KR100723954B1 - 용융 재료 공급장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

용융 재료 공급장치는 가열 실린더를 포함한다. 상기 가열 실린더는 이 재료를 수용하여 대략 진공상태에서 가열한다. 용융 재료 공급장치는 압력하에서 용융 재료를 다이에 충전시키는데 적합하다.

Description

용융 재료 공급장치 및 방법{MOLTEN MATERIAL SUPPLY DEVICE AND METHOD}

도 1은 전형적인 금속성형장치를 나타내는 수직 단면도;

도 2는 하나의 금속봉을 양측 개방형 푸쉬 실린더에 낙하시킨 상태에서, 전형적인 예열장치의 푸쉬 실린더의 전형적인 동작을 설명하는 단면도;

도 3은 전형적인 가열 실린더와 이 실린더에 부착된 핫노즐(hot nozzle)의 전방부, 및 가열실린더에 형성된 유로(flow path)와 핫노즐에 형성된 플로우채널(flow channel)의 구성을 나타내는 확대 수직단면도; 및

도 4는 도 3과 유사하지만 가열 실린더의 다른 실시예를 나타내는 확대 수직단면도이다.

본 발명은 용융 재료 공급장치 및 방법에 관한 것으로, 예컨대 금속 및/또는 금속과 플라스틱의 혼합물과 같이 용융점이 비교적 높은 재료를 용융하는데 유리하게 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 이러한 용융 재료 공급장치를 포함하는 성형장치(예컨대 성형다이)에 관한 것이다.

금속을 공산품으로 성형하기 위해 다이-캐스트 성형기(기구)가 일반적으로 사용된다. 통상적으로, 용융 알루미늄 합금과 용융 마그네슘 합금과 같은 용융 금속이 고로(blast furnace)에서 용융된 후 공기에 노출되면서 다이로 이동된다. 그 다음, 압력하에서 용융 금속이 다이로 사출된다. 일반적으로, 다이-캐스트 성형은 피스톤-실린더 기구를 사용하여 용융 금속을 가압하므로, 압력하에서 용융 금속이 다이로 사출될 수 있다. 그 후, 사출된 용융 금속이 다이내에서 냉각되어 응고됨에 따라 금속 성형품을 형성한다.

그러나, 일반적으로 고로는 고가이고 설치비용이 높다. 게다가, 금속이 고로에서 용융되어 대기중에 노출될 때 발생하는 가열된 가스는 환경을 오염시킨다. 따라서, 금속 및 금속-플라스틱 혼합물을 포함하면서 이에 한정되지 않는 재료를 저가로 용융할 수 있고 환경오염을 바람직하게 최소화할 수 있는 장치와 방법이 오랫동안 요구되어 왔다.

따라서, 본 발명의 목적은 향상된 용융 재료 공급장치 및 방법, 그리고 이러한 공급장치를 갖는 용융장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시형태에 의하면, 용융 재료 공급장치는 고로를 사용하지 않고 고체 또는 반고체 재료를 용융하는데 사용될 수 있고, 주변환경으로 배출되는 오염가스를 바람직하게 감소(또는 실질적으로 제거)시킬 수 있다. 여기에서, "반고체", "반용융" 및 "연질"이란 재료(예컨대, 금속, 금속-플라스틱 혼합물 또는 비금속 유기 복합물)가 고체 및 액체상으로 동시에 존재하는 상태나, 수지상결정(dendrite)(고체입자)이 액체재료에 산재되어 있거나 부유되어 있는 상태를 나타낸다. 따라서, 반고체 재료는 실질적으로 고체일 수도 있지만, 성형가능하거나 가요성을 가질 수 있다. 본 발명의 실시형태에 의하면, 상기 재료가 순수 고체 상태에 있을 때에는 일반적으로 성형성이나 가요성을 나타내지 않지만, 반고체 상태에서는 성형성이나 가요성을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 실시형태에 의하면, 연질상태로 전이할 수 있거나 연질상태로 추정되는 임의의 재료는 본 발명에 따라 바람직하게 용융 및 처리될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 용융 재료 공급장치는 대기중에서 재료가 용융될 때 일반적으로 발생하는 오염가스를 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 의하면, 용융 재료 공급장치는 진공가열장치를 필요에 따라 포함할 수도 있다. 예컨대 가열구조는 진공펌프와 같은 진공장치와 연통될 수 있다. 이러한 본 발명의 특성에 의하면, 가열구조가 그 입구와 출구를 제외하고 실질적으로 밀폐되어 있는 한 이 가열구조는 어떤 적절한 설계나 구성을 가질 수 있다. 예컨대, 용융챔버, 가열구조 및 가열 실린더가 본 발명의 대표적인 실시예에서 후술된다. 예컨대 전기저항재료를 통해 전류를 공급하여 열을 발생할 수도 있는 종류의 가열기도 적합하다. 그러나, 연료원을 연소하여 열을 발생하는 다른 형태의 가열기도 고려된다. 따라서, 본 발명의 이러한 실시형태에 의하면, 공기가 실질적으로 존재하지 않을 경우에, 상기 재료는 고체상태 또는 반고체상태에서 용융상태(예컨대, 순수 액체상태)로 가열구조내에서 용융되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 의하면, 상기 재료는 봉의 형태 또는 다른 편리한 구성으로 차례로(예컨대, 순차적으로) 가열 구조에 공급될 수 있으며, 그 구성은 본 발명의 실시형태에 특히 제한되지 않는다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 재료(예컨대, 원통형태의 봉)의 외측 치수가 가열구조에 대한 입구의 내측 치수에 실질적으로 대응하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 입구의 내측 치수는 연질재료의 외측 치수보다 조금 더 작다. 따라서, 이 실시형태에 있어서, 재료가 가열구조의 입구를 통해 삽입될 때 그 재료가 연질 또는 반고체 상태로 있는 것이 바람직하다. 예컨대, 다른 실시예에 있어서, 연질재료는 가열구조의 입구를 통해 강제적으로 도입될 수 있다. 이 경우, 가열구조의 내벽과 연질 재료 사이의 입구에는 밀폐시일(seal)이 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 특성에 의하면, 상기 재료는 연질의 원통형 봉의 형태로 공급될 수 있고, 입구는 연질금속봉으로서 입구를 통해 강제적으로 도입되는 재료를 압착하는 장치일 수도 있고, 이에 의해 밀폐시일을 확보하게 된다. 이 압착장치는 봉의 둘레나 직경보다 약간 더 작은 내부 둘레나 직경을 갖는 링 또는 어떤 다른 적합한 구조일 수도 있다. 압착 장치는 가열구조의 대략 입구나 입구 둘레에 배치되는 것이 바람직하다. 본 발명의 이 실시예에서는 가열 실린더내에서 용융 재료와 공기가 실질적으로 접촉하지 않는다.

