KR102183487B1 - 연속형 수직 원심주조법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 연속형 수직 원심주조법은 제조 공정을 단축할 수 있고 사소비량을 절감할 수 있어 공정 효율이 우수함과 동시에 균일한 품질의 제품을 높은 회수율로 연속적으로 생산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 연속형 수직 원심주조법은 사형주조 및 반원심주조를 융합하여 이들의 단점을 보완하고 장점만을 우수하게 발현할 수 있어, 주문자의 요구에 맞춘 다양한 형태의 제품을 반복·연속적으로 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

연속형 수직 원심주조법{CONTINUOUS VERTICAL TYPE CENTRIFUGAL CASTING}

본 발명은 연속형 수직 원심주조법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조 공정을 단축할 수 있고 사소비량을 절감할 수 있어 공정 효율이 우수함과 동시에 균일한 품질의 제품을 높은 회수율로 연속적으로 생산할 수 있는 연속형 수직 원심주조법에 관한 것이다.

일반적으로 주조(casting)란, 금속을 녹여 주형에 부은 뒤 응고시켜서 주형 내의 공동 모양과 같은 제품을 얻는 것을 말하며, 주조 방법으로는 크게 중력 주조와 원심 주조가 널리 이용되고 있다.

중력 주조(gravity casting)는 용융금속이 자체 중력에 의하여 주형 내부로 주입되는 방식이다. 이 방식은 불순물 내지 기공 등으로 인하여 양질의 제품을 얻기 어렵다는 문제가 있다.

중력 주조의 일종인 사형주조는 주물사를 이용하여 사형을 제작하고 제작된 사형에 용융금속을 주입하여 반제품을 주조한 이후, 사형을 제거하고 표면 가공과 같은 후처리를 통해 제품으로 생산하는 방식이다. 사형주조는 주문자의 요구에 맞춘 다양한 형태의 주형을 제작하여 제품을 생산할 수 있으므로 다품종 소량으로 주문되는 제품을 제조하기에 적합한 방식이다. 그러나, 사형주조로 생산된 제품은 불량률이 높으며, 품질이 균일하지 못한 단점이 있다. 또한, 사형주조는 제조 공정이 길고 작업 환경이 열악하고, 주형(mold)의 크기가 커야하므로 사소비량이 많이 드는 문제점이 있었다.

한편, 원심 주조(centrifugal casting)는 주형을 300~3,000rpm으로 회전시키면서 주형에 용탕을 주입하여 그 원심력으로 주물을 가압하고, 주물 내외의 원심력의 차이로 불순물을 분리시켜 특히 외주부에서 양질의 품질을 얻는 것이다. 크게 진원심주조(True centrifugal casting)와 반원심주조(Semicentrifugal casting), 그리고 센트리퓨징(Centrifuging)으로 분류되며, 아울러 회전축의 방향에 따라 수평형 원심주조와 수직형 원심주조로 분류되기도 한다.

일반적으로 사용되는 원심 주조는 주로 중공관이나 링 또는 디스크형 제품을 만들기 위한 방법으로 이용되고 있다. 이는 원심력에 의해 제품의 외측 부분은 치밀한 조직 구조와 높은 밀도를 갖는 금속 결정이 배치되고 상대적으로 원심력이 작게 작용하는 회전축 부근은 기포나 불순물과 같은 밀도가 낮은 성분들이 배치되기 때문이다. 따라서 불순물과 기포가 모여 있는 내측 표면 일부를 기계가공으로 제거하여 중공관이나 링 또는 디스크형 제품으로 제작하게 된다. 이와 같은 원심 주조는 주형의 회전을 위한 회전장치가 필요하며, 특정 형태의 제품에 한정되어 이용될 수 있으며, 반제품의 형태와 완제품의 형태가 비교적 크게 상이하기 때문에 반제품에서 기계가공으로 제거되는 부분이 과다하여 회수율이 낮은 문제점이 있었다.

용융금속을 공동에 가득 채워 내부에 중공이 형성되지 않도록 하는 원심주조도 있다. 이는 반원심주조로서 진원심주조에 비해 상대적으로 낮은 회전속도로 금형을 회전시키며 용융금속을 금형의 공동에 가득 채워서 제품을 생산한다. 하지만, 반원심주조를 이용하여 제조된 제품도 중심축 부위는 기포와 불순물로 인하여 물성이 좋지 않고 여전히 회수율이 낮고, 이를 사형주조와 접목하는 경우에는 모래주형(사형)이 망가지는 어려움이 있었다.

