KR20210031302A - 알루미늄 소실모형주조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폴리스티렌 재질로 이루어지는 발포수지를 성형장치에 투입하여 발포하는 1차 발포단계와, 상기 성형장치에 의해 발포된 발포수지를 금형에 투입하여 소실모형으로 제작하는 2차 발포단계와, 상기 소실모형의 외부면에 실리카 플라워, 샤모트, 접착제의 조합으로 이루어지는 도형제를 도포하여 주조시 상기 소실모형에 도형막을 형성하는 도형제 도포단계와, 주물상자의 내부에 상기 소실모형을 안착시키고, 상기 주물상자의 빈 공간에 주물사를 투입하여 상기 주물상자의 내부에 상기 소실모형을 매설하는 소실모형 매설단계와, 상기 주물상자의 상측에 주물상자 커버가 설치되며, 상기 주물상자 커버에 진공장치가 연결되어 상기 주물상자의 내부를 감압하는 진공감압단계와, 상기 주물상자 커버에 형성되는 용탕주입구를 통해 알루미늄 용탕을 주입하여 상기 소실모형을 연소시킴과 더불어 상기 소실모형이 연소된 부위에 알루미늄 용탕이 충진되어 주물 제품을 형성하는 용탕 주입단계와, 상기 주물 제품이 경화된 이후에 상기 주물상자의 외측으로 배출하여 상기 주물 제품의 외측에 부착된 상기 주물사를 제거하는 주물 배출단계를 포함하여 진행되며, 상기 용탕 주입단계에서 사용되는 알루미늄 용탕의 사용온도는 알루미늄 용탕의 융점 온도보다 높은 온도인 800℃~950℃의 범위로 가열한 상태에서 상기 주물상자의 내부에 주입됨을 특징으로 하는 알루미늄 소실모형주조방법이 제공되며, 이로써 알루미늄 용탕의 주입시 진공압을 기존의 진공압보다 낮게 하여 용탕의 흐름성을 향상시키고, 용탕에 의해 소실모형이 완전연소되어 우수한 알루미늄 주물 제품을 생산함과 더불어 불량발생을 최소화시킬 수 있도록 한 것이다.
Description
본 발명은 알루미늄 소실모형주조방법에 관한 것으로서, 알루미늄 소실모형주조시 기존의 알루미늄 주탕온도보다 높게 하고, 용탕의 주입시 진공압을 기존의 진공압보다 낮게 하여 용탕의 흐름성을 향상시키고, 소실모형이 용탕에 의해 소실되는 과정에서 완전연소가 되지 못해 주물에 불량이 발생되는 문제를 최소화시킬 수 있는 알루미늄 소실모형주조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 소실모형주조법은 친환경적, 경제성, 그리고 실제 사용 제품의 표면과 비슷한 고품질의 주조면을 얻을 수 있다는 점에서 기존의 사형주조를 대신할 수 있는 주조방법으로 주목을 받고 있다.
소실모형주조법은 용탕 선단이 유입되면서 그 용탕 열에너지로 모형을 분해, 배출시키고, 용탕이 그 자리를 대치하면서 진행하기 때문에 용탕선단의 온도가 우선적으로 강하되면서 주입되는 특성을 가지고 있다.
상기와 같은 소실모형주조법은 주로 주철를 이용하여 다양한 제품을 제작하고 있다.
상기 소실모형주조방법은 스티로폼과 같은 원료인 발포폴리스티렌(EPS : Expandable Polystyrene)이나 폴리메사크릴(PMMA)을 원료로 하여 제조하고자 하는 주물제품과 동일한 형상으로 성형되는 모형을 만든 다음, 모형의 표면에 수용성 도형제를 도포시킨 다음, 이를 점결사가 아닌 무점결사(일반 실리카 계통의 모래)에 매설한 뒤 용탕을 주입하면, 매설된 모형은 용탕열에 이하여 기화되어 모래속으로 배출되고 그 공간에 주입된 용탕이 차게 되어 원하는 주물을 얻는 방법이다.
상기와 같은 소실모형주조방법은 대한민국 공개특허공보 제10-2007-0089744호에 개시되어 있다.
이와 같은 종래의 소실모형주조방법은 주로 고품질의 주물제품을 제작하는 소실모형주조방법으로 용탕의 온도가 대략 1250℃~1330℃이며, 이를 모형에 주입하여 모형을 기화키고, 기화된 모형공간에 용탕이 주입되어 주물제품이 성형된다.
