KR102179841B1

KR102179841B1 - 생형 주형 및 그 제조 방법, 및 철계 주물의 제조 방법

Info

Publication number: KR102179841B1
Application number: KR1020167011473A
Authority: KR
Inventors: 겐타로 후쿠모토
Original assignee: 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2020-11-17
Also published as: KR20160064215A; EP3053671B1; US20160236268A1; CN105592955A; EP3053671A1; CN105592955B; JPWO2015046562A1; JP6387966B2; EP3053671A4; WO2015046562A1; US10946435B2

Abstract

오목부 및 주형 결합면을 가지는 적어도 한 쌍의 생형부를 가지는 생형 주형으로서, 각 생형부의 오목부면 및 주형 결합면에 열경화성 수지를 주성분으로 하는 경화층이 형성되어 있고, 경화층이 40∼98의 경도, 0.5∼6㎜의 두께, 및 70∼150의 통기도를 가지는 생형 주형은, 각 생형부의 오목부면 및 주형 결합면에, 열경화성 수지를 주성분으로 하고, 또한 1∼100mPa·S의 점도를 가지는 경화제를 도포하고, 생형부의 주형 결합 후에 가열하여 경화제를 경화시킴으로써 제조된다.

Description

생형 주형 및 그 제조 방법, 및 철계 주물의 제조 방법{GREEN SAND MOLD AND ITS PRODUCTION METHOD, AND PRODUCTION METHOD OF IRON-BASED CASTING}

본 발명은 철계 주물(鑄物)의 제조에 바람직한 생형(生型) 주형, 이러한 생형 주형을 효율적으로 제조하는 방법, 및 이러한 생형 주형을 사용하여 철계 주물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

생형사를 압축하여 조형한 생형은, 쉘(shell) 주형이나 콜드 박스 주형에 비해 조형 비용이 저가이므로, 예로부터 널리 사용되고 있다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 종래의 생형의 제조 방법에서는, 정반(13) 상의 주형 틀(11) 내에 모형(12a, 12b)을 세팅한 후, 수% 정도의 수분과 점토분 등이 첨가된 생형사를 주형 틀(11) 내에 넣어 압축함으로써, 원하는 오목부(3a, 3b)를 가지는 생형부(1a, 1b)를 조형 하고[공정(1)], 탈형(脫型)하고[공정(2)], 주형 결합한다[공정(3) 및 공정(4)]. 이로써, 양 생형부(1a, 1b)의 오목부(3a, 3b)는 조합되어, 캐비티(6)로 된다. 그리고, 압축 조형된 생형(1a, 1b)의 주형 결합면(4a, 4b)은, 탈형 후에 생형사의 스프링 백에 의해 볼록한 곡면형으로 되므로, 주형 결합 시에 압축 변형될 수 있어야 한다. 이와 같은 변형성(순응성)에 의하여, 공정(4)에 나타낸 바와 같이 주형 결합면(4a, 4b)끼리는 밀착된다.

그런데, 생형에는, 쉘 주형이나 콜드 박스 주형에 비해 셰이크 아웃(shake out) 시에 모래 떨어짐(砂落)이 불량하다는 문제가 있다. 셰이크 아웃 시의 모래 떨어짐을 양호하게 하기 위하여, 일본공개특허 소59-10446호는, 생형의 주형 결합면과 캐비티 표면에 경화제로서 물유리를 분무법에 의해 도포하고, 주형 결합 후에 생형에 CO₂ 가스를 통기시킴으로써 물유리를 경화시키는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 물유리를 도포한 상태에서 주형 결합하면, 생형의 중량이나 주형 틀의 중량에 의해 주형 결합면에 걸리는 부하에 의하여, 생형의 캐비티가 변형될 우려가 있는 것을 알았다.

또한, 일본공개특허 소61-71153호는, 조형 후의 생형에 푸란 수지 점결제와 유기 술폰산 경화제로 이루어지는 고형화 액을 도포하고, 흡인에 의해 고형화 액을 생형 내에 침투시키고, 이어서, 자연 방치에 의해 고형화 액을 경화시키면, 주형의 표면 경도가 자경성(自硬性) 주형의 경도와 같은 정도로 되는 것을 개시하고 있다. 그러나, 고형화 액을 도포 후 흡인하면, 고형화 액은 생형 내에 지나치게 침투하여, 주형 결합면에 충분한 경도를 얻을 수 없다. 또한, 충분한 경도가 얻어지도록 다량의 고형화 액을 도포하면, 주형의 통기도가 현저하게 저하되고, 역시 얻어지는 철계 주물에 핀홀(pinhole) 등의 가스 결함이 생길 우려가 있다. 또한, 푸란 수지 점결제가 완전히 경화한 후에 주형 결합하면, 주형 결합면의 변형성(순응성)이 손실되어 있으므로, 한 쌍의 생형이 밀착되지 않고, 주형 결합면에 간극이 생긴다.

