KR20150126813A

KR20150126813A - 용융 재료의 개선된 원심 주조법

Info

Publication number: KR20150126813A
Application number: KR1020157008987A
Authority: KR
Inventors: 존 더블유. 4세 폴츠; 라울 에이. 마르티네즈-아이어스; 아론 엘. 포스딕
Original assignee: 에이티아이 프로퍼티즈, 인코퍼레이티드
Priority date: 2013-03-11
Filing date: 2014-03-04
Publication date: 2015-11-13
Also published as: US20150352633A1; WO2014164041A3; BR112015018294A8; AU2014249737A1; RU2660437C2; UA117354C2; AU2016204156B2; AU2016204156A1; AU2019201439A1; BR112015018294B1; US10252327B2; EP2969309A2; BR112015018294A2; US9364890B2; US20160221073A1; KR20200044142A; CN107876722A; AU2016204925A1; KR102207431B1; WO2014164041A2

Abstract

본 발명에 따르면, 원심 주조 장치, 회전 조립체, 및 용융 재료로부터 제품을 주조하기 위한 몰드를 위한 여러 개선된 특징들이 제공된다. 상기 개선된 특징들은, 그 외의 다른 것들 중에서도, 몰드의 공동들에 인접하게 위치된 테이퍼형 게이트 부분, 연장되고 공유되는 게이팅 시스템, 및 주조 공정 동안 몰드의 열역학적 성질 및 행태를 변형시키기 위해 탈착가능한 몰드 구성을 포함한다.

Description

용융 재료의 개선된 원심 주조법{ENHANCED TECHNIQUES FOR CENTRIFUGAL CASTING OF MOLTEN MATERIALS}

본 출원은 2013년 3월 11일 출원된 미국 특허출원번호 13/792,929호, 및 2014년 1월 31일 출원된 미국 특허출원번호 14/169,665호를 기초로 우선권을 주장하며, 이 두 미국 특허출원은 본 명세서에서 참조문헌들로 전반적으로 인용된다.

본 발명은 일반적으로 원심 주조 장치 및 방법들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 금속성 재료의 원심 주조 장치 및 방법에 관한 것이다.

금속 주조법은 일반적으로 용융된 금속성 재료의 용적을 정지식 또는 회전 몰드에 공급하고 이 재료를 냉각시켜 몰드에 의해 형성된 주물을 제작하는 단계를 포함한다. 주물은 거의 전체적인 형태로 주조될 수 있거나 최종 구성요소를 형성하기 위해 추후의 단조 또는 기계가공으로 추가로 변경될 수도 있다. 금속성 재료는 상변환 동안 액체로부터 고체로 수축되어, 주물이 비-조절된 수축 기공을 포함하는, 특히 금속성 재료, 가령, 예를 들어, 티타늄 알루미나이드(TiAl)계 합금 및 그 외의 다른 TiAl 재료들을 주조하는데 어려움이 있다. 수축 기공은 기본적인 경화 기계학(solidification mechanics)에 고유한 성질로서, 미세구조 뿐만 아니라 주조 수율에도 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 일반적으로, 최소화된 내부화된 기공(internalized porosity)이 처리 공법, 가령, 열간 정수압 소결법(hot isostatic pressing; HIP)에 의해 제공될 수 있다. 하지만, 조절되지 않은 내부 기공은 주물의 표면 품질에 영향을 끼치는 표면 비틀림이 발생하게 하고 제작 비용이 올라간다. 또한, 조절되지 않은 내부 기공은 주물이 주물 구성요소들로부터 분리되거나 분할될 때 노출될 수도 있다. 기공이 표면 연결될 때, 최근의 처리 공법들은 다수의 주조 분야에서 적합하지 않을 수 있다. 예를 들어, 기공을 둘러싸거나 채우도록 설계된 표면 처리 공법들은 주물의 연속성을 유지하는 데 실패할 수 있으며, 이에 따라 주조 재료의 기계적 성질에 바람직하지 못한 영향을 미칠 수도 있다. 재료 제거법, 가령, 외부 기공(external porosity)을 제거하는 기계가공법은 주조 수율을 줄이고 또 다른 기공에 노출될 수 있게 한다.

다양한 금속성 재료, 가령, 티타늄 알루미나이드계 합금을 주조하기 위한 종래 기술의 주조법들은 기공을 조절할 수 있어서, 내부화된 기공이 주물 표면 및 주조 영역들로부터 떨어져 내부화되고 이후 분할될 수 있다. 예를 들어, 그 밖에도 일련의 정지식 주조 및 진공 아크 재용해법을 사용하여 티타늄 알루미나이드의 준비 과정이 기술된다. 하지만, 이러한 정지식 주조법들은 HIP을 사용하여 제거될 수 없는 상당한 기공을 생성한다. 또한, 원심분리기가 회전속도에 도달하기 전에, 용융 재료를 원심분리기에 공급할 필요가 있는 티타늄 알루미나이드 주물을 준비하기 위한 원심 주조법에 대해서도 기술된다. 하지만, 냉각 속도 및 경화는 각각의 주물 피스용 몰드 및 개별 가열 방법의 필요성만큼 조절하기가 어렵다는 것은 자명하다. 그 외의 다양한 원심 주조법이 보고되었지만, 그 어떤 주조법도 수축 기공을 적절하게 조절할 수 없다.

금속성 재료를 주조하기 위한 종래 기술의 주조법, 가령, 원심 주조법과 관련된 단점들을 고려할 때, 금속성 재료를 주조하기 위해 개선된 공법을 개발하는 것이 유리할 것이다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 원심 주조 장치의 하나의 비-제한적인 실시예는 회전축 주위로 회전하도록 구성된 회전 조립체를 포함한다. 상기 회전 조립체는 회전축 주위에 위치되고 용융 재료의 공급을 수용하도록 구성된 스프루 챔버를 포함한다. 스프루 챔버로부터 원심력의 일반적인 방향으로 용융 재료를 수용하도록 제1 게이트 및 제2 게이트가 위치된다. 제1 공동과 제2 공동은 적층되며(stacked) 이들은 각각 제1 게이트와 제2 게이트로부터 원심력의 일반적인 방향으로 용융 재료를 수용하도록 위치된다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 원심 주조 몰드의 하나의 비-제한적인 실시예는 용융 재료의 공급을 수용하도록 구성된 전면, 뒷면, 제1 공동, 및 제2 공동을 포함한다. 제1 및 제2 공동은 각각 전면으로부터 뒷면을 향해 연장되고 측벽 및 몰드의 뒷면에 인접한 뒷벽에 의해 형성된다. 제1 및 제2 공동은 적층되며 원심력의 일반적인 방향으로 용융 재료를 수용하도록 구성된다. 몰드는 제1 및 제2 공동을 차등 단열시켜(differentially insulate) 뒷벽으로부터 원심력의 일반적인 방향을 향해 방향성 경화(directional solidification)를 촉진시키기 위하여 뒷벽에서의 용융 재료로부터의 열추출 속도가 측벽에서의 열추출 속도보다 더 커지도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 영구적인 원심 주조 몰드의 하나의 비-제한적인 실시예는 용융 재료의 공급을 수용하도록 구성된 전면, 뒷면, 및 전면으로부터 뒷면을 향해 연장되는 제1 공동을 포함한다. 상기 제1 공동은 측벽 및 몰드의 뒷면에 인접한 뒷벽에 의해 형성된다. 몰드 내에 형성된 제1 게이트가 전면과 제1 공동 사이에 위치된다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 금속성 재료의 주물 제작의 원심 주조 방법은 스프루 챔버 주위에 위치된 복수의 공동과 복수의 게이트를 포함하는 회전 조립체를 배열시켜 복수의 게이트와 복수의 공동이 스프루 챔버로부터 원심력의 일반적인 방향으로 용융 재료를 수용하도록 위치되게 하는 단계를 포함한다. 복수의 게이트는 각각 복수의 공동 중 하나에 결합되고, 복수의 공동 중 2개 이상은 적층된다. 상기 방법은 회전 조립체를 회전시키는 단계를 추가로 포함한다. 또한, 상기 방법은 용융된 금속성 재료 공급을 스프루 챔버에 전달하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 원심 주조 장치 조립 방법은 회전축 위에 웨지(wedge)를 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 2개 이상의 몰드가 웨지와 밀봉 결합되도록 위치시키는 단계를 포함하며, 여기서 2개 이상의 몰드는 각각 전면을 포함하고 전면으로부터 몰드 내로 연장되는 2개 이상의 공동을 형성한다. 상기 방법은 용융 재료를 수용하도록 구성된 스프루 챔버를 형성하는 단계를 추가로 포함하는데, 여기서 스프루 챔버의 적어도 일부분은 2개 이상의 몰드의 전면의 적어도 일부분에 의해 형성된다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 몰드의 한 실시예는 원심 주조 장치의 회전 조립체와 작동 가능하게 결합하도록(operative association) 구성된다. 상기 몰드는 회전 조립체의 회전에 의해 생성된 원심력의 일반적인 방향으로 용융 재료를 수용하도록 구성된 입구 포트를 가진 하나 이상의 공동을 포함할 수 있다. 또한, 몰드 내에 게이트가 공동의 입구 포트와 소통될 수 있는데, 상기 게이트는 공동의 입구 포트에 인접하게 위치된 하나 이상의 테이퍼형 부분을 포함한다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 몰드의 한 실시예는 원심 주조 장치의 회전 조립체와 작동 가능하게 결합되도록 구성된다. 상기 몰드는 회전 조립체의 회전에 의해 생성된 원심력의 일반적인 방향으로 용융 재료를 수용하도록 구성된 입구 포트를 가진 하나 이상의 공동을 포함할 수 있다. 또한, 몰드는 공동의 입구 포트와 소통되는 연장된 게이트를 포함할 수 있으며 상기 공동은 사전결정된 종횡비(aspect ratio)를 가진 다수의 서브-구성요소(sub-component)들로 세분될 수 있는 주물 구성요소를 제작하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 몰드의 한 실시예는 원심 주조 장치의 회전 조립체와 작동 가능하게 결합되도록 구성된다. 상기 몰드는, 각각, 회전 조립체의 회전에 의해 생성된 원심력의 일반적인 방향으로 용융 재료를 수용하도록 구성된 입구 포트를 가진 2개 이상의 공동을 포함할 수 있다. 공동은 공동의 두 입구 포트들과 소통되는 공통 게이트를 공유할 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 몰드의 한 실시예는 원심 주조 장치의 회전 조립체와 작동 가능하게 결합되도록 구성된다. 상기 몰드는 회전 조립체의 회전에 의해 생성된 원심력의 일반적인 방향으로 용융 재료를 수용하도록 구성된 입구 포트를 가진 하나 이상의 공동을 포함할 수 있다. 또한, 몰드는 제1 재료를 포함하는 본체 부분, 본체 부분에 결부될 수 있거나 본체 부분으로부터 탈착가능한 뒷벽 부분을 포함할 수 있으며, 상기 뒷벽 부분은 제2 재료를 포함한다. 상기 제1 및 제2 재료는 상이한 타입의 재료일 수 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 몰드의 한 실시예는 원심 주조 장치의 회전 조립체와 작동 가능하게 결합되도록 구성된다. 상기 몰드는 회전 조립체의 회전에 의해 생성된 원심력의 일반적인 방향으로 게이트로부터 용융 재료를 수용하도록 구성된 입구 포트를 가진 하나 이상의 공동을 포함할 수 있다. 또한, 슬롯이 공동의 입구 포트에 인접하게 형성될 수 있는데, 상기 슬롯은 내부에 게이트의 측벽을 탈착 가능하게 수용하도록 구성된다.

본 명세서에 기술된 장치와 방법의 특징들과 이점들은 첨부 도면들을 참조함으로써 더 잘 이해될 수 있다:
도 1은 종래 기술의 원심 주조 조립체의 회전 조립체를 반-개략적으로 예시한 도면;
도 2는 본 발명의 다양한 비-제한적인 실시예들에 따른 원심 주조 장치의 회전 조립체의 특정 구성요소들을 단순화하여 반-개략적으로 도시한 도면;
도 3은 본 발명의 다양한 비-제한적인 실시예들에 따른 원심 주조 장치의 회전 조립체의 특정 구성요소들의 투시도;
도 4는 본 발명의 하나의 비-제한적인 실시예에 따른 도 3에 예시된 회전 조립체의 특정 구성요소들의 부분 분해 투시도;
도 5는 도 3에 예시된 회전 조립체의 특정 구성요소들의 부분 분해 투시도로서, 본 발명의 하나의 비-제한적인 실시예에 따라 도 3의 화살표 방향으로 라인 5-5를 따라 절단하여 도시한 테이블, 웨지, 및 수용 링의 횡단면을 보여주고;
도 6은 본 발명의 다양한 비-제한적인 실시예들에 따른 원심 주조 장치의 회전 조립체의 특정 구성요소들의 투시도;
도 7은 도 6에서 화살표 방향으로 라인 7-7을 따라 절단하여 도시한 횡단면도로서, 본 발명의 하나의 비-제한적인 실시예에 따라 도 6에 예시된 회전 조립체의 특정 구성요소들을 보여주며;
도 8은 본 발명의 하나의 비-제한적인 실시예에 따른 몰드의 전방도;
도 9는 본 발명의 다양한 비-제한적인 실시예들에 따른 원심 주조 장치의 회전 조립체의 특정 구성요소들의 투시도;
도 10은 본 발명의 하나의 비-제한적인 실시예에 따른 몰드의 횡단면의 투시도;
도 11은 본 발명의 다양한 비-제한적인 실시예들에 따른 몰드의 투시도;
도 12는 본 발명의 하나의 비-제한적인 실시예에 따라 도 11에 예시된 몰드의 제1 공동을 따라 절단한 횡단면의 투시도;
도 13은 본 발명의 하나의 비-제한적인 실시예에 따라 도 11에 예시된 몰드의 제2 공동을 따라 절단한 횡단면의 투시도;
도 14는 본 발명의 하나의 비-제한적인 실시예에 따라 도 11에 예시된 몰드의 제3 공동을 따라 절단한 횡단면의 투시도;
도 15는 본 발명의 하나의 비-제한적인 실시예에 따라 도 11에 예시된 몰드의 제4 공동을 따라 절단한 횡단면의 투시도;
도 16은 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 구성된 테이퍼형 부분을 포함하는 게이트의 부분을 예시한 투시도;
도 16a는 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 구성된 테이퍼형 부분을 포함하는 게이트를 개략적으로 예시한 평면도;
도 17은 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 연장된 게이트로 구성된 몰드의 한 부분의 투시도;
도 18은 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 연장된 게이트로 구성된 몰드의 한 부분(예시를 위해 투명하고 견고한 부분)의 투시도;
도 19는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 공통 게이트로 구성된 몰드의 한 부분의 투시도;
도 20은 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 구성된 회전 조립체를 포함하는 원심 주조 장치의 투시도;
도 21은 도 20의 몰드의 상부 평면도;
도 22는 본 발명의 다양한 실시예들에 따라 구성된 몰드의 한 부분의 투시도이다.
독자는 본 발명에 따른 장치 및 방법들의 특정의 비-제한적인 실시예들을 상세하게 기술한 하기 내용들을 읽음으로써 앞에서 기술한 세부사항, 뿐만 아니라 그 밖의 세부사항들을 이해할 것이다. 또한, 독자는 본 명세서에 기술된 장치와 방법들을 사용하거나 또는 실시함으로써 이러한 추가적인 특정 세부사항들을 이해할 수 있다.

