KR100482433B1 - 용탕사출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고강도 알루미늄 주조부품의 제작을 위한 용탕사출장치에 관한 것으로서, 금형 내의 용탕을 상부에서 그대로 가압하는 방식을 채용하여 용탕의 충진 및 가압이 단시간 내에 이루어지도록 함으로써, 용탕의 온도를 낮게 관리할 수 있어 금형의 열피로 현상을 줄일 수 있고, 높은 가압력을 충실하게 제품 응고과정에 전달할 수 있어 제품의 기계적 물성을 확보할 수 있으며, 금형 테이블 자체를 옆으로 기울이는 방식과 금형을 수평으로 여닫는 방식을 채용하여 장치의 전체적인 규모를 대폭 줄일 수 있도록 함으로써, 공장 내의 공간 활용도를 높일 수 있는 동시에 장치를 효율적으로 관리할 수 있도록 한 용탕사출장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

용탕사출장치{Squeezing casting machine}

본 발명은 고강도 알루미늄 주조부품의 제작을 위한 용탕사출장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회전형 금형 테이블을 이용하여 용탕을 기우려 따르는 방식, 금형 내의 용탕을 상부에서 그대로 가압하는 방식 등을 채용한 용탕사출장치를 제공함으로써, 용탕의 충진 및 가압이 단시간 내에 이루어져 용탕온도를 낮게 관리할 수 있고, 또한 상부에서 가압하는 방식의 채용으로 높은 가압력을 충실하게 제품 응고과정에 전달할 수 있어 제품의 기계적 물성을 확보할 수 있으며, 무엇보다도 장치의 전체적인 규모를 대폭 줄일 수 있기 때문에 공장 내의 공간 활용도를 높일 수 있는 동시에 장치를 효율적으로 관리할 수 있도록 한 용탕사출장치에 관한 것이다.

일반적으로 샤시부품 등과 같이 고강도가 요구되는 알루미늄 주조부품의 경우 대부분 스퀴즈 캐스팅 공법을 사용하여 제작한다.

스퀴즈 캐스팅 공법은, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 슬리브(100)를 한쪽으로 젖힌 다음, 용탕을 필요한 양만큼 충진한 후, 수직으로 세우고 아래쪽에서 사출 피스톤(110)을 작동시켜 고압으로 용탕을 금형(120) 내에 충진시키는 공법이다.

초기에는 도 1과 같이 용탕의 가압과 금형의 여닫는 방식이 수직형의 것을 많이 사용하였으나, 이러한 수직형은 지면 아래에 장비를 세팅하기 위한 공간 마련 및 구조물의 높이 때문에 최근에는 도 2와 같은 개량형의 것을 주로 사용하고 있다.

즉, 용탕의 가압은 수직형 그대로이나 금형의 여닫는 방식은 수평형으로 개선하였다.

주로 일본에서 상용화한 스퀴즈 캐스팅 공법을 위한 용탕사출장치는 장비의 크기나 배치, 즉 공장의 공간활용을 고려하여 지하에 두도록 설계되어 장비의 수리보전, 공간확보, 냉각수 누수, 용탕 누출 등과 같은 장비관리에 어려운 점이 있다.

또한, 금형을 상하로 개폐하도록 설계되어 장비의 높이 및 하부에서 작동된 가압력이 구조적으로 상부로 충실하게 작용되는데 기술적인 어려움이 있다.

따라서, 최근에는 이러한 단점을 보완하기 위한 대안으로 금형의 여닫는 방식은 일반 다이캐스팅 장비와 같은 수평형을 채택하였다.

그러나, 여전히 용탕의 가압은 수직형과 동일하게 지면 하부에서 상부로 가압하는 방식을 채용함으로 인해 장비의 문제점들을 수직형과 동일하게 지니고 있다.

또한, 장비의 구조적인 문제 이외에도 수평형은 수직형과 같은 방식으로 고정 금형쪽으로 용탕을 가압한 후, 금형 내부의 충진거동은 다이캐스팅과 같이 수직으로 꺽여서 다시 상부로 금형 캐비티 내에 충진되므로, 충실한 가압력을 기대할 수 없는 단점이 있다.

이와 같은 수평형의 경우 비록 수직형과 같은 금형의 상하 개폐방식은 다소 개선되었으나, 긴 용탕의 이동경로로 인하여 성형공정상 용탕의 온도가 주입온도에 비해 많이 떨어지는 현상이 발생하게 되고, 이로 인해 일반 다이캐스팅(660∼690℃)에 비하여 용탕단조는 약 50℃ 이상 높은 주입온도(700∼730℃)로 주입해야 하는 단점이 있다.

