KR100210171B1 - 일체형 채널을 구비한, a1 또는 a1 합금제 부품을 제작하기 위한 주조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 A1 또는 A1 합금으로 된 주형부품 생산 방법에 관한 것으로 윤활유의 분배 또는 액체 냉각제의 순환을 목적으로 일체로 된 채널을 구비한다.

이 방법은 미리 형성된 A1 또는 A1 합금으로 된 하나 또는 그 이상의 관을 마련하여 관 또는 관들의 단부가 주형 또는 주형 속에 삽입된 코어의 외측에 배치되며, 합금은 주형의 공통에 주입되고, 주형에서 꺼낸 후 관 또는 관들의 불필요한 부분을 제거하는 특징이 있다.

이러한 방법은 실린더, 콤프레샤 실린더, 윤활시스템, 컨번더 등과 같은 내부 채널 시스템을 갖는 주형부품의 대량 생산에 적합하다.

Description

일체형 채널을 구비한, A1 또는 A1 합금제 부품을 제작하기 위한 주조 방법

제1도는 주형내 적소에 위치한 판과 탭의 단면도로서, 도면의 명확성을 위해 중력 주조 부품의 공급 시스템을 도시하지 않은 상태의 도면이며, 제1a도는 제1b도의 라인 Ⅱ-Ⅱ를 따라 취한 정면도이며, 제1b도는 제1a도의 라인 Ⅰ-Ⅰ를 따라 취한 평면도이다.

제2도는 여러 성형 단계로 성형 및 접합(제2a도 내지 제2d도 참조)되는 칼라에 의해 주관(main tube)에 결합되는 탭의 세부 단면도.

제3도는 압입 끼워 맞춤에 의해 주관에 결합되는 탭의 상세도로서, 제3a도는 탭의 정면도이고, 제3b도는 탭의 단면을 도시한 도면이며, 제3c도는 얻어진 압입 끼워 맞춤의 축방향 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 관 2 : 탭

3 : 주형 4 : 주형의 하형

5 : 주형의 상형 6 : 분리선

7 : 칼라 8 : 엘보우

11 : 공동 12 : 간극

20 : 리브 21,22 : 플랜지

23 : 구멍

본 발명은 A1 또는 A1합금으로 제조되며, 윤활유 분배 또는 액체 냉각제 순환용 일체형 채널을 구비하는 부품을 제작하기 위한 주조 방법에 관한 것이다.

이러한 방법은 특히 실린더 헤드 제작에 적합하다.

이러한 방법은 공지된 것으로서, 모래 또는 이와 유사한 재료로 충전된 금속관이 주조품에 매립된 일본 특허 출원 제55-73455호 및 제55-68168호에 개시되어있다. 응고 후에 모래는 제거된다. 그러나, 이러한 방법은 다음과 같은 단점이 있다:- 주조 전에 관에 모래를 채워야 하며, 이는 특히 관이 좁고 구부러진 경우에 추가 작업 공정이 필요하며 다루기 어려운 작업이 된다는 점; - 주조 후에 채널 내에 있는 모래를 제거해야 하며, 이는 채널이 좁고 구부러진 경우 어려울 수 있다는 점: - 판의 내부벽에 잔존하는 모래 입자는 제거가 불가능할 수도 있으며, 차후에 이와 같은 모래 입자가 설비 회로(윤활 또는 냉각용 회로)내로 끌려 들어간다면 문제점을 야기시킬 수도 있다는 점; - 주조 중에 관을 냉각시키는 것이 어렵다는 점.

따라서, 이와 같은 어려움을 극복하고자 본 출원인은 본 발명에 따른 다음과 같은 방법을 개발하였다.

알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 미리 성형되고, 하나 이상의 탭을 선택적으로 구비하는 하나 이상의 주관(이하, 관으로도 지칭함)을 그 개방 단부가 주형 또는 코어를 관통하여 주형의 외부와 일치할 수 있는 특정 위치로 주형 내에 배치하며, 폐쇄 단부는 부품에 매립될 수도 있다.

