서포트 입자를 압축밀집하는 방법

서포트 입자를 조밀하게 압축하는 방법{METHOD OF COMPACTING SUPPORT PARTICULATES}

도1은 외부 주형 벽에서 보이드(voids)를 가진 세라믹 셀 주형의 길이방향 횡단면도 이다.

도1A는 플라스크가 모래와 같은 서포트 입자로 채워진, 플라스크 벽을 향하는 쪽으로 라이저(riser)에서 방사방향으로 이격져 있는 외측 주형 벽에 복잡하게 신장 형성된 챈널-형태의 환형상 보이드를 가진 일 예의 원통형 주형을 함유한 주조 플라스크의 횡단면도 이다.

도1B는 서포트 입자의 정적 정지 각으로 허용되는, 챈널-형태의 보이드 안으로 서포트 매체가 침투한 상태를 나타낸 확대도 이다.

도2는, 챈널 형태 보이드(1, 4)가 완전하게 채워지고 그리고 나머지 챈널-형태의 보이드는 플라스크의 작은 경사도로 인해서 부분적으로만 채워져 있으며, 기울임 동작(tilting)이 플라스크의 테두리를 서포트 입자 매체가 넘쳐 흐르는 동작에 의해 제약을 받는, 챈널-형상 보이드 안으로의 입자 매체의 흐름을 향상하도록 기울어진 도1의 플라스크를 나타낸 도면이다.

도3은 충분한 진동으로, 대형 경사 각이 챈널-형태 보이드(1 내지 4)를 채워서 상기 보이드 내의 서포트 입자를 강화시키며, 뚜껑이 중력에 의한 입자 매체를 형성하여 상기 뚜껑 없이 가능한 것보다 더 큰 경사각에서의 매체의 유출을 방지하는, 상기 매체의 벌크 밀도보다 더 높은 밀도의 재료로 만들어진 부유 뚜껑(floating lid)이 설치된 도1의 플라스크를 나타낸 도면이다.

도4는 챈널 형태 보이드(1 내지 4)가 완전하게 채워져 있으며 그리고 상기 매체는 하방향으로 마주하는 개구를 갖고 챈널-형태 보이드(5, 8) 쪽으로 더 깊숙하게 있게 작용하는, 플라스크의 종축선(L)을 중심으로 느리게 약 180도 회전되어진 후에 도1의 플라스크를 나타낸 도면이다.

도5는 챈널 형태 보이드(1 내지 5)가 조밀한 압축 매체로 완전하게 채워져 있으며, 나머지 챈널은 압축공정의 지속 길이와 무관하게 이러한 경사각에서는 더 이상 채워지지 않는 상태를 나타낸, 축(L)을 중심으로 하는 수회 회전 사이클 후에 동일한 플라스크를 나타낸 도면이다.

도6은 패턴이 45도까지 기울어져 있는 것을 나타낸, 패턴의 외부 면과 소통하는 내부 오일 챈널-형성 통로를 가진 엔진 블록 패턴을 도시한, 서포트 입자 매체에 있는 엔진 블록의 로스트 폼 패턴(lost foam pattern)을 가진 주조 플라스크의 횡단면도이다.

도7A는 원형의 강화 리브와 원형 플랜지에 설치된 로스트 폼 주조 플라스크를, 사각 횡단면의 길이방향 단면으로 나타낸 도면으로, 상기 플라스크는 라이저에 부착된 1쌍의 엔진 실린더 헤드에 대응하는 로스트 폼 패턴을 함유하고, 그리고 상기 플라스크는 서포트 매체로 채워지고, 플라스크가 기울어지기 전에, 주입 컵용 개구를 가진 사각형상의 뚜껑이 매체의 표면에 위치하여 도시되어 있으며, 뚜껑 중 량에서 플라스크의 축선을 따라서 있는 힘 벡터는 정지 각도 위에 매체의 쐐기에서 대향 벡터보다 크게 있게 나타낸 도면이다.

도7B는 도7A의 주조 플라스크의 평면도이다.

도8A는 선택된 경사각 사이에서 기울어져 있는 동안에 도6의 엔진 블록 패턴을 가진 주조 플라스크를 회전하는 압축 장치를 부분 단면으로 나타낸 입면도이다.

도8B는 도8A의 장치의 평면도이다.

도9는 본 발명의 실시로 압축 모래로 완전하게 채워진 도1 내지 도5에 보이드(5)와 유사한 복잡하게 이루어진 챈널 형태 보이드를 가진 압축 테스트 셀의 입면도이다.

도10A는 이론적 압축 시켄스를 나타낸 테스트 셀을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도11A는 용기가 기울어지기 전에 반대-중력 주조 세라믹 셀 주형 둘레에 서포트 매체를 조밀하게 압축하기 위해 본 발명의 실시예에 따라서 자체-함유된 장치의 입면도 이다.

도11B는 도11A의 둘러싸인 구역을 확대하여 나타낸 단면도 이다.

도11C는 용기가 선택된 경사각까지 기울어진 후에, 편의를 위해 횡단면으로 도시한 임의적인 성분을 가진, 도11A의 자체-함유된 장치의 입면도 이다.

도11D는 도11C의 화살표(11D) 방향으로 취해진 도면이다.

도11E는 애크미 나사(Acme screw)용 구동 모터의 부분 입면도 이다.

도12A는 용기가 핸드 윈치에 의해 당겨진 하니스(harness)를 사용하여 기울 어진 후에 반대-중력 주조 세라믹 주형 둘레에 서포트 매체를 조밀하게 압축시킨 본 발명의 다른 실시예에 따르는 장치의 입면도 이다.

도12B는 도12A의 장치의 평면도이다.

도13은 세라믹 셀 주형 또는 일시적 패턴 둘레에 서포트 매체를 조밀하게 압축하는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 유압식 운용 압축 장치의 사시도 이다.

도14는 세라믹 셀 주형 또는 일시적 패턴 둘레에 서포트 매체를 조밀하게 압축하는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 다른 유압식 운용 압축 장치의 등각도 이다.

도15는 도14의 다기능의 플로팅 뚜껑의 확대 횡단면도이다.

도16은 수평방향을 지나 경사진 플라스크를 나타낸 도14의 장치의 사시도 이다.

도17은 도14와 도16의 플라스크 뚜껑 성분을 부분 사시도로 부분 횡단면으로 나타낸 도면이다.

도18은 주조 플라스크에 직접 장착된 진동장치를 나타낸 도14의 장치의 사시도이며, 장치의 메인 구조는 플라스크로 회전하는 진동장치를 수용하게 확장된 것이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 310: 주형 12: 칼러 20, 320: 주조 플라스크

30, 330: 서포트 입자 매체 40, 340: 뚜껑 100: 지지 덱크

113: 프레임 133: 크레들 265: 모터

271: 레버 350: 네스트

V: 보이드 GV: 중력 벡터 OP: 개구

본 발명은 용기 내에서 주조 주형 또는 일시성 패턴(fugitive pattern)에 대한 서포트 입자를 조밀하게 압축하는 방법과 장치에 관한 것이다.

금속 주조법은, 세라믹 셀 주형이 주조 과정에서 용기 내에 유연한 동작의 모래와 같은 서포트 입자들을 조밀하게 압축하여 외부를 둘러싸고 지지를 하는 것으로 알려져 있다. 미국특허 5,069,271호와 그외 문헌에서는 그러한 주조 방법이 기술되어 있다. 다른 주조법으로는 주조되는 물품의 폼 패턴이 내열성 코팅으로 피복되어, 소위 로스트 폼 주조로 불리어지는 주조를 하는 동안에 용기 내에 모래와 같은 서포트 입자를 조밀하게 압축하여 외부를 둘러싸고 지지하는 것을 기재하였다. 미국특허 4,085,790호, 4,616,689호, 및 4,874,029호는 그러한 로스트 폼 주조 법을 기재하였다.

주조 플라스크(용기) 내의 세라믹 셀 주형 또는 폼 패턴의 외부를 둘러싸는 서포트 입자를 압축하는 작업은 수요 공정(demanding process)이다. 먼저, 헐렁하게 있는 모래(loose sand)와 같은 서포트 입자가 셀 주형 또는 폼 패턴의 외부를 중심으로 깊게 파인 보이드 안으로 흘러가서 전달되어야 한다. 모래의 자유스런 흐름을 향상시키기 위해서, 입자의 가교동작(bridging)을 없애야 한다. 다음, 입 자들은 세라믹 셀 주형 또는 폼 패턴을 구조적으로 지지하도록 통합되어 굳어져야 한다. 상기 셀 주형은 내화재로 코팅된 폼 패턴의 셀 주형 벽 두께와 표면 특성에 따르는 매우 허약한 것일 수 있다. 상기 2개 요건은 서로 상반되는 것이다.

주조 플라스크의 단순한 진동이 과거에는 주형 또는 패턴의 모든 외부 섹션 위에 서포트 입자를 통합하여 강화시키는데 이용되었다. 주조 플라스크의 진동은 서포트 입자의 변환 및 강화를 일으키기에 충분하게 심하게 이루어져야 하지만, 무르고 허약한 주형 또는 패턴을 찌그려 트리거나 손상을 주지 않게 그렇게 심하게 작용해서는 안된다.

셀 주형 또는 내화 코팅된 폼 패턴의 외부에서 길고 협소한 챈널-형태 보이드를 채우는 작업을 편리하게 하기 위해서, 셀 주형 또는 폼 패턴이 상기 챈널-형태 보이드가 수직하게 있거나 또는 거의 수직하게 있도록 방향이 향해져 있어야 한다. 이러한 구조가 가능하지 않을 때에는, 대부분의 압축 공정이 주조 플라스크를 채우는 충전 비율을 조절하여 상기 문제를 해결하게 된다. 서포트 입자의 일부 자유 표면의 상부 일부분 만이 용이하게 흘러서, 이러한 접근방식은 채우기가 어려운 수평방향 챈널-형태 보이드의 수준에 이를 때까지 입자 매체를 채우는 동작과, 유동 입자들이 챈널-형태 보이드의 끝까지 이동할 수 있는 기회를 가질 때까지 입자를 채우는 공정을 대기시킬 필요가 있는 것이다. 이때, 주조 플라스크를 채우는 작업은 다음 채우기가 곤란한 보이드에 입자가 도달할 때까지 되풀이 된다. 이 기술에 대한 신뢰는 정밀한 진동 및 입자 첨가, 수단, 및 정확한 충전 수준의 제어에 따른다.