따라서, 본 발명의 제1 목적은, 경화제의 도포만으로 충분한 경도 및 통기도를 가지고, 이로써 치수 정밀도 및 외관이 우수한 철계 주물을 제조하는 데에 바람직한 생형 주형을 제공하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은, 이러한 생형 주형을 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제３ 목적은, 이러한 생형 주형을 사용하여 치수 정밀도 및 외관이 우수한 철계 주물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 감안하여 예의(銳意) 연구한 결과, 본 발명자는, 경화제를 각 생형부에 도포한 후, 주형 결합면이 충분한 변형성을 유지한 상태에서 생형부의 주형 결합을 행하고, 그 후 경화제를 경화시킴으로써, 양호한 치수 정밀도 및 외관을 가지는 철계 주물을 주조(鑄造)할 수 있는 생형 주형이 얻어지는 것을 발견하고, 본 발명에 이르렀다.

즉, 본 발명의 생형 주형은, 오목부 및 주형 결합면을 가지는 적어도 한 쌍의 생형부를 가지고, 각 생형부의 오목부면 및 주형 결합면에 열경화성 수지를 주성분으로 하는 경화층이 형성되어 있고, 상기 경화층이 40∼98의 경도, 0.5∼6㎜의 두께, 및 70∼150의 통기도를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 열경화성 수지는 페놀 수지, 에폭시 수지 및 푸란 수지 중 적어도 일종인 것이 바람직하다.

상기 생형 주형을 제조하는 본 발명의 방법은,

각 생형부의 오목부면 및 주형 결합면에, 열경화성 수지를 주성분으로 하고, 또한 1∼100mPa·S의 점도를 가지는 경화제를 도포하고,

상기 생형부의 주형 결합 후에 가열함으로써, 상기 경화제를 경화시키는 것을 특징으로 한다.

상기 경화제는 열경화성 수지의 알코올 용액인 것이 바람직하다.

경화제의 도포량은 100∼550g/m²인 것이 바람직하다.

상기 생형 주형을 제조하는 제1 방법은,

각 생형부의 오목부면 및 주형 결합면에 1∼15mPa·S의 점도를 가지는 경화제를 도포하고,

주형 결합 전에 상기 경화제를 반경화(半硬化) 상태까지 경화시켜, 반경화층을 형성하고,

주형 결합 후에 상기 반경화층을 가열함으로써, 거의 완전히 경화된 경화층으로 하는 것을 특징으로 한다.

생형 주형의 제1 제조 방법에 있어서, 상기 반경화층의 경도는 30∼45인 것이 바람직하다. 또한, 상기 경화층의 두께는 2.2∼6㎜인 것이 바람직하다.

상기 생형 주형을 제조하는 제2 방법은,

각 생형부의 오목부면 및 주형 결합면에 15∼100mPa·S의 점도를 가지는 경화제를 도포하고,

주형 결합 후에 가열함으로써 상기 경화제를 경화시켜, 거의 완전히 경화된 경화층으로 하는 것을 특징으로 한다.

생형 주형의 제2 제조 방법에 있어서, 주형 결합 전의 경화제층의 경도는 5∼30인 것이 바람직하다. 또한, 상기 경화층의 두께는 0.5∼2.2㎜인 것이 바람직하다.

상기 생형 주형을 사용하여 철계 주물을 제조하는 본 발명의 방법은,

상기 생형부를 주형 결합한 후, 가열함으로써 상기 경화층을 형성하고,

주형 결합한 상기 생형부의 오목부에 의해 형성된 캐비티에 철계 용탕(溶湯)을 충전하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법에 의하면, 주형 결합면에 경화제가 도포된 생형이라도 문제점을 방지할 수 있고, 치수 정밀도 및 외관이 우수한 철계 주물의 제조 방법을 얻을 수 있다.

도 1a는 본 발명의 생형 주형을 나타낸 단면도이다.
도 1b는 본 발명의 생형 주형을 나타내는 분해 단면도이다.
도 2는 본 발명의 생형 주형의 제1 제조 방법의 공정을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 생형 주형의 제2 제조 방법의 공정을 나타낸 개략도이다.
도 4는 종래의 생형 주형의 제조 방법의 공정을 나타낸 개략도이다.

본 발명의 실시 형태를 이하 상세하게 설명하지만, 본 발명은 그들에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 각종 변경을 해도 된다.

본 명세서에 있어서, 경화제의 「점도」는, JIS K6910에 따라 브룩필드 점도계(Brookfield viscometer)에 의해 측정한 값이다. 경화층에 대해서는, 「경도」는 가부시키가이샤 나카야마(KABUSHIKI KAISHA NAKAYAMA)제의 자경성 경도계(NK-009)를 사용하여 측정한 값이며, 「두께」는 SEM 사진으로부터 구한 값이며, 「통기도」는 JIS Z 2601의 부속서 3에 기재된 신속법에 의해 측정한 값이다.