따라서, 제조 공정을 단축할 수 있으며 사(沙)소비량을 절감할 수 있는 원심주조 방식을 이용하여 제품을 생산하되, 균일한 품질의 제품을 높은 회수율로 연속적으로 생산할 수 있는 주조방법이 필요하다.

한국등록특허 10-1772027

본 발명이 해결하고자 하는 첫번째 과제는 제조 공정을 단축할 수 있고 사소비량을 절감할 수 있어 공정 효율이 우수함과 동시에 균일한 품질의 제품을 높은 회수율로 연속적으로 생산할 수 있는 연속형 수직 원심주조법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 두번째 과제는 사형주조 및 반원심주조를 결합하여 이들의 단점을 보완하고 장점만을 우수하게 발현할 수 있는 연속형 수직 원심주조법을 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 (1) 사형 및 중자를 조립한 조립 중자; 구동력에 의해 축회전할 수 있게 형성된 턴테이블;및 금속 원료를 용해로에서 용융하여 상기 턴테이블 내로 주입이 가능한 용융금속;을 준비하는 단계; (2) 상기 턴테이블 내에 상기 조립중자를 설치하는 단계; (3) 상기 턴테이블에 턴테이블 커버 및 주입구를 장착하여 원심 주조공정을 준비하는 단계; (4) 상기 턴테이블에 원심력을 부여하여 상기 턴테이블을 중력방향의 축을 중심으로 하여 회전시키면서 상기 용융금속을 주입하고, 응고하여 제품을 주조하는 원심주조를 수행하는 단계; 및 (5) 상기 턴테이블 커버를 분리하고, 상기 사형으로부터 제품을 취출하는 단계;를 포함하는 연속형 수직 원심주조법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (4)단계에서 턴테이블에 부여되는 원심력은 6 ~ 20G일 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 조립 중자는, 상기 용융금속의 주입구와 수직 방향으로 형성된 복수 개의 인게이트부; 및 상기 각각의 인게이트부와 연결된 복수 개의 보조 압탕부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 주입구는 중력방향으로 연장되고, 상기 인게이트부는 상기 주입구에서 직교하는 방향으로 연장될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (5) 단계는 사형을 냉각 벨트 상에서 냉각한 후에 사형을 해체하여 주형사로부터 제품을 취출할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (5) 단계 이후에, 상기 주형사를 재생처리한 후 냉각 및 분급처리 하여 사형 및 중자를 제조하는 데 재사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계는 사형을 복수 개 적층하는 쉘-스택(shell-stack) 방식으로 수행될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (4) 단계에서 상기 축회전의 회전 속도는 230 ~ 330 rpm일 수 있다.

본 발명의 연속형 수직 원심주조법은 제조 공정을 단축할 수 있고 사소비량을 절감할 수 있어 공정 효율이 우수함과 동시에 균일한 품질의 제품을 높은 회수율로 연속적으로 생산할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 연속형 수직 원심주조법은 사형주조 및 반원심주조를 융합하여 이들의 단점을 보완하고 장점만을 우수하게 발현할 수 있어, 주문자의 요구에 맞춘 다양한 형태의 제품을 반복·연속적으로 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 공정순서도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 원심주조 공정에 대한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 인게이트부 및 보조 압탕부의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 원심주조법의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 공정순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 사용되는 용어에 대하여 간략히 설명한다.

용어 '사형'은 모래로 이루어진 주형인 사형(沙型, sand mold)을 의미한다.

용어 '수직 원심주조법'이란 중력 방향의 축을 중심으로 하여 축회전이 이루어지며 제품을 주조하는 주조법을 의미하며, 용어 '수평 원심주조법'이란 중력 방향에 직교하는 방향을 축으로 하여 축회전이 이루어지며 제품을 주조하는 주조법을 의미한다.

상술한 바와 같이 기존의 사형주조는 불량률이 높으며, 품질이 균일하지 못하였다. 또한, 제조 공정이 길고 작업 환경이 열악할 뿐만 아니라 사소비량이 많아 공정 효율이 떨어지는 한계점이 있었다. 기존의 원심주조는 특정 형태의 제품에 한정되어 적용되고, 반제품의 형태와 완제품의 형태가 비교적 크게 상이하여 공정을 통해 제거되는 부분이 과다하여 회수율이 낮은 한계점이 있었다.

