KR100705395B1

KR100705395B1 - 고압 주조금형의 냉각장치

Info

Publication number: KR100705395B1
Application number: KR1020050100677A
Authority: KR
Inventors: 윤재환
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2005-10-25
Publication date: 2007-04-10

Abstract

본 발명은 고압 주조금형의 냉각장치에 관한 것이며, 상세하게는 다이캐스팅 금형을 냉각수의 기화열에 의하여 냉각하는 장치에 관한 것으로서, 금형의 냉각중에도 연속주조가 가능하고, 금형표면의 열응력 발생을 최소화하여 수명을 연장할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 1개의 고정금형(11)과, 1개 이상의 가동금형(12)에 의하여 캐비티(C)를 형성하고, 상기 각 금형(11)(12)의 내부에 냉각수실(13a)(13b)을 형성하며, 상기 각 냉각수실(13a)(13b)의 상하에 각각 증기배출관(14a)(14b)과 배수관(15a)(15b)을 연결함과 동시에 상기 증기배출관(14a)(14b)과 배수관(15a)(15b)에 증기배출밸브Ⅰ,Ⅱ(16a)(16b)와 배수밸브Ⅰ,Ⅱ(17a)(17b)를 설치한 금형(10)과; 상기 각 냉각수실(13a)(13b)의 측면에 헤더(21a)(21b)를 설치하고, 상기 각 헤더(21a)(21b)에 냉각제도관(22a)(22b)과 압축공기도관(23a)(23b)을 연결함과 동시에 상기 각 도관(22a)(22b)(23a)(23b)에 급수밸브Ⅰ,Ⅱ(24a)(24b)와 공압밸브Ⅰ,Ⅱ(25a)(25b)를 설치하며, 상기 헤더(21a)(21b)에 다수의 노즐(26a)(26b)을 상기 냉각수실(13a)(13b)에 노출되게 연결한 냉각제 공급수단(20a)(20b)과; 상기 각 금형(11)(12)에 설치한 온도센서Ⅰ,Ⅱ(30a)(30b)와; 상기 각 냉각수실(13a)(13b)에 설치한 압력센서Ⅰ,Ⅱ(40a)(40b)와; 상기 온도 및 압력센서Ⅰ,Ⅱ(30a)(30b)(40a) (40b)의 출력신호에 의하여 상기 증기배출밸브Ⅰ,Ⅱ(16a)(16b), 배수밸브Ⅰ,Ⅱ(17a)(17b), 급수밸브Ⅰ,Ⅱ(24a)(24b) 및 공압밸브Ⅰ,Ⅱ(25a)(25b)를 제어하는 제어기(50)로 구성한 것이다.

금형, 냉각수실, 증기배출밸브Ⅰ,Ⅱ, 배수밸브Ⅰ,Ⅱ, 냉각제 공급수단, 헤더, 냉각제도관, 압축공기도관, 급수밸브Ⅰ,Ⅱ, 공압밸브Ⅰ,Ⅱ, 노즐, 온도센서Ⅰ,Ⅱ, 압력센서Ⅰ,Ⅱ, 제어기

Description

고압 주조금형의 냉각장치 {COOLING APPARATUS OF HIGH PRESSURE CASTING METAL MOLD}

도 1은 본 발명의 실시예의 종단면도

도 2는 본 발명의 실시예의 제어블록도

도 3은 종래의 것의 종단면도

< 도면의 주요부분에 대한 부호설명 >

10 : 금형 13a,13b : 냉각수실 16a,16b : 증기배출밸브Ⅰ,Ⅱ

17a,17b : 배수밸브Ⅰ,Ⅱ 20a,20b : 냉각제 공급수단 21a,21b : 헤더

22a,22b : 냉각제도관 23a,23b : 압축공기도관 24a,24b : 급수밸브Ⅰ,Ⅱ

25a,25b : 공압밸브Ⅰ,Ⅱ 26a,26b : 노즐 30a,30b : 온도센서Ⅰ,Ⅱ

40a,40b : 압력센서Ⅰ,Ⅱ 50 : 제어기

본 발명은 고압 주조금형의 냉각장치에 관한 것이며, 상세하게는 다이캐스팅 금형을 냉각수의 기화열에 의하여 냉각하는 장치에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 예를 들어 엔진의 알루미늄 실린더 블록과 같이 대량생 산으로 고정밀도의 제품을 생산하기 위하여서는 다이캐스팅에 의한 연속주조방법이 사용되고 있으며, 상기 다이캐스팅에 의한 제품의 주조시에 생산성을 향상하기 위하여 금형을 냉각수에 의하여 냉각하고 있다.

