KR20200145996A - 이종접합주조체제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 제1금속과 제2금속이 접합되어 주조된 이종접합 주조체의 제조방법으로서 시간차 용해변수를 고려하여 주형 내로 제1금속에 대한 제1용탕과 제2금속에 대한 제2용탕 각각을 시간차 장입하기 위한 주조알고리즘을설정하는 단계, 주조알고리즘을 통하여 이종접합 주조체의 주형도면을 완성하고, 주형도면을 사용하여 목형을 제작한 뒤 이종접합 주조체를 주조하기 위한 주형을 제작하는 단계, 주형 내부로 상기 제1용탕을 주입하는 단계,제1용탕의 주입 후 제1용탕이 응고되기 전 설정된 시간이 흐른 후 주형 내부로 제2용탕을 주입하는 단계 및 제1용탕과 제2용탕을 응고시킨 후 이종접합 주조체를 얻는 단계를 포함하는 이종접합 주조체의 제조방법을 제공한다.
따라서 종금속이 접합된 이종접합 주조체 주조기술을 제공함으로써 내마모성 및 인성 등과 같은 복합특성을 갖는 기자재의 제작이 가능하다.

Description

이종접합주조체제조방법{Heterogeneous casting system setup method}

본 발명은 이종접합 주조체의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내마모성 및 인성 등과 같은 복합특성을 갖는 기자재의 제작이 가능하고 제작비용을 저감시킬 수 있어 경제적인 이종접합 주조체의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 이용되는 금속 주조(Metal mold casting)법은 금속 조형의 가장 [0002] 근본적인 기법중 하나로 같은 형태의 제품을 대량으로 제조하기 위해 사용된다. 주조 방식은 로(Furnace) 안에 스크랩, 선철, 합금철 또는 비철금속 원료를 넣고 가열 및 용해한 다음, 모래나 금속재의 거푸집(mold) 속에 부어 넣고 냉각 및 응고시켜 제조한다.

한편, 산업설비용 내마모 부품은 주로 크롬탄화물을 함유하는 고크롬 철계합금이 주로 사용되고 있다. 고크롬 철계합금은 주물이나 육성용접에 의해 제조되며 타 재질에 비해 가격이 저렴하면서 우수한 내마모성을 갖고 있다.

그러나 고크롬 철계합금은 인성이 낮아 충격을 받는 내마모 부품에는 쉽게 깨지는 특성이 있고, 또한 조인트(Joint)를 위해 가공이 필요한 부분에 있어서는 낮은 인성으로 인해 가공이 어려워 적용이 어려웠다.

이렇듯, 내마모 기자재 부품은 내마모성뿐만 아니라 가공을 위한 인성의 특성도 요구되는 바, 실제로 내마모와 가공성의 특성을 모두 요구하는 해머(Hammer)나, 내마모와 고인성의 특성을 요구하는 스크류(Screw)류나, 고온강도와 내열내식의 복합특성을 요구하는 원심주조 튜브(Tube)류나, 내마모와 내열내식의 복합특성을 요구하는 소결용 그래이트 바(Grate bar)의 경우에는 이러한 복합특성을 요구하고 있다.

그런데, 종래에는 상기한 요구와 문제점들을 보완할 수 있는 이종금속을 접합하여 제작할 수 있는 이종접합 주조기술의 개발이 미비하여, 산업설비에서 내마모 기자재의 요구특성을 부합시키기 어려웠으며 내마모 기자재의 제작비용이 높아지는 문제점이 있었다.

본 발명은 이종금속이 접합된 이종접합 주조체 주조기술을 제공함으로써 내마모성 및 인성 등과 같은 복합특성을 갖는 기자재의 제작이 가능하도록 하고, 제작비용을 저감시킬 수 있어 경제적인 이종접합 주조체의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 제1금속과 제2금속이 접합되어 주조된 이종접합 주조체의 제조방법으로서 시간차 용해변수를 고려하여 주형 내로 상기 제1금속에 대한 제1용탕과 상기 제2금속에 대한 제2용탕 각각을 시간차 장입하기 위한 주조 알고리즘을 설정하는 단계, 상기 주조알고리즘을 통하여 상기 이종접합 주조체의 주형도면을 완성하고, 상기 주형도면을 사용하여 목형을 제작한 뒤 상기 이종접합 주조체를 주조하기 위한 상기 주형을 제작하는 단계, 상기 주형 내부로 상기 제1용탕을 주입하는 단계, 상기 제1용탕의 주입 후 상기 제1용탕이 응고되기 전 설정된 시간

