KR20040070330A - Method for producing castings, molding sand and its use for carrying out said method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복잡한 형상의 고품질 주물을 제조할 수 있고 주조 작업의 종료 후에 주형부품을 위험없이 주물의 밖으로 또는 주물로부터 제거할 수 있는 방법을 제공한다. 이를 달성하기 위해 다음의 단계들이 수행된다.The present invention provides a method that can produce high quality castings of complex shape and that the mold parts can be removed from or out of the casting without risk after the end of the casting operation. To accomplish this, the following steps are performed.
용해 금속과 비교하여 불활성이고 부을 수 있는 상태이며 가열시 석영 모래보다 덜 팽창하는 기본 주형 재료와, 가열시 기본 주형 재료와 비교하여 다르게 팽창하는 체결제의 혼합에 의해 주형 재료를 제조하고, 상기 주형 재료로부터 주형 부품을 제조하며, 상기 주형 부품을 이용하여 주형을 조립하고, 상기 주물을 형성하기 위해 상기 용해 금속을 상기 주형 안으로 붓고, 응고와 냉각 기간에 걸쳐 상기 주물은 냉각되고 상기 주형 부품은 자동으로 조각들로 분해되며, 상기 주물로부터 또는 상기 주물의 밖으로 상기 주형 부품의 조각들을 제거하고, 부을 수 있는 상태의 기본 주형 재료를 형성하기 위해 상기 주형 재료의 조각들을 재처리한다.The mold material is prepared by mixing a base mold material which is inert, pourable and less expandable than quartz sand when heated, and a fastener that expands differently than the base mold material when heated, wherein the mold is prepared. A mold part is produced from the material, the mold part is assembled using the mold part, the molten metal is poured into the mold to form the casting, the casting is cooled and the mold part is automatically cooled during the solidification and cooling periods. And the pieces of the mold part are removed from or out of the casting, and the pieces of the mold material are reprocessed to form a base mold material in a pourable state.
Description
주조 기술에 의해 만들어지는 금속재질의 구조 요소를 제조하는 데에는 한편으로는 주조해야 할 제품의 내부 형상을 결정하고 다른 한편으로는 그 외부 형상을 결정하는 주형 부품이 필요하다. 그러한 주형 부품의 예로는 만들어야 할 주물의 내부에 캐비티를 형성하는 주조 심형이나, 만들어야 할 주물의 외부 형상을 결정하며 조립되어 다부품 주형을 이루는 주형 요소들이 있다.The manufacture of metallic structural elements made by casting techniques requires mold parts on the one hand that determine the internal shape of the product to be cast and on the other hand the external shape. Examples of such mold parts are casting cores that form a cavity inside the casting to be made, or mold elements that are assembled to determine the external shape of the casting to be made to form a multi-part mold.
주형 부품을 제조하기 위해서는 대개 기본 주형 재료와 체결제(締結劑)로 구성되는 주형 재료 시스템이 사용된다. 이 두 가지 구성 성분은 서로 혼합되고 성형되며 그리고 적당한 경화과정으로 처리되어 고형체를 형성한다. 기본 주형 재료로서는 석영 모래가 보통 사용되고 대부분의 경우 유기 체결제와 결합하여 적용된다.In order to manufacture mold parts, a mold material system is usually used which consists of a basic mold material and a fastener. These two components are mixed with each other, molded and processed by a suitable curing process to form a solid. Quartz sand is commonly used as the base mold material and in most cases is applied in combination with organic fasteners.
주형 부품 제조용 기본 재료로서 석영 모래를 사용하는 것은 여러가지 면에서, 특히 경금속 재료의 주조분야에서 유용성이 있음이 입증되어 왔다. 이 석영 모래는 구하는 데에 있어 경제적이고 처리과정이 용이하며 각 경우에 생산해야 할 주물의 주형 요소의 본을 뜨는 데 있어 유리한 특징이 있다.The use of quartz sand as the base material for the manufacture of mold parts has proved useful in many respects, especially in the field of casting of light metal materials. This quartz sand is economical to obtain, easy to process and advantageous in modeling the mold elements of the casting to be produced in each case.
유기 체결제에 대해서 보다 환경 친화적인 하나의 대안으로서 물유리를 기초로 하는 체결제의 사용이 제안되었다. 이 물유리 체결제는 주물사와 혼합된다. 이 혼합물은 몰딩 머신의 주형 상자로 주입되고, 그 안에서 생산할 주형 부품의 형상을 나타내는 캐비티가 형성된다. 다음으로, 열을 가하여 주형에 넣은 혼합물로부터 수분을 빼낸다. 여기서 열의 공급은 주형 상자를 적절히 가열하여 할 수도 있고, 혼합물에 직접 효과를 가지도록 마이크로웨이브 가열에 의할 수도 있다(WO-A-86/00033, EP 0 917 499 B1, DE 196 32 293 A1).As one of the more environmentally friendly alternatives to organic fasteners, the use of fasteners based on water glass has been proposed. This water glass fastener is mixed with the foundry sand. This mixture is poured into a mold box of a molding machine, where a cavity is formed that represents the shape of the mold part to be produced. Next, heat is removed to remove moisture from the mixture placed in the mold. The heat can be supplied here by appropriately heating the mold box or by microwave heating to have a direct effect on the mixture (WO-A-86 / 00033, EP 0 917 499 B1, DE 196 32 293 A1). .
용해 금속의 주조시 최적의 작업 결과를 보증하기 위해서는 주형 부품의 제조에 쓰이는 주형 재료가 높은 강도와 높은 치수 일관성(dimensional consistency)을 가져야 하고, 이는 용해물의 주조와 주형의 제조 동안 받게 되는 하중 하에서도 유지되어야 할 것이다. 여기에 덧붙여, 주형 재료는 주조 작업 후에 제거하기 용이해야 한다. 이는 주조 작업에 복잡한 형상의 내부를 형성하는 주조 심형이 사용된다면 특히 중요해진다.In order to ensure optimal working results during casting of molten metal, the molding materials used in the manufacture of mold parts must have high strength and high dimensional consistency, under the loads received during casting of the melt and the manufacture of the mold. Will also have to be maintained. In addition, the mold material should be easy to remove after the casting operation. This is particularly important if casting cores are used that form the interior of complex shapes in casting operations.
