KR840001336B1 - 통형(筒型) 주조품의 내면 가공방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

통형(筒型) 주조품의 내면 가공방법

도면은 본 발명에 관한 원심주조법의 통형 주조품의 내면 가공방법을 구현하기 위한 그 장치의 가장 좋은 실시의 형태를 예시하는 것이다.

제1도는 원심주조기의 중요부분 종단과 통형 주조품의 내면가공장치의 전체 개략 측면도.

제2도는 제1도의 (II)-(II)선 확대단면도.

제3도는 가압수단의 중요부분 확대 일부단면 측면도.

제4도는 본 발명 방법에서 가공한 상태와 미가공의 상태를 표시하는 알루미늄 합금의 통형 주조품의 단면사진도.

제5도는 본 발명 방법이 적용되는 원형단면을 갖고 있는 통형주조품을 표시하는 종단측면도.

제6도는 제5도의 단면도.

제7도는 본발명 방법이 적용되는 지름이 다른 절단면을 보유하는 통형 주조품을 표시하는 종단측면도.

본 발명은 원심주조법에 의한 통형(筒型) 주조품의 내면을 소정온도 범위에 있어서 가압성형하는 통형주조품의 내면 가공방법에 관한 것이다.

통형의 주조품은 일반적으로 원신주조법이나, 코아(CORE)를 사용한 주조 법에 의하여 제조되었다.

이러한 방법에 의하면 통형주조품을 냉각 처리함에 있어 그 통 내면에 미세한 기포나 공동(空洞) 또는 요홈이 발생된다는 것은 이미 잘 알려져 있으며, 그리고 이러한 공동등이나 기포의 발생으로 인하여 통형주조품의 강도나 기밀성을 저하시키는 것이 판명되고 있다. 종래 상술한 결점을 해소하기 위하여 통형주조품을 원심주조법으로서 제조할때에 원심주조용 그명에 용융금속을 주입하여 그 용융금속의 응고가 완료되기 이전에 통의 내면에 로울러 등을 사용하여 강바하여 공동이나 기포를 압압 밀착하는 방법이 제안되어 있다.

한편, 통형 주조품을 유체수송용관 등에 사용하는 경우, 관 자체의 강도나 기밀성(氣密性)이 우수한 것은 물론이며, 그 관의 내면의 강도를 높이고 내마모성 및 내식성에도 우수하며, 그뿐 아니라 유체 저항이 적은 관내 표면을 가지고 있는 제품을 제작하지 않으면 안되었다. 그러나 종래의 공동이나 기포를 압압 파괴하고 밀착시키는 방법에 의하면, 용융금속의 응고 완료전의 유연한 상태에 있어서 통의 내면을 가압하기 때문에 미세한 공동이나 기포는 압압하여서 제거할 수가 있지만 통의 내면을 경화시킬 수는 없었다.

반면 주조품의 표면을 경화시키는 목적으로서 상온에 있어서 그 표면을 압압 가공하는, 소위 냉간(冷間)가공을 시행하는 방법은 일반적으로 널리 실시되어 있다.

그러나 이와같은 방법으로서 동시에 공동이나 기포를 압압하여 밀착시키는 데는 대단히 큰 압력을 발생시키는 장치가 필요하며, 그러한 큰 압력을 가하는 것에 의하여 통체가 외력에 의한 변형을 발생하는 결점이 있으므로 그러한 방법은 실시되지 아니하였다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 한계에 비추어 2개의 상반되는 요구를 충족시키는 원심주조법에 의한 통형주조품의 내면 가공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 통형 주조품의 내면 가공방법은, 원심주조법에서 용융금속의 주입에 의하여 성형된 통형주조품의 중공부에 가압수단의 강바부를 위치시키고, 전기가 통형주조품의 응고완료 직후에서 그 기계적 성질이 금변하는 천이(遷移) 온도에 이르기까지의 온도 범위내에 있어서 전기한 가압부와 전기한 통형주조품과를 서로 대향 회전하면서 전기한 가압부에 의하여 전기한 통형 주조품의 내면을 가압 성형하는 것을 특징으로 한다.