본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 재료가 용융챔버내로 공급되기 전에, (예컨대, 원통형 봉의 형상으로) 용융할 재료를 예열하는 진공 가열장치 등의 장치가 설치될 수도 있다. 바람직하게, 예열장치는 고체재료를 연질 또는 반고체 상태로 만든다. 따라서, 용융챔버내의 용융처리가 쉽고 신속하게 수행될 수 있다. 게다가, 예열된(연질화된) 재료가 용융챔버내부로 강제적으로 삽입될 때 쉽게 압착된다.

본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 성형장치는 일반적으로 오염가스의 생성을 감소시키거나 방지하면서 재료를 성형할 수 있다. 성형장치는 가압 및 충전장치로서 작용하는 용융 재료 공급장치를 포함할 수도 있다. 따라서, 용융 재료 공급장치는 압력하에서 용융 재료를 다이내부에 직접 또는 간접적으로 충전할 수 있다. 용융 재료 공급장치와 유사하게, 가압 및 충전장치는 대략 진공상태에서 용융 재료를 다이에 충전할 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 가열구조는 이 가열구조내에서 가스의 축적을 방지하도록 구성될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 있어서, 가열구조는 진공장치와 결합되어, 재료의 용융시 발생하는 오염가스와 같은 가스가 진공펌프속으로 유입될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서는, 가열구조는 반고체 또는 연질재료의 유로를 형성하는 실린더 또는 튜브로서 구성될 수도 있다. 가열구조의 전방부는 유로와 연통되고 출구개구에서 개방되는 출구채널을 형성한다. 출구채널은 출구개구를 향해 테이퍼질 수도 있다. 게다가, 출구채널은 출구개구를 향해 수평으로 연장되거나 상방으로 연장될 수도 있다. 따라서, 진공장치로 흡입되지 않은 가스는 가열구조의 유로내에 축적됨이 없이 출구개구로부터 안정적이고 원활하게 배출될 수도 있다.

이하 도면을 첨부하여 설명한 상세한 설명과 특허청구의 범위를 통해 본 발명의 다른 목적, 특성 및 장점을 보다 쉽게 이해할 수 있다.

도 1은 전형적인 금속 성형 장치를 나타낸다. 제1 금속 성형장치는 예컨대 도 1에 나타낸 바와 같은 용융 금속 공급장치(1)를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 용융 금속 공급장치(1)는 예열부(3)와 진공 가열부(4)를 포함할 수 있다. 용융 금속 공급장치(1)는 용융 금속을 다이(M)에 충전하는 가압 및 충전장치로 역할을 하며, 이 부분은 도 3에 도시되어 있다. 바람직하게, 예열부(3)는 재료 스태커(5)와 유압실린더장치(6)를 포함할 수 있다. 재료 스태커(5)의 내부에 공간을 형성하여 원통형 금속봉(R)을 수직적층열로 수용한다. 에컨대, 금속봉(R)은 단일의 장형봉을 소정 길이(일정하거나 균일함)를 갖도록 절단될 수도 있다. 바람직하게, 금속봉(R)의 길이는 이하에 더욱 자세히 설명하는 바와 같이, 각 금속봉(R)의 부피가 다이(M)의 공동(미도시) 부피와 실질적으로 동일하도록 결정된다. 유압 실린더 장치(6)는 금속봉(R)을 하나씩 진공 가열부(4)로 푸시하는데 사용될 수 있다.

