KR20060070072A - 대구경 빌렛 분무 주조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대구경 빌렛 분무 주조장치에 관한 것으로서, 용해로에서 주입된 용융금속을 수강한 후 일정량씩 배출시키는 오리피스를 갖는 턴디쉬와, 상기 턴디쉬의 저면 오리피스 주변에 설치되어 배출되는 용융금속을 무화시켜 액적으로 만드는 가스분무기와, 상기 액적이 안착되고 적층되어 성형체를 이루도록 승하강 및 회전구동되는 구동축상에 고정된 기판과, 상기 가스분무기와 일정한 거리를 두고 지지대에 의해 고정되며, 기판상에서 성장하는 성형체의 상단 외주면에 위치되는 중공형 몰드를 포함하는 빌렛 분무 주조장치에 있어서; 상기 가스분무기는 낙하되는 용융금속 줄기 중심을 향해 가스제트를 분사시키는 분사구멍을 갖는 분무노즐과; 상기 분무노즐이 고정되고 주조챔버를 관통하여 외부가스공급원으로부터 연장된 배관과 로터리죠인트 형태로 연결되며 회전구동수단에 의해 정해진 각도내에서 회전왕복되게 설치되는 가스공급관을 포함하여 구성된 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 빌렛 성형체와 중공 몰드 내경부 사이가 항상 같은 조건을 유지하기 때문에 직경이 균일함과 동시에 표면 조직도 아주 우수한 빌렛을 용이하게 제조할 수 있고, 나아가 대구경 빌렛 제조에 탁월한 효과가 있다.

빌렛, 분무 주조, 중공형 몰드, 액적, 오리피스, 대구경

Description

대구경 빌렛 분무 주조장치{SPRAY CASTING DEVICE OF ALLOY BILLET WITH LARGE DIAMETER}

도 1은 종래 분무 주조법을 설명하기 위한 분무 주조장치를 보인 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 대구경 빌렛 분무 주조장치를 보인 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 대구경 빌렛 분무 주조장치를 구성하는 가스분무기의 회전구동수단을 보인 요부 단면도.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

100....용해로 102....용융금속

110....턴디쉬 112....오리피스

120....가스분무기 120a....분무노즐

120b....가스공급관 122....가스제트

130....액적 140....기판

142....성형체 150....구동축

160....구동수단 170....주조챔버

200....몰드 210....지지대

300....스텝모터 310....구동기어

320....종동기어

본 발명은 대구경 빌렛 분무 주조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 성장하는 합금 성형체의 상단 외경부에 배치되는 몰드를 이용하여 직경이 균일하고 표면이 건전한 합금 성형체를 보다 용이하게 제조할 수 있도록 한 대구경 빌렛 분무 주조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 분무주조란 금속 또는 합금 용탕을 고압의 가스로 분무화시킨 후 낙하하는 미세한 액적 스프레이를 반응고 상태에서 하부의 기판위에 적층시켜 합금 성형체를 제조할 수 있는 합금 주조방법을 말한다.

이때, 기판의 형상 및 운동에 따라 봉상, 관상 혹은 판상의 합금 성형체를 제조할 수 있게 된다.

아울러, 이와 같은 주조법은 편석이 심해서 종래의 주조공정으로는 제조가 곤란하거나 난가공성 합금이기 때문에 제조가 곤란한 소재의 제조가 가능하여 새로운 합금 제조 공법으로 각광을 받고 있고, 특히 급냉 응고효과로 인한 균일한 내부 조직을 갖는 고합금 빌렛을 단일공정으로 제조할 수 있는 방법이다.

이러한 분무 주조법을 사용하기 위한 분무 주조장치는 미국특허 제 4,905,899호와 미국특허 제4,938,275호에 개시된 바 있다.