마지막으로 주형 재료의 재사용에 있어 기본 주형 재료를 사용할 때 가능한 최대량의 재사용이 가능하며 주형 재료는 이러한 방식으로 사용후에 재생될 수 있어야 한다. 이는 무기 체결제를 사용함으로써 공지의 방법으로 달성할 수 있는데, 무기 체결제는 주형 부품의 제조시에 배기가스를 적게 배출하고 충분히 높은 온도의 영향하에서 거의 찌꺼기를 남기지 않고 태워 없앨 수 있다.Finally, in the reuse of the mold material, the maximum amount of reuse possible when using the base mold material is possible and the mold material must be recyclable after use in this way. This can be achieved by a known method by using an inorganic fastener, which can emit little exhaust gas in the manufacture of the mold part and burn off with little residue left under the influence of a sufficiently high temperature.
실제의 적용시에는 공지의 주형 재료 시스템은 그것이 유기 또는 무기의 체결제를 함유하고 있는가에 상관없이 정상조건 하에서 최적의 작동 결과를 내는 데 필요한 성질을 가지고 있다는 것이 증명된 바 있다.In practical application, it has been demonstrated that known mold material systems have the properties necessary to achieve optimal operating results under normal conditions, regardless of whether they contain organic or inorganic fasteners.
그러나, 특히, 예를 들어 엔진 블럭 또는 실린더 헤드의 주조에 사용되는 벽이 얇은 주형 부품에 있어서는 오일 도관용 주조 심형의 경우와 마찬가지로 불가피한 열팽창의 결과로서 주형의 치수 안정성(dimensional stability)에 대한 요건을 더 이상 만족시킬 수 없게 된다.However, in particular for thin-walled mold parts used for casting engine blocks or cylinder heads, however, the requirements for dimensional stability of the mold as a result of unavoidable thermal expansion, as in the case of cast cores for oil conduits, It can no longer be satisfied.
종래의 수단으로 제조된 주형 부품을 이용한 복잡한 형상의 주물의 주조에 있어서의 또 다른 문제점은 냉각후에 주물로부터 모래를 제거하는 것이 힘들게 될 수 밖에 없다는 것이다. 이 작업을 하기 위해 보통은 주물을 진동시키거나 두드림으로써, 주물 내부의 주조 심형의 분리와 주물 외부에 붙어 있는 주형 부품의 분리가 이루어지도록 하고, 이렇게 해서 얻어진 주형 재료 입자들의 배출이 촉진될 수 있게 한다. 주형 부품의 제거를 위한 이런 기계적인 방법은 주물에 손상을 입힐 위험이 있고 특히 가는 줄세공 형상이나 벽이 얇은 구성요소에 있어서는 균열조직이생길 수 있다.Another problem in the casting of complex shaped castings using mold parts manufactured by conventional means is that it is difficult to remove sand from the casting after cooling. To do this, usually by vibrating or tapping the casting, it is possible to separate the casting cores inside the casting and the casting parts attached to the outside of the casting, thus facilitating the discharge of the resulting mold material particles. do. This mechanical method for the removal of mold parts presents a risk of damage to the castings, especially in thin filed or thin-walled components.
따라서 주물에 직접 영향을 미치는 기계적인 수단을 대신하여 체결제가 연소되도록 하기 위해, 기본 주형 재료만이 남아서 부을 수 있는 상태의 물질처럼 주물로부터 쉽게 제거될 때까지 주물을 충분히 가열하는 방법이 제안되었다. 그러나, 이 방법을 위한 장치에 관하여 필요한 비용이 적지 않다. 게다가, 체결제의 연소에 필요한 온도가 너무 높아서 가열로 인해 불가피하게 금속 주물의 성질에 변화를 일으키게 된다.Thus, in order to allow fasteners to be burned in place of the mechanical means that directly affect the casting, a method has been proposed in which the casting is sufficiently heated until it is easily removed from the casting, such as only the basic mold material remaining and poured. However, the cost required for the device for this method is not small. In addition, the temperature required for the combustion of the fastener is so high that heating inevitably causes a change in the properties of the metal casting.
본 발명은 용해 금속, 특히 용해 알루미늄과 같은 용해 경금속으로부터 주물을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing castings from molten metals, in particular molten light metals such as molten aluminum.
이에 더하여, 본 발명은 주형 재료와 용해 금속, 특히 용해 알루미늄과 같은 용해 경금속의 주조에 쓰이는 주형 부품의 제조를 위한 그 주형 재료의 사용에 관한 것이다. 그러한 주형 부품으로는 주조 심형을 예로 들 수 있고, 이를 통해서 생산할 주물의 내부에 캐비티가 형성된다. 마찬가지로 다(多)부품 주형을 구성하는 구조 요소도 본 발명의 주형 부품이 될 수 있고, 이것에 의해 제조할 주물의 외부 형상이 결정된다.In addition, the present invention relates to the use of mold materials for the production of mold parts and mold parts for the casting of molten metals, in particular molten light metals such as molten aluminum. One such casting part is a cast core, which forms a cavity inside the casting to be produced. Similarly, the structural elements constituting the multi-part mold can also be the mold part of the present invention, which determines the external shape of the casting to be produced.
