KR20070052361A - 주조품으로부터 샌드 주형의 제거를 보조하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

주형 내에 형성된 주조품으로부터 주형을 제거하는 방법이 개시되었다. 주형은 주형을 스코링하고 주형이 부서져서 파편들로 분해되게 하기에 충분한 힘을 인가함으로써 주조품으로부터 제거될 수 있다. 추가로, 주형은 주형 팩 내에 위치되는 폭발성 장약 또는 주형으로 인가되는 고에너지 펄스에 의해 부서질 수 있다. 일단 주형이 부서져서 여러 파편들로 분해되면, 이는 주조품으로부터 제거된다.

샌드 주형, 코어, 주조품, 스코링, 에너지 펄스, 챔버

Description

주조품으로부터 샌드 주형의 제거를 보조하기 위한 방법 {METHOD FOR ASSISTING REMOVAL OF SAND MOLDINGS FROM CASTINGS}

도1a 및 도1b는 소정 위치에 마련된 절단선의 형성과 절단선을 따라 주형이 결과적으로 어떻게 부서지는지를 도시하는, 샌드 주형의 단면도이다.

도2a 및 도2b는 절단선의 이용과 샌드 주형 내에 위치되는 폭발성 장약 및 폭발성 장약의 기폭 시에 주형의 분해 및 제거를 도시하는, 샌드 주형 및 주조품의 단면도이다.

도3은 주형 팩 및 주조품이 에너지 펄스에 의해 처리되는 것을 도시하는, 처리 노 내의 혹은 그에 인접한 에너지 펄스 챔버를 통과하는 주형의 단면도이다.

도4a 및 도4b는 주형의 유기적 혹은 열적으로 붕괴 가능한 결합제의 연소를 증진시키기 위해서 산소의 흐름을 인가하기 위한 산소 강화 챔버를 통한 주형의 이동을 도시한다.

도5a 내지 도5c는 주형의 분해를 위해서 주형에 펄스파를 인가하는 것을 도시한다.

도6a 및 도6b는 주형에 펄스파를 인가하기 위한 챔버 또는 유닛의 예시적인 실시예를 도시한다.

도7은 전체 주조 공정의 일부로서 본 발명을 적용한 개략적인 도면이다.

도8a 내지 도8d는 본 발명의 일 실시예에 따라 주조품을 주형으로부터 제거하는 일련의 단계들을 도시한다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 20: 주형

11, 21: 주조품

12: 주조품 코어

13: 스코링/양각 선

14A: 외부 측벽

14B: 내벽

16: 상부 벽

17: 하부 벽

22: 폭발성 장약

28: 채널 또는 간극

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2002년 7월 11일자로 출원된 미국 가출원 번호 제60/395,057호의 우선권을 청구하며, 2001년 5월 9일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제09/852,256호의 일부계속출원이다.

본 발명은 일반적으로 금속 주조품의 제조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 샌드 주형(sand mold) 내에서 주조품을 제조하는 것과 주조품으로부터 샌드 주형 및 코어의 제거를 향상시키는 것에 관한 것이다.

금속 주조품을 형성하기 위한 종래의 주조품 공정은 일반적으로 그 내부면 상에 형성된 실린더 헤드와 같은 소정 주조품의 외형을 갖는 영구적인 금속 다이 또는 샌드 주형과 같은 주형 또는 다이를 채용한다. 샌드와 적당한 접합 재료로 구성되며 주조품의 내부 특징부가 형성된 샌드 코어는 통상적으로 주조품의 특징부를 추가로 형성하도록 다이 내에 위치된다. 샌드 코어는 일반적으로 금속 주조품 내에 곡선 및 내부 특징부를 생성하는 데에 사용되며, 주조 공정이 완료된 후에 주조품으로부터 코어의 샌드 재료를 제거 및 재생하는 것이 필수적이다.

적용예에 따라, 샌드 코어 및/또는 샌드 주형을 위한 결합제는 페놀 수지 결합제, 페놀 우레탄 "콜드 박스" 결합제 또는 다른 적당한 유기 결합제 재료를 포함할 수 있다. 다이 또는 주형은 그 후 용융된 금속 합금으로 충전되는데, 이는 합금이 경화되도록 임의의 소정 온도로 냉각된다. 합금이 주조품으로 경화된 후에, 주조품은 처리로(treatment furnace), 또는 열처리, 샌드 코어로부터의 샌드의 재생 및 숙성을 포함하는 추가적 처리를 위한 노(furnace)로 이동된다. 열처리 및 숙성은 상이한 장치에 적합한 상이한 물리적 특성이 구비되도록 금속 합금을 조절하는 공정들이다.

샌드 주형 및/또는 코어는 일반적으로 열 처리의 완료에 앞서서 주조품으로부터 제거된다. 샌드 주형 및/또는 코어는 일반적으로 하나의 수단 또는 조합된 수단에 의해 그 주조품으로부터 분리된다. 예를 들어, 샌드는 주조품으로부터 끌로 깎아내어지거나 주조품은 주조품 내부의 샌드 주형과 내부 샌드 코어가 해체되도록 물리적으로 흔들리거나 진동될 수 있다. 이에 덧붙여 또는 이와는 다르게, 샌드 주형과 주조품은 열 처리 및/또는 열 샌드 제거 노를 통과할 때, 샌드 주형 및 코어를 위한 유기적 또는 열적으로 붕괴 가능한 결합제(degradable binder)는 일반적으로 소정 금속 성질로 주조품을 열처리하기 위한 고온으로의 노출에 의해 분해되거나 연소되어, 주형 및 코어의 샌드가 주조품으로부터 제거되어 재생될 수 있게 됨으로써, 최종 열처리된 주조품을 남기게 된다. 열처리 주조품을 위한 노 시스템과 방법은 미국 특허 제5,957,188호, 제5,829,509호 및 제5,439,045호에서 확인할 수 있으며, 이들 각각은 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 합체되어 있다. 주조품의 열 처리 및 숙성은 샌드 제거 공정 중에 및/또는 후에 수행된다.

전술한 특허들에 개시된 기술들은 예를 들어, 경쟁, 원자재의 비용 증가, 에너지, 노동력, 폐기물 및 환경적 규제에 의해 추진되었다. 이러한 요인들은 열 처리 및 이와 같은 금속 캐스킹으로부터의 샌드 재생 분야에 있어서의 개선을 계속적으로 필요하게 한다.

본 발명은 주조품으로부터 샌드 주형 및 코어의 제거를 향상시키기 위한 방법 및 시스템을 포함한다. 본 방법 및 시스템은 일반적으로 주조품을 붕괴시키고 주조품으로부터 붕괴된 주형의 적어도 일부를 이동시키거나 달리 제거하기 위해 주조품에 에너지 흐름을 인가하는 단계를 포함한다. 에너지 흐름은 가압된 유체, 입자, 레이저, 전자기 에너지 또는 폭발물 중 하나 이상을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 샌드 주형은 주형 주위의 소정 위치 또는 지점에서 주형을 절단하고 주형이 조각들로 부서져서 분해되도록 하기에 충분한 힘을 인가함으로써 주조품으로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 주형은 주형 내부에서 가열되는 주조품의 열 팽창에 의해, 및/또는 다른 힘 및/또는 에너지를 주형 또는 주조품에 인가함으로써 부서질 수 있다. 추가로, 가압된 유체, 입자 흐름, 펄스 및/또는 충격파가 또한 주형의 외벽으로 인가되거나 주형 내의 하나 이상의 개구부 또는 리세스들 내로 유도되어 주형을 해체하는 데에 추가적으로 보조할 수 있다. 주형 및/또는 코어는 부서지거나, 여러 파편들로 분해되거나 달리 주조품으로부터 붕괴 및 제거될 수 있다. 실제로, 주형 및 코어만을 부수거나 분해하는 것은 주조품으로부터 부서진 부분들을 이동시키거나 달리 제거하는 역할을 할 수 있다. 주조품은 예를 들어, 그러나 필수적으로는 아니게, 열 처리 중에 사용된 동일한 열 처리 노에서 또는 동일한 열에 의해 샌드 주형의 파편들이 주형 및 코어로부터 샌드가 해체 및 재생되도록 결합제 재료가 연소되기에 충분한 온도로 가열될 때 열 처리될 수 있다.

