KR960003708B1 - 주물제조방법 및 주물성형장치 그리고 그 방법으로 제조된 주물부재 - Google Patents

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Description

주물제조방법 및 주물성형장치 그리고 그 방법으로 제조된 주물부재

제1도는 본 발명에 따른 긴 주형코어를 가지는 주물성형장치로서 코어의 연장 방향에 대하여 횡방향으로 취해진 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 주형코어와 하부주형의 사시도.

제3도는 주형코어를 따라 종방향으로 취해진 주물캠샤프트를 제조하기 위하여 본 발명에 따른 긴 주형코어를 가진 주형장치의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,2 : 상ㆍ하형 3 : 주형코어

8 : 리세스 9 : 돌출부

본 발명은 주형코어를 사용함에 의하여 비철내부영역을 가지는 주철부재가 제조될 수 있는 주물제조방법과 주물성형장치 그리고 상기 주물제조방법에 의하여 제조된 주물부재에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 비철내부영역을 가지는 주물제작에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 본 발명은 내연기관용의 캠샤프트 또는 크랭크 샤프트등과 같은 길이가 긴 주물성형부재와, 이러한 것들을 생산하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

내연기관용의 캠샤프트나 크랭크 샤프트와 같은 중공체이며 긴 내부공동이 형성되어 있는 긴 주물성형부품의 제작에 있어서는 용융된 주철이 그 안에 주입되는 적당히 긴 코어가 주형속에 설치되어 그에따라 내부공동이 만들어진다.

종래에는 이러한 목적을 위하여 모래코어가 종종 사용되어 왔으나 이러한 모래코어는 가공을 요하는 거친 내부면을 만든다는 문제점을 가지고 있다. 더우기 코어의 길이와 직경에 따라서, 그 길이방향으로 한 곳 또는 그 이상의 위치에서 코어를 지지할 필요가 있다. 실제 제작에 있어서 모래코어는 예를들면 직경 10mm, 길이 500mm와 같이 어떤 직경 대 길이비 이상에서는 파괴되어 버린다.

이러한 모래코어 대신 영국특허 제11 91 202호에는 이형재가 코팅된 철재봉을 포함하는 철재튜브로 구성된 주형코어의 사용이 개시되어 있다. 이 방법에 따르면, 철재봉은 용탕이 그 위에서 주물의 일부가 되는 튜브주위에 용입되어 성형된후 철재튜브로부터 빠져나온다. 이 방법의 근복적인 결함은 철재튜브와 주물사이의 경계면에서 매우 견고하고 가공하기 힘든 냉각존(zone)을 형성하는 것이다. 더우기 이 방법에서 사용되는 형태의 철재튜브는 상대적으로 값이 비싸다.

비교적 표면이 매끄럽고 종축방향의 내부공동을 가진 긴 주물제품은 영국특허 명세서 제 15 96 442호에 개시된 바와같이 주형코어로서 흑연봉을 사용하여 생산될 수 있다. 그러나 그러한 흑연봉은 파열이 되기 쉽고 또한 습기나 지방질등과 같은 잔류물이 잔류하기 쉬운 많은 기공을 가진 표면을 가지기 때문에 블로우홀(blow hole)과 같은 주물결함을 야기시키기 쉽다. 그 결과 현장에서 작업시에 매우 번거로운 특별한 취급방법을 요구한다.

또한 모래코어와 마찬가지로 긴 흑연봉을 직경 대 길이바가 소정치 이상이 되면 그 길이의 중심부분을 따라서 보강재를 사용하여야 한다.

본 발명의 목적은 중공체의 주물캠샤프트와 같은 중공체 주물, 특히 길이가 긴 주물제품이 만들어지는 제조공정을 제공하는 것이다.

(a) 어떤 주물개구부(casting opening)도 갖지않는 튜브상 물체, (b) 베어링에 윤활유를 주유하기 위한 매우 작은 관통구멍이나 끝이 막힌 개구부(opening)를 가진 튜브상 물체, 또는 (c) 실린더 형상이고/이거나 주조물체의 외부형상에 들어맞는 그러면서 비교적 큰 중량을 감소시키기 위한 공동을 가진 튜브상 물체를 주조하기에 적당한 공정을 제공하는 것도 본 발명의 부가적인 목적이다.

본 발명의 또다른 목적은 실제적인 기계가공을 필요치 않는 상대적으로 매끈한 재질의 주물내면을 제공하는 것이다.

본 발명의 제조공정은 통상적인 주물작업시에 특별한 취급상의 주의를 기울이는 것을 피하고자 하는데에 있다.