도 1은 실린더 헤드의 주조를 위한 주형의 캠축 심형을 나타낸 개략도.1 is a schematic view showing a camshaft core of a mold for casting of a cylinder head.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1 : 캠축 심형1: Camshaft Core
2 : 캠축 심형(1)의 아랫면2: lower surface of camshaft core 1
3, 4: 요홈3, 4: groove
5, 6: 오일 도관 심형(8)의 분지(分枝)5, 6: branching of the oil conduit core (8)
7 : 오일 도관 심형(8)의 주된 부분7: Main part of oil conduit core 8
8 : 오일 도관 심형8: oil conduit core
A : 분지(5,6)의 길이A: the length of the branches (5,6)
B : 분지(5,6)의 직경B: diameter of the branches (5,6)
C : 주된 부분(7)의 길이C: length of main part 7
D : 주된 부분(7)의 직경D: diameter of main part 7
본 발명의 목적은 복잡한 형상의 고품질 주물을 제조할 수 있고 주조 작업후에 주형 부품이 주물로부터 위험없이 간단하게 제거될 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 이에 더하여, 복잡한 형상의 고품질 주물의 생산에 적합한 주형 부품이 제조될 수 있고 주조 과정의 종료 후에 주형 부품이 위험없이 간단하게 주물로부터 제거될 수 있도록 하는 주형 재료를 제공하는 것 또한 본 발명의 목적이다.It is an object of the present invention to provide a method in which a high quality casting of complex shape can be produced and the casting part can be simply removed from the casting without risk after the casting operation. In addition, it is also an object of the present invention to provide a mold material which allows a mold part suitable for the production of high quality castings of complex shape and which allows the mold part to be simply removed from the casting without risk after the end of the casting process. .
상기 본 발명의 목적은 본 발명에 따른 방법에 의하여 해결되는 바, 본 발명의 방법은 용해 금속, 특히 용해 경금속으로부터 주물을 제조하는 방법으로서,The object of the present invention is solved by the method according to the present invention, the method of the present invention is a method for producing a casting from a molten metal, in particular a molten light metal,
용해 금속에 대해 불활성인 부을 수 있는 기본 주형 재료와 체결제가 혼합된 주형 재료로부터 주형 부품을 제조하되, 용해 금속의 열팽창 계수가 상기 주형 재료로부터 제조되는 상기 주형 부품의 열팽창 계수보다 크도록 기본 주형 재료와 체결제의 열팽창 특성이 조정되도록 하는 단계와,A mold part is manufactured from a moldable material in which a pourable base mold material and a fastener are inert with respect to the molten metal, wherein the coefficient of thermal expansion of the molten metal is greater than that of the mold part produced from the mold material. And adjusting the thermal expansion characteristics of the fastener,
상기 주형 부품을 이용하여 주형을 조립하는 단계와,Assembling a mold using the mold part;
주물을 형성하기 위해 상기 용해 금속을 상기 주형으로 주입하는 단계와,Injecting the molten metal into the mold to form a casting;
응고와 냉각 기간 동안 상기 주물을 냉각시키되, 냉각 기간 동안 상기 주형 부품이 자동으로 여러 조각으로 분해되도록 하는 단계와,Cooling the casting during the solidification and cooling periods such that the mold part is automatically broken down into pieces during the cooling period;
상기 주물로부터 또는 그 밖으로 상기 주형 부품의 조각을 제거하는 단계와,Removing pieces of the mold part from or out of the casting;
부을 수 있는 상태의 기본 주형 재료를 형성하기 위해 상기 주형 재료의 상기 조각을 재처리하는 단계를 수행한다.Reprocessing the piece of mold material to form a base mold material in a pourable state.
한편, 본 발명의 목적은, 용해 금속에 대해 불활성인 기본 주형 재료와 상기 기본 주형 재료와 혼합되는 체결제의 부을 수 있는 혼합물로 구성되고, 용해 금속의 열팽창 계수가 상기 주형 재료로부터 제조되는 상기 주형 부품의 열팽창 계수보다 크도록 상기 기본 주형 재료와 체결제 각각의 열팽창 특성이 서로 조정되는 것을 특징으로 하는, 용해 경금속과 같은 용해 금속의 주조에 사용하는 주형의 제조를 위한 주형 재료에 의해서 또한 해결된다.On the other hand, an object of the present invention is composed of a pourable mixture of a base mold material inert to molten metal and a fastener mixed with the base mold material, wherein the thermal expansion coefficient of the molten metal is produced from the mold material. It is also solved by a mold material for the production of molds for casting molten metals, such as molten light metals, characterized in that the thermal expansion properties of each of the base mold material and the fastener are adjusted to each other so as to be greater than the coefficient of thermal expansion of the part. .
본 발명은 적당한 주형 재료의 선택에 의해, 치수 안정성이 있는 고품질 주물을 최적의 방식으로 간단하게, 신뢰성있게, 그리고 환경친화적으로 제조하는 데 필요한 특성을 가지는 주형 부품이 생산될 수 있다는 이해에 바탕한 것이다.The present invention is based on the understanding that by the selection of a suitable mold material, a mold part having the characteristics necessary for the simple, reliable and environmentally friendly production of high quality castings with dimensional stability in an optimal manner can be produced. will be.
본 발명의 주형 재료는 고품질 주물의 제조를 위한 전제 조건이 되는 특성의 최적의 조합을 제공하면서도 동시에 제조 방법이 간단하다. 이러한 목적 달성을 위해 본 발명의 주형 재료는 그 자체로 부을 수 있는 작은 입자 형태 또는 그에 필적하는 입자 형태로 존재하고 주조 과정에서 불가피한 가열 중에 보통 사용되는 석영 모래에 비교할 때 훨씬 작은 열팽창을 보이는 기본 재료를 함유한다. 따라서 상기기본 주형 재료는 재료 두께가 작은 경우에도 복잡한 형상의 주물 제조시에 높은 치수 안정성을 보증한다.The mold material of the present invention provides an optimal combination of properties that are prerequisites for the production of high quality castings while at the same time simple in manufacturing. In order to achieve this purpose, the mold material of the present invention is present in the form of small particles which can be poured on their own or in comparable form, and a base material which exhibits much smaller thermal expansion as compared to quartz sand which is usually used during unavoidable heating during casting. It contains. The basic mold material thus ensures high dimensional stability in the production of complex shaped castings even when the material thickness is small.
