KR20070052699A - 정밀 주조 개선 - Google Patents

Abstract

열원으로써 마이크로파 에너지를 사용하는 정밀 주조 공정에서, 천연 왁스 모델(12)이 서셉터를 통합하는 왁스 타입 패턴 재료로 된 스프루(10)에 부착되고, 상기 스프루(10)는 또한 왁스 타입 패턴 재료로 된 푸어 컵(13)을 가지며, 푸어 컵 재료는 상기 스프루의 재료보다 더 큰 비율의 서셉터를 갖는다. 사용시, 푸어 컵(14)이 첫 번째로 멜팅되고 두 번째로 스프루(10)가 멜팅되어 천연 왁스 경로를 차단하여, 왁스의 팽창이 코팅된 세라믹(15)을 균열시키지 않을 것이다.

모델, 서셉터, 스프루, 푸어 컵

Description

정밀 주조 개선{IMPROVEMENTS IN INVESTMENT CASTING}

본 발명은 정밀 주조 개선에 관한 것이고, 특히 정밀 주조 공정을 개선하는 것에 관한 것인데, 여기서 마이크로파 에너지가 왁스 타입 패턴을 멜팅하고 세라믹 몰드를 소결시키기 위해서 사용하도록 제공된다.

정밀 주조에서, 우선 주로 멜팅된 금속으로 몰딩될 제1 모델의 물품은 역처리된 몰드 내에 왁스 주입되거나 왁스 타입 패턴 재료로 제작된다. 패턴 재료는 천연 왁스 또는 합성 왁스, 폴리스티렌, 또는 여러 왁스의 혼합물, 열 가소성 물질일 수 있지만, 항상 이에 국한되는 것이 아니라, 아디핀산 및 가소제와 같은 필러(filler)를 포함한다. 여기서 사용되고, 첨부된 청구항에서의 표현 "왁스 타입 패턴 재료"는 "로스트 왁스(lost wax)" 몰딩 공정에 사용하기에 적합한 모든 이런 열 가용성 재료를 포함하도록 한다. 전형적으로, 다수의 유사한 모델이 "스프루(sprue)"에 부착되어 패턴 재료의 "트리(tree)"를 형성하고, 전체가 전형적으로 세라믹 슬러리(slurry) 및 모래 타입 재료(이에 국한되지는 않음)로 여러번 코팅된다. 그 후에 세라믹 코팅은 건조되어 "왁스 타입 패턴 재료"의 주변에 견고한 몰드를 제공하다. 패턴 재료는 멜팅되고 세라믹 "외형(shell)"이 소결되고 그 후에 멜팅된 금속을 빈 "외형"에 붓는다. 금속이 굳어지면, 세라믹 외형을 제거한다.

통상적으로 열원을 사용하는 정밀 주조는 매우 긴 고가의 공정이다. 예컨대 영국 특허 제 1 457 046호에서 마이크로파 에너지를 사용하는 것이 제안되어 공정이 짧아지고 더 경제적으로 되었다. 그러나 가열하고 냉각할 때, 포함된 여러 재료의 다른 수축 및 팽창으로 인해 정밀 주조에서의 근본적인 문제점이 발생한다. 특정 위험은 패턴 재료가 세라믹 외형으로부터 충분히 빨리 벗어나지 못한다면 멜팅될 때 그의 팽창으로 인해서 외형에 균열을 발생할 수 있다는 것이다. 영국 특허 제 1 457 046호는 이런 문제점에 대한 해결책으로서 소위 "손실이 많은 재료(lossy material)"의 세라믹 슬러리의 함유물을 제공하는데, 이는 외형에 근접한 패턴 재료의 급속 멜팅을 일으킬 것이다. 그러나 해결책은 특히 이런 형태의 물품을 몰딩할 때, 패턴 재료가 세라믹 셀로부터 제한된 병목, 스프루 또는 푸어 컵(pour cup)을 통해서만 벗어날 수 있는 것이 불완전하다. 스프루의 재료가 우선 멜팅되지 않거나, 불완전하게 멜팅된다면, 외형 내에서 급속히 팽창하는 재료를 위한 탈출 경로가 외형에 균열이 생길 수 있는 결과와 함께 차단된다.

