KR102285504B1 - 중자 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR102285504B1
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Abstract

본 발명은 중자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 차량용 디스크 주조용 중자이며, 원판형 본체(110)와 상기 본체(110)의 상면에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성된 브로잉 흔적부(120)를 포함한다. 본 발명은 모래 손실을 최소화할 수 있고, 브로잉 흔적부인 버(burr) 부위를 최소화할 수 있는 이점이 있다.

Description

중자 및 그 제조방법{Sand core and method of manufacturing core}
본 발명은 중자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주물용 중자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
주물 중공부를 만들기 위하여 주형과는 별도로 하나의 주형을 만들어 주형의 중공부에 끼워 넣는데, 이러한 주형을 중자, 또는 코어(core)라고 한다.
중자의 제조방법은 콜드 몰드(cold box)법이나 셀 몰드(shell mold)법을 주로 사용한다. 콜드 몰드(cold box)법은 페놀레진을 배합한 주물사를 주형(core box)에 취입하여 성형한 후 아민가스를 통과시켜 경화시켜 중자를 제조하고, 셀 몰드(shell mold)법은 레진을 배합한 주물사(RCS)를 가열금형에 취입하여 경화시켜 중자를 제조한다.
이 중, 콜드 몰드(cold box)법은 금형을 가열하지 않으므로 작업환경이 개선되고 상온 경화로 형의 변화없이 금형의 치수정도가 높고 셀 몰드(shell mold)법에 비하여 조형속도가 빨라 생산성이 높은 이점이 있다.
그러나 콜드 몰드(cold box)법은 혼련 후 경화반응이 일어나므로 가사시간이 존재하여 사용시간에 제한이 있다.
또한, 콜드 몰드법에서 중자는 상부 금형에 형성한 브로잉홀을 통해 상부 금형과 하부 금형의 사이에 모래를 충진한 다음 압을 가하여 성형하게 되는데, 모래가 주입되는 브로잉홀의 개수가 많은 경우, 모래의 손실이 많이 발생하고 브로잉홀로 에어가 주입되므로 미충진 문제, 미형상 문제가 발생하는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 모래가 주입되는 구멍인 브로잉홀의 개수를 줄여서 손실되는 모래를 최소화하기 위한 주물용 중자 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 중자는 차량용 디스크 주조용 중자이며, 원판형 본체와 상기 본체의 상면에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성된 브로잉 흔적부를 포함한다.
상기 중자는 중심 부분을 관통하는 중심공을 기준으로 제1열의 동심원을 형성하는 중심부와 상기 중심부의 외측에 이격되게 제2열의 동심원을 형성하는 내각부와 상기 내각부의 외측에 이격되게 제3열의 동심원을 형성하는 원판부와 상기 원판부의 외측에 이격되게 제4열의 동심원을 형성하는 허브부와 상기 허브부의 외측에 이격되게 제5열의 동심원을 형성하는 외각부를 포함한다.
상기 중심부는 음각 형상이고, 상기 내각부는 양각 형상이고 상기 원판부에 비해 더 돌출된 형상이며, 상기 허브부는 상기 원판부에서 단차지고 반경방향으로 가면서 하향 경사진 곡면형태로 이루어진다.
상기 브로잉 흔적부는 상기 내각부에 형성되고, 4개이다.
상기 중자는 상부 금형과 하부 금형이 형성하는 캐비티 내에 모래를 충진한 다음 열과 압을 가하여 성형하며, 상기 모래는 상기 상부 금형에 형성된 브로잉홀을 통해 상기 캐비티 내에 충진하며, 상기 브로잉홀은 모래주입장치와 연결되어 모래를 공급받으며, 상기 브로잉홀은 상기 내각부에 형성된 브로잉 흔적부와 대응되고, 상기 상부 금형과 상기 하부 금형의 캐비티에 내에서 열과 압에 의해 성형된 중자 제품은 상기 상부 금형에서 상기 하부 금형을 분리한 다음, 상기 상부 금형의 브로잉홀에 취출핀을 삽입하여 취출한 것이다.
또한, 중자의 성형은 상기 상부 금형과 상기 하부 금형이 270~330℃로 가열된 상태에서 60sec~80sec 동안 수행하되, 상기 캐비티 내에 충진된 모래에 3~7kg/sec의 압력으로 2sec 이상 열풍을 분사하여 상기 모래를 가압한다.
또한, 상부 금형과 하부 금형이 형성하는 캐비티 내에 충진되는 모래는 작열감량이 3.0%~3.8%이고, 입도가 54~64mesh이며, 항절각도가 80~100kg/㎠이다.
