KR20160150530A - Mold for Sand Casting and Wet Method Preparing the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사형 주조용 주형 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 주물사 입자와 유기 바인더를 혼합하는 제 1 단계; 주물사 입자와 유기 바인더의 혼합물을 건조시켜 성형체를 제조하는 제 2 단계; 성형체를 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅하는 제 3 단계; 무기 바인더가 코팅된 성형체를 건조시키는 제 4 단계; 및 건조된 성형체를 열처리하는 제 5 단계;를 포함하는 사형 주조용 주형 및 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a mold for casting molds and a method of manufacturing the same, comprising a first step of mixing foundry particles and an organic binder; A second step of drying a mixture of the foundry sand particles and the organic binder to form a molded body; A third step of immersing the formed body in an inorganic binder precursor; A fourth step of drying the molded article coated with the inorganic binder; And a fifth step of heat-treating the dried formed body.
Description
본 발명은 사형 주조용 주형 및 이의 습식 제조방법에 관한 것으로서, 복잡한 형상 및 얇은 벽을 갖는 주조품을 주조하기 위한 사형 주조용 주형 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, 기존의 사형 주조는 레진이라 불리는 유기 바인더로 혼합물을 금형틀에 부어 주형을 제작한 후 용탕 금속으로 주조하는 것으로, 이러한 사형 주조용 주형의 공정은 간단하고 상대적으로 낮은 생산비용을 가져 주조산업에 널리 이용되고 있다.In general, the conventional casting mold is an organic binder called resin. The mixture is poured into a mold to mold the casting mold and then cast into a molten metal. This mold casting process is simple and relatively low in production cost. It is widely used in industry.
그런데, 이러한 기존의 사형 주조는, 고온의 용탕 금속으로 인한 유기 바인더의 분해로 주조 시 주형이 붕괴될 뿐 아니라 블로우 홀의 발생으로 제조된 주조품에 결함이 생기게 되고, 고온에서의 열처리 불가하며, 낮은 치수 안정성 및 환경 오염 문제가 있고, 주조 시 주형의 형상 유지를 위해서는 주형의 두께가 증대되어야 한다.However, such conventional casting molds are disadvantageous in that, due to the decomposition of the organic binder due to the high-temperature molten metal, the molds are collapsed during casting, defects are produced in the castings produced by the occurrence of blowholes, Stability and environmental pollution, and the thickness of the mold must be increased in order to maintain the shape of the mold at the time of casting.
특히, 사형 주조 공법에 의한 주조품은 5㎜의 두께 한계가 있으며, 용탕의 유동성 불량으로 인해 주조품에 수축 결함이 생기게 된다.Particularly, casting by casting method has a thickness limit of 5 mm, and shrinkage defect occurs in casting due to poor flowability of molten metal.
그러므로, 얇은 벽(박육)의 주조품을 생산하기 위해서는 정밀 주조 공법이 이용되고 있지만, 주형의 제조 시 8∼10회의 코팅 공정과, 그에 따른 후속 공정 즉 각 코팅 마다의 건조 공정이 적용되어야 함으로써 길고 복합한 제조공정에 따라 생산성이 낮고, 제조원가가 상승되며, 주조품의 크기 제한 및 폐주물사로 인한 환경 오염 문제 등의 해결과제가 있다.Precise casting techniques are therefore used to produce castings of thin wall (thin wall). However, since 8 to 10 coating processes and subsequent subsequent processes, i.e., drying processes for each coating, must be applied in the production of molds, There is a problem in that the productivity is low and the manufacturing cost is increased according to one manufacturing process, the size limitation of the casting product and the environmental pollution problem caused by the waste of the casting product.
따라서, 공정 단순화와 성능향상을 통한 가격 경쟁력 강화를 도모하기 위해 새로운 주형의 제조 공정에 대한 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a new mold manufacturing process in order to simplify the process and enhance the price competitiveness by improving the performance.