금속성 재료들은 일반적으로 하나 또는 그 이상의 금속 요소를 포함할 수 있으며, 몇몇 경우에서는 하나 또는 그 이상의 비-금속 요소를 포함할 수 있다. 수축 기공(Shrinkage porosity)은 이러한 다수의 금속성 재료의 기본적인 경화 기계학(solidification mechanics)에 고유한 성질로서, 주조될 때, 주물의 기계적 성질에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 다양한 금속성 재료, 예를 들어, 티타늄 알루미나이드계 합금을 위한 기존의 정지식 및 원심 주조법들은 주물의 표면 및 주물이 연속적으로 분할될 수 있는 영역에서 기공을 조절할 수 있다.

다양한 비-제한적인 실시예들에서, 본 발명은 회전 조립체 및 수축 기공을 조절하도록 구성된 구성요소들을 포함하는 원심 주조 장치들을 기술한다. 예를 들어, 용융 재료, 가령, 용융된 금속성 재료를 주조 기공(casting pore) 내에 공급하여 경화 재료 내에 용융 재료 결핍(starvation)을 최소화시키기 위해 원심력이 사용될 수 있다. 조절된 수축 기공은 일반적으로 기공이 추후 처리로 제거될 수 있도록 주물 내의 수축 기공의 위치 및/또는 양을 조절하는 것을 포함한다. 예를 들어, 조절된 수축 기공은 내부화된(internalized), 예를 들어, 비-표면 연결된 및/또는 최소화된 수축 기공을 포함할 수 있다. 몇몇 비-제한적인 실시예들에서, 수축 기공은 내부화된 기공(internalized porosity)이 대기에 노출되지 않고도 주물이 주물 구성요소 또는 재료로부터 제거되거나 및/또는 분할될 수 있도록 주물의 특정 영역들로부터 떨어져서 내부화될 수 있다.

특정의 비-제한적인 실시예들에 따르면, 기술된 원심 주조 장치 및 방법들은 추후의 다양한 주물 처리를 수행하며 표준 제작 공정, 가령, 인베스트먼트 주조법(investment casting)에 사용되는 공정을 제거할 수 있다. 종종 60개 또는 그 이상의 몰드 구성요소 조립을 필요로 하는 종래 기술의 원심 주조 장치들에 비해, 본 명세서에 기술된 원심 주조 장치의 특정의 비-제한적인 실시예들은 통상적인 개수의 메인 구성요소보다 적은 구성요소들로부터 조립될 수 있어서 설정 시간(setup time)을 현저하게 줄일 수 있는 회전 조립체를 포함한다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 주물은 예를 들어 HIP에 의해 처리되거나 및/또는 열처리될 수 있다. 특정의 비-제한적인 실시예들에 따르면, 기술된 원심 주조 장치 및 방법들에 의해 처리된 주물은 추후에 예를 들어 다양한 고온의 구성요소 또는 젯 엔진, 터보차지를 위한 최종 구성요소를 제작하는 단조 또는 기계가공 분야에서 사용되기에 적합할 수 있다.

본 발명에 따른 장치 및 방법들은 주조 금속성 재료에 사용될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 것과 같이, 금속성 재료는 금속 및 금속 합금을 포함할 수 있다. 금속성 재료는 예를 들어, TiAl 재료를 포함하는데, 이 재료는 예를 들어 TiAl계 합금을 포함한다. TiAl계 합금은 티타늄 및 알루미늄 외에도 하나 또는 그 이상의 합금 요소를 포함할 수 있다. 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 본 발명의 장치 및 방법들은 티타늄 및 약 25.0 내지 52.1 원자퍼센트(atomic percent) 알루미늄 또는 약 14 내지 36 중량퍼센트(weight percent) 알루미늄을 포함하는 TiAl 재료를 주조하도록 사용될 수 있다. 기술된 원심 주조 장치 및 방법들은 위에서 기술된 것에 제한되지 않고, 그 밖의 퍼센트의 알루미늄 및 그 외의 다른 합금 요소들을 포함하는 TiAl 재료의 주물을 제작하도록 사용될 수 있다. 본 명세서에서는 다양한 비-제한적인 실시예들과 바람직한 특징들이 TiAl계 합금 및 그 밖의 TiAl 재료들에 대해 기술되지만, 기술된 장치 및 방법들은 여기에만 제한되지 않는다는 것을 이해해야 된다. 당업자는 기술된 장치 및 방법들이 TiAl 재료를 넘어서, 가령, 예를 들어, 이들에만 제한되지 않고, 수축 기공으로부터 영향을 받거나 혹은 TiAl 재료와 비슷한 그 외의 다른 성질 또는 특성을 가진 금속성 재료에 광범위하게 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. TiAl 재료에 적용될 때, 특정의 비-제한적인 실시예들이 종래 기술의 주조법에 비해 현저한 이점을 제공할 수 있지만, 본 명세서에 기술된 장치 및 방법들은 종래 기술의 주조법에 비해 혜택이나 이점을 가지도록 제한 없이 그 외의 다른 금속성 재료를 주조하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

본 발명의 다양한 비-제한적인 실시예들에 적용될 때, 본 명세서에 기술된 원심 주조 장치, 회전 조립체, 몰드, 및/또는 구성요소들은 다양한 금속성 재료, 금속성 재료들의 조합, 세라믹 재료, 및/또는 금속성 및 세라믹 재료들의 조합을 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들은, 다양한 그 밖의 타입의 구성요소 또는 제품들 중에서, 예를 들어 및 이들에만 제한되지 않고, 가스 터빈 구성요소, 터보차저 구성요소, 및/또는 내연기관 구성요소를 제작하는데 사용할 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

TiAl 재료들은 통상적으로 정지식 인베스트먼트 주조법을 이용하여 주조되어 왔다. 보다 최근에는, TiAl 재료들을 주조하기 위해 다양한 원심 주조법, 가령, 원심 인베스트먼트 주조법이 제안되어 왔다. 하지만, 이러한 주조법들은 공동(void)이 최종 주물 피스(cast piece) 내에 해로운 위치를 형성할 수 있게 하여 따라서 제작 비용이 올라가고, 기계적 성질이 제한되거나, 및/또는 최종 주물 피스의 구조 특성을 손상시킬 수 있게 한다. 이러한 주조법은 공동 및 공동 당 주물의 개수에 제한된다. 도 1은 종래 기술의 원심 주조 장치(2)를 반-개략적으로 도시한 도면이다. 장치(2)는 일반적으로 용융 재료를 재료 공급원(S)으로부터 공정 동안 장치(2)가 회전되는 회전축(R) 가까이 위치된 스프루 챔버(4)로 공급하도록 요구된다. 장치(2)는 용융 재료(점선으로 도시됨)를 러너 시스템(6)을 통해 각각의 몰드 공동(10)의 입구에 위치된 일련의 게이트(8)로 보내도록 요구되는 간접 게이팅(Indirect gating)을 사용한다. 간접 게이팅은 용융 재료를 원심력(F) 방향과 나란한 방향과는 다른 방향, 도 1에 도시된 것과 같이, 수직 방향으로 또는 예를 들어 미국 특허출원공보 US 2012/0207611 A1호에 기술된 것과 같이 원심력에 대해 반대 방향으로 공동에 공급한다. 이와 같이, 용융 재료는 주물 공동(10)의 입구 포트에 도달하기 전에 이동되어야 하는 추가적인 수직 게이팅 구성요소(8)에 도달하기 위하여 다양한 러너(6)를 따라 증가된 반경방향 거리를 이동해야 한다. 다양한 러너(6), 및 종종 수직 게이팅 구성요소(8)는 주조 부분과 나란하지 않다. 따라서, 용융 재료는 원심력에 반대인 주물 공동(10)에 유입되어야 한다. 또한, 주물 공동(10)의 횡단면은 다양한 러너(6), 게이팅(8), 및 입구 포트보다 더 크다. 따라서, 러너 손실로 인해 수율이 감소되는 것 외에도, 장치(2)는 수축 기공을 적절하게 조절할 수 없으며 조기 경화(premature solidification), 불량한 몰드 충진(poor mold fill), 및 용융 재료 결핍되기 쉽다.

직접 게이팅(direct gating)은 용융 재료가 일반적으로 원심력 방향으로 공동에 공급된다는 점에서 간접 게이팅과 상이하다. 직접 게이팅은 간접 게이팅이 몰드 내의 난류를 줄일 수 있기 때문에 종래 기술의 원심 주조 장치에는 사용되지 않는다.

본 발명에 따른 원심 주조의 하나의 비-제한적인 실시예의 특정 구성요소들을 단순화하여 반-개략적으로 도시한 도 2를 보면, 원심 주조 장치의 회전 조립체(12)가 조밀한 주물을 제작하도록 수축 기공을 조절하기 위해 원심력을 이용하고 수율 손실을 줄이는 직접 게이팅 시스템과 구성될 수 있다. 예를 들어, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 용융 재료 공급원(M)이 용융 재료(일반적으로 점선으로 도시됨)를 회전 조립체(12)에 대한 회전축(R) 위에 또는 회전축에 인접하게 위치된 스프루 챔버(14)로 공급할 수 있다. 각각 적층된 몰드 공동(18a-18f)에 결합된 일련의 게이트(16a-16f)가 일반적으로 원심력(F) 방향으로 용융 재료를 공동(18a-18f)으로 전달하기 위해 스프루 챔버(14)에 결합될 수 있다. 공정 시에, 예를 들어, 진공 아크 재용해법(vacuum arc remelting: VAR) 용해장치(일반적으로 용융 재료 공급부로서 도시됨)가 스프루 챔버(14) 위에 위치된 깔때기(funnel)를 통해 도가니로부터 부어질 수 있는 용융 재료의 과열 용융물(superheated melt)을 형성하도록 사용될 수 있다. 과열 용융 재료는 스프루 챔버(14) 내에 유입되어 공동(18a-18f)이 모두 채워질 때까지 인접한 게이트(16a-16f)를 통해 공동(18a-18f)을 채우기 시작할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에 따르면, 적층된 공동(18a-18f)에 결합된 게이트(16a-16f)는 하나 이상의 몰드 충진 시간 동안 액체 용융 재료 내에 담겨질 수 있다. 예를 들어, 스프루 챔버(14)는 모든 게이트(16a-16f)들이 완전히 잠기도록 과열 용융 재료로 채워질 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 공동(18a-18f)은 다수의 최종 피스를 형성하도록 수치가 형성된다(dimensioned). 예를 들어, 게이트(16a-16f)가 복수의 최종 피스들을 포함하는 주물을 제작하도록 수치가 형성된 공동(18a-18f)에 결합될 수 있다. 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 주물 피스들은 주물 공동(18a-18f)을 따라 나란하게 배열되어 게이트 당 형성될 수 있는 주물의 개수를 증가시킬 수 있다.

종래 기술의 원심 주조 게이팅 디자인은 용융 재료를 제한된 경로, 가령, 종종, 독특한 초크 지점(choke point)를 통해 공동으로 공급한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 장치(2) 내의 게이트(8)의 횡단면적 또는 직경은 각각의 게이트(8)에 결부된 각각의 주물 공동(10)의 횡단면적 또는 직경보다 더 크다. 그에 비해, 도 2에 도시된 것과 같이, 기술된 원심 주조 장치(12)의 다양한 비-제한적인 실시예들은 주물 혹은 공동(18a-18f)의 횡단면적 또는 직경보다 더 큰 횡단면적 또는 직경을 포함하는 게이트(16a-16f)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 비-제한적인 실시예들에서, 일정 길이의 게이트(16a-16f)의 용적(volume)이 이와 균등한 길이의 공동(18a-18f)의 용적보다 더 크다. 예를 들어, 공동(18a-18f)에 인접한 일정 길이의 게이트(16a-16f)가 균등한 길이를 가진 공동(18a-18f)의 인접한 영역보다 더 큰 용적을 포함할 수도 있다.

TiAl 재료를 위한 공지된 원심 주조법은 도 1에 도시된 것과 같이 각각의 최종 주물 피스를 제작하기 위해 단일의 게이트(8)를 공동(10)에 연결한다. 이에 따라, 상당한 개수의 피스를 제작하기 위하여, 스프루 챔버(14)의 직경은 상대적으로 커야 되고, 얇은 용융 층(molten layer)과 같이 용융 재료가 스프루 챔버(14)로부터 공동(10)까지 실질적인 거리를 이동할 필요가 있다. 용융 재료가 얇은 층과 같이 이동할 때, 재료는 과열을 손실하여 조기 경화, 불량한 몰드 충진, 및 불량한 표면 마감(surface finish)을 가진 주물이 될 수 있다. 그에 비해, 도 2에 도시된 것과 같이, 회전 조립체(12)는 직접 게이팅을 사용하여 일반적인 원심력(F) 방향으로 용융 재료를 복수의 적층된 공동(18a-18f)으로 공급할 수 있다. 적층된 공동(18a-18f)은 용융 재료가 몰드 공동(18a-18f)에 도달하기 위해 이동해야 하는 거리를 줄이면서도 공급 당 제작될 수 있는 주물 개수를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 동일한 개수의 게이트를 사용하는 종래 기술의 원심 주조 장치에 비해, 회전 조립체(12)는 줄어든 직경을 가진 스프루 챔버(14)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 게이트(16a-16f) 당 용융 재료의 용적은 줄어들 수 있으며, 줄어든 직경의 스프루 챔버(14) 내의 용융 재료의 용적은 근사화되어(proximity) 과열 보유(superheat retention)를 촉진시킬 수 있다. 이는 스프루 챔버(14) 내의 용융 재료의 공급을 차단할 수 있는 조기 경화 또는 주탕 불량(misrun)이 발생하여 경화 주물에 도달하는 것을 방지하기 위해 용융 재료의 유동성(fluidity)을 유지할 수 있다. 그에 따라, 러너 수율 손실(runner yield loss)이 줄어들 수 있고, 제작 수율은 증가될 수 있으며, 표면 마감이 향상될 수 있다.

