KR20110085805A - 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법과 그에 따른 소실모형주조금형 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법과 그에 따른 소실모형주조금형에 관한 것으로, 소실모형의 내외면에 도포되어 건조경화된 도형제층을 가진 소실모형에 쇳물의 주입에 따라 소실되어 발생되는 연소가스를 조절하여 배출되도록 배출공을 구비함으로써, 소실모형 내로 주입되는 쇳물 주입이 용이하여 원하는 형상의 우수한 주물제품생산이 가능하고, 제품불량이 최소화되며, 생산시간의 단축과 생산성 향상이 가능하고, 배출공을 통해 소실모형 소실에 따른 연소가스 배출이 빠르게 배출됨과 함께 배출공의 형상과 필터에 따라 가스배출량을 조절하여 쇳물에 의한 주물 생산시, 금속에 함유되는 탄소함량의 조절이 가능하여 탄소함량이 적은 스텐인레스 스틸, 주강 등으로 형성된 부품의 생산이 가능하여 재료의 한계 극복이 가능하여 다양한 재질의 제품생산이 가능한 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법과 그에 따른 소실모형주조금형에 관한 것이다.

Description

탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법과 그에 따른 소실모형주조금형{Evaporative Pattern Casting Method for Carbon Content Adjustable and Evaporative Pattern Casting Mold therefor}
본 발명은 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법과 그에 따른 소실모형주조금형에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소실모형주조시 발포폴리스티렌(EPS)의 소실에 따라 발생되는 연소가스를 빠르게 배출하거나, 조절함으로써, 금속에 탄소함량을 적정수준으로 형성이 가능하고, 이를 통해 금속의 균질성 향상과 금속의 탄소함량을 조절할 수 있도록 하여 탄소함량에 민감한 주강 및 스테인레스 스틸 제품의 주조가 가능한 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법과 그에 따른 소실모형주조금형에 관한 것이다.
일반적으로 다양한 산업분야에 쓰이는 부품들은 주조에 의해 생산되어 지는 것이 많다. 특히, 자동차의 부품, 밸브체 등의 부품은 주조를 통해 생산되는 것이 대부분이며, 이러한 부품을 생산하기 위한 주조방법에 의한 부품의 제조에 있어서는 주조후 폐기되는 주물사와 작업장내의 분진 및 소음으로 인해 여러가지 환경오염 문제와 함께 생산현장의 열악한 환경조건으로 인한 근로자의 근로기피현상으로 주조산업의 전방에 걸쳐 커다란 어려움이 있는 실정이다.
따라서, 이러한 종래의 주조방법의 문제점을 감안하여 현재 가장 많이 쓰이고 있는 소실모형주조법(EPC; Evaporative Pattern Casting)이 개발되었다. 소실모형주조법이란 스티로폴과 같은 원료인 발포폴리스티렌(EPS; Expandable Polystyrene)이나 폴리메사크릴(PMMA)을 원료로 하여 제조하고자 하는 주물제품과 동일한 형상으로 성형되는 모형을 만든다. 이후, 주물제품 모형의 표면에 수용성 도형재를 도포시킨 다음 이를 점결사가 아닌 무점결사(일반 실리카 계통의 모래)에 매설한 뒤 용탕을 주입하면, 매설된 모형은 주입되는 용탕의 열에 의하여 연소기화되어 모래속으로 배출되고, 그 공간에 주입된 용탕이 차게 되어 원하는 주물을 얻는 방법이다.
따라서, 종래의 일반 주조법은 용탕이 차게되는 부분은 공간(Cavity)이며 그 주형틀은 점결력이 있는 모래로 형을 구성하고 있어 한번 주조한 후에는 모래를 재상요이 불가능하고, 이로 인해 환경오염의 문제점이 발생되었지만, 소실모형주조법은 용탕이 차는 부분을 모형으로 구성되어 있고 주위에는 형을 구성할 수 없는 즉, 점결력이 없는 무점결사의 모래로 채워져 있어 한번 주조한 후 재사용이 가능하여 자원의 낭비를 방지하고, 폐기물의 발생을 방지하여 환경오염을 방지할 수 있었다.
그리고, 소실모형주조법에서 모형이 외면에 도포되는 도형재는 무점결사속으로 매설된 후, 용탕이 주입될때, 모형이 연소 기화되는 부분 및 용탕이 응고되기 전에 형태를 유지할만한 강도를 가지지 못하고 붕괴될 가능성이 크기 때문에, 주물의 형상을 지지하고 액상 및 기상으로 생성되는 모형의 분해물질을 배출시키는 역할을 한다.
즉, 도형재가 없으면 당연히 분해물질은 주위의 무점결사인 모래속으로 잘 배출되겠지만, 용탕이 주위의 점결격이 없는 모래와 바로 접촉하므로 주물의 표면에 주물사가 붙어버리는 문제가 발생하며, 주입되는 과정중 주형을 유지할 수가 없게 된다.
또한 발포폴리스티렌(EPS)이나 폴리메사크릴(PMMA)로 성형된 모형은 도형시 도형막이 작업부 주위에 의하여 흘러내리거나 부분적으로 얇은 도막이 형성되었을 경우 용탕의 주입과정 중에 발생되는 용탕의 열에 의해 기화되는 가스층의 배출시 얇고 취약한 도형막을 파괴시키고, 파괴된 부위로 무점결사의 모래가 유입되어 도형이 붕괴되면서 최초의 원하고자 하는 형태의 모형과 다른 주조품이 제조되는 문제점이 있었다.
