KR20070089744A - 소실모형주조법에 의한 주물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

소실모형을 사용한 주물제조방법에서 주탕시의 용탕의 흐름성을 손상시키지 않고 주탕온도를 내려, 결함이 없는 고품질의 주물제품을 저비용으로 제조하는 방법을 제공한다. 소실모형을 사용한 주물의 제조방법에서 주형에 건조사를 사용하고, 또한 소실모형으로서 발포모형을 사용하며, 게다가 1250℃에서 1330℃ 범위의 온도를 갖는 용탕을 주형의 탕구로부터 주탕하는 동시에, 통기로를 통해 주형을 감압하는 구성으로 하였다. 또한, 통기로를 통해 주형을 감압한 후, 통기로를 통해 주형을 더욱 가압하도록 하였다.

Description

소실모형주조법에 의한 주물의 제조방법{PROCESS FOR PRODUCING CAST METAL ACCORDING TO EVAPORATIVE PATTERN CASTING}

본 발명은, 회주철(gray cast iron), 연성주철(ductile cast iron) 등의 주철주물의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소실모형을 사용하여, 주물품질을 높이는 동시에 생산효율의 향상을 도모한 주물의 제조방법을 제공하는 것이다.

이형관(異形管, deformed fittings) 등의 주철제품을 제조하는 프로세스로서, 소실모형(foam pattern)을 사용한 주물제조방법이 많이 이용되고 있다.

소실모형을 사용한 주물제조방법에서는, 우선 발포수지(foamed resin)모형의 외부면에 도형(塗型)을 도포하고, 이를 제품 형(型)으로 하는 동시에 발포수지모형의 외부면에 도형을 도포한 탕도(湯道), 탕구(湯口), 주탕컵(pouring cup), 압탕부(feeder) 등을 형성하고, 이들을 조립하여 주물사의 속에 넣는다. 상기 주탕컵에 용탕을 공급하면, 용탕의 열에 의해 발포수지는 분해가스화되고, 용탕은 탕구로부터 탕도로 진행하여 발포수지모형에 도달한다. 용탕은 상기 발포수지모형을 열에 의해 분해가스화시켜 소실시키고, 발포수지모형이 존재하고 있던 공간에 충전되어 응고됨으로써 주물이 제조된다.

이와 같은 소실모형을 사용하여 주물을 제조하는 방법에서, 주물사로서 예컨대 프란 수지(fran resin)와 같은 바인더를 포함한 주물사를 사용하는 것을 일반적으로 풀 몰드(full mold) 주조법이라 부르며, 바인더를 사용하지 않는 주물사를 사용하는 것을 일반적으로 로스트 폼(lost foam) 주조법이라 부른다.

소실모형을 사용한 주조방법은, 주조설비비가 염가이기 때문에 수도관 등의 주조법으로서 채용되어 있다. 또한, 점결제(粘結劑)를 사용하지 않는 로스트 폼법을 채용했을 경우에는 폐사(waste sand)가 적다는 이점도 있다.

그러나, 소실모형을 사용하여 주물을 제조할 경우, 발포수지모형을 주형속에 넣은 채로 주탕하기 때문에, 발포수지모형이 분해될 때에 대량의 가스를 발생시키고, 이로 인해 용탕의 흐름성(fluidity of molten metal)이 악화된다는 문제가 있어, 이러한 문제를 해결하기 위해 주탕 온도를 높이는 등의 대응을 취할 필요가 있었다.

또한, 주탕 온도를 높임으로써 냉각하는 과정에서 체적의 수축이 일어나, 소위 「쉬링키지(shrinkage)」가 발생하기 때문에, 주형에 압탕을 설치하여 「쉬링키지」의 발생을 억제하는 등의 배려가 필요하게 되었다.

또한, 주형에 건조사(dry molding sand)를 사용하여, 주탕 온도를 높이면, 주탕 후 주물이 냉각되기까지의 시간이 길어져, 몰드를 해제(releasing the mold)하기까지의 시간이 길어진다는 문제가 있었다.