다양한 비-제한적인 실시예들에서, 회전 조립체(12)는 재료에 내부화될 수 있도록 수축 기공의 위치 및 양을 조절할 수 있는 몰드 디자인을 포함한다. 그 뒤, 내부화된 기공은 추후의 열-기계 처리를 통해 제거될 수 있다. 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 몰드는 금속성 재료, 가령, 철 및 철 합금, 예를 들어, 스틸, 가령, 반-금속성 재료, 가령, 그래파이트를 포함하는 재료로 제작될 수 있다. 하나의 비-제한적인 실시예에 따르면, 이러한 재료들로 제작된 몰드는 영구적인 주조 몰드, 예를 들어, 일반적으로 재사용가능한 주조 몰드를 포함할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 상기 재료들로 제작된 몰드는 내포 산화물(entrapped oxide)에 의해 주조 제품의 오염을 줄이거나 제거할 수 있다. 예를 들어, 인베스트먼트 주조법에 사용되는 몰드는 통상 산화물로 제조된다. 하지만, 주조 공정 동안, 몰드를 구성하는 산화물 입자들은 인베스트먼트 주조 제품 내에 변함없이 내포되게 된다(invariably become entrapped). 그 뒤, 내포된 입자들은 주조 제품의 재료와 반응하여 잠재적인 피로 개시 부위(fatigue initiation site)를 제공할 수 있다. 인베스트먼트 주조 몰드는 TiAl 또는 주조되는 특정 합금을 용융시키기 위해 비활성이 되도록 가공될 수 있으며, 내포된 입자들을 부분적으로 제거하기 위해 다양한 화학 및 기계가공 방법들이 사용가능할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 입자 내포(particle entrapment)는 피할 수 없으며 위에서 언급한 임시적인 방편들은 특히 고온 및 고-응력의 환경에서 작동하기 위한 최종 제품, 가령, 터빈을 제작하도록 사용되는 주물의 경우 이상적이지 못하다. 내포 산화물들에 의해 최종 제품의 오염을 줄이거나 제거하는 것 외에도, 금속성 재료들을 포함하는 몰드는 스크랩 내의 내포 산화물들로 인해 리사이클 루프(recycle loop)의 오염 위험성을 줄이거나 제거할 수 있다. 예를 들어, 위에서 기술된 것과 같이, 인베스트먼트 주물은 종종 내포 산화물들을 포함하며, 따라서, 예를 들어 인베스트먼트 주물로부터 복귀된(revert) 스크랩도 이와 비슷하게 내포 산화물들을 포함할 수 있다. 그에 따라, 상기 재활용된 스크랩을 사용하는 주조 제품들은 내포 산화물들로 오염될 수 있다. 하지만, 위에서 언급된 금속성 재료들로 제작된 몰드 내에 형성된 주물로부터 나온 스크랩은 이러한 내포물에 대한 위험을 가지지 않아서 따라서 리사이클 루프의 오염과 관련된 위험 없이도 재활용될 수 있다. 그에 따라, 리사이클링 전의 스크랩의 광범위한 세척이 필요하지 않을 수도 있으며, 이에 따라 시간을 절약하고 비용을 줄일 수 있다. 위의 이점들에도 불구하고, 몇몇 실시예들은 그 외의 다른 재료들로 제작된 몰드를 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 몰드는 소모성 원심 주조 몰드를 포함할 수 있다. 이러한 몰드는 소모성 재료, 가령, 예를 들어, 모래 또는 산화물로 제작될 수도 있다.

특정의 비-제한적인 실시예들에서, 몰드는 용융 재료의 영역들의 냉각 속도를 조절함으로써 경화 공정을 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 몰드는 용융 재료로부터 추출된 열 에너지의 속도 및/또는 양을 제한하도록 구성된 단열 특징부(insulation feature) 포함할 수 있다. 단열 특징부는 일반적으로 몰드와 관련된 구조 또는 재료 특징부들을 포함할 수 있으며 용융 재료로부터 몰드로의 열전달 속도 및/또는 몰드의 영역의 열용량(heat capacity)을 확대하도록 구성될 수 있다. 하나의 비-제한적인 실시예에서, 용융 재료로부터의 열전달 속도는 몰드의 형태에 의해 적어도 부분적으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 몰드의 하나 또는 그 이상의 영역들의 두께는 상기 영역의 열용량을 줄이거나 혹은 증가하도록 줄이거나 혹은 증가될 수 있다. 하나의 비-제한적인 실시예에서, 몰드에 의해 추출될 수 있는 열 에너지의 양 및/또는 속도는 몰드의 한 영역의 질량 또는 밀도에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 포켓(예를 들어, 도 9, 332a, 338a를 참조하라)들은 용융 재료로부터의 열전달 속도를 줄이기 위해 공동(18a-18f)에 인접한 몰드의 면(face) 또는 벽에 형성될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 포켓들은 포함될 수 있거나, 개방될 수 있거나 배출될 수 있거나 혹은 포켓 내에 위치된 재료 또는 가스를 포함할 수 있다.

다양한 비-제한적인 실시예들에서, 몰드는 용융 재료로부터 추출된 열을 조절하여 재료의 냉각을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 위에서 언급한 것과 같이, 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 몰드가 공동(18a-18f)의 하나 또는 그 이상의 부분들을 차등적으로 단열하도록 구성될 단열 특징부를 포함할 수 있다. 차등 단열 특징부(differential insulation feature)는 예를 들어 용융 재료의 경화를 조절하기 위해 몰드의 하나 또는 그 이상의 영역들을 따라 냉각 속도를 바람직하게 변형시킬 수 있다. 예를 들어, 공동(18a-18f)에 인접한 몰드 영역들은 용융 재료가 방향성 경화(directional solidification)를 겪도록 구성될 수도 있다. 한 형태에서, 몰드는 경화가 방향성을 가지도록, 가령, 예를 들어, 일반적으로 스프루 챔버(14)를 향하는 방향으로 혹은 원심력에 반대 방향으로 향하도록 냉각을 변형하게끔 구성될 수도 있다. 이런 방식으로, 몰드는 일반적으로 게이트(16a-16f) 및 스프루 챔버(14)를 향해 진행되는(progress) 공동(18a-18f) 내의 경화 전방부(solidification front)를 형성할 수 있다. 따라서, 장치(12)의 회전에 의해 생성된 원심력은 일반적으로 경화 방향에 대해 반대로 작용될 수 있다. 예를 들어, 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 용융 재료는 수축 기공에 대해 상쇄하기 위해 경화 전방부에 공급될 수 있다. 그 외에도, 원심력에 의해 생성된 주조 압력은 경화 전방부 근처에 형성된 수상돌기(dendrite)들 사이에서 용융 금속이 예를 들어 용융 재료 결핍을 줄이고 수축 기공을 최소화시키게 할 수 있다. 그에 따라, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 기술된 장치 및 방법들은 종래 기술의 정지식 및 원심 주조법에 의해 제작된 주물에 비해 줄어든 수축 기공을 가진 보다 조밀한 주물을 제작하기 위해 수축돌기 배제(exclusion)를 해결하고 용융 재료 결핍을 방지할 수 있다.

다양한 비-제한적인 실시예들에서, 공동(18a-18f)에 공급되는 용융된 금속성 재료의 전달은 원심력과 공동에 나란하게 제공된다(in-line). 예를 들어, 하나의 비-제한적인 실시예에서, 공동(18a-18f)은 스프루 챔버(14)와 공동(18a-18f) 사이에 배열된 게이트(16a-16f)를 통해 스프루 챔버(14)에 결합된다. 게이트(16a-16f)의 다양한 수치들은 공동(18a-18f)의 상응하는 수치들보다 더 클 수 있다. 게이트(16a-16f)는, 용융 재료가 원심력에 의해 공동(18a-18f)을 향해 가속되어 공동 안으로 들어갈 수 있도록, 예를 들어 일반적으로 원심력과 나란한 경로를 포함하는 스프루 챔버(14) 내의 용융된 금속성 재료의 공급 및 공동(18a-18f)과 추가로 나란하게 배열될 수 있다. 그 결과, 스프루 챔버(14)는 상기 챔버에 결부된 모든 게이트(16a-16f)에 대해 중앙 수직관(central riser)으로서 작동할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 이것은 공동과 나란하게 배열될 수 있거나 혹은 배열될 수 없는 추가적인 수직관이 요구되는 필요성을 없앨 수 있다. 따라서, 장치 디자인, 용융 재료의 용적, 및 사용가능한 주조 영역 간의 이러한 시너지 효과는 바람직하게도 추가적인 주물을 위한 추가적인 공간을 제공할 수 있다. 예를 들어, 위에 기술된 것과 같이, 다수의 피스들이 단일의 주물 공동(18a-18f) 내에서 주조될 수 있다.

도 3-5는 다양한 비-제한적인 실시예들에 따른 회전 조립체(20)를 포함하는 원심 주조 장치를 예시한다. 회전 조립체(20)는 회전 테이블(26) 위에 위치된 제2 몰드(24)와 제1 몰드(22)를 포함한다. 스프루 챔버(28)가 제1 및 제2 몰드(22, 24)의 각각의 전면(32a, 32b)과 제1 및 제2 스프루 섹션(30a, 30b)에 의해 형성된다. 스프루 챔버(28)의 제1 단부(36)가 테이블(26) 위에서 회전축 주위에 위치된다. 스프루 챔버(28)의 제2 단부(38)가 예를 들어 스프루 챔버(28) 위에 위치된 도가니로부터 용융된 금속성 재료의 공급을 수용하도록 구성된다. 제1 및 제2 스프루 섹션(30a, 30b)은 제1 및 제2 몰드(22, 24) 및 테이블(26)과 밀봉 결합하여 스프루 챔버(28)를 밀봉시키도록 구성된다. 예시된 스프루 챔버(28)가 일반적으로 원통형의 횡단면을 포함하는 것으로 도시되지만, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 스프루 챔버(28)는 불규칙적 또는 정상적인 수치, 가령, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 팔각형, 또는 그 외의 다른 횡단면적을 포함할 수도 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 용융 재료는 중력, 압력, 진공, 또는 이들의 조합을 통해 스프루 챔버(28)에 공급될 수도 있다. 예를 들어, 하나의 비-제한적인 실시예에 따르면, 원심 주조 장치(20)는 스프루 챔버(28) 내로 부어질 수 있는 용융된 금속성 재료 공급을 생성하기 위해 진공 아크 재용해 장치(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.

스프루 챔버(28)의 제1 단부(36)에 인접하게 수용 링(40)이 위치되며 스프루 챔버(28) 내에 용융 재료를 보유하도록 구성된다. 예를 들어, 하나의 비-제한적인 실시예에서, 수용 링(40)은 스프루 챔버(28)에 대한 연장부(extension)를 포함하며 이에 따라 스프루 챔버(28)의 상측 단부로부터 배출되기 위해 용융 재료가 이동해야 하는 거리 및/또는 스프루 챔버(28)의 용적이 증가된다. 수용 링(40)은 용융 재료가 스프루 챔버(28)에 공급될 수 있는 중앙 직경을 형성한다. 수용 링(40)의 중앙 직경은 용융 재료가 수용되는 것을 향상시키기 위해 수용 링(28)이 스프루 챔버(28) 내의 내부 오버행(42)을 형성하도록 스프루 챔버(28)의 직경에 대해 감소된다. 예를 들어, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 수용 링(40)은 용융 재료가 부어지거나 및/또는 회전하는 동안 스프루 챔버(28)로부터 튀기거나 흘러나오는 것을 제한할 수 있다. 수용 링(40)은, 추가로, 스프루 섹션(30a, 30b)에 대해 외부 오버행(44)을 포함하는 외측 직경을 형성한다. 예시된 비-제한적인 실시예에서, 수용 링(40)의 상측 표면(46)은 스프루 챔버(28)를 지나 회전축에 대해 외부를 향해 연장되며 공정 동안 상측 표면(46) 주위에서 스프루 챔버(28)로부터 튀길 수 있는 용융 재료를 포획한다.

다양한 비-제한적인 실시예들에 따르면, 스프루의 제2 단부(38)는 도 4에 가장 명확하게 도시된 것과 같이 웨지(48)를 통해 테이블(26)에 결합되는데, 도 4에서는 테이블(26), 웨지(48), 및 수용 링(40)이 도 3에서 화살표 방향으로 보여지고 라인 5-5를 따라 절단한 횡단면을 보여주는 회전 조립체(20)의 부분적인 분해도를 제공한다. 웨지(48)는 회전 조립체(20)의 회전축에 고정되고 스프루 챔버(28)의 베이스(47)를 형성할 수 있다. 예시된 웨지(48)는 테이블(26)에 형성된 웨지 피팅(50)을 통해 테이블(26)을 거쳐 회전축에 고정된다. 웨지(48)는 몰드(22, 24) 및/또는 스프루 섹션(30a, 30b)과 밀봉 결합하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 피팅을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 웨지(48)는 회전 조립체(20)의 구성요소들과 밀봉 결합하기 위해 플랜지 피팅(50)을 포함한다. 웨지(48)는 각각 제1 및 제2 몰드(22, 24) 내에 형성되는 슬롯(54a, 54b)과 결합하도록 구성된 2개의 노치(52a, 52b)를 형성한다. 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 웨지(48)는 기계적 손상을 받기 쉬우며 따라서 개별 구성요소, 가령, 예를 들어 필요 시에 교체할 수 있는 모듈식 구성요소를 포함할 수 있다. 이와 비슷하게, 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 웨지(48)는 웨지(48)가 본 명세서에 기술된 다양한 비-제한적인 실시예들에 따라 사용하기 위해 원심 주조 장치를 변형하거나 개선하도록 사용될 수 있게끔 다양한 결부 디자인들을 포함할 수 있다.

제1 및 제2 몰드(22, 24)는 각각 제1 및 제2 스프루 섹션(30a, 30b)에 결합되며 일반적으로 회전축으로부터 반경 방향으로 연장된다. 각각의 몰드(22, 24)는 전면(32a, 32b) 및 단부면(56a, 56b)을 포함한다. 전면(32a, 32b)은 스프루 챔버(28)를 따라 위치되며 게이트(60a, 60b)에 대한 입구를 형성한다. 도 5에 도시된 것과 같이, 각각의 제1 및 제2 몰드(22, 24)는 제1 및 제2 모듈식 섹션(64a,b, 66a,b)을 포함하는데, 이들은 각각 몰드(22, 24) 내에 형성된 볼트 슬롯(70)으로부터 일련의 볼트(68)를 제거함으로써 혹은 그 밖의 공지된 결부 및 탈착 방법들에 의해 분리될 수 있다. 각각의 몰드(22, 24)는 6개의 적층된 공동(72a, 72b)을 추가로 포함한다. 각각의 공동(72a, 72b)은 측벽(76a, 76b) 및 뒷벽(80a, 80b)에 의해 형성된다. 각각의 공동(72a, 72b)에 대한 입구는 공동(72a, 72b) 및 스프루 챔버(28) 사이에 위치된 게이트(58a, 58b)를 통해 스프루 챔버(28)와 유체 소통되는 재료 공급 포트(84a, 84b)를 포함한다. 제1 및 제2 몰드(22, 24)가 적층된 공동(72a, 72b) 및 각각의 결합된 게이트(60a, 60b) 모두를 형성하는 것으로 예시되지만, 다양한 비-제한적인 실시예들에 따르면, 게이트(60a, 60b)는 공동(72a, 72b)에 대해 독립적인 구성일 수도 있다. 예를 들어, 게이트(60a, 60b)는 공동(72a, 72b)과 결합될 수 있거나 및/또는 스프루 또는 스프루 섹션(30a, 30b)과 일체형 또는 이들을 통해 삽입될 수도 있다.

다양한 비-제한적인 실시예들에 따르면, 게이트(60a, 60b)는 공동(72a, 72b)의 평균 횡단면적 및 직경보다 더 큰 평균 횡단면적 및 직경을 포함한다. 예를 들어, 재료 공급 포트(84a, 84b)에 인접한 각각의 게이트(60a, 60b)의 횡단면적 및 직경은 인접한 재료 공급 포트(84a, 84b)의 횡단면적 및 직경보다 더 크다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 게이트(60a, 60b)의 용적은 게이트(60a, 60b)에 인접한 똑같은 길이의 공동(72a, 72b)의 용적보다 더 크다. 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 6개의 적층된 공동(72a, 72b)이 도시되지만, 본 발명은 상기 적층된 공동 또는 각각의 몰드와 결합된 임의의 특정 개수의 공동에만 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 몰드는 오직 단일의 공동을 형성할 수 있다. 이와 비슷하게, 도 3-5에 오직 2개의 몰드(22, 24)만이 도시되지만, 본 발명에 따라 본 명세서에 기술된 실시예들은 예시된 몰드 개수에만 제한되는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 실제로, 다양한 경우에서, 회전 조립체는 몰드의 디자인 및 개수가 필요 시에 변형될 수 있는 모듈식 디자인을 포함한다. 예를 들어, 적은 개수의 주물이 필요할 때에는, 그 경우에 적합하게 하기 위해 특정 몰드가 제거될 수도 있다.

