단턱을 가진 주조물 제조용 패턴과, 그 제작방법, 및 이를 이용한 일체형 주조용 사형의 제작방법{Pattern for casting cast having short edge, manufacturing method thereof, and manufacturing method of sand mold using the same}
본 발명은 단턱을 가진 주조물 제조용 패턴과, 그 제작방법, 및 이를 이용한 일체형 주조용 사형의 제작방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 2분된 형태로 제작되던 단턱을 가진 주조물 제조용 사형을 일체형으로 제작할 수 있게 하는 탄성 단턱이 형성된 패턴과, 그 제작방법, 및 이를 이용하여 일체형의 주조용 사형을 제작하는 방법에 관한 것이다. 선삭 및 절삭가공이 어려운 구조의 제품이나 비교적 대량 생산이 요구되는 제품의 생산에 활용되는 성형방식 중의 하나인 주조(CASTING)는, 일반적으로 제품의 형상과 동일한 패턴을 제작한 다음, 상기 패턴을 기초로 하여 사형을 제작하고, 이 사형의 수용부에 용융로에서 용해시킨 용융물을 주입·고화하여 패턴의 형상과 동일한 주조물들을 생산하게 된다. 이때 사용되는 상기 사형은, 고온의 용융물을 주입하여 고화시키는 과정에서 탄화되어 그 형상이 소실되는 일회용 소모품이기 때문에, 생산되는 주조물의 수량에 대응한 개수로 제작된다. 따라서, 기계부품에서 시링용 플랜지와 같이 일정 높이의 단턱이 형성된 주조물을 생산하기 위한 주조용 사형이라 할지라도, 사형 자체는 사출성형 등에서 사용하는 금형과 같이 분할된 부분들로 제작되어 고화된 주조물을 분리해 낼 수 있어야 할 필요는 없다. 그럼에도 불구하고, 종래에는 이러한 단턱(40a)이 형성된 주조물(40) 생산을 위한 주조용 사형을 도 1에서 보는 바와 같이 외형(31)과 내형(코어)(32)의 2부분으로 이루어진 2분형 사형(30)으로 제작하여 왔다. 그 이유는, 상기한 바와 같이 주조용 사형의 제작과정에서 사용되는 패턴 또한 단턱을 가지고 있기 때문에, 사형 제작 후에 이 패턴을 사형으로부터 탈리해 내는 것이 일체형 사형으로서는 불가능했기 때문이다. 그런데 이와 같이 분할된 형태로 주조용 사형을 제작하게 되면, 인력과 시간등이 많이 필요하게 되어 사형의 제작원가가 상승되게 되고, 그에 따라 전체적으로 최종 제품의 제조원가 또한 상승하게 되는 문제가 있다. 따라서 단턱이 형성된 형태의 주조물의 생산성을 향상시키고 제조원가를 저감하기 위해서는, 종래 분할된 형태로 제작되던 주조용 사형을 일체형으로 제조할 수 있는 방법의 개발이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 사형의 제작과정에 사용되는 패턴을 개량함으로써, 전체적으로 단턱을 가진 주조물의 주조용 사형을 일체형을 제조할 수 있는 방법을 제공하기 위해 안출된 것이다. 따라서, 본 발명의 제 1 목적은, 분할된 부분들의 조합의 형태로 성형되던 단턱을 가진 주조물을 주조하기 위한 사형의 일체화가 가능하도록 탄성 피막이 형성된 패턴을 제공함에 있고, 본 발명의 제 2 목적은, 상기 탄성 피막이 형성된 패턴의 제작방법을 제공함에 있으며, 본 발명의 제 3목적은, 상기 탄성 피막이 형성된 패턴을 이용하여 일체형의 주조용 사형을 제작하는 방법을 제공함에 있다.