종래의 다이캐스팅 금형은 도 3에 도시한 바와 같이, 금형(70)은 적어도 1개의 고정금형(71)과 적어도 1개의 가동금형(72)에 의하여 캐비티(C)를 형성하고, 상기 각 금형(71)(72)의 측면에 헤더(73a)(73b)를 설치함과 동시에 헤더(73a)(73b)에 수개식의 노즐(74a)(74b)을 연결하며, 한편 상기 헤더(73a)(73b)에는 냉각제도관(75a)(75b) 및 압축공기도관(76a)(76b)을 연결함과 동시에 각 도관(75a)(75b) (76a)(76b)에 솔레노이드 밸브(77a)(77b)(78a)(78b)를 각각 설치하여서 제품의 주조를 끝마친 후 제어수단(미도시)에 의하여 솔레노이드 밸브(77a)(77b)를 개방하여 냉각제도관(75a)(75b)을 통하여 각 금형(71)(72)의 내부표면에 냉각수를 분사함으로써 그 냉각수와 금형(71)(72)간의 열교환과 그 냉각수가 기화될 때의 기화열에 의하여 각 금형(71)(72)의 표면을 냉각하고, 솔레노이드 밸브(78a)(78b)를 개방하여 압축공기도관(76a)(76b)으로 압축공기를 분사하여 각 금형(71)(72)의 표면에 형성된 증기막을 제거하는 동작을 교대로 반복하도록 한 것이다.

그러나 상기한 냉각시스템은 각 금형(71)(72)의 외부표면에 냉각수를 분사하는 외부냉각방식임으로 금형(71)(72)의 냉각효율이 양호하지 못하고 냉각시에는 가동금형(12)의 조작이 불가능하여 가동을 중단함으로써 냉각시간만큼의 생산성이 낮고, 또한 냉각수의 처리가 곤란하여 작업환경이 나쁘게 되는 것이다.

또한 고온의 금형(71)(72)의 표면에 저온의 냉각수를 직접 분사하여 금형(71)(72)의 표면이 급냉될 때 열응력이 발생하여 균열이 발생되거나 될 염려가 많게 되는 문제점이 발생하고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 시정하기 위하여, 금형의 냉각중에도 연속주조가 가능하고, 금형표면의 열응력 발생을 최소화하여 수명을 연장할 수 있는 고압 주조금형의 냉각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 1개의 고정금형과, 1개 이상의 가동금형에 의하여 캐비티를 형성하고, 상기 각 금형의 내부에 냉각수실을 형성하며, 상기 각 냉각수실의 상하에 각각 증기배출관과 배수관을 연결함과 동시에 상기 증기배출관과 배수관에 증기배출밸브Ⅰ,Ⅱ와 배수밸브Ⅰ,Ⅱ를 설치한 금형과; 상기 각 냉각수실의 측면에 헤더를 설치하고, 상기 각 헤더에 냉각제도관과 압축공기도관을 연결함과 동시에 상기 각 도관에 급수밸브Ⅰ,Ⅱ와 공압밸브Ⅰ,Ⅱ를 설치하며, 상기 헤더에 다수의 노즐을 상기 냉각수실에 노출되게 연결한 냉각제 공급수단과; 상기 각 금형에 설치한 온도센서Ⅰ,Ⅱ와; 상기 각 냉각수실에 설치한 압력센서Ⅰ,Ⅱ와; 상기 온도 및 압력센서Ⅰ,Ⅱ의 출력신호에 의하여 상기 증기배출밸브Ⅰ,Ⅱ, 배수밸브Ⅰ,Ⅱ, 급수밸브Ⅰ,Ⅱ 및 공압밸브Ⅰ,Ⅱ를 제어하는 제어기로 구성한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 종단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예의 제어블록도로서, 10은 금형이고, 상기 금형(10)은 1개의 고정금형(11)과 1개 이상의 가동금형(코어 포함)(12)으로 구성하여 캐비티(C)를 형성하며, 상기 각 금형(11)(12)의 내부에는 냉각수실(13a)(13b)을 각각 형성하고, 상기 각 냉각수실(13a) (13b)의 상부에는 증기배출관(14a)(14b)을, 하부에는 배수관(15a)(15b)을 연결함과 동시에 상기 증기배출관(14a)(14b)과 배수관(15a)(15b)에 증기배출밸브Ⅰ,Ⅱ(16a) (16b)와 배수밸브Ⅰ,Ⅱ(17a)(17b)를 설치한 것이다.

