KR20030087110A - 압탕부 가압장치 및 이를 이용한 중력주조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 압탕부 가압장치 및 이를 이용한 중력주조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중력주조시 용탕이 금형 및 압탕 몰드 내부에 주입된 후 제품의 압탕부 상면에 적정량의 압력을 가하여 줌으로써, 미세 구멍(pin hole), 기공(blow hole) 또는 수축 공동(shrinkage cavity) 등의 제품 내 결함을 최소화할 수 있고, 압탕의 효과 상승 및 고품질의 주조품 제조가 가능해지는 압탕부 가압장치 및 이를 이용한 중력주조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 압탕부 가압장치 및 이를 이용한 중력주조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중력주조시 용탕이 금형 및 압탕 몰드 내부에 주입된 후 제품의 압탕부 상면에 적정량의 압력을 가하여 줌으로써, 미세 구멍(pin hole), 기공(blow hole) 또는 수축 공동(shrinkage cavity) 등의 제품 내 결함을 최소화할 수 있고, 압탕의 효과 상승 및 고품질의 주조품 제조가 가능해지는 압탕부 가압장치 및 이를 이용한 중력주조방법에 관한 것이다.
일반적으로 중력주조법은 용탕을 중력에 의해 금형에 주입하여 주물을 만드는 주조방법을 말하며, 현재 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 등의 비철합금, 주철 또는 강철을 소재로 하여 피스톤, 슬리브, 크랭크 케이스, 실린더, 베어링 등을 제조하는데 널리 이용되고 있다.
첨부한 도 3은 통상의 중력주조법 실시시 금형, 압탕 몰드, 압탕부 및 주조품을 보여주는 단면도이다.
이에 도시한 바와 같이, 중력주조시에는 금형(1)의 상측에 압탕부(5)를 위한 압탕 몰드(3)가 설치된다.
상기 압탕부(5)는 금형(1)에 주입된 용탕이 냉각되어 응고 수축될 때 금형(1) 내 공간 형성으로 주조품(7)의 결함이 발생되지 않도록 해주는 것으로서, 금형(1)의 최상 위치에서 압탕 몰드(3)에 담겨지는 여분의 용탕을 말한다.
상기 중력주조법에서 압탕부(5)의 중요한 역할은 용탕 응고시 제품(7) 내부의 응고 수축에 의한 소재 부족분의 보충과 불균일 응고를 방지하는 열원으로서의 역할이다.
통상, 중력주조법에 의한 제품 생산의 경우 제품 내부의 품질 향상을 위하여 제품(7) 무게와 동등한 수준의 압탕부(5)가 필요하다.
그러나, 상기와 같은 중력주조법에서는 압탕부를 설치하는데에 따른 다음의 문제점이 있었다.
즉, 압탕부 중량의 정량화 그리고 크기 및 형상의 제어가 힘들며, 압탕부에서 먼저 응고가 일어날 경우 제품 내부에 미세 구멍(pin hole), 기공(blow hole) 또는 수축 공동(shrinkage cavity)과 같은 내부 결함이 발생될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 중력주조시 용탕이 금형 및 압탕 몰드 내부에 주입된 후 제품의 압탕부 상면에 적정량의 압력을 가하여 줌으로써, 미세 구멍(pin hole), 기공(blow hole) 또는 수축 공동(shrinkage cavity) 등의 제품 내 결함을 최소화할 수 있고, 압탕의 효과 상승 및 고품질의 주조품 제조가 가능해지는 압탕부 가압장치 및 이를 이용한 중력주조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 압탕부 가압장치를 보여주는 구성도
도 2는 본 발명에 의한 중력주조품의 압탕부 직하면 미세조직을 보여주는 현미경 사진
도 3은 통상의 중력주조법 실시시 금형, 압탕 몰드, 압탕부 및 주조품을 보여주는 단면도
도 4는 통상의 중력주조법에 의한 주조품의 압탕부 직하면 미세조직을 보여주는 현미경 사진
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 금형3 : 압탕 몰드