이러한 접근방식이 갖는 다른 문제에는, 일부 압축공정에서, 셀 주형 또는 폼 패턴의 상부가 위로부터 지지를 받는 반면에, 하부 섹션은 진동하는 서포트 입자 매체에 부분적으로 매립되어 주조 플라스크가 이동하는 것이다. 주형 또는 패턴에서 발생하는 습곡동작은 주형 또는 패턴의 뒤틀림과 주형 벽의 균열 또는 패턴 코팅의 균열을 일으킨다.

상술한 문제를 해결하려는 시도로서, 미국특허 6,457,510호에 기재된 방식이 있으며, 4개 진동장치를 동조시키어, 4개 주조 플라스크를 흔들어 부분적으로 변경하여 서포트 입자가 측방향으로 이동하게 유도하도록 서로 상관하여 회전 방향과 편심 위상 각도를 바꾸는 작업을 포함한 것이다. 그런데, 이러한 공정은 통로 형태로 이루어진 기하형상의 보이드에 맞추어진 특정된 진동-벡터 변경 수단을 필요로 하는 것이다. 더우기, 제어를 받는 흔들림 동작은 4개 진동기의 축선에 대해 수직적으로 있는 일 평면으로 제약을 받게 된다. 끝으로, 상기 특허의 압축 공정은 다른 모든 압축 공정과 마찬가지로, 서포트 매체를 유동시키고자 할 때에 중력과 끊임없이 접전하는 것이다.

본 발명은 용기에 주조 주형 또는 일시성 패턴에 대해 서포트 입자 매체를 조밀하게 압축하는 방법과 장치를 제공하는 것으로서, 용기를 진동시키고, 용기를 회전하고, 그리고 용기를 중력 벡터와 상관하여 기울이는 체계적으로 이루어진 단계를 조합하여 사용하여서, 서포트 입자 매체를 주형 또는 패턴 벽에 단순한 복합 보이드를 채우도록 유도하는 방식으로 주형 또는 패턴 방위를 변경한 것이다. 서 포트 입자 매체는 상기 보이드 내로 흐르도록 유도되고, 여기서, 상기 입자들은 상기 방법을 이행하는 동안에 주형 또는 패턴에 대해 변화하는 중력과 진동 벡터에 의해 포획되어 강화 된다.

본 발명의 일 실시예는 용기를 지속적으로 진동하고, 연속하여 회전하고, 그리고 계속적으로 기울이는 단계를 포함하여, 중력 벡터에 대해 주형 또는 패턴 방위를 변경한 것이다. 본 발명의 다른 실시예는 입자 매체를 압축하는 동안에 증가 경사각으로 용기를 기울이는 단계를 포함하는 것이다. 상기 용기는 각각의 증가 경사각으로 연속적으로 또는 단속적으로 회전 및 진동을 받게 된다. 본 발명의 다른 실시예는 용기가 중력 벡터에 대해 고정된 경사각으로 기울어지면서 용기가 회전과 진동을 받는 단계를 포함하는 것이다.

본 발명은 반대 중력 주조 주형 또는 패턴과 마찬가지로 중력 주조 주형 또는 패턴에 대하여 서포트 입자 매체를 조밀하게 압축하는 것이다.

본 발명을 설명하는 방법의 실시예에서, 주형 또는 일시성 패턴이 플라스크에 배치되고 그리고 상기 플라스크는 서포트 입자 매체로 채워진다. 플라스크는 용기가 중력 벡터에 대해 제2축선을 중심으로 연속적으로 또는 고정적으로 기울여지면서 제1축선을 중심으로 연속적으로 진동 및 회전하게 설정된다. 용기 진동, 회전, 및 중력 벡터에 대해 기울이는 단계의 조합은, 주형 또는 패턴 벽의 특정 구조로 형성된 챈널, 챔버, 크레비스(crevices), 및 그외 다른 보이드가 반복적이고 조직적으로 다시 방위를 이루게 하여서, 상기 보이드에 있는 서포트 입자 매체의 자유 면이 동적 정지 각(dynamic angle of repose)을 지나 이동되고 그리고 구멍의 연속적으로 변경된 방위와 진동의 결합 작동으로 상기 보이드 안으로 흐르게 한다. 그러한 플라스크의 체계적인 반복 동작은 결국적으로 압축된 서포트 입자 매체로 주형 또는 패턴 벽으로 형성된 보이드를 평탄하게 채울 것이다. 보이드의 방위가 보이드의 개구가 하방향으로 대면하도록 회전을 하는 동안에 순환하면, 상기 서포트 입자는 보이드 개구를 차단하는 입자 매체를 강화하여서 보이드를 빠져 나가지 못하게 막게 된다. 뚜껑은 선택적으로 용기에 입자 매체의 상방향 대향 면에 놓여져 용기가 압축 방법을 실시하는 동안에 기울여지게 되는 각도를 증가시킨다.

본 발명을 설명하는 장치의 실시예에서, 용기는 회전가능한 고정물에 배치되고 그리고 제1모터가 설치되어 제1축선을 중심으로 용기에 대한 회전을 할 수 있게 고정물을 회전시킨다. 상기 고정물은 차례로, 기울여질 수 있는 프레임에 배치되고 그리고 제2모터가 설치되어 중력 벡터에 대한 제2축선을 중심으로 용기가 기울어지게 프레임을 기울인다. 1개 이상의 진동기가 프레임을 지지하는 테이블에, 프레임 위에, 고정물 위에, 그리고/또는 용기에 배치된다. 서포트 입자의 소스를 제공하여 주형 또는 패턴이 용기에 수용된 후에 입자로 용기를 채우게 된다.

본 발명의 압축 방법과 장치는 이들이 최소 부분을 특정하고 복잡한 입자 공급 수단 방식이 필요하지 않다는 이점이 있는 것이다. 또한, 본 발명의 압축 방법과 장치를 실행하여 반대 중력 주조 주형(countergravity casting molds) 또는 일시성 패턴에 대한 것과 마찬가지로 중력 주조 주형 또는 일시성 패턴에 대한 서포트 입자 매체를 조밀하게 압축할 수 있는 것이다.

상기 이점 및 그외 다른 이점에 대해서는 첨부 도면을 참고로 이하에 기술되 는 설명으로 보다 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 서포트 입자가 주형 또는 패턴 벽에 간단한 복수 보이드를 채우도록 유도하는 방식으로 주형 또는 패턴의 방위를 변경하게 중력 벡터에 대해 기울어지는 용기와, 용기 회전과, 용기 진동을 조합하여 사용하여서 용기 내에서 플라스틱 패턴과 같은 일시성 패턴 또는 세라믹 셀 주형과 같은 주조 주형에 대해 서포트 입자를 압축하는 방법과 장치를 제공하는 것이다. 본 발명은 주형 또는 패턴을 지지하는 작용이 필요한 곳에 금속 또는 합금 주조물에 사용되는 임의적인 타입의 주형 또는 일시성 패턴 주위에 있는 보이드에 서포트 입자를 조밀하게 압축하는데 이용되는 것이다.

제한적이지 않은 기술로서 설명을 목적으로 도1을 참고로 하여 설명하면, 얇은 벽의 세라믹 셀 주형(10)이, 본원에 참고문헌으로 기술내용이 기재된 미국 특허 5,069,271호에 기술된 바와 같이 반대 중력 주조를 하는 동안에 용융 금속 또는 합금을 수용하게 라이저 통로와 각 게이트 통로(10g)를 경유하여 소통하는 복수개의 주형 공동(10b)과 중앙 라이저 통로(10a)를 가진 상태로 있다. 일반적으로, 상기 세라믹 셀 주형(10)은 잘 알려진 로스트 왁스 공정(lost wax process)으로 형성되며, 일시성(예, 왁스 또는 플라스틱) 패턴 조립체(도시 않음)는 필요한 셀 주형 벽 두께로 강화되기 까지 반복적으로 세라믹 슬러리에 넣어져, 초과 세라믹 슬러리를 배출하고, 거친 세라믹 치장 회반죽 입자로 발라져서, 건조되어 진다. 다음, 일시성 패턴은 세라믹 셀 주형을 이탈하게 선택적으로 제거되고, 상기 세라믹 셀 주형 은 용융 금속 또는 합금이 그곳에서 주조되는데 충분한 세기를 부여하도록 가열된다. 셀 주형(10)에는, 주형 공동(10b)과 세라믹 폐쇄부재(12') 안으로 그리고 라이저 통로(10a)를 상방향으로 통해서 용융 금속 또는 합금을 반대 중력으로 주조하기 위해 상술된 특허에 기술된 바와 같은 충전 관(fill tube)(도시 않음)과 소통하는 세라믹 칼러(12)가 제공된다. 본원은 주조 과정에서 셀 주형 벽을 지지할 필요가 있는 임의적인 셀 주형 벽 두께를 가진 세라믹 셀 주형으로 실시되는 것이다.

본원은 금속 또는 합금을 반대 중력으로 주조하는 도1에 도시한 타입의 세라믹 셀 주형으로 실시하는데 한정되지 않는 것으로서, 금속 또는 합금을 중력 주조하고 임의 타입의 주조 주형에서 실시될 수 있는 것이다. 설명만을 목적으로 하는 한정되지 않는 기재로서, 본 발명을 실시하는 데에는, 금속 또는 합금의 중력 주조를 위해 서포트 입자 매체에 의해 지지를 받는 세라믹 셀 주형을 사용한다. 유사하게, 본원은 설명을 목적으로 기술되는 한정되지 않는 기재로서 용기에 플라스틱(예, 폴리스티렌) 폼 패턴과 같은 일시성 패턴으로 실시되며, 상기 패턴은 선택적으로 패턴의 외부 면에 얇은 내화성 코팅물로 코팅될 수 있는 것이다.

도1에 도시한 바와 같이, 세라믹 셀 주형(10)은 주형의 외부 면 또는 벽 주위에 복수개의 신장된 챈널-형태 또는 크레비스-형태 보이드를 형성하는 외부 구조를 포함한다. 보이드(V)는 라이저 통로(10a)와 상관하여 측면방향(일반적으로 반경방향)으로 연장 형성되어 진다. 예를 들어, 보이드(V)는 각각의 주형 공동(10b)을 형성하는 측면방향 연장 주형 섹션(10s) 사이에 형성된다. 그런데, 상기 보이드(V)는, 이용되는 주형의 특정한 외부 구조에 따르는 라이저 통로와 상관된 임의 적인 형태 및/또는 방위를 가질 수 있는 것이다. 도1은 본 발명에 따르는 조밀하게 압축된 서포트 입자로 채워지는 대표적인 보이드(V)를 설명하기 위해 간단하게 도시하여 나타낸 도면이다.