본 발명의 방법 및 시스템은 일반적으로 정밀 샌드 주형, 생사 주형, 반영구적인 주형 등과 함께 사용되기 위한 것으로, 주형들은 일반적으로 열 처리 중에서 같이 그 주조품으로부터 분리 및 제거되도록 설계된다. 이음선을 따라서와 같이 서로 정합하는 부분들을 갖는 주형의 다른 종류가 본 발명에 사용될 수도 있다. 예를 들어, 본 발명은, 주형들이 펄스파, 유체, 입자 흐름 또는 다른 힘이 그에 인 가됨으로써 부서지거나 및/또는 파괴되어, 주조품으로부터 샌드 주형의 부분들이 해제되어 떨어지게 되는 중심 로킹 코어 편에 의해 서로 보유되는 부분들로 형성되는 코어 로킹 타입 주형을 활용할 수 있다.

다른 실시예에 있어서, 주조품으로부터 주형을 제거하는 방법 및 시스템은 주형의 외벽, 개구부 또는 리세스 내의 하나 이상의 선택된 위치에 하나 이상의 폭발성 장약 또는 유기 또는 열적으로 붕괴 가능한 재료를 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 폭발성 장약은 주형이 부서져서 파편들로 분해되게 하기 위해서 공정 중의 일정 시점들에서 폭발된다. 부서진 파편들은 그런 다음 주조품으로부터 제거될 수 있다.

추가로, 폭발성 장약 또는 유기적 혹은 열적으로 붕괴 가능한 또는 반응성 재료를 포함하는 주형에 절단선이 추가될 수 있다. 절단선은 소정 위치에 있는 폭발성 장약(들) 및/또는 유기적 혹은 열적으로 붕괴 가능한 재료와 함께 작동식으로 위치되어 폭발성 장약(들)이 기폭될 시에 주조품으로부터 주형의 부분들을 분해 및 제거하는 일을 증진시킨다. 주형이 제거된 후에, 주조품의 열 처리가 개시 혹은 계속된다.

또 다른 실시예는 주형을 고에너지 혹은 저에너지 파동으로 자극함으로써 주조품으로부터 주형 및/또는 코어를 제거하는 방법 및 시스템을 포함한다. 주형 및/또는 코어는 통상적으로 고에너지 혹은 저에너지 펄스 또는 파동에 의해 자극 또는 달리 노출된 후에 부서지거나 다르게는 붕괴되고, 주형 및/또는 코어의 부서진 부분들은 그런 다음 주조품으로부터 제거된다. 에너지 펄스는 통상적으로 캐 논(cannon) 또는 가압된 가스 분배 시스템, 전자기적 수단, 마이크로웨이브 및/또는 전자기 또는 다른 펄스파 발생기와 같은 기계적 수단으로부터 생성되는 충격파, 압력파, 음파, 전자기파 또는 이들의 조합을 포함한다. 추가로, 주조품으로부터 주형을 분해 및 제거하는 것을 보조하기 위해서 주형에 절개선이 적용될 수도 있다.

주조품으로부터 주형 및/또는 코어를 제거하기 위한 방법 및/시스템은 주조품이 용탕 주입되고, 주조품의 외부면의 적어도 일부가 경화되게 하는 충분한 정도로 주조품이 냉각된 후에, 주형이 주조품을 위한 용액 열 처리 공정의 초기 단계 전에 또는 이와 연계되어 제거될 수 있는 전체 주조품 공정의 일부로서 활용될 수 있다. 그런 후에, 주형 및 코어의 제거된 부분들은 주조품이 열 처리되는 동안에 수집되어 재생 공정으로 거치게 된다. 다른 대안으로서, 주형과 코어는 주조품이 수용성인 코어가 분해되어 제거되는 냉각 탱크(quench tank)로 이송된 후에 주조품으로부터 분해되어 제거될 수 있으며, 및/또는 주조품은 그런 다음 필요에 따라 숙성 공정을 거칠 수 있다.

통상적으로, 주형의 부분들을 제거 및/또는 분해하고 주조품 내에서의 샌드 코어의 분해를 증진시키기 위해서 인가되는 펄스파, 유체, 입자 흐름, 폭발력 또는 다른 힘이 챔버 내에서 인가되거나, 주조품 스테이션으로부터 열 처리, 담금질 또는 숙성 라인으로의 이송 경로를 따라서 인가된다. 펄스파, 유체, 입자 흐름, 폭발력 또는 다른 힘을 인가하기 위해서, 압력 노즐, 음향 또는 전자기 충격파 발생기 또는 유사한 파동 발생 기구와 같은 인가 기구가 이격된 위치 또는 스테이션들 에 위치되거나 주형들 내의 절개선 또는 이음선과 대면하거나 정렬되는 것과 같은 방식으로 주형 주위의 소정 지점들에 배향 또는 정렬된다. 주형들은 일반적으로 주형 내에서 찾아볼 수 있는 절단선을 따라 혹은 주형의 부분들 사이의 연결 이음부에서와 같은 소정 지점 또는 위치에서 가압된 유체, 입자 흐름, 충격파, 전자파의 발파 또는 힘의 다른 기계적인, 전기 역학적인 혹은 전기적인 인가와 같은 펄스파를 인가함으로써 주형을 주조품으로부터 보다 효율적으로 신속하게 제거하기 위해서 몇개의 큰 덩어리 또는 파편들로 주형을 분해하기 위해서 공지의 인덱싱된 위치들로 이송된다. 주형들이 펄스파, 유체, 입자 흐름, 폭발성 또는 다른 힘의 인가에 의해 분해되면, 주형의 부분들 또는 파편들은 수집 및 재생을 위해서 주조품으로부터 자유롭게 떨어지게 된다. 따라서, 턴테이블과 같은 회전 컨베이어, 수평 및 수직으로 배향된 이송 시스템을 포함한 일렬 컨베이어, 플라이트 컨베이어(flighted conveyor), 인덱싱 새들(indexing saddle) 또는 유사한 기구를 포함한 다양한 재료 수집 및 취급 또는 이송 방법 또는 시스템이 본 발명에 사용될 수 있다.

또 다른 실시예에 있어서, 주조품들은 소정 위치에서의 펄스파, 유체, 입자 흐름, 폭발력 또는 다른 힘의 인가를 위해서 인덱싱된 위치들 사이에서, 주형의 부분들에 물리적으로 맞물려서 이를 제거하는 것과 같이 샌드 주형의 부분들을 분해 및 제거하는 것을 돕는 데도 사용될 수 있는 로봇 이송 기구에 의해 이동될 수도 있다. 이와는 다르게, 주조품과 주형들은 대체로 고정된 위치에 유지되고 펄스파, 유체, 입자 흐름 또는 다른 힘의 인가 장치가 이들 주변의 소정 배향으로 이동될 수 있다.

본 발명의 다양한 목적, 특징 및 이점들은 본 기술 분야의 숙련자라면 첨부된 도면과 연계하여 다음의 명세서를 읽으면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명은 일반적으로 주조품의 열 처리 온도에의 노출을 가속시키고 샌드 주형과 샌드 코어로부터의 샌드의 해체 및 재생을 증진시키기 위해서 주형 내에 형성되는 주조품으로부터 주형 및 샌드 코어의 분해 및 제거를 향상시키기 위한 방법을 포함한다. 주형은 샌드 주형 및 주조품을 열 처리 노 또는 유닛에 도입하기 전에 또는 유닛 내에서 열 처리 및 샌드 재생을 위한 열 처리 노 또는 유닛 자체 내에서 주조품 주위로부터 제거될 수 있다. 또한, 주조품으로부터의 주형의 분해 및 제거의 증진을 위한 본 발명의 시스템 및 방법은 전체 혹은 연속적인 금속 주조 및/또는 열 처리 공정의 일부일 수 있다. 본 발명은 또한 장치에 따라서 "고온"(새로이 용탕 주입되어 충분히 경화된) 및/또는 "저온" 주조품으로부터 주형을 제거하기 위한 별도의 또는 독립적인 공정으로서 사용될 수 있다. 사용 시에, 본 발명의 방법은 일반적으로 주조품의 변형을 피하기 위해서 주조품의 용융된 금속이 주조품의 외부면을 따라서 적어도 부분적으로 경화된 경우에 수행된다. 미국 가출원 제60/395,057호 및 제09/852,256호 모두의 명세서가 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 합체되어 있다.

주조품으로부터 주형의 해체 및 제거를 증진시키기 위해서, 주조품은 열처리 노 또는 챔버의 주변 가열 환경에 보다 신속하게 노출된다. 따라서 보다 적은 에너지 및 시간이 소정하는 처리 및 주형이 주조품으로부터 제거된 때 주조품의 결과 적인 금속 성질을 달성하기 위한 주조품의 온도를 높이는 데에 요구된다.

