KR20030027301A - 의료용 집게의 정밀주조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 의료 기기를 제작할 때 주조품은 취성이 크고 주조 결함이 있어 사용되지 않고 널리 사용되는 단조품은 직업 공수가 많아 제작 원가가 비산 문제점이 있기 때문에,

탈 왁스 방식의 주형을 제작하는 제1단계와, 필요한 조성으로 용탕을 제조하고 챔버 속의 주형에 용탕을 주입하는 제2단계와, 응고 완료된 주형을 챔버로부터 취출한 후 후처리를 통해 주조품을 얻는 제3단계와, 상기 주조품에 탄성을 부여하기 위하여 열처리를 수행하는 제4단계와, 열처리가 완료된 주조품을 샌드 블래스팅한 후 출고하는 제5단계로 구성되어,

단조품과 대등한 탄성을 얻을 수 있으면서도 핀 홀 등의 주조 결함이 발생되지 않게 하여 의료용 집게와 같은 비정밀 의료 기기의 대량 생산이 가능하게 함으로써 제조 원가를 줄일 수 있도록 하는 의료용 집게의 정밀주조방법에 관한 것이다.

Description

의료용 집게의 정밀주조방법 {The method of exactness casting for medical forceps }

본 발명은 주형을 이용하여 의료용 집게를 제조할 수 있도록 하는 주조방법에 관한 것으로서, 특히 단조품과 대등한 탄성을 유지하고 핀 홀 등의 주조 결함이 없는 제품을 얻을 수 있도록 한 의료용 집게의 정밀주조방법에 관한 것이다.

의료용 집게류는 일반적으로 마르텐사이트계 스테인레스강인 SUS 420강을 소재로 하여, 단조공법에 의하여 제조되고 있다. 단조공법은 형단조한 후 핀(Fin)을 갈아내고, 기계가공과 그라인딩(Grinding) 작업을 통해 치수를 조정한 후 열처리하고 버핑(Buffing), 전해 연마 및 광택작업으로 마무리한다. 그러나, 이러한 단조공법은 제조시간 및 공수가 많아 제조원가가 매우 높은 문제점이 있다.

의료용 집게류를 단조공법으로 제작하는 이유는 주조공법으로 제작할 경우 제품이 충분한 탄성을 갖지 못하고, 핀 홀 등의 결함으로 인해 떨어뜨릴 경우 파손되는 경우가 자주 발생되기 때문이다.

따라서, 의료용 집게의 제조 원가를 절감하기 위한 여러 가지 방법이 강구되고 있으며, 본 발명도 그중 하나이다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 탈왁스 금형 및 열처리 방식을 변경시켜 단조품과 대등한 탄성을 유지하고 핀 홀 등의 주조 결함이 없는 제품을 얻을 수 있도록 하는 의료용 집게의 정밀주조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 의료용 집게의 정밀주조방법이 도시된 순서도,

도 2는 본 발명의 주요 과정인 열처리 사이클이 도시된 도면이다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 탈 왁스 방식의 주형을 제작하는 제1단계와, 필요한 조성으로 용탕을 제조하고 챔버 속의 주형에 용탕을 주입하는 제2단계와, 응고 완료된 주형을 챔버로부터 취출한 후 후처리를 통해 주조품을 얻는 제3단계와, 상기 주조품에 탄성을 부여하기 위하여 열처리를 수행하는 제4단계와, 열처리가 완료된 주조품을 샌드 블래스팅한 후 출고하는 제5단계로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 의료용 집게의 정밀주조방법은 도 1에 도시된 바와 같이 탈 왁스 방식의 주형을 제작하는 제1단계와, 필요한 조성으로 용탕을 제조하고 챔버 속의 주형에 용탕을 주입하는 제2단계와, 응고 완료된 주형을 챔버로부터 취출한 후 후처리를 통해 주조품을 얻는 제3단계와, 상기 주조품에 탄성을 부여하기 위하여 열처리를 수행하는 제4단계와, 열처리가 완료된 주조품을 샌드 블래스팅한 후 출고하는 제5단계로 구성된다.

상기 제1단계는 시제품을 제작하는 제1과정과, 상기 시제품을 이용하여 왁스 사출금형을 제작하는 재2과정과, 상기 왁스 사출금형으로부터 왁스 패턴을 사출하여 트리 형식으로 조립하는 제3과정과, 조립된 왁스 패턴에 슬러리를 5-10㎜ 두께로 코팅하는 제4과정과, 코팅이 완료된 후 주형만 남기고 탈왁스를 수행하는 제5과정 및 소성로에서 일정 시간 동안 소성하는 제6과정으로 구성된다.

