KR102535983B1 - 박육 주조품 설계 방법 및 이를 통해 제조된 박육 주조품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부가 비고 얇은 두께를 갖는 박육 주조품을 설계하는 방법과 이를 통해 제조된 박육 주조품에 관한 것으로, 본 발명의 박육 주조품 설계 방법은 주물의 주입 방향과 압탕의 위치를 고려하여 주조품의 배치 방향을 결정하는 단계; 상기 박육 주조품의 하면을 주물의 주입 방향으로 하고, 상기 박육 주조품의 상면을 압탕이 위치한 방향으로 정의하는 단계; 압탕이 위치한 방향의 상면 벽두께를 주물의 주입 방향의 하면 벽두께 보다 두껍게 설정하는 단계; 및 하면과 상면을 연결하는 상기 측면의 벽두께를 하면에서 상면으로 갈수록 점차 두껍게 설정하여 방향성 응고를 유도하는 단계;를 포함하여 구성된다.

Description

박육 주조품 설계 방법 및 이를 통해 제조된 박육 주조품 {Method for Designing a Thin-wall Casting and a Thin-wall Casting Thereof}

본 발명은 주조품 설계 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 내부가 비고 얇은 두께를 갖는 박육 주조품을 설계하는 방법과 이를 통해 제조된 박육 주조품에 관한 것이다.

주조품이란 주조 공정을 통해 제조된 제품을 의미하며, 이중 내부가 비어 있고 상대적으로 얇은 두께를 갖는 주조품을 박육 주조품이라 한다. 제품의 경량화 추세에 따라 박육 주조품 제작에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있으며, 특히, 상면과 하면, 측면을 모두 갖고 내부는 비어 있는 형상의 박육 주조품에 대한 수요가 늘어나고 있다. 예를 들어, 기존에 덩어리 형상의 소재를 깎아서 만들던 제품의 내부를 비우기 위해서, 판재형상의 재료로 상면, 하면, 측면을 각각 제작 조립하여 만들던 제품을 내구성과 경제성을 높이고, 원하는 형상으로 일체형으로 구현하기 위해서, 또는 기존에 주조로 만들던 제품의 경량화를 위해 살두께 줄이기 위해서 박육 주조품의 필요성이 증가되고 있다.

하지만, 박육 주조품을 주조할 때 주조 결함이 발생하여 원하는 형상의 제품을 개발하기 어려운 경우가 많았고, 개발을 하더라도 주조 결함이 빈번하게 발생하여 제품의 품질을 유지하기 어려운 문제점이 있었다. 특히, 박육 형상으로 인해 주조시 수축 결함이 여러 군데에서 다발적으로 발생하거나, 면과 면이 만나 각도가 크게 변하는 모서리 부분에서는 내부 수축 결함과 크랙 및 잔류 응력 등의 문제가 많이 발생하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 주조시 압탕을 상측에 배치하여 수축 결함을 해결하기 위한 방안 등이 제시되고 있으나, 박육 주조품의 특성상 압탕의 효과가 제한적으로 작용할 수밖에 없는 한계가 있으므로, 주조 결함 없이 박육 주조품을 주조할 수 있는 주조품 설계 방법의 개발이 필요하다.

한국 등록특허공보 제10-2043002호("주편의 표면결함이 개선된 연속주조 방법", 공고일 2019.11.11.)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 박육 주조품의 냉각 및 응고과정에 주조결함이 발생하지 않고, 면과 면이 만나는 모서리부에 크랙과 응력집중이 일어나지 않도록 할 수 있는 형상을 가지는 박육 주조품을 설계할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.

또한, 상면, 하면, 측면을 포함하여 내부공간이 형성된 형상의 박육 주조품을 설계함에 있어서, 주조품의 외형에는 변화가 없도록 하되, 주조결함이 발생하지 않도록 주조품을 설계하되, 상대적으로 중량을 감소시킬 수 있는 주조품의 설계 방법을 제공하고자 한다.

또한, 박육 주조품을 제작함에 있어서, 박육면에서의 다발적인 수축결함 및 모서리 부위에서의 수축결함 및 크랙 등의 주조결함을 제거할 수 있는 주조품의 형상 설계방법을 제공하고 한다.