따라서 이를 감안하여 용탕시 주형의 붕괴로 인해 발생되는 모래의 유입을 방지하여 주조되는 주물제품의 손상을 억제시킬 수 있도록 모형을 표면에 수용성의 도형재를 도포하였다. 수용성 도형재는 물을 용매로 하여 도형 역할을 하는 성질의 물질들과 혼합된 것을 말하며, 이 수용성 도형재는 점도를 가진 죽(Mushy) 상태로 모형에 도형된 후 건조시키면 수분은 증발하고 나머지 도형물질들이 모형에 붙어있는 상태가 된다.
그러나 상기 수용성 도형재는 너무 묽게 하여 임계점도를 유지하지 못하면 건조과정에서 흘러내려 결과적으로 도형막이 얇아짐에 따라 용탕시 발생하는 가스의 외부 배출은 용이하나 원하는 도형 역할을 유지하지 못하는 단점이 있었다. 또한 도형재가 건조후 우수한 강도가 요구되도록 모형의 표면에 도포된 도형재의 강도를 증가시키기 위해서 농도가 짙은 도형재를 모형에 도포시키게 되면 모형의 외부를 밀폐시킴에 따라 통기성이 저하되어 용탕 주입시 발생하는 가스의 배출이 용이하지 못하고 이에 배출되지 못한 가스는 용탕속으로 침투하여 주물의 결합을 발생시키거나 주입용탕의 진행을 방해하고, 가스에 의해 금속의 탄소(carbon) 함량에 영향을 주어 금속의 요구되는 기계적 성질을 얻지 못하는 등의 문제점이 있다.
따라서, 모형의 연소에 따라 발생되는 가스의 원활한 배출은 주물을 제작시, 기계적 성질을 부여하는 데 가장 핵심인것이다. 즉, 가스의 배출이 도형재의 미세공극을 통해 원활하게 배출되지 않게 되면 용탕과 가스가 혼합되어 금속의 탄소함량이 증가되어 금속의 깨짐 현상이 빈번하게 발생되고, 이에 따라 산업용 부품으로써 활용이 불가능한 문제점이 있었다.
더욱이, 종래의 소실모형주조방법은 이러한 모형의 연소에 따른 가스의 배출이 원활하지 않아 탄소함량이 0.08이하로 요구되는 스텐레스스틸 및 주강은 사실상 생산이 어려워 재료의 한계를 나타내고, 품질의 다양화가 불가능한 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로, 소실모형의 내외면에 도포되어 건조경화된 도형제층을 가진 소실모형에 쇳물의 주입에 따라 소실되어 발생되는 연소가스를 조절하여 배출되도록 배출공을 구비함으로써, 소실모형 내로 주입되는 쇳물 주입이 용이하여 원하는 형상의 우수한 주물제품생산이 가능하고, 제품불량이 최소화되며, 생산시간의 단축과 생산성 향상이 가능한 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법과 그에 따른 소실모형주조금형을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 배출공을 통해 소실모형 소실에 따른 연소가스 배출이 빠르게 배출됨과 함께 배출공의 형상과 부직포필터에 따라 가스배출량을 조절하여 쇳물에 의한 주물 생산시, 금속에 함유되는 탄소함량의 조절이 가능하여 탄소함량이 적은 스텐인레스 스틸, 주강 등으로 형성된 부품의 생산이 가능하여 재료의 한계 극복이 가능하여 다양한 재질의 제품생산이 가능한 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법과 그에 따른 소실모형주조금형을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법은 모형금형을 이용하여 제조하고자 제품을 발포폴리스티렌(EPS; Expandable Polystyrene)이나 폴리메사크릴(PMMA)로 소실모형물 본체(100)를 내부가 비워진 형상으로 형성하여 소실시 탄소발생량이 최소화되도록 제작준비하는 소실모형물 제작준비공정(S10)과; 상기 소실모형물 본체(100)의 일측에 배출공(410)이 형성된 스틸스틱(400)을 꽂는 스틸스틱 결합공정(S20)과; 상기 스틸스틱(400)이 결합된 상기 소실모형물 본체(100)를 도형제 저장탱크에 침지시켜 소실모형물 본체(100)의 내,외면 전체에 도형제를 도포시키고, 응달진 곳에서 상기 소실모형물 본체(100)의 내,외면 전체에 도포된 도형제를 건조시켜 도형제층(500)이 형성되는 도형제 도포건조공정(S30)과; 상기 도형제 도포건조공정를 거친 상기 소실모형물 본체(100)의 일측에 결합된 스틸스틱(400)의 결합을 통해 소실모형물 본체(100)의 소실에 따라 발생되는 연소가스가 상기 스틸스틱(400)의 배출공(410)으로 배출량이 조절되며 배출되도록 상기 소실모형물 본체(100)와 스틸스틱(400)이 연통되는 배출공 형성공정(S40)과; 상기 배출공 형성공정을 통해 상기 소실모형물 본체(100)의 일측에 형성된 배출공(410)으로 외부 이물질, 주물사가 유입되지 못하고, 공기는 배출되는 필터(600)를 안치결합하는 필터링 결합공정(S50)과; 함체 형상으로 형성되어 내부 바닥과 사방 벽면에 기밀을 유지하고, 일측으로 진공흡입구(2)가 형성된 주형통(1)에 주물사(S)를 바닥에 일정높이로 깔아 바이브레이터(3)로 주형통(1)을 진동시켜 주물사(S)가 진동에 의해 서로 밀착되어 단단하고 평탄하게 다져지고, 배출공(410)이 형성된 상기 소실모형물 본체(100)를 바닥의 주물사(S)에 균형이 유지되게 안치시킨 다음 상기 소실모형물 본체(100)보다는 수직으로 높게 돌출되고 쇳물에 의해 소실되면서 쇳물의 주입통로로 형성되는 소실통로(202)를 