KR910003706B1 - 코어, 그 제조방법 및 정밀주조용 주형의 제조방법 - Google Patents

코어, 그 제조방법 및 정밀주조용 주형의 제조방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

코어, 그 제조방법 및 정밀주조용 주형의 제조방법
제 1 도는 본 발명의 한 실시예의 공정순서도.
제 2 도는 그 각공정의 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 코어보디 10A : 코어
12 : 결합제 함침층 14 : 피막층
16 : 왁스층 20 : 소실모형
24 : 주형 26 : 제품
본 발명은 정밀주조(investment casting)에 사용하는 코어, 그 제조방법 및 이 코어를 사용한 정밀주조용 주형의 제조방법에 관한 것이다. 정밀주조에 사용하는 세라믹 코어는 표면의 충분한 평활정도와 납(wax) 모형의 사출성형에 견디기에 충분한 강도와 소성(burning)또는 주탕시(注湯時)에 견딜 수 있는 높은 열간 강도를 구비하는 것이 요구되었다.
그래서, 종래에는 골재에 알루미나, 지르콘, 용융실리카등을 사용하여 코어를 성형하고, 이 코어를 단독으로 소성, 소결하였다. 이 때문에 코어의 생산성이 불량하여 치수정밀도도 불량하게 되고, 특히 대형의 것에서는 희망하는 정밀도를 얻기가 매우 곤란하였을뿐 아니라 값비싸기도 하였다.
또, 소결에 의한 코어는 붕괴성이 나쁘고, 물리적인 진동이나 충격을 이용하여 코어를 제거하는 것은 불가능하고, 코어의 제거공정이 번거롭고 능률이 불량하게 되어 있었다.
또, 이와 같은 소결을 필요로 하는 코어에서는 소결이 곤란한 골재로서, 예를들면 값이 싼 규사등은 사용할 수 없었다.
본 발명은 이와 같은 실정을 감안하여 안출한 것으로서, 그 첫째 목적은 물리적 수단에 의한 붕괴성이 양호하여 코어의 제거가 용이하고, 나아가서 값싼 규사등의 골재를 사용하여서된 코어를 제공하려는 것이다.
또, 본 발명의 둘째 목적은 상기 코어의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 셋째 목적은 코어를 사용하는 방법, 특히 정밀주조용 주형의 제조방법을 제공하려는 것이다.
본 발명에 있어서, 제1목적은 골재와 무기결합제(binder)를 주성분으로 하는 코어보디(core body)와 이 코어보디에 표면으로부터 함침(含浸)된 결합제 함침층과 이 결합제 함침층의 표면에 슬러리를 도포하여 형성한 피막층과, 이 피막층의 외표면에 도포된 파라핀 왁스층을 지닌 것을 특징으로 하는 코어에 의하여 달성된다.
또, 제2목적은 다음의 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 코어의 제조방법으로서, (가) 골재와 무기 결합제를 혼련(混練)하는 공정과, (나) 이 혼련물을 코어형틀에 주입하고 경화하여 코어보디를 성형하는 공정, (다) 이 경화한 코어보디를 결합제에 침지하여 코어보디의 표면으로부터 결합제를 함침시키는 공정, (라) 결합제를 함침한 코어보디에 슬러리를 피복한 다음 건조하는 공정, (마) 이 피복층에 파라핀왁스를 도포하는 공정에 의하여 달성된다.
그리고, 제3목적은 다음의 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정밀주조용 주형의 제조방법으로서, (가) 골재와 무기결합제를 혼련하는 공정과, (나) 이 혼련물을 코어형틀에 주입하고 경화하여 코어보디를 형성하는 공정, (다) 이 경화한 코어보디를 결합제에 침지하여, 코어보디의 표면으로부터 이 결합제를 함침시키는 공정, (라) 이 결합제를 함침한 코어보디에 슬러리를 피복한 다음 건조하는 공정, (마) 이 피복층의 표면에 파리핀왁스를 도포함에 따라 코어로 하는 공정, (바) 이 코어를 형틀내에 위치 결정하여 이 형틀내에 소실모형재(消失模型材)를 주입하여 코어를 포괄주조한 소실모형을 형성하는 공정, (사) 이 소실모형의 슬러리 및 스터코우(stucco)입자를 번갈아 여러번 도포하여 내화물층을 형성하여 건조하는 공정, (아) 소실모형을 소실시켜서 주형을 형성하는 공정 및 (자) 코어와 내화물층을 동시에 소성하는 공정에 의하여 달성된다.
[실시예]
제 1 도는 본 발명의 한 실시예의 공정 순서도이고, 제 2 도는 그 각 공정의 설명도이다.
우선 코어의 주원료로서 무기결합제를 혼련한다.
