KR100339680B1 - 다이캐스팅머신의 사출실린더장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이캐스팅머신에 있어서 금형의 성형공동내부에 용융금속을 가압 주입시키는 사출실린더장치의 개선에 관한 것으로, 특히 성형공동내 용융금속의 고속주입 및 감속주입을 기계적으로 정확한 위치에서 제어수행할 수 있도록 장치를 구성함으로써 불량발생과 장치의 수명단축을 방지하고 제품의 품질을 가일층 향상시킬 수 있도록 만들어진 다이캐스팅머신의 사출실린더장치에 관한 것이다.

본 발명은 원통형 공간부(11)가 내부에 형성된 몸통을 가지고 그 몸통의 일측 및 타측에 제1 및 제2 유압공급포트(12)(13)를 형성구비한 주실린더(10)와, 피스톤로드(21)를 가진 몸통이 상기 공간부(11)를 따라 왕복이동될 수 있도록 주실린더(10)에 결합설치되고 그 외주면이 상기 공간부(11)의 내주면과 밀착접촉하며 내부 중심에는 그 일측단부가 유압작용면(25)으로 막혀 있고 타측단부는 구멍(26)들을 통해 상기 주실린더(10)의 공간부(11)와 연통되는 유압통로(24)가 형성되어 있는 피스톤(20)과, 그 일측단부가 구멍(32)들을 통해 상기 피스톤(20) 및 피스톤로드(21) 내부의 유압통로(24)와 연통되고 타측단부는 구멍(33)들을 통해 상기 주실린더(10)의 제2 유압공급포트(13)쪽으로 연통되는 유압통로(31)를 몸통내부에 형성하고 이와 같이 유압통로(31)가 형성된 몸통부분이 상기 피스톤(20) 및 피스톤로드(21)내의 유압통로(24)내에 적정간격을 가지고 위치하도록 주실린더(10)에 결합설치되는 보조실린더(30)를 포함하는 구성을 특징으로 하는 다이캐스팅머신의 사출실린더장치를 제공한다.

Description

다이캐스팅머신의 사출실린더장치{HYDRAULIC INJECTION CYLINDER FOR USE IN DIE CASTING MACHINE}

본 발명은 다이캐스팅머신(DIE CASTING MACHINE)에 있어서 사출실린더장치의 개선에 관한 것으로, 특히 제품성형을 위해 용융금속을 금형의 성형공동(CAVITY) 내부로 주입할 때 성형공동내 충전완료직전 그 주입속도를 기계적으로 보다 정밀하게 감속위치를 2/100 ∼ 4/100초내에 제어하여 사출실린더 피스톤의 관성에 의한 충격이 감속하게 되므로 주입 용융금속의 비산이나 성형불량의 발생이 없이 우수한 품질의 제품성형을 이루어낼 수 있도록 구성된 다이캐스팅머신의 사출실린더장치에 관한 것이다.

다이캐스팅은 알루미늄과 같은 용융금속을 금형의 성형공동 내부로 가압 주입하여서 복잡한 형태의 금속제품을 후가공의 필요가 거의 없이 정밀주조해 내도록 할 수 있는 주조법으로 잘 알려져 있다. 이러한 다이캐스팅 주조법에 의한 제품성형을 수행하기 위한 다이캐스팅머신은 만들고자 하는 제품모양대로의 성형공동을 가지는 금형과, 상기 금형의 성형공동 내부로 용융금속을 가압 주입시키기 위한 사출실린더장치를 설치구비하게 되는데, 용융금속이 성형공동 내부에 대한 주입대기 위치로 주탕되고 그 주탕된 용융금속이 사출실린더장치의 플런저에 의해 가압되어서 성형공동 내부로 주입완료되기까지는 사출실린더 플런저에 의한 용융금속의 가압 진행속도가 서로 다르게 제어되어지는 여러 단계의 주입단계들이 존재하게 되며, 상기 주입단계들과 그 각각의 단계별로 주입속도를 서로 다르게 제어해야 하는 이유에 관해 약술해 보면 다음과 같다.

