KR100818152B1 - 다이캐스팅 머신용 플런저 팁과 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이캐스팅 머신용 플런저 팁과 그의 제조방법에 대한 것으로서, 이를 위하여 본 발명은 니켈 4.0~9.0중량%, 실리콘 0.7~2.5중량%, 크롬 0.1~1.0중량%, 지르코늄 0.05~0.3중량%, 코발트 0.05~1.0중량%, 알루미늄 0.1~1.0중량%, 망간 0.1~0.5중량% 및 나머지는 구리로 조성되는 구리합금으로 이루어지도록 함으로써 우수한 내마모성과 열전도성 및 적당한 강도와 경도를 갖도록 함으로써 사용 수명이 최대한 연장되도록 하고, 원가 절감과 생산성이 향상되도록 하는 동시에 보다 고가의 부품인 인젝터 슬리브의 마모 또는 손상을 방지시키고, 수명이 다한 후에는 재용해하여 플런저 팁의 원자재로써 다시 사용될 수 있으므로 재활용이 가능토록 하는 특징을 제공한다.

다이캐스팅 머신, 플런저 팁, 구리합금, 재활용

Description

다이캐스팅 머신용 플런저 팁과 그의 제조방법{Plunger tip of die casting machine and thereof manufacturing method}

도 1은 일반적인 다이캐스팅 머신의 요부 구조도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 인젝터 슬리브

20 : 플런저 로드

30 : 플런저 팁

40 : 금형

본 발명은 다이캐스팅 머신용 플런저 팁과 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다이캐스팅 머신의 인젝터 슬리브에 주입되는 용탕을 금형에 일정한 압력으로 주입시키도록 하는 플런저 팁이 내마모성과 강도와 경도 및 열전도성이 보다 향상되도록 하는 다이캐스팅 머신용 플런저 팁과 그의 제조방법에 관한 것 이다.

일반적으로 다이캐스팅은 주조형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계가공된 강제(鋼製)의 금형(金型)에 용융금속(熔融金屬)을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀주조법을 일컫는다.

다이캐스팅은 치수가 정확하므로 다듬질할 필요가 거의 없는 장점 외에도 기계적 성질이 우수하고, 대량생산이 가능하다는 특징이 있으며, 주로 알루미늄, 아연, 마그네슘, 주석, 구리 등의 합금을 이용하여 자동차부품에 다수 적용되고, 그 외에 전기기기 ·광학기기 ·차량 ·방직기 ·건축 ·계측기의 부품 등에도 다수 적용하고 있다.

특히 최근에는 알루미늄 합금을 이용한 다이캐스팅 제품으로 경량화 및 원가를 절감시켜 일반 기계부품 또는 가정용품 등에도 광범위하게 적용하고 있다.

도 1은 일반적인 다이캐스팅 머신의 요부를 도시한 단면도이다.

이러한 다이캐스팅 제품을 생산하는 다이캐스팅 머신은 인젝터 슬리브(10)의 내부로 용탕을 주입하고, 이 용탕을 플런저 로드(20)에 의해 일정한 압력으로 밀어 금형(40)에 주입되게 함으로써 금형에서 성형이 이루어지도록 하는 것이다.

이때 인젝터 슬리브(10) 내에 주입된 용탕은 대단히 높은 온도를 갖게 되고, 이러한 용탕을 금형(40)에 주입하기 위해서는 플런저 로드(20)의 선단에 결합한 플런저 팁(30)이 반복적으로 인젝터 슬리브(10)의 내부를 왕복해야 한다.

따라서 플런저 팁(30)은 이러한 고온의 온도에서도 장시간 사용할 수 있어야만 한다.

한편 현재 사용되고 있는 플런저 팁(30)은 철주물과 철강봉과 베릴륨 동으로 제작된 제품들이 대부분이다.

철주물의 플런저 팁은 가격이 저렴한 이점이 있고, 철강봉은 강도와 경도가 인젝터 슬리브와 비슷하여 철주물에 비해 보다 장시간 사용이 가능하며, 베릴륨동은 인젝터 슬리브를 왕복 시 인젝터 슬리브의 손상이 방지되도록 하고 있다.

하지만 철주물의 플런저 팁은 인젝터 슬리브를 왕복하면서 내마모성이 낮아 플런저 팁의 표면 스크래치를 발생시켜 쉽게 마모되는 동시에 열전도성이 낮아 용탕과의 접촉면이 쉽게 침식되어 용손현상의 발생으로 사용 수명이 짧은 문제가 있다.

또한 철강봉의 플런저 팁은 철주물의 플런저 팁보다는 강도와 경도가 좋아 보다 장시간을 사용할 수가 있으나 인젝터 슬리브를 왕복할 때 오히려 보다 고가인 인젝터 슬리브에 스크래치를 발생시켜 손상을 입히게 되므로 인젝터 슬리브의 교체에 따라 유지 관리 비용이 보다 상승하게 되는 문제가 있다.

그리고 베릴륨동의 플런저 팁은 철주물이나 철강봉의 플런저 팁보다는 우수한 소재이기는 하지만 그 자체의 가격이 고가일 뿐만 아니라 베릴륨에는 독성이 다량 포함되어 있어 위험한 공해 물질로 인체에 유해한 치명적인 문제가 있다.