그러나, 주철과 달리 알루미늄을 이용한 소실모형주조방법은 대부분 알루미늄의 융점인 대략 600℃~700℃로 이루어짐에 따라 발포수지로 이루어지는 소실모형이 완전연소가 되지 못하여 알루미늄 주물 제품에 불량이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 일반적인 소실모형주조방법은 주물상자의 내부에 발포수지로 이루어지는 모형을 설치히고, 주물상자의 내부에 주물사를 충진한 후 모형에 용탕을 주입하고 이 과정에서 모형의 완전 연소가 이루어지며 모형은 용탕으로 대체된다.
용탕의 주입과정에서 일반적으로 진공장치가 연결되어 주물상자의 내부에 진공압을 가한 상태에서 용탕의 주입이 이루어지며, 일반적인 소실모형주조방법에서는 진공압이 50bar~60bar가 주물사에 가해진다.
이러한 종래의 진공압은 주철에 사용되는 진공압으로써, 이를 알루미늄 소실모형주조방법에 적용하는 경우에 높은 진공압으로 인해 소실모형의 연소과정에서 발생되는 가스가 주물사 측으로 배출되지 못하여 주물 제품에 흐름성이 떨어지고, 연소가스가 주물의 형성부위에 잔존함에 따라 주물의 불량발생의 원인이 되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 알루미늄 소실모형주조시 알루미늄 주탕온도보다 높게 하고, 알루미늄 용탕의 주입시 진공압을 기존의 진공압보다 낮게 하여 용탕의 흐름성을 향상시키고, 용탕에 의해 소실모형이 완전연소되어 우수한 알루미늄 주물 제품을 생산함과 더불어 불량발생을 최소화시킬 수 있는 알루미늄 소실모형주조방법을 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명에 의한 알루미늄 소실모형주조방법은, 폴리스티렌 재질로 이루어지는 발포수지를 성형장치에 투입하여 발포하는 1차 발포단계와, 상기 성형장치에 의해 발포된 발포수지를 금형에 투입하여 소실모형으로 제작하는 2차 발포단계와, 상기 소실모형의 외부면에 실리카 플라워, 샤모트, 접착제의 조합으로 이루어지는 도형제를 도포하여 주조시 상기 소실모형에 도형막을 형성하는 도형제 도포단계와, 주물상자의 내부에 상기 소실모형을 안착시키고, 상기 주물상자의 빈 공간에 주물사를 투입하여 상기 주물상자의 내부에 상기 소실모형을 매설하는 소실모형 매설단계와, 상기 주물상자의 상측에 주물상자 커버가 설치되며, 상기 주물상자 커버에 진공장치가 연결되어 상기 주물상자의 내부를 감압하는 진공감압단계와, 상기 주물상자 커버에 형성되는 용탕주입구를 통해 알루미늄 용탕을 주입하여 상기 소실모형을 연소시킴과 더불어 상기 소실모형이 연소된 부위에 알루미늄 용탕이 충진되어 주물 제품을 형성하는 용탕 주입단계와, 상기 주물 제품이 경화된 이후에 상기 주물상자의 외측으로 배출하여 상기 주물 제품의 외측에 부착된 상기 주물사를 제거하는 주물 배출단계를 포함하며, 상기 용탕 주입단계에서 사용되는 알루미늄 용탕의 사용온도는 알루미늄 용탕의 융점 온도보다 높은 온도인 800℃~950℃의 범위로 가열한 상태에서 상기 주물상자의 내부에 주입됨을 특징으로 한다.
여기서, 상기 진공감압단계에서는, 상기 주물상자의 내부에 가해지는 진공압력이 10bar~20bar 범위로 진공 감압됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 도형제 도포단계에서 사용되는 도형제는 실리카 플라워, 샤모트, 접착제로 이루어지며, 각 성분의 혼합비율은 1 : 0.4 : 0.05로 혼합됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 용탕 주입단계와 상기 주물 배출단계 사이에는 건조 단계가 더 실시되며, 상기 건조 단계에는 상기 주물상자의 내부에 알루미늄 용탕이 주입된 이후에 일정시간 동안 자연건조시킨 이후, 상기 주물상자의 내,외부가 연통되도록 형성된 복수개의 관통홀으로 상기 주물상자의 내부 열기가 배출되면서 자연건조시킴을 특징으로 한다.
또한, 상기 2차 발포단계와 상기 도형제 도포단계 사이에는 게이트 설치단계가 더 실시되며, 상기 게이트 설치단계는 상기 소실모형의 용탕 투입측에 스티로폼 재질의 게이트를 부착하여 용탕의 투입시 연소되고, 주물사의 내부에 용탕의 투입 경로를 형성함을 특징으로 한다.