직경 5mm, 길이 500mm와 같이 직경 대 길이가 높은 경우에도 그 중심길이방향 영역에 보강재나 유사한 지지부재를 요구하지 않는 긴 주형코어를 가진 주물성형장치를 제공하는 것도 본 발명의 또다른 목적이다. 마지막으로 주철로 형성된 개선된 중공주물제품을 제공하는 것도 본 발명의 또다른 목적이다.

간단히 요약하자면 본 발명은 유리재료로 형성된 주형코어의 제공에 의하여 상기한 목적들을 수행하는 것이다.

본 발명의 방법에 따르면, 유리재 주형코어를 주형내에 설치하고 이 유리재 주형코어 주위에 주탕을 주입시킴에 의하여 비철내부 영역을 가진 주물제품을 만들게 된다. 의도한 대로 유리재 주형코어는 주물내에 완전히 갇히게 된다.

또한 유리재 주형코어는 양단이 폐쇄된 유리튜브와 같은 중공체이거나 중실체봉이다. 예를들어 주철재 캠샤프트를 성형하기 위한 유리재 주형코어는 바람직하게는 제조되어질 주철재 샤프트를 통하여 길이방향으로 연장되도록 주형내에서 길이방향으로 놓여질 긴 유리튜브이다. 긴 유리재 주형코어의 일단 또는 양단이 주물내에서 완전히 폐쇄되어질때 하나 또는 그 이상의 지지를 위한 지지고리가 주형내에서 이 코어를 지지하기 위하여 유리재 주형코어의 단부에 끼워진다.

바람직하게는 유리재 주형코어를 제조하는 유리는 용해된 주철이나 주강을 위해 사용되는 샘플링 피펫에 사용되는 형태의 것이며 예를들면 석영재나 석영유리가 좋다. 본 발명의 주물제조장치는 주철을 위한 주형과 주형내에 설치되기에 적합한 상술한 형의 유리재 주형코어를 가진다. 설명된 바와같이 이 코어는 주형에 의하여 제조되는 주물제품내에서 완전히 갇히게 된다. 바람직하게는 유리재 주형코어는 주물제품내에 길이방향으로 연장되도록 주형내에 길이방향으로 놓여질 수 있는 길이이다.

본 발명에 따라 제조된 주물제품은 내부영역을 갖으며, 상기 내부영역과 형태가 일치하는 유리재의 코어가 상기 내부영역을 차지하게 된다.

상술한 바와같이, 코어는 완전히 내부영역내에 포위된다.

제1도로 시작되는 첨부도면과 관련하여 설명하면, 제1도에서와 같이 주물주형은 하형(1)과 상형(2)으로 구성되며, 주형공동이 그들 사이에 형성되며, 상기 공동내에서 실린더 형상의 유리재 튜브가 주형코어(3)로서 위치되도록 되어 있음이 도시되어 있다. 주탕이 주물제품(4) 내에서 공동의 형상과 일치하도록 냉각하여 굳어감에 따라 주형을 주조하기 위한 튜브상 유리재 주형코어(3) 주위의 공동을 채우기 위하여 주탕이 주형의 상ㆍ하형(1, 2) 사이에 있는 주형공동에 주입된다.

주형코어를 형성하기 위해서는 여러가지 종류의 유리가 사용된다는 것도 본 발명의 사상속에 포함된다.

석영은 석영재료를 용해하여 가스를 제거함에 의하여 투명석영으로부터 석영유리가 얻어지거나 석영유리만을 부분적으로 용해시키거나 소결시킴에 의하여 얻어지는 바와같이 상대적으로 값이 싸므로 그 사용이 바람직하다.

용해된 주철이나 주강을 시험하기 위한 피펫에 사용되는 종래의 다른 종류의 유리도 만족스럽게 사용될 수 있다.

주형코어(3)를 튜브상으로 하기보다는 중실체 유리봉으로 하는 것도 가능하다.

