KR100435000B1 - 반응고 성형용 다이캐스팅 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보다 미세하고 균일한 구상화 입자를 얻는 동시에 에너지 효율의 개선, 제조비 절감, 기계적 성질의 향상, 주조공정의 간편화 및 제조시간 단축의 이점을 실현하기 위한 것으로, 일단에 플런저가 삽입되고, 타단이 성형 공동이 있는 성형 다이에 연결된 슬리브의 슬러리 제조 영역에 전자기장을 인가하고, 상기 슬러리 제조 영역에 금속재료를 주입하여 금속 슬러리를 형성하는 단계와, 상기 플런저를 압축하여 상기 금속 슬러리를 상기 성형 다이의 성형 공동에 주입하는 단계를 포함하는 반응고 성형용 다이캐스팅 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

Description

반응고 성형용 다이캐스팅 방법 및 그 장치{Die-casting process for rheocasting method and apparatus thereof}

본 발명은 반응고 성형용 다이캐스팅 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 결정핵 조직이 미세하고 균일하게 할 수 있는 반응고 성형용 다이캐스팅 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

반응고 성형법(rheocasting)이란 미처 응고되지 않아 소정의 점성을 갖는 반응고 금속 슬러리(slurry)를 주조 또는 단조하여 빌렛이나 최종 성형품을 제조하는 가공법을 말하는 것이다. 여기서, 반응고 금속 슬러리란 반응고 영역의 온도에서 액상과 구상의 결정립이 적절한 비율로 혼재한 상태에서 틱소트로픽(thixotropic)한 성질에 의해 작은 힘에 의해서도 변형이 가능하고, 유동성이 우수하여 액상과 같이 성형가공이 용이한 상태의 금속재료를 의미한다.

이러한 반응고 성형법은 반용융 성형법(thixoforming)과 아울러 반응고/반용융 성형법으로 불리는 데, 여기서, 반용융 성형법이란 반응고 성형법에 의해 제조된 빌렛을 다시 반용융 상태의 슬러리로 재가열한 후, 이 슬러리를 주조 또는 단조시켜 최종제품으로 제조하는 가공법을 말한다.

이러한 반응고/반용융 성형법은 주조나 용탕단조 등 금속재료를 이용하는 일반인 성형방법에 비해 여러 가지 장점을 갖고 있다. 예를 들면, 반응고/반용융 성형법에서 사용하는 슬러리는 금속재료보다 낮은 온도에서 유동성을 가지므로 이 슬러리에 노출되는 다이의 온도를 금속재료의 경우보다 더 낮출 수 있고, 이에 따라 다이의 수명이 길어질 수 있다. 또한, 슬러리가 실린더를 따라 압출될 때 난류(turbulence)의 발생이 적어, 주조과정에서 공기의 혼입을 줄일 수 있으며, 이에 따라 최종 제품에의 기공 발생을 저감시킬 수 있다. 그 외에도 응고 수축이 적고, 작업성이 개선되며, 제품의 기계적 특성과 내식성이 향상되고, 제품의 경량화가 가능하다. 이에 따라, 자동차 및 항공기 산업분야, 전기 전자 정보 통신 장비의 신소재로서 이용될 수 있다.

종래의 반응고 성형법은 금속재료를 냉각시킬 때에 주로 액상선 이하의 온도에서 교반시켜 이미 생성된 수지상(dendrite) 결정조직을 파괴함으로써 반응고 성형에 적합하도록 구형의 입자로 만드는 것이었으며, 교반방법으로는 기계적 교반법(mechanical stirring)과 전자기적 교반법(electromagnetic stirring), 개스 버블링, 저주파, 고주파 또는 전자기파 진동을 이용하거나 전기적 충격에 의한 교반법 (agitation) 등이 이용되었다.

예를 들어, 미국특허 제3,948,650호에는 액상-고상 혼합물 (liquid-solid mixture)을 제조하는 방법 및 그 장치가 개시되어 있는데, 이 방법에서는 금속재료가 고상화되는 동안 이를 강하게 교반하면서 냉각시킨다. 또한, 개시된 반응고 금속 슬러리 제조장치는 용기에 고-액 혼합물을 주입한 상태에서 교반봉에 의해 교반하는 데, 이 교반봉은 소정의 점성을 가진 고-액 혼합물을 저어주어 유동시킴으로써 혼합물 내의 수지상 구조를 파쇄하거나 파쇄된 수지상 구조를 분산시키는 것이다. 상기와 같은 제조방법에서는 냉각과정에서 이미 형성된 수지상 결정형태를 분쇄하여 이를 결정핵으로 하여 구상의 결정을 얻으려는 것으로, 초기 응고층의 형성에 따른 잠열 발생으로 인해 냉각속도의 감소와 제조시간의 증가 및 교반 용기 내에서의 온도 불균일로 인한 불균일한 결정 상태 등 많은 문제점을 수반한다. 또한, 상기 제조장치의 경우에도 기계적 교반이 갖는 한계로 인하여 용기 내의 온도분포가 불균일하며, 챔버 내에서 작동하기 때문에 작업 시간 및 후속 공정으로의 연계가 매우 어려운 한계를 갖는다.

미국특허 제4,465,118호에는 반응고 합금 슬러리 (semi-solid alloy slurry)의 제조방법 및 장치가 개시되어 있는데, 코일을 갖춘 전자기장 인가 수단의 내측에 순차로 냉각 매니폴드 및 금형이 구비되어 있고, 금형의 상측은 금속재료가 연속하여 주입되도록 형성되어 있으며, 냉각 매니폴드에는 냉각수가 흘러 금형을 냉각시킨다. 반응고 합금 슬러리의 제조방법은, 먼저, 상기 금형의 상측으로부터 금속재료를 주입하고, 이 금속재료가 금형 내를 통과하면서 먼저 냉각 매니폴드에 의해 고상화 영역(solidification zone)을 형성하게 되며, 여기서 전자기장 인가 수단에 의해 자기장이 인가되어 수지상 조직을 파쇄시키면서 냉각이 진행되고, 마침내 하부로부터 인곳(ingot)이 형성되는 것이다. 그런데, 이러한 제조방법 및 장치에 있어서도, 그 기본적인 기술적 사상은 응고가 일어난 후에 진동을 가해 수지상 조직을 파쇄한다는 것으로, 이도 역시 전술한 바와 같은 공정상 및 조직 구성상의 많은 문제를 갖는다. 또한, 상기 제조장치의 경우에도 금속재료가 상부에서 하부로 진행하면서 연속하여 인곳을 형성하는 것이나, 연속하여 성장하도록 함으로써 금속의 상태를 조절하기가 매우 어려우며, 전체적인 공정 제어가 곤란하다. 뿐만 아니라, 전자기장의 인가 이전의 단계에서 이미 상기 용기를 수냉시키므로 용기 벽체 부근과 중심부근에서의 온도차가 심하게 되는 한계가 있다.

