KR102118208B1 - 중자를 갖는 용탕 충진 장치 - Google Patents

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팔미금속공업주식회사
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Abstract

본 발명은 중자를 갖는 용탕 충진 장치에 관한 것으로, 주조 시 금속을 용융시킨 용탕(Molten Metal)을 주입시키는 나팔관 형상의 탕류와; 상기 탕류로부터 주입된 용탕이 수직으로 흐르도록 상부 주입구에는 넓고 하부로 점점 좁아지도록 형성하여 공기와 같은 불순물이 들어가는 것을 방지하는 스프루; 상기 스프루와 기밀 접속되어 금형 캐비티로 용탕을 이동시키는 러너 시스템; 상기 러너 시스템의 상부에 위치하여 기밀 접속되며, 상기 금형 캐비티로 주입된 용탕의 응고 중 상변화와 냉각에 의한 수축으로부터 부족한 용탕을 보충하는 압탕 기능을 갖는 라이저와; 상기 금형 캐비티로 주입된 전체 용탕을 가압시켜 공기와 불순물을 밀어냄과 동시에 역류를 방지하고 주형의 일부를 담당하기 위해 레진과 모래로 혼합 소성시킨 중자가 포함되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 장치를 구현함으로써, 주조에 따른 용탕의 온도 보존으로 냉각속도의 지연과 용탕의 유동성을 향상시켜 급냉으로 인한 압력손실을 줄여 용탕의 사용량을 크게 줄일 수 있으며, 라이저(Riser)를 통한 부족한 용탕을 보충하는 압탕으로 인한 기포와 불순물 및 크랙의 발생을 원천적으로 방지시켜 주물의 제품 불량률을 크게 개선함은 물론, 구조가 간단하여 제조원가를 획기적으로 저감할 수 있는 효과가 있다.

Description

중자를 갖는 용탕 충진 장치{Molten Metal Filling Apparatus with Shell Sand Core}
본 발명은 용탕 충진 장치에 관한 것으로, 특히 종래 가스나 공기를 불어넣는 강제 방식과 달리, 레진과 모래를 혼합 소성시킨 중자(Shell Sand Core)를 인서트 하는 방식을 통해 용탕의 역류를 방지하고 제품의 불량률을 개선하며 제조 원가를 획기적으로 저감하도록 한 용탕 충진 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 주조(Casting)란 철이나 알루미늄 합금, 구리, 황동, 스테인레스 등의 금속을 융점보다 높은 온도에서 가열하여 액체로 만들어 거푸집에 부어 굳히는 가공 방법을 말한다.
주조에 사용되는 형식은 원하는 형상의 제품을 만들기 위해 녹인 금속이나 가소성 재료를 유입시키는 금형 캐비티(Mold Cavity)나 거푸집을 주형(Mold)이라고 하며, 주조로 만들어진 제품을 주물(Cast-iron Product)이라고 한다.
주조 공정과 구조는 크게 주형의 분리선(Parting Line)을 기준으로 위쪽에 위치하는 틀의 상형(Cope)과 아래쪽에 위치하는 틀의 하형(Drag)으로 구분되며, 금속을 용융시킨 쇳물 또는 용탕(Molten Metal)의 주입구인 탕류(Pouring Basin) 및 공기와 같은 불순물의 유입을 방지하도록 하는 스프루(Sprue)를 통해 쇳물이 주입되면 게이트(Gate)와 러너 시스템(Runner System)을 경유하여 금형 캐비티(Mold Cavity)로 용탕이 들어가서 주물 제품을 성형하게 된다. 이때 상기 스프루는 주입된 용탕이 수직으로 흐르는 탕구로서 상부 주입구에서 가장 넓고 하부로 점점 좁아지도록 형성하여 공기와 같은 불순물이 들어가는 것을 방지하는 기능을 수행한다. 또한 상기 러너 시스템은 용탕을 이동시키는 탕도로서 상기 스프루 및 게이트와 연결되어 용탕을 이동시켜 금형 캐비티에 꽉 차도록 유도하는 기능을 갖는다. 그리고 상기 러너 시스템의 상부에 위치하여 연결되는 라이저(Riser)는 주조 공정에서 금형 캐비티로 주입된 용탕을 가압시켜 공기와 불순물을 밀어냄과 동시에 응고 및 수축에 의한 부족한 용탕(또는 쇳물)을 보충하는 압탕(Feeder Head)의 기능을 수행하게 된다.