기밀유지하여 안착시키는 소실모형물 안치공정과(S60); 상기 주형통(1)에 소실모형물 본체(100)를 안치시킨 상태에서 소실모형물 본체(100)와 배출공(410)보다는 높고 소실통로(202)보다는 낮은 높이를 가지도록 주물사(S)를 상기 주형통(1)에 채워준 다음 주형통(1)의 상부에 소실통로(202)와 배출공(410)의 상단부분만 주물사(S)의 상방으로 노출되도록 한 후, 기밀유지와 상기 주물사(S) 채움을 거친 주형통(1)의 하부에 형성된 진공흡입구(2)에 진공펌프(P)의 진공호스(H)를 연결한 다음 상기 진공펌프(P)를 가동시켜 주형통(1) 내부에 채워진 주물사(S)를 단단하게 다져주는 주물사 채움다짐공정(S70)과; 상기 주물사 채움다짐공정를 완료한 후, 진공펌프(P)를 계속적으로 가동시키는 상태에서 주물사(S) 상부로 노출된 소실통로(202) 상단에 쇳물을 부어 쇳물이 소실통로(202)와 그에 연결된 채 주물사(S)에 묻혀있는 상기 소실모형물 본체(100) 전체를 소실시키면서 그것들이 차지하고 있던 공간에 충진되게 하는 쇳물주입공정(S80)과; 상기 주물사 채움다짐공정에서부터 쇳물주입공정이 진행되는 동안은 물론이고 상기 쇳물주입공정이 완료된 후 주입된 쇳물이 완전히 굳은 상태가 될 때까지 계속적으로 진공펌프(P)를 가동시켜 소실통로(202) 및 소실모형물 본체(100)가 쇳물에 의해 소실될 때 발생되는 연소가스가 도형제층(500)의 미세공극(502)을 통해 미세배출되고, 상기 배출공(410)을 통해 연소가스의 배출을 제어하여 쇳물에 포함되는 탄소함량을 조절하는 탄소함량조절공정(S90)과; 상기 탄소함량조절공정을 완료한 후 주형통(1)의 주물사(S)를 주물사 수거탱크(도시없음)로 옮기고 이어서 주형통(1)을 뒤집어 쏟아내어 주물사(S)와 주물(C)을 분리하는 분리공정(S100)과; 상기 분리공정에서 분리된 주물(C)에 상기 소실통로(202) 대신 주물(C)에 붙어있는 불필요한 부분을 제거하는 후처리 작업으로 주물(C)을 완성하는 주물완성공정(S110);으로 상기 배출공(410)을 통해 소실모형물 본체(100)의 소실에 따른 연소가스의 배출량을 조절하여 금속의 탄소함량의 조절이 가능하고, 스테인레스스틸 및 주강 등 금속내 탄소함량에 의해 기계적 성질과 품질이 좌우되는 제품의 생산과 재료특성의 한계를 넘어서도록 구성한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 스틸스틱(400)은 파이프형태로 형성되어 내부에 배출공(410)을 형성하되, 상기 배출공(410)은 소실모형물 본체의 소실에 따른 연소가스의 배출량이 조절되도록 상협하광, 하협상광의 직경 내지 상하동일 직경 중 어느 하나가 선택적으로 연통된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 소실모형주조금형은 발포폴리스티렌(EPS; Expandable Polystyrene)이나 폴리메사크릴(PMMA)로 외형의 형상을 유지하면서 내부가 비워진 형상으로 형성된 소실모형물 본체(100)와; 상기 소실모형물 본체(100) 하부 일측에 수평수직으로 연결되어 상향돌출형성되고, 쇳물이 주입되어 상기 소실모형물 본체(100)을 소실시켜 소실통로(202)가 형성되도록 구비된 용탕주입부(200)와; 상기 소실모형물 본체(100) 상부 타측에 상향돌출되어 일체로 형성되고, 쇳물이 주입되어 상기 소실모형물 본체(100)을 소실시킬 경우 발생되는 연소가스가 배출되도록 구비된 적어도 하나 이상의 배출공결합부(300)와; 상기 배출공결합부(300)에 상향돌출되게 결합되고, 상기 소실모형물 본체(100)의 연소시 발생되는 배출가스의 배출량을 조절하도록 내부에 배출공(410)이 관통형성된 적어도 하나 이상의 스틸스틱(400)과; 상기 소실모형물 본체(100) 내외면 및 스틸스틱(400) 외연을 따라 도포되고, 상기 소실모형물 본체(100)가 쇳물의 주입에 따라 소실시 발생되는 연소가스가 미세배출되도록 다수의 미세공극(502)이 형성되는 도형제층(500)과; 상기 스틸스틱(400)의 배출공(410)의 개방된 상부로 주물통의 주물사가 유입되는 것을 방지하고, 상기 소실모형물 본체(100)가 쇳물의 주입에 따라 소실시 발생되는 연소가스가 배출공(410)에 의해 조절되면서 외부로 배출되도록 마련된 필터(600);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 배출공(410)은 소실모형물 본체(100)의 소실에 따른 연소가스의 배출량이 조절되도록 상협하광, 하협상광의 직경 내지 상하동일 직경 중 어느 하나가 선택적으로 연통된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 소실모형의 내외면에 도포되어 건조경화된 도형제층을 가진 소실모형에 쇳물의 주입에 따라 소실되어 발생되는 연소가스를 조절하여 배출되도록 배출공을 구비함으로써, 소실모형 내로 주입되는 쇳물 주입이 용이하여 원하는 형상의 우수한 주물제품생산이 가능하고, 제품불량이 최소화되며, 생산시간의 단축과 생산성 향상이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 배출공을 통해 소실모형 소실에 따른 연소가스 배출이 빠르게 