상기 본 발명의 각 목적들은 하기하는 본 발명의 구성들에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 단턱을 가진 주조물 제조용 패턴은, 단턱이 구비된 주조물의 성형용 사형제작에 사용되는 패턴에 있어서, 상기 단턱 부분을 제외한 전체적인 골격을 형성하는 강성 재질의 프레임과, 상기 프레임에 결합된 탄성 재질의 수지로 이루어진 탄성 단턱을 포함하는 것을 특징으로 한다. 한편, 본 발명에 따른 단턱을 가진 주조물 제조용 패턴의 제작방법은, 제품의 형상과 대응되는 형상의 수용부를 가진 패턴주형 및 상기 패턴주형의 수용부에 소정의 이격공간을 가지며 설치되도록 상기 수용부의 크기보다 작고 단턱이 형성되지 않은 프레임을 제작하는 패턴주형 및 프레임 가공단계와; 상기 프레임의 표면에 접착제를 도포하여 상기 패턴주형의 수용부에 삽입한 다음, 상기 패턴주형의 수용부와 프레임 간에 형성된 이격공간에 액상의 탄성재를 충입하여 고화함으로써 탄성 단턱 및 피막을 형성하는 탄성 단턱 성형단계; 및 상기 탄성 단턱 및 피막이 형성된 패턴을 패턴주형으로부터 탈리시키는 패턴 탈형 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 단턱을 가진 주조물용 일체형 주조용 사형의 제작방법은, 탄성 단턱을 가진 패턴의 외부에 셀모래를 충진·가압하여 일체형의 주조용 사형의 형상을 만드는 성형단계와; 상기 성형된 사형을 210℃ 내지 250℃의 온도에서 3 내지 8분 동안 가온처리하여 고화시키는 고화단계와; 상기 탄성 단턱을 가진 패턴을 고화된 사형으로부터 뽑아내어 패턴과 사형을 분리하는 패턴 탈리단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에서 바람직한 실시예로 제공된 단턱을 가진 주조물 제조용 패턴과, 그 제작방법, 및 이를 이용한 일체형 주조용 사형의 제작방법을 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단턱을 가진 주조물 제조용 패턴의 단면구조를 보여주는 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단턱이 구비된 제품의 생산에 이용되는 주조용 패턴(10)은, 도 2에서 보는 바와 같이 전체적인 골격을 형성하는 프레임(11)의 표면에, 제품의 외형과 동일한 형상으로 단턱(13a)을 중심으로 연장된 탄성 피막(13)이 형성된 구조이다. 도면상으로 보아 상기 탄성 피막(13)과 프레임(11)의 표면간에는 접착층(12)이 형성되어 있다. 이와 같이 탄성 재질의 단턱(13a)을 형성하는 이유는 일체형의 주조용 사형 제작시, 탄성재의 고유 탄성에 의해 패턴(10)의 단턱(13a)이 사형의 수용부에서 용이하게 탈리되고, 탈리후에는 쉽게 복원되도록 하기 위함이다. 이때 상기 탄성재로는, 실리콘 고무, 천연고무, 우레탄고무, 부타디엔고무, 니트릴고무와 같은 고무재질의 조성물이 사용된다. 한편, 단턱(13a) 부분만을 탄성재질로 제작한 패턴을 사용하는 것만으로도 본 발명의 목적을 달성하는 것이 가능하지만, 본 실시예에서와 같이 단턱(13a) 부분 뿐만 아니라, 프레임의 몸체 전체를 덮도록 전반적으로 탄성 피막(13)을 형성하게 되면, 반복적인 사용으로 인해 단턱(13a) 부분이 쉽게 훼손되는 것을 방지할 수 있으며, 후술하는 방법을 이용할 경우 간단하게 제조도 가능하다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단턱을 가진 주조물 제조용의 탄성 피막이 형성된 패턴의 제작단계를 순차적으로 보여주는 것이다. 한편 본 발명에서 바람직한 실시예에 따른 단턱을 가진 주조물 제조용 탄성 피막이 형성된 주조용 패턴을 제조하기 위해서는 먼저, 도 3의 (a)에서 보는 바와 같이 제품의 형상과 대응되는 형상의 수용부(21)를 가진 패턴 주형(20)과, 상기 패턴주형(20)의 수용부(21)에 삽입/설치되는 프레임(11)을 절삭이나 연삭가공 또는 프레스가공을 통해 제작하게 된다. 여기서 상기 패턴주형(20)에 형성된 수용부(21)는, 전술한 바와 같이 실제 제품의 형상과 대응되는 형상으로 제작되지만, 그 크기는 금속 용융물의 수축되는 비율을 감안하여 실제품의 치수보다 20/1000 가량 크게 제작되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 프레임(11)은, 도면상으로 보아 전체적으로 실제품과 유사한 형상이지만, 제품과 달리 단턱이 형성되어 있지 않고 또 실제품의 치수보다 작게 제작된다. 