5 : 압탕부 7 : 제품(또는 주조품)
10 : 압탕부 가압장치11 : 본체
12 : 압력공급장치13 : 실린더 장치
14 : 피스톤15 : 가압지그
16 : 압력센서17 : 제어수단
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 압탕부 가압장치는 제어신호에 따라 선택적으로 압력을 공급하는 압력공급장치(12)와;
본체(11)에 압탕 몰드(3) 상측으로 고정 설치되고, 상기 압력공급장치(12)로부터 공급되는 압력으로 상하 이동되는 피스톤(14)과 이 피스톤(14)의 하방 이동시 압탕부(5) 상면을 가압하게 되는 피스톤(14) 선단의 가압지그(15)를 갖는 실린더 장치(13)와;
상기 피스톤(14) 또는 가압지그(15)에 설치되어 이들을 통해 압탕부(5) 상면에 가해지는 압력을 검출하고 검출값에 따른 압력신호를 출력하는 압력센서(16)와;
이 압력센서(16)로부터 입력받은 압력신호에 따라 상기 압력공급장치(12)의 구동 제어를 위한 제어신호를 출력하는 제어수단(17);
을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 중력주조방법은 용탕을 금형(1) 및 압탕 몰드(3) 내부에 주입한 후 응고시켜 소정 형상의 제품(7)을 성형 제조하는 중력주조방법에 있어서,
용탕 주입 완료 후 소정 시간 뒤 상기 제 1 항의 제어수단(17)이 제어신호를 출력하고 이 제어신호를 입력받은 상기 제 1 항의 압력공급장치(12)가 압력을 공급하는 단계와;
상기 압력공급장치(12)로부터 공급되는 압력에 의해 상기 제 1 항의 피스톤(14)이 하방 이동되면서 그 선단의 가압지그(15)가 압탕부(5) 상면을 가압하는 단계와;
상기 제 1 항의 압력센서(16)가 상기 가압지그(15)를 통해 압탕부(5) 상면에 가해지는 압력을 검출하여 검출값에 따른 압력신호를 출력하는 단계와;
상기 제어수단(17)이 상기 압력센서(16)로부터 출력되는 압력신호를 입력받아 압탕부(5) 상면에 가해지는 현재의 압력이 미리 입력된 설정압력에 도달되는 순간 제어신호를 출력하고 이 제어신호를 입력받은 상기 압력공급장치(12)가 압력을 차단하여 상기 피스톤(14)의 하방 이동을 정지시키는 동시에 상기 가압지그(15)에 의한 압탕부(5) 상면의 가압상태를 해제하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 1은 본 발명의 압탕부 가압장치를 보여주는 구성도이다.
도 1에서 도면부호 1, 3, 5, 7은 각각 금형, 압탕 몰드, 압탕부 및 제품(또는 주조품)을 나타낸다.
본 발명은 중력주조시 용탕 주입 후 압탕부 상면을 적정량 가압하여줌으로써, 미세 구멍(pin hole), 기공(blow hole) 또는 수축 공동(shrinkage cavity)과 같은 제품 내 결함을 최소화할 수 있고, 압탕의 효과 상승 및 고품질의 주조품 제조가 가능해지는 압탕부 가압장치 및 이를 이용한 중력주조방법에 관한 것이다.
본 발명의 압탕부 가압장치(10)는 압력을 발생시켜 공급하는 압력공급장치(12)와, 이 압력공급장치(12)로부터 공급되는 압력에 의해 상하 이동이 가능한 피스톤(14)과 이 피스톤(14)의 하방 이동시 압탕부(5) 상면을 가압하게 되는 피스톤(14) 선단의 가압지그(15)를 갖는 실린더 장치(13)와, 상기 피스톤(14) 및 가압지그(15)를 통해 압탕부(5) 상면에 가해지는 압력을 검출하는 압력센서(16)와, 이 압력센서(16)로부터 검출된 압력에 따라 상기 압력공급장치(12)의 구동을 제어하는 제어수단(17)을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 압력공급장치(12)는 공압 또는 유압 등의 압력을 발생시켜 이를 실린더 장치(13)에 공급하는 것으로서, 제어수단(17)으로부터 출력되는 제어신호에 따라 선택적으로 압력을 공급하여 실린더 장치(13)의 피스톤(14)을 상방 또는 하방 이동시키도록 되어 있다.