배출됨과 함께 배출공의 형상과 부직포필터에 따라 가스배출량을 조절하여 쇳물에 의한 주물 생산시, 금속에 함유되는 탄소함량의 조절이 가능하여 탄소함량이 적은 스텐인레스 스틸, 주강 등으로 형성된 부품의 생산이 가능하여 재료의 한계 극복이 가능하여 다양한 재질의 제품생산이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법의 블럭도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법의 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법의 배출공 형상을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조금형의 전체 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조금형의 측면 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 소실모형주조방법에 따른 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
상기와 같은 과제 해결 수단에 의한 효과를 달성하기 위해 본 발명에 따른 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법과 그에 따른 소실모형주조금형의 실시예를 이하 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법의 블럭도이고, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법의 개략도이며, 도 3은 본 발명에 따른 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법의 배출공 형상을 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조금형의 전체 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조금형의 측면 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 소실모형주조방법에 따른 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
본 발명은 소실모형을 이용한 주조시, 발포폴리스티렌(EPS; Expandable Polystyrene)이나 폴리메사크릴(PMMA)로 형성된 소실모형이 소실되어 발생되는 연소가스의 배출량을 조절하여 스테인레스 스틸, 주강 등의 탄소함량이 낮은 금속제품 및 탄소함량이 비교적 높은 금속 등 주물의 탄소함량을 조절하여 필요로 하는 부품의 기계적 성질을 가지는 주물제품의 생산이 가능하도록 하는 방법으로 도 1 에 나타난 바와 같이, 소실모형물 제작준비공정(S10), 스틸스틱 결합공정(S20), 도형제 도포건조공정(S30), 배출공 형성공정(S40), 필터링 결합공정(S50), 소실모형물 안치공정(S60), 주물사 채움다짐공정(S70), 쇳물주입공정(S80), 탄소함량조절공정(S90), 분리공정(S100), 주물완성공정(S110)을 거치게 된다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 소실모형물 제작준비공정(S10)은 모형금형을 이용하여 제조하고자 제품을 발포폴리스티렌(EPS; Expandable Polystyrene)이나 폴리메사크릴(PMMA)로 소실모형물 본체(100)를 내부가 비워진 형상으로 형성하여 소실시 탄소발생량이 최소화되도록 제작준비하는 공정이다. 여기서, 상기 소실모형물 제작준비공정을 통해 각종 산업분야에서 사용될 수 있는 제품이 모형금형에 따라 달라지게 되는 것으로, 자동차산업의 부품, 밸브 등 다양한 산업용품의 생산이 가능한 것이다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 스틸스틱 결합공정(S20)은 전술한 소실모형물 본체(100)가 소실되어 발생되는 연소가스의 배출량을 조절하도록 배출공(410)을 형성하는 공정으로, 상기 소실모형물 본체(100)의 일측에 배출공(410)이 형성된 스틸스틱(400)을 결합하여 배출공(410)을 형성하는 것이다. 여기서, 상기 스틸스틱(400)은 파이프형태로 형성되어 내부에 배출공(410)을 형성하되, 상기 배출공(410)은 도 3에 도시된 바와 같이, 소실모형물 본체의 소실에 따른 연소가스의 배출량이 조절되도록 상협하광, 하협상광의 직경 내지 상하동일 직경 중 어느 하나가 선택적으로 연통된 것이 바람직하다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 도포건조공정(S30)은 상기 스틸스틱(400)이 결합된 상기 소실모형물 본체(100)를 도형제 저장탱크에 침지시켜 소실모형물 본체(100)의 내,외면 전체에 도형제를 도포시킨다. 그리고, 응달진 곳에서 상기 소실모형물 본체(100)의 내,외면 전체에 도포된 도형제가 건조되어 상기 소실모형물 본체(100)의 내, 외면 전체에 도형제층(500)을 형성하는 공정이다. 여기서, 상기 도형제층은 미세공극이 다수 형성되어 소실모형물 본체(100)의 소실에 따른 연소가스가 미세공극을 통해 미세 배출된다.