상기 과제를 안출하기 위하여 본 발명은 (1) 사형 및 중자를 조립한 조립 중자; 구동력에 의해 축회전할 수 있게 형성된 턴테이블;및 금속 원료를 용해로에서 용융하여 상기 턴테이블 내로 주입이 가능한 용융금속;을 준비하는 단계; (2) 상기 턴테이블 내에 상기 조립중자를 설치하는 단계; (3) 상기 턴테이블에 턴테이블 커버 및 주입구를 장착하여 원심주조 공정을 준비하는 단계; (4) 상기 턴테이블에 원심력을 부여하여 상기 턴테이블을 중력방향의 축을 중심으로 하여 회전시키면서 상기 용융금속을 주입하고, 응고하여 제품을 주조하는 원심주조 수행하는 단계;및 (5) 상기 턴테이블 커버를 분리하고, 상기 사형으로부터 제품을 취출하는 단계;를 포함하는 연속형 수직 원심주조법을 제공한다.

이와 같이 사형주조 및 원심주조를 결합하고 변형함으로써, 본 발명은 제조 공정을 단축할 수 있고 사소비량을 절감할 수 있어 공정 효율이 우수함과 동시에 균일한 품질의 제품을 높은 회수율로 연속적으로 생산할 수 있다. 또한, 특정한 형태 및 크기에 한정되지 않고, 주문자의 요구에 맞춘 다양한 형태의 제품을 반복·연속적으로 용이하게 제조할 수 있다. 즉, 본 발명은 사형주조 및 원심주조를 결합하여 각각의 단점은 보완하고, 장점은 우수하게 발현할 수 있다.

구체적으로, 통상적으로 사형주조는 제조공정이 길고 작업환경이 열악하며 사소비량이 많아 공정 효율이 낮은 문제점이 있었다. 그러나 본 발명은 후술하는 바와 같이 수직 원심주조를 활용함으로써 짧은 제조공정으로 제품의 주조가 가능하고, 제품에 비하여 상대적으로 크기가 큰 플라스크 등을 제조할 필요가 없어 사소비량을 절감할 수 있고, 작업 환경을 개선할 수 있다.

또한, 통상적으로 원심주조는 반제품으로 제조되어 후차적인 가공 공정이 많이 필요하고, 상기 가공 공정을 통해 제거되는 부분이 많아 회수율이 낮으며, 특정 형태의 제품에 한정되어 적용되는 문제점이 있었다. 그러나 본 발명은 복잡한 후차적인 가공 공정을 수행하지 않아도 거의 완제품에 가까운 반제품을 수득할 수 있어 공정이 편리하고, 회수율이 우수하다. 또한, 목적하는 형태로 다양한 제품을 제조할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 공정순서도이다. 본 발명은 조립 중자, 턴테이블 및 금속을 준비하는 단계(S1), 턴테이블 내에 조립중자를 설치하는 단계(S2), 턴테이블에 턴테이블 커버 및 주입구를 장착하여 원심주조 공정을 준비하는 단계(S3), 턴테이블에 원심력을 부여하여 턴테이블을 중력방향의 축을 중심으로 하여 회전시키면서 용융금속을 주입하고, 응고하여 제품을 주조하는 원심주조 수행하는 단계(S4) 및 턴테이블 커버를 분리하고 사형으로부터 제품을 취출하는 단계(S5)를 포함한다.

먼저, (1) 조립 중자, 턴테이블 및 금속을 준비하는 단계(S1)에 대해 설명한다. 상기 단계(S1)를 통해 사형 및 중자를 조립한 조립 중자, 구동력에 의해 축회전할 수 있게 형성된 턴테이블, 금속 원료를 용해로에서 용융하여 상기 턴테이블 내로 주입이 가능한 용융금속을 준비할 수 있다.

사형(sand mold)에 중자(core)를 조립하여 조립 중자를 준비한다. 일반적으로 구멍이 있거나 속이 빈 주물을 제조할 때, 상기 구멍 등에 해당하는 모양의 주형을 중자라고 한다. 목적하는 제품의 형태에 알맞은 사형 및 중자를 준비하고, 목적하는 형태의 주물을 수득할 수 있도록 상기 사형 및 중자를 조립한 조립 중자를 준비할 수 있다. 한편, 경우에 따라서는 상기 중자를 사전에 예열한 상태로 사용할 수도 있다.