이상 설명한 바와 같은 사형 주조용 주형 및 그 제조방법에 대한 기술은 아래의 선행기술문헌에 자세히 기재되어 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.The description of the mold for casting mold and the manufacturing method thereof as described above is described in detail in the following prior art documents, so that detailed description thereof will be omitted.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 사형 주조 공법에 무기 바인더 전환 공정을 부여하여 고온의 열처리에 따른 용탕의 유동성을 증대시켜 복잡한 형상의 얇은 벽 주조가 가능하고 높은 치수 안정성을 가지는 사형 주조용 주형 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide an inorganic binder conversion process for a sand casting process, which increases the fluidity of a molten metal by heat treatment at a high temperature, And to provide a mold for casting molds having high dimensional stability and a method of manufacturing the same.
또, 본 발명의 다른 목적으로는, 무기 바인더의 첨가에 따른 소성 강도를 증대시킬 수 있는 사형 주조용 주형 및 그 제조방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a casting die casting mold capable of increasing the firing strength according to the addition of an inorganic binder and a method for producing the same.
상술한 목적은, 주물사 입자와 유기 바인더를 혼합하는 제 1 단계; 주물사 입자와 유기 바인더의 혼합물을 건조시켜 성형체를 제조하는 제 2 단계; 성형체를 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅하는 제 3 단계; 무기 바인더가 코팅된 성형체를 건조시키는 제 4 단계; 및 건조된 성형체를 열처리하는 제 5 단계;를 포함하는 습식 사형 주조용 주형 제조방법에 의해 달성될 수 있다.The above-mentioned object can be accomplished by a method of manufacturing a casting machine, comprising: a first step of mixing a foundry sand particle and an organic binder; A second step of drying a mixture of the foundry sand particles and the organic binder to form a molded body; A third step of immersing the formed body in an inorganic binder precursor; A fourth step of drying the molded article coated with the inorganic binder; And a fifth step of heat-treating the dried molded article, and a fifth step of heat-treating the dried molded article.
그리고, 주물사는 여러 입자 크기를 가지는 천연사 또는 인조사 중 어느 하나 또는 이들의 혼합으로 될 수 있고, 이러한 주물사에는 높은 내열성을 가진 뮬라이트계 입자가 혼합될 수도 있다.The foundry sand may be made of any one of natural or artificial yarns having various particle sizes or a mixture thereof, and mullite-based particles having high heat resistance may be mixed with the foundry sand.
또한, 유기 바인더는 수용성 또는 지용성 고분자 중 선택될 수 있고, 무기 바인더는 금속 알콕사이드 및 실리카 전구체의 혼합으로 될 수 있다.Further, the organic binder may be selected from water-soluble or oil-soluble polymers, and the inorganic binder may be a mixture of the metal alkoxide and the silica precursor.
이러한 무기 바인더의 금속 알콕사이드는 MOR로 표현되고, M은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이며, R은 수소 또는 알킬기일 수 있으며, 금속은 Na, Mg, K, Ca, Li 및 Be으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있고, 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 이소프로필기, 헥실기 및 사이클로 헥실기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.The metal alkoxide of such an inorganic binder may be represented by MOR, M is an alkali metal or an alkaline earth metal, R may be hydrogen or an alkyl group, and the metal is selected from the group consisting of Na, Mg, K, Ca, And the alkyl group may be any one selected from the group consisting of a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, an isopropyl group, a hexyl group and a cyclohexyl group or a combination thereof have.
그리고, 실리카 전구체는 실리케이트나 실록산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.The silica precursor may be any one selected from the group consisting of silicates and siloxanes, or a combination thereof.
한편, 상기와 같은 유기 바인더의 건조는 100∼200℃의 온도에서 이루어질 수 있고, 무기 바인더의 건조는 80∼120℃의 온도에서 이루어질 수 있으며, 열처리는 900∼1000℃의 온도에서 이루어질 수 있다.The drying of the organic binder may be performed at a temperature of 100 to 200 ° C, the drying of the inorganic binder may be performed at a temperature of 80 to 120 ° C, and the heat treatment may be performed at a temperature of 900 to 1000 ° C.
이상과 같은 사형 주조용 주형의 제조방법으로 사형 주조용 주형을 제조할 수 있다.The casting mold for sand casting can be manufactured by the above-mentioned manufacturing method of sand casting casting mold.
