KR20160124135A - 주조 물품의 제조 방법 및 통기성 주형 - Google Patents

Abstract

주형(鑄型) 캐비티로서 제품 캐비티와 용탕 유로를 가지고, 탕유로(湯流路)가, 중력 주탕(注湯)한 용탕(溶湯)이 흘러내리는 탕구부(湯口部) 및 제품 캐비티와 탕구부를 연결하는 탕도(湯道)로 이루어지는 통기성 주형을 사용하되, 주형 캐비티의 전체의 체적보다 작고, 제품 캐비티의 체적보다 큰 금속 용탕을 중력 주탕하고, 이어서, 탕구부로부터 가스를 송기(送氣)하여, 용탕 유로 내의 금속 용탕을 밀어넣음(압입함)으로써 제품 캐비티 내의 금속 용탕을 밀어올려, 제품 캐비티를 금속 용탕으로 충전(充塡)하는 주조 물품의 제조 방법으로서, 가스의 송기에 의해 가상의 액체가 제품 캐비티 내에 충전되어 평형하게 된 상태를 가정했을 때, 가상의 액체로 제품 캐비티가 충만하고, 또한 용탕 유로 내에 잔존하는 가상의 액체의 액면의 높이 hs, 탕도의 천정부의 가장 낮은 부분의 높이 h1, 및 탕도의 천정부가 탕구부와 접속하는 부분의 높이 h2가, h2>hs>h1을 만족시킨 상태로 되는 가상의 액체의 체적과 동일한 체적의 금속 용탕을 주탕하는 양으로 하는 주조 물품의 제조 방법.

Description

주조 물품의 제조 방법 및 통기성 주형{METHOD FOR PRODUCING CAST ARTICLE AND BREATHABLE MOLD}

본 발명은, 주형(鑄型) 캐비티의 전체의 체적보다 작고, 제품 캐비티의 체적보다 큰 금속 용탕(溶湯)을 통기성 주형에 중력 주탕(注湯)하고, 이어서, 탕구부(湯口部)로부터 가스를 송기(送氣)하여, 용탕 유로 내의 금속 용탕을 밀어넣음(압입함)으로써 상기 제품 캐비티 내의 금속 용탕을 밀어올려, 원하는 캐비티 부분을 금속 용탕으로 충전(充塡)하는 주조(鑄造) 물품의 제조 방법(이하, 송기 가압 주조라는 경우가 있다.) 및 통기성 주형에 관한 것이다.

중력 주탕(이하, 주탕이라고 하는 경우가 있음)에서의 주조 물품의 제조에는, 통기성 주형인 모래 입자를 사용하여 조형(造型)된 주형, 이른바 사형(砂型)이 가장 일반적으로 사용되고 있다. 이와 같은 통기성 주형(이하, 주형이라고 하는 경우가 있음)을 사용하면, 특정 형상의 캐비티에 용탕이 충전될 때, 잔류하는 기체(일반적으로는 공기)가 캐비티 표면으로부터 압출되는 것에 의해, 캐비티 전체에 금속 용탕(이하, 용탕이라고 하는 경우가 있음)이 충만하고, 캐비티와 실질적으로 동일한 주물(鑄物)을 얻을 수 있다. 주형의 캐비티는, 일반적으로 탕구부, 탕도부(湯道部), 압탕부(押湯部) 및 제품부를 가지는 것이며, 전술한 순서로 용탕이 공급된다. 그리고, 종래의 기술에 있어서는, 제품부를 채울 만큼의 용탕 헤드 높이를 탕구부에 형성하여 주탕이 종료된다.

이와 같이 하여 응고된 주조 물품은, 탕구부, 탕도부, 압탕부 및 제품부가 주물로서 연결된 형태로 되어 있다. 여기서, 압탕부는 제품의 건전화(健全化)를 위해 설정되는 캐비티이며 불필요한 부분이라고는 할 수 없지만, 탕구부나 탕도부는 제품부까지의 용탕의 경로에 지나지 않고, 본래는 전혀 불필요한 부분이다. 따라서, 탕구부나 탕도부에 용탕이 충전된 상태로 응고시키는 한, 주입 수율의 대폭적인 개선을 도모할 수는 없다. 또한, 불필요한 부분이 연결된 주물은, 후속 공정인 제품부의 분리 공정에 있어서 제품부와 불필요한 부분과의 구분 작업에 상당한 공정수를 필요로 하여, 생산 효율의 저하를 초래한다. 따라서, 중력 주탕에 있어서, 주물로서 탕구부나 탕도부의 존재는 큰 문제였다.

일본공개특허 제2007-75862호 및 일본공개특허 제2010-269345호는, 상기와 같은 문제점을 해결하는 획기적인 방법을 제안하고 있다. 그 방법이란, 통기성 주형의 캐비티(이하, 주형 캐비티라고 하는 경우가 있음) 중 일부인 원하는 캐비티 부분에 금속 용탕을 충전하므로, 주형 캐비티 전체의 체적보다 작고, 원하는 캐비티 부분과 대략 동일한 체적의 용탕을 중력 주탕하고, 주탕된 용탕이 응고하기 전에, 탕구부로부터 압축 가스를 송기하여 원하는 캐비티 부분에 용탕을 충전하여 응고시키는 것이다. 이 방법에 의하면, 용탕 헤드 높이에 따라 필요한 압력이, 압축 가스에 의해 보충되므로, 탕구부는 물론, 탕도부의 용탕도, 거의 불필요할 것으로 기대되고 있다.

일본공개특허 제2007-75862호 일본공개특허 제2010-269345호

본 발명자들은, 상기 일본공개특허 제2007-75862호 및 일본공개특허 제2010-269345호에 기재된 방법을 실현화하기 위하여 검토한 결과, 원하는 캐비티 부분에 상당하는 체적의 용탕을 주탕하는 경우에, 가스 송기 장치의 동작의 불안정 등에 기인하여 가스의 송기 속도나 송기압력에 문제점이 발생하면, 송기 가스의 일부가 제품부 또는 압탕부에 침입하여, 제품에 탕회 불량(misrun), 수축공(shrinkage cavity) 불량이 생기는 경우가 있는 것을 발견하였다. 이 현상에 대하여, 이하, 도면을 참조하여 설명한다.

도 8a∼도 8c는, 일본공개특허 제2007-75862호 및 일본공개특허 제2010-269345호에 따른 송기 가압 주조의 일례를 공정마다 나타낸다. 주형(101)은, 통기성 주형인 생사형(生砂型)을 사용한 일례이며, 주조 프레임(102)을 구성하는 상부 프레임(102a)에 의해 유지된 상부 주형(101a)과, 동일하게 주조 프레임(102)을 구성하는 하부 프레임(102b)에 의해 유지된 하부 주형(101b)이 형이 맞추어지고 정반(定盤)(103) 상에 배치된다. 주형 캐비티(104)는, 제품부(105a)와 압탕부(105b)로 구성되는 제품 캐비티(105)와, 용탕 유로(106)의 일부를 이루고 제품 캐비티(105)에 연결되는 수평 방향의 탕도(107)와, 용탕 유로(106)의 일부를 이루고 탕도(107)에 연결되고 용탕이 흘러내리는 탕구부(108)로 구성된다.

도 8a는, 원하는 캐비티 부분을 제품부(105a)와 압탕부(105b)로 이루어지는 제품 캐비티(105)로 하고, 주탕 장치(도시하지 않음)로부터 탕구부(108)에, 제품 캐비티(105)의 체적과 대략 동일한 체적의 용탕(M)을 중력 주탕한 직후의 상태를 나타낸다. 도 8b는, 이어서, 탕구부(108)로부터 가스 송기 장치(100)로부터 토출된 가스 G에 의해 용탕(M)이 양호하게 제품 캐비티(105)에 밀어넣어져(압입되어) 충전된 상태를 나타낸다. 이와 같이, 송기 가압이 적절하게 행해진 경우에는 제품 캐비티(105) 내에 용탕(M)이 충만하여, 건전한 주조 물품을 얻을 수 있다.

그런데, 충전 과정에 있어서 어떠한 원인으로 가스 G의 송기 속도나 송기압력에 문제가 생기면, 도 8c에 나타낸 바와 같이, 가스 G는 탕도(107)의 천정부를 따라, 탕도(107) 내의 용탕(M)보다 앞서 진행하여, 제품 캐비티(105)에 침입하게 되고, 그 결과, 제품 캐비티(105)로의 용탕(M)의 압입이 불충분하게 되어, 주조 물품에 탕회 불량이나 수축공 불량이 생기는 경우가 있다.

