KR101242413B1 - A centrifugal casting mold to cast Titanum parts - Google Patents

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Abstract

본 발명은 티타늄을 포함하는 소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형에 있어서, 부품과 대응되는 형상의 주조부와, 상기 티타늄을 포함하는 소재의 용탕이 원심주조주형 내부로 유입되도록 안내하는 스프루와, 상기 스프루로 유입된 용탕이 주조부로 주입되도록 안내하는 게이트와, 상기 스프루와 게이트 사이에 구비되어 스프루에서 게이트로 유동하는 용탕 중 일부를 저장 후 공급하는 압탕부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.In the present invention, in the centrifugal casting mold for manufacturing a part of the titanium-containing material, the casting portion of the shape corresponding to the part, and the sprue for guiding the molten metal of the material containing the titanium to be introduced into the centrifugal casting mold. And a gate for guiding the molten metal introduced into the sprue to be injected into the casting part, and a pressure portion provided between the sprue and the gate to store and supply some of the molten metal flowing from the sprue to the gate. It is done.

Description

티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형{A centrifugal casting mold to cast Titanum parts } A centrifugal casting mold to cast Titanum parts}

본 발명은 티타늄 소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액상 유동도가 낮은 티타늄을 소재로 하고, 소형이면서 복잡한 형상을 가지는 핸드피스용 헤드와 같은 부품을 원심주조법으로 제조할 수 있도록 한 원심주조주형에 관한 것이다.The present invention relates to a centrifugal casting mold for manufacturing a part made of titanium, and more particularly, to a part such as a handpiece head having a small, complex shape, which is made of titanium having a low liquid flow rate, by a centrifugal casting method. It relates to a centrifugal casting mold that can be produced.

일반적으로 주조는 주형에 금속 용탕을 주입하고 냉각시켜 주형과 대응되는 형상의 주물을 제작할 수 있도록 하는 공정으로, 다양한 주조 방법 중 원심력을 이용하여 빠른 시간 내에 용탕의 주입이 가능하도록 한 원심주조법이 있다.In general, casting is a process of injecting and cooling a metal molten metal into a mold to produce a casting having a shape corresponding to the mold. Among the various casting methods, there is a centrifugal casting method that enables the injection of molten metal within a short time using centrifugal force. .

원심주조법은 주형 내에 용탕을 빠르게 주입할 수 있어 생산성이 증가하는 이점이 있으므로, 링, 원통, 구 등의 원형 물체의 주조에 주로 이용되나 특히 낮은 용탕 유동성을 갖는 티타늄소재로 주조되는 부품은 미충진 등의 불량 발생이 빈번한 실정이다.Centrifugal casting has the advantage of increasing productivity by rapidly injecting molten metal into the mold, and is mainly used for casting circular objects such as rings, cylinders, and spheres, but parts that are cast from titanium materials having low melt flowability are not filled. Such defects are frequent.

티타늄은 산소와의 친화성이 맹 강하고, 주형과의 반응성이 크기 때문에 주조 공정 및 이후 기계적 가공이 어려운 특징이 있다. 하지만 내식성, 고온강도, 인체친화성과 함께 가벼운 비중으로 인해 고온구조용 부품 뿐만 아니라, 치과용 핸드피스용 소재 등 다양한 의료용 부품 제조에 최근 사용이 급증하고 있는 실정이다.Titanium has a strong affinity with oxygen and a high reactivity with the mold, making the casting process and subsequent mechanical processing difficult. However, due to its light weight with corrosion resistance, high temperature strength, and human-friendliness, the use of various medical components such as materials for dental handpieces as well as high temperature structural components is increasing rapidly.

핸드피스는 치과에서 충치의 물리적 제거 및 구강 내 치아 절삭을 위해 사용되는 시술기구로 치아를 절삭하는 카트리지 부위와 핸드피스를 취급할 수 있는 손잡이로 이루어지며, 핸드피스의 헤드에는 회전력을 발생하는 모터가 내장되고, 시술시 시인성을 높이기 위해 발광하는 전구와, 세척액을 분사하기 위한 분사유로, 모터 구동을 위한 압축공기 유로 등 다양한 부품 및 유로가 설치 및 형성된다.The handpiece is a surgical instrument used for the physical removal of dental caries and dental cutting in the oral cavity. The handpiece consists of a cartridge part for cutting teeth and a handle for handling the handpiece. Is installed, and various components and flow paths are installed and formed, such as a bulb for emitting light to increase visibility during the procedure, a spray oil for injecting a cleaning liquid, and a compressed air flow path for driving a motor.

따라서, 상기 핸드피스는 이러한 다양한 부품이 고정된 상태로 수용할 수 있도록 복잡한 형상을 갖게 되며, 인체 친화성이 높은 티타늄(Ti)을 소재로 만들어진다.Therefore, the handpiece has a complicated shape to accommodate these various parts in a fixed state, and is made of titanium (Ti) material having high human affinity.

그러나, 종래의 핸드피스는 티타늄을 절삭 등의 가공방법으로 만들어져 생산성이 낮고 제조 공정이 복잡한 문제점이 있다.However, the conventional handpiece has a problem that the productivity is low and the manufacturing process is complicated because titanium is made by a cutting method such as cutting.