본 발명은 상부 금형에서 모래가 주입되는 브로잉홀 중 외측에 위치한 외각브로잉홀을 제거하고, 내측에 위치한 브로잉홀로 상부 금형과 하부 금형이 형성하는 캐비티 내에 모래를 주입하고 온도를 조절하여 히터와 열풍이 제공하는 온도 제어로 모래를 가열 가압하여 중자를 제조한다.
따라서, 본 발명은 브로잉홀로 인해 손실되는 모래를 최소화할 수 있고 브로잉 흔적부가 최소화될 수 있으며, 이로 인해 주물 제품의 품질에 영향을 미치는 요소를 최소화하여 주물 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 중자를 보인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 중자에서 브로잉 기둥을 제거하기 전 모습을 보인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 중자를 제조하기 위한 상부 금형을 보인 저면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 중자를 제조하기 위한 상부 금형과 하부 금형을 보인 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 상부 금형과 하부 금형을 이용하여 중자를 제조하는 모습을 보인 과정도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 중자를 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 중자에서 브로잉 기둥을 제거하기 전 모습을 보인 사시도이다.
도 1에 도시된 바에 의하면, 본 발명의 실시예에 의한 중자(100)는 차량용 디스크 주조용 중자이며, 원판형 본체(110)와 본체(110)의 상면에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성된 브로잉 흔적부(120)를 포함한다. 중자(100)는 내부가 텅빈 주물을 만들 경우 주물 내부공간을 텅빈 상태로 유지하기 위하여 제작하며, 형틀 안쪽에 고정시켜 주는 코어(core) 이다.
중자(100)를 구성하는 원판형 본체(110)는 중심부(112), 내각부(113), 원판부(114), 허브부(115) 및 외각부(116)를 포함하는 형상으로 된다.
중심부(112)는 중심 부분을 관통하는 중심공(111)을 기준으로 제1열의 동심원을 형성하고, 내각부(113)는 중심부(112)의 외측에 이격되게 제2열의 동심원을 형성하고, 원판부(114)는 내각부(113)의 외측에 이격되게 제3열의 동심원을 형성하고, 허브부(115)는 원판부(114)의 외측에 이격되게 제4열의 동심원을 형성하고, 외각부(116)는 허브부(115)의 외측에 이격되게 제5열의 동심원을 형성한다.
원판형 본체(110)의 중심부(112)는 음각 형상이고, 내각부(113)는 양각 형상이며, 내각부(113)는 원판부(114)에 비해 더 돌출된 형상이다. 허브부(115)는 원판부(114)에서 단차지고 반경방향으로 가면서 하향 경사진 곡면형태로 형성된다.
중자(100)는 브로잉 흔적부(120)가 내각부(113)에 형성되고, 4개로 된다. 브로잉 흔적부(120)는 중자(100)를 제조할 때, 모래가 충진되는 구멍에 채워져 형성된 브로잉 기둥(130)을 제거하고 남은 흔적이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 중자(100)는 제조시 모래가 충진되는 구멍 형상에 대응되게 브로잉 기둥(130)이 형성되며, 이러한 중자(100)는 브로잉 기둥(130)을 제거하고 사용하는데, 브로잉 기둥(130)을 제거한 부분에 브로잉 흔적부(120)가 남게 된다.
브로잉 흔적부(120)는 브로잉 기둥(130)을 제거하는 과정에서 잔여 모래가 떨어지지 않아 불균일 돌부 형상으로 형성되고 그 표면이 매끄럽지 않다. 이러한 브로잉 흔적부(120)는 주물 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있고 주물 제품 형상이 바뀔 수 있어 로스율에도 영향을 미친다. 따라서 브로잉 흔적부(120)가 최소로 되도록 중자(100)를 제조하는 것이 중요하다.
이를 위해, 중자(100)는 내각부(113) 부분에만 브로잉 기둥(130)이 형성되도록, 내각부(113)에 대응되는 부분에 모래가 충진되는 구멍이 위치되게 하여 중자(100)를 제조한다.
일 예로, 중자(100)는 내각부(113)뿐 아니라 외각부(116)에 대응되는 부분에도 모래가 충진되는 구멍을 위치시켜 중자(100)의 내각부(113)와 외각부(116)에 각각 브로잉 기둥(130)이 형성되게 제조할 수 있으나, 이 경우 모래의 충진 및 제조 시간에서는 효과적이나 브로잉 흔적부(120)가 외각부(116)에도 생기므로 주물 제품의 로스율에 더 큰 영향을 미치게 되어 바람직하지 않다.