또한, 다수개의 중자 등으로 분할이 필요한 목금형 방식 대신 샌드 3D프린팅을 이용한 박육 주조품의 금형 제조시 유용한 형상 설계방법을 제공하고 한다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 주조품의 설계 방법은, 하면, 측면, 상면 및 상기 하면, 측면, 상면에 의해 둘러싸인 내부공간을 포함하는 박육 주조품을 설계함에 있어서, a) 주물의 주입 방향과 압탕의 위치를 고려하여 박육 주조품의 배치 방향을 결정하는 단계; b) 상기 박육 주조품의 하면을 주물의 주입 방향으로 하고, 상기 박육 주조품의 상면을 압탕이 위치한 방향으로 정의하는 단계; c) 압탕이 위치한 방향의 상면 벽두께를 주물의 주입 방향의 하면 벽두께 보다 두껍게 설정하는 단계; 및 d) 하면과 상면을 연결하는 상기 측면의 벽두께를 하면에서 상면으로 갈수록 점차 두껍게 설정하여 방향성 응고를 유도하는 단계;를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 c) 단계에서, 상면과 하면 중 적어도 어느 하나의 벽두께가 압탕에 가까울수록 두꺼워지는 구배를 갖도록 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 d) 단계 이후에, 상기 하면, 측면, 상면 중 적어도 어느 하나의 면에 내부공간으로 돌출된 제1리브를 추가하는 단계;를 더 포함한다.

또한, 상기 제1리브는 압탕에 가까울수록 폭이 커지거나 또는 두께가 증가되도록 구배를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 d) 단계 이후에, 상기 내부공간에 상기 상면과 하면을 연결하는 기둥부를 추가하는 단계;를 더 포함한다.

또한, 상기 기둥부는 압탕에 가까울수록 단면적이 증가하도록 구배를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기둥부는 내부 중 일부가 비어있도록 중공 공간이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 박육 주조품의 외형 일부에 벽두께가 주변보다 두꺼운 외형 후육부가 형성된 경우에는, 상기 외형 후육부와 상기 기둥부를 연결하는 제2리브를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2리브는 압탕에 가까울수록 폭이 커지거나 또는 두께가 증가되도록 구배를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 기둥부 내부의 중공 공간은 기둥의 방향으로 형성된 관통공 또는 기둥의 방향에 대해 수직으로 형성된 관통공 중 적어도 어느 하나를 포함한다.

또한, 상기 하면과 측면, 또는 측면과 상면이 접하는 모서리는 둔각을 가지며, 일정한 곡률을 갖는 라운드로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하면과 측면, 또는 측면과 상면이 접하는 모서리 중 적어도 어느 하나는 둔각을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하면과 측면이 접하는 모서리의 외측 곡률은 해당 모서리의 내측 곡률과 모서리에 접하는 하면 살두께의 합으로 설정되고, 상기 측면과 상면이 접하는 모서리의 외측 곡률은 해당 모서리의 내측 곡률과 모서리에 접하는 측면 살두께의 합으로 설정되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 박육 주조품 제조 방법은 상기 박육 주조품 설계 방법에 의해 박육 주조품을 설계하는 단계; 샌드 3D 프린팅을 통해 상기 박육 주조품의 주형을 제조하는 단계; 및 상기 샌드 3D 프린팅을 통해 제조된 주형에 주물을 주입하는 단계;를 포함한다.

한편, 본 발명의 박육 주조품은 상기 박육 주조품 설계 방법에 의해 제조된 것으로, 박육 주조품 설계 모델의 벽두께, 제1리브, 제2리브, 기둥부, 모서리부의 형태적 특징 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성된다.

