KR20120032099A - 금형 주조시 크랙의 발생 유무를 시험하기 위한 장치 및 그 시험방법 - Google Patents

금형 주조시 크랙의 발생 유무를 시험하기 위한 장치 및 그 시험방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금형 주조시 크랙의 발생 유무를 시험하기 위한 장치 및 그 시험방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잉곳 제조 단계에서 금형 주조시 발생하는 크랙의 발생 위험성을 조사하기 위한 금형 주조시 크랙의 발생 유무를 시험하기 위한 장치 및 그 시험방법에 관한 것이다.
본 발명은, 서로 결합에 의해 캐비티를 형성하는 제1 금형 및 제2 금형;을 포함하며, 캐비티는 제1 금형 및 제2 금형의 서로 마주보는 면에 평판부를 성형하는 평판 형성부와, 평판부와 연결되어 단턱부를 성형하는 단턱부 형성홈으로 이루어지며, 단턱부 형성홈은 평판 형성부 보다 주조물을 두껍게 성형하며, 주조물의 응고 시간 차이에 따라 크랙의 건전성 유무를 판단하는 것을 특징으로 한다.

Description

금형 주조시 크랙의 발생 유무를 시험하기 위한 장치 및 그 시험방법{DEVICE FOR TESTING CRACK AT METAL MOLD CASTING AND TESTING METHOD THEREOF}
본 발명은 금형 주조시 크랙의 발생 유무를 시험하기 위한 장치 및 그 시험방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잉곳 제조 단계에서 금형 주조시 발생하는 크랙의 발생 위험성을 조사하기 위한 금형 주조시 크랙의 발생 유무를 시험하기 위한 장치 및 그 시험방법에 관한 것이다.
일반적으로 금형주조는 금속의 다양한 성형방법 중의 하나로 용해된 금속을 금형의 주형 공간에 주입하고 이를 응고시켜 원하는 모양의 금속제품을 만드는 것을 일컫는다. 이러한 금형주조에 의해 산출된 금속제품은 치수가 비교적 정확하고 기계적 성질이 우수하여 정밀한 기계 요소 주조품인 자동차부품, 전기기기, 광학기기, 건축 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있으며, 가장 큰 이점으로는 저비용 및 대량생산이 가능하다는 점이다. 금형을 형성하는데 사용되는 금속재료로서는 통상 합금강, 주강, 주철, 동, 동합금 등이 사용되고 있다.
최근에는 수도꼭지, 밸브 등 황동, 알루미늄 주조의 대부분을 금형주조 또는 저압주조로 시행하여 제작하고 있으며, 국제적으로 황동의 원가상승에 따른 비용절감의 측면에서 가능한 얇게 만드는 방향으로 기술개발을 하고 있다. 이에 따라 주조물이 응고하는 과정에서 두께 및 냉각속도 등의 차이에 따라 크랙이 발생하고, 용탕을 금형주물에 주입시 탕회 불량이 커다란 이슈가 되고 있다. 그러므로 원자재의 제조부터 크랙을 예방할 수 있도록 양질의 잉곳을 만드는 것이 중요하여 사전에 주조결함의 위험성을 조사할 수 있는 장치 및 방법이 필요하다.
본 발명은 금형 주조시 크랙의 발생 위험성을 시험하기 위한 장치 및 그 시험방법에 관한 것으로, 잉곳 제조 단계에서 금형 주조시 발생하는 크랙의 발생 위험성을 조사하기 위한 금형 주조시 크랙의 발생 위험성을 시험하기 위한 장치 및 그 시험방법을 목적으로 한다.
