KR940002018B1 - 제어된 압력하에서의 금속물품의 로스트-포옴 주조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

제어된 압력하에서의 금속물품의 로스트-포옴 주조방법

본 발명은 프랑스공화국 특허 제2606688호(1988년 5월 20일 공개)에서 기술된 바와같이 제어된 압력하에서의 금속물품, 특히 알루미늄 및 그 합금의 로스트-포옴(lost foam)주조방법의 개량에 관한 것이다.

점결제를 함유하지 않은 건사로 성형된 주형에 잠긴 폴리스티렌 포옴의 모형이 주조에 사용될 수 있다는 것은 주로 미합중국 특허 제3157924호로 부터 종래의 기술에서 통상의 지식을 가진 사람에게 공지된다.

그러한 방법에서, 미리 융해되어 주조될 금속은 주물사를 가로지르는 채널장치에 의해 모형과 접촉을 하게되고, 상기 모형을 태워서 주물사의 입자들 사이로 빠져나가는 증기로 변형시킴으로써 점차적으로 상기 모형을 대치한다.

이러한 방법은 경로에 의해 코어에 매우 복잡한 방식으로 연결되며 분말내화제를 응집시켜 만들어진 강성주형의 예비제조공정이 필요없고, 주조를 간단하게 회수하고 주조재를 쉽게 재생할 수 있기 때문에 산업상 매력이 있는 것으로 알려졌다.

그러나 이러한 방법은 다음과 같은 몇가지 단점을 가진다.

- 가스발생핀홀 형성을 촉진시키는 응고의 상대적 둔화.

- 입자의 외형이 그 이송을 어렵게 만든다면 미소수축을 야기 시킬 수 있는 열 경사도에 의한 상대적 취약.

상기 단점들을 극복하기 위해서, 출원인은 프랑스공화국 특허 제2606688호 공개된 특허출원의 주제가된 로스트-포옴 주조방법을 개발했다.

이 출원은 주형이 용해금속으로 채워진 후 즉 모형이 금속에 의해 완전히 파괴되었을 때, 포옴에 의해 방출된 증기가 제거되고 바람직하기로는 금속이 응고되기 전에 등압의 가스압력이 주형과 금속의 어샘블리에 가해진다는 것을 알려준다.

이 압력은 금속 침투현상을 피하기 위한 시간 동안에 증가되는 값으로 적용되어 최대값은 15초 이내에 얻어진다.

이 출원에서, 최대 압력값은 0.5㎫ 내지 1.5㎫ 사이로 고정되었다.

그러나 이러한 범위는 French certificate of Addition No. 89-11943(1989년 10월 7일 출원)에서 후에 10㎫까지 확대되어 다른 개량 발명들중에서 제조된 제품의 피로 저항도가 증가되었다.

한편, 출원인들은 물품의 변형을 야기시키는 금속 침투현상 뿐 아니라, 이러한 포옴의 사전 용해가 금속에 의해 포옴의 연소동안에 발생된 가스화를 수반하고 압력을 발생시켜서 가스가 금속 속으로 침투해서 가스공을 형성하고 반면에 포옴 잔유물의 불완전 연소로부터 발생하는 탄소 함유물이 생기도록 한다는 것을 발견했다.

이러한 새로운 문제점을 극복하기 위해서, 그들은 주물사의 입자크기 및 모형의 잠입 깊이의 함수로서 주물사를 통한 충전 손실에 의해 급격히 그리고 일시적으로 접촉 영역에서의 주물사에서의 압력보다 용해 금속에서의 압력이 높도록 하는 상승률로 압력을 증가시키고, 이러한 초과 압력은 두개의 한개점 사이에 포함된 값을 얻게되며 이후 상기 압력이 증가함에 따라 감소하며, 이때 응고가 완료될때까지 상기 압력을 일정하게 유지시키는 것을 포함하는 French Certificate of Addition No. 89-03706(1989년 3월 7일 출원)의 주제가된 개량 발명을 추천했다.

압력에서의 증가율은 바람직하기로는 0.003㎫/sec 내지 0.3㎫/sec 사이이고, 물품의 두께가 클수록 상기 증가율은 낮아지며 상기 최대 초과압력은 2초 이내에 도달된다.

출원인들은 기초특허 출원과 그 개량의 범위 내에서 그들의 방법을 더욱 개량 시켰다.