본 발명은, 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 극복하기 위해 이루어진 것으로서, 소실모형을 사용한 주물제조방법에서 주탕시의 용탕의 흐름성을 손상시키지 않고 주탕 온도를 내려, 「쉬링키지」, 「탕경(湯境)」 등의 결함이나, 「가스결함」이 없는 고품질의 주물제품의 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

또한, 주물의 냉각시간의 단축, 주물사의 반복사용, 용탕의 수율(yield) 향상 및 주형의 생산효율 향상 등에 의해, 생산성이 높은 주물제품의 제조방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본원 청구항 1에 관한 발명에서는, 소실모형주조법에 의한 주물의 제조방법으로서, 주형에 건조사를 사용하며 소실모형으로서 발포모형을 사용하고, 또한 1250℃에서 1330℃ 범위의 온도를 갖는 용탕을 주형의 탕구로부터 주탕하는 단계와, 주형을 감압하는 단계를 구비한 구성의 주물의 제조방법으로 하였다.

주탕 온도를 종래부터 행해지고 있는 주탕 온도보다 낮게 설정함으로써 세미솔리드 상태(semi-solid; 고체와 액체의 공존상태)에서의 주탕을 실현하고, 냉각시의 열팽창에 의한 체적의 수축량을 저감시켜, 「쉬링키지」등의 결함이 발생하는 것을 억제할 수 있게 된다. 또한, 주형을 감압함으로써, 주탕시에 발생하는 발포모형의 분해가스가 흡인되어 제품 내부에 가스를 끌어들이지 않게 되는 동시에, 용탕의 흐름성을 높일 수 있는 결과, 주물제품속에 「가스결함」이나 「탕경」 등의 결함이 발생하지 않도록 제어할 수 있어, 고품질의 주물제품의 제조방법을 제공할 수 있게 된다.

또한, 본원 청구항 2에 관한 발명에서는, 청구항 1에 기재된 소실모형주조법에 의한 주물의 제조방법에서의 주형을 감압하는 단계를, 주형 하방에 설치되어 주형에 연이어 통하는 구멍을 구비한 통기로 내부를 감압함으로써 달성되는 구성의 주물제조방법으로 하였다.

이러한 구성으로 함으로써, 주탕시에 발생하는 발포모형의 분해가스가 흡인되어 주물제품 내부에 가스를 끌어들이지 않게 되는데다가, 주형 하방으로부터 감압흡인되게 되기 때문에, 주형에 주탕된 용탕에는 하방으로 흡인하는 힘이 작용한다. 그 결과, 용탕이 주형의 하방으로 끌어당겨져, 용탕의 흐름성을 더욱 개선할 수 있게 된다.

또한, 본원 청구항 3에 관한 발명에서는, 청구항 2에 기재된 소실모형주조법에 의한 주물의 제조방법으로서, 상기 주형을 감압하는 단계 후, 더욱 주형을 가압하는 단계를 포함하며, 이들 단계가 상기 통기로 내부를 감압 및 가압함으로써 달성되는 구성으로 하였다.

이러한 구성으로 함으로써, 가압된 저온의 공기가 주형 내부를 흐르기 때문에, 주탕된 주형 전체의 냉각속도를 올릴 수 있게 되어, 몰드해제까지의 시간을 짧게 할 수 있다. 그 결과, 주물제품의 생산성을 높일 수 있게 된다.

또한, 본원 청구항 4에 관한 발명에서는, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 소실모형주조법에 의한 주물의 제조방법으로서, 주형을 감압하는 단계의 압력을 0.03Mpa에서 0.05Mpa의 진공압(vacuum pressure)인 구성으로 하였다.