한편, 본 발명의 박육 주조품은 건축용 빔을 서로 연결하는 건축용 노드인 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 주조결함 제거를 위한 주조품의 설계 방법에 의하면, 본 설계 방법에 따라 설계된 주조품을 주조할 때, 주조품의 상측 및 하측 중 일측의 체적이 타측의 체적보다 커져, 주조품의 일측과 타측의 체적의 차이에 따른 응고시간의 차이가 발생하게 되고, 이에 따라 주조품이 타측에서 일측으로 응고되는 현상, 즉 방향성 응고가 발생하기 때문에, 주조품, 특히 박육부를 포함하는 박육 주조품을 제조하는데 있어서 주조결함을 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 하단부, 측벽부 및 상단부를 포함하여 내부공간이 형성된 주조품의 체적을 조절하는데 있어서, 내부공간 상에서의 형상을 보정하기 때문에, 주조품을 제조하는데 있어서, 주조품의 외형은 유지하면서도 방향성 응고를 유도할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 주조품이 하단부와 측면부 또는 측면부와 상단부 중 다른 부분보다 두꺼운 외형 후육부를 포함하더라도, 체적의 차이를 발생시키는 제2리브를 부가하도록 3D모델을 보정함으로써, 주조품을 주조하는데 있어서 방향성 응고를 유도할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 주조품의 하단부와 측면부가 서로 만나는 부분과, 측면부와 상단부가 서로 만나는 부분이 곡면이 되도록 3D모델을 보정함으로써, 주조품을 주조하는데 있어서 해당 부분에서의 크랙의 발생을 방지하고, 응력이 집중되는 것을 방지하여 주조품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 주조품의 하단부와 측면부가 서로 만나는 부분의 곡면과, 측면부와 상단부가 서로 만나는 부분의 곡면의 곡률을 일정하게 한정함으로써, 주조품의 품질을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의해 설계된 박육 주조품의 제1실시예와 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예의 벽두께 구배를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 박육 주조품의 냉각 시뮬레이션 결과이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 박육 주조품의 일례와 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제2실시예의 여러 변형예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예의 벽두께 구배를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 박육 주조품의 일례와 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예의 벽두께 구배를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제3실시예의 여러 변형예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제4실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 13은 본 발명에 의해 제조된 박육 주조품의 사용례를 설명하기 위한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 주조결함 제거를 위한 주조품의 설계 방법의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

본 발명에서 설계란 전자기기 등을 이용해 주조품의 3차원 모델을 생성하는 것으로서, 도 1은 본 발명에 의해 설계된 박육 주조품(1000)의 제1실시예와 단면도를 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 박육 주조품 설계 방법은 하면(100), 측면(200), 상면(300) 및 상기 하면(100), 측면(200), 상면(300)에 의해 둘러싸인 내부공간을 포함하는 박육 주조품을 설계함에 있어서, a) 주물의 주입 방향과 압탕의 위치를 고려하여 박육 주조품의 배치 방향을 결정하는 단계; b) 상기 박육 주조품의 하면(100)을 주물의 주입 방향으로 하고, 상기 박육 주조품의 상면(300)을 압탕이 위치한 방향으로 정의하는 단계; c) 압탕이 위치한 방향의 상면(300) 벽두께를 주물의 주입 방향의 하면(100) 벽두께 보다 두껍게 설정하는 단계; 및 d) 하면(100)과 상면(300)을 연결하는 상기 측면(200)의 벽두께를 하면(100)에서 상면(300)으로 갈수록 점차 두껍게 설정하여 방향성 응고를 유도하는 단계;를 포함한다.

a) 단계는 주물의 주입 방향과 압탕의 위치를 고려하여 주조품의 배치 방향을 결정하는 단계로서, 설계하고자 하는 박육 주조품의 형태에 따라 주물이 주입되어야 하는 방향과 압탕의 위치를 고려하여 주조품의 설계 기준 방향을 정하는 단계이다. b) 단계는 주물의 주입 방향을 박육 주조폼의 하면(100)으로 정의하고, 압탕이 위치한 방향을 주조품의 상면(300)으로 정의하는 단계이다. c) 단계는 박육 주조품의 설계 기준 방향과 그에 따라 정의된 박육 주조품의 상면(300)과 하면(100)의 벽두께를 설정하는 단계로서, 압탕이 위치한 방향의 상면(300) 벽두께를 주물의 주입 방향의 하면(100) 벽두께 보다 두껍게 설정하게 된다. d) 단계는 하면(100)과 상면(300)을 연결하는 측면(200)의 벽두께를 하면(100)에서 상면(300)으로 갈수록 점차 두껍게 설정하는 단계로서, c) 단계와 d) 단계를 통해 하면(100), 측면(200), 상면(300)의 벽두께가 점차적으로 증가함에 따라 응고의 방향성을 유도할 수 있게 되며, 박육 주조품의 냉각 및 응고과정에서 주조결함을 줄일 수 있다.

