KR20030038977A

KR20030038977A - 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형과 그 주형의 제조방법및 그 주형이 설치된 원심주조 장비

Info

Publication number: KR20030038977A
Application number: KR1020010069769A
Authority: KR
Inventors: 박세형; 송용억; 권용신
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2003-05-17
Also published as: KR100449426B1

Abstract

본 발명의 원심주조용 주형은, 상부 주형(201)과 하부 주형(202)이 서로 밀착되고 분리되는 면에 캐비티가 형성되어 있으며 원심력을 이용하여 주조하는 것으로서, 상부 주형(201) 및 하부 주형(202)의 내부에는 외부에서 공급되는 냉각유체가 순환하는 냉각통로가 각각 형성되어 있고, 하부 주형(202)의 냉각통로와 상부 주형(201)의 냉각통로는 주형의 외주면에서 연결파이프(212)에 의해 상호 연결되어 있으며, 상부 주형(201)의 상면에는 냉각통로를 따라 순환된 공기를 외부로 배출하는 배출홈(214)이 형성된다. 냉각통로는 다수의 직선형 구리관, 나선형 구리관 또는 지그재그 형태의 구리관에 의해 형성된다. 본 발명의 주형은 그 내부에 압축공기가 순환하는 냉각통로를 형성함으로써 상하 주형을 분리하지 않고 주조중 간단히 냉각시키는 효과가 있다.

Description

냉각통로가 구비된 원심주조용 주형과 그 주형의 제조방법 및 그 주형이 설치된 원심주조 장비{Spin casting mold with cooling line and manufacturing method thereof and spin casting apparatus with the mold}

본 발명은 원심주조용 주형에 관한 것이며, 특히, 주형 내부에 압축공기가 순환하는 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형 및 그 제조방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형의 냉각통로에 압축공기를 공급할 수 있도록 상기 주형과 결합 구성된 원심주조 장비에 관한 것이기도 하다.

원심주조란 주형을 회전시켜 원심력에 의해 주조하는 방법이다. 특히, 미국"Tekcast사"에서 개발한 원심주조장비와 "Teksil"(실리콘 고무)을 사용하면 주조하고자 하는 마스터 모델로부터 신속하게 주형을 제작할 수 있기 때문에, 다이캐스팅 성형 또는 플라스틱 사출성형과는 비교할 수 없는 저렴한 비용으로 원하는 금속제품을 주조할 수 있다. 여기서, "Teksil"이라 불리는 실리콘 고무는 주조 온도와 크기에 따라 몇 가지 종류가 있는데, 특히 약 410 ~ 430℃의 아연주조에는 회색 실리콘 고무가 사용된다. 그리고, 실리콘 고무는 경화되지 전까지는 고무찰흙과 같아 손으로 용이하게 직접 가공 가능하다.

주형은 마스터 모델의 크기와 용탕의 금속재료에 따라 적당한 실리콘 고무를 선택하고, 마스터 모델의 두께에 따라 3/4 또는 1인치 두께의 원판형태의 실리콘 고무판을 몇 장 적층하여 제작한다. 즉, 주형을 제작하기 위해서는 원판형태의 상부 실리콘 고무판과 하부 실리콘 고무판을 준비한다. 그런 다음, 이 2개의 실리콘 고무판이 서로 접하였다 분리되는 분리면에 각각의 캐비티용 홈을 형성한 후, 그 홈에 마스터 모델을 놓고 압력을 가해 캐비티를 만들고 필요한 경우 칼로 실리콘 고무를 더 파내 캐비티를 형성한다. 그리고, 이렇게 형성된 캐비티에 마스터 모델을 삽입하여 실리콘 고무판으로 마스터 모델을 완전히 감싸준다. 그런 다음, 경화기에 넣고 약 2시간 가량 적절한 열과 압력을 가함으로써 실리콘 고무 주형이 완성된다.

상기 주형은 경화기에서 3500 ~ 4000PSI의 높은 압력을 통해 형성되기 때문에, 실리콘 고무가 마스터 모델의 세밀한 곳까지 채워져 미세한 형상도 제작할 수 있다. 이 경화기에서 경화가 완료되면, 실리콘 고무 주형을 경화기에서 꺼내 분리면을 따라 상부 주형과 하부 주형을 분리하고 마스터 모델을 제거한 후, 러너(runner), 게이트(gate), 통기구(vent)를 칼이나 드릴 등으로 형성한다.

