KR100590977B1 - Method for reducing pore in the high pressure casting - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고압 주조 공법의 기포 발생 억제 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 고압 주조품의 내부 품질을 개선하기 위한 목적으로 용탕 사출 속도를 제어하여 사출시 내부에 트랩(trap)되는 기포의 양을 줄이고, 이를 통해 금형 내로 들어가는 기포를 감소시켜 고압주조 제품의 품질 개선 효과를 얻을 수 있도록 한 고압 주조 공법의 기포 발생 억제 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for suppressing bubble generation in a high pressure casting process, and more particularly, to control the melt injection rate for the purpose of improving the internal quality of an aluminum high pressure casting product. The present invention relates to a method for suppressing bubble generation in a high pressure casting process, which reduces and reduces bubbles entering a mold, thereby improving quality of a high pressure casting product.
이를 위해, 본 발명은 고압 주조 공법에 있어서, 초기 슬리브내 용탕 충진율을 50%로 유지하고, 슬리브 내의 사출 속도를 제어하기 위하여 슬리브 내부에 충진된 용탕을 가압하는 플런저의 속도를 정지상태(0 m/s)에서 점차 높여 200∼2000 mm/s2 범위의 등가속으로 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 고압 주조 공법의 기포 발생 억제 방법을 제공한다.To this end, in the high pressure casting method, the present invention maintains the melt filling rate in the initial sleeve at 50%, and stops the speed of the plunger pressurizing the melt filled in the sleeve to control the injection speed in the sleeve (0 m). It provides a bubble generation suppression method of the high-pressure casting method characterized in that the variable control at a constant acceleration in the range of 200 ~ 2000 mm / s 2 gradually increasing in / s).
고압 주조, 슬리브, 용탕, 플런저, 기포 발생 억제High pressure casting, sleeve, melt, plunger, bubble suppression
Description
도 1은 통상의 고압 주조 공법을 설명하는 개략도,1 is a schematic view illustrating a conventional high pressure casting method,
본 발명은 고압 주조 공법의 기포 발생 억제 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 고압 주조품의 내부 품질을 개선하기 위한 목적으로 용탕 사출 속도를 제어하여 사출시 내부에 트랩(trap)되는 기포의 양을 줄이고, 이를 통해 금형 내로 들어가는 기포를 감소시켜 고압주조 제품의 품질 개선 효과를 얻을 수 있도록 한 고압 주조 공법의 기포 발생 억제 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for suppressing bubble generation in a high pressure casting process, and more particularly, to control the melt injection rate for the purpose of improving the internal quality of an aluminum high pressure casting product. The present invention relates to a method for suppressing bubble generation in a high pressure casting process, which reduces and reduces bubbles entering a mold, thereby improving quality of a high pressure casting product.
통상적으로 고압 주조는 빠른 사출 및 냉각 속도라는 장점을 가지며 다양한 제품의 생산에 적용되고 있고, 최근에는 엔진 블록 등의 대물류 생산에도 적용되고 있다.In general, high pressure casting has the advantages of fast injection and cooling rates, and has been applied to the production of various products, and recently, has been applied to the production of large logistics such as engine blocks.
고압 주조에 사용되는 합금으로는 알루미늄, 구리, 마그네슘 합금 등이 있으 며, 특히 알루미늄은 가볍고 주조성이 뛰어나서 기존의 주철 재료를 대신해 차량 엔진용 실린더 블록 및 실린더 헤드 재료로 사용되고 있다.Alloys used for high pressure casting include aluminum, copper and magnesium alloys. Especially, aluminum is used as a cylinder block and cylinder head material for vehicle engines in place of existing cast iron materials because of its lightness and excellent castability.
현재 실린더 블록 등의 알루미늄 대물류 제조에 사용되는 공법은 대부분 저압 주조 및 중력 주조이며, 고압 주조의 경우 일부 자동차 메이커를 중심으로 적용되고 있다.Currently, the method used for manufacturing aluminum logistics such as a cylinder block is mostly low pressure casting and gravity casting, and high pressure casting is mainly applied to some automobile manufacturers.