본 발명자들의 검토에 의하면, 일본공개특허 제2007-75862호 등의 방법에서는, 적절한 송기 상태가 유지된 경우에 있어서는, 금속 용탕에 관성력이 부여되어, 금속 용탕이 탕도부에 가압하여 채워진 상태가 된다. 이와 같이 충분한 관성력에 의해 가압하여 채워진 금속 용탕은 탕도부에서 즉시 응고되므로, 송기 가스가 용탕보다 앞서 제품 캐비티에 침입하지 않아, 금속 용탕이 제품 캐비티에 정상적으로 충전된다. 그러나, 송기 가스의 압력 부족 등에 의해 송기 상태가 변동된 경우에는, 송기 가스가 용탕보다 빨리 탕도의 천정부를 따라 제품 캐비티에 침입하는 문제가 발생하는 경우가 있고, 이 문제에 대한 유효한 해결책은 제안되어 있지 않다.

따라서, 송기 가압 주조에 의해 주조 물품을 안정적으로 양산고자 할 때에는, 송기 가압이 적절하게 행해지도록 가스의 송기 조건을 탐색하고, 또한 이것을 양산 시에도 유지하는 엄격한 제어가 필요하다. 그러나, 제품 캐비티에는 다양한 크기나 형상이 존재하므로, 제품 캐비티의 크기나 형상이 변경된 경우, 적어도 전술한 바와 같은 엄격한 제어를 확립할 때까지는, 전술한 바와 같이 주조 물품에 탕회 불량나 수축공 불량 등의 문제가 다발할 우려가 있다.

전술한 문제는, 주탕량이 적을수록, 즉 건전한 주조 물품을 얻기 위해 최소한으로 필요한 원하는 캐비티 부분의 체적에 가까운 주탕량일수록 생기기 쉽고, 이보다 주탕량을 많이 할수록 쉽게 생기지 않는 것도 지견(知見)되었다. 그러나, 주탕량을 필요보다 과잉으로 할수록, 주입 수율의 저하를 초래하므로, 바람직하지 않다. 그러므로, 주입 수율을 확보하면서 건전한 주조 물품을 얻기 위하여, 송기 가스가 제품 캐비티에 침입하는 문제를 방지할 수 있는 필요 충분한 주탕량으로 하는 주조 방법의 개발이 필요하다.

따라서 본 발명의 목적은, 송기 가압 주조에 의한 주조 물품의 제조 방법에 있어서, 송기 가스의 일부가 제품부 또는 압탕부에 침입하는 것을 방지할 수 있는 필요 충분한 주탕량으로 하는 주조 물품의 제조 방법 및 통기성 주형을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 감안하여 예의(銳意) 연구한 결과, 본 발명자들은, 송기 가스의 압력이나 유량(流量)의 부족과 같은 제어 인자를 가능한 한 배제하는 관점에서, 가상의 액체(응고, 증발, 팽창, 수축, 주형으로의 스며듦 및 기체의 흡수나 방출이 없는 액체)가 정적(靜的)으로 제품 캐비티 내에 충전되어 평형하게 된 상태를 가정하고, 이와 같은 평형 상태에 있어서 상기 가상의 액체로 상기 제품 캐비티가 충만하고, 또한 상기 탕도 중 적어도 일부를 막은 상태로 된 가상의 액체의 체적 및 용탕 유로의 형태를 채용함으로써, 송기 가스가 제품 캐비티에 침입하지 않고 송기 가압 주조가 가능하게 되는 것을 발견하고, 본 발명에 도달하게 되었다.

즉, 본 발명의 주조 물품의 제조 방법은, 주형 캐비티로서 제품 캐비티와 용탕 유로를 가지고, 상기 용탕 유로가, 중력 주탕한 용탕이 흘러내리는 탕구부 및 상기 제품 캐비티와 상기 탕구부를 연결하는 탕도로 이루어지는 통기성 주형을 사용하되, 상기 주형 캐비티의 전체의 체적보다 작고, 상기 제품 캐비티의 체적보다 큰 금속 용탕을 상기 통기성 주형에 중력 주탕하고, 이어서, 상기 탕구부로부터 가스를 송기하여, 상기 용탕 유로 내의 금속 용탕을 밀어넣음으로써 상기 제품 캐비티 내의 금속 용탕을 밀어올려, 상기 제품 캐비티를 금속 용탕으로 충전하는 주조 물품의 제조 방법으로서, 상기 가스의 송기에 의해 가상의 액체(여기서, 가상의 액체란, 응고, 증발, 팽창, 수축, 주형으로의 스며듦 및 기체의 흡수나 방출이 없는 액체임)가 상기 제품 캐비티 내에 충전되어 평형하게 된 상태를 가정했을 때, 상기 가상의 액체로 상기 제품 캐비티가 충만하고, 또한 상기 용탕 유로 내에 잔존하는 상기 가상의 액체의 액면의 높이 hs, 상기 탕도의 천정부의 가장 낮은 부분의 높이 h1, 및 상기 탕도의 천정부가 상기 탕구부와 접속하는 부분의 높이 h2가, h2>hs>h1을 만족시킨 상태가 되도록 상기 가상의 액체의 체적을 산출하고, 상기 가상의 액체의 체적과 동일한 체적의 금속 용탕을 주탕하는 양으로 한다.

상기 가스의 송기에 의해 가상의 액체가 평형한 상태에 있어서, 상기 용탕 유로 내에 잔존하는 상기 가상의 액체의 액면의 높이 hs와, 상기 탕도의 바닥부의 가장 높은 부분의 높이 ht가, hs<ht를 만족시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 통기성 주형은, 제품 캐비티와 용탕 유로를 가지고, 상기 용탕 유로가, 중력 주탕한 용탕이 흘러내리는 탕구부 및 상기 제품 캐비티와 상기 탕구부를 연결하는 탕도로 이루어지는 주형 캐비티를 가지고, 금속 용탕을 중력 주탕하고, 이어서, 상기 탕구부로부터 가스를 송기하여, 상기 용탕 유로 내의 금속 용탕을 밀어넣음으로써 상기 제품 캐비티 내의 금속 용탕을 밀어올려, 원하는 캐비티 부분을 금속 용탕으로 충전하는 데 적용되는 통기성 주형이며, 상기 탕도는, 상기 탕도의 도중에 형성된 하방류를 형성하는 하방 굴곡 유로와, 상기 탕구부와 상기 하방 굴곡 유로의 상부를 연결하는 탕구측 유로와, 상기 하방 굴곡 유로의 하부와 상기 제품 캐비티를 연결하는 제품 캐비티측 유로를 가지고, 상기 제품 캐비티측 유로의 천정부가 상기 하방 굴곡 유로에 접속하는 부분 P1의 높이를 H1, 및 상기 탕구측 유로의 천정부의 최저부 P2의 높이를 H2로 할 때, H1<H2이다.

상기 탕구측 유로의 바닥부가 상기 하방 굴곡 유로에 접속하는 부분 P3의 높이를 H3로 할 때, H1≤H3인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 충전 시의 금속 용탕으로의 관성력의 부여, 응고 속도의 촉진 등의, 용탕의 특성이나 캐비티의 형상 등에 크게 영향을 받는 인자의 엄격한 제어가 필요하지 않게 되어, 건전한 주조 물품을 안정적으로 공급하는 것이 가능하게 된다.

