KR102178737B1 - 복잡한 형상의 주물을 주조하기 위한 주형 및 그러한 주형의 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융 금속으로 복잡한 형상의 대형 주물(Z)을 주조하기 위한 주형으로, 상기 주형은 주물(Z)을 형성하는 몰드 캐비티(5) 및 주물로 주조되는 용융 금속을 몰드 캐비티(5) 내로 운송하기 위한 운송 시스템을 구비하고, 상기 운송 시스템은 스프루(10), 상기 스프루(10)에 연결되어 있는 러너(7) 및 상기 러너(7)에 연결되어 있는 피더 시스템(8)을 포함하고, 몰드 캐비티(5)는 연결부들(9a, 9b)을 통해 피더 시스템(8) 또는 러너(7)에 연결되어 있는 주형 및 그러한 주형(1)의 용도에 관한 것이다. 본 발명에 따른 주형(1)에 의하면 통상적인 방법으로 주조가 어려울 수 있으며 그 주조 결과물도 신뢰할 수 없는 품질일 수 있는 합금으로도 매우 복잡한 형상의 주물을 신뢰성 있게 생산할 수 있다. 이러한 목적은, 주조 조업 중에 스프루(10)로부터 러너(7)로 유동하는 용융 금속의 유동 방향(S)에서 볼 때, 피더 시스템(8)을 따라 스프루(10)로부터 멀어지는 분기(18, 19)를 구비하고, 상기 멀어지는 분기(18, 19)와 이웃하는 역-방향 분기(20)를 구비하는 러너(7)가 피더 시스템(8)을 따라 멀어지는 분기(18, 19) 반대 방향으로 안내되고, 피더 시스템(8)은 각 분기(18, 19, 20)를 따라 분포되어 있는 둘 이상의 게이트(21, 24)를 통해 멀어지는 분기(18, 19) 및 역-방향 분기(20) 모두에 연결되어 있는 사실에 의해 달성된다.

Description

복잡한 형상의 주물을 주조하기 위한 주형 및 그러한 주형의 용도

본 발명은 용융 금속으로 복잡한 형상, 대형 주물을 주조하기 위한 주형에 관한 것이다. 이러한 주형은 일반적으로 주물을 형성하는 몰드 캐비티 및 주물로 주조되는 용융 금속을 몰드 캐비티 내로 운송하는 운송 시스템을 포함한다. 운송 시스템은 탕구, 탕구에 연결된 러너 및 러너에 연결된 피더 시스템을 포함하며, 주형 캐비티는 피더 시스템에 연결되거나 연결부를 거쳐 러너에 연결되어 있다.

또한, 본 발명은 이러한 주형의 실용적인 용도에 관한 것이다.

한편으로, 피더 시스템은 해당 타입의 주형으로 주물을 주조하는 중에 주입된 용탕의 응고 방향이 최적으로 피더를 향하는 방향으로 응고하게 제어하는 데에 사용된다. 다른 한편으로, 피더 시스템 내에 보유되어 있는 용탕의 체적은 액상/고상 상변이 중에 주입되는 용탕의 비체적 감소를 보상한다. 피더 시스템은 추가적으로 부착되어 있는 용탕 저장고를 구성하며, 냉각하는 중에 용탕 저장고로부터 용탕이 주물로 유입될 수 있다.

우수한 기계적 물성 또는 열적 부하 용량이 큰, 경금속 합금으로 제작되는 현대식 실린더 크랭크케이스와 이에 필적하는 세선세공 주물(filigree casting)을 주조하는 것은 특별한 도전이다. 이러한 경금속 합금은 예를 들면 경화성 AlCu 합금을 포함한다.

실제로, 이러한 경금속 합금의 높은 물성 잠재력은 산업적 규모로 주물을 신뢰성 있게 대량 생산할 때의 문제점에 의해 상쇄된다. 예를 들면, 블로홀과 고온 균열이 없는 AlCu 합금으로 복잡한 형상을 제작하는 것은 어려운 것으로 판명되었다. 생산되는 주물의 품질은 몰드 캐비티 충전의 균일성과 용탕 내 온도 분포의 균일성에 상당히 영향을 받는 것으로 판명되었다.

응고하는 주물 자체 내에서 용탕의 역류에 의해 수축 전개 및 역공급(backfeed)이 이루어지기가 매우 어렵기 때문에, 논-셀-형성, 페이스트-형 및/또는 스펀지 응고 형태의 합금에서 질량 누적(mass accumulation)을 피할 수 있다.

종래 기술로부터, 이러한 요구들을 충족시키기 위한 주형에 대한 많은 제안들이 공지되어 있다.

DE 42 44 789 A1호는 내연기관용 실린더 크랭크케이스를 주조하기 위한 주형으로, 2개의 별개의 피드 호퍼가 제공되어 있으며, 그 피드 호퍼를 통해 용탕이 주형 내로 주입되는 주형을 개시하고 있다. 피드 호퍼로부터, 용탕이 러너를 거쳐 주형에 의해 획정되는 몰드 캐비티 내로 각각 유입된다. 러너들은 크랭크케이스 블록 코어를 통해 안내된다. 주조 채널은 러너들로부터 분기되어 주형의 더 낮은 주조 윤곽부로 이어진다. 주조 채널 각각은 정렬되어서 주조 채널의 마우스가 수평 평면 위에 놓인다.

내연기관의 실린더 헤드나 엔진 블록 같이 금속 주물을 주조하기 위한 저압 몰드 주조법이 DE 39 24 742 A1호에 공지되어 있다. 이 방법으로 주조되는 주물의 복잡함은 이들이 적어도 하나의 영역의 벽 두께가 다른 영역의 벽 두께보다 얇다는 사실에 기인한다. 공지의 방법에서, 액상 금속은 가스 압력에 의해 용탕 용기로부터 강제로 배출되어 라이저 파이프를 거쳐 몰드 내로 유입된다. 몰드 내에서 주물에서 두꺼운 벽이 위쪽에 위치하여 스프루로부터 멀리 떨어지게 몰드가 배치된다. 금속이 스프루를 거쳐 컴포넌트를 형성하는 주형의 캐비티 내로 유입된다. 이와 동시에, 스프루에 인접하여 위치하는 몰드 영역 위 또는 몰드 영역 근방의 액상 금속은 주형의 얇은 벽을 형성하는 섹션 내로 향하게 된다. 액상 금속은 복수의 스프루 지점에서 베이스 러너를 거쳐 바닥에서 스프루 근방에 위치하는 몰드의 영역으로 공급될 수 있으며, 주물의 얇은 벽을 형성하는 몰드 캐비티의 섹션 내로 도입될 수 있다.

마지막으로 WO 2014/111573 A1호는 피더 또는 개별의 러너들 또는 주물 채널을 거쳐 용융 금속이 주형에 의해 둘러싸여 있으며 주물을 형성하는 몰드 캐비티 내로 주입되는 주물 주조 방법을 개시하고 있다. 주형은 주조하고자 하는 주물의 형상을 결정하는 몰드 파트를 포함한다. 적어도 2개의 연결부를 거쳐 용탕이 안내되는데, 이들 연결부 중 적어도 하나는 몰드 파트 중 하나를 통과하여, 주조되는 주물의 윤곽과는 관계없이 주조되는 주물의 다른 평면들에 할당되는 몰드 캐비티의 적어도 2개의 섹션으로 연장하는 추가의 채널로 형성된다.