그러나 용탕이 상기 스프루를 통해 수직 하향으로 주입 시 주변 공기에 의해 식으면서 생성된 공기와 불순물이 함께 주입되므로 상기 라이저를 통해 압탕을 보충하더라도 금형 캐비티에서 성형되는 주물 제품에는 잔류하는 공기와 불순물로 인해 기포와 크랙(Crack)이 발생하거나 크랙부분을 채우기 위해 쇳물이 과다 주입되어 불량 제품을 생산하게 된다. 이를 극복하기 위해 상기 러너 시스템(Runner System)의 상부에 라이저(Riser)가 구비되어 있으나, 실제 주물 생산 과정에서 불량 문제를 근원적으로 해결하지 못하고 있다. 또한 상기 스프루(Sprue)와 게이트(Gate) 사이에 공기와 불순물을 강제로 배출시키는 고가의 배출용 자동밸브 등을 장착하고 있으나, 이 역시 용탕의 높은 온도에 의해 그 기능이 제대로 발휘되지 못하고 있다.
한편, 특개2015-404호(2015.01.05.)의 용탕 충진 장치 및 그 방법에 의하면, 용탕을 주형(B)으로 충진시키는 내열성 입상물을 수용하는 입상물 호퍼(16)와; 상기 주형의 탕구(Sprue)와 기밀로 접촉시켜 상기 입상물 및 가스를 상기 탕구(C)로 보내는 마우스(10)와; 상기 입상물 호퍼로부터 입상물을 소정량으로 계량하여 상기 마우스로 보내는 입상물절출유니트(21)와; 상기 입상물 호퍼와 마우스를 접속하는 배관(20)에는 소정의 압력을 갖도록 공기(Air)를 불어주는 자동밸브(42)와; 상기 흡입된 공기의 양을 조정하는 유량조절밸브(44)를 갖는 용탕 충진 장치를 구현함으로써, 용탕을 스프루(Sprue Unit)로부터 러너 시스템(Runner System)까지 확실하고 신속하게 유동시킴으로써, 용탕이 역류하는 것을 방지할 수 있는 목적 및 효과가 있다.
그러나 위 발명 특허는 입상물 및 가스를 탕구로 보내는 마우스가 입상물 호퍼와 접속된 배관을 통해 공기(Air)를 조절하여 불어 넣는 강제 방식을 채택함으로써, 주형 공동부로 주입되는 용탕이 역류하는 것을 방지할 수는 있으나, 금형 캐비티와 기밀 접촉되는 라이저(Riser)의 하부에서의 기포 및 크랙(Crack)이나 크랙으로 인한 용탕의 과다 주입을 방지할 수 없으며, 또한 가스와 공기(Air)를 불어 넣기 위한 마우스와 자동밸브 및 유량조절밸브 등의 추가적인 설비로 인해 용탕 충진 장치의 제작에 따른 비용이 높고 유지관리가 매우 복잡한 문제가 여전히 남아 있다.
따라서 본 발명은 특별히 고안된 중자를 통해 상기 문제점을 해소함과 동시에 별도의 설비가 요구되지 않은 개선된 중자를 갖는 용탕 충진 장치를 제안한다.