또한, 티타늄은 전술한 원심주조법을 이용하여 주조하고자 할 때 용융 유동성이 낮아 생산성이 저하될 뿐만 아니라, 핸드피스를 이루는 부품들은 복잡한 형상을 갖게 되므로 적용하는데 어려움이 있다. In addition, when titanium is to be cast using the above-described centrifugal casting method, the melt flowability is low, and productivity is lowered, and the parts constituting the handpiece have a complicated shape, which is difficult to apply.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액상 유동도가 낮은 티타늄을 소재로 하고, 소형이면서 복잡한 형상을 가지는 핸드피스용 헤드와 같은 부품을 원심주조법으로 제조할 수 있도록 한 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형을 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to solve the above problems, the titanium material is made of titanium material with a low liquidity flow rate, and can be manufactured by centrifugal casting parts such as a head for a handpiece having a compact and complex shape It is to provide a centrifugal casting mold for manufacturing the parts of the.

본 발명의 다른 목적은, 부품을 주조시에 부품에 발생할 수 있는 불량을 제거하기 위한 압탕부를 구비하여 품질이 향상되고 불량률이 현저히 감소하도록 한 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형을 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a centrifugal casting mold for manufacturing a part of titanium material having a pressure part for removing defects that may occur in the part when casting the part to improve the quality and to significantly reduce the defective rate. It is in doing it.

본 발명은 티타늄을 포함하는 소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형에 있어서, 부품과 대응되는 형상의 주조부와, 상기 티타늄을 포함하는 소재의 용탕이 원심주조주형 내부로 유입되도록 안내하는 스프루와, 상기 스프루로 유입된 용탕이 주조부로 주입되도록 안내하는 게이트와, 상기 스프루와 게이트 사이에 구비되어 스프루에서 게이트로 유동하는 용탕 중 일부를 저장 후 공급하는 압탕부를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.In the present invention, in the centrifugal casting mold for manufacturing a part of the titanium-containing material, the casting portion of the shape corresponding to the part, and the sprue for guiding the molten metal of the material containing the titanium to be introduced into the centrifugal casting mold. And a gate for guiding the molten metal introduced into the sprue to be injected into the casting part, and a pressure portion provided between the sprue and the gate to store and supply some of the molten metal flowing from the sprue to the gate. It is done.

상기 압탕부는 스프루보다 큰 외형 크기를 갖는 것을 특징으로 한다.The pressure portion is characterized in that it has a larger size than the sprue.

상기 압탕부는 스프루의 길이 방향으로 갈수록 내부 크기가 변화하는 것을 특징으로 한다.The pressure portion is characterized in that the internal size is changed in the longitudinal direction of the sprue.

상기 압탕부는 스프루의 길이 방향으로 갈수록 내부 크기가 증가하다가 감소하는 것을 특징으로 한다.The pressure portion is characterized in that the inner size increases and decreases in the longitudinal direction of the sprue.

상기 압탕부를 형성하는 내면 일부는 상기 게이트의 내면 일부와 동일한 면 상에 위치하는 것을 특징으로 한다.A portion of the inner surface forming the hot water portion may be located on the same surface as a portion of the inner surface of the gate.

상기 게이트는 스프루와 압탕부에 동시에 접하는 것을 특징으로 한다.The gate is in contact with the sprue and the hot water at the same time, characterized in that.

상기 압탕부는 스프루의 길이 방향으로 동일한 형상을 갖는 다수 개가 등간격으로 이격 배치됨을 특징으로 한다.The pressure portion is characterized in that a plurality of having the same shape in the longitudinal direction of the sprue are spaced at equal intervals.

상기 압탕부의 상단부와 하단부는 상기 스프루의 내경과 동일한 내경을 갖는 것을 특징으로 한다.The upper end and the lower end of the pressure portion are characterized in that it has the same inner diameter as the inner diameter of the sprue.

상기 게이트는 스프루에 방사상으로 다수개 구비됨을 특징으로 한다.The gate is characterized in that a plurality of radially provided on the sprue.

상기 게이트는 압탕부에 방사상으로 다수개 구비되며, 상기 다수 게이트는 인접한 압탕부에 대하여 서로 다른 직선상에 위치하는 것을 특징으로 한다.The plurality of gates are radially provided in the plunger, and the plural gates are positioned on different straight lines with respect to the adjacent plunger.

위에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형에서는, 액상 유동도가 낮은 티타늄을 소재로 하고, 소형이면서 복잡한 형상을 가지는 핸드피스용 헤드와 같은 부품을 원심주조법으로 제조하되, 원심주조주형 일측에는 압탕부를 구비하였다.As described in detail above, in the centrifugal casting mold for manufacturing a titanium material component according to the present invention, a component such as a head for a handpiece having a low liquid flow rate of titanium and having a small and complicated shape is subjected to the centrifugal casting method. To prepare, but one side of the centrifugal casting mold was provided with a pressure portion.

따라서, 부품을 주조시에 부품에 발생할 수 있는 불량의 발생 요인을 제거함으로써 품질이 향상되며 생산성이 극대화되는 이점이 있다.Therefore, the quality is improved and productivity is maximized by eliminating the occurrence of defects that may occur in the part when casting the part.