본 발명은, 서로 결합에 의해 캐비티를 형성하는 제1 금형 및 제2 금형;을 포함하며, 캐비티는 제1 금형 및 제2 금형의 서로 마주보는 면에 평판부를 성형하는 평판 형성부와, 평판부와 연결되어 단턱부를 성형하는 단턱부 형성홈으로 이루어지며, 단턱부 형성홈은 평판 형성부 보다 주조물을 두껍게 성형하며, 주조물의 응고 시간 차이에 따라 크랙의 건전성 유무를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 단턱부 형성홈은 평판 형성부의 양단에 연결되어 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 서로 결합에 의해 캐비티를 형성하는 제1 금형 및 제2 금형; 그리고 제1 금형 및 제2 금형의 결합시 캐비티에 안치되는 적어도 하나 이상의 코어; 코어와 캐비티 사이의 간극에 의하여 주조물의 외주부 및 후육부위를 형성하며, 외주부와 후육부위는 그 두께가 서로 달라 응고 시간 차이에 따라 크랙의 건전성 유무를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 두 개의 코어는 캐비티에 서로 마주보며 안치하며, 두 개의 코어 사이에서 외주부 보다 두꺼운 후육부위를 성형하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 제1 금형 및 제2 금형의 일단 또는 양단에는 코어가 고정될 수 있도록 걸림턱 및 코어걸림홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 코어와 걸림턱 사이에 제2 후육부위가 성형될 수 있도록 간극이 존재하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명은, 금형 주조시 크랙의 발생 유무의 시험방법에 있어서, 제1 금형 및 제2 금형의 결합상태에서 탕구를 통해 용탕을 주입하는 단계: 금형을 해체하고 주조물을 금형에서 분리하는 단계: 그리고 금형에서 분리된 주조물을 응고시키며, 주조물 형상의 두께에 따른 응고속도의 차이에 의해 주조물에 크랙의 발생 유무를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 금속의 금형 주조시 크랙의 발생 위험성을 시험하기 위한 장치는 금속 주형에 따른 잉곳의 제조에 있어서 크랙의 발생 위험성을 사전에 파악하여 건전주조물을 만들 수 있도록 합금 조성을 최적의 조건으로 변경하여 양질의 잉곳 제작을 가능하게 한다.
또한, 금속의 금형주조시에 발생하는 크랙, 탕경, 개재물 혼입 등의 주조결함을 조사하며, 용탕온도, 주물의 두께, 금형의 예열온도, 이형재 코팅 등의 주조 변수들을 다양하게 변화시키면서 주조공정에 변수에 따른 주조 결함을 용이하게 조사하여 최적의 작업조건을 경제적이고 단시간에 도출할 수 있다.
아울러, 원자재 값의 상승에 따라 주조물을 얇으면서 복잡하게 성형할 수 있게 되어 제품의 생산에 투입되는 원자재를 줄일 수 있어 주조물의 생산 단가를 절감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 금속의 금형 주조시 크랙의 발생 위험성을 시험하기 위한 장치의 일례를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 금속의 금형 주조시 크랙의 발생 위험성을 시험하기 위한 장치에 의해 제조된 시험편을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 금속의 금형 주조시 크랙의 발생 위험성을 시험하기 위한 장치의 다른 일 예를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 금속의 금형 주조시 크랙의 발생 위험성을 시험하기 위한 장치에 의해 제조된 다른 시험편을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 시험편의 단면을 나타낸 도면.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 시험편을 제작하기 위한 장치의 일 예를 나타낸 도면이다.
금형주조는 금속제 주형에 용탕을 중력에 의하여 주입하여 주물을 만드는 방법으로서 이때의 금형 주형을 영구 주형(permanent mold)이라고 한다. 금형주조는 현재 Al, Mg, Cu등의 비철합금과 주철, 강철을 소재로 한 수전금구, 피스톤, 슬리브, 크랭크케이스, 실린더, 베어링 등 기타 일용품의 제조에도 널리 이용되고 있다.