유압 실린더 장치(6)는, 스태커(5)로부터 공급실린더(7)로 하나씩 중력 공급될 수도 있는 원통형 금속봉(R)을 수용하도록 작용하는 공급실린더(7)를 포함할 수 있다. 또한, 유압 실린더 장치(6)는 금속봉(R)을 진공 가열부(4)로 푸시하도록 작용하는 푸싱(pushing) 피스톤(8)을 포함할 수 있다.

하나 이상의 가열기(9)가 스태커(5)의 외측에 설치되어 금속봉(R)을 적정한 온도로 예열할 수도 있으며, 이 온도는 금속봉(R)을 연질상태로 되게 하는 온도이다. 예컨대, 금속봉(R)은, 이 금속봉(R)이 진공 가열부(4)로 공급되기 전에 연질상태로 가열될 수도 있다. 이 도면에 나타내지는 않았지만, 상부 입구개구가 스태커(5)에 형성되고, 금속봉(R)이 상부 입구개구를 통해 삽입되어 스태커(5)에 수용된다. 스태커(5)의 용량 또는 스태커(5)에 수용될 수 있는 금속봉(R)의 개수는 특히 제한되지 않고, 예컨대, 다이(M) 공동의 용량을 고려하여 적당하게 결정될 수 있다. 바람직하게, 스태커(5)의 바닥에 스톱(10)이 설치될 수도 있다. 액추에이터(actuator)(미도시)는 스톱(10)을 수평이동(스태커(5)의 길이방향 축에 대략적으로 수직임)하는데 사용되고, 따라서 스톱(10)을 스태커(5) 내부로 연장하여 스태커(5)로부터 스톱(10)을 꺼낼 수 있다. 따라서 스톱(10)은 공급실린더(7)에 금속봉(R)을 선택적으로 적재하거나 삽입할 수 있다.

도 2는 공급 실린더(7)의 단면도이지만 이에 한정되지는 않는다. 이 공급 실린더(7)는 스태커(5)의 바로 아래에 위치될 수도 있고, 한쌍의 실린더 반쪽부(7A)를 포함할 수도 있다. 힌지(미도시)는 실린더 반쪽부(7A)의 저부 가장자리에 피봇가능하게 부착될 수도 있고 엑추에이터(미도시)가 실린더 반쪽부들을 개폐시킬 수도 있다. 따라서, 스태커(5)로부터 스톱(10)을 꺼냄으로써 금속봉(R)이 삽입되거나 낙하될 때 실린더 반쪽부(7A)들이 개방되어 금속봉(R)을 수용한다. 그 다음, 실린더 반쪽부(7A)들이 폐쇄되어 푸싱 피스톤(8)이 금속봉(R)을 진공가열부(4)로 푸시한다. 바람직하게, 실린더 반쪽부(7A)의 엑추에이터와 스톱(10)의 액추에이터는 유압 실린더 장치(6)와 함께 기능하여, 금속봉(R)이 순차적으로 공급 실린더(7)에 배치되고, 그 다음 푸싱 피스톤(8)에 의해 푸시된다.

진공 가열부(4)는 공급 실린더(7)로부터 예열된 금속봉(R)을 수용하는 가열 실린더(11)를 포함할 수 있다. 게다가, 이 가열 실린더(11)는 이 금속봉(R)을 더 가열하는 것이 바람직하다. 그 결과, 금속봉(R)이 고온으로 가열되어, 연질 금속봉(R)을 용융 금속으로 완전히 용융시킬 수 있다. 그 다음, 용융 금속이 성형용 다이에 공급된다. 금속봉(R)을 더욱 가열하기 위해, 가열기(12)가 가열 실린더(11)의 외측에 부착될 수도 있다.

바람직하지만, 선택적인 다른 실시예에 있어서, 보호튜브(13)가 가열 실린더(11)에 삽입되어, 가열 실린더(11)가 용융 재료와 직접 접촉하지 않는다. 바람직하게, 보호튜브(13)는 충분한 기계강도와 작은 열팽창계수를 제공하면서 내열성이 높고 용융 재료와 화학반응을 하지 않는 하나 이상의 재료를 포함한다. 바람직하지만 제한되지 않는 일례로서 세라믹과 세라믹 금속 복합물은 보호튜브(13)에 사용될 수도 있다.

외부 가열기(12)가 전형적인 제1의 실시예에 도시되어 있을지라도, 가열기(12)로서 사용될 수도 있는 특정형의 가열기가 특히 한정되지는 않는다. 예컨대, 내부 가열기는 가열 실린더(11)에 설치될 수도 있다. 또한, 가열 실린더(11)의 길이는 가열기(12)의 가열능력과 용융 재료의 용융점을 고려하여 적당하게 결정될 수 있다.

도 1을 계속 참조하면, 입구링(14)이 가열 실린더(11)의 후단에 위치되어, 상기 링(14)이 예열부(3)의 공급 실린더(7)의 전단과 대치한다. 바람직하게, 상기 링(14)은 비교적 높은 용융점과 높은 기계강도를 가져서, 상기 링(14)은 반용융된 금속봉(R)의 외측표면을 압착하거나 스크랩할 수 있다. 예컨대, 초경합금은 링(14)을 형성하는데 사용될 수 있다. 게다가, 링(14)의 내경이 금속봉(R)의 외경보다 약간 더 작은 것이 바람직하다. 예컨대, 금속봉(R)의 직경이 50mm라면, 링(14)의 내경은 약 49.5~49.8mm일 수도 있다.

