KR20050048984A - Method for surface modification of castings by circular vibration infiltration - Google Patents
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Abstract
원진동 용침에 의한 주물의 표면 개질방법에 관하여 개시한다. 본 발명의 방법은, 소실모형과, 소실모형에 전방위로 도포되는 입상합금화제와, 소실모형이 장입되는 플라스크와, 플라스크 내면과 소실모형 사이의 채워지는 건조사를 포함하여 이루어지는 주형을 마련하는 단계와; 소실모형에 용탕을 주입하는 단계와; 용탕이 주입된 주형을 원진동시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 용탕의 가압 및 고온 주입과 입상합금화제의 예열 보온 등이 필요 없으므로 공정이 용이하고, 주물 두께 및 합금화제 도포층의 공극률을 크게 하는 등의 문제점이 해결되어 실용적이며, 용침 효과가 향상되어 주물의 전 표면에 걸쳐 표면 개질이 일어난다.Disclosed is a method for surface modification of castings by circular vibration infiltration. The method of the present invention comprises the steps of: preparing a mold comprising a burnout model, a granular alloying agent applied to the burnout model in all directions, a flask into which the burnout model is charged, and a dry yarn filled between the flask inner surface and the burnout model Wow; Injecting molten metal into the burnout model; It characterized by oscillating the mold injected with the molten metal. According to the present invention, since it is not necessary to pressurize the molten metal and inject the high temperature, and preheat the warming of the granular alloying agent, the process is easy, and problems such as increasing the casting thickness and the void ratio of the alloying agent coating layer are solved, which is practical. Is improved so that surface modification occurs over the entire surface of the casting.
Description
본 발명은 원진동 용침에 의한 주물의 표면 개질방법에 관한 것으로서, 특히 소실모형 주조법을 이용한 원진동 용침에 의한 주물의 표면 개질방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for surface modification of castings by original oscillation infiltration, and more particularly, to a method for surface modification of castings by original oscillation infiltration using vanishing model casting.
도포된 합금 원소가 용탕으로 확산되는 현상을 이용하여 주물 표면을 개질(改質)시키는 용탕-주형 반응을 이용한 표면 개질이 비교적 오래 전부터 주목받고 많은 연구가 행하여졌지만, 그 실용예는 극히 적었다. 이것은 합금 원소의 불안정한 분산현상 때문에 재현성과 고합금화에 문제가 있었기 때문이다. Although surface modification using a molten-mold reaction for modifying the casting surface by using the phenomenon that the coated alloy element is diffused into the molten metal has been noticed for a long time and many studies have been conducted, but its practical use is very few. This is because of the problem of reproducibility and high alloying due to unstable dispersion of alloying elements.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 용탕-주형 반응에 용침법을 응용한 금속피복 주조법이 개발되었다.In order to solve this problem, a metal coating casting method using an infiltration method in a melt-molding reaction has been developed.
도 1a 및 도 1b는 종래의 용탕-주형 반응에 용침법을 응용한 금속피복 주조법을 설명하기 위한 개략도들이다.1A and 1B are schematic views for explaining a metal coating casting method in which the infiltration method is applied to a conventional melt-casting reaction.
도 1a를 참조하면, 주형은, 후란(furan) 수지 등을 이용하며 내측에 공동부가 있는 자경성 주형(11)과, 자경성 주형(11) 내측벽에 도포되는 입상(粒狀)합금화제(12)를 포함하여 이루어진다. 주철주물 또는 주강주물의 경우에 입상합금화제912)는, 페로크롬분말, 페로보론분말 등과 같은 골재와, 페놀수지, 셀루로즈, 작산비닐 등에 알콜용제를 혼합하여 마련되는 점결재와, 용침되어 표면 개질층을 형성하는 입상금속으로 이루어진다. Referring to FIG. 1A, a mold is formed using a furan resin or the like and has a hollow mold 11 having a cavity inside thereof, and a granular alloying agent applied to the inner wall of the hard mold 11. 12) is made. In the case of cast iron castings or cast steel castings, the granular alloying agent 912 is formed by mixing an aggregate such as a ferrochrome powder or a ferroboron powder with an alcohol solvent such as phenolic resin, cellulose, vinyl acetate, or the like, and a surface that is infiltrated. It consists of a granular metal forming a modified layer.