도 1을 참조하여 설명하면, 주조물의 재질에 따른 시험편을 제작하기 위한 금형을 나타내었으며, 특히 황동을 주재료로 하는 수전금구(수도꼭지)의 주조시 크랙의 발생 등을 예방할 수 있는 시험편을 제작하게 된다. 먼저, 금형(100)은 제1 금형(110)과 제2 금형(120)으로 이루어지며, 제1 금형(110)과 제2 금형(120)이 서로 마주보는 내측면에는 각각 용탕이 주입되는 탕구(130)가 위치하며, 탕구(125)는 금형(100)의 일측에 형성된다. 또한, 제1 금형(110) 및 제2 금형(120)은 맞물려서 탕구(125)와 연통 되는 캐비티가 형성되며, 제1 금형(110) 및 제2 금형(120)은 각각 내측면에 평판 형성부(121)와 단턱부 형성홈(113)이 형성되어 후술할 시험편(130)을 제작할 수 있게 한다. 제1 금형(110)과 제2 금형(120)은 체결홈(미도시)을 관통하는 체결수단을 통해 서로 결합할 수 있으며, 결합된 상태에서 탕구(115, 125)를 통해 용탕을 주입하여 시험편(130)을 제작하게 된다. 금형재료는 값이 싸고 손쉽게 구할 수 있는 철합금이 사용되나 주입하는 금속에 따라 금형에 요구되는 성질을 인식하여 적절한 재료를 선택하여야 하며 특히, 펄라이트기지의 중간크기의 편상흑연주철, 그 중에서도 Ni-Mo, Cr-Mo을 함유하는 편상흑연주철이 금형으로서 가장 많이 사용한다.
도 2는 본 발명에 따른 금형을 통해 제작된 시험편의 일 례를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 시험편(130)은 평판부(131)와 평판부(131)의 일측부와 타측부에 단턱부(133)가 형성되어 있으며, 직사각형 형상이지만 다양하게 성형할 수 있음은 물론이다. 또한, 탕구(115, 125)에서 용탕이 응고됨에 따라 평판부(131)와 연결되는 게이트부(135)가 위치하게 된다. 평판부(131)는 소정의 두께(t1)로 이루어지며, 예를 들어 시험편(130)의 평판부(131)를 2.5mm로 제작하고 일측부와 타측부에 평판부(131) 보다 두꺼운 단턱부(133)가 연결되도록 성형한다. 이때, 금형(100)에 용탕을 주입하고, 주조물이 응고하는 과정에서 두께의 차이에 따라 응고속도가 달라지는데, 얇은 판상의 평판부(131)는 응고속도가 빠르지만, 단턱부(133)는 평판부(131) 보다 상대적으로 느리게 된다. 이러한 차이에 때문에 평판부(131)와 단턱부(133)의 연결부에서는 수축하면서 인장력 및 압축력이 발생하게 되므로 크랙이 발생할 수 있다. 또한, 시험편(130)의 평판부(131)를 얇은 두께로 제작하게 되어, 평판부(131)의 표면도 시험편(130)의 성분비, 응고속도 등에 따라 크랙이 발생할 수 있다. 따라서, 주조물인 시험편(130)을 통해 시험편의 성분비, 응고속도 및 주형의 예열온도 등에 따른 크랙의 발생 여부를 알 수 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 다른 시험편을 제작하기 위한 장치의 다른 일 예를 나타낸 도면이며 도 4는 및 도 5는 도 3의 장치에 의해 제작된 시험편 및 그 단면을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 일반적인 수전금구의 형태는 원형, 타원, 각형 단면의 불규칙 또는 규칙적으로 복잡하고 얇은 형태를 구성한다. 따라서, 이러한 두께 변화에 따라, 주조시 주조물의 응고속도에 따른 크랙의 발생이 빈번히 발생하게 된다. 따라서, 두께 변화에 대한 크랙 등의 발생 유무를 시험하기 위한 시험편을 제작하기 위한 장치를 나타낸다. 상기 장치는 제1 금형(210) 및 제2 금형(220)으로 이루어지며, 제1 금형(210) 및 제2 금형(220)이 마주하는 금형 내측면은 튜브 형상의 시험편(230)이 제작될 수 있도록 반원형의 홈(221)으로 각각 이루어진다.