도 1에는 상기와 같은 방법으로 제조된 주형(100)이 설치된 통상의 원심주조 장비가 개략적으로 도시되어 있다. 도 1에 도시된 원심주조 장비를 통해 주조작업을 행하기 위해서는, 경화된 상부 주형(101) 및 하부 주형(102)을 서로 결합하여 클램핑 플레이트(103 ; clamping plate)에 올려놓는다. 그리고, 주형(101)을 회전가능하게 지지하는 공기 실린더(104)를 수직상방으로 상승시켜 35 ~ 40PSI의 압력으로 주형(100)을 밀착하여 캐비티(105) 이외의 공간을 모두 압착한다.

이 상태에서 주형(100)을 회전시키면서 용탕을 부으면 원심력에 의해 발생한 압력으로 캐비티(105)의 빈 공간과 세밀한 부분까지 용탕이 골고루 채워진다. 이 상태에서 약 1분이 경과하여 주조가 완료되면, 공기 실린더(104)를 수직하방으로 하강시킴으로써 주형(100)을 분리해 낼 수 있게 된다. 주형(100)이 원심주조 장비에서 분리되면, 상부 주형(101) 및 하부 주형(102)을 서로 분리하여 주조제품을 꺼낸다.

그러나, 아연 등과 같은 고온(약 410 ~ 430℃)의 용융물로 연속적으로 주조할 경우에는 주형의 온도가 많이 높아지기 때문에 주형이 조기에 파손되거나 변형되어 그 수명이 단축되는 문제점이 있다. 이 문제점을 해결하기 위해서는 주조시에 주형의 내부를 냉각시켜야 하는데, 주조시에는 주형이 400 ~ 700rpm으로 회전하기 때문에, 내부에 냉각수를 공급하여 냉각하는 방법은 배관설치와 밀폐가 복잡하여 그 적용이 어렵다. 그래서, 주형의 온도가 높아지면 작업을 일시적으로 중단하고 상온에서 냉각시키거나, 주형을 분리시켜 주형의 표면에 직접 압축공기를 분사하여 냉각하고 있다. 이러한 이유로 인해 주조공정의 생산성과 경제성이 저하된다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 주형 내부에 압축공기가 순환하는 냉각통로를 형성함으로써 간단히 냉각가능한 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형의 냉각통로에 압축공기를 공급할 수 있도록 주형과 결합 구성하여 주조시에 주형 내부를 냉각시킴으로써 생산성과 경제성을 향상시키는 원심주조 장비를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

도 1은 통상의 원심주조 장비를 개략적으로 도시한 개략도이고,

도 2a는 본 발명의 한 실시예에 따른 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형의 결합관계를 도시하기 위해 일부분을 절취한 절취 사시도이고,

도 2b는 도 2a에 도시된 원심주조용 주형의 냉각통로를 형성하는 직선형 구리관의 배치상태를 도시한 평면도이고,

도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형의 결합관계를 도시하기 위해 일부분을 절취한 절취 사시도이고,

도 3b는 도 3a에 도시된 원심주조용 주형의 냉각통로를 형성하는 나선형 구리관의 배치상태를 도시한 평면도이고,

도 4a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형의 결합관계를 도시하기 위해 일부분을 절취한 절취 사시도이고,

도 4b는 도 4a에 도시된 원심주조용 주형의 냉각통로를 형성하는 지그재그 형태의 구리관의 배치상태를 도시한 평면도이고,

도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형의 결합관계를 도시한 단면도이고,

도 6은 본 발명의 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형이 설치된 원심주조 장비의 결합관계를 도시하기 위해 일부분을 절취한 절취 사시도이며,

도 7 및 도 8은 본 발명의 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형과 종래의 원심주조용 주형의 주조회수에 따른 표면온도를 각각 측정하여 비교한 그래프이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

