KR100338925B1

KR100338925B1 - Semi solid mold

Info

Publication number: KR100338925B1
Application number: KR1020000048204A
Authority: KR
Inventors: 김임용
Original assignee: 김임용
Priority date: 2000-08-17
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2002-05-30
Also published as: KR20010015979A

Abstract

본 발명은 반용융 상태의 금속을 고압으로 충진시켜 소정 형상을 가진 제품을 생산할 수 있는 세미 솔리드 금형을 제공코자 하는 것이다.The present invention is to provide a semi-solid mold capable of producing a product having a predetermined shape by filling a metal in a semi-molten state at high pressure.

즉, 본 발명은 반용용 상태의 금속복합재료를 투입하여 다양한 형상의 제품을 성형할 수 있는 세미 솔리드 금형(1)을 구성함에 있어서, 상하 다이(4,5) 상간에 캐비티(4)가 형성되어 반용융 상태로 빌렛(3)을 가압충진할 수 있도록 개략 L형의 게이트(6)와 연통구성되며, 게이트(6)의 내단부에는 분산가이더(7)와 라운드부(8)가 형성되고, 게이트(6)의 입구에는 실린더(10)에 의해 슬라이드 개폐작동되는 투입공(9a)이 형성된 슬라이더(9)가 언더컷을 이루도록 설치되고, 슬라이더(9)와 상하 다이(4,5)상에는 금형(1) 예열용의 오일히터와 연결되는 오일히터공(12)이 형성된 것으로서, 본 발명에 의하면 각종 금속 복합재료를 이용하여 다양한 형상의 입자강화형 금속 복합재료의 부품 제조가 가능하며, 기존의 단조공정에 비해 적은 하중으로도 복잡한 형상의 부품을 한 공정으로 제조할 수 있으며, 액체상태보다 높은 점성으로 인해 충진시 유동 형태가 난류로 발달하지 않기 때문에 가스 결함, 즉 기포현상이 거의 발생하지 않는 장점이 주어지는 것이다. 그리고 초기 온도가 낮기 때문에 금형의 열피로를 줄일 수 있으며, 응고가 진행중인 상태이기 때문에 응고 완료 시에도 수축에 의한 결함이 적으며, 또한 중력주조법에 비해 성형온도가 상대적으로 낮으므로, 제품의 제조시간이 단축되어 생산성이 향상될 뿐만 아니라 에너지원의 소비가 감소되어 원가가 절감된다. 또한 성형온도가 낮아 기포나 수축에 의한 내부결함이 방지되면서 열처리 및 용접이 가능해지므로, 미세조직으로서의 구형의 수지상 조직을 얻을 수 있게 되어 우수한 물성의 제품을 제조할 수 있으며, 주조성이 낮은 소재의 경우에도 성형이 가능하게 되어 소재의 선택폭이 넓어지는 효과 등이 있는 것이다.That is, according to the present invention, the cavity 4 is formed between the upper and lower dies 4 and 5 in forming a semi-solid mold 1 capable of molding a product having various shapes by inserting a metal composite material in an anti-use state. And communicating with an approximately L-shaped gate 6 so as to press-fill the billet 3 in a semi-molten state, and a dispersion guider 7 and a rounded portion 8 are formed at an inner end of the gate 6. At the inlet of the gate 6, a slider 9 having an injection hole 9a formed by sliding the opening and closing operation by the cylinder 10 is formed to form an undercut, and the die 9 and the upper and lower dies 4 and 5 are formed on the die 9. (1) The oil heater hole 12 is formed to be connected to the oil heater for preheating. According to the present invention, it is possible to manufacture parts of the particle-reinforced metal composite materials having various shapes using various metal composite materials, and Compared to the forging process, it is possible to Can be produced by the process, and to the advantage of the gas defect, that is, the bubble phenomenon hardly occurs is given since the flow pattern during filling due to the higher viscosity than the liquid phase does not develop into turbulent flow. In addition, since the initial temperature is low, the thermal fatigue of the mold can be reduced, and since the solidification is in progress, there are few defects due to shrinkage even when the solidification is completed, and the molding temperature is relatively lower than that of the gravity casting method. This shortening not only improves productivity, but also reduces energy consumption and costs. In addition, since the molding temperature is low, heat treatment and welding are possible while preventing internal defects due to bubbles or shrinkage, so that a spherical dendritic structure as a microstructure can be obtained and a product of excellent physical properties can be manufactured. In this case, the molding is possible, and thus, the selection of the material is widened.