본 발명의 사형 주조용 주형 및 그 제조방법에 따르면, 주물사에 무기 바인더를 적용하여 사형 주조용 주형을 제조함으로써 주형의 강도를 향상시키고, 생산비를 절감시킬 수 있으며, 복잡한 형상 및 얇은 벽을 갖는 주조품을 제조할 수 있는 효과가 있다.According to the mold for casting mold of the present invention and the method for producing the mold, the inorganic binder is applied to the casting mold to manufacture the casting mold for casting mold, thereby improving the strength of the casting mold and reducing the production cost. Can be produced.
그리고, 본 발명에서와 같이 제조된 사형 주조용 주형은 고강도, 치수 안정성, 고효율 등의 특성이 향상되는 효과가 있다.The mold for casting molds manufactured as in the present invention has the effect of improving properties such as high strength, dimensional stability, and high efficiency.
또, 본 발명에 따르면, 복잡한 형상을 갖는 주조품을 제작할 수 있으므로 다양한 산업기기의 부품을 제조할 수 있는 효과가 있다.Further, according to the present invention, it is possible to manufacture a casting product having a complicated shape, and thus it is possible to manufacture various industrial device parts.
도 1은 본 발명에 따른 습식공정에 의한 사형 주조형 주형의 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 사형 주조용 주형에 사용된 주물사의 크기 및 형상이다.
도 3은 본 발명의 비교예1에 대한 파괴강도의 결과 그래프이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 시험예1에서 실시예1에 대해 파괴강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a process diagram of a sand mold casting mold by a wet process according to the present invention.
Fig. 2 shows the size and shape of the foundry sand used in the casting mold for casting according to the present invention.
3 is a graph showing the fracture strength for Comparative Example 1 of the present invention.
4 and 5 are graphs showing the results of measurement of fracture strength with respect to Example 1 in Test Example 1 of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.The terms used in the present invention are defined in consideration of the functions of the present invention and may vary depending on the intention or custom of the user or the operator. Therefore, the definitions of these terms are meant to be in accordance with the technical aspects of the present invention As well as the other.
아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention and are incorporated in and constitute a part of this specification. Embodiments that include components replaceable as equivalents in the components may be included within the scope of the present invention.
그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.In addition, optional terms in the following embodiments are used to distinguish one element from another element, and the element is not limited by the terms. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, detailed description of related arts which may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.
본 발명에 따른 사형 주조용 주형은 도 1에 도시된 바와 같이, 주물사 입자와 유기 바인더를 혼합하는 제 1 단계(S10)와, 주물사 입자와 유기 바인더의 혼합물을 건조시켜 성형체를 제조하는 제 2 단계(S20)와, 성형체를 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅하는 제 3 단계(S30)와, 무기 바인더가 코팅된 성형체를 건조시키는 제 4 단계(S40)와, 건조된 성형체를 열처리하는 제 5 단계(S50)를 포함하는 습식공정에 의해 제조될 수 있다.As shown in FIG. 1, the casting mold for casting mold according to the present invention comprises a first step (S10) of mixing a foundry particle and an organic binder, a second step (S10) of drying a mixture of foundry particles and an organic binder to produce a molded article A third step (S30) of immersing the formed body in an inorganic binder precursor (S30), a fourth step (S40) of drying the molded body coated with the inorganic binder, and a fifth step S50). ≪ / RTI >
이와 같이 본 발명에 따른 사형 주조용 주형은, 주물사와 유기 바인더의 혼합물로 주조되는 제조공정에 무기 바인더를 첨가하여 주조 시 요구되는 주형의 강도를 향상시켜, 주조 시 주형이 붕괴되거나 고온의 주조 온도를 견디지 못하는 종래의 주형품의 단점을 보완한 것이다.As described above, the casting mold for casting according to the present invention is characterized in that an inorganic binder is added to a manufacturing process for casting a mixture of foundry sand and an organic binder to improve the strength of the casting mold required for casting, Which can not withstand the conventional molds.