도 1a는 본 발명의 실시형태 1에 있어서, 가상의 액체가 주형의 탕구부에 주입된 직후의 상태를 나타낸 모식도이다.
도 1b는 본 발명의 실시형태 1에 있어서, 송기 가스에 의해 가상의 액체를 제품 캐비티 내에 압입하여 평형하게 된 상태를 나타낸 모식도이다.
도 1c는 도 1a에서의 일점쇄선으로 에워싸인, 제품 캐비티와 탕도와의 연결부 부근(A)을 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 1d는 실시형태 1과 유사한 다른 형태의 일례를 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 1e는 실시형태 1과 유사한 또 다른 형태의 일례를 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 2a는 본 발명의 실시형태 2에 있어서, 송기 가스에 의해 가상의 액체를 제품 캐비티 내에 압입하여 평형하게 된 상태를 나타낸 모식도이다.
도 2b는 도 2a에서의 일점쇄선으로 에워싸인, 탕도와 제품 캐비티와의 연결부 부근(B)을 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 3a는 본 발명의 실시형태 3에 있어서, 송기 가스에 의해 가상의 액체를 제품 캐비티 내에 압입하여 평형하게 된 상태를 나타낸 모식도이다.
도 3b는 도 3a에서의 일점쇄선으로 에워싸인 하방 굴곡 유로 부근(C)을 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 3c는 실시형태 3과 유사한 다른 형태의 일례를 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 3d는 실시형태 3과 유사한 또 다른 형태의 다른 일례를 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 4a는 본 발명의 실시형태 4에 있어서, 송기 가스에 의해 가상의 액체를 제품 캐비티 내에 압입하여 평형하게 된 상태를 나타낸 모식도이다.
도 4b는 도 4a에서의 일점쇄선으로 에워싸인, 천정이 낮게 형성된 탕도 부분(D)을 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 4c는 천정이 낮게 형성된 탕도 부분을 넓은 폭으로 형성한 예를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 5a는 본 발명의 실시형태 5에 있어서, 송기 가스에 의해 가상의 액체를 제품 캐비티 내에 압입하여 평형하게 된 상태를 나타낸 모식도이다.
도 5b는 도 5a에서의 일점쇄선으로 에워싸인 하방 굴곡 유로 부근(E)을 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 6a는 본 발명의 실시형태 6에서의 통기성 주형의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 6b는 도 6a에서의 일점쇄선으로 에워싸인 하방 굴곡 유로 부근(F)을 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 7a는 본 발명의 실시형태 7에서의 통기성 주형의 다른 일례를 나타낸 모식도이다.
도 7b는 도 7a에서의 일점쇄선으로 에워싸인 하방 굴곡 유로 부근(H)을 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 8a는 일본공개특허 제2007-75862호 및 일본공개특허 제2010-269345호에 따른 송기 가압 주조의 일례를 공정마다 나타낸 모식도이다.
도 8b는 일본공개특허 제2007-75862호 및 일본공개특허 제2010-269345호에 따른 송기 가압 주조의 일례를 공정마다 나타낸 모식도이다.
도 8c는 일본공개특허 제2007-75862호 및 일본공개특허 제2010-269345호에 관한 송기 가압 주조의 일례를 공정마다 나타낸 모식도이다.
도 9는 도 1a에 나타낸 주형을 사용하였지만, 본 발명에 해당하지 않는 일례를 나타낸 모식도이다.

[1] 주조 물품의 제조 방법

먼저 본 발명의 기본 기술인 송기 가압 주조법에 대하여 설명한다. 본 발명은, 일본공개특허 제2007-75862호 및 일본공개특허 제2010-269345호에 제안된 가스를 적용하는 주조 물품의 제조 방법(송기 가압 주조법)을 기본 기술로 하고 있으며, 이들 특허 문헌에 개시된 기술에 적용된다. 다만, 이들 특허 문헌의 개시 범위로 한정되는 것은 아니다.

송기 가압 주조법은, 통기성 주형의 탕구부로부터 용탕 유로 내에 금속 용탕을 공급하고, 이어서, 탕구부로부터 가스를 송기하여, 용탕 유로 내의 금속 용탕을 밀어넣음으로써 상기 용탕 유로 내의 금속 용탕을 원하는 캐비티 부분에 공급하고, 상기 원하는 캐비티 부분을 구성하는 제품 캐비티 내를 금속 용탕으로 충전하는 방법이다. 이 때, 제품 캐비티의 배치에 따라, 상기 용탕 유로 내의 금속 용탕을 밀어넣음으로써, 제품 캐비티 내의 금속 용탕을 밀어올리는 경우와, 제품 캐비티 내의 금속 용탕을 밀어내리는 경우가 있지만, 본 발명의 방법은, 제품 캐비티 내의 금속 용탕을 밀어올리는 경우, 즉 탕도보다 제품 캐비티가 높은 위치에 설치되어 있는 경우에 적용할 수 있다.

본 발명에 있어서 적용되는 통기성 주형으로서는, 반드시 압탕을 가지는 것으로 한정되지 않는다. 그러나, 압탕부는 제품부의 응고 수축에 따라 용탕을 보급하는 역할을 행하는 부분이므로, 응고 개시 전의 용탕은 압탕부 전체에 충만되어 있지 않으면 압탕부는 그 역할을 충분히 다하지 못하고 제품부에 수축공 등의 불량을 초래하는 경우가 있으므로, 압탕부도, 적어도 송기 가압에 의한 충전의 완료 시점에서는 용탕으로 충만되어 있는 것이 바람직하다. 그러므로, 본 발명의 실시형태에서는, 압탕부도 제품부와 마찬가지로 용탕으로 충만되는 형태로 예시한다. 이하, 제품부, 또는 제품부와 압탕부를 합친 캐비티를, 제품 캐비티라고 하는 경우가 있다.

통기성 주형은, 생사형, 쉘(shell)형, 자경성(self-hardening)형, 그 외의 모래 입자를 사용하여 조형된 주형이 일반적이지만, 세라믹스 입자나 금속 입자를 사용하여 조형된 주형도 적용할 수 있다. 석고 등의 거의 통기성이 없는 주형이라도, 통기성 재료를 혼재시키기거나, 또는 부분적으로 통기성 재료를 사용하여 충분한 통기성을 가지게 하는 것에 의해 통기성 주형으로서 사용 가능하다. 또한, 금형과 같이 전혀 통기성이 없는 재료를 사용한 주형이라도, 벤트 홀(vent hole) 등 그 외의 통기공을 형성하여 통기성을 가지게 한 경우에는 통기성 주형으로서 사용 가능하다.

금속 용탕은, 주철(鑄鐵), 주강(鑄鋼) 등의 철 합금, 알루미늄 합금, 구리 합금, 마그네슘 합금, 아연 합금 등의 일반적인 주조 물품의 제조에 사용되는 금속 재료의 용탕을 사용할 수 있다.

송기 가압 주조법에 의하면, 탕구부로부터 가스를 송기하는 방법에 의해, 주형 캐비티 전체의 체적보다 작은 체적의 용탕이라도, 제품 캐비티에 충전할 수 있다. 종래의 통기성 주형을 사용한 중력 주탕에 의한 주조법에서는, 제품부뿐만 아니라, 일반적으로 제품부 이외의 전체 캐비티에도 용탕을 충전하여 응고시키는 것이 건전한 제품을 얻기 위해 불가결하므로, 주입 수율은 많아 봐야 70% 정도에 머물고, 그 이상으로 대폭적인 향상은 바랄 수 없다. 이에 비해 송기 가압 주조 방법을 사용하면, 주형 캐비티의 전체의 체적보다 작고, 제품 캐비티보다 큰 체적의 용탕을 중력 주탕함으로써, 원리적으로는 주입 수율을 거의 100%로 될 가능성이 있다.

다만, 본 발명자들의 검토에 의해, 종래의 송기 가압 주조법에서는, 전술한 바와 같이, 가스의 송기 상태 등의 변동에 따라 송기 가스의 일부가 제품 캐비티에 침입할 우려가 있는 것을 알고 있기 때문에, 이것을 보상하기 위하여, 주입 수율 100%를 목표로 제품 캐비티의 체적과 동일한 정도의 용탕량을 주탕하는 것이 아니라, 실제로는, 탕도에 용탕이 어느 정도 체류하는 여유를 가지게 한 용탕량을 주탕하고 있다.

주탕량을 단순하게 많게 해도, 탕도의 천정부까지 채우지 못하는 양이면, 송기 가스의 일부가 제품 캐비티에 침입할 가능성은 남게 된다. 그러므로, 예를 들면, 일본공개특허 제2007-75862호(도 6∼도 8) 또는 일본공개특허 제2010-269345호(도 8)와 같이, 탕도 내의 용탕이 탕도의 마개가 되도록 중력을 거스르는 상태에서 응고시키는 것과 같이 까다로운 냉각 제어가 필요하다.

본 발명의 방법에서는, 송기 가압 주조법에 있어서, 가스를 송기한 상태에서, 가상의 액체(응고, 증발, 팽창, 수축, 주형으로의 스며듦 및 기체의 흡수나 방출이 없는 액체)가 제품 캐비티를 충만하고, 또한 용탕 유로 내에 잔존하는 가상의 액체의 액면의 높이 hs, 탕도의 천정부의 가장 낮은 부분의 높이 h1, 및 탕도의 천정부가 탕구부와 접속하는 부분의 높이 h2가, h2>hs>h1을 만족시킨 상태로 되는 가상의 액체의 체적을 산출하고, 이것과 동일한 체적의 금속 용탕을 주탕한다. h2>hs>h1을 만족시킨 상태란, 예를 들면, 도 1a 및 도 1b에 나타낸 바와 같이, 제품 캐비티를 충만하고 남은 가상의 액체가, 탕도 중 적어도 일부(도 1b에 있어서, 탕도(27)의 제품 캐비티(5)로의 접속부 부근)를 막고는 있지만, 탕도 전체를 채우지는 않고 있는 상태이다.