도1A는 서포트 입자 매체(30)에 속해있는 예를 든 원통형 주조 주형(10)을 함유한 주조 플라스크(용기)(20)를 부가로 나타낸 것으로서, 주형(10)은 플라스크(20)의 내부 벽을 향하는 방향으로 라이저 통로(10a)에서 멀어지는 반경방향으로 나가는 외부측 주형 벽(10w)에 위치한 예를 들어 복잡하게 얽힌 신장된 챈널-형태 환형상 보이드(V)를 구비한 것이다. 보이드(V)는 본 발명을 실시하여 조밀하게 압축된 서포트 입자(예, 마른 모래)로 채워지는 다른 보이드 형태를 설명하기 위해 변경된 구조를 가지고 나타낸 것이다.

예를 들어, 도1A에 횡단면으로 도시한 바와 같이, 다수의 복잡한 구조의 보이드(V)를 가진 원통형의 주형(10)을 고려해 본다. 주형(10)이 플라스크(20)에 위치하게 되고 그리고 플라스크가 서포트 입자로 채워지게 되면, 정적 정지각도로 정해지게 되는 소량의 입자 매체(30)가 도1B에서 설명되는 바와 같이 각각의 보이드(V)에 유입하게 될 것이다. 플라스크(20)의 진동은 플라스크(20) 내의 입자 매체(30)의 상부 소량이 흐르게는 하겠지만, 각 보이드(V) 안으로 훨씬 더 많은 입자 매체가 흘러가게 유도하지는 않을 것이다.

만일, 플라스크(20)가 도2에 도시한 바와 같이 중력 벡터(GV)에 대한 고정 경사각(A)으로 기울어지게 되면, 입자 매체(30)는 상부 대향 개구(OP)를 갖고 대략 하방향으로 경사진 보이드(V) 안으로 용이하게 흘러 갈 것이다. 도1A에 도시한 보 이드(1, 4)는 무른(건조) 입자 매체로 완전하게 채워지며, 반면에 보이드(2, 3)는 플라스크의 엣지 너머로 입자 매체가 흐르기 시작하기 전에 부분적으로만 채워진다. 진동은 보이드 안으로 입자 매체가 흘러가는 동작을 향상하여, 상기 보이드에 입자 매체의 강화도를 증가시킬 것이다. 또한, 진동은 보다 많은 매체가 플라스크(20)에서 흘러가게 할 것이다.

입자 매체(30)가 보이드(V) 안으로 흘러가 조밀하게 압축됨으로서, 위에서 나온 매체는 중력 벡터를 따라 흘러가 보이드를 대체한다. "거품"으로서 보이드를 시각적으로 보이게 하는데 유용함이 있다. 매체가 하방향으로 조금씩 흘러감으로서, 이러한 "거품"은 희박한 매체(rarified media)가 되어, 매체가 침투할 수 없는 면에 부딪칠 때까지 중력 벡터에 반하여 상방향으로 이동한다. 이러한 일이 발생하면, "거품"은 상기 면 밑에 보이드를 형성할 것이다. 그 형태 및 방위에 따라서, 상기 면은 "거품"을 포획할 것이다. 예를 들면, 중력 벡터에 대해 수직적으로 있는 면은 "거품"을 포획할 것이다. 일 구역에서의 압축은 다른 구역에서 실패한 압축을 희생하여 이루어진다. 본원 발명의 실시예에서는 상기 보이드 "거품"이 포획 면을 체계적으로 다시 방향지게 하여서 벗어나게 한다. "거품"이 경사진 플라스크 벽에 부딪치면, 거품은 입자 매체(30)의 상부 개방 면을 통해 벗어날 때까지 플라스크 벽을 따라서 이동할 것이다.

입자 매체의 벌크 밀도보다 더 높은 밀도로 이루어진 재료로 제조된 헐겁게 끼워진 뚜껑(40)이 입자 매체(30)의 상부 면 위에 놓이게 되면(도3), 상기 플라스크(20)는 플라스크의 엣지 위로 입자 매체가 넘치지 않을 정도의 상당한 급경사 각 도로 기울일 수 있다. 상기 매체의 표면에 대해 수직하는 뚜껑(40)의 중량으로부터 받는 힘은, 도7A에서 설명되는 바와 같이 정지 각도로 생성된 입자 매체(30)의 쐐기로 인하여 들어올리는 힘(lifting force)보다 크다. 이러한 사실 때문에, 플라스크(20)는 입자 매체(30)를 흘리지 않으면서 45-50도 까지 기울여질 수 있다. 도3에 도시한 바와 같이, 뚜껑(40)에 의해 가능하게 만들어지는 경사 각도로, 더 많은 보이드(V)가 입자 매체로 완전하게 채워지게 된다. 플라스크(20)의 진동은 보이드를 채우는 작업을 빠르게 하고 그리고 보이드가 완전하게 채워진 후에는 입자 매체를 조밀하게 있게 한다. 입자 매체가 보이드를 채우고 플라스크와 보이드에 조밀하게 있음으로서, 발생된 희박한 매체(rarefied media) "거품"은 뚜껑(40) 밑에서 입자 매체의 상부 면으로 가는 길로 작용하여, 뚜껑의 테두리를 따라서 빠져나간다. 그러한 결과로서, 입자 매체(30)의 상부 면이 강하하여, 뚜껑(40)이 플라스크(20) 안으로 더 깊숙하게 놓여지게 된다.

기울어진 플라스크(20)가 그 종축선(L)에 대해서 서행으로 회전하게 되면, 주형(10)의 라이저 통로(10a)에서 반경방향으로 있는 보이드(V)가 도4에서 설명되는 바와 같이 상방향으로 개구(OP)와 마주하는 지점으로 이동하게 된다. 따라서, 각각의 보이드는 플라스크의 회전 사이클 중에 입자 매체를 수용하게 된다. 도4는 절반 회전 후에 주형을 나타낸 도면이다. 하방향으로 마주하는 보이드는, 보이드 외측에 압축된 입자 매체가 개구(OP)를 차단하기 때문에 입자 매체를 잃지 않는다. 만일 회전 속도가 충분한 서행의 속도이면, 보이드(1 내지 4)는 일 회전으로 채워질 것이다. 그런데, 보이드(5, 8)와 관련하여서, 보이드에 대한 개구(OP)가 하방 향으로 대면할 때에 순환하는 중에, 입자 매체는 보이드 안으로 더 깊숙하게 이동할 것이고, 상기 보이드에 입자 매체 칼럼에 일시적 갭(temporary gap)을 남기게 된다. 플라스크가 수회 회전한 후에, 지그제그형 보이드(5)는 도5 및 도10L에 도시된 바와 같이 조밀하게 압축된 입자 매체로 완전하게 채워지게 된다.

희박한 매체 "거품"이 중력 벡터를 따라서 수직 상승함으로서, 상기 매체를 통과하는 통로는 회전에 의해 왜곡되고, 플라스크 내부 벽을 향하는 방향으로 나선형으로 이어진다. 만일 상기 "거품"이 매체에 침투할 수 없게 임의적인 장애물과 부딪친다면, 그러한 장애물 아래에 쌓여질 것이다. 만일 상기 장애물이 주형 면이면, 플라스크의 회전 사이클 중에 위로 마주 대하여, "거품"을 방출할 것이다. 따라서, 결국적으로, 희박한 매체 "거품"은 플라스크 내부 벽과 부딪치고 그리고 경사진 플라스크의 회전으로 인해서, 상술한 바와 같이 입자 매체의 노출된 상부 면을 통해 거품이 빠져나갈 때까지 플라스크 내부 벽을 따라 나선형으로 회전하면서 올라갈 것이다.

이러한 입자 매체와 희박한 매체 "거품" 이동 공정은, 플라스크(20)의 회전 사이클 중의 적어도 일 부분 동안에서 보이드의 전 구간이 하방향으로 기울어져 있는 동안에는, 그 복잡함과 관계없이, 임의적인 보이드(V)를 완전하게 채울 것이다. 상기 경사는 플라스크(20)에 부여되는 주어진 진동에 맞게 입자 매체의 정지(repose) 각도보다 더 커야만 한다. 이하, 이러한 각도는 입자 매체의 동적 정지 각도(the dynamic angle of repose)로서 참고되며 그리고 정적 정지 각도보다 훨씬 덜한 것이다.

도5에서, 보이드(6, 7, 8)는 상술된 플라스크 진동, 회전 및 기울어진 상태 하에서 완전하게 채워질 수 없는 것이다. 이러한 사실은 보이드(6)의 끝이 플라스크의 전체 회전 사이클 중에 상방향으로 경사지고 그리고 보이드(7, 8)의 마지막 2개 구간이 항시 상방향으로 경사진 네째 구간으로 차단되기 때문이다. 상기 보이드(6, 7, 8)는 후술되는 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 의해 채워지게 된다.

도1 내지 도5에 보이드(V)가 플라스크 길이방향(회전가능) 축선(L)을 함유한 평면에 있는 것으로 도시되어져 있지만, 상기 보이드는 보이드가 플라스크(20)의 회전 사이클 중에 하방향으로 경사져 있는 동안에, 임의 방향으로 향해져 입자 매체(30)로 채워질 수 있는 것이다. 또한, 만일 도1 내지 도5에 있는 보이드(6 내지 8)가 "플라스크의 길이방향(회전가능) 축선에 대해 수직하는 평면"으로 방향이 향해져 있으면, (용기 바닥에 대해 평행한 평면) 보이드는 상술한 바와 같이 경사진 용기의 진동 및 회전으로 조밀하게 압축된 입자 매체로 용이하게 채워지게 된다.