제1 금형(210) 및 제2 금형(220)이 결합시 코어(240)가 홈(221)에 안치하며, 코어(240)는 카트리지 밸브가 안치되는 후육부위(233)가 성형 될 수 있도록 복수개가 위치하게 되며, 후술할 시험편을 성형할 수 있게 된다. 또한, 코어(240)는 시험편(230)에 다양한 형상의 돌기부(134) 및 격벽 들이 성형 될 수 있도록 모양을 가지게 된다. 도 3에서는 제1 금형(210) 및 제2 금형(220)의 양측에 코어의 걸림부(243)가 걸림턱(222)에 끼워지면서 안치되어 고정될 수 있도록 코어걸림홈(223) 및 걸림턱(222)이 위치하고, 각 금형(210, 220)의 양단에는 코어축지지부(224)가 위치한다(도 3에서는 한 개의 코어만 도시). 용융금속인 용탕은 코어(240)가 서로 마주하여 후육부위(233)를 성형하는 위치의 탕구(225)로 투입되거나, 나사가공을 할 수 있는 주조물 양단의 단턱부(231, 232)가 성형 되는 위치와 대응되는 탕구(미도시)로 투입될 수도 있다.
도 4는 상기 시험용 장치에 의해 제작된 시험편을 나타낸 도면이며, 도 5는 시험편의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 금형주조에 의해 제조된 시험편은 도 5에서 보는 바와 같이 두께 및 형상을 다양하게 하여, 주조물의 다양한 형상의 위치에서 응고속도 차이에 따른 응력의 발생으로 인한 주조물 표면에 크랙의 발생 유무를 판단할 수 있다. 시험편(230)은 원기둥 또는 튜브 형상으로 성형 되며, 실제 제품 모양으로 성형하여 크랙의 발생 유무를 시험할 수도 있다. 즉, 시험편 양단의 단턱부(231, 232)에 나사가공을 하고 거기에 숫나사가공이 되어 있는 파이프 등을 체결할 수 있게 된다.
도 5는 시험편의 단면을 나타낸 도면으로, 시험편의 두께(t2)는 약 2.5mm 이며 양단에 나사가공이 가능한 단턱부(231, 232)가 위치하게 된다. 시험편(230)의 내주면에는 냉, 온수 파이프를 꽂는 카트리지 밸브가 안치될 수 있도록 후육부위(233)가 위치한다. 후육부위(233)는 10mm 이상의 두께(t3)를 가지며 시험편(230)을 횡방향으로 가로지르게 된다. 시험편 양단의 단턱부(231, 232)는 소정의 두께를 가지도록 형성함이 바람직하며, 파이프 등과 나사결합시 지지할 수 있게 된다. 또한, 시험편(230)의 내주면에는 테이퍼 형상의 돌출부(135)가 형성되는데 이는 다양하고 복잡하게 시험편(130)을 제작하여 크랙의 건전성 유무를 더욱 정확하게 판단하기 위함이다.
이와 같이, 금형주조에서 크랙의 발생은 재료의 건정성과 제품의 두께 편차에 의한 냉각속도의 차이에 의하여 주로 발생하며, 황동 금형주조의 경우 흑연 용액에 열 충격에 강한 베릴륨동 재질의 금형을 이용하여 매회 흑연욕조에 담가 금형을 이용하여 매회 흑연욕조에 담가 금형을 냉각하는 동시에 금형에 도장을 하여 작업을 진행하고 있다. 국제적인 동을 비롯한 원자재 가격의 상승으로 인하여 동합금 제품의 경우 원가절감 및 자원절약의 필요성이 대두되어 제품의 두께를 가능한 얇게 하기를 바라고 있어, 2.5mm의 두께로도 제품이 제작되고 있다.
본 발명의 도 1은, 크랙 시험편으로 2.5mm의 얇은 판상의 시험편을 제작함에 있어 응고에 따른 수축을 억제하도록 양쪽에 두꺼운 저지턱을 만들어 주조품이 수축하며 발생하는 응력으로 인한 크랙의 발생 여부로 재료의 건전성을 판정하게 한다.