금속 주조 공정은 일반적으로 본 기술 분야의 숙련자에게 공지되어 있으며 종래의 주조 공정은 참조를 목적으로 간략하게만 기재하기로 한다. 본 기술 분야의 숙련자라면 본 발명이 알루미늄, 철, 강철 및/또는 다른 종류의 금속 및 금속 합금 주조품을 형성하기 위한 금속 주조 공정들을 포함한 임의의 종류의 주조 공정에 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명은 따라서 특정한 주조 공정이나 특정한 종류의 금속 또는 특정한 종류의 금속들의 합금에만 사용되도록 제한되지 않으며 제한되지 않아야 한다.

도1a 및 도1b에 도시된 바와 같이, 통상적으로, 용융된 금속 또는 금속 합금은 실린더 헤드 또는 엔진 블럭 또는 유사한 주조 부품과 같은 주조품(11)을 형성하도록 용탕 주입되는 또는 주조되는 스테이션에서 다이 또는 주형(10) 내로 용탕 주입된다. 통상적으로, 샌드 및 페놀 수지와 같은 유기성 결합제로 형성되는 주조품 코어(12)가 주형(10) 내에 수용되거나 위치되어, 각각의 주형 내에 형성되는 주조품 내에 중공의 공동을 생성 및/또는 주조 세부 또는 코어 프린트가 생성된다. 주조품 코어는 주형으로부터 분리되거나 주형의 부분들을 형성할 수 있다. 주형들은 통상적으로 "정밀 샌드 주형" 종류의 주형 및/또는 "생사 주형"을 포함할 수 있으며, 이들 주형들은 샌드 주조품 코어(12)와 유사하게 일반적으로 페놀 수지 또는 본 기술 분야에 공지된 결합제와 같은 결합제와 혼합된 실리카 샌드 또는 지르콘 샌드로부터 형성된다. 주형들은 추가로 반영구적인 샌드 주형뿐만 아니라 노베이크(no-bake), 콜드 박스 및 핫 박스 타입 샌드 주형을 포함할 수 있는데, 이들은 통상적으로 샌드 및 결합제, 강과 같은 금속 또는 이러한 종류의 재료들의 조합으로 형성되는 외부 주형 벽을 포함할 수 있다. 또한, 로킹 코어 타입 주형이 사용될 수 있는데, 이는 주형들이 샌드 코어에 의해서 서로 고정되어 상호 고정되는 단편들 또는 부분들로 형성되는 것이다. 용어 "주형"은 이하 일반적으로 이상에 논의된 바와 같은 모든 종류의 주형 및 코어를 일컫는 데에 사용되는 것으로 이해된다.

주조품으로부터 주형을 제거하는 방법은 샌드 주형을 "절단"하는 단계를 포함할 수 있으며 따라서 샌드 주형 내에 단층선, 만입된 또는 취약한 지역을 형성하는 단계를 포함한다. 주형은 통상적으로 주형 내부에 포함된 주조품으로부터 주형이 분리 및 제거되는 것을 촉진하기 위해서 결합제 재료를 연소하였을 때에 주형 내에 설정된 절단선을 따라 부서지고 분해된다. 절단선은 일반적으로 각 주형의 측면들 및/또는 상부 및 하부를 따라 또는 그 주위의 소정 위치들에 위치되며, 이들 위치는 일반적으로 주형을 분해하기 위한 선택 사양으로서 선택된다. 이와 같은 소정 위치들에 절단선을 위치시키는 것은 주형과 주형 내에 형성되는 주조품의 형태에 좌우된다.

용어 "스코링(scoring)"은 절단 블레이드, 절삭 장치 또는 다른 유사한 자동으로 및/또는 수동으로 작동되는 절단 또는 홈파기 장치를 포함한 임의의 기구에 의해 주형의 상부, 하부 및/또는 측벽 내에 형성되는 임의의 종류의 절단 선, 스크래치, 만입부, 홈 또는 다른 이와 같은 표시를 포함할 수 있다. 스코링은 일반적으로 주형의 외부 상에서 이루어지지만, 주형의 외부면에만 제한되지 않으며, 주형 의 내부면에서도 외부면에서의 스코링에 덧붙여서 또는 이와는 다르게 절단 또는 홈이 형성될 수 있음을 이해할 수 있다. 각 주형은 주형의 형성 중에 또는 주조품이 주형 내부에 수용된 채로 주형이 열 처리 노 내로 도입되기 전까지의 그 이후의 시점에 주형의 외부면 및/또는 내부면 상에 위치 또는 형성되는 성형된 또는 스크래칭된 선들에 의해서와 같은 임의의 수단에 의해서 스코링될 수 있다.

주형이 여러 파편들로 파열 및 분쇄되는 것을 증진시키기 위해서 주형에 힘이 추가로 인가될 수 있는데, 그런 다음에 주형은 주조품으로부터 용이하게 제거되어 떨어져 나갈 수 있게 된다. 이와 같은 힘은 주형의 내벽에서, 주형의 외벽에서 혹은 양쪽 모두에서 인가될 수 있다. 주형의 내벽에서 인가되는 힘은 통상적으로 주형 내에서의 주조품의 열 팽창에 기인하는데, 캐스칭의 팽창은 방사성 에너지, 유도 에너지 또는 이들의 조합을 사용한 주조품의 가열에 의해 더욱 증진 또는 가속될 수 있다. 주조품을 가열하는 데에 사용되는 에너지원은 전자기 에너지, 레이저, 전자파, 마이크로파 및 이들의 조합을 포함할 수 있다.

주형 및/또는 주조품을 가열하는 데에 사용되는 에너지원은 레이저, 전자파, 마이크로파 또는 다른 형태의 전자기 에너지 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로, 이들 및 다른 에너지원은 주형과 주조품을 가열하여 주형 및/또는 코어 샌드의 파열 또는 분쇄로 이어지게 할 목적으로 주형 또는 주조품의 외부 또는 특정 면적을 향해 방사된다. 이와는 달리, 유도 에너지는 일반적으로 금속 및 보다 적은 정도로 주형을 가열하기 위해서 주조품 내에 전류를 유도하는 전자기 에너지의 장(field) 내에 주조품과 주형을 둘러싸는 것과 관련한다. 통상적으로, 주형이 도전성이기보다는 절연성이므로, 유도 에너지는 주형 내에서 직접적으로 제한적인 가열 효과를 제공한다. 물론, 주형을 파열시키기 위해 주조품을 가열 및 팽창시키는 다른 방법도 있을 수 있다. 추가로, 스코링이 주형에 추가되거나 주형 자체에 의해 주형을 주조품 또는 주형으로부터 제거되는 것을 보조할 수 있다.

예를 들어, 노와 같은 특별히 설계된 처리 챔버 내에서 에너지의 펄스가 인가될 수 있다. 설계 특징부는 펄스 및 결과적인 효과를 견딜 수 있는 능력을 포함할 수 있으며, 파동의 정밀 제어를 제공하기 위해 챔버 내로 및 그로부터의 주형/주조품의 이송을 제공한다. 에너지 파동은 일반적으로 주형 코어 및 주조품에 대한 열전달을 소정의 정도로 증진시킨다. 파동은 또한 주형과 코어로부터 분해된 결합제 기체와, 주형과 코어로 산소가 포함된 처리 기체의 질량 이동을 증진하며, 주조품으로부터 샌드를 헐겁게 한다. 파동은 저주파 또는 고주파에서 발생할 수 있으며, 저주파 파동은 일반적으로 주형 또는 코어를 분쇄하기 위한 힘을 생성하는 데에 활용할 수 있으며 고주파는 이동, 질량 이송 및 소규모의 부분적인 분쇄에 채용된다. 고주파 파동은 주조품 내에서 어느 정도의 진동 효과를 유도하여 상기 공정의 기계적인 효과를 증진시킨다.

더욱이, 주형은 주형에 이들 에너지원의 일부 또는 모두가 적용되어 분해됨으로써 샌드 주형 및/또는 코어의 유기성 또는 열 화학적 결합제의 분해를 증진시키는데, 이러한 결합제는 열이 있을 때 분해되어 주형의 붕괴를 촉진한다. 추가로, 주형은 공기, 열매체유, 물, 연소 생성물, 산소 강화된 기체, 입자 흐름 또는 다른 유체 재료와 같은 가압된 유체(들)가 주형의 외벽 또는 벽 내의 개구부 또는 리세스에 인가됨으로써 분해될 수 있다.