주형을 감압하는 단계의 압력으로서 0.03Mpa에서 0.05Mpa의 진공압을 적용함으로써, 주탕시에 발생하는 발포모형의 분해가스가 가장 잘 흡인되고, 제품 내부에 가스를 끌어들이는 경우가 없어지는 동시에, 용탕의 흐름성도 높일 수 있다.

또한, 본원 청구항 5에 관한 발명에서는, 청구항 3 또는 4에 기재된 소실모형주조법에 의한 주물의 제조방법으로서, 주형을 감압하는 단계를 주탕 개시시로부터 주탕 완료시까지 계속하여, 주물온도가 주탕 완료시로부터 페라이트 - 펄라이트 (ferrite-pearlite)변태 온도로 저하될 때까지 상기 주형을 가압하는 단계를 계속하는 구성으로 하였다.

이러한 구성으로 함으로써, 몰드 해제까지의 시간을 더욱 짧게 할 수 있어, 주물제품의 생산성을 높일 수 있게 된다.

또한, 본원 청구항 6에 관한 발명에서는, 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 소실모형주조법에 의한 주물의 제조방법으로서, 주형이 점결제를 이용하지 않는 주물사로 형성된 구성으로 하였다.

이러한 구성으로 함으로써, 주물사의 반복사용이 가능해져, 주물제품의 생산성을 높일 수 있게 된다.

또한, 본원 청구항 7에 관한 발명에서는, 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 소실모형주조법에 의한 주물의 제조방법으로서, 발포모형의 재질이 PMMA이며, 그 발포배율이 40에서 50배인 구성으로 하였다.

이러한 구성으로 함으로써, 몰드가 변형에 견딜 수 있는 정도까지 강성(剛性)을 높일 수 있는 동시에, 가스 및 잔사(殘渣)의 발생이 적은 발포모형을 얻을 수 있어, 고품질의 주물제품을 생산할 수 있게 된다.

또한, 본원 청구항 8에 관한 발명에서는, 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 소실모형주조법에 의한 주물의 제조방법으로서, 발포모형의 전체면 또는 일부에 15Kgf/cm² 이상의 벤딩 강도를 갖는 도형을 도포한 구성으로 하였다.

이러한 구성으로 함으로써, 주물사와 용탕의 반응을 방지하여, 발포모형의 강성을 더욱 높일 수 있어, 고품질의 주물제품을 생산할 수 있게 된다.

또한, 본원 청구항 9에 관한 발명에서는, 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 소실모형주조법에 의한 주물의 제조방법으로서, 주형에 압탕부를 설치하지 않는 구성으로 하였다.

주형에 압탕부를 설치하지 않음으로써, 용탕의 수율이 향상되어, 주물제품의 생산성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본원 청구항 10에 관한 발명에서는, 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 소실모형주조법에 의한 주물의 제조방법으로서, 발포모형이 탕도, 게이트(gate), 제품부를 일체 성형한 것, 또는 이들의 일부를 따로 성형한 후, 접착에 의해 일체화하는 구성으로 하였다.

이러한 구성으로 함으로써, 주형의 생산효율이 향상되어, 주물제품의 생산성을 더욱 높일 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같은 수단을 취함으로써, 소실모형을 사용한 주물제조방법에서, 주탕시의 용탕의 흐름성을 손상시키지 않고 주탕온도를 내려, 「쉬링키지」,「탕경」 등의 결함이나 「가스결함」이 없는 고품질의 주물제품의 제조방법을 제공할 수 있게 된다.

또한, 주물의 냉각시간의 단축, 주물사의 반복사용, 용탕의 수율 향상 및 주형의 생산효율 향상 등에 의해, 생산성이 높은 주물제품의 제조방법을 제공하는 것을 가능하게 한다.

도 1은 세미솔리드 상태가 확립되는 온도조건을 확인하기 위한 시험장치의 개요를 나타낸 도면이다.

도 2는 세미솔리드 상태가 확립되는 온도조건을 확인하기 위한 시험에서, 세미솔리드 상태가 확인된 테스트 피스의 현미경에 의한 조직확대사진을 나타낸 도면이다.