그리고 상기 증기배출관(14a)(14b)은 통합하여 감압박스(19)를 설치하여서 냉각수가 증발하면서 증가되는 압력을 저하시켜 냉각수의 기화온도를 낮춤으로써 금형의 냉각효율을 증대하도록 한 것이며, 상기 감압박스(19)에는 진공펌프(미도시)를 부설하면 냉각수실(13a)(13b)의 배압을 더욱더 양호하게 제거할 수 있는 것이다.

20a, 20b는 냉각제 공급수단으로서, 상기 냉각제 공급수단(20a)(20b)은 상기 각 냉각수실(13a)(13b)의 측면에 헤더(21a)(21b)를 설치하고 상기 각 헤더(21a) (21b)에 냉각제도관(22a)(22b)과 압축공기도관(23a)(23b)을 연결함과 동시에 상기 각 도관(22a)(22b)(23a)(23b)에 급수밸브Ⅰ,Ⅱ(24a)(24b)와 공압밸브Ⅰ,Ⅱ(25a) (25b)를 설치하며, 또한 상기 각 헤더(21a)(21b)에 다수의 노즐(26a)(26b)을 그 분사구를 상기 냉각수실(13a)(13b)에 노출되게 연결하여서, 냉각제도관(22a) (22b)으로는 냉각수실(13a)(13b)에 냉각수인 물만을 공급하거나 물과 압축공기를 혼합한 냉각제를 냉각수실(13a)(13b)에 공급하며, 압축공기도관(23a)(23b)으로는 상기 냉각제도관(22a)(22b)으로 냉각수 또는 냉각제를 일정시간 분사한 후 압축공기를 분사하여 냉각수실(13a)(13b)의 내벽에 형성한 증기막을 제거하며, 상기 냉각수 또는 냉각제와 압축공기는 교대로 반복 분사하는 것이다.

그리고 상기 모든 밸브는 전자제어밸브를 사용한다.

또한 상기 각 냉각수실(13a)(13b)에는 커버(130a)(130b)를 분해할 수 있게 설치하여 냉각수실(13a)(13b)의 정비점검을 간편하고 신속하게 하며, 상기 커버(130a)(130b)에 상기 냉각제 공급수단(20a)(20b)을 노즐(26a)(26b)을 커버(130a) (130b)에 관통시켜 설치함으로써 냉각제 공급수단(20a)(20b)의 설치구조를 단순화한 것이다.

30a, 30b는 상기 각 금형(11)(12)에 설치한 온도센서Ⅰ,Ⅱ이고, 40a, 40b는 상기 각 냉각수실(13a)(13b)내에 설치한 압력센서Ⅰ,Ⅱ이다.

50은 제어기로서, 상기 제어기(50)는 상기 온도센서Ⅰ,Ⅱ(30a)(30b)와 압력센서Ⅰ,Ⅱ(40a)(40b)의 출력신호를 각각 입력받아서 상기 증기배출밸브Ⅰ,Ⅱ(16a) (16b), 배수밸브Ⅰ,Ⅱ(17a)(17b), 급수밸브Ⅰ,Ⅱ(24a)(24b) 및 공압밸브Ⅰ,Ⅱ(25a) (25b)를 각각 제어하는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 각 금형(11)(12)에 의하여 형성되는 캐비티(C)내에 통상의 방법으로 고온의 용탕을 주입하여 소요형상의 제품을 주조 성형하는 것이다.