도1은 상술한 다이캐스팅머신에 있어서 금형(1)의 성형공동(2) 내부로 주입되어질 용융금속(3)이 레이들(4)로부터 슬리브(5) 내부로 주탕되어지고, 상기 슬리브(5) 내부로 주탕된 용융금속(3)을 사출실린더 피스톤로드(6)단부의 플런저(7)가 성형공동(2)쪽으로 가압 주입을 개시하기 직전의 초기상태를 보여 준다. 이때, 주탕완료된 용융금속(3)과 이 용융금속(3)의 주탕이 이루어진 슬리브(5)의 내상부간에는 어느 정도의 공간이 존재하는 상태로 된다.

상기 도1의 상태와 같이 용융금속(3)의 슬리브(5)내 주탕이 완료되고 나면 사출실린더 피스톤의 작동으로 상기 플런저(7)가 금형(1)쪽으로 전진하면서 상기슬리브(5)내의 용융금속(3)을 금형(1)쪽으로 가압시켜 주게 되는데, 이때 가압되어지는 용융금속(3)이 슬리브(5)내에서 슬리브(5)의 내상부까지 완전히 충만되어지기까지는 플런저(7)의 전진속도를 저속으로 하여 용융금속(3)이 슬리브(5)내에서 요동치게 되는 것을 방지하면서 상기 슬리브(5)내 용융금속(3) 상부의 공기가 슬리브(5) 초입부의 탕구(8)쪽으로 자연스럽게 빠져 나갈 수 있도록 하며, 도2는 상기 용융금속(3)이 슬리브(5)의 내상부까지 완전히 채워지기까지 플런저(7)가 저속 전진을 완료한 상태를 보여 준다.

상기 도2의 상태와 같이 플런저(7)의 저속 전진이 완료된 직후 상기 플런저(7)는 고속으로 전진하여 슬리브(5)내에 채워져 있던 용융금속(3)을 게이트(G)를 통해 금형(1)의 성형공동(2) 내부로 고속 주입시켜 주게 되며, 이러한 용융금속(3)의 성형공동(2)내 고속주입 단계는 도3에 예시된 바와 같이 상기 용융금속(3)이 성형공동(2) 내부를 완전히 채우기 전 감속위치점(F)까지 실행된다. 이때, 상기 용융금속(3)을 성형공동(2) 내부로 고속 주입시키는 플런저(7)의 진행속도는 예컨대 5m/sec 정도의 속도로 되며, 이와 같은 고속 주입의 이유는 상기 용융금속(3)이 성형공동(2) 내부로 이동 주입될 때 성형공동(2) 내벽면과 접촉하는 용융금속(3)의 응고특성에 의해 용융금속(3)의 방열응고가 빠르게 진행되게 되므로 용융금속(3)의 주입 유동성부족이 일어날 정도의 방열응고가 진행되기 전에 요구되는 용융금속(3)의 성형공동(2)내 주입을 빠르게 이루어 내기 위함이다. 상기 용융금속(3)이 예컨대 알루미늄일 경우 이 용융알루미늄의 정상적인 조건에서의 응고개시는 약 4/100초 안에 일어나게 되므로 이의 성형공동(2)내 고속 주입단계는 약4/100초 안에 이루어지도록 해야 한다.

한편, 상기와 같은 용융금속(3)의 성형공동(2)내 고속 주입을 용융금속(3)이 성형공동(2)내에 완전히 들어찰 때까지 계속하게 되면 용융금속(3)이 사출실린더 피스톤과 로드의 고속운동에 의한 관성으로 인해 필요이상의 주입압력에 의해 주입 용융금속(3)의 일부가 고정금형(1a)과 가동금형(1b)으로 이루어진 금형(1)의 결합틈새사이로 외부로 비산하는 일이 있게 되는 것은 물론 금형(1)의 수명단축이 초래되고, 또 용융금속(3)이 미처 안정화되지 않은 상태에서 응고가 진행되게 됨으로써 성형제품 내부에 기포가 존재하게 되거나 조직의 치밀도 및 균일도가 떨어지게 되는 것등의 불량이 발생하게 되며, 또한 용융금속(3)이 금형(1)의 결합틈새사이로 진입고화되어 생기는 덧살로 인해 후가공이 필요하게 되는 문제점까지 있게 된다.