도 3은 시험제작된 주철제 이형관의 사진을 나타낸 도면이다.

도 4는 주형을 가압 및 감압할 때의 구성을 나타낸 도면이다.

도 5는 주형의 감압을 실시한 주조법과, 감압을 실시하지 않은 주조법에 의한 주물제품의 인장 강도(tensile strength)를 비교하여 나타낸 도면이다.

주물제품의 제조공정에서, 주형에 주탕(注湯)할 때의 용탕의 온도는 최종 제품의 품질 및 제조 비용에 커다란 영향을 미친다. 종래 주물제품을 제조하는 경우, 일반적으로는 1450℃ 정도의 고온에서 주탕을 실시하였으나, 주탕할 때의 용탕의 온도는 용탕이 응고될 때의 열수축량, 용탕의 흐름성, 발포모형을 분해소실시키는 정도, 및 용해에 요구되는 전력 에너지를 좌우하는 요인이 된다.

주탕온도가 높으면, 용탕이 응고하여 냉각되는 과정에서 열팽창에 의해 발생 하는 체적의 수축이 커져, 「쉬링키지」가 발생하는 원인이 된다. 종래에는 압탕을 실시하여 상기 「쉬링키지」를 방지하도록 하였다. 주탕온도를 내려, 반(半)응고상태에 가까운 용탕, 즉 세미솔리드 상태의 용탕을 사용하여 주탕하면, 열팽창에 의한 체적의 수축량과 응고의 과정에서 생기는 흑연 석출과정에서의 체적의 팽창량이 거의 동일한 정도가 되고, 이들을 서로 상쇄할 수 있어, 「쉬링키지」의 발생을 방지할 수 있게 된다. 여기서, 세미솔리드 상태란, 주철이 액상(液相)으로부터 고상(固相)으로 상태변화되는 과정에서, 액상부분인 시멘타이트(cementite)와, 고상부분인 마르텐사이트(martensite)가 혼재된 상태를 말한다.

또한, 이와 같이 세미솔리드 상태에서 주탕을 실시하도록 하면, 종래와 같은 고온에서 주탕하는 경우에 비해 용탕을 고온으로 가열할 필요가 없어지므로, 가열을 위한 에너지 소비를 저감할 수 있다.

그러나, 주탕온도가 낮으면 용탕의 점성이 높아져 용탕의 흐름성이 저하된다. 그 결과, 탕흐름이 악화되어 「탕경」 등의 결함의 원인이 된다.

또한, 주탕온도가 낮으면 발포모형을 가스화하여 분해소실시키는 속도가 느려지거나, 발포모형의 잔사가 생긴다. 그 결과 잔사나 가스가 끌려들어감으로써 결함이 생기는 원인이 된다.

이상 설명한 바와 같은 관점으로부터 생각하면, 고품질의 주물제품을 저비용으로 생산하기 위해서는, 주탕온도를 세미솔리드 상태의 천이(遷移)온도까지 저하시키도록 제어하고, 또한 저온 주탕에 의한 폐해를 방지하기 위한 대책을 강구하는 것이 중요해지고 있다.

따라서, 주탕시에 주형의 게이트부에서, 용탕이 세미솔리드 상태가 되도록 용탕의 온도를 제어하기 위한 조건을 명백히 해 둘 필요가 있어, 이러한 조건을 구하기 위한 주탕시험을 실시하였다.

주탕시험은, 도 1에 나타낸 바와 같이 실제 주형의 탕도를 시뮬레이트하도록, 금속 파이프의 내측에 내화재(耐火材)를 배치하고, 파이프의 중심부분에 발포수지(로스트 폼)를 셋팅하고, 이것에 용탕을 흘려넣도록 하였다. 파이프를 통과한 용탕이 파이프 출구에 설치된 수조내부로 낙하되도록 해 두고, 여기에 낙하된 샘플(테스트피스)의 조직을 관찰함으로써 파이프의 출구위치(게이트부에 상당하는 위치)에서 세미솔리드상태가 얻어져 있는지의 여부를 평가하였다.