본 명세서에서 고려하고 있는 유형의 주물을 주조하는 경우, 전체가 또는 일부가 코어 스택으로 형성되는 주형이 특히 적당하다. 이러한 코어 스택에서, 주형은 생산하고자 하는 주물의 내부 및 외부 윤곽을 결정하는 다량의 코어로 구성된다. 주물 코어는 통상적으로 몰eld 재료 또는 쉽게 분해될 수 있는 재료인 "로스트 코어"로 제작된다. 로스트 코어는 주물을 탈형할 때에 파괴된다. 그러나 예를 들면 외부 윤곽을 획정하는 몰드 파트들이 재사용 가능한 영구적이니 몰드 파트로 제작되고, 주물 내부에 형성되는 리세스, 캐비티, 채널, 라인 등은 로스트 코어로 형성되는 코어 스택의 하이브리드 형태도 공지되어 있다.

전술한 유형의 코어 스택 주형은 주로 중력 주조 또는 저압 주조 방식에서 사용되며, 최적화된 응고 과정을 달성하여 결과적으로 주물의 최적의 조직 특성을 얻기 위해, 이들 주조 방법들은 주형을 용탕으로 채운 후에 주형을 회전시키는 단계를 포함한다.

전술한 종래 기술의 배경에 대해, 본 발명의 목적은 주조가 어렵고 통상적인 방법으로 주조하였을 때 주물의 품질을 신뢰할 수 없는 재료를 사용하여서도 매우 복잡한 형상의 주물을 신뢰성 있게 생산할 수 있는 주형을 제공하는 것이다.

또한, 이러한 주형의 특별히 유리한 용도가 규정된다.

주형과 관련하여, 청구항 제1항에 따라 형성되는 주형에 의해 본 발명의 목적이 달성된다.

본 발명에 따라 설계된 주형은 경금속 용탕 특히 AlCu 용탕으로부터 내연기관용 실린더 크랭크케이스를 주조하는 데에 사용하기에 특히 적당하다.

본 발명의 유리한 실시형태들이 종속 청구항들에 정의되어 있으며, 이들에 대해서는 본 발명의 일반적인 개념과 유사하게 이하에서 상세하게 설명한다.

용융 금속으로 복잡한 형상의 대형 주물을 주조하기 위한 본 발명에 따른 주형은 주물을 형성하는 몰드 캐비티 및 주물로 주조되는 용융 금속을 몰드 캐비티 내로 운송하기 위한 운송 시스템을 구비하고, 상기 운송 시스템은 스프루, 상기 스프루에 연결되어 있는 러너 및 상기 러너에 연결되어 있는 피더 시스템을 포함하고, 몰드 캐비티는 연결부들을 통해 피더 시스템 또는 러너에 연결되어 있다.

본 발명에 의하면, 주조 조업 중에 스프루로부터 러너로 유동하는 용융 금속의 유동 방향에서 볼 때, 피더 시스템을 따라 스프루로부터 멀어지는 분기를 구비하고, 상기 멀어지는 분기와 이웃하는 역-방향 분기를 구비하는 러너가 피더 시스템을 따라 멀어지는 분기 반대 방향으로 안내되고, 피더 시스템은 각 분기를 따라 분포되어 있는 둘 이상의 게이트를 통해 멀어지는 분기 및 역-방향 분기 모두에 연결되어 있다.

주형의 본 발명에 의한 디자인에 의하면, 피더 시스템 내로 제공되어 주형 캐비티 내로 안내되는 용탕의 온도를 균일하게 하여, 주물 내에 균일한 온도 분포가 이루어지게 할 수 있다. 주조가 어려운 용융 금속 특히 AlCu 용탕과 같이 주조가 어려운 경금속 용탕을 사용하는 경우에도, 주형이 충전된 후에 응고 과정에서 피더 시스템으로부터 역 공급(backfeed)이 보증되어 응고가 균일하게 이루어질 수 있다. 이러한 방식으로, 블로홀을 형성할 위험이 있는 여러 평면에서의 국부적인 온도 차이 및 부수적인 비균일한 응고가 예방된다. 그 대신, 본 발명에 따라 주형 내에 채워진 용융물에서 피더 시스템으로부터 가장 먼 지점으로부터 피더 시스템을 향해 연속적으로 진공하는 응고 전선(solidification front)이 신뢰성 있게 형성된다.

본 명세서에 사용되어 있는 "균일한 온도 분포(uniform temperature distribution)", "평균 온도(average temperature)", "온도 분포의 균질(homogenization of the temperature distribution)", "균등한 온도(equal temperatures)", "균일한 온도(uniform temperature)" 등과 같은 용어들은 기술적인 의미로 이해되어야 한다. 즉 이들 용어들은 통상의 기술자가 예측할 수 있는 통상의 공차를 가지는 기술적 가능성의 맥락에서 취할 수 있다는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 의하면, 주형에 공급되는 용탕 유동 온도의 균질함은 스프루를 통해 공급되는 용탕 유동이 먼저 스프루로부터 멀어지게 안내되어 피더 시스템 내로 연장하는 "멀어지는 분기(directed-away branch)" 내로 멀어지는 분기를 따라 제공되어 있는 게이트를 통해 안내되고, 그런 다음 다시 스프루로부터 멀어지는 분기와 반대 방향으로 연장하는 "역-방향 분기(directed-back branch)" 내에서 스프루를 향하는 방향으로 안내된다. 그러나 스프루와 역-방향 분기는 직접 연결되어 있지 않다. 그 보다는 러너의 멀어지는 분기로부터 오는 용탕만이 역-방향 분기 내로 흐른다.

러너를 통해 흐르는 용탕이 주형 내로 주입됨에 따라, 스프루로부터의 거리가 증가할수록 용탕의 온도는 감소한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 주형에서, 최고 고온의 용탕이 스프루에 가장 가까운 멀어지는 분기의 게이트를 통해 피더 시스템 내로 유입되는 반면에 유동 방향으로 멀어지는 분기에서 스프루에서부터 가장 멀리 떨어져 있는 게이트를 통해 피더 시스템 내로 흐르는 용탕은 가장 많이 냉각되어 있다. 따라서, 멀어지는 분기의 첫 번째 게이트를 통해 피더 시스템으로 유입되는 용탕과 멀어지는 분기의 최후 게이트를 통해 피더 시스템으로 유입되는 용탕 간의 최대의 온도 차가 발생한다. 최고 고온의 용탕과 최고로 냉각된 용탕을 주형의 동일한 영역에 공급함으로써, 온도가 다른 용탕 유동이 혼합하고, 이 영역 내에 함유되는 용탕 내에서 얻어지는 혼합 온도는 각 영역을 내로 유입되는 용탕 체적 유동의 대응 정렬을 고려하는, 이 영역 내로 유입되는 최고 고온의 용탕 유동과 최고로 냉각된 용탕 유동의 평균 온도에 상응하는 온도이다.