[1] 생형 주형

도 1a 및 도 1b에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 생형 주형(1)은, 오목부(3a, 3b) 및 주형 결합면(4a, 4b)를 가지는 적어도 한 쌍의 생형부(1a, 1b)를 가지고, (a) 각 생형부(1a, 1b)의 오목부(3a, 3b)의 표면 및 주형 결합면(4a, 4b)에 열경화성 수지를 주성분으로 하는 경화층(8)이 형성되어 있고, (b) 경화층(8)이 40∼98의 경도, 0.5∼6㎜의 두께, 및 70∼150의 통기도를 가지는 것을 특징으로 한다. 여기서, 오목부(3a, 3b)는, 생형부(1a, 1b)를 주형 결합했을 때 주조용 캐비티(6)를 형성하는 부분, 및 캐비티(6)에 연통하는 탕도(湯道)(15)와 같이 생형 주형 내에 있는 공동부(空洞部)를 의미한다.

얇은 경화층(8)이라도 충분한 경도 및 통기도를 확보하고, 셰이크 아웃 시에 큰 모래 떨어짐 효과를 얻기 위하여, 경화층(8)은 열경화성 수지를 주성분으로 한다. 열경화성 수지는 열가소성 수지보다 고온 강도가 높고, 캐비티 내의 용탕 압력에 견디어 생형으로의 용탕의 침투를 적게 할 수 있다. 더욱이, 열경화성 수지에는 물유리 보다 통기도를 크게 유지할 수 있다는 이점도 있다. 열경화성 수지로서, 페놀 수지, 에폭시 수지 및 푸란 수지 중 적어도 일종이 바람직하다. 그 중에서도, 페놀 수지가 바람직하다.

경화층(8)은 40∼98의 경도를 가질 필요가 있다. 경도가 40 이상이면 충분한 모래 떨어짐 효과를 발휘하고, 외관이 양호한 철계 주물을 얻을 수 있다. 또한 경도가 98 이하이면, 원하는 통기도가 확보되고, 핀홀 등 가스 결함의 발생의 우려가 작고, 또한 열경화성 수지의 낭비도 없다. 경화층(8)의 바람직한 경도는 45∼95이다.

상기한 바와 같이, 경화층(8)의 경도는 자경성 경도계로 측정하지만, 복잡한 오목부를 가지는 생형부(1a, 1b)의 경우 등에서는 극단적으로 경도의 측정값이 작아지는 부위도 있다. 그러므로, 측정 오차를 피하기 위하여, 극단적으로 경도의 측정값이 작은 부위(주형 틀로부터 50㎜ 이내의 범위, 및 깊은 캐비티)를 피하여, 5개소의 경화층(8)의 경도를 측정하고, 평균한다. 이 측정 방법은, 이하에 기재하는 반경화층(7)의 경도의 측정의 경우도 동일하다.

경화층(8)은 0.5∼6㎜의 두께를 가질 필요가 있다. 경화층(8)의 두께를 0.5㎜ 이상으로 함으로써 충분한 모래 떨어짐 효과를 얻을 수 있다. 또한 경화층(8)의 두께를 6㎜ 이하로 함으로써, 생형 주형에 철계 용탕을 주입했을 때의 가스의 투과가 억제되지 않아, 주물에 핀홀이 발생할 우려가 저하된다. 경화층(8)의 바람직한 두께는 1∼5㎜이다.

경화층(8)은 70∼150의 통기도를 가질 필요가 있다. 통기도가 70보다 작아지면 핀홀 등의 결함이 생길 우려가 있다. 또한, 통기도를 150보다 크게 하기 위해서는 경화제의 도포량을 적게 할 수밖에 없지만, 그렇게 하면 경화층(8)의 경도가 불충분해져, 셰이크 아웃 시의 모래 떨어짐 정도가 작아진다. 경화층(8)의 바람직한 통기도는 100∼150이다.

본 발명의 생형 주형은, 오목부(3a, 3b)의 표면 및 주형 결합면(4a, 4b)에 0.5∼6㎜로 얇은 경화층(8)이 형성되어 있으므로, 40∼98로 비교적 큰 경도를 가지면서, 70∼150으로 충분한 통기도를 가진다. 이와 같은 특징은, 주형 결합면에 경화층(8)을 형성한 것에 의해 얻어진다. 또한, 오목부(3a, 3b)의 표면 및 주형 결합면(4a, 4b)에만 경화층(8)을 형성하므로, 열경화성 수지의 도포량을 저감할 수 있는 효과도 얻어진다.

[2] 생형 주형의 제조 방법

본 발명의 생형 주형을 제조하는 방법은, (1) 각 생형부(1a, 1b)의 오목부(3a, 3b)의 표면 및 주형 결합면(4a, 4b)에, 열경화성 수지를 주성분으로 하고, 또한 1∼100mPa·S의 점도를 가지는 경화제(2)를 도포하고, (2) 생형부(1a, 1b)의 주형 결합 후에 가열함으로써, 경화제(2)를 경화시키는 것을 특징으로 한다.