도9는 본 발명의 실시에 의해 압축 모래로 완전하게 채워진, 도1 내지 도5에 도시한 보이드(5)와 유사한, 복잡하게 얽힌 챈널-형태 보이드(V)를 가진 압축 테스트 셀(주형 또는 패턴(P)의 섹션을 모의)의 입면도이다. 특히, 압축 테스트 셀은 수직한 투명한 아크릴산의 평판(AP) 사이에 샌드위치된 폴리스티렌 막대로 구조된다. 상기 압축 테스트 셀은 도1 내지 도5에 보이드(5)의 형태와 유사하게, 길이 36인치의 면적 1½ x 1½인치를 가진 챈널-형태 보이드로 형성된다. 도시된 바와 같은 수직한 방위에서는, 압축 테스트 셀이 30인치 깊이의 원통형 플라스크의 바닥에 배치되고, 플라스크는 32초 동안에 마른 Calimo22 서포트 매체로 채워진다. 상 기 플라스크는 충전과정 중에는 진동하지 않는다. 다음, 플라스크는 중력 벡터(수직성)에 대해 30도의 고정 경사각으로 기울어지고, 1G 미만으로 진동하고 그리고, 초기 시험 목적에 맞게 경사, 회전, 그리고 약한 진동을 할 수 있는 원심분리 주조 기계에서 2분 동안 6rpm으로 회전된다.

플라스크가 2분 동안 고정 경사각으로 기울어지는 동안에 플라스크의 진동과 회전과의 이러한 조합으로, 조밀하게 압축된 주조 모래로 테스트 셀의 일그러진 챈널-형태 보이드를 완전하게 채워지게 한다.

대조적으로, 동일한 주조 기계, 동일한 테스트 셀 및 동일한 서포트 매체를 사용한 대비 시험을 오직 상술한 플라스크 진동 조건 만을 이용하는 곳에서 실시하였다. 즉, 플라스크는 30도로 고정된 경사각으로 기울이지 않았으며, 회전시키지도 않았다. 상기 대비 시험은 헐거운 매체(loose media)로 상부 폴리스티렌 막대 위에 챈널-형태 보이드를 부분적으로만 채운 것이다. 즉, 챈널-형태 보이드의 90%를 넘는 나머지 부분이 비워져 있는 상태로 있고 그리고 서포트 매체로 채워지지 않았다.

도10A 내지 도10L은 테스트 셀의 도9의 일그러진 챈널-형태 보이드(V)에 주물 모래를 채우고 압축하는 과정에서 발생하는 충전 동작 시켄스를 설명하는 도면이다. 이 시켄스는 단지 본원을 설명할 목적으로 기술한 것이며, 상기 시켄스는 본원을 한정하는 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 도10A를 참고로 설명하면, 테스트 셀은 개시적으로 도10A에서 좌측으로 힘을 받는 테스트 셀의 개방 단부(E)를 가진 수직 방향 플라스크(도시 않음)에서 그 측부에 위치하게 된다. 플라스크 는 상방향으로 마주하는 개방 단부를 가진 수직방향으로 지향된 것이다.(예, 도1A 참고) 다음, 주물 모래(30)가 테스트 셀이 주물 모래에 위치하게 채워질 때까지 플라스크 안으로 유입되며, 도10A에서는 편의를 위해 플라스크 내에 테스트 셀 둘레에 일 부분의 주물 모래 만을 나타내었다. 도10B 내지 도10L에서는, 테스트 셀 을 둘러싸고 있는 주물 모래(30)를 편의를 위해 생략하였다. 도10A는 수직 플라스크를 채운 후에 정적 정지 각도에 대해서만 이루어지는 모래 보급을 나타낸 도면이다. 도10B는 채워진 플라스크가 30도 경사각으로 기울어지고 그리고 체계적인 회전이 부분적으로 상방향으로 대향하는 위치로 테스트 셀의 개방 단부(E)가 전해져 있은 후에 보이드 내로 입자 매체(모래)가 전해지는 범위를 나타낸 도면이고, 여기서 회전 축선에 대한 테스트 셀의 개시 방위는 중요하지 않은 것이다. 도10C에서는, 경사진 플라스크가 6rpm으로 길이방향 축선에 대하여 180도 더 회전되고 반면에 챈널 안으로 더 깊이 흘러가 있게 도시된 입자 매체의 슬러그를 가진 1G 미만으로 진동되는 것이다. 도10D 내지 도10K에서는 경사진 플라스크의 진동 및 회전이 이어지고 그리고 입자 매체는 보이드가 도10L에 도시한 바와 같이 압축 주물 모래로 채워질 때까지 보이드 안으로의 순차적인 흐름을 계속한다. 도면을 통해서, 어떻게 보이드 "거품"이 유입 매체에 의해 분류되는지 그리고 어떻게 "거품" 구간이 매체와 반대 흐름으로 챈널 밖으로 나가게 작용하는 지를 이해할 수 있을 것이다. 보이드를 실질적으로 채우고 압축하는 일은 플라스크를 12번 완전 회전을 하여 이루어졌다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 중력 또는 반대 중력 주조 공정에서 사용하는 데 적정한 주조 주형 또는 일시성 패턴에 대해 서포트 입자 매체를 조밀하게 압축하여 실시되는 것이다.

중력 주조 실시예(Gravity Casting Embodiment)

도7A 및 도7B는 서포트 입자 매체(30')로 채워진 플라스크를 가진, 플라스크에 배치된 중력 주조 로스트 폼 패턴(10')을 사용하는 플라스크(20')를 설명하는 도면이다. 다음의 기술은 본원을 한정하는 것이 아닌 설명을 목적으로 기술하는 것이다. 플라스크 또는 용기(20')는 강(steel) 또는 그외 다른 적절한 재료로 제조되며, 예를 들어 원통형 플라스크 또는 사각형 또는 그외 다른 다각형 횡단면을 가진 플라스크와 같은, 임의적인 형태로 이루어진다.

일시성 패턴(10')은 주입 컵(10a'), 라이저(10s'), 및 게이팅(10g')에 의해 라이저(10s')에 연결된 1쌍의 엔진 실린더 헤드 패턴(10p')을 포함한다. 패턴(10')은 일반적으로, 본원을 제약하는 것이 아닌 기재로서, 운모(mica) 또는 실리카 기본 재료인, 내화성의 얇은 층(예, ½ mm)으로 코팅되는 폴리스티렌으로 제조된다.

플라스크(20')는 도8A 및 도8B의 압축 장치에서 롤링 동작을 용이하게 하기 위한 원형 플랜지(20a')와 원형의 중간개재 보강 리브(20b')를 갖는다.

도8A 및 도8B는 플라스크(20') 내에 입자 매체(30')에 배치된 도6에서 보다 상세하게 도시한 로스트 폼 엔진 블록 패턴(10")에 대해 입자 매체(30')를 압축하는 장치를 설명하는 도면이다. 다음의 기술내용은 본원을 한정하는 것이 아닌 설명을 목적으로 기술하는 것이다. 서포트 입자 매체(30')는 마른 주물 모래 또는 임의적인 다른 자유-흐름 내화 입자를 포함하며, 전형적으로 상기 입자는 미국 특허 5,069,271호에 기술된 바와 같이 수지(resin) 또는 그외 다른 결합제(binder)가 없는 비결합성 입자이다. 그리고, 서포트 입자는 선택적으로 본 발명에 따라 플라스크(20') 내의 주형 또는 패턴에 대하여 유동체로 조밀하게 압축되는 서포트 입자의 성질에 역효과를 주지 않는 제한된 범위에서 합해지는(bond) 것이다.

도8A를 참고로 설명하면, 장치는 종래 진동 압축 테이블(베이스)(T')(개략적으로 도시)을 포함한다. 선택적으로 또는 추가하여, 분리 진동기가 도11A; 도12A 및 도12B; 도14, 도16 및 도18에 도시한 방식으로 이용될 수 있다. 중력 벡터에 대해 선택된 경사각도로 플라스크(20')를 기울이는 작업은, 후술되며 진동 테이블(T)에 배치된 도11A, 도11B, 도11C, 도12A, 도12B, 도13, 도14, 도16, 및 도18에 도시한 임의적인 트러니언(trunnion) 메카니즘으로 달성된다. 본원을 한정하는 것이 아닌 설명을 목적으로 하는 기술로서, 트러니언 지지 기둥(17')이 테이블(T')에 설치되어 회전형 네스트(고정)(50')가 플라스크(20')를 수용하기 위해 배치된 상하이동식 프레임(13')을 지지한다.

플라스크(20')는 프레임(13')에서 네스트(50')가 상하운동 하기에 앞서 네스트(50')에 위치시킨다. 상기 네스트(50')는 플라스크(20')가 위에 배치되는 베이스 평판(50a')을 포함한다. 네스트 베이스 평판(50a')은 원통형 리세스를 구비하여 플라스크(20')의 바닥부를 수용한다. 네스트 베이스 평판(50a')은 프레임(13')에 지지 포스트(13b')에서 120도 이격 분리된 3개의 왕관형 롤러 베어링(B1')에 놓여져서, 플라스크의 원형 베이스 평판(50a') 주위와 결합하는 지지 플랜지(13f')에 4개 이상의 롤러 베어링(B2')에 의해 중앙으로 설정된다. 기어 모터(60')는 베이스 평판(50a')상에 벨트-수용 그루브(50g')와 결합하는 구동 벨트(62')로 네스트(50')를 회전시킨다.

플라스크(20')가 네스트(50')에 수직방향으로 향해져 있는 동안에, 패턴(10")이 플라스크에 위치하게 되고, 그리고 플라스크가 위에 있는(overhead) 호퍼(도시 않음)와 같은 적절한 입자 소스로부터 마른 주물 모래와 같은 서포트 입자 매체(30')로 채워진다. 플라스크가 기울어 지기 전에, 주입 컵(10a')용 개구가 있는 사각형태의 헐겁게 설치된 자유-부유 뚜껑(40')이 입자 매체의 상부 면에 놓여져서 경사각이 입자 매체의 정지 각도를 초과할 때에 넘쳐 흐르는 것을 방지한다. 주입 컵(10a")은 뚜껑 개방부를 통해 연장 형성되어서, 도가니 또는 그외 다른 용융물 용기(melt-holding vessel)(도시 않음)에서 중력 방식으로 도8B에 도시된 바와 같이 주조되는 용융 금속 또는 합금을 수용하도록 노출되어 있다. 뚜껑(40')의 중량에서 플라스크의 축선을 따라서 있는 힘 벡터는 도8A에 도시한 바와 같이, 정적 정지각도 위에 입자 매체(30')의 쐐기로부터 반대 벡터보다 크게 있다. 이러한 사실은 플라스크가 50도에 이를 때까지 기울어질 때에 플라스크의 측부와 입자 매체의 상부 면이 정방형을 유지하게 한다. 상기 매체가 굳어짐으로서, 뚜껑은 플라스크 안으로 더 깊숙하게 위치하게 된다. 플라스크가 직립 위치로 돌아오게 되면, 상기 매체의 상부 면은 수평적으로 된다.