상기 실린더 장치(13)는 압탕부(5) 상면을 가압시켜줄 수 있도록 본체(11)에 압탕 몰드(3) 상측으로 고정 설치되는 것으로서, 상기 압력공급장치(12)와 연결되어 이 압력공급장치(12)로부터 압력을 공급받을 수 있도록 되어 있다.
상기 실린더 장치(13)에는 압력공급장치(12)로부터 공급되는 압력에 의해 상하 이동되는 피스톤(14)과, 이 피스톤(14)의 선단, 즉 하단에 일체로 구성되고 피스톤(14)의 하방 이동시 압탕부(5) 상면을 가압하게 되는 가압지그(15)가 구비된다.
여기서, 상기 가압지그(15)는 피스톤(14)의 하방 이동으로 압탕부(5) 상면을 접촉한 상태로 직접 누르게 되는 부분으로서, 그 형상은 압탕의 형상을 고려하여 달라질 수 있다.
상기 압력센서(16)는 피스톤(14) 또는 가압지그(15)에 설치되어 이들을 통해압탕부(5) 상면에 가해지는 압력을 검출하여 검출값에 따른 압력신호를 출력하는 것으로서, 이 압력센서(16)로부터 출력된 압력신호는 제어수단(17)으로 입력되도록 되어 있다.
한편, 상기 제어수단(17)은 압력공급장치(12)의 제어를 위한 제어신호를 출력하는 것으로서, PID 컨트롤러 등으로 실시될 수 있다.
압탕부(5) 가압시에는 상기 제어수단(17)이 압력공급장치(12)로 하여금 실린더 장치(13)에 압력을 공급하도록 하는 제어신호를 출력하고, 이 제어신호에 의해 압력공급장치(12)가 실린더 장치(13)에 압력을 공급하면서 피스톤(14)이 하방 이동하여 가압지그(15)가 압탕부(5) 상면을 가압하게 된다.
또한, 상기 제어수단(17)은 압탕부(5) 가압시 압력센서(16)로부터 출력된 압력신호를 입력받아 가압지그(15)를 통해 압탕부(5) 상면에 가해지는 현재의 압력을 미리 입력된 설정압력과 비교하도록 되어 있고, 이 과정에서 압탕부(5) 상면에 가해지는 압력이 설정압력에 도달되는 순간 압력공급장치(12)에 제어신호를 출력하여 피스톤(14)의 하방 이동을 정지시키는 동시에 가압지그(15)에 의한 압탕부(5) 상면의 가압상태를 해제하도록 되어 있다.
즉, 상기 제어수단(17)은 압력센서(16)를 통해 검출되는 압력, 즉 가압지그(15)를 통해 압탕부(5) 상면에 가해지는 현재의 압력이 미리 입력된 설정압력에 도달되는 순간 압력발생장치(12)를 제어하여 실린더 장치(13)로 공급되는 압력을 차단하고, 이에 따라 실린더 장치(13)의 피스톤(14) 및 가압지그(15)에 의한 가압을 해제하게 되는 것이다.
이와 같이 하여, 상기 압탕부 가압장치를 이용하게 되면 용탕 주입 후 압탕부 상면에 미리 설정된 양만큼의 압력을 가하여줄 수 있게 된다.
이하, 상기 압탕부 가압장치를 이용한 본 발명의 중력주조방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 비철합금, 주철 또는 강철 등의 제품 소재를 소정의 온도로 용융시킨 후, 이 용융된 금속, 즉 용탕을 몰드 주입구를 통해 금형(1) 및 압탕 몰드(3) 내부로 서서히 주입하여 용탕 주입을 완료한다.
상기와 같이 용탕 주입이 완료된 후, 소정의 시간이 흐른 뒤에는 압탕부 가압장치(10)의 제어수단(17)이 압력공급장치(12)의 구동을 위한 제어신호를 출력하게 된다.