멀어지는 분기의 말단에서 유동 방향으로 멀어지는 분기의 최후 게이트를 통해 피더 시스템으로 유입되어 피더 시스템을 따른 경로에 거쳐 냉각되는 용탕과, 멀어지는 분기의 최초 게이트를 통해 피더 시스템 내로 유입되어 멀어지는 분기의 최후 게이트와 멀어지는 분기의 첫 번째 게이트 사이의 비교적 짧은 구간에서만 약간 냉각되는 용탕 사이에는, 그에 대응되는 작은 온도차만이 존재한다. 비교적 작은 온도 차이로 유동하는 이들 용탕들이 피더 시스템의 동일한 영역 내로 공급되기 때문에, 그 영역에 혼합 온도도 존재한다. 이는 궁극적으로 게이트를 통해 피더 시스템 내로 유입되는 용탕의 체적을 적당하게 조절함으로써 각 영역 내의 혼합 온도가 스프루에 인접하는 피더 시스템 영역에서 최고 고온의 용탕과 최고로 냉각된 용탕의 혼합에 의해 얻어지는 혼합 온도와 균등하게 되도록 조절될 수 있다.

용탕의 유동 방향에서 볼 때, 멀어지는 분기와 역-방향 분기의 말단과 시작 부분에 제공된 게이트들 사이에서 러너의 멀어지는 분기와 역-방향 분기를 따라 제공되어 있는, 선택적으로 존재하는 추가의 게이트들을 통해 피더 시스템으로 안내되는 용탕 유동에 대해서도 위와 동일한 사항이 적용된다.

그 결과, 본 발명에 따른 주형 내에 제공되는 러너 디자인과 피더 시스템에 대한 러너의 특별한 연결부에 의해, 피더 시스템의 용적부 전체에 대해 균질한 온도 분포가 달성된다. 이와 함께, 피더 시스템을 통과하여 주형으로 유입되는 용탕은 균일한 온도 분포로 되어서, 주물 위에 박벽 및 미세한 웹 또는 리브와 같이 섹션 형상의 디자인 요소를 형성해야 하는 경우에도 몰드 충전을 최적으로 할 수 있게 되며 또한 용탕이 균일하게 응고된다. 그 결과, 본 발명에 의하면, 몰드 충전과 피딩 능력이 불량한 것으로 알려져 있는 금속 용탕으로부터도 내연기관용 실린더 크랭크케이스 같이 주조 시에 제어가 어려운 컴포넌트들도 주조할 수 있게 되며, 우수한 기계적 물성과 열적 물성을 달성할 수 있다.

전술한 바와 같이, 피더 시스템에 제공되어 있는 게이트들을 통해 피더 시스템의 개별 영역으로 유입되는 용탕 체적을 조절함으로써, 피더 시스템 내의 혼합 온도가 설정될 수 있다. 이를 위해, 러너의 각 분기에서 게이트의 위치, 수량 또는 형상 특히 직경은, 피더 시스템 내의 의도하는 혼합 온도가 피더 시스템 내에 저장되는 총 용탕 체적에 대한 피더 시스템으로 유입되는 온도가 다른 용탕 유동의 비율에 기초할 수 있게 조절될 수 있다.

게이트들이 멀어지는 분기와 역-방향 분기에 개별적으로 할당되어 있는 구조를 사용하는 결과로, 게이트들을 통해 피더 시스템으로 유입되는 용탕들의 혼합 및 결과적으로 피더 시스템 내에 보유되는 용탕 온도의 균등화가 직접적으로 영향을 받을 수 있다.

이 경우, 본 발명에 따른 주형 디자인은 주조 작업을 성공적으로 하기 위해 특히 주조되는 용탕 내에서의 균질한 온도 분포와 주물을 형성하는 주형 캐비티 내로 용탕의 균일한 공급이 중요한 모든 주조 작업에서 유리한 것으로 판명되었다. 이에 따라 본 발명은 엔진 블록과 같이 세장형, 블록-형 기본 형상의 주물을 제작하는 데에 그리고 기본 형상이 원통형이며 단면이 타원형이나 원형인 주물을 제작하는 데에 사용될 수 있다.

온도 분포의 균질화를 최적으로 하는 것과 관련하여, 역-방향 분기가 피더 시스템에 연결되는 게이트들 중 하나가 러너의 멀어지는 분기가 피더 시스템에 연결되는 각 게이트와 반대 방향으로 배치되면 유리한 것으로 판명되었다. 이는 특히 피더 시스템의 길이가 피더 시스템의 폭보다 눈에 띄게 큰 경우, 즉 예를 들면 평면도 상에서 기본 형상이 사각형인 피더 시스템의 경우에 특히 유리하다.

멀어지는 분기에 할당되는 게이트들의 수가 역-방향 분기에 할당되는 게이트들의 수와 동일하면, 이 역시도 주조 작업 중에 피더 시스템 내에 보유되어 있는 용탕의 온도 분포를 균등하게 하는 데에 기여한다.

게이트들의 크기가 동일한 체적의 유동이 서로에 대해 할당되어 있는 러너의 분기들의 게이트들을 통해 피더 시스템으로 유입되게 하는 경우, 특히 멀어지는 분기에 할당된 게이트들의 크기가 역-방향 분기에 할당된 게이트들의 크기와 같은 경우, 주조 작업 중에 피더 시스템 내에 보유되어 있는 용탕의 온도 분포를 균등하게 하는 데에 기여한다.

피더 시스템에서 용탕이 응고하는 중에 피더 시스템을 몰드 캐비티 또는 몰드 캐비티로 역공급하기 위해 필요한 용탕 용적부에 연결하는 방식에 따라, 게이트들을 통해 본 발명에 따른 방식으로 러너의 멀어지는 분기와 역-방향 분기에 연결되어 있는 단일의 충분히 큰 피더 챔버를 피더 시스템 내에 제공하는 것이 하나의 방책이 될 수 있다. 피더 챔버는, 용탕이 멀어지는 분기 및 역-방향 분기를 통해 피더 챔버 내로 유입되어 몰드 캐비티로 유입되는 용탕의 균질화에 기여하기 위한 혼합 영역으로 기능한다. 또한, 그러한 피더 챔버는 주형의 몰드 캐비티 내로 용탕을 역공급함으로써 공급 기능을 하는 것으로 간주될 수 있다.

피더 시스템 내에 보유되는 용탕의 혼합과 이에 따른 온도 분포의 균등화가 추가적으로 최적화되는 경우, 각각이 적어도 하나의 게이트를 통해 러너의 멀어지는 분기와 역-방향 분기 모두에 연결되어 있는 둘 또는 그 이상의 피더 챔버를 피더 시스템 내에 제공하는 것이 방책이 될 수 있다. 둘 또는 그 이상의 피더 챔버가 있는 경우, 개별 챔버들 각각은 총 용탕 체적 중에서 몰드 캐비티로 역공급하기 위해 필요한 일부만을 보유한다. 이에 따라 각 피더 챔버의 용적이 작아짐으로 인해, 러너의 분기들을 통해 피더 챔버로 유입되는 온도가 다른 용탕 유동들이 특별히 집중적으로 혼합된다. 이러한 방식으로, 비교적 적은 노력으로 각 용탕 챔버 내에 존재하는 용탕 체적이 전체적으로 희망하는 혼합 온도로 되며, 국부적인 온도 차가 형성되지 않도록 할 수 있다. 이와 관련하여, 피더 챔버들 내에 저장되어 있는 용탕들의 체적이 동일하면 특히 유리한 것으로 판명되었다.