고압주조 공법에서 용탕은 슬리브(sleeve)에서 금형 속으로 고속으로 쏘아지게 되며, 공법의 특성상 대량의 용탕이 고속으로 움직이게 되므로 슬리브(sleeve) 내부에서는 와류와 기포 혼입 등이 발생하고, 기포를 머금은 용탕이 금형 내부로 들어가게 되면서 주물 내부에 결함을 발생시키는 원인으로 작용한다.In the high pressure casting process, the molten metal is shot at high speed from the sleeve into the mold. Due to the nature of the process, a large amount of molten metal moves at a high speed, so that mixing of vortices and bubbles occurs inside the sleeve, and the molten metal containing bubbles is formed. As it enters the mold, it acts as a cause of defects in the casting.
따라서, 상기 슬리브 내부에서의 기포 발생을 줄이거나 제거할 수 있다면 제품 내부의 결함 원인을 제거할 수 있으므로, 고압 주조 제품의 품질이 크게 개선될 수 있다. Therefore, if the generation of bubbles in the sleeve can be reduced or eliminated, the cause of defects in the product can be eliminated, so that the quality of the high-pressure cast product can be greatly improved.
또한, 상기 슬리브 내부의 기포 감소는 내부 용탕의 와류 등의 움직임을 최적으로 억제한다는 의미가 될 수 있으므로, 기포 감소를 위한 방안으로 상기 용탕이 금형 내부로 균일하게 충진될 수 있도록 하여 전반적인 주조성 향상을 통한 내부 품질 수준 향상에 기여하게 된다.In addition, since the bubble reduction in the sleeve may mean that the movement of the vortex, etc. of the internal molten metal is optimally suppressed, the overall casting property is improved by allowing the molten metal to be uniformly filled into the mold to reduce the bubble. Will contribute to the improvement of internal quality level
한편, 액체가 고속으로 움직이면 표면에서는 파도와 같은 형상의 와류등이 발생하기 마련이고, 매우 빠른 속도로 움직이게 되면 와류 내부로 기포가 혼입된다.On the other hand, when the liquid moves at high speed, vortices or the like of waves are generated on the surface, and when the liquid moves at a high speed, bubbles are mixed into the vortex.
이에, 유동성이 떨어지는 용탕을 고속으로 사출시켜야 하는 고압주조의 특성 상 와류는 피할 수 없으며, 사출시 발생하는 기포 중 일부는 용탕과 함께 금형까지 올라가면서 내부결함을 발생시키는 원인이 된다. Therefore, the vortex is inevitable due to the characteristics of high-pressure casting in which molten metal having low fluidity needs to be injected at high speed, and some of the bubbles generated during the injection rise up to the mold together with the molten metal, causing internal defects.
또한, 와류가 발생하면 용탕의 유동이 심하게 발생하여 금형 내부를 불규칙한 형태로 채우게 되므로, 결국 주물의 품질이 불규칙적으로 변하면서 품질 관리에 여러가지 문제를 발생시키게 된다. In addition, when the vortex occurs, the flow of the molten metal is severely generated to fill the inside of the mold in an irregular shape, and thus the quality of the casting is changed irregularly, which causes various problems in quality control.
따라서, 결함의 제거 및 주물 품질 관리 등을 위해서 사출시 용탕의 움직임을 최대한 제어해야 할 필요성이 있고, 특히 케이스, 하우징 등의 소물류 주조에만 쓰이던 고압주조가 점차 엔진 블록 등의 대물류까지 그 사용 범위를 넓혀가는 시점에서 내부 결함의 제어는 이전보다 더 중요한 문제로 부각되고 있다.Therefore, it is necessary to control the movement of molten metal at the time of injection in order to remove defects and to control the quality of castings.In particular, the high pressure casting used only for the casting of small objects such as cases and housings is gradually used for large logistics such as engine blocks. As the scope expands, the control of internal defects becomes more important than ever.
그러나, 현재 고압 주조 공정에서 고압 사출로 인한 내부 용탕의 불규칙적 유동은 피하기 어려운 문제인데, 이는 용탕 사출시 용탕이 움직이게 되는 슬리브 내부의 유동을 고려하지 않고 등속으로만 사출이 이루어지기 때문이다. However, in the current high pressure casting process, the irregular flow of the internal melt due to the high pressure injection is difficult to avoid, because the injection is made only at constant velocity without considering the flow inside the sleeve in which the melt moves.