본 발명의 목적은 보다 상세하게는 종래 기술의 문제점을 해소함과 동시에 주조 시 용탕을 주입한 후, 레진(Resin)과 모래(Sand)로 소성시킨 중자(Shell Sand Core)를 스프루(Sprue)의 내부에 인버터로 가압하는 방식의 용탕 충진 장치를 구현함으로써, 주조에 따른 용탕의 온도 보존으로 냉각속도의 지연과 용탕의 유동성을 향상시켜 급냉으로 인한 압력손실을 줄여 용탕의 사용량을 크게 줄일 수 있으며, 라이저(Riser)를 통한 부족한 용탕을 보충하는 압탕으로 인한 기포와 불순물 및 크랙의 발생을 원천적으로 방지시켜 주물의 제품 불량률을 크게 개선함은 물론, 구조가 간단하여 제조원가를 획기적으로 저감할 수 있도록 한 중자를 갖는 용탕 충진 장치를 제공한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 주조 시 금속을 용융시킨 용탕(Molten Metal)을 주입시키는 나팔관 형상의 탕류(Pouring Basin,100)와; 상기 탕류로부터 주입된 용탕이 수직으로 흐르도록 상부 주입구는 넓고 하부로 점점 좁아지도록 성형하여 공기와 같은 불순물이 들어가는 것을 방지하는 스프루(Sprue,200)와; 상기 스프루와 기밀하게 접합되어 금형 캐비티(Mold Cavity)로 용탕을 이동시키는 러너 시스템(Runner System,300)과; 상기 러너 시스템의 상부에 위치하여 기밀하게 접속되며, 상기 금형 캐비티로 주입된 용탕의 응고 중 상변화와 냉각에 의한 수축으로부터 부족한 용탕을 보충하는 압탕(Feeder Head) 기능을 갖는 라이저(Riser, 400)와; 상기 금형 캐비티로 주입된 전체 용탕을 가압시켜 공기와 불순물을 밀어냄과 동시에 역류를 방지하고 주형의 일부를 담당하기 위해 레진과 모래로 혼합 소성시킨 중자(Shell Sand Core,500)가 포함되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 상기 금형 캐비티로 용탕 주입 완료 후, 상기 스프루(Sprue,200)의 80~90% Level(L2)까지 용탕을 더 채운 상태에서 기계적 압력을 가해 기밀 상태로 인서트(Insert)되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 레진(Resin) 3.0±0.3%와 모래(Sand) 97%의 혼합 비율로 200~250℃의 가스 불에서 소성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 상기 스프루에 인서트하기 전에 용탕면과 접촉 시 급속 냉각을 방지하기 위해 사전에 200℃로 예열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 상기 금형 캐비티에 주입되는 용탕의 전체 중량과 상기 스프루의 내경에 따라 사이즈와 예열온도가 정해지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 상기 금형 캐비티(Mold Cavity)로부터 용탕이 역류하는 것을 방지하고 용탕의 유동성을 보존시켜 급냉으로 인한 압력의 손실을 줄이고 제품 불량률을 줄이기 위해 기계적 압력을 가해 기밀 상태로 인서트(Insert)할 경우 인버터를 사용하여 1~5kg/cm2로 조정하면서 용탕의 응고속도에 따라 가압되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 쇠를 녹여 주물을 제작하는 사형(Sand Mold) 구조의 주형과 구리, 알루미늄, 스테인레스와 같은 모든 용융금속의 주형에 적용 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 탕류(100)와 스프루(200)는, 서로가 일체화되며, 주형(Mold)의 상형(Cope)에 각각 성형(Molding)되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 러너 시스템(300)과 라이저(400)는, 주형(Mold)의 상형(Cope,600a)과 하형(Drag,600b) 모두에 하나 또는 하나 이상으로 성형(Molding)되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 라이저(400)는, 상기 금형 캐비티로 주입된 용탕이 응고 중 상변화와 냉각에 의한 수축으로부터 부족한 용탕을 보충하기 위해 주형(Mold)의 상형(Cope,600a) 부분은 상기 금형 캐비티 보다 높게 성형되고, 주형의 하형(Drag,600b) 부분은 상기 금형 캐비티 보다 낮게 성형되며, 또한, 상기 러너 시스템(00)으로부터 이동된 용탕을 저장하여 압탕(Feeder) 기능을 수행하도록 상기 라이저(400)의 상부는 오목한 구조로 밀폐되고, 하부는 블록한 구조로 밀폐되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 중자를 갖는 용탕 충진 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명은, 용탕 주입 시 가스와 공기(AiR)를 강제적으로 불어넣는 종래의 방식과 달리 레진과 모래로 소성시킨 중자 압입 방식을 채택함으로써, 용탕 충진 장치의 구조가 매우 간단하여 제조비용을 획기적으로 저감할 수 있으며, 금형 캐비티(Mold Cavity)로부터 용탕이 역류하는 것을 방지할 수 있다.