도 2는 본 발명의 제1실시예의 벽두께 구배를 설명하기 위한 단면도로서, 도 2를 참조하여 좀 더 자세히 설명하면(100), 본 발명의 제1실시예에서는 측면(200) 뿐 아니라, 하면(100) 및 상면(300)의 벽두께에도 각각 구배를 줄 수 있다. 예를 들어 주물의 주입되는 하면(100)의 중심 살두께를 T1이라고 하면(100), 일측 모서리에 근접한 하면(100)의 살두께 T2는 T1의 1.1~1.3배, 하측 모서리에 근접한 측면(200)의 살두께 T3는 T1의 1.4~1.6배, 상측 모서리에 근접한 측면(200)의 살두께 T4는 T1의 1.6~1.8배, 일측 모서리에 모서리에 상면(300)의 살두께 T5는 T1의 1.8~2.1배, 압탕이 위치하는 상면(300)의 중심부의 살두께 T6는 T1의 2.2~2.4배로 설정되는 것이 바람직하다. 벽의 살두께의 설정은 재질과 형상에 따라 다르게 설정될 수 있으나, 주강계열의 재질인 경우 기본 살두께 T1을 10mm로 설정하고, T2=1.2*T1, T3=1.5*T1, T4=1.7*T1, T5=2*T1, T6=2.3*T1으로 적용할 수 있다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 박육 주조품의 냉각 시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로, 좌상단, 우상단, 좌하단, 우하단 순서로 냉각이 이루어지는 상황을 시뮬레이션 한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하면(100), 측면(200), 상면(300)의 순서로 순차적으로 냉각되는 방향성 응고가 원활히 이루어짐을 알 수 있으며, 국부적인 불균일한 냉각이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.

한편, 제품의 사이즈가 너무 크거나 급탕률이 매우 떨어지는 재질이거나 또는 형상의 제약이 있는 경우에는, 벽두께의 구배만으로 방향성 응고를 유도하는 것이 어려울 수 있으며, 이 경우에는 하면(100), 측면(200), 상면(300)의 내부에 덧살을 추가하는 방안을 고려할 수 있다. 즉, 상기 d) 단계 이후에, 상기 하면(100), 측면(200), 상면(300) 중 적어도 어느 하나의 면에 내부공간으로 돌출된 제1리브(400)를 추가하는 단계;를 더 포함함으로써, 벽두께의 구배만으로 방향성 응고를 유도하는 것이 어려운 경우에도 박육 주조품의 주조시 결함을 제거할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 박육 주조품의 일례와 단면도로서, 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 박육 주조품은 하면(100), 측면(200), 상면(300) 중 적어도 어느 하나의 내면에서 제1리브(400)를 내부공간으로 돌출 형성시킨 것이다. 우측의 S2의 단면을 보면, 하면(100), 측면(200), 상면(300)에 걸체 내부로 돌출 형성된 제1리브(400)가 형성되고, 제1리브(400)를 따라 원활한 급탕이 이루어지며 응고의 방향이 상면(300)으로 향하게 된다. 이때 제1리브(400)의 폭 및 두께는 상면(300), 측면(200), 하면(100)의 기본 살두께와 재질에 따라 조절가능하며, 제1리브(400)의 폭 및 두께에도 구배를 주어 방향성 응고의 효과를 극대화할 수 있다.

도 5와 도 6은 제1리브(400)에 대해 보다 상세히 설명하기 위해, 본 발명의 제2실시예에 따른 박육 주조품을 도 4와 다른 방향으로 자른 단면도이다.

