KR20200069417A - 주조 방법 및 금형 - Google Patents

Abstract

주조 방법은 금형을 예비가열하는 단계; 용융 금속을 금형의 공동 내로 주입하는 단계; 금형을 냉각 탱크 내에 침지하여, 공동 내의 용융 금속이 응고되어 주조품을 형성하는 단계; 및 금형을 냉각 탱크 외부로 이동시키고, 금형을 개방하여 주조품을 취출하는 단계를 포함한다.

Description

주조 방법 및 금형{CASTING METHOD AND METAL MOLD}

본 발명은 주조 방법 및 금형에 관한 것으로서, 상세하게는, 다량의 냉각액으로 금형을 냉각시켜, 급속히 주조품을 응고시키는 것을 포함하는 주조 방법에 관한 것이다.

주조 중 용융 금속의 보다 급속한 냉각 속도는 금속의 보다 미세한 결정과 보다 우수한 기계적 성질을 의미한다. 따라서, 주조 중에 용융 금속을 급속하게 냉각시키기 위한 다양한 수단이 사용된다. 예를 들어, 미국 특허 7,216,691 B2는 "몰드-제거 주조 방법 및 장치"를 개시하며, 여기서 물을 사용하여 모래 주형을 세척하여, 용융 금속을 급속히 냉각시킴으로써, 주조품이 종래의 모래 주형보다 보다 우수한 기계적 물성을 갖는다. 다만, 세척 속도가 매우 잘 제어되어야 한다. 그렇지 않으면, 주조품이 형성되기 전에 모래 주형이 세척되고, 폭발이 야기될 수 있다.

급냉을 요구하는 것 이외에, 주조 중에 응고 방향을 고려하여, 수축 없는 주조품을 얻는다. 예를 들면, 대만 특허 제 M498069호는 "방향성 응고 주형"을 개시하며, 이는 설계-결합형 주형으로서, 용융 금속을 방향성을 갖도록 응고시켜, 수축 없는 주조품을 수득한다. 대만 특허 공개 제 425317호는 "급속한 공구 주조품의 전처리 냉각수 채널의 형성 방법"을 개시하며, 이는 금형과 냉각수 채널 주조를 통해 제조되어, 냉각수 채널은 냉각을 위해 주조품의 외관과 협력할 수 있다. 그러나, 이러한 냉각수 채널은 모두 폐쇄형이기 때문에, 이러한 실행 모두가 복잡하다.

따라서, 전술한 문제를 해결하도록 주조 방법 및 금형이 제공될 필요가 있다.

본 발명의 목적은 다량의 냉각액으로 금형을 냉각시켜, 급속히 주조품을 응고시키는 주조 방법을 제공하고자 한다.

전술한 목적에 따라, 본 발명은 금형을 예비가열하는 단계; 용융 금속을 금형의 공동(cavity) 내로 주입하는 단계; 금형을 냉각 탱크 내에 침지하여, 공동 내의 용융 금속이 응고되어 주조품을 형성하는 단계; 및 금형을 냉각 탱크 외부로 이동시키고, 금형을 개방하여 주조품을 취출하는 단계를 포함하는 주조 방법을 제공한다.

본 발명은 함께 탈착가능하게 고정된 제 1 주형체 및 제 2 주형체를 포함하며, 공동이 제 1 주형체 및 제 2 주형체 사이에 형성되며; 및 금형의 외부면에 배치된 개방형 냉각 채널을 포함하며, 개방형 냉각 채널의 외관은 공동의 외관에 대응하는 금형을 추가로 제공한다.