또한, 원심주조를 이용하여 티타늄 소재의 부품을 제조하게 되므로 제조 원가를 절감시켜 가격 경쟁력을 높일 수 있는 이점이 있다.In addition, since the parts of the titanium material are manufactured using centrifugal casting, there is an advantage of reducing the manufacturing cost and increasing the price competitiveness.

도 1 은 본 발명에 의한 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형의 구성을 보인 개요도.
도 2 는 본 발명에 의한 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형을 위한 왁스어셈블리의 외형을 보인 정면도 및 평면도.
도 3 은 본 발명에 의한 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형을 이용하여 제조하고자 하는 부품의 외형을 보인 사시도.
도 4 는 비교예에 의해 제조된 티타늄소재의 부품 외관 상태를 보인 실물 사진.
도 5 는 본 발명에 의한 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형에서 순티타늄(Ti)과 티타늄합금(Ti-6Al-4V)의 열물리적 특성을 나타낸 그래프.
도 6 은 비교예에 따른 원심주조주형에 대하여 시간 변화에 따른 용탕 충진 해석 결과.
도 7 은 비교예에 따른 원심주조주형에 대하여 시간 변화에 따른 용탕의 응고 거동을 예측한 결과.
도 8 은 비교예에 따른 원심주조주형에 대한 정밀 주조 해석결과.
도 9 는 본 발명에 의한 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형의 제1실시예의 구성을 보인 개략도.
도 10 은 본 발명의 제1실시예에 대한 용탕 충진 거동을 나타낸 해석 결과.
도 11 은 본 발명의 제1실시예와 비교예의 용탕 주입 속도를 예측한 해석 결과.
도 12 는 본 발명의 제1실시예에 대하여 시간 변화에 따른 용탕의 응고 거동을 예측한 결과.
도 13 은 본 발명의 제1실시예를 이용하여 용탕 응고 후 수축공의 형성 위치를 예측한 결과.
도 14 는 본 발명에 의한 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형의 제2실시예의 구성을 보인 부분 확대도.1 is a schematic view showing the configuration of a centrifugal casting mold for producing a part of a titanium material according to the present invention.
Figure 2 is a front view and a plan view showing the outline of the wax assembly for the centrifugal casting mold for producing a part of the titanium material according to the present invention.
Figure 3 is a perspective view showing the appearance of the parts to be manufactured using a centrifugal casting mold for producing the parts of the titanium material according to the present invention.
Figure 4 is a real photograph showing the appearance state of the parts of the titanium material produced by the comparative example.
Figure 5 is a graph showing the thermophysical properties of pure titanium (Ti) and titanium alloy (Ti-6Al-4V) in the centrifugal casting mold for manufacturing the parts of the titanium material according to the present invention.
6 is a molten metal filling analysis results with time variation for the centrifugal casting mold according to the comparative example.
7 is a result of predicting the solidification behavior of the molten metal with time variation for the centrifugal casting mold according to the comparative example.
8 is a precision casting analysis result for the centrifugal casting mold according to the comparative example.
Figure 9 is a schematic view showing the configuration of a first embodiment of a centrifugal casting mold for producing parts of titanium material according to the present invention.
10 is an analysis result showing the molten metal filling behavior for the first embodiment of the present invention.
11 is an analysis result of predicting the molten metal injection rate of the first embodiment and comparative example of the present invention.
12 is a result of predicting the solidification behavior of the molten metal with time variation for the first embodiment of the present invention.
13 is a result of predicting the formation position of the shrinkage hole after the molten solidification using the first embodiment of the present invention.
14 is a partially enlarged view showing the configuration of a second embodiment of a centrifugal casting mold for producing a component of a titanium material according to the present invention.

이하 첨부된 도면을 토대로 본 발명에 의한 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형의 구성을 설명한다.Hereinafter, the configuration of the centrifugal casting mold for manufacturing the parts of the titanium material according to the present invention based on the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형의 구성을 보인 개요도이고, 도 2는 본 발명에 의한 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형을 위한 왁스어셈블리의 외형을 보인 정면도 및 평면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형을 이용하여 제조하고자 하는 부품의 외형을 보인 사시도이다.1 is a schematic view showing the configuration of a centrifugal casting mold for manufacturing a part of a titanium material according to the present invention, Figure 2 is an appearance of a wax assembly for the centrifugal casting mold for manufacturing a part of a titanium material according to the present invention. Figure 3 is a front view and a plan view, it is a perspective view showing the appearance of the parts to be manufactured by using a centrifugal casting mold for manufacturing the parts of the titanium material according to the present invention.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to describe its invention in the best possible way It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 할 것이다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configuration shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical idea of the present invention, and various equivalents may be substituted for them at the time of the present application. It will be appreciated that there may be water and variations.

첨부된 도면과 같이, 본 발명에 의한 원심주조주형(100)은 티타늄소재의 부품(도 2의 도면부호 10 참조)을 원심주조법으로 제조할 수 있도록 한 것으로, 상부에는 깔때기 모양의 용탕주입부(110)가 구비되고, 상기 용탕주입부(110)의 하단부에서 하측으로는 용탕이 하방향으로 유동할 수 있도록 안내하는 스프루(120)가 구비된다.As shown in the accompanying drawings, the centrifugal casting mold 100 according to the present invention is to be able to manufacture a titanium material component (see reference numeral 10 of FIG. 2) by the centrifugal casting method, the funnel-shaped molten metal injection portion ( 110 is provided, the sprue 120 for guiding the molten metal to flow in the downward direction from the lower end of the molten metal injection portion 110 is provided.

