KR20160052909A - 중력금형 주조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중력금형 주조방법에 관한 것으로, 상기 중력금형주조방법은 금형내부로 용탕이 주입되는 용탕주입단계; 금형본체 내부로 가스를 주입시킴으로써 금형본체 내부의 압력을 높이는 가스주입단계; 상기 용탕주입단계 및 가스주입단계에서 성형된 주조품을 응고시킨 후, 금형외부로 취출하는 취출단계;를 포함하는 것으로, 본 발명은 금형내부의 압력을 높힘으로써 주조품의 수축결함을 최소화시킬 뿐만 아니라 조직을 치밀한 양질의 주조품을 제작하는 등 작업의 효율성을 향상시키는 현저한 효과가 있다.

Description

중력금형 주조방법{gravity pressure casting method}

본 발명은 중력금형 주조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주조시, 금형내부로 가스를 주입시킴으로써 양질의 주조품을 얻는 중력금형 주조방법에 관한 것이다.

일반적으로 중력금형주조란 용탕에 압력을 가하는 일 없이, 용탕 자체가 지니는 중력을 이용하여서 금형, 흑연형 등의 영구 주형에 주탕하는 방법을 일컫는것으로, 중력금형주조공정은 언더커트나 중자가 포함되는 복잡한 형상의 주조가 가능하고, 특히 후육부에 존재하는 수축 결함을 제어하기 위하여 용탕의 중력을 활용하는 주조법으로 설비가 간단하고 자동화가 가능하여 복잡한 형상의 주조품의 주조와 기밀성과 내압성이 요구되는 부품의 주조에 많이 사용되고 있다.

종래기술로서, 공개특허공보 공개번호 제10-2011-0071439호(압력제어 주조장치 및 주조방법)에 의하면, 상기 압력제어 주조장치 및 주조방법은 주조시 용융된 금속을 주형에 보다 효과적으로 주입할 수 있도록, 내부에 도가니가 구비되어 금속을 용해하는 제1 챔버와, 상기 제1 챔버에 연결되고 내부에 주형이 구비되는 제2 챔버, 상기 제1 챔버와 제2 챔버 사이에 기밀을 유지하며 연통되는 용탕 통로를 선택적으로 개폐하는 개폐부, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버에 연결되어 제1챔버와 제2 챔버에 진공을 형성하기 위한 진공부, 상기 제1 챔버에 연결되어 제1 챔버에 압력을 가하는 가압부를 포함하는 압력제어 주조장치 및 주조방법을 제공한다고 기재되어 있다.

다른 종래기술로서, 등록특허공보, 등록번호 제10-1234171호(합금주조장치)에 의하면, 주조 작업에서 합금의 중력 유동 및 피딩을 위한 장치는 합금의 공급을 유지하는 공급 용기, 상기 용기가 포함되고 적절한 주조 온도로 합금의 공급을 유지하기 위해 상기 용기가 가열될 수 있는 노, 및 상기 노와 관련하여 상기 용기로부터 측방향 바깥쪽으로 장착되는 다이를 구비하고, 도관은 상기 용기와 상기 다이 사이에 연통을 제공하며, 상기 장치는 상기 용기로부터 상기 다이에 의하여 형성되는 다이 캐비티로의 상기 합금의 유동을 가능하게 하거나 방지하기 위하여 실질적으로 수평방향의 축선에 대해, 상기 노, 상기 용기 및 상기 다이를 포함하는 조립체를 가역적으로 경사지게 하는 수단을 포함한다고 기재되어 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 중력금형주조로 제작된 주조품은 조직이 치밀하지 못하다는 문제점이 있었다.