둘 또는 그 이상의 피더 챔버를 구비하는 피더 시스템 내에서, 각 챔버들 내에 보유되어 있는 피더 체적이 공통된 혼합 온도를 가지는 것을 보증하기 위해, 피더 챔버들이 피더 챔버들을 직접 연결하기 위해 추가로 제공된 게이트들을 통해 서로가 연결될 수 있다. 이들 추가적인 게이트들로 인해 피더 챔버들 내에 저장되어 있는 용탕 체적들이 교환될 수 있으며, 그 결과 챔버들 내에 보유되어 있는 용탕 부분들에 존재할 수 있는 온도차를 보상하게 된다.

실린더 개구들이 열 지어 배치되어 있는 내연기관용 실린더 크랭크케이스를 주조하기에 특히 적당한 본 발명의 실시예는, 피더 시스템이 적어도 2개의 이웃하는 피더 챔버를 포함하고, 및　 피더 챔버들 사이의 중간 공간 내에 멀어지는 분기가 배치되어 있고, 중간 공간에 대해 바깥쪽에 위치하는 각 피더 챔버의 사이드를 따라 멀어지는 분기에서 분기된 역-방향 분기가 연장하거나, 또는 러너가 2개의 멀어지는 분기로 분할되되, 이들 중 하나의 분기는 중간 공간에 대해 바깥쪽에 위치하는 각 피더 챔버의 사이드를 따라 피더 챔버들 사이에서 연장하고, 멀어지는 분기에 연결되어 있는 적어도 하나의 역-방향 분기는 피더 챔버 사이에서 중간 공간 내에서 연장하는 것을 특징으로 한다. 스프루에 대한 중간 연결부에서 러너가 2개의 외향 분기들로 분기된다는 사실에 의해, 용탕의 피더 챔버들 내로의 균일한 분할이 보조될 수 있다.

러너 분기들이 함께 하나의 평면에 배치된다면, 본 발명에 따른 주형의 러너의 분기에 대한 용탕의 분배와 관련하여 특히 유리한 것으로 판명되었다. 이 평면은 주조 작업 중에 수평 방향으로 최적으로 배향되어서, 러너 분기들에서 경사(slope)와 부수적인 유속 차가 방지될 수 있다.

러너 분기들에 대한 이러한 공통의 평면이 존재하는 경우, 유입 및 복귀 분기 각각이 그들만의 레벨을 구비하여 수렴하는 중에 용탕이 층을 형성하여 서로 충돌하지 않게 되면 유리한 것으로 판명되었다.

실 상황에서 특히 중요한 본 발명의 다른 실시형태는, 피더 시스템으로부터 또는 러너로부터 몰드 캐비티로 연장하는 연결부로 구성되되, 연결부는 주형에서 몰드 캐비티가 차지하는 용적부의 바깥에서만 안내된다. 주형을 둘러싸고 있는 주조 캐비티 영역의 바깥에 형성되어 있는 연결부들을 통해 주형 내로만 용탕을 안내함으로써, 주조 작업에서 본 발명에 따른 주형 내에서 주형 내로 유입되는 용탕 온도 분포의 균일성과 몰드 충진의 균일성이 최적화 된다.

연결부가 전적으로 몰드 캐비티의 외부에 만들어짐에 따라, 주조 작업 중에 몰드 캐비티 내로 도입되는 용탕의 온도 차가 방지된다. 몰드 캐비티 내로 유입되는 용탕에 의해 가열된 내부 코어들을 통해 몰드 캐비티 내로 용탕이 안내될 때 온도 차가 일어날 수 있다. 내부 코어들은 주물 내에서 리세스, 캐비티, 채널 등을 형성한다. 내부 코어의 가열로 인해, 내부 코어를 통해 흐르는 용탕은 외부 연결부들을 통해 공급되는 용탕보다 덜 냉각된다. 용탕이 외부 연결부들만을 통해 몰드 캐비티로 공급되기 때문에, 용탕이 피더 시스템 또는 러너로부터 몰드 캐비티 내로 흐르는 중에 고르게 냉각될 수 있어서, 용탕이 균일한 온도로 몰드 캐비티 내로 유입되게 된다.

이와 관련하여, 피더 시스템이 몰드 캐비티에 연결된 복수의 연결부를 통해 연결되어 있는 경우, 피더 시스템에 할당된 연결부들의 유입 개구들이 함께 하나의 평면 내에 배치되면 특히 유리한 것으로 판명되었다. 이러한 방식으로, 여러 개 존재할 수 있는 챔버들 내에 저장되어 있는 용탕의 온도가 균일한 동일 레벨에서 용탕이 피더 시스템으로부터 배출된다. 이 역시 몰드 캐비티로 유입되는 용탕이 기술적 의미에서 균일한 온도를 갖는다는 사실에 기여한다.

본 발명에 따른 주형은 중력 주조 또는 저압 주조에 적당하다. 특히 본 발명에 따른 주형을 사용하면, 주형이 충전 위치로부터 충전한 후에 또는 충전 중에 응고 위치로 이동하는 틸트-주조 또는 회전 주조 공정에서 주물이 생산될 수 있다. 이들 방법을 요약한 설명이 EP 2 352 608 B1호에 개시되어 있으며, 본 명세서에 종래 기술로 인용되어 있다.

본 발명에 따른 주형을 사용하여 주조하고자 하는 주물에 세선세공 디자인(filigree design)의 파트를 형성할 수 있도록 하기 위해, 본 발명에 따른 주형은 복수의 코어들로 된 코어 스택으로 구성될 수 있다. 코어들 중 어느 코어들은 외부 형태를 형성하고, 다른 코어들은 생산하고자 하는 주물 내에서 리세스, 캐비티, 채널 등을 형성한다. 이 경우, 코어 스택의 코어들은 전체가 주물의 탈형 중에 파괴되는 로스트 코어로 설계될 수 있다. 또는 코어들 중 일부는 반복적으로 사용될 수 있는 영구적인 몰드 파트로 형성될 수 있다.

이에 따라, 몰드 캐비티에 대한 피더 시스템의 연결이 몰드 캐비티 외부에 있는 연결부들만을 통해 구현되는 실제로 특히 유리한 경우에서, 예를 들면 본 발명에 따른 주형에서 외부 셸이 영구적인 몰드 파트로 설계되고, 외부 셸 위의 적어도 섹션들에서 적어도 연결부들을 둘러싸는 주조 코어들을 유지하는 것이 적당할 수 있다. 이는 적어도 섹션들에서 연결부들을 둘러싸는 주조 코어들이 로스트 주조 코어로 형성되면 특히 유리한 것으로 판명되었다.

이에 따라 본 발명은 용탕이 2개의 러너 분기들로 분할되는 운송 시스템을 구비하는 코어 스택 공정 내에 실린더 크랭크케이스를 제안할 수 있어서, 러너 분기들에 연결되어 있으며 최적화 된 포트-형 피더 챔버를 포함하는 피더 시스템이 피더 시스템 내에서 그리고 계속해서 주형으로 형성되는 컴포넌트 내에서 온도 분포를 균일하게 할 수 있다. 주조 작업에서, 피더 시스템은 러너 분기들에 대한 둘 또는 복수의 게이트들에 의해 온도가 다른 용탕이 채워진다. 게이트의 형상과 위치를 수정함으로써, 피더 시스템 내에서 전반적으로 온도 분포가 균일하게 이루어지는 방식으로 피더 시스템 내에서 용탕의 혼합이 이루어진다. 이에 따라 온도가 균일한 용탕이 주물을 형성하는 몰드 캐비티로 공급된다.

