KR20120124653A - 머플 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부가 빈 통형상을 이루도록 금속을 가공하여 금형을 제작하는 금형제작단계와, 제작된 금형에 왁스를 주입하여 몰드를 사출하는 왁스 사출 단계와, 용탕이 주입되는 탕구에 탕도 역할을 하는 몰드를 다수개 접합시켜 트리를 제작하는 트리제작단계와, 제작된 트리의 외면에 세라믹재질의 내화성물질을 코팅한 후 건조하여 주형을 제작하는 세라믹코팅 및 주형제작단계와, 상기 주형을 가열하여 왁스를 녹여 제거하는 왁스제거단계와, 왁스가 제거된 상기 주형에 열을 가하여 상기 주형을 단단하게 하는 소성단계와, 상기 소성단계를 거친 주형의 내부에 용탕을 주입하는 용해주입단계와, 주형의 외면에 붙어있는 세라믹재질의 내화성물질로 이루어진 세라믹코팅재를 제거하는 탈사단계와, 상기 트리에 다수개 붙어있는 주물을 절단하고, 주물의 절단면을 가공하는 절단 및 후처리단계와, 절단된 주물을 열처리하는 열처리단계와, 상기 열처리단계를 거친 주물의 외면을 매끄럽게 표면 처리하는 표면처리단계 및 상기 표면처리단계를 거친 복수개의 주물을 용접하여 머플을 성형하는 머플 성형단계를 포함하는 머플 제조방법을 제공한다.
따라서, 머플의 내부 결함이 적어 신뢰도가 높고, 압 검사 시에 압의 누출이 발생하지 않으며, 세밀형상으로 가공이 비교적 적고, 다량 생산이 가능하며, 표면이 수려해 일반가공이 필요하지 않고, 방사선투과검사와 압 검사 및 액체침투탐성검사 시 결함 발생률이 적은 장점이 있다.

Description

머플 제조방법{Method for manufacturing muffle}

본 발명은 머플 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력을 공급하여 물체를 가열하는 전기로 안에 구비되어 가열되는 물체에 열복사나 화학작용이 직접 미치지 못하게 하는 머플을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적인 종래의 제관 머플은 성능은 양호하나 제조공정이 복잡하고 제조기간이 길며, 구매자재의 특성상 고온에서 사용하는 머플을 제조하기가 쉽지가 않았다.

이러한 특성 때문에 전기로의 사용 온도별로 다양하게 제작이 가능한 주조 머플이 선호되었다. 그러나 제작사양에 압 검사(Leakage Test)와 액체침투탐상검사(Liquid Penetrant Test), 방사선투과검사(Radiographic Test) 등과 같은 비파괴검사가 요구되어 기존의 주조머플 제조방식으로는 검사사양을 만족시키기 어려운 문제점이 있었다.

주조 머플 제조방식으로는 사형주조 방법이 널리 사용되고 있다. 사형주조 방법은 제품을 형성하고자 하는 재료인 쇳물을 부을 통로를 만들고 원하는 모양의 형태를 나무 등을 이용하여 목형을 형성한 후, 주형 상자 안에 상기 목형을 넣고 모래를 깔아 목형을 밀폐한다. 이때 목형이 모래 안에 파묻혀 있으면 목형을 꺼내고 그 안에 쇳물을 부을 수 없기 때문에 두 개의 분체로 형성하게 된다.

상기와 같이 밀폐된 목형의 외부에 깔린 모래를 다져서 형태를 갖추게 되면 목형을 떼어내게 되고, 다져진 모래를 뒤집은 후 내부에 형성된 공간에 쇳물을 부어 넣은 후 응고시키고, 응고가 완료되면 다져진 모래를 부셔서 원하는 형상의 제품을 만들게 된다.

하지만 사형주조 방법은 그 제조과정이 복잡하여 제조시간이 늘어나고, 목형을 사용하므로 매 주조시마다 형틀을 조립하는 과정에서 치수의 안정성이 낮고, 용접부에서 크랙(Crack)이 발생하여 제품의 불량으로 이어지는 문제점이 있으며, 주조 및 가공 시 발생하는 불량률이 30% ~ 60% 이상 나타나는 문제점과 열의 누수(Leakage)로 인한 열효율 저하 및 다양한 기계가공으로 인한 작업시간이 늘어나고 결국 이로 인해 제품의 비용이 상승하는 문제점이 있었다.