기계적인 안전성이나 열적안정성의 관점에서 주형코어는 튜브상으로 설계되는 것이 바람직하다. 또한 주형코어(3)는 생산되어질 주물제품(4)보다 길이가 더 길 수도 있으며, 이 경우에 코어(3)는 주물제작과정동안, 상ㆍ하형(1, 2) 사이에서 지지되거나 주형공동의 외측단부밖에서 지지될 것이다. 만일 주형코어(3)의 일단부만이 주형 공동외부에서 이러한 방식으로 지지되면, 초기에 용해된 주철내에서 코어가 부동(floating) 하는 것을 방지하기 위하여, 철이나 유사한 재로로 형성된 긴 봉형상의 박판 주형코어의 형태와 같은 코어 보강체에 의하여 코어는 주형공동내에 놓여질 것이다. 따라서 코어보강체는 완성된 주물내에 그 만큼 얇고 긴 끝이 막힌 공동(blind hole)을 형성할 것이다. 곧 이해할 수 있듯이 주형코어의 양단부가 주형으로부터 상술한 바와 같이 완전히 연장되면, 코어는 직경 대 길이비가 약 1 : 100이 될 때까지 보강재를 주형공동내에 설치할 필요가 없을 것이며, 그에따라 튜브, 봉, 또는 막대모양의 긴 유리재의 주형코어는 긴 연속적인 비철 내부영역을 가진 주물제품을 만들 것이다. 직경 대 길이비가 전술한 비를 초과하는 코어는 용해 주철내에서 부동하는 것을 방지하기 위하여 그 길이방향의 중간이 적절히 보강되어야 한다.

비록 유리재 주형코어(3)를 만들기 위하여 사용되는 유리재료의 연화점은 보통 용해주철의 온도이하이지만, 주물제품(4)은 유리재 주형코어(3)의 표면의 질에 상응하는 실제적으로 매끈한 내부표면(5)을 가지면서 성형된다.

제2도와 관련하여 주형의 하형(6)의 길이방향부분과 긴 캠샤프트등과 같은 샤프트를 제작하기 위하여 사용되는 형태의 주형코어(7)가 도시되어 있다. 곧 이해할 수 있듯이, 동일한 상형(도시되지 아니함)이 전체 주형을 완성하기 위하여 하형(6)과 협동한다. 기술된 바와같이 하형(6)은 제조되어질 주물의 소정의 외부형태에 상응하는 주형공동의 반을 형성하도록 리세스(8)를 가진다. 주형코어(7)는 긴 유리튜브로 형성되고 하형(6)의 형상면내에 있는 리세스(8)에 상응하는 돌출부(9)를 그 외주면에 가진다.

이러한 방식으로 주형코어(7)는 제작되는 주물이 주물 전체에 걸쳐서 균일한 벽두께를 가지도록 각각 짝이 맞는 상ㆍ하형에 의하여 형성된 주형공동에 일치한다.

제3도에 내연기관 캠샤프트를 제조하기 위한 제2도와 유사한 완전한 주물성형 장치가 길이방향으로 수직 절단되어 도시되어 있다. 용이하게 이해할 수 있듯이 본 발명은 예를들면 내연기관 크랭크 샤프트와 같은 긴 주철샤프트등의 긴 부재를 제조하기 위해서 채택될 수 있다. 주형은 그 사이에 긴 유리재 주형코어(7)가 길이방향으로 놓여지고 완전히 폐쇄되어 내부의 긴 주형공동을 만드는 상ㆍ하형(1, 2)을 가진다. 주형공동은 안정성이나 중량등의 제조되어질 주물의 다른 특성을 적절히 고려하여 어떤 소정의 형상이 되게 한다. 주형공동내에서 제조되어질 주물에 적합한 소정의 내부형상을 만들기 위하여 주형코어(7)를 적당하게 위치시키기 위하여 한쌍의 환상지지고리 즉, 코어받침쇠(10)가 주형코어(7)의 양 반대 단부를 환상지지하기 위하여 제공된다. 코어받침쇠(10)는 각 코어받침쇠가(예를들면 약 120°의 인터벌을 갖는 것처럼) 원주방향의 일정 간격으로 배열되며 방사상으로 연장되는 지지다리를 가지면서, 주형코어(7)의 외주면에 대하여 미끄럼 가능하게 끼워지도록 채택되는 철재링으로 형성된다. 또한 주형코어(7)의 각 단부는 3개 또는 그 이상의 지지부재에 의하여 지지될 수 있다.

이러한 방식으로 코어받침쇠(10) 또는 또다른 지지부재는 주형공동내에서 적절한 위치에 주형코어(7)의 단부를 지지하며 주물제작과정중 용해된 주물내에서 코어(7)가 부동하는 것을 방지한다. 제3도에 보여지듯이, 상ㆍ하형(1, 2)의 각각은 리세스(8)을 가지며 주형코어(7)는 제작되어질 캠샤프트 주물의 소정형상에 상응하는 돌출부(9)를 가진다.

주형코어(7)는 그 양단부가 밀봉된 튜브상 유리재 또는 중실유리재로서 구성될 수 있으며, 이 각 경우의 유리는 바람직하게는 석영재로써 이루어진다.

제3도에 묘사된 내연기관 캠샤프트의 주조에 있어서, 유리재 주형코어(7)의 주물(4)과 협동은 기본적으로 중량을 감소시키기 위한 것이며, 그에 따라서 주형코어(7)로서 유리재 튜브를 사용하는 것은 매우 바람직한 것이다.