200 : 주형 203, 206, 209, 213 : 실리콘 고무판

204 : 연결홈 205, 211 : 직선형 구리관

207, 210 : 캐비티 208 : 공급로

212 : 연결파이프 214 : 배출홈

600 : 원심주조 장비 601 : 공기실린더

602 : 공급로 604 : 주형

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 원심주조용 주형은, 상부 주형과 하부 주형이 서로 밀착되고 분리되는 면에 캐비티가 형성되어 있으며 원심력을 이용하여 주조하는 것으로서, 상기 상부 주형 및 상기 하부 주형의 내부에는 외부에서 공급되는 냉각유체가 순환하는 냉각통로가 각각 형성되어 있고, 상기 하부 주형의 냉각통로와 상기 상부 주형의 냉각통로는 상기 상부 및 하부 주형의 외주면에서 연결파이프에 의해 상호 연결되어 있으며, 상기 상부 주형의 상면에는 냉각통로를 따라 순환된 냉각유체를 외부로 배출하는 배출홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 원심주조용 주형의 제조방법은, 외부에서 공급되는 냉각유체가 순환하는 관이 내부에 배열된 상기 상부 주형 및 하부 주형용 실리콘 고무판을 형성하는 제1 단계와; 상기 실리콘 고무판이 서로 접하였다 분리되는 분리면에 각각의 캐비티용 홈을 형성하고, 상기 홈에 마스터 모델을 삽입하여 상기 실리콘 고무판으로 마스터 모델을 완전히 감싸 주형을 형성하는 제2 단계와; 상기 주형을 경화기에 넣고 경화시켜 실리콘 고무 주형을 완성하는 제3 단계 및; 상기 실리콘 고무 주형을 경화기에서 꺼내 분리면을 따라 상기 상부 주형과 하부 주형을 분리하고 마스터 모델을 제거한 후, 상기 상부 주형 및 하부 주형의 관의 일단을 주형의 외부에서 연결파이프를 통해 상호 연결하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 원심주조용 주형의 제조방법은, 상부 주형 및 하부 주형을 구성하는 각각의 실리콘 고무판이 서로 분리되도록 상기 실리콘 고무판의 사이에 핀을 배치하고 이형제를 도포한 상부 및 하부 주형용 실리콘 고무판을 형성하는 제1 단계와; 상기 상부 및 하부 주형용 실리콘 고무판이 서로 접하였다 분리되는 분리면에 각각의 캐비티용 홈을 형성하고, 상기 홈에 마스터 모델을 삽입하여 상기 실리콘 고무판으로 마스터 모델을 완전히 감싸 주형을 형성하는 제2 단계와; 상기 주형을 경화기에 넣고 경화시켜 실리콘 고무 주형을 완성하는 제3 단계와; 상기 실리콘 고무 주형을 경화기에서 꺼내 분리면을 따라 상기 상부 주형과 하부 주형을 분리하고 마스터 모델을 제거하는 제4 단계와; 경화된 실리콘 고무판을 각각 분리하여 냉각통로를 형성한 후, 상기 실리콘 고무판의 사이에 핀을배치 결합하여 상기 상부 및 하부 주형의 내부에 냉각통로를 형성하는 제5 단계 및; 상기 상부 주형 및 하부 주형의 냉각통로의 일단을 주형의 외부에서 연결파이프를 통해 상호 연결하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 원심주조 장비는, 상부 주형과 하부 주형이 서로 밀착되고 분리되는 면에 캐비티가 형성된 원심주조용 주형과, 상기 주형을 클램핑하는 클램핑 플레이트(clamping plate)와, 상기 클램핑 플레이트를 가압하고 상기 클램핑 플레이트가 회전할 수 있도록 지지하는 실린더를 포함하며, 상기 상부 주형 및 상기 하부 주형의 내부에는 외부에서 공급되는 냉각유체가 순환하는 냉각통로가 각각 형성되어 있고, 상기 하부 주형의 냉각통로와 상기 상부 주형의 냉각통로는 주형의 외주면에서 연결파이프에 의해 상호 연결되어 있으며, 상기 상부 주형의 상면에는 냉각통로를 따라 순환된 냉각유체를 외부로 배출하는 배출홈이 형성되고, 상기 실린더의 축에는 상기 실린더의 유체공급원과 연결되는 공급로가 형성되어 있으며, 상기 클램핑 플레이트에는 상기 공급로와 상기 하부 주형의 냉각통로를 서로 연통시키는 구멍이 형성되는 것을 특징으로 한다.

아래에서, 본 발명에 따른 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형과 그 주형의 제조방법 및 그 주형이 설치된 원심주조 장비의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도 2a는 본 발명의 한 실시예에 따른 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형의 결합관계를 도시하기 위해 일부분을 절취한 절취 사시도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 원심주조용 주형의 냉각통로를 형성하는 직선형 구리관의 배치상태를 도시한평면도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형(200)은 상부 주형(201)과 하부 주형(202)을 포함한다. 이 상부 및 하부 주형(201, 202)은 마스터 모델의 두께에 따라 원판형태의 실리콘 고무판을 각각 몇 장씩 적층하여 제작한 것이다. 그리고, 하부 주형(202)을 이루는 제1 실리콘 고무판(203)의 하부 중앙에는 일정 크기의 연결홈(204)이 형성되어 있다. 이 연결홈(204)에는 공기를 순환시키는 다수의 제1 직선형 구리관(205)의 일단이 각각 연통 가능하게 배치된다. 또한, 다수의 제1 직선형 구리관(205)의 타단은 제1 실리콘 고무판(203)의 외주면에 각각 위치한다. 이 때, 다수의 제1 직선형 구리관(205)은 방사형태로 배열된다.