이 밖에도 반응고/반용융 성형법은 후술하는 바와 같이, 다양하게 존재하나 모두 전술한 바와 같이 이미 형성된 수지상 조직을 파쇄하여 이를 결정핵으로서 사용한다는 기술적 사상을 근간에 두고 있어 전술한 특허와 동일한 문제들을 지니고있다.

미국특허 4,694,881호는 합금 중의 모든 금속 성분이 액체 상태로 존재하도록 합금을 가열한 다음, 얻어지는 액체 금속을 액상선과 고상선 사이의 온도로 냉각시킨 다음 전단력을 인가하여 냉각되는 금속재료으로부터 형성되는 수지상 조직를 파괴함으로써 반용융 성형재 (thixotropic materials)를 제조하는 방법을 개시하고 있다.

일본 공개특허공보 특개평11-33692호에는 액상선 온도 부근 또는 액상선보다 50℃까지 높은 온도에서 금속재료를 용기에 주입한 다음, 금속재료가 냉각되는 과정에서 금속재료의 적어도 일부가 액상선 온도 이하로 되는 시점, 즉 최초로 액상선 온도를 통과하는 시점에서, 예를 들어 초음파 진동 등에 의해, 금속재료에 운동을 가한 다음 서서히 냉각시킴으로써 입상결정형태의 금속조직을 가진 반응고 주조용 금속 슬러리를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에서도, 초음파진동 등의 힘이 냉각초기에 형성되는 수지상 결정조직을 파쇄하기 위해 사용되고 있다. 또한, 주탕온도를 액상선온도보다 높은 수준으로 하면, 입상의 결정형태를 얻기 어렵고, 동시에, 용탕을 급격히 냉각하기 어렵다. 뿐만 아니라, 표면부와 중심부의 조직이 불균일하게 된다.

또한, 일본 공개특허공보 특개평10-128516호에 개시된 반용융 금속의 성형방법에서는 금속재료를 용기에 주입한 다음 진동바를 금속재료 중에 침적시켜 금속재료과 직접 접촉시킨 상태로 진동시켜 금속재료에 진동을 부여한다. 이에 따라 진동바의 진동력을 금속재료에 전달함으로써, 액상선 온도 이하에서 결정핵을 가진 고액공존상태의 합금을 형성한 후, 소정의 액상율을 나타내는 성형온도까지 금속재료를 용기내에서 냉각하면서 30초 내지 60분간 유지함으로써 상기 결정핵을 성장시켜 반용융 금속을 얻는다. 그러나, 이 방법에 의해 얻어진 결정핵의 크기는 약 100㎛이고, 공정소요시간도 상당이 길며, 소정 크기 이상의 용기에 적용하기 곤란한 문제가 있다.

미국특허 제6,432,160호에는 냉각과 교반을 동시에 정밀하게 제어함으로써 반용융 금속 슬러리를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 구체적으로는, 금속재료를 혼합용기 (mixing vessel)에 주입한 후, 혼합용기 주위에 설치된 고정자 어셈블리(stator assembly)를 작동시켜 용기내의 금속재료를 급속하게 교반하기에 충분한 기자력 (magnetomotive force)을 발생시키고, 혼합용기 주위에 설치되어 용기 및 금속재료의 온도를 정밀하게 조절하는 작용을 하는 써멀 자켓 (thermal jacket)을 이용하여 금속재료의 온도를 급속하게 떨어뜨린다. 금속재료가 냉각될 때 금속재료는 계속적으로 교반되며, 고상율 (solid fraction)이 낮을 때는 빠른 교반을 제공하도록 하고 고상율이 증가함에 따라 증대된 기전력을 제공하도록 하는 방식으로 조절된다.

이상 설명한 바와 같은 종래의 반응고/반용융 성형방법 및 장치들은 냉각과정에서 이미 형성된 수지상 결정형태를 분쇄하여 입상의 금속 조직으로 만들기 위해 전단력을 이용하고 있다. 즉, 금속재료의 적어도 일부가 액상선 이하로 온도가 내려갔을 때에야 비로소 진동 등의 힘을 가하므로 초기 응고층의 형성에 따른 잠열발생으로 인해 냉각속도의 감소와 제조시간의 증가 등 각종 문제를 피하기 어렵다. 또한, 이에 따라 형성된 금속 조직도 용기 내에서의 온도의 불균일로 인해 전체적으로 균일하고 미세한 조직을 얻기 어려우며, 금속재료의 용기로의 주입 온도를 조절하지 않으면 용기 벽면부와 중심부의 온도차로 인해 조직의 불균일성은 더욱 증대되게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 보다 미세하고 균일한 구상화 입자를 얻는 동시에 에너지 효율의 개선, 제조비 절감, 기계적 성질의 향상, 주조공정의 간편화 및 제조시간 단축의 이점을 실현할 수 있는 반응고 성형용 다이캐스팅 방법 및 그 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 단시간에 고품질의 반응고 다이캐스팅 제품을 제조하는 것이다.

도 1은 본 발명의 반응고 성형용 다이캐스팅 방법을 나타내는 그래프,

도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반응고 성형용 다이캐스팅 장치를 개략적으로 도시한 구성도,

도 4는 본 발명의 반응고 성형용 다이캐스팅 장치 중 슬리브의 다른 일 실시예를 나타내는 부분 단면도,

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 반응고 성형용 다이캐스팅 장치를 개략적으로 도시한 구성도,

도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 반응고 성형용 다이캐스팅 장치를 개략적으로 도시한 구성도,