본 발명의 주조 방법에 따르면, 첫째로, 금형을 다량의 냉각액으로 냉각하여 주조품이 급격하게 응고되어 양호한 기계적 성질을 얻는다. 둘째로, 개방형 냉각 채널을 주조품의 형상에 따라 금형 내에서 가공하여, 주조품의 응고 방향을 제어할 수 있다. 셋째로, 주조품의 형상에 따라 용융 금속의 냉각 속도 및 응고 방향을 제어하기 위해, 종래 기술의 폐쇄형 냉각수 채널은 금형의 냉각수 채널을 제조하기 위한 복잡한 공정을 요구하기 때문에, 본 발명의 개방형 냉각 채널은 종래 기술의 폐쇄형 냉각수 채널의 전술한 문제점을 회피한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주조 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형의 개략적인 3 차원 도면으로서, 공동을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형의 개략적인 3 차원 도면으로서, 용융 금속을 주입하는 것을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형 및 냉각 탱크의 개략적인 3 차원 도면으로서 금형을 냉각 탱크에 바로 침지하는 것을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금형 및 냉각 탱크의 개략적인 단면도로서, 금형이 이미 냉각 탱크에 침지되어있는 것을 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 금형 및 냉각 탱크의 개략적인 단면도로서, 금형이 이미 냉각 탱크에 침지되어있는 것을 도시한다.
도 7은 도 5의 절단선 A-A를 따른 금형 및 냉각 탱크의 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형 및 냉각 탱크의 개략적인 3 차원 도면으로서, 금형이 냉각 탱크로부터 이동되는 것을 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조품의 개략적인 3 차원 도면이다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 관련 실시예를 이하에서 상세하게 설명하여, 본 발명의 전술한 목적, 특징 및 특성을 보다 명확하고 용이하게 이해할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 주조 방법의 흐름도이다. 본 발명의 주조 방법은 주조품을 급속하게 냉각할 수 있는 주조 방법이다. 주조 방법은 하기의 단계를 포함한다.

도 2를 참조하면, S10 단계는: 금형(1)을 제공한다. 금형(1)은 영구 주형으로 지칭될 수 있다. 금형(1)은 제 1 주형체(11), 제 2 주형체(12) 및 개방형 냉각 채널(13)을 포함한다. 제 1 주형체(11)와 제 2 주형체(12)는 함께 착탈 가능하게 고정되고, 공동(14)은 제 1 주형체(11) 및 제 2 주형체(12) 사이에 형성된다. 제 1 주형체(11) 및 제 2 주형체(12)는 탄소강 재료로 제조될 수 있다. 개방형 냉각 채널(13)은 금형(1)의 외부면(10)에 배치된다. 금형(1)은 스프루(sprue)(15), 적어도 하나의 라이저(riser)(16), 위치설정 장치(positioning element)(17), 고정 장치(fastening element)(18) 및 현수 장치(hanging element)(19)를 추가로 포함한다. 스프루(15)는 공동(14)과 연통되어 용융 금속, 예를 들어 알루미늄 합금의 용융 금속을 주입하는데 사용된다. 라이저(16) 또한 공동(14)과 연통되어, 스프루(15)와 동일면에 위치한다. 라이저(16)는 공동(14) 위에 또는 공동(14)의 측면에 부가적으로 배치된 보충 채널로서, 주조품이 결함을 갖는 것을 방지한다. 예를 들어, 라이저의 주형 공동은 용융 금속을 저장하기 위한 빈 공동이며, 주조품이 형성될 때 용융 금속을 보충하고, 수축 및 분산 수축을 방지하며, 공기를 배출하고, 슬래그를 수집하는 기능을 가지며, 공급용으로 주로 사용된다.

위치설정 장치(17)(예를 들어, 2 개의 위치설정 구멍과, 2 개의 위치설정 구멍에 대응하도록 조립된 2 개의 위치설정 핀)를 사용하여, 제 1 주형체(11)와 제 2 주형체(12)의 위치를 설정한다. 고정 장치(18)(예를 들어, 패스너(fastner)와 버클(buckle))를 사용하여, 제 1 주형체(11)와 제 2 주형체(12)를 함께 고정함으로써, 금형(1)이 냉각액의 증기압에 의해 흐트러지는 것을 방지한다. 현수 장치(19)를 사용하여, 제 1 주형체(11)와 제 2 주형체(12)를 현수한다.

S20 단계는: 금형(1)을 예비가열한다. 용융 금속(2)이 알루미늄 합금인 예시를 사용한다. 금형(1)을 약 300 ℃ 내지 400 ℃의 적당한 온도로 예비가열하여, 공동(14)을 채우는 과정에서, 용융 금속(2)이 급속히 응고하는 것을 방지한다.

도 3 및 도 2를 참조하면, S30 단계는: 용융 금속(2)을 금형(1)의 공동(14)에 주입한다.