이렇게 제1 직선형 구리관(205)이 배열된 제1 실리콘 고무판(203)의 상면에는 제2 실리콘 고무판(206)이 적층된다. 그리고, 제2 실리콘 고무판(206)의 상면에는 마스터 모델의 하부 형상을 갖는 캐비티(207)가 여러 개 형성된다. 또한, 각 캐비티(207)는 용융물을 공급하는 공급로(208)에 각각 연통된다.

또한, 상부 주형(201)을 이루는 제3 실리콘 고무판(209)의 하부 중앙에는 마스터 모델의 상부 형상을 갖는 캐비티(210)가 여러 개 형성된다. 이 캐비티(210)와 제2 실리콘 고무판(206)에 형성된 캐비티(207)의 조합을 통해 마스터 모델의 전체 형상을 갖게 된다. 그리고, 각 캐비티(210)는 용융물을 공급하는 공급로(208)에 각각 연통된다.

그리고, 제3 실리콘 고무판(209)의 상면에는 다수의 직선형 구리관(211)이방사형태로 배열된다. 이 때, 직선형 구리관(211)의 일단은 제3 실리콘 고무판(209)의 외주면에 위치한다. 그리고, 제1 직선형 구리관(205)과 제2 직선형 구리관(211)의 일단은 연결파이프(212)를 통해 실리콘 고무판의 외측에서 각각 연결된다.

상기 제2 직선형 구리관(211)이 배열된 제3 실리콘 고무판(209)의 상면에는 제4 실리콘 고무판(213)이 적층된다. 이 제4 실리콘 고무판(213)의 상면에는 제2 직선형 구리관(211)과 연통하여 그 내부를 따라 순환하는 공기를 외부로 배출하는 배출라인인 배출홈(214)이 형성된다.

상기와 같이 구성된 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형(200)은 공기가 연결홈(204), 제1 직선형 구리관(205), 연결파이프(212), 제2 직선형 구리관(211) 및 배출홈(214)을 순차적으로 거쳐 외부로 배출되기 때문에, 그 내부가 용이하게 냉각된다.

아래에서는, 상기와 같이 구성된 본 발명의 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형(200)의 제조방법에 대해 상세히 설명하겠다.

먼저, 원판형태의 실리콘 고무판으로 제작된 제1 실리콘 고무판(203)의 중앙에 일정 크기의 연결홈(204)을 형성한다. 그런 다음, 공기를 순환시키는 다수의 제1 직선형 구리관(205)을 제1 실리콘 고무판(203)의 상면에 방사형태로 배열한다. 이 때, 제1 직선형 구리관(205)을 일정한 간격으로 제1 실리콘 고무판(203)에 배치할 수도 있지만, 경우에 따라서는 냉각이 필요한 부분, 즉 캐비티가 위치할 바로 밑부분에만 배치할 수도 있다. 그리고, 제1 직선형 구리관(205)의 일단은연결홈(204)과 연통하고 타단은 제1 실리콘 고무판(203)의 외주면에 각각 위치한다. 이렇게 제1 직선형 구리관(205)의 배열이 완료되면, 제1 실리콘 고무판(203)의 상면에 제2 실리콘 고무판(206)을 적층한다. 이렇게 함으로써 내부에 구리관이 설치된 하부 주형용 실리콘 고무판이 형성된다.

그리고, 원판형태의 실리콘 고무판으로 제작된 제3 실리콘 고무판(209)의 상면에 다수의 제2 직선형 구리관(211)을 방사형태로 배열한다. 이 때, 직선형 구리관(211)의 일단은 제3 실리콘 고무판(209)의 외주면에 위치한다. 그리고, 이렇게 제2 직선형 구리관(211)이 배열된 제3 실리콘 고무판(209)의 상면에 제4 실리콘 고무판(213)을 적층하고, 제4 실리콘 고무판(213)의 상면에 형성된 배출홈(214)과 제2 직선형 구리관(211)이 상호 연통되도록 한다. 이렇게 함으로써 내부에 구리관이 설치된 상부 주형용 실리콘 고무판이 형성된다.