상기 배출공 형성공정(S40)은 전술한 상기 도형제 도포건조공정를 거친 상기 소실모형물 본체(100)의 일측에 결합된 스틸스틱(400)의 결합을 통해 소실모형물 본체(100)의 소실에 따라 발생되는 연소가스가 상기 스틸스틱(400)의 배출공(410)으로 배출량이 조절되며 배출되도록 상기 소실모형물 본체(100)와 스틸스틱(400)이 연통되는 공정이다. 즉, 앞서 상술한 바와 같이, 상협하광, 상광하협, 상하동일 직경의 배출공(410)을 형성한 다수의 스틸스틱(400) 중 어느 하나를 선택적으로 결합하느냐에 따라 연소가스의 배출량과 배출속도가 결정되고, 이에 따라 연소가스의 배출량에 따른 쇳물에 포함되는 탄소함량이 조절되는 것이다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 필터링 결합공정(S50)은 전술한 상기 배출공 형성공정을 통해 상기 소실모형물 본체(100)의 일측에 형성된 배출공(410)으로 외부 이물질, 주물사(S)가 유입되지 못하도록 방지하여 주물제품의 완성시 품질향상을 도모하고, 소실모형물 본체(100)의 소실에 따라 발생되는 연소가스와 내부공기는 주물사(S)가 채워져 있는 주물통(1) 외부로 배출되도록 필터(600)를 안치결합하는 공정이다. 여기서, 상기 필터(600)의 메쉬에 따라 연소가스의 배출량의 조절이 일부 가능하여 배출공(410)과 함께 쇳물에 포함될 탄소함량의 조절이 가능한 것이다. 한편, 상기 필터(600)는 부직포로 형성된 필터 또는 스텐망으로 형성되는 것이 바람직하다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 소실모형물 안치공정(S60)은 함체 형상으로 형성되어 내부 바닥과 사방 벽면에 기밀을 유지하고, 일측으로 진공흡입구(2)가 형성된 주형통(1)을 구비한다. 그리고, 상기 주형통(1) 바닥에 주물사(S)를 일정높이로 채운다. 이후, 바이브레이터(3)로 주형통(1)을 진동시켜 주물사(S)가 진동에 의해 서로 밀착되어 단단하고 평탄하게 다져진다. 이후, 배출공(410)이 형성된 상기 소실모형물 본체(100)를 바닥의 주물사(S)에 균형이 유지되게 안치시킨 다음 상기 소실모형물 본체(100)와 배출공(410)보다는 수직으로 높게 돌출되고 쇳물에 의해 소실되면서 쇳물의 주입통로로 형성되는 소실통로(202)를 기밀유지하여 안착시키는 공정이다. 여기서, 쇳물이 주입되는 소실통로(202)의 기밀을 유지함으로써, 주물사(S) 등의 외부 이물질이 소실모형물 본체(100)로의 침투를 방지하여 제품의 균질성을 높이고 불량의 최소화가 가능하다.
도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 채움다짐공정(S70)은 상기 주형통(1)에 소실모형물 본체(100)를 안치시킨 상태에서 소실모형물 본체(100)와 배출공(410)보다는 높고 소실통로(202)보다는 낮은 높이를 가지도록 주물사(S)를 상기 주형통(1)에 채워준다. 다음으로, 주형통(1)의 상부에 소실통로(202)의 상단부분만 주물사(S)의 상방으로 노출되도록 한 후, 기밀유지와 상기 주물사(S) 채움을 거친 주형통(1)의 하부에 형성된 진공흡입구(2)에 진공펌프(P)의 진공호스(H)를 연결한 다음 상기 진공펌프(P)를 가동시켜 주형통(1) 내부에 채워진 주물사(S)를 단단하게 다져주는 공정이다.
도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 쇳물주입공정(S80)은 전술한 상기 주물사 채움다짐공정를 완료한 후, 진공펌프(P)를 계속적으로 가동시키는 상태에서 주물사(S) 상부로 노출된 소실통로(202) 상단에 쇳물을 부어 쇳물이 소실통로(202)와 그에 연결된 채 주물사(S)에 묻혀있는 상기 소실모형물 본체(100) 전체를 소실시키면서 그것들이 차지하고 있던 공간에 쇳물이 충진되게 하는 공정이다.
상기 탄소함량조절공정(S90)은 상기 주물사 채움다짐공정에서부터 쇳물주입공정이 진행되는 동안은 물론이고 상기 쇳물주입공정이 완료된 후 주입된 쇳물이 완전히 굳은 상태가 될 때까지 계속적으로 진공펌프(P)를 가동시켜 소실통로(202) 및 소실모형물 본체(100)가 쇳물에 의해 소실될 때 발생되는 연소가스가 도형제층(500)의 미세공극(502)을 통해 미세배출되고, 상기 배출공(410)을 통해 연소가스의 배출을 제어하여 쇳물에 포함되는 탄소함량을 조절하는 공정이다. 여기서, 상기 배출공(410)을 통해 연소가스의 배출이 제어됨으로써, 전술한 쇳물주입공정에서 소실통로(202)를 통해 쇳물 주입시, 연소가스가 소실통로(202)로 역배출되어 쇳물의 주입되지 않고 정체된 현상이나, 외부로 연소가스의 배출에 따른 튀어오름 현상으로 인한 작업자의 안전성 저해를 방지하는 것이다.