표 1 주탕온도와 세미솔리드 조직실현상황

주탕온도(℃)	세미솔리드 조직실현상황
1400	×
1350	×
1330	○
1300	○
1280	○
1250	○
1230	○

표 1은 이러한 주탕시험의 결과를 나타낸 것이다. 또한 도 2는 얻어진 테스트 피스의 현미경에 의한 조직의 확대사진으로서, 세미솔리드상태를 나타낸 테스트피스의 현미경사진이다. 표 1에 나타낸 ○표시는 세미솔리드상태가 실현되었음을 나타내고, ×표시는 세미솔리드상태가 실현되어 있지 않았음을 나타낸다.

주탕시험에서는, 주입하는 용탕의 온도를 1400℃에서 1230℃의 범위에서 변화시켜 시험을 실시하였다. 주탕온도가 1350℃ 이상의 조건에서는 수조내로 낙하하는 단계에서 고체상태였던 조직은 관찰되지 않았다. 그러나, 주탕온도가 1330℃가 되면 약간 고체상태였던 조직이 관찰되고, 주탕온도가 1300℃ 이하, 1230℃ 이상의 조건에서는 액체와 고체가 혼재된 상태였던 조직이 관찰되었다. 따라서, 1230℃에서 1330℃의 온도범위에서 주탕을 실시하면 세미솔리드 상태를 실현할 수 있음을 실증할 수 있었다.

다음으로, 각종 조건을 바꾸어 연성주철 이형관의 시험제작을 실시하였다. 시험제작을 실시한 주철제품은, 도 3에 나타낸 바와 같은 공칭(nominal) 직경 8인치이며 두께가 3.5mm인 직관형상(straight duct-type)의 이형관(중량 5.5kg/1개)과, 공칭 직경 10인치이며 두께가 5mm인 직관형상의 이형관(중량 11Kg/1개)의 2종류이다.

이러한 시험제작에서는 주탕온도를 1400℃에서 1230℃까지 변화시켜 주탕을 실시하는 동시에, 주탕할 때에 주형을 감압하는 경우와 가압하지 않는 경우로 나누어 시험제작하였다.

먼저, 주형을 감압하지 않고 이형관을 성형하는 방법에 대해서 이하에 상세히 설명한다.

주형을 형성할 때에 사용하는 발포모형은, 폴리메틸메타크릴수지(PMMA)를 발포시켜 이형관의 형상으로 성형함으로써 제작하였다. 이 경우, 발포모형으로서는 발생가스나 잔사를 보다 적게 하기 위해, 발포배율을 높여 비중을 더욱 낮게 하는 것이 바람직한데, 발포배율을 너무 높여 비중을 낮게 하면 성형체로서의 강성이 낮아져, 변형되기 쉬워지므로 치수 정밀도가 높은 주물제품을 얻을 수 없게 된다. 따라서, 발포배율을 40배에서 50배 사이로 설정하는 것이 바람직하다.

다음으로, 성형된 발포모형의 외부표면에 도형을 도포함으로써 표면층을 형성한다. 이러한 도형은 모래와 용탕과의 반응을 방지하여, 발포모형의 강성을 향상시키거나, 보강하는 목적으로 사용되는 것이다. 이 때문에 도포하는 도형은 15Kg/cm² 이상의 강도를 갖는 것이 바람직하다. 도형의 농도는 주물제품중에서의 가스결함의 발생에도 영향을 미치는 것이며, 이 가스결함의 발생을 억제하기 위해서는 70 보메(Baume) 정도의 농도로 해 둘 필요가 있다.