(2) 본 발명은, 용탕 주입 완료 후 스프루(Sprue)에 200~250℃의 예열된 중자의 투입으로 인해 용탕의 온도 보존으로 냉각속도를 지연시킴과 동시에 용탕의 유동성을 향상시켜 급속 냉각으로 인한 압력손실을 줄여 용탕의 사용량을 크게 줄일 수 있다.
(3) 본 발명은, 라이저(Riser)를 통한 부족한 용탕을 보충시키는 압탕으로 인한 성형된 주물에서 발생되는 기포와 불순물 및 크랙을 원천적으로 방지시킬 수 있다.
(4) 본 발명은, 중자는 인버터를 사용하여 주입된 용탕을 서서히 가압시킴으로써, 금형 캐비티(Mold Cavity) 내부에 주입된 용탕의 수축율 증가로 주물 제품은 더욱 단단해져 후가공처리가 용이하며 제품의 불량률을 크게 개선시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 용탕 충진 장치를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 장치에 대한 핵심 기술적 구성을 나타낸 입체도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 장치에 대한 상형과 하형에 성형된 라이저(Riser)를 나타낸 실물 사진
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 장치에 대한 상형과 하형을 주형 장치에 부착한 것을 나타낸 실물 사진
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 장치에 대한 (a)스프루에 주입된 용탕의 레벨 및 (b)스프루 내부에 가압된 중자를 나타낸 입체도
도 6은 상기 5의 중자를 스프루 내부에 가압하는 방법을 설명하기 위한 도면
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 하며 비록 종래기술과 동일한 부호가 표시되더라도 종래기술은 그 자체로 해석하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 장치의 핵심 기술 구성은 탕류(Pouring Basin,100)와 스프루(Sprue,200), 러너 시스템(Runner System,300), 라이저(Riser, 400) 및 중자(Shell Sand Core,500)로 구성된다.
도 2 및 도 6을 참조하여, 상기 탕류(Pouring Basin,100)는, 금속을 용융시킨 쇳물 또는 용탕(Molten Metal)을 주입시키는 주입구 수단으로서, 높은 온도를 갖는 용탕을 작업자가 아무런 장애 없이 용이하게 주입할 수 있도록 나팔관 형상을 갖는다.
도 2 및 도 6을 참조하여, 상기 스프루(Sprue,200)는, 용탕을 상기 탕류(100)로 주입 시 공기와 같은 불순물의 유입을 방지하도록 하는 수단으로, 상기 탕류(100)로부터 주입된 용탕이 수직으로 흐르도록 상부 주입구는 넓고 하부로 점점 좁아지도록 성형하여 공기와 같은 불순물이 들어가는 것을 방지하도록 한다.
여기서, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 탕류(Pouring Basin,100)와 스프루(Sprue,200)는 서로가 일체화되며, 주형(Mold)의 상형(Cope,600a)에 각각 성형(Molding) 된다.
도 2를 참조하여, 상기 러너 시스템(Runner System,300)은, 상기 스프루(Sprue,200)로부터 공급되는 용탕을 이동시키는 탕도 수단으로서, 상기 스프루(Sprue,200)와 기밀하게 접합되어 금형 캐비티(Mold Cavity)로 용탕을 이동시키는 역할을 수행한다.
여기서, 상기 스프루(Sprue,200)와 러너 시스템(Runner System,300) 사이에는 금형 캐비티(Mold Cavity)로 용탕을 용이하게 이동시키기 위해 별도의 게이트(Gate) 수단이 설치될 수 있다.
도 2를 참조하여, 상기 라이저(Riser, 400)는, 주조 시 금형 캐비티(Mold Cavity)에서 응고 및 수축에 의한 부족한 용탕을 보충하기 위한 수단으로서, 상기 러너 시스템(Runner System,300)의 상부에 위치하여 기밀하게 접속되며, 상기 금형 캐비티로 주입된 용탕의 응고 중 상변화와 냉각에 의한 수축으로부터 부족한 용탕을 보충하는 압탕(Feeder Head) 기능을 갖는다.