따라서, 상기 용융금속(3)의 성형공동(2)내 고속 주입은 도3의 예와 같이 성형공동(2) 내부가 용융금속(3)으로 완전히 채워지기 전 감속위치점(F)까지 채워진 상태에서 종료되게 되고, 그 직후 감속으로 도4의 예와 같이 상기 용융금속(3)이 성형공동(2) 내부를 완전히 채울 때까지 성형공동(2) 내부에 대한 용융금속(3)의 감속 주입이 실행되게 된다. 이러한 감속 주입단계를 통해 상기 용융금속(3)은 탕면의 안정화를 이룬 상태에서 성형공동(2) 내부에 완전히 가압 충전된 후 응고되게 되어서 내부에 기포가 존재하지 않는 균일하고 치밀한 밀도의 제품성형이 이루어지게 되며, 또 용융금속의 비산이나 금형의 수명단축 및 성형제품의 덧살발생도 방지될 수 있는 것이다.

도5는 상기와 같은 다이캐스팅머신을 사용한 제품성형과정에 있어서 사출실린더장치의 피스톤이 도1의 초기위치로부터 도4의 사출완료위치에 이르기까지 한번의 사출행정을 완료하는 동안 그 피스톤의 진행위치와 각 진행위치별 속도와의 상관그래프를 해당 사출실린더장치와 연관시켜 이해하기 쉽도록 나타낸 것이다.

상술한 바로부터 알 수 있는 바와 같이 이러한 다이캐스팅머신을 사용하여 양질의 제품성형을 이루어 내기 위해서는 개개의 제품성형시마다 금형(1)의 성형공동(2) 내부에 대한 용융금속(3)의 주입 충전을 이루는 사출실린더 피스톤의 속도제어가 매우 중요함을 잘 알 수 있으며, 특히 상기 성형공동(2) 내부에 대한 용융금속(3)의 고속 주입 및 그에 연이은 감속 주입이 적시에 정확한 위치에서 이루어지도록 제어하는 것은 제품의 품질에 결정적인 영향을 주게 되는 중요한 작업조건이 된다.

다이캐스팅머신에 있어서 위와 같은 성형공동(2)내 용융금속(3)의 주입속도 제어를 위해 종래에는 사출실린더의 작동에 연계된 유압회로를 전기적으로 제어하여 상기 사출실린더의 작동에 의한 피스톤의 진행속도가 상기 각 작업단계별로 적합하게 제어되도록 하는 방법을 사용하여 왔다.

그러나, 이러한 종래의 방법은 유압회로의 전기적 제어와 그 유압회로의 제어를 받아 작동하는 사출실린더의 실제 작동간에 시간적 오차가 생기게 됨을 피할 수가 없고, 이로 인해 아주 짧은 시간동안에 정확히 이루어져야 하는 성형공동(2)내 용융금속(3)의 고속 주입단계로부터 감속 주입단계로의 전환이 그에 상응하는 시간적 오차를 가지고 이루어지게 됨으로써 제품의 불량발생등이 빈발하게 되는 구조적인 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 배경에서 연구된 것으로, 다이캐스팅머신을 사용한 제품성형시 용융금속의 성형공동내 고속 주입 및 감속 주입이 사출실린더 자체에서 기계적으로 정확히 감속위치 제어되도록 함으로써 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 효과있게 해소할 수 있는 새로운 구성의 사출실린더장치를 제공하는 것을 그 목적으로 하는 것이다.

도1 ~ 도4는 본 발명이 관련된 다이캐스팅머신 사출실린더장치의 구성 및 작동개요를 각 작업단계별로 나타낸 단면도로서, 도1은 레이들(4)에 의하여 용융금속이 탕구(8)를 통해 슬리브(5)내로 주탕완료된 상태, 도2는 사출실린더의 작동으로 피스톤로드(6)가 저속으로 용융금속을 금형(1)의 게이트(G) 직전까지 주입한 상태, 도3은 위치센서에 의해 사출실린더 피스톤로드(6)가 고속으로 용융금속을 금형(1)의 게이트(G)를 통해 성형공동(2)내에 충전완료하기직전의 상태, 도4는 도3의 고속 충전완료후 사출실린더 피스톤로드(6)가 용융금속을 성형공동(2)내에 충전완료하는 상태,

