 캐비티에 용탕을 유입시킴과 함께, 배기 펌프에 의해 캐비티를 흡인 배기하는 것이다. 인용 문헌 1의 주조 방법에서는, 용탕을 중력에 의해 충전하는 것이지만, 예를 들어 저압 주조 장치를 사용하여, 캐비티에 용탕을 가압 충전할 때에 동일 캐비티를 흡인 배기하는 흡인 가압 주조 방법도 주지이다.

또한, 흡인 가압 주조 방법에 있어서, 캐비티의 흡인 배기의 제어에서는, 진공 탱크와, 진공 탱크로부터 캐비티에 이르는 흡인 배기 경로를 개폐하는 배기 밸브를 사용하여, 배기 밸브의 개방도를 조정하는 방법이 채용되고 있다.

일본 특허 공개(평)8-33944호 공보

그런데, 상기 흡인 가압 주조 방법에서는, 진공 탱크 및 배기 밸브를 사용하여 흡인 배기의 제어를 행하는 점에서, 배기 펌프에 비하면 응답성이 높아지기는 하지만 전 시간이 짧은 경우, 배기 밸브의 동작에 지연이 생기고, 캐비티 내의 압력에 따라 배기 밸브의 개방도를 실시간으로 피드백 제어하기가 어렵다. 그래서, 일련의 주조 공정에 따라 미리 설정된 설정 감압 패턴(배기 밸브의 개방도 패턴)을 사용하여, 이 설정 감압 패턴을 따라 배기 밸브의 개방도를 제어하고 있었다.

그러나, 코어를 사용하는 주조에서는, 코어에 포함되는 수분량이나 바인더에 의한 경화 상태(바인더의 소성 상태나 중합 상태) 등이 상이하여, 코어의 제조 로트나 보관 상태에 따라서도, 수분량이나 경화 상태가 상이한 것이 된다. 이로 인해, 종래의 흡인 가압 주조 방법에서는, 주조 시에 코어로부터 발생되는 가스량이 변화하여, 설정 감압 패턴과, 실제로 발생된 가스량을 포함하여 흡인 배기하는 데 필요한 이상적인 감압 패턴 사이에 차가 생기고, 그 차에 의해 탕 관련 불량이나 가스 결함이 발생될 우려가 있다는 점에서, 이러한 문제점을 해결하는 것이 과제였다.

본 발명은 상기 종래의 과제에 착안하여 이루어진 것으로, 코어를 사용하는 흡인 가압 주조 방법에 있어서, 주조 시에 캐비티 및 코어의 압력을 측정하여, 그 측정 결과에 기초하여 다음번의 주조에서의 설정 감압 패턴을 보정함으로써, 코어의 수분량이나 경화 상태가 상이한 경우에도, 탕 관련 불량이나 가스 결함의 발생을 억제할 수 있는 흡인 가압 주조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명에 관한 흡인 가압 주조 방법은, 용탕을 축적한 유지로와, 코어와 함께 캐비티를 형성하는 금형과, 유지로 내에 가압용 기체를 공급하기 위한 용탕 가압 수단과, 캐비티 내를 흡인 배기하기 위한 흡인 배기 수단을 구비한 주조 장치를 사용하여, 금형의 캐비티에 용탕을 가압 충전함과 함께 캐비티를 흡인 배기한다.

이 때, 흡인 가압 주조 방법은, 주조 과정에 따라 미리 설정된 흡인 배기 수단의 설정 감압 패턴과, 실제의 주조 중에 측정된 캐비티 및 코어의 측정 압력 패턴을 비교하여, 쌍방의 차분에 따라 흡인 배기 수단의 보정 감압 패턴을 산출하여, 다음번의 주조 시에 있어서의 설정 감압 패턴을 보정 감압 패턴에 의해 보정하는 구성으로 하고 있으며, 상기 구성을 가지고 종래의 과제를 해결하기 위한 수단으로 하고 있다.