도 8 및 도 9는 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 반응고 성형용 다이캐스팅 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일단에 플런저가 삽입되고, 타단이 성형 공동이 있는 성형 다이에 연결된 슬리브의 슬러리 제조 영역에 전자기장을 인가하고, 상기 슬러리 제조 영역에 금속재료를 주입하여 금속 슬러리를 형성하는 단계와, 상기 플런저를 압축하여 상기 금속 슬러리를 상기 성형 다이의 성형 공동에 주입하는 단계를 포함하는 반응고 성형용 다이캐스팅 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 슬리브는 지면에 수평하도록 배치되고, 상기 슬리브의 슬러리 제조 영역은 슬리브 내에 설치되어 개폐가능한 개폐 도어와 상기 플런저에 의해 형성된 영역일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 슬리브는 지면에 경사지도록 배치되고, 상기 슬리브의 슬러리 제조 영역은 일단이 상기 플런저에 의해 폐쇄되어 형성된 영역일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 슬리브는 상기 플런저가 삽입된 일단부가 지면에 대해 소정 각도로 회동되도록 구비되고, 상기 슬리브의 슬러리 제조 영역은 일단이 상기 플런저에 의해 폐쇄되어 형성된 영역일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 슬리브는 상기 플런저가 삽입된 일단부가 지면을 향하도록 지면에 대해 수직하게 배치되고, 상기 슬리브의 슬러리 제조 영역은 일단이 상기 플런저에 의해 폐쇄되어 형성된 영역일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 전자기장의 인가는 상기 슬러리 제조 영역에 금속재료를 주입하기 이전에 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 전자기장의 인가는 상기 슬러리 제조 영역에 금속재료를 주입함과 동시에 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 전자기장의 인가는 상기 슬러리 제조 영역에 금속재료를 주입하는 도중에 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 전자기장의 인가는 적어도 상기 슬러리 제조 영역 내의 금속재료의 고상율이 0.001 내지 0.7에 이를 때까지 지속될 수 있고, 바람직하게는 0.001 내지 0.4에 이를 때까지 지속될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 0.1에 이를 때까지 지속될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 전자기장이 인가되어 있는 슬리브의 슬러리 제조 영역에 금속재료를 주입한 후에 상기 금속재료를 냉각시키는 단계가 더 포함될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 냉각단계는 상기 금속재료를 0.1 내지 0.7의 고상율에 이를 때까지 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 냉각 단계는 상기 금속재료를 0.2℃/s 내지 5.0℃/s의 속도로 냉각하는 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 냉각 단계는 상기 금속재료를 0.2℃/s 내지 2.0℃/s의 속도로 냉각하는 것일 수 있다.

본 발명은 또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 내측에 공간부를 구비하고, 소정의 전자기장을 상기 공간부에 인가하는 교반부와, 상기 공간부를 관통하도록 설치된 것으로, 상기 전자기장이 인가되어 있는 동안, 또는 상기 전자기장의 인가와 동시에 용융 상태의 금속재료가 주입되는 슬리브와, 상기 슬리브의 일단에 연결되어 소정의 성형품을 형성하는 것으로, 이동 다이와 고정 다이에 의해 소정의 성형 공동이 구비된 성형 다이와, 상기 슬리브의 타단에 삽입되어 제조된 슬러리를 가압하는 플런저를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응고 성형용 다이캐스팅 장치.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 상기 슬리브는 지면에 수평하도록 배치되고, 상기 성형 다이가 연결된 일단부에 인접하여 상기 슬러리가 제조되는 동안 상기 성형 다이측 주입구를 폐쇄하고 상기 플런저의 가압 시 개방되는 개폐 도어가 더 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 슬리브 중 적어도 일부는 상기 플런저가 삽입된 타단부가 지면을 향하도록 지면에 대해 경사지게 배치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 슬리브는 상기 플런저가 삽입된 타단부가 지면을 향하도록 지면에 대해 소정각도로 회동되도록 구비된 제1슬리브와, 지면에 평행한 제2슬리브로 구비되고, 상기 제1슬리브는 회동되어 상기 제2슬리브에 결합되도록 가동되며, 상기 공간부에는 상기 제1슬리브가 배치될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 슬리브는 상기 플런저가 삽입된 타단부가 지면을 향하도록 지면에 대해 수직하게 배치되고, 승강운동이 가능하도록 구비되어 상기 성형 다이와 서로 착탈 가능한 것으로, 상기 슬리브는 상기 슬러리가 제조된 후에 상기 플런저와 함께 상승하여 상기 성형 다이에 결합되고, 상기 슬리브가 결합된 후에 상기 플런저가 상기 슬러리를 가압하는 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 교반부는 상기 슬리브에 금속재료가 주입되기 이전에 전자기장을 인가하는 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 교반부는 상기 슬리브에 금속재료가 주입됨과 동시에 전자기장을 인가하는 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 교반부는 상기 슬리브에 금속재료가 주입되는 도중에 전자기장을 인가하는 것일 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 교반부는 전자기장의 인가를 적어도 상기 슬리브 내의 금속재료의 고상율이 0.001 내지 0.7에 이를 때까지 지속할 수 있고, 바람직하게는 0.001 내지 0.4에 이를 때까지 지속할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 0.1에 이를 때까지 지속할 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 슬리브에는 온도 조절 장치가 더 부가될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 온도 조절 장치는 상기 슬리브에 설치된 냉각 장치 및 상기 슬리브 외측 벽에 형성된 전기 히터 중 적어도 어느 하나로 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 온도 조절 장치는 상기 슬리브 내의 금속재료를 0.1 내지 0.7의 고상율에 이를 때까지 냉각시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 온도 조절 장치는 상기 슬리브 내의 금속재료를 0.2℃/s 내지 5.0℃/s의 속도로 냉각시킬 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 상기 온도 조절 장치는 상기 슬리브 내의 금속재료를 0.2℃/s 내지 2.0℃/s의 속도로 냉각시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.

먼저, 도 1을 참조로 본 발명의 반응고 성형용 다이캐스팅 방법을 살펴본다.

전술한 종래 기술들에서 볼 수 있는 바와 달리, 본 발명의 반응고 성형용 다이캐스팅 방법은 슬리브에 금속재료를 주입하여 슬러리를 제조한 후 이를 성형 다이에 주입하여 성형품을 다이캐스팅하는 것이다. 이 때, 본 발명에서는 상기 슬리브에의금속재료의 주입이 완료되기 전에 전자기장에 의한 교반을 행한다. 즉, 슬리브에 금속재료를 주입하기 전, 슬리브에 금속재료를 주입함과 동시, 또는 슬리브에 금속재료를 주입하는 도중에 전자기장에 의한 교반을 실시함으로써, 초기 수지상 조직의 생성을 차단하는 것이다. 이 때, 상기 교반으로는 전자기장 대신 초음파 등이 이용될 수도 있다. 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

즉, 소정의 공간부에 금속재료가 주탕되지 않고 비어있는 슬리브를 배치시키고, 이렇게 비어있는 슬리브의 소정 영역, 슬러리 제조 영역에 전자기장을 인가해 준다. 이 때, 전자기장의 인가는 금속재료를 교반할 수 있는 세기로 이루어진다.

