용융금속 분사에 의한 금형 제조방법 및 상기 제조방법에의해 제조된 금형

용융금속 분사에 의한 금형 제조방법 및 상기 제조방법에 의해 제조된 금형{Moulding method by spraying molton metal and the mould manufactured by the above method}

본 발명은 공산품의 각종 부품 및 제품생산에 필수적인 금형 제조방법에 관한 것으로, 특히 형상이 복잡하고 대형의 사출금형, 블로잉금형, 다이캐스팅금형 및 회전성형용 금형 등과 같은 각종 금형의 제조방법에 관한 것으로, 금형의 제조시간을 단축하여 시간의 낭비를 방지하고, 다품종 소량생산의 금형을 저렴하게 제조할 수 있도록 하는 용융금속 분사에 의한 금형 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 산업의 발달과 함께 제품에 대한 소비자의 욕구가 다양해짐에 따라 제품의 라이프 사이클(life cycle)이 짧아지고 있으며, 대부분의 산업제품들은 점차 복잡한 곡면 형상을 가지게 되었다. 이에 따라, 이러한 제품을 생산하기 위한 금형의 구조 또한 점차 복잡한 형상을 이루게 되었으며, 이러한 금형은 사출금형, 블로잉금형, 다이캐스팅금형 및 회전성형용 금형 등과 같이 사용되는 용도에 따라 기계절삭 가공 및 방전가공 등과 같은 다양한 가공단계을 거쳐 생산하게 되므로 금형을 제조하는 기간이 장시간 소요되는 문제점이 있고, 금형의 제조원가가 높은 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 사출금형, 블로잉금형, 다이캐스팅금형 및 회전성형용 금형 등과 같은 각종 금형을 보다 빠른 시간내에 신속하고도 저렴하게 제조할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명에 따른 용융금속 분사에 의한 금형 제조방법을 첨부된 도면을 참고로 하여 이하에 상세히 기술되는 실시예들에 의하여 그 특징 및 장점들을 보다 명백하게 이해할 수 있을 것이다.

도1은 본 고안의 일 실시예에 따른 자동아아크용접기에 의해 철금속 용융물을 생성하여 금형을 제조하는 단계도

도2는 본 고안의 다른 실시예에 따른 자동아아크용접기에 의해 비철금속 용융물을 생성하여 금형을 제조하는 단계도

도3은 본 고안의 다른 실시예에 따른 용해로에 의해 철금속 용융물을 생성하여 금형을 제조하는 단계도

도4는 본 고안의 다른 실시예에 따른 용해로에 의해 비철금속 용융물을 생성하여 금형을 제조하는 단계도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1. 제1단계 2. 제2단계

3. 제3단계 4. 제4단계

5. 제5단계 11. 목형

12. 탱크 13. 세라믹

21. 건조로 31. 아아크 발생장치

도1은 본 고안의 일 실시예에 따른 자동아아크용접기에 의해 철금속 용융물을 생성하여 금형을 제조하는 단계도로,

도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 용융금속 분사에 의한 금형 제조방법은 목형에 세라믹을 분리제로 도포하는 제1단계(1)와, 도포된 분리제를 경화시키는 제2단계(2)와, 금형으로 사용할 주철, 강 등의 고융해점을 가진 철금속을 용융시키는 제3단계(3)와, 용융된 금속을 목형에 분사하는 제4단계(4)와, 형성된 금형을 목형으로부터 분리하여 금형을 완성하는 제5단계(5)로 된 것이다.

이를 좀더 상세히 설명하면, 제1단계(1)는 세라믹유약(12a)이 담긴 탱크(12)에 목형(11)의 금형을 생성할 부분을 침적시킨 다음 꺼내어 10 내지 15분 동안 반건조 상태로 건조시키는 도포작업을 약 15회 반복시행하여, 상기 목형(11)의 표면에 세라믹(13)의 도포두께를 약 2㎜로 생성시킨다.

제2단계(2)는 상기 세라믹(13)이 도포 완료된 목형(11)을 건조로(21)에 넣고 180℃로 1시간 정도 유지하면 분리제가 경화된다. 상기 건조로(21)는 육면체로 구성되고 벽체(21a)의 내부에는 건조실(21b)이 형성되고, 상기 건조로(21)의 후하방으로 부엌(21c)이 화격자(21d)에 연하여 설치된다. 상기 건조실(21b) 내부에 설치된 연도(21e)는 건조실(21b) 전방의 하단양쪽에서 시작하여 건조실(21b)의 상부를돌아 상기 건조로(21)의 후방에 설치된 굴뚝으로 연결된다. 상기 건조실(21b) 하단에는 2열의 레일(21f)이 설치되고 상기 레일(21f)상에는 이동식 대차(21g)가 있으며, 상기 건조실(21b)의 전면에는 레일(21h)이 설치된 문(21k)이 설치되어 있다.

제3단계(3)는 자동아아크용접기를 이용한 금속의 용융방법으로 아아크 발생장치(31)와 와이어 공급장치(32)로 구성되어 있으며, 상기 와이어 공급장치(32)는 금속와이어(32a)를 감고 있는 스풀(32b)과 와이어 공급로울러(32c)로 구성되어 있다. 상기 와이어 공급로울러(32c)는 전동기(도면에 표기되지 않음)에 의해 구동되어 상기 금속와이어(32a)를 연속적으로 공급하며, 상기 금속와이어(32a)의 공급속도는 금속와이어(32a)의 재질 및 직경, 아아크 전압에 따라 결정된다.