탕도 중 적어도 일부를 막은 상태란, 탕도의 천정부의 가장 낮은 부분까지 가상의 액체로 채워져 있는 상태이며, 용탕 유로 내에, 탕구부의 입구로부터 제품 캐비티까지 연통되는 공간이 없는 상태이다. 이와 같이 탕도 중 적어도 일부를 막은 상태가 되는 가상의 액체 체적과 동일한 체적의 용탕을 주탕함으로써, 가스를 송기한 상태에서, 용탕이 제품 캐비티 내에 충전되고, 용탕 유로 내에 제품 캐비티로부터 연속하는 용탕의 탕면이 수평으로 안정적으로 존재 가능하게 되므로, 비록, 가스의 송기 유량, 송기압 등의 변동이 생긴 경우라도, 송기 가스가 탕면에 대하여 적어도 수직으로 압압(押壓)하고 있으므로, 원리적으로는 송기 가스의 일부가 제품 캐비티에 침입하는 문제가 발생하지 않는다. 따라서, 관성력에 의해 용탕을 압입하여 이루어지는 비평형 상태를 유지하면서 응고시키는 조작을 행할 필요가 없게 된다.

전술한 바와 같이, 가상의 액체는 탕도 중 적어도 일부를 막은 상태인 것에 더하여, 탕도의 전체를 채우지는 않고 있는 상태, 즉 탕도의 일부에 공극을 가지는 상태이다. 이와 같이 탕도 전체를 채우지는 않고 있는 상태가 되는 가상의 액체 체적과 동일한 체적의 용탕을 주탕에 사용함으로써, 보다 용탕의 사용량을 감소시킬 수 있어, 주입 수율을 높일 수 있다.

또한 상기 가스의 송기에 의해 가상의 액체가 평형한 상태에 있어서, 예를 들면, 도 2a 및 도 2b에 나타낸 바와 같이, 상기 탕도의 바닥부의 가장 높은 부분의 높이 ht가, hs<ht를 만족시키는 양의 가상의 액체와 동일한 체적의 용탕을 주탕하는 것이 바람직하다. 이와 같이, hs<ht를 만족시킴으로써, 용탕의 사용량을 더욱 감소시킬 수 있다.

[2] 통기성 주형

본 발명의 통기성 주형은, 제품 캐비티와 용탕 유로로 이루어지고, 상기 용탕 유로가, 중력 주탕한 용탕이 흘러내리는 탕구부 및 상기 제품 캐비티와 상기 탕구부를 연결하는 탕도로 이루어지는 주형 캐비티를 가지고, 예를 들면, 도 6a에 나타낸 바와 같이, 상기 탕도의 도중에, 하방으로 굴곡하여 하방류를 형성하는 하방 굴곡 유로를 가진다. 본 발명의 통기성 주형은, 금속 용탕을 중력 주탕하고, 이어서, 탕구부로부터 가스를 송기하여, 용탕 유로 내의 금속 용탕을 밀어넣음으로써 제품 캐비티 내의 금속 용탕을 밀어올려, 원하는 캐비티 부분을 금속 용탕으로 충전하는 데 적용되고, 특히 본 발명의 주조 물품의 제조 방법에 바람직하다.

상기 탕도는, 하방류를 형성하는 상기 하방 굴곡 유로를 도중에 가지고 있으므로, 도 6b에 나타낸 바와 같이, 상기 하방 굴곡 유로로부터 상기 제품 캐비티까지를 접속하는 유로의 천정부가 하방 굴곡 유로에 접속하는 부분 P1의 높이 H1까지를 채우는 용탕량이 있으면, 어떤 원인에 의해 탕도의 천정에 공간이 생겨도, 평형 상태에 있어서는 그 공간은 상기 접속부 P1에서 차단되므로, 송기 가스의 일부가 제품부 또는 압탕부에 침입할 가능성을 크게 감소시킬 수 있다. 이 효과를 얻기 위해서는 상기 접속부 P1의 높이 H1과, 상기 탕구부로부터 상기 하방 굴곡 유로까지를 접속하는 탕구측 유로의 천정부의 최저부 P2의 높이 H2가, H1<H2의 관계를 만족시킬 필요가 있다.

탕도는, 하방 굴곡 유로를 도중에 가지는 것에 의해, 하방 굴곡 유로와, 탕구부로부터 하방 굴곡 유로의 상부까지를 접속하는 탕구측 유로와, 하방 굴곡 유로의 하부로부터 제품 캐비티까지를 접속하는 제품 캐비티측 유로에 의해 구성된다. 즉, 탕구부 측으로부터 제품 캐비티를 향하여, 탕구측 유로, 하방 굴곡 유로 및 제품 캐비티측 유로의 순서로 탕도가 구성된다. 여기서, 하방 굴곡 유로는, 탕구측으로부터의 용탕의 흐름을 하방으로 굴곡시키도록 구성되어 있으면 되고, 수직 방향으로 형성되어 있어도 되고, 탕구측으로부터 제품 캐비티측을 향하여 경사지게 형성되어 있어도 된다. 그리고, 하방 굴곡 유로가 탕구측으로부터 제품 캐비티측을 향하여 경사지게 형성되어 있는 경우에는, 반드시 제품 캐비티측 유로를 설치할 필요는 없으며, 하방 굴곡 유로가 직접 제품 캐비티에 접속되어 있어도 된다.

제품 캐비티측 유로의 천정부가 하방 굴곡 유로에 접속하는 부분 P1의 높이 H1과 탕구측 유로의 천정부의 최저부 P2의 높이 H2와의 차이는 클수록 좋다. 또한 상기 탕구측 유로의 바닥부가 상기 하방 굴곡 유로에 접속하는 부분 P3의 높이를 H3로 할 때, H1<(H2＋H3)/2(도 6b를 참조)인 것이 바람직하고, H1≤H3(도 7b를 참조)인 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이, H1<(H2＋H3)/2, 또한 H1≤H3를 만족시킴으로써, 용탕의 사용량를 더욱 감소시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 더욱 바람직한 형태에 대하여 설명한다.

통기성 주형은, 소정의 주탕량을 효율적으로 주형 캐비티 내에 도입하므로, 탕구부가, 주탕 장치로부터 흘러내린 용탕을 받는 용탕 경로보다 확경(擴徑)된 탕구(湯口) 컵부를 가지고 있는 것이 바람직하다.

송기 가스는 비용면을 고려하여 공기를 사용할 수도 있고, 용탕의 산화 방지 면에서는 비산화성 가스인 아르곤, 질소, 이산화탄소 등을 사용하는 것이 바람직하다. 송기하는 가스의 유속은, 팬, 블로워(blower) 등에 의한 선풍(旋風)을 사용할 수도 있지만, 압축기 등에 의한 압축 가스를 사용하는 것이, 보다 가압 상태로 용탕을 균일하게 미는 것이 가능한 점에서 바람직하다.

가스를 송기하기 위한 가스 송기 장치를 탕구부에 접속하기 위한 접속부는, 노즐형으로 하는 것이 바람직하다. 노즐형으로 함으로써, 접속부를 탕구부(특히 탕구 컵부에 접속하는 도입관부)에 용이하게 끼워맞출(꽂을) 수 있어, 가스 송기 장치의 신속한 접속이 가능하게 된다.

상기 노즐로서는, 또한 테이퍼형 측면을 형성하여 끝을 가늘게 해 두는 것이 바람직하다. 또한, 또한 탕구부(도입관부)에 대응하는 테이퍼형 벽면을 형성해 두면, 노즐과 탕구부(도입관부)를 확실하게 끼워맞추는 것이 가능하게 된다.

충전한 용탕을 응고시켜 용탕의 역류를 억제하는 방법으로서는, 밀어올린 용탕이 역류하지 않을 정도까지 송기 가압을 계속하는 방법, 탕구부로부터 수분을 도입하여 응고를 촉진시키는 방법 등 외에, 일본공개특허 제2007-75862호 및 일본공개특허 제2010-269345호에 개시된 방법을 적용할 수 있다.