특정의 비-제한적인 실시예들에서, 제1 및 제2 몰드(22, 24)는 용융된 금속성 재료로부터 열 추출을 조절하고 이에 따라 재료의 냉각을 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 몰드(22, 24)는 회전축을 향해 재료의 방향성 경화를 형성하도록 구성된 다양한 단열 특징부를 포함할 수 있다. 뒷벽(80a, 80b)의 두께는 측벽(76a, 76b)의 두께보다 더 두꺼울 수 있다. 따라서, 용융 재료로부터 몰드(22, 24)로의 열전달은 각각의 공동(72a, 72b)을 형성하는 벽(76a, 76b, 80a, 80b)의 열용량에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 몰드(22, 24)의 차등 단열 특징부는 측벽(76a, 76b) 또는 측벽 영역에서의 열전달에 비해 뒷벽(80a, 80b)에서의 증가된 열전달을 포함할 수 있다. 이에 따라, 뒷벽(80a, 80b)에 인접한 재료는 게이트(60a, 60b)에 인접하게 위치된 재료 앞에서 경화되기 시작할 수 있다. 이런 방식으로, 경화 전방부(solidification front)가 각각의 적층된 공동(72a, 72b) 내에서 뒷벽(80a, 80b)으로부터 게이트(60a, 60b) 및 스프루 챔버(28)를 향해 발달할 수 있다(progress). 경화 전방부를 형성하는 것 외에도, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 몰드(22, 24)가 회전축 주위로 회전함으로써 생성된 원심 주조힘(casting force)은 일반적으로 경화 방향에 반대이며, 이에 따라 용융 재료 결핍 및 수상돌기 배출로 인해 종래 기술의 정지식 및 원심 주조법에 의해 형성된 주물 내에 형성된 기공이 조절되지 않는 것이 방지될 수 있다. 예를 들어, 경화 전방부의 앞에 위치된 공동(72a, 72b)의 부분들, 게이트(60a, 60b), 및 스프루 챔버(28)는 조절된 수축 기공을 가진 조밀한 주물을 형성하도록 용융 재료를 경화 전방부에 강압적으로 공급하기 위하여 리저버(reservoir)로서 기능할 수 있다.

특정의 비-제한적인 실시예들에서, 제1 및 제2 몰드(22, 24)는 재료의 냉각 속도를 손상시켜 감소되게 하지 않고도 용융된 금속성 재료로부터 몰드로의 열전달을 조절하도록 구성된다. 예를 들어, 제1 및 제2 몰드(22, 24)는 증가된 경화 속도를 제공하면서도 경화 공정에 걸쳐 다양한 레벨의 조절을 제공하도록 구성될 수 있다. 당업자는 증가된 냉각 속도가 입자 크기를 바람직하게 줄여서 이에 따라 실온에서 주조의 기계적 성질에 이점을 제공하는 것을 이해할 것이다. 하지만, 종래 기술의 이러한 증가된 냉각 속도는 조절하기 힘들며 이에 따라 수축 기공이 조절되지 못할 수도 있다. 그에 비해, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 제1 및 제2 몰드(22, 24)는 높은 열전도성으로 인해 증가된 경화 속도를 제공하기 위해 금속성 재료를 포함하는 재료로부터 제작되거나 및/또는 영구적인 몰드이다. 예를 들어, 하나의 비-제한적인 실시예에서, 제1 및 제2 몰드(22, 24)는 영구적인 스틸 몰드를 포함한다. 또한, 제1 및 제2 몰드(22, 24)는 예를 들어 뒤쳐진 냉각 속도로 인해 입자 크기를 희생시키지 않고도 위에서 기술된 것과 같이 방향성 경화를 촉진하도록 구성될 수도 있다. 이것은, 몰드(22, 24)의 특정 부분들이 몰드(22, 24)의 다른 부분들에 대해 차등 단열될 수 있는 반면, 전체 냉각 속도는 상대적으로 빠를 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 제1 및 제2 몰드는 차등 냉각 속도를 촉진하여 타이트하게 형성되도록(tightly defined), 예를 들어, 뒷벽(80a, 80b)으로부터 스프루 챔버(28)를 향해 빠르게 발달하는 경화 전방부의 형성을 촉진하도록 최적화되도록 구성될 수 있다.

도 3-5에는 도시되지 않았지만, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 몰드 벽(76a, 76b, 80a, 80b)들은 다수의 단열 특징부, 가령, 포켓 또는 그 외의 다른 단열 특징부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 몰드 벽(76a, 76b, 80a, 80b)은 용융 재료로부터의 열전달을 조정하기 위해 다양한 열용량과 밀도를 가진 다수의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 포켓 또는 공동이 공동에 인접한 벽 내에 형성될 수도 있다. 벽의 줄어든 질량(mass)은 용융 재료로부터 열을 추출하기 위해 벽의 기능을 제한할 수 있다. 이에 따라, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 포켓을 형성하는 벽들은 열용량을 제한하고 이에 따라 열포화(thermal saturation)가 줄어들기 전에 상기 벽들이 흡수할 수 있는 열 에너지의 양을 제한할 수 있다. 이에 따라, 이러한 벽들은 용융된 금속성 재료로부터의 열전달을 조절하기 위해 공동을 단열시킬 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 공동(72a, 72b)이 제1 및 제2 측벽 부분을 포함하는 측벽(76a, 76b) 및 뒷벽(80a, 80b)에 의해 형성될 수 있다. 몇몇 경우들에서, 제1 및 제2 측벽 부분들은 똑같은 두께를 포함할 수 있는데, 그 밖의 경우들에서는, 제1 및 제2 측벽 부분들의 두께는 상이할 수도 있다. 예를 들어, 제1 측벽 부분이 두 공동 사이에 배열될 때에는, 제1 측벽 부분은 오직 단일의 공동에 인접한 제2 측벽 부분보다 더 두꺼울 수 있다. 이와 비슷하게, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 도 3-5에 도시된 것과 같이, 몰드(22, 24)는 테이블(26) 및 몰드(22, 24)의 경계 표면(interfacing surface)들을 포함하는 경계층에 의해 테이블(26)로부터 단열될 수 있다.

도 6은 본 발명의 다양한 비-제한적인 실시예들에 따른 회전 조립체(100)를 포함하는 원심 주조 장치의 하나의 비-제한적인 실시예의 특정 구성요소들을 예시한다. 회전 조립체(100)는 8개의 몰드(102a-102h)를 포함하며, 이들은 각각 회전 테이블(104) 위에 위치된다. 몰드(102a-102h)는 회전축 주위에 위치된 일반적으로 8각형의 스프루 챔버(106)를 형성하며 일반적으로 외부를 향해 발산되어(radiate) 뒷면(108a-108h)을 형성한다. 도 7은 도 6에서 화살표 방향 및 라인 7-7을 따라 절단한 회전 조립체(100)의 횡단면도를 예시하며 각각 몰드(102a 및 102e)에 의해 형성된 6개의 적층된 공동(110a 및 110e)의 수직방향 횡단면도를 도시한다. 각각의 몰드(102a-102h)는 스프루 챔버(106)를 형성하기 위해 회전축 주위에서 밀봉 결합 하도록 형성된 전면(오직 전면(112a, 112c-112e)만이 도시됨)을 포함한다. 스프루 챔버(106)는 테이블(104)로부터 스프루 챔버(106) 내에 용융 재료를 함유하도록 구성된 올라간 수용 링(114)으로 연장된다.

스프루 챔버는 각각의 게이트(118a, 118e)를 통해 각각의 적층된 공동(110a, 110e)의 재료 공급 포트(116a, 116e)에서 상기 적층된 공동(110a, 110e)과 유체 소통한다. 적층된 공동(110a, 110e)은 각각 측벽(120a, 120e) 및 뒷벽(122a, 122e)에 의해 형성된다. 줄여서, 회전 조립체(100)의 다양한 특징부들이 몰드(102a 및 102e)에 대해 기술될 수 있다. 하지만, 다양한 실시예들에서, 이와 같은 기술내용들이 하나 또는 그 이상의 추가 몰드(102b-102c, 102f-102h)에 상기와 비슷하게 적용된다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 몰드(102c 및 102d)의 6개의 적층된 공동(110c, 110d)은 게이트(118c, 118d)를 통해 재료 공급 포트(116c 및 116d)에서 스프루 챔버(106)와 유체 소통될 수 있다. 게이트(118a, 118e)는 각각의 게이트(118a, 118e)에 결합된 각각의 적층된 공동(110a, 110e)의 평균 횡단면적 및 직경보다 더 큰 평균 횡단면적 및 직경을 포함한다. 예를 들어, 재료 공급 포트(116a, 116e)에 인접한 게이트(118a, 118e)의 횡단면적 및 직경은 공동(110c, 110d) 또는 재료 공급 포트(116a, 116e)의 횡단면적 및 직경보다 더 크다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 각각의 게이트(118a, 118e)는 게이트(118a, 118e)에 인접한 똑같은 길이의 공동(110a, 110e)에 의해 형성된 용적보다 더 큰 용적을 형성한다.

공정 시에, 원심 주조 장치의 회전 조립체(100)는 원심 주조에 의해 주물을 형성하기 위해 회전 조립체(100)의 회전에 의해 생성된 원심력을 사용한다. 하나의 비-제한적인 실시예에서, 원심 주조 장치는 도가니, 가령, 수냉식 구리 도가니에 공급되어야 하는 금속성 재료의 전극을 소모하도록 구성된 진공 아크 재용해 장치(도시되지 않음)를 포함한다. 예를 들어, 회전 조립체(100)는 전극이 소모될 때 도가니 내에서 용융된 금속성 재료는 회전 조립체(100)에 공급될 수 있도록 진공 환경 내에 위치될 수 있다. 회전 조립체(100)는, 일반적으로, 하나 이상의 몰드(102a, 102e) 내에 형성된 2개 또는 그 이상의 적층된 몰드 공동(110a, 110e) 및 회전축 주위에 위치된 스프루 챔버(106)를 포함할 수 있다. 도 6-7에 상세하게 도시되지는 않았지만, 각각의 적층된 몰드 공동(110a, 110e)은 하나 또는 그 이상의 피스를 포함하는 주물을 형성하도록 구성될 수 있다. 용융된 금속성 재료가 스프루 챔버(106)에 공급될 때, 회전 조립체(100)의 회전에 의해 생성된 원심력은 용융된 금속성 재료를 가속시켜 게이트(118a, 118e)를 통해 주물 공동(110a, 110e) 내로 유입되게 한다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 몰드(102a, 102e)는 100 내지 150 분당 회전(RPM) 속도로 회전될 수 있다. 보다 바람직하게는, 회전속도는 150 RPM보다 더 클 수도 있다. 일반적으로, 회전속도가 빨라지면, 향상된 구성을 가진 주물이 제공될 수 있다. 예를 들어, 회전속도가 160 RPM인 것에 비해, 250 RPM의 회전속도는 주조 부분의 기공을 감소시킬 수 있는 증가된 원심력을 생성할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 원심력이 상대적으로 증가하면, 방향성 경화의 조절에 대해 에러(error)의 추가적인 마진 및/또는 줄어든 입자 크기를 촉진하기 위해 경화 속도가 상대적으로 증가될 수 있게 된다.

몰드(102a, 102e)가 용융된 금속성 재료로부터 열을 추출하기 때문에, 재료는 응결되어(freeze) 수축 기공을 형성하기 시작한다. 다양한 비-제한적인 실시예들에 따르면, 열추출은 몰드의 벽(120a, 120e, 122a, 122e)의 두께에 의해 제한될 수 있다. 예를 들어, 하나의 비-제한적인 실시예에서, 측벽(120a, 120e)의 두께는 1 인치 미만일 수 있다. 이에 따라, 벽(120a, 120e, 122a, 122e)의 두께는 용융 재료로부터 열 에너지를 흡수하기 위해 몰드(102a, 102e)의 기능을 제한할 수 있다. 위에서 기술된 것과 같이, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 몰드(102a, 102e)는 재료의 냉각을 조절하여 재료가 뒷벽(122a, 122e)으로부터 일반적으로 스프루 챔버(106) 또는 회전축을 향하는 방향성 경화를 겪도록 구성된다. 공동(110a, 110e)으로 이어지는 게이트(118a, 118e)의 수치들은 용융 재료가 스프루 챔버(106) 내에 공급되어 수축 기공으로부터 절단되는 것을 방지하기에 충분히 크다. 그 결과, 대부분의 기공은 용융 재료로 채워질 수 있다. 공동(110a, 110e) 내의 재료가 완전히 경화될 때, 각각의 주조 게이트(118a, 118e)는 응결되어, 스프루 챔버(106) 내에 잔류될 수 있는 용융 재료를 주물 공동(110a, 110e)으로부터 밀폐시킨다. 이에 따라, 게이트(118a, 118e)는 응결(freezing) 시에 완전히 조밀하게 될 수 있다. 공동(110a, 110b) 내에 경화된 금속성 재료가 취급하기에 충분히 냉각되어 산화물이 더 이상 존재하지 않으면, 주물은 예를 들어 제1 모듈식 몰드 섹션을 제2 모듈식 몰드 섹션으로부터 볼트를 풀어서(unbolting) 몰드(102a, 102e)로부터 제거될 수 있는데, 이것은 모듈식 몰드 섹션(64a, 64b)에 대해 위에서 기술한 것과 비슷할 수 있다. 주물은 게이트(118a, 118e)가 스프루 챔버(106)와 만나는 위치에서 또는 그 가까이에서 스프루 챔버(106)로부터 제거될 수 있다. 게이트(118a, 118e)가 완전히 조밀하기 때문에, 주물 내의 임의의 기공은 내부에 있는 상태로 유지되며 주물 내의 임의의 내부 기공(internal porosity)을 제거하기 위해 예를 들어 HIP에 의해 제거될 수 있다. 주물이 다수의 피스들을 포함할 때, 완전히 조밀한 주물은 예를 들어 기계 장치, 가령, 톱, 절삭 토치, 연마 워터 젯, 또는 와이어 전자-배출 기계 장치에 의해 최종 피스들로 분리될 수 있다.

위에서 언급한 것과 같이, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 게이트(118a, 118e)는 공동(110a, 110e)의 가장 큰 횡단면적 또는 직경보다 더 큰 횡단면적 또는 직경을 포함한다. 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 게이트(118a, 118e)의 크기가 증가되면 내부 기공이 스프루 챔버(106)에 도달하는 것이 방지된다. 예를 들어, 게이트(118a, 118e)는 경화 시에 완전히 조밀하게 되어 내부 기공이 스프루 챔버(106)에 연결되는 것이 방지될 수 있으며, 주물이 스프루 챔버(106)로부터 제거될 때 게이트는 추후에 노출될 수 있게 된다. 따라서, 게이트(118a, 118e)는 가령 예를 들어 HIP에 의해 처리될 수 있도록 내부 기공을 함유하게끔 밀도 배리어(density barrier)를 형성할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 게이트(118a, 118b)는 주물 공동(110a, 110e) 및 스프루 챔버(106) 사이에서 열 배리어(thermal barrier)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 스프루 챔버(106) 내의 용융된 금속성 재료의 냉각 속도는 공동(110a, 110e) 내의 용융된 금속성 재료의 냉각 속도보다 훨씬 느릴 수 있으며, 주조를 위한 최적의 냉각 시간이 발생되고 난 후에 공동(110a, 110e) 및 스프루 챔버(106) 사이에 실질적인 온도 차이가 발생할 수 있다. 그에 따라, 스프루 챔버(106) 가까이에 있는 입자 크기는 증가될 수 있다. 하지만, 본 명세서에 기술된 게이트(118a, 118e)는, 주조 후에 바로, 가령, 예를 들어, 경화 전방부가 주물을 통해 연장될 때, 그러나, 여전히, 스프루 챔버(106) 내의 용융된 금속성 재료가 경화되기 전에, 경화되도록 구성될 수 있다. 하나의 비-제한적인 형태에 따르면, 경화된 게이트(118a, 118b)는 여전히 완전히 조밀할 수 있으며, 스프루 챔버(106) 및 각각의 주물 공동(110a, 110e) 사이에 열 배리어를 형성할 수 있다.