또, 발포모형을 제작하는 데 있어, 최종적인 주물제품의 형상을 한 발포모형을 제작하고, 탕도, 탕구, 주탕컵, 압탕부 등의 발포모형을 각각 따로 제작하도록 해도 되는데, 제품부분과 탕도, 탕구, 주탕컵, 압탕부 등을 일체로 하여 성형하고, 이것에 도형을 도포하도록 해도 된다. 또한, 이들을 따로 성형한 후, 접착에 의해 일체형상으로 형성하고, 그 후 도형을 도포하도록 해도 된다.

다음으로, 도형을 도포한 발포모형을 사용하여 주형을 성형한다. 주형에 사용되는 주물사로서는 인공 세라믹 주물사인 세라비즈400(Thera Beads 400, 상품명)을 사용하였다. 상기 주물사에는 점결재를 혼합하지 않고 있기 때문에, 파쇄에 의한 폐사는 없고, 주물사로서 재사용이 가능하다는 이점을 갖는다.

발포모형을 내장한 주형이 완성되면, 이것에 용탕이 주입된다. 주탕된 지금(地金)의 재질은 FCD45이다. 발포모형을 사용하여 주물을 제조할 경우, 용탕이 탕구로 흘러 들어가면, 용탕의 열로 발포모형을 분해소실시키면서 용탕은 주형의 내부로 충전되어 간다. 분해된 발포모형의 가스는, 어느 정도의 통기성을 갖는 주물사의 내부를 통해 주형의 외부로 방출된다.

또한, 주형의 내부에 충전된 용탕은 시간과 함께 냉각되어 액상으로부터 고상으로 상태변화되어 간다.

주탕된 주물의 온도가 충분히 냉각되면, 주형은 해체되고, 안으로부터 성형된 주물제품이 추출되어 이형관의 성형공정이 종료된다.

다음으로, 주형을 감압하면서 주탕하여 이형관을 성형하는 방법에 대해 이하에 설명한다.

주형을 감압하면서 주조하는 방법과, 주형을 감압하지 않고 주조하는 방법이 다른 것은, 주형에 용탕을 주입하는 이후의 공정이다. 즉, 발포모형을 내장한 주형에 용탕을 주입하는 동시에, 도 4에 나타낸 바와 같이 주형(1) 하방에 설치한 통기로(2) 내부를 감압함으로써 주형의 감압이 행해진다.

상기 통기로(2)에는 주형내의 주물사와 직접 연이어 통하기 위한 통기구멍(3)이 복수 설치되어 있으며, 통기로(2)의 일단은 외부에 설치되어, 진공펌프 등을 구비한 감압장치(도시생략)에 연이어 통해 있다.

감압장치에 의해, 통기로(2)의 내부를 감압하면 주물사 내에 존재하는 공기나, 수지제의 발포모형이 분해되어 발생된 분해가스를 주물사 내에 존재하는 공극을 통해 흡인한다.

주형의 감압은, 분해가스 등을 충분히 흡인하기 위해, 주탕된 용탕이 응고될 때까지 계속하는 것이 바람직하다. 또한, 모래를 직접 흡인하지 않고, 또한 분해가스 등을 충분히 흡인하도록 하기 위해서는, 감압할 때의 압력은 0.03Mpa에서 0.05Mpa의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.

주형의 감압이 완료되고, 주탕된 주물의 온도가 충분히 냉각되면, 주형은 몰드 해제되어, 안에서 성형된 주물제품이 추출되고, 이형관의 성형공정이 종료된다.

또, 여기서 통기로(2)를 주형의 하방에 설치하는 경우에 대해 설명하였는데, 이들에 한정되지 않고, 통기로(2)를 주형의 측방 또는 상방에 설치해도 되고, 혹은 주형 외주(外周)의 주형틀(플라스크)에 직접 통기구멍을 형성하여, 플라스크의 외측을 감압하도록 해도 된다.