경화제는, 도포 후에 즉시 건조되도록, 열경화성 수지의 알코올 용액인 것이 바람직하다. 알코올은 저분자량이면 특별히 한정되지 않지만, 작업 환경의 관점에서 에탄올, 이소프로필 알코올 등이 바람직하다.

경화제 중의 열경화성 수지의 농도에 의하여, 경화제의 점도를 조정할 수 있다. 상기 요건(40∼98의 경도, 0.5∼6㎜의 두께, 및 70∼150의 통기도)을 만족시키는 경화층(8)을 얻기 위해서는, 경화제의 점도를 1∼100mPa·S로 할 필요가 있다. 경화제의 점도가 1mPa·S 미만이면, 경화제가 생형부(1a, 1b)의 표면으로부터 지나치게 깊게 침투하므로, 경화제가 표면 근방에 잔류하기 어려워져, 충분한 경도를 가지는 경화층(8)을 얻을 수 없다. 충분한 경도를 가지는 경화층(8)을 형성하기 위해 다량의 경화제를 도포하면, 비경제적일 뿐만 아니라, 주탕 시에 가스가 다량으로 발생하므로, 주물 제품에 핀홀 결함이 발생하기 쉬워진다는 문제가 생긴다. 또한, 점도가 100mPa·S를 넘으면 생형부(1a, 1b)에 거의 침투하지 않아, 생형부(1a, 1b)의 표면에서 경화 수축한 경화층은 박리되기 쉬워진다. 물론, 경화층이 박리되면 생형에 용탕이 침투하고, 그 부분의 모래 떨어짐이 악화되거나 소부(燒付)가 발생하는 경우가 있다.

상기 요건을 만족시키는 경화층(8)을 얻기 위하여, 경화제의 도포량은 100∼550g/m²인 것이 바람직하다. 경화제의 도포량이 지나치게 적으면, 충분한 모래 떨어짐 억제 효과를 발휘할 수 없다. 또한, 경화제의 도포량이 과잉이면, 생형의 통기도가 작아지고, 가스 결함이 발생하기 쉬워진다. 그리고, 본 명세서에서는, 경화제의 도포량을 생형(1)의 평면 면적[생형(1)을 평면에서 볼 때의 면적(m²)]당 도포한 경화제의 양(g)으로 나타낸다. 주형 틀을 사용하는 경우, 상기 평면 면적은 주형 틀의 내면의 세로 치수×가로 치수(m²)이다.

경화제가 대략 완전히 경화되어 견고한 경화층(8)을 형성하기 전에 주형 결합하면, 경화층(8)의 손상을 방지할 수 있다. 주형 결합 후에 80∼180℃ 정도로 가열함으로써, 경화제가 거의 완전히 경화될 수 있다. 가열 유지 시간은, 생형 주형의 크기에도 따르지만, 일반적으로 1∼3분 정도로 된다.

본 발명의 생형 주형의 제조 방법에는, (a) 생형부(1a, 1b)에 경화제(2)를 도포한 후, 어느 정도 가열함으로써 불충분하게 경화시키고, 이어서, 주형 결합한 후 다시 가열함으로써 거의 완전히 경화시켜 경화층(8)을 얻는 제1 방법과, (b) 경화제(2)를 도포한 생형부(1a, 1b)를 주형 결합한 후, 가열함으로써 거의 완전히 경화시켜 경화층(8)을 얻는 제2 방법이 있다. 이하 각각에 대하여 상세하게 설명한다.

(A) 제1 방법

본 발명의 생형 주형을 제조하는 제1 방법은 경화제의 제1 및 제2 경화 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 구체적으로는 도 1에 나타낸 바와 같이, 제1 방법은, (1) 각 생형부(1a, 1b)의 오목부(3a, 3b)의 표면 및 주형 결합면(4a, 4b)에 1∼15mPa·S의 점도를 가지는 경화제(2)를 도포하고, (2) 주형 결합 전에 경화제(2)를 반경화 상태까지 경화시켜, 반경화층(7)을 형성하고, (3) 주형 결합 후에 반경화층(7)을 가열함으로써, 거의 완전히 경화한 경화층(8)으로 하는 것을 특징으로 한다.