결합되지 않은 상태에서 부을 수 있는 상기 기본 재료는 가열시에 상기 기본 재료와는 다른 팽창 특성은 갖는 체결제와 혼합된다. 상기 기본 주형 재료와 체결제의 열팽창이 다르기 때문에 주조 가열장치로부터 열을 가하면 기본 주형 재료의 입자로부터 체결제가 해리되는 결과가 초래된다. 결과적으로, 체결제가 기본 재료보다 더 강하게 팽창할 때 체결제는 주형 부품을 부수게 되고, 주형 부품은 그 고형의 형상을 잃고 주물로부터 밖으로 쉽게 제거될 수 있다. 반대로, 가열 과정에서 고유하게 발생하는 부피의 변화에 의해 체결제와의 결합상태가 풀려서 기본 재료가 다시 부을 수 있는 상태가 되도록 기본 주형 재료의 팽창 특성이 설정될 수 있다. 중요한 요소는 가열이 되면 본질적으로 심형이나 주형 구성 부재가 깨어지고 그에 따라 주물이 냉각된 다음에 그 심형이나 주형 구성 부재은 쉽게 제거 가능한 별개의 풀린 부분으로 분해된다는 것이다.The base material, which can be poured in the unbonded state, is mixed with a fastener having different expansion properties from the base material when heated. Since the thermal expansion of the base mold material and the fastener is different, applying heat from the casting heater results in dissociation of the fastener from the particles of the base mold material. As a result, when the fastener expands more strongly than the base material, the fastener breaks the mold part, and the mold part loses its solid shape and can be easily removed out of the casting. Conversely, the expansion properties of the base mold material can be set such that due to the volume change inherently occurring during the heating process, the bonding state with the fastener is released and the base material can be poured again. An important factor is that when heated essentially breaks the core or mold component and thus cools the casting and then breaks the core or mold component into separate loose parts that can be easily removed.
본 발명의 주형 재료의 열팽창 특성을 주조해야 할 용해 금속의 열팽창 특성에 따라 조정함으로써, 그리고 부을 수 있는 기본 재료를 기초로 하여 상기 주형 재료를 제조함으로써, 주물의 냉각 후에 적어도 부분적으로 주물에 둘러싸여 있거나 주물에 인접하고 있는 주형 부품은 냉각 중에 발생하는 힘 때문에 별개의 풀린 부분으로 해체되어서 쉽게 제거될 수 있다. 이 경우에 주형 부품은 주물 금속과 주형 재료의 팽창의 차이 때문에 생기는 힘에 의해 해체되는 것이다.By adjusting the thermal expansion properties of the casting material of the invention according to the thermal expansion properties of the molten metal to be cast, and by making the mold material on the basis of the pourable base material, which is at least partially surrounded by the casting after cooling of the casting or Mold parts adjacent to the casting can be easily removed by dismantling into separate loose parts due to the forces generated during cooling. In this case, the mold part is dismantled by the force caused by the difference in expansion of the casting metal and the casting material.
본 발명은 용해 알루미늄으로 만드는 요소의 주조에 있어 특히 유리한 효과를 가진다. 알루미늄은 열팽창 계수가 높고, 따라서 용해 금속의 주조와 응고 과정에서 충분히 높은 힘이 주물부분과 접한 주형 부품에 작용하여 그 주형 부품은 확실히 더 작은 조각들로 분해될 것이다. 그 주형 부품이 심형이라면 이 효과는 특히 유리하게 된다.The present invention has a particularly advantageous effect in the casting of elements made of molten aluminum. Aluminum has a high coefficient of thermal expansion, so that during casting and solidification of the molten metal, a sufficiently high force will act on the mold part in contact with the casting part, which will certainly break it into smaller pieces. This effect is particularly advantageous if the mold part is a core.
본 발명에 따라 구성되고 사용되는 주형 재료 발명에 대한 또 다른 유리한 특성은, 주형 부품이 주형 재료로부터 생산될 때 기본 재료의 입자가 열적으로 안정되고 체결제에 의해 탄성적으로 결합되지 않도록 체결제와 기본 주형 재료가 서로 조정된다는 점이다. 이런 식으로 구성되는 기본 주형 재료로부터 만들어지는 주형 부품은 용해 금속의 주조 중에 실행되는 전 온도 구간에 걸쳐 깨지기 쉬운 상태로 유지되고, 그에 따라 본 발명에서 추구하는 주형 부품의 분해가 촉진된다.Another advantageous property of the mold material invention constructed and used according to the invention is that the particles of the base material are thermally stable and are not elastically bound by the fastener when the mold part is produced from the mold material. The basic mold materials are coordinated with each other. The mold part made from the basic mold material constructed in this way is kept fragile over the entire temperature range carried out during the casting of the molten metal, thereby facilitating the decomposition of the mold part sought in the present invention.
주형의 체결제는 바람직하게는 열의 영향으로 분해되지 않도록 선택된다. 이 방식에 의하면 심형에서 부피가 증가하여 본 발명에서 바람직하지 않은 관련 주형의 그에 상응한 변화를 유발하는 상황을 피할 수 있다.The fastener of the mold is preferably selected so that it does not decompose under the influence of heat. This approach avoids the situation where an increase in volume in the core leads to a corresponding change in the relevant template which is undesirable in the present invention.