도 5를 참조하면, 제1리브(400)가 하면(100), 측면(200) 및 상면(300)에 걸쳐 형성된 것을 보다 명확히 파악할 수 있어, 보다 효율적으로 방향성 응고를 유도할 수 있다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 제2실시예의 여러 변형예를 설명하기 위한 단면도로서, 도 5를 참조하면, 일측 방향으로는 제1리브(400)를 형성하고, 타측 방향으로는 제1리브(400) 없이 벽두께의 구배를 주어 방향성 응고를 유도할 수 있다. 또한, 상면(300)과 하면(100)에 제1리브(400)를 형성함에 있어서, 도 6에서와 같이 상면(300)에 형성되는 제1상면리브(410)의 폭과 두께가 하면(100)에 형성되는 제1하면리브(420)의 폭과 두께 보다 더 크게 형성함으로써, 응고의 방향성을 보다 효과적으로 부여할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2실시예의 벽두께 구배를 설명하기 위한 단면도로서, 도 7을 참조하면, 하면(100)에 배치되는 제1리브(400)의 시작점 두께 T4를 기준으로 할 때, 측면(200) 하단의 제1리브(400) 두께 T5는 T4의 1.8~2.2배, 측면(200) 상단의 제1리브(400) 두께 T6은 T4의 4.7~5.3배, 상면(300) 일측의 제1리브(400) 두께 T7은 T4의 7.1~7.4배, 상면(300) 중심의 제1리브(400) 두께 T8은 T4의 9.5~10.5배로 설정할 수 있다. 이는 앞서 설명한 하면(100)의 두께 T1, 측면(200)의 두께 T2, 상면(300)의 두께 T3의 구배보다 제1리브(400)의 두께 구배를 더 크게 한 것으로 이를 통해 살두께 구배만으로 방향성 응고가 불가능한 경우에 응고의 방향성을 원활히 만들어 낼 수 있는 것이다.

한편, 제1리브(400)의 폭 역시 압탕에 가까워질수록 크게 설정하는 것이 바람직하며, 일례로 제1리브(400)의 하면(100) 시작점의 폭을 T9라 할 때, 측면(200) 하측의 폭 T10은 T9의 1.3~1.7배, 측면(200) 상측의 폭 T11은 T9의 2.2~2.8배, 상면(300)의 폭 T11은 T9의 2.8~3.2배로 설정할 수 있고, 이를 통해 측면(200)을 통한 방향성 응고 효과를 극대화할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 박육 주조품의 일례와 단면도로서, 재질 또는 형상의 제약으로 벽두께의 구배만으로 방향성 응고를 유도하기 어려운 경우에 내부 중심부에 기둥부(500)를 추가하여 방향성 응고를 유도할 수 있다. 이 경우 우측의 도면에서와 같이 하면(100) 외측 모서리에서 시작하여 측면(200)을 거쳐 상면(300) 중심부로 가는 방향과하면(100) 외측 모서리에서 하면(100) 중심부를 거쳐 중심의 기둥부(500)를 거쳐 상면(300) 중심부로 가는 두 갈래의 응고 방향이 형성되며, 기본 살두께 및 재질에 따라 기둥부(500)의 직경의 크기를 조절하게 되며, 또한, 하측에서 상측으로 갈수록 직경이 커지도록 구배를 줌으로써, 응고 방향성의 효과를 극대화 시킬 수 있다.

도 9는 본 발명의 제3실시예의 벽두께 구배를 설명하기 위한 단면도로서, 도 9를 참조하면, 주물이 주입되는 하면(100) 및 측면(200) 일측 모서리 곡면부의 살두께를 T1이라고 할 경우, 하면(100) 중심부의 살두께 T2는 T1의 1.2~1.4배, 측면(200) 상부의 살두께 T3는 T1의 1.2~1.4배, 상면(300) 일측 모서리의 살두께 T4는 T1의 1.9~2.1배, 상면(300) 중심부의 살두께 T5는 T1의 2.2~2.4배로 설정할 수 있고, 기둥부(500)의 하부 직경 D1은 T1의 2.5~3.5배, 기둥부(500)의 상부 직경 D2는 하부 직경 D1의 1.2~1.6배로 설정할 수 있다. 이와 같이 내부 중심부 기둥의 직경과 직경 구배를 크게 함으로써, 벽두께의 구배만으로 방향성 응고를 유도하기 어려운 경우에도 방향성 응고를 쉽게 유도할 수 있다.