링(14)의 내경은 진공 가열부(4)의 축(길이)방향을 따라 균일하거나 축(길이)방향을 따라 점차 감소할 수도 있다. 게다가, 환형 리세스(15)가 링(14)의 내주면에 형성될 수도 있고, 연통포트(16)를 통해 진공펌프(17)와 연통될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 이하 더욱 상세히 설명하는 바와 같이 가열 실린더(11)의 내부공간은, 금속봉(R)이 완전히 용융될 때, 실질적으로 진공상태로 된다.

가열 실린더(11)의 전방부(11a)의 내벽은 전방부(11a)의 전단을 향해 좁아지는 것이 바람직하다. 또한, 전방부(11a)는 가열 실린더(11)의 전방부(11a)에 부착된 핫노즐(19)내에 형성된 플로우채널(20)과 연통하는 것이 바람직하다.

핫노즐(19)의 플로우채널(20)의 전단(도 1에서의 우측)은 다이(M)의 공동으로 직접 개방될 수도 있고, 내경이 공동을 향해 감소할 수도 있다. 각종 공지된 다이(M)가 본 발명에 사용될 수도 있고, 다이(M)의 구조가 특히 한정되지는 않는다. 예컨대, 다이(M)는 가동 다이부와 고정 다이부(미도시)를 포함할 수도 있다. 공동은 가동 다이부와 고정 다이부 사이에 형성될 수도 있다.

도시하지는 않았지만, 절연층은 핫노즐(19)의 외부면과 플로우채널(20)의 내부면에 도포될 수도 있고, 이 절연층은 하나 이상의 세라믹 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 세라믹은 내부층의 재료로서 특히 바람직한데, 이는 세라믹 재료가, 용융 금속에 대하여, 상술한 바와 같이 가열 실린더(11)의 보호튜브(13)와 연통하고 있는 핫노즐(19)의 내벽을 보호할 수도 있기 때문이다. 이러한 배열을 사용함으로써, 핫노즐(19)의 온도, 특히 전단부에서의 온도가 성형 사이클에 따라 안정적이고 신속하게 제어될 수 있다.

이하, 가열 실린더(11)의 구조, 특히 가열 실린더(11)의 전방부의 구조는 도 1 및 도 3을 참조하여 설명된다. 도 3에 있어서, 설명의 목적을 위해 가열기(12)와 보호튜브(13)의 설명은 생략된다.

도 3을 참조하면, 유로(11A)는 가열 실린더(11)내에 형성될 수도 있다. 유로(11A)는 원형 단면을 갖고 수평방향으로 연장되어 있는 중심축(S1)을 가질 수도 있다. 출구채널(21)은 가열 실린더(11)의 전방부(도 3에서의 좌측)내에 형성될 수도 있다. 출구채널(21)의 좌측 단부는 핫노즐(19)내에 형성된 플로우채널(20)로 개방될 수도 있다. 출구채널(21)의 우측 단부는 유로(11A)와 연통한다. 또한, 핫노즐(19)의 출구채널(21)과 플로우채널(20)의 단면은 원형일 수도 있다. 플로우채널(20)은 중심축(S1)과 평행하게 및 이 중심축 위에 연장되어 있는 중심축(S2)을 가질 수도 있다. 출구채널(21)은 유로(11A)의 중심축(S1)에 대해 상방으로 경사진 중심축(S3)을 가질 수도 있다. 출구채널(21)은 중심축(S3)의 방향으로 플로우채널(20)을 향해 테이퍼지거나 좁혀질 수 있다. 유로(11A)의 상부 가장자리, 출구채널(21) 및 플로우채널(20)의 상부 가장자리는 서로 직렬로, 그리고 수평방향으로 연장된다.

가열 실린더(11)의 출구채널(21)의 상부 가장자리는 유로(11A) 및 플로우채널(20)의 상부 가장자리들과 정렬하여 수평방향으로 연장되기 때문에, 금속이 가열될 때 발생될 수 있는 가스가 핫노즐(19)의 플로우채널(20)을 통해 가열 실린더(11)로부터 원활하게 배출된다. 게다가, 유로(11A)뿐만 아니라 플로우채널(20)은, 용융 금속을 다이(M)에 충전하는 동작동안 어떤 공간도 발생시키지 않으면서 용융 금속으로 안정적으로 충전될 수도 있다. 또한, 다이(M)로 용융 금속을 공급하는 것이 정지되어 가스가 유로(11A)내에서 발생하더라도, 이 가스가 가열 실린더(11)내의 유로(11A)의 상부에 축적되지 않고 외부로 안정적으로 배출될 수도 있다. 따라서, 가스로 인하여 성형품에 발생할 수 있는 결함이 안정적으로 방지되거나 최소화된다.