또한, 종래에는 금형내부공간에서 주조품의 응고시 발생하는 수축을 보완하기 위해 금형 설계시 압탕부를 설치하게되는데, 상기 압탕부는 부피가 크기때문에 공간을 많이 차지한다는 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 금형내부로 가스를 주입시킴으로써 별도의 압탕부없이 주조품의 응고시 발생하는 수축을 보완하여 양질의 주조품을 얻는 중력금형 주조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 중력금형 주조방법에 관한 것으로, 상기 중력금형주조방법은 금형내부로 용탕이 주입되는 용탕주입단계; 금형본체 내부로 가스를 주입시킴으로써 금형본체 내부의 압력을 높이는 가스주입단계; 상기 용탕주입단계 및 가스주입단계에서 성형된 주조품을 응고시킨 후, 금형외부로 취출하는 취출단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

따라서 본 발명은 금형내부의 압력을 높힘으로써 주조품의 수축결함을 최소화시킬 뿐만 아니라 조직을 치밀한 양질의 주조품을 제작하는 등 작업의 효율성을 향상시키는 현저한 효과가 있다.

도1은 종래의 중력금형 개략도
도2는 본 발명에서 사용되는 중력금형의 평면사진
도3은 도2에서 덮개판이 호퍼의 주입구를 폐쇄한 상태의 사진
도4는 본 발명에서 사용되는 금형본체의 내부사진
도5는 본 발명에서 사용되는 중력금형의 측면도
도6은 본 발명에서 사용되는 덮개판의 확대도

본 발명은 중력금형 주조방법에 관한 것으로, 상기 중력금형주조방법은 금형본체(120) 내부로 용탕이 주입되는 용탕주입단계; 금형본체(120) 내부로 가스를 주입시킴으로써 금형본체 내부의 압력을 높이는 가스주입단계; 상기 용탕주입단계 및 가스주입단계에서 주입된 용탕을 응고시킨 후, 금형외부로 주조품을 취출하는 취출단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용탕주입단계와 가스주입단계사이에는 금형본체의 주입구(113)를 폐쇄하는 금형입구폐쇄단계가 추가되는 것을 특징으로 한다.

또한, 중력금형주조에 사용되는 중력금형은 용탕이 주입되는 주입구(113)가 형성된 호퍼(110)와, 상기 호퍼(110)의 주입구(113)에 결합되어 주입구(113)를 개폐하는 덮개판(130)과, 상기 호퍼(110)의 일측에 결합되며, 내부에 용탕이 주입되는 공간부가 형성된 금형본체(120)와, 가스탱크와 연결되어 상기 금형본체 내부에 가스를 공급하는 가스공급노즐(A)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 덮개판(130)에는 실린더(131)가 연결되며, 상기 실린더(131)의 신축에 의해 호퍼(110)의 주입구(113)가 개폐되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 덮개판(130)은 내부에 공간부가 형성되며, 상기 덮개판(130)의 일측에는 가스주입노즐(A)이 결합되어 덮개판(130) 내부로 가스를 공급하면, 가스의 압력때문에 덮개판(130)이 하강하여 주입구(113)를 폐쇄하게 되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명을 첨부도면에 의해 설명하면 다음과 같다.

도1은 종래의 중력금형 개략도, 도2는 본 발명에서 사용되는 중력금형의 평면사진, 도3은 도2에서 덮개판이 호퍼의 주입구를 폐쇄한 상태의 사진, 도4는 본 발명에서 사용되는 금형본체의 내부사진, 도5는 본 발명에서 사용되는 중력금형의 측면도, 도6은 본 발명에서 사용되는 덮개판의 확대도 이다.

일반적으로 중력금형주조란 용탕에 압력을 가하는 일 없이, 용탕 자체가 지니는 중력을 이용하여서 금형, 흑연형 등의 영구 주형에 주탕하는 방법을 일컫는것으로, 중력금형주조공정은 언더커트나 중자가 포함되는 복잡한 형상의 주조가 가능하고, 특히 후육부에 존재하는 수축 결함을 제어하기 위하여 용탕의 중력을 활용하는 주조법으로 설비가 간단하고 자동화가 가능하여 복잡한 형상의 주조품의 주조와 기밀성과 내압성이 요구되는 부품의 주조에 많이 사용되고 있다.