또한, 소재의 불건전으로 인해 사용 중 가스가 누설되는 문제점 및 주조결함과 보수한 부분의 산화가 발생되어 머플(Muffle) 뿐만 아니라 전기로 전체의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

본 발명은 사형주조 방식이 아닌 정밀주조 방식을 사용하여 머플의 내부결함이 적고 금형을 이용하여 왁스를 사출하여 만들어 짐으로 매 주조시마다 안정적이고 균일한 치수의 제품을 생산할 수 있어 신뢰성이 높고, 머플을 구성하는 복수개의 주물을 용접 시 크랙의 발생이 없으며, 방사선투과검사 시 결함발생률이 적은 머플을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 내부가 빈 통형상을 이루도록 금속을 가공하여 금형을 제작하는 금형제작단계와, 제작된 금형에 왁스를 주입하여 몰드를 사출하는 왁스 사출 단계와, 용탕이 주입되는 탕구에 탕도 역할을 하는 몰드를 다수개 접합시켜 트리를 제작하는 트리제작단계와, 제작된 트리의 외면에 세라믹재질의 내화성물질을 코팅한 후 건조하여 주형을 제작하는 세라믹코팅 및 주형제작단계와, 상기 주형을 가열하여 왁스를 녹여 제거하는 왁스제거단계와, 왁스가 제거된 상기 주형에 열을 가하여 상기 주형을 단단하게 하는 소성단계와, 상기 소성단계를 거친 주형의 내부에 용탕을 주입하는 용해주입단계와, 주형의 외면에 붙어있는 세라믹재질의 내화성물질로 이루어진 세라믹코팅재를 제거하는 탈사단계와, 상기 트리에 다수개 붙어있는 주물을 절단하고, 주물의 절단면을 가공하는 절단 및 후처리단계와, 절단된 주물을 열처리하는 열처리단계와, 상기 열처리단계를 거친 주물의 외면을 매끄럽게 표면 처리하는 표면처리단계 및 상기 표면처리단계를 거친 복수개의 주물을 용접하여 머플을 성형하는 머플 성형단계를 포함하는 머플 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 머플 제조방법의 금형제작단계와 왁스사출단계는 사출된 몰드의 양 끝단에 내측에서 외측으로 라운드진 용접결합부를 금형에 형성할 수 있고, 상기 트리제작단계 제작된 몰드의 형상이 변형되는 것을 방지하기 위하여 합성수지 재질의 변형방지부재를 결합하는 변형방지부재 결합단계를 포함할 수 있으며, 상기 변형방지부재 결합단계에서 머플의 내부에 결합된 변형방지부재는 세라믹코팅 및 주형제작단계 전에 분리될 수 있다.

본 발명에 따른 머플 제조방법의 왁스사출단계와 트리제작단계 사이에는 상기 왁스금형 사출성형단계에서 제작된 몰드를 냉각수에 일시 보관하여 몰드의 형상이 변형되는 것을 방지하는 냉각수보관단계를 포함할 수 있고, 상기 냉각수보관단계에서 사용되는 냉각수의 온도는 0°C ~ 5°C 사이일 수 있다.

본 발명에 따른 머플 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 머플의 내부 결함이 적어 신뢰도가 높고, 압 검사 시에 압의 누출이 발생하지 않으며, 세밀형상으로 가공이 비교적 적다.

둘째, 다량 생산이 가능하고, 표면이 수려해 일반가공이 필요하지 않다.

셋째, 방사선투과검사와 압 검사 및 액체침투탐성검사 시 결함발생률이 적은 장점이 있다.