이렇게 하부 및 상부 주형용 실리콘 고무판이 형성되면, 이 실리콘 고무판이 서로 접하였다 분리되는 분리면에 각각의 캐비티용 홈을 형성한 후, 이 캐비티용 홈에 마스터 모델을 삽입하여 실리콘 고무판으로 마스터 모델을 완전히 감싸 주형을 형성한다. 그런 다음, 이 주형을 경화기에 넣고 적절한 열과 압력을 가함으로써 실리콘 고무 주형이 완성된다. 이 경화기에서 주형의 경화가 완료되면, 실리콘 고무 주형을 경화기에서 꺼내 분리면을 따라 상부 주형(201)과 하부 주형(202)을 분리하고 마스터 모델을 제거한 후, 러너(runner), 게이트(gate), 통기구(vent)를 칼이나 드릴 등으로 형성한다. 또한, 하부 주형(202)의 제1 직선형 구리관(205)과 상부 주형(201)의 제2 직선형 구리관(211)의 일단을 주형의 외부에서연결파이프(212)를 통해 상호 연결한다.

상기와 같은 과정을 통해 본 발명의 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형(200)이 제조된다.

도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형의 결합관계를 도시하기 위해 일부분을 절취한 절취 사시도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 원심주조용 주형의 냉각통로를 형성하는 나선형 구리관의 배치상태를 도시한 평면도이다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 원심주조용 주형(300)은 냉각통로를 직선형 구리관(205, 211) 대신에 나선형 구리관(301)으로 구성한 것을 제외하고는 도 2a에 도시된 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형(200)과 동일하게 구성된다. 또한, 본 발명의 원심주조용 주형(300)의 제조방법은 도 2a의 원심주조용 주형(200)의 제조방법과 동일하다.

도 4a는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형의 결합관계를 도시하기 위해 일부분을 절취한 절취 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 원심주조용 주형의 냉각통로를 형성하는 지그재그 형태의 구리관의 배치상태를 도시한 평면도이다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 원심주조용 주형(400)은 냉각통로를 직선형 구리관(205, 211) 대신에 지그재그 형태의 구리관(401)으로 구성한 것을 제외하고는 도 2a에 도시된 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형(200)과 동일하게 구성된다. 또한, 본 발명의 원심주조용 주형(400)의 제조방법은 도 2a의 원심주조용 주형(200)의 제조방법과 동일하다.

도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형의 결합관계를 도시한 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형(500)은 도 2a 내지 도 4b와 같은 구리관을 이용하여 냉각통로를 형성하지 않고, 직접 내부에 냉각통로를 형성한 것이다. 즉, 주형(500)을 구성하는 상부 주형(501) 및 하부 주형(502)이 서로 분리되는 분리면 이외에, 상부 및 하부 주형(501, 502)을 구성하는 실리콘 고무판이 추가적으로 분리되도록 하여 경화시킨 후 분리하여 칼 등을 사용하여 냉각통로를 형성하고 다시 결합한 것이다.

다층의 실리콘 고무판이 경화된 후에는 1개로 결합되어 상부 주형 또는 하부 주형을 형성하기 때문에, 상부 주형 또는 하부 주형을 구성하는 다층의 실리콘 고무판은 사실상 분리가 불가능하다. 그래서, 실리콘 고무판의 사이에 핀을 배치하고 이형제를 도포한 후 경화시켜, 실리콘 고무판이 용이하게 분리되도록 한 것이다. 이렇게 직접 칼 등을 사용하여 직접 냉각통로를 형성할 경우에는 캐비티에 근접한 부분에 냉각통로를 형성할 수 있기 때문에, 구리관을 이용할 때보다 캐비티의 형상에 더 적합한 냉각통로를 자유자재로 형성할 수 있는 이점이 있다. 이렇게 자유자재로 냉각통로를 형성함으로써 냉각효과를 더욱 증가시킬 수 있다.

아래에서는, 상기와 같이 구성된 본 발명의 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형(500)의 제조방법에 대해 상세히 설명하겠다.

주형(500)을 구성하는 상부 주형(501) 및 하부 주형(502)이 서로 분리되는 분리면 이외에, 상부 및 하부 주형(501, 502)을 구성하는 실리콘 고무판이 추가적으로 분리되도록 실리콘 고무판의 사이에 핀을 배치하고 이형제를 도포하여 상부및 하부 주형용 실리콘 고무판을 각각 형성한다.