여기서, 상기 압탕(Feeder Head )이란 주조 공정에서 금형 캐비티(혹은 주형)로 이동된 용탕(혹은 쇳물)이 응고 중 상변화와 냉각에 의한 수축으로부터 부족한 용탕을 보충하기 위한 수단으로, 거푸집(또는 주형)의 상부에 위치하여 용융 금속이 주형 안에서 응고할 때에 주형 내부에 수축으로 인한 결함이 생기지 않게 하기 위해서는 응고 진행 중에 쇳물이 식을 때에 줄어드는 양만큼 부어주는 쇳물을 말한다.
또한, 도 3 내지 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 라이저(Riser, 400)는, 상기 금형 캐비티로 주입된 용탕이 응고 중 상변화와 냉각에 의한 수축으로부터 부족한 용탕을 보충하기 위해 주형(Mold)의 상형(Cope,600a) 부분(도 3 (a)항의 부호 400a~400c 참조)은 상기 금형 캐비티 보다 높게 성형되고, 주형의 하형(Drag,600b) 부분(도 3 (a)항의 부호 400d~400f 참조은 상기 금형 캐비티 보다 낮게 성형된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 라이저(Riser, 400)는, 상기 러너 시스템(Runner System,300)으로부터 이동된 용탕을 저장하여 압탕(Feeder) 기능을 수행하도록 하기 위해서는 상기 라이저(Riser, 400)의 상부는 오목한 구조(도 3 (a)항의 부호 400a~400c 참조)로 밀폐되고, 하부는 블록한 구조(도 3 (a)항의 부호 400d~400f 참조)로 밀폐된다.
여기서, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 러너 시스템(300)과 라이저(400)는, 주형(Mold)의 상형(Cope,600a)과 하형(Drag,600b) 모두에 하나 또는 하나 이상으로 성형(Molding) 될 수 있다.
도 2와 도 5 및 도 6을 참조하여, 상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 금형 캐비티로 주입되는 쇳물에 유입된 공기와 불순물을 제거하고 역류를 방지하는 수단으로서, 상기 금형 캐비티로 주입된 전체 용탕을 가압시켜 공기와 불순물을 밀어냄과 동시에 역류를 방지하고 주형의 일부를 담당하기 위해 레진과 모래로 혼합 소성시킨다.
여기서 본 발명의 실시 에에 따른 상기 중자(Shell Sand Core)는 모래와 점결제를 혼합한 뒤 가스로 열을 가하여 딱딱한 형상으로 굳힌 것을 말한다. 주로 레진(Resin)이라 불리는 원료를 점결제와 가격이 저렴한 일반 모래(Sand)를 일정 비율로 혼합하여 고온으로 열을 가하면 레진이 녹으면서 모래와 결합되어 단단한 형상을 만들어 낼 수 있다. 중자는 복잡한 형상의 주물 제품을 만들 때 주로 사용하게 된다. 또한 높은 온도의 쇳물에 녹은 중자의 일부가 금형 캐비티(혹은 주형)의 내부로 들어가 부분적으로 주형 형상을 담당하게 되는 역할을 수행할 수 있으며, 금형 캐비티로 주입된 용탕이 역류하는 것을 방지할 수 있는 특징이 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 상기 금형 캐비티(Mold Cavity)로 용탕 주입이 완료된 후, 상기 스프루(Sprue,200)의 80~90% Level(L2)까지 용탕을 더 채운 상태에서 기계적 압력을 가해 기밀 상태로 인서트(Insert) 된다.
여기서, 상기 중자를 기계적 압력을 가해 기밀 상태로 상기 스프루(200) 내부로 인서트 시키는 이유는, 금형 캐비티 내부로 주입시킨 용탕을 가압시킴으로써, 용탕 주입 시 스프루 내의 주변 공기와 주변 공기로 인한 용탕이 식으면서 생성된 불순물을 제거하고 상기 금형 캐비티로 가압된 용탕이 스프루(200)를 통해 역류되는 것을 방지하기 위함이다. 이러한 본 발명의 중자는 레진과 일반 모래를 일정 비율로 혼합하여 소성시킨 것이므로 매우 가볍고 구조가 간단하여 종래 기술과 같이 역류를 방지하기 위해 가스 및 공기를 강제로 불어 넣는 장치들이 요구되지 않은 특징이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 레진(Resin) 3.0±0.3%와 모래(Sand) 97%의 혼합 비율로 200~250℃에서 소성시킨다.