본 발명의 도 3에서 일반적인 수전금구의 형태는 원형, 타원, 각형 단면의 불규칙 또는 규칙적인 연속으로 아름다운 형태를 구성한다. 이들의 내부는 냉, 온수의 유로가 형성되고 밸브가 안착 되는 등의 다양한 형태의 내부 격벽 들이 형성되고 각각의 역할에 따라 두께의 변화도 심한 편이다. 특히 원주 형태의 제품에서 내부 형상에 두께의 변화가 클 때 크랙의 발생이 현저히 증가하는 경향이 있다. 도 4 및 도 5는 2.5mm 두께의 원주 형상 내부에 카트리지 밸브가 안치되기 위한 후육부위(233)를 포함하고, 위, 아래쪽으로 나사 가공을 위한 단턱부(212, 232)가 존재하고 원주 일단 내부에 특정 량의 두꺼운 부위를 포함하는 샘플로서 크랙이 발생하기 쉬운 형상의 제품을 시험함으로써 크랙 건전성을 평가하게 된다. 또한, 다양한 조건의 주조환경 예를 들어, 용탕의 온도, 용탕의 성분비 및 주형의 예열 온도 등을 파악하여 크랙이 발생하지 않는 잉곳을 만들 수 있게 된다.
이상에서, 본 발명은 본 발명의 실시 예 및 첨부도면에 기초하여 예를 들어 상세하게 설명하였다. 그러나 이상의 실시 예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
110, 210 : 제1 금형 120, 220 : 제2 금형
130, 230 : 시험편

Claims (7)

  1. 서로 결합에 의해 캐비티를 형성하는 제1 금형 및 제2 금형;을 포함하며,
    캐비티는 제1 금형 및 제2 금형의 서로 마주보는 면에 평판부를 성형하는 평판 형성부와, 평판부와 연결되어 단턱부를 성형하는 단턱부 형성홈으로 이루어지며, 단턱부 형성홈은 평판 형성부 보다 주조물을 두껍게 성형하며, 주조물의 응고 시간 차이에 따라 크랙의 건전성 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 금형 주조시 크랙의 발생 유무를 시험하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    단턱부 형성홈은 평판 형성부의 양단에 연결되어 위치하는 것을 특징으로 하는 금형 주조시 크랙의 발생 유무를 시험하기 위한 장치.
  3. 서로 결합에 의해 캐비티를 형성하는 제1 금형 및 제2 금형; 그리고
    제1 금형 및 제2 금형의 결합시 캐비티에 안치되는 적어도 하나 이상의 코어;를 포함하며,
    코어와 캐비티 사이의 간극에 의하여 주조물의 외주부 및 후육부위를 형성하며, 외주부와 후육부위는 그 두께가 서로 달라 응고 시간 차이에 따라 크랙의 건전성 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 금형 주조시 크랙의 발생 유무를 시험하기 위한 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    두 개의 코어는 캐비티에 서로 마주보며 안치하며, 두 개의 코어 사이에서 외주부 보다 두꺼운 후육부위를 성형하는 것을 특징으로 하는 금형 주조시 크랙의 발생 유무를 시험하기 위한 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    제1 금형 및 제2 금형의 일단 또는 양단에는 코어가 고정될 수 있도록 걸림턱 및 코어걸림홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 금형 주조시 크랙의 발생 유무를 시험하기 위한 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    코어와 걸림턱 사이에 제2 후육부위가 성형될 수 있도록 간극이 존재하는 것을 특징으로 하는 금형 주조시 크랙의 발생 유무를 시험하기 위한 장치.
  7. 금형 주조시 크랙의 발생 유무의 시험방법에 있어서,
    제1 금형 및 제2 금형의 결합상태에서 탕구를 통해 용탕을 주입하는 단계:
    금형을 해체하고 주조물을 금형에서 분리하는 단계: 그리고
    금형에서 분리된 주조물을 응고시키며, 주조물 형상의 두께에 따른 응고속도의 차이에 의해 주조물에 크랙의 발생 유무를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 주조시 크랙의 발생 유무를 시험하는 시험방법.
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