KR910009367B1 - 주형의 제작법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

주형의 제작법

제1도와 제2도는 본 발명에 따른 주형 제작법의 일구현예를 보여주는 단면도.

제3도, 제4도와 제5도는 본 발명에 따른 주형 제작법의 다른 일 구현예를 보여주는 단면도.

제6도는 본 발명에 따라 제작된 주형 시편에 대한 단면도의 일부.

제7도는 제6도의 시편에서 측정한 경도값을 제시한 그래프.

제8도와 제9도는 본 발명의 방법에 사용되는 주물사를 제조하기 위한 두가지 시스템의 개요도.

제10도는 본 발명의 실시예와 비교실시예에서 제작된 주형 시편의 압축 강도를 제시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 주형패턴 2 : 내열층

4 : 피복층 5 : 주물사

6 : 극초단파 오본 10 : 역전류형 고속 혼합기

11 : 교반기 12 : 회전드럼

13 : 진공 트랩 20a : 공극

23a : 경화층

본 발명은 가열, 건조 및 경화 단계를 거쳐 금속 주조형 금속용 주형을 제작하기 위한 것으로서, 특히 내화물 입자와 그에 첨가된 수용성 접합제로 구성된 주물사를 주형패턴에 충진한 다음, 주물사를 극초단파 에너지에 노출시켜 경화함으로써 외측 표면에 경화층이 형성된 주형을 만드는 보다 개선된 주형의 제작방법에 관한 것이다.

주물사를 극초단파 에너지로써 경화시키는 단계를 포함하는 금속 주조용 주물 주형의 제작방법에 대해서는, 미합중국 특허 제4,518,031호(야마다시 등)와 일본국 특허공개 공보 제58-187232호 등에 개재된 방법이 지금까지 사용되고 있다.

이들 공지된 방법은 물 유리와 같은 접합제가 첨가된 내화물 입자로 구성되는 웨트(wet) 주물사로써 주형을 만들고, 이를 극초단파 에너지에 노출시켜 가열 및 건조하여 경화시킴으로써 그 외측 표면에 경화층이 형성된 주형을 제작하는 것이다.

상기와 같은 종래의 주형 제작법은 주형을 형성하는 주형패턴이 웨트(wet)주물사로써 채워지기 때문에 주형패턴 내의 주물사의 유동성이 불량하고, 따라서 주형의 형상이 복잡한 경우, 주물사로써 주형패턴을 완벽하게 채우기 곤란한 단점이 지적되고 있다.

또한 주형의 외부 표면에 경화층을 형성시키기 위해서는, 주형의 제작 후, 브러쉬(brush) 또는 분사법으로써 경화될 주형의 외측 표면상에 수용성 도형재를 가하는 방법이 일본국 특허공고 제55-29778호(가부시끼가이샤 고마스세이사꾸쇼)에 개재되어 있다. 그러나, 상기 종래 방법은 주형에 피복층의 응집이 불충분하고, 주조 공정 중 주형이 손상되는 경향이 있으며, 주조 공정 후, 사용된 주형이 쉽게 깨어지지 않음으로 주형으르 재사용할 때에 불편하게 되는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 단점을 해결하여 주형패턴 내에서 주물사의 유동성이 양호하여 주형의 형상이 복잡한 경우에도 주형패턴에 주물사를 완벽하게 채울 수 있는 주형 제작법을 제공함이 그 목적이다.

본 발명의 또 다른 목적은 증기가 주형의 외측 표면으로부터 그 내부를 지나 외부에까지 통과함으로써 주형이 그 외측 포면으로부터 점차적으로 경화되어 주형의 표면상의 주물사에 피복층의 응집성이 우수하며, 또한 주형 표면의 강도가 높은 반면에 주형 내부의 강도가 낮음으로 주조 공정중 주형이 손상되지 않고 주조 완료 후, 주형을 쉽게 파쇄할 수 있는 주형의 제작법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 주형의 제작법에서는 내화물 입자와 수용성 접합제로 구성된 주물사를 가열 및 건조하고, 상기 건조 상태의 주물사를 패턴 플래스크(pattern flask)내에 위치한 주형패턴의 공극에 충진하며, 충진 단계중에 경화될 주형의 외측 표면상에 수분이 유지되도록 하고, 이어서 주물사로 완벽하게 채워진 패턴 플래스크 전체를 가열하여 주로 주형의 외측 표면을 경화시킨다.