이때, 상기 압력공급장치(12)는 제어수단(17)으로부터 출력된 제어신호를 입력받아 구동되어 실린더 장치(13)에 압력을 공급하게 되며, 이때 실린더 장치(13)에서는 압력공급장치(12)로부터 공급받은 압력으로 피스톤(14)이 하방 이동됨과 동시에 가압지그(15)가 압탕부(5) 상면을 가압하게 된다.
여기서, 상기 피스톤(14) 하방 이동으로 가압지그(15)가 압탕부(5) 상면을 누르게 되는 순간부터 압력센서(16)를 통해 검출되는 압력이 점점 증가하게 됨은 당연할 것이다.
한편, 상기 압력센서(16)는 가압지그(15)를 통해 압탕부(5) 상면에 가해지는 압력을 검출하여 검출값에 따른 소정의 압력신호를 출력하게 되며, 상기 제어수단(17)은 압력센서(16)로부터 출력된 압력신호를 입력받아 압탕부(5) 상면에가해지는 압력을 미리 입력된 설정압력과 비교하게 된다.
이때, 상기 제어수단(17)은 압력센서(16)를 통해 검출된 압력, 즉 가압지그(15)를 통해 압탕부(5) 상면에 가해지는 현재의 압력이 상기 설정압력에 도달되는 순간 압력공급장치(12)에 제어신호를 출력하여 피스톤(14)의 하방 이동을 정지시키는 동시에 가압지그(15)에 의한 압탕부(5) 상면의 가압상태를 해제하게 된다.
결국, 본 발명의 주조방법에서는 상기 압탕부 가압장치를 이용하여 용탕 주입 후 압탕부 상면에 미리 설정된 양만큼의 압력을 가하여줌으로써, 이후 설명되는 실험예를 통해 알 수 있는 바와 같이, 주조품 조직 내 결함, 즉 미세 구멍, 기공 또는 수축 공동 등이 거의 없는 우수한 품질의 제품을 주조할 수 있게 된다.
이하, 다음의 실시예에 의거 본 발명을 더욱 상세히 설명하는 바, 본 발명이 다음의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예
본 발명의 압탕부 가압장치 및 이를 이용한 중력주조방법(도 1 참조)을 적용하여 시편을 제조하였다.
먼저, 알루미늄 합금 30㎏을 750℃로 용융시켜 180℃로 예열시킨 금형(1) 및 압탕 몰드(3)에 서서히 주입하였으며, 용탕 주입 완료 후 30초 뒤 압력공급장치(12)가 구동 개시되도록 하여 이후 실린더 장치(13)가 피스톤(14) 및 가압지그(15)를 통해 압탕부(5) 상면을 서서히 가압하도록 하였다.
또한, 제어수단(17)에는 설정압력 5㎏f/㎠를 입력하여 압력센서(16)를 통해 검출된 압력이 5㎏f/㎠에 도달되는 순간 실린더 장치(13)에 의한 압탕부(5) 상면 가압을 해제하였으며, 이후 응고과정을 거쳐 시편을 완성하였다.
비교예
통상의 중력주조법(도 3 참조)을 이용하여 시편을 제조하였다.
즉, 실시예와 동일한 재질의 알루미늄 합금 30㎏을 750℃로 융용시켜 180℃로 예열시킨 금형(1) 및 압탕 몰드(3)에 서서히 주입한 후 응고시켰다.
실험예 1
상기 실시예와 비교예를 통해 얻어진 시편의 압탕부 직하면 금속 조직을 광학 현미경으로 찍어 각각 도 2와 4에 나타내었다.
그 결과를 살펴보면, 실시예의 시편에서는 미세 구멍(pin hole), 기공(blow hole) 또는 수축 공동(shrinkage cavity)과 같은 내부 결함이 거의 존재하지 않음을 확인할 수 있었고(도 2에서), 비교예의 시편에서는 미세 구멍, 기공 또는 수축 공동과 같은 내부 결함이 다수 존재함을 확인할 수 있었다(도 4에서).
실험예 2
상기 실시예 및 비교예를 통해 얻어진 각 시편을 이용하여 조직 내 기공률과 최대 기공의 크기를 측정하였다.