특히 선택적으로 전적으로 외부로부터 이루어질 수 있는 몰드 캐비티의 공급과 부수적인 "내부" 공급 경로의 방지를 조합한 본 발명에 따른 설계에 의해 가능한 주조 코스는, Al-Cu 계열의 합금과 같이 주조가 어려운 경금속 용탕을 이들 경금속 용탕이 일반적으로 충전 및 공급 특성이 불량함에도 불구하고 거시적인 결함이 없게 할 수 있다. 주물을 탈형한 후 주물에 존재하는 피더들과 외부 연결부들은 예를 들면 드릴링 같이 자주 사용되는 기계가공에 의해 중량에 대한 중립적 효과로 용이하게 제거될 수 있다. 용탕의 국부적인 조기 응고를 방지하기 위해 그렇지만 다른 어떠한 기술적 목적을 만족시키지는 않게 종래 기술에서 제공되는 주물에 대한 질량 누적이 본 발명에 따른 주형에서는 방지될 수 있는데, 이는 동결 현상을 방지하기 위한 목적으로 복잡한 채널들이 몰드 캐비티에 대한 피더 시스템의 연결부 내에서 안내하기 때문이다.

본 발명에 따른 주형 내에도, 국부적으로 특별하게 확연한 구조를 형성할 목적으로 통상적인 방식으로 국부적으로 급속 응고하게 몰드 캐비티 영역에 칠 몰드가 배치될 수 있음은 물론이다. 특히, 몰드 캐비티에의 용탕 충전 및 역공급이 전적으로 외부 연결부들을 통해서만 이루어지는 경우, 주조 조업에서 이들 칠 몰드들은 본 발명에 따른 설계에 의해 보증되는 균일한 충전 공정을 방해하지 않는다.

도 1은 내연기관용 실린더 크랭크케이스를 주조하기 위한 주형의 단면도이다.
도 2는 탈형한 후에 세척하지 않은 상태에 있는 주형(1)에서 주조된 실린더 크랭크케이스를 위에서 바라본 도면이다.
도 3은 도 2에 따른 실린더 크랭크케이스의 한쪽 단부 면의 정면도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 따른 실린더 크랭크케이스의 측면도이다.
도 5는 내연기관용 실린더 크랭크케이스를 주조하기 위한 다른 주형의 단면도이다.
도 6 내지 도 9는 용탕을 충전하는 상태에 있는 도 5에 따른 주형이다.
도 10은 응고를 위해 회전된 포스트-충전 상태에 있는 도 5에 따른 주형이다.

이하에서 예시적인 실시형태들을 묘사하는 도면들을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도면들은 개략적으로 도시되어 있으며, 축척에 맞추어 도시되어 있지 않다.

도 1에 도시되어 있는 주형(1)은 도 2 내지 도 4에 도시되어 있는 내연기관용 실린더 크랭크케이스(Z)를 주조하는 데에 사용된다. 실린더 크랭크케이스는 실린더 블록으로도 호칭되며, AlCu 합금으로 제작된다.

도 1은 실린더 크랭크케이스(Z)의 길이 방향 연장부를 가로지르는 단면을 개략적으로 도시한다.

코어 스택으로 설계된 주형(1)은 영구 몰드 파트로 형성되는 2개의 외부 셸(2, 3)들을 포함하며, 주물사를 사용하여 통상적인 방식으로 형성되는 다량의 로스트 주조 코어(4)가 이들 셸들 사이에 배치되어 있다. 외부 셸(2, 3)들 및 로스트 주조 코어(4)는 몰드 캐비티(5)를 둘러싼다. 몰드 캐비티는 일렬로 배치되어 있는 4개의 실린더 개구(ZΦ)와 함께 주조 대상인 실린더 크랭크케이스(Z)를 형성하며, 통상적으로 내연기관 실린더 크랭크케이스를 위한 디자인 특징이 제공되어 있다.

또한, 주조 코어(4)는 도 1에서 상부에 배치되어 있는 주형(1)의 사이드(6)와 직교하며 하향 연장하는 도 1에 도시되어 있지 않은 스프루, 스프루에 연결되어 있는 러너(7), 러너(7)에 연결되어 있는 피더 시스템(8) 및 몰드 캐비티(5) 그리고 몰드 캐비티(5)를 러너(7) 또는 피더 시스템(8)에 연결하기 위해 제공되어 있는 연결부(9a, 9b)를 둘러싸고 있다.

도 1에서 주형(1)은 용탕으로 채워지기 위해 도시된 위치로 도시되어 있으며, 이 위치에서 스프루의 개구는 위를 향하고 있고, 피더 시스템(8)은 주형(1)의 하부에 배치되어 있다.

용탕이 충진된 후, 주형(1)은 통상적인 방식으로 폐쇄되고 주형(1)의 길이 방향 연장부와 평행하게 정렬된 선회 축을 주위를 주지의 방식으로 피더 시스템(8)이 위에 배치될 때까지 예를 들어 180도 회전한다. 이러한 방식으로, 주형(1) 내에 채워져 있는 용탕이 바람직하게 균일하게 응고되며, 피더 시스템(8)을 향하는 방향으로 응고가 일어난다.

응고 과정에서, 생산하고자 하는 실린더 크랭크케이스(Z)가 고체의 주물 본체로 형성될 뿐만 아니라 탈형한 후에 주형(1)에서 본래 중공형인 몰드 요소들은 스프루(10) 내에서, 러너(7) 내에서, 피더 시스템(8) 내에서 그리고 연결부(9a, 9b) 내에서 용탕이 응고함에 따라 실린더 크랭크케이스(Z)에 근사하게 형성된다.

탈형한 후 세척하는 중에, 관련 몰드 요소들이 통상적인 방식으로 실린더 크랭크케이스(Z)로부터 분리되고, 재사용을 위해 보내진다.

본 발명에 따른 주형(1)의 특별한 특징들이 도 2 내지 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 탈형한 후 아직 세척되지 않은 실린더 크랭크케이스(Z) 상에 매우 간단하게 도시될 수 있다.

따라서 피더 시스템(8)은 각각이 5개의 포트-형 피더 챔버(11, 12)들을 구비하고, 실린더 크랭크케이스(Z)의 길이 방향(L)으로 연장하며, 서로 나란하게 배치되어 있는 2개의 열을 포함한다. 각 열에서 인접하는 피더 챔버(11, 12)는 게이트(13, 14)에 의해 연결되어 있다. 피더 챔버(11, 12)의 열은 그들 사이에 갭(15)을 획정한다.

피더 챔버(11, 12)들은 실린더 헤드(도시되어 있지 않음)를 장착하기 위해 제공된 실린더 크랭크케이스(Z)의 상면(ZD) 위에 배치되어 있으며, 동일한 형상과 동일한 용적으로 되어 있다. 피더 챔버(11, 12)들의 베이스는 실린더 크랭크케이스(Z)의 상면(ZD)과 평행하게 정렬되어 있는 수평방향 평면(H1)에 함께 배치되어 있다.

러너(7)도 피더 챔버(11, 12)들의 상부가 종료되는 상면(ZD)과 평행하게 정렬되는 수평방향 평면(H2)에 배치되어 있다.

러너(7)는, 러너(7) 방향으로 약간 원뿔형으로 연장하는 스프루 로드로 탈형된 실린더 크랭크케이스(Z) 위에 도시된 스프루(10) 헤드(17)에서 시작하여 2개의 분기(18, 19)(branch)로 분할된다. 상기 분기(18, 19)들은, 주조 작업 중에 용탕이 주형(1) 내로 유동하는 방향(S)에서 보았을 때 스프루(10)로부터 멀어지는 방향을 향한다.