그리고 상기 본 발명의 방법에서 주물사는 내화물 입자와 수용성 접합제의 혼합물이다.

본 발명에 따르면, 상기 방법의 주물사가 수용성 접합제로 그 표면이 피복된 내화물 입자로 구성된다.

또한 상기 본 발명의 방법에서 주물사로 주형패턴을 충진하기 전에 피복층을 형성할 수용성 도형재를 패턴에 형성된 공극의 내측 표면에 가하여 경화될 주형의 외측 표면상에 수분을 유지한다.

그리고 본 발명에서는 주물사를 주형패턴에 충진하기전에 수막층(water film layer)을 형성할 물을 패턴에 형성된 공극의 내측 표면에 가하여 경화될 주형의 외측표면상에 수분을 유지시키기도 한다.

본 발명에 따른 상기 방법에서는 패턴 플래스크의 전체를 극초단파 에너지를 노출시켜 가열한다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 구체적이고 상세히 설명하면 다음과같다.

제1도와 제2도를 참조하여 본 발명의 첫 번째 구현예를 설명한다. 제1도와 제2도에서 도면 부호 1은 2개의 반쪽으로 나누어진 암 주형패턴으로서 그 내측 표면에는 내열성 실리콘 고무와 같은 내열층(2)이 부각되어 있다. 도면 부호 3은 주형패턴(1)을 지지하기 위한 금속 플래스크이다.

주형패턴(1)에 수용성 도형재 또는 물을 주입하여 주형을 뒤집어 흔들거나 또는 분사 또는 브러쉬로부터 주형패턴(1)에 형성된 공극의 내측표면(1a)상에 피복층(4)을 형성시킨다. 그 후, 건조된 내화물 입자 및 수용성 접합제로 구성된 주물사(5)를 주형패턴(1)에 장입한다. 이어서 주물사(5)가 채워진 주형패턴(1)을 담고 있는 금속 플래스크 전체를 극초단파 오븐(6)에 넣어서 건조 및 경화시킨다. 주형패턴(1)에 형성된 공극이 복잡한 형상을 가질 경우에도 주물사(5)가 건조된 상태로 유지됨으로 상기 공극에 주물사가 완벽하게 충진될 수 있다. 또한 극초단파 에너지에 노출시켜 가열하는 중, 수용성 피복층(4)에 함유된 수분이 가열되어 증기(7)를 발생시킴으로서 주형의 외측표면으로부터 그 내부를 거쳐 외부로 방출한다. 이때, 증기의 작용에 가열됨으로써 건조 주물사에 함유 또는 그에 피복된 수용성 접합제와 용해, 응착 및 건조되어 주형이 그 외측표면으로부터 점차적으로 경화된다. 결과적으로, 주형에서는 주형의 내측으로부터 그 외측표면으로 점점 증가되는 경도 분포가 얻어진다.

건조 과정 후, 주형패턴(1)을 두 개의 반쪽으로 분리시켜 완성된 주형을 꺼집어낸다.

상술한 수용성 도형재 및 주물사의 몇가지 예를 아래에 기술한다.

[실시예 1]

(1) 수용성 도형재

성형재료 : 100중량부의 지르콘 분말(#325 이하)수용성 접합재 : 40중량부의 1% 카르복시메틸 셀룰로오스 수용액

물 유리 : 1중량부

(2) 주물사

플랫터리(Flattery) 실리카모래 : 100중량부

물 유리 : 3중량부

주물사, 즉 플랫터리 실리카모래(Flattery, Queensland, Austrlia에서 채취)와 물 유리의 혼합물을 5분간 혼합하여 50℃의 고온공기를 불어서 건조시켰다.