즉, 등속 사출시 순간적으로 가속되는 용탕의 맨 윗부분에서 파도 형상의 충격파가 형성되고, 이 형상은 용탕 자체보다 빠르게 전진하며 슬리브의 끝에 부딪치게 된 다음, 다시 튀어나오면서 뒤에서 오는 용탕과 만나며 와류를 일으킨다. That is, a wave-shaped shock wave is formed at the top of the molten metal which is accelerated instantaneously during constant velocity injection, and the shape is advanced faster than the molten metal and hit the end of the sleeve, then bounces again and meets the molten metal from behind.
이런 현상은 처음부터 빠르게 가속되는 고압 주조의 특성상 피하기 어려우며, 따라서 용탕의 양이나 속도 자체를 여러 조건으로 변경시키면서 여러 번 시험한 다음, 가장 결함이 적게 나오는 조건을 주조 조건으로 선택하고 있다. This phenomenon is difficult to avoid due to the characteristics of high pressure casting which accelerates rapidly from the beginning. Therefore, the casting condition is selected as the most defective condition after several times of testing with varying the amount or speed of the melt itself.
그러나 최적의 조건이 내부 결함을 완벽하게 제거하는 조건은 아니며, 등속으로 사출하는 조건에서는 항상 용탕보다 빠르게 움직이는 충격파가 발생하므로, 와류를 완벽히 제거하기란 매우 어려운 문제이다. However, the optimal condition is not a condition for completely removing internal defects, and since the shock wave always moves faster than the melt at constant velocity, it is very difficult to completely remove the vortex.
이에 용탕 상면에 발생하는 와류를 억제하기 위한 다양한 방안들이 고려되고 있다.Accordingly, various methods for suppressing vortices occurring on the upper surface of the molten metal are being considered.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 고압 주조시 용탕의 와류 발생을 억제하고 용탕의 균일한 충진을 확보할 수 있도록 한 최적의 용탕 사출 방법을 제공하고자 한 것으로서, 사출 속도를 등가속의 가변식으로 제어하여 와류를 억제하는 동시에 기포 발생을 억제시켜 고압 주조 품질을 향상시킬 수 있도록 한 고압 주조 공법의 기포 발생 억제 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
In view of the above, it is an object of the present invention to provide an optimum melt injection method for suppressing vortex generation of molten metal during high pressure casting and to ensure uniform filling of the molten metal. It is an object of the present invention to provide a method for suppressing bubble generation in the high pressure casting method, which can control the vortices and at the same time suppress bubble generation to improve high pressure casting quality.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고압 주조 공법에 있어서, 초기 슬리브내 용탕 충진율을 50%로 유지하고, 슬리브 내의 사출 속도를 제어하기 위하여 슬리브 내부에 충진된 용탕을 가압하는 플런저의 속도를 정지상태(0 m/s)에서부터 점차 높여 200∼2000 mm/s2 범위의 등가속으로 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 고압 주조 공법의 기포 발생 억제 방법을 제공한다.According to the present invention for achieving the above object, in the high pressure casting method, the melt filling rate in the sleeve is maintained at 50%, and the speed of the plunger for pressing the melt filled in the sleeve is controlled to control the injection speed in the sleeve. Provided is a bubble generation suppression method of the high-pressure casting method characterized in that it is gradually increased from the state (0 m / s) to a variable acceleration at a constant acceleration in the range of 200 to 2000 mm / s 2 .
바람직한 구현예로서, 상기 슬리브의 내부에 충진된 용탕을 가압하는 플런저의 이동거리 1000∼1500mm이고, 직경 크기는 100∼200mm인 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment, the moving distance of the plunger for pressurizing the molten metal filled in the sleeve is characterized in that the diameter of 100 to 200mm.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 고압 주조시 사출 속도를 가변식으로 제어하여, 용탕의 균일한 충진을 확보하고, 와류를 억제하는 동시에 기포 발생을 억제시킬 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.The present invention focuses on controlling the injection speed at the time of high pressure casting to ensure uniform filling of the molten metal, to suppress vortices and to suppress bubble generation.
이를 위해, 본 발명은 주조 장비 조건 및 주조 조건을 설정하게 된다.To this end, the present invention establishes casting equipment conditions and casting conditions.