골재로서는 예컨데,
규사 : 90중량%
실리카분말 : 10중량%
를 혼합하여 사용한다.
여기서 규사는 JIS 규격 G 5901(1954)의 규정에 의한 7호 정도의 입자 크기가 바람직하다. 결합제로서는 규산소오다(물유리)의 3호 정도의 것을 사용하며, 주원료 전체중량의 8% 정도를 골재에 소량씩 가하면서 혼련한다(스텝 100)더우기 이 혼련은, 실온 20℃ 습도 55%의 분위기 속에서 20분정도 실행하지만, 혼련 한 다음에는 곧 밀봉한다.
이것은 규사소오다가 대기중의 탄산가스에 의하여 경화하는 성질을 갖기 때문에 혼련한 다음 원료가 경화하는 것을 방지하기 위해서이다.
이와 같이 혼련한 원료는 코어의 형틀(도면에 없음)내에 공급하여, 코어보디(10)(제 2 도 a)를 성형한다(스텝 102).
이 경우 형틀내에 고온(140°-150℃정도)의 공기를 보내어 경화시킨다. 더우기 CO2프로세스를 이용하여 코어보디(10)를 경화시켜도 좋다.
즉, 미리 60-80℃로 가열한 목형등의 형틀을 사용하여 코어보디를 성형하고, 이 형틀의 송풍구(blowhole)및 분할면등으로부터 탄산가스를 불어넣어서 경화시킨다.
이와 같이 무기 결합제의 작용에 따라, 납(wax)모형의 사출성형에 충분히 견딜 수 있는 강도를 코어에 부여할 수 있다. 다음에 이렇게 성형한 코어보디(10)를 결합제에 수분동안 침지하여 결합제 함침층(12)을 형성한다(스텝 104, 제 2 도 b).
이 결합제로서는 에틸실리케이트나 콜로이드질 실리카를 사용하며 이 결합제는 코어보디(10)의 표면으로부터 적당한 정도의 깊이까지 침입하여 열간강도를 증대시키는 작용을 지닌다. 즉 스텝(100)에 있어서, 골재에 섞여들어가는 규산 소오다는 통상 200℃정도까지 충분한 강도를 유지하며 이것을 초과하면 강도가 급격히 저하하지만 스텝(104)에서 함침시키는 결합제는 200-1000℃에서 충분한 열간강도를 코어에 부여하는 작용을 가지고 있다.
다음에는 이와 같이 결합제를 함침시킨 코어보디(10)의 결합제 함침층(12)에 슬러리를 도포한다(스텝 106, 제 2 도 c)이 슬러리는
에틸실리케이트 50중량%
지르콘분말 350번 50중량%
등을 사용한 결합제와 충전제를 함유하는 것이 바람직하다. 이 슬러리는 슬러리조(槽)에 코어보디(10)를 침지시키는 디핑(dipping)법, 슬러리를 분무하는 스프레이법, 혹은 코어보디(10)와 분무기 사이에 정전압을 인가하여 분무를 하는 정전도장법(靜電塗裝法)등에 의하여 도포할 수 있다.
예컨데 디핑법의 경우에는 코어보디(10)를 슬러리조에 약 60초 침지한다. 더우기 이 슬러리를 도포하는 스텝(106)의 앞에, 결합제 함침층(12)을 형성한 코어보디(10)를 건조시켜 두어도 좋다.
이와 같이하여 코어보디(10)의 결합제 함침층(12)의 표면에 슬러리를 도포하여 함침시킴에 따라 피막층(14)을 형성한다.
이에 따라 코어보디(10)의 표면의 거치름을 개선하여 표면을 매끄럽게 할 수 있다.
또 주입시에 있어서의 주형과 용탕(熔湯)과의 주형반응(mold reaction)의 개선이 가능하고, 또 코어의 열간강도를 한층 향상시키는 것도 가능하게 된다.
이와 같이 슬러리를 도포한 다음 건조한다. 예를들면 온도 28℃, 습도 50%, 풍속 1m/sec의 바람으로 약 3시간 건조한다. 더우기 대형의 코어의 경우에는 다시금 전자레인지 등으로 10분정도 추가로 건조한다.
다음에 이 건조후의 코어보디(10)에 파라핀 왁스를 도포한다(스텝 108, 제 2 도 d).
이 도포는 80-90℃에서 용융한 파라핀 왁스중에 피막층(14)이 부착한 코어보디(10)를 10분정도 침지함에 따라 실행한다.
이 결과 피막층(14)의 표면에 왁스층(16)이 형성되어 피막층(14)의 사락(砂落)현상이 방지된다.