더욱이, 펄스 또는 충격파, 가압된 유체의 인가, 음파 또는 다른 기계적, 기계 전기적 또는 전자기적 펄스 또는 이들의 조합된 형태로 된 힘의 직접적인 인가가 주형, 코어 또는 주조품에 인가되어 주형을 파편들로 분쇄하는 일을 도울 수 있다. 일 실시예에 있어서, 주형 및/또는 코어는 힘의 직접적인 인가를 위해 고주파 파동에 의해 자극될 수 있는데, 이는 주형의 벽들을 침투하여 주형을 가열시킴으로써 주형 결합제의 연소 및 최종적인 주형의 분해를 더욱 도울 수 있다. 파동 에너지는 일정하게 되풀이되거나 단속적인 힘 또는 펄스일 수 있으며 기계적, 기계 전기적, 전기적 및/또는 가압된 캐논 또는 가압된 기체와 같은 다른 공지의 수단에 의해 생성되는 충격파, 압력파, 음파 또는 이들의 조합된 형태일 수 있다. 이와 같은 에너지 파동 또는 힘의 인가는 이하 통칭하여 "펄스파"라 일컫기로 하며, 이 용어는 전술한 에너지 파동 및 다른 공지의 기계적, 전기적 및 기계 전기적인 힘 인가를 포함하는 것으로 이해하기로 한다. 이와는 달리, 낮은 폭발력의 장약 또는 유기적 혹은 열적으로 붕괴 가능한 재료가 주형 내에 위치될 수 있으며 주조품 주위의 주형으로부터 분해 및 제거되는 것을 보조하기 위해서 주형의 가열에 의해 유발되거나 개시된다.

보다 상세하게, 본 발명은 몇 가지 다른 실시예들 및/또는 주조품의 열 처리 전 또는 중에 샌드 주형을 분해 및 제거하는 이러한 기능을 수행하는 방법을 구상한다. 전술한 방법들 중 어느 것이라도 서로 연계되어 또는 서로 독립적으로 사용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 다양한 방법들이 도1a 내지 도6b에 도시되었다.

도1a와 도1b에 도시된 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 내부 주조품(11)이 구비된 샌드 주형(10)이 적어도 하나, 통상적으로 복수개의 스코링 선(11) 또는 양각 선이 주형(10)의 외부 측벽(14A) 내에 형성된 것으로 도시되었다. 스코링/양각 선(13)은 통상적으로 주형(10)의 외부 측벽(14A) 내의 홈 또는 노치로서 절단 또는 달리 형성될 것이며 주형 팩의 외벽을 위한 파열선의 역할을 하게 된다. 도1a에 도시된 바와 같이 주형(10)의 내벽(14B) 내에 및/또는 주형(10)의 상부 및 하부 벽(16, 17) 내에 스코링/양각 선(13A)을 절단 또는 형성할 수 있다.

도1b에 더욱 도시된 바와 같이, 이들 스코링/양각 선은 주형 벽을 취약하게 하여 힘(F)이 주형(10)의 벽(14B)에 인가되면, 주형(10)의 벽(14B)이 도1b의 18에 도시된 바와 같이 이들 스코링/양각 선을 따라 분열 및 파열되도록 주형이 분열 및 파열되는 위치를 미리 정하는 것이다. 통상적으로, 이러한 힘(F)은 주조품을 열 처리하기 위해서 가열 또는 상승된 온도에 두었을 때 주조품(11)의 금속이 열 팽창하는 것에 기인하여 주조품(11) 자체에 의해 주형(10)의 외벽(14)에 대항하여 압력을 가하는 것을 포함한다. 주조품의 금속이 열 처리 노 내의 열에 반응하여 팽창하면, 이는 주형(10)의 벽(14B)에 대항하여 외측으로 가압 및 추진함으로써, 주형(10)이 스코링/양각 선(13)에 의해 생성된 취약한 지점들에서 파열 및 분열하게 한다. 그 결과, 결합제 재료가 열 처리 노 내에서의 시간에 걸쳐서 연소될 때 주형이 단순히 분해되고 천천히 붕괴되기보다는, 주형(10)의 부분들은 일반적으로 주조품을 위한 열 처리 공정의 초기 단계 전 또는 중에 용이하게 주형(10) 및 그 주 조품으로부터 제거되게 된다.

도2a와 도2b는 주형 내부에 형성된 주조품(21)으로부터 주형(20)을 분열 및 제거하기 위한 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 다른 방법에서는, 저충격 폭발성 장약(22)들이 주형(20)의 측벽(23) 내의 하나 이상의 지점들에 장착된다. 폭발성 장약(22)은 일반적으로 주조품(21)을 본래대로 여전히 보유하는 동안에 주조품(21)으로부터 주형(20)을 제거하기 위해서 측벽(23) 및 상부와 하부 벽(26, 27)들 사이와 같이 일반적으로 벽들 내의 주요한 이음부(24)에서 주형 팩 내에 전략적으로 위치된다. 도2b에 추가로 도시된 바와 같이, 낮은 폭발력의 장약(22)이 폭발한 후에, 간극 또는 채널(28)들이 주형(20) 내에 형성되어, 주형(20)의 측벽(23) 및 상하부 또는 벽(26, 27)을 통해 깊이 연장된다. 그 결과, 주형(10)은 대체로 이러한 채널 또는 간극(28)들에서 또는 이들을 따라 대체로 취약해지고, 주형(20)은 주조품(21)의 열 팽창에 반응하여 및/또는 주형(20)의 결합제 재료가 주조품(21)으로부터 주형(20)의 제거를 용이하게 하기 위해서 연소되면 이러한 채널(28)을 따라서 부분들 또는 파편들로 용이하게 분열되는 경향이 갖게 된다.

주조품으로부터 주형(30)의 분해 및 제거를 향상시키기 위한 본 발명의 또 다른 실시예가 도3에 도시되었다. 본 발명의 이 실시예에서는, 주형/코어 샌드의 분쇄를 촉진하기 위한 진동력이 고에너지 및/또는 저에너지 펄스 또는 파동(32)에 의해 주형에 인가되는데, 이는 주형(30)이 처리 챔버(33)를 통과할 때 주형(30)으로 인가되며, 통상적으로 처리 챔버는 열 처리 노의 전방 또는 입력 단부에 위치되 어 주형 및 주조품이 일반적으로 주조품의 열 처리 전에 통과하도록 되어 있다. 펄스(32)는 일반적으로 가변 주파수 및/또는 파장으로 되며, 통상적으로 챔버 내에 장착된 하나 이상의 파동 또는 진동 발생기(37)로부터 주형의 측벽(34) 및/또는 상부 또는 하부 벽(36)으로 인가된다. 이와 같은 에너지 파동 또는 진동(32)은 통상적으로 처리 챔버(33)의 대기를 통해 전파되는 충격파, 압력파 또는 음파의 형태로 생성될 수 있다. 이와 달리, 전자기 에너지는 주조품으로부터 주형 및 코어 샌드를 제거할 목적으로 전술한 바와 같이 분쇄, 열 흡수, 결합제 붕괴 또는 다른 처리 효과를 증진시키기 위해서 주형의 벽에서 혹은 이들에 대항하여 펄스 또는 방사될 수 있다. 이와 같은 전자기 방사는 레이저, 전자파, 마이크로파 또는 전술한 처리 효과를 초래하는 다른 형태로서 가능하다.

주형을 향해 인가되는 에너지 펄스는 주형을 자극하고 주형을 주형 팩과 물리적으로 접근할 필요 없이 진동하게 한다. 파동이 주형을 통과하면, 주형의 자극 및 진동은 주형을 분열 및 분해되게 한다. 파동은 연속적인 펄스 또는 이산적인 펄스일 수 있다. 이산적인 펄스는 일정한 간격으로 조절된다. 연속적 또는 이산적인 방식으로 조절된 파동은 주파수, 인가 간격 및 세기가 조심스럽게 제어되어, 주조품을 손상시키지 않고도 처리 효과를 달성하게 된다. 추가로, 주형은 또한 앞에서 논의한 바와 같이 및 도3의 38에 표시된 바와 같이 소정 지점에 스코링되거나 사전 응력 인가/취약해짐으로써, 주형이 진동되거나 달리 고주파 펄스에 의해 충격이 가해지면 주형의 분해를 촉진 또는 증진시킨다.

따라서, 주형은 주조품이 열 처리 노의 가열 챔버 또는 주조품의 다른 처리 로 이동하면 주조품으로부터 분열 및 제거되게 된다. 추가로, 그 전체 내용이 본 발명에 참조로서 합체된 2000년 7월 27일자로 출원된 미국 특허 출원 제09/637,109호와 2002년 1월 31일자로 출원된 제10/066,383호에 논의된 바와 같이, 에너지 펄스는 통상적으로 주조품이 주형 내에서 더욱 가열되게 하고, 이는 주조품이 열 팽창하게 함으로써 주형의 내부 측벽들에 대하여 힘을 인가하게 되어 주형이 분열되는 더욱 촉진 및 증진시키게 된다.