다양한 비-제한적인 실시예들에서, 회전 조립체(100)는 스프루 챔버(106) 주위에 위치된 복수의 수직 방향으로 적층된 공동(110a, 110e)을 포함한다. 스프루 챔버(106)는 호환가능한 개수(comparable number)의 공동에 공급하도록 구성된 종래 기술의 원심 주조 장치들의 스프루 챔버에 비해 감소된 반경을 포함할 수 있다. 공정 시에, 하나의 비-제한적인 실시예에 따르면, 용융 재료는 실질적으로 동시에, 예를 들어, 연속으로, 스프루 챔버(106), 게이트(118a, 118e), 및 수직방향 공동(110a, 110e)에 채워질 수 있다. 예를 들어, 스프루 챔버(106)에 공급된 용융 재료는 바닥으로부터 상부를 향해 스프루 챔버(106), 인접한 게이트(118a, 118e), 및 수직방향 공동(110a, 110e)에 동시에 채워지기 시작할 수 있다. 따라서, 용융 재료가 스프루 챔버(106) 내에 부어질 때, 용융 재료는 축적되어 다양한 구성을 가진 회전 조립체(100)와 접촉하고 과도한 이동 때문에 과열 손실 없이도 인접한 게이트(118a, 118e) 및 수직방향 공동(110a, 110e)에 직접 공급될 수 있는 스프루 챔버(106) 내에서 늘어나는 용융 용적을 형성한다. 따라서, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 스프루 챔버(106)는 과열 보유를 촉진하면서도 모든 주물 공동(110a, 110e)에 공급되도록 구성된다. 예를 들어, 공정 시에, 스프루 챔버(106)는 수직 방향으로 적층된 공동(110a, 110e) 중 한 공동을 완전히 채우는 단일의 용융 재료 양을 수용하도록 수치가 정해질 수 있다. 예를 들어, 하나의 비-제한적인 실시예에서, 스프루 챔버는 각각의 수직 방향으로 적층된 공동(110a, 110e)의 바닥 공동을 적어도 완전히 채우는 단일의 용융 재료 양을 수용하도록 수치가 정해진다. 단일의 용융 재료 양의 용적은 완전히 채워진 공동(110a, 110e)에 인접한 스프루 챔버(106)의 용적 및 게이트(118a, 118e)를 완전히 채우기에 충분한 양인 것이 바람직하다. 따라서, 회전 조립체(100)는 과열의 손실 없이 스프루 챔버(106)로부터 공동(110a, 110e)으로 직접 공급될 수 있는 용융 재료의 용적을 수용하게끔 구성될 수 있다.

특정의 비-제한적인 실시예들에 따르면, 과열을 보유하면 개선된 표면 품질을 포함하는 주물 피스의 제작이 촉진된다. 예를 들어, 종래 기술의 주조법에 의해 제작된 티타늄 알루미나이드 주물은 표면 품질이 매우 불량하다. 예를 들어, 위에 기술된 것과 같이, 얇은 층의 용융 재료가 큰 직경의 스프루의 반경만큼 이동하고 그 뒤, 예를 들어 몰드 공동의 바닥으로부터 채우기 위해 다양한 구조, 가령, 스프루 벽 또는 게이팅을 올라가야 할 때, 용융 재료의 덩어리(bulk)는 과열을 보유할 수 없으며 그에 따라 표면 품질이 불량해진다. 불량한 표면 품질은 주물을 최종 피스보다 수 밀리미터 더 크게 제작해야 할 필요가 있어서, 주물 표면이 주물을 원하는 수치 내로 제작하기 위해 처리될 수 있다. 그에 비해, 회전 조립체(100)는 종래 기술의 주조법에 의해 제작된 주물 내에 통상 발견되는 표면 결함이 없고 향상된 매끈함(smoothness)을 포함하는 주물을 제작하도록 구성될 수 있다. 그에 따라, 주물은 낮은 스크랩 비율과 제작 비용으로 제작될 수 있다.

도 8은 본 발명의 특정의 비-제한적인 실시예들에 따른 몰드(200)의 전방도이다. 몰드(200)는 7개의 공동(210)을 형성하는 제1 및 제2 모듈식 섹션(202, 202)을 포함한다. 공동(210)은 몰드(200)의 전면(212)으로부터 몰드(200)의 뒷벽(214)를 향해 연장되며 측벽(216)들 사이에 형성된다. 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 몰드는 재료가 뒷벽(214)들로부터 일반적으로 몰드(200)의 전면(212)에 근접하게 위치될 수 있는 스프루 챔버 또는 회전축을 향해 방향성 경화를 겪도록 용융 재료의 냉각을 조절하게끔 구성될 수 있다. 몰드는 전면(212)에 인접하게 위치되어 각각의 공동(210a)으로 이어지는 게이트(218)를 추가로 포함한다. 게이트(218)는 스프루 챔버 내에 용융 재료가 공급되어 수축 기공으로부터 차단되는 것을 방지하도록 수치가 정해진다. 그 결과, 기공의 대부분은 용융 재료로 채워져서 조밀한 주물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 게이트(218)는 공동(210)의 가장 큰 횡단면적 또는 직경보다 더 큰 횡단면적 또는 직경을 포함한다. 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 게이트(218)의 크기가 증가되면 내부 기공이 스프루 챔버에 도달하는 것이 방지된다. 예를 들어, 게이트(218)가 경화 시에 완전히 조밀하게 되어 내부 기공이 스프루 챔버에 연결되는 것이 방지될 수 있으며, 주물이 스프루 챔버로부터 제거될 때 게이트는 추후에 노출될 수 있게 된다. 따라서, 게이트(218)는 가령 예를 들어 HIP에 의해 처리될 수 있도록 내부 기공을 함유하게끔 밀도 배리어를 형성할 수 있다. 위에서 기술된 것과 같이, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 게이트(218)는 주물 공동(210) 및 스프루 챔버 사이에서 열 배리어를 형성할 수 있다. 그에 따라, 스프루 챔버(106) 가까이에 있는 입자 크기는 종래 기술의 주물에 비해 줄어들 수 있는데, 이는 게이트(218) 내의 재료가 주조 바로 후에, 가령, 예를 들어, 경화 전방부가 주물을 통해 연장될 때, 하지만, 여전히, 스프루 챔버 내의 용융된 금속성 재료가 경화되기 전에, 경화될 수 있기 때문이다. 위에서 기술된 것과 같이, 공동(210) 내의 경화된 재료가 충분히 냉각되었을 때, 주물은 제1 및 제2 모듈식 섹션(202, 204)을 분리함으로써 몰드(200)로부터 제거될 수 있다.

도 9는 본 발명의 다양한 비-제한적인 실시예들에 따른 원심 주조 장치의 회전 조립체(300)의 특정 구성요소들의 투시도이다. 회전 조립체(300)는 제1 몰드(304) 및 제2 몰드(306)에 결합된 스프루(302)를 포함한다. 스프루(302)는 조립체(300)의 회전축 주위에 위치되고 용융된 금속성 재료의 공급을 수용하도록 구성된 스프루 챔버(308)를 형성한다. 스프루 챔버(308)는 일반적으로 원형의 횡단면을 가진 원통형 형태를 포함한다. 스프루(302)의 외측 표면은 몰드(304, 306)를 수용하기 위한 2개의 슬롯(310a, 310b)을 형성한다. 각각의 몰드(304, 306)는 몰드(304, 306) 내에 형성된 슬롯(318)들을 통해 삽입될 수 있는 볼트(316)에 의해 결부될 수 있는 제1 및 제2 모듈식 섹션(312a,b, 314a,b)을 포함한다.

각각의 몰드는 5개의 적층된 공동을 형성하는데, 공동 중 2개의 공동(320a, 322a)은 3개의 더 큰 직경의 공동(320b, 322b)에 비해 감소된 직경을 포함한다. 감소된 직경의 공동(320a, 322a)은 3개의 더 큰 직경의 공동(320b, 322b)들 사이의 간격에 위치된다. 도시된 것과 같이, 다수의 직경의 공동은 단일의 공급 양으로 제작될 수 있는 주물 크기에 대한 융통성을 높일 수 있다. 예를 들어, 시간 및 수율 손실은 공급 양을 경화시킴으로써 줄어들 수 있다. 적층된 공동(320a, 320b, 322a, 322b)은 각각의 게이트(324a, 324b, 326a, 326b)를 통해 스프루 챔버(308)과 유체 소통한다. 각각의 게이트(324a, 324b, 326a, 326b)는 게이트가 결합된 공동(320a, 320b, 322a, 322b)의 횡단면적 및 직경보다 더 큰 횡단면적 및 직경을 포함한다. 한 형태에서, 게이트(324a, 324b, 326a, 326b)의 크기가 증가되면 각각의 공동(320a, 320b, 322a, 322b) 내의 재료가 완전히 경화되고 난 후 때까지 게이트(324a, 324b, 326a, 326b)가 완전히 경화되는 것을 방지한다. 이는, 게이트(324a, 324b, 326a, 326b) 내의 재료의 적어도 일부분이 주물 공동(320a, 320b, 322a, 322b) 내의 경화되는 금속성 재료의 부분들 내로 이동되고 이 부분들을 채울 수 있도록 액체상태를 유지할 수 있음을 의미한다. 위에서 요약한 것과 같이, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 게이트(324a, 324b, 326a, 326b)는 공동의 한 수치에 대해 증가된 수치를 포함한다. 예를 들어, 특정 형상들에 따르면, 주물 용적 및 수율에 대해 최적의 효율은 공동(320a, 320b, 322a, 322b)의 횡단면적보다 더 큰 횡단면적, 가령, 예를 들어, 공동(320a, 320b, 322a, 322b)의 횡단면적의 100% 내지 150% 사이의 횡단면적을 포함하는 게이트(324a, 324b, 326a, 326b)를 포함할 수 있다. 물론, 몇몇 비-제한적인 실시예들에서, 비슷한 특성을 가진 주물을 형성하기 위하여, 예를 들어, 상응하는 공동의 횡단면적의 400% 또는 그 이상의 횡단면적을 포함하는 게이트도 사용될 수 있다. 하지만, 게이트 수치가 증가하면 할수록 수율 손실도 증가될 수 있다. 다양한 형상의 특정의 비-제한적인 실시예들에 따르면, 최적의 게이트 길이는 게이트의 횡단면의 가장 큰 수치의 50% 내지 150%를 포함할 수 있다. 이러한 길이는 몰드에 공급되는 재료의 용적 당 제작될 수 있는 주물의 개수에 대해 단지 특정 실시예들의 최적화된 예에 불과하며, 이러한 예들은 달리 언급되지 않는 한, 제한하려는 것이 아니다.

제1 및 제2 몰드(304, 306)는, 원심력이 더 조밀한 주물을 형성하기 위해 나타나는 것과 같이 수축 기공을 채우기 위해 용융 재료를 주물의 경화 전방부를 향해 지속적으로 누르도록, 방향성 경화를 일반적으로 스프루 챔버(308) 또는 회전축을 향해 촉진시키게끔 구성된다. 제1 및 제2 몰드(304, 306)는 스프루 챔버(308)를 향해 방향성 경화를 촉진시키도록 구성된 단열 특징부를 포함한다. 예를 들어, 각각의 몰드(304, 306)는 스프루(302)에 근접하게 위치되고 서로 거리가 떨어져 있는 2개의 포켓(332a,b, 334a,b)을 형성하는 측면(328, 330)을 포함한다. 포켓들은 몰드의 상응하는 부분을 따라 몰드의 열용량을 줄이도록 구성된다. 몰드(304, 306)는 몰드(304, 306)의 한 부분을 따라 연장되는 복수의 상부 및 하부 포켓(336a,b, 338a,b)을 추가로 형성한다. 상부 및 하부 포켓(336a,b, 338a,b)은 몰드를 통한 열전달 속도 및 열용량을 제한함으로써 몰드의 인접한 부분들을 단열시키도록 구성된다. 몰드 벽들의 질량 또는 포켓들을 통해 몰드의 부분들의 열용량을 변경시킴으로써 열전달을 조절하는 것 외에도, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 공동은 열전달을 조절하는 데 도움이 되도록 배열될 수 있다.

도 10은 본 발명의 다양한 비-제한적인 실시예들에 따른 원심 주조를 위한 몰드(400)의 횡단면을 예시한다. 몰드(400)는 전면(406)과 2개의 측면(408)을 포함하지만, 오직 하나의 측면(408)만이 상기 횡단면에 포함된다. 6개의 공동(410)은 각각의 측벽(412) 및 뒷벽(414) 사이의 몰드(400) 내에 형성된다.

각각의 공동(410)은 재료 공급 포트(416)로부터 뒷벽(414)을 향해 테이퍼 형태로 줄어드는 또는 테이퍼형 횡단면에 인접한 용융 재료 공급 포트(416)를 포함한다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 전면(406)은 용융 재료 공급 포트(416)에서 스프루에 직접 결부되거나 혹은 게이트 또는 플레이트에 결부되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 비-제한적인 실시예들에서, 몰드(400)는 스프루 또는 스프루 챔버에 직접 결합될 수 있는 용융 재료 공급 포트(416)로부터 연장되는 몰드 길이의 한 부분에 걸쳐 줄어드는 횡단면을 형성하는 공동(410)을 포함한다. 이는, 공동(410)의 초기 길이에 걸쳐 횡단면이 감소하면 게이트에 대한 필요성이 극복될 수 있다. 이와 같이, 주물은 조절된 수축 기공 및 줄어든 수율 손실로 제작될 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 줄어드는 횡단면을 포함하는 공동(410)은 일반적으로 공동(410)과 일렬로 테이퍼구성되는, 예를 들어, 일반적으로 공동(410)의 중앙선과 나란하게 정렬되는 측벽(412)을 형성할 수 있으며, 공동(412)의 인접한 측벽(412)에 대해 대칭 테이퍼를 포함할 수 있다. 하나의 비-제한적인 실시예에서, 줄어드는 횡단면은 일반적인 경화 방향에 대해 반대 방향으로 테이퍼 및/또는 원심력의 방향을 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 비-제한적인 실시예에서, 공동은 가령 테이퍼형 섹션을 형성하는데, 용융 재료 공급 포트로부터 멀어지도록, 예를 들어, 공동(410)의 뒷벽(414)을 향해 테이퍼링된다.