Description

Semi Solid Mold {.}

본 발명은 세미 솔리드(semi solid) 금형에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 반용융 상태의 금속을 고압으로 충진시켜 소정 형상을 가진 제품을 생산할 수 있는 세미 솔리드 금형을 제공코자 하는 것이다.The present invention relates to a semi solid mold, and more particularly, to provide a semi solid mold capable of producing a product having a predetermined shape by filling a metal in a semi-molten state with a high pressure.

종래 일반적으로 알루미늄 제품을 다이캐스팅 등의 방법으로 특정 제품을 성형코자 할 경우는 제품의 두께가 두꺼울 경우 기포현상이 빈번히 발생하여 조직의 균일성이 보장되지 못하는 단점이 있었다.Conventionally, in the case of forming a specific product by a method such as die casting, an aluminum product has a disadvantage in that the uniformity of the tissue is not guaranteed because the bubble phenomenon occurs frequently when the thickness of the product is thick.

이러한 조직의 불균일로 인하여 제품에 크랙(crack) 등이 발생하게 되고, 그로인하여 제품의 내구성은 저하될 수 밖에 없었던 것이다.Due to the non-uniformity of these tissues, cracks are generated in the product, and thus the durability of the product is inevitably deteriorated.

한편, 고체와 액체가 동시에 공존하는 상태에서 주조공정과 단조공정이 복합화된 틱소포밍(Thixoforming)법은 복잡한 형상을 가진 부품을 생산하고자 할 때 구상화 조직을 가진 반용융 소재를 금형에 완전히 충전시키는 것이 가능하다.On the other hand, the thixoforming method, in which a casting process and a forging process are combined in a state where both solid and liquid coexist, is to completely fill a mold with a semi-molten material having a spherical structure when producing a part having a complicated shape. It is possible.

반용융 소재의 충전시 고상과 액상이 공존하기 때문에 순수 액상만 존재하는 경우에 비해서 응고 시간이 짧아지므로 수축공 결함을 줄이는 데 있어서 보다 유리한 성형방법이다.Since the solid phase and the liquid phase coexist during the filling of the semi-melt material, the solidification time is shorter than that in the case where only the pure liquid phase is present, which is a more advantageous molding method for reducing shrinkage defects.

반용융 성형 온도에서 소재의 점성이 액상 상태보다 더 높으므로 충전시 유동 형태가 난류로 발달하지 않기 때문에 재료가 금형 내부에 충전될 때 속도장이 균일하며, 두께가 얇은(약 2mm이하) 부분까지도 충전을 시킬 수 있다.Since the viscosity of the material is higher than the liquid state at the semi-melting molding temperature, the flow form does not develop into turbulent flow during filling, so the velocity field is uniform when the material is filled inside the mold, and even thin parts (about 2 mm or less) are filled. You can let

따라서 충전시 용탕의 흐름에 기인하는 가스 결함이 적어지는 등 여러 가지 장점을 가지고 있고 내마모성, 내열성 때문에 소재의 부품성형공정에 활용되어지고 있는 실정이다.Therefore, the gas has a number of advantages, such as less gas defects due to the flow of the molten metal at the time of filling and is being used in the component forming process of the material because of the wear resistance and heat resistance.

한편, 다이캐스팅의 경우는 용탕이 금형 내부로 유입될 때 난류로 인한 공기의 포집과 수축에 의한 결함이 생기기 용이하다는 문제점을 안고 있으며, 용탕단조법의 경우는 캐비티의 입구 크기가 다이캐스팅에 비하여 클 뿐만 아니라 고압으로가압 지연을 시키기 때문에 재료손실 및 금형의 온도 상승으로 인해 수명이 단축되는 결점이 있었다.On the other hand, die casting has a problem in that defects due to air collection and shrinkage due to turbulence are easily generated when the molten metal is introduced into the mold, and in the case of the forging method, the inlet size of the cavity is larger than that of the die casting. However, due to the delay in pressurization at high pressure, there was a drawback of shortening the life due to material loss and temperature rise of the mold.

또한 용탕단조, 콤포캐스팅(compocasting) 방법 모두 응고시 수지상정 조직이 발생 및 예비성형체의 변형 때문에 기계적 성질이 균일하지 못한 단점이 있으며, 강화재를 용융 상태의 기지재에 혼합한 후 다이캐스팅을 할 경우는 강화재의 침전, 부상 및 기지재로부터의 분리 현상 때문에 강화재가 균일하게 분산될 수가 없다는 문제도 있었다.In addition, there are disadvantages in that the mechanical properties are not uniform due to the generation of dendrite structure during solidification and the deformation of the preform during solidification of both forging and compocasting methods.In case of die casting after mixing the reinforcing material with the molten matrix There was also a problem that the reinforcement could not be uniformly dispersed due to precipitation, flotation and separation from the reinforcement.