도4a와 도4b는 주형 내에 포함된 주조품으로부터 주형(40) 및 잠재적으로는 샌드 코어의 가열과 분열 및 제거를 증진시키기 위한 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 본 실시예에 있어서, 주형(40) 및 그들의 주조품(42)이 열 처리 노 또는 챔버(43) 내로 이동하기 전이나 이동하면, 이들은 저속 산소 챔버(44)를 통과한다. 산소 챔버는 일반적으로 긴 형태의 압력솥 또는 주변 압력보다 고압으로 작동할 수 있는 유사한 압력 가열 챔버이다. 산소 챔버(44)에는 산소 농후한 환경이 마련되며 산소 흐름을 그 사이에 형성하는 것을 돕기 위해 서로 마주보게 위치된 고압 상류측(46)과 저압 하류측(47)을 포함한다.

주형이 가열 챔버(44)의 저속 산소 챔버를 통해 통과하면, 가열된 산소 기체는 화살표(48)(도4a)와 화살표(49)(도4b)에 의해 표시된 바와 같이 주형으로 인가되고 이를 통해 강제된다. 산소 기체는 고압측으로부터 저압측으로 인출 또는 유동하여 산소 기체는 주형 및/또는 코어 내로 및 가능하게는 이를 통해 추진 및 강제된다. 그 결과, 산소 기체의 상당량이 샌드 주형/코어의 결합제 재료와 연소되어, 가열 챔버 내에서 결합제 재료의 연소를 증진한다. 이러한 주형 및 코어의 결 합제 재료의 증진된 연소는 결합제 재료의 증진된 연소로부터의 에너지와, 주조품으로부터 주형의 분열 및 제거를 증진 및/또는 가속화를 돕는 산소가 더욱 공급된다. 이러한 주형의 분열은 이상에서 상세하게 논의된 바와 같이 주형 내에 스코링 선을 내거나 양각 선을 형성함으로써 주형을 사전 응력을 주거나/취약화함으로써 더욱 보조될 수 있다. 그 결과, 결합제 재료가 연소되면, 주형 벽은 파열 또는 분열되어 주형이 그 주조품으로부터 부분들 또는 파편들로 부서져서 떨어지게 된다.

추가로, 결합제 재료의 증진된 연소는 주형 내의 주조품의 온도를 높이기 위한 추가적인, 일반적으로 전도성 열원으로 작용하여 주형 내의 주조품의 온도를 높이고 제거 및 재생의 용이성을 위해서 샌드 코어의 결합제 재료의 연소를 촉진한다. 그 결과, 주조품은 열 처리 온도로 보다 신속하게 상승되며, 이는 2000년 7월 27일자로 출원된 계류 중인 미국 특허 출원 제09/627,109호와 2002년 1월 31일자로 출원 제10/066,383호에 논의된 바와 같이 주조품을 적당하고 완전하게 열 처리하는 데에 요구되는 열 처리 노 내에서의 주조품의 거주 시간을 줄이는 데 도움을 준다.

주형 내에 형성 또는 수용된 주조품(51)으로부터 샌드 주형(50)의 분열 및 제거와 잠재적으로는 주조품 내에 위치된 샌드 코어의 분열 및 제거를 증진하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예가 도5a와 도5b에 도시되었다. 본 실시예에 있어서, 공기 캐논, 유체 노즐, 음파 발생기 또는 다른 기계적 및/또는 기계 전기적 기구와 같은 일련의 펄스파 발생기 또는 힘 인가 장치(52)는 일반적으로 노의 초기 전실과 같은 열 처리 노의 일부로서 또는 주형 분열 또는 처리 챔버(54) 내에서, 열 처리 노의 내부로 또는 내부에서 주조품이 지지된 주형/코어의 이동 경로(도6a의 화살 표(53))를 따라 특정 위치들에 위치된다. 이와 같은 힘 또는 펄스파 인가는 주형 내부에 수용된 주조품의 외부면들이 이와 같은 힘 또는 펄스파의 인가에 의해 주조품의 외부면들이 변형되거나 손상되는 일을 없거나 피하기에 충분한 정도로 굳을 수 있는 기회가 주어진 후의 시점에 인가된다.

펄스 발생기 또는 힘 인가 장치(52)(이하 "인가 장치")는 주형 내에 형성되는 주조품의 코어 프린트 또는 디자인에 따라서 필요에 따라 변경될 수 있어서, 상이한 코어 프린트를 갖는 상이한 종류의 주조품은 챔버 내에 선택적으로 상이한 구성 또는 개수의 인가 장치를 활용할 수 있다. 도5a에 도시된 바와 같이, 각각의 인가 장치(52)는 일반적으로 주형(50)의 측벽(57)(도5a와 도5b), 상부 또는 하부 벽(58) 및/또는 하부 또는 바닥 벽(59)에 대하여 공지된 또는 인덱스된 위치들로 배향된 처리 챔버(54)의 내부(56)(도6b) 내에 장착된다. 예를 들어, 인가 장치(52)는 챔버(54)(도6a)의 길이를 따라 이격된 위치에 혹은 주형 및 주조품의 이동 경로를 따라 장착되어, 주형들이 주형 내에 형성된 동일한 또는 상이한 코어 개구부, 이음부 또는 스코링 선들을 향해 있는 상이한 인가 장치들 내에서 그들의 이동 경로를 따라 상이한 지점들에서 결합하게 된다. 주형이 챔버(54)를 따라 이동하면, 인가 장치는 유체, 입자 흐름, 펄스파 및 다른 힘과 같은 힘을 주형의 이음선 또는 스코링 선에 대하여 인가함으로써 주형을 물리적으로 분쇄 및/또는 분열시킨다.

인가 장치는 또한 도5b에서 화살표(61, 61', 62, 62')로 표시된 바와 같이 주형의 측벽(57)과 상하부 벽(58, 59) 주위의 여러 소정 위치들로 노즐을 이동시킬 수 있도록 원격 작동될 수 있는 열 처리 스테이션 또는 노의 제어 시스템을 통해 자동으로 제어될 수 있다. 다른 대안으로서, 도5c에 도시된 바와 같이, 주형(50)은 운송기구(65)(도5c), 에컨대 로봇 아암(66), 오버헤드 호이스트, 컨베이어 또는 다른 유사한 타입의 운송기구에 의해 처리 챔버를 통해 물리적으로 조작 또는 이송될 수 있다. 운송기구 내에는 주조품이 운송기구에 의해 물리적으로 결합되며, 또한 운송기구는 화살표(67, 67', 68, 68')로 표시된 바와 같이 주형 내부에 주조품이 구비된 주형을 회전시키는 데에도 사용될 수 있다. 그 결과, 주형은 주형 내에 형성된 스코링 선 또는 주형의 부분들 또는 파편들 사이에 형성된 이음부가 힘 또는 펄스파를 인가하는 인가 장치(52)와 정렬하도록 공지의 인덱스된 위치들로 회전 또는 달리 재배열되도록 하나 이상의 인가 장치(52)에 대하여 재배향될 수 있다. 이는 주형의 파편들이 그들의 주조품으로부터 분열 및 제거되는 것을 돕는다. 또한, 로봇 아암 또는 다른 운송 기구는 주조품으로부터 주형의 부분들을 집거나 당기거나 다르게 주형과 맞물리는 것을 포함하여 주형에 직접적으로 역학적인 힘을 인가하는 데에 사용될 수도 있다. 이와 같이 주형에 힘을 기계화하여 인가하는 것은 또한 다른 힘의 인가 또는 샌드 주형의 가열과 함께 인가되어 샌드 주형의 파편들이 그들의 주조품으로부터 보다 신속하게 분열 및 제거될 수 있게 할 수도 있다.

도6a와 도6b는 주형이 그들의 주조품으로부터 보다 신속하게 제거되는 것을 돕기 위해서 현저히 큰 파편 또는 부분들로 샌드 주형을 신속하게 분해 및 제거하기 위한 본 발명의 주형 분해 또는 처리 챔버(54)의 예시적인 실시예를 도시한다. 본 실시예에 있어서, 인가 장치(52)는 캐논 또는 일련의 방향성 노즐 또는 인가 장 치(71)를 통해 고압 유체 또는 입자 매체의 흐름 또는 펄스를 인가하는 유체 또는 입자 인가 장치로서 도시된다. 각각의 노즐(71)은 일반적으로 노즐 또는 인가 장치(71)에 연결된 압축 탱크(72), 펌프 또는 압축기와 같은 저장 유닛으로부터 공기, 열매체유, 물 또는 다른 공지의 유체 또는 모래와 같은 입자와 같은 고압 가열된 유체 매체가 공급된다. 도6b에 도시된 바와 같이, 노즐(71)은 각 주형/코어의 측벽, 상부 벽 및/또는 하부 벽에 화살표(73)로 표시된 가압된 유체 유동을 인가한다.