사형은 상형 또는 하형의 사형을 별도로 제조하여 준비할 수 있다. 한편, 상기 중자는 주물사(molding sand) 및 중자용 점결제를 이용하여 제조될 수 있다. 주물사는 주물 제작에 사용되는 통상적인 모래를 의미하며, 그 입자 크기는 AFSGFN(America Foundry Society Grain Fineness Number, 미주조학회 입자 크기 지수) 30 ~ 50 정도로 이루어질 수 있다. 또한, 중자용 점결제는 점성을 주어 잘 엉켜붙도록 하는 물질로서, 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용하는 유기 점결제 또는 무기 점결제를 사용할 수 있다.

턴테이블은 구동력에 의해 축회전할 수 있는 것으로, 턴테이블 내에 조립 중자를 안착하여 설치하여 원심주조를 준비할 수 있다. 상기 축회전은 턴테이블의 수평면에 대하여 수직한 방향으로 중심축으로 하여 수행되고, 이를 통해 수직 원심주조가 수행될 수 있다.

용융금속은 상기 턴테이블에 주입 가능한 것으로, 목적하는 제품의 재질에 알맞은 금속 원료를 용해로에서 용융하여 준비할 수 있다.

다음으로, (2) 턴테이블 내에 조립 중자를 설치하는 단계(S2)에 대해 설명한다. 상기 단계(S2)는 상기 턴테이블 내에 조립 중자를 축회전 가능하도록 고정하는 단계이다. 이를 통해 축회전시킬 때 발생하는 원심력에 의하여 용융금속이 고르게 분배됨으로써 주물이 주조된다.

이와 같이 사형 및 중자를 턴테이블 내에 설치함으로써, 본 발명은 사형주조와 같이 목적하는 형태에 알맞은 제품을 주조할 수 있다. 즉, 통상적인 원심주조법은 중공 형상 등 특정한 형태의 제품은 우수하게 제조할 수 있는 반면에 그렇지 않은 형태의 제품은 원심력에 의해 회전축 부근은 기포나 불순물이 형성되는 등 품질이 저하되는 한계점이 있었다. 그러나 본 발명은 턴테이블 내에 사형 및 중자를 설치하고, 특정한 크기의 원심력 및 회전속도를 설정함으로써 다양한 목적하는 형태의 제품을 제조할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (2) 단계는 사형을 복수 개 적층하는 쉘-스택(shell-stack) 방식으로 수행될 수 있다. 즉, 적어도 둘 이상의 복수 개의 사형을 적층하는 쉘-스택(shell-stack) 방식으로 조립 중자를 설치할 수 있고, 이를 통해 적층 원심주조를 수행할 수 있어 복수 개의 제품을 한번에 제조할 수 있는 효과가 있다.

구체적으로, 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 원심주조 공정에 대한 모식도이다. 도 2(a)를 참조하면, 복수 개의 사형을 순차적으로 적층할 수 있고, 이를 턴테이블 내에 설치하여 원심주조를 수행하는 경우 복수 개의 주물을 주조할 수 있다. 즉, 복수 개로 적층한 사형을 이용하여 한 번의 공정으로 복수 개의 제품을 제조할 수 있는 것이다. 한편, 도 2(b)와 같이 단수 개의 사형을 이용할 수도 있다. 이 경우 목적하는 제품의 형태 및 크기에 따라서 사형의 형태 및 크기가 결정될 수 있다.

다음으로, (3) 턴테이블에 턴테이블 커버 및 주입구를 장착하여 원심주조 공정을 준비하는 단계(S3)에 대해 설명한다. 턴테이블 커버 및 주입구를 장착하는 경우, 용융금속을 단시간 내에 주입하여 원심주조를 수행할 수 있다. 주입구는 용융금속이 주입되는 유입구로 통상적으로는 탕구라고 지칭할 수도 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 턴테이블은 하형 턴테이블일 수 있고, 상기 주입구는 상기 턴테이블 커버의 상부에 장착될 수 있다. 이와 같이 하형 턴테이블 내에 조립 중자를 설치한 후에 턴테이블 커버를 덮고, 상기 턴테이블 커버의 상부에 주입구를 장착하는 경우에는 중간 및 상단 몰드에 지속적으로 용탕이 유입되면서 하단 몰드에 급탕 효과가 있다. 이에 따라 하단 몰드의 결함이 최소분포로 검출되는 효과가 있다.