평면도에 보았을 때(도 2) 실린더 크랭크케이스(Z)의 종축(L)에 대해 거울 대칭으로 형성되어 있는, 스프루(10)로부터 멀어지는 분기(18, 19)들은 먼저 종축(L)을 횡단하며 스프루 헤드(17)로부터 각각 발산하고, 그런 다음 곡선으로 그리고 각 경우에서 필터(F)를 거쳐 피더 챔버(11, 12)의 각 열의 외측을 따라 약간 연장하는 섹션 내로 전이된다. 상기 외측은 중간 공간(15)의 반대 방향을 향한다.

유동 방향(S)에서 보았을 때, 피더 챔버(11, 12)의 각 열의 단부에서, 멀어지는 분기(18, 19)는 추가의 곡선에서 다른 멀어지는 분기(19, 18)의 반대편을 향하는 섹션 내로 전이된다. 이 섹션은 피더 챔버(11, 12)의 각 열의 폭에 걸쳐 연장한다.

유동 방향(S)에서 보았을 때, 러너(7)의 멀어지는 분기(18, 19)는 다시 스프루 헤드(17)를 향하는 방향으로 지향되는 러너의 분기(20) 내에서 함께 개방된다. 이 러너(7)의 역-방향 분기(20)의 단면적은 멀어지는 분기(18, 19)들의 단면적의 합에 거의 대응한다. 이러한 방식으로, 역-방향 분기(20)가 멀어지는 분기(18. 19)를 거쳐 역-방향 분기 내로 유입되는 용탕 체적을 안전하게 수용할 수 있게 된다.

역-방향 분기(20)는 피더 챔버(11, 12) 열들 사이의 중간 공간 내 중앙에 배치되어 있으며, 유동 방향(S)에서 보았을 때 스프루(10)에서 멀어지는 분기(18, 19) 반대편 스프루(10)를 향해 연장한다. 그러나 주조 조업할 때 용탕이 멀어지는 분기(18, 19)를 거쳐 전적으로 역-방향 분기(20) 내로 유입되도록, 역-방향 분기(20)는 스프루 헤드(17) 전방에서 종료한다.

종축(L)을 따라 동일한 간격으로 배치되어 있는 각각의 피더 챔버(11)는 개별의 게이트(21)를 통해 멀어지는 분기(18)에 연결되어 있고, 종축(L)을 따라 동일한 간격으로 배치되어 있는 각각의 피더 챔버(12)는 개별의 게이트(22)를 통해 멀어지는 분기(19)에 연결되어 있다. 이와 유사하게, 각 피더 챔버(11)는 개별의 게이트(23)를 통해 역-방향 분기(20)에 연결되어 있고, 각 피더 챔버(12)는 개별의 게이트(24)를 통해 역-방향 분기(20)에 연결되어 있다. 게이트들(21-24)도 종축(L)을 따라 동일한 간격으로 분포되어 있고, 각 피더 챔버(11, 12)에 할당되는 각각의 게이트(21, 22; 23, 24)는 서로 반대편에 위치하고 있으며, 피더 챔버(11, 12)의 각 벽에 대해 중앙에 위치하고 있다.

몰드 캐비티(5)는 연결부(9a, 9b)를 거쳐 바로 러너(7)(연결부(9a)) 또는 피더 챔버(11, 12)(연결부(9b))에 연결된다. 연결부(9a, 9b) 각각은 전적으로 몰드 캐비티(5) 외부에 형성되어서, 몰드 캐비티(5) 내에 배치되어 있는 로스트 주조 코어(4)를 통해 몰드 캐비티(5) 내로 용탕이 유입되지 않는다. 연통관(communication vessel) 원리에 의하면, 용탕은 레벨을 가지며 결과적으로 용탕의 일부는 피더 챔버(11, 12)를 통해 몰드 캐비티(5)에 도달한다. 그런 다음 얇은 벽을 통해 컴포넌트 내에서 신속하게 응고되고, 피드 공급부에 바로 인접한 국부적으로 큰 체적을 통해서만 피딩이 달성된다. 이 경우, 피더 챔버(11, 12)에 연결되어 있는 연결부(9b)의 입구(mouth)는 공통된 수평방향 평면(H3) 상에 배치되어서, 각 경우에서 피더 챔버(11, 12)로부터 통과되는 동일한 온도의 용탕이 피더 챔버(11, 12)에 연결된 연결부(9b) 내로 유입된다. 그러나 몰드 캐비티(5)로의 용탕의 공급이 높이 영역에 걸쳐 연장하거나 또는 여러 평면들에 걸쳐 분포될 수 있다.

몰드 캐비티(5)의 특정 임계 영역에서의 충진 또는 응고 거동과 관련하여, 문제가 되는 각 저점에 바로 용탕을 공급하기 위해 전용 연결부(9b)를 통해 용탕을 선택적으로 공급할 수 있다.

전체가 로스트 코어의 코어 스택으로 구성되어 있는, 도 5에 도시되어 있는 주형(31)도 내연기관용 실린더 블록을 주조하기 위해 제공된 것이다. 주형(31)은 커버 코어(32), 커버 코어(32)를 지탱하는 외부 코어(33), 외부 코어(33)를 지탱하는 추가의 외부 코어(34), 위에 외부 코어들(33, 34)과 커버 코어(32)가 지지되어 있으며 주형(31)의 몰드 캐비티 영역에서 주형(31)의 외부 단부를 형성하는 2개의 외부 셸 코어들(35, 36), 주물 내부의 윤곽을 형성하고 주형의 하부 단부를 형성하며 위에 셸 코어들(35, 36)이 지지되어 있는 윤곽 코어(37) 및 셀 코어들(35, 36)에 의해 측 방향이 둘러싸여 있는 공간 내에 배치되어 있으며 주물의 외부 윤곽을 결정하는 코어들(38, 39)을 포함한다.

러너의 역-방향 분기(42)가 중앙에 배치되어 있는 것과 같이, 스프루(도시되어 있지 않음)로부터 멀어지는 외부 상에서 연장하는 분기들(40, 41)은 커버 코어(32) 내에 몰딩되어 있다. 각각이 외부에 배치되어 있는 멀어지는 분기(40, 41)와 역-방향 분기(42) 사이의 중간 공간에서, 피더 포트(43, 44) 각각이 커버 코어(32)와 외부 코어들(33, 34) 내에 몰딩되어 있다. 이에 따라 피더 포트(43, 44)는 주물의 상면(예를 들어 오일 섬프 또는 실린더 헤드에 대한 밀봉면) 바로 위에 안착한다. 따라서 피더 포트(43, 44)는 실린더 헤드 나사 파이프와 같이 피더 포트들에 바로 인접하여 위치하는 모든 영역에 용탕을 공급한다. 멀어지는 분기(40, 41)들은 외부 코어(33)에 가깝게 배치되어 있는 연결부들에 의해 각각에 대해 할당되어 있는 피더 포트들(43, 44)에 연결되어 있다. 반면, 역-방향 분기(42)는 연결부들을 통해 커버 코어(32)의 상부를 향해 오프셋되어 있는 피더 포트들(43, 44)에 연결되어 있다.