이 흐른 후 상기 주형 내부로 상기 제2용탕을 주입하는 단계 및 상기 제1용탕과 상기 제2용탕을 응고시킨 후 상기 이종접합 주조체를 얻는 단계를 포함하는 이종접합 주조체의 제조방법을 제공한다.

첫째, 이종금속이 접합된 이종접합 주조체 주조기술을 제공함으로써 내마모성 및 인성 등과 같은 복합특성을 갖는 기자재의 제작이 가능하여, 내마모 관련 산업설비의 제조기술 향상을 도모할 수 있다.

둘째, 이종금속의 시간차 주입을 위한 주조방법을 전산모사를 통하여 주조알고리즘을 확정하고, 이를 이용하여 주형을 만들기 때문에 복잡한 형상의 제품제조가 가능하며, 다양한 구조 및 형상의 이종접합 주조체에 적용 가능하여 다양한 내마모재의 주조에 적용 가능하다.

셋째, 주형구조 등의 재사용이 가능하여 원가절감 및 생산성 증대 효과를 가져올 수 있으며, 제작비용을 저감시킬 수 있어 경제적이다.

넷째, 고온강도, 고인성, 내열내식이 요구되는 롤러(Roller)와, 내마모, 고온내식이 요구되는 소결용 대차 그레이트 바(Grate Bar)와, 내마모, 고강도, 가공성이 요구되는 제철제강용 파쇄 해머(Hammer)와, 내마모, 고강도,고인성이 요구되는 스크류(Screw) 등의 기자재와 같이 복합특성을 갖는 기자내의 제조에 효과적으로 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이종접합 주조체의 제조방법을 나타내는 절차도,
도 2는 도 1의 이종접합 주조체를 해머로 적용한 경우 주형구조를 나타내는 사시도,
도 3은 도 2의 해머 주형구조의 정면도,
도 4는 도 2의 해머 주형구조의 평면도,
도 5는 도 1이 이종접합 주조체를 그레이트 바로 적용한 경우 주형구조를 나타내는 사시도

먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이종접합 주조체의 제조방법은, 제1금속과 제2금속이 접합되어 주조된 이종접합 주조체의 제조방법으로서, 주조알고리즘을 설정하는 단계(S10)와, 주형을 제작하는 단계(S20)와, 제1용탕을 주입하는 단계(S30)와, 제2용탕을 주입하는 단계(S40)와, 응고시킨 후 이종접합 주조체를

얻는 단계(S50)를 포함한다.

먼저, 상기 이종접합 주조체의 주형을 만들기 위하여 주조알고리즘을 설정한다. 상기 주조알고리즘은 상기 이종접합 주조체의 최적 주형 및 목형제작을 위하여 전산모사를 통하여 완성하며, 상기 제1금속에 대한 제1용탕과 상기 제2금속에 대한 제2용탕 각각을 주형 내로 시간차 장입하기 위한 시간차 용해변수를 고려한다.

여기서, 상기 시간차 용해변수는, 상기 제1용탕과 상기 제2용탕에 대한 주조간격과, 주조시간과, 주형 변경 등을 포함한다.

상기 주조알고리즘의 설정은, 상기 제1용탕과 상기 제2용탕 각각이 상기 주형 내 장입되는 주형구조를 형성하고, 상기 제1용탕과 상기 제2용탕 각각의 응고속도를 최적화하기 위한 시간차 주조변수의 수치를 전산모사를 통하여 획득하는 단계를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 주형구조는 주입구의 구조와, 주입구의 위치와 주압조절과, 탕도의 위치와 크기 등을 포함한다.

또한, 상기 시간차 주조변수는, 상기 제1용탕과 상기 제2용탕 각각에 대한 시간차 용해와, 주조와, 응고간격을 포함한다.