그런 다음, 이 실리콘 고무판이 서로 접하였다 분리되는 분리면에 각각의 캐비티용 홈을 형성한 후, 그 홈에 마스터 모델을 놓고 압력을 가해 캐비티를 만들고 필요한 경우 칼로 실리콘 고무를 더 파내 캐비티를 형성한다. 그리고, 이렇게 형성된 캐비티에 마스터 모델을 삽입하여 실리콘 고무판으로 마스터 모델을 완전히 감싸준다. 그런 다음, 경화기에 넣고 약 2시간 가량 적절한 열과 압력을 가함으로써 실리콘 고무 주형이 완성된다. 그러면, 이 주형을 경화기에 넣고 적절한 열과 압력을 가함으로써 실리콘 고무 주형이 완성된다.

이 경화기에서 주형의 경화가 완료되면, 실리콘 고무 주형을 경화기에서 꺼내 분리면을 따라 상부 주형(501)과 하부 주형(502)을 분리하고 마스터 모델을 제거한 후, 러너(runner), 게이트(gate), 통기구(vent)를 칼이나 드릴 등으로 형성한다. 또한, 경화된 실리콘 고무판을 각각 분리하여 칼 등을 사용하여 직접 냉각통로를 형성한 후, 실리콘 고무판의 사이에 핀을 배치 결합하여, 내부에 냉각통로를 갖는 상부 주형(501)과 하부 주형(502)을 형성한다. 그리고, 상부 주형(510)의 냉각통로와 하부 주형(502)의 냉각통로의 일단을 주형의 외부에서 연결파이프(503)를 통해 상호 연결한다.

상기와 같은 과정을 통해 본 발명의 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형(500)이 제조된다.

상기와 같이 칼 등을 사용하여 직접 냉각통로를 형성할 경우에는 캐비티에 근접한 부분에 냉각통로를 형성할 수 있기 때문에, 도 2a 내지 도 4b와 같이 구리관을 이용할 때보다 캐비티의 형상에 더 적합한 냉각통로를 형성하는 장점이 있다.

또한, 도 2a 내지 도 5에 도시된 본 발명의 주형(200, 300, 400, 500)은 그 내부의 냉각효율을 향상시키기 위해 열전도율이 좋은 금속분말이나 고온에서 잘 견디는 세라믹분말이 실리콘 고무판에 부분적으로 혼합된다. 즉, 실리콘 고무판의 캐비티가 형성될 부분을 부분적으로 잘라내어 캐비티용 홈을 형성하고, 금속분말 또는 세라믹분말이 균일하게 분포하도록 실리콘 고무에 혼합하여 반죽한 후, 잘라낸 캐비티용 홈에 다시 채워 넣는다. 그런 다음, 혼합물이 채워진 부분에 캐비티가 형성되도록 마스터 모델을 위치시켜 주형을 제작하는 것이다. 그로 인해, 주조시에 캐비티 부분의 열전도율이 향상되어 더욱 용이하게 냉각될 뿐만 아니라 주조시 주형의 표면보호 효과도 동시에 얻을 수 있다.

도 6은 본 발명의 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형이 설치된 원심주조 장비의 결합관계를 도시하기 위해 일부분을 절취한 절취 사시도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 원심주조 장비(600)는 도 2a 내지 도 5에 도시된 바와 같이 구성된 주형(200, 300, 400, 500)의 내부에 형성된 냉각통로에 공기를 공급하도록 구성한 것을 제외하고는 통상의 원심주조 장비와 동일하게 구성된다. 즉, 공기 실린더(601)의 축에 압축공기를 공급하는 공급로(602)를 형성하고, 주형을 지지하는 클램핑 플레이트(603)에 공급로(602)와 주형(604)의 연결홈(605)을 연통시키는 구멍(606)을 형성한 것이다. 그리고, 공급로(602)에는 공기 실린더(601)의 압축공기 공급원과 연결된다.

그리고, 공기 실린더(601)는 베어링(도시안됨)을 통해 클램핑 플레이트(603)에 연결되어 있다. 그러므로, 공기 실린더(601)의 축은 회전하지 않고, 주형(604)이 회전할지라도 그 회전과 무관하게 주형(604)의 냉각통로를 따라 압축공기를 순환시킨 후 외부로 배출하게 된다. 그로 인해, 주형(604)의 내부는 용이하게 냉각된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 주형(604)이 종래의 주형에 비해 냉각효과가 우수한지 여부를 확인하기 위해 실험을 수행하였다. 냉각실험은 상기와 같은 방법으로 제작한 각각의 주형을 모두 같은 조건에서 실험한 것으로서, 금속분말은 열전도율이 좋은 구리를 사용하여 실리콘 고무와 6 : 4의 비율로 혼합하여 주형을 제작하였다. 표 1에는 냉각실험 조건이 나타나 있다.