본 발명에 관한 흡인 가압 주조 방법은, 상기 구성을 채용함으로써, 코어의 수분량이나 바인더에 의한 경화 상태가 상이한 경우에도, 설정 감압 패턴과, 실제로 발생한 가스량을 포함하여 흡인 배기하는 데 필요한 이상적인 감압 패턴 사이에 차가 작아지고, 탕 관련 불량이나 가스 결함의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 흡인 가압 주조 방법이 적용 가능한 흡인 가압 주조 장치를 설명하는 시스템도.
도 2는 쉘 코어를 사용한 주조에서의 유지로 및 코어의 압력 변화를 나타내는 그래프.
도 3은 무기 코어를 사용한 주조에서의 유지로 및 코어의 압력 변화를 나타내는 그래프.
도 4는 흡인 가압 주조 방법의 공정을 설명하는 흐름도(A), 및 주조 시에 있어서의 캐비티의 감압 상태와 감압 설정 패턴을 나타내는 그래프(B).
도 5는 기준이 되는 코어의 내압을 구하기 위한 실험 장치를 나타내는 단면도(A), 및 코어의 내압 변화를 나타내는 그래프(B).
도 6은 용탕에 의해 가압되었을 때의 코어 내압을 구하기 위한 실험 장치를 나타내는 단면도(A), 쉘 코어의 내압 변화를 나타내는 그래프(B), 및 무기 코어의 내압 변화를 나타내는 그래프(C).
도 7은 용탕의 삽입이 발생하는 압력을 구하기 위한 실험 장치를 나타내는 단면도(A), 및 압력 변화를 나타내는 그래프(B).

도 1에 나타내는 흡인 가압 주조 장치(1)는, 본 발명에 관한 흡인 가압 주조 방법이 적용 가능한 장치이며, 저압 주조 장치를 기본 구성으로 하여, 캐비티에 용탕을 충전하기 위한 수단, 캐비티를 배기하기 위한 수단, 이들 수단의 제어계를 구비한 것이다.

즉, 흡인 가압 주조 장치(1)는, 용탕(2)을 비축한 유지로(3)와, 코어(4)와 함께 캐비티(5)를 형성하는 금형(6)과, 유지로(3) 내에 가압용 기체를 공급하기 위한 용탕 가압 수단(7)과, 캐비티(5) 내를 흡인 배기하기 위한 흡인 배기 수단(8)을 구비하고 있다.

또한, 흡인 가압 주조 장치(1)는, 금형(6) 및 유지로(3)를 상하로 배치하기 위한 기반(9)과, 유지로(3)로부터 캐비티(5)에 이르는 용탕(2)의 상승 경로인 스토크(10)와, 기반(9) 위에서 금형(6)을 기밀적으로 포위하는 감압용 하우징(11)을 구비하고 있다.

유지로(3)는, 상측의 개방부(3A)에 있어서 스토크(10)의 상부를 유지하고 있고, 용탕(2)을 가열하기 위한 히터(도시되지 않음) 등을 구비하고 있다. 스토크(10)는, 상부에 탕 고임을 가짐과 함께, 하단부가 유지로(3)의 용탕(2)에 침지된 상태가 되어 있다. 감압용 하우징(11)은, 도시가 생략된 복수의 하우징으로 형성되며, 금형(6)과 마찬가지로 개폐 가능하다.

금형(성형형ㆍ주형)(6)은, 기반(9)에 고정된 하형(6L)과, 하형(6L)에 대향하여 승강 가능한 상형(6U)과, 하형(6L)과 상형(6U) 사이에 배치된 진퇴 가능한 중형(6M)을 구비하고, 코어(4)와 함께 주조 공간으로서의 캐비티(5)를 형성한다. 하형(6L)은, 스토크(10)의 상측에 연통되는 탕구(12)를 구비하고 있다.

코어(4)는, 코어 모래와 바인더의 혼합물을 이용하여, 이 혼합물을 성형형에 의해 소정 형상으로 성형하여 경화시킨 것으로서, 유기 바인더를 사용한 것(이하, 『쉘 코어』로 함)과, 무기 바인더를 사용한 것(이하, 『무기 코어』로 함)이 있다. 또한, 도시된 예의 코어(4)는, 양측에 코어 프린트(4A)를 갖고 있고, 금형(6) 내에서는, 하형(6L)과 중형(6M) 사이에 코어 프린트(4A)를 끼운 상태로 하여 위치 결정되어 있다.

용탕 가압 수단(7)은, 가압용 기체를 충전한 가압 가스 탱크(7A)와, 가압 가스 탱크(7A)로부터 유지로(3)에 이르는 급기 배관(7B)과, 급기 배관(7B)의 도중을 개폐하는 급기 밸브(V1)를 구비하고 있다. 가압용 기체는, 일례로서 공기이다. 또한, 유지로(3)에는, 센서용 배관(7C)을 통하여 유지로(3) 내의 압력을 검출하는 유지로 압력 센서 S1이 설치되어 있다.