넷째, 내부 결함이 적어 압의 누출이 생기지 않는 효과로 인한 제품 수명 연장의 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 머플 제조방법의 순서를 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1의 제조방법에 의해 제조되는 머플을 구성하는 주물을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 왁스금형 사출성형단계에서 제작된 주물의 몰드에 변형방지부재가 부착된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 머플을 성형하기 위해 도 2의 주물을 복수개 용접하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 단계를 거쳐 성형된 머플을 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 균등한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 머플 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 머플 제조방법은, 금형제작단계(S1)와, 왁스사출단계(S2)와, 트리제작단계(S3)와, 세라믹코팅 및 주형제작단계(S4)와, 왁스제거단계(S5)와, 소성단계(S6)와, 용해주입단계(S7)와, 탈사단계(S8)와, 절단 및 후처리단계(S9)와, 열처리단계(S10)와, 표면처리단계(S11)와, 머플 성형단계(S12)를 포함한다.

상기 금형제작단계(S1)는 금형을 가공하여 내부가 빈 통형상을 이루도록 금형을 제작하는 단계이고, 상기 왁스사출단계(S2)는 제작된 금형에 왁스를 주입하여 몰드를 사출하는 단계이다.

상기 금형에 투입되는 왁스(Wax)는 상온에서 취급 시 변형되지 않고 안정한 것이어야 하며 1000°C로 가열할 경우 회분이 남지 않는 저융점 왁스를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 왁스는 용해온도가 60 ~ 80°C 범위이어야 하고 조작온도는 60°C 정도로 낮아야 하며 상온에서 연화되지 않고 강도를 유지해야하고 깨끗한 표면을 가져 주형과 잘 분리되며 가급적 수축과 팽창계수가 적어야 한다.

상기 금형제작단계(S1)과 상기 왁스사출단계(S2)를 거쳐 사출되는 몰드에는 용접결합부(12)가 형성된다. 상기 용접결합부(12)는 상기 몰드의 양 끝단에 내측에서 외측으로 라운드지게 형성되며, 상기 용접결합부(12)는 하부로 라운드지게 형성된다.

상기 왁스사출단계(S2)와 후술될 트리제작단계(S3) 사이에는 냉각수보관단계(S2-1)가 포함된다. 상기 냉각수보관단계(S2-1)는 상기 왁스사출단계(S2)에서 사출된 몰드의 변형을 방지하기 위하여 사출 제작된 상기 몰드를 냉각수에 일시 보관하는 단계이다.

상기 왁스사출단계(S2)에서 사출되는 몰드는 온도가 높은 상태에서 사출되기 때문에 변형이 쉽게 일어나며, 변형을 방지하기 위하여 냉각수에 일시 보관하여 몰드의 온도를 낮추면서 변형을 방지하게 된다. 상기 냉각수보관단계(S2-1)에서 사용되는 냉각수는 0°C ~ 5°C 사이의 온도를 가지는 것이 바람직하다.

상기 트리제작단계(S3)는 상기 왁스사출단계(S2)를 거쳐 몰드가 사출되면, 사출된 몰드를 용해가 주입되는 탕구에 탕도와 압탕을 복수개 접합시키는 단계이다.

트리를 제작하는 방법은 탕구를 지지대에 놓고 300°C 내외로 가열된 불칼을 이용하여 모형으로 된 탕구와 탕도를 녹여서 접합하고, 상기 탕구에 상기 왁스사출단계(S2)에서 사출된 몰드를 접합시켜 제작하게 된다.

상기 트리제작단계(S3)는 제작된 몰드의 형상이 변형되는 것을 방지하기 위한 변형방지부재 결합단계(S3-1)를 포함한다. 상기 변형방지부재 결합단계(S3-1)는 상기 왁스사출단계(S2)에서 사출된 몰드가 상온에서 보관될 때 몰드 각 부위별로 냉각되는 속도가 상이하여 발생하는 몰드의 형상 변형을 방지하기 위하여 합성수지 재질의 변형방지부재(20)를 상기 몰드에 결합하는 것으로, 특히 몰드의 부위 중 입구 및 출구 부위의 형상이 변형되는 것을 방지하기 위한 것이다.

이때, 사용되는 변형방지부재(20)는 고온상태와 저온상태에서 팽창율과 수축율이 낮은 재질인 열경화성수지로 형성되는 것이 바람직하며, 사용되는 열경화수지로는 페놀수지, 요소수지, 멜라민수지 등이 있다.

상기 변형방지부재 결합단계(S3-1)에서 몰드의 내부에 결합되어 상기 몰드의 변형을 방지하는 상기 변형방지부재(20)는 후술될 세라믹코팅 및 주형제작단계(S4) 전에 분리되게 된다.