한편, 내부에 기둥부(500)를 형성하는 경우 중량을 축소하기 위해 기둥부(500)의 내부에 공동을 형성하여 기둥부(500)의 체적과 중량을 줄일 수 있다. 도 10은 그 일례로서 기둥부(500)의 내부에 기둥의 방향을 따라 형성되는 제1공동부(510), 기둥 방향에 대해 실질적으로 수직인 방향으로 형성되는 제2공동부(520), 제2공동부(520)와 일정 간격 이격되어 꼬인 위치로 형성되는 제3공동부(523)(520) 등이 형성되어 기둥부(500)를 부감함으로 인해 발생하는 중량의 증가를 최소화할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제3실시예의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 단면도로서, 도 11에서와 같이 하면(100), 측면(200), 상면(300) 중 일부에 벽두께가 주변보다 두꺼운 외형 후육부(600)가 형성된 경우에는, 외형 후육부(600)와 상기 기둥부(500)를 연결하는 제2리브(700)를 형성할 수 있다. 이와 같이 제2리브(700)를 통해 기둥부(500)와 연결함으로써 외형 후육부(600)로 인해 흐트러질 수 있는 응고의 방향성을 다시 바로 잡을 수 있게 되는 것이다. 이 때, 제2리브(700)는 압탕에 가까울수록 폭이 커지거나 또는 두께가 증가되도록 구배를 갖도록 구성할 수 있다.

도 12는 본 발명의 제4실시예를 설명하기 위한 단면도로서, 도 12를 참조하면 하면(100)과 측면(200), 또는 측면(200)과 상면(300)이 접하는 모서리(800)는 둔각을 가지며, 일정한 곡률을 갖는 라운드로 형성된다. 이 때, 내부와 외부의 라운드가 불균일하게 적용되면 모서리(800)부가 박육 또는 후육부가 되어 방향성 응고를 저해하거나 수축결함이 발생할 가능성이 높아지게 되므로, 응력 집중과 크랙 발생을 방지하기 위해 내부와 외부 라운드가 일정한 기준의 값으로 설정되는 것이 적절하며, 보다 바람직하게는 면과 면이 만나는 모서리(800)가 예각이 아닌 둔각이 되도록 설정하는 것이 적절하다. 일례로 하면(100)과 측면(200)이 접하는 모서리(800)의 외측 곡률 R2는 해당 모서리(800)의 내측 곡률 R1과 모서리(800)에 접하는 하면(100) 살두께의 합으로 설정되고, 상기 측면(200)과 상면(300)이 접하는 모서리(800)의 외측 곡률 R4는 해당 모서리(800)의 내측 곡률 R3와 모서리(800)에 접하는 측면(200) 살두께의 합으로 설정되는 것이 바람직하다.

위와 같은 여러 실시예는 설계 대상 제품의 재질과 형태에 따라 다양한 조합이 가능하며, 본 발명의 박육 주조품 설계 방법에 따라 박육 주조품이 설계된 이후에는 샌드 3D 프린팅을 통해 상기 박육 주조품을 제조하기 위한 주형을 제조하고, 상기 샌드 3D 프린팅을 통해 제조된 주형에 주물을 주입함으로써, 본 발명의 설계 방법에 따른 구조적 특징을 갖는 박육 주조품이 제조된다.

주형을 제조하기 위해 기존의 목금형 방식을 사용할 수 있으나, 목금형을 사용하는 경우 다수 개의 중자를 분할하여 적용해야 할 수 있으므로, 샌드 3D 프린팅을 통해 주형을 제조하는 것이 바람직하며, 샌드 3D 프린팅을 사용함으로써 본 발명의 설계 방법이 적용된 방향성 응고를 유도하기 위한 부가적 형태와 구조가 쉽게 제조될 수 있다.

도 13은 본 발명에 따른 박육 주조품의 사용례를 나타낸 것으로, 건축용 빔을 서로 연결하는 건축용 노드를 제조함에 있어서, 본 발명이 제시하는 설계 방법과 이를 통해 제조 방법을 적용함으로써, 제품의 중량을 줄이면서도 주조 결함 제거를 통해 구조적 안정성과 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000 : 박육 주조품
100 : 하면 200 : 측면
300 : 상면 400 : 제1리브
410 : 제1상면리브 420 : 제1하면리브
500 : 기둥부 510 : 제1공동부
520 : 제2공동부 530 : 제3공동부
600 : 외형 후육부 700 : 제2리브
800 : 모서리

Claims (16)