상기 제3단계는 쥐출된 주형을 실온까지 냉각시키는 제1과정과, 상기 주형에 묻어 있는 모래를 털어 내는 탈사 및 숏 블래스팅 작업을 통해 주조품을 얻는 제2과정과, 주입구를 절단하고 연마하는 제3단계로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 의료용 집게의 정밀주조방법은 다음의 과정을 통해 수행된다.

주조제품을 만들기 위해서 가장 먼저 시행하는 것은 모형의 제작이다. 따라서, 의료용 집게와 동일한 형상의 시제품을 암꼴과 숫꼴로 나누어 각각 제작한다. 시제품의 제작이 완료되면 이를 이용하여 주형을 제작한다.

주형은 탈 왁스 방식을 이용하여 제작하는데, 먼저 상기 시제품을 이용하여 왁스 패턴 제작용 사출금형을 제작한다. 왁스 패턴 제작용 사출금형을 만드는 경우에는 왁스의 수축률, 금속의 고체 수축률 등을 고려하여 설계하는 것이 원칙이나, 집게류는 기능상 정밀한 칫수를 요구하지도 않고 두께가 얇기 때문에 이들 값을 무시하더라도 상관없다. 용탕 주입구는 가장 늦게 응고되는 부위, 절단이나사상이 용이한 부위, 탈 왁스가 용이한 부위 및 급탕 거리를 고려한 위치에 오도록 한다는 것을 전제로 하여 탄소강으로 제작한다.

왁스 패턴 제작용 사출금형의 제작이 완료되면, 이를 이용하여 왁스 패턴을 사출한다. 사출된 왁스 패턴은 변형이 되지 않도록 약 22℃에서 보관한다. 이후, 탕구계에 왁스 패턴을 전기 인두로 탕구계에 부착시킨다. 이때, 왁스 패턴은 트리 형태로 부착되는 것이 바람직하다.

이후, 왁스 패턴이 조립된 트리를 슬러리에 넣어 코팅한다. 슬러리는 슬러리 믹서에 바인더로 콜로이달 실리카와 지르콘 분말, 계면 활성제, 물을 넣고 잘 혼련시켜 제작한다. 슬러리는 8-10s(Zahn Cup #5), 비중을 2.7-2.75 정도가 되도록 제작하는 것이 바람직하다. 제작된 슬러리에 상기 트리를 담갔다 거내어 건조시키는 과정을 반복하여 쉘 층(슬러리 층)의 두께가 1-2㎜가 되도록 디핑하게 된다. 마지막 디핑한 층을 건조시키기 전에 65-100 메쉬(mesh)의 지르콘 샌드를 끼얹은 후에 건조시키고, 건조된 트리를 다시 슬러리 통에 담가 슬러리를 입히고 지르콘 샌드를 끼얹은 후 건조시키는 과정을 1-2 차례 반복한다. 이후, 스터코우잉(stuccoing) 재료로 50-80 메쉬의 캐못 샌드(chamotte sand)를 사용하여 4-10회 반복하여 쉘 층의 두께가 5-10㎜가 되도록 한다.

코팅이 끝난 트리를 120-150℃에서 10-20분 정도의 시간 동안 탈 왁스시켜 주형을 얻는다. 이 탈 왁스 주형을 소성로에서 1000-1100℃로 0.5-1 시간 동안 소성하여 주형 제작을 완료한다.

주형의 제작이 완료되면 용탕을 제조한다. 용탕은 단조품의 소재로 사용되는SUS 420에 대응되는 주조소재인 CA-40과 내식성 향상을 위한 CB-7Cu-1의 조성을 갖도록 전기로를 이용하여 제조한다.

CA-40의 목표화학성분은 다음의 표 1에 표시되어 있고, 용탕 제조를 위해 전기로에 장입되는 장입재의 성분은 표 2에 표시되어 있으며, 제조된 용탕의 조성은 표 3에 나타나 있다.

또, CB-7Cu-1의 목표화학성분은 다음의 표 4에 표시되어 있고, 용탕 제조를 위해 전기로에 장입되는 장입재의 성분은 표 5에 표시되어 있으며, 제조된 용탕의 조성은 표 6에 나타나 있다.

이상의 표에서 살펴본 바와 같이 장입재를 장입하여 전기로에서 용탕을 제조하는 경우, 목표한 조성과 거의 유사한 조성의 용탕을 얻을 수 있다.

즉, 전기로의 멜팅 챔버 커버(melting chamber cover)가 열린 상태에서, 강고철, 가탄제, 선철, Fe-Cr, E-Ni, E-Cu를 순서대로 장입하면서 용락시키고, 멜팅 챔버 커버를 닫는다. 챔버 내부를 진공도가 10^-1mbar가 되도록 한 후, 용락된 용탕을 1650 ±10℃ 로 승온하고 10분 동안 유지한다. 500 mbar가 되도록 Ar 가스를 퍼지한 후 M-Mn, Fe-Si를 장입하여 용락시키고, 승온하여 주입온도를 1580-1600℃에 맞추어 용탕 제조를 완료한다.