다음으로, (4) 턴테이블에 원심력을 부여하여 턴테이블을 중력방향의 축을 중심으로 하여 회전시키면서 용융금속을 주입하고, 응고하여 제품을 주조하는 원심주조 수행하는 단계(S4)에 대해 설명한다. 상기 단계(S4)는 원심주조 공정을 수행하여 용융금속이 원심력에 의해 고르게 분배됨으로써 주물을 제조하는 단계이다. 이 경우 압탕을 하지 않고 주조를 수행하게 되어 제품의 수율이 증대되고, 불필요한 용해 공정을 단축화할 수 있는 효과가 있다.

이 때, 턴테이블을 중력방향의 축을 중심으로 하여 회전시킨다는 의미는 턴테이블을 중력방향의 축을 중심으로 하여 축회전하도록 하여 중력방향에 직교하는 방향으로 원심력을 부여함으로써 수직 원심주조를 수행한다는 의미이다.

턴테이블을 원심력 부여기로 이동시키고, 구동력에 의하여 회전시킬 수 있다. 상기 턴테이블을 중력방향의 축을 중심으로 하여 축회전시키면서 용융금속을 주입하는 경우, 회전관성을 유지한 상태에서 용융금속을 주입할 수 있다. 이와 같이 회전관성을 유지하면서 용융금속을 주입하는 경우에는 원심력을 이용하여 용융금속을 고르게 분배시켜 물성이 우수한 주물을 제조할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (4) 단계에서 상기 용융금속의 주입 시 주입 시간은 9초 미만일 수 있다. 보다 바람직하게는 8초 이하일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 6 ~ 8초일 수 있다. 이와 같이 용융금속의 주입을 짧은 시간 이내에 수행하는 경우에는, 용융금속의 분배를 더욱 고르게 수행할 수 있어 제품의 내측 및 외측이 균일한 조직으로 형성될 수 있게 된다. 이에 따라 품질이 우수한 제품을 수득할 수 있는 효과가 있다.

만일 용융금속 주입 시 주입을 느린 속도로 천천히 수행하여 주입 시간이 상기 범위를 초과하여 길어지는 경우에는 용융금속이 고르게 분배되지 않아 균일한 조직을 형성하기 어렵고, 제품의 품질이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

한편, 상기 (4) 단계에서 상기 턴테이블에 부여되는 원심력은 6 ~ 20G인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 상기 턴테이블에 15 ~ 20G의 원심력을 부여하여 원심주조를 수행할 수 있다. 이 때 'G'는 중력상수(gravitational constant)를 의미하는 것으로, 통상적으로 원심분리기에서는 원심력이 중력과 같은 힘으로 작용하므로 'G'의 단위를 사용하여 원심력을 표현한다.

상기 범위의 원심력을 턴테이블에 부여하는 경우 용융금속이 신속하게 고르게 분배되어 균일한 조직을 출현할 수 있고, 물성이 향상된 제품을 제조할 수 있다.

만일 상기 턴테이블에 상기 범위 미만이거나 상기 범위를 초과하는 원심력을 부여하는 경우에는 용융금속이 고르게 분배되지 못하고, 이에 따라 제품의 내측에 기포나 불순물과 같은 밀도가 낮은 성분들이 배치되어 제품의 품질이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상기 조립 중자는, 상기 용융금속의 주입구와 수직 방향으로 형성된 복수 개의 인게이트부; 및 상기 각각의 인게이트부와 연결된 복수 개의 보조 압탕부;를 더 포함할 수 있다. 이 경우 용탕 충전속도가 향상되고, 최종 응고부의 급탕을 보완하는 효과가 있다.