단, 통기로(2)를 도 4에 나타낸 바와 같이 주형 하방에 설치했을 경우, 주형을 감압하면서 주탕할 때에, 용탕은 주형 하방으로 흡인되게 되어, 용탕이 주형의 내부공간에서 튀어오르기 어려워져, 용탕면이 주형의 하방으로부터 안정되게 상승되어 간다. 그 결과, 공기나 가스가 끌려들어가는 것을 억제할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 주형의 상면에는, 내열성의 플라스틱 필름(4)을 설치해 둠으로써, 주형을 감압할 때, 외부로부터 주물사에 유입되는 공기를 감소시켜, 그 결과 분해가스 등의 흡인제거를 보다 효과적으로 할 수 있게 된다.

이상 설명한 방법에 의해, 연성주철 이형관을 시험제작한 결과에 대해 설명한다.

표 2 8인치 이형관 및 10인치 이형관의 시험제작평가결과

	8인치 이형관(두께 3.5mm)		10인치 이형관(두께 5mm)
주탕온도(℃)	감압 있음	감압 없음	감압 있음	감압 없음
1400	○	○	○	○
1380	○	○	○	○
1350	○	△	○	△
1330	○	△	○	△
1300	○	×	○	△
1280	○	×	○	△
1250	○	×	○	×
1230	△	×	△	×

표 2는 공칭 직경 8인치이며 두께가 3.5mm인 직관형상의 이형관과, 공칭 직경 10인치이며 두께가 5mm인 직관형상의 이형관을 성형한 결과에 대해 나타낸 것이다.

이들 이형관은, 주탕온도와, 주탕시에 주형을 감압하는지의 여부를 파라미터로 하여 성형한 것으로서, 성형된 이형관의 평가결과를 표에 ○, △, ×로 나타낸다. ○표시를 부여한 것은, 성형된 이형관에 용탕의 흐름성에 기인하는 「탕경」이나 가스의 끌려들어감에 의한 가스결함 등이 없는, 고품질의 주물제품인 것을 나타내고, △는 용탕의 흐름성에는 문제없지만, 가스결함이 생긴 것을 나타내며, ×는 용탕의 흐름성에 문제가 있었던 것을 나타낸다.

주탕 온도를 내려 고품질의 주물제품을 얻기 위해서는, 주형의 감압이 불가결함을 확인할 수 있었다.

표 2의 결과와 표 1의 결과를 아울러 생각하면, 세미솔리드 상태를 확립시킨 다음에, 품질상 문제가 없는, 특히 두께가 얇은 주물제품을 제조하기 위해서는, 주탕온도를 1250℃에서 1330℃의 범위로 제어하고, 아울러 주형을 감압할 필요가 있음을 알 수 있다. 또, 이와 같이 세미솔리드 상태에서 주탕함으로써, 압탕부를 설치할 필요가 없어져, 용탕의 수율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 도 5에는 표 2에 나타낸 주탕시에 주형을 감압한 경우의 주물제품과, 주탕시에 주형을 감압하지 않은 경우의 주물제품의 인장강도를 측정한 결과를 비교하여 나타낸 것이다.

상기 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 주탕시에 주형을 감압함으로써, 주물제품의 인장강도는 향상되고, 또한 세미솔리드상태에서 주탕을 실시한 경우가 인장강도가 향상되는 경향이 있음을 알 수 있다.

더욱이, 여기서 실시한 시험제작과는 별도로, 주형을 감압한 후, 주형을 강제로 냉각시키기 위해, 주형을 더욱 가압하여 이형관을 성형하는 시험을 실시하였다.

주형을 감압한 후, 더욱 주형을 가압하는 제조 프로세스는, 주형을 감압하면서 주탕하는 제조 프로세스와 거의 동일하지만, 용탕을 주형에 주입하면서 통기로(2) 내부를 감압한 후, 더욱 통기로(2) 내부를 가압하는 점만 다르다.