예컨대, 상기 분무 주조장치는 도 1의 도시와 같이, 용해로(100)상의 용융금속이 턴디쉬(110)로 공급된 후 오리피스(112)를 통해 흘러 나올때 가스분무기(120) 를 이용하여 낙하되던 용융금속을 무화시켜 액적(130)으로 만들고, 이 액적(130)들이 완전히 응고되지 않은 상태로 비행하다가 기판(140)에 도달한 후 비로소 응고가 완료되어 성형체(142)를 이루도록 구성되었다.

이때, 상기 기판(140)은 주조챔버(170) 내부에서 구동수단(160)에 의해 회전구동되는 구동축(150)상에 배치되도록 하여 균일한 성형체(142)의 성장이 이루어지도록 하였다.

그러나, 상기한 분무 주조장치는 성형체(142)의 형상을 구속하는 별다른 몰드없이 단순 성장시키기 구조였기 때문에 빌렛 성형체(142)의 직경을 균일하게 제조하기 어려울 뿐만 아니라 빌렛의 표면 또한 양호하지 못하였다.

특히, 대구경의 빌렛을 제조하기에는 상당한 어려움이 따랐다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 장치 구조상의 한계성을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 용융금속 액적에 의해 성장되는 성형체의 형상을 만들어 줄 수 있도록 성형체의 상단 외경부에 몰드를 배치시킴과 동시에 액적의 비산방향을 조절하는 가스분무기를 구비함으로써 직경이 균일하고 표면이 건전한 대구경 빌렛 성형체를 제조할 수 있도록 한 대구경 빌렛 분무 주조장치를 제공하는데 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 용해로에서 주입된 용융금속을 수강한 후 일정량씩 배출시키는 오리피스를 갖는 턴디쉬와, 상기 턴디쉬의 저면 오리피스 주변에 설치되어 배출되는 용융금속을 무화시켜 액적으로 만드는 가스분무기와, 상기 액적이 안착되고 적층되어 성형체를 이루도록 승하강 및 회전구동되는 구동축상에 고정된 기판과, 상기 가스분무기와 일정한 거리를 두고 지지대에 의해 고정되며, 기판상에서 성장하는 성형체의 상단 외주면에 위치되는 중공형 몰드를 포함하는 빌렛 분무 주조장치에 있어서; 상기 가스분무기는 낙하되는 용융금속 줄기 중심을 향해 가스제트를 분사시키는 분사구멍을 갖는 분무노즐과; 상기 분무노즐이 고정되고 주조챔버를 관통하여 외부가스공급원으로부터 연장된 배관과 로터리죠인트 형태로 연결되며 회전구동수단에 의해 정해진 각도내에서 회전왕복되게 설치되는 가스공급관을 포함하여 구성된 대구경 빌렛 분무 주조장치를 제공함에 그 특징이 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 대구경 빌렛의 분무 주조장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 대구경 빌렛 분무 주조장치를 구성하는 가스분무기의 회전구동수단을 보인 요부 단면도이다.

도 2의 도시와 같이, 분무 주조를 위한 주조챔버(170)에는 기존과 같이 구동축(150)을 회전시킴과 동시에 승하강시킬 수 있는 구동수단(160)이 마련되고, 상기 구동축(150)의 상단에는 성형체(142)를 성장시키기 위한 베이스로서 기판(140)이 설치된다.

그리고, 상기 주조챔버(170)의 내부 상단부에는 일정각도 내에서 회전왕복운 동하는 가스분무기(120)가 설치되고, 상기 가스분무기(120)의 인접 상측인 주조챔버(170)의 상단면에는 턴디쉬(110)가 배치되며, 상기 턴디쉬(110)의 상측에는 용해로(100)가 배치된다.

아울러, 상기 턴디쉬(110)의 내부 바닥면 중앙에는 오리피스(112)가 형성된다.

이때, 상기 가스분무기(120)는 상기 오리피스(112)의 중심을 향해 가스제트(122)를 분사할 수 있도록 이 오리피스(112)와 일정거리를 두고 상기 턴디쉬(110)의 저면 일측에 설치된다.