이와 관련하여, 도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 인게이트부 및 보조 압탕부의 사시도이다. 도 3을 참조하면, 용융금속의 주입구(10)는 수직 방향으로 형성되어 있고, 이에 수직하는 방향(즉, 수평 방향)으로 복수 개의 인게이트부(20)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 각각의 인게이트부는 보조 압탕부(30)가 개별적으로 연결되어 있다. 이와 같이 인게이트부(20) 및 보조 압탕부(30)를 복수 개 형성하고, 각각은 연결함으로써 급탕을 보완할 수 있어 회수율이 향상되고 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

만일 단일한 인게이트부만을 가지는 경우에는 용탕의 충전속도가 저하될 수 있으며, 보조 압탕부가 미설치 되는 경우에는 최종 응고부에 급탕이 발생하여 제품의 품질이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 주입구는 중력방향으로 연장되고, 상기 인게이트부는 상기 주입구에서 직교하는 방향으로 연장될 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 주입구는 중력방향으로 연장되도록 형성되어 있고, 상기 인게이트부는 상기 주입구의 중력방향과 직교(수직)하는 방향으로 연장되어 있음을 확인할 수 있다.

한편, 상기 인게이트부 및 보조 압탕부는 제조하고자 하는 제품에 따라 적절한 개수로 형성될 수 있으나, 바람직하게는 5 ~ 10개로 형성될 수 있고, 보다 바람직하게는 6 ~ 10개로 형성될 수 있다.

또한, 용융금속을 응고하는 과정은 통상적으로 해당 기술분야에 적용되는 방법을 통해 수행될 수 있다. 이 경우 방향성 응고가 일어나게 되어 제품의 재질이 고르게 발현되고, 수축이 발생하지 않아 제품의 품질이 향상되는 효과가 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (4) 단계에서 상기 응고는 회전 관성을 유지하면서 4분 이상 수행될 수 있다. 보다 바람직하게는 4 ~ 20분 동안 수행될 수 있고, 더욱 바람직하게는 4 ~ 10분 동안 수행될 수 있다. 상기 시간 동안 회전 관성을 유지하면서 응고를 수행하는 경우에는 방향성 응고를 효과적으로 구현할 수 있어 제품의 재질이 고르게 나타나고, 수축을 방지할 수 있어 제품의 품질이 향상되는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (4) 단계에서 상기 축회전의 회전 속도는 230 ~ 330 rpm일 수 있다. 보다 바람직하게는 250 ~ 310rpm일 수 있다. 상기 축회전의 회전 속도가 상기 범위 이내인 경우에는 내부 수축결함 및 마이크로 결함이 억제되는 효과가 있다.

만일 축회전의 회전 속도가 230 rpm 미만인 경우에는 원심력이 지나치게 낮아 내부 수축 결함 및 마이크로 결함이 증가하는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 만일 축회전의 회전 속도가 330 rpm을 초과하는 경우에는 제품이 목적하는 형태로 제조되지 못하거나 사형 및 중자가 파손되는 문제점이 발생할 수 있다.

다음으로, 턴테이블 커버를 분리하고 사형으로부터 제품을 취출하는 단계(S5)에 대해 설명한다.

상술한 바와 같이 원심주조를 수행한 후에는 상기 턴테이블에 장착되어 있는 턴테이블 커버 및 주입구 등을 분리하고, 사형으로부터 제품을 취출할 수 있다. 이 경우 제품은 완제품에 가까운 형태 및 크기로 취출되므로, 경우에 따라서 간단한 후차적인 가공만을 수행한 후 완제품을 수득할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (5) 단계에서 사형을 냉각 벨트 상에서 냉각한 후에 사형을 해체하여 주형사로부터 제품(주물)을 취출할 수 있다. 즉, 사형을 일정 온도 이하로 냉각한 후에 형을 해체하고, 주형사를 분리하여 주조한 제품(주물)을 분리할 수 있다.

이 때 사형의 냉각 및 제품의 분리는 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방식으로 수행될 수 있고, 바람직하게는 상기 분리 공정은 쉐이크 아웃(shake out) 방식으로 수행될 수 있다. 또한, 상기 냉각은 목적하는 제품의 재질 및 성질에 따라서 냉각 시간을 달리할 수 있으나, 바람직하게는 냉각 벨트 상에서 60분 이상 수행할 수 있다.

또한, 분리된 제품(주물)의 표면에 있는 이물질, 녹 등과 제품의 날카로운 모서리 등을 제거하여 제품의 외관 품질을 향상시키기 위하여 쇼트 블라스트(shot blast)를 수행할 수 있다. 쇼트 블라스트는 쇼트(shot) 또는 그릿(grit)이라고 하는 금속 또는 비금속의 미세한 입자를 매분 약 2,000회전의 고속으로 회전시켜 주물에 투사하여, 원심력에 의하여 제품 표면의 스케일, 녹, 도막 등을 제거하여 제품 표면을 깨끗하게 마무리하는 가공법을 의미한다.