셸 코어들(35, 36)과 각각이 이들에 할당되어 주물의 외부 윤곽을 결정하는 코어들(38, 39)도 각각 외부 피드 용적부(45, 46)를 추가로 구획한다. 외부 피드 용적부들은 모든 경우에서 하나의 유입구(47, 48)를 통해 피더 포트들(43, 44) 중 하나의 피더 포트에 연결되어 있다. 외부 피드 용적부(45, 46)는 항상 피더 포트들(43, 44) 중 하나의 피더 포트에 연결되어 있는 할당된 유입구(47, 48)를 통해 충전된다. 외부 피드 용적부(45, 46)는 예를 들면 기능적 통합부를 통한 매스 누적부인 그들의 바로 근방에서 모든 것을 공급한다.

피더 포트들(43, 44)은 항상 실린더 크랭크케이스(ZK)를 제작하기 위한 주형(31) 내에서 동일한 평면 내에 있지만, 외부 피드 용적부(45, 46)는 다른 높이에 있다.

주형을 용탕으로 채우기 위해, 주형(31)을 예를 들어 주조하고자 하는 실린더 크랭크케이스(ZK)의 길이 방향 연장부를 횡단하는 선회 축 주위로 180도 회전시켜, 멀어지는 분기들(40, 41)과 역-방향 분기(42)가 바닥에 있게 커버 코어(32)가 위치된다. 고온의 용탕(M)이 스프루를 통해 멀어지는 분기들(40, 41)로 향한다. 멀어지는 분기들(40, 41)로부터, 멀어지는 분기들(40, 41)을 통과하며 냉각되는 용탕(M)이 역-방향 분기(42)와 피더 포트들(43, 44) 내로 유입된다(도 6).

멀어지는 분기들(40, 41)이 점점 채워짐에 따라, 고온의 용탕(M)이 역-방향 분기(40)의 대응 연결부를 통과하여 피더 포트들(43, 44) 내로 유입되어, 피더 포트들(43, 44) 내에서 고온의 용탕(M)과 냉각된 용탕(M)이 혼합하고, 피더 포트들(43, 44) 내에는 균질하게 분산된 혼합 온도의 용탕(M)이 존재하게 된다(도 7).

한편으로 적당한 온도의 용탕(M)이 유입구(47, 48)를 통해 외부 피드 용적부(45, 46) 내로 상승하고, 다른 한편으로는 게이트를 통해 주형 캐비티 내로 상승한다(도 8). 게이트를 통해 피더 포트들(43, 44)은 주물을 형성하는 주형 캐비티에 바로 연결되어 있다.

충전이 완료된 후(도 9), 통상적인 방식으로 주형(31)이 폐쇄되고 주형의 길이 방향 연장부를 횡단하여 180도 회전함으로써 응고 위치로 간다(도 10).

이에 따라 본 명세서에 기재되어 있는 본 발명에 따른 주형의 실시형태에서, 용탕은 적어도 하나의 스프루를 통해 주형을 채운다. 그런 다음 용탕은 스프루로부터 멀어지는 방향의 2개의 별개의 분기들로 분할된다. 분기들은 피더 시스템의 대응되는 기본 형상을 고려하여, 적어도 섹션들 내에서 서로 평행하게 정렬되는 것이 바람직하다. 러너의 멀어지는 분기들로 분할된 용탕이 전환부(diversion)를 거쳐 포트-형 피더 챔버들로 복귀한다. 이 경우, 전환부 영역에서, 각 멀어지는 분기를 통해 유동하는 용탕의 유속을 줄이기 위해, 주로 러너가 위치하고 있는 메인 평면 밖으로 안내되는 곡선부가 제공될 수 있다. 관련 곡선부와 이웃하는 각 분기 섹션은 다시 러너의 메인 평면 내에 놓인다. 멀어지는 분기들과 관련하여, 용탕이 적어도 하나의 중앙의 역-방향 러너 분기 내로 추가로 안내된다. 물론 러너의 각 멀어지는 분기가 피더 챔버의 열들 사이의 중간 공간 내에서 연장하는 전용 역-방향 분기에 연결될 수 있다.

러너 시스템을 조기에 분리하고, 피더 챔버들에 의해 제공되는 멀티 피더 용적부로 용탕을 운송함으로써 용탕 충전 조건을 최적으로 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 실시형태는 용탕의 신속하고 균일한 유입을 보증함으로써, 피더 시스템 내에서 그리고 컴포넌트 내에서 균질한 온도 분포를 이룰 수 있게 한다. 이를 위해, 러너들이 게이트를 통해 피더 챔버들로 연결되어 있다. 피더 챔버들로 유입되는 용탕이 최적으로 혼합될 수 있도록, 피더 챔버들의 연결이 선택된다. 이를 위해, 예를 들면 본 명세서이 예시적 실시형태에 기재되어 있는 바와 같이 모든 피더 챔버들을 러너에 바로 연결하지 않고, 개별적인 피더 챔버를 러너에 연결되어 있는 바로 이웃하는 피더 챔버에만 연결하는 것이 유용할 수 있다. 혼합과 온도 균등화를 지지하기 위해, 피더 챔버들은 게이트를 통해 서로가 연결되어 있다. 게이트 단면과 피더 챔버 체적을 변화시킴으로써, 용탕 유동과 달성되는 온도 분포가 각 주조 과업에 맞게 수정될 수 있다. 응고하는 중에 피더 시스템이 몰드 캐비티 위에 배치되어 있다는 사실로 인해, 피더 시스템 방향으로 응고가 이루어진다. 즉, 컴포넌트가 피더 시스템으로부터 가장 멀리 있는 지점에서 시작하여 냉각하고 응고한다. 반면 피더 시스템 내에 있으며 최종적으로 주형 내로 충전되는 용탕은 오랜 시간 동안 고온 상태를 유지한다. 주형이 회전하지 않는 중력-주조인 경우 즉 오버헤드 피더 시스템으로 충전되는 경우, 주물을 형성하는 주형이 먼저 충전되고 피더 시스템은 나중에 충전된다.

연결부들이 작은 영역에 걸쳐 컴포넌트 윤곽에 연결되어 있다는 사실에 의해, 피더 시스템, 러너, 스프루 및 연결부가 용이하게 제거될 수 있다. 연결 지점들은 존재하는 슬러그 위를 지나 표준 후처리 부분인 표면 위에 놓이는 것이 바람직하다. 획득된 컴포넌트(실린더 크랭크케이스(Z))를 예비-처리 및 후-처리하는 동안에 예컨대 보어에 의해 피더 시스템이 용이하게 제거될 수 있다.