하나의 비-제한적인 실시예에서, 공동(410)은 제1 횡단면 및 제2 횡단면을 포함하는 테이퍼형 섹션을 포함하는 줄어드는 횡단면을 형성한다. 제2 횡단면은 제1 횡단면보다 적으며 제1 횡단면보다 회전축으로부터 먼 거리에 위치된다. 공정 시에, 경화 전방부가 형성될 수 있으며 일반적으로 뒷벽(414)으로부터 제1 횡단면 및 용융 재료 공급 포트(416)를 향해 방향적으로 진행될 수 있다. 경화 전방부를 따라 재료가 경화되면 경화 재료 내에 수상돌기가 형성된다. 다양한 비-제한적인 실시예들에 따르면, 경화 전방부의 전방에 있는 용융 재료의 적어도 일부분은 제2 횡단면에 또는 제2 횡단면 가까이에 위치된 재료가 냉각되어 그 결과 수축되는 시간 기간 동안 용융된 상태로 유지될 수 있다. 이런 방식으로, 경화 전방부의 전방에 있는, 가령, 예를 들어, 제1 횡단면에 또는 제1 횡단면 가까이 있는 용융 재료는 원심력에 의해 가속될 수 있으며, 공동이 현저하게 많이 형성되는 것을 방지하여 그에 따라 조밀한 주물을 형성하기 위해 올라갈 때, 용융 재료는 수축 기공을 채우기 위해 형성된 수상돌기 사이에 및/또는 수상돌기 내로 이동된다. 이런 방식으로, 경화 전방부의 전방에 있는, 예를 들어, 스프루 챔버에 보다 근접하게 위치된 몰드 부분들은 공동(410)의 수직관(riser)으로서 기능할 수 있다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 공동은 다수의 테이퍼형 섹션을 포함할 수 있다. 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 횡단면이 줄어들면 내부 기공이 스프루 챔버에 도달하는 것이 방지될 수 있다. 하나의 비-제한적인 실시예에서, 횡단면이 줄어들면, 가령 예를 들어 HIP에 의해 처리될 수 있도록 내부 기공을 함유하게끔 밀도 배리어가 형성될 수 있다. 예를 들어, 사용 시에, 줄어드는 횡단면의 가장 큰 횡단면에 또는 상기 가장 큰 횡단면에 있는, 예를 들어, 용융 재료 공급 포트(416)에 또는 공급 포트에 가까운 인접한 줄어드는 횡단면의 적어도 일부분은, 경화 시에 완전히 조밀하게 되어 내부 기공이 스프루 챔버에 연결되는 것이 방지될 수 있으며, 주물이 스프루 챔버로부터 제거될 때 게이트는 추후에 노출될 수 있게 된다.

몰드(400)는 공동(410)을 형성하는 측벽(412) 내에 형성된 복수의 포켓(418)을 형성하는 단열 특징부들을 추가로 포함한다. 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 몰드(400)의 측벽(412)은 가령 도 9에 예시된 것과 비슷한 포켓들과 같은 단열 특징부도 혹은 대안으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 측벽(412) 중 하나 또는 둘 안에 형성된 포켓은 측벽(412)의 가로 부분을 따라 몰드의 열용량을 변경하도록 구성될 수 있다. 포켓(418)은 뒷벽(414)으로부터 전면(406)을 따라 방향성 경화를 촉진하도록 위치되고 수치가 정해진다. 그 밖의 다양한 비-제한적인 실시예들과 같이, 포켓(418)의 특정 길이, 영역, 및/또는 위치는 특정 변수 또는 공급 상태, 예를 들어, 공급 온도, 몰도 용적, 금속성 재료의 상변환(phase transformation) 특성, 몰드 조성, 공동 수치, 공동의 개수 및 근접성에 적합하도록 조절될 수 있다. 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 몰드는 2개 또는 그 이상의 모듈식 섹션을 포함할 수 있다. 예를 들어, 모듈식 섹션은 주물을 제거하는 데 보조하기 위해 수평의, 수직의, 각도를 이루거나 혹은 슬롯형 횡단면을 포함할 수 있다.

도 11은 본 발명의 다양한 비-제한적인 실시예들에 따른 원심 주조 장치에 사용하기 위한 몰드(500)를 예시한다. 몰드(500)는 전면(502), 뒷면(504), 상부면(506), 하부면(508), 제1 측면(510), 및 제2 측면(512)을 포함한다. 4개의 적층된 공동(514a-514d)은 전면(502)으로부터 뒷면(504)을 향해 몰드(500) 내로 연장된다. 각각의 공동(514a-514d)은 측벽(516)에 의해 형성된다. 몰드(500)는 각각의 공동(514a-514d) 주위에 위치된 복수의 포켓(526)을 포함하는 단열 특징부를 추가로 형성한다. 도시된 것과 같이, 포켓(526)들은 공동(514a-514d) 주위에 똑같은 거리에 위치된다. 하지만, 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 포켓(526)의 개수, 거리, 및/또는 수치들이 상이할 수도 있다. 도 11-15에는 도시되지 않았지만, 몰드(500)는 몰드(500)의 전면(502)에 인접한 공동(514a-514d)의 부분들에 또는 이 부분 가까이 있는 게이트 섹션들을 추가로 포함할 수 있다. 게이트 섹션들은 몰드(500) 내에 형성될 수 있거나 혹은 예를 들어 전면(502)에 결부될 수도 있다.

도 12-15는 본 발명의 다양한 비-제한적인 실시예들에 따라 공동(514a-514d)을 따라 몰드(500)의 횡단면을 예시한다. 도 12-13는 각각 제1 및 제2 공동(514a, 514b)을 따라 절단하여 도시한 횡단면도이다. 공동(514a, 514b)은 몰드(500)의 전면(502)으로부터 뒷면(504)에 인접하게 위치된 각각의 뒷벽(528)으로 연장된다. 공동(514a, 514b)은 전면(502)에 의해 형성된 평면에 실질적으로 수직으로 연장된다. 공정 시에, 예를 들어, 몰드(500)가 회전축 주위로 회전될 때, 공동(514a, 514b)의 각속도(angular velocity)는 회전 중심으로부터 연장되는 반경에 대해 실질적으로 수직이다. 포켓(526)은 공동(514a, 514b)에 대해 실질적으로 평행하게 연장되며 공동(514a, 514b)에 인접한 측벽의 열용량을 줄이고 용융 재료로부터 몰드(500)로의 열전달 속도를 제한하도록 구성된다. 예시된 비-제한적인 실시예에서, 뒷벽(528)은 용융 재료로부터 몰드로 추출되는 열의 완전한 상태(complete condition)를 보여준다. 이에 따라, 용융 재료로부터 추출되는 열추출 속도는 일반적으로 뒷벽(528)으로부터 전면을 향하는 방향성 경화를 촉진시키도록 차등 조절될 수 있다. 위에 기술된 것과 같이, 몰드(500)가 회전될 때, 원심력은 수축 기공을 줄이기 위해 용융 재료를 경화 전방부를 향해 그리고 경화 전방부에 대해 안내할 수 있다(direct).

도 14-15는 공동의 배열에 있어서 변화를 예시하며 반경 방향으로 오프셋배열된 공동을 보여준다. 도 14는 전면(502)으로부터 뒷벽(528)을 향해 연장되는 제3 공동(514c)을 따라 절단한 몰드(500)의 횡단면을 예시한다. 포켓(526)은 공동(514c)에 대해 실질적으로 평행하게 연장되고 위에서 기술된 것과 같이 용융 재료로부터 몰드(500)로의 열전달 속도를 줄이도록 구성된다. 공동(514c)은 반경 방향으로 오프셋배열되고 제2 공동(514b)에 대해 약 15 도의 각도를 형성한다. 도 15는 전면(502)으로부터 뒷벽(528)을 향해 연장되는 제4 공동(514d)을 따라 절단한 몰드(500)의 횡단면을 예시한다. 포켓(526)은 공동(514d)에 대해 실질적으로 평행하게 연장되며 위에서 기술된 것과 같이 용융 재료로부터 몰드(500)로의 열전달 속도를 줄이도록 구성된다. 공동은 반경 방향으로 오프셋배열되고 제2 공동(514b)에 대해 약 15 도의 각도를 형성하고 제3 공동(514c)에 대해 약 30 도의 각도를 형성한다. 따라서, 제3 및 제4 공동(514a, 514b)은 반경 방향으로 오프셋배열될 수 있는데, 가령, 예를 들어, 공동의 중앙선의 각속도는 회전 중심에서 시작되는(originating) 반경에 대해 수직이지 않다. 하지만, 위에서와 같이, 뒷벽(528)은 용융 재료로부터 몰드로 추출되는 열추출의 완전한 상태를 보여준다. 이에 따라, 재료로부터 추출되는 열추출 속도는 뒷벽(528)으로부터 전면을 향해 방향성 경화를 촉진시키기 위해 차등 조절될 수 있다. 위에 기술된 것과 같이, 몰드(500)가 회전될 때, 원심력은 수축 기공을 줄이기 위해 용융된 금속성 재료를 경화 전방부를 향해 그리고 경화 전방부에 대해 안내할 것이다.

본 발명의 특정의 비-제한적인 실시예들에 따르면, 테이퍼형 게이트 구성이 본 명세서에 기술된 원심 주조 장치, 회전 조립체 및/또는 몰드의 다양한 실시예들에 적용될 수 있다. 도 16을 보면, 예를 들어, 게이트(602)가 몰드(608)의 하나 이상의 공동(606)의 입구 포트(604)와 소통한다. 게이트(602)는 공동의 입구 포트(604)에 인접하도록 구성된 테이퍼형 부분(610)을 포함할 수 있다. 테이퍼형 부분(610)은 하나 또는 그 이상의 테이퍼형 서브-부분(610a, 610b, 610c)을 포함할 수 있거나, 혹은 예를 들어 단일의 테이퍼형 부분으로서 실시될 수 있다. 특정 실시예들에서, 테이퍼형 부분(610)은 예를 들어 호(arc) 또는 또 다른 타입의 기하학적 형상으로서 실시될 수 있다. 도시된 것과 같이, 테이퍼형 부분(610)은 예를 들어 공동(606)의 입구 포트(604)에 인접한 게이트(602)의 거의 실질적으로 전체 횡단면적만큼 연장될 수 있다. 그 외의 다른 실시예들에서, 테이퍼형 부분(610)은 공동(606)의 입구 포트(604)에 인접한 게이트(602)의 부분의 전체 횡단면적보다 더 작게 연장될 수 있다. 하나의 비-제한적인 예에서, 테이퍼형 부분(610), 또는 이 테이퍼형 부분의 서브-부분(610a, 610b, 610c)은 몰드(608) 내의 제품 또는 구성요소 주물의 중앙선에 대해 일정 각도를 형성할 수 있는데, 예를 들어, 형성된 테이퍼 각도는 0 도 내지 90 도보다 더 큰 범위에 있을 수 있다.

다양한 실시예들에서, 게이트(602)의 테이퍼형 부분(610)에 의해 형성된 실제 또는 평균 횡단면적은 몰드(608)의 공동(606)의 입구 포트(604)에 의해 형성된 횡단면적보다 더 클 수도 있다. 바람직한 한 실시예에서, 게이트(602)의 테이퍼형 부분(610)에 의해 형성된 실제 또는 평균 횡단면적은 공동(606)의 입구 포트(604)에 의해 형성된 횡단면적의 100% 내지 150%보다 더 큰 범위에 있을 수도 있다. 도 3-5에 관해 위에서 이미 기술된 하나의 비-제한적인 예에서, 재료 공급 포트(84a, 84b)에 인접한 각각의 게이트(60a, 60b)의 횡단면적 및 직경은 인접한 재료 공급 포트(84a, 84b)의 횡단면적 및 직경보다 더 클 수 있다.

본 발명의 발명가들은 다수의 요인들이 게이트(602)의 테이퍼형 부분(610)의 구성 및/또는 공동(606)의 입구 포트(604)에 의해 형성된 횡단면적에 대한 게이트(602)의 테이퍼형 부분(610)에 의해 형성된 횡단면적의 비율의 선택을 결정할 수 있다는 사실을 발견하였다. 이러한 선택 요인들은, 몰드(608) 내에서 주조되는 용융 재료의 타입, 몰드(608)를 포함하는 재료의 타입, 원하는 열역학적 특성, 가령, 가열 및 냉각 속도 또는 열분포, 몰드(608) 내에서 주조되는 구성요소의 기하학적 형태, 소요되는 제품 재료의 양 또는 그 결과 테이퍼형 부분(610)을 이용함으로써 발생될 수 있는 수율 손실, 및/또는 그 외의 다른 선택 기준들을 포함할 수 있는데, 이들에만 제한되는 것은 아니다. 특정 실시예들에서, 게이트의 테이퍼형 부분을 위한 각도 선택은 원하는 또는 필요한 유체 액체 이동 특성들에 대응할 수 있다(responsive).

도 16a를 보면, 본 발명의 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 게이트(632)가 예를 들어 몰드의 공동(634)과 작동 가능하게 결합하기 위해 일반적으로 사다리꼴 형태로 구성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 게이트(632)는 예를 들어 20 도 또는 그 미만의 입사각으로 테이퍼형 부분(636, 638)들로 구성될 수 있다. 게이트(632)의 테이퍼형 부분(636, 638)이 게이트(632)의 세로축의 실질적으로 전체 거리(640) 또는 일부를 따라 연장될 수 있음을 볼 수 있다. 거리(640)는 주조 장치의 스프루 챔버(도시되지 않음)로부터의 거리, 가령, 예를 들어, 공동(634)의 입구 포트까지의 거리를 나타낼 수 있다. 특정 실시예들에서, 게이트(632)의 테이퍼형 부분(636, 638) 내에 형성된 실제 또는 평균 횡단면적은 공동(634)의 입구 포트에 의해 형성된 횡단면적의 100% 내지 150%보다 더 큰 범위에 있을 수 있다. 그 외의 다른 비-제한적인 실시예들에서, 게이트(632)는 예를 들어 그 밖의 타입의 형태들 중에서 일반적으로 직사각형 또는 일반적으로 정사각형 기하학적 형태로 구성될 수 있다. 게이트(632)는 스프루 챔버로부터 공동(634)의 입구 포트를 향해 이동하는 하강 횡단면(descending cross-section)을 제공하도록 구성될 수 있음을 볼 수 있다. 또한, 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 공동(634) 자체는 일정 테이퍼 각도로 테이퍼구성 될 수 있다(예를 들어, 도 22를 참조하라).

도 17을 보면, 본 발명의 특정의 비-제한적인 실시예들에 따르면, 도시된 것과 같이 연장된 게이트(656)를 가진 하나 또는 그 이상의 공동(654)으로 몰드(652)가 구성될 수 있다. 실제로는, 몰드(652)를 사용하는 주조 장치를 작동시키면, 예를 들어, 주조-후 처리(post-casting processing)를 통해, 서브-구성요소 또는 서브-부분들로 분리되거나 나뉠 수 있는 구성요소 또는 부분들을 제작할 수 있다. 예를 들어, 공동(654) 내에 형성된 구성요소가 추후에 다수의 서브-구성요소들로 또다시 분리될 수도 있다. 하나의 비-제한적인 예에서, 공동(654) 내에 형성된 구성요소 또는 부분은 12개의 서브-구성요소가 될 수 있는데, 각각의 이러한 서브-구성요소는 2 내지 3 범위에 있는 종횡비(aspect ratio)를 가진다. 상기 예에서, 그리고, 단지 예시 목적으로, 각각의 이러한 서브-구성요소는 55mm의 두께 및 150mm의 높이로 제작될 수 있으며, 이에 따라 약 2.7의 종횡비를 갖는다. 또 다른 비-제한적인 예에서, 구성요소 또는 서브-구성요소가 약 7.7 또는 그 이상의 종횡비로 제작될 수도 있다. 도 18은 예를 들어 약 7.7의 종횡비를 가진 다수의 서브-구성요소들이 제작될 수 있는 단일의 구성요소를 주조하도록 구성된 몰드(662)의 한 예를 예시한다. 도시된 예에서, 몰드의 게이트(664)가 예를 들어 약 4 내지 6 도의 범위에 있을 수 있는 근사 테이퍼 각도(approximate taper angle)를 형성하는 하나 또는 그 이상의 테이퍼형 부분(666, 668)을 포함할 수 있다. 이 특정 실시예에서, 몰드(662)는 오직 단일의 공동(670)을 포함하는 것을 볼 수 있다.