상기 스프루(120)는 소정의 길이를 갖는 원통 형상을 가지며, 외측 방향으로 다수의 주조부(130)가 구비된다. The sprue 120 has a cylindrical shape having a predetermined length and is provided with a plurality of casting parts 130 in the outward direction.

상기 주조부(130)는 부품(10)과 대응되는 형상을 갖는 공간을 나타내는 것으로, 본 발명의 실시예에서 상기 부품은 도 3에 도시된 바와 같은 형상을 가진 핸드피스의 헤드가 적용되었다.The casting part 130 represents a space having a shape corresponding to the part 10. In the embodiment of the present invention, the part has a head of a handpiece having a shape as shown in FIG. 3.

그리고, 상기 주조부(130)는 용탕주입부(110)를 통해 공급된 용탕이 스프루(130)를 따라 이동한 후 고르게 공급되어질 수 있도록 방사상으로 배치된다.In addition, the casting part 130 is disposed radially so that the molten metal supplied through the molten metal injection part 110 moves along the sprue 130 and is evenly supplied.

즉, 상기 주조부(130)의 형성 개수는 제조되어질 부품(10)의 개수와 대응되며, 상기 스프루(120)의 길이 방향(하방향)으로 다수 개가 등간격으로 이격되도록 배치된다.That is, the number of formation of the casting part 130 corresponds to the number of parts 10 to be manufactured, and is arranged so that a plurality of the sprues 120 are spaced at equal intervals in the longitudinal direction (downward direction) of the sprue 120.

그리고, 상기 주조부(130)는 도 2의 하측 그림과 같이 상부에서 봤을 때 상기 스프루(120)의 원주 방향으로 동일한 각도를 갖도록 방사상으로 이격 배치되어 있다.In addition, the casting parts 130 are radially spaced apart from each other to have the same angle in the circumferential direction of the sprue 120 when viewed from the top as shown in the lower figure of FIG. 2.

상기 주조부(130)와 스프루(120) 사이에는 게이트(140)가 구비된다. 상기 게이트(140)는 스프루(120)로 공급된 용탕이 주조부(130) 내부로 유동하여 채워질 수 있도록 안내하는 구성으로, 상기 스프루(120)의 내면과 주조부(130)의 내부가 연통하도록 관 형상을 가진다.A gate 140 is provided between the casting part 130 and the sprue 120. The gate 140 is configured to guide the molten metal supplied to the sprue 120 to be filled and flow into the casting part 130, and the inner surface of the sprue 120 and the inside of the casting part 130 are formed. It has a tubular shape so as to communicate.

그리고, 상기 게이트(140)는 다수로 구비된 주조부(130)에 모두 용탕이 공급되어질 수 있도록 하기 위해 상기 주조부(130)의 개수와 대응되는 개수 만큼 구비되어야 한다.In addition, the gate 140 must be provided as many as the number corresponding to the number of the casting unit 130 so that the molten metal can be supplied to all the casting unit 130 provided in plurality.

상기 게이트(140)와 스프루(120) 사이에는 본 발명의 요부 구성인 압탕부(도 2의 도면부호 150)가 구비된다.Between the gate 140 and the sprue 120 is provided with a hot water portion (reference numeral 150 of FIG. 2) which is a main component of the present invention.

상기 압탕부(150)는 스프루(120)의 길이 방향으로 다수개가 등간격 이격 되도록 형성되며, 하측으로 갈수록 내경이 변화하도록 구성되어 상기 주조부(130)에 충진되는 용탕 중 일부를 임시 저장하고, 공급하는 역할을 수행한다.The pressure portion 150 is formed so that a plurality of spaced apart at equal intervals in the longitudinal direction of the sprue 120, and configured to change the inner diameter toward the lower side to temporarily store some of the molten metal filled in the casting portion 130 To serve.

그리고, 상기 압탕부(150)는 도 4에 표시된 수축공이나 미충진 등의 불량이 발생하지 않도록 한다. 즉 그리고, 상기 압탕부(150)는 용탕이 주조부(130)에 충진되면서 냉각되어 부품(10)을 형성하는 과정 중에 수축이 발생할 수 있으며, 이러한 수축분에 대하여 상기 압탕부(150)는 개구된 상태를 유지하여 용탕의 공급이 가능하도록 함으로써 미충진이나 수축공이 형성되지 않도록 한다.In addition, the hot water unit 150 prevents a defect such as shrinkage hole or unfilled shown in FIG. 4 from occurring. That is, the hot water part 150 may be contracted while the molten metal is filled in the casting part 130 to be cooled to form the part 10, and the hot water part 150 may be opened for the shrinkage. By maintaining the state in which it is possible to supply the molten metal to prevent the formation of unfilled or shrinkage holes.