선택적으로, 출구채널(21)은 도 4에 나타낸 바와 같이 구성될 수도 있다. 이 대안 실시예에 있어서, 출구채널(21)은 출구채널(21)의 상부가장자리가 핫노즐(19)의 플로우채널(20)의 상부 가장자리를 향해 경사지도록 형성된다. 즉, 출구채널(21)의 상부 가장자리가 플로우채널(20)의 상부 가장자리의 아래에 위치된다. 즉, 이 대안 실시예는 도 3에 나타낸 실시예와 동일하고 도 3의 실시예와 동일한 장점을 제공할 수도 있다.

이하, 전형적인 성형공정은 상술한 실시예를 참조하여 설명된다.

(1) 먼저, 금속봉(R)은 예열부(3)의 스태커(5)에 순차적으로 충전되고, 가열기(9)는 금속봉(R)을 소정 온도, 즉, 바람직하게는 ADC12(알루미늄 합금) 및 MD1D(마그네슘)에 대하여 약 300℃로 가열한다. 따라서, 금속봉(R)은 스태커(5)내에서 연화된다.

(2) 그 다음, 실린더(7)의 실린더 반쪽부(7A)는 도 3에 나타낸 바와 같이 개방된다. 스톱(10)은 도 2의 직선으로 나타낸 바와 같이, 금속봉(R)의 스택 바로 아래에 위치한 지지위치로부터 도 2에 점선으로 나타낸 해제위치로 이동된다. 그 결과, 최하위의 금속봉(R)은 중력에 의해 개방 실린더 반쪽부(7A)로 낙하하거나 떨어뜨린다. 최하위 금속봉(R)(이하 "제1 금속봉(R)"이라고 함)이 스태커(5)로부터 방출된 직후, 스톱(10)은 지지위치로 복귀하여 다음번 최하위의 금속봉(R)이 개방 실린더 반쪽부(7A)로 낙하되는 것을 방지한다. 이 때, 실린더 반쪽부(7A)들이 바람직하게 닫혀진다.

(3) 유압 실린더 장치(6)의 푸싱 피스톤(8)이 전방(도 1의 우측)을 향해 이동되어 가열 실린더(11)의 후방측에 위치한 링(14)을 통해 제1 금속봉(R)을 소정 거리만큼 푸시한다. 따라서, 제1 금속봉(R)의 전단이 링(14)의 환형 리세스(15)의 후방(도 1의 좌측)을 향해 조금 떨어져 위치된다. 링(14)의 내경이 금속봉(R)의 직경보다 조금 더 작기 때문에, 제1 금속봉(R)이 링(14)의 후방개구의 가장자리에 의해 압착된다. 그 결과, 밀폐 시일은 링(14)의 내부면 및 이 링(14)으로 이동된 제1 금속봉(R)의 일부의 외부면 사이에 형성된다. 따라서, 공기가 가열 실린더(11)로 유입되게 하는 어떠한 갭도 링(14)과 제1 금속봉(R) 사이에 존재하지 않는다. 따라서, 가열 실린더(11)의 내부 공간은 제1 금속봉(R)을 이 금속봉(R)의 직경보다 약간 작은 링(14)을 통해 가압함으로써 외부환경으로부터 실질적으로 밀봉된다.

(4) 금속봉(R)이 가열 실린더(11)내에 배치될 때, 진공펌프(17)가 바람직하게 구동되어 가열 실린더(11)내에 실질적으로 진공상태(이 실시예에서는 약 10mmHg보다 작음)를 형성한다.

(5) 그 다음, 푸싱 피스톤(8)은 링(14)을 향해 더 이동된다. 푸싱 피스톤(8)의 전방이동은 제1 금속봉(R)의 후단이 링(14) 바로 앞의 위치에 도달할 때 정지된다. 그 후, 푸싱 피스톤(8)은 도 1에 나타낸 원래 위치(리셋 위치)로 복원된다.

(6) 이어서, 그 다음 금속봉(R)이 상술한 단계(2)에서 설명한 동일 방식으로 스태커(5)로부터 실린더(7)에 공급된다. 그 후, 다음번의 금속봉(R)은, 이 금속봉(R)의 후단이 링(14)의 바로 앞 위치에 도달할 때까지 푸싱 피스톤의 수단에 의해 링(14)을 통하여 가열 실린더(11)내로 푸시된다. 따라서, 제1 금속봉(R)이 다음번의 금속봉(R)에 의해 가열 실린더(11) 내부로 더욱 밀쳐질 수 있다. 동일한 동작이 스태커(5)내의 잔여 금속봉(R)에 대하여 반복 수행된다.

따라서, 금속봉(R)이 하나씩 가열 실린더(11)에 공급되고, 가열기(12)의 가열 동작에 의해 순차적으로 반고체 상태에서 완전 용융상태로 된다. 예컨대, ADC12(알루미늄 합금) 및 MD1D(마그네슘 합금)가 약 580℃~600℃에서 완전 용융될 수도 있다.

(7) 가열 실린더(11)가 용융 재료로 충전된 후, 푸싱 피스톤(8)에 의한 푸쉬 동작이 일시 정지될 수 있다. 이 단계에서, 최종 금속봉(R)의 후방부는 링(14)의 전단에 후방으로 인접하여 위치된다.

