KR100535387B1

KR100535387B1 - 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치

Info

Publication number: KR100535387B1
Application number: KR10-2003-0030941A
Authority: KR
Inventors: 원중희
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2005-12-08
Also published as: KR20040098720A

Abstract

연소실 금형을 현재의 일체형에서 분리형으로 제작하여 내부에 냉각 공간부를 형성하고, 상기 냉각 공간부에 냉각공기의 공급 및 배출이 각각 냉각 배관을 통하여 안내되도록 하여 연소실 금형의 냉각 효율을 높이며, 동시에 용탕 주입구인 탕구에 대하여 배출되는 냉각공기의 냉각작용을 차단함으로써 제품의 품질을 유지할 수 있도록;

상기 연소실 금형은 내부에 냉각 공간부를 형성하도록 금형 블록과 일측에 배관홀을 구성하는 냉각 블록으로 나누어 형성한 후, 상기 금형 블록과 냉각 블록이 상호 체결된 상태로 하형에 장착되며, 상기 냉각 블록의 배관홀을 통하여 상기 냉각 공간부에 냉각공기를 공급 및 배출하는 냉각 배관 수단은 에어 컴프레서와 연결되어 선단이 상기 배관홀을 통하여 냉각 공간부에 배치되는 공급관과; 상기 공급관을 에워싸며, 일단이 상기 공급관의 일측에 폐쇄되고, 타단은 개구되어 상기 냉각 블록의 배관홀에 끼워져 설치되며, 일측에는 배기관의 분기되는 배출관;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치를 제공한다.

Description

저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치{A COOLING DEVICE OF COMBUSTION CHAMBER MOLD IN CYLINDER HEAD FOR LOW PRESSURE CASTING}

본 발명은 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저압 주조 공법 등에서 사용되는 실린더 헤드의 주조용 하형에 설치되어 실린더 헤드의 연소실 부분을 성형하기 위한 실린더 헤드 연소실 금형의 개선된 냉각 장치에 관한 것이다.

일반적으로 저압 주조 공법은 밀폐된 노(爐)내의 용탕 표면에 압축공기 혹은 불활성가스를 이용하여 압력을 가하여 상부에 설치된 금형내에 용탕을 압상시켜 주입하는 주조법으로써, 도 1에 도시된 바와 같이, 이를 이용한 알루미늄 실린더 헤드의 생산공정은, 먼저 용해로에서 알루미늄 잉곳(Al ingot)을 녹여 용탕(1)을 만들고, 이 용탕(1)을 도 2에서와 같이, 히터(3)가 구비된 주조기(7)에 공급한다.

그런 후, 중자 삽입공정에서 실린더 헤드의 워터 재킷(water jacket)이나, 오일 패시지 코어(oil passage core)(9)를 하부 금형인 하형(11)에 세팅(setting)하고, 흡기 및 배기 연소실에 흡기 포트 및 배기 포트를 하형(11)에 세팅한다. 이때 코어(9) 위를 잡아주는 곳을 코어 프린트(core print)(13)라고 한다.

그리고 코어 프린트(13)와 상형(15) 및 하형(11)과의 간섭을 피하기 위하여 약간의 갭(gap)을 준다. 다음, 상기 상형(15)과 하형(11)을 합형시켜 탕구(5)를 통하여 용탕(1)을 주입하고 냉각시킨다.

이와 같이, 성형한 후, 상형(15) 및 하형(11)을 분리하고, 제품을 취출한 후 도 실린더 헤드(10) 제품을 냉각하고, 가공 공정으로 이송하게 되는 것이다.

이러한 과정을 통하여 생산되는 실린더 헤드(10)는, 도 3에서와 같이, 그 구조가 엔진 형식에 따라 상당히 틀리지만, 혼합기가 연소실에 들어가는 흡기포트(21)와 연소가스를 배출하는 배기포트(23)가 있고, 내부는 실린더 블록으로부터 올라가는 냉각수가 통하는 워터 재킷(미도시)이 형성되어 있다.

상기한 바와 같은 실린더 헤드(10)를 생산하기 위한 주조용 금형 중에서, 하형(11)은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 외측으로 상형(15)과의 체결부(25)가 형성되고, 내측에는 각각의 연소실에 대응하는 실린더 헤드 연소실 금형(30; 이하, 연소실 금형이라 함)이 실린더 수만큼 설치되어 있다.

이러한 하형(11)에서, 상기 연소실 금형(30)은, 도 5에서 도시한 바와 같이, 하부에 공기 냉각 홈(31)을 갖는 하나의 일체형 금형으로 이루어져 상기 하형(11)에 볼트 체결되어 장착되며, 상기 연소실 금형(30)의 하부에서 상기 공기 냉각 홈(31)에 대응하여 냉각공기를 분사할 수 있도록 에어 컴프레서(33)와 연결되는 냉각공기 공급관(35)을 배치하여 냉각이 이루어질 수 있도록 하고 있다.