따라서 실시예에서는 브로잉 기둥(130)이 중자(100)의 내각부(113)에만 형성되도록 중자(100)를 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 브로잉 기둥(130)이 균일한 간격을 두고 4개가 형성되도록 한 것은 모래의 균일 충진에 나쁜 영향을 최소화하면서 브로잉 흔적부(120)도 최소화하는 최적의 조건이다.
따라서 실시예는 중자(100)의 외각부(116)에 브로잉 흔적부(120)가 없다. 이를 위해 후술할 상부 금형(210)은 중자(100)의 외각부(116)에 해당하는 부분의 브로잉홀은 막은 형상을 채용한다.
이하에서는 금형에서 중자의 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 중자를 제조하기 위한 상부 금형을 보인 저면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 중자를 제조하기 위한 상부 금형과 하부 금형을 보인 단면도로서, 도 3의 A-A 단면도이며, 도 5 내지 도 7은 상부 금형과 하부 금형을 이용하여 중자를 제조하는 모습을 보인 과정도이다.
도 3 및 도 4 도시된 바에 의하면, 중자(100)는 상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 형성하는 캐비티(C) 내에 모래를 충진한 다음 열과 압을 가하여 성형한다.
상부 금형(210)은 중자(100)의 상부면 형상과 대응되는 캐비티를 형성하고, 하부 금형(220)은 중자(100)의 하부면 형상과 대응되는 캐비티를 형성한다. 상부 금형(210)에는 상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 형성하는 캐비티(C)로 모래를 주입하기 위한 브로잉홀(230)이 형성된다. 브로잉홀(230)은 후술할 모래주입장치(300)의 주입홀(310)과 연통되어 모래를 공급받을 수 있다.
상부 금형(210)은 중자(100)의 외각부(116)의 브로잉위치부(117)에 대응되는 외각브로잉홀(213)이 더 형성될 수 있으나, 상부 금형(210)의 외각브로잉홀(213)은 차폐하여 중자(100)의 내각부(113)에 대응하는 브로잉홀(211)로만 모래를 주입할 수 있도록 한다.
중자(100)의 내각부(113)에 대응하는 브로잉홀(211)로만 모래를 주입하면 상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 형성하는 캐비티(C) 내에 주입되는 모래의 1회 주입량을 차폐된 외각브로잉홀(213)의 부피만큼 감소시키므로 모래의 소모량을 줄일 수 있고 이는 원가 절감에도 기여할 수 있다.
또한, 중자(100)의 외각부(116)에 브로잉 기둥(130)이 형성되지 않으므로 중자(100)의 외각부(116)의 형상을 다양한 형상으로 변경 가능하다.
참고로, 도면에서 중자(100)의 외각부(116)에 브로잉위치부(117)는 중자(100)의 외각부(116)에 형성한 외각브로잉홀(213)을 차폐한 재료의 형상으로 인해 생긴 원형 자국이다.
도 4 내지 도 7 도시된 바에 의하면, 중자(100)는 상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 형성하는 캐비티(C) 내에 모래를 충진한 다음 열과 압을 가하여 성형한다.
모래는 상부 금형(210)에 형성된 브로잉홀(230)을 통해 캐비티(C) 내에 충진하며, 브로잉홀(230)은 모래주입장치(300)와 연결되어 모래를 공급받는다. 상부 금형(210)에 형성한 브로잉홀(230)은 중자(100)의 내각부(113)에 형성된 브로잉 흔적부(120)와 대응된다.
상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 형성하는 캐비티(C) 내에 충진되는 모래는 작열감량이 3.0%~3.8%이고, 입도가 54~64mesh이며, 항절각도가 80~100kg/㎠인 것이 바람직하다.
상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 캐비티(C) 내에서 열과 압에 의해 성형된 중자 제품(100)은 상부 금형(210)에서 하부 금형(220)을 분리한 다음, 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)에 취출핀(411)을 삽입하여 취출한다.
구체적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 금형(210)과 하부 금형(220)은 상부 금형(210)이 하부 금형(220) 방향으로 이동하여 그 사이에 캐비티(C)를 형성한다. 다음으로, 상부 금형(210)과 하부 금형(220)은 모래주입장치(300)로 이송하여 모래를 공급받는다. 상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 모래주입장치(300)로의 이송은 레일 상에 설치된 하부 금형(220)이 레일을 따라 이송되어 수행될 수 있다.