상기 세라믹코팅 및 주형제작단계(S4)는 상기 변형방지부재(20)가 분리된 후 트리의 외면을 세라믹재질의 내화성물질로 코팅한 후 건조하여 주형을 제작하는 단계로서, 세라믹재질을 코팅 및 건조하는 과정을 반복적으로 여러 번 하게 된다.

상기 세라믹코팅은 슬러리(Slurry) 형태의 내화성물질을 몰드의 외면에 분사하는 것으로, 이때 사용되는 슬러리는 이산화규소(SiO₂)가 사용되며, 상기 몰드를 코팅하는 코팅실의 온도는 250°C 내외를 유지하도록 한다.

상기 세라믹코팅 및 주형제작단계(S4)에서 주의할 부분은 작업 중 코팅실에 충격을 가하여 공기 방울이 상기 몰드에 생기지 않도록 하는 것이다.

상기 세라믹코팅 및 주형제작단계(S4)에서 제작된 주형은 왁스제거단계(S5)를 거치게 된다. 상기 왁스제거단계(S5)는 제작된 주형에 열을 가하여 주형 내부의 왁스를 제거하는 단계로서, 제작된 주형을 거꾸로 세워 탈왁스기 내부에 진열한 후 탈왁스기의 문을 밀폐하고, 열을 가하여 주형 내부의 왁스가 하부로 떨어지도록 하는 것이다.

상기 밀폐기 내에서 상기 주형에 가해지는 열은 증기에 의한 것이 바람직하며, 증기는 150°C 내외의 온도에서 7.5kg/㎠의 분위기에서 상기 주형에 주입되게 되는 것이다.

상기 왁스제거단계(S5)를 거친 주형은 소성단계(S6)를 거치게 된다. 상기 소성단계(S6)는 열에 의해 내부의 왁스가 제거된 상기 주형을 소성로에 장입하여 상기 주형을 단단하게 하는 단계이다. 상기 소성단계(S6)는 주형을 단단하게 하는 목적도 있지만, 상기 주형의 내부에 남아 있을 수 있는 왁스을 완전히 제거하기 위한 목적도 있다. 상기 주형을 단단하게 하기 위한 소성로의 내부 온도는 600~700°C인 것이 바람직하다.

상기 소성단계(S6)를 거친 주형은 용해주입단계(S7)를 거치게 된다. 상기 용해주입단계(S7)는 주형의 내부에 용탕을 주입하는 단계로서, 용탕의 흐름이 평온한 상태에서 탕구를 통해 신속하게 주형의 내부로 주입한다.

내부에 용탕이 주입된 상기 주형은 탈사단계(S8)를 거치게 된다. 상기 탈사단계(S8)는 주형의 외면에 붙어있는 세라믹재질의 내화성물질로 이루어진 세라믹코팅재를 제거하는 단계이다.

상기 탈사단계(S8)를 거친 상기 주형은 절단 및 후처리단계(S9)를 거치게 된다. 상기 절단 및 후처리단계(S9)는 트리 주형에 붙어 있는 주물(10)들을 하나씩 떼어내는 단계와 떼어낸 주물(10)들의 절단면을 가공하는 단계로서, 절단기와 글라인더와 같은 공구가 사용되는 것이 바람직하다.

상기 절단 및 후처리단계(S9)를 거친 하나씩 절단된 상기 주물(10)은 열처리단계(S10)를 거치게 된다. 상기 열처리단계(S10)는 절단된 주물(10)을 열처리하는 단계로서, 담금질과 뜨임, 풀림, 불림 등의 방법을 이용하여 주물(10)의 기계적 성질을 변화시키는 것이다.

열처리 방법인 담금질과 뜨임, 불림 및 풀림은 일반적으로 널리 사용되는 것이므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 열처리단계(S10)를 거친 주물(10)은 표면처리단계(S11)를 거치게 된다. 상기 표면처리단계(S11)는 상기 열처리된 주물(10)의 외면을 매끄럽게 처리하는 단계로서, 상기 주물(10)의 외면을 글라인더를 이용하여 매끄럽게 가공하고, Shot Blast 표면 처리를 한다.