(8) 다음으로, 유압 실린더 장치(6)가 구동되어 피스톤(8)이 전방으로 이동된다. 피스톤(8)이 전방 스트로크 단에 도달하면, 용융 재료가 핫노즐(19)의 플로우채널(20)내에 충전되고 다이(M)의 공동에도 충전된다. 따라서, 공동이 완전히 충전될 수 있다.

(9) 이후, 다이(M)가 냉각되어 다이(M)내의 금속재료가 응고된다. 따라서, 가동 다이의 반쪽부가 고정 다이 반쪽부로부터 분리되어, 성형품으로서 응고된 재료를 다이(M)로부터 꺼낼수 있다. 게다가, 다이(M)의 냉각동안, 핫노즐(19), 특히 전단부가 적정 온도로 유지되어 다이(M)내의 재료가 반고체 상태로 유지될 수 있다. 따라서, 성형품은 다이(M)로부터 용이하게 제거될 수 있다. 또한, 노즐(19)의 온도가 조절되어 다이의 충전동작동안 재료가 노즐(19)의 외측으로만 흐를 수 있다. 예컨대, 다이의 충전 동작동안 노즐(19)은 비교적 높은 온도에서 유지될 수 있고, 다른 때에는 비교적 저온에서 유지될 수 있다. 따라서, 다이 충전 동작 이외의 시간에서, 노즐(19)내의 재료가 재응고되어 플로우채널(20)내에 밀폐 시일을 제공한다.

이 실시예에 있어서, 용융 금속 공급장치(1)는 가열 실린더(11)와 연통하여 가열실린더(11) 내부 압력을 감소시키는 진공펌프(17)를 포함한다. 따라서, 반용융 금속봉(R)은 공기 또는 산소가 실질적으로 없는 상태에서 가열될 수 있다. 그 결과, 본 발명에서는 특수한 고로를 사용할 필요가 없다. 게다가, 용융 단계동안 가열 가스 증기가 적게 또는 전혀 생성되지 않는다. 또한, 진공펌프(17)가 생성될 수도 있는 모든 증기를 흡입하여, 이들 증기가 환경 오염을 회피하도록 또는 환경오염을 일으키지 않도록 바람직하게 처리될 수 있다. 게다가, 실린더(11)내의 가열처리가 실질적으로 진공상태에서 수행되기 때문에, 용융 재료내에는 공기가 실질적으로 존재하지 않는다. 그 결과, 용융 금속 공급장치(1)는 성형품용 다이(M)에 대한 재료공급장치로서 유리하게 사용될 수 있다.

또한, 실린더(11)의 내부가 실질적으로 진공상태로 유지될 수 있기 때문에, 용융 재료에 공기가 포함되지 않은 채로 다이(M)에 용융 재료가 충전될 수 있다. 따라서, 성형품의 품질 및 수율이 향상될 수 있다. 또한, 본 발명의 이러한 실시형태는, 오염가스를 최소화하기 위해서 감압조건하에서 재료를 용융할 필요가 없기 때문에 본 발명의 방법이 특히 유리하다. 따라서, 본 발명의 이러한 실시형태는 고체상태로부터 용융되어 액상재료를 보다 더 가공하기 위해 다른 공구나 기구로 배출되는 광범위한 재료를 효과적으로 사용할 수 있다.

특히, 진공펌프(17)가 가열 실린더(11)의 입구에서 링(14)에 연결되기 때문에, 금속봉(R)의 외주는 감소된 압력으로 인하여 링(14)의 내주를 향해 흡착된다. 그 결과, 감소된 압력은 금속봉(R)을 링(14)내에서 유지시키고 금속봉(R)의 상류측을 가열실린더(11)내에서 유지시키는 역할을 한다.

게다가, 금속봉(R)은 유압실린더 장치(6)에 의해 가열 실린더(11)로 순차적으로 푸시되고, 금속봉(R)의 부피가 다이(M)의 공동의 체적과 동일하게 되도록 결정된다. 따라서, 용융 재료는 금속봉(R)이 금속봉의 길이에 대응하는 거리만큼 가열실린더(11)로 푸시되는 동안 제품 하나에 필요한 양(일회 주사량)만큼 다이(M)에 공급된다. 따라서, 다이(M)에 공급되는 용융 재료의 양이 쉽게 조절될 수 있다.

또한, 금속봉(R)이 가열 실린더(11)에 공급되기 전 예열장치(3)에 의해 예열되므로, 금속봉(R)이 가열 실린더(11)내에서 쉽고 신속하게 용융될 수도 있다. 또한, 금속봉(R)이 가열 실린더(11)의 입구에서 링(14)에 의해 압착되거나 스크랩되기 때문에, 가열 실린더(11)의 입구에서의 링(14)과 금속봉(R) 사이에 틈이 존재하지 않는다. 따라서, 공기가 가열 실린더(11)에 진입하는 것을 안정적으로 방지하여 가열 실린더(11)의 내부가 실질적으로 진공상태로 안정하게 유지될 수 있다.