이상에서와 같은 본 발명의 알루미늄 소실모형주조방법은 폴리스티렌으로 발포된 소실모형에 알루미늄 용탕이 주입되면서, 상기 소실모형이 주물에 잔류하지 않고 완전연소되고 상기 소실모형과 동일한 형태의 우수한 알루미늄 주물 제품을 생산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 알루미늄 소실모형주조방법에서 사용되는 발포수지는 입자 크기가 작은 폴리스티렌 원료를 사용하여 소실모형을 제작함으로써 표면이 거칠지 않고 얇은 두께의 소실모형을 제작할 수 있음에 따라, 상기 소실모형과 동일한 형태로 표면이 거칠지 않고 얇은 두께로 생산되는 우수한 주물 제품이 생산될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 알루미늄 소실모형주조방법은 주물사로 채워진 주물상자 내부에 안착된 소실모형에 용탕이 주입될 때, 상기 소실모형의 외부면에 도포된 도형막에 의해 상기 용탕은 소실모형의 외부로 배출됨을 방지하면서도 상기 소실모형이 연소되면서 발생하는 가스는 소실모형의 외부로 배출 가능하게 제공할 수 있으며, 상기 도형막을 이루는 도형제는 간단한 성분으로 이루어지면서도 알루미늄 소실모형주조에 있어서 상기 소실모형에서의 강도성과 통기성을 모두 갖출 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 알루미늄 소실모형주조방법은 일반적인 알루미늄 주조에서 사용되는 알루미늄 용탕의 온도보다 높은 온도인 800℃~950℃의 범위로 가열한 상태의 알루미늄 용탕을 사용함으로써, 소실모형이 연소될 때에 발생하는 가스를 감소시킴과 더불어 상기 용탕의 높은 흐름성을 갖는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 소실모형주조방법의 제조공정을 나타내는 블럭도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예를 구성하는 주물상자의 내부에 소실모형이 안착되고, 주물사가 충진된 상태를 나타내는 단면도
도 3은 도 2에서 주물상자의 관통홀과, 주물상자에 외측케이스가 결합된 상태를 나타내는 본 발명에 따른 다른 실시예를 설명하기 위해 나타낸 단면도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예를 구성하는 주물상자의 내부에 소실모형이 안착되고, 주물사가 충진된 상태를 나타내는 단면도
도 3은 도 2에서 주물상자의 관통홀과, 주물상자에 외측케이스가 결합된 상태를 나타내는 본 발명에 따른 다른 실시예를 설명하기 위해 나타낸 단면도
이하 본 발명에 의한 알루미늄 소실모형주조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 소실모형주조방법의 제조공정을 나타내는 블럭도가 도시되고 있고, 도 2에는 본 발명의 바람직한 실시예를 구성하는 주물상자의 내부에 소실모형이 안착되고, 주물사가 충진된 상태를 나타내는 단면도가 되시되어 있으며, 도 3에는 도 2에서 주물상자의 관통홀과 주물상자에 외측케이스가 결합된 상태를 나타내는 본 발명에 따른 다른 실시예를 설명하기 위해 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 알루미늄 소실모형주조방법은, 폴리스티렌 재질로 이루어지는 발포수지를 성형장치에 투입하여 발포하는 1차 발포단계(S10)와, 상기 성형장치에 의해 발포된 발포수지를 금형에 투입하여 소실모형(100)으로 제작하는 2차 발포단계(S20)와, 상기 소실모형(100)의 외부면에 실리카 플라워, 샤모트, 접착제의 조합으로 이루어지는 도형제를 도포하여 주조시 주물사에 도형막(200)을 형성하는 도형제 도포단계(S40)와, 주물상자(300)의 내부에 상기 소실모형(100)을 안착시키고, 상기 주물상자(300)의 빈 공간에 주물사(10)를 투입하여 상기 주물상자(300)의 내부에 소실모형(100)을 매설하는 소실모형 매설단계(S50)와, 상기 주물상자(300)의 상측에 주물상자 커버(400)가 설치되며, 상기 주물상자 커버(400)에 진공장치(421)가 연결되어 상기 주물상자(400)의 내부를 감압하는 진공감압단계(S60)와, 상기 주물상자 커버(400)에 형성되는 용탕주입구(410)를 통해 알루미늄 용탕을 주입하여 상기 소실모형(100)을 연소시킴과 더불어 상기 소실모형(100)이 연소된 부위에 알루미늄 용탕이 충진되어 주물 제품을 형성하는 용탕 주입단계(S70)와, 상기 주물 제품이 경화된 이후에 상기 주물상자(300)의 외측으로 배출하여 상기 주물 제품의 외측에 부착된 상기 주물사(10)를 제거하는 주물 배출단계(S90)를 포함하며, 상기 용탕 주입단계(S70)에서 사용되는 알루미늄 용탕의 사용온도는 알루미늄 용탕의 융점온도 보다 높은 온도인 800℃~950℃의 범위로 가열한 상태에서 상기 주물상자(300)의 내부에 주입됨을 특징으로 한다.