본 발명자는 일반금속의 기계적 성질, 특히 가공을 용이하게 하는 연신(延伸) 가공이 천이온도 이상에 있어서 급격히 양호하게 되는 점에 착안하며, 또한 금속의 응고직후이더라도 그 금속과 가압부재를 서로 대향 회전하면서 그 금속의 표면을 가압성형하면 가공표면의 경도가 높아진다는 것을 실험에 의하여 확인하였다.

상기의 천이온도라 함은, 금속의 온도를 강하시켜 갈 경우에 인장강도의 급증, 신장도의 급격한 감소, 내충격강도(예컨데, 샤피(Charpy) 시험법)의 저하를 이르키는 임계(臨界)적인 온도를 말하며, 알루미늄 합금에 있어서는 약 15℃, 강 및 주철에 있어서는 약 500℃이며, 기타의 합금등에 있어서는 후술하는 바와같다.

이와같이 본 발명은 종래에는 다른 작업공정이라고 생각되었던 공동이나 기포의 압압 밀착처리와 통형주조품 내면의 표면경화처리를 한꺼번에 행하도록 하는 방법을 제공하는 것이다.

즉, 가압성형이 용이한 온도범위에 있어서 적은 압력을 가하는 것으로서 원심주조법에 의한 통형주조품의 내면의 기포나 공동 또는 요홈을 제거하여서 통형주조품과 가압부를 서로 대향 회전하여 그 내면의 가압성형을 행하는 것에 의하여 그 통형주조품에 변경을 거의 발생시키는 일없이 내면의 경화까지도 한꺼번에 실시할 수 있는 것이다.

이것에 의하여 통형주조품 내면근처의 금속조작밀도를 높여서 균일화하고, 통형주조를 전체의 강도와 기밀성의 증대를 도모함과 아울러 그 내면을 경화시켜서 내마모성, 내식성이 우수하며, 또한 유체수송에 있어서의 저항이 적은 원심주조법의 통형 주조품을 얻을 수가 있은 것이다.

따라서 더욱더 그품질 향상이 요구되는 유체압력 실린더부재, 내연기관의 실린더부재, 각종 주철관, 진공용기 부재 및 각종 로울, 원자력 발전용 배관재등, 혹은 높은 압력의 알루미늄 합금주물, 주강관등의 각종통형 주조품의 제조에 있어서 극히 현저하고도 큰 공업적인 가치를 나타내는 것이다.

본 발명의 상술한 방법을 구현하기 위한 통형 주조품의 내면 가공장치를 설명하면 통형주조품의 내면가공장치는 응고 완료직후에서 천이온도에 이르기까지의 통형 주조품의 내면을 가압할 수 있도록 구성된 가압부를 갖춘 가압수단과 전기한 통형주조품과 가압부의 층을 서로 대향회전시키는 구동수단으로부터 이루어진다.

즉, 통형주조품의 응고완료 직후에서 천이온도에 이르기까지의 사이에 통형주조품의 내면을 가압부로서 압압하면서 이 가압부와 통형주조품에 발생한 공동이나 기포를 제거하고, 통형 주조품의 두께방향에 있어서의 금속조작의 밀도를 높힘과 아울러 그 내면을 경화시킬 수가 있다.

이것에 의하여 원심법의 통형주조품 전체의 강도, 그 내면의 내마모성 및 내식성이 우수한 통형주조품이 얻어지는 것이며, 또 통형 주조품의 내면의 기포나 공동을 제거하고, 그 두께가 두꺼운 방향에 있어서의 금속조직의 밀도를 높이므로서 내면의 기포나 공동이 연통하여서 형성되는 외부에의 통기공을 없엘 수가 있어서, 이 주조품을 진공용기 부재등의 기밀을 요구되는 부재로서 사용할 경우에 극히 양호한 기밀성을 발휘하는 잇점이 있다.