상기와 같이 소요형상의 제품을 주조할 때 예를 들어 알루미늄합금의 주조온도는 620~750℃ 임으로 금형(10)도 과열(400℃ 이상)되며, 상기와 같이 주조할 때 각 금형(11)(12)에 설치한 온도센서Ⅰ,Ⅱ(30a)(30b)의 출력신호를 제어기(50)에 입력하고, 상기 출력신호를 입력받은 제어기(50)는 각 금형(11)(12)의 온도가 설정온 도(200~450℃) 이상시에 급수밸브Ⅰ,Ⅱ(24a)(24b)에 전류를 보내어 이를 개방하여 냉각제도관(22a)(22b)으로 공급되는 냉각수를 헤더(20a)(20b)에 공급하여 노즐(26a)(26b)을 통하여 냉각수실(13a)(13b)에 분사하고, 상기 냉각수실(13a)(13b)에 분사된 냉각수는 고온의 냉각수실(13a)(13b)에 분사되면서 냉각수와 금형(11)(12)간의 열교환에 의하여 냉각함과 동시에 냉각수가 증발될 때의 기화열에 의하여 금형(11)(12)을 냉각하는 것이다. 그리고 상기와 같이 냉각수를 냉각수실(13a)(13b)에 분사하여 냉각수가 증발될 때 그 표면에 증기막이 형성되며, 상기와 같이 냉각수실(13a)(13b)의 표면에 증기막이 형성되면 열전달을 방해함으로 이를 신속히 제거하기 위하여 냉각수와 압축공기를 혼합한 냉각제를 분무할 수도 있는 것이다.

상기와 같이 냉각수실(13a)(13b)에 냉각수 또는 냉각제를 분사하여 각 금형(11)(12)을 냉각하면 각 냉각수실(13a)(13b)의 표면에 증기막이 형성되어 열전달을 방해하게되며 이를 방지하기 위하여 냉각수 또는 냉각제를 소정시간 분사한 후 제어기(50)에 의하여 공압밸브 Ⅰ,Ⅱ(25a)(25b)를 개방하고 압축공기도관(23a)(23b)으로 압축공기를 냉각수실(13a)(13b)에 분사하여 증기막을 제거함으로써 열전달을 양호하게 하는 것이며, 상기 급수밸브Ⅰ,Ⅱ(24a)(24b)와 공압밸브Ⅰ,Ⅱ(25a)(25b)는 교대로 반복하여 개방하고, 공압밸브Ⅰ,Ⅱ(25a)(25b)의 개방시간은 급수밸브Ⅰ,Ⅱ(24a)(24b)의 개방시간보다 길게 형성하여 증기막 제거를 양호하게 하는 것이 바람직하다.

한편 상기와 같이 냉각수 또는 냉각제를 냉각수실(13a)(13b)에 분사하여 각 금형(11)(12)을 냉각하면 냉각수가 증발하면서 냉각수실(13a)(13b) 내의 증기압력 이 증가하고, 또한 드레인이 발생하며, 냉각수실(13a)(13b)에 설치한 압력센서Ⅰ,Ⅱ(40a)(40b)의 출력신호가 제어기(50)에 입력되는바, 상기와 같이 냉각수실(13a)(13b) 내의 증기압력이 소정압력(예 1㎏/㎠) 이상이 되면 제어기(50)는 증기배출밸브Ⅰ,Ⅱ(16a)(16b)와 배수밸브Ⅰ,Ⅱ(17a)(17b)에 전류를 보내어 이를 개방함으로 증기와 드레인은 증기배출관(14a)(14b)과 배수관(15a)(15b)을 통하여 외부로 배출하는 것이다.

상기와 같이 냉각수실(13a)(13b) 내의 증기압력이 높아질 때 그 증기를 외부로 배출하면 냉각수실(13a)(13b) 내의 압력이 낮아지고, 압력이 낮아지면 냉각수의 증발온도를 낮출수 있기 때문에 기화열에 의한 금형(11)(12)의 냉각효율을 증대할 수 있는 것이다.