도 2h에 도시된 바와 같이, 상기 분리공정(S100)은 전술한 상기 탄소함량조절공정을 완료한 후 주형통(1)의 주물사(S)를 주물사 수거탱크(도시없음)로 옮기고 이어서 주형통(1)을 뒤집어 쏟아내어 주물사(S)와 주물(C)을 분리하는 공정으로, 분리된 주물사(S)는 다시 재활용되고, 주물(C)은 제품으로 완성되기 위해 후술되는 주물완성공정으로 옮겨진다.
도 2i에 도시된 바와 같이, 상기 주물완성공정(S110)은 전술한 상기 분리공정에서 분리되어 옮겨진 주물(C)에 상기 소실통로(202) 대신 주물(C)에 붙어있는 불필요한 부분을 제거하는 후처리 작업으로 주물(C)을 완성하는 공정이다. 즉, 주물완성공정은 제품의 최종 완제품 상태로 제작되는 공정이다.
이와 같은 본 발명의 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법은 상기 배출공(410)을 통해 소실모형물 본체(100)의 소실에 따른 연소가스의 배출량을 조절하여 금속의 탄소함량의 조절이 가능하고, 스테인레스스틸 및 주강 등 금속내 탄소함량에 의해 기계적 성질과 품질이 좌우되는 제품의 생산과 재료특성의 한계를 극복할 수 있는 것이다. 즉, 종래에는 탄소함량에 큰 영향이 없는 단순히 주철에 의한 제품의 생산만이 가능하였으나, 본 발명의 소실모형주조방법을 통해 종래의 소실모형주조방법으로는 생산하지 못한 스테인레스스틸 및 주강 등 탄소함량이 비교적 적은 주물 제품의 생산이 가능한 것이다.
한편, 본 발명의 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조금형은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 소실모형물 본체(100), 용탕주입부(200), 배출공결합부(300), 스틸스틱(400), 도형제층(500), 필터(600)으로 구성된다.
상기 소실모형물 본체(100)는 앞서도 언급한 바와 같이, 발포폴리스티렌(EPS; Expandable Polystyrene)이나 폴리메사크릴(PMMA)로 다양한 산업용품의 모형으로 형성된다. 즉, 어느 분야에 사용될 것인지에 따라 모터, 밸브, 자동차 엔지부품 등 다양한 산업용품의 모형으로 형성된 것으로, 소실모형물 본체(100)를 내부가 비워진 형상으로 형성하여 소실시 탄소발생량이 최소화되도록 형성된다.
상기 용탕주입부(200)는 전술한 상기 소실모형물 본체(100) 하부 일측에 연결되어 상향돌출 형성되고, 쇳물이 주입되어 상기 소실모형물 본체(100)을 소실시켜 소실통로(202)가 형성되도록 구비된다. 여기서, 상기 용탕주입부(200)는 앞서 상술한 소실모형물 주조방법에서 주물통(1)에 채워지는 주물사(S)의 침투를 방지하도록 주물사보다 상향돌출되어 기밀이 유지되는 것이 바람직하다.
상기 배출공결합부(300)는 상기 소실모형물 본체(100) 상부 타측에 상향돌출되어 일체로 적어도 하나 이상 형성된다. 그리고, 쇳물이 주입되어 상기 소실모형물 본체(100)을 소실시킬 경우 발생되는 연소가스가 후술되는 스틸스틱(400)의 배출공(410)으로 배출되도록 스틸스틱(400)이 결합된다.
상기 스틸스틱(400)은 상기 배출공결합부(300)에 상향돌출되게 결합되고, 상기 소실모형물 본체(100)의 연소시 발생되는 배출가스의 배출량을 조절하도록 내부에 배출공(410)이 관통형성되는 것으로, 적어도 하나 이상 마련된다. 여기서, 상기 배출공(410)은 상광하협, 상협하광, 상하동일 직경의 다양한 형태를 취할 수 있다. 즉, 연소가스의 배출량이 빠른시간내에 배출되어 쇳물에 탄소함량이 적게 하기 위해서는 상광하협의 배출공 형상 또는 상하동일 직경의 배출공 형상을 선택함으로써, 소실모형물 본체(100) 내에 연소가스가 머무는 시간이 짧게하고, 쇳물에 탄소함량이 높게 하기 위해서는 상협하광의 배출공 형상을 선택하여 연소가스의 배출속도를 느리게 하여 소실모형물본체 내에 연소가스가 머무는 시간이 오래되도록 하는 것이다.
상기 도형제층(500)은 상기 소실모형물 본체(100) 내외면 및 스틸스틱(400) 외연을 따라 도포되고, 상기 소실모형물 본체(100)가 쇳물의 주입에 따라 소실시 발생되는 연소가스가 미세배출되도록 다수의 미세공극(502)이 형성된다. 여기서, 상기 도형제층(500)은 물과 점토, 내화분말, 인조규사분말, 인조사, 수용성 접착제 등을 혼합하여 액상으로 제조한 후, 상기 소실모형물 본체(100)를 액상의 도형제에 침지시킨 후, 건조함으로써, 상기 도형제층(500)이 형성되는 것이다.