그 다음으로, 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 금속재료를 주탕온도 Tp에서 슬리브의 슬러리 제조 영역에 주입하는 데, 이 슬러리 제조영역에는 전자기장이 인가되어 교반이 이루어지고 있는 상태가 될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 금속재료의 주탕과 동시에 상기 전가기장 교반이 행해질 수도 있고, 또는 금속재료가 주탕되고 있는 도중에 전자기장 교반이 행해질 수도 있다.

이렇게 상기 슬리브에 금속재료의 주입이 완료되기 전에 전자기 교반을 행함에 따라, 금속재료가 저온의 슬리브 내벽에서의 초기 응고층으로부터 수지상 조직으로 성장해 나가는 일이 없게 되고, 슬러리 제조영역 전체에 걸쳐 미세한 결정핵들이 동시에 발생하게 되며, 슬러리 제조영역 내의 금속재료 전체가 균일하게 액상선 온도 직하로 급속히 냉각되어 다수의 결정핵을 동시에 발생시킬 수 있다.

이는 슬러리 제조영역에 금속재료를 주입하기 이전 또는 주입과 동시에 전자기장을 인가함으로써 활발한 초기 교반작용으로 인해 내부의 금속재료과 표면의 금속재료가 잘 교반되어 금속재료 내에서의 열전달이 빠르게 일어나고, 슬리브 내벽에서의 초기 응고층 형성이 억제되기 때문이다. 또한, 잘 교반되고 있는 금속재료과 저온의 슬리브 내벽과의 대류 열전달이 증가하여 금속재료 전체의 온도를 급속히 냉각시키게 된다. 즉, 주입된 금속재료가 주입과 동시에 전자기장 교반에 의해 분산 입자들로 흩어지고 이 분산 입자들이 결정핵으로서 슬리브 내에 고루 분포하게 되며, 이에 따라 슬러리 제조 영역 전체에 걸쳐 온도차가 발생하지 않게 되는 것이다. 반면, 종래기술들에 의하면 주입된 금속재료가 저온의 슬리브 내벽과 접촉하여 급속한 대류열전달에 의해 슬리브 내벽에서의 초기 응고층에서 수지상 결정으로 성장하게 되는 것이다.

이러한 원리는 응고잠열과 관련하여 설명될 수도 있는 데, 즉, 슬리브의 내벽면에서의 금속재료의 초기 응고가 발생되지 않으므로, 응고잠열의 발생이 없게 되고, 이에 따라 금속재료의 냉각은 단지 금속재료의 비열 (응고잠열의 1/400 정도에 불과함)에 해당하는 정도의 열량의 방출만으로 가능하게 된다. 따라서, 종래기술과 같이 슬리브의 내측 벽면부에서 흔히 발생되는 초기 응고층인 수지상 결정이 형성됨이 없이, 슬러리 제조영역 내의 금속재료가 슬리브의 벽면으로부터 중심부에 걸쳐 전체적으로 균일하고 급속하게 온도가 저하되는 양상을 나타낸다. 그에 소요되는 시간은 금속재료의 주입 후 1 내지 10초 정도의 짧은 시간에 불과하다. 이에 따라, 다수의 결정핵이 슬러리 제조영역 내의 금속재료 전체에 걸쳐 균일하게 생성되며, 결정핵 생성밀도의 증가로 결정핵간의 거리는 매우 짧아지게 되어 수지상 결정이 형성되지 않고 독립적으로 성장하여 구상입자를 형성하게 된다.

이는 금속재료가 주탕되고 있는 도중에 전자기장이 인가되는 경우에도 마찬가지이다. 금속재료가 주탕되고 있는 도중에 전자기장이 인가되는 경우에는 비록 슬리브 내벽면에 초기 응고층이 형성되어 있다 하더라도, 주입되는 과정에서의 전자기장 교반에 의해 이들 초기 응고층은 더 이상 수지상 조직으로의 성장이 이루어지지 않게 되는 것이다. 그리고, 그 이후의 효과는 전술한 바와 같다.

이 때, 상기 금속재료의 주탕 온도 Tp는 액상선 온도 내지 액상선 + 100℃ 사이의 온도(용탕 과열도, melt superheat=0℃~100℃)로 유지되는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 금속재료가 담긴 슬러리 제조영역의 내부 전체가 균일하게 냉각되므로, 슬리브에 금속재료를 주입하기 전에 액상선 온도 부근까지 냉각할 필요가 없고 액상선 온도보다 100℃ 정도의 높은 온도를 유지해도 무방하기 때문이다. 반면, 금속재료를 슬러리 제조용기에 주입한 후 금속재료의 일부가 액상선 이하로 되는 시점에서 용기에 전자기장을 인가하는 종래의 방법에서는 용기의 벽면에 초기응고층이 형성되면서 응고잠열이 발생되는데, 응고잠열은 비열의 약 400배 정도이므로 용기 전체의 금속재료의 온도가 떨어지기에는 많은 시간이 걸릴 수밖에 없다. 따라서, 이러한 종래 방법에서는 액상선 정도 또는 액상선보다 50℃ 정도 높은 온도까지 금속재료의 온도를 냉각시킨 다음 용기에 주입하는 것이 일반적이었다. 따라서, 이 때에는 주입되는 금속재료의 온도가 적정 온도가 될 때까지 기다릴 필요가 있게 되는 데, 이를 조절하는 것은 실제 공정에서 매우 까다로운 일이다.

또한, 본 발명에 있어 상기 전자기장 교반을 종료하는 시점은도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 슬리브 내의 금속재료가 적어도 일부분이라도 그 온도가 액상선 온도(T_ℓ) 이하로 내려왔을 때에, 즉, 고상율이 0.001 정도로 소정의 결정핵이라도 형성된 이후라면 상기 전자기장 교반을 어느 때 종료하더라도 크게 문제될 여지가 없다. 즉, 슬리브의 슬러리 제조영역에 금속재료를 주입하고 이 금속재료를 냉각시키는 단계 및 후속하는 가압에 따라 성형다이로 주입하는 단계까지 상기 전자기장 교반을 가해도 무방한 것이다. 이는 이미 슬리브의 슬러리 제조영역 전체에 걸쳐 결정핵이 고르게 분포되어 있기 때문에 이 결정핵을 중심으로 하여 결정립이 성장하는 단계에서의 전자기장 교반은 제조되는 금속 슬러리의 특성에 영향을 미치지 않기 때문이다.