제4단계(4)는 용융된 금속에 고압으로 압축된 공기를 분사하여 미립화된 용융금속을 분리제(13)(13a)가 도포된 목형(11)에 도포시키는 단계로 공기분사장치(41)와 터언테이블(42)로 구성되어 있다. 상기 공기분사장치(41)는 고압으로 압축된 공기를 분사하는 공기분사노즐(41a)을 가지고 있으며, 200 내지 400ℓ/min의 공기 분사량과 약 300㎏/㎠의 공기압이 용융금속의 양과 재질에 따라 선정된다. 상기 공기분사노즐(41a)과 목형(11)간의 간격(알루미늄; 70 내지 100㎝, 구리합금; 90 내지 120㎝, 주철; 120 내지 150㎝, 주강; 130 내지 160㎝ 등)은 용융금속의 재질과 양에 따라 선정된다. 용융금속 도포작업시 상기 터언테이블(42)상의 목형(11)을 공기분사노즐(41a)의 방향에 맞춰 안치한 다음 터언테이블(42)에 설치된 구동전동기(도면에 표기되지 않음)를 작동시켜 상기 목형(11)을 회전시키면서 용융금속을 5 내지 10㎜로 도포작업한다. 도포두께는 금형의 필요강도에 따라 도포횟수를 정하여 두께측정기로 도포두께를 측정하면서 수회(1회 도포두께; 1 내지 2㎜) 도포한다.

제5단계(5)는 일련의 작업이 완료되어 형성된 금형(51)을 목형(11)으로부터 분리하여 상대금형과의 접촉부를 사상하고 금형(51)을 완성하는 단계로, 강재의 앵글(52a)과 평철(53b)로 구성된 강체의 지지대(52)에 상기 금형(51)을 넣고, 상기 금형의 표면에 다수 설치된 스터드보울트(52c)로 상기 지지대(52)와 금형(51)간의 틈새를 조정하여 고정한다. 상대금형인 상금형(53)과의 사이에는 원터치 잠금장치(52d)를 다수 설치하여 성형제품을 금형(51)(53)으로부터 용이하게 탈거할 수 있도록 한다.

도2는 본 고안의 다른 실시예에 따른 자동아아크용접기에 의해 비철금속 용융물을 생성하여 금형을 제조하는 단계도로,

제1단계(1a)가 알루미늄, 구리합금 등의 저융해점을 가진 비철금속으로 금형을 생성하므로 분리제로 테프론(13a)을 사용하며, 본 단계에 사용되는 기기는 스프레이건(14)과 터언테이블(15)로 구성되어 있다. 상기 터언테이블(15)에는 구동전동기(도면에 표기되지 않음)가 설치되어 있으며, 상기 터언테이블(15)위에 목형(11)을 올려 놓고 회전시키면서 목형(11)으로부터 적정한 거리에 위치한 상기 스프레이건(14)의 방아쇠(14a)를 당겨 도포작업을 실시한다. 용융금속을 목형(11)에 도포시 접촉온도가 상온이고 열로 인한 목형(11)의 손상이 없으므로 금형을 생성할 목형부분에 분리제로서 테프론(13a)을 하도와 상도로 2회 도포하여 도포두께를 25 내지 50㎛로 한다.

도3은 본 고안의 다른 실시예에 따른 용해로에 의해 철금속 용융물을 생성하여 금형을 제조하는 단계도와, 도4는 본 고안의 다른 실시예에 따른 용해로에 의해 비철금속 용융물을 생성하여 금형을 제조하는 단계도로,

제3단계(3a)가 고주파 유도식 전기로(33)와 쇳물밧개(34), 깔대기(35)로 구성되어 있다. 상기 고주파 유도식 전기로(33)는 내화재로 구성된 원통(33a)의 내부에 도가니(33b)가 삽입 설치되고, 상기 원통(33a)의 측면에는 냉각수 재키트(33c)가 접촉되게 설치되고, 상기 냉각수 재키트(33c)의 외면에는 코일(33d)이 나선형으로 감겨있고, 상기 냉각수 재키트의 하단에는 냉각수 입구(33e)가 설치되고 상단에는 냉각수 출구(33f)가 설치되어 있다. 상기 고주파 유도식 전기로(33)는 용해할 금속에 유도되는 2차 전류가 발생하여 생긴 열로서 용해하는 방법으로서 전극이 필요없고 또한 자동적으로 내부에서 유동되어 좋은 재질을 만들 수 있다. 상기 고주파 유도식 전기로(33)에서 용해된 금속을 쇳물밧개(34)로 퍼서 깔대기(35)에 공급한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 용융금속 분사에 의한 금형 제조방법에 따르면, 여러 종류의 금형을 신속히 제조할 수 있을 뿐만 아니라 단계의 단순화를 통해 인원 및 비용을 절감시킬 수 있게 된다.

또한, 제조된 목형의 표면에 세라믹 또는 테프론 등의 분리제를 도포하고 자동아아크용접기 또는 용해로 등으로 용융된 금속에 고압으로 압축된 공기를 분사하여 미립화한 용융금속을 목형의 표면에 수회 도포하여 필요로 하는 도포두께를 얻음으로서 요구되는 금형이 간단히 완성되는 제조방법으로서, 특히, 형상이 복잡한 금형도 기계가공 없이 용이하게 제조할 수 있게 되는 것이다.

이상에 실시된 실시예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변경이 수행될 수 있을 것이다.