도 4 및 도 5를 참조하면, S40 단계는: 금형(1)의 외부면의 적어도 일부를 냉각액(31)에 접촉시켜, 공동(14) 내의 용융 금속(2)을 응고시켜 주조품(2')를 형성한다. 본 실시예에서는 금형(1)을 냉각 탱크(3) 내에 침지하고, 냉각액(31), 예를 들면 물을 냉각 탱크(3) 내에 수용하고, 냉각 탱크(3) 내의 냉각액(31)의 온도를 냉각액(31)의 비등점 아래로 제어하여, 냉각액(31)이 금형(1)에 접촉하여 증발된 후, 냉각액(31)의 부피나 액체 수위가 불충분하여 냉각 효율이 저하되는 것을 회피할 수 있다. 다시 도 5를 참조하면, 본 실시예에서, 냉각 탱크(3)가 충분한 부피를 가질 때, 냉각액(31)은 정지 상태로 냉각 탱크(3)에 위치되고, 냉각하기에 충분해야한다. 대안적으로, 도 6을 참조하면, 다른 실시 예에서, 냉각 탱크(3)의 냉각액(31)이 충분한 부피를 갖지 않을 때, 냉각을 위해 냉각액(31)은 동적 상태로 냉각 탱크(3)의 내/외로 유동한다. 금형(1)이 냉각 탱크(3) 내에 침지될 때, 스프루(15)와 라이저(16)는 냉각액(31)의 액상면으로부터 노출된다. 다른 실시예에서, 냉각액(31)이 냉각 탱크(3)에 수용될 필요는 없으나, 금형(1)과 직접 접촉하도록 직접 보충되며, 예를 들어, 분무 방식으로 연속적으로 보충되어, 냉각 효율을 유지한다.

도 7을 참조하면, 금형(1)의 개방형 냉각 채널(13)은 금형(1)의 외부면(10)에 배치된다. 금형(1)의 외부면(10)에 주조품(1)의 외관에 따라 개방형 냉각 채널(13)을 가공할 수 있다. 개방형 냉각 채널(13)의 외관은 공동(14)의 외관에 대응하여, 공동(14) 내의 용융 금속이 적절한 냉각 속도 및 적절한 방향으로 응고하여, 주조품(2')을 형성한다. 예를 들어, 공동(14)은 제 1 리세스부(141)를 포함하고, 개방형 냉각 채널(13)은 제 2 리세스부(131)를 포함하며, 제 2 리세스부(131)는 제 1 리세스부(141)에 대응하여, 개방형 냉각 채널(13)의 외관이 공동(14)의 외관에 대응한다.

도 8을 참조하면, S50 단계는: 대부분의 냉각액(31)으로부터 금형(1)을 분리하고, 금형(1)을 개방하여 주조품(2')을 취출한다. 본 실시예에서, 도 9에 도시한 바와 같이, 금형(1)을 냉각 탱크(3)로부터 이동시켜, 금형(1)을 냉각액(31)으로부터 분리한 다음, 금형(1)을 개방하여 주조품(2')을 취출한다.

본 발명의 주조 방법에 따르면, 첫째로, 금형을 다량의 냉각액으로 냉각하여 주조품이 급격하게 응고되어 양호한 기계적 성질을 얻는다. 둘째로, 개방형 냉각 채널을 주조품의 형상에 따라 금형 내에서 가공하여, 주조품의 냉각 속도와 응고 방향을 제어할 수 있다. 셋째로, 주조품의 형상에 따라 용융 금속의 냉각 속도 및 응고 방향을 제어하기 위해, 종래 기술의 폐쇄형 냉각수 채널은 금형의 냉각수 채널을 제조하기 위한 복잡한 공정을 요구하기 때문에, 본 발명의 개방형 냉각 채널은 종래 기술의 폐쇄형 냉각수 채널의 전술한 문제점을 회피한다.

전술한 바에 따라, 본 발명의 창출 이점은: 첫째로, 주조품을 급속하게 응고하여, 주조품의 결정이 보다 미세하며, 보다 우수한 기계적 성질을 얻으며, 제품의 부가가치를 개선할 수 있으며; 둘째로, 냉각수 채널을 주조품의 형상에 따라 용이하게 가공하며, 주조품의 응고 방향을 제어하고, 불량율을 낮출 수 있으며; 셋째로, 종래 기술의 폐쇄형 냉각수 채널의 문제점을 회피하고, 주형 가공 비용을 절감 할 수 있다.

결론적으로, 본 발명의 문제점을 제시하고 해결하기 위해 사용되는 기술적 수단의 바람직한 구현예 또는 실시예만을 설명하였으나, 본 발명의 특허 구현의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 본 발명의 청구 범위를 따르거나 본 발명의 청구 범위에 따라 이루어진 임의의 균등한 변경 및 수정 모두는 본 발명의 청구범위에 포함되어야 한다.