경화제(2)의 점도가 1∼15mPa·S로 작으면, 경화제(2)의 각 생형부(1a, 1b)로의 침투도가 크기 때문에, 얻어지는 경화제층(생형사에 경화제가 함침한 층)은 작은 경도밖에 갖지 않다. 그러므로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 각 생형부(1a, 1b)의 오목부(3a, 3b)의 표면 및 주형 결합면(4a, 4b)에 경화제(2)를 도포한 후, 경화제(2)를 반경화 상태까지 경화시키는 제1 경화 공정과, 제1 경화 공정에 의해 얻어진 반경화층(7)을 통하여 생형부(1a, 1b)를 주형 결합한 후 반경화층(7)을 거의 완전히 경화시키는 제2 경화 공정을 행한다. 경화제(2)의 점도의 하한은 바람직하게는 2mPa·S 이상이며, 더욱 바람직하게는 3mPa·S 이상이다. 경화제(2)의 점도는, 열경화성 수지의 농도에 의해 조절할 수 있다.

제1 경화 공정은, 각 생형부(1a, 1b)를 바람직하게는 80∼180℃에서 1∼3분간 가열함으로써 행한다. 더욱 바람직하게는, 제1 경화 공정의 가열 온도는 100∼130℃이며, 가열 유지 시간은 1∼2분간이다.

반경화층(7)의 경도는 30∼45의 범위에 있는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이, 극단적으로 경도의 측정값이 작은 부위(주형 틀으로부터 50 ㎜이내의 범위, 및 깊은 캐비티)를 피하여, 5개소의 반경화층(7)의 경도를 자경성 경도계로 측정하고, 평균한다. 경도가 30 이상의 반경화층(7)은 주형 결합 시에 찌그러지는 일이 없기 때문에, 얻어지는 철계 주물에 치수 및 외관의 문제점이 발생할 우려가 낮다. 또한, 45 이하의 경도로 함으로써, 반경화층(7)은 충분한 변형성을 가지고, 주형 결합 시에 균열 우려가 작아진다.

반경화층(7)을 거의 완전히 경화시키는 제2 경화 공정은, 주형 결합한 생형부(1a, 1b)를 바람직하게는 80∼180℃에서 1∼3분간 가열함으로써 행한다. 더욱 바람직하게는, 제2 경화 공정의 가열 온도는 100∼130℃이며, 가열 유지 시간은 1∼2분간이다.

제1 방법에서는 생형부(1a, 1b)에 충분히 침투하는 저점도의 경화제(2)를 사용함으로써, 얻어지는 반경화층(7), 및 반경화층(7)의 재차의 경화에 의해 얻어지는 경화층(8)은 비교적 두껍다. 구체적으로는, 경화층(8)[반경화층(7)]의 두께는 2.2∼6㎜인 것이 바람직하다. 물론, 제1 방법에 의해 형성되는 경화층(8)이 40∼98의 경도 및 70∼150의 통기도를 가진다.

상기한 바와 같이, 제1 경화 공정에서, 주형 결합 시에 작용하는 힘에 굴하지 않는 정도의 경도를 가지고, 또한 주형 결합 시의 충격을 흡수할 수 있을 정도의 변형성을 유지한 반경화층(7)을 형성함으로써, 주형 결합을 양호하게 행할 수 있다. 이어서, 주형 결합 후에 제2 경화 공정을 행하는 것에 의해 반경화층(7)을 거의 완전히 경화시켜, 충분한 경도를 가지는 경화층(8)으로 하므로, 셰이크 아웃 시의 모래 떨어짐을 충분하게 억제할 수 있고, 이로써 건전한 외관을 가지는 주물을 얻을 수 있다.

(B) 제2 방법

본 발명의 생형 주형을 제조하는 제2 방법은, (1) 각 생형부(1a, 1b)의 오목부(3a, 3b)의 표면 및 주형 결합면(4a, 4b)에 15∼100mPa·S의 점도를 가지는 경화제(2')를 도포하고, (2) 주형 결합 후에 가열함으로써 경화제(2')를 경화시켜, 거의 완전히 경화한 경화층(8)으로 하는 것을 특징으로 한다.

제2 방법에서는 경화제(2')의 경화를 일단(一段)으로 행하므로, 경화제(2')의 점도를 15∼100mPa·S로 비교적 크게 한다. 점도가 15mPa·S 이상이면, 경화제(2')는 각 생형부(1a, 1b)에 거의 침투하지 않고, 얻어진 얇은 경화제층(7')은 주형 결합 시에 거의 찌그러지지 않는다. 경화제층(7')의 두께는 0.5∼2.2㎜인 것이 바람직하다.

주형 결합 전의 경화제층(7')의 경도는 5∼30인 것이 바람직하다. 경도가 5 이상이면 경화제층(7')은 주형 결합 시에 찌그러지지 않는다. 또한, 경화제층(7')의 경도가 30 이하이면, 충분한 변형성이 있기 때문에 주형 결합에 의해 파괴될 우려가 없을 뿐만 아니라, 경화제층(7')으로부터 얻어지는 경화층(8)이 충분한 가스 투과성을 가지므로, 얻어지는 철계 주물에 핀홀 등의 가스 결함이 발생할 우려가 작다.