클램핑 압력	회전속도	용탕재료	용탕온도	주조시간	압축공기유량	각 공정간 시간	실리콘 고무	금속분말
40PSI	500rpm	아연	410~430 ℃	1분	140~150ℓ??분	3분	58g	38g

표 1과 같은 조건에서 주조작업을 행하여, 주형에서 주조제품을 분리한 직후 접촉식 온도계로 캐비티의 표면온도를 직접 측정하고, 온도상승 및 냉각효과를 측정하기 위하여 3분 간격으로 20회 연속 주조실험을 행하여 각 공정마다 캐비티의 표면온도를 측정하여 그 결과를 도 7에 도시하였다. 이 실험은 각각 3회씩 반복 실험하여 평균값을 산출하였다.

도 7에 나타난 바와 같이, 구리를 혼합하여 압축공기로 냉각한 주형(①)의 표면 온도가 종래의 주형(③)보다 30℃ 정도 낮게 나타났다. 그리고, 공기냉각통로를 통해 압축공기로만 냉각한 주형(②) 역시 종래의 주형(③)보다 20℃ 정도 냉각 효과가 있었다. 구리분말을 혼합한 뒤 압축공기를 공급하지 않는 주형(④)의 경우에는 혼합재료로 구성된 부분이 열흡수부(heat sink)로 작용하여 온도가 상승함을 알 수 있다.

도 7과 같은 실험 결과는 알루미늄(Al)분말 또는 세라믹(Al₂O₃)분말을 사용할 경우에도 유사하게 나타났다(도 8 참조).

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형은 주형 내부에 압축공기가 순환하는 냉각통로를 형성함으로써, 매 주조 사이클 후 주형을 분리하여 압축공기를 불며 냉각시키지 않고 주조시 바로 냉각시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 원심주조 장비는 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형의 냉각통로에 압축공기를 공급할 수 있도록 주형과 결합 구성하여 주조시에 주형 내부를 냉각시킴으로써 생산성과 경제성을 향상시키는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 냉각통로가 구비된 원심주조용 주형 및 이를 구비한 원심주조 장비에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

상부 주형과 하부 주형이 서로 밀착되고 분리되는 면에 캐비티가 형성되어 있으며 원심력을 이용하여 주조하는 원심주조용 주형에 있어서,

상기 상부 주형 및 상기 하부 주형의 내부에는 외부에서 공급되는 냉각유체가 순환하는 냉각통로가 각각 형성되어 있고, 상기 하부 주형의 냉각통로와 상기 상부 주형의 냉각통로는 상기 상부 및 하부 주형의 외주면에서 연결파이프에 의해 상호 연결되어 있으며, 상기 상부 주형의 상면에는 냉각통로를 따라 순환된 냉각유체를 외부로 배출하는 배출홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원심주조용 주형.
제1항에 있어서, 상기 냉각통로는 다수의 직선형 관인 것을 특징으로 하는 원심주조용 주형.
제1항에 있어서, 상기 냉각통로는 나선형 관인 것을 특징으로 하는 원심주조용 주형.
제1항에 있어서, 상기 냉각통로는 지그재그 형태의 관인 것을 특징으로 하는 원심주조용 주형.
제1항에 있어서, 상기 상부 주형과 상기 하부 주형의 재질은 실리콘 고무인 것을 특징으로 하는 원심주조용 주형.
제5항에 있어서, 상기 캐비티의 주변에는 금속분말 또는 세라믹분말이 위치하는 것을 특징으로 하는 원심주조용 주형.
상부 주형과 하부 주형이 서로 밀착되고 분리되는 면에 캐비티가 형성되어 있으며 원심력을 이용하여 주조하는 원심주조용 주형의 제조방법에 있어서,