도 4는 비교예에 의해 제조된 티타늄소재의 부품 외관 상태를 보인 실물 사진으로서, 상기 압탕부(150)가 구비되지 않은 비교예의 주형을 이용하여 원심주조법으로 부품을 생산시에 수축공, 미충진 등의 불량이 발생하였으며, 이하에서는 부품 불량을 해소하기 위해 상기 압탕부(150)가 구비되어야 함을 입증하기 위한 결과를 첨부된 분석 자료를 토대로 설명하기로 한다.Figure 4 is a real picture showing the appearance state of the parts of the titanium material produced by the comparative example, using the mold of the comparative example without the pressure portion 150, the shrinkage hole, unfilled when producing parts by the centrifugal casting method Such defects have occurred, and hereinafter, the results for proving that the hot water unit 150 should be provided in order to solve component defects will be described based on the attached analysis data.

도 5는 본 발명에 의한 티타늄소재의 부품(10)을 제조하기 위한 원심주조주형에서 순티타늄(Ti)과 티타늄합금(Ti-6Al-4V)의 열물리적 특성을 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the thermal physical properties of pure titanium (Ti) and titanium alloy (Ti-6Al-4V) in a centrifugal casting mold for manufacturing the part 10 of the titanium material according to the present invention.

일반적으로 핸드피스용 헤드의 재질은 99.5% 이상의 순 티타늄(CP Ti Gr.1)이 사용되는데, CP 티타늄(Ti)의 경우 매우 낮은 산소함량을 가지고, 주조성이 우수하여 partial denture나 정교한 임플란트에 사용된다.Generally, 99.5% or more pure titanium (CP Ti Gr.1) is used for the handpiece head. CP titanium (Ti) has a very low oxygen content and has excellent castability. Used.

Ti-6Al-4V 합금은 우수한 기계적 특성, 부식저항성 및 가공성을 가지며 항공, 의료, 해양 및 화학 공정 부분의 구조용 소재로 널리 사용되고 있는데, 본 발명에서는 Grade 5의 Ti-6Al-4V 합금을 사용하여 핸드피스 헤드 제조 시 주조성을 평가하였다.Ti-6Al-4V alloy has excellent mechanical properties, corrosion resistance and processability, and is widely used as a structural material in aviation, medical, marine and chemical process parts. Castability was evaluated in the manufacture of the piece head.

해석에 사용한 티타늄 합금의 열물리적 특성은 상용 물성예측 프로그램인 JMatPro를 통해 계산된 결과를 사용하였으며, 그 결과는 도 5와 같다.The thermophysical properties of the titanium alloy used in the analysis were calculated using JMatPro, a commercial property prediction program, and the results are shown in FIG. 5.

즉, 순 티타늄의 경우 용융온도가 1668℃로 매우 높고, 냉각 도중 약 880℃ 근처에서 α/β동소변태를 나타낸다. 액상 점도의 경우 Ti-6Al-4V 합금이 순 티타늄에 비해 낮은 것으로 나타났으며, 액상 유동성의 경우 Ti-6Al-4V 합금이 순 티타늄에 비해 상대적으로 다소 증가할 것으로 예상된다. That is, in the case of pure titanium, the melting temperature is very high at 1668 ° C. and exhibits α / β orthomorphism near about 880 ° C. during cooling. In terms of liquid phase viscosity, Ti-6Al-4V alloy was found to be lower than that of pure titanium, and in the case of liquid flowability, Ti-6Al-4V alloy was expected to increase relatively in comparison with pure titanium.

이러한 초기 해석조건으로서 Ti-6Al-4V 합금의 경우 1800℃에서 주입되는 것으로 하였고, 이때 SiO2 계열로 제조된 원심주조주형(100)의 온도는 400℃로 가정하였다.As the initial analysis condition, the Ti-6Al-4V alloy was injected at 1800 ° C. At this time, the temperature of the centrifugal casting mold 100 manufactured by SiO 2 series was assumed to be 400 ° C.

용탕의 충진은 약 2.5초 걸리는 것으로 가정하여 액상의 유동해석을 위한 용탕 유입 속도는 주입구 면적 0.058 in2에서 약 9.13 in/sec로 설정하였고, 용탕과 원심주조주형(100) 사이의 열전달은 계면열전달계수, h = 500 W/m2/K의 값을 사용하였다.It is assumed that the filling of the molten metal takes about 2.5 seconds, and the inflow rate of the molten metal for the flow analysis of the liquid phase is set from about 0.058 in 2 to about 9.13 in / sec. A coefficient, value of h = 500 W / m 2 / K, was used.

상기 조건을 토대로 첨부된 도 6 내지 도 8을 참조하여 비교예의 해석 결과를 설명한다.Based on the above conditions, the analysis results of the comparative example will be described with reference to FIGS. 6 to 8.

도 6에는 비교예에 따른 원심주조주형에 대하여 시간 변화에 따른 용탕 충진 해석 결과가 도시되어 있고, 도 7에는 비교예에 따른 원심주조주형에 대하여 시간 변화에 따른 용탕의 응고 거동을 예측한 결과가 도시되어 있으며, 도 8에는 비교예에 따른 원심주조주형에 대한 정밀 주조 해석결과가 도시되어 있다.Figure 6 shows the results of the analysis of the melt filling according to the time change for the centrifugal casting mold according to the comparative example, Figure 7 shows the result of predicting the solidification behavior of the molten metal over time with respect to the centrifugal casting mold according to the comparative example 8, the precision casting analysis result for the centrifugal casting mold according to the comparative example is shown.