흡인 배기 수단(8)은, 진공 탱크(8A)와, 진공 탱크(8A) 내를 흡인 배기하는 진공 펌프(8B)와, 진공 탱크(8A) 내의 압력을 검출하는 탱크 압력 센서 S2를 구비하고 있다. 또한, 흡인 배기 수단(8)은, 진공 탱크(8A)로부터 금형(6)의 캐비티(5)에 이르는 제1 배기 배관(8C)과, 진공 탱크(8A)로부터 금형(6) 내에 있어서의 코어(4)의 코어 프린트(4A) 부분에 이르는 제2 배기 배관(8D)과, 진공 탱크(8A)로부터 감압용 하우징(11)에 이르는 제3 배기 배관(8E)을 구비하고 있다. 제1 내지 제3 배기 배관(8C 내지 8E)에는, 그 도중을 개폐하는 제1 내지 제3의 배기 밸브(V2 내지 V4)가 각각 설치되어 있다.

또한, 흡인 배기 수단(8)은, 센서용 배관(8F)을 통하여 캐비티(5) 내의 압력을 검출하는 캐비티 압력 센서 S3과, 별도의 센서용 배관(8G)을 통하여 코어(4)의 코어 프린트(4A) 부분의 압력을 검출하는 코어 압력 센서 S4와, 또한 별도의 센서용 배관(8H)을 통하여 감압용 하우징(11) 내의 압력을 검출하는 감압용 하우징 압력 센서 S5를 구비하고 있다. 또한, 각 센서용 배관(8F 내지 8G)에는, 각각의 압력 센서 S3 내지 S5 이외에도, 압력계(M1 내지 M3)가 설치되어 있다.

또한, 흡인 가압 주조 장치(1)는, 컴퓨터로 구성되는 주 제어 장치(13)와, 각종 데이터류를 표시하는 표시 수단으로서의 모니터(14)를 구비하고 있다. 주 제어 장치(13)는, 각 압력 센서 S1 내지 S5로부터의 검출 신호를 입력함과 함께, 진공 펌프(8B), 급기 밸브(V1), 및 제1 내지 제3의 배기 밸브(V2 내지 V4)에 구동용 명령 신호를 출력한다.

이 주 제어 장치(13)는, 상기의 흡인 가압 주조 장치(1)를 사용하여 본 발명에 관한 흡인 가압 주조 방법을 실행하는 것으로, 일련의 주조 공정에 따라 미리 설정된 흡인 배기 수단(8)의 설정 감압 패턴이 입력되어 있다. 이 설정 감압 패턴은, 실험적으로 구하는 것이 가능하며, 그의 구체예는 후술한다.

여기서, 도 1에 나타내는 흡인 가압 주조 장치(1)에 있어서의 코어(4)에서는, 함유하는 수분량이나 바인더에 의한 경화 상태(소성 상태나 중합 상태) 등이 상이하며, 제조 로트나 보관 상태에 따라서도 수분량이나 경화 상태가 상이하다. 이로 인해, 주조 시에 용탕(2)이 코어(4)에 접촉되었을 때, 코어(4)로부터 발생되는 가스량이 변화하여, 설정 감압 패턴의 차에 의해, 탕 관련 불량이나 가스 결함이 발생될 우려가 있다.

도 2 및 도 3에는, 유지로(3)의 압력 변화에 수반되는 코어(4)의 압력 변화를 나타낸다. 도 2에는, 코어(4)가 상술한 쉘 코어인 경우의 압력 변화를 나타내고, 도 3에는, 코어(4)가 상술한 무기 코어인 경우의 압력 변화를 나타낸다. 유지로(3)의 압력은, 직접적으로는 가압용 기체의 공급 압력이지만, 간접적으로는 용탕(2)의 충전 압력이나 캐비티(5) 내의 용탕 압력을 나타낸다.

이에 비하여, 주 제어 장치(13)는, 흡인 가압 주조 방법을 실행하는 기능으로서, 설정 감압 패턴과, 실제의 주조 중에 측정된 캐비티(5) 및 코어(4)의 측정 압력 패턴을 비교하여, 쌍방의 차분에 기초하여 흡인 배기 수단(8)의 보정 감압 패턴을 산출하여, 다음번의 주조 시에 있어서의 설정 감압 패턴을 보정 감압 패턴에 의해 보정하는 기능을 갖고 있다.