완성된 주물(10)들은 머플 성형단계(S12)를 거치게 된다. 상기 머플 성형단계(S12)는 상기의 단계(S1~S11)들을 거쳐 완성된 주물(10) 복수개를 용접하여 머플을 형성하는 단계로서, 주물(10)의 양 끝단에 형성된 용접결합부(12)를 연결시킨 상태에서 연결된 용접결합부(12)를 용접을 통해 연결하여 머플을 성형하는 단계이다.

상기 주물(10)들을 이어붙이기 위해 사용되는 용접방법으로는 TIG(Tungsten Inert Gas)용접이 사용되며, TIG용접은 이너트가스를 이용한 아크용접법으로, 텡스텐 불활성 아크용접이라고도 한다. 이는 이너트가스(헬륨이나 아르곤 가스 등의 불활성 가스)로 아크를 덮듯이 하여 산화/질화를 방지하는 용접방법으로 일반적으로 비철금속의 용접에 사용된다.

본 발명에 따른 머플 성형방법은 상기와 같은 복수개의 단계들을 거치면서 머플을 구성하는 주물(10)을 형성한 후 형성된 복수개의 주물들을 TIG용접에 의해 이어붙임으로써 머플을 성형하게 된다.

따라서, 머플의 내부 결함이 적어 신뢰도가 높고, 압 검사 시에 압의 누출이 발생하지 않으며, 세밀형상으로 가공이 비교적 적고, 다량 생산이 가능하며, 표면이 수려해 일반가공이 필요하지 않고, 방사선투과검사와 압 검사 및 액체침투탐성검사 시 결함발생률이 적은 장점이 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것과 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10 : 주물 12 : 용접결합부
20 : 변형방지부재 30 : 용접부

Claims (6)

1. 내부가 빈 통형상을 이루도록 금속을 가공하여 금형을 제작하는 금형제작단계;
   제작된 금형에 왁스를 주입하여 몰드를 사출하는 왁스 사출 단계;
   용탕이 주입되는 탕구에 탕도 역할을 하는 몰드를 다수개 접합시켜 트리를 제작하는 트리제작단계;
   제작된 트리의 외면에 세라믹재질의 내화성물질을 코팅한 후 건조하여 주형을 제작하는 세라믹코팅 및 주형제작단계;
   상기 주형을 가열하여 왁스를 녹여 제거하는 왁스제거단계;
   왁스가 제거된 상기 주형에 열을 가하여 상기 주형을 단단하게 하는 소성단계;
   상기 소성단계를 거친 주형의 내부에 용탕을 주입하는 용해주입단계;
   주형의 외면에 붙어있는 세라믹재질의 내화성물질로 이루어진 세라믹코팅재를 제거하는 탈사단계;
   상기 트리에 다수개 붙어있는 주물을 절단하고, 주물의 절단면을 가공하는 절단 및 후처리단계;
   절단된 주물을 열처리하는 열처리단계;
   상기 열처리단계를 거친 주물의 외면을 매끄럽게 표면 처리하는 표면처리단계; 및
   상기 표면처리단계를 거친 복수개의 주물을 용접하여 머플을 성형하는 머플 성형단계를 포함하는 머플 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 금형제작단계와 왁스 사출 단계는,
   사출된 몰드의 양 끝단에 내측에서 외측으로 라운드진 용접결합부를 금형에 형성하는 머플 제조방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 트리제작단계는,
   제작된 몰드의 형상이 변형되는 것을 방지하기 위하여 합성수지 재질의 변형방지부재를 결합하는 변형방지부재 결합단계를 포함하는 머플 제조방법.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 변형방지부재 결합단계에서 머플의 내부에 결합된 변형방지부재는 세라믹코팅 및 주형제작단계 전에 분리되는 머플 제조방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 왁스금형 사출성형단계와 상기 트리제작단계 사이에는 상기 왁스금형 사출성형단계에서 제작된 몰드를 냉각수에 일시 보관하여 몰드의 형상이 변형되는 것을 방지하는 냉각수보관단계를 포함하는 머플 제조방법.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 냉각수보관단계에서 사용되는 냉각수의 온도는 0°C ~ 5°C 사이인 머플 제조방법.
   

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