테이블(T')의 진동과 플라스크(20')의 회전은 플라스크(20')가, 본 발명이 이러한 시켄스로 제약되지 않더라도, 네스트(50')에서 수직방향으로 지향되어 있는 동안에 시작하게 된다. 다음, 상기 네스트(50')는 트러니언 지지 기둥(17')(1개만 도시)에 도8A에 도시한 바와 같이 중력 벡터에 대해 고정된 경사각도로 기울어진다. 기울어진 플라스크(20')는 도8B에 도시한 바와 같이 플라스크의 원형 중간개재 리브(20b')와 결합하는 방식으로 프레임(13')의 기립 측 평판(13s')에 배치된 2개 이상의 롤러 베어링(B3')으로 경사진 위치에서 회전할 수 있게 지지를 받게 된다. 기울어져 있는 동안에 플라스크의 진동과 회전은, 패턴(10")상에, 특히 엔진 블록 패턴상에 보이드가 조밀하게 압축된 주물 모래로 채워질 때까지 지속적으로 행하여 진다.

부가적인 설명을 위해서 내부 오일 통로(10p")를 구비하는 로스트 폼 엔진 블록 패턴(10")을 도6에 나타내었다. 도6에서는, 엔진 블록 패턴을 가진 플라스크가, 임의 방향으로의 진동이 본 발명을 실시하는데 사용되더라도, 도시한 바와 같이 중력에 대해 평행한 진동을 받게 되고 그리고 플라스크가 도시된 바와 같이 기울어져 있는 동안에 회전을 받게 된다. 플라스크의 회전으로, 최장 길이의 오일 챈널(101p")이 45도로 경사진 상태로 있다. 최장 길이 오일 통로에 대해 수직하여 있는 오일 챈널(10pp")은, 회전으로 인해서 사인곡선 형상으로 -45도 와 +45도 사이에서 변화 한다. 나머지 짧은 오일 챈널(10sp")은 도시된 바와 같이 인출 평면 안밖으로 연장 형성된다. 이러한 오일 챈널 또는 통로(10sp")는 또한 회전에 의해 -45도 와 +45도 사이에서도 변경된다. 압축 시험을 하는 동안에, 실질적으로 엔진 블록 패턴(10")은 플라스크의 회전축선(종축선)(L)에서 수 인치 벗어나 선회하게 된다. 완전한 일 회전이 패턴의 각 궤도 선회 중에 발생함으로, 패턴(10")의 오일 챈널에 주물 모래를 채우고 압축하는 효과는 동일하다.

도7A, 도7B, 도8A 및 도8B의 장치는 중력 주조를 하는 동안에 압축 입자 매체의 지지를 필요로 하는 임의적인 주형 또는 패턴에 사용되는 것이다. 도7A, 도7B, 도8A 및 도8B에 설명된 본 발명의 중력 주조 실시예에서, 본원 발명에 따르는 경사진 회전식 압축 방법은 다음을 포함한다.

주조 플라스크(20')는 종래 압축 테이블(T')의 상부에 있는 가변식-경사, 회전식 네스트 또는 고정체(50')에 고정된다. 주형 또는 패턴(10')은 플라스크의 진동이 없는 전형적인 방식으로 손으로 플라스크 안에 적재 된다. 예를 들어, 소량의 주물 모래가 플라스크에 놓여지고 그리고 패턴이 주물 모래 안으로 완만하게 압입된다. 생산 시에, 패턴은 플라스크 충전 사이클을 개시하는 시점에서 고정물(도시 않음)에 의해 플라스크 내에서 지지를 받게 된다. 수직 플라스크는 종래 수단으로 주물 모래와 같은 서포트 입자 매체로 채워진다. 압축 공정을 약간 짧게 하기 위해서, 플라스크(20')가 충전작업을 하는 동안에 진동을 받게 되지만, 이러한 시점에서 상기 동작이 반드시 필요한 것은 아니다. (만일 진동을 충전 공정이 행해지는 동안에 도입하지 않았다면, 진동 절연장치가 주형-적재 고정물에 필요하게 되지 않을 것이다.) 충분한 입자 매체가 주형 또는 패턴의 방위를 유지하도록 도입되어져 있지 않으면, 상기 주형 또는 패턴은 풀어지게 되고 그리고 나머지 플라스크가 채워지게 될 것이다.

만일, 플라스크가 입자 매체를 흘릴 수 있는 각도 이상으로 기울어질 수 있으면, 이러한 때에 헐겁게 끼워진 덮개(40')를 입자 매체(30')의 상부면에 위치시 킨다. 상기 덮개는 패턴의 주입 컵(10a')용 개구를 갖는다.

압축 테이블(T')의 진동은 수직방향 길이방향 축선(L)에 대한 플라스크의 회전과 함께 시작하고 그리고, 상기 플라스크(20')는 중력 벡터에 대한 압축 경사각도로 기울인다. 복수개의 보이드를 가진 대부분의 주형 또는 패턴(10')용으로, 30 내지 35도 경사 각도가 충분하며, 그리고 뚜껑(40')은 필요하지 않다.

플라스크(20')는 플라스크가 연속적 또는 단속적으로 진동 및 회전되는 고정된 경사각("A")으로 기울어진다.

선택적으로, 플라스크를 연속적 또는 단속적으로 진동 및 회전하면서, 플라스크(20')는 수직 위치에서 30-35도 경사각("A")까지 연속적으로 기울지고, 필요에 따라서는, 전진 및 후진 방식으로 수직위치로 복귀한다.

부가하여, 상기 플라스크(20')는, 그 내용을 한정하는 것이 아니고 설명을 하기 위한 기술로서, 용기가 각각의 각도 위치(예, 10도, 20도, 등)에 있는 시간 동안에 연속적 또는 단속적으로 일어날 수 있는 용기의 진동 및 회전 중에, 수직 방위에서 일정 시간 동안에 10도 까지, 20도 까지, 그리고 다음은 30도 까지와 같이, 수직 위치와 30도-35도 경사각("A") 사이에서 증가하는 식으로 기울어진다. 다음, 상기 시켄스는, 용기가 각각의 각도 위치(예, 10도, 20도, 등)에 있는 시간 동안에 연속적 또는 단속적으로 일어나는 용기 회전 및 용기 진동과 같이, 일정 시간 동안에 30도 각도에서 20도 까지 그리고 다음에는 10도 까지, 역으로 될 수 있는 것이다.

실질적으로, 플라스크가 압축 동안에 지속적으로 기울어지는 본 발명의 경사 식 회전 압축 방법을 실시하는 경우에는, 플라스크의 복수의 경사 사이클 빈도수인 플라스크의 회전 사이클 빈도수를 가지는 것이 바람직하다. 그 내용을 한정하는 것이 아닌 설명을 목적으로 하는 기술에서, 만일 상기 플라스크가 일정한 2rpm으로 회전하게 되면, 플라스크는 0도(수직)에서 경사진 각도 까지의 경사 각도로 완만하고 지속적인 상태로 순환되고, 그 후 일 분 내에 0도 위치로 다시 돌아온다. 이러한 사이클은 완전 압축에 이를 때까지 반복된다. 그러한 매개변수는 동일한 기회로, 회전 축선을 중심으로 대칭적으로 방위가 향해진 주형 또는 패턴에서의 모든 보이드가 방위와 무관하게 채워지게 하는 결과를 초래한다.

회전속도, 진동 빈도수 및 진동 크기가 조합하여 압축되는 서포트 입자 매체를 위해서, 경사 각도는 그 상부 면에서 입자 매체(30')의 하방향 흐름이 입자 매체의 상부 면의 회전 비율에서 정확하게 어울리는 지점을 찾아낸다. 이러한 경사각도를 초과하지 않는 한에서, 입자 매체(30')의 상부 면이 플라스크(20')의 테두리와 평행하게 있고 그리고 플라스크(20')가 수직으로 돌아올 때에 수준으로 있을 것이다. 엔진 블록에 있는 오일 챈널과 같은 장길이의 복잡한 통로를 가진 로스트 폼 패턴용으로는 도6 내지 도8에서 볼 수 있는 45도 경사각도가 가장 좋다. 플로팅 뚜껑(40')은 모래가 넘쳐 흐르는 것을 방지하는데 필요한 것이다.

1/2 내지 2rpm사이에 플라스크 회전 속도가 대부분의 주형 또는 패턴용으로 바람직하다. 느린 회전속도는 이들이 각각의 회전 중에 수초동안 입자 매체의 정적 정지각도를 지나 경사지도록 수평 및 거의 수평으로 보이드(V)가 지향하게 한다. 이러한 사실은 보이드가 충분한 시간으로 채워지게 한다. 매우 느린 회전속 도는, 수회 회전이 상기 보이드를 채우는데 필요하게 되기 때문에, 도1 내지 도5에 보이드(5)와 같은 복잡한 지그제그 동작 보이드용의 보다 긴 길이의 압축 사이클로 이루어지게 할 것이다.

빠른 회전 속도는, 보이드로의 매체 흐름이 확립되기 전에, 보이드 방위를 변경한다. 충분히 빠른 속도와 회전운동 반경에서의 원심력 작용은, 회전이 이롭지 못하게 되도록 하는 작용을 하기 시작한다. 예를 들면, 만일 플라스크가 60rpm으로 회전하게 되면, 보이드를 따라서 동작하는 중력 벡터의 성분인, 플라스크의 회전 축선에서 5인치 이상의 개구를 가진 용기 축선(L)과 상관하여 30도로 경사진 보이드(V)가, 원심 가속도로 중립으로 되고 그리고 보이드 안으로 입자 매체가 흐르지 못하게 한다.

10rpm보다 느린 서행 회전 속도에서는 원심력이 거의 작용하지 않아서 무시할 수 있다. 상술한 바와 같이, 플라스크의 기울기 각도(경사각)로 인해서, 용이하게 상방향으로 부분적으로 대면하도록 회전하는 수평한 보이드는 중력과 진동이 합해진 영향을 받는 상황에서 채워진다. 플라스크가 회전함으로서, 채워진 보이드는 부분적으로 절반의 회전 사이클 중에 하방향으로 대면한다. 그런데, 이들은 그들의 개구들이 개구를 차단하는 압축된 입자 매체에 의해 지금은 차단되기 때문에 비워지지 않을 것이다. 주형 또는 패턴 둘레에 압축된 입자 매체는 플라스크에서 주형 또는 패턴이 들어올려지는 동작을 막고, 따라서, 주형 또는 패턴이 압축 사이클 동안에 지지 받을 필요가 없다.