일본 특허 출원 JP56117857 호에서 변형이나 균열 없이 외형으로 멜팅될 수 있는 레진 타입 몰드를 사용하는 것이 제안되었다. 그러나 해결책은 물이 모세관 현상에 의해서 몰드의 벌집 모양 부분을 통해 침투하는 것을 허용하는 물 용기에 레진 몰드를 위치시키는 것에 따르기 때문에 불완전하다. 이런 기술에 의해서 물의 부피는 일반적으로 물 표면에 노출되는 몰드 전체에서 일정할 것인데, 즉 몰드의 여러 에어리어에서 서셉터 콘텐트(susceptor content)의 어떠한 변화도 있지 않을 것이다. 게다가, 매끄러운 마무리를 제조에 일으키지 않는, 레진 몰드의 프로세스 의 제조 타입으로 인해서, 이런 타입의 레진 몰딩은 부가적인 매끄럽게 하는 과정이 없이 주조 구성 요소(예컨대, 항공기용 엔진 블레이드(aero engine blades))의 고사양 마무리에서 사용될 수 없다.

본 발명의 주요 목적은 몰드의 여러 부분에 왁스 패턴 재료에 대한 여러 멜팅 특성을 제공하여 개구의 몰드 위쪽의 다른 에어리어에서 재료 전에 스프루 또는 다른 제한된 개구에서 재료가 멜팅함으로써 여러 문제점을 해결하는 것이다. 그러므로 뒤쪽 재료가 차례로 멜팅되고, 그의 탈출 경로가 차단되지 않고, 몰드를 벗어날 수 있지만 몰드 외형을 위태롭게 하지 않고 팽창한다. 엔진 블레이드의 제작에 사용되어야만 하는 현재 천연 왁스 패턴이 본 발명에 따라 사용될 수 있다.

본 발명에 대해서, 열원으로서 마이크로파 에너지를 사용하는 정말 주조 공정이 제공되는데, 천연 왁스 모델이 천연 왁스보다 상대적으로 더 큰 열 흡수성을 갖는 서셉터를 통합하는 스프루의 왁스 타입 패턴 재료에 부착되고, 스프루가 스프루의 재료에 통합되는 더 큰 비율의 상기 서셉터를 통합하는 푸어 컵의 왁스 타입 패턴 재료에 부착되는 것을 특징으로 한다.

서셉터는 왁스 타입 패턴 재료가 멜팅될 때 몰드의 제한적인 개구일 스프루 및 푸어 컵의 범위에 한정될 수 있다.

서셉터는 물, 탄소, 그래파이트(graphite) 또는 그의 화합물일 수 있다.

다수의 천연 왁스 모델이 고정되는 트리는 상기 서셉터를 통합할 수 있고, 트리의 나머지보다 더 큰 비율의 상기 서셉터를 통합하는 푸어 컵을 가질 수 있다.

트리의 서셉터 콘텐트가 영역의 12%일 수 있고, 푸어 컵의 서셉터 콘텐트가 영역의 15%일 수 있다.

이제 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 비제한적인 예시의 방법으로 설명될 것이다.

도1은 푸어 컵을 갖는 스프루의 정면도이고;

도2A 및 도2B는 각각 다수의 모델이 부착된 정면도 및 측면도로 도1의 스프루를 도시하는데, 이는 현재 트리라 칭해지며;

도3은 도2A 및 도2B 전체가 세라믹 재료로 코팅되어온 것을 도시하는 측면도로 도2A 및 도2B의 트리를 도시한다.

도면은 왁스 타입 재료(11)로 충진되는 푸어 컵(14)을 갖는 스프루(10)를 도시한다. 몰딩될 물품의 모델(12)은 왁스, 글루 또는 뜨거운 나이프 부착에 의해서 스프루에 부착된다. 그 자체로 공지된 바와 같이, 모든 모델(12), 스프루(10) 및 푸어 컵(11)이 왁스 타입 패턴 재료로 제조된다. 그러나 본 발명에 따르면, 스프루(10)는 천연 왁스 모델(12)보다 더 높은 비율의 서셉터 콘텐트를 가지며 푸어 컵(11)은 스프루(10)보다 더 높은 비율의 서셉터 콘텐트를 갖는다. 모델(12)은 천연 왁스이고, 스프루(10) 및 푸어 컵(11)은 유제(emulsion) 내에 공지된 고정 비율의 서셉터와 함께 재생된 왁스 유제로부터 만들어진다.

일차 모래 코트는 탄소, 그래파이트 또는 임의의 다른 바람직하게 허용할 수 있는 재료 또는 그들의 어떤 화합물일 수 있는 서셉터의 비율을 갖는다.