경화제층(7')을 1회로 거의 완전히 경화시키기 위하여, 주형 결합한 생형부(1a, 1b)를 바람직하게는 80∼180℃에서 1∼3분간 가열한다. 더욱 바람직하게는, 경화제층(7')의 가열 온도는 100∼130℃이며, 가열 시간은 1∼2분간이다.

경화제층(7')의 경화에 의해 얻어지는 경화층(8)은 바람직하게는 0.5∼2.2㎜의 두께를 가진다. 제2 방법에 의해 얻어진 경화층(8)의 두께가 0.5㎜ 이상이면, 충분한 모래 떨어짐 억제 효과가 얻어진다. 또한, 경화층(8)의 두께가 2.2㎜ 이하이면, 주형에 용탕을 주입했을 때의 가스의 투과가 억제되지 않아, 주물에 핀홀이 발생할 우려가 낮다. 물론, 제2 방법에 의해 형성되는 경화층(8)도 40∼98의 경도 및 70∼150의 통기도를 가진다.

본 발명을 이하의 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

<제1 방법에 의해 얻어진 생형 주형을 사용한 주조>

(1) 조형 공정

먼저 규사(珪砂)와 물과 점토를 질량비로 100:3:1의 비율로 혼련함으로써 생형사를 조제하였다. 다음에, 도 2에 나타낸 바와 같이, 모형(12a, 12b)을 세팅한 정반(13) 상에 주형 틀(11)(내측의 사이즈: 0.5m×0.6m)을 세팅하고, 주형 틀(11)의 내측에 생형사를 투입한 후, 졸트 스퀴즈(jolt-squeeze)법으로 압축함으로써 생형부(상형)(1a) 및 생형부(하형)(1b)를 얻었다. 가부시키가이샤 나카야마제의 NK-009를 사용하여, 주형 틀(11)로부터 50㎜ 이상 이격된 상형(1a), 하형(1b)의 주형 결합면(4a, 4b)의 평면부에 있어서, 자경성 경도계에 의해 5개소의 경도를 측정하고, 평균함으로써 경도를 구하였다. 그 결과, 경도는 상형(1a) 및 하형(1b) 모두 20이었다.

(2) 도포 공정

상형(1a), 하형(1b)의 오목부(3a, 3b)의 표면 및 주형 결합면(4a, 4b)에, 도포 장치(14)를 사용한 분무법에 의해 페놀 수지의 에탄올 용액(점도: 10mPa·S)으로 이루어지는 경화제(2)를 도포하고, 건조하였다. 상형(1a) 및 하형(1b)의 각 주형 결합면(4a, 4b)에 도포한 경화제(2)의 양은 120g이며, 주형 결합면(4a, 4b)의 면적당 400g/m²였다. 상기와 동일하게 측정한 경화제(2) 도포 후의 경도는 8이었다.

(3) 제1 경화 공정

주형 결합면(4a, 4b)에 도포한 경화제층을 백열등으로 105℃에서 1분간 가열하고, 반경화시켰다. 얻어지는 반경화층(7)의 경도는 백열등의 온도 및 점등 시간에 의해 조절 가능하다. 상기와 동일하게 측정한 반경화층(7)의 경도는 43이었다.

(4) 주형 결합 공정

주형 결합면(4a, 4b)에 반경화층(7)을 형성한 상형(1a) 및 하형(1b)을 주형 결합했다.

(5) 제2 경화 공정

탕구(湯口)(15)로부터 105℃의 온풍을 캐비티(6)에 압송함으로써 반경화층(7)을 다시 경화시켜, 두께 3㎜의 경화층(8)을 형성하였다. 상기와 같은 방법으로 측정한 경화층(8)의 경도는 76이었다. 또한, 경화층(8)의 통기도는 110이었다.

(6) 평가

완성한 생형(1)에 용탕을 주탕한 후, 셰이크 아웃 시의 모래 떨어짐 정도, 및 얻어진 주물의 외관을 관찰했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 모래 떨어짐 정도는, 셰이크 아웃 후의 탕도 및 제품에 부착된 생형사의 질량을, 비교예 1에서의 질량을 100%로 했을 때의 상대값으로 나타낸 것이다. 모래 떨어짐 정도가 작을수록, 얻어진 주물에 부착된 생형사를 용이하게 제거할 수 있는 것을 나타낸다.

<비교예 1>

도 4에 나타낸 바와 같이 경화제를 도포하지 않는 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여, 생형(1)을 제조하고, 셰이크 아웃 시의 모래 떨어짐 정도 및 주물의 외관을 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 경화제를 도포하지 않는 생형(1)의 오목부의 통기도는 160이었다. 또한, 경화제를 도포하고 있지 않으므로, 셰이크 아웃 시의 모래 떨어짐이 불량했다.