상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 모래주입장치(300)의 하부로 이송되면, 모래주입장치(300)가 하강하여 상부 금형(210)의 상부면에 밀착된 다음, 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)로 모래를 주입하여 캐비티(C) 내에 모래를 충진하게 된다. 이를 위해 모래주입장치(300)에도 브로잉홀(230)에 대응되는 주입홀(310)이 형성된다.
실시예에서 모래주입장치(300)는 하부면이 상부 금형(210)의 상부면의 면적에 대응되며, 주입홀(310)의 위치도 브로잉홀(230)의 위치에 대응된다.
한편, 상부 금형(210)과 하부 금형(220)은 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)을 통해 모래를 공급받아 캐비티(C) 내에 모래를 충진한 다음 모래를 가열 소결한다. 이를 위해, 상부 금형(210)과 하부 금형(220)은 내부와 외부에 히팅코일이 설치된 이중 히팅방식의 구조로 되고, 캐비티(C)에 충진된 모래를 충진 소결시킴으로써 중자(100)를 일체형으로 성형한다.
상부 금형(210)과 하부 금형(220)은 270℃~330℃로 가열된 상태에서 60초~80초 동안 캐비티(C)에 충진된 모래를 가압 소결할 수 있다. 상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 캐비티(C)에 모래를 충진함과 동시에 가압 소결하는데, 모래의 충진은 열풍 분사를 통해 수행하며, 상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 서로 부착된 상태이므로 캐비티(C)의 내로 분사되는 열풍이 캐비티(C) 내에 충진된 모래를 가압하게 된다.
이때, 캐비티(C)에 충진된 모래의 가압을 위한 열풍 분사 압력은 3~7kg/㎠ 이고, 열풍 분사 시간은 2sec 이상이 된다. 캐비티(C)에 충진되고 가열 가압에 의해 소결된 중자(100)의 소성 두께는 5mm 이상이다.
이후, 상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 캐비티(C)에 내에서 열과 압에 의해 성형된 중자 제품(100)은 취출장치(400)로 이송한다. 다음으로, 상부 금형(210)을 하부 금형(220)에서 분리하고, 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)에 취출핀(411)을 삽입하여 중자(100)를 취출한다(도 6 참조). 이 과정에서, 중자 제품(100)은 브로잉 기둥(130)이 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)에 위치한 상태이므로, 상부 금형(210)을 하부 금형(220)에서 분리하면 중자 제품(100)은 상부 금형(210)에 위치되어 상승하게 되고, 취출핀(411)을 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)에 삽입하면 중자 제품(100)이 상부 금형(210)의 하부로 취출된다.
그리고, 상부 금형(210)의 하부에는 이송레일 위치되어, 상부 금형(210)에서 취출된 중자(100)를 받아 설정된 위치로 이송시킬 수 있다. 이때, 이송레일은 취출장치(400)의 취출핀(411)이 브로잉홀(230)에 삽입됨에 동시에 상부 금형(210)의 하부로 이동되어 상부 금형(210)에서 취출된 중자(100)를 받고, 중자(100)가 받아지면 원위치로 이동하여 중자(100)를 설정된 위치로 다시 이동시킬 수 있다.
상부 금형(210)에서 취출된 중자(100)는 브로잉 기둥(130)이 내각부(113)에 형성된 상태이고, 이러한 브로잉 기둥(130)은 이송레일로 낙하하는 과정에서 중자(100)로 부터 분리되거나, 이송레일에 설치된 진동장치의 진동에 의해 중자(100)로부터 분리되고 제거될 수 있다.
상술한 본 발명은 모래 손실을 최소화할 수 있고, 모래 투입량의 제어가 가능하며, 브로잉 흔적부인 버(burr) 부위를 최소화할 수 있다. 이는 주물 제품의 품질에 영향을 미치는 요소를 최소화하여 주물 제품의 품질을 향상시킬 수 있도록 한다.
상술한 방법에 의해 제조된 중자는 브로잉 흔적부(120)가 0.5mm 이하가 되도록 제거하는 사상 과정을 수행하고, 불량 유무를 확인하기 위한 사상 검사를 수행한 다음 중자에 도형제를 코팅할 수 있다. 도형제는 주물 제작시 주물에서 중자의 분리를 용이하게 하기 위한 것이다.