즉, 흡인 가압 주조 방법은, 도 4의 (A)에 도시된 바와 같이, 스텝 ST1에 있어서 주조를 개시하면, 스텝 ST2에 있어서 설정 감압 패턴을 설정하여, 스텝 ST3에 있어서 설정 감압 패턴을 따라 주조를 행한다.

구체적으로는, 용탕 가압 수단(7)에 의해, 유지로(3) 내에 가압용 기체(공기)를 가압 공급함으로써, 용탕(2)을 스토크(10)에 통과시키고 금형(6)의 캐비티(5)에 충전함과 함께, 흡인 배기 수단(8)에 의해, 각 배기 밸브(V2 내지 V4)를 동작시켜, 캐비티(5) 내 및 감압용 하우징(11) 내를 흡인 배기한다. 이 때, 설정 감압 패턴은, 배기 밸브(V2 내지 V4)의 개방도를 제어하는 패턴이며, 도 4의 (B)에는, 캐비티(5)를 흡인 배기하는 제1 배기 밸브 V2의 개방도 패턴을 대표적으로 나타내고 있다.

또한, 스텝 ST3에 있어서의 주조 시에는, 캐비티 압력 센서 S3, 코어 압력 센서 S4 및 감압용 하우징 센서 S5의 측정값에 기초하여, 측정 압력 패턴을 산출한다. 그 후, 스텝 ST4에 있어서, 설정 감압 패턴과 측정 압력 패턴의 차로부터 보정할 흡인 배기량을 산출하여, 진공 탱크(8A)의 용량이나 내부 압력에 따라, 배기 밸브(V2 내지 V4)가 필요한 개방도를 산출한다. 이에 의해, 스텝 ST5에 있어서 보정 감압 패턴을 산출한다. 이 때, 보정 감압 패턴은, 상술한 설정 감압 패턴과 마찬가지로, 배기 밸브(V2 내지 V4)의 개방도를 제어하는 패턴이다.

그리고, 흡인 가압 주조 방법은, 스텝 ST6에 있어서 초기의 설정 감압 패턴을 보정 감압 패턴으로 보정(갱신)하여, 스텝 ST7에 있어서 다음 주조 사이클로 이행한다. 이에 의해, 다음번으로부터의 주조는 스텝 ST8에 있어서의 전 사이클로부터 개시되며, 또한, 스텝 ST2의 설정 감압 패턴은 스텝 ST6에서 갱신된 것이 되어, 이하, 동일한 공정을 반복하여 행하게 된다.

이와 같이, 상기 흡인 가압 주조 방법에서는, 설정 감압 패턴과, 측정 압력 패턴을 비교하여, 쌍방의 차분에 기초하여 보정 감압 패턴을 산출하여, 다음번의 주조 시에 있어서의 설정 감압 패턴을 보정 감압 패턴에 의해 보정하는 점에서, 코어(4)의 수분량이나 바인더에 의한 경화 상태가 상이한 경우에도, 설정 감압 패턴(배기 밸브의 개방도 패턴)과, 실제로 발생된 가스량을 포함하여 흡인 배기하는 데 필요한 이상적인 감압 패턴의 차를 작게 하여, 탕 관련 불량이나 가스 결함의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 상기 흡인 가압 주조 방법으로 주조품을 연속적으로 대량 생산할 경우, 코어(4)도 마찬가지로 연속적으로 생산된다. 이로 인해, 코어(4)는, 각각의 수분량이나 경화 상태가 현저하게 상이할 가능성은 낮고, 연속적으로 생산된 것에서는 수분량이나 경화 상태의 차가 비교적 작고, 제조 로트나 보관 상태가 상이한 것에서는 수분량이나 경화 상태의 차가 비교적 커진다. 따라서, 흡인 가압 주조 방법에서는, 각 코어(4)의 상태가 현저하게 상이한 것이 아니기 때문에, 산출된 보정 감압 패턴을 다음번의 주조에 반영시킴으로써, 패턴의 오차를 작게 하여 탕 관련 불량이나 가스 결함의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 흡인 가압 주조 방법에서는, 더 바람직한 실시 형태로서, 도 4의 (B)에 도시된 바와 같이, 캐비티(5) 및 코어(4)의 측정 압력 패턴이, 용탕(2)의 충전 개시부터 충전 완료까지의 제1 시간대와, 용탕(2)의 충전 완료로부터 코어(4)의 주위에 용탕(2)의 응고막이 형성될 때까지의 제2 시간대와, 코어(4)의 주위에 용탕(2)의 응고막으로부터 형성되고 나서 캐비티(5)의 흡인 배기를 정지하기까지의 제3 시간대를 포함하는 것으로 한다. 그리고, 흡인 가압 주조 방법에서는, 설정 감압 패턴과 측정 압력 패턴의 차분에 기초하여 흡인 배기 수단(8)의 보정 감압 패턴을 산출함과 함께, 어느 시간대의 측정 압력이 설정 감압 패턴으로부터 빠져 있는지를 모니터(표시 수단)(14)에 의해 표시한다.