본 발명의 기타의 목적 및 이익이 되는 점은 이하의 긱재에서 명백하게 될 것이다.

이하 첨부도면에 따라서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 실시예에 있어서는 통형 주조품을 원심 주조법과 그 장치에 의하여 용융금속을 주입하여 성형하는 바, 다른 주조법에 의하여 성형하도록 하여도 좋다.

(1)은 원심주조용의 금형을 표시하고, (2)는 전기한 금형(1) 내에 주입된 통형 주조품이다.

이 통형주조품(2)은 도면표시와 같이 한쪽 단부(端部)에 플랜지(2a)를 갖추고 있다.

(3)은 전기한 금형(1)을 지지하고, 또한 이것을 회전구동하는 구동로울러이다.

이들 구동로울러(3)는 전동모우터(4)에 적당한 수단을 개재하여 연결되고, 이들 양부재와 전기한 금형(1)으로써 구동수단(5)을 구성하고 있다.

(6)은 가압수단이며, 전기한 통형 주조품(2)의 중공부에 삽입위치되는 가압부(6a)와, 이 가압부(6a)의 가압력을 발생시키는 가압력발생부(6b)와, 이 가압력발생부(6a)와 가압부(6a)를 전기한 통형주조품(2)의 축심방향에 따라서 이동시키는 이동장치(6c)로서 구성되어 있다.

전기한 이동장치(6c)는 설정된 위치에 고정된 유압실린더(19)와 이것에 유압을 공급하는 공지의 유압펌프시스템(미도시)으로서 구성되어 있으며, 전기한 유압실린더(19)의 피스톤로드(20)가 전기한 가압력발생부(6b)의 본체에 연결되어 있다.

가압력발생부(6b)는 전기한 가압부(6a)를 지승하는 지지체(10), 유압실린더(19), 그 피스톤로드(11)(제3도 참조) 및 이 유압실린더(9)를 구동하는 유압펌프시스템(미도시)으로서 구성되어 있다.

그리고 이 가압력발생부(6b)는 레일(7) 위를 주행가능하게 구성되어 있으며, 이것에 전기한 이동장치(6c)의 작도에 의하여 전기한 가압부(6a)를 전기한 통형주조품(2)의 축심방향에 따라서 원활하게 이동될 수 있도록 되어 있다.

전기한 지지체(10)는 전기한 가압부(6a)를 지지하도록 전기 가압력 발생부(6b)의 기틀에서 연설(延設)되어 있다.

전기한 피스톤로드(11)는 전기한 지지체(10)내를 통하여 전기한 가압부(6a)를 향하여 진퇴자재하게 연설되며, 그 앞끝부분에는 경사부(11a)가 형성되어 있다.

(12)는 3개의 가압로울로서 전기한 가압부(6a)의 둘레방향에 동일한 간격이며, 또한 각각 그것들이 전기한 피스톤로드(11)의 축심과 평행한 회전축심을 갖도록 배치되어 있다.

그러나 최소한 1개의 가압로울러가 있으며 가압성형의 목적은 달성될 수 있다.

제3도에 있어서는 도면작성을 용이하게 하고, 보기쉽게 하기 위하여 2개의 가압로울러(12) 사이의 거리를 축소하고 있다.

(18)은 안내부재이며, 그 한쪽끝은 전기한 가압부(6a)의 앞 끝에 너트로서 부착되며, 다른쪽 끝부분은 전기한 경사부(1a)에 천설된 구멍에 삽입되며 이 경사부(11a)가 진퇴조작될 때의 안내작용을 한다.

전기한 가압로울러(12)는 각각 보전부재(13)에 고정된 지축(14)에 유전(遊轉) 가능하게 부착되어 있다.

각 보전부재(13)는 전기한 가압부(6a)의 본체에 대하여 전기한 피스톤로드(11) 또는 전기한 통형 주조품(2)의 반지름 방향으로 슬라이드 가능하게 보전되어 있으며, 또한 그 축심축에 캠면(13a)이 형성되어 있다.