첨부한 도 1은 통상의 고압 주조 공법을 설명하는 개략도로서, 슬리브와 플런저가 일측에 구성되어 있다.1 is a schematic view illustrating a conventional high pressure casting method, wherein a sleeve and a plunger are configured on one side.
플런저는 후방에 위치하면서 슬리브내에 최대한의 공간을 확보하고, 슬리브내부는 빈 공간으로, 금형이 닫히면서 슬리브 뒷부분의 용탕 입구를 제외한 나머지 부위는 모두 밀착된 상태가 된다.The plunger is located at the rear to secure the maximum space in the sleeve, and the inside of the sleeve is an empty space. As the mold is closed, all the portions except the molten metal inlet behind the sleeve are in close contact.
이어서, 용탕을 슬리브에 원하는 양(초기 충진률)만큼 넣고, 입구를 닫는다.Subsequently, the molten metal is put into the sleeve in a desired amount (initial filling rate), and the inlet is closed.
다음으로, 플런저가 저속으로 서서히 이동, 금형 내부로 용탕을 일정량 충진한 다음, 플런저가 고속으로 가속되어 금형 내부를 완전히 채우는 기존 방법과 달리, 상기 슬리브내 사출 속도의 가속도 범위, 슬리브 내에서 플런저가 이동하는 거리, 슬리브의 크기 범위를 규정한 다음, 고압 주조 공정시 사출속도를 가변 제어하게 된다.Next, unlike the conventional method in which the plunger moves slowly at a low speed, fills a certain amount of molten metal into the mold, and then the plunger is accelerated at high speed to completely fill the mold, the acceleration range of the injection speed in the sleeve and the plunger in the sleeve The distance to move and the size range of the sleeve are defined, and then the injection speed is variably controlled during the high pressure casting process.
주조 장비 조건으로서, 슬리브 내의 사출 속도를 제어하기 위하여 슬리브 내부에 충진된 용탕을 가압하는 플런저의 속도를 0 m/s에서부터 점차 높여 200∼2000 mm/s2 범위로 가변 제어한다.As casting equipment conditions, the speed of the plunger pressurizing the molten metal filled in the sleeve is gradually increased from 0 m / s to control the injection speed in the sleeve, and is variably controlled in the range of 200 to 2000 mm / s 2 .
또한, 플런저의 이동거리(슬리브의 총거리)는 1000∼1500mm로 한정하고, 플런저의 직경크기는 100∼200mm로 규정한다.In addition, the moving distance (total length of the sleeve) of the plunger is limited to 1000 to 1500 mm, and the diameter size of the plunger is defined to be 100 to 200 mm.
주조 조건으로서, 초기 슬리브 내의 용탕 충진량을 50%로 유지하고, 초기 속도 조건은 정지상태(0 m/s) 에서 가속을 시작하여 플런저의 속도를 점차 높여 200∼2000 mm/s2 범위로 가변 제어하며, 이때 가속도 조건은 등가속도 조건으로 유지한다.As the casting condition, the melt filling amount in the initial sleeve is maintained at 50%, and the initial velocity condition is controlled at 200 to 2000 mm / s 2 by gradually increasing the speed of the plunger by starting acceleration at standstill (0 m / s). At this time, the acceleration condition is maintained at the equivalent acceleration condition.
초기 슬리브 내의 용탕 충진량을 50%로 하는 이유는 슬리브에 용탕이 담겨진 상태로 사출 대기하는 상태를 의미한다.The reason why the amount of molten metal in the initial sleeve is 50% means to wait for injection in the state in which the molten metal is contained in the sleeve.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명하고, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, and the following examples are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.
실시예Example
슬리브 내의 주조 품질 변화를 확인하기 위해 알루미늄 용탕을 사용한 시험 주조를 실시하였다. Test casting with aluminum molten metal was performed to confirm the casting quality change in the sleeve.
사용 합금은 현행 알루미늄 고압주조용으로 사용중인 ADC10이며, 슬리브 길이는 1200mm, 슬리브 내의 용탕을 가압하는 플런저를 초기 사출 속도 0m/s 에서 가속도 범위 200m/s2 및 600 m/s2 로 제어하면서 사출을 실시하였다. Used alloy is ADC10 in use with the current aluminum high pressure casting, the sleeve length is emitted while controlling to 1200mm, the range acceleration for the plunger to pressurize the molten metal in the sleeve at an initial injection rate 0m / s 200m / s 2 and 600 m / s 2 Was carried out.