이러한 가압된 유체 또는 입자 흐름은 노즐의 배출 개구부에서 고속의 유체로 변환되는데, 이는 주형 및/또는 코어를 적어도 부분적으로 분열 및/또는 다르게 붕괴시키기에 충분한 힘을 인가하도록 주형/코어에 인가되는 유체 흐름의 에너지를 증진시킨다. 이와 같은 빠른 유체 속도는 통상적으로 주조품, 주형 및 코어로의 열전달을 더욱 일으키거나 증진시는데, 이는 주형 및 샌드 코어의 분열에 더욱 도움이 된다. 노즐에 의해 공급되는 가압된 유체 흐름은 주형 벽이 분열 또는 파열되게 하여 주형의 결합제 재료, 잠재적으로는 샌드 코어의 분해 및/또는 연소가 보다 신속하게 이루어질 수 있게 하여, 주형이 적어도 부분적으로 붕괴 또는 분해되는 것을 돕도록 주형 벽과 부딪치거나 접촉하는 연속적인 흐름 또는 단속적인 강타 또는 펄스파로서 인가될 수 있다. 이러한 유체 흐름은, 비록 특정 주조품 장치의 경우에는 필요에 따라 다소 높거나 낮은 압력도 사용될 수 있지만, 가압된 공기 펄스의 경우에는 약 5 psi 내지 약 200 psi, 연료 발화된 기체 및 공기 혼합 펄스의 경우에는 약 0.5 psi 내지 약 5000 psi, 기계적으로 생성된 기체 펄스의 경우에는 약 0.1 psi 내지 약 100 psi의 범위 내의 고압 하에서 인가된다. 단속적인 펄스의 경우, 이와 같은 펄스는 통상적으로 초당 약 1 내지 2 펄스에서 몇 분당 하나의 펄스의 속도로 인가된다. 추가로, 가압된 유체 흐름은 주형의 분해를 돕기 위해서 주형 내에 형성되는 스코링 선 또는 이음선을 향해 인가될 수 있다.

예를 들어, 도6a와 도6b에 도시된 바와 같은 처리 챔버를 활용하여, 일련의 주형은 일반적으로 대략 1 내지 2 분의 간격으로, 대략 5개의 일렬 위치 또는 스테이션을 거치도록 챔버(54)를 통해 인덱스되고, 주형들은 각 위치에서 대략 1 내지 2 분의 시간 동안 처리되지만, 거주 시간은 보다 길어질 수도 짧아질 수도 있다. 이와 같은 일렬의 스테이션 또는 위치들은 일반적으로 로딩, 상부 제거, 측면 제거, 단부 제거(및 가능하게는 바닥 제거) 및 언로딩 스테이션을 포함할 수 있으며, 상부 측면 및 단부(및 가능하게는 하부) 제거 스테이션들은 일반적으로 각 단부에 있는 블래스트 도어 내에 봉쇄되는 처리 챔버의 내부에 위치된다. 상이한 인가 장치를 갖는 보다 적거나 많은 개수의 스테이션 또는 위치들이 필요에 따라 구비될 수도 있다.

도6a에 도시된 바와 같이, 챔버(54)는 일반적으로 최대 6개의 펄스 발생기를 포함할 수 있지만, 보다 적거나 많은 개수의 펄스 발생기가 사용될 수도 있다. 펄스 발생기는 소정의 주형 이음부 및/또는 구비된 경우에 주형 내에 형성된 스코링 선을 향해 고압의 강타 또는 흐름 또는 공기를 전달한다. 통상적으로, 각각의 펄스 발생기는 차지(charge)당 대략 70 내지 100 psig에서 대략 30 내지 40 입방 피트의 공기/기체를 전달하는데, 펄스는 일반적으로 대략 1분의 점화 간격으로 전달 되어 주형 이음선 및/또는 스코링 선으로 대략 200 내지 250 cfm의 공기로부터 최대 약 300 cfm 이상의 기체-공기 혼합물을 전달하지만, 점화 간격은 보다 길어질 수도 짧아질 수도 있다.

통상적으로, 나사식 또는 스크롤 압축기가 대체로 연속적인 방식으로 펄스 발생기의 압축 탱크에 공기를 직접적으로 공급하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 50 내지 100 hp의 압축기가 시간당 대략 50 내지 100 개의 주형을 처리하는 데 충분한 양의 가압된 공기를 공급하도록 사용될 수 있다. 기체-공기 점화된 펄스/유체 흐름의 경우에, 동력 요건은 일반적으로 약 2 내지 75 hp이다. 추가로, 펄스 발생기의 노즐은, 펄스 발생기의 노즐 또는 인가 장치가 일반적으로 소정의 또는 정해진 주형 팩키지를 수용하도록 사전에 형성된 상태에서, 적어도 2개의 방향으로 발생기 장착부를 이동시킴으로써 외부적으로 조정 가능할 수 있다. 추가로, 펄스 발생기가 도6a에서는 처리 챔버의 상부 상에 장착된 것으로 표시되었지만, 가압된 공기 발생기 또는 인가 장치 이외의 다른 종류의 펄스 발생기가 사용될 수도 있으며, 처리 챔버의 측부 및/또는 인접한 하부 또는 단부를 따라 위치될 수도 있음을 생각해 볼 수 있다.

주형은 일반적으로 분당 대략 30 내지 40 피트의 공칭 인덱스 속도와 같은 속도로 일렬 위치로 인덱스될 수 있지만, 인덱싱 속도를 변경하는 것은 샌드 주형의 크기나 형태에 따라 계획할 수 있다. 인덱싱 작동 및 펄스 발생기의 펄스 점화는 일반적으로 PLC 제어 또는 릴레이 논리형 제어 시스템과 같은 컴퓨터 제어 시스템에 의해 안전 인터록(safety interlock)에 따라 제어된다. 주형이 부서지면, 주 형의 단편 또는 부분들은 일반적으로 챔버의 하부에 위치된 수집 슈트 내로 떨어지게 되고, 이는 단편들의 제거를 위한 공급 컨베이어로 수집된 단편들을 보낸다. 그 후에, 주형의 복구된 단편들은 재생을 위해 분쇄되거나 우선 끌(chill) 등을 제거하기 위해 자기 분리 수단을 통과한 다음 샌드 주형은 이후의 재사용을 위해서 재생 과정을 통과할 수 있다. 추가로, 잉여 기체 또는 연무는 처리 챔버 및 샌드 컨베이어로부터 수집 및 배기될 수 있다.

도8a 내지 도8d는 주형(80)에 펄스파 인가와 주형의 부분들이 주조품(90)으로부터 최종적으로 제거되는 것을 도시한다. 도시된 바와 같이, 펄스파 인가 장치(84)는 주형(80)에 근접하게 위치된다. 전자기 에너지, 유체 또는 입자의 펄스파는 주형(80)의 벽으로 인가됨으로써, 내부에 구멍(81)을 형성한다. 또한, 펄스파 에너지 또는 유체는 그런 다음 주형(80)으로 인가되어 주형(80)의 적어도 일부가 파편들로 부서지게 한다. 도8d는 주형(80)이 일부 부서진 후에 노출된 주조품(90)의 부분을 도시한다.

도6a 및 도6b에 추가로 도시된 바와 같이, 본 발명은 주형 내부에 주조품이 있는 샌드 주형을 주형의 부분들 사이의 스코링 선 또는 이음선을 따라 펄스파 또는 다른 직접적인 힘의 인가를 위해서 공지의 인덱스된 위치들로 필요하면 이동시키기 위해서 여러 종류의 이송 기구를 활용할 수 있다. 이와 같은 이송 기구는 도6a에 도시된 바와 같은 인덱싱 컨베이어 또는 체인 컨베이어(80)를 포함하며, 이는 주형의 위치를 컨베이어 상에 고정시키기 위한 정위 핀 또는 다른 유사한 장치, 2000년 7월 27일자로 출원된 미국 특허 출원 제09/627,109호 및 2002년 1월 31일자 로 출원된 제10/066,383호에 개시된 바와 같은 인덱싱 새들(saddle), 오버헤드 크레인 또는 붐 타입 컨베이어, 로봇 전달 아암 또는 이와 유사한 기구뿐만 아니라, 도6b에 도시된 바와 같이 컨베이어의 플라이트(flight) 또는 부분(91) 내에 주형이 수용되는 플라이트 컨베이어(90)를 포함할 수 있다. 챔버는 필요에 따라 수평으로 또는 수직으로 배향될 수 있다.