최대 압력은 주조 금속이 어떤 정도의 응고에 도달하기 전에 가해져야만 하며, 그렇지 않을 경우 상기 압력의 효과가 상당히 약화된다는 사실이 공지되었다.

금속 침투현상과 포옴의 증발로 부터 생기는 가스의 물품속으로의 침투현상을 피하기 위해서 초과 압력의 주어진 범위가 최초로 관찰되어야만 한다는 것이 또한 알려졌다.

이것은 지나치게 높은 초과 압력을 피하기 위해서, 압력은 최초에 적용되는 수초동안에 적당하게 증가되어야 한다는 것을 가정한다.

그러나, 이러한 증가가 압력을 가하는 동안 내내 같은 값으로 유지된다면, 모든 금속은 종종 실질적으로 최대 압력에 도달되기전에 응고되므로 상기 방법의 효과가 제한된다는 것이 발견되었다.

이것이 출원인들이 2단계로 압력을 증가시키는 생각을 가지게한 이유이다.

그러므로 상기 방법은 압력이 최초에는 압력 상승의 초기로 부터 길어야 5초의 제1기간 동안에 0.003㎫/sec 내지 0.3㎫/sec 사이의 상승률로 증가되고 이후 최대 압력에 도달할때까지 제2기간 동안 제1기간 동안의 상승률보다 높은 비율로 증가되는 것을 특징으로 한다.

그러므로 금속침투 및 탄소 함유를 방지하고, 금속이 완전히 응고되기 전에 최대 압력에 도달하기 위한 조건을 관찰하는 것이 가능하다.

제1기간은 바람직하기로는 길어야 2초이며, 이 값은 종종 전술한 단점들을 극복하기에 충분하다.

압력에서의 상승률의 증가는 다음의 2가지 방법으로 얻어진다. 어느 쪽이든 두단계로 진행되는데, 각각은 낮고 일정한 상승률이 최초로 적용되고 이후 높은 일정한 상승률이 적용된다. 시간에 대한 압력 곡선은 그러므로 t5시간에 위치한 공통점을 가진 2개의 직진부분으로 표현된다. 이것은 각각 다른 구멍들이 있는 2개의 부분을 가진 하나 또는 2개의 밸브를 가스회로에 설치함으로써 얻어진다. 또는 하나는 상승률이 연속적으로 증가되는 공정으로 진행된다. 압력곡선은 그러므로 "V"의 값이 t5의 시간에서 0.3㎫/sec 미만인 연속적으로 증가하는 곡선으로 표현된다.

이것은 유동횡단면이 점진적으로 증가하는 밸브장치에 의해 성취된다.

이러한 방법의 제한하지 않는 실시예는 시간에 대한 상승률에서형태의 선형 증가를 제공해서 포물선의 압력법칙이 되는 개방 법칙을 채택했다.

본 발명은 다음의 구체적 실시예들에 의해 설명된다.

[실시예 1]

내연기관용 헤더(header)는 6.9%중량의 실리콘, 3.1%중량의 구리, 0.3%중량의 마그네슘, 나머지 알루미늄 및 그 통상의 불순물을 함유하는 A-S₇U₃G 형태의 알루미늄 합금으로 생산되었다.

이 헤더는 두꺼운 플랜지와 30%의 응고도를 성취하기 위해 약 4초가 걸리도록 두께 3㎜의 얇은 웨브(web)를 가진다.

더우기, 금속 통로가 길어서 충전종반에 낮은 공급률을 초래하므로 금속의 과열이 따르게 되었다.

금속은 주물사에 잠겨있는 폴리스티렌 모형을 포함하는 주형속으로 주조되고, 1.5㎫의 최대 압력이 본 발명의 다음과 같은 절차에 따라 적용되었다.

-최초 2초 동안에 0.5㎫의 압력을 얻도록 0.25㎫/sec씩 증가시킨다.

-다음 2초 동안에 1.5㎫의 압력을 얻기 위해서 0.5㎫/sec씩 증가시킨다.

이러한 절차는 가스공급회로에 설치된 각기 다른 횡단면을 가진 2개의 밸브를 사용해서 실행되었다.

그러므로 금속침투 및 물품에서의 탄소함유 문제를 해결할 수 있었고, 반면에 응고도가 30%에 도달하기 전에 최대압력이 얻어지는 상태를 얻었다.