여기서, 상기 혼합 비율로 소성시킨 중자의 특징은, 높은 온도의 쇳물과 맞닿는 중자의 일부가 금형 캐비티 내부로 들어가 부분적으로 주형 형상을 담당하는 역할을 수행하여 주물의 후처처리 과정을 줄임과 동시에 용탕의 역류를 방지할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 상기 스프루(200)에 인서트하기 전에 용탕면과 접촉 시 급속 냉각을 방지하기 위해 사전에 200℃로 예열시킨다.
여기서 상기 중자를 예열시키는 특징은, 용탕을 주입하는 주입구인 상기 탕류(100)가 나팔관 형상을 갖고 있으며, 상기 스프루(200)는 상부는 넓고 하부는 좁아지도록 성형되어 쇳물의 중량과 중력에 의해 금형 캐비티내부로 가압될 수 있도록 되어 있기 때문에 주입 시 쇳물이 주변 공기로 인해 냉각되면서 불순물이 생성될 수 있다. 이를 방지하기 위해 스프푸(200) 내부로 인서트 되는 중자가 용탕면과 접촉 시 급속 냉각되는 것을 방지하기 위해 상기 중자(500)를 사전에 예열하는 것이다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 상기 금형 캐비티(Mold Cavity) 내부로 주입되는 용탕의 전체 중량과 상기 스프루(200)의 내경 규격에 따라 상기 중자의 사이즈와 예열온도가 달라지는 것을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 상기 금형 캐비티(Mold Cavity)로부터 용탕이 역류하는 것을 방지하고 용탕의 유동성을 보존시켜 급냉으로 인한 압력의 손실을 줄이고 제품 불량률을 줄이기 위해 기계적 압력을 가해 기밀 상태로 인서트(Insert)할 경우 인버터를 사용하여 1~5kg/cm2로 조정하면서 용탕의 응고속도에 따라 가압될 수 있다.
여기서 상기 인버터를 사용하는 이유는, 금형 캐비티로 주입된 용탕은 서서히 냉각되어 응고되기 전까지 인버터로 가압된 예열된 중자(500)와 접촉하면서 금형 캐비티로 지속적으로 가압시킴으로써 공기와 불순물을 제거하여 제품의 불량률을 줄일 수 있는 특징이 있다.
이러한 본 발명의 실시 예에 따른 상기 중자(Shell Sand Core,500)를 스프루(Sprue,200) 내부에 삽입하는 방식은, 종래 기술의 금형 캐비티(Mold Cavity) 내부로 가스와 공기를 강제적으로 불어 넣는 방식에 비해, 용탕 충진 장치의 구조가 매우 간단함으로써 제조비용을 획기적으로 저감할 수 있으며, 유지관리가 용이하다. 그리고 중자는 인버터를 사용하여 주입된 용탕을 서서히 가압시킴으로써, 금형 캐비티(Mold Cavity) 내부에 주입된 용탕의 수축율 증가로 주물 제품은 더욱 단단해져 후가공처리가 용이하며 제품의 불량률을 크게 개선시킬 수 있는 특징이 있다.
또한, 레진과 일반 모래를 일정 비율로 혼합 소성한 중자(Shell Sand Core,500)를 스프루(Sprue,200) 내부로 삽입하는 방식을 채택함으로써, 금형 캐비티(Mold Cavity)로 주입된 쇳물의 역류를 방지할 수 있다.
그리고 금형 캐비티(Mold Cavity) 내부에서 쇳물이 서서히 냉각되어 응고되기 전까지 인버터(Inverter)를 사용하여 중자를 지속적으로 가압시킴으로써, 주조 과정에서 유입된 공기와 불순물로 주물에 기포나 크랙이 발생하여 추가적인 쇳물의 주입량을 줄여 제품의 불량률을 개선할 수 있는 독특한 특징이 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 쇠를 녹여 주물을 제작하는 주형뿐만 아니라 구리, 알루미늄, 스테인레스 등 모든 용융금속의 주형에 모두 적용 가능하다.