다만, 상기와 같은 전자기장 교반은 슬리브 내에서 금속 슬러리를 제조하는 동안에만 가하여도 충분하므로, 적어도 금속재료의 고상율이 0.001 내지 0.7 중 어느 시점에 이를 때까지라도 지속할 수 있고, 에너지 효율면에서는, 적어도 슬러리 제조 영역 내의 금속재료의 고상율이 0.001 내지 0.4가 될 때까지 지속할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 금속재료의 고상율이 0.001 내지 0.1이 될 때까지 지속할 수 있다.

한편, 슬러리 제조 영역에 금속재료를 주입하여, 균일한 분포의 결정핵을 형성한 후에는 상기 슬러리 제조 영역을 냉각시켜 상기 생성된 결정핵의 성장을 가속시킨다. 따라서, 이러한 냉각 단계는 슬러리 제조 영역에 금속재료를 주입할 때부터 이루어지도록 하여도 무방하다. 또한, 전술한 바와 같이, 이 냉각 단계 동안에도 전자기장은 지속적으로 인가되어도 무방하다.

한편, 이러한 냉각 단계는 가압에 따라 슬러리를 성형 다이에 주입하는 단계까지 지속될 수 있는 데, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 금속재료가 0.1 내지 0.7의 고상율에 이르는 시점(t2)까지 냉각 단계를 유지시킬 수도 있다. 이 때, 금속재료의 냉각속도는 0.2℃/sec 내지 5.0℃/sec 정도가 될 수 있으며, 이는 또한 결정핵의 분포도 및 입자의 미세도 등에 따라 0.2℃/sec 내지 2.0℃/sec 로 할 수도 있다.

이러한 방법에 따라 소정의 고상율을 지닌 반응고 상태의 금속 슬러리를 제조할 수 있으며, 이를 곧바로 가압하여 성형 다이의 성형 공동에 주입하여 다이캐스팅할 수 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같은 방법에 따르면, 반응고 상태의 금속 슬러리를 제조하는 시간을 매우 현격히 단축시킬 수 있는 데, 상기 금속재료의 슬리브로의 주입시점으로부터 고상율 0.1 내지 0.7의 금속 슬러리 형태의 금속재료로 형성되는 시점까지 소요되는 시간은 30초 내지 60초에 불과하다. 이에 따라 제조된 금속 슬러리를 사용하여 다이캐스팅하게 되면 균일하고 치밀한 구상(球狀)의 결정구조를 갖는 성형품을 얻을 수 있다.

이러한 반응고 성형용 다이캐스팅 방법은 상기 슬리브가 지면에 수평한 수평식, 지면에 경사진 경사식, 지면에 수직한 수직식 모두에 적용될 수 있다.

만일, 상기 슬리브가 지면에 수평하도록 배치되어 있는 경우에는 상기 슬리브의 슬러리 제조 영역은 슬리브 내에 설치되어 개폐가능한 개폐 도어와 상기 플런저에 의해 형성된 영역이 될 수 있으며, 상기 슬리브가 지면에 경사지도록 배치되어 있는 경우에는, 상기 슬리브의 슬러리 제조 영역은 일단이 상기 플런저에 의해 폐쇄되어 형성된 영역이 될 수 있다. 또한, 상기 슬리브가 상기 플런저가 삽입된 일단부가 지면을 향하도록 지면에 대해 수직하게 배치되어 있는 경우에는, 상기 슬리브의 슬러리 제조 영역은 일단이 상기 플런저에 의해 폐쇄되어 형성된 영역이 될 수 있다. 이러한 슬리브의 배치에 따른 다이캐스팅 장치의 각 구조에 대해서는 후술하도록 한다.

이상 설명한 바와 같은 반응고 성형용 다이캐스팅 방법은 도 2 및 도 3에 따른 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의해 실현될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반응고 성형용 다이캐스팅 장치는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 내측에 공간부(12)를 구비하고 전자기장 인가용 코일장치(11)가 상기 공간부(12)를 둘러싸도록 구비된 교반부(1)와, 상기 교반부(1) 내의 공간부(12)에 구비되는 슬리브(2)와, 상기 슬리브(2)의 일단에 연결되는 성형 다이(4)와, 상기 슬리브(2)의 타단에 삽입되는 가압용 플런저(3)로 구비된다.

상기 교반부(1)는 내측에 공간부(12)를 구비하고, 이 공간부(12)를 둘러싸도록 전자기장 인가용 코일장치(11)가 배설되어 있다. 이 공간부(12)와 전자기장 인가용 코일장치(11)는 별도의 프레임 구조(미도시)에 의해 고정된다. 상기 전자기장 인가용 코일장치(11)는 소정 세기의 전자기장을 상기 공간부(12)를 향하여 발산하도록 구비된 것으로, 공간부(12) 내에 수용된 슬리브(2)에 주입되는 금속재료를 전자기 교반하고, 제어부(미도시)에 전기적으로 연결되어 그 세기 및 작동 시간 등이 조절된다. 상기와 같은 전자기장 인가용 코일장치(11)는 통상의 전자기 교반에 사용될 수 있는 코일장치면 어떠한 것이든 적용될 수 있다. 이러한 교반부는 전자기장 외에 초음파 교반을 행하도록 구비될 수도 있다.

한편, 상기 전자기장 인가용 코일장치(11)는 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 슬리브(2)에 형성된 탕구(21)를 중심으로 하여, 탕구(21)로부터 연장된 주탕용 치구(23)의 주위에 배설된다. 이에 따라 슬리브(2)에 주입되는 금속재료는 주입의 단계에서부터 철저히 교반이 이루어지도록 하는 것이다.

본 발명에 따른 슬리브(2)는 전자기장 교반에 의해 금속재료를 반응고 슬러리(slurry)로 제조하는 슬러리 제조용기의 기능과 제조된 슬러리를 성형 다이(4)로 안내하는 기능을 겸비한다.

상기 슬리브(2)는 일단부로 성형 다이(4)에 연결되고, 타단부로 플런저(3)가 삽입된 것으로, 통상(筒狀)으로 구비되어 상기 교반부(1)의 공간부(12) 내에 설치된다. 슬리브(2)의 상부에는 금속재료가 주입될 수 있도록 탕구(21)가 형성되고, 이 탕구(21)에는 래이들(5)로부터의 주탕이 용이하도록 깔때기 형상의 주탕용 치구(22)가 교반부(1) 외측으로 연장되어 있다.