그리고, 상기와 같은 주물사 입자(출발 입자)는 입자의 크기가 다른 실리카계 주물사로서 도 2에서와 같이, 여러 입자 크기를 가지는 천연사 또는 인조사 중 어느 하나가 단독으로 사용될 수 있고, 또는 이들을 혼합하여 사용할 수 있다.The above-mentioned foundry sand particles (starting particles) are silica-based foundry sand having different particle sizes. Any of natural or artificial yarns having various particle sizes may be used singly, as in FIG. 2, Can be used.
게다가, 상기와 같은 주물사 입자에 높은 내열성을 가진 뮬라이트계 입자를 혼합하여 사용할 수도 있다. 이와 같이 주물사에 혼합되는 뮬라이트계 입자는 주물사에 비해서는 그 기계적 강도가 월등히 우수하고, 정밀 주조용 주형 공정에 비해서는 생산비가 저렴하고 높은 경쟁력을 가진다.In addition, mullite-based particles having high heat resistance may be mixed with the foundry sand particles as described above. Thus, the mullite-based particles mixed with the foundry sand are much superior in mechanical strength to casting sand, and have lower production cost than the casting process for precision casting and have a high competitive power.
한편, 소성강도 부여 및 치수 안정성을 발현하기 위해 사용된 무기 바인더는 무기 알칼리 금속 혼합물로서, 금속 알콕사이드 및 실리카 전구체로 합성되며, 하기와 같은 가수분해 반응 및 축합 반응을 통해 세라믹 코어 출발 입자 표면에 코팅되어진다.On the other hand, the inorganic binder used for imparting plasticity strength and dimensional stability is an inorganic alkali metal mixture, which is synthesized as a metal alkoxide and a silica precursor, and is subjected to a hydrolysis reaction and condensation reaction as described below, .
(1) 가수분해 및 축합 반응(1) Hydrolysis and condensation reaction
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
MOR + H2O → ROH + MOHMOR + H 2 O → ROH + MOH
[반응식 2][Reaction Scheme 2]
nSi(OR)4 +4nH2O → nSiO2 + 4nROH nSi (OR) 4 + 4nH 2 O →
상기 반응에서 MOR, ROH, MOH, Si(OR)4 및 SiO2 는 각각 금속 알콕사이드, 알콜, 수산화금속, 알킬 실리케이트 및 실리카로 명명된다. 금속 알콕사이드와 알킬 실리케이트는 물에 의해 수산화 금속, 실리카, 알콜로 가수분해되며, 특히 알킬 실리케이트는 가수분해 반응과 동시에 가수반응을 통해 생성된 실란올(SiOH) 분자끼리 반응하는 축합 반응 즉, 졸-겔 반응으로 실리카를 생성시킨다.In this reaction, MOR, ROH, MOH, Si (OR) 4 and SiO 2 are named metal alkoxide, alcohol, metal hydroxide, alkyl silicate and silica, respectively. The metal alkoxide and alkyl silicate are hydrolyzed by water to metal hydroxide, silica and alcohol. In particular, the alkyl silicate is subjected to a condensation reaction in which silanol (SiOH) molecules generated through hydrolysis and reaction simultaneously react with each other, Gel reaction to produce silica.
생성된 실리카와 수산화 금속은 높은 온도(900℃ 이상)의 열처리 과정을 통해 금속 규산염의 유리질로 세라믹 코어 입자 표면에 생성되며, 세라믹 코어의 소성강도는 하기와 같은 유리화 과정에서 생성되는 유리질에 의해 발현된다.The generated silica and hydroxide metal are generated on the surface of the ceramic core particles by the vitreous of the metal silicate through a heat treatment at a high temperature (over 900 ° C.), and the plastic strength of the ceramic core is expressed by the vitreous do.
(2) 유리화반응(2) vitrification reaction
SiO2 + 2MOH → SiO2·M2O + H2OSiO 2 + 2MOH SiO 2 M 2 O + H 2 O
이러한 무기 바인더와 주물사가 혼합된 주형 출발 입자는 1∼60분 정도 혼합되는 것이 바람직하다.The mold starting particles mixed with the inorganic binder and molding sand are preferably mixed for about 1 to 60 minutes.