용탕단조법을 이용한 금속 복합재료의 부품개발은 예비성형체(Preform)를 제조하여야 하며, 제품의 형상에 한계가 있고, 성형시 예비성형체의 변형으로 인하여 강화재의 분포가 균일하지 못하다. 그리고 용탕주입시 초기에 삽입된 예비성형체의 상부면 공간에 용탕이 먼저 충전됨과 동시에 응고 현상이 일어나 비성형부를 유발할 수 있는 등 다수의 문제점을 안고 있었던 것이다.Part development of metal composite material using molten forging method should produce preform, and there is a limitation in the shape of the product, and the distribution of reinforcing material is not uniform due to deformation of the preform during molding. In addition, the molten metal is initially filled in the upper surface space of the preform inserted into the molten metal, and at the same time, a solidification phenomenon may occur, causing a non-molded part.

이에 본 발명에서는 알루미늄과 같은 금속복합재료를 틱소포밍(Thixoforming)법에 의하여 캐스팅할 수 있는 세미 솔리드 금형을 제공코자 하는 것으로서, 특히 본 발명에서는 제품을 성형할 시에 기포현상이 발생되지 않도록 함으로서 조직의 균일화를 기할 수 있는 세미 솔리드 금형을 제공함에 발명의 기술적 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.Accordingly, the present invention is to provide a semi-solid mold capable of casting a metal composite material such as aluminum by thixoforming, and in particular, in the present invention, bubbles are not generated when forming a product. The present invention has been completed in view of the technical problem of the present invention by providing a semi-solid mold capable of achieving uniformity.

도 1은 본 발명이 적용된 세미 솔리드 금형의 단면도1 is a cross-sectional view of a semi-solid mold to which the present invention is applied

도 2는 본 발명이 적용된 세미 솔리드 금형의 하형의 평면도Figure 2 is a plan view of the lower mold of the semi-solid mold to which the present invention is applied

도 3은 본 발명이 적용된 세미 솔리드 금형의 측면도Figure 3 is a side view of a semi-solid mold to which the present invention is applied

■ 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 ■■ Explanation of symbols used in main part of drawing ■

1:(세미 솔리드)금형 2:캐비티1: (semi-solid) mold 2: cavity

3:빌렛 4,5:상하 다이3: Billet 4: 5: Up and down die

6:게이트 7:분산가이더6: gate 7: distributed guider

8:라운드부 9:슬라이더8: Round Part 9: Slider

9a:투입공 10:실린더9a: hole 10: cylinder

11:코어 12:오일히터공11: Core 12: Oil heater ball

본 발명에서 제공하는 세미 솔리드 금형(1)은 도 1, 2, 3의 단면도 및 평면도, 측면도 등에서 도시한 바와 같이 빌렛(billet) 상태의 반용융 금속복합재료(예; 알루미늄 등)를 약 600℃(바람직 하기로는 약 581℃)의 고온으로 가온하여 고상(즉, semi solid 상태)으로 금형(1)의 캐비티(2) 상으로 투입하여 기포현상이 발생하지 않고 알루미늄 성형 제품을 제공토록 한 것이다.The semi-solid mold 1 provided in the present invention is a semi-molten metal composite material (eg, aluminum, etc.) in a billet state as shown in the sectional views, plan views, side views, etc. of FIGS. (Preferably about 581 ° C.), it is heated to a high temperature (ie, semi solid state) and injected into the cavity 2 of the mold 1 so as to provide an aluminum molded product without generating bubbles.

이를 위하여 본 발명의 세미 솔리드 금형(1)은 다음과 같은 구성상의 특징을 갖는다.To this end, the semi-solid mold 1 of the present invention has the following configuration features.

즉, 본 발명은 금형(1)의 캐비티(2) 상으로 다단 고주파시스템에 의해 빌렛(3)을 약 600℃ 정도로 가온하여 반용융 상태의 금속복합재료를 금형(1) 상으로 투입하는바, 투입되는 빌렛(3)은 상하 다이(4,5) 내부에 형성된 캐비티(2) 상으로 투입되도록 금형(1)에는 게이트(6)가 개략 L형 등으로 형성된다.That is, according to the present invention, the billet 3 is heated to about 600 ° C. by a multi-stage high frequency system onto the cavity 2 of the mold 1, and the metal composite material of the semi-molten state is introduced onto the mold 1. A gate 6 is formed in the mold 1 in the form of a roughly L shape so that the billet 3 to be introduced is introduced into the cavity 2 formed in the upper and lower dies 4 and 5.