[3] 실시형태

이하에서 다양한 유형의 실시형태를, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 본 발명의 요점을 알기 쉽게 하기 위하여, 이하의 실시형태는, 제품 캐비티와 용탕 유로를 포함하는 수직 단면도를 참조하여 설명하지만, 실제 주형 캐비티는 일반적으로 지면에 대하여 수직 방향으로도 형성되어 있다. 그리고, 이하에 나타내는 실시형태는 각각의 유형의 일례로서, 이들로 한정되는 것은 아니다.

(실시형태 1)

도 1a∼도 1c는, 본 발명의 실시형태 1에 따른, 가상의 액체(액체 Q의 정적(靜的) 충전 상태를 가정하여 공정마다 나타낸다. 도 1a∼도 1c는 주형 캐비티(4)의 수직 단면이며, 도 1b에 있어서 일점쇄선으로 에워싸인 제품 캐비티(5)와 탕도(7)와의 연결부 부근(A)을 확대하여 도 1c에 나타낸다.

실시형태 1은, 주형(1)으로서 통기성 주형인 생사형을 사용한 예로서 나타낸다. 주형(1)은, 주조 프레임(2)을 구성하는 상부 프레임(2a)에 의해 유지된 상부 주형(1a)과, 동일하게 주조 프레임(2)을 구성하는 하부 프레임(2b)에 의해 유지된 하부 주형(1b)이 형이 맞추어지고 정반(3) 상에 배치된다. 주형 캐비티(4)는, 제품부(5a)와 제품부(5a)의 탕구부(8) 측에 설치된 압탕부(5b)로 구성되는 제품 캐비티(5)와, 제품 캐비티(5)를 향해 수평으로 형성된 탕도(7) 및 상기 탕도(7)에 연결되고 용탕이 흘러내리는 탕구부(8)로 구성되는 용탕 유로(6)로 이루어지고, 상기 탕도(7)의 천정부가, 제품 캐비티(5) 부근에서 제품 캐비티(5)를 향해 아래쪽으로 경사지도록 형성되어 있다. 그리고, 제품 캐비티는 압탕을 가지지 않는 형태라도 된다. 이하, 다른 실시형태에서도 동일하다.

도 1a는, 주입 장치(9)로부터 액체 Q가, 주형(1)의 탕구부(8)에 주입된 직후의 상태를 가정하여 나타내고 있다(주입 완료 단계). 여기서 액체 Q는, 응고, 증발, 팽창, 수축, 주형으로의 스며듦 및 기체의 흡수나 방출이 없는 가상의 액체이며, 비중의 값은 1로서, 후술하는 가스 G의 비중보다 큰 것으로 한다. 이하, 다른 실시형태에 있어서도 동일하다.

도 1b는, 이어서, 탕구부(8)에 가스를 토출하는 송기 장치(10)의 일부를 이루는 송기 노즐(10b)을 끼워맞추고, 복수의 화살표로 나타내는 송기 가스 G를 송기 장치 본체(10a)로부터 주형 캐비티(4) 내에 송기하고, 송기 가스 G에 의한 송기압에 의해 액체 Q를 정적으로 압입하여, 제품 캐비티(5) 내에 액체 Q를 밀어올려 충만시켜 평형하게 한 상태를 가정한 것이다(충전 평형 상태). 여기서 언급하는 정적이란, 액체 Q의 액면 Sv(액체 Q와 가스 G와의 경계면)가 흐트러지지 않고 항상 수평(중력 방향에 대하여는 수직)을 유지한 상태라는 의미이다. 이하, 다른 실시형태에서도 동이하다. 본 실시형태 1에서는, 액체 Q는, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 제품 캐비티(5)를 충만하고, 탕도(7)내의 점 Ps에 위치하는 액면 Sv까지 중단되지 않고 연속적으로 채워져 있다.

도 1b 및 도 1c에 나타낸 상태는, 가스 G의 송기에 의해 액체 Q가 제품 캐비티(5)를 충만하고, 또한 용탕 유로(6) 내에 잔존한 액체 Q의 액면 Sv의 높이 hs, 및 탕도(7)의 천정부의 최저부 p1의 높이 h1이, hs>h1을 만족시키고 있는 상태이다. 이 상태에 있어서, 탕구부(8)으로부터 공급되는 송기 가스 G는, 특별한 외란(外亂)이 없는 한 제품 캐비티(5)에 침입하지 않는다. 즉, hs>h1을 만족시키는 양의 액체 Q를 사용함으로써, 액체 Q는 평형을 유지한 상태에서 안정적으로 존재할 수 있다.

여기서 hs>h1을 만족시키지 않는 상태, 즉 hs<h1이 되는 체적의 액체 Q를 주입한 경우, 송기 가스 G에 의해 액체 Q를 제품 캐비티(5)에 압입하려고 하면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 액면 Sv가 탕도(7)의 천정부의 최저부 p1보다 낮은 높이까지 내리눌러진다. 액면 Sv는 p1보다 하방에서는 수평면을 유지하여 평형 상태를 유지할 수 없기 때문에, 탕도(7) 내에 침입한 액체 Q보다 비중이 작은 가스 G는, 탕도(7)의 천정부를 따라 제품 캐비티(5) 내에 침입하게 된다. 그리고, hs=h1의 경우에는, 가스 G는 탕도(7)에 이론상으로는 침입하지 않지만, 현실적으로는 주형의 근소한 경사나 진동 등이 생긴 경우, 송기 가스 G가 탕도(7)에 침입하므로, 바람직하지 않다.

이에 대하여, 도 1a∼도 1c과 같이, hs>h1을 만족시키는 체적의 액체 Q를 주입하면, 액체 Q가 제품 캐비티(5)에 충만되고, 여전히 액면 Sv가 탕도(7)의 최저부 p1보다 위쪽에 위치하게 된다. 그리고, 액체 Q보다 비중이 작은 가스 G는 액체 Q 내에는 침입하지 않아, 제품 캐비티(5)에도 가스 G는 도달하지 않는다.

도 1c에 나타낸 실시형태 1에서는, 탕도(7)의 천정부의 최저부 p1은, 제품 캐비티(5)와의 접속점에 위치하고 있고, 탕구부(8)와의 접속점 p2보다 하방에 위치하고 있다. 즉 탕구부(8)와의 접속점 p2의 높이를 h2로 할 때, h2>h1으로 되어 있다. 그러므로, 액면 Sv는 반드시 p2보다 높은 위치에 있을 필요는 없으며, 탕도(27) 내에 위치할 수 있다. 즉 h2>hs>h1으로 할 수 있어, 액체 Q의 체적을 적게 할 수 있어 바람직하다.

실제 송기 가압 주조를 고려하여, 액면 Sv의 높이 hs는, p1의 높이 h1에 대하여 약간 여유를 가지도록 할 수 있는 높이인 것이 바람직하다. 바람직하게는, h1＋1 ㎜≤hs≤h1＋25 ㎜이다. 이하, 실시형태 2∼실시형태 5에서도 동일하다. 그리고, hs>h1을 만족은 하지만, 액면 Sv가 탕도(7)의 천정부의 최저부 p1의 높이보다 약간 높을 뿐인 경우, 예를 들면, 액면 Sv의 높이 hs가, h1＋1 ㎜>hs>h1을 만족시키도는 높이인 경우에는, 실제 송기 가압 주조에 있어서는, 송기 초기의 송기압의 증가 속도를 크게 함으로써 금속 용탕에 큰 관성력을 부여하여 용탕을 제품 캐비티에 충전하는 것이 바람직하다.

그리고, 높이 기준면 L은, 주형 캐비티(4)의 가장 바닥부 이하의 위치의 임의의 수평면에 설정하면 되지만, 본 실시형태 1에서는 정반(3)의 상면으로 하고, 다른 실시형태에서도 동일하게 하였다.

송기 가압 주조에서의 실제 금속 용탕의 주탕량은, 도 1b에 나타낸 액체 Q가 제품 캐비티(5)에 충만되었다고 가정한 평형 상태에 있어서, 제품 캐비티(5)로부터 액면 Sv까지 연속하는 액체 Q가 차지하는 체적과 동일하게 하면 된다. 즉 상기 평형 상태에 있어서, 액체 Q의 체적을 산출하고, 그 체적과 동일한 체적의 금속 용탕을 주탕량으로 함으로써, 제품 캐비티(5)에 가스 G가 침입하지 않아, 송기 가압 주조법에 의해 주조 물품의 제조를 안정적으로 행할 수 있다.