도5는 사출실린더 피스톤의 한 스트로크 작동중 그 피스톤의 진행위치에 따른 속도변화 그래프를 관련 사출실린더장치의 구성과 연관시켜 도시한 그림,

도6, 도7은 본 발명에 따른 사출실린더장치의 구성 및 작동개요를 보인 단면도로서, 도6은 사출작동이 개시되기 전의 초기상태, 도7은 사출작동을 완료한 상태를 각각 도시한 것이다.

** 도면중 주요부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 금형 1a: 고정금형 1b: 가동금형

2 : 성형공동 3 : 용융금속 4 : 레이들

5 : 슬리브 6 : 사출실린더 피스톤로드 7 : 플런저

8 : 탕구 10: 주실린더 11: 공간부

12: 제1 유압공급포트 13: 제2 유압공급포트 14: 감속위치 지지부

20: 피스톤 21: 피스톤로드 22,23:피스톤 유압작용면

24: 유압통로 25: 유압작용면 26: 구멍

27: 감속위치 벽부 30: 보조실린더 31: 유압통로

32: 구멍 33: 구멍 34: 증압유입포트

35: 저속/고속 조정밸브 40: 감속위치 조정핸들 41: 감속 핸들축

F : 감속위치점 G : 금형 게이트

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 내부에 피스톤이 왕복운동될 수 있는 원통형의 공간부를 형성한 몸통을 가지고 그 몸통의 일측 및 타측에 제1 및 제2 유압공급포트를 각각 형성구비한 주실린더와, 피스톤로드를 가진 몸통이 상기 주실린더의 내부 공간부를 따라 왕복이동될 수 있도록 주실린더에 결합설치되고 그 몸통 외주면이 상기 주실린더 공간부 내주면과 밀착접촉하며 내부중심에는 그 일측단부가 막혀 있고 타측단부는 구멍들을 통해 주실린더의 내부 공간부와 연통되는 유압통로가 중심 축선방향을 따라 연장형성되어 있는 피스톤과, 그 일측단부가 구멍들을 통해 상기 피스톤 및 피스톤로드 몸통내부의 유압통로와 연통되고 타측단부는 구멍들을 통해 상기 주실린더의 제2 유압공급포트쪽으로 연통되는 유압통로를 몸통내부에 형성구비하고 이와 같이 유압통로를 형성구비한 몸통부분이 상기 피스톤 및 피스톤로드 몸통내부의 유압통로내에 적정 간격을 가지고 뻗어 있도록 주실린더에결합설치되는 보조실린더를 포함하는 구성을 특징으로 하는 다이캐스팅머신의 사출실린더장치를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 사출실린더장치에는 또한 상기 보조실린더를 좌우로 위치이동시켜 성형제품의 재료특성에 따른 감속위치 조정을 행하도록 할 수 있는 수단이 부가구비된다.

이하에서, 본 발명을 첨부도면에 예시된 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도6, 도7은 본 발명에 따른 다이캐스팅머신 사출실린더장치의 구성 및 작동관계를 보여주는 단면도인데, 이중 도6은 사출작동 개시전의 상태, 도7은 사출작동 완료후의 상태를 각각 나타낸 것이다.

여기에 예시된 바와 같이 본 발명의 사출실린더장치는 주실린더(10)와 이 주실린더(10)에 도시된 양태로 결합설치되는 피스톤(20) 및 보조실린더(30)를 그 주요구성요소들로 한다.

상기 주실린더(10)는 통상의 유압실린더와 마찬가지로 유압에 의해 피스톤로드(21)를 가진 피스톤(20)을 정해진 행정거리범위내에서 왕복운동시킬 수 있는 원통형의 공간부(11)를 몸통내부에 형성구비하며, 이와 같이 된 주실린더(10) 몸통의 일측 및 타측에는 상기 공간부(11)로 연통되는 제1 유압공급포트(12)와 후술하는 보조실린더(30) 내부의 유압통로(31)로 연통되는 제2 유압공급포트(13)가 각각 형성되어 있다.