유리의 비중이 철에 비하여 매우 낮기 때문에 전체주물의 중량은 중실유리재의 주형코어(7)의 경우에 있어서도 매우 가벼운 것이 된다. 즉시 이해될 수 있겠지만 제3도에 도시된 본 발명은 주물을 관통하는 어떤 외부공동이나 개구부를 필요로 하지 않고서도 캠샤프트 뿐만 아니라 소정의 내부 비철영역을 가지는 어떤 다른 주물로 만들 수 있다. 원하는 바대로 주형코어(7)의 돌출부(9)는 종래의 모래주형 코어 부재의 형태 또는 유리재 부재로 만들어질 수 있다.

용이하게 이해될수 있는 바와같이 소정의 주물의 완성후에 완성된 주물에 손상을 입히거나 파손당하는 일 없이 주물제품 전체를 통하여 균일한 주물두께를 만들기 위하여 주형공동내에서 그 소정의 위치에 주형코어(7)가 유지되어 있는지를 결정하는 것은 불가능하지만 균일한 제품의 질을 보장하기 위하여 주물제품에 적용되는 품질검사가 종래의 초음파 검사등에 의하여 수행될 수 있다.

시험의 목적을 위하여 본 발명에 따라 유리튜브재로서 형성된 주형코어는 표준대기압 하에서 밀봉되며 주형공동의 내부주형면으로부터 모든 점에서 등간격으로 떨어져 있게 하기 위하여 코어 받침쇠에 의하여 주형의 상ㆍ하형 사이에 위치되어진다. 주물제품을 얻기 위하여 공동내에 용탕을 주입시키고 냉각시킨후, 유리재 중공튜브가 주물제작과정에서 그 등간격 위치에서 변하지 않았는가를 알기 위하여 초음파시험이 수행된다. 주형을 개방하고 다시 검사가 행하여지면 소정의 형상의 주물내에서의 유리재 튜브의 정위치를 확인하기 위한 검사가 실시된다.

본 발명은 주물의 내부형상의 실제적인 가공을 필요로 하지 않고, 가공하기 힘든 담금질층을 형성시키는 등의 유사한 주물가공을 실시하지 않고, 중실 또는 중공유리재 코어를 가진 튜브체로 캠샤프트 또는 다른 유사한 부재와 같이 긴 주물제품을 제작할 수 있게 하는 주물제조방법이나 주형장치를 제공하는 것이다. 주형코어로서 유리재 튜브를 사용하는 본 발명의 제조방법이나 주형장치는 그 길이에 비해 상대적으로 얇지만 중량을 줄이기 위한 목적 및/또는 윤활유공급 도관을 제공하기 위한 목적으로 부분연장 또는 전체연장된 길이방향의 구멍을 가지는 캠샤프트를 제조하기에 특히 적합한 것이다.

당해 기술분야의 전문가라면 본 발명에 따라 제조된 주물을 용탕한 후 냉각한 다음에 중공주형 관통공동(hole)이나 끝이 막힌공동(hole) 등에 남아있는 유리가, 종래의 모래코어를 제거하는데 사용되는 단순한 기술(예를들면 보링(boring), 진동, 블라스팅(blasting) 또는 고압수가공동)에 의하여 제거되어짐을 이해할 것이다. 한편 주조완성후의 유리재 주형코어의 제거는 코어가 주물내에 완전히 갇히게 되는 경우, 즉 제3도에 묘사된 경우에는 필요하지 않거나 바람직하지 않다.

전체중량을 감소시키기 위하여 또는 주물이 주조과정에서는 충분한 정밀도를 가지고 제작될 수 없는 특정의 개구부를 가져야 하거나 후에 보링(boring) 가공에 의하여 제조되어야 하는 경우에 이러한 주조는 특히 유용하다. 만일 이러한 경우에 보링이 유리재 코어를 관통할 정도로 깊게 도달하지 않는다면 유리를 제거할 필요가 일반적으로 없는 것이다.

따라서 당해분야의 기술자에게는 본 발명이 폭넓은 응용성과 유용성을 가진다는 것이 이해될 것이다. 여기까지 상술된 본 발명의 실시예 이외의 많은 실시예와 적용예 또는 변형예 및 등가적인 장치는 본 발명에 의하여 분명하거나 합리적으로 제안되는 것에 포함된다. 따라서 본 발명에 상세한 실시예와 함께 설명되었지만 이러한 개시는 예시적인 것이며, 본 발명의 예시는 본 발명의 완전한 개시를 위하여 제공될 뿐이다. 상술한 개시는 본 발명을 제한하고자 하거나 다른 실시예, 변형에, 수정 및 등가적 장치를 배제하고자 하는것이 아니며, 본 발명은 다음의 특허청구범위와 등가적인 것에만 의해서 제한되어야 한다.