상기와 같은 알루미늄 소실모형주조방법을 제조공정의 단계별로 살펴보면, 다음과 같다.
먼저, 상기 1차 발포단계(S10)와 2차 발포단계(S20)에 대하여 설명한다.
상기 1차 발포단계(S10)는 발포폴리스티렌(EPS : Expandable Polystyrene)이나 폴리메사크릴(PMMA)을 원료로 하는 발포수지가 성형장치(도시는 생략됨)에 투입되어 발포되는 과정이다.
이와 같은 발포수지는 소실모형(100)을 제작하기 위한 발포성형재료로써, 상기 소실모형(100)은 용탕의 열로부터 연소 또는, 기화하여 그 형체가 소실될 수 있는 재료이며, 입자의 크기가 1.0mm~1.8mm로 이루어진 발포수지가 사용됨이 바람직하다.
이는 일반적으로 소실모형주조에서 사용되는 발포수지의 입자의 크기인 평균 2.6mm 보다 작음에 따라 종래보다 표면이 거칠지 않고 얇은 두께의 소실모형(100)의 제작이 가능하다.
이후, 상기 2차 발포단계(S20)는 상기 성형장치에 의해 발포된 발포수지는 상기 소실모형(100)의 형태를 갖는 금형(도시는 생략됨)에 투입되어 상기 소실모형(100)이 제작되는 과정이다.
상기 금형에 투입된 발포수지는 일정시간 동안 건조되고 상기 소실모형(100)이 제작되며, 상기 소실모형(100)은 최종 주물 제품과 실질적으로 동일한 형상으로 이루어진다.
여기서, 1차 발포단계(S10)와 2차발포단계(S20)는 발포수지를 발포하여 상기 소실모형(100)으로 제작하는 일반적인 과정이므로 자세한 발포 과정에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 상기 2차 발포단계(S20)를 거쳐 제작된 상기 소실모형(100)의 어느 한 부위에 게이트(110)가 부착되는 게이트 설치단계(S30)가 더 실시된다.
상기 게이트(110)는 주물상자(300)의 내부에 안착된 상기 소실모형(100)에 용탕을 주입시키기 투입 경로로써, 상기 소실모형(100)의 어느 한 부위로부터 상기 게이트(110)의 주물상자 커버(400)까지 연장 형성된다. 이는 첨부된 도 2에 도시된 바와 같다.
이러한 게이트(110)는 용탕의 투입시 연소될 수 있는 스티로폼 재질로 이루어지거나, 상기한 발포수지로 이루어짐이 바람직하다.
다음으로, 상기 도형제 도포단계(S40)에 대하여 설명한다.
상기 도형제 도포단계(S40)는 전술된 단계(S10, S20, S30)를 통해 제작된 소실모형(100) 및 게이트(110)에 도형막(200)을 형성하는 단계이다.
상기 도형막(200)은 소실모형(100) 및 게이트(110)의 모든 외부면에 도형제를 도포한 후 건조시켜 이루어진다.
이러한 도형막(200)에 의해 상기 소실모형(100) 및 게이트(110)가 소실되는 경우에 상기 소실모형(100)의 형상을 유지시킬 수 있다.
여기서, 상기 소실모형(100) 및 게이트(110)가 소실되고 상기 소실모형(100)의 형상을 유지하기 위해서는 상기 소실모형(100)로 내부 또는, 외부로부터 가해지는 압력에 대해서 상기 도형막(200)의 형태가 쉽게 변형되지 않게 상기 도형막(200)이 높은 강도성을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 도형막(200)은 상기 소실모형(100)으로 고온의 용탕이 주입됨에 따라 전술된 바와 같이 높은 강도성과 더불어 내화성을 갖는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 도형제는 실리카 플라워(silica flour), 샤모트(chamotte), 접착제로 이루어지며, 각 성분의 혼합비율은 1 : 0.4 : 0.05로 혼합하여 제조함이 바람직하다.