상기 슬리브(2)는 금속재로 구비될 수 있고, 알루미나 또는 질화 알루미늄 같은 절연성 소재로 구비할 수도 있다. 금속재로 구비될 경우, 그 융점이 수용되는 금속재료의 온도보다 높은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 도면에 도시하지는 않았지만 별도의 열전대를 내장시키고, 이 열전대를 제어부(미도시)에 연결시켜 온도 정보를 제어부로 송출시키도록 할 수 있다.

도 2 및 도 3에서 볼 수 있는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 슬리브(2)는 지면에 수평하도록 배치되고, 탕구(21)를 통해 주입된 금속재료를 반응고 슬러리로 제조하기 위하여 상기 성형 다이(4)가 연결된 일단부에 인접한 위치에 개폐 도어(23)를 구비한다. 이 개폐 도어(23)는 상기 슬리브(2) 내에서 슬러리가 제조되는 동안에는 폐쇄되었다가 제조된 반응고 슬러리를 플런저(3)가 가압할 경우에 개방된다. 이렇게, 슬리브(2)의 일측은 개폐 도어(23)에 의해 폐쇄되고, 타측은 플런저(3)에 의해 폐쇄되어 슬리브가 슬러리 제조용기로서의 기능을 수행할 수 있도록 하는 것이다.

뿐만 아니라, 상기 슬리브(2)는 도 2 및 도 3에서 볼 수 있듯이, 단지 금속재료를 수용할 수 있도록 형성될 수도 있지만, 도 4에서 볼 수 있듯이, 온도 조절장치(24)를 더 구비할 수도 있다. 이 온도 조절장치(24)는 냉각 장치 및 가열 장치가 단독 또는 복합적으로 적용될 수 있는 것으로, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 냉각 장치는, 예컨대, 냉각수 파이프(25)가 워터 자켓 형태로 상기 슬리브(2)의 외측을 둘러 싸도록 할 수 있으며, 가열 장치는 슬리브(2)의 외측에 형성된 전기 히터(미도시)일 수 있다. 상기 냉각수 파이프(25)는 슬리브(2) 외측 벽에 별도의 고정 블록(26)에 설치된다. 그리고 상기 슬리브(2)에는 열전대를 내장시킬 수 있음은 물론이다.

이러한 냉각수 파이프(25) 및 전기 히터(미도시)에 의해 슬리브 내에 수용된 금속재료는 적정한 속도로 냉각될 수 있다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같은 슬리브(2) 및 그 온도 조절 장치(24)는 이하 설명될 본 발명의 모든 실시예에 그대로 적용될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 슬리브(2)의 타단에 삽입되는 플런저(3)는 별도의 가압장치(미도시)에 연결되어 슬리브(2) 내를 피스톤 왕복운동을 하는 것으로, 슬리브(2) 내에서 반응고 슬러리의 제조가 완료되면 성형 다이(4)의 방향으로 전진하여 슬러리를 성형 다이(4)에 주입한다.

상기 슬리브(2)의 일단에 연결되는 성형 다이(4)는 이동 다이(41)와 고정 다이(42)를 포함하여 구성된다. 이러한 이동 다이(41)와 고정 다이(42)가 만나 소정 형상의 성형 공동(43)을 형성하게 되는 데, 상기 고정 다이(42)에는 상기 성형 공동(43)으로 반응고 상태의 슬러리가 주입되도록 주입구(44)가 가공되어 있다. 이들 이동 다이(41)와 고정 다이(42)는 각각 지지 플레이트(45a)(45b)에 설치되며, 이 지지 플레이트(45a)(45b)는 본 발명에 의한 다이캐스팅 장치가 설치되는 기계 설비에 부착되어 상기 이동 다이(41)와 고정 다이(42)를 지지한다. 상기 이동 다이(41)는 성형이 완료되면 상기 고정 다이(42)로부터 분리되어 성형 공동(43)에 형성된 성형품을 분리해 낼 수 있도록 한다.

다음으로, 도 1 내지 도 3을 참조로 상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반응고 성형용 다이캐스팅 장치의 작용을 설명한다.

먼저, 도 2에서 볼 수 있듯이, 교반부(1)에서 전자기장 인가용 코일장치(11) 의해 공간부(12) 내에 소정 주파수 및 강도로 전자기장이 인가되도록 한다. 인가되는 전자기장의 전압, 주파수, 강도는 각각 250V, 60Hz, 500Gauss가 될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

이 상태에서 별도의 로에서 용융된 금속재료를 레이들과 같은 주입 용기(5)에 의해 이송하여 전자기장의 영향 하에 있는 슬리브(2) 내의 슬러리 제조영역으로 주입한다. 이 때, 로와 슬리브를 직접 연결하여 용융된 액상의 금속재료가 곧바로 슬리브 내로 주입되도록 할 수도 있다. 또한, 이 때의 상기 금속재료는 전술한 바와 같이, 액상선 + 100℃의 온도가 되어도 무방하다.

이처럼, 완전히 용융되어 액상인 금속재료를 전자기 교반이 진행되고 있는 슬리브(2)내에 주입하면, 슬리브(2) 전체에 걸쳐 미세한 재결정 입자들이 분포하게 되며, 이 재결정 입자들은 빠르게 성장하여 수지상 구조의 생성이 일어나지 않게 된다.

상기 전자기장의 인가는 이 밖에도 금속재료의 주입과 동시에 가해지거나, 금속재료가 주입되는 도중에 가해질 수도 있음은 전술한 바와 같다.

또한, 상기 전자기장의 인가는 전술한 바와 같이, 성형 공동으로 슬러리를 주입할 때까지 행할 수 있다. 따라서, 전자기장의 인가는 적어도 금속재료의 고상율이 0.001 내지 0.7일 때까지 지속할 수 있다. 다만, 에너지 효율 상, 금속재료의 주입 후 그 고상율이 0.001 내지 0.4가 될 때까지 지속하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 고상율이 0.001 내지 0.1이 될 때까지 지속할 수 있다. 이러한 시간은 미리 실험에 의해 알아낼 수 있으며, 이렇게 해서 정해진 시간 동안 전자기장을 인가하는 것이다.