도 1b를 참조하면, 도 1a의 공동부가 있는 자경성 주형 대신에 소실모형(21)을 채택하고, 그 소실모형(21) 외측 소정영역에 입상합금화제(22)가 도포되어 있다. Referring to FIG. 1B, the burnout model 21 is adopted in place of the magnetic mold having the cavity shown in FIG. 1A, and the granular alloying agent 22 is applied to a predetermined region outside the burnt model 21. FIG.
그 외에 수직 1축 또는 수평 1축 진동에 의한 용침 방법과 가압용침법을 이용한 방법 등이 있다. In addition, there are a method of infiltration by a vertical uniaxial or horizontal uniaxial vibration and a method using a pressure infiltration.
그러나, 1축 진동에 의한 용침 방법의 경우에 1축의 직선진동은 한 방향으로만 진동을 부여하기 때문에 특정 부위의 표면 개질에만 효과가 있으므로 입상합금화제의 위치에 따라서 그 용침 효과가 미미한 부분이 나타난다. 가압용침법을 이용한 경우에는 용침 효과를 향상시키기 위해 피용침층의 예열보온장치와 가압주조장치가 필요하여 주조품의 표면 개질 처리비용이 과다해지는 문제점이 있다. 따라서, 현재 도 1a 및 도 1b에 도시된 주조법이 가장 유용한 것으로 나타난다.However, in the case of the immersion method by uniaxial vibration, since the uniaxial linear vibration only vibrates in one direction, it is effective only on the surface modification of a specific part. Therefore, the infiltration effect is insignificant depending on the position of the granular alloying agent. . In the case of using the pressure immersion method, the preheat insulation device and the pressure casting device of the layer to be immersed need to be improved in order to improve the infiltration effect. Thus, the casting method shown in FIGS. 1A and 1B appears to be most useful at present.
한편, 입상합금화제 도포층과 소실모형의 조합에 있어서는, 충분한 두께의 표면 개질층을 얻기 위해서는 용탕을 통상의 주입온도 보다도 상당히 높은 온도에서 주입해야 하고, 주물 두께 및 합금화제 도포층의 공극률을 크게 해야 하므로, 크기 정밀도의 저하, 제품 회수율의 저하 및 합금화제를 도포하는 많은 어려운 문제점들이 있다. 따라서, 실용적으로 우수한 용침성을 얻을 수 있는 보조수단의 모색이 필요하다.On the other hand, in the combination of the granular alloying agent coating layer and the burnout model, in order to obtain a surface modification layer having a sufficient thickness, the molten metal must be injected at a temperature considerably higher than the normal injection temperature, and the casting thickness and the porosity of the alloying agent coating layer are greatly increased. Because of this, there are many difficult problems of lowering the size accuracy, lowering the product recovery rate and applying the alloying agent. Therefore, there is a need for the search for auxiliary means that can obtain practically excellent invasiveness.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 실용적으로 우수한 용침성을 얻을 수 있는 원진동 용침에 의한 주물의 표면 개질방법을 제공하는 데 있다. Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method for surface modification of castings by circular vibration infiltration which can obtain practically excellent infiltration properties.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 원진동 용침에 의한 주물의 표면 개질방법은: 소실모형과, 골재와 입상금속을 포함하여 이루어지며 상기 소실모형에 전방위로 도포되는 입상합금화제와, 상기 입상합금화제가 도포된 상기 소실모형이 장입되는 플라스크와, 상기 플라스크 내면과 상기 입상합금화제가 도포된 상기 소실모형 사이의 채워지는 건조사를 포함하여 이루어지는 주형을 마련하는 단계와; 상기 소실모형에 용탕을 주입하는 단계와; 상기 용탕이 주입된 상기 주형을 원진동시키는 것을 특징으로 한다.The surface modification method of the casting by the original oscillation infiltration according to the present invention for achieving the above technical problem is: a granular alloying agent comprising a loss model, aggregate and granular metal applied to the loss model in all directions; Providing a mold comprising a flask into which the disappearance model to which a granular alloying agent is applied is charged, and a dry yarn filled between the flask inner surface and the disappearance model to which the granular alloying agent is applied; Injecting molten metal into the disappearance model; And oscillating the mold into which the molten metal is injected.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도 2를 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying Figure 2, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.