상기 실리카 플라워는 입자 크기가 작은 규사 분말로 내화성이 우수한 고온강도의 개선에 이용되고, 상기 샤모트는 상기 실리카 플라워의 입자 크기보다 입자 크기가 크며, 점토를 한번 소성한 것으로 높은 알루미나질 점토의 소성분말로 내화도가 높으며 소성 온도에서도 열간 변형과 수축이 감소되는 효과가 있어, 고온의 용탕에 대한 높은 내화성을 이룰 수 있다.
이러한 도형제는 실리카 플라워가 상기 샤모트보다 높은 비율로 상기 접착제와 함께 혼합됨으로써, 입자 크기가 작은 상기 실리카 플라워가 빈틈이 작게 상기 도형막(200)을 형성할 수 있어 높은 강도를 가지게 되어 상기 소실모형(100)으로 용탕이 주입되더라도 상기 소실모형(100) 외부로 배출되지 않게 된다.
또한, 상기 소실모형(100)이 연소되면서 발생하는 가스는 상기 도형막(200)을 거쳐 상기 소실모형(100)의 외부로 배출 가능한 통기성을 갖는다.
이렇듯, 상기 도형제는 간단한 성분들의 조합으로도 높은 강도와 내화성 및 통기성을 갖춘 도형막(200)을 형성할 수 있게 된다.
다음으로, 상기 소실모형 매설단계(S50)에 대하여 설명한다.
상기 소실모형 매설단계(S50)는 도형막(200)이 도포된 소실모형(100)을 주물상자(300)의 내부에 매설하는 단계이다.
즉, 상기한 과정에서 제작된 상기 도형막(200)이 형성된 상기 소실모형(100) 및 이에 부착된 게이트(110)가 상기 주물상자(300)의 내부에 안착된다.
이때, 상기 게이트(110)의 끝단은 상기 주물상자(300)의 상측으로 위치시켜 주물상자 커버(400)에 형성되는 용탕주입구(410)와 서로 연통되도록 한다. 이는 첨부된 도 2에 도시된 바와 같다.
이후, 상기 주물상자(300) 내에 주물사(10)를 부어가면서 상기 소실모형(100) 및 게이트(110)가 상기 주물사(10)에 매설되도록 한다.
여기서, 상기 소실모형(100)은 주물사(10)에 의해 완전히 매설되지만, 상기 게이트(110)의 끝단은 전술된 바와 같이 상기 용탕주입구(410)와 서로 연통되도록 상기 주물사(10)에 완전히 매설되지 않게 한다.
이때, 상기 주물상자(300) 내부에서 상기 소실모형(100)의 주위를 상기 주물사(10)가 완벽하게 채워지는 것이 중요하며, 상기 소실모형(100)의 주위에 주물사(10)가 치밀하게 채워지지 않을 경우 주조 간의 소실모형(100) 및 도형막(200)의 붕괴, 주물사 소착, 주물 변형이나 치수 불량 등의 결함이 발생하기 때문이다.
따라서, 상기 주물상자(300) 내에 상기 주물사(10)가 균일하고 치밀한 충전이 이루어지도록 진동장치(도시는 생략됨)으로 상기 주물상자(300)를 진동시켜, 상기 주물사(10)가 주물상자(300) 내에 주입될 때 상기 주물사(10)가 소실모형(!00)의 주위를 빽빽하게 채워짐과 더불어 평탄하게 다져지도록 함이 바람직하다.
다시 말해, 상기 주물상자(300)의 내부에 주입되는 상기 주물사(10)는 상기 주물상자(300)의 진동에 의해 상기 주물상자(300) 내에 균일하고 치밀하게 충전이 이루어지며, 상기 주물상자(300)의 진동을 위한 진동장치는 수직1축 진동, 수평진동 또는 수직,수평 다축진동, 수진면상에서 2차원 원운동하는 원진동 등이 사용된다.
다음으로, 상기 진공감압단계(S60)에 대하여 설명한다.
상기 진공감압단계(S60)는 상기 주물상자(300) 내의 진공감압을 조성하여 상기 주물상자(300) 내부에 채워진 상기 주물사(10)를 단단하게 다져주는 단계이다.
이와 같은 진공감압단계(S60)에서 상기 소실모형(100)이 안착됨과 더불어 상기 주물사(10)로 완전히 매설된 주물상자(300)의 상측에 주물상자 커버(400)가 설치되면서 상기 주물상자(300)의 내부가 외부로부터 차단시킨다.