관 시스템 또는 관을 매립하기 위해 주형을 폐쇄한 후 주형의 공동에 부품을 구성하는 합금을 주탕(注湯)한다.

관을 구성하는 합금과 관의 두께는 주형을 액체 합금으로 충전시키는 동안 어떠한 국부적 용융도 일어나지 않도록 정해진다. 통상적으로, 두께가 1이상인 A5 관(AFNOR-NF-57702 표준)틀 사용하는 것이 바람직하다. 관의 곡률 반경은, 엘보우(elbow)의 신장된 섬유에서 관의 두께가 지나치게 감소되어, 주형을 충전할 때 관의 강도가 부적합하게 되지 않도록 정해져야 하며 그 곡률 반경은 관의 외경의 3배 이상인 것이 바람직하다.

- 탭은 다음과 같이 주관에 고정된다.

a) 튜브를 축방향으로 압축함으로써 주관의 외경에 형성되는 칼라에 의해 고정된다. 그 후 고정은 접합(sticking) 또는 용접으로 고정한다. 주관에 탭을 끼워 넣는 것과 칼라에 의해 위치 결정이 이루어진다(제2도 참조);

b) 또는, 0.5까지 더 큰 돌출형의 초과 사이즈를 가지는 탭의 모따기된 단부를 주관의 구멍에 압입 끼워 맞춤으로써 고정된다. 위치 결정은 탭의 종방향리브의 단부에 의해 부여되어 측방향으로 움직일 수 없도록 보장한다(제3도 참조);

c) 또는 직접 용접에 의해 고정된다.

주관에 삽입된 탭의 삽입 깊이는 주관의 내측면을 기준으로 할 때 1정도이다. 이와 같은 위치 결정은 a)의 경우 칼라에 의하며, b)의 경우 엠보싱 가공(embossing) 방법으로 끼워 맞춤 단부에 외측의 종방향 리브를 형성함으로써 고정된다. b)의 경우, 결국 직경 방향으로 두께를 두껍게 하는 것은 이 경우에 측방향으로의 고정을 보장하며, 리브의 단부 플랜지에 의해 축방향을 따라 관으로 끼워 맞춤 위치가 결정된다. 주형 내에 관(또는 관 시스템)이 위치 결정되는 것은 기준 위치와 관련하여 관이 중심에 위치하는 것을 보장하며, 이는 관이 축방향으로 팽창하는 것을 허용하면서도 회전하는 것을 방지한다.

주형 내에 관(또는 관의 시스템)이 위치 결정되는 것은 예컨대, 주조되는 부품의 유효 이용 부분 외측에 90° 굴곡된 엘보우에 의해 달성되며. 이 엘보우는 1내지 2정도의 간극을 두고 약 50길이의 주형에 인접한 코어부안으로 삽입된다. 관의 타단부는, 관의 축방항 자유 팽창을 허용할 뿐만 아니라 관 시스템이주형의 중심에 완벽하게 위치하는 것을 보장하는 원통형 하우징 코어부안으로 삽입된다. 주형 자체는 알루미늄 합금의 주조를 위한 통상의 조건 하에서 모래, 금속 또는 혼합물로 제작된다. 통상적으로 사용되는 합금은 AFNOR NF-A-57702 표준에 따른 Y20,23 또는 Y30,33 상태의 AS7G 또는 AS5U3G이다.

탭 중심들 사이의 간격은 부품의 구조 및 응고 중에 주관의 변형을 고려하여 소망의 크기로 조절될 것이며, 다시 말해, 액상 금속의 열에 의한 연신 및 응고시의 수축량이 고려된다.

부품을 주조하는 온도는 가능한 한 최저 온도로 하여야 정확하게 제조된 부품을 얻을 수 있으며 관이 용융되지 않는다 주조 온도는 760℃ 이하이며, 720℃ 내지 740℃ 사이가 바람직하며, 이 온도 영역의 범위에서는 관이 용융되는 어떠한 위험도 회피하고 그와 동시에 양질의 주조 제품을 얻을 수 있다는 장점을 가진다.