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 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 탕류(Pouring Basin) 200 : 스프루(Sprue)
300 : 러너 시스템(Runner System) 400 : 라이저(Riser)
400a~400c : 상형에 성형된 라이저
400d~400f : 하형에 성형된 라이저
500 : 중자(Shell Sand Core) 600a : 상형(Cope)
600b : 하형(Drag)

Claims (10)

  1. 주조 시 금속을 용융시킨 용탕(Molten Metal)을 주입시키는 나팔관 형상의 탕류(Pouring Basin,100)와;
    상기 탕류로부터 주입된 용탕이 수직으로 흐르도록 상부 주입구는 넓고 하부로 점점 좁아지도록 성형하여 공기와 같은 불순물이 들어가는 것을 방지하는 스프루(Sprue,200)와;
    상기 스프루와 기밀하게 접합되어 금형 캐비티(Mold Cavity)로 용탕을 이동시키는 러너 시스템(Runner System,300)과;
    상기 러너 시스템의 상부에 위치하여 기밀하게 접속되며, 상기 금형 캐비티로 주입된 용탕의 응고 중 상변화와 냉각에 의한 수축으로부터 부족한 용탕을 보충하는 압탕(Feeder Head) 기능을 갖는 라이저(Riser, 400)와;
    상기 금형 캐비티로 주입된 전체 용탕을 가압시켜 공기와 불순물을 밀어냄과 동시에 역류를 방지하고 주형의 일부를 담당하기 위해 레진과 모래로 혼합 소성시킨 중자(Shell Sand Core,500)가 포함되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 상기 금형 캐비티로 용탕 주입 완료 후, 상기 스프루(Sprue,200)의 80~90% Level(L2)까지 용탕을 더 채운 상태에서 기계적 압력을 가해 기밀 상태로 인서트(Insert)되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 상기 레진(Resin) 3.0±0.3%와 모래(Sand) 97%의 혼합 비율로 200~250℃의 가스 불에서 소성되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 상기 스프루에 인서트하기 전에 용탕면과 접촉 시 급속 냉각을 방지하기 위해 사전에 200℃로 예열되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 상기 금형 캐비티에 주입되는 용탕의 전체 중량과 상기 스프루의 내경에 따라 사이즈와 예열온도가 정해지는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 상기 금형 캐비티(Mold Cavity)로부터 용탕이 역류하는 것을 방지하고 용탕의 유동성을 보존시켜 급냉으로 인한 압력의 손실을 줄이고 제품 불량률을 줄이기 위해 기계적 압력을 가해 기밀 상태로 인서트(Insert)할 경우 인버터를 사용하여 1~5kg/cm2로 조정하면서 용탕의 응고속도에 따라 가압되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 중자(Shell Sand Core,500)는, 쇠를 녹여 주물을 제작하는 사형(Sand Mold) 구조의 주형과 구리, 알루미늄, 스테인레스와 같은 모든 용융금속의 주형에 적용 가능한 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 탕류(100)와 스프루(200)는, 서로가 일체화되며, 주형(Mold)의 상형(Cope)에 각각 성형(Molding)되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 러너 시스템(300)과 라이저(400)는, 주형(Mold)의 상형(Cope,600a)과 하형(Drag,600b) 모두에 하나 또는 하나 이상으로 성형(Molding)되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 장치
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 라이저(400)는, 상기 금형 캐비티로 주입된 용탕이 응고 중 상변화와 냉각에 의한 수축으로부터 부족한 용탕을 보충하기 위해 주형(Mold)의 상형(Cope,600a) 부분은 상기 금형 캐비티 보다 높게 성형되고, 주형의 하형(Drag,600b) 부분은 상기 금형 캐비티 보다 낮게 성형되며,
    또한, 상기 러너 시스템(300)으로부터 이동된 용탕을 저장하여 압탕(Feeder) 기능을 수행하도록 상기 라이저(400)의 상부는 오목한 구조로 밀폐되고, 하부는 블록한 구조로 밀폐되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 장치.
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