상기의 제1 내지 제3 시간대에 있어서, 용탕(2)의 충전 개시부터 충전 완료까지의 제1 시간대는, 주로 코어(4)의 수분량에 영향을 받는 시간대이다. 또한, 용탕(2)의 충전 완료로부터 코어(4)의 주위에 용탕(2)의 응고막이 형성되기까지의 제2 시간대는, 주로, 코어(4)의 바인더에 의한 경화 상태(소성도나 중합도)의 영향을 받는 시간대이다. 또한, 코어(4)의 주위에 용탕(2)의 응고막으로부터 형성되고 나서 캐비티(5)의 흡인 배기를 정지하기까지의 제3 시간대는, 금형(6)의 시일 열화에 의한 누설의 영향을 받는 시간대이다.

또한, 흡인 가압 주조 방법에서는, 보다 바람직한 실시 형태로서, 일련의 주조 과정에 따라 미리 설정된 용탕 가압 수단(7)의 설정 가압 패턴을 사용하여, 상기의 제2 시간대에 있어서, 용탕 가압 수단(7)의 설정 가압 패턴으로부터 구한 코어(4) 주위의 용탕 압력보다도, 코어(4)의 측정 압력이 높아진 경우에, 주조품에 이상이 생기고 있다고 판단한다. 이 이상의 판단 결과도 모니터(14)에 표시할 수 있다.

그리고 또한, 흡인 가압 주조 방법에서는, 더 바람직한 실시 형태로서, 일련의 주조 과정에 따라 미리 설정된 용탕 가압 수단(7)의 설정 가압 패턴을 사용하여, 상기의 제2 시간대에 있어서, 용탕 가압 수단(7)의 설정 가압 패턴으로부터 구한 코어(4) 주위의 용탕 압력과, 코어(4)의 측정 압력의 차가 소정값 이하가 되도록 보정 감압 패턴을 산출된다.

여기서, 도 2 및 도 3에 있어서, 코어(4) 주위의 용탕 압력은, 캐비티(5)에 대한 용탕(2)의 충전 완료까지(제1 시간대)는 캐비티(5) 내의 압력과 거의 동등하다. 또한, 코어(4) 주위의 용탕 압력은, 용탕(2)의 충전 후(제2 시간대)는, 유지로(3) 내의 압력으로부터, 유지로(3) 내의 탕면으로부터 코어(4)의 중심에 이르는 높이에 상당하는 용탕 압력을 차감한 압력이다.

용탕(2)의 충전 전에 있어서, 캐비티(5)에 분출하는 코어(4)로부터의 가스는, 주로 코어(4)에 포함되는 수분이 증발된 것으로, 주조품에 도입되어 가스 결함이 되는 경우는 적지만, 캐비티(5) 및 감압용 하우징(11) 내의 흡인 배기해야 할 기체량을 변화시킨다. 이로 인해, 코어(4)에 포함되는 수분량이 많은 경우는 흡인 배기 수단(8)에 의한 흡인량을 높게 하고, 수분량이 적은 경우는 흡인량을 낮게 설정하지 않으면, 소기의 설정 감압 패턴을 유지할 수 없고, 박육부 등에 충전 불량을 일으킬 가능성이 높아진다.

또한, 도 2에 나타낸 바와 같이 쉘 코어를 사용한 경우, 용탕(2)을 캐비티(5)에 충전한 후에 코어(4)로부터 발생되는 가스는, 주로 바인더가 열 변성함으로써 생긴 것으로, 코어(4)의 바인더 첨가량의 변동이나 소성도에 따라 변동한다. 코어(4)의 주위에 응고막이 형성될 때까지(제2 시간대)는, 코어(4) 주위의 용탕 압력보다도 코어(4) 내의 가스 압력이 높아지면, 용탕(2) 내에 가스가 분출하여, 그 가스가 주조품에 도입되어 가스 결함이 된다. 코어(4) 내의 가스는, 코어 프린트(4A) 등을 통해 흡인 배기 수단(8)으로 유도되고 있다.