그리고, 금속 알콕사이드는 MOR로 표현되고, M은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이며, R은 수소 또는 알킬기인 것이 바람직하며, 이러한 금속은 Na, Mg, K, Ca, Li 및 Be으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있고, 알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 이소프로필기, 헥실기 및 사이클로 헥실기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.Preferably, the metal alkoxide is represented by MOR, M is an alkali metal or an alkaline earth metal, R is hydrogen or an alkyl group, and the metal is selected from the group consisting of Na, Mg, K, Ca, And the alkyl group may be any one selected from the group consisting of a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, an isopropyl group, a hexyl group and a cyclohexyl group or a combination thereof have.
특히, 상기와 같이 무기 바인더를 이루는 금속 알콕사이드의 함량은 용제 즉 무기 바인더의 100 중량부를 기준으로 하여, 1∼60 중량부가 함유된 것으로, 금속 알콕사이드의 함량이 상기한 범위의 하한값을 미달하는 경우는 네트워크 변형재(network modifier)로서의 역할이 감소되어 실리카의 유리상 전환 온도를 높이게 되며, 상기한 범위의 상한값을 초과하는 경우에는 실리카 망상구조의 생성을 저해할 뿐만 아니라 백화 현상으로 인해 주형의 기계적 강도가 충분히 발현되지 않기 때문에 바람직하지 못하다.Particularly, as described above, the content of the metal alkoxide constituting the inorganic binder is 1 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the solvent, that is, the inorganic binder. When the content of the metal alkoxide is less than the lower limit of the above range The glass transition temperature of the silica is increased. If the upper limit of the above range is exceeded, not only the formation of the silica network structure is inhibited, but also the mechanical strength of the mold is increased due to the whitening phenomenon It is not preferable because it is not sufficiently expressed.
그리고, 실리카 전구체는 실리케이트 및 실록산 계열로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.The silica precursor may be selected from the group consisting of silicate and siloxane series, or a combination thereof.
이러한 실리카 전구체의 함량은 용제 즉 무기 바인더의 100 중량부를 기준으로 하여, 1∼60 중량부가 함유되는 것이 바람직하다. 이와 같은 실리카 전구체의 함량이 상기한 범위의 하한값을 미달하는 경우는 실리카에 의한 유리화 반응이 거의 일어나지 않게 되며, 상기한 범위의 상한값을 초과하는 경우에는 실리카의 유리상 전환 온도를 높여 주형의 기계적 강도를 저해하기 때문에 바람직하지 못하다. The content of such a silica precursor is preferably 1 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the solvent, that is, the inorganic binder. When the content of the silica precursor is less than the lower limit of the above range, the vitrification reaction by silica hardly occurs. When the upper limit of the above range is exceeded, the glass transition temperature of the silica is increased to increase the mechanical strength Which is undesirable.
다음으로, 습식공정에서 무기 바인더에 침지된 성형체는 필터링 후 건조시켜 각각 바인더를 코팅시킨다.Next, the molded article immersed in the inorganic binder in the wet process is filtered, dried and coated with a binder.
이때, 무기 바인더의 건조는 80∼120℃에서 0.5∼3시간 동안 방치하는 것으로 이루어지고, 이러한 건조는 가수분해 반응 중에 생성된 알코올을 건조하는 공정을 포함한다.At this time, drying of the inorganic binder is carried out at 80 to 120 DEG C for 0.5 to 3 hours, and this drying includes a step of drying the alcohol produced during the hydrolysis reaction.
여기서, 무기 바인더의 건조 온도가 상기한 범위의 하한값을 미달하는 경우는 알코올이 충분히 휘발되지 않아 건조하는 시간이 필요 이상으로 길어지는 단점이 있고, 상기한 범위의 상한값을 초과하는 경우에는 금속 알콕사이드 및 실리카 전구체가 기화되거나 분해되어 유리화 반응 효율이 감소되기 때문에 바람직하지 못하다.When the drying temperature of the inorganic binder is less than the lower limit of the above range, the alcohol does not sufficiently volatilize and the drying time becomes longer than necessary. On the other hand, when the drying temperature exceeds the upper limit of the above range, The silica precursor is vaporized or decomposed to reduce the vitrification reaction efficiency.