이러한 가스분무기(120)는 외부공급원으로부터 불활성가스를 공급받아 고압으로 가스제트(122)를 분사시킴으로써 오리피스(112)를 통해 낙하되는 용융금속(102)을 무화시켜 액적(130)으로 만들어 주는 수단으로서 그 회동구조는 도 3의 도시와 같다.

즉, 도 3에서와 같이, 상기 가스분무기(120)는 주조챔버(170)를 관통하여 회전가능하게 베어링(172)이 결합되는 형태로 배관되는 가스공급관(120b)과, 상기 주조챔버(170) 외측에 노출된 가스공급관(120b)의 외주면에 고정된 종동기어(320)와, 상기 주조챔버(170) 내측에 배설된 가스공급관(120b)의 단부에 그와 직교되는 방향으로 고정되는 분무노즐(120a)과, 상기 종동기어(320)와 치합되는 구동기어(310)와, 상기 구동기어(310)가 고정되는 회전축을 갖는 스텝모터(300)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 가스공급관(120b)은 한정된 길이를 갖고 주조챔버(170) 외측으로 노출된 단부에 로터리죠인트와 같은 수단으로 회전가능한 구조를 갖추어 외부공급원으로부터 연장된 가스공급배관(미도시)과 연결됨으로써 원활한 회동구조를 갖추게 된다.

아울러, 상기 스텝모터(300)는 정해진 각도 범위내에서 신속하게 왕복회전되도록 된 구동수단이다.

나아가, 상기 가스분무기(120)를 구성하는 분무노즐(120a)의 적소에는 상기 오리피스(112)를 통해 낙하되는 용융금속(102)의 낙하줄기 중심을 향해 가스제트(122)를 분사하는 분사구멍(미도시)이 형성된다.

뿐만 아니라, 상기 종동기어(320)는 필요에 따라 감속기능을 갖도록 구성하여야 하는 바, 이를 위해 상기 종동기어(320)는 구동기어(310)에 비해 더 큰 직경을 갖도록 하여 그들간의 기어비를 크게하여 줌이 바람직하다.

한편, 상기 가스분무기(120)와 일정거리를 둔 주조챔버(170) 내부 적소에는 지지대(210)에 의해 지지고정되는 몰드(200)가 설치된다.

상기 몰드(200)는 내부가 중공된 사각형상으로 형성됨이 바람직하며, 주조할 성형체(142)의 형상에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다.

그리고, 구동수단(160)을 비롯하여 상기 구동수단(160)에 연결되어 승하강 및 회전가능하게 설치되는 구동축(150) 및 상기 구동축(150)의 상단에 고정되는 기판(140)은 기존과 같은 설치구조로 마련된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 대구경 빌렛 분무 주조과정은 다음과 같다.

먼저, 초기 상태에서는 상기 구동축(150)이 최대한 상승된 상태를 유지하여 기판(140)이 몰드(200)의 내부 하단에 위치된 상태로 유지된다.

이어, 용해로(100)의 용융금속(102)을 턴디쉬(110)로 공급하게 되면 턴디쉬(110)의 바닥면에 설치된 오리피스(112)를 통해 용융금속(102)이 그 하부로 유출되기 시작하게 된다.

이때, 가스분무기(120)에서 고속의 가스제트(122)가 용융금속(102)의 줄기를 향해 분사되면서 용융금속(102) 줄기와 고속으로 충돌하게 되고, 그에 따라 용융금속(102)이 미세한 스프레이 형태, 즉 액적(130)으로 무화되게 된다.

무화된 액적(130)은 그 수직한 방향으로 경사지게 낙하되면서 기판(140)상에 안착되게 된다.

이와 같은 작용이 연속적으로 이루어지면서 액적(130)은 상기 기판(140)상에 적층되게 되고, 지속적으로 성장하면서 성형체(142)를 이루게 된다.