상기한 바에 따라 제작하고자 하는 이종접합 주조체의 주조알고리즘을 설정하면, 상기 이종접합 주조체의 주형을 제작한다.

상세하게, 상기 주형의 제작은 상기 주조알고리즘을 통하여 상기 이종접합 주조체의 주형도면을 완성하고, 이렇게 완성된 상기 주형도면을 사용하여 목형을 제작한 뒤 상기 이종접합 주조체를 주조하기 위한 상기 주형을 제작한다.

상기한 주형의 제작이 완료되면, 상기 주형 내부로 제1용탕을 주입한다.

그런 다음, 상기 제1용탕의 주입 후 상기 제1용탕이 응고되기 전 설정된 시간이 흐른 후 상기 주형 내부로 상기 제2용탕을 주입한다.

이때 상기 제1용탕과 상기 제2용탕의 시간차 주입과 관련된 사항은 상기 주조알고리즘과 전산모사를 통하여 설정되며, 작업자는 상기한 전산모사를 통하여 획득한 주입시간과, 후술되는 압탕구에서의 제1용탕의 확인을 통하 여 제2용탕의 주입을 조절할 수 있다.

한편, 상기 제1용탕과 제2용탕을 주형 내 주입하는 과정에 대한 상세한 설명은 후술하는 해머와 그레이트 바의 적용예에서 보다 상세하게 살펴보기로 한다.

상기한 바에 따라 제1용탕과 제2용탕을 주형 내 주입시키고, 일정 시간에 따라 상기 제1용탕과 상기 제2용탕을 응고시킨 후 상기 이종접합 주조체를 얻는다.

한편, 상기 제1금속은 내마모 고강도 소재의 금속으로 상기 제1용탕은 융점이 낮은 내마모재이며, 상기 제2금속은 내마모 인성 소재의 금속으로 융점이 높은 인성재로 형성된다.

상기 이종접합 주조체는, 고온강도, 고인성, 내열내식이 요구되는 롤러(Roller)와, 내마모, 고온내식이 요구되는 소결용 대차 그레이트 바(Grate Bar)와, 내마모, 고강도, 가공성이 요구되는 제철제강용 파쇄 해머(Hammer)와, 내마모, 고강도, 고인성이 요구되는 스크류(Screw) 중 선택된 어느 하나를 포함하는 내마모자재로 적용될 수 있다.

이하에서는 상기 이종접합 주조체를 각각 해머와 그레이트 바로 적용한 경우 이에 따른 이종접합 주조체의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2 내지 4는 상기 이종접합 주조체를 해머로 적용한 경우 주형구조를 나타낸 도면이다.

상기 도 2를 참조하면, 상기 이종접합 주조체가 해머인 경우 상기 주형구조는, 수직형 주물로서 상기 이종접합주조체가 형성되기 위하여 제1금속으로 이루어진 제1주형(261)과 제2금속으로 이루어진 제2주형(262)을 포함하는 주형(260)과, 상기 주형(260)으로 상기 제1용탕이 장입되기 위한 제1탕구계(100)와, 상기 주형(260)으로 상기 제2용탕이 장입되기 위한 제2탕구계(200)와, 상기 주형(260)과 연통되는 압탕구를 포함한다.

여기서, 상기 제1탕구계(100)는, 상기 주형(260)의 일측에 위치하여 상기 제1용탕이 장입되는 제1탕류(Pouringbasin;110)와, 상기 제1탕류(110)로부터 장입된 상기 제1용탕이 수직 하방향으로 유동하게 하는 제1탕구(Sprue;120)와, 상기 제1탕구(120)로부터 유입된 상기 제1용탕이 상기 주형(260)의 하부에서 수평방향으로 유동하게 하는 제1탕도(Runner;130)와, 상기 제1탕도(130)로부터 유입되는 상기 제1용탕을 상기 주형(260)의 하부로장입시키는 제1주입구(Gate;140)를 포함한다.