주형 또는 패턴이 부유와 무관하면서 주형-적재 고정물과 같은 비-진동 요소 에 부착되지 않기 때문에, 주형 또는 패턴의 왜곡현상이 최소로 된다.

소 개구(OP)를 가진 깊은 깊이 또는 왜곡 보이드 또는 대-용량 보이드는, 1회전 사이클 동안에 완전하게 채워지지 않을 것이다. 그러나, 이러한 사실은 문제가 되지 않는다. 상기 보이드에 자유 표면이 동적 정지 각도를 지나 회전함으로서, 입자 매체의 흐름은 재설정 된다. 따라서, 이제는 보이드 위에서 회전하게 되고, 그에 따라서 남겨진 압축 매체가 유동성으로 되고 그리고 다시 보이드 안으로 하방향으로 흘러 간다.(도10에 도시) 종래 입자 압축기술은 이러한 작용을 할 수 없었다.

입자 매체 과립체 또는 입자의 가교동작(bridging)은 무작위적으로 일어날 것이다. 만일 가교동작이 협소한 내부 보이드의 개구(예, 도1A의 개구(OP)) 근방이나 보이드에서 일어난다면, 보이드로의 입자 매체의 흐름이 개구 또는 보이드에 정위치에 형성된 돔-형태의 보조 보이드에 의해 일시적으로 차단될 것이다. 그러나, 플라스크의 회전은 그 측부에 보조 돔-형태 보이드를 전환시키고, 돔-형상 보이드의 붕괴를 야기한다. 즉 보이드에 대한 매체 흐름을 재설정한다. 보이드가 완전하게 채워졌으면, 중력과 진동이 보이드 내의 입자 매체를 강화시키고, 반면에 상기 보이드는 입자 매체의 동적 정지 각도를 지나 경사지게 된다. 보이드에 남겨진 자유 면이 없어지면, 더이상의 입자 매체의 유동성이 자유 면인 상부위를 제외하고 발생할 것이다.

압축 사이클은 상기 플라스크가 수직 방위로 돌아와서 진동 및 회전을 정지함으로서 완료 된다.

도13은 주형 또는 패턴을 중력 또는 반대 중력으로 주조하는데 이용되는 본 발명의 다른 장치의 실시예를 설명하는 도면이다. 도13은 종래 압축 테이블(베이스)(T)의 지지 덱크(100)에 부착된 유압식 작동 압축 장치를 나타낸 도면이다. 플라스크(120)는 회전식 네스트(고정)(150)에 지지를 받고 있으며, 상기 네스트는 차례로 기울어질 수 있는 네스트 지지 프레임(113)에 배치된다. 네스트 지지 프레임(113)은 피봇 핀(135)(1개만 도시됨)에 의해 고정된 트러니언 포스트 또는 기둥(117)에 지지를 받으며 (피봇 식으로)기울어질 수 있게 있다. 트러니언 지지 기둥(117)은 덱크(100)에 장착되어 고정된 베이스 패드(141)에 있게 된다. 네스트 지지 프레임(113)은 베이스 패드(141)에 부착되어 고정되어 있거나 또는 일 부품으로 형성된 크레들(133)의 활모양 레일(133a)에서 활주하는 활모양 런너(132)를 갖는다. 진동은 테이블(베이스)(T)에서 크레들(133)의 레일(133a)로 가고, 그 다음 플라스크(120)를 위에 갖고 있는 네스트 지지 프레임(113)의 런너(132)로 가서, 플라스크(120)로 베이스 패드(141)를 통해 전달된다.

크레들 및 런너 설비는 또한 공축으로 있는 트러니언 피봇 핀(135)(1개만 도시)을 중심으로 하는 중앙설정 장치로서 역활도 한다. 플라스크(120)는 한쪽 단부가 크레들(133)에 연결되고 그리고 다른쪽 단부가 플라스크(120)의 외측에 연결된 유압 실린더(136)의 작동으로 피봇 핀(135)을 중심으로 하는 상술한 바와 같은 방식으로 기울어지게 된다. 플라스크가 회전하는 동안에, 플라스크의 상부 하프는 1쌍의 롤러 베어링(B3)에 있다. 플라스크(120)의 하부 단부는 네스트 지지 프레임(113)에 배치된 원통형의 회전식 네스트(150)에 놓여진다. 상기 네스트(150)는 조합된 레디얼/트러스트 베어링(도면에서 감추어져 있음)의 회전과 무관하게 있다. 상기 네스트(150)는 공압 타이어(도면에서 감추어져 있음)에 의한 마찰 구동을 통해 유압 모터로 회전하게 된다. 상기 플라스크(120)는 상술된 타입의 주형 또는 패턴(도시 않음)과 상기 주형 또는 패턴에 대한 압축을 하는 상술된 타입의 입자 매체(도시 않음)를 수용한다.

반대 중력 주조(Countergravity Casting)

도11A 내지 도11E에 도시한 장치는 반대-중력 주조작업을 하는 동안에 압축 입자 매체 지지가 필요한 임의적인 주형 또는 패턴에 사용되는 것이다.

도11A 내지 도11E는 플라스크(220)에서 반대-중력 주조 세라믹 셀 주형(210) 둘레에 있는 서포트 입자 매체(230)를 압축하는 자체-포함된 장치를 설명하는 도면이다. 또한, 이러한 장치는 여러 종류의 중력-주입식 주형 또는 여러 종류의 로스트 폼 패턴에 대해 서포트 입자 매체를 압축하는 용도로 양호하게 사용될 수도 있다. 플라스크(210)의 바닥과 주형 클램핑 설비 만을 다르게 할 필요가 있을 수 있을 뿐이다.

도11C에서는 세라믹 충전 관(211)이 셀 주형(210)에 고정된 것을 나타낸 도면이며, 셀 주형은 도1에서 세라믹 셀 주형(10)으로 설명된 것이며 참고 문헌으로서 본원에 기재된 미국특허 5,069,271호에 기술된 타입의 것이다. 주형(210)은 상기 관(211)이 플라스크(210)의 바닥에서 돌출되도록 주조 플라스크(220) 안에 위치하게 된다. 플라스크(210)는 서포트 입자 매체(230)로 채워지고 그리고 만일 플라스크가 입자 매체(230)가 플라스크에서 넘쳐 흐를 수 있는 지점까지 기울어지게 될 때에는 뚜껑(240)으로 덮여지게 된다. 플라스크(210)는 기울어질 수 있는 프레임(213)의 바닥에서 지지되는 3개의 왕관형 롤러 베어링(B1)에 의한 지지를 받는 베이스 평판(250a)을 포함한 원통형 네스트(고정)(250)에 놓여 진다.

네스트 지지 프레임(213)은 메인 프레임(베이스)(218)의 기둥(217)에 위치한 트러니언(235)에 의해 지지를 받게 된다. 각각의 기둥은 조합된 방위로 전기 진동장치(222)를 장착하기 위해 기둥에 부착된 평판(217a)을 갖는다. 진동장치는 측방향 진동을 위해 축선에 대해 수직하게 또는 상하방향 진동을 위해 수평하게 장착할 수 있다. 진동장치는 기본적으로 선형 진동을 하게, 회전을 역으로 하게, 또는 원형 진동 패턴용으로 동일한 방향으로 회전하게, 장착한다. 진동 빈도수와 진폭은 조정될 수 있는 것이다. 압축 장치는 4개 공압식 진동 절연장치(221)에서 지지를 받고 있다. 이러한 설비에서는 장치 전체가 진동한다.

플라스크(220)의 회전은 구동 벨트(262)에 의해 플라스크 네스트(250)가 전환되는 기어 모터(260)에 의해 이루어진다. 프레임(213)이 기울어지는 동작은 다른 기어 모터(265) 및 구동 벨트(267)에 의해, 차례로 레버(271)에서 작동하여 프레임을 기울이는 막대(270)에 부착된 애크미 너트를 조종하는 애크미(Acme) 나사(269)가 돌려져 이루어진다. 1G보다 큰 대형 진폭의 진동은 황동 애크미 너트에서 수용할 수 없는 마모를 일으킨다. 기울어진 플라스크(220)는, 기울어질 수 있는 프레임(213)에 배치되어 플라스크의 측부를 지지하는 2개 이상의 롤러 베어링(B3)에 의한 회전 상태에서 지지를 받고 있다.

본 발명의 반대중력 주조 실시예에서, 본 발명에 따른 경사진 회전 압축식 방법은 다음의 내용을 제외하고는 중력 주조 실시예에서 상술된 기술내용과 유사한 것이다.

세라믹 셀 주형(210)은 용융물이 주형 안으로 통해서 들어오게 하는 세라믹 관(211)에 영구 조립되어 있다.

반대-중력 주조 실시예는 다음의 단계를 포함한다. 도11A에 도시한 수직 플라스크(220)는 임의적인 종래 수단으로 주물 모래와 같은 서포트 입자 매체(230)로 채워진다. 압축 공정이 약간 짧아지게, 플라스크(220)를 충전 동작 중에 진동시킬 수 있지만, 이때에 반드시 그렇게 할 필요가 있는 것은 아니다.(만일 진동을 충전 공정을 하는 동안에 유입하지 않는다면, 진동 절연장치는 주형-적재 고정물에 필요하지 않다.)

만일 플라스크가 매체가 테두리를 넘어 흘러가는 지점을 지나게 기울어지게 된다면, 플로팅 덮개(240)를 상기 매체(230)를 함유하도록 노출 면에 위치 시킨다.

진동기(222)에 의한 메인 프레임(218)의 진동은 수직 축선(L)을 중심으로 하는 플라스크의 회전과 함께 개시되며, 상기 플라스크는 지속적인 증분으로 기울어지거나 또는 중력 벡터와 관련하여 상술된 방식으로 고정된 경사각도로 기울어진다. 복수개의 공동을 가진 대부분의 주형 또는 패턴용으로는, 30도 내지 35도 최대 경사각도가 충분하며, 뚜껑은 필요하지 않게 된다.