또한, 본 발명의 모든 실시예들에 있어서, 인가 장치 및 이송 기구는, 주형의 파편들이 그들의 주조품으로부터 중력에 의해 서로 간섭되지 않으면서 떨어질 수 있도록 주형의 파편들이 그들의 주조품으로부터 제거되는 것을 방해하지 않는 방식으로 챔버 내에 일반적으로 위치 또는 장착된다. 이와는 달리, 로봇 아암과 같은 이송 또는 다른 기계화된 시스템 또는 기구는 주조품으로부터 주형의 파편 또는 부분들을 물리적으로 제거 및 이송하여 저장소 또는 이송 컨베이어와 같은 수집 지점에 이들을 던져 둘 수도 있다.

본 발명의 방법은 통상적으로 도7에 도시된 바와 같이 금속 주조품이 용융된 금속으로부터 형성되고 열 처리, 담금질 및/또는 숙성 또는 다르게 처리 또는 가공하는 전체 또는 연속적인 주조품 공정 중의 일부 또는 일 단계로서 금속 주조품으로부터 샌드 주형을 분해 및 제거하는 것을 향상시키는 데에 사용될 수 있다. 도7이 도시하는 바와 같이, 주조품(100)은 주조 또는 용탕 주입 스테이션(102)에서 주형(101) 내로 주입되는 용융된 금속(M)으로부터 형성된다. 통상적으로, 주형(101)은 이음선(103)을 따라 부분들로 형성되며, 104에 표시된 바와 같이 주형의 외벽의 부분들 내에 형성된 스코링 선 또는 만입부를 포함할 수 있다.

용탕 주입 후에, 주형은 그들의 주조품이 주형 내부에 수용된 상태로 일반적으로 106으로 표시된 주형 분해 또는 처리 챔버로 이송 및 전달된다. 주형 분해 또는 처리 챔버(106) 내에서, 주형은 일반적으로 도5a 내지 도6b에 대하여 논의한 바와 같이 힘 또는 펄스파의 인가, 고에너지 또는 저에너지 파동(도3) 및/또는 산소 강화된 공기 흐름의 인가(도4a와 도4b)를 받게 되어 샌드 주형이 주조품으로부터 단편 또는 부분(108)들로 신속하게 분해 또는 분쇄 및 제거되는 것을 향상 및 증진시킨다. 통상적으로, 주형 분해 또는 처리 챔버(106) 내에서 제거된 분쇄된 샌드 주형의 단편(108)들은 수집 슈트를 통해 하방으로 이송 컨베이어(109) 또는 재생 및/또는 끌(chill) 제거를 위해 파편들을 전달 또는 이송하기 위한 수집 저장소로 떨어지게 된다.

그런 후에, 도7에 도시된 바와 같이, 주조품은 주형이 대체로 제거된 상태에서 일반적으로 열 처리를 위한 110으로 표시된 열 처리 유닛으로 직접 인도되고, 여기에서, 그 전체 내용이 본 발명에 참조로서 합체된 미국 특허 제5,294,994호, 제5,565,046호, 제5,738,162호, 제5,957,188호 및 제6,217,317호와 현재 계류 중인 2002년 1월 31일자로 출원된 미국 특허 출원 제10/066,383호에 개시된 바와 같은 용액 열 처리에 덧붙여 임의의 추가적인 주형 및 샌드 코어 분해 및/또는 샌드 재생을 완료할 수 있다. 열 처리 후에, 주조품은 일반적으로 담금질 위해 담금질 스테이션(111)으로 이동하고 그런 후에 숙성 또는 필요하면 추가의 처리를 위해서 112로 표시된 숙성 스테이션으로 통과 또는 전달된다.

이와는 달리, 도7의 점선(113)으로 표시된 바와 같이, 주조품으로부터의 주 형의 분해 및 제거에 이어서, 주조품은 열 처리를 필요로 하지 않고도 담금질 스테이션(111)으로 직접 전달될 수도 있다. 코어의 분해 및 제거는 담금질 스테이션에서 완성될 수 있는데, 즉 수용성일 수 있는 코어는 물 속에 침액되거나 물이 분사되어 코어가 주조품으로부터 더욱 분해 및 제거될 수 있게 한다. 또 다른 대안으로서, 점선(114)로 표시된 바와 같이, 필요하면, 주조품은 주형 분해 챔버(106)으로부터 주조품의 숙성 또는 다른 처리를 위해서 숙성 스테이션(112)으로 직접 이동될 수도 있다.

추가로, 도7에 추가로 도시된 바와 같이, 주조품으로부터의 주형의 분해 및 제거에 이어서, 주조품은 점선(116)으로 표시된 바와 같이 주조품의 열 처리, 담금질 및/또는 숙성 전에 끌 제거/절단 스테이션(117)으로 전달될 수도 있다. 끌 제거/절단 스테이션(117)에서는, 임의의 끌이나 다른 양각 형성 재료가 일반적으로 끌의 세척 및 재활용을 위해서 주조품으로 제거되게 된다. 주조품은 또한 주조품 상에 형성된 돌출부 또는 다른 불필요한 부분들을 주조품으로부터 절단하게 되는 톱 또는 절단 작업을 거치게 된다. 주조품의 돌출부 또는 다른 불필요한 금속 또는 부분들의 제거는 담금질을 촉진하고 처리 또는 담금질해야 하는 주조품의 금속량을 줄임으로써 노 내에서 및/또는 담금질 시간을 줄인다. 끌의 제거 및/또는 주조품의 돌출부 또는 다른 불필요한 부분의 절단 후에, 주조품은 일반적으로 점선(118)으로 표시된 바와 같이 열 처리 유닛(110)으로 인도되는 것과 같은 공정/처리 라인으로 복귀하게 되지만, 본 기술 분야의 숙련자라면 주조품은 그 후에 추가적인 처리가 필요하다면 직접 담금질 스테이션(111) 또는 숙성 스테이션(112)으로 보내질 수 있음을 알 수 있을 것이다.

본 기술 분야의 숙련자라면 본 발명은 비록 주형이 그들의 주조품으로부터 분해 및 제거되는 것을 촉진하기도 하지만 주조품으로부터 샌드 코어가 분해 및 제거되는 것도 허용함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 주조품이 도3과 관련하여 논의한 바와 같이 고에너지 파동에 통과함으로써 가열되거나, 주조품의 주형의 결합제 재료가 산소 강화된 공기 흐름의 인가를 통해 향상 또는 촉진되면, 샌드 코어도 마찬가지로 가열되고 그들의 결합제 재료가 연소되어 주조품으로부터 주형 또는 주형 파편들이 제거되면서 샌드 코어가 용이하게 제거되도록 신속하게 분해된다.

또한, 펄스파 또는 힘의 인가는 주조품으로부터의 제거를 용이하게 하기 위해서 샌드 코어의 분해가 촉진되도록 샌드 코어 자체에 인가되도록 주형 내에 형성된 코어 개구부로 인가될 수 있다. 따라서, 본 발명은 코어가 주조품의 주위에서 주형의 부분 또는 단편들을 서로 고정시키는 키이 록을 형성하게 되는 종래의 로킹 코어 타입 주형에 사용될 수 있다. 본 발명의 원리를 활용하면, 에너지 파동 또는 펄스파 또는 힘의 인가는 이와 같은 로킹 코어로 향해져서 로킹 코어의 분해 및/또는 해체를 촉진할 수 있다. 그 결과, 로킹 코어의 파괴와 함께, 주형 부분들은 주조품으로부터의 주형의 신속한 제거를 촉진하기 위해서 주조품으로부터 보다 큰 부분 또는 파편들로 용이하게 추진 또는 제거될 수 있게 된다.

본 기술 분야의 숙련자라면 비록 본 발명이 이상에서 양호한 실시예들을 참조하여 개시되었지만, 이상의 본 발명은 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않으면서 변경 및 첨가가 수행될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 일반적으로 금속 주조품의 제조에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 샌드 주형(sand mold) 내에서 주조품을 제조하는 것과 주조품으로부터 샌드 주형 및 코어의 제거를 향상시킬 수 있다.