상기 주실린더(10) 내부의 공간부(11)를 따라 도면상 좌측 또는 우측으로 이동될 수 있도록 주실린더(10)에 결합설치되는 피스톤(20)은 피스톤로드(21)를 가지고 유압작용면(22)(23)이 있는 그 몸통 외주면이 상기 공간부(11)의 내주면에 밀착접촉되어지며, 이 피스톤(20) 및 피스톤로드(21) 몸통의 내부중심에는 보조실린더(30)의 몸통일부가 적정 간격을 두고 자리하게 되는 유압통로(24)가 피스톤(20) 및 피스톤로드(21)의 길이방향을 따라 형성제공되어 있다. 상기 유압통로(24)의 도면상 좌측단부는 유압작용면(25)을 구성하는 피스톤로드(21)의 벽부로 막혀 있고, 도면상 우측단부는 구멍(26)들을 통해 주실린더(10)의 공간부(11)측과 연통되어 있다. 이와 같이 유압통로(24)가 형성되어진 피스톤(20) 몸통의 도면상 우측단부에는 보조실린더(30)상의 구멍(32)들과 협력작용하여 피스톤(20) 및 피스톤로드(21)의 감속작용을 일으키는 감속위치 벽부(27)가 존재한다.

상기 보조실린더(30)는 상기 피스톤(20) 및 피스톤로드(21) 내부의 유압통로(24)보다 작은 직경의 좌우로 긴 몸통을 가지고 그 몸통의 내부일측에 유압통로(31)를 형성구비한 구성으로 되어 있다. 이 보조실린더(30)는 그 유압통로(31)가 형성되어 있는 몸통부분이 상기 피스톤(20) 및 피스톤로드(21) 내부의 유압통로(24)에 내재되어 있도록 하여 주실린더(10)의 중심부에 길이방향을 따라 결합설치되는데, 이와 같이 결합설치된 상태에서 상기 보조실린더(30)내 유압통로(31)의 도면상 좌측단부는 구멍(32)들을 통해 피스톤(20) 및 피스톤로드(21)내 유압통로(24)와 연통되어지고, 도면상 우측단부는 구멍(33)들을 통해 주실린더(10)의 제2 유압공급포트(13)쪽으로 연통되어지도록 되어 있다. 상기 보조실린더(30)의 도면상 우측단부는 주실린더(10)의 측부에 마련되어 있는 지지부(14) 내측으로 돌출하여 이에 핸들축(41)이 나사결합되어지고, 상기 핸들축(41)의 지지부(14) 외측단부에는 감속위치 조정핸들(40)이 고정설치된다.

도면중 부호 34는 증압유입포트, 35는 저속/고속 조정밸브를 각각 나타낸다.

작용에 있어서, 도6과 같은 상태에서 주실린더(10)의 제1 유압공급포트(12)와 제2 유압공급포트(13)를 통해 유압이 동시에 공급되면 제1 유압공급포트(12)를 통해 주실린더(10) 내부의 공간부(11)로 들어 온 유압은 피스톤(20)의 유압작용면(22)에 작용되어지고, 제2 유압공급포트(13)를 통해 들어 온 유압은 보조실린더(30)상의 구멍(33)들과 유압통로(31) 및 구멍(32)들을 통해 피스톤(20) 및 피스톤로드(21)내의 유압통로(24)내로 유입 작용되어지게 됨으로써 결국 상기 피스톤(20) 및 피스톤로드(21)는 상기 제1 유압공급포트(12)를 통해 공급되는 유압 및 제2 유압공급포트(13)를 통해 공급되는 유압이 합쳐진 큰 유압력으로 도면상 좌측으로 고속 전진하게 된다.