예로서, 통상적으로 사용되는 판의 내경은 3 내지 15이다.

관 시스템 또는 관 및 주조 부품용 합금은 주조 부품 합금의 융점이 관(또는 관 시스템)을 구성하는 금속(또는 합금)의 융점 이하가 되도록 선택하는 것이 바람직하다.

충전 중에 관의 시스템과 용융 금속 사이의 접촉시간은 10초 이내이어야 하며 바람직하게는 5초 이내이어야 한다.

또한, 관(또는 관의 시스템)은 주조 작업 중에 압축 공기 또는 액체 질소 증기와 같은 냉각 유체의 순환에 의해 냉각될 수도 있다.

본 발명은 실린더 헤드 부품을 주조하는 조건을 재현한 제1도 내지 제3도에 도시된 실시예를 참조로 한층 더 이해될 것이다.

분리선(6)에서 서로 접하는 하형(下型)(4) 및 상형(上型)(5)에 의해 구성된 주형(3)에 3개의 밀폐 탭(2)을 구비한 관(1)이 배치되며, 그 관(1)은 다음과 같은 치수를 갖는다; 즉, 관 직경은 12×8이고, 탭 직경은 6×4이다. 주형은ASHLAND AVEBENE사의 PET-SET 혼합물에 의해 구성되며 그 혼합물의 조성은 다음과 같다·:

- 55AFA 실리카

- 이소시아네이트:0.6 중량

- 페놀 수지:0.6 중량

- PP ¾ 촉매=수지 양의 20 중량.

탭은 성형되어 시아노아크릴 접착제(14)(LOCTITE사(社)의 Black Max)에 의해 주관 또는 관(1)에 접합되는 칼라(7)를 구비한다.

주관(1)은 주형(3)의 부분 또는 코어부(9)에 1 내지 2사이의 간극(12)을 두고 배치되는 단부 엘보우(8)를 구비하며, 그에 따라, 탭을 구비한 관(1)을 주형(3)에 정확하게 위치시키는 것이 가능하다. 길이가 50인 관(1)의 편평한 타단부(13)는 직선형이며 주형(3)의 다른 부분 또는 다른 코어부(10)내에서 활주될 수도 있다(주형 외부로 자유 열팽창될 수 있다).

칼라는 탭(2)(제2a도, 제2b도 및 제3c도)을 구성하는 튜브를 축방향으로 압착함으로써 얻어지며, 성형 후 이들 칼라는 관(1)에 결합된다(제2d도 참조).

탭은 1정도의 길이(l)에 걸쳐 관내로 침투한다.

상술한 바와 같이 관(1)과 탭은 주형(3)내에 위치되며, 주형의 공동(11)안으로 AS5U3G 합금을 730℃의 온도와 120l/분의 속도로 주탕한다.

응고 후, 일체형 채널 시스템을 구비한 부품을 주형에서 꺼내고, 예컨대 엘보우(8)와 그 반대쪽 단부측의 편평화된 단부(13)와 같이 쓸모 없는 여분의 길이 부분을 제거한다.

탭(2)을 관(1)에 연결하는 또 다른 방법이 제3도에 도시되어 있다.

그 방법은 탭 단부에서의 엠보싱 가공에 의해 탭의 외표면 상에 약 0.3높이의 가느다란 종방향 플랜지(21)와 단부 플랜지(22)를 형성하는 종방향 리브(20)를 마련하는 단계로 이루어진다.

이때 약 1정도의 길이(b)에 걸쳐 튜브를 모따기하고 나서, 제동부로서 작용하는 플랜지(22)가 소정 침투 깊이를 보장할 때까지 그 튜브를 관(1)의 구멍(23)내로 압입 끼워 맞춤한다.