상기 게이트(6)의 내단부에는 투입되는 빌렛(3)을 양방향으로 분산시켜 투입성을 높일 수 있도록 분산가이더(7)가 형성되고, 상기 분산가이더(7)가 형성된 금형(1)의 게이트(6) 좌우는 라운드부(8)로 가공을 하여 빌렛(3)의 투입이 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.A dispersion guider 7 is formed at an inner end of the gate 6 in order to disperse the charged billet 3 in both directions, thereby increasing inputability, and the gate of the mold 1 having the dispersion guider 7 formed therein ( 6) The left and right are processed to the round part 8 so that the input of the billet (3) can be made smoothly.

그리고 게이트(6)의 선단부에는 빌렛(3) 투입시 빌렛(3)의 직경보다는 게이트(6)의 직경이 작기 때문에 제품 성형이 완료된 후 취출시 용이성 및 슬래그 제거의 용이성을 위하여 게이트(6)의 입구를 개방할 수 있도록 좌우로 투입공(9a)이 형성된 슬라이더(9)가 설치되어 슬라이드 작동용 실린더(10)와 연결된다. 상기 좌우의 슬라이더(9)가 폐쇄시 형성되는 원형의 투입공(9a) 직경은 게이트(6)의 직경보다 작게 형성되어 언더컷(under cut)을 이루도록 하며 이의 상하단부는 빌렛 투입시의 용이성을 위하여 라운드형으로 형성한다.In addition, since the diameter of the gate 6 is smaller than the diameter of the billet 3 when the billet 3 is inserted into the front end of the gate 6, the gate 6 may be removed for ease of removal and slag removal after product molding is completed. A slider 9 having an injection hole 9a formed on the left and right sides thereof to open the inlet is connected to the slide operation cylinder 10. The diameter of the circular input hole 9a formed when the left and right sliders 9 are closed is smaller than the diameter of the gate 6 so as to form an under cut, and upper and lower ends thereof are rounded for ease of billet feeding. Form into a mold.

한편, 상기 캐비티(2) 내부에는 성형코자 하는 제품에 부합하는 수개의 코어(11)가 설치되며, 이러한 코어(11)의 설치는 일반적인 것이다.On the other hand, inside the cavity 2 is installed a number of cores 11 corresponding to the product to be molded, the installation of such a core 11 is common.

그리고 금형(1)은 성형성과 이형성을 위하여 적정한 온도(약 250℃ 정도)로 예열을 하게 되는바, 이를 위하여 금형(1)에는 빌렛(3)의 가열온도와 근접하는 온도로 금형(1)을 예열할 수 있도록 금형(1) 상에는 오일히터(도시치 아니함)가 장착되어 슬라이더(9) 및 다이(4,5)상에 형성된 다수개의 오일히터공(12)으로 가온된 오일이 급송된다.The mold 1 is preheated to an appropriate temperature (about 250 ° C.) for moldability and releasability. For this purpose, the mold 1 is heated to a temperature close to the heating temperature of the billet 3. An oil heater (not shown) is mounted on the mold 1 to preheat so that the warmed oil is fed to a plurality of oil heater holes 12 formed on the slider 9 and the dies 4 and 5.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 세미 솔리드 금형(1)은 절단된 빌렛(3)을 전체적으로 균일한 온도를 이루면서 액상과 고상이 적정비율로 혼재되도록 고주파시스템을 이용하여 약 600℃ 정도로 가열하여 다단 속도제어가 가능한 장비를 이용하여 약 0.45∼1.5m/s 속도로 가압하여 금형(1)의 캐비티(2) 상으로 투입하고, 투입된 빌렛(3)을 일정 압력을 유지하면서 응고시키고, 응고된 제품을 이젝터를 이용하여 취출한 후 성형된 제품을 급속냉각시키면 원하는 소정의 제품이 성형완료되며, 커팅기를 사용하여 성형후 슬래그(slag)는 제거하면 되는 것이다.The semi-solid mold 1 of the present invention configured as described above is heated to about 600 ° C. using a high frequency system such that the liquid and solid phases are mixed at an appropriate ratio while the cut billet 3 has a uniform temperature as a whole. It is pressurized at a speed of about 0.45 to 1.5 m / s using a controllable equipment and introduced into the cavity 2 of the mold 1, the injected billet 3 is solidified while maintaining a constant pressure, and the solidified product is If the molded product is rapidly cooled after being taken out using the ejector, the desired product is molded. The slag is removed after molding using a cutter.