한편, 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 원심주조법의 모식도이다. 도 4를 참조하면, (a) 턴테이블, 바람직하게는 하형 턴테이블을 준비하고 (b) 제조하고자 하는 제품의 형태 및 크기에 따른 하형 사형 및 상기 하형 사형에 설치/조립되는 인서트 중자를 준비할 수 있다. 그 후 (c) 하형 사형 및 인서트 중자를 조립하고 상형 사형을 덮어 조립 중자를 준비할 수 있다. 그 후, (d) 상기 조립 중자를 상기 하형 턴테이블 내에 설치하고, (e) 턴테이블 커버 및 주입구(탕구)를 장착하여 원심주조를 준비할 수 있다. 그 후 상술한 바와 같은 원심력 및 회적속도로 턴테이블의 축회전을 통해 수직 원심주조를 수행할 수 있고, 이를 통해 주물을 형성할 수 있다. (f) 그 후, 사형 등의 형해체를 수행하고, 경우에 따라 간단한 후차적인 가공을 수행하여 목적하는 제품을 수득할 수 있다.

나아가, 본 발명은 상기 (5) 단계 이후에 제품과 분리한 주형사를 재생처리한 후 냉각 및 분급처리 하여 사형 및 중자를 제조하는 데 재사용할 수 있다. 상기 주형사의 재생처리, 냉각 및 분급 처리는 해당 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방식으로 수행될 수 있다.

통상적인 사형주조의 경우 사소모량 등이 많아 주형사를 재사용하기가 용이하지 않아, 공정 비용이 지나치게 많이 발생하는 곤란함이 있었다. 그러나, 본 발명의 경우에는 통상적인 사형주조와 달리 거대한 플라스크 등이 필요하지 않으므로 사소모량을 현격히 절감할 수 있다. 이에 따라 제품과 분리한 주형사를 재생처리하기가 용이하여, 사(沙)의 재사용이 원활하므로 연속성 있는 원심주조가 가능한 효과가 있다.

이와 관련하여, 도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 공정순서도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명은 조립 중자, 턴테이블 및 금속을 준비하는 단계(S1), 턴테이블 내에 조립중자를 설치하는 단계(S2), 턴테이블에 턴테이블 커버 및 주입구를 장착하여 원심주조 공정을 준비하는 단계(S3), 턴테이블에 원심력을 부여하여 턴테이블을 축회전시키면서 용융금속을 주입하고, 응고하여 제품을 주조하는 원심주조 수행하는 단계(S4) 및 턴테이블 커버를 분리하고 사형으로부터 제품을 취출하는 단계(S5)를 수행하고, 상기 제품을 취출하는 단계(S5) 수행 시에 제품과 주형사를 분리하여 제품에 대해서는 추가적인 후속 가공을 수행하며, 주형사에 대해서는 재생처리 단계(S6), 냉각 및 분급처리 단계(S7) 등의 공정을 추가적으로 수행하여 주형사를 재사용할 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명은 사소모량이 현저히 적으므로 이러한 대해서는 재생처리 단계(S6), 냉각 및 분급처리 단계(S7) 등을 용이하게 실시할 수 있으므로, 주형사를 용이하게 재사용할 수 있어 연속형 수직 원심주조를 수행할 수 있다.

결국, 본 발명의 연속형 수직 원심주조법은 제조 공정을 단축할 수 있고 사소비량을 절감할 수 있어 공정 효율이 우수함과 동시에 균일한 품질의 제품을 높은 회수율로 연속적으로 생산할 수 있다. 또한, 제품 형태에도 제한이 없어 목적하는 형태의 제품을 균일한 품질로 제공할 수 있으므로, 다양한 제품의 제조에 활용될 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 자세히 설명한다.