따라서, 흡인 배기 수단(8)의 압력을 모니터하여, 그의 압력이 소기의 설정 압력보다도 높은 경우는, 코어(4)로부터의 가스 발생량이 흡인량에 비해 많고, 코어(4)로부터 용탕(2) 내에 가스가 분출하여 가스 결함이 발생되었을 가능성이 높다.

또한, 흡인 배기 수단(8)의 압력을 모니터하여, 그의 압력이 소기의 설정 압력보다도 낮은 경우는, 흡인량보다 코어(4)로부터의 가스 발생량이 적은 경우이며, 코어(4) 주위의 용탕 압력에 비해 낮아지면, 코어(4)의 모래 사이에 용탕(2)이 침입하는 삽입이 생겨, 버닝 불량이 된다.

또한, 코어(4)의 주위 용탕(2)이 응고막을 형성한 후(제3 시간대)의 감압용 하우징(11)이나 캐비티(5)의 압력은, 감압용 하우징(11)의 시일로부터의 누설량에 따라 변동한다. 이 제3 시간대에서, 흡인 배기 수단(8)의 압력을 모니터하여, 그의 압력이 소기의 설정 압력까지 낮아지지 않는 경우에는, 누설이 증대되고 있을 가능성이 높다.

이러한 상황에 대해, 흡인 가압 주조 방법에서는, 상술한 바와 같이, 흡인 배기 수단(8)의 보정 감압 패턴을 산출함과 함께, 제1 내지 제3 시간대 중 어느 시간대의 측정 압력이 설정 감압 패턴으로부터 빠져 있는지를 모니터(14)로 표시한다. 이에 따라, 흡인 가압 주조 방법에서는, 코어(4)의 수분량이나 바인더에 의한 경화 상태(소성도나 중합도), 혹은 시일 열화에 의한 가스 누설 등의 상황을 신속하게 파악하여, 예를 들어 오퍼레이터에게 이상을 신속하게 알릴 수 있고, 흡인 배기 수단(8)의 보다 정확한 제어를 실현함과 함께, 설비 보전의 조기 대처 등을 도모할 수 있다.

또한, 흡인 가압 주조 방법에서는, 상술한 바와 같이, 용탕 가압 수단(7)의 설정 가압 패턴을 사용하여, 제2 시간대에 있어서, 용탕 가압 수단(7)의 설정 가압 패턴으로부터 구한 코어(4) 주위의 용탕 압력보다도, 코어(4)의 측정 압력이 높아진 경우, 주조품에 이상이 생겼다고 판단한다. 즉, 흡인 가압 주조 방법에서는, 코어(4) 주위의 용탕 압력보다도 코어(4)의 측정 압력이 높아진 경우에는, 가스 결함이 생길 가능성이 매우 높으므로, 그것을 이상 처리함으로써, 불량품의 유출을 방지할 수 있다.

또한, 흡인 가압 주조 방법에서는, 상술한 바와 같이, 용탕 가압 수단(7)의 설정 가압 패턴을 사용하여, 제2 시간대에 있어서, 설정 가압 패턴으로부터 구한 코어(4) 주위의 용탕 압력과, 코어(4)의 측정 압력의 차가 소정값 이하가 되도록 보정 감압 패턴을 산출한다. 이에 따라, 흡인 가압 주조 방법에서는, 과잉의 압력을 가하는 것이 미연에 저지되고, 용탕(2)이 코어 모래 사이에 침투(삽입)하는 경우가 없어서, 버닝 불량의 발생을 방지할 수 있다.

도 5 내지 도 7은, 흡인 배기 수단(8)의 설정 감압 패턴(배기 밸브의 개방도 패턴)을 설정하기 위하여 행해지는 실험 장치를 설명하는 도면이다.

도 5의 (A)에 나타내는 실험 장치(E1)는, 기준이 되는 코어의 내압을 구하기 위한 장치이며, 중심에 측압용 파이프(21)를 설치한 코어(4)를, 코어 프린트(4A)를 유지하는 형태로 진공 챔버(22)에 수용하고, 진공 챔버(22) 내를 감압하여, 진공 챔버(22) 내의 압력 P1-1, 코어(4)의 코어 프린트(4A)의 압력 P1-2 및 코어(4)의 중심 압력 P2를 구한다.