<비교예 2>

제1 경화제의 점도를 0.5mPa·S로 하고, 경화제의 도포량을 800g/m²로 하고, 경화층의 두께를 8㎜로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 생형(1)을 제조하고, 셰이크 아웃 시의 모래 떨어짐 정도 및 주물의 외관을 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 반경화층(7)의 경도는 25였다. 또한, 경화층(8)의 경도는 60이며, 통기도는 68이었다.

<실시예 2∼5 및 비교예 3>

경화제의 종류, 점도 및 도포량, 제1 경화 공정 및 제2 경화 공정을 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시킨 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 생형(1)을 제조하고, 셰이크 아웃 시의 모래 떨어짐 정도 및 주물의 외관을 평가했다. 제1 경화 공정 후 및 제2 경화 공정 후의 경도는 경화 시간을 변경함으로써 변화시켰다. 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1-1]

주: (1) 페놀 수지

(5) JIS K6910에 따라 브룩필드 점도계에 의해 측정한 점도

(6) JIS Z 2601의 부속서 3에 기재된 신속법에 의해 측정

[표 1-2]

주: (1) 페놀 수지

(2) 에폭시 수지

(3) 푸란 수지

(4) 물유리

(5) JIS K6910에 따라 브룩필드 점도계에 의해 측정한 점도

(6) JIS Z 2601의 부속서 3에 기재된 신속법에 의해 측정

표 1로부터 명백한 바와 같이, 조형 후의 생형의 주형 결합면에 점도가 1∼15mPa·S인 경화제를 도포하고, 제1 경화 공정에 의해 반경화층을 형성하고, 주형 결합 공정 후의 제2 경화 공정에 의해 경화층이 형성된 생형을 사용하는 실시예 1∼5에서는, 셰이크 아웃 시의 모래 떨어짐 정도가 양호하며, 주물의 외관도 양호했다. 특히 실시예 1∼3에서는, 열경화성 수지로서 페놀 수지를 사용하고, 반경화층이 30∼45의 범위 내의 경도를 가지고, 경화층이 40∼98의 범위 내의 경도, 2.2∼6㎜의 범위 내의 두께 및 70∼150의 범위 내의 통기도를 가지고 있었으므로, 모래 떨어짐 정도 및 주물의 외관이 매우 양호했다. 실시예 4에서 얻어진 주물에는 분할부(parting portion)의 변형에 의한 약간의 버(burr)가 확인되었지만, 외관은 전체적으로 양호(○)였다. 또한, 실시예 5에서 얻어진 주물에는 핀홀 및 소부가 관찰되었지만, 외관은 전체적으로 양호(○)였다.

이에 대하여, 비교예 1에서는 경화제를 도포하지 않으므로, 오목부의 통기도는 160이었지만, 셰이크 아웃 시의 모래 떨어짐이 불량했다. 또한, 비교예 2에서는 경화제의 점도가 1mPa·S 미만이므로, 다량의 경화제를 도포한 결과, 통기도가 70 미만이며, 핀홀이 발생하여 주물의 외관은 불량(×)일 뿐만 아니라, 주물의 분할부 도 변형되어 있었다. 또한, 비교예 3에서는 경화제로서 물유리를 사용하였으므로, 경화층(8)의 통기도는 62이며, 모래 떨어짐 정도 및 주물의 외관이 모두 불량했다.

<실시예 6>

<제2 방법에 의해 얻어진 생형 주형을 사용한 주조>

점도를 25mPa·S로 조정한 페놀 수지의 에탄올 용액을 경화제(2)로서 사용하고, 또한 도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 제2 방법에 의해 경화제(2)를 주형 결합 후에 거의 완전히 경화시킨 것 이외에, 실시예 1과 동일하게 하여 생형(1)을 제조하고, 셰이크 아웃 시의 모래 떨어짐 정도 및 주물의 외관을 평가했다. 그리고, 경화제의 도포의 종료 후 주형 결합까지의 시간은 2분이었다. 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2로부터 명백한 바와 같이, 경화제의 도포 후의 경도는 8이며, 경화층(8)의 경도는 80이며, 또한 두께는 2㎜였다.

<비교예 4>

경화제(2)의 점도를 150mPa·S로 한 것 이외에, 실시예 6과 동일하게 하여 생형(1)을 제조하고, 셰이크 아웃 시의 모래 떨어짐 정도 및 주물의 외관을 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다. 표 2로부터 명백한 바와 같이, 경화제(2)는 점도가 크기 때문에 생형(1)에 거의 침투하지 않고, 경화층(8)의 두께는 0.2㎜였다. 이 경화층(8)은 생형(1) 표면으로의 앵커 효과를 갖지 않기 때문에, 부분적으로 박리되고, 노출된 사형 부분에 용탕이 침투하여, 소부 불량이 발생하였다.

실시예 7∼9 및 비교예 5 및 비교예 6

경화제의 종류, 경화제의 도포량, 경화제의 점도, 주형 결합 전의 경도의 측정값을 표 2에 나타낸 바와 같이 변경한 것 이외에, 실시예 6과 동일하게 하여 생형(1)을 제조하고, 셰이크 아웃 시의 모래 떨어짐 정도 및 주물의 외관을 평가했다. 결과를 표 2에 나타낸다.