그리고 증기의 외부배출시에 증기배출관(14a)(14b)에 연결된 감압박스(19)로 배출하면 신속하게 증기압력을 제거할 수 있게 되어 냉각효율을 증대할 수 있고, 또한 감압박스(19)에 진공펌프를 연결하면 냉각수의 기화온도를 더욱더 양호하게 낮은 온도로 유지할 수 있는 것이다.

한편 각 금형(11)(12)의 온도가 설정온도 이하가 되면 제어기(50)는 급수밸브Ⅰ,Ⅱ(24a)(24b), 공압밸브Ⅰ,Ⅱ(25a)(25b), 증기배출밸브Ⅰ,Ⅱ(16a)(16b) 및 배수밸브Ⅰ,Ⅱ(17a)(17b)에 전류공급을 차단하여 폐쇄하며, 상기와 같이 각 밸브를 폐쇄할 때 증기배출밸브Ⅰ,Ⅱ(16a)(16b)와 배수밸브Ⅰ,Ⅱ(17a)(17b)는 상기 급수밸브Ⅰ,Ⅱ(24a)(24b) 및 공압밸브Ⅰ,Ⅱ(25a)(25b)보다 타이머에 의하여 지연시간을 두고 지연하여 폐쇄함으로써 신속하게 재냉각을 할 수 있는 것이다.

그리고 본 발명은 각 금형(11)(12) 내에 냉각수실(13a)(13b)을 형성함으로 주조공정중에도 금형을 냉각할 수 있기 때문에 생산성을 증대할 수 있고, 또한 냉각수실(13a)(13b)에 냉각수 또는 냉각제를 분사함으로 표면까지 거의 균일한 열구배를 유지할 수 있기 때문에 열응력이 감소되어 균열을 방지할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 각 금형의 내부에 냉각수실을 형성함으로 주조공정중에도 금형의 냉각을 양호하게 할 수 있기 때문에 연속주조가 가능하여 생산성을 증대할 수 있고, 또한 종래와 같이 금형의 표면에 냉각수를 분사하지 않고 내부에 분사함으로 금형의 표면까지 거의 균일한 열구배를 유지할 수 있기 때문에 열응력이 감소되어 균열이 방지됨으로 수명을 연장할 수 있는 것이다.

Claims

1개의 고정금형과, 1개 이상의 가동금형에 의하여 캐비티를 형성하고, 상기 각 금형의 내부에 냉각수실을 형성하며, 상기 각 냉각수실의 상하에 각각 증기배출관과 배수관을 연결함과 동시에 상기 증기배출관과 배수관에 증기배출밸브Ⅰ,Ⅱ와 배수밸브Ⅰ,Ⅱ를 설치한 금형과; 상기 각 냉각수실의 측면에 헤더를 설치하고, 상기 각 헤더에 냉각제도관과 압축공기도관을 연결함과 동시에 상기 각 도관에 급수밸브Ⅰ,Ⅱ와 공압밸브Ⅰ,Ⅱ를 설치하며, 상기 헤더에 다수의 노즐을 상기 냉각수실에 노출되게 연결한 냉각제 공급수단과; 상기 각 금형에 설치한 온도센서Ⅰ,Ⅱ와; 상기 각 냉각수실에 설치한 압력센서Ⅰ,Ⅱ와; 상기 온도 및 압력센서Ⅰ,Ⅱ의 출력신호에 의하여 상기 증기배출밸브Ⅰ,Ⅱ, 배수밸브Ⅰ,Ⅱ, 급수밸브Ⅰ,Ⅱ 및 공압밸브Ⅰ,Ⅱ를 제어하는 제어기로 구성한 고압 주조금형의 냉각장치.

제 1 항에 있어서, 냉각수실에 커버를 분해할 수 있게 설치하고, 상기 커버에 냉각제 공급수단을 관통되게 설치한 고압 주조금형의 냉각장치.

제 1 항에 있어서, 증기배출관을 통합하여 감압박스를 설치한 고압 주조금형의 냉각장치.

제 1 항에 있어서, 냉각제도관에 냉각수만을 공급하는 고압 주조금형의 냉각장치.

제 1 항에 있어서, 냉각제도관에 냉각수와 압축공기를 함께 공급하는 고압 주조금형의 냉각장치.

제 3 항에 있어서, 감압박스에 진공펌프를 연결한 고압 주조금형의 냉각장치.