Claims (48)

1. 주형 내부에 형성되고 부분적으로 경화된 주조품으로부터 주형을 제거하는 방법이며,

   주형이 붕괴되도록 주형에 에너지 흐름을 인가하는 단계와,

   후속 인가 단계 이전에 주형의 배향을 변경하는 단계와,

   주조품으로부터 붕괴된 주형을 제거하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 주형의 외벽 표면 상에 스코링 선을 형성함으로써 주형을 스코링하는 단계를 더 포함하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 스코링 선은 주조품으로부터 주형의 부분들이 분해 및 제거되는 소정 위치에 위치되는 방법.
4. 제1항에 있어서, 주조품이 주형을 밀어내도록 주조품을 열 팽창시키는 단계를 더 포함하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 주조품은 주조품을 가열함으로써 팽창되는 방법.
6. 제5항에 있어서, 주조품은 방사성 에너지, 전류 유도 에너지 및 방사성 에너 지와 전류 유도 에너지의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 에너지원에 의해 가열되는 방법.
7. 제6항에 있어서, 에너지원은 전자기 에너지, 레이저, 전자파, 마이크로파 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 방법.
8. 제1항에 있어서, 주형은, 주형의 분해를 촉진하기 위해서 주형이 산소 농후 대기 내의 상승된 압력 하에서 가열되었을 때 연소되는 붕괴 가능한 결합제와 샌드로 형성되는 방법.
9. 제1항에 있어서, 붕괴된 주형이 주조품의 열 처리 전에 주조품으로부터 제거되는 방법.
10. 제1항에 있어서, 에너지 흐름은 가압된 유체를 포함하는 방법.
11. 제10항에 있어서, 가압된 유체는 가열된 공기, 열매체유 또는 물을 포함하는 방법.
12. 주형 내부에 형성되고 부분적으로 경화된 주조품으로부터 주형을 제거하는 방법이며,

    주형의 외벽 내의 선택된 위치에서 기폭되는 폭발성 장약을 포함하는 에너지 흐름을 주형으로 인가하는 단계와,

    후속 단계 이전에 주형의 배향을 변경하는 단계와,

    주형을 주조품으로부터 제거하는 단계를 포함하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 주형은 샌드와 샌드 입자를 결합하기 위한 결합제를 포함하는 방법.
14. 제12항에 있어서, 주형의 외벽 표면 상에 스코링 선을 형성함으로써 주형을 스코링하는 단계를 더 포함하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 스코링 선은, 주조품으로부터 주형의 부분들을 분해 및 제거하기 위해 폭발성 장약과 함께 작용하도록 소정 위치에 위치되는 방법.
16. 제12항에 있어서, 주형은 주조품의 열 처리 전에 주조품으로부터 제거되는 방법.
17. 제12항에 있어서, 주형의 제거는 주조품이 팽창되도록 주조품을 가열하는 단계를 포함하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 주조품을 가열하는 단계는 방사성 에너지, 전류 유도 에너지 및 방사성 에너지와 전류 유도 에너지의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 에너지원으로부터 주조품에 에너지를 인가하는 단계를 포함하는 방법.
19. 제18항에 있어서, 에너지원은 전자기 에너지, 레이저, 전자파, 마이크로파 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 방법.
20. 제12항에 있어서, 주형은 주조품으로부터 주형이 분해 및 제거되는 것을 촉진하기 위해서 주형이 산소 농후 대기 내에서 상승된 압력 하에서 가열될 때 연소되는 붕괴 가능한 결합제와 샌드로 형성되는 방법.
21. 제12항에 있어서, 주형에 에너지 흐름을 인가하는 단계는 주형의 외벽에 가압된 유체를 인가하는 단계를 더 포함하는 방법.
22. 제21항에 있어서, 가압된 유체는 가열된 공기, 열매체유 또는 물을 포함하는 방법.
23. 주형 내부에 형성되고 부분적으로 경화된 주조품으로부터 주형을 제거하는 방법이며,

    에너지 펄스에 의해 주형이 진동하도록 주형을 자극하는 단계와,

    후속 자극 단계 이전에 주형의 배향을 변경하는 단계와,

    주형을 파괴하는 단계와,

    주형을 주조품으로부터 제거하는 단계를 포함하는 방법.
24. 제23항에 있어서, 에너지 펄스는 충격파로서 인가되는 방법.
25. 제24항에 있어서, 충격파는 기계적인 수단, 캐논, 가압된 가스, 전자 기계식 수단 각각 또는 이들 중 적어도 두개의 조합 중 적어도 하나로부터 생성되는 방법.
26. 제23항에 있어서, 주형의 외벽 표면 상에 스코링 선을 형성함으로써 주형을 스코링하는 단계를 더 포함하는 방법.
27. 제26항에 있어서, 스코링 선은 주조품으로부터 주형을 파열 및 제거하기 위해 소정 위치에 작용하도록 위치되는 방법.
28. 제23항에 있어서, 주형은 주조품의 열 처리 전에 주조품으로부터 제거되는 방법.
29. 제23항에 있어서, 주형을 주조품으로부터 제거하는 단계는 주조품이 팽창되록 주조품을 가열하는 단계를 포함하는 방법.
30. 제29항에 있어서, 주조품을 가열하는 단계는 방사성 에너지, 전류 유도 에너지 및 방사성 에너지와 전류 유도 에너지의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택된 에너지원으로부터 주조품에 에너지를 인가하는 단계를 포함하는 방법.
31. 제30항에 있어서, 에너지원은 전자기 에너지, 레이저, 전자파, 마이크로파 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 방법.
32. 제23항에 있어서, 주형은 샌드와 붕괴 가능한 결합제로 형성되며, 주조품으로부터 주형을 제거하는 단계는 주형의 분해를 촉진하기 위해서 주형이 산소 농후 대기 내의 상승된 압력 하에서 가열될 때 결합제를 연소시키는 단계를 포함하는 방법.
33. 제23항에 있어서, 고에너지 펄스로 주조품을 주조품이 진동하도록 자극하는 단계는 주형이 파괴되기에 충분한 힘으로 주형의 외벽에 가압된 유체를 인가하는 단계를 포함하는 방법.
34. 제33항에 있어서, 가압된 유체는 가열된 공기, 열매체유 또는 물을 포함하는 방법.
35. 주형 내부에 형성되고 부분적으로 경화된 주조품으로부터 주형을 제거하는 방법이며,

    주형 내부에 주조품이 있는 상태로 처리 경로를 따라 주형을 이동시키는 단계와,

    유체 매체를 주형의 외벽으로 인가하는 단계와,

    후속 인가 단계 이전에 주형의 배향을 변경시키는 단계와,

    유체로 주형을 주조품으로부터 제거하는 단계를 포함하는 방법.
36. 제35항에 있어서, 유체는 가열된 공기, 열매체유 또는 물을 포함하는 방법.
37. 제35항에 있어서, 주형을 제거하는 단계는 주형 내에서 주조품이 팽창되도록 주조품을 가열하는 단계를 포함하는 방법.
38. 제37항에 있어서, 주조품을 가열하는 단계는 방사성 에너지, 전류 유도 에너지 및 방사성 에너지와 전류 유도 에너지의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 에너지원에 의해 주조품에서 주형을 통해 에너지를 인가하는 단계를 포함하는 방법.
39. 제38항에 있어서, 에너지원은 전자기 에너지, 레이저, 전자파, 마이크로파 및 이들의 조합을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 방법.
40. 제35항에 있어서, 주형은 샌드와 붕괴 가능한 결합제로 형성되며, 주형을 제거하는 단계는 주형의 분해를 촉진하기 위해서 주형이 산소 농후 대기 내의 상승된 압력 하에서 가열될 때 주형의 결합제를 연소시키는 단계를 포함하는 방법.
41. 제35항에 있어서, 주형은 주조품을 열 처리하기 전에 주조품으로부터 제거되는 방법.
42. 제35항에 있어서, 주조품으로부터 코어를 제거하는 단계는 주조품으로부터 코어를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
43. 제35항에 있어서, 유체 매체는 주형의 외벽으로 인가되는 방법.
44. 주형 내부에 형성되고 부분적으로 경화된 주조품으로부터 주형을 제거하는 방법이며,

    주형에 에너지 흐름을 인가하는 단계와,

    주조품으로부터 주형을 제거하는 단계를 포함하는 방법.
45. 제44항에 있어서, 에너지 흐름은 가압된 유체, 폭발물, 전자기 에너지, 입자 및 이들의 조합으로부터 선택된 적어도 하나의 흐름을 포함하는 방법.
46. 제44항에 있어서, 주형을 취약하게 하기 위해서 주형을 스코링하는 단계를 더 포함하는 방법.
47. 제44항에 있어서, 주조품이 열 팽창하도록 주조품을 가열하는 단계를 더 포함하는 방법.
48. 제44항에 있어서, 주형을 제거하는 단계는 주조품으로부터 코어를 제거하는 단계를 포함하는 방법.

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