[표 2-1]

주: (1) 페놀 수지

(5) JIS K6910에 따라 브룩필드 점도계에 의해 측정한 점도

(6) JIS Z 2601의 부속서 3에 기재된 신속법에 의해 측정

[표 2-2]

주: (2) 에폭시 수지

(3) 푸란 수지

(4) 물유리

(5) JIS K6910에 따라 브룩필드 점도계에 의해 측정한 점도

(6) JIS Z 2601의 부속서 3에 기재된 신속법에 의해 측정

표 2로부터 명백한 바와 같이, 실시예 6∼9에서는 조형 후의 생형의 주형 결합면에 점도가 15∼100mPa·S의 범위 내의 경화제를 도포하고, 경화 공정은 주형 결합 공정 후에만 행하고 있기 때문에 셰이크 아웃 시의 모래 떨어짐 정도가 양호하며, 주물의 외관도 양호했다. 특히 실시예 6∼8에서는, 열경화 수지로서 페놀 수지를 사용하고, 경화제층의 경도가 5∼30의 범위 내에 있고, 경화층이 40∼98의 범위 내의 경도, 0.5∼2.2㎜의 범위 내의 두께, 및 70∼150의 범위 내의 통기도를 가지고 있었으므로, 모래 떨어짐 정도와 주물의 외관이 매우 양호했다.

이에 대하여, 비교예 4에서는 경화제의 점도가 100mPa·S 초과이므로, 경화층이 탈락하고, 소부 불량이 발생하였다. 또한, 비교예 5에서는 경화층의 두께가 0.5㎜ 미만이므로, 모래 떨어짐 정도와 주물의 외관이 모두 나빴다. 또한, 비교예 6에서는 통기도가 70보다 작기 때문에, 철계 주물에 핀홀 등의 가스 결함이 발생하고, 외관이 불량했다.

1 : 생형
1a, 1b : 생형부
2 : 경화제
3a, 3b : 오목부
4a, 4b : 주형 결합면
6 : 캐비티
7 : 반경화층
7' : 경화제층
8 : 경화층
11 : 주형 틀
12a, 12b : 모형
13 : 정반
14 : 도포 장치
15 : 탕도

Claims

오목부 및 주형 결합면을 가지는 적어도 한 쌍의 생형부를 가지는 생형 주형으로서, 열경화성 수지를 주성분으로 하는 경화제가 각 생형부의 오목부면 및 주형 결합면에 침투한 경화층이 형성되어 있고, 상기 경화층이 40∼98의 경도, 0.5∼6㎜의 두께, 및 70∼150의 통기도를 가지는,
생형 주형.
제1항에 있어서,
상기 열경화성 수지가 페놀 수지, 에폭시 수지 및 푸란 수지 중 적어도 일종인, 생형 주형.
제1항에 기재된 생형 주형을 제조하는 방법으로서,
각 생형부의 오목부면 및 주형 결합면에, 열경화성 수지를 주성분으로 하고, 또한 1∼100mPa·S의 점도를 가지는 경화제를 도포하고,
상기 생형부의 주형 결합 후에 가열함으로써, 상기 경화제를 경화시키는,
생형 주형의 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 경화제가 열경화성 수지의 알코올 용액인, 생형 주형의 제조 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 경화제의 도포량이 100∼550g/m²인, 생형 주형의 제조 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 각 생형부의 오목부면 및 주형 결합면에 1∼15mPa·S의 점도를 가지는 경화제를 도포하고,
주형 결합 전에 상기 경화제를 반경화 상태까지 경화시켜, 반경화층을 형성하고,
주형 결합 후에 상기 반경화층을 가열함으로써, 거의 완전히 경화한 경화층으로 하는, 생형 주형의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 반경화층의 경도가 30∼45인, 생형 주형의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 경화층의 두께가 2.2∼6㎜인, 생형 주형의 제조 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 각 생형부의 오목부면 및 주형 결합면에 15∼100mPa·S의 점도를 가지는 경화제를 도포하고,
주형 결합 후에 가열함으로써 상기 경화제를 경화시켜, 거의 완전히 경화된 경화층으로 하는, 생형 주형의 제조 방법.
제9항에 있어서,
주형 결합 전의 경화제층의 경도가 5∼30인, 생형 주형의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 경화층의 두께가 0.5∼2.2㎜인, 생형 주형의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 기재된 생형 주형을 사용하여 철계 주물을 제조하는 방법으로서,
상기 생형부를 주형 결합한 후, 가열함으로써 상기 경화층을 형성하고,
주형 결합한 상기 생형부의 오목부에 의해 형성된 캐비티에 철계 용탕을 충전하는,
철계 주물의 제조 방법.