또, 코어의 강도를 증대시켜 코어의 이송중에 있어서의 파손을 방지함과 동시에, 코어보존중에 코어가 습기를 흡수하는 것을 방지할 수 있다. 이와 같이 코어보디(10)에 결합제를 함침시키고, 이 결합제 함침층(12)의 외측에 피막층(14) 및 왁스층(16)을 순차로 형성함에 따라 제 2 도 d에 나타낸 코어(10A)가 완성된다.
이 코어(10A)는 금형(18)내에 고정되고, 이 금형(18)내에 왁스나 발포스티롤등의 소실모형재료를 사출하여 소실모형(20)을 형성한다(스텝 110, 제 2 e).
이와 같이 코어(10A)를 포괄주조한 상태의 소실모형(20)의 외측에는 내화물이 피복된다. 즉 슬러리조에서 침지하여(스텝 112) 스터코우 입자를 뿌려 부착시키는 공정(스텝 114)을 여러번 반복하여, 일정두께의 내화물층(22)을 형성한다(제2F).
그리고, 이 내화물층(22)을 충분히 건조시킨 다음(스텝 116) 소실모형(18)을 탈랍(dewaxing)을 하여(스텝 118)다시금 소성(燒成)한다(스텝 120).
탈랍에 따라 코어(10A)의 왁스층(16)도 소실하여 코어(10A)의 표면에는 피막층(14)이 나타나게 된다. 이 소성에 의하여 외측의 내화물층(22)과 함께 내측의 왁스층(16)이 제거된 코어(10A)도 동시에 소성된다.
이 결과 코어보디(10), 결합제 함침층(12) 및 피막층(14)을 포함하는 세라믹쉘 주형(ceramic shell mold)(24)이 완성된다(제 2 도 f).
다음에 이 주형(24)속으로 즉 내화물층(22)과 피막층(14)에 의하여 그사이에 형성된 간격에 금속용탕을 부어넣게 된다(스텝 122).
그리고, 냉각한 다음 형틀털기(shake out)를 하면(스텝 124), 코어보디(10)와 피막층(14)이 제거된다(스텝 126) 이 코어보디(10) 및 피막층(14)의 제거는 예컨데 진동이나, 충격등의 물리적수단에 의하여 코어의 대부분을 제거하고, 나머지 부분을 용융수산화나트륨에 침지하여 이것을 용융함에 따라 실시하게 된다. 이 결과 제품(26)이 완성된다(제 2 도 g).
특히, 결합제 함침층(12)은 코어보디(10)의 표면으로부터 적당한 정도의 깊이까지 밖에 함침하지 않으며, 코어보디(10)의 중심부분에는 결합제가 침입하지 않으므로, 코어의 붕괴성이 대단히 양오하여 코어의 제거가 용이하다.
이 실시예에서는 결합제를 코어보디(10)에 함침시키는 스텝(104)과 슬러리를 도포하는 스텝(106)을 별도 공정으로 하고 있으나, 본 발명의 코어는 양 공정을 한번에 처리하여 제작한 것도 포함한다.
즉 슬러리에 포함되는 결합제를 스텝(104)에 사용하는 것과 동일하게 하여 슬러리층에 코어보디를 충분한 시간동안 침지하여 결합제를 코어보디내에 함침되도록 하여도 좋다.
이상의 실시예는 세라믹 쉘 주형을 사용한 정밀주조법에 적용한 것이지만, 본 발명은 솔리드 주형(solid mold)법등의 다른 정밀주조법에도 물론 적용할 수 있다.
또, 본 발명에 사용하는 골재, 결합제등은 물론 위에 나온 실시예에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 골재로서는 규사 대신에 알루미나, 용융실리카, 지르콘, 용융 멀라이드(fused mullite)등을 사용할수 있다. 또, 이 골재에 혼련하는 무기 결합제로서는 인산시멘트등도 사용할 수 있다. 이상과 같이 제1발명의 코어는, 골재와 무기결합제를 주성분으로 하는 코어보디의 표면으로부터 결합제를 함침시켜서 결합제 함침층을 형성하고, 이 결합제 함침층의 외표면에 피박층을 형성한 다음 이 피막층을 다시금 왁스층으로 피복하여서 된 것이다.
골재에 혼련하는 무기 결합제는 코어보디의 강도를 증대시키며, 결합제 함침층은 코어의 열간 강도를 충분히 증대시킨다.
이 때문에 코어단독으로 소결하는 일이 없이 납(wax)모형의 사출 성형에 견딜 수 있는 강도와 주형소성 및 용융금속을 부어넣을때의 충분한 열간강도를 유지하게 할 수 있다.
이와 같이 코어단독으로서의 소성, 소결이 불필요하기 때문에 생산공정이 단순하게 되어, 생산성 향상과 코스트 저하가 가능하게 된다. 또, 코어는 소성이 불필요하므로 코어의 치수정밀도가 향상된다.