그러나 상기한 바와 같은 연소실 금형의 구조와 냉각 장치의 구성에 의한 상기 연소실 금형(30)의 냉각은 냉각공기가 상기 공기 냉각 홈(31) 내에서 그대로 배출되는 구조로 냉각효율이 낮을 뿐 아니라, 상기 연소실 금형(30)의 일측으로 배치되는 용탕 주입구인 탕구(5)를 동시에 냉각함에 따라 용탕 주입이 불안정하여 제품의 품질을 떨어뜨리게 하는 원인이 되고 있다.

즉, 680℃ 전후로 높은 온도의 용탕(1)이 금형 내부로 주입됨과 동시에 균일하게 용탕이 응고되어야 하고, 국부적으로 급랭이 필요한데, 400℃~480℃ 정도의 온도를 갖는 연소실 금형(30)의 구조 및 그 냉각 장치로는 상기 연소실 금형(30)의 공기 냉각시 공기 냉각 홈(31)의 냉각 단면적이 작아서 그대로 배출되어 연소실 표면에 미치는 연소실 금형(30)의 냉각을 효율적으로 하기가 어려운 구조로 되어 있는 것이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연소실 금형을 현재의 일체형에서 분리형으로 제작하여 내부에 냉각 공간부를 형성하고, 상기 냉각 공간부에 냉각공기의 공급 및 배출이 각각 냉각 배관을 통하여 안내되도록 하여 연소실 금형의 냉각 효율을 높이며, 동시에 용탕 주입구인 탕구에 대하여 배출되는 냉각공기의 냉각작용을 차단함으로써 제품의 품질을 유지할 수 있도록 하는 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치는 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형에 냉각 배관 수단을 통하여 냉각공기를 공급 및 배출하는 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치에서,

상기 연소실 금형은 내부에 냉각 공간부를 형성하도록 금형 블록과 일측에 배관홀을 구성하는 냉각 블록으로 나누어 형성한 후, 상기 금형 블록과 냉각 블록이 상호 체결된 상태로 하형에 장착되며, 상기 냉각 블록의 배관홀을 통하여 상기 냉각 공간부에 냉각공기를 공급 및 배출하는 냉각 배관 수단은 에어 컴프레서와 연결되어 선단이 상기 배관홀을 통하여 냉각 공간부에 배치되는 공급관과; 상기 공급관을 에워싸며, 일단이 상기 공급관의 일측에 폐쇄되고, 타단은 개구되어 상기 냉각 블록의 배관홀에 끼워져 설치되며, 일측에는 배기관의 분기되는 배출관;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 실린더 헤드를 저압 주조하기 위한 하형의 사시도이고, 도 6은 도 4의 A-A 선에 따른 본 발명의 실시예에 의한 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치를 도시한 단면도로써, 본 발명은 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형에 냉각 배관 수단을 통하여 냉각공기를 공급 및 배출하여 680℃ 전후로 높은 온도의 용탕(1)이 금형 내부로 주입될 때, 400℃~480℃ 정도의 온도를 갖는 연소실 금형(130)의 공기 냉각을 통하여 연소실 표면에 미치는 연소실 금형(130)의 냉각효율을 높일 수 있도록 작용하게 된다.

이러한 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치의 구성은, 상기 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 연소실 금형(130)이 내부에 냉각 공간부(131)를 형성하도록 금형 블록(133)과 냉각 블록(135)으로 나누어 형성되며, 상기 금형 블록(133)과 냉각 블록(135)은 상호 볼트(141)로 체결된 상태로 하형(11)에 장착된다.

상기 냉각 블록(135)은 그 중앙에 관통되는 배관홀(137)을 형성하여 이루어진다.

여기서, 상기 연소실 금형(130)은 상기 냉각 블록(135)을 통하여 하형(11)에 볼트(139)로 체결되어 장착되며, 상기 연소실 금형(130)의 냉각 공간부(131)는 상기 금형 블록(133)에 대하여 그 외측 성형면(143)을 따라 금형 블록이 일정한 두께(t)를 갖도록 형성되어 냉각공기에 의한 냉각효율을 높일 있도록 구성된다.

그리고 상기 냉각 블록(135)의 배관홀(137)을 통하여 상기 냉각 공간부(131)에 냉각공기를 공급 및 배출하는 냉각 배관 수단이 구성되는데, 이 냉각 배관 수단은 냉각공기를 공급하기 위한 에어 컴프레서(145)와 연결되는 공급관(147)이 구비되며, 상기 공급관(147)의 선단은 상기 냉각 블록(135)의 배관홀(137)을 통하여 냉각 공간부(131)에 배치된다.

여기서, 상기 공급관(147)의 선단은 상기 냉각 공간부(131)의 중앙에 배치되도록 설치하여 배출되는 냉각공기 흐름과의 간섭을 최대한 배제하며, 냉각공기가 순환하는 패턴을 갖도록 하는 것이 중요하다.

그리고 상기 공급관(147)의 외측에는 이를 에워싸는 배출관(149)이 형성되는데, 이 배출관(149)은 그 일단이 상기 공급관(147)의 일측에 용접되어 폐쇄되고, 그 타단은 개구되어 상기 냉각 블록(135)의 배관홀(137)에 끼워져 설치된다.