먼저 도 6은 용탕 주입 후 시간에 따른 용탕 충진 거동을 나타낸 것으로서, 주형을 제조하기 위한 왁스트리에 주조부는 원주방향 및 높이에 따라 12개가 설치하였다.First, FIG. 6 shows melt filling behavior with time after injecting molten metal. Twelve casting parts were installed in a wax tree for manufacturing a mold according to a circumferential direction and a height.

용탕은 스프루(120)로부터 충진되기 시작하여 A & D → C → B에 위치한 주조부순으로 충진되는 것으로 예측되었고, 충진 시간이 상대적으로 빠른 A 및 D 부분의 경우 얇은 두께로 인해 용탕의 충진 도중 응고가 함께 진행됨을 확인할 수 있다.It is expected that the molten metal will be filled from the sprue 120 and filled in the casting order located in A & D → C → B. During the filling of the molten metal due to the thin thickness of the A and D parts, the filling time is relatively high. It can be seen that coagulation proceeds together.

냉각수로 공간을 채운 형태인 모델 B(도 8 참조)의 경우 또한 모델 A(도 8 참조)와 비슷한 형태의 용탕 충진 양상을 보였으며, 전체적으로 A & D → C & B 순서로 용탕 충진이 발생하였다.Model B (see FIG. 8), which fills the space with cooling water, also showed a similar shape to that of Model A (see FIG. 8), and melt filling occurred in the order of A & D → C & B. .

이와 같은 결과는 냉각수로의 유무는 전체적인 용탕의 충진 거동에 별다른 영향을 주지 않는 것으로 나타났으며, 이는 게이트(140)의 각도가 변함이 없고, 게이트(140)의 전반적인 외부 형상 또한 변화가 없었기 때문인 것으로 판단된다.These results indicate that the presence of the cooling water does not affect the overall filling behavior of the molten metal, which is because the angle of the gate 140 does not change, and the overall external shape of the gate 140 does not change. It seems to be.

상기와 같은 결과를 토대로 본 발명의 바람직한 실시예에서 첨부된 도 9와 같이 압탕부(150)가 구비된다.Based on the results as described above in the preferred embodiment of the present invention as shown in FIG.

도 9는 본 발명에 의한 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형(100)의 제1실시예의 구성을 보인 개략도로서, 상기 압탕부(150)는 스프루(120)의 외측에 대략 "

Figure 112011047802726-pat00001
" 형상을 갖도록 돌출되어 스프루(120)보다 큰 외형 크기를 갖는다.9 is a schematic view showing the configuration of the first embodiment of the centrifugal casting mold 100 for manufacturing a part of the titanium material according to the present invention, wherein the pressure portion 150 is approximately outside the sprue 120.
Figure 112011047802726-pat00001
Protrude to have a shape and have a larger outer size than sprue 120.

그리고, 상기 압탕부(150)는 스프루(120)의 길이 방향(하방향)으로 갈수록 내경이 점차 증가하다가 다시 감소하는 형상을 갖는다.In addition, the pressure portion 150 has a shape in which the inner diameter gradually increases and then decreases toward the longitudinal direction (downward direction) of the sprue 120.

그리고, 상기 압탕부(150)를 형성하는 경사진 내면은 상기 게이트(140)의 내면 일부와 동일한 면 상에 위치하게 되며, 상기 게이트(140)는 스프루(120)와 압탕부(150)에 동시에 접하도록 구성된다.In addition, the inclined inner surface forming the plunger 150 is positioned on the same surface as a portion of the inner surface of the gate 140, and the gate 140 is connected to the sprue 120 and the plunger 150. It is configured to meet simultaneously.

상기와 같이 압탕부(150)가 구비되는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 대하여 첨부된 도 10을 참조하여 용탕 충진 거동을 해석한 결과, 도 10의 (a)에 나타낸 화살표와 같이 용탕이 주입되는데 용탕의 흐름을 방해하는 방해물로 작용하여 용탕의 주입 속도를 감소시키는 역할을하였다.As a result of analyzing the melt filling behavior with reference to the accompanying FIG. 10 with respect to the first preferred embodiment of the present invention in which the pressure unit 150 is provided as described above, the molten metal is injected as shown by the arrow shown in FIG. It acts as an obstacle to the flow of the molten metal to reduce the injection rate of the molten metal.

특히 본 발명의 실시예에서 사용된 원심주조 장비(도시되지 않음)는 횡방향 원심주조 장비로 회전축에서 일정거리 떨어진 원심주조주형(100)이 중력방향에 90° 눕혀진 상태로 용탕이 주입된 후 회전축을 기준으로 회전하기 때문에 용탕이 주입될 때 예각으로 꺾인 압탕부(150) 부분이 용탕 흐름을 방해할 것으로 예상되었다.In particular, the centrifugal casting equipment (not shown) used in the embodiment of the present invention is a transverse centrifugal casting equipment after the molten metal is injected in a state in which the centrifugal casting mold 100 is laid at 90 ° in the gravity direction away from the rotation axis. Because it rotates about the axis of rotation, it is expected that the portion of the pressure portion 150 that is bent at an acute angle when the molten metal is injected impedes the flow of the molten metal.