그리고 중력금형주조는 크게 정치식과 경동식으로 나누어지는 것으로, 정치식은 금형의 경동없이 간단한 장치로 충진성이 우수하고 압탕의 설정과 가스빼기가 용이한 소재의 주조에 적용되고, 경동식은 원하는 각도로 경동과 동시에 용탕의 주입이 시작되며 금형의 세워지는 방식으로, 복잡한 형상, 후육부, 중자세팅이 어려운 경우 이용된다.

본 발명에서는 설명을 용이하게 하기 위해 경동식 중력금형구조를 실시례로하여 본 발명을 설명하며, 본 발명은 정치식 중력금형주조에서도 적용될 수있다.

본 발명에서 사용되는 중력금형은 용탕이 주입되는 주입구가 형성된 호퍼와, 상기 호퍼의 주입구에 결합되어 주입구를 개폐하는 덮개판과, 상기 호퍼의 일측에 결합되며, 내부에 용탕이 주입되는 공간부가 형성된 금형본체와, 가스탱크와 연결되어 상기 금형본체 내부에 가스를 공급하는 가스주입노즐로 구성된다.

도4 내지 5에 도시된 바와 같이, 상기 금형본체의 측면에는 호퍼가 결합되되, 상기 호퍼는 상부호퍼와, 하부호퍼로 분할되어 구성되는 것으로, 금형본체의 측면에는 내부에 공간부가 형성된 하부호퍼가 결합되고, 상기 하부호퍼의 상면에는 상부에 주입구가 형성된 상부호퍼가 결합된다.

그리고 상부호퍼의 상부면 또는 하부호퍼의 하부면에는 패킹이 장착되어, 상,하부 호퍼의 결합 시, 안정적으로 호퍼 내부가 밀폐되도록 한다.

상기 상부호퍼의 주입구에 용탕이 주입되면, 상기 용탕은 하부호퍼의 공간부에 담겨지고, 상기 호퍼 및 금형본체가 기울어지면, 하부호퍼의 공간부에 담겨진 용탕이 금형본체 내부로 유입되어 성형되는 것이다.

한편, 도4에 도시된 바와 같이, 상기 상부호퍼에 형성된 주입구의 상부에는 실린더에 의해 직선왕복운동하는 덮개판이 설치되어 주입구를 개폐하게 된다.

특히, 상기 덮개판은 상판과 하판으로 구성되어 있는 것으로, 하판은 판재형상의 플레이트의 상면에 상부 개구된 중공체가 결합되어 있는 형상이며, 상판은 상기 하판의 중공체가 내부에 삽입되는 중공홀이 형성되어 있는 육면체 형상으로, 중공홀의 내부 깊이는 중공체의 높이보다는 상대적으로 깊에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

더욱 자세하게 설명하면, 상기 하판은 사각판재의 상면에 중공체가 결합되어, 수직단면이 '

'형상으로 형성되고, 상기 하판의 상부에 결합되는 상판의 수직단면은 '

'형상으로 형성되는 것으로, 상기 상,하판이 결합된 수직단면은 '

'형상으로 형성된다.

또한, 도6에 도시된 바와 같이, 상기 하판의 상면에는 수직방향으로 다수개의 결합핀이 고정되고, 상기 결합핀과 대응되도록 상판에는 상하로 관통된 결합홀이 형성되는 것으로, 상기 하판의 결합핀은 상판의 결합홀을 관통하도록 결합되는 것이다.

그리고 상기 결합핀의 외주연에 스프링이 삽입되되, 상기 결합홀의 수직단면은 '

'형상으로, 단턱지게 형성되어, 상기 결합홀의 단턱에 스프링이 지지되어 더이상 하부로 내려가지 않게되는 것이다.