전체 어셈블리, 트리(10,11,12,14)는 세라믹 슬러리로 일차적으로 코팅된다. 그러나 아직 덜 마른 일차 코트(15)는 허용할 수 있는 일차 모래 코트로 커버되고 그 후에 건조된다. 그 후에 어떤 양의 세라믹 슬러리(13) 및 모래의 부가적인 코팅이 일차 코트에 적용되어 희망하는 두께의 세라믹 외형을 형성한다. 그 후에 트리는 마이크로파 오븐(도시되지 않음)의 개구를 통해서 푸어 컵(14) 상에 세워지고, 마이크로파 에너지는 왁스 타입 재료를 멜팅하는데 사용되며, 멜팅된 재료는 이제 건조된 세라믹 외형(13)에 넣어 진다. 그의 더 높은 서셉터 재료 콘텐트로 인해서, 푸어 컵(1)이 우선 멜팅되어 오븐에서 나가는데, 여기서 이는 재활용을 위해서 모아질 수 있다. 스프루(10)의 재료는 다음에 멜팅될 것이고, 푸어 컵을 통해 밖으로 나가므로 멜팅될 때 천연 왁스가 밖으로 나갈 수 있는 모델(12)로부터 출구를 차단하지 않는다.

도핑된 일차 코트는 가열될 것이므로, 그에 근접한 패턴 재료를 멜팅한다. 스프루 및 푸어 컵의 사전 멜팅에 의해서 차단된 패턴 재료로부터의 출구들 때문에 천연 왁스의 결과적인 멜팅은 열 이동에 의해서 외형(13)을 위험하게 하지 않을 것이다.

마이크로파 에너지는 계속 세라믹 재료를 소결시키도록 적응되는데, 외형이 예컨대 섭씨 1000도에 이를 때까지 온도가 올라가고, 그 후에 용탕 주입 온도(pouring temperature)로 냉각되며, 비슷한 온도로 메탈을 푸어 컵(14)을 통해서 외형 안으로 따른다. 선택적으로 세라믹 셀은 대기 온도로 냉각될 수 있고 기계적 으로 항상 모래에 의해서 지지되는 반면 멜팅된 금속으로 충진된다. 주물이 냉각되고 메탈이 굳어진 후에 외형(13)이 통상적으로 제거될 수 있고 개별적인 물품들은 통상적인 방법으로 스프루로부터 제거되고 완성될 수 있다.

본 발명의 공정이 10과 같은 트리의 사용에 국한되지 않고 다수의 몰드의 동시적인 주조에 국한되지 않는다는 것이 명백할 것이다. 열원으로써 마이크로파 에너지를 사용하는 어떤 정밀 주조 공정에서 주조 세라믹 외형의 제한적인 개구 영역의 왁스 타입 패턴 재료가 패턴 재료의 나머지보다 더 높은 비율의 서셉터 콘텐트를 제공받을 수 있으므로, 소결 프로세스의 개시 동안에 패턴 재료의 확장이 외형을 위험하게 하기 전에 외형 밖으로 나가게 할 수 있다는 것을 보장한다.

Claims (6)

1. 열원으로써 마이크로파 에너지를 사용하는 정밀 주조 공정에 있어서,

   천연 왁스(12)의 모델이 상기 천연 왁스보다 상대적으로 더 큰 열 흡수성을 갖는 서셉터를 통합하는 왁스 타입 패턴 물질로 된 스프루(10)에 부착되고 상기 스프루(10)가 상기 스프루(10)의 재료에 통합된 더 큰 비율의 상기 서셉터를 통합하는 왁스 타입 패턴 재료의 푸어 컵(11)에 부착되는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 공정.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 서셉터는 왁스 타입 재료가 멜팅될 때 몰드의 제한적인 개구일 상기 스프루(10) 및 상기 푸어 컵(11)에 한정되는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 공정.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 서셉터가 물, 탄소, 그래파이트 또는 그의 화합물인 것을 특징으로 하는 정밀 주조 공정.
4. 전술항 중 어느 한 항에 있어서,

   다수의 천연 왁스 모델(12)이 고정된 트리는 상기 섭세터를 통합하고, 상기 트리의 나머지보다 더 큰 비율의 상기 서셉터를 통합하는 푸어 컵을 갖는 것을 특 징으로 하는 정밀 주조 공정.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 트리의 상기 서셉터 콘텐트가 상기 영역의 12%이고, 상기 푸어 컵의 상기 서셉터 콘텐트는 상기 영역의 15%인 것을 특징으로 하는 정밀 주조 공정.
6. 열원으로써 마이크로파 에너지를 사용하는 정밀 주조 공정이 실질적으로 첨부된 도면에서 보여지는 바와 같이 이를 참조하여 상술된 바와 같이 설명되는 것을 특징으로 하는 정밀 주조 공정.

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