종래의 기술에 따르면, 시간이 지남에 따라 증가하는 압력의 적용은 4초 동안에 1.5㎫/sec을 얻기 위해 0.375㎫/sec로 증가하고, 이 값은 프랑스공화국 특허 제89-03706호에서 부과된 0.3㎫/sec의 한계를 초과한 것이다.

[실시예 2]

서스펜션 아암은 7.5%중량의 실리콘, 0.25%중량의 마그네슘, 나머지 알루미늄 및 그 통상의 불순물을 함유하는 A-S₇GO, 3형태의 알루미늄 합금으로 생산되었다.

이 아암은 6 내지 8㎜의 통상 두께를 가지며, 30%의 응고도를 얻기 위해 필요로 되는 시간은 약 20초이다.

금속이 주형속에 주조되어 8㎫의 최대 압력이 본 발명의 절차를 따라 적용되었는데, 이 절차에서는 제어밸브에 의해 공식 P=2×10^-2t²에(P : ㎫, t=sec) 상응하는 압력의 포물선식 상승을 얻게되며, 이것은 dp=4×10^-2t의 압력 상승률에 의해 성취되었다.

이러한 절차는 다음과 같은 것을 허용한다.

-최초의 2초 동안에, 0.08㎫/sec을 초과하지 않는 증가율을 얻게되므로 이것은 금속 침투를 피하기 위해 프랑스공화국 특허출원 제89-03706호에서 부과된 0.3㎫/sec의 한계보다는 훨씬 낮으나, t=0.075sec의 순간으로부터 모형으로부터 발생되는 가스 및 액체잔유물이 완전히 제거되는 0.003㎫/sec의 하한계보다는 높은 것이다.

-사용 가능한 20초후에, 압축현상이 완전히 발휘되는데 필요로 되는 8㎫의 압력이 얻어진다.

금속침투 및 물품에서의 탄소함유 문제는 30%의 응고도가 얻어지기 전에 최대 압력에 도달되는 상태를 채택함으로써 피할 수 있다.

종래의 기술에 따르면, 시간이 흐름에 따라 증가하는 압력의 적용이, 20초에 8㎫을 얻기위해 0.4㎫/sec씩 증가되며, 이 값은 금속 침투현상을 피하는데 필요로되는 한계를 초과하는 값이다.

Claims (4)

1. 주조된 제품의 유기포옴의 모형이 주형내로 잠입되며, 주형의 벽은 점결제를 포함하지않는 건사욕에 의해 한정되며, 상기 주형은 포옴을 태움으로써 점진적으로 포옴을 대처해 나가는 액체상태의 금속으로 충전되고, 이후 바람직하기로는 금속의 응고가 시작되기 전에 주형과 금속에 0.5 내지 10㎫ 사이의 일정값에 도달할때까지 시간이 흐름에 따라 증가하는 준 등압의 가스압력이 가해지며, 상승시작의 최초 5초 이내에 최대압력이 얻어지는 주물사에 대한 이러한 용해 금속에서의 초과압력이 압력 상승상태에서 발생되어지는 제어된 압력하에서의 금속물품, 특히 알루미늄 및 그 합금의 로스트-포옴 주조방법에 있어서, 상기 압력이 최초에는 압력의 상승시작으로부터 길어야 5초간의 제1기간 동안에 0.003 내지 0.3㎫/sec 사이의 상승률로 증가되고, 이후 최대 압력이 얻어질때까지의 제2기간 동안에 제1기간 동안의 상승률 보다 높은 상승률로 증가되는 것을 특징으로 하는 제어된 압력하에서의 금속물품, 특히 알루미늄 및 그 합금의 로스트-포옴 주조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1기간이 길어야 2초인 것을 특징으로 하는 제어된 압력하에서의 금속물품, 특히 알루미늄 및 그 합금의 로스트-포옴 주조방법.
3. 제1항에 있어서, 압력 상승률이 제1, 제2기간동안에 일정한 것을 특징으로 하는 제어된 압력하에서의 금속물품, 특히 알루미늄 및 그 합금의 로스트-포옴 주조방법.
4. 제1항에 있어서, 압력 상승률이 제1, 제2기간 동안에 연속적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 제어된 압력하에서의 금속물품, 특히 알루미늄 및 그 합금의 로스트-포옴 주조방법.