도 2는 본 발명에 따른 주물의 표면 개질방법을 설명하기 위한 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram for explaining the surface modification method of the casting according to the present invention.
먼저, 스티로폼과 같은 원료인 발포폴리스티렌(EPS; Expandable Polystyrene)이나 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)를 원료로 하고 금형을 이용하여 제조하고자 하는 주물제품과 동일한 형상으로 성형되는 소실모형(110)을 만든다. 그리고, 입상합금화제(120)를 소실모형(110)에 전방위(全方位)로 도포한다. 상술한 바와 같이, 입상합금화제(120)는 골재와, 용침되어 표면 개질층을 형성하는 입상금속과, 점결재를 포함하여 이루어진다. 다음에, 입상합금화제(120)가 도포된 소실모형(11)을 플라스크(130)에 장입하고, 플라스크(130) 내면과 입상합금화제(120)가 도포된 소실모형(110) 사이에 건조사(140)를 채워줌으로써 주형(100)을 마련한다. First, a loss model 110 is made of a polystyrene foam (EPS; Expandable Polystyrene) or polymethyl methacrylate (PMMA), which is a raw material such as styrofoam, and molded into the same shape as a casting product to be manufactured using a mold. . And the granular alloying agent 120 is apply | coated to the loss | disappearance model 110 in all directions. As described above, the granular alloying agent 120 includes an aggregate, a granular metal that is infiltrated to form a surface modification layer, and a caking additive. Next, the burnt-out model 11 to which the granular alloying agent 120 was applied was charged to the flask 130, and dried between the inner surface of the flask 130 and the burnt-out model 110 to which the granular alloying agent 120 was applied. The mold 100 is prepared by filling the 140.
그 다음에, 불균형추(unbalance weight)식 가진기(미도시)를 주형(100)에 설치한다.Next, an unbalance weight type exciter (not shown) is installed in the mold 100.
이어서, 소실모형(110)에 용탕을 주입하면, 소실모형은(110)은 용탕의 열에 의하여 기화되어 건조사(140) 속으로 배출되고, 소실모형(110)과 동일한 형상의 주물이 주조된다. 이 때, 소실모형(110)에 전방위로 도포된 입상합금화제(120)는 용침됨으로써, 즉 용탕에 의하여 액상(液狀)으로 변화되고 그 액상금속이 골재들 사이의 간극을 통하여 침투함으로써 주물의 표면 개질층을 형성한다. 이 때, 용탕에 의하여 주물이 주조되고 입상합금화제가 용침되는 동안, 불균형추식 가진기를 작동시켜 용탕이 주입된 주형을 원진동시킨다.Subsequently, when the molten metal is injected into the vanishing model 110, the vanishing model 110 is vaporized by the heat of the molten metal and discharged into the dry sand 140, and a casting having the same shape as the vanishing model 110 is cast. At this time, the granular alloying agent 120 applied omnidirectionally to the vanishing model 110 is infiltrated, that is, changed into a liquid phase by the molten metal, and the liquid metal penetrates through the gap between the aggregates. Form a surface modification layer. At this time, while casting is cast by the molten metal and the granular alloying agent is infiltrated, the imbalance induction shaker is operated to oscillate the mold into which the molten metal is injected.
용탕이 주입될 때, 용탕압과 용탕의 표면장력 및 입상합금화제 골재 사이의 기체가 형성하는 압력의 평형조건식은 하기의 수학식 1과 같다. When the molten metal is injected, the equilibrium condition equation of the pressure formed by the gas between the molten metal pressure, the surface tension of the molten metal and the granular alloying agent aggregate is represented by Equation 1 below.
여기서, d는 입상합금화제의 골재들 사이의 간극, h는 용탕의 높이, 는 용탕의 밀도, g는 중력가속도, P는 입상합금화제 골재 사이의 기체가 형성하는 압력, T는 용탕의 표면장력이다.Where d is the gap between aggregates of the granular alloying agent, h is the height of the melt, Is the density of the melt, g is the acceleration of gravity, P is the pressure formed by the gas between the granular alloying aggregate, and T is the surface tension of the melt.