회전 속도, 진동 빈도수 및 진동 진폭을 조합하여 조밀하게 압축되는 서포트 입자 매체용으로, 경사 각도는 상부 면에 입자 매체의 하방향 흐름이 상부 면의 회전비율로 정확하게 어울리는 지점이 선정된다. 이러한 경사 각도를 초과하지 않는 한에서, 입자 매체 상부 면은 플라스크의 테두리와 평행하게 있으며, 플라스크가 수직적으로 돌아오면 평평하게 있을 것이다.

1/2 내지 2rpm 사이의 플라스크 회전 속도가 대부분의 주형 또는 패턴에서 최선의 일을 한다. 플라스크의 경사각(기울어진 각도)으로 인해서, 상방향으로 부분적으로 대면하게 회전하는 수평방향 보이드가 중력과 진동이 합해진 영향을 받아서 용이하게 채워진다. 상기 플라스크의 회전으로 하프 사이클 동안에 하방향으로 채워진 보이드가 부분적으로 대면한다. 그러나, 보이드는 개구(예, OP)가 조밀하게 압축된 입자 매체에 의해 지금은 차단되기 때문에 비워지지는 않을 것이다.

주형 또는 패턴 둘레에 압축 입자 매체는 플라스크에서 주형 또는 패턴이 들어올려지는 동작을 막아서, 상기 주형 또는 패턴이 압축 사이클 동안에 지지를 받을 필요가 없어졌다.

주형 또는 패턴이 주형-적재 고정물과 같은 비-진동 요소에 부착되지 않고 부유동작과 무관하기 때문에, 주형 또는 패턴의 뒤틀림은 최소로 된다. 소 개구를 가진 대-용량 보이드 또는 깊은 깊이 또는 일그러진 보이드는 1회전 사이클 동안에 완전하게 채워지지 않을 것이다. 그러나, 이러한 사실은 문제가 되지 않는다. 상기 보이드에 있는 자유 면이 동적 정지 각도를 지나 회전함으로서, 입자 매체의 흐름이 재설정된다. 이제는 보이드 위에서 회전되어, 남겨진 압축 매체가 유동체로 되어, 다시 보이드 안으로 하방향으로 흐른다.(도10 참고) 종래 입자 압축 기술은 이러한 동작을 하지 않을 것이다.

입자 매체 과립 또는 미립자의 가교동작은 무작위적으로 발생할 것이다. 만 일, 가교동작이 협폭 내부 보이드의 개구 근방에서 또는 보이드에서 발생하면, 보이드로의 입자 매체의 흐름은 보이드에서 또는 개구에 제자리에 형성된 돔-형상 보조 보이드에 의해 일시적으로 차단되게 된다. 그런데, 플라스크의 회전은 그 측부에 보조 돔-형상 보이드를 전환시킬 것이고, 돔-형상 보이드의 붕괴를 야기하여, 보이드로의 흐름을 복구 한다.

보이드가 완전하게 채워지면, 중력 및 진동이 보이드에 입자 매체를 더욱 굳건하게 하는 반면에, 상기 보이드는 입자 매체의 동적 정지 각도를 지나 경사지게 된다. 보이드에 남겨진 자유 면이 없음으로, 더 이상 입자 매체의 유동성이 보이드에서 또는 그 근방에서 발생하지 않을 것이다.

상기 압축 사이클은 도11A에 수직한 방위로 플라스크를 복귀하여, 회전과 진동을 멈추어서 완료된다. 물론, 용융 금속 또는 합금을 라이저 통로를 통해 상방향으로 보내어 셀 주형(210)의 주형 공동 안으로 보내는 반대-중력 주조작업은 중력 주조와는 다른 방식으로 운영되며, 미국특허 5,069,271호에는 이러한 사실이 상세하게 기술되어 있다.

도12A 및 도12B는 도11A 및 도11B에 도시된 장치와 유사한 장치를 나타낸 도면으로, 핸드 윈치(282)에 의해 당겨지는 하니스(harness)(280)를 포함하는 플라스크 틸팅(tilting) 메카니즘을 가진 것만이 다른 것이다. 이러한 틸팅 설비는 1G보다 큰 진동에 의한 영향을 받지 않는 이점이 있다. 도12A 및 도12B에 사용된 도면부호는 도11A 및 도11B의 유사한 부분과 관련하여 사용하였다.

주형 또는 패턴과 상관하여 가변 중력과 진동 벡터의 압축 효율을 가지어서, 진동 진폭은 종래 압축 기술에서 필요하게 되는 바와 같이 그렇게 절대적으로 필요하지 않은 것이다. 압축을 적용하는 많은 경우에서, 1G 미만의 진동 가속도이면 충분하다. 1G 미만의 진폭으로, 플라스크는 지지 베어링과의 접촉을 유지하고, 압축 노이즈는 낮으며, 장비 마모를 수용할 수 있다. 도11 내지 도13의 장치는 이러한 낮은 진폭에서 양호하게 작용할 것이다.

가속도계로 측정한 결과는, 도11 내지 도13에 도시한 바와 같이 규제를 받지 않는 플라스크용으로 일 평면에서의 진동이 모든 방향으로 진동을 유발하는 것을 나타낸다. 따라서, 진동기(들)의 위치와 방위는 상대적으로 중요하지 않다. 양호하게, 편리함을 더하기 때문에, 압축 장치의 고정 성분에 진동기를 부착한다.

전형적으로, 전체 압축 공정을 수행하는 동안에, 플라스크는 12시간 미만으로 회전시킬 필요가 있다. 선택적으로, 플라스크는 적어도 360도 회전하게 되고, 다음, 360도로 역방향으로 회전하게 된다. 이러한 회전 진동은 필요에 따라서 수회 반복될 수 있다. 각각의 360도 회전 진동은 동일한 방향으로 2회의 연속한 회전과 동일한 효과를 갖는 것이다. 일반적으로, 2 내지 6의 진동이 완전한 압축을 이룰 수 있다. 이러한 기술은 진동장치(322)가 플라스크(320)에 직접 배치되어 나타낸 도18에서 볼 수 있는 바와 같이 용이하게 플라스크에 직접 장착된 진동장치로 동력을 공급하도록 만든 것이다. 이 실시예의 이점은 보다 많은 진동 에너지가 플라스크(320) 내의 입자 매체(도시 않음)로 전달되는 것이다. 주조 플라스크(320)의 플랜지(320f)는 허브 또는 네스트(고정)(350)에 볼트 결합되거나, 클램프 되거나 또는 그외 다른 방식으로 지지를 받게 되고, 상기 허브 또는 네스트는 도14 및 도15와 관련하여 후술되는 바와 같이, 플랜지, 허브, 또는 네스트(350)와 플랫폼 프레임(352)과의 사이에 베어링 면으로 사용되는 내충격성 합성 평판을 가진 틸팅 플랫폼 프레임(352)에서 유지된다. 허브 또는 네스트(350)는 유압 모터(360)로 구동되는 구동 벨트(362)에 의해 회전하게 된다. 180도에 이르는 플랫폼 프레임(352)의 틸팅 동작은, 테이블(T)에 장착된 기둥(317)에 배치되는 유압 작동기(355)에 의해 완전하게 이루어진다. 테이블은 공압식 진동 절연장치(321)에 장착된다. 플라스크는 뚜껑(도14 및 도15와 관련하여 기술되지만 도시되지는 않음)에 의해 밀봉되어 있다. 기둥(317)의 넓이는 플라스크와 같이 회전하는 진동장치를 수용하는 폭으로 이루어진다. 이러한 변화의 이점은 보다 많은 진동 에너지가 플라스크에 있는 매체로 전달되는 것이다.

1G 보다 큰 진동 진폭이 필요하고 그리고 낮은 노이즈 레벨을 소망하는 경우에는, 주조 플라스크가 압축 장치의 회전 및 진동 성분에 고정시킬 필요가 있다. 도14 내지 도18은 그러한 실시예를 기술한 것으로서, 주조 플라스크(320)의 플랜지(320f)가 허브 또는 네스트(350)에 볼트 결합하거나 클램프 되고, 상기 허브 또는 네스트는 플랜지(351)와 플랫폼 프레임(352) 사이에서 유지된다. 허브 또는 네스트(350)는 도15에 도시한 바와 같이 합성 베어링 면(349)에서 회전한다. 이러한 조립체는 유지 플랜지(351)와 플랫폼(352) 사이에서 포획된다. 상기 허브(350)는 유압 모터(360)에 의해 구동되는 구동 벨트(362)를 통해 회전하게 된다. 180도에 이르는 플랫폼(352)의 기울어짐은 기둥(317)에 배치된 유압 작동기(355)에 의해 이루어지고, 상기 기둥은 테이블(T)에 장착된다. 상기 테이블은 4개의 공압식 진동 절연장치(321)위에 설치된다.

상기 플라스크(320)는 서포트 매체(330)의 상부에 놓이는 뚜껑(340)으로 밀봉 된다. 뚜껑은 진공펌프(도시 않음)와 같은 진공소스에 연결된 로타리 유니온(361)과 팽창성 테두리 밀봉 관(340t)을 구비한다. 상기 팽창성 테두리 밀봉 관(340t)은 플라스크(320)의 벽에 대하여 공기기밀한 밀봉부를 제공한다. 상기 뚜껑(340)은 입자 매체(330)는 통과하지 않고 공기만이 통과할 수 있는 스크린(359)을 구비하여, 뚜껑(340)에 배치된 플레넘(372)을 통해 플라스크가 부분적으로 비워지게 허용 한다. 상기 플레넘(372)은, 상용성이 있는 로터리 유니온이 있는 도17에 도시한 바와 같이, 로터리 유니온(361)의 피팅(F1)에 의해 진공 펌프와 소통하고 그리고 피팅(F2)에 의해 공기 펌프와 소통하여 밀봉부(340t)를 부풀린다. 상기 플레넘(372)은 레디알 핀(fins)(372a)을 구비하여 스크린(359)용 강화물을 제공한다. 대기압은 뚜껑(340)의 탄성 막(363)이 플라스크 내의 입자 매체의 상부쪽으로 부풀려져서 부합하게 한다. 플라스크는 로터리 유니온(361)과 플레넘(372)을 통해 부분적으로 진공(예, 3-4psi 진공)으로 비워지게 된다. 뚜껑(340)을 횡단하여 설정되는 압력차를 사용하여, 도16에 도시된 바와 같이 플라스크가 수평선을 지나 반전 또는 역전될 때에 플라스크에 있는 입자 매체와 주형 또는 패턴을 유지한다. 팽창성 테두리 밀봉 관(340t)을 가진 뚜껑(340)은 부분적으로 비워진 플라스크(320)에 대하여 작용하는 대기압에 의해 유지된다.