본 발명의 또 다른 유리한 실시예는 기본 주형 재료의 입자가 본질적으로 둥근 구형의 형상을 가지도록 하는 것이다. 기본 주형 재료가 구형 형상이고, 그와 관련되어 기본 주형 재료 입자들이 대부분 점 접촉을 한다는 것으로 인해 용해물이 주조되고 응고되는 동안 발생하는 기계적인 힘의 결과인 주형 부품의 자동적인 분해가 촉진된다. 이러한 요건을 특히 잘 만족하는 기본 주형 재료는 합성하여 제조된 멀라이트(mullite)이다. 이에 따라, 본 발명의 또 하나의 유리한 실시예는 기본 주형 재료가 적어도 일부의 산화 알루미늄 모래(멀라이트)를 함유하되, 바람직하게는 산화 알루미늄 모래(멀라이트)로 석영 모래의 50% 이상 또는 70% 이상을 대체하도록 준비한다. 멀라이트는 둥근 결정 형상을 가지고, 그 밀도는 석영 모래에 필적한다. 따라서, 멀라이트로 제조되는 주형 재료는 예를 들어 공지의 ZrO2모래보다 처리하기가 상당히 용이하다. 본 발명에서 얻으려고 애쓰는 기계적으로 야기되는 주형 부품의 분해에 관한 이점에 더하여, 멀라이트 입자의 둥근 구형의 형상은 실제로 그러한 기본 주형 재료로 제조되는 주형 재료의 처리를 단순화할 수 있게 하고, 따라서 주형 부품의 제조에 사용되는 기구와 기계장치의 마모를 본질적으로 줄여준다. 게다가 멀라이트를 많이 함유한 주형 재료는 그 열팽창성이 낮기 때문에 재료 두께가 얇은 복잡한 형상의 주물의 제조시에도 높은 치수 안정성을 가진다.Another advantageous embodiment of the invention is such that the particles of the base mold material have an essentially round spherical shape. The fact that the base mold material is spherical in shape and in this regard the majority of the base mold material particles make point contact facilitates the automatic decomposition of the mold part, which is the result of the mechanical forces that occur while the melt is cast and solidified. A basic mold material that particularly well meets these requirements is mullite prepared by synthesis. Accordingly, another advantageous embodiment of the invention is that the base mold material contains at least a portion of aluminum oxide sand (mullite), preferably at least 50% or 70% of the quartz sand with aluminum oxide sand (mullite). Be prepared to replace more than%. Mullite has a round crystalline shape, the density of which is comparable to quartz sand. Thus, mold materials made from mullite are considerably easier to process than, for example, known ZrO 2 sand. In addition to the advantages associated with the mechanically induced disassembly of the mold parts that are endeavored to be obtained in the present invention, the round spherical shape of the mullite particles makes it possible to simplify the processing of the mold material actually made of such a base mold material, thus Inherently reduces wear on machinery and machinery used in the manufacture of parts. In addition, mold materials containing a lot of mullite have high dimensional stability even in the production of complex shaped castings with thin material thickness because of their low thermal expansion.
본 발명에 따라 구성된 주형 재료로 제조된 주형 부품의 분해는 용해 금속의 주조에 관하여 시간 지연이 된 채로 자동으로 진행되는데, 그 지연의 정도는 그 시간이면 이미 충분히 응고된 주물의 품질에 어떠한 부정적인 영향도 더 이상 미치지 않는 범위라는 사실이 놀랍게도 증명된 바 있다.The disassembly of the mold part made from the mold material constructed in accordance with the invention proceeds automatically with a time delay with respect to the casting of the molten metal, the extent of which delay any negative effect on the quality of the already solidified castings at that time. Surprisingly, the range is no longer within reach.
그 특유의 성질로 인해서, 본 발명에 따라 구성된 주형 재료는 주조 심형의 제조에 특히 적합하다. 이 주조 심형은 주조 후에 완성된 주물에 손상을 입힐 위험이 없이 제거할 수 있다.Due to their peculiar nature, the mold material constructed according to the invention is particularly suitable for the production of cast cores. This casting core can be removed after the casting without risk of damaging the finished casting.
열적으로 멀라이트-석영 모래 혼합물로 구성된 기본 주형 재료와 그로부터 제조된 주형 재료는 단열효과를 가지는 경향이 있다. 따라서, 이 물질들은 석영 모래에 대한 임계 온도인 573℃ 이상의 가열이 있는 주조 작업에 의도적으로 사용될수 있으나, 이 때 상기 재료로 만들어진 주형 부품의 열전도성은 종속적인 역할을 하거나 각각 그 열전도성이 계획적으로 제한된다.Base mold materials composed of thermally mullite-quartz sand mixtures and mold materials prepared therefrom tend to have an insulating effect. Thus, these materials can be used intentionally in casting operations with heating above 573 ° C, the critical temperature for quartz sand, where the thermal conductivity of the molded parts made of the material plays a dependent role or the thermal conductivity of each Limited.
실제 실험을 통해, 충분한 양의 멀라이트 모래를 석영 모래에 혼합함으로써 가는 줄세공 주물의 제조에 기본 주형 재료로서 석영 모래만을 사용할 때 발생하는 자연 발생적인 형상 변화의 문제를 미리 회피할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이 점에 있어 본질적인 것은 각각의 경우에 석영의 길이의 변화가 보상되도록 하기 위해 Al2SiO5모래의 비율이 충분히 높아야 한다는 것이고, 그렇지 않게 되면 임계온도 이상으로 가열하는 경우에는 석영 모래의 길이가 변화하게 된다.Practical experiments have shown that by mixing a sufficient amount of mullite sand into quartz sand, it is possible to avoid in advance the problem of spontaneous shape change that occurs when only quartz sand is used as the base mold material in the manufacture of fine fibrous castings. lost. What is essential in this regard is that in each case the proportion of Al 2 SiO 5 sand must be high enough to compensate for the change in the length of the quartz, otherwise the length of the quartz sand will change if it is heated above the critical temperature. Done.
본 발명에 따라 구성되는 주형 재료에 있어, 체결제와 기본 재료는 바람직하게는, 상기 주형 재료로 만들어지는 주형 부품이 낮은 열전도성을 갖도록 서로 조정된다. 이 특성은 용해 금속의 주조 후에 주물 재료와 주형 부품의 온도차이가 크게 유지되어 열적 또는 화학적 수단에 의해 발생하는 주형 부품의 조기 분해의 위험을 최소화시키는 효과를 갖는다.In the mold material constructed in accordance with the invention, the fastener and the base material are preferably adjusted to each other such that the mold parts made of the mold material have low thermal conductivity. This property has the effect of keeping the temperature difference between the casting material and the mold part large after casting of the molten metal, thereby minimizing the risk of premature decomposition of the mold part caused by thermal or chemical means.