그리고, 실시형태 1에서는, 주형(1)의 탕도(7)의 천정부에 설치된, 제품 캐비티(5)를 향해 아래쪽으로 경사진 부분이, 도 1c에 나타낸 바와 같이, 제품 캐비티(5)에 직접 접속하도록 형성되어 있지만, 상기 경사 부분은, 반드시 제품 캐비티(5)에 직접 접속하도록 형성할 필요는 없다.예를 들면, 도 1d에 나타낸 바와 같이, 탕도(7)의 중간부 부근에 상기 경사 부분을 형성하고, 상기 경사 부분의 최저부(탕도(7)의 천정부의 최저부 p1)로부터 제품 캐비티(5)까지의 천정부의 높이를, 상기 경사 부분의 최저부의 높이 h1과 동일하게 되도록 형성할 수도 있다. 또한 도 1e에 나타낸 바와 같이, 탕도(7)의 중간부 부근에 형성한 상기 경사 부분 대신, 수직으로 형성된 단차를 설치할 수도 있다.

실시형태 1에서는, 도 1a∼도 1c에 있어서 주형 캐비티(4)의 수직 단면에서 설명하였으나, 실제 주형 캐비티(4)는 지면에 대하여 수직 방향으로도 넓어지는, 즉 3차원 입체 형상이므로, 구체적으로는, 주형 캐비티(4)의 설계도나, 컴퓨터에 의한 주조 시뮬레이션의 모델의 치수 등으로부터 액체 Q의 체적을 구하고, 그 체적에 상당하는 금속 용탕을 주탕한다. 실제 제조에서는 용탕의 체적이 아닌 중량을 사용하는 것이 일반적이다. 이 경우에는, 구한 액체 Q의 체적과, 주탕하고자 하는 용탕의 비중(밀도)과의 곱을 금속 용탕의 주탕 중량으로 한다. 이하, 다른 실시형태에서도 동일하다.

(실시형태 2)

도 2a 및 도 2b는, 본 발명의 실시형태 2에 따른 액체 Q의 충전 평형 상태를 가정하여 나타낸다. 실시형태 2에서의 통기성 주형의 기본적인 구성은, 주형(11)의 탕도(17)가 탕구부(18)로부터 제품 캐비티(5)를 향해 하방으로 경사져 있는 점 이외에, 실시형태 1과 동일하다. 또한 액체 Q를 주형에 주입하고, 송기 가스 G에 의한 송기압에 의해 액체 Q를 정적으로 압입하여, 제품 캐비티(5) 내에 액체 Q를 밀어올려 충만시킬 때까지의 공정도 실시형태 1과 동일하다.

도 2a는 주형 캐비티(14)의 수직 단면이며, 일점쇄선으로 에워싸인, 탕도(17)와 제품 캐비티(5)와의 연결부 부근(B)을 확대하여 도 2b에 나타낸다. 본 실시형태 2에서는, 액체 Q는, 제품 캐비티(5)를 충만하고, 탕도(17) 내의 점 ps에 위치하는 액면 Sv까지 중단되지 않고 연속하여 채워져 있다. 그리고, 도 2a 및 도 2b에서는, 탕도(17) 전체가 경사져 있는 형태를 나타내고 있으나, 탕도(17)의 탕구부(18) 측의 일부 또는 제품 캐비티(5) 측의 일부가 수평으로 형성되어 있어도 된다.

실시형태 1과 마찬가지로, 실시형태 2에 있어서도, 액체 Q의 체적을, 용탕 유로(16)를 형성하는 탕도(17)의 천정부의 최저부 p1의 높이 h1과, 액면 Sv의 높이 hs의 관계가 hs>h1을 만족시키는 체적으로 함으로써, 송기 가스 G가 제품 캐비티(5)에 침입하는 것을 방지할 수 있다. 실시형태 1과 마찬가지로, 실시형태 2에서도, 탕도(17)의 천정부의 최저부 p1은 제품 캐비티(5)와의 접속점에 위치하고, 탕구부(18)와의 접속점 p2보다 하방에 위치하여 h2>h1으로 되어 있다. 그러므로, 실시형태 2에서도, 액면 Sv는 반드시 접속점 p2보다 높은 위치에 있을 필요는 없다. 따라서, 액면 Sv는 탕도(17) 내, 즉 h2>hs>h1으로 할 수 있어, 액체 Q의 체적을 적게 할 수 있어 바람직하다.

도 2b로부터 밝혀진 바와 같이, 상기 탕도(17)의 바닥부의 최고 높이 ht가, hs<ht를 만족시키도록 액체 Q의 체적을 설정함으로써, 액체 Q의 체적을 더욱 적게 할 수 있다. 그리고, 실시형태 2에 있어서 탕도(17)의 바닥부의 최고 높이란, 탕도(17)의 바닥부의 탕구부(18)와의 접속점 pt의 높이이다.

송기 가압 주조에서의 실제 금속 용탕의 주탕에 있어서는, 도 2a에 나타낸 액체 Q가 제품 캐비티(5)에 충만된 것으로 가정한 평형 상태에 있어서, 제품 캐비티(5)로부터 액면 Sv까지 연속하는 액체 Q가 차지하는 체적에 상당하는 금속 용탕을 주탕한다.

(실시형태 3)

도 3a 및 도 3b는, 본 발명의 실시형태 3에 따른 액체 Q의 충전 평형 상태를 가정하여 나타내고 있다. 실시형태 3에서의 통기성 주형의 기본적인 구성은, 주형(21)의 탕도(27)가 그 도중에 하방으로 굴곡되어 하방류를 형성하는 하방 굴곡 유로(27c)를 가지는 점 이외에, 실시형태 1과 동일하다. 또한 액체 Q를 주형에 주입하고, 송기 가스 G에 의한 송기압에 의해 액체 Q를 정적으로 압입하여, 제품 캐비티(5) 내에 액체 Q를 밀어올려 충만시킬 때까지의 공정도 실시형태 1과 동일하다.

도 3a는 주형 캐비티(24)의 수직 단면이며, 일점쇄선으로 에워싸인 하방 굴곡 유로(27c)의 부근(C)을 확대하여 도 3b에 나타낸다. 본 실시형태 3에서는, 액체 Q는, 제품 캐비티(5)를 충만하고, 탕도(27) 내의 점 ps에 위치하는 액면 Sv까지 중단되지 않고 연속하여 채워져 있다.

탕도(27)의, 하방 굴곡 유로(27c)에 대하여 제품 캐비티(5) 측의 수평 방향의 부분을 탕도(27a), 하방 굴곡 유로(27c)에 대하여 탕구부(8) 측의 수평 방향의 부분을 탕도(27b)로 할 때, 탕도(27)의 천정부의 최저부 p1은, 탕도(27a)의 천정부의 최저부가 된다. 그리고, 도 3a 및 도 3b에서는, 탕도(27a)의 천정부는 제품 캐비티(5)를 향해 상방으로 경사져 있는 형태를 예시하고 있으므로, p1은 탕도(27a)와 하방 굴곡 유로(27c)와의 접속점이지만, 도 3c에 나타낸 바와 같이, 탕도(27a)의 천정부가 제품 캐비티(5)를 향해 하방으로 경사져 있는 형태의 경우에는, 탕도(27a)의 천정부의 최저부 p1은 제품 캐비티(5)와의 접속점 p4의 위치가 된다. 또한 도 3d에 나타낸 바와 같이, 탕도(27a)의 천정부가 수평으로 형성된 형태의 경우에는, 탕도(27a)의 천정부의 최저부 p1은, 탕도(27a)와 하방 굴곡 유로(27c)와의 접속점, 또는 제품 캐비티(5)와의 접속점 p4의 위치가 된다.

이와 같이, 하방 굴곡 유로(27c)를 가지는 실시형태 3에 있어서도, 액체 Q의 체적을, 용탕 유로(26)를 형성하는 탕도(27)의 천정부의 최저부 p1의 높이 h1과, 액면 Sv의 높이 hs와의 관계가 hs>h1을 만족시키는 체적으로 함으로써, 송기 가스 G가 제품 캐비티(5)에 침입하는 것을 방지할 수 있다. 실시형태 1 및 실시형태 2와 마찬가지로, 액면 Sv는 탕도(27) 내의, h2>hs>h1을 만족시키는 위치로 할 수 있어, 액체 Q의 체적을 적게 할 수 있다.

특히 탕도(27b)의 바닥부와 하방 굴곡 유로(27c)와의 접속점 p3의 높이 h3로 할 때, h3>h1인 경우에는, 액면 Sv의 높이 hs를 p1보다 상방이면서 p3 이하의 위치, 즉 h3≥hs>h1으로 할 수 있다. 이 경우에는, 탕도(27b) 내에 액면 Sv가 존재하지 않으므로, 액체 Q를 더욱 적게 할 수 있어 가장 바람직한 형태이다.