이때, 상기 주물상자 커버(400)에 형성된 용탕주입구(410)는 상기 게이트(110)의 끝단의 위치와 맞춰진다.
이후, 첨부된 도 2에 도시된 바와 같이 상기 주물상자 커버(400)에 형성된 감압구(420)로부터 진공장치(421)를 연결한 다음 상기 진공장치(421)를 가동시켜 상기 주물상자(300) 내부를 감압하여 이에 채워진 주물사(10)가 서로 밀착시켜 단단하게 다져준다.
이러한 과정은, 상기 주물상자(400)의 내부가 감압될 때, 상기 소실모형(100)이 연소되면서 소실되더라도 상기 전술된 도형막(200)에 의해 주물 형태를 유지하는 것이 필요하지만, 상기 주물사(10)가 주물상자(300) 내에서 단단하게 다져 있지 않다면 상기한 주물 형태를 유지하기가 힘들기 때문에 상기 주물사(10)가 소실모형(100)의 주위를 더욱 빽빽하게 채워지도록 하는 과정이다.
여기서, 상기 진공장치(421)로 주물상자(300)의 내부에 가해지는 진공압력은 10bar~20bar 범위로 진공감압됨이 바람직하며, 일반적인 종래의 소실모형주조에서 이루어지는 감압단계에서의 진공압력인 50bar~60bar 범위로 진공감압이 된다면 감압에 의해 상기 도형막(200)이 분해되거나, 상기 소실모형(100)가 연소되면서 발생하는 가스가 배출되지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명에 의한 알루미늄 소실모형주조방법에서는 상기 주물상자(300)의 내부에 가해지는 진공압력이 상기한 10bar~20bar 범위로 진공감압되어도 전술한 도형막(200)은 충분한 견고성과 가스 배출을 위한 통기성을 확보할 수 있다.
또한, 너무 강한 진공압력으로 진공감압되는 경우에는 상기 소실모형(100)에 용탕이 주입될 때 상기 소실모형(100)에 강한 강압으로 인해 주입되는 용탕의 흐름을 방해하여 주물 제품에 그을음이 발생하거나 불량 제품이 생산될 수 있으나, 상기한 10bar~20bar 범위로 진공감압이 되는 경우에는 상기 소실모형(100)에 주입되는 용탕 유동이 원활하게 이루어질 수 있다.
물론, 상기 진공장치(421)가 연결되는 강압구(420)는 상기 주물상자 커버(400)에 형성되는 것에 한정하는 것은 아니며, 상기 주물상자(300)의 내부를 감압할 수 있다면 상기 주물상자 커버(400) 또는, 주물상자(300)의 어느 부위라도 형성될 수도 있다.
다음으로, 상기 용탕 주입단계(S70)에 대하여 설명한다.
상기 용탕 주입단계(S70)는 소실모형(100)에 알루미늄 용탕을 주입하여 알루미늄 주물 제품을 형성하는 과정이다.
이러한 용탕 주입단계(S70)는 상기 용탕주입구(410)를 통해 알루미늄 용탕을 주입한다.
이에 따라, 상기 알루미늄 용탕은 상기 게이트(110)를 따라 상기 소실모형(100)으로 주입되며, 이때 상기 게이트(110) 및 소실모형(100)은 용탕의 높은 온도에 의해 연소됨과 더불어 연소된 부위에 알루미늄 용탕이 충진되어 주물 제품이 형성된다.
즉, 상기 소실모형(100) 및 게이트(110) 형상과 동일한 형태의 주물 제품의 성형이 이루어진다.
한편, 상기 도형막(200)에 의해 상기 알루미늄 용탕은 배출되지 않고 상기 소실모형(100) 및 게이트(110)의 내부 형상을 따라 충진되지만, 상기 소실모형(100) 및 게이트(110)가 연소되면서 발생하는 가스는 도형막(200)을 거쳐 빠져나오게 된다.
여기서, 상기 알루미늄 용탕의 사용온도는 알루미늄 용탕의 융점 온도(600℃~700℃)보다 높은 온도인 800℃~950℃의 범위로 가열한 상태가 바람직하다.
이러한 용탕 주입단계(S70)에서 사용되는 알루미늄 용탕의 사용온도는 종래의 소실모형주조에서 사용되는 알루미늄 용탕의 적정 사용온도인 700℃~720℃보다 높게 이루어진다.