이렇게 주입온도가 높아짐에 따라 금형의 수명도 보다 가혹한 열피로 현상에 노출되어 금형 수명이 단축되고, 용탕의 이동경로가 수직 →수평 →수직으로 바뀌게 되어 좁아진 게이트에서 금형의 제품 캐비티로 충진될 때 와류현상에 의한 공기 및 산화피막의 혼입과 이미 앞에서 언급한 대로 가압력이 장비 하부의 지하에 매달려 있는 장비구조상 특징으로 인하여 가압력이 충실하게 전달되는데 한계가 있다.

이에 따라, 샤시부품 등과 같은 보완부품에의 적용시 품질에 문제가 발생할 소지가 높은 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 금형 내의 용탕을 상부에서 그대로 가압하는 방식을 채용하여 용탕의 충진 및 가압이 단시간 내에 이루어지도록 함으로써, 용탕의 온도를 낮게 관리할 수 있어 금형의 열피로 현상을 줄일 수 있고, 높은 가압력을 충실하게 제품 응고과정에 전달할 수 있어 제품의 기계적 물성을 확보할 수 있으며, 금형 테이블 자체를 옆으로 기울이는 방식과 금형을 수평으로 여닫는 방식을 채용하여 장치의 전체적인 규모를 대폭 줄일 수 있도록 함으로써, 공장 내의 공간 활용도를 높일 수 있는 동시에 장치를 효율적으로 관리할 수 있도록 한 용탕사출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 적어도 4곳의 포스트에 의해 지지되는 상부 플레이트 및 하부 플레이트로 이루어진 프레임과, 상부의 게이트를 가지면서 하나의 제품 캐비티를 조성할 수 있으며 수평으로 여닫는 구조로 되어 있는 이동 금형 및 고정 금형과, 상기 각각의 금형을 지지하면서 각 금형에 1개씩 배속되는 유압장치와, 상부 플레이트상에 설치되면서 금형의 상부에 위치되어 있으며 용탕 가압용 피스톤을 이용하여 금형 내의 용탕을 상부에서 하부로 가압하는 가압장치와, 하부 플레이트상에 설치되면서 금형을 받쳐주고 있으며 금형을 전후로 기울일 수 있는 금형 테이블을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동 금형과 고정 금형은 용탕의 수직 이동경로를 위해 상부의 게이트로부터 직하방으로 통하는 제품 캐비티를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이동 금형과 고정 금형은 게이트와 통하는 압탕부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유압장치는 금형측에 밀착되는 가압 블럭과, 가압 블럭에 가압력을 제공하며 회전구조를 통해 가압 블럭측과 결합 및 분리가능한 가압 실린더와, 가압 실린더의 회전을 가능하게 하는 실린더 회전용 모터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가압 실린더와 가압 블럭은 축선방향으로 삽입 후 원주방향으로 회전되면서 걸려지는 3개의 삼발이 핀에 의해 결합 및 분리가 가능하도록 되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명에서 제공하는 용탕사출장치의 전체적인 구조를 보여주는 정면도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 금형수단과 가압수단 등의 설치 및 지지를 위한 프레임(13)은 상부 플레이트(11)와 하부 플레이트(12)를 각 모퉁이에 4개 정도의 포스트(10)를 세워서 지지하는 구조로 제작한다.

이렇게 상하부 플레이트(11),(12)와 포스트(10)를 이용하여 제작한 프레임(13)은 종전과 같이 지면을 파낸 후 지하에 설치하는 구조에 비해 공장의 설치면적을 적게 차지하게 되므로, 그만큼 공장의 여유 공간을 확보할 수 있다.

제품의 주조를 위한 금형은 이동 금형(15)과 고정 금형(16)의 두부분으로 제작하고, 수평으로 여닫는 구조로 조합시킨다.

특히, 이동 금형(15)과 고정 금형(16)의 각 캐비티 성형면에 의해 만들어지는 제품 캐비티(27)는 게이트(14)를 위로하는 수직형으로 성형하여 상부로부터 충진되는 용탕을 수직방향으로 가압할 수 있도록 한다.

이러한 수직방향의 가압은 가압력을 충실하게 작용시킬 수 있으므로, 캐비티 내의 충진효율을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 제품 캐비티(27)의 상부, 즉 용탕이 유입되는 게이트(14)의 바로 윗쪽으로 압탕부(21)를 형성하여 줌으로써, 용탕 부족분을 보충할 수 있는 충분한 공간의 확보가 가능하다.