Claims (22)

1. 비철내부영역을 가지는 주물부재를 제조하는 방법에 있어서, 주형(1, 2)을 제공하는 단계, 상기 주형내에 유리재의 주형코어(3)를 위치시키는 단계, 상기 유리재 주형코어를 완전히 밀봉하도록 상기 주형내에 상당량의 주철을 용입시키는 주조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주물제조방법.
2. 내연기관용 캠샤프트, 크랭크샤프트 또는 이와유사한 긴 비철내부영역을 가지는 긴 주물샤프트를 제조하는 방법에 있어서, 샤프트 형상의 주형(1, 2)을 제공하는 단계, 상기 주형내에 유리재의 주형코어(7)를 위치시키는 단계, 상기 주형내의 상기 유리재 주형코어주위에 상당량의 주철을 용입시키는 주조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주물제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 유리재 주형코어는 긴 유리재 튜브이며, 상기 주형코어를 위치시키는 단계는, 제조될 주물샤프트(4)를 통하여 길이방향으로 연장하도록, 상기 주형내에 상기 유리재 튜브를 길이방향으로 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주물제조방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 유리재 주형코어는 중공체인 것을 특징으로 하는 주물제조방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 유리재 주형코어는 그 단부에서 폐쇄된 유리튜브인 것을 특징으로 하는 주물제조방법.
6. 제2항에 있어서, 상기 주조단계는 상기 주물내에 상기 유리재 주형코어를 완전히 폐쇄시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주물제조방법.
7. 제2항에 있어서, 상기 유리재 주형코어가 중실체인 것을 특징으로 하는 주물제조방법.
8. 제2항에 있어서, 상기 주형코어를 위치시키는 단계는 상기 주형내에서 상기 유리재 주형코어를 위하여 상기 유리재 주형코어 주위에 적어도 하나의 지지고리부재를 끼우는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 주물제조방법.
9. 제2항에 있어서, 상기 유리재 주형코어가 용융주철 및 주강을 위한 샘플링 피펫에 사용되는 타입의 유리로 형성되는 것을 특징으로 하는 주물제조방법.
10. 제2항에 있어서, 상기 유리재 주형코어가 석영유리로 형성된 것을 특징으로 하는 주물제조방법.
11. 제2항에 있어서, 상기 유리재 주형코어가 석영재로 형성된 것을 특징으로 하는 주물제조방법.
12. 주물성형장치에 있어서, 주형(1, 2)에 의하여 제조되어질 주물제품(4) 내에서 완전히 폐쇄되어지도록, 내부 설치용 주형에 적합한 유리재로 성형된 주형코어(3)와 ; 주물을 위한 주형(1, 2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 주물성형장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 유리재 주형코어는 주물제품내에서 길이방향으로 연장되도록 상기 주형내에서 길이방향으로 위치시키기 위하여 길이가 연장되는 것을 특징으로 하는 주물성형장치.
14. 유리재의 코어에 의해 점유되는 완전히 폐쇄된 내부영역을 갖되, 상기 코어는 상기 내부영역과 같은 모양인 것을 특징으로 하는 제1항의 방법으로 제조된 주물부재(4)
15. 제14항에 이어서, 상기 코어가 석영재로 형성되는 것을 특징으로 하는 주물부재(4).
16. 제1항에 있어서, 상기 유리재 주형코어는 중공체인 것을 특징으로 하는 주물제조방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 유리재 주형코어는 그 단부에서 폐쇄된 유리튜브인 것을 특징으로 하는 주물제조방법.
18. 제1항에 있어서, 상기 유리재 주형코어가 중실체인 것을 특징으로 하는주물제조방법.
19. 제1항에 있어서, 상기 주형코어를 위치시키는 단계는 상기 주형내에서 상기 유리재 주형코어를 위하여 상기 유리재 주형코어 주위에 적어도 하나의 지지고리부재를 끼우는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 주물제조방법.
20. 제1항에 있어서, 상기 유리재 주형코어가 용융주철 및 주강을 위한 샘플링 피펫에 사용되는 타입의 유리로 형성되는 것을 특징으로 하는 주물제조방법.
21. 제1항에 있어서, 상기 유리재 주형코어가 석영유리로 형성된 것을 특징으로 하는 주물제조방법.
22. 제1항에 있어서, 상기 유리재 주형코어가 석영재로 형성된 것을 특징으로 하는 주물제조방법.

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