이러한 예상과 같이 용탕 충진 거동의 해석 결과에서도 도 10의 (b)에 나타낸 화살표와 같이 압탕부(150)에 의해 용탕 흐름이 약해져 주조부(130)로의 용탕 충진이 느린 속도로 발생하는 것이 확인되었다.As described above, even in the analysis result of the melt filling behavior, as shown by the arrow shown in FIG. 10 (b), the melt flow was weakened by the indentation unit 150, and it was confirmed that the melt filling to the casting unit 130 occurred at a slow speed. .

즉, 도 11은 본 발명의 제1실시예(b)와 비교예(a)의 용탕 주입 속도를 예측한 해석 결과로서, 압탕부(150)가 설치되지 않은 비교예와 해석 결과를 비교해보면, 도 11에 표시한 화살표에서 볼 수 있듯이 압탕부(150)가 설치된 실시예(b)의 경우 용탕 주입 속도가 비교예(a)에 비하여 상대적으로 느리게 발생함을 볼 수 있다.That is, FIG. 11 is an analysis result of predicting the molten metal injection rate of the first embodiment (b) and the comparative example (a) of the present invention. When comparing the analysis result with a comparative example without the hot water unit 150, As can be seen from the arrow shown in FIG. 11, in the case of the embodiment (b) in which the hot water unit 150 is installed, the molten metal injection rate is relatively slower than that of the comparative example (a).

위의 두 경우를 비교했을 때 상대적으로 낮은 용탕 유동 속도를 가진 실시예1의 경우 용탕이 차가운 주형과 접하는 시간이 상대적으로 길어질 수 있으므로 얇은 두께를 가진 제품 제조에 있어서는 미충진과 같은 결함 발생률이 높아질 수는 있겠지만, 본 발명에 의해 제조되어지는 핸드피스용 헤드와 같은 부품을 제조하는 경우에는 결함이 발생하지 않는 것으로 예측되었다.In comparison with the above two cases, in the case of Example 1, which has a relatively low melt flow rate, the contact time of the molten metal with the cold mold may be relatively long. Although it is possible, it was predicted that no defect would occur when manufacturing a part such as a head for a handpiece manufactured by the present invention.

도 12는 본 발명의 제1실시예에 대하여 시간 변화에 따른 용탕의 응고 거동을 예측한 결과로서, 제1실시예의 원심주조주형(100)을 이용하여 부품을 주조시에 부품의 하측부가 먼저 응고하였으며, 상기 압탕부(150)가 구비됨에 따라 게이트(140) 부위의 응고가 지연되어 응고 진행이 부품(10)으로부터 압탕부(150) 쪽으로 순차적으로 진행되었고, 최종 응고 지점은 압탕부(150)였다.12 is a result of predicting the solidification behavior of the molten metal according to the time variation with respect to the first embodiment of the present invention, the lower part of the part solidifies first when casting the part using the centrifugal casting mold 100 of the first embodiment As the bath part 150 was provided, the solidification of the gate 140 region was delayed, and thus the solidification progressed sequentially from the part 10 toward the bath part 150, and the final solidification point was the bath part 150. It was.

도 13은 본 발명의 제1실시예를 이용하여 용탕 응고 후 수축공의 형성 위치를 예측한 결과로서, 제1실시예를 이용하여 부품(10) 제조시에 예측된 수축공 결함은 모두 스프루(120) 상에 생성되는 것으로 예측되었다.FIG. 13 is a result of predicting the formation position of the shrinkage hole after molten solidification using the first embodiment of the present invention, and all the shrinkage hole defects predicted at the time of manufacturing the component 10 using the first embodiment are all sprues. It was expected to be generated on 120.

따라서 위와 같은 결과에 따라 상기 원심주조주형(100)에는 압탕부(150)가 구비되어야 함이 바람직하다.Therefore, it is preferable that the centrifugal casting mold 100 be provided with a pressure part 150 according to the above result.

한편, 상기 원심주조주형(100)에서 압탕부(150)는 다양한 형상 및 크기로 변경 적용이 가능하다.On the other hand, in the centrifugal casting mold 100, the hot water unit 150 can be applied to various shapes and sizes.

즉, 도 14는 본 발명에 의한 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형의 제2실시예의 구성을 보인 부분 확대도로서, 압탕부(150)의 하부 형상이 변경되어 있다.That is, FIG. 14 is a partially enlarged view showing the configuration of the second embodiment of the centrifugal casting mold for manufacturing the titanium material component according to the present invention, and the lower shape of the hot water part 150 is changed.

보다 구체적으로 살펴보면, 제2실시예의 압탕부(150)는 상단과 하단의 내경이 스프루(120)와 동일하고, 스프루(120)의 외측으로 돌출되되 하측으로 갈수록 내경 크기가 변화하도록 한 것은 제1실시예의 압탕부(150)와 동일하다.Looking more specifically, the pressure portion 150 of the second embodiment is the inner diameter of the top and bottom is the same as the sprue 120, protruding to the outside of the sprue 120 to change the size of the inner diameter toward the lower side It is the same as the pressure part 150 of 1st Embodiment.