본 발명에 따른 방법은 복잡한 형태의 내부 채널 시스템을 갖는 부품을 얻을 수 있게 하며, 동시에 특수한 기계로 정확하고도 장시간에 걸친 가공을 할 필요가 없으며, 사용할 때에는 유효하지 않지만 단순히 천공의 작업 단계에 의해 요구되는 기계 가공된 채널의 출구를 다시 막을 필요가 없다.

이와 같이 간단하고 저가의 방법은 실린더 헤드, 압축기 실린더와 밸브, 윤활장치, 대류 방열기 등과 같은 주조 부품을 대량 생산하는데 적합하다.

Claims (18)

1. 일체형 채널을 구비한, A1 또는 A1 합금제 부품을 제작하기 위한 주조 방법에 있어서, 두께가 1이상인 A1 또는 A1 합금으로 미리 제조된 관(또는 관 시스템)(1)을, 그 관(또는 관 시스템)의 단부가 주형(3)의 외측 또는 주형에 삽입된 코어부의 외측에 배치되도록 주형의 특정 위치에 배치하는 단계와, 주형의 공동에 부품을 구성하는 합금을 주입하는 단계와, 주형에서 꺼낸 후, 관(또는 관 시스템)의 불필요한 부분을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 주조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금제 주조 부품은 실린더헤드인 것을 특징으로 하는 주조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관 시스템은 하나 이상의 탭(2)을 구비한 관(1)으로 구성된 것을 특징으로 하는 주조 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 탭(2)은 성형되어 접착제(14)에 의해 접합되는 칼라(7)에 의해 상기 관(1) 위에 고정되는 것을 특징으로 하는 주조 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 탭(2)은 압입 끼워 맞춤에 의해 상기 관(1) 위에 고정되는 것을 특징으로 하는 주조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 탭(2)의 단부에는 압입 끼워 맞춤 전에 엠보싱 가공하는 것에 의해 종방향 리브(20)를 형성한 것을 특징으로 하는 주조 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 관의 구멍에 대한 상기 탭의 직경의 초과사이즈는 돌출형으로 그 범위가 5/10까지인 것을 특징으로 하는 주조 방법.
8. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탭(들)(2)은 관(1) 안으로 삽입되는 것을 특징으로 하는 주조 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 삽입 깊이는 1정도인 것을 특징으로 하는 주조 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관(또는 관 시스템)(1)은 주형(3)내에서 주조되기 이전에, 관의 축방향 팽창 및 선회 방지가 가능하도록 완전히 중심에 배치되는 것을 특징으로 하는 주조 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 관(또는 관 시스템)(1)은, 주조 부품의 유용한 부분외측에 위치하고 주형 외측의 코어부(9) 안으로 간극(12)을 두고 삽입되는 엘보우(8)와, 관(1)의 편평화 단부(13)에 의해 위치 결정되는 것을 특징으로 하는 주조 방법.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 부품의 주조 중에 냉각 유체가 관(또는 관 시스템)에서 순환되는 것을 특징으로 하는 주조 방법.
13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 관(또는 관 시스템)의 융점은 주조 부품을 구성하는 주조 합금의 융점 이상인 것을 특징으로 하는 주조 방법.
14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주조 부품을 구성하는 합금은 시판용의 순수 알루미늄(A5형)인 것을 특징으로 하는 주조 방법.
15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 주조 온도는 760℃ 미만인 것을 특징으로 하는 주조 방법.
16. 제15항에 있어서, 주조 온도는 720℃ 내지 740℃인 것을 특징으로 하는 주조 방법.
17. 제15항에 있어서, 상기 관(또는 관 시스템)과 상기 용융 금속 사이의 접촉시간은 10초 미만인 것을 특징으로 하는 주조 방법.
18. 제15항에 있어서, 상기 판(또는 관 시스템)과 상기 용융 금속 사이의 접촉시간은 5초 미만인 것을 특징으로 하는 주조 방법.