전자기장의 인가가 종료된 후 또는 전자기장의 인가가 지속되고 있는 동안에 상기 슬리브(2)는 0.1 내지 0.7의 고상율에 이를 때까지 소정의 속도로 냉각되어 반응고 금속 슬러리를 제조하게 된다. 이 때, 상기 냉각 속도는 슬리브(2)외측에 설치된 온도 조절장치에 의해 조절되어 0.2℃/sec 내지 5.0℃/sec의 속도가 될 수 있으며, 더 바람직하게는 0.2℃/sec 내지 2.0℃/sec의 속도가 될 수 있다.

이렇게 반응고 금속 슬러리를 제조한 후에는 개폐 도어(23)를 개방하고, 도3에서 볼 수 있듯이, 플런저(3)를 이용해 슬러리를 가압하여 성형 다이(4)로 주입한다. 플런저(3)에 의해 가압된 슬러리는 성형 다이(4)의 주입구(44)를 통해 성형 공동(43) 내로 주입되어 성형되며, 여기서 급속히 냉각되어 성형 공동(43)의 형상에 대응된 성형품을 제조하게 되는 것이다. 성형이 종료된 후에는 이동다이(41)가 후퇴되어 성형 다이(4)가 분리되고, 이에 따라 성형 공동(43)으로부터 성형품을 인출해 낸다.

이렇게 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반응고 성형용 다이캐스팅 장치에 따르면 미세하고 균일한 조직의 성형품을 간단한 방법에 의해 얻을 수 있을 뿐 아니라, 반응고 금속 슬러리를 제조하는 시간을 현격히 단축시킬 수 있어 전체 공정 시간을 줄일 수 있으며, 이에 따라 에너지 절감 및 생산성 향상 효과를 증대시킬 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 일 실시예에 따른 반응고 성형용 다이캐스팅 장치를 나타낸 것으로, 전술한 실시예와 다른 점은 슬리브(2)를 플런저(3)가 삽입되는 타단부가 지면을 향하도록 지면에 대해 경사지게 배치한다는 것이다. 이하에서는 전술한 실시예와 구별이 되는 부분을 중심으로 설명한다.

본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 반응고 성형용 다이캐스팅 장치는 도 5에서 볼 수 있듯이, 슬리브(2)가 지면에 대해 경사지도록 배치되어 있어 슬러리 제조 기간동안 슬러리의 성형 다이로의 진입을 막기 위한 개폐 도어를 구비할 필요가 없다. 즉, 탕구(21)를 통해 주입된 금속재료는 경사지게 배치된 슬리브(2)의 플런저(3) 부근에 고여 있게 되므로, 슬리브(2) 내에 별도의 개폐 도어를 구비할 필요가 없는 것이다. 다만, 이 때에는 플런저(3)에 의해 슬리브(2) 내의 슬러리를 가압할 때에 탕구(21)를 막을 수 있는 탕구 개폐용 도어를 구비하는 것이 바람직할 것이다. 슬리브(2)의 경사 각도는 설계 조건에 따라 다양하게 조절되도록 할 수 있는 데, 경사에 따라 슬리브(2) 내부에 금속재료가 고여 있을 수 있는 정도라만 어떠한 각이건 무방하다.

이렇게 슬리브(2)를 경사지게 형성함에 따라 도 5에서 볼 수 있듯이, 슬리브(2)의 타단에 연결되는 성형 다이(4)도 전체적으로 경사지게 배치된다. 그러나, 이렇게 성형 다이(4)를 경사지게 배치하는 것은 전체 기계 설비와의 적용에 있어 한계를 낳을 수 있으므로, 도 6 및 도 7에서 볼 수 있듯이, 상기 성형 다이(4)는 지면에 수평하도록 배치하고, 슬리브의 슬러리 제조영역만을 가동시키는 구조로 형성할 수 있다.

즉, 도 6 및 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 슬리브(2)를 소정의 각도(θ)로 회동될 수 있는 제 1 슬리브(23)와, 성형 다이(4)에 고정된 제 2 슬리브(24)로 분할하여, 회동되는 제 1 슬리브(23)를 교반부(1)의 공간부(12)에 배치시킨다. 이 제 1 슬리브(23)의 내부가 슬러리 제조영역이 되는 것이다. 상기 제 1 슬리브(23)와 제 2 슬리브(24)는 도 6 및 도 7에서 볼 수 있듯이, 서로 마주하는 단부의 일측이 결합되어 이를 중심으로 제 1 슬리브(23)가 소정의 각도(θ)로 회동될 수 있는 것으로, 이 회동 각도(θ)는 90도 이내가 되도록 하는 것이 바람직하다. 도 6과 같이 제 1 슬리브(23)가 지면에 대해 90도의 각도로 기울어져 있을 때에는 그 사이로 용탕을 주입하여 슬러리를 제조하며, 슬러리 제조가 완료된 후에는 도 7과 같이,제 1 슬리브(23)와 제 2 슬리브(24)를 결합하고, 플런저(3)를 가압하여 슬러리를 성형 다이(4)의 성형 공동(43)으로 주입하여 성형한다. 따라서, 이러한 장치에 있어서는 별도의 탕구가 필요없다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 반응고 성형용 다이캐스팅 장치를 나타낸 것으로, 도 8 및 도 9에서 볼 수 있는 바와 같이, 슬리브(2)가 지면에 대해 수직하게 배치된다. 상기 슬리브(2)는 플런저(3)가 삽입되는 타단부가 지면을 향하도록 지면에 대해 수직하게 배치되고, 별도의 구동장치(미도시)에 연결되어 승강운동이 가능하도록 형성된다. 그리고, 이 슬리브(2)는 성형 다이(4)와는 착탈 가능한 구조를 갖는다.

이러한 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 있어, 상기 슬리브(2)는 슬리브 본체(2a)와, 가동 슬리브(2b)와, 고정 슬리브(2c)로 구비될 수 있다. 슬리브 본체(2a)는 하단부에 플런저(3)가 삽입되어 있고, 개방된 상단부로 금속재료가 주입되도록 형성된다. 슬리브 본체(2a)의 하단에는 별도의 구동장치(미도시)에 연결된 가동 슬리브(2b)가 결합된다. 상기 가동 슬리브(2b)는 후술하는 바와 같이, 슬러리가 제조된 후에 슬리브 본체(2a)를 밀어 올려 고정 다이(42)의 고정 슬리브(2c)에 결합시키는 기능을 하는 것으로, 상기 슬리브 본체(2a)와 일체로 형성될 수도 있다. 상기 슬리브 본체(2a)는 지지대(13)에 설치된 교반부(1)의 공간부(12) 내에 위치하도록 배치되고, 이 공간부(12)를 둘러싸도록 전자기장 인가용 코일장치(11)가 설치된다.