1. 하면, 측면, 상면 및 상기 하면, 측면, 상면에 의해 둘러싸인 내부공간을 포함해 내부가 비어 있는 박육 주조품을 설계하는 방법에 있어서,
   a) 주물의 주입 방향과 압탕의 위치를 고려하여 박육 주조품의 배치 방향을 결정하는 단계;
   b) 상기 박육 주조품의 하면을 주물의 주입 방향으로 하고, 상기 박육 주조품의 상면을 압탕이 위치한 방향으로 정의하는 단계;
   c) 압탕이 위치한 방향의 상기 상면의 벽두께를 주물의 주입 방향의 하면 벽두께 보다 두껍게 설정하는 단계;
   d) 상기 하면과 상기 상면을 연결하는 상기 측면의 벽두께를 하면에서 상면으로 갈수록 점차 두껍게 설정하여 방향성 응고를 유도하는 단계; 및
   상기 하면, 측면, 상면 중 적어도 어느 하나의 면에 내부공간으로 돌출된 제1리브를 추가하여 박육 주조품의 주조시 결함을 제거하는 단계;
   를 포함하는 박육 주조품 설계 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 c) 단계에서, 상면과 하면 중 적어도 어느 하나의 벽두께가 압탕에 가까울수록 두꺼워지는 구배를 갖도록 설정하는 것을 특징으로 하는, 박육 주조품 설계 방법.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1리브는 압탕에 가까울수록 폭이 커지거나 또는 두께가 증가되도록 구배를 갖는 것을 특징으로 하는, 박육 주조품 설계 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 d) 단계 이후에, 상기 내부공간에 상기 상면과 하면을 연결하는 기둥부를 추가하는 단계;를 더 포함하는, 박육 주조품 설계 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 기둥부는 압탕에 가까울수록 단면적이 증가하도록 구배를 갖는 것을 특징으로 하는, 박육 주조품 설계 방법.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 기둥부는 내부 중 일부가 비어있도록 중공 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는, 박육 주조품 설계 방법.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 박육 주조품의 외형 일부에 벽두께가 주변보다 두꺼운 외형 후육부가 형성된 경우에는, 상기 외형 후육부와 상기 기둥부를 연결하는 제2리브를 형성하는 것을 특징으로 하는, 박육 주조품 설계 방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 제2리브는 압탕에 가까울수록 폭이 커지거나 또는 두께가 증가되도록 구배를 갖는 것을 특징으로 하는, 박육 주조품 설계 방법.
   
10. 제7항에 있어서,
    상기 기둥부 내부의 중공 공간은 기둥의 방향으로 형성된 관통공 또는 기둥의 방향에 대해 수직으로 형성된 관통공 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 박육 주조품 설계 방법.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 하면과 측면, 또는 측면과 상면이 접하는 모서리는 둔각을 가지며,
    일정한 곡률을 갖는 라운드로 형성되는 것을 특징으로 하는, 박육 주조품 설계 방법.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 하면과 측면이 접하는 모서리의 외측 곡률은 해당 모서리의 내측 곡률과 모서리에 접하는 하면 살두께의 합으로 설정되고,
    상기 측면과 상면이 접하는 모서리의 외측 곡률은 해당 모서리의 내측 곡률과 모서리에 접하는 측면 살두께의 합으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 박육 주조품 설계 방법.
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 하면과 측면, 또는 측면과 상면이 접하는 모서리 중 적어도 어느 하나는 둔각을 가지는 것을 특징으로 하는, 박육 주조품 설계 방법.
    
    
14. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제13항 중 어느 한 항의 박육 주조품 설계 방법에 의해 박육 주조품을 설계하는 단계;
    샌드 3D 프린팅을 통해 상기 박육 주조품의 주형을 제조하는 단계; 및
    상기 샌드 3D 프린팅을 통해 제조된 주형에 주물을 주입하는 단계;를 포함하는 박육 주조품 제조 방법.
    
15. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제13항 중 어느 한 항의 박육 주조품 설계 방법에 의해 제조된 박육 주조품.
    
16. 제15항에 있어서,
    상기 박육 주조품은 건축용 빔을 서로 연결하는 건축용 노드인 것을 특징으로 하는, 박육 주조품.

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