1　　　　　　주형(casting mould)
2, 3　　　외부 셸(outer shell)
4　　　　　　주조 코어(casting core)
5　　　　　　몰드 캐비티(mould cavity)
6　　　　　　주형의 사이드(side of the casting mould(1))
7　　　　　　러너(runner)
8　　　　　　피더 시스템(feeder system)
9a, 9b　연결부(connections)
10　　　　　스프루(sprue)
11, 12　피더 챔버(feeder chambers)
13, 14　게이트(gates)
15　　　　　피더 챔버에 의해 구획되는 중간 공간(intermediate space delimited by feeder chambers(11, 12))
17　　　　　스프루 헤드(sprue head)
18, 19　러너의 멀어지는 분기(directed-away branches of the runner(7))
20　　　　　러너의 역-방향 분기(directed-back branch of the runner(7))
21-24　　게이트(gates)
L　　　　　　종축(longitudinal axis)
F　　　　　　필터(filter)
H1-H3　　실린더 크랭크케이스(Z)의 상면(ZD)에 평행하게 정렬된 수평 방향 평면(horizontal planes aligned parallel to the top surface(ZD) of the cylinder crankcase(Z))
S　　　　　　용탕의 유동 방향(flow direction of melt)
Z　　　　　　실린더 크랭크케이스(cylinder crankcase)
ZD　　　　　실린더 크랭크케이스(Z)의 상면(top surface of the cylinder crankcase(Z))
ZΦ　　　　　실린더 개구(cylinder opening)
31　　　　　주형(casting mould)
32　　　　　커버 코어(cover core)
33, 34　외부 코어(outer core)
35, 36　외부 셸 코어(outer shell core)
37　　　　　주물(ZK)의 내부 윤곽을 결정하는 코어(core determining the inner contour of the casting(ZK))
38, 39　주물의 외부 윤곽을 결정하는 코어(core that determines the outer contour of the casting)
40, 41　외부에서 연장하는 러너의 멀어지는 분기(directed-away branches of the runner running on the outside)
42　　　　　중앙에 배치되어 있는 러너의 역-방향 분기(centrally arranged directed-back of the runner)
43, 44　피더 포트(feeder pots)
45,46　　외부 피드 용적부(external feed volumes)
47, 48　피드(feeds)
ZK　　　　　실린더 크랭크케이스(주물)(cylinder crankcase (casting))
M　　　　　　용탕(melt)

Claims (15)

1. 용융 금속으로 복잡한 형상의 대형 주물(Z)을 주조하기 위한 주형으로, 상기 주형은 주물(Z)을 형성하는 몰드 캐비티(5) 및 주물로 주조되는 용융 금속을 몰드 캐비티(5) 내로 운송하기 위한 운송 시스템을 구비하고, 상기 운송 시스템은 스프루(10), 상기 스프루(10)에 연결되어 있는 러너(7) 및 상기 러너(7)에 연결되어 있는 피더 시스템(8)을 포함하고, 몰드 캐비티(5)는 연결부들(9a, 9b)을 통해 피더 시스템(8) 또는 러너(7)에 연결되어 있는 주형에 있어서,
   주조 조업 중에 스프루(10)로부터 러너(7)로 유동하는 용융 금속의 유동 방향(S)에서 볼 때, 피더 시스템(8)을 따라 스프루(10)로부터 멀어지는 분기(18, 19)를 구비하고, 상기 멀어지는 분기(18, 19)와 이웃하는 역-방향 분기(20)를 구비하는 러너(7)가 피더 시스템(8)을 따라 멀어지는 분기(18, 19) 반대 방향으로 안내되고, 피더 시스템(8)은 각 분기(18, 19, 20)를 따라 분포되어 있는 둘 이상의 게이트(21, 24)를 통해 멀어지는 분기(18, 19) 및 역-방향 분기(20) 모두에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 주형.
2. 제1항에 있어서,
   멀어지는 분기(18, 19)에 할당된 게이트들(21, 23)의 수가 역-방향 분기(20)에 할당된 게이트들(22, 24)의 수와 동일한 것을 특징으로 하는 주형.
3. 제1항에 있어서,
   역-방향 분기(20)가 피더 시스템(8)에 연결되는 게이트들(22, 24) 중 하나의 게이트가 러너(7)의 멀어지는 분기(18, 19)가 피더 시스템(8)에 연결되는 각 게이트(21, 23) 반대편에 배치되는 것을 특징으로 하는 주형.
4. 제1항에 있어서,
   멀어지는 분기(18, 19)에 할당된 게이트들(21, 23)의 크기가 역-방향 분기(20)에 할당된 게이트들(22, 24)의 크기와 동일한 것을 특징으로 하는 주형.
5. 제1항에 있어서,
   피더 시스템(8)이 적어도 하나, 둘 또는 그 이상의 피더 챔버(11, 12)를 포함하되, 피더 챔버 각각은 개별적으로 적어도 하나의 게이트(21-24)를 통해 러너(7)의 멀어지는 분기(18, 19) 및 역-방향 분기(20) 모두에 연결되는 것을 특징으로 하는 주형.
6. 제5항에 있어서,
   게이트(13, 14)를 통해 피더 챔버(11, 12)들이 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 주형.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   - 피더 시스템(8)이 적어도 2개의 이웃하는 피더 챔버(11, 12)를 포함하고, 및
   - 피더 챔버(11, 12)들 사이의 중간 공간(15) 내에 멀어지는 분기(18, 19)가 배치되어 있고, 중간 공간(15)에 대해 바깥쪽에 위치하는 각 피더 챔버(11, 12)의 사이드를 따라 멀어지는 분기(18, 19)에서 분기된 역-방향 분기(20)가 연장하거나, 또는
   - 러너(7)가 2개의 멀어지는 분기(18, 19)로 분할되되, 이들 중 하나의 분기는 중간 공간(15)에 대해 바깥쪽에 위치하는 각 피더 챔버(11, 12)의 사이드를 따라 피더 챔버(11, 12)들 사이에서 연장하고, 멀어지는 분기(18, 19)에 연결되어 있는 적어도 하나의 역-방향 분기(20)는 피더 챔버(11, 12) 사이에서 중간 공간(15) 내에서 연장하는 것을 특징으로 하는 주형.
8. 제7항에 있어서,
   러너(7)는 스프루(10)의 바로 연결부에서 2개의 멀어지는 분기(18, 19)들로 분기되고, 이들 분기들에 적어도 하나의 역-방향 분기(20)가 연결되는 것을 특징으로 하는 주형.
9. 제1항에 있어서,
   러너(7)의 분기들(18, 19, 20)이 평면(H2) 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 주형.
10. 제1항에 있어서,
    주형이 복수의 코어들(2, 3, 4)의 코어 스택으로 구성되며, 이들 코어들 중 어느 코어(2, 3, 4)는 외부 형상을 형성하고, 나머지 코어(4)는 생산하고자 하는 주물 내의 리세스, 캐비티, 채널 등을 형성하는 것을 특징으로 하는 주형.
11. 제1항에 있어서,
    피더 시스템(8)으로부터 또는 러너(7)로부터 몰드 캐비티(5)로 연장하는 연결부(9a, 9b)는 주형(1)에서 몰드 캐비티(5)가 차지하는 용적부의 바깥에서만 안내되는 것을 특징으로 하는 주형.
12. 제11항에 있어서,
    복수의 연결부(9a, 9b)가 있는 경우, 피더 시스템(8)에 할당된 연결부(9a, 9b)의 유입 개구들이 평면(H3) 내에 함께 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 주형.
13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    적어도 섹션 내에서 적어도 연결부(9a, 9b)를 둘러싸고 있는 주조 코어(4)가 주형(1)의 외부 셸(2, 3) 내에 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 주형.
14. 제13항에 있어서,
    외부 셸(2, 3)은 주물(Z)을 탈형한 후에도 보존되는 영구 몰드 파트로 설계되고, 탈형 중에 로스트 주형 파트로 파손되는 주조 코어(4)는 주물사에 기초하는 몰딩 재료로 제작되는 것을 특징으로 하는 주형.
15. 주조 제품 제조 방법으로, 제1항에 따른 주형에 경금속 용탕이 주입되는 것을 특징으로 하는 주조 제품 제조 방법.

Images