전기한 피스톤로드(11)의 이동에 의하여 그 경사부(11a)가 전기한 캠면(13a)에 맞닿고, 전기한 보전부재(13)을 압압하며 여기에 설치된 가압로울러(12)를 전기한 통형 주조품(2)의 내면압압압시키도록 되어 있다.

이와같이 전기한 피스톤로드(11)의 경사부(11a)와 전기한 보전부재(13)의 캠면(13a)으로서 캠수단(15)을 구성하고 있다.

전기한 가압로울(12)는 중앙부에 폭이 좁은 평탄한면 (12a)과 그 양쪽에 경사면(12b)을 갖춘 형상으로 구성되어 있다.

전기한 폭이좁은 평탄한면(12a)을 사용하는 것에 의하여 전기한 통형주조품(2)의 내면에 대한 압압력을 높일 수 있음과 아울러 그 내면을 원활하게 가공할 수 있는 잇점이 있다.

그러나 가압로울러의 형상으로는 그 이외에 완만한 볼록모양으로 만곡된 맥주담는 통 모양이나 여러가지의 형상의 볼록한 부분을 보유하는 것 또는 원주형상체등 적당하게 사용할 수 있으며, 또 이 가압로울러를 강제적으로 구동회전시킬 수 있는 구성을 채용할 수 있다.

(16)는 압축스프링이며, 전기한 가압부(6a)의 본체와 전기한 보전부재(13)와의 사이에 개재되어서 전기한 캠수단(15)의 작용에 의하여 전기한 보전부재(13)가 압압이동될대는 이것을 압축하고 캠작용이 해제되었을 때에 전기한 보전부재(13)를 원래의 위치, 즉 비가압작용의 위치로 복구시키는 역할을 한다.

제3도는 전기한 캠수단(15)에 의한 캠작용이 해제되어 압축스프링(16)이 늘어나서 보전부재(13)가 비가압작용 위치에 있는 상태를 표시하고 있다.

제1도 및 제2도에 표시하는 것같이 (17)은 전기한 통형 주조품(2)의 내면을 점삭하기 위한 바이트이며, 전기한 가압부(6b)의 앞끝부분에 부착되어 있다.

제3도는 이 바이트(17)가 부착된 상태로서 그려져 있다.

다음에 상술한 원심주조용의 금형(1) 및 구동수단(6)을 사용하여 본 발명의 방법을 설명한다.

먼저 알루미늄 합금의 용융금속을 금형(1)에 부어넣어서 원심주조법에 의하여 통형 주조품(2)을 성형한다.

다음에 이 통형 주조품(2)의 중공부에 가압수단(6)의 가압부(6a)를 삽입위치 시킨다.

전기한 통형주조품(2)이 응고된 직후에 가압력발생부(6b)의 유압실린더(9)가 작동되어 그 피스톤로드(11)가 잡아당겨지며, 그 앞쪽끝의 경사부(11a)가 가압로울러(12)의 보전부재(13)를 캠작용에 의하여 전기한 통형 주조품(2)의 내면으로 향하여 이동된다.

이것에 의하여 각 가압로울러(12)가 통형주조품(2)의 내면을 가압형성한다. 이 사이에 전기한 금형(1)은 계속하여 회전되고 있으며, 전기한 가압로울러(12)는 유전하면서 가압성형을 행하게 된다.

그리고 전기한 압력발생부(6b)가 레일(7)위를 이동장치(19)에 의하여 이동되는 것에 따라서 전기한 가압부(6a)를 통형주조품(2)의 축심방향에 따라서 이동시키고 통내면 전역에 걸쳐서 가압성형을 행하는 것이다.