특정의 비-제한적인 실시예들에서, 몰드(652)는 하나 또는 그 이상의 게이트 측벽(가령, 측벽(659))이 탈착 가능하게 삽입될 수 있는 하나 또는 그 이상의 슬롯(653, 655, 657)으로 구성될 수 있다. 게이트 측벽(659)은 여러 상이한 재료들로 구성될 수 있으며 몰드(652)를 포함하는 재료와 똑같거나 상이한 재료로 구성될 수도 있다. 하나의 비-제한적인 실시예에서, 측벽(659)은 예를 들어 금속성 인서트(insert)로서 실시될 수 있으며, 그 외의 다른 실시예들에서, 측벽(659)은 반-금속성 또는 비-금속성 구성요소로서 실시될 수 있다. 예를 들어, 이러한 측벽(659)을 사용하면, 몰드(652) 내에 사용될 수 있는 그 밖의 재료들에 비해, 낮은 열전도성, 열용량, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 슬롯(653, 655, 657)을 채우기 위한 재료를 선택함으로써 열전달을 조절할 수 있게 된다. 슬롯(653, 655, 657)은 예를 들어 그 외의 다른 잠재적인 구조 형태들 중에서, 둥글거나 정사각형의 기하학적 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 발명가들은, 예를 들어 도 17에 도시된 것과 같이 연장된 게이트(656)를 사용하거나, 또는 예를 들어 도 18에 도시된 것과 같이 몰드(662) 내의 단일의 공동(670)을 사용하여 몰드(652) 내의 구성요소(예를 들어, 플레이트)를 주조하면, 많은 경우에서, 제품의 주조시의 기공(as-cast porosity)이 줄어들 수 있게 할 수 있다는 사실을 발견하였다. 열추출은 용융 재료 및 몰드 공동 사이의 접촉 표면들을 제거함으로써 추가로 감소될 수 있다. 열추출이 이렇게 감소되면, 안내된 경화 전방부가 개선된다(enhance). 또한, 예를 들어 주조 제품의 주변 기계가공(peripheral machining)을 실행하는 필요성이 줄어들기 때문에, 제품에 대한 수율 손실이 감소될 수 있다. 예를 들어, 공동(654) 내의 주조 제품의 주변 에지(peripheral edge)의 표면적에 대한 공동(654) 내의 주조 제품의 표면적의 비율은 몰드(652)의 다른 공동(672, 674, 676)에서 주조될 수 있는 구성요소들에 비해 더 큰 것을 볼 수 있다. 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 공동(654, 672, 674, 676)은 하나 또는 그 이상의 테이퍼형 부분(692, 694, 696, 698(위에서 기술된 것과 같이)으로 구성된 작동 가능하게 결합된 게이트(656, 684, 686, 688)를 포함할 수 있다.

본 발명의 특정의 비-제한적인 실시예들에 따르면, 도 19는 몰드(702)의 한 예를 예시하는데, 몰드(702)의 2개의 공동(704, 706)은 두 공동(704, 706) 모두와 소통되는 공통 게이트(708)를 공유한다(share). 공통 게이트(708)는 다양한 주조 공정에서 고려 요인, 가령, 몰드(702) 내에서 주조되는 용융 재료의 타입, 몰드(702)를 포함하는 재료의 타입, 원하는 열역학적 특성, 가령, 가열 및 냉각 속도 또는 열분포, 몰드(702)의 공동(704, 706) 내에서 주조되는 구성요소의 기하학적 형태, 및/또는 그 밖의 기준들을 포함할 수 있는데, 이들에만 제한되는 것은 아니다. 특정의 비-제한적인 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 공동(704, 706, 712, 714, 716)은 하나 또는 그 이상의 테이퍼형 부분(732, 734, 736, 738)(위에서 기술된 것과 같이)들로 구성된 게이트(708, 722, 724, 726)를 포함할 수 있다.

특정의 비-제한적인 실시예들에서, 몰드(702)는 하나 또는 그 이상의 게이트 측벽(가령, 측벽(758))이 탈착 가능하게 삽입될 수 있는 하나 또는 그 이상의 슬롯(752, 754, 756)으로 구성될 수 있다. 게이트 측벽(758)은 여러 상이한 재료들로 구성될 수 있으며 몰드(702)를 포함하는 재료와 똑같거나 상이한 재료로 구성될 수도 있다. 하나의 비-제한적인 실시예에서, 측벽(758)은 예를 들어 금속성 인서트로서 실시될 수 있으며, 그 외의 다른 실시예들에서, 측벽(758)은 반-금속성 또는 비-금속성 구성요소로서 실시될 수 있다. 예를 들어, 이러한 측벽(758)을 사용하면, 몰드(702) 내에 사용될 수 있는 그 밖의 재료들에 비해, 낮은 열전도성, 열용량, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 슬롯(752, 754, 756)을 채우기 위한 재료를 선택함으로써 열전달을 조절할 수 있게 된다. 슬롯(752, 754, 756)은 예를 들어 그 외의 다른 잠재적인 구조 형태들 중에서, 둥글거나 정사각형의 기하학적 형태로 형성될 수 있다.

도 20-21은 본 발명의 특정의 비-제한적인 실시예들에 따라 구성된 원심 주조 장치(802)의 한 예를 예시한다. 주조 장치(802)는 중앙에 위치된 스프루 챔버(820)로부터 반경 방향으로 외부를 향해 연장되는 다수의 몰드(804, 806, 808, 810, 812, 816, 814, 818)를 포함한다. 다양한 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 몰드(804-818)는 다수의 타입의 재료로 구성될 수 있다. 예를 들어, 몰드(804)의 본체 부분(832)은 제1 타입의 재료로 구성될 수 있으며 몰드(804)의 뒷벽(834)은 제2 타입의 재료로 구성될 수 있는데, 제1 타입의 재료는 제2 타입의 재료와 상이하다. 이 재료들은 예를 들어 상이한 종류의 금속성 또는 세라믹 재료들로 구성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 뒷벽(834)은 가령 볼트, 나사, 또는 그 외의 다른 종래 기술의 패스너를 사용하여 몰드(804)의 본체 부분(832)으로부터 제거되거나 탈착 가능하도록 구성될 수 있다. 이런 방식으로, 한 가지 타입의 재료는 하나 또는 그 이상의 몰드(804-818)에 대해, 고려 요인, 가령, 주조 공정 목적, 구성요소 기하학적 형태, 또는 열역학적 요인, 가령, 재료의 열전달 품질 또는 열 분포 기준에 따라, 또 다른 타입의 재료로 교체될 수 있다.

특정의 비-제한적인 실시예들에서, 예를 들어, 도 20의 주조 장치(802)의 하나 또는 그 이상의 몰드(804-818)는 예를 들어 도 22에 예시된 몰드(852)에 따라 구성될 수 있다. 몰드(852)는 본체 부분(854) 및 원할 시에 상기 본체 부분(854)으로부터 탈착되거나 결부될 수 있는 개별적인 뒷벽 부분(856)을 포함할 수 있다. 또한, 몰드(852) 내에 포함된 하나 또는 그 이상의 공동(862, 864, 866, 868, 870, 872)은 몰드(852)의 전면(882)으로부터 뒷벽 부분(856)을 향해 형성된 테이퍼 각도로 테이퍼구성 되도록 형성될 수 있다. 주조 장치(802)의 작동 동안, 예를 들어, 더 많은 몰드(852) 재료와 더 적은 공동(862-872) 부분들을 전면(882)으로부터 멀어져 뒷벽 부분(856)을 향해 집중시키면, 뒷벽 부분(856)에 인접한 부분에 더 많은 히트 싱크(heat sink) 효과가 생성될 수 있음을 이해할 수 있다. 이러한 방식으로, 몰드(852)의 전체적인 열역학적 행태(thermodynamic behavior)는, 그 외의 다른 요인들 중에서, 공동(862-872) 내에 구성된 테이퍼 양(taper amount), 몰드(852)에 추가되거나 몰드로부터 탈착된 뒷벽 부분(856) 재료의 양, 및/또는 각각 본체 부분(854)과 뒷벽 부분(856)을 포함하는 재료의 타입에 대응하여 조절될 수 있다.

본 명세서에 기술된 특정의 비-제한적인 실시예들에 따르면, 제품 또는 구성요소를 형성하기 위한 게이트 구조 및 공동은 둘 다 똑같은 몰드 내에 하나 또는 그 이상의 테이퍼형 부분을 가질 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 한 예에서, 예를 들어 도 22에 도시된 것과 같이 테이퍼형 공동 구성은 본 명세서에 기술된 다양한 테이퍼형 게이트 구성 또는 기하학적 게이트 구성 중 하나 또는 그 이상과 결합될 수 있다.

본 명세서에 기술된 원심 주조 장치 및 방법들의 특정 특징들은 예시된 실시예들에 관해 기술되었다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 줄여서, 그리고, 이해를 쉽게 하기 위하여, 공동 및 몰드의 장치 및 개수에 대해 오직 제한된 개수의 변경사항들이 예시된다. 당업자에게 명백한 사실인 것과 같이, 이 문헌을 읽고 나면, 예시된 예들에 제한되지 않고도 예시된 실시예들과 그 실시예들의 대안예들이 구현될 수 있다. 또한, 본 발명은 예시된 공동 또는 몰드 장치들에만 제한되지 않는다. 예를 들어, 다양한 실시예들에서, 몰드는 다수의 수직방향의 적층된 공동을 포함할 수 있다. 적층된 공동은 다수의 열(row)의 적층된 공동을 포함하는 몰드를 포함할 수 있다. 또한, 적층된 공동은 회전 중심으로부터 반경 방향으로 오프셋 배열된 하나 또는 그 이상의 공동을 포함할 수 있다. 예를 들어, 몰드가 적층된 공동을 포함할 수 있는데, 상기 공동들은 모두 반경 방향으로 오프셋 배열된다. 몇몇 비-제한적인 실시예들에서, 적층된 공동은 다수의 열의 적층된 공동을 포함할 수 있다. 예시된 실시예들이 일반적으로 적어도 재료 공급 포트들이 나란하게 정렬되는 적층된 공동을 보여주지만, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 공동은 하나 또는 그 이상의 공동이 나란하게 정렬되지 않도록, 예를 들어, 공동이 엇갈리게 배열되거나 규칙적인 혹은 불규칙적인 간격으로 오프셋 배열될 수 있도록 적층될 수도 있다.

몰드의 개수 및 형상은 일반적으로 스프루의 용적 및 주조되어야 하는 피스의 개수 및 크기에 관한 것일 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 주조 장치는 회전축 주위에 위치된 복수의 몰드를 포함할 수 있다. 복수의 몰드는 각각 복수의 수직방향의 적층된 공동을 형성할 수 있다. 복수의 공동은 각각 복수의 선형으로 배열된 주물 피스들을 형성할 수도 있다. 따라서, 형상에 따라, 주조 장치의 다양한 실시예들은 단일의 주조 런(run) 마다 2개 내지 수백 개의 주물을 형성할 수 있다. 이는, 예를 들어 각각의 몰드가 2개 내지 10개의 공동을 형성하는 2개 내지 10개의 몰드 및 2개 내지 6개의 주물 피스를 형성하는 각각의 공동을 포함하는 주조 장치가 8개 내지 600개의 주물 피스 사이로 제작될 수 있음을 의미한다.

본 발명에서, 공정 예들 이외 또는 그 외에 달리 언급되지 않는 한, 수량을 나타내는 모든 개수 또는 요소, 구성요소 및 제품들의 특징, 처리 상태 등은 모든 경우에서 용어 "약(about)"으로 변형될 수 있다고 이해해야 한다. 이에 따라, 반대로 기술되지 않는 한, 하기 내용에 기술된 임의의 수치 변수들은 본 발명에 따른 장치 및 방법들에서 얻고자 하는 원하는 특징들에 따라 변경될 수 있는 근사값들이다. 마지막으로, 본 발명의 청구범위와 균등한 사상을 제한하려는 것이 아니라, 각각의 수치 변수들은 일반적인 근사 방법들을 적용하고 기술된 유효숫자들에 비추어 해석되어야 한다.

본 발명은 원심 주조 장치 및 방법들의 다양한 비-제한적인 실시예들의 다양한 요소, 특징, 형태, 및 이점들을 기술한다. 다양한 비-제한적인 실시예들의 특정 기술내용들은, 명확성을 위해 또는 간략하게 하기 위해 그 외의 다른 요소, 특징 및 형태들은 제거되면서도, 기술된 실시예들을 보다 명확하게 이해하는데 관하여 이러한 요소, 특징 및 형태들만 예시하기 위해 단순화되었다는 것을 이해해야 한다. 명확성을 위해, 개별 실시예들에 관해 기술된 특정의 특징들은 단일의 실시예에서 조합하여 제공될 수도 있다는 것을 이해해야 한다. 반대로, 간략성을 위해, 단일의 실시예에 관해 기술된 본 발명의 다양한 특징들은 개별적으로, 임의의 적절한 서브조합들로, 또는 그 외의 달리 기술된 임의의 실시예에 관해서도 제공될 수 있다. 예를 들어, 공동이 일반적으로 수평의 작동 평면을 따라 연장되는 것으로 도시되지만, 다양한 비-제한적인 실시예들에서, 공동은 수평의 작동 평면에 대해 양의 및/또는 음의 각도로 연장될 수도 있다. 그 외에도, 다양한 실시예들에 관해 기술된 특정의 특징들은, 상기 실시예가 이러한 요소들이 없으면 작동불가하지 않는 한, 상기 실시예들의 핵심적인 특징들로 간주되어서는 안 된다.