물론, 게이트(6)는 소재주입단계 예컨대, 알루미늄소재가 금형(1)으로 주입되는 과정에서의 유동성을 향상시키는 기능을 수행하게 되며, 게이트(6)와 함께 언더컷을 형성하는 슬라이더(9)가 형성하는 투입공(9a)은 취출단계에서 제품화된 소재의 취출과정을 용이하게 하는 기능을 수행하게 되는 것이다.Of course, the gate 6 performs a function of improving the fluidity during the material injection step, for example, the aluminum material is injected into the mold 1, the slider 9 to form an undercut with the gate 6 is The injection hole 9a to be formed is to perform a function of facilitating the take-out process of the material commercialized in the take-out step.

특히, 본 발명의 세미 솔리드 금형(1)은 가온되어 반용융 상태로 투입되는 빌렛(3)이 분산가이더(7)와 라운드부(8)에 의해 원활하게 안내분산되어 금형(1)의 캐비티(2)상으로 충진이 이루어져 어떠한 복잡한 형상의 제품이라도 성형성을 일층 높일 수 있는 것이다.In particular, in the semi-solid mold 1 of the present invention, the billet 3 that is heated and introduced into the semi-melt state is guided and dispersed smoothly by the dispersion guider 7 and the rounded portion 8, so that the cavity 1 of the mold 1 2) It is filled with phase, which can increase the moldability of any complicated shape product.

이상에서 상세히 살펴 본 바와 같이 본 발명에서 제공하는 세미 솔리드금형(1)을 사용하여 반용융 상태의 알루미늄과 같은 각종 금속 복합재료를 성형할 경우에는 다양한 형상의 입자강화형 금속 복합재료의 부품 제조가 가능하고, 기존의 단조공정에 비해 적은 하중으로도 복잡한 형상의 부품을 한 공정으로 제조할 수 있으며, 액체상태보다 높은 점성으로 인해 충진시 유동 형태가 난류로 발달하지 않기 때문에 가스 결함, 즉 기포현상이 거의 발생하지 않는 장점이 주어지는 것이다.As described in detail above, in the case of molding various metal composite materials such as aluminum in a semi-molten state by using the semi-solid mold (1) provided by the present invention, it is possible to manufacture parts of various types of particle-reinforced metal composite materials. It is possible to manufacture complex shaped parts in one process with less load than the existing forging process, and gas defects, ie bubble phenomenon, because the flow form does not develop into turbulent flow when filling due to higher viscosity than liquid state. This is a rarely given advantage.

그리고 초기 온도가 낮기 때문에 금형의 열피로를 줄일 수 있으며, 응고가 진행중인 상태이기 때문에 응고 완료 시에도 수축에 의한 결함이 적으며, 또한 중력주조법에 비해 성형온도가 상대적으로 낮으므로, 제품의 제조시간이 단축되어 생산성이 향상될 뿐만 아니라 에너지원의 소비가 감소되어 원가가 절감되는 것이다.In addition, since the initial temperature is low, the thermal fatigue of the mold can be reduced, and since the solidification is in progress, there are few defects due to shrinkage even when the solidification is completed, and the molding temperature is relatively lower than that of the gravity casting method. This shortening not only improves productivity, but also reduces energy consumption by reducing energy consumption.

또한 일반주조법에 비해 성형온도가 낮아 기포나 수축에 의한 내부결함이 방지되면서 열처리 및 용접이 가능해지므로, 미세조직으로서의 구형의 수지상 조직을 얻을 수 있게 되어 우수한 물성의 제품을 제조할 수 있으며, 주조성이 낮은 소재의 경우에도 성형이 가능하게 되어 소재의 선택폭이 넓어지는 효과가 있는 등 다수의 효과를 기대할 수 있는 것이다.In addition, since the molding temperature is lower than that of the general casting method, heat treatment and welding are possible while preventing internal defects due to bubbles or shrinkage, so that a spherical dendritic structure as a microstructure can be obtained and a product of excellent physical properties can be manufactured. In the case of this low material, a number of effects can be expected, such as molding can be performed and the choice of material can be expanded.

Claims

In constructing a semi-solid mold (1) capable of molding products of various shapes by injecting a metal composite material in a semi-use state;

The mold (1) is in communication with the approximately L-shaped gate (6) so that the cavity (4) is formed between the upper and lower dies (4,5) upper and lower to press-fill the billet (3) in a semi-molten state;

A dispersion guider (7) and a round portion (8) are formed at the inner end of the gate (6);

A slider (9) having an insertion hole (9a) for sliding opening and closing by a cylinder (10) is formed at the inlet of the gate (6) to form an undercut;

Semi-solid mold, characterized in that the oil heater hole (12) connected to the oil heater for preheating the mold (1) is formed on the slider (9) and the upper and lower dies (4,5).