또한 바이트(17)에 의한 통형 주조품(2)의 내면절삭의 공정설명을 생략하였으나 이 절삭공정을 전기한 가압성형의 공정전에 행하면 통형주조품(2)의 내부지름을 통일할 수 있으며, 그후의 가압로울러(12)에 의한 통형주조품(2)의 내면전역에 걸친 압압력을 대략 일정하게 할 수가 있어서 보다 우수한 품질의 통형 주조품을 얻을 수가 있다.

또 전술한 가압성형 공정후에 절삭공정을 실시하면 통형 주조품(2)의 내부 지름을 소망하는 값으로 할 수가 있다.

또한 먼저 절삭공정을 실시하고 이어서 내면 가압성형의 공정을 행하고, 그후 재차 절삭공정을 행하는 것에 의하여 전술한 2개의 방법의 잇점을 아울러 얻을 수가 있다.

또 최종적인 절삭공정이 완료된 후에 있어서 특수한 표면 경화처리를 시행하는 등의 공정을 부가하는 것에 의하여 여러가지의 용도에 적합한 품질의 통형 주조품을 얻을 수가 있을 것이다.

다음에 위에서 설명한 본 발명을 실시예(1)에 대하여 이하에 설명한다.

[실시예 1]

Al-4.5% 합금을 한쪽편 두께 35mm로 금형 원심주조하고, 응고완료된 300℃에 있어서 이 통형 주조품을 주형과 일체로 하여 가압로울러에 의하여 압압력 200kg/cm²로서 그 내부지름면을 가압하고, 이것을 내부주름인 전체길이에 걸쳐서 2왕복시켜서 주조의 두께를 0.5mm 감소시켰다.

이와같이 하여 얻어진 통형 주조품의 단면에 염색침투 탐상시험을 실시한 후 사진을 촬영한 것이 제4도이다.

제4도의 통형주조품의 중앙부는 위에서 설명한 가압성형을 실시하고 있으며 그 양쪽은 종래의 원심주조법에 의하여 성형된 그대로의 상태이다.

제4도에서 명백한 것 같이 본 발명방법에 의하여 내면가공을 실시한 부분이 배색으로 표시되어 있는 것, 즉치밀한 조직으로 변하여진 것과 그 양쪽이 공동이나 기포의 발생 때문에 검게 (실제로는 빨간빛으로 염색되어 있다) 표시되어 있는 것이 확인된다.

이 주조품의 내부지름 근처부분의 기계적 성질과 종래방법에 의한 기계적 성질과의 변화를 제1 표시한다.

[제1표]

다만 각 시험의 한쪽편은 원통형 주조품의 내부지름면에서 10mm 위치를 중앙으로 하고, 바깥지름 14mmø으로 회수된 것이다.

다음에 본 발명의 목적으로 하는 통형주조품의 내면가압성형에 수반하는 표면경화를 표시하기 위한 실시예(2)를 아래에 기재한다.

[실시예 2]

상기한 실시예(1)과 실질적으로 동일한 알미늄 합금을 사용하여 통형주조품을 주조하고, 가압로울러의 입압력을 400kg/cm²로 하여 가압성형하였을때의 가압성형할때의 온도와, 그 온도에 있어서 가압성형된 통형주조품의 내면 및 미가공 외면의 실내온도에 있어서의 경도와의 관계를 표시하고, 또한 가압성형이 행하여지는 온도에 있어서의 전기한 알루미늄 합금의 연신 및 인장 강도와의 관계를 제2표에 표시한다.

[제2표]

상기한 제2표에서 명백한 바와같이 500℃에 있어서 내면 가압가공을 행한 통형주조품 내면의 경도가 가공을 실시하지 않은 통형 주조품외면의 경도보다도 큰 것을 알 수 있다.

그리고 가압성형 가공의 온도가 저하함에 따라서 그 내면 강도가 증대하며 약 150-100℃에 있어서 대략 한계에 달하는 것을 알 수가 있다. 반대로 상기한 알루미늄 합금의 기계적 연신이 약 100℃ 즉, 천이온도를 한계로 하여 온도가 상승함에 따라서 현저하게 증대되는 것을 알 수 있다.