한편, 중자 제조방법은 상부 금형(210)과 하부 금형(220)을 270℃~330℃의 온도범위로 가열하는 단계와, 상부 금형(210)을 하부 금형(220) 방향으로 이동하여 상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 사이에 캐비티(C)를 형성하는 단계와, 캐비티(C)를 형성한 상부 금형(210)과 하부 금형(220)을 모래주입장치(300)의 하부로 이송시키는 단계와, 모래주입장치(300)를 하강시켜 상부 금형(210)의 상부면에 모래주입장치(300)를 밀착시키는 단계와, 모래주입장치(300)의 모래를 열풍을 이용하여 주입홀(310)과 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)을 통해 캐비티(C)에 충진하는 단계와, 캐비티(C)에 충진된 모래를 열풍으로 가압하여 소결 성형하는 단계와, 상부 금형과 하부 금형(220)을 취출장치(400)의 하부로 이송시키는 단계와, 상부 금형(210)을 상승시켜 상부 금형(210)을 하부 금형(220)에서 분리시키는 단계와, 상부 금형(210)의 상부면에 취출장치(400)를 하강시켜 취출장치(400)의 취출핀(411)이 상기 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)에 삽입되게 하는 단계와, 취출핀(411)의 브로잉홀(230) 삽입에 의해 상부 금형(210)에서 중자(100)를 취출시키는 단계를 포함한다. 상부 금형(210)에서 취출된 중자(100)는 이송레일이 받아 설정위치로 이송시키는 단계를 수행할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 해당 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100: 중자 110: 본체
111: 중심공 112: 중심부
113: 내각부 114: 원판부
115: 허브부 116: 외각부
120: 브로잉 흔적부 130: 브로잉 기둥
200: 금형 210: 상부 금형
220: 하부 금형 230: 브로잉홀
300: 모래주입장치 310: 주입홀
400: 취출장치 411: 취출핀
C: 캐비티

Claims (2)

  1. 차량용 디스크 주조용 중자이며,
    원판형 본체;
    상기 본체의 상면에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성된 브로잉 흔적부;
    중심 부분을 관통하는 중심공을 기준으로 제1열의 동심원을 형성하고, 음각 형상인 중심부;
    상기 중심부의 외측에 이격되게 제2열의 동심원을 형성하는 내각부;
    상기 내각부의 외측에 이격되게 제3열의 동심원을 형성하는 원판부;
    상기 원판부의 외측에 이격되게 제4열의 동심원을 형성하며 원주방향을 따라 복수 개의 구멍이 형성되고, 상기 원판부에서 단차지고 반경방향으로 가면서 하향 경사진 곡면형태로 이루어지는 허브부; 및
    상기 허브부의 외측에 이격되게 제5열의 동심원을 형성하는 외각부; 를 포함하고,
    상기 내각부는 양각 형상이고 상기 원판부에 비해 더 돌출된 형상이며,
    상기 브로잉 흔적부는 상기 내각부에 형성되고,
    4개이며,
    상기 중자는,
    상부 금형과 하부 금형이 형성하는 캐비티 내에 모래를 충진한 다음 열과 압을 가하여 성형하며,
    상기 모래는 상기 상부 금형에 형성된 브로잉홀을 통해 상기 캐비티 내에 충진하며,
    상기 브로잉홀은 모래주입장치와 연결되어 모래를 공급받으며,
    상기 브로잉홀은 상기 내각부에 형성된 브로잉 흔적부와 대응되고,
    상기 상부 금형과 상기 하부 금형의 캐비티에 내에서 열과 압에 의해 성형된 중자 제품은 상기 상부 금형에서 상기 하부 금형을 분리한 다음, 상기 상부 금형의 브로잉홀에 취출핀을 삽입하여 취출한 것이며,
    상기 중자의 성형은,
    상기 상부 금형과 상기 하부 금형이 270~330℃로 가열된 상태에서 60sec~80sec 동안 수행하되, 상기 캐비티 내에 충진된 모래에 3~7kg/sec의 압력으로 2sec 이상 열풍을 분사하여 상기 모래를 가압하며,
    상기 중자의 성형 후, 도형제가 코팅되며,
    상기 모래는,
    작열감량이 3.0%~3.8%이고, 입도가 54~64mesh이며, 항절각도가 80~100kg/㎠인,
    중자.
  2. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2903977B2 (ja) * 1993-12-01 1999-06-14 日産自動車株式会社 ガス硬化鋳型の造型装置
JP2000288690A (ja) * 1999-04-07 2000-10-17 Aisin Takaoka Ltd ブローノズル、ブローノズルを備えたブローヘッド装置及び成形装置
JP2002192305A (ja) * 2000-12-26 2002-07-10 Aisin Takaoka Ltd 鋳造用中子の製造方法

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