이는, 상기 도형막(200)이 분해되지 않는 온도까지 높인 고온의 알루미늄 용탕은 이보다 낮은 온도의 용탕보다 상기 소실모형(100)을 연소시킬 때 발생하는 가스의 양을 줄일 수 있기 때문이다.
상기 소실모형(100)이 연소되면서 발생하는 가스의 양은 주물 제품을 형성하는데에 많은 영향을 미치며, 이러한 가스가 많이 발생한 주물 제품은 불량률이 높다.
한편, 상기 용탕 주입단계(S70)에서는 상기한 진공감압단계(S60)와 함께 이루어질 수 있다. 이는, 상기 알루미늄 용탕이 상기 소실모형(100) 및 게이트(110)에 주입 및 충진되는 동안과, 충진이 완료된 후 주입된 상기 알루미늄 용탕이 완전히 굳은 상태가 될 때까지 계속적으로 상기 진공장치(421)를 가동시켜, 상기 소실모형(100) 및 게이트(110)가 연소하면서 발생하는 가스가 상기 도형막(200)을 통해 배출시킴에 도움이 되기 때문이다.
이로써, 상기 용탕 주입단계(S70)에서 상기 소실모형(100) 및 게이트(110)가 소실된 그 위치에 동일한 형태로 충진된 상기 알루미늄 용탕이 굳어지면서 알루미늄의 주물 제품이 형성된다.
한편, 알루미늄 용탕을 건조시켜 주물 제품을 형성하기 위해 건조 단계(S80)가 더 실시된다.
이러한 건조 단계(S80)는 상기 소실모형(100) 및 게이트(110)에 충진된 알루미늄 용탕을 냉각하는 과정으로써, 상기 주물상자(300)를 일정시간 동안 자연건조 시키면서 형성된 주물 제품을 경화시킨다.
여기서, 상기 건조 단계(S80)에는 환경에 따라 온풍 혹은, 냉풍과 같은 바람이 상기 주물상자(300)에 가해지면서 건조시킬 수 있다.
또한, 첨부된 도 3에 도시된 바와 같이 상기 주물상자(300)의 내,외부가 연통되도록 형성된 복수개의 관통홀(310)을 통해 상기 주물상자(300)의 내부 열기를 배출시켜 빠른 건조가 이루어질 수 있다.
물론, 상기한 주물상자(300)에 관통홀(310)이 형성되는 실시예인 경우에는 상기 주물상자(300)의 외부를 감싸는 외측케이스(500)가 더 구비됨이 바람직하고, 상기 건조 단계(S80)에서 자연건조를 위해 상기 외측케이스(500)를 주물상자(300)로부터 분리 가능하게 구성된다.
마지막으로, 상기 주물 배출단계(S90)에 대하여 설명한다.
상기 주물 배출단계(S90)는 경화된 주물 제품이 상기 주물상자(300)로부터 배출되고 부착된 상기 주물사(10)를 제거하여 알루미늄 주물 제품을 완성시키는 과정이다.
즉, 상기 주물상자(300)의 내부에서 주물 제품이 완전히 경화된 이후에 상기 주물상자(300)로부터 상기 주물사(10) 및 경화된 주물 제품을 배출하고, 상기 주물 제품의 외측에 부착된 상기 주물사(10)를 분리시킨다.
이때, 분리된 상기 주물사(10)는 다시 재활용이 가능하다.
그리고, 상기 주물 제품에 붙어있는 도형막(200)을 제거한 이후, 제품의 최종 완제품 상태인 상기 소실모형(100) 형태를 남겨두고 상기 게이트(110)의 형태를 제거하고, 주물 제품의 표면을 매끄럽게 처리하여 최종 알루미늄 주물 제품의 제작이 완성된다.
결국, 본 발명의 알루미늄 소실모형주조방법은 폴리스티렌으로 발포된 소실모형(100)에 알루미늄 용탕이 주입되면서, 상기 소실모형(100)이 주물에 잔류하지 않고 완전연소되고 상기 소실모형(100)과 동일한 형태의 우수한 알루미늄 주물 제품을 생산할 수 있다.