이에 더하여, 기본 주형 재료와 체결제가 가열될 때 다르게 팽창하고 그 결과 기본 주형 재료와 체결제 사이의 결합이 용해물의 주조시에 발생하는 가열에 의해 깨어지도록 주형 재료의 구성 성분이 서로 맞추어진다는 사실에 의해 주조 심형의 분해가 강화된다.In addition, the components of the mold material align with each other so that the base mold material and the fastener expand differently when heated and consequently the bond between the base mold material and the fastener is broken by the heating that occurs during casting of the melt. In fact, the decomposition of the cast core is enhanced.
본 발명은 결정 또는 그에 비교될 만한 입자 형태로 존재하여 그 자체로 부을 수 있는 기본 물질과 무기 체결제의 혼합물로부터 형성되는 주형 재료를 실제처리하는 데에 특히 적합한 방식으로 실현할 수 있다.The present invention can be realized in a manner particularly suitable for the actual processing of the mold material formed from a mixture of a base material and an inorganic fastener, which can be present in itself in the form of crystals or comparable particles.
무기 체결제를 사용하는 이점은 그것이 환경과 더 조화롭다는 것과 그러한 체결제로 제조한 주형 부품은 아무 문제없이 주형 재료의 재생사이클로 돌아올 수 있다는 데에 있다. 이러한 관계에서, 물유리를 기반으로 한 체결제와 본 발명에 따라 구성되는 기본 주형 재료로부터 혼합되는 주형 재료가 특히 적합한 것으로 나타났다. 그러나, 여기서 중요하게 고려해야 할 것은 서로 혼합된 구성성분들의 팽창 작용은 상당히 달라진다는 것이다.The advantage of using an inorganic fastener is that it is more compatible with the environment and that mold parts made with such fasteners can return to the recycling cycle of the mold material without any problems. In this connection, mold materials which are mixed from water glass-based fasteners and the basic mold materials constructed according to the invention have been found to be particularly suitable. However, an important consideration here is that the expansion behavior of the components mixed with each other varies considerably.
상기 기본 주형 재료와 체결제가 다르게 팽창한다면 이러한 관계에서 그것은 특히 유리하다. 이 때, 주조열로부터 열이 가해지기 시작한 후에 체결제는 기본 주형 재료의 결정으로부터 분리된다. 이로 인해서, 체결제가 기본 재료보다 강하게 팽창한다면 체결제는 주형 부품을 깨뜨려서 주형 부품이 고형의 형상을 잃고 조각들로 분해되도록 한다. 이 조각들은 기계적인 손상의 염려없이 주물로부터 밖으로 쉽게 털어낼 수 있다. 이 실시 형태에 있어서 본 발명에서 추구되는 주형 부품의 자동 분해가 일어나도록 보장하기 위해서는, 기본 주형 재료와 체결제의 열팽창이 달라서 주조열의 영향하에서 기본 주형 재료와 체결제 사이에 작용하는 열응력의 결과로서 체결제가 기본 주형 재료에서 떨어져 나가거나 본질적으로 해체된다는 것이 필수적인 것이다. 주형 부품의 경화 후에 체결제의 이러한 취성 파괴 거동의 결과로 기본 주형 재료의 개개 입자 사이의 결합이 해체되고 주형 부품은 분해된다. 기본 주형 재료와 체결제 조각들의 남아있는 유리(遊離) 혼합물은 부을 수 있는 상태여서 주물로부터 밖으로 쉽게 제거할 수 있다.It is particularly advantageous in this regard if the base mold material and the fastener expand differently. At this time, after the heat starts to be applied from the heat of casting, the fastener is separated from the crystal of the base mold material. As a result, if the fastener expands stronger than the base material, the fastener breaks the mold part, causing the mold part to lose its solid shape and break up into pieces. These pieces can be easily shaken out from the casting without fear of mechanical damage. In this embodiment, in order to ensure that the automatic decomposition of the mold part pursued in the present invention occurs, the thermal expansion of the base mold material and the fastener under the influence of casting heat due to different thermal expansion of the base mold material and the fastener is the result. It is essential that the fasteners fall off or essentially dismantle from the base mold material. As a result of this brittle fracture behavior of the fastener after curing of the mold part, the bond between the individual particles of the base mold material is broken and the mold part is broken down. The remaining glass mixture of base mold material and fastener pieces is pourable and can be easily removed out of the casting.
본 발명의 방법에 있어서의 주형 부품도, 공지의 방법으로 심형 성형기(core moulding machine)의 심형 상자로 주입되는 본 발명에 따른 주형 재료 혼합물에 의해 제조된다. 상기 주형 재료는 예를 들어 독일특허공개공보 제 196 32 293 A1 호에 개시된 방법으로 경화되고, 이때 심형 상자의 빈 주형에 저압이 가해지고 심형상자는 100℃ 에서 160℃ 사이의 온도로 가열되며 심형 주형은 심형 상자에 의해 20초에서 30초 사이의 시간 동안 가열된다.The mold part in the method of the present invention is also produced by the mold material mixture according to the present invention which is injected into a core box of a core molding machine by a known method. The mold material is cured, for example, by the method disclosed in German Patent Publication No. 196 32 293 A1, wherein low pressure is applied to the empty mold of the core box and the core box is heated to a temperature between 100 ° C. and 160 ° C. The mold is heated by the core box for a time between 20 and 30 seconds.