송기 가압 주조에서의 실제 금속 용탕의 주탕에 있어서는, 도 3a에 나타낸 액체 Q가 제품 캐비티(5)에 충만되었다고 가정한 평형 상태에 있어서, 제품 캐비티(5)로부터 액면 Sv까지 연속하는 액체 Q가 차지하는 체적에 상당하는 금속 용탕을 주탕한다.

(실시형태 4)

도 4a 및 도 4b는, 본 발명의 실시형태 4에 따른 액체 Q의 충전 평형 상태를 가정하여 나타낸다. 실시형태 4에서의 통기성 주형의 기본적인 구성은, 주형(31)의 탕도(37)의 천정부가, 탕도(37)의 중간 부근에서 다른 부분보다 낮게 형성되어 있는 점 이외에, 실시형태 1과 동일하다. 또한, 액체 Q를 주형에 주입하고, 송기 가스 G에 의한 송기압에 의해 액체 Q를 정적으로 압입하여, 제품 캐비티(5) 내에 액체 Q를 밀어올려 충만시킬 때까지의 공정도 실시형태 1과 동일하다.

도 4a는 주형 캐비티(34)의 수직 단면이며, 일점쇄선으로 에워싸인 탕도(37)의 중간 부근의 천정부가 낮게 형성되어 있는 부분(D)을 확대하여 도 4b에 나타낸다. 본 실시형태 4에서는, 액체 Q는, 제품 캐비티(5)를 충만하고, 탕도(37) 내의 점 ps에 위치하는 액면 Sv까지 중단되지 않고 연속하여 채워져 있다.

실시형태 2와 마찬가지로, 실시형태 4에 있어서도, 액체 Q의 체적을, 용탕 유로(36)를 형성하는 탕도(37)의 천정부의 최저부 p1의 높이 h1과, 액면 Sv의 높이 hs와의 관계가 hs>h1을 만족시키는 체적으로 함으로써, 송기 가스 G가 제품 캐비티(5)에 침입하는 것을 방지할 수 있다. 실시형태 4에서는, 탕도(37)의 천정부의 최저부 p1은, 탕도(37)의 중간 부근의 천정부가 낮게 형성되어 있는 부분에 위치하고 있고, 전술한 실시형태 1∼실시형태 3과 같이, 탕구부(8)와의 접속점 p2보다 하방에 위치하고 있다. 즉 탕구부(8)와의 접속점 p2의 높이를 h2로 할 때, h2>h1으로 되어 있다. 그러므로, 실시형태 4에서는, 액면 Sv는 반드시 p2보다 높은 위치에 있을 필요는 없다. 따라서, 액면 Sv는 탕도(37) 내, 즉 h2>hs>h1으로 할 수 있어, 액체 Q의 체적을 적게 할 수 있어 바람직하다.

탕도(37)의 중간 부근에서 천정부가 낮게 형성되어 있는 것에 의해, 실제 주조에 있어서는 이 부분의 용탕의 응고가 촉진되어, 제품 캐비티(5)로부터의 용탕의 역류를 조기에 저지할 수 있다. 또한 탕도(37)의 천정부가 낮게 형성되어 있는 부분은, 도 4c에 나타낸 바와 같이, 넓은 폭으로 형성할 수도 있다. 그리고, 도 4c에 나타낸 넓은 폭의 형상은 일례로서, 이것으로 한정되지는 않는다. 이와 같이, 탕도(37)의 부분을 넓은 폭으로 형성함으로써, 천정부를 낮게 형성한 경우에도 유로의 단면적이 작아지지 않으므로, 흐름이 저해되지 않고 용탕을 공급할 수 있다.

송기 가압 주조에서의 실제 금속 용탕의 주탕에 있어서는, 도 4a에 나타낸 액체 Q가 제품 캐비티(5)에 충만되었다고 가정한 평형 상태에 있어서, 제품 캐비티(5)로부터 액면 Sv까지 연속하는 액체 Q가 차지하는 체적에 상당하는 금속 용탕을 주탕한다.

(실시형태 5)

도 5a 및 도 5b는, 본 발명의 실시형태 5에 따른 액체 Q의 충전 평형 상태를 가정하여 나타낸다. 실시형태 5에서의 통기성 주형의 기본적인 구성은, 주형(41)의 탕도(47)가 그 도중에 하방으로 굴곡되는 하방 굴곡 유로(47c) 및 천정부만이 제품 캐비티(5)를 향해 하방으로 경사져 있는 부분을 가지는 점 이외에, 실시형태 1과 동일하다. 또한 액체 Q를 주형에 주입하고, 송기 가스 G에 의한 송기압에 의해 액체 Q를 정적으로 압입하여, 제품 캐비티(5) 내에 액체 Q를 밀어올려 충만시킬 때까지의 공정도 실시형태 1과 동일하다.

도 5a는 주형 캐비티(44)의 수직 단면이며, 일점쇄선으로 에워싸인 하방 굴곡 유로(47c)의 부근(E)을 확대하여 도 5b에 나타낸다. 본 실시형태 5에서는, 액체 Q는, 제품 캐비티(5)를 충만하고, 탕도(47) 내의 점 ps에 위치하는 액면 Sv까지 중단되지 않고 연속하여 채워져 있다.

탕도(47)의, 하방 굴곡 유로(47c)에 대하여 제품 캐비티(5) 측의 수평 방향의 부분을 탕도(47a), 하방 굴곡 유로(47c)에 대하여 탕구부(18) 측의 수평 방향의 부분을 탕도(47b)로 할 때, 탕도(47)의 천정부의 최저부 p1은, 탕도(47a)의 천정부의 최저부가 된다.

이와 같이, 하방 굴곡 유로(47c)를 가지는 실시형태 5에 있어서도, 액체 Q의 체적을, 용탕 유로(46)를 형성하는 탕도(47)의 천정부의 최저부 p1의 높이 h1과, 액면 Sv의 높이 hs와의 관계가 hs>h1을 만족시키는 체적으로 함으로써, 송기 가스 G가 제품 캐비티(5)에 침입하는 것을 방지할 수 있다. 실시형태 1∼실시형태 4와 마찬가지로, 액면 Sv는 탕도(47) 내의, h2>hs>h1을 만족시키는 위치로 할 수 있어, 액체 Q의 체적을 적게 할 수 있다.

실시형태 5는 실시형태 3에 대하여, 탕도(47b)와 탕도(47c)와의 접속부 부근의 천정 부분이 낮고 탕도(47b)가 얇게 형성되어 있으므로, 실제 주조에 있어서는 이 부분의 용탕의 응고가 촉진되어, 제품 캐비티(5)로부터의 용탕의 역류를 조기에 저지할 수 있다. 그리고, 탕도(47b)의 천정부가 낮게 형성되어 있는 부분은, 실시형태 4의 경우와 마찬가지로, 넓은 폭으로 형성할 수도 있다.

송기 가압 주조에서의 실제 금속 용탕의 주탕에 있어서는, 도 5a에 나타낸 액체 Q가 제품 캐비티(5)에 충만되었다고 가정한 평형 상태에 있어서, 제품 캐비티(5)로부터 액면 Sv까지 연속하는 액체 Q가 차지하는 체적에 상당하는 금속 용탕을 주탕한다.

(실시형태 6)

도 6a 및 도 6b는, 본 발명의 실시형태 6에 따른 통기성 주형의 일례를 나타낸다. 실시형태 4에서의 통기성 주형의 기본적인 구성은, 주형(51)의 탕도(57)가 그 도중에 하방으로 굴곡되는 하방 굴곡 유로(9)를 가지고 있고, 도 3d에 나타낸 통기성 주형과 동일한 구성이다.

실시형태 6에서의 통기성 주형은, 탕도(57)의 도중에 하방류를 형성하는 하방 굴곡 유로(9)가 대략 수직 방향으로 형성되어 있다. 하방 굴곡 유로(9)의 상부는 탕구부(8)에 연장되는 탕도(57b)에 접속하고, 하방 굴곡 유로(9)의 하부는 제품 캐비티(5)에 연장되는 탕도(57a)에 접속한다. 그 결과, 탕도(57)는 하방 굴곡 유로(9)보다 제품 캐비티(5) 측에 있는 수평 방향의 탕도(57a)와, 탕구부 측에 있는 수평 방향의 탕도(57b)와, 하방 굴곡 유로(9)로 구분된다. 그리고, 도 6a 및 도 6b에서는, 하방 굴곡 유로(9)가 대략 수직 방향으로 형성된 형태를 나타냈으나, 하방 굴곡 유로(9)는 탕구부(8) 측으로부터 제품 캐비티(5) 측을 향하는 경사진 유로로 형성될 수도 있다. 이는 실시형태 7에서도 동일하다.