또한, 본 발명의 알루미늄 소실모형주조방법에서 사용되는 발포수지는 입자 크기가 작은 폴리스티렌 원료를 사용하여 상기 소실모형(100)을 제작함으로써 표면이 거칠지 않고 얇은 두께의 소실모형(100)을 제작할 수 있음에 따라, 상기 소실모형(100)과 동일한 형태로 표면이 거칠지 않고 얇은 두께로 생산되는 우수한 주물 제품이 생산될 수 있게 된다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당 업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
S10. 1차 발포단계
S20. 2차 발포단계
S30. 게이트 설치단계 S40. 도형제 도포단계
S50. 소실모형 매설단계 S60. 진공감압단계
S70. 용탕 주입단계 S80. 건조 단계
S90. 주물 배출단계 10. 주물사
100. 소실모형 110. 게이트
200. 도형막 300. 주물상자
310. 관통홀 400. 주물상자
410. 용탕주입구 420. 감압구
421. 진공장치 500. 외측케이스
S30. 게이트 설치단계 S40. 도형제 도포단계
S50. 소실모형 매설단계 S60. 진공감압단계
S70. 용탕 주입단계 S80. 건조 단계
S90. 주물 배출단계 10. 주물사
100. 소실모형 110. 게이트
200. 도형막 300. 주물상자
310. 관통홀 400. 주물상자
410. 용탕주입구 420. 감압구
421. 진공장치 500. 외측케이스
Claims (5)
- 폴리스티렌 재질로 이루어지는 발포수지를 성형장치에 투입하여 발포하는 1차 발포단계(S10)와;
상기 성형장치에 의해 발포된 발포수지를 금형에 투입하여 소실모형(100)으로 제작하는 2차 발포단계(S20)와;
상기 소실모형(100)의 외부면에 실리카 플라워, 샤모트, 접착제의 조합으로 이루어지는 도형제를 도포하여 주조시 상기 소실모형(100)에 도형막(200)을 형성하는 도형제 도포단계(S40)와;
주물상자(300)의 내부에 상기 소실모형(100)을 안착시키고, 상기 주물상자(300)의 빈 공간에 주물사(10)를 투입하여 상기 주물상자(300)의 내부에 상기 소실모형(100)을 매설하는 소실모형 매설단계(S50)와;
상기 주물상자(300)의 상측에 주물상자 커버(400)가 설치되며, 상기 주물상자 커버(400)에 진공장치(421)가 연결되어 상기 주물상자(400)의 내부를 감압하는 진공감압단계(S60)와;
상기 주물상자 커버(400)에 형성되는 용탕주입구(410)를 통해 알루미늄 용탕을 주입하여 상기 소실모형(100)을 연소시킴과 더불어 상기 소실모형(100)이 연소된 부위에 알루미늄 용탕이 충진되어 주물 제품을 형성하는 용탕 주입단계(S70)와;
상기 주물 제품이 경화된 이후에 상기 주물상자(300)의 외측으로 배출하여 상기 주물 제품의 외측에 부착된 상기 주물사(10)를 제거하는 주물 배출단계(S90)를 포함하며;
상기 용탕 주입단계(S70)에서 사용되는 알루미늄 용탕의 사용온도는 알루미늄 용탕의 융점 온도보다 높은 온도인 800℃~950℃의 범위로 가열한 상태에서 상기 주물상자(300)의 내부에 주입됨을 특징으로 하는 알루미늄 소실모형주조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 진공감압단계(S60)에서는,
상기 주물상자(300)의 내부에 가해지는 진공압력이 10bar~20bar 범위로 진공 감압됨을 특징으로 하는 알루미늄 소실모형주조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 도형제 도포단계(S40)에서 사용되는 도형제는 실리카 플라워, 샤모트, 접착제로 이루어지며, 각 성분의 혼합비율은 1 : 0.4 : 0.05로 혼합됨을 특징으로 하는 알루미늄 소실모형주조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 용탕 주입단계(S70)와 상기 주물 배출단계(S90) 사이에는 건조 단계(S80)가 더 실시되며;
상기 건조 단계(S80)에는,
상기 주물상자(300)의 내부에 알루미늄 용탕이 주입된 이후에 일정시간 동안 자연건조시킨 이후, 상기 주물상자(300)의 내,외부가 연통되도록 형성된 복수개의 관통홀(310)으로 상기 주물상자(300)의 내부 열기가 배출되면서 자연건조시킴을 특징으로 하는 알루미늄 소실모형주조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 2차 발포단계(S20)와 상기 도형제 도포단계(S40) 사이에는 게이트 설치단계(S30)가 더 실시되며;
상기 게이트 설치단계(S30)는,
상기 소실모형(100)의 용탕 투입측에 스티로폼 재질의 게이트(110)를 부착하여 용탕의 투입시 연소되고, 주물사의 내부에 용탕의 투입 경로를 형성함을 특징으로 하는 알루미늄 소실모형주조방법.
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