이것은 본 발명의 방법을 주조대상금속의 응고직후의 온도에서 그 금속의 천이온도와의 사이에 있어서 실시하면 그 금속의 강성(鋼性)이 적은 상태에 있어서 적은 가압력으로 미세한 중공부와 기포를 제거하여 통형주조품의 단면의 두께방향으로 치밀한 금속조직을 대략 일정하여 얻어질 수 있음과 아울러, 그 가공표면의 경도를 증대시킬 수가 있는 것을 알 수 있다.

또 전기한 제2표에서 인장강도가 약 200℃를 한계로 하여서 온도가 상승함에 따라서 현저하게 저하되는 것을 알 수 있으므로 한층 더바람직하게로는 450℃에서 약 200℃에 이르기까지의 사이에 가압성형 가공을 실시하면 보다 적은 가압력으로써 비교적 높은 경도를 보유하는 내면성형 가공을 행할 수 있는가 알 수 있다.

또 다른 금속의 천이온도에 대하여 표시하면 예컨데 강(鋼) 및 주철이면 약 500℃, 18-8 스텐레스강이면 600℃, 및 동합금(동 70%, 아연 30%)이면 450℃이다.

이상 상세하게 설명한 것 같이 본 발명에 의하면 원심주조법의 통형 주조품의 내면을 가공하여 그 품질을 높일 수가 있는 것인바, 그 이외에 가압성형 가공의 초기한계, 즉 온도가 높은 상태에 있어서 부분적으로 가압력을 높게하는 것에 따라서 제5도에 표시와 같이 통 내면에 단차(段差)를 부설하거나 하는 성형가공도 가능하며, 제7도에 표시와같이 경사 절단면을 가진 통형 주조품이나 제6도에 표시한 외형이 다각형을 한 통형 주조품에 대해서도 본 발명 방법을 실시할 수 있는 것이다. 또, 본 발명을 주조로 하기 위한 장치에 있어서 가압수단(6)을 유압(油壓)을 사용하는 구성으로 하고 있으나, 통형 주조품(2)의 내면을 가압할 수 있는 구성이라면 여하한 구성이라도 좋으면, 통형 주조품(2)과 가압수단(6)의 가압부(6a)를 서로 대향회전시키는 방법에 대해서는 상술한 원심주조기용의 금형을 사용하는 경우라도 가압부(6a)측을 회전시키거나 이것과 통형주조품(2)을 보전하는 금형(1)을 반대 방향으로 회전시키도록 하여도 좋고, 또 전기한 양자를 동일한 방향으로 양자의 맞닿는 부분의 회전속도를 다르게 하도록 하여도 좋다.

이러한 서로 대향하는 회전방법은 통형주조품을 다른 주조법에 의하여 부어넣고, 다른 척(Chuck) 등으로서 그 주조품을 보전하여 가압성형을 행하는 경우도 동일하며, 도 가압수단(6)과 통형주조품을 서로 대향회전시키는 구동수단(5)로 적당한 구성의 것이 사용된다.

이상의 기재에서 명백한 바와같이 본 발명에 의한 통형주조품의 내면가공 방법과 통형주조품의 강도가 기밀성 및 그 내면의 내마모성 및 내식성을 향상시킬 수 있으므로 이것을 여러가지의 용도로 사용할 수가 있어서 산업이용상 극히 유익한 것이다.

Claims (1)

1. 원심주조법에 의해서 성형된 통형주조품(2)의 중공부에 가압수단(6)의 가압부(6a)를 위치시켜서, 이 가압부(2)에 의하여 통형주조품의 내면을 가압성형하는 방법에 있어서, 상기한 통형주조품(6a)의 응고 완료직후로부터 그 기계적 성질이 급변하는 천이온도에 이르기까지의 온도범위내에 있어서 상기 가압부(2)와 통형주조품(2)과를 서로 대향회전하면서 가압성형하는 것을 특징으로 하는 통형주조품의 내면 가공방법.

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