내부에 직경 50㎜, 높이 50㎜의 원통형 공극이 형성된 시험 주형패턴에 그 공극에 전술한 수용성 도형재를 부어서 주형패턴을 뒤집어 흔듬으로써 상기 도형재를 가하고, 이어서 상기한 건조된 주물사를 공극에 잡입하여 주형패턴 전체를 1분간 극초단파 에너지에 노출시켜 경화시킴으로써 시험 주형을 만들었다. 상기 주형의 압축강도를 측정한 결과 47.3㎏/㎠로 나타났다.

[비교 실시예 1]

상기와 동일한 주물사를 공극에 잡입하였으나, 도형재는 전혀 가하지 않고 극초단파 에너지에 노출시켰다. 이 경우, 주형은 경화되지 않았으며, 치밀하지 못하였다.

[실시예 2]

수용성 도형재를 대신하여 주형패턴에서 그 공극의 내측 표면에 물을 가하거나 또는 분사하고, 상술한 주물사를 채워서 극초단파 에너지를 노출시켰더니, 주물사가 경화 및 주형이 완성되었다. 그 압축 강도를 측정하였더니 35.6㎏/㎠로 나타났다.

제3도와 제4도를 참조하여 본 발명의 두 번째 실시예를 기술한다.

내화물 입자, 즉 100중량부의 플랫터리 실리카 모래의 수용성 접합제로서 3중량부의 물 유리를 5분 동안 충분히 혼합하고 80∼100℃의 고온 공기로써 약 10분간 가열하여 수분을 증발시킴으로써 주물사를 완벽하게 건조하였다.

상기 주물사를 그 입자의 표면이 수용성 접합제로 피복되거나 또는 입자가 수용성 접합제와 혼합되는 상태로 유지한다.

이어서 제3도의 주형패턴(20)에 형성된 공극(20a)의 내측 표면에 물을 균일하게 분사시킨 다음, 제4도에 도시된 바와같이 주물사(22)를 채운다. 공극(20a)에 주물사(22)를 채울 때, 주물사는 완벽하게 건조 및 우수한 유동성을 가지고 있음으로 그 공극이 복잡한 형상일지라도 완벽하게 주물사가 채워질 것이다.

다음에 제5도에 도시된 바와같이, 주형패턴(20)을 가열/건조 오븐(24)에 넣어서 그 공극(20a)에 주물사(22)가 채워진 주형패턴(20)전체를 가열 건조한다. 결과적으로 공극(20a)의 내측 표면상에 분사된 물에 의해 다시 용해된 경화될 주형(23)의 표면상의 수용성 접합제에 함유된 수분이 증발되어 경화될 주형의 내측 표면상에 놓인 주물사(22)가 수용성 접합제에 의해 표면 경화되어 경화층(23a)이 형성된다.

가열과정이 끝난 후, 가열 오븐(24)으로부터 주형패턴(20)을 꺼집어 내어 냉각시킨 다음, 주형패턴(20)으로부터 완성된 주형(23)을 꺼집어 낸다. 상기 주형(23)은 표면경화층(23a)를 가지며, 그 압축 강도는 47.3㎏/㎠로 높다. 따라서 주조 과정 중 주형(23)이 손상될 위험이 없다. 또한 주물(23)의 내부는 건조상태의 내화물 입자와 수용성 접합제의 혼합물로 구성되어 있음으로 주형을 용이하게 와해시킬 수 있다. 따라서, 주조품의 내부로부터 코어를 빼내거나 또는 주형(23)으로부터 주조품을 꺼집어 낼 경우, 주형(23)을 쉽게 파쇄시킬 수 있다.

제6도는 주형 제조를 위한 본 발명의 첫 번째 구현예로써 제작된 주형의 일부를 절취한 시편(9)으로서 도시된 바와같이 계단형을 하고 있으며, 수용성 접합제가 피복되어 있다.

시편(9)의 측면에는 그 외측 표면에서의 깊이가 서로 다른 위치

,

및

에 스크렛치 홈(scratch groove)이 형성되어 있다. 제7도에 도시된 바와같이 스크랫치 홈의 깊이는 외측 표면으로부터의 거리에 따라 다르다.

외측 표면으로부터 거리가 짧을수록, 홈의 깊이는 좁아진다. 이는 홈이 좁을수록 시편의 외측 표면의 경도가 증가함을 의미한다.