용침은 수학식 1에서 좌변의 값이 우변의 값보다 클 때 잘 일어난다. 즉, 용탕의 형상과 피용침층(입상합금화제)의 특성이 일정한 경우에는 용탕압이 클수록 용침이 잘 일어난다. Infiltration occurs well in Equation 1 when the value on the left side is greater than the value on the right side. That is, when the shape of the molten metal and the characteristics of the layer to be immersed (granulated alloying agent) are constant, the greater the molten metal, the better the infiltration occurs.
따라서, 불균형추식 가진기는 용탕압이 커지도록 주형을 원진동시킨다. 이 때, 가진기의 진동은 주형에는 전달되지만, 용탕에는 위상의 변화와 진동량의 감쇠가 함께 전달되기 때문에 주형과 용탕 사이에는 상대적인 진동이 생긴다. 그 결과 상대적인 가진력, 즉 주형의 가진력과 용탕의 가진력의 차이 가 작용하고 수학식 1의 평형조건식은 하기의 수학식 2로 표현된다.Thus, the unbalanced exciter vibrates the mold to increase the melt pressure. At this time, the vibration of the exciter is transmitted to the mold, but since the phase change and the damping of the vibration amount are transmitted to the molten metal, relative vibration occurs between the mold and the molten metal. As a result, the relative excitation force, that is, the difference between the excitation force of the mold and the And the equilibrium condition of Equation 1 is expressed by Equation 2 below.
용침이 잘 일어나기 위해서는 좌변이 우변보다 커야 하므로 수학식 2로부터 용침이 잘 일어날 수 있는 주형의 가진력과 용탕의 가진력의 차이 는 수학식 3과 같이 표현된다.Since the left side needs to be larger than the right side in order for the infiltration to occur well, the difference between the excitation force of the mold and the excitation force of the molten metal, which can be easily generated from Equation 2 Is expressed as in Equation 3.
즉, 본 발명에서는 종래기술에서의 용탕의 온도 문제와 주물 두께 및 합금화제 도포층의 공극률의 크기 문제를 용탕에 1축 진동이 아닌 원진동을 부여하여 운동량을 크게 함으로써 해결하고 있다. 그리고, 소실모형에 입상합금화제를 전방위로 도포하고 원진동을 부여함으로써 특정 부위만이 아닌 주물의 전 표면에 표면 개질의 효과가 발생된다.That is, in the present invention, the temperature problem of the melt and the problem of the size of the casting thickness and the porosity of the alloying agent coating layer are solved by increasing the momentum by applying the original vibration to the melt rather than the uniaxial vibration. Then, by applying the granular alloying agent to the vanishing model in all directions and imparting a circular vibration, the effect of surface modification is generated on the entire surface of the casting, not just a specific part.
불균형추식 가진기는 두 개의 불균형추가 같은 방향으로 회전하면 주형에 원진동이 부여되고, 서로 다른 방향으로 회전하면 직선진동이 부여되므로 필요에 따라서는 추가적으로 주형에 직선진동을 더 부여하여도 좋다.The unbalanced exciter can be given additional vibration if the two unbalanced weights are rotated in the same direction, and linear vibrations are given to the mold in different directions.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 용탕에 원진동을 부여하여 운동량을 크게 함으로써 용탕의 가압 및 고온 주입과 입상합금화제의 예열 보온 등이 필요 없으므로 공정이 용이하고, 주물 두께 및 합금화제 도포층의 공극률을 크게 하는 등의 문제점이 해결되어 실용적이다. As described above, according to the present invention, by applying the original vibration to the molten metal to increase the momentum, it is not necessary to pressurize and inject the molten metal, and to preheat and insulate the granular alloying agent. Problems such as increasing the porosity are solved and practical.
나아가, 용침 효과가 향상되어 주물의 전 표면에 걸쳐 표면 개질이 일어난다.In addition, the infiltration effect is enhanced to cause surface modification over the entire surface of the casting.
본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
도 1a 및 도 1b는 종래의 용탕-주형 반응에 용침법을 응용한 금속피복 주조법을 설명하기 위한 개략도들;1A and 1B are schematic views for explaining a metal coating casting method in which the infiltration method is applied to a conventional molten metal casting reaction;
도 2는 본 발명에 따른 주물의 표면 개질방법을 설명하기 위한 개략도이다.Figure 2 is a schematic diagram for explaining the surface modification method of the casting according to the present invention.
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