상기 필터(600)는 상기 스틸스틱(400)의 배출공(410)의 개방된 상부로 주물통의 주물사가 유입되는 것을 방지하고, 상기 소실모형물 본체(100)가 쇳물의 주입에 따라 소실시 발생되는 연소가스가 배출공(410)에 의해 조절되면서 외부로 배출되도록 마련된 것이다. 여기서, 상기 필터(600)는 작업자가 다양한 메쉬를 가진 부직포의 선택에 따라 전술한 배출공(410)과 부직포필터의 메쉬에 따라 연소가스의 배출량이 일부 조절되거나, 부직포 이외에 스텐망으로 구성하여도 바람직하다.
따라서, 상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 소실모형주조금형을 통해 전술한 본 발명의 소실모형주조방법으로 다양한 산업분야의 제품생산이 가능하고, 주철 이외에 종래에 연소가스의 배출량이 제어되지 못해 생산이 불가능하였던 스테인레스, 주강 등으로 형성된 산업분야의 제품생산이 가능한 것은 자명한 것이다.
또한, 상기와 같은 배출공을 통한 연소가스의 배출량 제어가 가능하여 도 6에 도시된 바와 같은 두께가 두꺼워 내부에 중공을 형성한 제품의 주물 생산이 가능하다. 즉, 종래에는 내부에 중공이 형성된 제품의 주물생산시, 중공 내부에 배출되는 배출가스의 배출이 완전하게 배출이 불가능하여 주물완성 후, 중공 내부에 잔존하는 연소가스가 급격히 수축하고, 이에 따라 외부와 내부에 압력차가 발생되어 제품의 형상이 뒤틀어지는 등의 문제로 인해 중공의 주물제품 생산의 어려움과 불량률의 증가하였으나, 본 발명의 배출공(410)을 형성함에 따라 중공을 형성한 주물제품을 생산시, 내부에 중공이 형성되어도 중공에 가득 차있는 연소가스를 즉시 배출공(410)을 통해 배출함으로써, 주물완성공정에서의 내부와 외부 압력차이가 발생되지 않아 원하는 형태의 중공이 형성된 주물제품의 생산이 가능한 것이다.
이상에서는 본 발명을 하나의 실시예로서 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않고, 기술사상 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 수정이 가능함은 명백한 것이며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.
S10 : 소실모형물 제작준비공정 S20 : 스틸스틱 결합공정
S30 : 도형제 도포건조공정 S40 : 배출공 형성공정
S50 : 필터링 결합공정 S60 : 소실모형물 안치공정
S70 : 주물사 채움다짐공정 S80 : 쇳물주입공정
S90 : 탄소함량조절공정 S100 : 분리공정
S110 : 주물완성공정 1 : 주형통
2 : 진공흡입구 3 : 바이브레이터
S : 주물사 P : 펌프
C : 주물 H : 진공호스
100 : 소실모형물 본체
200 : 용탕주입부 202 : 소실통로
300 : 배출공결합부 400 : 스틸스틱
410 : 배출공 500 : 도형제층
502 : 미세공극 600 : 부직포필터

Claims (4)

  1. 모형금형을 이용하여 제조하고자 제품을 발포폴리스티렌(EPS; Expandable Polystyrene)이나 폴리메사크릴(PMMA)로 소실모형물 본체(100)를 내부가 비워진 형상으로 형성하여 소실시 탄소발생량이 최소화되도록 제작준비하는 소실모형물 제작준비공정(S10)과;
    상기 소실모형물 본체(100)의 일측에 배출공(410)이 형성된 스틸스틱(400)을 꽂는 스틸스틱 결합공정(S20)과;
    상기 스틸스틱(400)이 결합된 상기 소실모형물 본체(100)를 도형제 저장탱크에 침지시켜 소실모형물 본체(100)의 내,외면 전체에 도형제를 도포시키고, 응달진 곳에서 상기 소실모형물 본체(100)의 내,외면 전체에 도포된 도형제를 건조시켜 도형제층(500)이 형성되는 도형제 도포건조공정(S30)과;
    상기 도형제 도포건조공정를 거침과 동시에 형성된 것으로, 상기 소실모형물 본체(100)의 일측에 결합된 스틸스틱(400)의 결합을 통해 소실모형물 본체(100)의 소실에 따라 발생되는 연소가스가 상기 스틸스틱(400)의 배출공(410)으로 배출량이 조절되며 배출되도록 상기 소실모형물 본체(100)와 스틸스틱(400)이 연통되는 배출공 형성공정(S40)과;
    상기 배출공 형성공정을 통해 상기 소실모형물 본체(100)의 일측에 형성된 배출공(410)으로 외부 이물질, 주물사가 유입되지 못하고, 공기는 배출되는 필터(600)를 안치결합하는 필터링 결합공정(S50)과;
    함체 형상으로 형성되어 내부 바닥과 사방 벽면에 기밀을 유지하고, 일측으로 진공흡입구(2)가 형성된 주형통(1)에 주물사(S)를 바닥에 일정높이로 깔아 바이브레이터(3)로 주형통(1)을 진동시켜 주물사(S)가 진동에 의해 서로 밀착되어 단단하고 평탄하게 다져지고, 배출공(410)이 형성된 상기 소실모형물 본체(100)를 바닥의 주물사(S)에 균형이 유지되게 안치시킨 다음 상기 소실모형물 본체(100)보다는 수직으로 높게 돌출되고 쇳물에 의해 소실되면서 쇳물의 주입통로로 형성되는 소실통로(202)를 기밀유지하여 안착시키는 소실모형물 안치공정과(S60);