제8도와 제9도를 참조하여, 전술한 수용성 접합제가 피복된 내화물 입자로 구성되는 주물사의 제조 공정에 대해 두가지 예를 설명한다.

(1) 전공 건조법 (제8도 참조)

내화물 입자와 수용성 접합제를 역전류형 고속 혼합기(10)에 장입한다. 그 결과 교반기(11)와 그리고 반대방향으로 회전하는 회전 드럼(12)의 작용에 의해 내화물 입자가 수용성 접합제로 피복된다. 반면에 회전 드럼(1)의 내부가 진공 트랩(13)에 의해 진공으로 유지됨으로써 주물사의 수분이 증발하여 주물사가 건조된다.

(2) 고온 피복법(제9도 참조)

모래 가열 장치(14)를 이용하여 사전에 50∼200℃의 온도까지 내화물 입자를 가열한다. 이어서 고속 혼합기(15)(또는 역전류형 고속 혼합기)의 작용에 의해 생산된 수용성 접합제를 가열된 내화물 입자에 첨가하여) 혼합시킴으로써 상기 입자를 상기 수용액으로 피복함과 동시에 수분을 제거한 다음, 모래를 방출한다. 그러나, 진공 건조법과는 달리, 모래 입자를 완벽하게 건조시킬 수 없고, 따라서, 공기 냉각 및 건조장치(16)로써 그들을 냉각 및 건조시키는 동시에 입자의 차단을 방지 및 그들을 복합 입자로 변화시킨다.

전술한 두가지 구현예에는 전자의 것이 다음과 같은 효과가 있다. (1) 고속으로 회전하는 교반기(11)와는 반대방향으로 회전하는 회전 드럼(12)에 의해 내화물 입자가 균일하게 피복될 수 있다. (2) 입자들이 진공상태하에서 교반됨으로 물의 응집으로 인한 입자의 차단 및 진공하의 건조가 제거되고, 그들이 복합 입자로 변화하는 것을 방지할 수 있다. (3) 진공하의 건조는 모래 입자를 완벽하게 건조시킬 수 있고, 따라서 얻어진 주물사가 높은 유동성을 가지게 된다.

반면에, 후자에 방법은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. (1) 모래 입자를 균일하게 피복할 수 있고, 높은 생산성을 보장할 수 있다. (2) 유동 침상형 공기 냉각 장치를 이용함으로 내화 입자의 차단과 그들이 복합 입자로 변화하는 것을 방지할 수 있다.

주물사를 제조하기 위한 상기 두방법에 따라, 다음 조성의 주물사에 동일한 수용성 도형재를 가하고 4KW의 출력을 갖는 극초단파 에너지로써 1분간 노출시켜 주형의 시편을 만들었다. 상기에서 얻은 시편의 압축 강도를 측정하였다. 비교를 위해, 동일한 분말 수용성 접합제와 혼합된 주물사를 이용하여 만든 주형 시편의 압축 강도를 측정하였다.

[실시예 3]

[주물사의 혼합비]

내화물 입자 : 100중량부의 플랫터리 실리카 모래

수용성 접합제 : 3중량부의 물 유리

물 : 1중량부

[수용성 도형재]

성형 재료 : 100중량부의 지르콘 분말(#325이하)

수용성 접합제 : 40중량부의 1%의 카르복시메틸 셀룰로오스 수용액

물 유리 : 1중량부

[비교 실시예 2]

내화물 입자 : 100중량부의 플랫터리 실리카 모래

분말 수용성 접합제 : 1중량부의 소듐 실리케이트(No.2)

동일한 도형재를 사용하였다.

[비교 실시예 3]

내화물 입자 : 100중량부의 플랫터리 실리카 모래

분말 수용성 접합제 : 2중량부의 소듐 실리케이트(No.2)

동일한 도형재를 사용하였다.

제10도는 전술한 주형 시편의 압축 강도의 측정치를 도시할 것이며, 도면 부호 a 및 b는 실시예 3의 경우로서 a는 진공 건조법으로써 얻은 주물사를 이용한 것이며, b는 고온 피복법으로써 얻은 주물사를 이용한 것이고, c는 비교 실시예 2, 그리고 d는 비교 실시예 3에서 얻은 주형 시편을 말한다.