게다가, 보호튜브(13)가 가열 실린더(11)에 삽입될 수 있으므로, 가열 실린더(11)는 바람직하게도 용융 재료와 직접 접촉하지 않는다. 특히, 보호튜브(13)가 알루미늄 합금 등의 용융 금속과 화학반응하지 않는 세라믹 등의 재료로 이루어질 수도 있기 때문에, 금속 부산물의 형성이 방지된다. 따라서, 가열 실린더(11)가 이러한 금속 부산물의 생성으로 인한 파손으로부터 보호될 수도 있다. 그 결과, 가열 실린더(11)는 수명이 길어지고 기계부품에 일반적이면서 경제적으로 사용되는 철 또는 강철 등의 재료로 제조될 수 있다.

게다가, 핫노즐(19)의 플로우채널(20)의 내벽은 절연층 역할을 하고 또한 보호튜브(13)에서와 동일한 방식으로 용융 재료로부터 핫노즐(19)를 보호하는 역할을 하는 보호층에 의해 보호될 수도 있다. 따라서, 가열 실린더(11)로부터 공동까지의 유로에 걸쳐 금속 부산물의 형성이 방지될 수 있다. 그 결과, 가열 실린더(11)와 핫노즐(19)의 사용가능한 수명이 증가되고 성형품의 품질 및 수율이 향상될 수도 있다.

바람직하게, 보호튜브(13)의 재료 및 핫노즐(19)의 플로우채널(20)의 내부층은, 알루미늄 합금 및 마그네슘 합금을 포함하며 가열 실린더(11)내에서 용융되는 각종 합금에 의한 금속 부산물의 생성을 방지하도록 선택될 수도 있다. 특히, 세라믹, 세라믹-금속 복합물 및 산화크롬 도포막은 만족스러운 결과를 이 목적에 제공할 수 있다.

또한, 핫노즐(19)의 전단부가 고정 다이 절반부에 접촉될 수도 있다. 이 경우, 공동내의 용융 재료를 응고시키기 위해, 핫노즐(19)의 전단부 내의 용융 재료는 고정 다이 절반부와 마찬가지로 급속하게 냉각될 수도 있다. 따라서, 핫노즐(19)내의 나머지(고체 또는 반고체) 재료가 공동과 가열 실린더(11) 사이의 연통을 가로막을 수도 있다. 그 결과, 다이(M)로부터 성형품을 꺼내기 위해 공동이 개방된 경우 실린더(11)의 내부를 실질적으로 진공상태로 유지하는 밸브수단이 필요하지 않다.

또한, 용융 금속 공급장치(1)와 연결된 핫노즐(19)의 사용은, 종래 다이 캐스트 장치를 사용하여 성형되는 제품에 일반적으로 수반되는 러너, 스풀, 비스킷 및 오버플로우와 같은 부속물을 필요로 하지 않는 성형품의 제조를 가능하게 해준다. 부속물이 형성되지 않기 때문에, 성형품의 제조비용이 감소될 수도 있고 성형 사이클이 단축된다. 게다가, 성형품으로부터 부속물을 제거할 필요가 없기 때문에, 제조비용이 자연적으로 더욱 감소된다. 통상적으로, 종래 다이 캐스트 장치의 성형품으로부터 제거되는 부속물은 재용융되어 새로운 용융 금속재료와 혼합되어 성형공정에 재사용(재활용)된다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 이러한 부속물이 첫공정에서 만들어지지 않기 때문에 이러한 부속물을 용융할 필요가 없다. 게다가, 항상 새로운 재료를 사용하여 성형처리가 수행되기 때문에 성형물의 품질이 안정적이다.

게다가, 본 실시예에 따르면, 예열부(3)의 유압실린더장치(6)는 핫노즐(19)을 통해 용융 재료를 다이(M)의 공동(C)에 충전하는 역할을 수행할 수도 있다. 따라서, 성형 사이클이 시작되기 전에, 예열된 금속봉(R)은 유압 실린더 장치(6)의 피스톤(8)에 의해 가열 실린더(11)로 순차적으로 충전된다. 동시에, 가열 실린더(11)가 가열되어 가열 실린더(11)가 용융 재료로 충전된다. 다음으로, 성형 사이클이 시작되어 유압 실린더 장치(6)의 피스톤(8)이 전방으로 이동되므로 예열된 금속봉(R)의 후단을 공동(C)의 부피에 대응하는 거리만큼 가열 실린더(11)로 푸시된다. 결과적으로, 공동(C)이 용융 재료로 충전된다.

따라서, 본 실시예에 있어서, 상기 봉(R)은 가열 실린더(11)내에서 완전히 용융된다. 추가적인 가열기(미도시)는 가열 실린더(11)상에 장착되거나 이 가열 실린더내에 설치되어 가열력을 증가시킬 수도 있다. 그 다음, 용융 재료가 냉각되어 제조품이 다이(M)로부터 꺼내진다. 성형 사이클은 일반적으로 복수의 제품을 순차적으로 성형하도록 반복될 수 있다. 물론, 성형 사이클 동안, 링(14)은 가열 실린더(11)의 입구를 바람직하게 밀봉한다. 따라서, 진공펌프(17)로 생성된 감소된 압력으로 인하여, 가열 실린더(11)내의 용융 재료가 외부 환경에 노출되는 것이 방지된다.