    상기 주형통(1)에 소실모형물 본체(100)를 안치시킨 상태에서 소실모형물 본체(100)와 배출공(410)보다는 높고 소실통로(202)보다는 낮은 높이를 가지도록 주물사(S)를 상기 주형통(1)에 채워준 다음 주형통(1)의 상부에 소실통로(202)와 배출공(410)의 상단부분만 주물사(S)의 상방으로 노출되도록 한 후, 기밀유지와 상기 주물사(S) 채움을 거친 주형통(1)의 하부에 형성된 진공흡입구(2)에 진공펌프(P)의 진공호스(H)를 연결한 다음 상기 진공펌프(P)를 가동시켜 주형통(1) 내부에 채워진 주물사(S)를 단단하게 다져주는 주물사 채움다짐공정(S70)과;
    상기 주물사 채움다짐공정를 완료한 후, 진공펌프(P)를 계속적으로 가동시키는 상태에서 주물사(S) 상부로 노출된 소실통로(202) 상단에 쇳물을 부어 쇳물이 소실통로(202)와 그에 연결된 채 주물사(S)에 묻혀있는 상기 소실모형물 본체(100) 전체를 소실시키면서 그것들이 차지하고 있던 공간에 충진되게 하는 쇳물주입공정(S80)과;
    상기 주물사 채움다짐공정에서부터 쇳물주입공정이 진행되는 동안은 물론이고 상기 쇳물주입공정이 완료된 후 주입된 쇳물이 완전히 굳은 상태가 될 때까지 계속적으로 진공펌프(P)를 가동시켜 소실통로(202) 및 소실모형물 본체(100)가 쇳물에 의해 소실될 때 발생되는 연소가스가 도형제층(500)의 미세공극(502)을 통해 미세배출되고, 상기 배출공(410)을 통해 연소가스의 배출을 제어하여 쇳물에 포함되는 탄소함량을 조절하는 탄소함량조절공정(S90)과;
    상기 탄소함량조절공정을 완료한 후 주형통(1)의 주물사(S)를 주물사 수거탱크(도시없음)로 옮기고 이어서 주형통(1)을 뒤집어 쏟아내어 주물사(S)와 주물(C)을 분리하는 분리공정(S100)과;
    상기 분리공정에서 분리된 주물(C)에 상기 소실통로(202) 대신 주물(C)에 붙어있는 불필요한 부분을 제거하는 후처리 작업으로 주물(C)을 완성하는 주물완성공정(S110);으로 상기 배출공(410)을 통해 소실모형물 본체(100)의 소실에 따른 연소가스의 배출량을 조절하여 금속의 탄소함량의 조절이 가능하고, 스테인레스스틸 및 주강 등 금속내 탄소함량에 의해 기계적 성질과 품질이 좌우되는 제품의 생산과 재료특성의 한계를 넘어서도록 구성한 것을 특징으로 하는 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스틸스틱(400)은 파이프형태로 형성되어 내부에 배출공(410)을 형성하되, 상기 배출공(410)은 소실모형물 본체의 소실에 따른 연소가스의 배출량이 조절되도록 상협하광, 하협상광의 직경 내지 상하동일 직경 중 어느 하나가 선택적으로 연통된 것을 특징으로 하는 탄소함량의 조절이 가능한 소실모형주조방법.
  3. 발포폴리스티렌(EPS; Expandable Polystyrene)이나 폴리메사크릴(PMMA)로 외형의 형상을 유지하면서 내부가 비워진 형상으로 형성된 소실모형물 본체(100)와;
    상기 소실모형물 본체(100) 하부 일측에 수평수직으로 연결되어 상향돌출형성되고, 쇳물이 주입되어 상기 소실모형물 본체(100)을 소실시켜 소실통로(202)가 형성되도록 구비된 용탕주입부(200)와;
    상기 소실모형물 본체(100) 상부 타측에 상향돌출되어 일체로 형성되고, 쇳물이 주입되어 상기 소실모형물 본체(100)을 소실시킬 경우 발생되는 연소가스가 배출되도록 구비된 적어도 하나 이상의 배출공결합부(300)와;
    상기 배출공결합부(300)에 상향돌출되게 결합되고, 상기 소실모형물 본체(100)의 연소시 발생되는 배출가스의 배출량을 조절하도록 내부에 배출공(410)이 관통형성된 적어도 하나 이상의 스틸스틱(400)과;
    상기 소실모형물 본체(100) 내외면 및 스틸스틱(400) 외연을 따라 도포되고, 상기 소실모형물 본체(100)가 쇳물의 주입에 따라 소실시 발생되는 연소가스가 미세배출되도록 다수의 미세공극(502)이 형성되는 도형제층(500)과;
    상기 스틸스틱(400)의 배출공(410)의 개방된 상부로 주물통의 주물사가 유입되는 것을 방지하고, 상기 소실모형물 본체(100)가 쇳물의 주입에 따라 소실시 발생되는 연소가스가 배출공(410)에 의해 조절되면서 외부로 배출되도록 마련된 필터(600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 소실모형주조금형.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 배출공(410)은 소실모형물 본체(100)의 소실에 따른 연소가스의 배출량이 조절되도록 상협하광, 하협상광의 직경 내지 상하동일 직경 중 어느 하나가 선택적으로 연통된 것을 특징으로 하는 소실모형주조금형.
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