위와 같은 각각의 금형에는 1개씩의 유압장치(17)를 배속시켜 후술하는 가압장치(19)의 가동시 발생하는 가압력에 대응할 수 있는 지지력을 제공할 수 있도록 한다.

상기 유압장치(17)는 금형측에 직접 밀착 조립되는 가압 블럭(22)과 이것을 밀어주기 위한 힘을 제공하는 가압 실린더(23)로 구성한다.

가압 블럭(22)과 가압 실린더(23)는 금형을 기울이기 위한 메카니즘과 상호 연계성을 고려해야 하므로, 서로 분리 및 결합이 가능한 구조로 연결할 수 있도록 한다.

이를 위하여, 도 5에 도시한 바와 같이, 가압 실린더(23)의 로드에는 삼발이 핀(25)을 부착하고 가압 블럭(22)의 해당 면에는 삼발이 핀(25)을 수용할 수 있는 동시에 걸어줄 수 있는 형태의 홈을 형성하여 삼발이 핀(25)을 직선으로 삽입한 후, 일정각도 회전시켜 줌으로써, 가압 실린더(23)와 가압 블럭(22)을 일체식으로 결합시킬 수 있으며, 이때 삼발이 핀(25)의 회전을 위한 수단으로는 실린더 회전용 모터(24)와 전동용 기어수단을 제공한다.

용탕주입을 위한 금형의 틸팅구조는 금형 테이블(20) 내에 구성한다.

즉, 유압장치(17)의 작동시 가해지는 가압력을 충분히 받쳐줄 수 있는 고정식의 받침용 테이블(20a)과, 용탕을 주입하기 위해 금형을 앞으로 기울일 수 있는 틸팅용 테이블(20b)로 구성한다.

이때의 틸팅용 테이블(20b)은 금형의 전후측에 각각 배치되어 금형을 앞으로 기울이거나 재차 바로 세우는 역할을 한다.

본 발명에서는 금형 내의 용탕 주입 후, 실질적으로 용탕을 가압하는 수단으로 가압장치(19)를 제공한다.

본 발명에서 제공하는 특징 중의 하나가 수직방향, 즉 상부에서 하부로 용탕을 가압할 수 있는 가압장치(19)이다.

이를 위하여, 상기 가압장치(19)는 금형의 상부 바로 윗쪽에 배치되면서 그 로드를 직하방의 금형 게이트측을 향하도록 하고 있다.

이에 따라, 용탕을 포함하는 금형이 정위치에 오면 가압장치(19)는 용탕 가압용 피스톤(18)을 이용하여 금형 내의 용탕을 수직방향으로 가압할 수 있다.

따라서, 이와 같이 구성된 본 발명의 용탕사출장치에 대한 공정순서를 살펴보면 다음과 같다.

도 6에 도시한 바와 같이, 로보트에 의한 용탕주입은 맥주를 거품없이 따르듯이 금형을 앞으로 기우려 알루미늄 용탕을 일반 경동주조(Tilted casting)와 유사하게 따르는 방식을 채용한다.

이때, 금형의 좌우에 있는 금형 체결을 위한 유압장치(17)에 유압을 작동하지 않은 상태에서 앞으로 기우려 용탕을 따르면서 금형을 포함하는 금형 테이블(20) 전체를 점차적으로 제자리에 세워지게 한다.

금형이 받침용 테이블(20a) 위에 위치하게 되면, 좌우측에 설치된 금형 체결을 위한 유압장치(17)를 작동시켜 양쪽의 금형을 가압하는 동시에 상부에 위치한 가압장치(19)를 작동시켜 그 피스톤을 통해 가압함으로써, 용탕의 응고시 발생되는 수축공(Shrinkage), 기포 등의 결함들을 없앨 수 있다.

이때, 금형의 형상은 마치 압탕의 역할, 즉 용탕 주입 후 응고시 발생되는 수축공을 높은 가압력을 이용하여 부족분을 보충할 수 있도록 충분한 크기를 갖는다.

또한, 용탕을 금형 내에 따를 때에는 용탕의 와류를 방지하기 위하여 금형이 고정되어 있는 금형 테이블(20)을 적당량 앞으로 기우려 용탕을 따르고, 어느 정도 채워진 후에는 반듯이 세우면서 압탕부(21) 내에 나머지 용탕을 채운다.