한편, 상기 슬리브(2)가 수직하게 배치된 것에 대응하여 상기 성형 다이(4)도 그 주입구(44)가 슬리브(2)를 향하도록 수직하게 배치된다. 이 때, 상기 고정 다이(42)에는 슬리브 본체(2a)가 삽입되도록 하단이 하방을 향해 단차지게 형성되어 있으며, 여기에는 슬리브 본체(2a)와 결합되는 고정 슬리브(2c)와, 고정 슬리브(2c)에 결합된 슬리브 본체(2a)를 지지해 고정시키는 지지부재(46)가 설치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따르면, 먼저, 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이 슬리브 본체(2a)를 성형 다이(4)와 분리되도록 한 상태에서 공간부(12) 내에 위치시킨다. 그리고, 교반부(1)에 의해 공간부(12)에 전자기장을 인가하고 주입 용기(5)에 의해 금속재료를 슬리브 본체(2a)에 주입한다. 이 때, 슬리브 본체(2a)의 하단은 플런저에 의해 폐쇄되어 있어 슬리브 본체(2a)는 용기와 같은 기능을 하게 된다.

슬리브 본체(2a)에 금속재료를 주입한 후에는 이를 냉각하여 반응고 금속 슬러리를 제조한다. 이는 전술한 바와 동일하다.

슬러리 제조가 완료된 후에는 가동 슬리브(2b)와 플런저(3)를 상승시켜 상기 슬리브 본체(2a)가 성형 다이(4)에 설치된 고정 슬리브(2c)에 결합되도록 한 후, 도 9에서 볼 수 있듯이, 플런저(3)를 가속 상승시켜 성형 다이(4)의 성형 공동으로 슬러리를 주입하여 성형을 행한다.

이러한 본 발명의 바람직한 또 다른 일 실시예에 따른 반응고 성형용 다이캐스팅 장치에 따르면, 슬리브 내에 별도의 개폐 도어를 설치할 필요가 없으며, 슬리브를 슬러리 제조 용기로도 사용할 수 있어 더욱 간단하게 반응고 성형을 행할 수있게 된다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 반응고 성형용 다이캐스팅 방법 및 그 장치는 다양한 금속/합금, 예를 들면, 알루미늄이나 그 합금, 마그네슘이나 그 합금, 아연 또는 그 합금, 구리 또는 그 합금, 또는 철 또는 그 합금 등의 반응고 성형법에 범용적으로 적용될 수 있음은 물론이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 전체적으로 균일, 미세한 구상의 조직을 갖는 성형품을 얻을 수 있다.

둘째, 액상선보다 높은 온도에서의 단시간의 교반만으로도 슬리브 벽면에서의 핵생성 밀도를 현저히 증가시켜 입자의 구상화를 실현할 수 있다.

셋째, 제조된 성형품의 기계적 성질의 향상을 실현할 수 있다.

넷째, 전자기장 교반 시간을 크게 단축시킬 수 있으므로 교반에 필요한 에너지의 소모가 적다.

다섯째, 전체 공정을 단순화하고, 제품성형시간도 아울러 단축되어 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 사상적 범위내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 하기 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

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16. 내측에 공간부를 구비하고, 소정의 전자기장을 상기 공간부에 인가하는 교반부;

    상기 공간부를 관통하도록 설치된 것으로, 상기 전자기장이 인가되어 있는 동안, 또는 상기 전자기장의 인가와 동시에 용융 상태의 금속재료가 주입되는 슬리브;

    상기 슬리브의 일단에 연결되어 소정의 성형품을 형성하는 것으로, 이동 다이와 고정 다이에 의해 소정의 성형 공동이 구비된 성형 다이; 및

    상기 슬리브의 타단에 삽입되어 제조된 슬러리를 가압하는 플런저;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응고 성형용 다이캐스팅 장치.
17. 제16항에 있어서,

    상기 슬리브는 지면에 대략 평행하도록 구비되고,

    상기 슬리브의 일단에는 개폐가능하도록 형성된 개폐 도어가 더 구비된 것을 특징으로 하는 반응고 성형용 다이캐스팅 장치.
18. 제16항에 있어서,

    상기 슬리브는 상기 플런저가 삽입된 타단이 지면을 향하도록 지면에 대해 경사지게 구비된 것을 특징으로 하는 반응고 성형용 다이캐스팅 장치.
19. 제16항에 있어서,

    상기 슬리브는,

    일단이 상기 성형 다이에 연결되고, 지면에 대략 평행하게 구비된 제2슬리브; 및

    상기 공간부에 설치되고, 일단의 일측이 상기 제2슬리브의 타단에 결합되며, 상기 제2슬리브의 축방향에 대해 소정각도로 회동 가능하게 구동되어, 상기 일단이 상기 제2슬리브에 결합되었을 때에 제2슬리브와 연통되고, 상기 일단이 상기 제2슬리브의 축방향에 대해 소정각도로 회동되었을 때에 상기 일단을 통해 상기 용융된 금속재료가 주입되는 제1슬리브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반응고 성형용 다이캐스팅 장치.
20. 제16항에 있어서,

    상기 슬리브는 상기 플런저가 삽입된 타단이 지면을 향하도록 지면에 대해 대략 수직하게 배치되고, 승강운동이 가능하도록 구비되어 상기 성형 다이와 서로 착탈 가능한 것으로, 상기 슬리브는 상기 슬러리가 제조된 후에 상기 플런저와 함께 상승하여 상기 성형 다이에 결합되고, 상기 슬리브가 결합된 후에 상기 플런저가 상기 슬러리를 가압하도록 구비된 것을 특징으로 하는 반응고 성형용 다이캐스팅 장치.
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27. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 슬리브에는, 상기 슬리브에 주입된 금속재료의 온도를 조절하는 온도 조절 장치가 더 구비된 것을 특징으로 하는 반응고 성형용 다이캐스팅 장치.
28. 제27항에 있어서,

    상기 온도 조절 장치는 상기 슬리브에 설치된 냉각 장치 및 상기 슬리브 외측 벽에 형성된 전기 히터 중 적어도 어느 하나로 구비된 것을 특징으로 하는 반응고 성형용 다이캐스팅 장치.
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