(1) 기공률(porosity percentage, %)
기공률은 제품 내 결함 함유율을 나타내는 것으로서, 화상분석기(image analyzer)의 시험방법으로 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(2) 최대 기공의 크기(㎛)
최대 기공의 크기는 피로물성에 직접적인 영향을 미치는 것으로서, 화상분석기의 시험방법으로 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
그 결과를 살펴보면, 상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예를 통해 얻어진 시편에 비해 실시예를 통해 얻어진 시편에서 제품 내 결함 함유율을 나타내는 기공률이 20%정도로 크게 줄었음을 알 수 있었고, 피로물성에 직접적인 영향을 미치는 최대 기공 크기 역시 실시예 시편에서 30%정도로 크게 줄었음을 알 수 있었다.
결국, 본 발명에 따른 압탕부 가압장치 및 이를 이용한 중력주조방법에서는 용탕 주입 후 압탕부 상면에 적정량의 압력을 가하여줌으로써, 제품 조직 내 결함을 효과적으로 방지할 수 있음은 물론 압탕의 효과 상승 및 고품질의 주조품 제조가 가능해진다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 압탕부 가압장치 및 이를 이용한 중력주조방법에 의하면, 용탕 주입 후 압탕부 상면에 적정량의 압력을 가하여 줌으로써, 미세 구멍(pin hole), 기공(blow hole) 또는 수축 공동(shrinkage cavity) 등의 제품 내 결함을 최소화할 수 있고, 압탕의 효과 상승 및 고품질의 주조품 제조가 가능해지는 효과가 있다.
Claims (2)
- 제어신호에 따라 선택적으로 압력을 공급하는 압력공급장치(12)와;본체(11)에 압탕 몰드(3) 상측으로 고정 설치되고, 상기 압력공급장치(12)로부터 공급되는 압력으로 상하 이동되는 피스톤(14)과 이 피스톤(14)의 하방 이동시 압탕부(5) 상면을 가압하게 되는 피스톤(14) 선단의 가압지그(15)를 갖는 실린더 장치(13)와;상기 피스톤(14) 또는 가압지그(15)에 설치되어 이들을 통해 압탕부(5) 상면에 가해지는 압력을 검출하고 검출값에 따른 압력신호를 출력하는 압력센서(16)와;이 압력센서(16)로부터 입력받은 압력신호에 따라 상기 압력공급장치(12)의 구동 제어를 위한 제어신호를 출력하는 제어수단(17);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 압탕부 가압장치.
- 용탕을 금형(1) 및 압탕 몰드(3) 내부에 주입한 후 응고시켜 소정 형상의 제품(7)을 성형 제조하는 중력주조방법에 있어서,용탕 주입 완료 후 소정 시간 뒤 상기 제 1 항의 제어수단(17)이 제어신호를 출력하고 이 제어신호를 입력받은 상기 제 1 항의 압력공급장치(12)가 압력을 공급하는 단계와;상기 압력공급장치(12)로부터 공급되는 압력에 의해 상기 제 1 항의피스톤(14)이 하방 이동되면서 그 선단의 가압지그(15)가 압탕부(5) 상면을 가압하는 단계와;상기 제 1 항의 압력센서(16)가 상기 가압지그(15)를 통해 압탕부(5) 상면에 가해지는 압력을 검출하여 검출값에 따른 압력신호를 출력하는 단계와;상기 제어수단(17)이 상기 압력센서(16)로부터 출력되는 압력신호를 입력받아 압탕부(5) 상면에 가해지는 현재의 압력이 미리 입력된 설정압력에 도달되는 순간 제어신호를 출력하고 이 제어신호를 입력받은 상기 압력공급장치(12)가 압력을 차단하여 상기 피스톤(14)의 하방 이동을 정지시키는 동시에 상기 가압지그(15)에 의한 압탕부(5) 상면의 가압상태를 해제하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력주조방법.
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| KR1020020024678A KR20030087110A (ko) | 2002-05-06 | 2002-05-06 | 압탕부 가압장치 및 이를 이용한 중력주조방법 |
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| KR1020020024678A KR20030087110A (ko) | 2002-05-06 | 2002-05-06 | 압탕부 가압장치 및 이를 이용한 중력주조방법 |
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