상기 공정 시간 동안 주형 부품은 고형화되어 심형 상자로부터 제거될 수 있고 심형 몰딩 상자의 외부에 설치된, 마이크로웨이브로(爐)와 같은 가열장치 속에 놓을 수 있다. 이 가열장치 안에서 주형 부품은 완전한 경화를 위해 충분한 부피의 물이 뽑아져 나올 때까지 적당한 열출력으로 가열된다.During the process time the mold part can be solidified and removed from the core box and placed in a heating apparatus such as a microwave oven, which is installed outside of the core molding box. Within this heater, the mold parts are heated to a suitable heat output until enough volume of water is drawn out for complete curing.
심형 몰딩 상자의 외부에 설치된 마이크로웨이브 가열장치의 대안 또는 보충으로서, 심형 상자 자체를 충분히 가열하거나 또는 뜨거운 공기를 공급하여 수분을 제거할 수도 있다. 이 방법은 각 경우에 심형 상자 외부에서 가하는 가열과 결합할 수 있다. 여전히 심형 상자에 들어있는 심형 주형에 직접 효과를 미치는 마이크로웨이브 가열에 의해서 수분을 제거하는 것도 마찬가지로 가능하다.As an alternative or supplement to the microwave heater installed outside of the core molding box, the core box itself may be heated sufficiently or hot air may be supplied to remove moisture. This method can be combined with the heating applied outside the core box in each case. It is likewise possible to remove moisture by microwave heating, which directly affects the core mold still contained in the core box.
주형 부품이 경화를 위해 심형 상자 외부의 가열을 받는다면, 심형 표면 경도를 증가시키기 위해 각각의 주형 부품에 체결액를 뿌릴 수 있다. 이렇게 처리한 주형 부품은 안정성이 증가되고 또한 마모 저항성도 증가되어 이 주형 부품은 아무 문제 없이 저장될 수 있고 치수 안정성에 대한 최고의 요구조건을 만족시킬 수 있다. 물유리 체결제가 사용된다면 이 방법은 생산할 주물의 최적화된 품질에 관하여특히 유리하다.If the mold parts are heated outside the core box for hardening, a fastening solution can be sprayed onto each mold part to increase the core surface hardness. The treated parts have increased stability and increased wear resistance so that the molded parts can be stored without any problems and meet the highest requirements for dimensional stability. If water glass fasteners are used, this method is particularly advantageous with regard to the optimized quality of the casting to be produced.
이하에서는 본 발명을 실시예를 나타내는 도면을 기초로 더욱 상세하게 설명한다. 유일한 도면은, 전체 주형은 도시하지 않았지만, 알루미늄 주조 합금으로 실린더 헤드를 주조하기 위한 주형의 캠축 심형(1)을 도식적으로 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings showing examples. The only figure schematically shows the camshaft core mold 1 of the mold for casting the cylinder head from an aluminum casting alloy, although the entire mold is not shown.
두 개의 요홈(3,4)이 캠축 심형(1)의 아랫면(2)에 세로 방향으로 서로 얼마간 떨어져서 형성되어 있고, 그에 의해서 각 경우에 제조해야 할 실린더 헤드에서캠축의 베어링에 사용하는 필로우형 베어링(pillow block)의 모양이 결정된다. 오일 도관 심형(8)은 그 주된 부분(7)과 함께 캠축 심형(1)으로부터 얼마간 떨어져서 캠축 심형(1)에 평행하게 뻗어 있고, 오일 도관 심형(8)의 분지(5,6)(分枝)는 각각 요홈(3,4)으로 뻗어 있다. 분지(5,6)의 길이(A)는 그 직경(B)보다 여러 배 더 크다. 마찬가지로, 오일 도관 심형(8)의 주된 부분(7)의 길이(C)는 그 직경(D)보다 여러 배 더 크다.Two grooves (3, 4) are formed on the lower surface (2) of the camshaft core mold (1) spaced apart from each other in the longitudinal direction, whereby pillow-type bearings used for bearings on the camshaft in the cylinder head to be manufactured in each case The shape of the pillow block is determined. The oil conduit core 8 with its main part 7 extends parallel to the camshaft core 1 some distance away from the camshaft core 1, and branches 5, 6 of the oil conduit core 8. ) Extends into the grooves 3 and 4, respectively. The length A of the branches 5, 6 is several times larger than its diameter B. Likewise, the length C of the main portion 7 of the oil conduit core 8 is many times larger than its diameter D.
오일 도관 심형(8)은 멀라이트 모래와 석영 모래로 이루어진 기본 주형 재료를 물유리 체결제와 혼합하여 제조한 본 발명의 주형 재료로부터 종래의 슈트-몰딩 머신(shoot-moulding machine)에서 본래 알려진 방법으로 제조되었다. 일정 비율의 멀라이트 모래로 인해서, 제조할 실린더 헤드의 주조 과정에서 573℃ 이상으로 발생하는 열의 영향하에서 오일 도관 심형(8)이 균일하게 결과적으로는 명확히 예정될 수 있는 방식으로 팽창한다는 것이 보증된다.The oil conduit core 8 is a method inherently known in conventional shoot-moulding machines from the mold material of the present invention prepared by mixing a base mold material consisting of mullite sand and quartz sand with a water glass fastener. Was prepared. Due to the proportion of mullite sand, it is ensured that under the influence of heat occurring above 573 ° C in the casting of the cylinder head to be manufactured, the oil conduit shim 8 will expand uniformly and consequently in a clearly predetermined manner. .
이러한 방식을 이용하면 순수 석영 모래를 함유한 기본 주형 재료로 제조한 오일 도관 심형(8)을 기초로 한 종래의 방식에서 발생하는 분지(5,6) 영역에서의 파단, 분지(5,6) 사이의 영역에서 주된 부분(7)의 신장, 주된 부분(7)의 양 끝단 영역에서의 굴곡을 신뢰성 있게 피할 수 있다. 본 발명에 따라 구성된 주형 재료를 사용함으로써, 경금속 주조의 분야에서 상당한 길이로 뻗어 있는 얇은 도관을 나타내는 실린더 헤드와 이와 비교될 만한 주물을 높은 정밀도로 많은 개수를 신뢰성 있게 제조할 수 있다.Using this approach, breaks, branches (5,6) in the region of branches (5,6) arising in a conventional manner based on oil conduit cores (8) made from a basic mold material containing pure quartz sand. It is possible to reliably avoid stretching of the main part 7 in the area between, and bending of both ends of the main part 7. By using the mold material constructed in accordance with the invention, it is possible to reliably produce a large number of cylinder heads and comparable castings with high precision which exhibit thin conduits extending to considerable lengths in the field of light metal casting.