이와 같이 피스톤(20)의 전진작동이 개시된 이후 상기 피스톤(20)의 도면상 우측단부의 감속위치 벽부(27)에 의해 보조실린더(30)상의 구멍(32)들이 막히게 되기 시작하면 상기 구멍(32)들을 통해 피스톤(20) 및 피스톤로드(21)의 유압통로(24)내로 들어 오는 제2 유압공급포트(13)로부터의 유량이 그만큼 막히게 되므로 이때부터 피스톤(20) 및 피스톤로드(21)의 감속진행이 시작되게 되고, 이러한 피스톤(20) 및 피스톤로드(21)의 진행속도의 감속은 상기 벽부(27)에 의해 구멍(32)들이 완전히 막힐 때까지 계속되어서 다이캐스팅 작업중 상기 피스톤(20) 및 피스톤로드(21)의 감속진행 및 그에 따른 용융금속(3)의 성형공동(2)내 감속 주입이 적시에 정확한 위치에서 이루어지게 되는 것이다. 도7은 위와 같은 작용하에 피스톤(20) 및 피스톤로드(21)가 완전히 전진되어진 상태를 보여 준다.

한편, 만들고자 하는 제품의 재료인 용융금속(3)의 종류와 그 응고특성에 따라서는 상기와 같은 피스톤(20) 및 피스톤로드(21)의 감속진행 개시위치를 달리 설정해 주는 것이 필요한 경우가 있다. 그럴 경우 본 발명의 사출실린더장치에 있어서는 감속위치 조정핸들(40)의 조작을 통해 이를 간단히 달성할 수 있도록 되어 있다. 즉, 상기 조정핸들(40)을 일측으로 회전시키면 핸들축(41)이 회전되면서 이에 일측단부가 나사결합되어 있는 보조실린더(30) 몸통이 그 핸들축(41)과의 결합나사산의 진행을 따라 도면상 좌측 또는 우측으로 직선 이동될 수가 있고, 이에 상응하여 상기 보조실린더(30)상의 구멍(32)들의 위치가 좌측 또는 우측으로 이동 변경되어지므로 상기 구멍(32)들이 감속위치 벽부(27)에 의해 막히기 시작하는 때로부터 개시되는 피스톤(20) 및 피스톤로드(21)의 감속진행 및 그에 따른 용융금속(3)의 성형공동(2)내 감속 주입시기를 상황에 맞추어 적합하게 조정해줄 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 구성,작용에 의해 다이캐스팅머신을 사용한 제품성형시 사출실린더의 고속 및 감속 작동위치를 기계적으로 정확히 제어하여 제품의 품질을 가일층 향상시키고, 또 용융금속의 비산과 불량발생, 장치의 수명단축 등과 같은 종래의 장치가 안고 있었던 문제점을 효과있게 해소할 수 있게 된 신규유용한 효과를 제공하는 것이다.

Claims (2)

1. 원통형 공간부(11)가 내부에 형성된 몸통을 가지고 그 몸통의 일측 및 타측에 제1 및 제2 유압공급포트(12)(13)를 형성구비한 주실린더(10)와, 피스톤로드(21)를 가진 그 몸통이 상기 공간부(11)를 따라 왕복이동될 수 있도록 주실린더(10)에 결합설치되고 그 외주면이 상기 공간부(11)의 내주면과 밀착접촉하며 내부 중심에는 그 일측단부가 유압작용면(25)으로 막혀 있고 타측단부는 구멍(26)들을 통해 상기 주실린더(10)의 공간부(11)와 연통되는 유압통로(24)가 형성되어 있는 피스톤(20)과, 그 일측단부가 구멍(32)들을 통해 상기 피스톤(20) 및 피스톤로드(21) 내부의 유압통로(24)와 연통되고 타측단부는 구멍(33)들을 통해 상기 주실린더(10)의 제2 유압공급포트(13)쪽으로 연통되는 유압통로(31)를 몸통내부에 형성하고 이와 같이 유압통로(31)가 형성된 몸통부분이 상기 피스톤(20) 및 피스톤로드(21)의 유압통로(24)내에 적정 간격을 가지고 위치하도록 주실린더(10)에 결합설치되는 보조실린더(30)를 포함하는 구성을 특징으로 하는 다이캐스팅머신의 사출실린더장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 주실린더(10)의 일측에 감속위치 지지부(14)가 마련되고, 이 지지부(14)에 상기 보조실린더(30)를 좌우로 이동시킬 수 있는 감속위치 조정핸들(40)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅머신의 사출실린더장치.