외부에서 공급되는 냉각유체가 순환하는 관이 내부에 배열된 상기 상부 주형 및 하부 주형용 실리콘 고무판을 형성하는 제1 단계와; 상기 실리콘 고무판이 서로 접하였다 분리되는 분리면에 각각의 캐비티용 홈을 형성하고, 상기 홈에 마스터 모델을 삽입하여 상기 실리콘 고무판으로 마스터 모델을 완전히 감싸 주형을 형성하는 제2 단계와; 상기 주형을 경화기에 넣고 경화시켜 실리콘 고무 주형을 완성하는 제3 단계 및; 상기 실리콘 고무 주형을 경화기에서 꺼내 분리면을 따라 상기 상부 주형과 하부 주형을 분리하고 마스터 모델을 제거한 후, 상기 상부 주형 및 하부 주형의 관의 일단을 주형의 외부에서 연결파이프를 통해 상호 연결하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심주조용 주형의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 제2 단계는 금속분말 또는 세라믹분말이 균일하게 분포한 실리콘 고무을 상기 캐비티용 홈에 충진하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 원심주조용 주형의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 제1 단계에서 직선형 관을 다수 배열하는 것을 특징으로 하는 원심주조용 주형의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 제1 단계에서 나선형 관을 배열하는 것을 특징으로 하는 원심주조용 주형의 제조방법.
제7항에 있어서, 상기 제1 단계에서 지그재그 형태의 관을 배열하는 것을 특징으로 하는 원심주조용 주형의 제조방법.
상부 주형과 하부 주형이 서로 밀착되고 분리되는 면에 캐비티가 형성되어 있으며 원심력을 이용하여 주조하는 원심주조용 주형의 제조방법에 있어서,

상기 상부 주형 및 하부 주형을 구성하는 각각의 실리콘 고무판이 서로 분리되도록 상기 실리콘 고무판의 사이에 핀을 배치하고 이형제를 도포한 상부 및 하부 주형용 실리콘 고무판을 형성하는 제1 단계와; 상기 상부 및 하부 주형용 실리콘 고무판이 서로 접하였다 분리되는 분리면에 각각의 캐비티용 홈을 형성하고, 상기 홈에 마스터 모델을 삽입하여 상기 실리콘 고무판으로 마스터 모델을 완전히 감싸 주형을 형성하는 제2 단계와; 상기 주형을 경화기에 넣고 경화시켜 실리콘 고무 주형을 완성하는 제3 단계와; 상기 실리콘 고무 주형을 경화기에서 꺼내 분리면을 따라 상기 상부 주형과 하부 주형을 분리하고 마스터 모델을 제거하는 제4 단계와; 경화된 실리콘 고무판을 각각 분리하여 냉각통로를 형성한 후, 상기 실리콘 고무판의 사이에 핀을 배치 결합하여 상기 상부 및 하부 주형의 내부에 냉각통로를 형성하는 제5 단계 및; 상기 상부 주형 및 하부 주형의 냉각통로의 일단을 주형의 외부에서 연결파이프를 통해 상호 연결하는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심주조용 주형의 제조방법.
제12항에 있어서, 상기 제2 단계는 금속분말 또는 세라믹분말이 균일하게 분포한 실리콘 고무을 상기 캐비티 홈에 충진하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 원심주조용 주형의 제조방법.
상부 주형과 하부 주형이 서로 밀착되고 분리되는 면에 캐비티가 형성된 원심주조용 주형과, 상기 주형을 클램핑하는 클램핑 플레이트(clamping plate)와, 상기 클램핑 플레이트를 가압하고 상기 클램핑 플레이트가 회전할 수 있도록 지지하는 실린더를 포함하는 원심주조 장비에 있어서,

상기 상부 주형 및 상기 하부 주형의 내부에는 외부에서 공급되는 냉각유체가 순환하는 냉각통로가 각각 형성되어 있고, 상기 하부 주형의 냉각통로와 상기 상부 주형의 냉각통로는 주형의 외주면에서 연결파이프에 의해 상호 연결되어 있으며, 상기 상부 주형의 상면에는 냉각통로를 따라 순환된 냉각유체를 외부로 배출하는 배출홈이 형성되고, 상기 실린더의 축에는 상기 실린더의 유체공급원과 연결되는 공급로가 형성되어 있으며, 상기 클램핑 플레이트에는 상기 공급로와 상기 하부 주형의 냉각통로를 서로 연통시키는 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 원심주조 장비.
제14항에 있어서, 상기 냉각통로는 다수의 직선형 관인 것을 특징으로 하는 원심주조 장비.
제14항에 있어서, 상기 냉각통로는 나선형 관인 것을 특징으로 하는 원심주조 장비.
제14항에 있어서, 상기 냉각통로는 지그재그 형태의 관인 것을 특징으로 하는 원심주조 장비.
제14항에 있어서, 상기 상부 주형과 상기 하부 주형의 재질은 실리콘 고무인 것을 특징으로 하는 원심주조 장비.
제18항에 있어서, 상기 캐비티의 주변에는 금속분말 또는 세라믹분말이 위치하는 것을 특징으로 하는 원심주조 장비.