압축을 하는 동안에 플라스크(320)의 진동은, 기둥에 장착되었거나 또는 도18에서와 같이 플라스크(320)에 직접 장착되어진, 도14 및 도16에 도시한 타입의 2 개 전기 진동기(322') 및/또는 진동기(322)에 의해 제공된다. 상기 장치는 테이블(T)을 지지하는 4개의 공압식 진동 절연장치(321)에 장착된다.

주형(310)에 대한 압축작업을 하는 동안에, 입자 매체(330)의 상부면은 입자 매체가 플라스크 내의 주형(310)(또는 패턴)에서 보이드(V) 안에 압축됨으로서 하강한다. 뚜껑(340)은 플라스크(320) 내의 부분적 진공과 외부 대기 공기압과의 사이에서의 압력차에 의하여 플라스크 방위와는 무관하게 플라스크 안으로 후퇴하여서 입자 매체의 상부 면과의 결합을 지속한다. 플라스크(320)의 인접한 벽과 뚜껑(340)과의 사이에서 공기 기밀한, 이동형 밀봉동작은, 팽창성 테두리 밀봉 관(340t)에 의해 유지된다.

1G보다 큰 진동 진폭을 가지고 사용하는 도14 내지 도18의 장치는, 도15에서 설명되는 것과 같은 내충격성 저마찰 플라스틱으로 제조된 레디알 및 트러스트 베어링(349)으로 볼 롤러 베어링을 대체하여 다른 장치의 실시예와는 다른 것이다. 선택적으로, 2개의 대-직경 각도접촉 볼 베어링(도시 않음)이 그들 사이에 포획된 회전 네스트를 가지고 사용될 수 있다. 자유롭게 부딪치는 헐거운 성분이 없는 것과는 무관하게, 상기 노이즈와 충돌 힘은 도14 내지 도18에서와 같이 조절된다.

상술한 바와 같이, 주조 플라스크(320)는 사면 플랫폼의 성분 사이에 개재된 회전동작 허브 또는 네스트(350)에 볼트 결합되거나, 클램프되거나 또는 다른 방식으로 고정된다. 허브 또는 네스트에 고정된 플라스크(320)와 함께하는 회전동작 허브 또는 네스트(350)가 이들이 회전 및 기울어질 수 있는 범위로 한정되기 때문에, 플라스크로 전달된 진동은 더 큰 범위로 그 방위 성질을 유지하고 그리고 진동 벡터의 면 밖의 보조 진동이 작아진다. 이러한 사실은 완만하고, 연속적이며 체계적인 방법으로 플라스크에서의 주형 또는 패턴과 관련한 중력 및 진동 벡터 양쪽을 동시적으로 변경하여 필요한 효과를 얻는 것이다. 유압 모터는 네스트(350)에 회전을 제공하는 동안, 유압 작동기는 280도에 이를 때까지 연속적으로 증가하게 플랫폼(352)을 기울이거나, 또는 고정된 경사각도로 기울인다.

플라스크는 충전 관(311)을 가진 세라믹 셀 주형(310)을 함유한다. 플라스크는, 그 둘레를 따라서 팽창성 관 밀봉부(340t)를 갖고 그리고 플라스크를 부분적으로 비우고 그리고 밀봉 팽창을 하는 로터리 유니언(361)을 가진 뚜껑(340)을 구비한다. 선택적으로, 내부 관 타입 체크밸브(도시 않음)는 밀봉(340t)용 로터리 유니온에 공기 통로를 없앨 수 있도록 팽창성 관 밀봉(340t)에 사용된다. 뚜껑은 일 측에서 대기 공기에 노출되고 그리고 타 측에서 플라스크 실내에 노출되는 유연한 막을 갖는다. 일단, 플라스크(320)가 뚜껑(340)에 의해 덮어지는 헐겁게 있는 입자 매체(330)로 채워진 주형 또는 패턴에 설치되면, 상기 밀봉(340t)은 팽창되고 그리고 플라스크(320)가 3-4psi진공까지 비워지게 된다.

이러한 지점에서, 주조 플라스크(320)는 완전하게 반대로 세워질 수 있다. 대기압은 뚜껑(340)과, 그 방위와 무관한 플라스크의 내용물을 지지할 것이다.

도14 내지 도18의 장치에서 입자 매체(330)를 압축하는 중에, 입자 매체는 주형 또는 패턴에 있는 보이드 안으로 흘러가서 압축된다. 희박한 매체를 함유한 "거품"은 플라스크(320)의 상부 지점으로 발전되어 이동할 것이다. 만일 플라스크가 수평면을 지나 기울어지면, 상기 상부 지점은 플라스크의 바닥 모서리에 있을 것이다. 상방향으로 부유하여, "거품"이 정지 각도로 확산하여, 상방향 통로 중에 만나게 되는 임의적인 통과할 수 없는 장애물로 인해 축적되어진다. 반대로 세워진 플라스크를 가진 상태에서는 공기 갭이 플라스크의 바닥에 형성된다. 회전 플라스크가 수직방향으로 다시 기울어짐으로서, 공기 갭이 플라스크 벽을 따라서 플라스크의 상부까지 나선상으로 형성되고, 여기서, 상기 공기 갭은 플라스크 안에 설정되는 뚜껑(340)에 의해 받아들어져서 일부 공간을 취하고 그리고 나머지 공간은 대기압에 의해 플라스크 쪽으로 불거져 나옴으로서 유연한 막(363)에 의해 채워지게 된다. 플라스크 내에서 위치 이동한 공기는 뚜껑(340)의 바닥 중앙에 있는 스크린(359)을 통해 빠져나간다. 뚜껑(340)과 유연한 막(363)에서 나온 압력은 상기 매체의 상부 층을 더욱 압축한다. 플라스크가 다시 반대로 세워져 있으면, 압력은 압축상태를 유지한다. 반복 순환되는 부분적으로 비워진 플라스크를 기울이고, 동시에 체계적으로 플라스크를 회전 및 진동시키는 작업을 통해서, 모든 보이드와 희박한 매체 체적이 플라스크 벽을 따라서 챈널로 되고 그리고 뚜껑(340)에서 스크린(359)을 통해 소거된다.

이러한 본 발명의 보다 복잡한 사면 회전식 압축 방법을 실시하는 데에는, 복합적인 틸팅 사이클 빈도수인 회전 사이클 빈도수를 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 만일 플라스크가 일정한 2rpm으로 회전한다면, 다음 플라스크는 0도에서 180도까지의 경사각으로 완만하고 연속적으로 순환되고 그리고, 다음 1분 안에 0도로 돌아온다. 이러한 사이클은 완전 압축이 달성될 때까지 반복된다. 상기 매개변수는 방위와 무관하게 동일한 기회에서 주형 또는 패턴에 있는 모든 보이드가 채워지게 하는 결과를 초래한다. 도14 내지 도18에 기술된 장치는 압축 입자 매체를 가진 도1 내지 도5에 도시한 모든 보이드를 완전하게 채우는 것이다.

본 발명의 이러한 실시예는 또한 중력 주조 주형 둘레에 있는 입자 매체를 압축하는데 이용할 수 있는 것이다. 플라스크의 기하형상과 무관하게, 뚜껑은 상술한 바와 같이 밀봉성의 유연한 막으로 구조된다. 주조 주형에 있는 주입 컵은 일시적으로 밀봉되며, 주입 컵을 구비한 전체 주조 주형은 서포트 매체로 덮여진다. 상기 뚜껑은 챔버에 설치되고, 뚜껑 밀봉부는 팽창되고 그리고 상기 플라스크는 대기압 밑으로 3-4psi까지 비워지게 된다. 여기서, 상기 플라스크는 압축 공정 동안에 완전하게 반대로 세워지게 될 수 있다. 뚜껑을 횡단하는 저압력 차이는 플라스크의 내용물을 보유하기에 충분한 차이 이다. 압축을 완성한 후에, 플라스크는 수직성으로 돌아오게 되고, 뚜껑은 제거되고, 그리고 충분한 매체가 주조용 주입 컵을 노출하기에 충분한 량의 매체가 제거된다.

경사진 회전식 압축 공정을 실시하여 다음과 같이 그 내용이 본원 발명을 한정하는 것이 아닌 기재로서, 여러 이점을 갖는다. 주형 또는 패턴에서 원격진 보이드 리세스와 수평 돌출부(overhangs)는 압축 매체로 충분하게 채워지게 되고, 압축 서포트 입자 매체 밑에 깊게 묻혀진 임의적인 자유 입자 매체의 면은 각각의 플라스크 회전 사이클의 적어도 1/4 동안에 다시 보이드를 채우기 시작하고, 그리고 매체 입자 또는 과립에 의한 가교동작은, 돔-형상 보조 보이드가 붕괴되거나 채워지게 되도록 그 측부와 상부에 가교되는 결과를 초래할 수 있는 상술된 가교 돔-형상 보조 보이드를 체계적으로 기울이는 동작으로 효과적으로 없어졌다. 또한, 주 형 또는 패턴이 지지를 받을 필요가 없고 그리고 중력 벡터가 압축 동안에 주형 또는 패턴과 상관하여 지속적으로 완만하게 변경되기 때문에, 주형 또는 패턴의 왜곡이 최소로 된다. 입자 매체를 플라스크에 보내는 공급 율은 현재 로스트 폼 압축 시스템에서와 같이 변경되지 않는 것이다. 상기 플라스크는 신속하게 채워지고 그후, 압축된다. 압축 테이블의 진동 벡터는 변경되지 않는 것이다. 대신에, 주형 또는 패턴 방위는 진동과 중력 벡터와 상관하여 체계적으로 변경된다. 압축 방법은 부분적으로 독립적인 것이고, 그리고 특정한 압축 비결이 다른 주형 또는 패턴용으로 소요되지 않는 것이다.

본 발명이 임의적인 실시예와 관련하여 기술되어져 있지만, 당 기술분야의 기술인은 첨부 청구범위의 정신을 이탈하지 않는 범위 내에서, 본 발명의 상술된 기술내용을 변경, 개조, 또는 그와 유사한 식으로 다르게 이룰 수 있을 것이며, 본원은 이러한 사실을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 한다.