상기 제2탕구계(200)는, 상기 주형(260)의 타측에 위치하여 상기 제2용탕이 장입되는 제2탕류(210)와, 상기 제2탕류(210)로부터 장입된 상기 제2용탕이 수직 하방향으로 유동하게 하는 제2탕구(220)와, 상기 제2탕구(220)로부터 유입된 상기 제2용탕이 상기 주형(260)의 상부 측면에서 수평방향으로 유동하게 하는 제2탕도(230)와, 상기 제2탕도(230)로부터 유입되는 상기 제2용탕의 상기 주형(260)의 상부 측면으로 장입시키는 제2주입구(240)를 포함한다.

여기에서, 상기 압탕구는, 상기 제1용탕과 상기 제2용탕의 보충, 주형(260) 내 가스 및 불순물 배출을 하게 한

다. 또한, 상기 압탕구는, 상기 제2용탕 주입시간 확인용으로도 이용되며, 상기 압탕구로 제1용탕 또는 제2용탕이 채워지면 2차 주입을 중단해야 한다.

상기 압탕구는 상기 제1용탕과 제2용탕의 공통 압탕구인 제1압탕구(150)와, 상기 제2용탕의 압탕구인 제2압탕구 (250)를 포함한다. 여기서, 상기 제1압탕구(150)는 상기 제1용탕의 주입시간 확인용으로 상기 제1압탕구(150)로 상기 제1용탕이 나타나면 1차 주입을 중단한다.

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

100,300 : 제1탕구계 110,310 : 제1탕류
120,320 : 제1탕구 130,330 : 제1탕도
140,340 : 제1주입구 150,350,450 : 제1압탕구
200,400 : 제2탕구계 210,410 : 제2탕류
220,420 : 제2탕구 230,430 : 제2탕도
240,440 : 제2주입구 250,460 : 제2압탕구
260,470 : 주형 261,471 : 제1주형
262,472 : 제2주형 500 : 플레이트
600 : 발열슬리브

Claims (5)