또한, 상기 결합핀의 상부 외주연에는 나사면이 형성되며, 상기 결합핀의 끝단부에 와셔 및 너트가 결합되어 상판 및 하판을 결합하되, 상기 결합핀의 높이는 상판의 높이보다 높고, 결합핀의 끝단부에 너트가 결합되어, 하판이 외력에 의해 상하부로 이동가능되도록 한다.

즉, 상판과 하판의 결합시 스프링의 원상태에서는 하판의 중공체 상면이 상판의 중공홀의 저면과 닿지 않는 상태가 유지되도록 너트를 조여 스프링의 탄성을 조정하며, 외부에서 가해지는 힘에 의해 하판의 중공체는 상판의 중공홀에 더욱 깊게 삽입되게 되는 것이다.

곧, 외부에서 가해지는 힘에 의해 덮개판의 두께는 줄어들게 되며, 외부에서 가해지는 힘이 사라지면 덮개판의 두께는 다시 늘어나게 된다.

따라서, 실린더에 의해 덮개가 직선운동하여 상부호퍼에 형성된 주입구의 상면에 접촉하면서 주입구를 막게 될 때, 스프링이 압축되면서 하판이 상판의 내부로 삽입되기 때문에 하판의 하부면과 주입구의 상면은 마찰이 작게 작용하게 된다.

그리고 덮개판의 일측에는 가스주입노즐이 연결되어 덮개판 내부로 가스를 공급하며, 덮개판 내부로 가스가 공급되면, 가스의 압력때문에 덮개판이 하강하여 덮개판의 상부면에 접촉되어 호퍼 내부를 폐쇄하게 된다.

그리고 상기 덮개판의 하부면에는 고무패킹이 결합되어, 덮개판이 하강하여 호퍼의 주입구와 접촉될 때, 호퍼의 주입구가 용이하게 밀폐되도록 한다.

한편, 상기 덮개판의 다른 실시례로서, 상기 덮개판(130)의 하부면에는 수직방향으로 다수개의 스프링(132)이 결합되어, 상기 덮개판(130)이 호퍼(110)의 상부에 위치할 때, 호퍼(110)의 주입구(113)와 접촉되지 않고, 호퍼(110)의 주입구(113)에서 상부로 일정간격 이격되게 위치한다.

또한, 상기 덮개판(130)의 일측에는 가스주입노즐(A)이 결합되어 덮개판(130) 내부로 가스를 공급하며, 덮개판(130) 내부로 가스가 공급되면, 가스의 압력때문에 덮개판(130)이 하강하여 주입구(113)를 폐쇄하게 되는 것이다.

더욱 자세하게 설명하면, 덮개판 내부로 가스가 공급되면, 가스의 압력때문에 덮개판이 하강하여 호퍼의 상부면에 접촉됨으로써 호퍼 내부를 폐쇄하게 되는 것으로, 이 때, 스프링은 압축된다.

그리고 상기 스프링은 압축스프링으로서, 평소에는 덮개판이 호퍼의 주입구에서 상부로 일정간격 이격되게 위치하도록하며, 덮개판 내부로 가스가 공급되어 덮개판이 하강하면, 스프링이 압축되어 덮개판이 호퍼의 주입구를 폐쇄하게 된다.

곧, 덮개판 내부로 가스의 공급을 멈추면, 스프링의 복원력에 의해 덮개판은 승강하며, 호퍼에서 상부로 이격되게 된다.

한편, 호퍼에는 호퍼 내부를 관통하도록 노즐이 결합되며,상기 노즐은 가스탱크와 연결되어 호퍼 내부로 가스를 공급하는 것으로, 본 발명에서는 질소와 같은 불활성가스를 주입하여 호퍼 및 호퍼와 연통된 금형내부의 압력을 높이는 것이다.