금형 테이블(20)을 기우려 용탕을 주입할 때에는 유압장치(17)의 가압 실린더(23)는 금형측과 분리되어 있으며, 가압시에는 가압 실린더(23)의 로드에 있는 삼발이 핀(25)이 금형측의 가압 블럭(22) 내에 삽입된 후, 실린더 회전용 모터(24)를 통한 가압 실린더(23)의 회전에 의해 금형측 가압 블럭(22)에 체결 고정된다.

이와 같이, 본 발명에서 제공하고 있는 용탕사출장치는 현재 개발 상용화된 스퀴즈 캐스팅 기술의 단점을 보완하여 장치의 구조도 비교적 단순하면서도 용탕의 응고시 가압력이 충분히 전달되는 단순구조로서, 보다 안정된 기계적 물성의 확보가 가능하고, 향후 샤시부품과 같은 보완부품에의 저코스트화를 유도할 수 있는 새로운 부품성형공정 기술이다.

이상과 같이 본 발명에서 제공하고 있는 용탕사출장치는 다음과 같은 장점이 있다.

1) 금형 내의 용탕을 상부에서 그대로 가압하는 방식을 채용하여 용탕의 충진 및 가압이 단시간 내에 이루어지도록 함으로써, 용탕의 온도를 낮게 관리할 수 있어 금형의 열피로 현상을 줄일 수 있다.

2) 높은 가압력을 충실하게 제품 응고과정에 전달할 수 있어 제품의 기계적 물성을 충분하게 확보할 수 있다.

3) 금형 테이블 자체를 옆으로 기울이는 방식과 금형을 수평으로 여닫는 방식을 채용하여 장치의 전체적인 규모를 대폭 줄일 수 있도록 함으로써, 공장 내의 공간 활용도를 높일 수 있는 동시에 장치를 효율적으로 관리할 수 있다.

도 1은 종래의 수직형 용탕사출장치를 보여주는 개략도

도 2는 종래의 수평형 용탕사출장치를 보여주는 개략도

도 3은 종래의 수직형/수평형 용탕사출장치에서 슬리브의 동작상태를 보여주는 개략도

도 4는 본 발명에 따른 용탕사출장치의 전체적인 구조를 보여주는 정면도

도 5는 본 발명에 따른 용탕사출장치에서 가압 실린더와 가압 블럭 간의 결합상태를 보여주는 사시도

도 6은 본 발명에 따른 용탕사출장치의 작동순서를 보여주는 정면도

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 포스트 11 : 상부 플레이트

12 : 하부 플레이트 13 : 프레임

14 : 게이트 15 : 이동 금형

16 : 고정 금형 17 : 유압장치

18 : 용탕 가압용 피스톤 19 : 가압장치

20 : 금형 테이블 21 : 압탕부

22 : 가압 블럭 23 : 가압 실린더

24 : 실린더 회전용 모터 25 : 삼발이 핀

26 : 보조 포스트 27 : 제품 캐비티

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 적어도 4곳의 포스트(10)에 의해 지지되는 상부 플레이트(11) 및 하부 플레이트(12)로 이루어진 프레임(13)과, 상부의 게이트(14)를 가지면서 하나의 제품 캐비티(27)를 조성할 수 있으며 수평으로 여닫는 구조로 되어 있는 이동 금형(15) 및 고정 금형(16)과, 상기 각각의 금형을 지지하면서 각 금형에 1개씩 배속되는 유압장치(17)와, 상부 플레이트(11)상에 설치되면서 금형의 상부에 위치되어 있으며 용탕 가압용 피스톤(18)을 이용하여 금형 내의 용탕을 상부에서 하부로 가압하는 가압장치(19)와, 하부 플레이트(12)상에 설치되면서 금형을 받쳐주고 있으며 금형을 전후로 기울일 수 있는 금형 테이블(20)을 포함하는 용탕사출장치에 있어서,

   상기 유압장치(17)는 금형측에 밀착되는 가압 블럭(22)과, 가압 블럭(22)에 가압력을 제공하며 회전구조를 통해 가압 블럭(22)측과 결합 및 분리가능한 가압 실린더(23)와, 가압 실린더(23)의 회전을 가능하게 하는 실린더 회전용 모터(24)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 용탕사출장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 가압 실린더(23)와 가압 블럭(22)은 축선방향으로 삽입 후 원주방향으로 회전되면서 걸려지는 3개의 삼발이 핀(25)에 의해 결합 및 분리가 가능하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 용탕사출장치.