1: 금형(metal mold)
10: 외부면( outer surface)
11: 제 1 주형체(first mold body)
12: 제 2 주형체(second mold body)
13: 개방형 냉각 채널(open cooling channel)
131: 제 2 리세스부(second recess portion)
14: 공동(cavity)
141: 제 1 리세스부(first recess portion)
15: 스프루( sprue)
16: 라이저(riser)
17: 위치설정 장치(positioning element)
18: 고정 장치(fastening element)
19: 현수 장치(hanging element)
2: 용융 금속(molten metal)
2': 주조품( casting)
3: 냉각 탱크(cooling tank)
31: 냉각액( cooling liquid)
S10 내지 S50: 단계(step)

Claims (11)

1. 금형을 예비가열하는 단계;
   용융 금속을 상기 금형의 공동(cavity) 내로 주입하는 단계;
   상기 금형을 냉각 탱크 내에 침지하여, 상기 공동 내의 용융 금속이 응고되어 주조품을 형성하는 단계; 및
   상기 금형을 상기 냉각 탱크 외부로 이동시키고, 상기 금형을 개방하여 상기 주조품을 취출하는 단계를 포함하는 주조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각 탱크 내에 냉각액이 수용되며, 상기 냉각액의 온도는 상기 냉각액의 비등점 아래로 제어되는 주조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉각액은 정지 상태로 냉각 탱크 내에 위치되거나, 동적 상태로 상기 냉각 탱크 내/외로 유동하는 주조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 금형은 스프루(sprue)를 포함하며, 상기 스프루는 상기 공동과 연통되고, 상기 금형이 상기 냉각 탱크 내에 침지될 때, 상기 스프루는 상기 냉각액의 액상면으로부터 노출되는 주조 방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 금형은 추가로 적어도 하나의 라이저(riser)를 포함하며, 상기 라이저도 상기 공동과 연통되고 상기 스프루와 동일면에 위치되며, 상기 금형이 상기 냉각 탱크 내에 침지될 때, 상기 스프루도 상기 냉각액의 액상면으로부터 노출되는 주조 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 금형은 추가로 상기 금형의 외부면에 배치된 개방형 냉각 채널을 포함하며, 상기 개방형 냉각 채널의 외관은 상기 공동의 외관에 대응되어, 상기 공동 내의 용융 금속이 적절한 냉각 속도 및 적절한 방향으로 응고되어, 상기 주조품을 형성하는 주조 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 공동은 제 1 리세스부(recess portion)를 포함하고, 상기 개방형 냉각 채널은 제 2 리세스부를 포함하며, 상기 제 2 리세스부는 상기 제 1 리세스부에 대응하는 주조 방법.
8. 용융 금속이 주입되는 공동을 갖는 금형의 외부면의 적어도 일부를 냉각액과 접촉시켜, 상기 공동 내의 용융 금속이 응고되어 주조품을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 냉각액의 온도가 제어되거나, 상기 냉각액이 연속적으로 보충되는 주조 방법.
9. 제 8 항의 주조 방법이 적용 가능한 금형으로서, 상기 금형은:
   함께 탈착가능하게 고정된 제 1 주형체 및 제 2 주형체를 포함하며, 공동이 상기 제 1 주형체 및 제 2 주형체 사이에 형성되며; 및
   상기 금형의 외부면에 배치된 개방형 냉각 채널을 포함하며, 상기 개방형 냉각 채널의 외관은 상기 공동의 외관에 대응하는 금형.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공동은 제 1 리세스부를 포함하고, 상기 개방형 냉각 채널은 제 2 리세스부를 포함하며, 상기 제 2 리세스부는 상기 제 1 리세스부에 대응하는 금형.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 공동과 연통하는 스프루;
    상기 공동과 또한 연통하는 적어도 하나의 라이저;
    상기 제 1 주형체 및 제 2 주형체를 위치시키는데 사용되는 위치설정 장치;
    상기 제 1 주형체 및 제 2 주형체를 고정하는데 사용되는 고정 장치; 및
    상기 제 1 주형체 및 제 2 주형체를 현수하는데 사용되는 현수 장치를 추가로 포함하는 금형.
    
    
    

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