앞에서 기술된 내용이 오직 제한된 수의 실시예들로 기술될 필요는 없지만, 당업자는 장치 및 방법들과 본 명세서에 기술되고 예시된 그 외의 다른 예의 세부내용들의 다양한 변형예들이 가능하며, 이러한 변형예들은 모두 하기 청구항들에서 기술된 본 발명의 범위 및 사상 내에 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명을 읽음으로써, 당업자는 추가적인 원심 주조 장치 및 방법들을 용이하게 식별하며, 본 명세서에 기술된 제한된 수의 실시예의 사상 내에서 라인을 따라 추가적인 원심 주조 장치 및 방법들을 구성하고, 제작하며 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 기술되거나 인용된 특정 실시예 또는 방법들에만 제한되는 것이 아니라, 청구항들에 정의된 것과 같이 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 변형예들을 다루기 위한 것이라는 것을 이해해야 한다. 또한, 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 본 명세서에서 논의된 비-제한적인 실시예 및 방법들에 대해 변형할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

원심 주조 장치에 있어서, 상기 원심 주조 장치는:
회전축 주위로 회전하도록 구성된 회전 조립체를 포함하고, 상기 회전 조립체는:
회전축 주위에 위치되고 용융 재료의 공급을 수용하도록 구성된 스프루 챔버;
스프루 챔버로부터 원심력 방향으로 용융 재료를 수용하도록 위치된 제1 게이트;
스프루 챔버로부터 원심력 방향으로 용융 재료를 수용하도록 위치된 제2 게이트;
제1 게이트로부터 원심력 방향으로 용융 재료를 수용하도록 위치된 제1 공동; 및
제2 게이트로부터 원심력 방향으로 용융 재료를 수용하도록 위치된 제2 공동을 포함하며;
제1 공동과 제2 공동은 적층되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
제1항에 있어서, 제1 게이트는 제1 공동의 직경보다 더 큰 직경을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
제2항에 있어서, 제1 게이트는 제1 공동의 횡단면적의 125% 내지 150% 사이의 횡단면적, 및 게이트의 횡단면적의 가장 큰 수치의 50% 내지 150% 사이의 길이를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
제1항에 있어서, 제1 게이트는 제1 공동의 동일한 인접 길이의 용적보다 더 큰 용적을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
제1항에 있어서, 제1 및 제2 공동은 스프루 챔버를 향해 방향성 경화를 촉진시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
제1항에 있어서, 제1 및 제2 공동을 형성하는 몰드를 추가로 포함하고, 제1 및 제2 공동은 각각 측벽 및 뒷벽에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
제6항에 있어서, 몰드는 전면을 포함하고, 스프루 챔버는 몰드의 전면에 의해 적어도 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
제6항에 있어서, 몰드는 원심력 방향의 반대 방향으로 그리고 스프루 챔버를 향해 뒷벽으로부터의 방향성 경화를 촉진시키기 위하여 제1 및 제2 공동 내의 용융 재료로부터 열추출을 차등 조절하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
제8항에 있어서, 뒷벽들 중 하나 이상의 두께는 측벽들 중 하나 이상의 두께보다 더 큰 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
제8항에 있어서, 뒷벽들 중 하나 이상은 공동을 따라 열추출의 가장 완전한 상태를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
제8항에 있어서, 측벽들 중 하나 이상은 1 인치 미만의 두께를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
제8항에 있어서, 몰드는 용융 재료로부터 몰드로의 열전달 속도를 변하게 하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 포켓을 형성하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
제1항에 있어서, 스프루 챔버는 제1 및 제2 공동 둘 모두에 용융 재료로 채워질 때까지 제1 및 제2 공동에 용융 재료를 지속적으로 공급하도록 구성되며, 제1 및 제2 게이트는 두 공동 모두에 용융 재료가 채워질 때 용융 재료 내에 완전히 잠기도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
제1항에 있어서, 제1 공동 및 제 2 공동 중 하나 이상은 복수의 피스를 포함하는 주물을 제작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
제1항에 있어서, 회전 조립체는 수용 링을 포함하며, 수용 링은 스프루 챔버에 대한 오버행을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
제6항에 있어서, 회전 조립체는 스프루의 베이스를 형성하는 웨지를 포함하며, 상기 웨지는 몰드와 밀봉 결합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치.
원심 주조 몰드에 있어서, 상기 원심 주조 몰드는:
용융 재료의 공급을 수용하도록 구성된 전면;
뒷면; 및
제1 공동 및 제2 공동을 포함하며, 각각의 공동은 전면으로부터 뒷면을 향해 연장되고 측벽 및 몰드의 뒷면에 인접한 뒷벽에 의해 형성되고, 제1 및 제2 공동은 적층되며 원심력 방향으로 용융 재료를 수용하도록 구성되고;
몰드는 제1 및 제2 공동을 차등 단열시켜 뒷벽으로부터 원심력 방향을 향해 방향성 경화를 촉진시키기 위하여 뒷벽에서의 용융 재료로부터의 열추출 속도가 측벽에서의 열추출 속도보다 더 커지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제17항에 있어서, 몰드는 용융 재료로부터 몰드로의 열전달 속도를 변하게 하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 포켓을 형성하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제17항에 있어서, 뒷벽의 두께는 측벽의 두께보다 더 큰 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제17항에 있어서, 제1 공동 또는 제2 공동 중 하나를 형성하는 뒷벽은 각각의 공동을 따라 열추출의 가장 완전한 상태를 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제17항에 있어서, 제1 공동 및 제2 공동 중 하나를 형성하는 측벽은 1 인치 미만의 두께를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제17항에 있어서, 전면에 인접한 제1 및 제2 공동의 각각의 부분은 뒷벽을 향해 테이퍼구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제17항에 있어서, 전면은 스프루 챔버의 적어도 일부분을 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제17항에 있어서, 제1 공동 및 제 2 공동 중 하나 이상은 복수의 피스를 포함하는 주물을 제작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제24항에 있어서, 제1 공동 및 제2 공동 중 하나 이상의 중앙선을 따라 수직관이 위치되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
원심 주조 몰드에 있어서, 상기 원심 주조 몰드는:
용융 재료의 공급을 수용하도록 구성된 전면;
뒷면;
전면으로부터 뒷면을 향해 연장되는 제1 공동, 상기 제1 공동은 측벽 및 몰드의 뒷면에 인접한 뒷벽에 의해 형성되고; 및
전면과 제1 공동 사이에 위치된 몰드 내에 형성된 제1 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제26항에 있어서, 제1 게이트는 제1 공동의 횡단면적보다 더 큰 횡단면적을 포함하며, 제1 게이트는 원심력 방향으로 용융 재료를 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제26항에 있어서, 몰드는 원심력 방향의 반대 방향으로 그리고 제1 게이트를 향해 뒷벽으로부터의 방향성 경화를 촉진시키기 위하여 제1 공동 내의 용융 재료로부터 열추출을 차등 조절하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제28항에 있어서, 뒷벽의 두께는 측벽의 두께보다 더 큰 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제28항에 있어서, 뒷벽은 열추출의 완전한 상태를 나타내는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제28항에 있어서, 측벽들 중 하나 이상은 1 인치 미만의 두께를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제28항에 있어서, 몰드는 용융 재료로부터 몰드로의 열전달 속도를 변하게 하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 포켓을 형성하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제28항에 있어서, 전면은 스프루 챔버의 적어도 일부분을 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제26항에 있어서, 제1 공동은 복수의 피스를 포함하는 주물을 제작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제26항에 있어서, 몰드는 전면으로부터 뒷면을 향해 연장되는 하나 이상의 또 다른 공동을 추가로 형성하며, 하나 이상의 또 다른 공동은 측벽 및 몰드의 뒷면에 인접한 뒷벽에 의해 형성되고, 제1 공동 및 하나 이상의 또 다른 공동은 적층되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
금속성 재료의 주물 제작 방법에 있어서, 상기 방법은:
스프루 챔버 주위에 위치된 복수의 공동과 복수의 게이트를 포함하는 회전 조립체를 배열시켜 복수의 게이트와 복수의 공동이 스프루 챔버로부터 원심력 방향으로 용융 재료를 수용하도록 위치되게 하는 단계; 복수의 게이트는 각각 복수의 공동 중 하나에 결합되고, 복수의 공동 중 2개 이상은 적층되며;
회전 조립체를 회전시키는 단계; 및
용융된 금속성 재료 공급을 스프루 챔버에 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속성 재료의 주물 제작 방법.
제36항에 있어서, 복수의 게이트 각각 게이트가 결합되는 공동의 횡단면적보다 더 큰 횡단면적을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속성 재료의 주물 제작 방법.
제37항에 있어서, 용융된 금속성 재료의 공급을 전달하는 단계는 용융된 금속성 재료가 복수의 게이트 내에 완전히 잠길 때까지 용융된 금속성 재료 공급을 스프루 챔버 내에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속성 재료의 주물 제작 방법.
제38항에 있어서, 2개 이상의 적층된 공동은 2개 이상의 적층된 공동 내에 용융된 금속성 재료로부터의 열추출을 차등 조절하도록 구성된 몰드 내에 형성되며, 용융된 금속성 재료는 원심력 방향의 반대 방향으로 그리고 스프루 챔버를 향해 방향성 경화를 겪는 것을 특징으로 하는 금속성 재료의 주물 제작 방법.
원심 주조 장치 조립 방법에 있어서, 상기 방법은:
회전축 위에 웨지를 위치시키는 단계;
2개 이상의 몰드가 웨지와 밀봉 결합되도록 위치시키는 단계, 2개 이상의 몰드는 각각 전면을 포함하고 전면으로부터 몰드 내로 연장되는 2개 이상의 공동을 형성하며; 및
용융 재료를 수용하도록 구성된 스프루 챔버를 형성하는 단계를 포함하고, 스프루 챔버의 적어도 일부분은 2개 이상의 몰드의 전면의 적어도 일부분에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치 조립 방법.
제40항에 있어서, 웨지는 스프루 챔버의 바닥 단부에 위치되고, 상기 방법은 스프루 챔버의 상측 단부에 수용 링을 위치시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 장치 조립 방법.
원심 주조 몰드에 있어서, 상기 원심 주조 몰드는:
용융 재료의 공급을 수용하도록 구성된 제1 재료 공급 포트를 포함하는 전면;
뒷면;
제1 재료 공급 포트로부터 뒷면을 향해 연장되는 제1 공동, 상기 제1 공동은 측벽 및 몰드의 뒷면에 인접한 뒷벽에 의해 형성되고; 및
상기 제1 공동은 공동의 길이를 따라 줄어드는 횡단면적을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제42항에 있어서, 줄어드는 횡단면은 제1 횡단면 및 제2 횡단면을 포함하고, 제1 횡단면은 재료 공급 포트에 또는 재료 공급 포트 가까이에 위치되며, 제2 횡단면은 제1 횡단면보다 재료 공급 포트로부터 더 먼 거리에 위치되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제43항에 있어서, 제1 횡단면의 횡단면적은 제2 횡단면의 횡단면적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제42항에 있어서, 전면은 용융 재료의 공급을 수용하도록 구성된 제2 재료 공급 포트를 포함하고, 몰드는 제2 재료 공급 포트로부터 뒷면을 향해 연장되는 제2 공동을 추가로 포함하며, 상기 제2 공동은 측벽 및 몰드의 뒷면에 인접한 뒷벽에 의해 형성되고, 제2 공동은 공동의 길이를 따라 줄어드는 횡단면적을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제42항에 있어서, 몰드는 뒷면으로부터 전면을 향해 방향성 경화를 촉진시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
제42항에 있어서, 전면은 스프루 챔버에 결부되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 몰드.
원심 주조 장치의 회전 조립체와 작동 가능하게 결합되도록 구성된 몰드에 있어서, 상기 몰드는:
회전 조립체의 회전에 의해 생성된 원심력 방향으로 용융 재료를 수용하도록 구성된 입구 포트를 가진 하나 이상의 공동; 및,
공동의 입구 포트와 소통되는 게이트를 포함하고, 상기 게이트는 공동의 입구 포트에 인접하게 위치된 하나 이상의 테이퍼형 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드.
제48항에 있어서, 다수의 테이퍼형 서브-부분을 포함하는 테이퍼형 부분을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드.
제48항에 있어서, 테이퍼형 부분은 공동의 입구 포트에 인접한 게이트의 한 부분의 전체 횡단면적 주위로 연장되는 것을 특징으로 하는 몰드.
제48항에 있어서, 테이퍼형 부분은 공동의 입구 포트로부터 세로 거리에 연장되는 것을 특징으로 하는 몰드.
제51항에 있어서, 상기 거리는 공동의 입구 포트로부터 회전 장치의 스프루 챔버로 연장되는 것을 특징으로 하는 몰드.
제48항에 있어서, 테이퍼형 부분은 공동의 입구 포트에 인접한 게이트의 한 부분의 전체 횡단면적 미만 주위로 연장되는 것을 특징으로 하는 몰드.
제48항에 있어서, 0 도 내지 90 도보다 더 큰 범위에 있는 테이퍼 각도를 형성하는 테이퍼형 부분을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드.
제48항에 있어서, 게이트의 테이퍼형 부분에 의해 형성된 평균 횡단면적은 공동의 입구 포트에 의해 형성된 횡단면적보다 더 큰 것을 특징으로 하는 몰드.
제55항에 있어서, 게이트의 테이퍼형 부분에 의해 형성된 평균 횡단면적은 공동의 입구 포트에 의해 형성된 횡단면적의 100% 내지 150%보다 더 큰 범위에 있는 것을 특징으로 하는 몰드.
제48항에 있어서, 공동들 중 하나 이상은 하나 이상의 테이퍼형 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드.
원심 주조 장치의 회전 조립체와 작동 가능하게 결합되도록 구성된 몰드에 있어서, 상기 몰드는:
회전 조립체의 회전에 의해 생성된 원심력 방향으로 용융 재료를 수용하도록 구성된 입구 포트를 가진 하나 이상의 공동;
공동의 입구 포트와 소통되는 연장된 게이트를 포함하고; 및,
상기 공동은 다수의 서브-구성요소들로 세분될 수 있는 주물 구성요소를 제작하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 몰드.
제58항에 있어서, 각각의 서브-구성요소는 2 내지 10 사이의 범위에 있는 종횡비를 가지는 것을 특징으로 하는 몰드.
제58항에 있어서, 공동의 입구 포트에 인접하게 위치된 하나 이상의 테이퍼형 부분을 포함하는 연장된 게이트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드.
제60항에 있어서, 테이퍼형 부분은 0 도 내지 90 도보다 더 큰 범위에 있는 테이퍼 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 몰드.
원심 주조 장치의 회전 조립체와 작동 가능하게 결합되도록 구성된 몰드에 있어서, 상기 몰드는:
각각, 회전 조립체의 회전에 의해 생성된 원심력 방향으로 용융 재료를 수용하도록 구성된 입구 포트를 가진 2개 이상의 공동; 및,
공동의 두 입구 포트들과 소통되는 공통 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드.
제62항에 있어서, 공통 게이트와 공유하는 공동들의 입구 포트들 중 하나 이상에 인접하게 위치된 하나 이상의 테이퍼형 부분을 포함하는 공통 게이트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드.
원심 주조 장치의 회전 조립체와 작동 가능하게 결합되도록 구성된 몰드에 있어서, 상기 몰드는:
회전 조립체의 회전에 의해 생성된 원심력 방향으로 용융 재료를 수용하도록 구성된 입구 포트를 가진 하나 이상의 공동;
제1 재료를 포함하는 본체 부분;
본체 부분에 결부될 수 있거나 본체 부분으로부터 탈착가능한 뒷벽 부분; 상기 뒷벽 부분은 제2 재료를 포함하고; 및,
상기 제1 재료는 제2 재료와는 상이한 타입의 재료인 것을 특징으로 하는 몰드.
제64항에 있어서, 제1 재료 또는 제2 재료 중 하나는 금속성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드.
제64항에 있어서, 공동들 중 하나 이상은 한 테이퍼 각도로 테이퍼구성되는 것을 특징으로 하는 몰드.
제64항에 있어서, 공동들 중 하나 이상은 사다리꼴 형태, 정사각형 형태, 또는 직사각형 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드.
제64항에 있어서, 공동들 중 하나 이상과 소통되는 게이트를 추가로 포함하고, 상기 게이트는 사다리꼴 형태, 정사각형 형태, 또는 직사각형 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 몰드.
원심 주조 장치의 회전 조립체와 작동 가능하게 결합되도록 구성된 몰드에 있어서, 상기 몰드는:
회전 조립체의 회전에 의해 생성된 원심력 방향으로 게이트로부터 용융 재료를 수용하도록 구성된 입구 포트를 가진 하나 이상의 공동; 및,
공동의 입구 포트에 인접하게 형성된 슬롯을 포함하고, 상기 슬롯은 내부에 게이트의 측벽을 탈착 가능하게 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 몰드.
제69항에 있어서, 하나 이상의 측벽은 몰드의 하나 이상의 다른 부분을 포함하는 재료와는 상이한 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 몰드.