하방 굴곡 유로(9)로부터 제품 캐비티(5)까지를 접속하는 유로, 즉 탕도(57a)의 천정부가 하방 굴곡 유로에 접속하는 부분 P1의 높이를 H1, 및 탕구부(8)로부터 하방 굴곡 유로까지를 접속하는 수평 방향의 탕도(57b)의 천정부의 최저부 P2의 높이를 H2로 할 때, H1<H2를 만족시킨다. H1<H2를 만족시키는 하방 굴곡 유로(9)를 형성함으로써, 가스의 송기 압력이나 유량의 변동 등에 의해, 탕도(57b)의 천정부를 따라 제품 캐비티(5)를 향해 송기 가스가 앞서 진행한 경우라도, 하방 굴곡 유로(9)에서 차단하여 그보다 먼저 송기 가스가 진행하는 것을 억지할 수 있다. 이에 대하여, 하방 굴곡 유로(9)가 형성되어 있지 않고, 예를 들면, 도 8a에 나타낸 바와 같이, 수평 방향으로 직선적으로 연장되는 탕도를 가지는 종래의 통기성 주형에서는, 탕도를 채우는 용탕을 삭감하고자 하면, 용탕을 중력을 거스르는 형상인 채로 탕도의 도중에 응고시키지 않으면 안되므로, 송기압의 고도의 조절 수단이나, 용탕의 신속한 냉각 수단을 포함시키지 않으면 안된다.

또한 탕구측의 수평 방향의 탕도(57b)의 바닥부가 상기 하방 굴곡 유로에 접속하는 부분 P3의 높이를 H3로 할 때, 도 6b에 나타낸 바와 같이, H1<(H2＋H3)/2를 만족시키는 것이 바람직하다.

도 6a 및 도 6b는, 탕도(57b)의 천정부가 일정한 높이이며, 단조롭게 수평인 형상인 예를 나타내지만, 본 발명의 통기성 주형은, 이와 같은 형상의 탕도로 한정되지 않으며, 탕도(57b)의 천정부가 경사 상방향 또는 경사 하방향으로 경사져 있고, 단차나 굴곡을 가지고 도달할 수도 있고, 탕도(57b) 자체가 상방향 또는 하방향으로 경사져 있어도 된다.

하방 굴곡 유로(9)는 수평 방향의 탕도(57)의 도중에서의 임의의 위치에 있어도 되지만, 제품 캐비티(5)에 가능한 근접시켜 설치할수록, 주탕량을 더욱 적게 설정할 수 있어 바람직하다. 이는 실시형태 7에 있어서도 동일하다.

(실시형태 7)

도 7a 및 도 7b는, 본 발명의 실시형태 7에 따른 통기성 주형의 일례를 나타낸다. 실시형태 5에서의 통기성 주형의 기본적인 구성은, 제품 캐비티(5) 측의 탕도(67a)의 천정부가 하방 굴곡 유로에 접속하는 부분 P1의 높이 H1과 탕구측의 탕도(67b)의 바닥부가 상기 하방 굴곡 유로에 접속하는 부분 P3의 높이 H3가 H1≤H3를 만족시키도록 하방 굴곡 유로(69)를 형성한 점 이외에, 실시형태 6의 통기성 주형과 동일하다. 실시형태 7은, 본 발명의 통기성 주형의 더욱 바람직한 형태를 나타낸 것이다.

이 형태에 있어서, 탕도(67a)의 천정부가 하방 굴곡 유로에 접속하는 부분 P1과 탕구측의 탕도(67b)의 바닥부가 상기 하방 굴곡 유로에 접속하는 부분 P3를 동일한 높이로 위치시키는, 예를 들면, 동일한 형합면 상에 위치시켜, H1=H3로 하는 경우에는, 상부 주형(1a)와 하부 주형(1b)와의 형 맞춤이 용이한 장점이 있다.

탕도(67a)의 천정부가 하방 굴곡 유로에 접속하는 부분 P1을 탕구측의 탕도(67b)의 바닥부가 상기 하방 굴곡 유로에 접속하는 부분 P3보다 하방에 위치시켜, 도 7b에 나타낸 바와 같이, H1<H3로 하는 경우에는, 하방 굴곡 유로(69) 내에 있어서 가스에 의해 내리눌러지는 탕면을, 최저부 P3보다 하방에 위치시키는 것이 가능하게 되어, 탕도(67b)에 잔류시키는 주탕량을 확실하게 저감할 수 있으므로, 더욱 바람직한 형태이다.

Claims (4)

1. 주형(鑄型) 캐비티로서 제품 캐비티와 용탕(溶湯) 유로를 가지고, 상기 용탕 유로가, 중력 주탕(注湯)한 용탕이 흘러내리는 탕구부(湯口部) 및 상기 제품 캐비티와 상기 탕구부를 연결하는 탕도(湯道)로 이루어지는 통기성 주형을 사용하되, 상기 주형 캐비티의 전체의 체적보다 작고, 상기 제품 캐비티의 체적보다 큰 금속 용탕을 상기 통기성 주형에 중력 주탕하고, 이어서 상기 탕구부로부터 가스를 송기(送氣)하여, 상기 용탕 유로 내의 금속 용탕을 밀어넣음으로써 상기 제품 캐비티 내의 금속 용탕을 밀어올리고, 상기 제품 캐비티를 금속 용탕으로 충전(充塡)하는 주조(鑄造) 물품의 제조 방법으로서,
   상기 가스의 송기에 의해 가상의 액체(여기서, 가상의 액체란, 응고, 증발, 팽창, 수축, 주형으로의 스며듦 및 기체의 흡수나 방출이 없는 액체)가 상기 제품 캐비티 내에 충전되어 평형하게 된 상태를 가정했을 때,
   상기 가상의 액체로 상기 제품 캐비티가 충만하고, 또한
   상기 용탕 유로 내에 잔존하는 상기 가상의 액체의 액면의 높이 hs, 상기 탕도의 천정부의 가장 낮은 부분의 높이 h1, 및 상기 탕도의 천정부가 상기 탕구부와 접속하는 부분의 높이 h2가, h2>hs>h1을 만족하는 상태가 되도록 상기 가상의 액체의 체적을 산출하고,
   상기 가상의 액체의 체적과 동일한 체적의 금속 용탕을 주탕하는 양으로 하는, 주조 물품의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가스의 송기에 의해 가상의 액체가 평형한 상태에 있어서, 상기 탕도의 바닥부의 가장 높은 부분의 높이 ht가, hs<ht를 만족하도록 상기 가상의 액체의 체적을 산출하고, 상기 가상의 액체의 체적과 동일한 체적의 금속 용탕을 주탕하는 양으로 하는, 주조 물품의 제조 방법.
3. 제품 캐비티와 용탕 유로를 가지고, 상기 용탕 유로가, 중력 주탕한 용탕이 흘러내리는 탕구부 및 상기 제품 캐비티와 상기 탕구부를 연결하는 탕도로 이루어지는 주형 캐비티를 가지고, 금속 용탕을 중력 주탕하고, 이어서 상기 탕구부로부터 가스를 송기하여, 상기 용탕 유로 내의 금속 용탕을 밀어넣음으로써 상기 제품 캐비티 내의 금속 용탕을 밀어올리고, 원하는 캐비티 부분을 금속 용탕으로 충전하는 데 적용되는 통기성 주형으로서,
   상기 탕도는, 상기 탕도의 도중에 형성된 하방류(下方流)를 형성하는 하방 굴곡 유로와, 상기 탕구부와 상기 하방 굴곡 유로의 상부를 연결하는 탕구측 유로와, 상기 하방 굴곡 유로의 하부와 상기 제품 캐비티를 연결하는 제품 캐비티측 유로를 포함하고,
   상기 제품 캐비티측 유로의 천정부가 상기 하방 굴곡 유로에 접속하는 부분 P1의 높이를 H1, 및 상기 탕구측 유로의 천정부의 최저부 P2의 높이를 H2로 할 때, H1<H2인, 통기성 주형.
4. 제3항에 있어서,
   상기 탕구측 유로의 바닥부가 상기 하방 굴곡 유로에 접속하는 부분 P3의 높이를 H3로 할 때, H1≤H3인, 통기성 주형.

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