특히, 주형을 형성하는 내화물층과 동질의 재료를 사용하면 코어와 내화물층의 열팽창등의 제어가 용이하고, 대형의 주조에 가장 적합한 것이 된다. 나아가서 결합제 함침은 코어보디의 표면으로부터 적당한 정도의 깊이의 부분에 한정되는 것이기 때문에 코어의 붕괴성이 양호하고 용융금속을 주입한 다음의 코어의 제거가 용이하게 된다.
또 피막층이 코어보디의 표면을 매끄럽게 하고, 주조제품의 코어측의 표면이 거칠어지는 것을 방지할 수 있다. 또 피막층은 용탕과 코어의 주형반응을 억제하여 제품표면의 거치러짐을 방지하는 작용을 한다.
나아가서 주형의 소성시 혹은 용융금속 주입시에 코어가 고온으로 되었을 경우에도 이 피막층은 코어의 열간강도를 한층 증대시켜줌으로 파손되기 어렵고 주조의 원료에 대한 제품고가 한층 향상하였다.
한편 왁스층은 피막층의 탈락을 방지하여 코어의 강도를 증대시키는 작용을 하기 때문에 코어의 이송시에 코어가 훼손될 염려도 없다. 또 코어를 보존중에 수분을 흡수하여 코어 소성시에 코어가 파손되는 등의 불합리를 방지할 수 있다.
또 제2발명에 의하면 코어를 주형의 소성과 동시에 소성할 수 있으며, 이 코어의 가장 적합한 사용방법, 즉 정밀주조용의 주형의 제조방법을 제공하게 되는 것이다. 또 제3발명에 의하면 코어를 주형소성과 동시에 소성할 수 있어서 이 코어의 가장 적합한 사용방법, 즉 정밀주조용 주형의 제조방법을 제공하게 되는 것이다.

Claims (8)

  1. 골재와 무기결합제를 주성분으로 하는 코어보디(10)와 이 코어보디에 표면으로부터 함침된 결합제 함침층(12)과, 이 결합제 함침층(12)의 표면에 슬러리를 도포하여 형성한 피박층(14)과, 이 피막층(14)의 외표면에 도포된 파라핀 왁스층을 지닌 것을 특징으로 하는 코어.
  2. (가) 골재와 무기결합제를 혼련하는 공정과, (나) 이 혼련물을 코어형틀에 주입하고 경화하여 코어 보디를 성형하는 공정과, (다) 이 경화한 코어보디(10)를 결합제에 침지하여 코어보디의 표면으로부터 결합제를 함침시키는 공정과, (라) 결합제가 함침된 코어보디에 슬러리를 피복한 다음 건조하는 공정 및 (마) 이 피막층에 파라핀왁스를 도포하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 코어의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, (가)공정에서, 골재는 규사를 주성분으로 하고, 무기결합제는 규산 소오다를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 코어의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서, (다)공정에서 결합제는 에틸실리케이트 및 콜로이드질 실리카중 적어도 한가지를 포함하는 것을 특징으로 하는 코어의 제조방법.
  5. 제 2 항에 있어서, (라)공정에서 슬러리를 정전도장법에 의하여 도포하는 것을 특징으로 하는 코어의 제조방법.
  6. 제 2 항에 있어서, (라)공정에서 코어보디(10)를 슬러리조에 침지함에 따라 슬러리를 도포하는 것을 특징으로 하는 코어의 제조방법.
  7. 제 2 항에 있어서, (라)공정에서 슬러리는 스프레이 도장법에 의하여 도포되는 것을 특징으로 하는 코어의 제조방법.
  8. (가) 골재와 무기결합제를 혼련하는 공정과, (나) 이 혼련물을 코어형틀에 주입하고, 경화하여 코어보디를 형성하는 공정과, (다) 이경화한 코어보디(10)를 결합제에 침지하여 코어보디(10)의 표면으로부터 이 결합제를 함침시키는 공정과, (라) 이 결합제를 함침시킨 코어보디(10)에 슬러리를 코우팅한 다음 건조하는 공정과, (마) 이 피막층의 표면에 파라핀왁스를 도포함으로써 코어로 하는 공정과, (바) 이 코어(10A)를 형틀내에 위치 결정하여 이 형틀내에 소실모형재(20)를 주입하여, 코어를 포괄주조한 소실모형(20)을 형성하는 공정과, (사) 이 소실모형(20)에 슬러리 및 스터코우 입자를 번갈아 여러번 도포하여 내화물층을 형성 하여 건조하는 공정과, (아) 소실모형(20)을 소실시켜서 주형을 형성하는 공정 및 (자) 코어(10A)와 내화물층을 동시에 소성하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 정밀주조용 주형의 제조방법.
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