그러나, 제2실시예의 압탕부(150)에서는 하부쪽에 덧살을 더 붙여 용탕이 주입될 때 예각으로 꺾이는 부분을 감소시킴으로써 수축공 결함 발생을 제한하고, 액상 유동성을 향상시킬 수 있는 작용을 동시에 수행할 수 있을 것이다.However, in the pressure part 150 of the second embodiment by limiting the occurrence of shrinkage hole defects by reducing the acute angle when the molten metal is injected by attaching the additional to the lower side at the same time, the action to improve the liquidity fluidity can be performed at the same time. Could be.

이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and many other modifications based on the present invention will be possible to those skilled in the art within the scope of the present invention.

예를 들어 본 발명의 실시예에서 압탕부와 게이트가 별개의 구성으로 구비되도록 하였으나, 필요에 따라서는 게이트의 길이를 감소시키거나, 압탕부가 게이트의 역할을 동시에 수행하도록 하여 용탕의 주입 거리를 감소시킴으로써 용탕의 주입 특성을 높일 수도 있음은 자명하다.For example, in the embodiment of the present invention, the hot water portion and the gate are provided in separate configurations, but if necessary, the length of the gate is reduced, or the hot water portion can simultaneously perform the role of the gate to increase the injection distance of the molten metal. It is apparent that by reducing, the injection characteristics of the molten metal can be improved.

10. 부품 100. 원심주조주형
110. 용탕주입부 120. 스프루
130. 주조부 140. 게이트
150. 압탕부10. Parts 100. Centrifugal casting molds
110. Molten metal injection part 120. Sprue
130. Casting unit 140. Gate
150. Pressure Bath

Claims (10)

삭제delete 삭제delete 중력방향에 대하여 90°눕혀진 회전축을 기준으로 일정 거리 떨어진 상태로 회전하고 용탕을 제공받아 티타늄을 포함하는 소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형에 있어서,
부품과 대응되는 형상의 주조부와,
상기 소재의 용탕이 원심주조주형 내부로 유입되도록 안내하는 스프루와,
상기 스프루에 대하여 방사상으로 경사지게 형성되어 스프루로 유입된 용탕이 주조부로 주입되도록 안내하는 다수 게이트와,
상기 스프루의 길이 방향으로 갈수록 내부 크기가 변화하여 스프루보다 큰 외형 크기를 가지고, 동일한 크기를 갖도록 다수로 이루어져 스프루의 길이 방향으로 등간격 이격 배치되며, 상기 스프루와 게이트 사이에 구비되어 스프루에서 게이트로 유동하는 용탕 중 일부를 저장 후 공급하는 압탕부를 포함하여 구성되며,
상기 다수 압탕부에는 각각 다수의 게이트가 구비되며, 다수의 압탕부 중에서 서로 인접한 압탕부에 구비된 다수의 게이트는 스프루에 대하여 평행한 다른 직선상에 위치하도록 방사상으로 배치됨을 특징으로 하는 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형.In the centrifugal casting mold for manufacturing parts of the material containing titanium by rotating at a predetermined distance from the rotation axis lying 90 ° to the gravity direction and receiving molten metal,
A casting part having a shape corresponding to the part,
A sprue for guiding the molten metal of the material to flow into the centrifugal casting mold;
A plurality of gates formed to be inclined radially with respect to the sprues to guide the molten metal introduced into the sprues into the casting part;
The inner size changes toward the longitudinal direction of the sprue and has a larger outer size than the sprue, and is made up of a plurality of equally spaced intervals in the longitudinal direction of the sprue, and is provided between the sprue and the gate. It is configured to include a pressure portion for storing and supplying some of the molten metal flowing from the sprue to the gate,
Each of the plurality of baths includes a plurality of gates, and among the plurality of baths, a plurality of gates provided in adjacent to each other are disposed radially to be positioned on another straight line parallel to the sprue. Centrifugal casting molds for the manufacture of parts. 제 3 항에 있어서, 상기 압탕부는 스프루의 길이 방향으로 갈수록 내부 크기가 증가하다가 감소하는 것을 특징으로 하는 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형.The method of claim 3, wherein the pressure portion is a centrifugal casting mold for manufacturing the parts of titanium material, characterized in that the internal size increases and decreases in the longitudinal direction of the sprue. 제 4 항에 있어서, 상기 압탕부를 형성하는 내면 일부는 상기 게이트의 내면 일부와 동일한 면 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형.The centrifugal casting mold for manufacturing a component of titanium material according to claim 4, wherein a part of the inner surface forming the hot water portion is located on the same surface as a part of the inner surface of the gate. 제 4 항에 있어서, 상기 게이트는 스프루와 압탕부에 동시에 접하는 것을 특징으로 하는 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형.[Claim 5] The centrifugal casting mold according to claim 4, wherein the gate is in contact with the sprue and the pressure part at the same time. 삭제delete 제 6 항에 있어서, 상기 압탕부의 상단부와 하단부는 상기 스프루의 내경과 동일한 내경을 갖는 것을 특징으로 하는 티타늄소재의 부품을 제조하기 위한 원심주조주형.
The centrifugal casting mold for manufacturing a component of titanium material according to claim 6, wherein the upper end portion and the lower end portion of the pressure portion have the same inner diameter as that of the sprue.
삭제delete 삭제delete
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