즉, 발포모형을 내장한 주형에 용탕을 주입하는 동시에, 주형(1) 하방에 형성한 통기로(2) 내부를 감압함으로써 주형의 감압이 행해지고, 이러한 감압은 주탕이 완료될 때까지 계속된다. 그리고 주탕이 완료된 후 감압된 통기로(2) 내부의 압력을 대기압 이상으로 가압한다. 이와 같이 함으로써, 통기로(2)로부터 주형내의 주물사의 공극(voids)에 온도가 낮은 공기가 이송되어, 공기의 흐름을 형성할 수 있다. 이러한 공기의 흐름에 의해 주물의 냉각속도를 빠르게 할 수 있게 된다. 또, 이러한 경우에 있어서 주형의 상면에, 내열성의 플라스틱 필름(4)이 배치되어 있을 경우에는, 이러한 필름(4)을 제거하고 나서 통기로(2) 내부의 압력을 대기압 이상으로 가압하는 것이 바람직하다. 주형 내부를 공기가 유동하기 쉬워지기 때문이다.

통기로(72)의 가압은, 주물이 충분히 냉각될 때까지 실시해도 되지만, 주물의 온도가 페라이트 - 펄라이트 변태온도로 저하될 때까지 가압하고, 그 후에는 통기로(2) 내부의 압력을 대기압으로 되돌리도록 해도 된다. 이와 같이 함으로써, 쓸데없는 에너지를 소비하지 않고, 효과적으로 주물의 냉각속도를 높일 수 있게 된다.

이와 같이 주형을 감압한 후, 주형을 강제 냉각시키기 위해 주형을 더욱 가압하여 이형관을 성형하는 비교시험을 실시한 결과, 강제 냉각되지 않는 방법의 경우, 주탕으로부터 몰드 해제까지 30분이 걸렸던 것이, 강제 냉각됨으로써 15분 동안에 몰드 해제될 수 있게 되어, 생산성(productivity)의 대폭 향상을 도모할 수 있게 되었다.

Claims (10)

1. 소실모형주조법에 의한 주물의 제조방법으로서, 주형에 건조사를 사용하고 또한 소실모형으로서 발포모형을 사용하며,

   (1) 1250℃에서 1330℃ 범위의 온도를 갖는 용탕을 주형의 탕구로부터 주탕하는 단계와,

   (2) 주형을 감압하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 주물의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 주형을 감압하는 단계가, 주형 하방에 설치되어 주형에 연이어 통하는 구멍을 구비한 통기로 내부를 감압함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 주물의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 주형을 감압하는 단계 후, 주형을 더욱 가압하는 단계를 포함하며, 이들 단계가 상기 통기로 내부를 감압 및 가압함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 주물의 제조방법.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주형을 감압하는 단계의 압력이 0.03Mpa에서 0.05Mpa의 진공압인 것을 특징으로 하는 주물의 제조방법.
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 주형을 감압하는 단계를 주탕 개시시로 부터 주탕 완료시까지 계속하여, 주탕 완료시로부터 주물 온도가 페라이트-펄라이트 변태 온도로 저하될 때까지 상기 주형을 가압하는 단계를 계속하는 것을 특징으로 하는 주물의 제조방법.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 주형이 점결제를 이용하지 않는 주물사로 형성된 것인 것을 특징으로 하는 주물의 제조방법.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포모형의 재질이 PMMA이며, 그 발포배율이 40에서 50배인 것을 특징으로 하는 주물의 제조방법.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포모형의 전체면 또는 일부에 15kgf/cm² 이상의 벤딩강도를 갖는 도형을 도포한 것을 특징으로 하는 주물의 제조방법.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 주형에 압탕부를 설치하지 않는 것을 특징으로 하는 주물의 제조방법.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발포모형이 탕도, 게이트, 제품부를 일체 성형한 것, 또는 이들의 일부를 따로 성형한 후, 접착에 의해 일체로 한 것인 것을 특징으로 하는 주물의 제조방법.

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