사출된 용탕은 시험용 금형 내에서 응고시켰다.The injected melt was solidified in the test mold.
비교예Comparative example
동일 금형 및 슬리브를 사용해 일반적인 고압 주조 조건 즉, 등속 조건 400m/s 및 600m/s에서 용탕을 사출하여 동일 부위를 관찰하였다. 사출 후 냉각 조건 및 취출 조건은 실시예와 동일하다.The same site was observed by injecting molten metal under normal high pressure casting conditions, i.e., constant velocity conditions of 400 m / s and 600 m / s, using the same mold and sleeve. Cooling conditions and ejection conditions after injection are the same as in the examples.
실험예Experimental Example
상기 실시예와 비교예로 제조된 시편들에 대하여 다음과 같은 분석을 실시하였다.The following analysis was performed on the specimens prepared in Examples and Comparative Examples.
(1) 기공률(Percent Porosity)(1) Percent Porosity
기공률 측정은 응고 직후 슬리브 내부의 주조 시편 및 금형내에서 응고된 시편에 대해 0.1μm까지 표면 연마한 후, 1㎠ 의 면적에 대해 기공 면적을 측정하여 기공률을 결정하였다.The porosity was measured by surface polishing to 0.1 μm on the cast specimen inside the sleeve and the specimen solidified in the mold immediately after solidification, and then determined the porosity by measuring the pore area for an area of 1 cm 2.
(2) 기공 크기(Average Pore Size)(2) Average Pore Size
기공률 측정 부위에서 관찰된 모든 기공에 대해 화상 분석장치(image analyzer)를 사용하여 기공의 크기를 계산한 후 그 평균을 산출하였다.For all pores observed at the porosity measurement site, the pore size was calculated using an image analyzer, and then the average was calculated.
(3) 비파괴검사(CT)(3) nondestructive testing (CT)
실시예 및 비교예에서 제조된 시편에 대해 비파괴 검사를 통해 내부 결함의 전반적인 분포를 평가하였다.The specimens prepared in Examples and Comparative Examples evaluated the overall distribution of internal defects through non-destructive testing.
이러한 측정 및 평가 결과는 다음의 표 1에 나타낸 바와 같다.These measurement and evaluation results are shown in Table 1 below.
위의 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 등가속 조건에서의 기공률 수준이 슬리브와 시편 내부 모두 비교예 따른 등속 조건인 경우보다 전반적으로 향상되는 것을 알 수 있다. As shown in Table 1 above, it can be seen that the porosity level in the constant acceleration condition according to the embodiment of the present invention is improved as compared with the case of the constant velocity condition according to the comparative example in both the sleeve and the specimen.
또한, 기공 크기의 경우 다양한 크기로 존재하므로 평균 크기만을 비교하였으며, 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. In addition, since the pore size exists in various sizes, only the average size was compared, and there was no significant difference.
또한, 등속 조건 중 가장 기공률이 낮은 600m/s 조건의 경우에도 상대적으로 빠른 사출 속도에 의한 용탕의 비산에 의해 내부에 상당히 많은 기공이 포집되어 기공률이 실시예의 등가속 조건에 비하여 전반적으로 높게 나타났다.In addition, even in the case of 600 m / s, the lowest porosity among the constant velocity conditions, a large amount of pores were collected inside by molten metal due to relatively high injection speed, so that the porosity was generally higher than that of the equivalent acceleration condition of the embodiment.
결과적으로, 본 발명의 주조 조건을 적용하였을 때 명확한 기공 감소가 나타남을 확인할 수 있다.As a result, it can be seen that clear pore reduction appears when the casting conditions of the present invention are applied.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 고압 주조 공법의 기포 발생 억제 방법에 의하면, 사출 속도를 등가속의 가변식으로 제어하여 와류를 억제하는 동시에 제품내의 기공 및 기포 발생을 억제시켜 고압 주조 품질을 향상시킬 수 있다. As described above, according to the bubble generation suppression method of the high-pressure casting method according to the present invention, by controlling the injection speed to a variable speed of constant acceleration to suppress the vortex, while suppressing the generation of pores and bubbles in the product to improve the high pressure casting quality You can.
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