그리고, 성형체를 제조하기 위해 첨가하는 유기 바인더는 수용성 또는 지용성의 긴 사슬의 고분자 형태로 이루어진 군에서 선택할 수 있으며, 유기 바인더의 분자량 및 함량은 주형의 강도를 증대시키기 위해 주물사(출발 분말)의 종류에 따라 달리하여 사용하는 것이 바람직하다.The molecular weight and content of the organic binder may be selected in accordance with the type of the casting sand (starting powder) to increase the strength of the mold, and the organic binder may be selected from the group consisting of water- It is preferable to use them differently.
특히, 유기 바인더의 함량이 최적의 함량보다 많거나 적을 경우, 주물사(출발 분말) 입자 간의 접촉면이 감소하여 입자 사이의 유리질 생성에 악영향을 미치게 된다. 그리고, 입자 간의 접촉은 유기 바인더인 고분자 사슬들의 엉킴으로 이루어지는 것으로 분자량에 따라 접촉면은 달라진다.Particularly, when the content of the organic binder is more or less than the optimal content, the contact surface between the foundry sand (starting powder) particles decreases, and the formation of vitreous between particles adversely affects. The contact between the particles is caused by the entanglement of the polymer chains, which are organic binders, and the contact surface varies depending on the molecular weight.
이러한 유기 바인더의 건조 온도는 100∼200℃ 사이에서 방치하여 이루어지고, 이러한 건조 온도가 상기한 범위의 하한값을 미달하는 경우는 건조 시간이 필요 이상으로 길어지는 단점이 있고, 상기한 범위의 상한값을 초과하는 경우에는 유리화 반응 효율이 감소되어 바람직하지 못하다.If the drying temperature of the organic binder is less than the lower limit of the above range, the drying time becomes longer than necessary. On the other hand, the upper limit of the above range It is not preferable because the vitrification reaction efficiency is decreased.
그리고, 상기와 같이 건조된 성형체는 열처리되는 바, 이러한 열처리 과정은 주물사(출발 분말) 입자 표면에 유리질 금속 실리케이트를 생성시키기 위한 과정이며, 주형의 강도는 유리화 반응을 통한 유리질에 의해 발현된다. 여기서, 유리질은 금속 실리케이트로 금속 알콕사이드 및 실리카 전구체의 반응을 통해 얻어진 수득물이다.The dried product is heat-treated. The heat treatment process is a process for producing a glassy metal silicate on the surface of a casting sand (starting powder), and the strength of the mold is expressed by vitrification through vitrification. Here, the vitreous is a product obtained through the reaction of a metal alkoxide and a silica precursor with a metal silicate.
이러한 성형체의 열처리 온도는 900∼1000℃ 온도에서 이루어지고, 이러한 열처리 온도가 상기한 범위의 하한값을 미달하는 경우는 유리질 금속 실리케이트의 유리질로의 전환율이 감소되는 단점이 있고, 상기한 범위의 상한값을 초과하는 경우에는 유리질 금속 실리케이트의 기화 및 분해가 촉진되어 유리화 효율이 감소되기 때문에 바람직하지 못하다.If the heat treatment temperature is below the lower limit of the above range, the conversion of the glassy metal silicate to the vitreous may be reduced. If the upper limit of the above range is exceeded, The vaporization and decomposition of the glassy metal silicate is promoted and the vitrification efficiency is reduced, which is not preferable.
상기 유리질 금속 실리케이트의 금속은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속으로 사용이 가능하며, 예를 들어 Na, Mg, K, Ca, Li 및 Be으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되거나 국한되는 것은 아니다.The metal of the vitreous metal silicate may be selected from the group consisting of Na, Mg, K, Ca, Li, and Be, but is not limited thereto.
이하, 본 발명의 실시예를 통해 보다 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .
실시예 1Example 1
하기 표 1,2에 나타낸 것과 같은 조성으로 사형 주조의 주물사(출발 분말) 입자를 유기 바인더로 사용된 폴리비닐 알콜(PVA : Polyvinyl Alcohol)과 혼합하여 성형체를 제조하여 100℃에서 1시간 동안 건조한 후, 이 성형체를 하기의 표 4의 금속 알콕사이드(소듐 메톡사이드)와 실리카 전구체(테트라에틸오쏘실리케이트)로 이루어진 무기 바인더에 침지한다.The molded articles were prepared by mixing the foundry sand (starting powder) particles of the casting mold with the polyvinyl alcohol (PVA) used as the organic binder in the compositions shown in Tables 1 and 2, and dried at 100 ° C for 1 hour , This molded article is immersed in an inorganic binder composed of a metal alkoxide (sodium methoxide) and a silica precursor (tetraethylorthosilicate) shown in Table 4 below.
이와 같이 무기 바인더로 코팅된 성형체를 1000℃에서 1시간 동안 열처리 하여 사형 주조용 주형의 시험편을 제작한다(습식공정).The molded body coated with the inorganic binder is heat-treated at 1000 ° C for 1 hour to prepare a mold for casting molds (wet process).
[표 1] 사형 주조 주물사(출발 분말)의 종류, 유기 바인더 분자량 및 함량에 따른 조성표(습식공정)[Table 1] Composition table (wet process) according to type of casting mold casting (starting powder), organic binder molecular weight and content,
[표 2] 사형 주조 주물사(출발 분말)의 조성, 유기 바인더 분자량 및 함량에 따른 조성표(습식공정)[Table 2] Composition table (wet process) according to composition of casting mold casting (starting powder), molecular weight and content of organic binder,
비교예 1Comparative Example 1
표 3의 조성으로 배합된 주물사와 레진계 유기 바인더로 이루어진 혼합물로 성형체를 형성하고, 1000℃에서 1시간 동안 열처리 하여 사형 주조용 주형의 시편을 제작한다.A molded body was formed from a mixture of foundry sand and resin-based organic binder blended with the composition shown in Table 3, and heat treated at 1000 ° C for 1 hour to prepare a mold for casting molds.
[표 3] 기존 사형 주조 주형 제작을 위한 조성[Table 3] Composition for existing casting mold casting
시험예 1 : 파괴강도 측정시험과 주형 파단면의 미세구조Test Example 1: Fracture strength measurement test and microstructure of mold section
실시예 1, 2 및 비교예 1에서 제조한 사형 주조용 주형의 시험편에 대해 파괴강도를 측정하여 도 3 내지 도 5에 나타내었다.The fracture strength of the test pieces of molds for casting moldings prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 was measured and shown in FIG. 3 to FIG.
파괴강도는 만능 시험기(Universial Testing Machine)를 이용하여 4-point bending mode, 0.5 mm/min의 속도로 상온에서 5회 측정한 값의 평균값을 나타낸 것이다.The fracture strength is the average value measured five times at room temperature at a rate of 0.5 mm / min in a 4-point bending mode using a universal testing machine.
도 3을 참조하면, 비교예 1의 레진을 이용한 기존 사형 주조 주형 공정으로 제작된 주형 시험편으로, 무기 바인더에 침지 후 소성 강도는 1MPa로 측정되었다.Referring to FIG. 3, the mold test piece prepared by the existing sand mold casting process using the resin of Comparative Example 1, the plastic strength after immersion in the inorganic binder was measured at 1 MPa.
하지만, 도 4 및 도 5에서 실시예 1에 의해 제작된 주형 시험편의 경우, 무기 바인더에 의한 유리질의 생성으로 비교예 1로 제조된 주형보다 높은 성형강도를 보인다. 또한, 첨가되는 유기 바인더의 분자량이 증가할수록 고분자 사슬간의 엉킴 현상이 증가하여 입자간 접촉면이 증대되어 열처리 후 강도는 증가하였다. 유기 바인더의 함량에서는 최적의 유기 바인더가 첨가되었을 때 가장 높은 소성강도를 보였다. 하지만, 주물사 단독으로 사용하였을 경우보다 내열성 분말 입자(뮬라이트계 입자)가 주물사(출발 분말)에 첨가되었을 때, 최대 4,5MPa의 강도가 측정되었다.However, in the case of the mold test piece produced by Example 1 in FIGS. 4 and 5, the molding strength is higher than that of the mold prepared in Comparative Example 1 due to the formation of the glass by the inorganic binder. In addition, as the molecular weight of the organic binder added increases, the entanglement between the polymer chains increases and the interfacial contact surface increases, and the strength after heat treatment increases. The highest plastic strength was obtained when the optimum organic binder was added. However, when the heat resistant powder particles (mullite type particles) were added to the foundry sand (starting powder), the maximum strength of 4,5 MPa was measured.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상을 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the present invention. It is obvious that the modification or improvement is possible.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.It is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.