이후, 1000-1100℃로 예열된 주형을 몰딩 챔버에 넣고 주입 위치로 이동시키고, 500 mbar의 Ar 가스 분위기에서 1580-1600℃의 용탕을 주입한다. 용탕의 주입이 끝나면 일정 시간 동안 주형이 응고되기를 기다린다.

주형의 응고가 완료되면 상기 몰딩 챔버로부터 주형을 취출하여 실온까지 냉각시킨다. 주형이 실온까지 냉각되면 주형에 묻은 모래를 털어내는 탈사 및 숏 블래스팅(shot blasting)을 수행하여 주조품을 얻는다. 이후, 주조품에 부착된 주입구를 절단하고 연마한다.

주조품에 탄성을 부여하기 위해서는 도 4에 도시된 바와 같은 사이클을 통해 열처리를 수행한다. 열처리는 1050℃에서 0.5 시간 유지후 공랭하는 담금질과, 상기 담금질을 수행한 후 350~550℃에서 0.75 시간 유지후 공랭하는 템퍼링을 연속적으로 시행하는 것이 바람직하다.

다음은 상기한 과정을 수행하여 얻은 결과를 나타낸 도표이다. 표 7에는 주형의 온도를 1100℃로 유지한 상태에서 주입온도와 재질을 변경시켜 가면서 24개의 제품을 얻어 낸 경우의 주조 불량률을 나타낸다.

또, 의료용 집게에 요구되는 경도인 HRc 40의 경도를 맞추기 위하여 열처리 전후의 경도를 비교하였다. 다음의 표 8은 열처리 전의 경도가 표시되어 있다.

또한, 표 9에는 CA-40 소재 주조품의 열처리 후 경도, 표 10에는 CB-7Cu-1소재 주조품의 열처리 후 경도를 각각 나타내고 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 의료용 집게를 주조 방식을 이용히여 제작하더라도 담금질한 후 탬퍼링하는 일련의 과정을 통해 요구되는 경도를 얻을 수 있게 되었다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 의료용 집게의 정밀주조방법은 단조품과 대등한 탄성을 얻을 수 있으면서도 핀 홀 등의 주조 결함이 발생되지 않게 하여 의료용 집게와 같은 비정밀 의료 기기의 대량 생산이 가능하게 함으로써 제조 원가를 줄일 수 있도록 하는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 탈 왁스 방식의 주형을 제작하는 제1단계와, 필요한 조성으로 용탕을 제조하고 챔버 속의 주형에 용탕을 주입하는 제2단계와, 응고 완료된 주형을 챔버로부터 취출한 후 후처리를 통해 주조품을 얻는 제3단계와, 상기 주조품에 탄성을 부여하기 위하여 열처리를 수행하는 제4단계와, 열처리가 완료된 주조품을 샌드 블래스팅한 후 출고하는 제5단계로 구성된 것을 특징으로 하는 의료용 집게의 정밀주조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1단계는 시제품을 제작하는 제1과정과, 상기 시제품을 이용하여 왁스 사출금형을 제작하는 재2과정과, 상기 왁스 사출금형으로부터 왁스 패턴을 사출하여 트리 형식으로 조립하는 제3과정과, 조립된 왁스 패턴에 슬러리를 5-10㎜ 두께로 코팅하는 제4과정과, 코팅이 완료된 후 주형만 남기고 탈왁스를 수행하는 제5과정 및 소성로에서 일정 시간 동안 소성하는 제6과정으로 구성된 것을 특징으로 하는 의료용 집게의 정밀주조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 용탕은 주조소재인 CA-40과 대체소재인 CB-7Cu-1 중 어느 하나의 조성을 갖도록 한 것을 특징으로 하는 의료용 집게의 정밀주조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제3단계는 쥐출된 주형을 실온까지 냉각시키는 제1과정과, 상기 주조품에 묻어 있는 모래를 털어 내는 탈사 및 숏 블래스팅 작업을 통해 주조품을 얻는 제2과정과, 주입구를 절단하고 연마하는 제3단계로 구성된 것을 특징으로 하는 의료용 집게의 정밀주조방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제4단계의 열처리는 1050℃에서 0.5 시간 유지후 공랭하는 담금질 과정과, 상기 담금질 과정을 수행한 후 350~550℃에서 0.75 시간 유지후 공랭하는 템퍼링 과정으로 구성된 것을 특징으로 하는 의료용 집게의 정밀주조방법.