제10도에서 알 수 있는 바와같이, 종래의 분말 혼합방법에서는 분말 접합제의 첨가량이 변하여도 눈에 띄는 차이가 없는 반면에, 진공 건조법과 고온 피복법에 따르면 42.0∼47.2㎏/㎠의 높은 압축 강도가 얻어진다. 또한 수용성 도형재를 가하지 않고서는 주물사의 표면이 경화될 수 없다.

지금까지 기술한 내용은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 본 발명에 따른 몇가지 구현예를 설명한 것이지 본 발명의 상기 구현예에 국한 된다는 의미는 아니다. 따라서, 본 발명의 요지와 그 범위를 벗어나지 않고서도 여러 가지 변형 및 그 개조가 가능하다.

Claims (12)

1. 금속 주조에 사용하는 주형을 제작하기 위한 것으로서, (a) 내화물 입자와 수용성 접합제로 구성된 주물사를 가열 및 건조하는 단계, (b) 주형패턴에 형성된 공극에 건조 상태의 상기 주물사를 장입하며, 상기 장입 중 제작할 주형의 주변 표면에 수분이 유지 되도록 하는 단계, (c) 공극이 주물사로 완벽하게 채워진 주형패턴 전체를 가열하여 주로 주형의 주변 표면을 경화시키는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 주형의 제작법.
2. 제1항에 있어서, 상기 주물사가 내화물 입자와 수용성 접합제의 혼합물인 것을 특징으로 하는 주형 제작법.
3. 제1항에 있어서, 상기 주물사가 개개 입자의 표면이 수용성 접합제로 피복된 내화 입자로 구성된 것을 특징으로 하는 주형의 제작법.
4. 제1항에 있어서, 주형 패턴을 주물사로 충진하기 전에 상기 공극의 내표면에 피복층을 형성할 수용성 도형재를 가하여 제조될 주형의 표면상에 수분을 유지하는 것을 특징으로 하는 주형의 제작법.
5. 제1항에 있어서, 주형패턴을 주물사로 충진하기 전에 상기공극의 내표면에 물 피막을 형성할 물을 가하여 제조될 주형의 표면상에 수분을 유지하는 것을 특징으로 하는 주형의 제작법.
6. 제1항에 있어서, 주형패턴의 전체를 극초단파 에너지에 노출시켜 가열하는 것을 특징으로 하는 주형의 제작법.
7. 제4항에 있어서, 상기 수용성 도형재는 그것을 공극에 주입하여 주형패턴을 뒤집어 흔듬으로써 수용성 도형재를 공극의 내측 표면에 가하는 것을 특징으로 하는 주형의 제작법.
8. 제4항에 있어서, 상기 수용성 도형재는 그것을 공극의 표면위에 분사하여 수용성 도형재를 상기 공극의 내측 표면에 가하는 것을 특징으로 하는 주형의 제작법.
9. 제5항에 있어서, 물을 공극에 주입하여 그 주형패턴을 뒤집어 흔듬으로써 공극의 내측 표면에 물을 가하는 것을 특징으로 하는 주형의 제작법.
10. 제5항에 있어서, 상기 공극의 표면 위에 물을 분사하여 공극의 내측 표면에 물을 가하는 것을 특징으로 하는 주형의 제작법.
11. 제1항에 있어서, 내화물 입자와 수용성 접합제를 장입하고, 반대 방향으로 회전하는 진공 회전 드럼과 교반기를 구비한 역전류형 고속 혼합기로써 교반시키는 진공 건조법으로 상기 주물사를 제조하는 것을 특징으로 하는 주형의 제작법.
12. 제1항에 있어서, 사전에 가열된 내화물 입자를 고속 혼합기 또는 역전류형 고속 혼합기로써 혼합하는 동시에 수용성 접합제의 수용액을 첨가하는 고온 피복법으로써 상기 주물사를 제조하는 것을 특징으로 하는 주형의 제작법.

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