상기 호퍼의 주입구에 용탕이 주입된 후, 상기 호퍼 및 금형본체가 기울어지면, 금형본체 내부로 용탕이 유입되며, 이 때 금형내부에 가스를 주입하여 압력을 가하게 되면, 용탕이 캐티비 내부에 고르게 분포되어 보다 정밀하게 성형되어질 뿐만아니라 응고시 발생하는 수축을 저감할 수 있게 된다.

그리고 본 발명에서 사용되는 노즐은 가스탱크와 결합되되, 상기 가스탱크는 기체를 압축하여 압력을 높이는 콤프레셔와 연결되어 있으며, 상기 가스탱크에는 과잉의 압력을 방출하여 공기탱크의 안전을 유지하기 위해 안전밸브가 설치되어 있다.

이하에서는 본 발명의 중력금형 주조방법을 설명한다.

먼저, 작업자는 호퍼에 형성된 주입구에 용탕을 주입한다.

그리고 호퍼 및 금형본체를 경동시키며, 이 때 호퍼의 주입구는 덮개판에 의해 폐쇄된 상태인 것으로, 상기 덮개판(130)의 일측에는 가스주입노즐(A)이 결합되어 덮개판(130) 내부로 가스를 공급하며, 덮개판(130) 내부로 가스가 공급되면, 가스의 압력때문에 덮개판(130)이 하강하여 주입구(113)를 폐쇄하게 되는 것이다.

그 후, 금형내부로 가스를 주입하고, 성형이 완료되면, 주조품을 응고시킨 후, 금형외부로 취출하게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 금형내부의 압력을 높힘으로써 주조품의 수축결함을 최소화시킬 뿐만 아니라 조직을 치밀한 양질의 주조품을 제작하는 등 작업의 효율성을 향상시키는 현저한 효과가 있다.

100:중력금형
110:호퍼 111:상부호퍼
112:하부호퍼 113:주입구
120:금형본체
130:덮개판 131:실린더
132:스프링 133:결합핀
134:상판 135:결합홀
136:와셔 137:너트
138:오링(O-ring)홈 139:하판
A:가스주입노즐

Claims (5)

1. 중력금형의 금형본체(120) 내부로 용탕이 주입되는 용탕주입단계;
   금형본체(120) 내부로 가스를 주입시킴으로써 금형본체 내부의 압력을 높이는 가스주입단계;
   상기 가스주입단계를 거친 용탕을 응고시킨 후, 금형외부로 응고된 주조품을 취출하는 취출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중력금형주조방법
2. 제1항에 있어서, 상기 용탕주입단계와 가스주입단계사이에는 금형본체의 주입구(113)를 폐쇄하는 금형입구폐쇄단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 중력금형주조방법
3. 제1항에 있어서, 중력금형주조방법에서 사용되는 중력금형은 용탕이 주입되는 주입구(113)가 형성된 호퍼(110)와, 상기 호퍼(110)의 주입구(113)에 결합되어 주입구(113)를 개폐하는 덮개판(130)과, 상기 호퍼(110)의 일측에 결합되며, 내부에 용탕이 주입되는 공간부가 형성된 금형본체(120)와, 가스탱크와 연결되어 상기 금형본체 내부에 가스를 공급하는 가스공급노즐(A)로 구성되는 것을 특징으로 하는 중력금형주조방법
4. 제3항에 있어서, 상기 덮개판(130)에는 실린더(131)가 연결되며, 상기 실린더(131)의 신축에 의해 호퍼(110)의 주입구(113)가 개폐되는 것을 특징으로 하는 중력금형주조방법
5. 제3항에 있어서, 상기 덮개판(130)은 내부에 공간부가 형성되며, 상기 덮개판(130)의 일측에는 가스주입노즐(A)이 결합되어 덮개판(130) 내부로 가스를 공급하면, 가스의 압력때문에 덮개판(130)이 하강하여 주입구(113)를 폐쇄하게 되는 것을 특징으로 하는 중력금형주조방법
   

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