게다가, 상술한 실시예들의 금속봉(R)이 원형 단면 구성을 갖더라도, 금속봉(R)은 다각형, 타원형 등과 같이 각종의 단면 구성을 갖을 수도 있다. 바람직하게, 링(14)은 봉(R)의 구성과 실질적으로 부합하는 내부표면을 갖도록 형성되지만, 그 구성이 실질적으로 일치되는 한, 링(14)과 봉(R)의 특정한 구성은 중요하지 않다. 게다가, 상술한 실시예들을 금속봉(R)의 관점에서 설명하였지만, 이러한 봉(R)은 용융된 후 액체상태에서 더 처리되거나 가공될 수도 있는 재료라면 어떤 재료라도 좋다. 예컨대, 금속-플라스틱 혼합물 및 이외의 비금속 중합 복합물도 본 발명에 의해 고려될 수 있다.

또한, 가열 실린더(11)의 유로(11A)와 출구채널(21), 그리고 핫노즐(19)의 플로우채널(20)은 상술한 실시예에서 원형 단면부를 갖지만, 유로(11A), 출구채널(21) 및 플로우채널(20)은, 예컨대 직사각형 또는 정사각형 단면과 같이 다른 단면 구성을 가질 수도 있다.

본 발명에 의하면 향상된 용융 재료 공급장치 및 장치, 그리고 이를 구비한 용융장치를 제공할 수 있다. 또한, 고체 또는 반고체 재료를 고로를 사용하지 않으면서 용융하여 주변환경으로 방출되는 오염가스를 감소시켜 환경오염의 유발을 방지할 수 있다.

Claims (23)

1. 고체 재료봉을 수용하여 가열하고 용융된 재료를 출구로 배출하도록 구성 배치되는 가열 실린더의 입구를 경유하여 상기 가열 실린더에 순차적으로 상기 고체 재료봉을 공급함으로써 상기 고체 재료봉 사이를 진공상태로 생성하는 단계;

   상기 고체 재료봉이 용융 상태로 용융되도록 상기 가열 실린더에 공급된 상기 고체 재료봉을 가열하는 단계; 및

   용융된 상기 고체 재료봉을 가압 장치를 통해 가압하여 상기 가열 실린더의 출구를 통해 사출하는 단계;을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 공급방법.
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4. 진공 상태에서 고체 재료봉을 수용하여 가열하도록 구성 배치되는 가열 실린더를 포함하고,

   상기 가열 실린더의 입구에 배치되며, 상기 가열 실린더에 공급되는 상기 고체 재료봉의 외면을 압착 또는 스크랩핑하여, 순차적으로 공급되는 상기 고체 재료봉 사이에 진공 상태가 생성되도록 상기 고체 재료봉의 외경보다 작은 내경을 갖는 압착부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 공급장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 압착부재를 통해 상기 가열 실린더의 출구측상에 위치에서 상기 가열 실린더에 연결되고, 순차적으로 공급되는 2개의 고체 재료봉 사이의 공간에 가둬지는 공기의 배출을 가능하게 하는 진공펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 공급장치.
6. 금속 재료를 수용하여 상기 재료가 용융 상태 또는 반용융 상태로 가열될 때까지 상기 재료를 가열하도록 배치 구성된 가열 실린더;

   상기 가열 실린더의 입구측에 배치되며, 상기 가열 실린더로 들어가는 재료의 외면을 압착 또는 스크랩핑하는 압착부를 포함하는 링;

   상기 가열 실린더의 전단에 부착되며, 상기 용융 재료를 사출하도록 배치 구성된 노즐;

   상기 가열 실린더의 내부 공간이 진공상태가 되도록 작동가능한 진공장치; 및

   실린더 및 피스톤을 포함하며, 상기 재료를 공급하여 상기 재료를 압력하에서 용융 상태 또는 반용융 상태로 상기 노즐에 공급함으로써 이 노즐을 통해 상기 재료가 몰드로 사출될 수 있도록 배치 구성된 가압 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융 재료 공급장치.
7. 진공 상태에서 재료를 수용하여 가열하기 위해 배치 구성된 가열 실린더; 및

   상기 가열 실린더의 전단에 부착되며, 상기 용융된 재료를 사출하도록 배치 구성된 노즐;을 포함하고,

   상기 가열 실린더는 수평방향으로 연장하여 위치되고;

   상기 가열 실린더 내에 한정된 유로는 출구채널을 경유하여 상기 노즐 내에 한정되는 플로우 채널과 연통하고, 상기 플로우 채널은 상기 유로의 직경보다 작은 직경을 가지며;

   상기 출구채널은 상기 플로우 채널의 상부 가장자리의 레벨과 같거나 낮은 레벨에 위치되는 뚫린 공간으로 한정되고;

   상기 출구채널은, 상기 출구채널의 직경이 상기 유로로부터 상기 플로우 채널을 향하는 방향으로 작아지도록 테이퍼져 있는 것을 특징으로 하는 용융 재료 공급장치.
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