바람직하게는 용해 알루미늄 또는 또 다른 용해 경금속인 용해 금속을 붓는동안, 그리고 주조되는 금속이 여전히 흐를 수 있는 동안, 주조 심형(1,8)은 본 발명에 따라 서로 조정된 기본 주형 재료와 체결제의 특성 때문에 단지 사소하게 변형될 뿐이다. 기본 주형 재료의 낮은 열팽창이 주물의 치수 요구조건을 신뢰성있게 달성할 수 있도록 돕는다.While pouring the molten metal, preferably molten aluminum or another molten light metal, and while the metal being cast can still flow, the casting cores (1,8) are made of the base mold material and the fastener adjusted with each other according to the invention. It is only a minor variation because of its nature. Low thermal expansion of the base mold material helps to reliably achieve the dimensional requirements of the casting.
주물이 다음 단계의 처리에 충분하도록 고형화되는 응고 및 냉각 기간 후에 각각의 주조 심형(1,8)이 자동으로 분해된 조각들은, 주조 열의 영향의 결과로서 그리고 기본 주형 재료와 체결제의 열팽창 작용의 차이에 기인하여 주물로부터 제거되고 재처리된다. 응고화 과정 중에 그리고 금속의 완전한 응고 후의 냉각 단계에서 각각의 주조 심형(1,8)은 이 주조 심형(1,8)과 비교하여 훨씬 높은 주물 금속의 고체 수축률 때문에 높은 기계적 응력을 받는다. 주조 심형(1,8)의 깨지기 쉽고 비탄성적인 밀도 때문에 주조 심형(1,8)은 작은 마디 같은 조각들로 파열된다. 이 조각들의 부피와 경도는 매우 낮고 모든 이전 심형의 모래는 벌써 주물로부터 떨어져서 존재하고 있으므로 진동 에너지를 가하여 주형 부품으로부터 모래만을 치워낼 수 있다. 선행 기술에서는 여전히 필요한 압축 공기 해머로 가하는 해머 타격이 본 발명에서 모래를 제거하는 데에는 필요하지 않다.Pieces in which each casting core (1,8) is automatically disassembled after a solidification and cooling period in which the casting is solidified enough for the next step of treatment, are subjected to the thermal expansion of the base mold material and the fastener as a result of the effects of casting heat. Due to the difference it is removed from the casting and reprocessed. During the solidification process and in the cooling stage after complete solidification of the metal, each cast core 1,8 is subjected to high mechanical stress due to the much higher solid shrinkage of the cast metal compared to this cast core 1,8. Because of the fragile and inelastic density of the cast cores (1,8), the cast cores (1,8) rupture into small segmental pieces. The volume and hardness of these pieces are very low, and all the old core sand already exists away from the casting, so vibrational energy can be applied to remove only the sand from the mold part. In the prior art, a hammer blow to the compressed air hammer still required is not necessary to remove sand in the present invention.
주조 심형의 조각의 재처리에는 살짝 부수어서 낟알이 많은 입자상태로 만드는 과정이 포함될 수 있다. 그렇게 해서 얻어진 낟알이 많은 입자들은 그것들의 재사용에 필요한 상태를 만들기 위해 금속 분리 과정과 먼지 추출 과정을 거칠 수 있다. 낟알이 많은 재료로 재생된 주형 부품은 본 발명의 주형 재료에 쓰이는 기본 재료로 다시 사용된다.Reprocessing the flakes of the cast core may involve breaking it slightly into grainy grains. The grainy particles thus obtained can be subjected to metal separation and dust extraction to make them necessary for their reuse. Molded parts regenerated from grainy materials are again used as the base material for the mold materials of the present invention.
합성 멀라이트와 같은 기본 주형 재료로 구성되고 물유리 체결제와 혼합된 주형 재료가 본 발명의 방법으로 사용되면, 주형 부품이 제조되는 동안 언급할 만한 정도의 배출가스는 발생하지 않는다. 그 결과로서, 종래의 처리 공정에서 가스 발생의 결과로서 반복적으로 필요했던 가스의 흡입 추출과 정교한 기구 청소 과정과 같은 주물 결함에 대한 광범위한 예방책을 회피하는 것이 가능하다. 그것에 의해서 환경적인 부담과 작업 인원에 대한 스트레스도 최소한으로 줄어 든다.If a mold material composed of a base mold material, such as a synthetic mullite, and mixed with a water glass fastener is used in the method of the present invention, no appreciable emissions are generated while the mold part is being manufactured. As a result, it is possible to avoid a wide range of preventive measures against casting defects, such as inhalation extraction of gases and sophisticated instrument cleaning procedures that were repeatedly needed as a result of gas generation in conventional processing processes. This reduces the environmental burden and stress on personnel.
멀라이트나 그에 필적하는 불활성 내화 재료가 본 발명의 주형 재료 시스템의 기본 물질로 사용된다면, 체결제 그리고 용해물과 관련하여 기본 주형 물질의 화학적인 저항성이 발명의 또 다른 이점이 된다. 이 속성으로 인해 주형 심형과 주형 부품의 조각을 비워낸 후에 추가적인 정리 수단 없이도 그 표면에 모래 부착물이 전혀 남지 않은 주물을 확실히 얻을 수 있다.If mullite or comparable inert refractory material is used as the base material of the mold material system of the present invention, the chemical resistance of the base mold material with respect to fasteners and melts is another advantage of the invention. This property ensures that after emptying the mold cores and pieces of the mold parts, castings are left without any sand deposits on their surface without any additional means of cleaning.
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