이때, 상기 기판(140)의 상측에는 몰드(200)가 설치되어 있으므로 액적(130)은 상기 몰드(200) 내부를 통해 기판(140)상에서 성장하게 되며, 결국 상기 성형체(142)는 상기 몰드(200)의 형상대로 성장하게 된다.

특히, 상기 가스분무기(120)는 정해진 각도의 범위내에서 회전왕복되면서 상기 액적(130)의 낙하지점을 가변시키게 되므로 기존과 같이 단순히 일정한 지점으로만 낙하되는 것에 의해 분무 주조되던 빌렛의 직경보다 더 큰 즉, 대구경의 직경을 갖는 빌렛도 용이하게 제조할 수 있게 된다.

무엇보다도, 기판(140)의 회전운동에 더하여 가스분무기(120) 자체가 회전유 동하게 되므로 더욱 치밀하고 균일한 조직을 갖는 빌렛을 주조할 수 있게 되며, 나아가 제어부를 통해 스텝모터(300)의 회전속도를 조절함으로써 주조 작업을 더욱 신속하게 수행할 수 있게 된다.

이렇게 하여, 액적(130)이 적층되어 성장됨에 따라 구동수단(160)의 구동제어에 의해 구동축(150)은 하강하게 되고, 그 하강 정도에 따라 상기 성형체(142)의 길이를 조절할 수 있게 된다.

즉, 상기 기판(140)이 하강하면서 회전축 방향으로 길고 직경이 균일한 빌렛을 용이하게 제조할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 중공형 몰드(200)의 내경을 기존보다 훨씬 크게한 상태에서도 용이한 분무 주조가 가능하고, 빌렛 성형체(142)와 중공형 몰드(200)의 내경부 사이가 항상 같은 조건을 유지하기 때문에 직경이 균일하고도 표면 조직이 아주 우수한 합금 빌렛 성형체를 제조 할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 기존 분무 주조장치를 그대로 사용하면서 중공 몰드의 내경을 간단히 바꾸는 것에 의해 빌렛의 직경을 쉽게 변화시킬 수 있음은 물론, 빌렛 성형체와 중공 몰드 내경부 사이가 항상 같은 조건을 유지하기 때문에 직경이 균일함과 동시에 표면 조직도 아주 우수한 빌렛을 용이하게 제조할 수 있고, 나아가 가스분무기가 회전유동하는 구조이므로 기존 대비 훨씬 더 큰 구경의 빌렛 제조도 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 용해로에서 주입된 용융금속을 수강한 후 일정량씩 배출시키는 오리피스를 갖는 턴디쉬와, 상기 턴디쉬의 저면 오리피스 주변에 설치되어 배출되는 용융금속을 무화시켜 액적으로 만드는 가스분무기와, 상기 액적이 안착되고 적층되어 성형체를 이루도록 승하강 및 회전구동되는 구동축상에 고정된 기판과, 상기 가스분무기와 일정한 거리를 두고 지지대에 의해 고정되며, 기판상에서 성장하는 성형체의 상단 외주면에 위치되는 중공형 몰드를 포함하는 빌렛 분무 주조장치에 있어서;

   상기 가스분무기는 낙하되는 용융금속 줄기 중심을 향해 가스제트를 분사시키는 분사구멍을 갖는 분무노즐과;

   상기 분무노즐이 고정되고 주조챔버를 관통하여 외부가스공급원으로부터 연장된 배관과 로터리죠인트 형태로 연결되며 회전구동수단에 의해 정해진 각도내에서 회전왕복되게 설치되는 가스공급관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대구경 빌렛 분무 주조장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 상기 회전구동수단은 스텝모터와, 상기 스텝모터의 회전축상에 고정된 구동기어와, 상기 구동기어와 치합되고 상기 가스공급관의 외주면에 고정된 종동기어로 구성된 것을 특징으로 하는 대구경 빌렛 분무 주조장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 종동기어는 감속기능을 갖도록 상기 구동기어에 비해 더 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 대구경 빌렛 분무 주조장치.

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