1. 내마모성 및 고인성 등과 같은 복합특성을 갖도록 서로 다른 특성을 지닌 제1금속과 제2금속이 이종접합 되어 주조된 이종접합 주조체의 제조방법에 있어서,
   시간차 용해변수를 고려하여 주형 내로 상기 제1금속에 대한 제1용탕과 상기 제2금속에 대한 제2용탕 각각을 시간차 장입하기 위한 주조알고리즘을 설정하는 단계;
   상기 주조알고리즘을 통하여 상기 이종접합 주조체의 주형도면을 완성하고, 상기 주형도면을 사용하여 목형을 제작한 뒤 상기 이종접합 주조체를 주조하기 위한 상기 주형을 제작하는 단계; 상기 주형 내부로 상기 제1용탕을 주입하는 단계;
   상기 제1용탕의 주입 후 상기 제1용탕이 응고되기 전 설정된 시간이 흐른 후 상기 주형 내부로 상기 제2용탕을 주입하는 단계; 및 상기 제1용탕과 상기 제2용탕을 응고시킨 후 상기 이종접합 주조체를 얻는 단계;를 포함하되, 상기 이종접합 주조체는, 롤러(Roller)와, 소결용 대차 그레이트 바(Grate Bar)와, 제철제강용 파쇄 해머(Hammer)와, 스크류(Screw) 중 선택된 어느 하나를 포함하는 내마모자재로 적용되는 것을 특징으로 하는 이종접합 주조체의 제조방법
2. 제 1 항에 있어서,상기 주조알고리즘을 설정하는 단계는,상기 제1용탕과 상기 제2용탕 각각이 상기 주형 내 장입되는 주형구조를 형성하는 단계와,상기 제1용탕과 상기 제2용탕 각각의 응고속도를 최적화하기 위한 시간차 주조변수의 수치를 전산모사를 통하여 획득하는 단계를 포함하며, 상기 시간차 용해변수는 상기 제1용탕과 상기 제2용탕에 대한 주조간격과, 주조시간과, 상기 주형을 포함하며, 상기 시간차 주조변수는 상기 제1용탕과 상기 제2용탕 각각에 대한 시간차 용해와, 주조와, 응고간격을 포함하는 것을 특징으로 하는 이종접합 주조체의 제조방법
3. 제 2 항에 있어서,상기 주형구조는,상기 이종접합 주조체가 형성되기 위한 상기 주형과, 상기 주형으로 상기 제1용탕이 장입되기 위한 제1탕구계와, 상기 주형으로 상기 제2용탕이 장입되기 위한 제2탕구계와, 상기 주형과 연통되는 압탕구를 포함
   하고,상기 제1탕구계는,상기 주형의 일측에 위치하여 상기 제1용탕이 장입되는 제1탕류(Pouring basin)와, 상기 제1탕류로부터 장입된 상기 제1용탕이 수직 하방향으로 유동하게 하는 제1탕구(Sprue)와, 상기 제1탕구로부터 유입된 상기 제1용탕이
   상기 주형의 하부에서 수평방향으로 유동하게 하는 제1탕도(Runner)와, 상기 제1탕도로부터 유입되는 상기 제1용탕을 상기 주형의 하부로 장입시키는 제 주입구(Gate)를 포함하고,상기 제2탕구계는,상기 주형의 타측에 위치하여 상기 제2용탕이 장입되는 제2탕류와, 상기 제2탕류로부터 장입된 상기 제2용탕이 수직 하방향으로 유동하게 하는 제2탕구와, 상기 제2탕구로부터 유입된 상기 제2용탕이 상기 주형의 상부 측면에서 수평방향으로 유동하게 하는 제2탕도와, 상기 제2탕도로부터 유입되는 상기 제2용탕의 상기 주형의 상부 측면으로 장입시키는 제2주입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종접합 주조체의 제조방법
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 주형구조는,상기 이종접합 주조체가 한 쌍이 형성되도록 제1주형과, 제2주형을 포함하고, 상기 제1주형과 상기 제2주형 각각으로 상기 제1용탕이 장입되기 위한 제1탕구계와, 상기 제1주형과 상기 제2주형 각각으로 상기 제2용탕이 장입되기 위한 제2탕구계와, 상기 제1주형과 상기 제2주형 각각과 연통되는 압탕구를 포함하고,상기 제1탕구계는,상기 제1주형과 상기 제2주형의 사이 중앙 일측에 위치하여 상기 제1용탕이 장입되는 제1탕류와, 상기 제1탕류로부터 장입된 상기 제1용탕이 수직 하방향으로 유동하게 하는 제1탕구와, 상기 제1탕구로부터 유입된 상기 제1
   용탕이 상기 제1주형과 상기 제2주형의 양측으로 분기되어 상기 제1주형과 상기 제2주형의 하부에서 수평방향으로 유동하게 하는 제1탕도와, 상기 제1탕도로부터 유입되는 상기 제1용탕을 상기 제1주조조공간과 상기 제2주형각각의 하부로 장입시키는 제1주입구를 포함하고,상기 제2탕구계는,상기 제1주형과 상기 제2주형의 사이 중앙 타측에 위치하여 상기 제2용탕이 장입되는 제2탕류와, 상기 제1탕류로부터 장입된 상기 제2용탕이 수직 하방향으로 유동하게 하는 제2탕구와, 상기 제2탕구로부터 유입된 상기 제2용탕이 상기 제1주형과 상기 제2주형의 양측으로 분기되어 상기 제1주형과 상기 제2주형의 상부 측면에서 수평방향으로 유동하게 하는 제2탕도와, 상기 제2탕도로부터 유입되는 상기 제2용탕을 상기 제1주조조공간과 상기 제2주형 각각의 상부 측면로 장입시키는 제2주입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종접합 주조체의 제조방법
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,상기 압탕구는,상기 제1용탕과 상기 제2용탕이 상기 주형에서 주입되면서 서로 접촉하는 주형경계면과 연통되어 상기 제1용탕
   이 상기 주형경계면을 초과하면 상기 제1용탕이 상기 주형으로부터 유출되게 하는 제1압탕구와,상기 주형의 상부와 연통되어 상기 제2용탕이 상기 주형으로부터 유출되게 하는 제2압탕구를 포함하며,상기 제1용탕과 상기 제2용탕을 각각 상기 주형 내로 장입 시, 상기 제1압탕구로 상기 제1용탕이 육안으로 확인되면 상기 제1용탕의 주입을 중단하며,상기 주형경계면에는 상기 제1금속의 제1주형과 상기 제2금속의 제2주형을 구분하기 위해 플레이트가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 이종접합 주조체의 제조방법

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