그 결과는, 도 5의 (B)에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(22)의 압력 P1-1 및 코어(4)의 코어 프린트(4A)의 압력 P1-2에 있어서는, 흡인 배기와 함께 압력값이 저하되며, 일정한 압력을 유지한다. 또한, 코어(4)의 중심 압력 P2에 있어서는, 점차적으로 감소하여 캐비티(5)의 압력에 도달한다.

도 6에 나타내는 실험 장치(E2)는, 용탕(2)에 의해 가압되었을 때의 코어(4)의 내압을 구하기 위한 장치이며, 중심에 측압용 파이프를 설치한 코어(4)를, 코어 프린트(4A)를 유지하는 형태로 하여, 헤드압이 걸리도록 용기(23) 내의 용탕(2)에 침지하고, 이 때, 코어 프린트(4A)는 중공체(24)에 의해 유지하며 대기압 상당에 노출시켜, 코어(4)의 중심 압력 P3 및 코어 프린트(4A)의 압력 P1-2를 측정한다.

도 6의 (B)는, 코어(4)가 쉘 코어인 경우(도 2 참조)의 압력 변화이며, 수증기의 발생에 의한 피크를 거친 후, 바인더의 열 변성으로 발생된 가스에 의한 피크를 갖고, 그 후에 감소한다. 도 6의 (C)는, 코어(4)가 무기 코어인 경우(도 3 참조)의 압력 변화이며, 수증기의 발생에 의한 피크를 거친 후에 감소한다.

도 7에 나타내는 실험 장치(E3)는, 용탕(2)의 삽입이 발생하는 압력을 구하기 위한 장치이며, 진공 박스(25)의 저면에 코어 재료(26)가 노출되도록 설치하여, 진공 박스(25) 내의 압력을 변화시켜, 도면 중 가상선으로 나타낸 바와 같이, 용기(27) 내의 용탕(2)에 코어 재료(26)를 접촉시키는 실험을 행하여, 코어 재료(26)의 표면에 삽입이 생기지 않는 압력 P4를 측정한다. 그 결과는, 도 7의 (B)에 도시된 바와 같이, 급격하게 저하된 후에 완만하게 감소한다.

설정 감압 패턴이나 설정 가압 패턴에 사용하는 코어(4)의 중심 압력은, 상기의 중심 압력 P2와 용탕 압력 P3의 합을 사용한다. 또한, 코어(4)의 중심 압력에는, 코어 프린트(4A)의 압력으로부터 추정되는 보정분을 가미해도 된다.

코어(4) 주위의 용탕 압력은, 용탕(2)의 충전 중은 캐비티(5)의 압력으로 하여, 용탕(2)의 충전 완료 시점에서, 유지로(3)의 압력으로부터, 유지로(3) 내의 탕면에서 게이트에 이르는 높이와, 코어 중심으로부터 주조품 상면까지의 높이를 더한 용탕 높이분의 압력을 차감한 것으로 한다.

버닝 한계압은, 중심 압력 P2와 용탕 압력 P3의 합으로부터, 삽입이 발생하지 않는 압력 P4를 차감한 압력을 사용한다. 혹은, 유지로(3)의 압력으로부터, 유지로(3) 내의 탕면에서 게이트에 이르는 높이와, 코어 중심으로부터 주조품 상면까지의 높이를 더한 용탕 높이분의 압력을 차감한 것과, 삽입이 발생하지 않는 압력 P4의 차여도 된다.

그리고, 용탕 충전 완료의 직전(예를 들어 수초 전)으로부터 용탕 충전 완료 후(예를 들어 수초 후)에 있어서, 코어(4)의 표면으로부터 소정 두께의 응고막이 형성될 때까지의 동안, 코어(4) 주위의 용탕 압력이, 코어(4)의 중심 압력을 상회하며, 또한 버닝 한계압을 하회하도록, 유지로(3)의 압력을 컨트롤한다.

이러한 사고 방식으로, 흡인 배기 수단(8)의 설정 감압 패턴(배기 밸브의 개방도 패턴)을 제작한다. 밸브 제어는, 피드백 제어가 아니라, 패턴 제어로 한다. 또한, 주조의 사이클 중에는, 캐비티(5)의 압력이나 코어 프린트(4A)의 압력을 모니터하여, 설정 감압 패턴과의 어긋남양을 평가한다.