그리고 상기 배출관(149)의 하부 일측에는 분기되는 배기관(151)이 일체로 설치되어 상기 배출관(149)을 통하여 배출되는 냉각공기를 외부로 배출되도록 유도하게 된다.

따라서 상기한 바와 갖는 구성을 갖는 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치를 통하여 상기 하형(11)에 장착되어 실린더 헤드의 연소실을 형성하는 연소실 금형(130)의 냉각 작용은, 상기 도 2에서와 같이, 주조기(7) 내에 중자등을 포함하여 하형(11)과 상형(15)이 세팅(setting) 된 상태에서, 탕구(153)를 통하여 용탕(1)이 주입되면, 에어 컴프레서(145)에서는 냉각공기를 상기 공급관(147)을 통하여 연소실 금형(130)의 내부 냉각 공간부(131)로 공급하게 된다.

그러면, 상기 냉각공기는 냉각 공간부(131) 내에서, 외측으로 순환하여 연소실 금형(130)의 금형 블록(135)에 대하여 냉각작용을 고르게 수행한 후, 배출관(149) 및 배기관(151)을 통하여 외부로 배출된다.

이 때, 상기 공급관(147)을 통하여 공급되는 냉각공기의 초기압력은 1.0~2.0㎏/㎠ 정도가 적당하며, 냉각공기의 온도는 약 20 내지 35℃ 정도로 공급되어 약 400℃~480℃ 정도의 온도를 갖는 연소실 금형(130)을 상형(15)의 온도범위인 약 350℃ 전후로 맞추어주어 용탕의 냉각속도가 전체에 걸쳐 비슷하게 이루어지도록 유도함으로써 실린더 헤드(10) 제품의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 연소실 금형(130)의 냉각 공간부(131)에 배출되는 냉각공기가 배출관(149) 및 배기관(151)을 통하여 외부로 바로 배출되도록 함으로써, 용탕(1)을 공급하는 탕구(153)에는 배출되는 냉각공기의 영향을 받지 않도록 하여 용탕 공급의 안정성을 이룰 수 있게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치에 의하면, 연소실 금형을 분리형으로 제작하여 내부에 냉각 공간부를 형성하고, 상기 냉각 공간부에 냉각공기의 공급 및 배출이 각각 냉각 배관을 통하여 안내되도록 하여 연소실 금형의 냉각 효율을 높이며, 동시에 배출관을 통하여 용탕 주입구인 탕구에 대하여 배출되는 냉각공기의 냉각작용을 차단함으로써 용탕 주입의 안정성과 제품의 품질을 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 연소실 금형 제작시 일정한 두께로 가공하여 내부에 냉각 공간부를 형성함으로써 연소실 금형의 냉각 시, 연소실 금형 표면에 대한 냉각효율을 높여 제품 표면에 영향을 미치는 연소실 표면온도를 일정하게 떨어뜨릴 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 저압 주조 공법에서 소재의 생산공정을 도시한 개략적인 흐름도이다.

도 2는 일반적인 저압 주조 시스템의 구성도이다.

도 3은 저압 주조 공법을 통하여 생산되는 실린더 헤드의 사시도이다.

도 4는 도 3에서 도시한 바와 같은 실린더 헤드를 저압 주조하기 위한 하형금형의 사시도이다.

도 5는 도 4의 A-A 선에 따른 종래 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치를 도시한 단면도이다.

도 6은 도 4의 A-A 선에 따른 본 발명의 실시예에 의한 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치를 도시한 단면도이다.

Claims

저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형에 냉각 배관 수단을 통하여 냉각공기를 공급 및 배출하는 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치에 있어서,

상기 연소실 금형은 내부에 냉각 공간부를 형성하도록 금형 블록과 일측에 배관홀을 구성하는 냉각 블록으로 나누어 형성한 후, 상기 금형 블록과 냉각 블록이 상호 체결된 상태로 하형에 장착되며,

상기 냉각 블록의 배관홀을 통하여 상기 냉각 공간부에 냉각공기를 공급 및 배출하는 냉각 배관 수단은 에어 컴프레서와 연결되어 선단이 상기 배관홀을 통하여 냉각 공간부에 배치되는 공급관과;

상기 공급관을 에워싸며, 일단이 상기 공급관의 일측에 폐쇄되고, 타단은 개구되어 상기 냉각 블록의 배관홀에 끼워져 설치되며, 일측에는 배기관의 분기되는 배출관;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 연소실 금형은

상기 냉각 블록을 통하여 하형에 볼트 체결되는 것을 특징으로 하는 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 연소실 금형의 냉각 공간부는

상기 금형 블록에 대하여 그 외측 성형면을 따라 금형 블록이 일정한 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 공급관은

그 선단이 상기 냉각 공간부의 중앙에 배치되도록 설치하는 것을 특징으로 하는 저압 주조용 실린더 헤드 연소실 금형의 냉각 장치.