다음으로, 이와 같이 제작된 프레임(11)의 표면에 접착제를 도포한 다음, 도 3의 (b)에서 보는 바와 같이 전술한 패턴주형의 수용부(21)에 삽입한다. 이때 상기 프레임(11)은 패턴주형(20)의 수용부(21)의 크기보다 작고 또 단턱이 형성되어 있지 않은 관계로, 프레임(11)의 표면과 수용부(21)의 내부면 간에는 소정의 이격공간이 형성되는데, 이 이격공간에는 실리콘 고무와 같은 액상의 탄성재를 충입하여 고화시킨다. 상기 충입 및 고화된 탄성재는 프레임(11)의 표면에 도포된 접착제에 의해 고착되어, 탄성 피막이 형성된 패턴(10)의 성형이 완료되고, 이후 상기 탄성 피막이 형성된 패턴을 도 3의 (c)에서 보는 바와 같이 패턴주형(20)의 수용부(21)로부터 탈리시킨다. 이때, 상기 패턴(10)에 형성된 단턱(13a)은 탄성재질로 이루어져 있는 관계로, 상기 탄성재의 고유탄성에 의해 패턴주형(20)에서 자연스럽게 탈리될 수 있다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄성 피막이 형성된 패턴을 이용하여 일체형의 주조용 사형을 제작하는 공정을 순차적으로 보여주는 것이다. 본 발명에 따른 탄성 피막(13)이 형성된 패턴(10)을 이용하여 단품화된 주조용 사형(30)을 제작하기 위해서는, 먼저 도 4의 (a)에서 보는 바와 같이 탄성 피막(13)이 형성된 패턴(10)의 외부에 셀모래(33)를 충진하여 단품화된 주조용 사형(30)을 형성한다. 다음으로, 상기 단품화된 주조용 사형(30)을 열처리하여 고화시키게 된다. 이때의 가온조건은, 탄성 피막(13)을 구성하고 있는 탄성재의 성질 및 셀모래(33)의 고화조건을 고려하여, 210℃ 내지 250℃의 온도에서 3 내지 8분정도처리하는 것이 바람직하다. 이후, 도 4의 (b)에서 보는 바와 같이 고화된 주조용 사형(30)으로부터 상기 탄성 피막(13)이 형성된 패턴(10)을 뽑아 내어 탈리시키게 된다. 이때 상기 패턴(10)에 형성된 단턱(13a)은 유연한 탄성재로 제작된 관계로, 무리없이 주조용 사형(30)은 탈리될 수 있으며, 탈리된 이후에는 재질이 가진 우수한 탄성복원력에 의해 원래의 형상대로 복원된다. 이상 설명한 기술적 사상을 제외한 다른 부분에 있어서는, 사형을 이용한 주조에 사용되는 공지의 기술이 적용되며, 이들 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
본 발명에서는 주조용 패턴에 탄성 피막을 형성함으로써, 주조용 사형의 일체화를 구현함에 있어 주 걸림돌이 되는 단턱에 따른 제반적인 문제점을 해소하고 있다. 따라서, 종래 외형과 내형(코어)을 포함하여 이분화되게 성형되었던 주조용 사형을, 본 발명에서 제공된 탄성 피막이 형성된 패턴과, 이 패턴의 제작방법, 및 이 패턴을 이용한 일체형 주조용 사형의 제작방법을 이용하여 단품화되게 생산할 수 있다. 그리하여, 주조용 사형 제조에 따른 생산효율의 향상을 꾀할 수 있고, 결과적으로 주조물의 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 단턱이 형성된 제품을 주조하는 제작상태의 단면 모식도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 패턴의 단면구조도이며, 도 3은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제공한 탄성 피막이 형성된 패턴의 제작단계를 순차적으로 보여주는 것이고, 도 4는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제공한 탄성 피막이 형성된 패턴을 이용하여 단품화된 주조용 사형의 제작공정을 순차적으로 보여주는 것이다. *** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *** 10. 패턴 10a. 단턱 11. 프레임 12. 접착층 13. 탄성 피막 13a. 단턱 20. 패턴 주형 21. 수용부 30. 사형 31. 외형 32. 내형(코어) 33. 셀모래 40. 주조물 40a. 단턱 |