실시예 1

하형 턴테이블에 사형 "G 중자를 조립한 조립 중자를 설치하고, 턴테이블 커버 및 용융금속의 주입구를 장착하였다. 그 후 상기 턴테이블에 18G의 원심력을 부여하여 280 rpm의 회전속도로 상기 턴테이블을 축회전 시키면서 금속 원료를 용융한 용융금속을 상기 턴테이블 내로 7초 동안 주입하였다. 상기 축회전의 회전 관성을 유지하면서 5분 동안 응고를 수행하여 주물을 주조하였다. 그 후 상기 턴테이블 및 주입구를 분리하고, 사형을 취출하여 냉각 벨트 상에서 60분 이상 냉각 후 형 해체하였다. 쉐이크 아웃 방식으로 제품 및 주형사를 분리하여 제품을 취출하고, 쇼트 블라스트를 수행하여 최종 제품을 수득 하였다.

실시예 2

상기 턴테이블에 12G의 원심력을 부여한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

실시예 3

상기 턴테이블에 8G의 원심력을 부여한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

비교예 1

상기 턴테이블에 3G의 원심력을 부여한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

비교예 2

상기 턴테이블에 25G의 원심력을 부여한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

실험예 1. 금속 조직 상 결함 측정

상기 실시예 및 비교예를 통해 제조한 제품들의 표면을 관측하였고, 열 균열(hot tears)과 열점(hot spots)이 관측되지 않으면 ◎, 열균열(hot tears)과 열점(hot spots)이 1 ~ 3군데 발견되면 ○, 열균열(hot tears)과 열점(hot spots)이 4 ~ 6군데 발견되면 △, 열균열(hot tears)과 열점(hot spots)이 7군데 이상 발견되면 X로 구분하여 하기 표 1에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2
금속 조직 상 결함 측정	◎	○	○	△	X

상기 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 3의 경우 제품의 표면에 열균열 내지 열점이 거의 측정되지 않는 반면, 비교예 1 및 비교예 2의 경우 열균열 및 열점이 다수 측정됨을 알 수 있다. 이를 통해 본 발명의 연속형 수직 원심주조법은 균질하고 우수한 품질의 제품을 주조할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (8)

1. (1) 사형 및 중자를 조립한 조립 중자; 구동력에 의해 축회전할 수 있게 형성된 턴테이블;및 금속 원료를 용해로에서 용융하여 상기 턴테이블 내로 주입이 가능한 용융금속;을 준비하는 단계;
   (2) 상기 턴테이블 내에 상기 조립중자를 설치하는 단계;
   (3) 상기 턴테이블에 턴테이블 커버 및 주입구를 장착하여 원심 주조공정을 준비하는 단계;
   (4) 상기 턴테이블에 원심력을 부여하여 상기 턴테이블을 중력방향의 축을 중심으로 하여 회전시키면서 상기 용융금속을 주입하고, 응고하여 제품을 주조하는 원심주조를 수행하는 단계;및
   (5) 상기 턴테이블 커버를 분리하고, 상기 사형으로부터 제품을 취출하는 단계;를 포함하고,
   (2) 상기 조립중자를 설치하는 단계에서,
   상기 조립 중자는,
   상기 주입구의 연장 방향으로 쉘-스택(shell-stack) 방식으로 적층된 복수의 사형을 포함하고,
   상기 복수의 사형은,
   상기 용융금속의 주입구와 수직 방향으로 적층 형성된 복수 개의 인게이트부를 포함하고,
   상기 적층 형성된 복수의 사형의 인게이트부는 상기 주입구에 공통으로 연결되는
   연속형 수직 원심주조법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 (4)단계에서 턴테이블에 부여되는 원심력은 6 ~ 20G인 것을 특징으로 하는 연속형 수직 원심주조법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 조립 중자는,
   상기 각각의 인게이트부와 연결된 복수 개의 보조 압탕부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속형 수직 원심주조법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 주입구는 중력방향으로 연장되고,
   상기 인게이트부는 상기 주입구에서 직교하는 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 연속형 수직 원심주조법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 (5) 단계는 사형을 냉각 벨트 상에서 냉각한 후에 사형을 해체하여 주형사로부터 제품을 취출하는 것을 특징으로 하는 연속형 수직 원심주조법.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 (5) 단계 이후에, 상기 주형사를 재생처리한 후 냉각 및 분급처리 하여 사형 및 중자를 제조하는 데 재사용하는 것을 특징으로 하는 연속형 수직 원심주조법.
   
   
   
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 (4) 단계에서 상기 축회전의 회전 속도는 230 ~ 330 rpm인 것을 특징으로 하는 연속형 수직 원심주조법.
   

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