S10 : 제 1 단계
S20 : 제 2 단계
S30 : 제 3 단계
S40 : 제 4 단계
S50 : 제 5 단계S10: First step S20: Second step
S30: Third step S40: Fourth step
S50: Step 5
Claims (13)
주물사 입자와 유기 바인더의 혼합물을 건조시켜 성형체를 제조하는 제 2 단계;
성형체를 무기 바인더 전구체에 침지시켜 코팅하는 제 3 단계;
무기 바인더가 코팅된 성형체를 건조시키는 제 4 단계; 및
건조된 성형체를 열처리하는 제 5 단계;를 포함하는 습식 사형 주조용 주형 제조방법.
A first step of mixing the foundry sand particles and the organic binder;
A second step of drying a mixture of the foundry sand particles and the organic binder to form a molded body;
A third step of immersing the formed body in an inorganic binder precursor;
A fourth step of drying the molded article coated with the inorganic binder; And
And a fifth step of heat-treating the dried formed body.
주물사는 여러 입자 크기를 가지는 천연사 또는 인조사 중 어느 하나 또는 이들의 혼합으로 된 습식 사형 주조용 주형 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the molding sand is made of any one of natural or synthetic yarns having various particle sizes or a mixture thereof.
주물사에 높은 내열성을 가진 뮬라이트계 입자를 혼합하는 습식 사형 주조용 주형 제조방법.
The method of claim 2,
A method for manufacturing a mold for wet sand casting which mixes mullite-based particles having a high heat resistance with a foundry sand.
유기 바인더는 수용성 또는 지용성 고분자 중 선택되는 습식 사형 주조용 주형 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the organic binder is selected from water-soluble or oil-soluble polymers.
무기 바인더는 금속 알콕사이드 및 실리카 전구체의 혼합으로 된 습식 사형 주조용 주형 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the inorganic binder is a mixture of a metal alkoxide and a silica precursor.
금속 알콕사이드는 MOR로 표현되고, M은 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이며, R은 수소 또는 알킬기인 습식 사형 주조용 주형 제조방법.
The method of claim 5,
Wherein the metal alkoxide is represented by MOR, M is an alkali metal or an alkaline earth metal, and R is hydrogen or an alkyl group.
금속은 Na, Mg, K, Ca, Li 및 Be으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 습식 사형 주조용 주형 제조방법.
The method of claim 5,
Wherein the metal comprises any one selected from the group consisting of Na, Mg, K, Ca, Li and Be, or a combination thereof.
알킬기는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 이소프로필기, 헥실기 및 사이클로 헥실기로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 습식 사형 주조용 주형 제조방법.
The method of claim 5,
The alkyl group is composed of any one selected from the group consisting of methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, isopropyl, hexyl and cyclohexyl groups or a combination thereof.
실리카 전구체는 실리케이트나 실록산으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어지는 습식 사형 주조용 주형 제조방법.
The method of claim 5,
Wherein the silica precursor comprises any one selected from the group consisting of silicates and siloxanes, or a combination thereof.
유기 바인더의 건조는 100∼200℃의 온도에서 이루어지는 습식 사형 주조용 주형 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein drying of the organic binder is carried out at a temperature of 100 to 200 占 폚.
무기 바인더의 건조는 80∼120℃의 온도에서 이루어지는 습식 사형 주조용 주형 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein drying of the inorganic binder is carried out at a temperature of 80 to 120 占 폚.
열처리는 900∼1000℃의 온도에서 이루어지는 습식 사형 주조용 주형 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment is performed at a temperature of 900 to 1000 占 폚.
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