그리고, 상기 평가값을 사용하여, 다음의 주조 사이클의 설정 감압 패턴을 보정(갱신)한다. 또한, 실측값과 설정 감압 패턴의 어긋남량 평가법으로서, 코어침지 직후의 구간, 바인더의 변성 시간대, 및 코어 가스 안정 구간에 주목하여, 패턴 제어 시에는, 동일 계통에, 복수의 밸브를 설치하여, 각각에 우선 순위 등을 부여해서 제어의 응답 속도의 개선이 도모되도록 하는 것이 더 바람직하다.

본 발명에 관한 흡인 가압 주조 방법은, 그의 구체적 구성이 상기 각 실시 형태에만 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성의 세부를 적절히 변경하는 것이 가능하다.

1: 흡인 가압 주조 장치
2: 용탕
3: 유지로
4: 코어
5: 캐비티
6: 금형
7: 용탕 가압 수단
8: 흡인 배기 수단
8A: 진공 탱크
V2 내지 V4: 배기 밸브

Claims (5)

1. 용탕을 축적한 유지로와, 코어와 함께 캐비티를 형성하는 금형과, 유지로 내에 가압용 기체를 공급하기 위한 용탕 가압 수단과, 캐비티 내를 흡인 배기하기 위한 흡인 배기 수단을 구비한 주조 장치를 사용하여, 금형의 캐비티에 용탕을 가압 충전함과 함께 캐비티를 흡인 배기하는 흡인 가압 주조를 행할 때에,
   실제의 주조 중에 캐비티 압력을 측정하고, 코어 압력을 측정하며,
   캐비티 압력 및 코어 압력의 측정된 값들에 기초하여 측정 압력 패턴을 산출하고,
   주조 과정에 따라 미리 설정된 흡인 배기 수단의 설정 감압 패턴과, 실제의 주조 중에 측정된 캐비티 및 코어의 측정 압력 패턴을 비교하여, 쌍방의 차분에 기초하여 흡인 배기 수단의 보정 감압 패턴을 산출하고,
   다음번의 주조 시에 있어서의 설정 감압 패턴을 보정 감압 패턴에 의해 보정하는 것을 특징으로 하는, 흡인 가압 주조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   캐비티 및 코어의 측정 압력 패턴이, 용탕의 충전 개시부터 충전 완료까지의 제1 시간대와, 용탕의 충전 완료로부터 코어의 주위에 용탕의 응고막이 형성될 때까지의 제2 시간대와, 코어의 주위에 용탕의 응고막으로부터 형성되고 나서 캐비티의 흡인 배기를 정지할 때까지의 제3 시간대를 포함하며,
   설정 감압 패턴과 측정 압력 패턴의 차분에 따라 흡인 배기 수단의 보정 감압 패턴을 산출함과 함께, 어느 시간대의 측정 압력이 설정 감압 패턴으로부터 빠져 있는지를 표시 수단에 의해 표시하는 것을 특징으로 하는, 흡인 가압 주조 방법.
3. 제2항에 있어서,
   주조 과정에 따라 미리 설정된 용탕 가압 수단의 설정 가압 패턴을 사용하여,
   용탕의 충전 완료로부터 코어의 주위에 용탕의 응고막이 형성될 때까지의 제2 시간대에 있어서,
   용탕 가압 수단의 설정 가압 패턴으로부터 구한 코어 주위의 용탕 압력보다도, 코어의 측정 압력이 높아진 경우에, 주조품에 이상이 발생하였다고 판단하는 것을 특징으로 하는, 흡인 가압 주조 방법.
4. 제2항에 있어서,
   주조 과정에 따라 미리 설정된 용탕 가압 수단의 설정 가압 패턴을 사용하여,
   용탕의 충전 완료로부터 코어의 주위에 용탕의 응고막이 형성될 때까지의 제2 시간대에 있어서,
   용탕 가압 수단의 설정 가압 패턴으로부터 구한 코어 주위의 용탕 압력과, 코어의 측정 압력의 차가 소정값 이하가 되도록 보정 감압 패턴을 산출하는 것을 특징으로 하는, 흡인 가압 주조 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   흡인 배기 수단이, 진공 탱크와, 진공 탱크로부터 캐비티에 이르는 흡인 배기 경로를 개폐하는 배기 밸브를 구비하고 있고,
   설정 감압 패턴 및 보정 감압 패턴이, 배기 밸브의 개방도를 제어하는 패턴인 것을 특징으로 하는, 흡인 가압 주조 방법.

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