따라서 종전의 플런저 팁이 갖는 문제점을 개선하면서 플런저 팁이 갖추어야 할 필요 조건인 내마모성과 강도 및 경도 그리고 열전도성이 우수한 재질의 플런저 팁이 필요로 되고 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점과 필요성을 감안하여 발명된 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 용탕의 고온에서 안전하게 유지되도록 하는 내마모성과 신속한 냉각을 위한 열전도율이 향상되도록 하면서 용탕을 주입하기 위해 왕복하는 플런저 팁과 인젝터 슬리브가 면접촉을 함에 따라 발생하는 마찰력에 의한 보다 고가인 인젝터 슬리브의 마모와 손상이 방지되도록 하는 다이캐스팅 머신용 플런저 팁과 그의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 사용 수명이 연장되도록 하면서 잦은 교체를 방지하여 작업 효율 및 제품 생산성을 향상시키고, 특히 수명이 다한 이후에도 재차 용해시켜 플런저 팁의 원자재로써 다시 사용할 수 있으므로 재활용이 가능한 매우 경제적인 다이캐스팅 머신용 플런저 팁과 그의 제조방법을 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 니켈 4.0~9.0중량%, 실리콘 0.7~2.5중량%, 크롬 0.1~1.0중량%, 지르코늄 0.05~0.3중량%, 코발트 0.05~1.0중량%, 알루미늄 0.1~1.0중량%, 망간 0.1~0.5중량% 및 나머지는 구리로 조성되는 구리합금으로 이루어지도록 하는데 특징이 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 각 성분에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 플런저 팁은 다이캐스팅 머신에 장착되면서 반드시 필요한 몇가지 의 특성이 요구된다.

즉 플런저 팁은 다이캐스팅 머신의 인젝터 슬리브 내부로 주입되는 용탕을 금형으로 밀어내기 위해선 인젝터 슬리브와 접하면서 인젝터 슬리브와는 면마찰이 유발된다.

이를 위해서 플런저 팁은 반드시 내마모성과 적당한 강도와 경도 및 열전도성을 가져야만 한다.

플런저 팁의 내마모성은 전술한 바와 같이 플런저 팁이 용탕에 직접 접하게 되므로 고온의 용탕과의 접촉으로 인한 변형과 인젝터 슬리브와의 면마찰에 따른 마모 등에 견딜 수 있어야만 하며, 이러한 내마모성이 부족하게 되면 플런저 팁의 수명은 대폭적으로 단축될 수 밖에 없다.

그리고 플런저 팁은 인젝터 슬리브의 내부를 반복해서 왕복 이동하면서 용탕을 금형에 주입시키게 되므로 인젝터 슬리브와의 잦은 면마찰이 불가피하여 비교적 고가의 부품인 인젝터 슬리브의 내주면을 손상시키게 되면 인젝터 슬리브의 교체 주기가 짧아지게 되므로 인젝터 슬리브보다는 강도와 경도가 낮게 형성되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

한편 플런저 팁은 냉각효율이 좋아야 한다. 즉 플런저 로드의 내부에는 수냉용 냉각 파이프가 장착되고, 이 냉각 파이프는 플런저 팁과 연결되면서 고온의 용탕에 접하게 되는 플런저 팁이 신속하게 냉각되면서 고온의 용탕에 의한 침식이 방지되도록 하기 위하여 적절한 열전도율이 반드시 필요로 된다.

이러한 특성을 충족시키기 위하여 본 발명은 니켈(Ni)과 실리콘(Si)과 크 롬(Cr)과 지르코늄(Zr)과 코발트(Co)와 알루미늄(Al)과 망간(Mn)에 구리(Cu)와 불순물로 조성되는 구리합금을 금형을 이용하여 주조하였다.

이중 니켈(Ni)은 실리콘과 더불어 Ni₂Si를 형성하여 시효경화되어 기계적인 강도와 경도를 얻는데 필요한 금속으로 4.0중량% 이하에서는 플런저 팁이 필요로 하는 강도와 경도를 얻을 수 없으며, 9.0중량% 이상에서는 니켈 양만큼 강도와 경도를 얻을 수 없을 뿐만 아니라 강도와 경도에 도움이 되지 않는 자이언트 화합물이 주조후에 재결정으로 남게 되므로 열전도효율이 저하된다. 따라서 니켈은 함량이 4.0~9.0중량%로 되는 것이 바람직하며, 가장 바람직한 함량은 4.0~7.0 중량%이다.

실리콘(Si)은 니켈과 더불어 Ni₂Si를 형성하며, 니켈의 양에 의해서 결정된다. 함량이 0.7중량% 이하에서는 플런저 팁의 필요로 하는 강도와 경도를 얻을 수가 없으며, 2.5중량% 이상에서는 니켈의 양이 많은 경우와 마찬가지로 기계적인 강도와 경도가 약화되는 동시에 열전도성이 저하되므로 실리콘은 함량이 0.7~2.5중량%로 되는 것이 바람직하며, 가장 바람직한 함량은 0.9~1.8중량%이다.

크롬(Cr)은 구리와 합금화되어 시효경화되며, Ni₂Si와 더불어 강도와 경도를 보완하면서 주물, 주조 조직을 용체화 처리과정에서 금속 결정립의 성장을 억제시켜 미세조직으로 되어 내마모성과 고온의 용탕에 의한 부분 침식을 방지하여 준다. 함량이 0.1중량% 미만에서는 효과가 미약하며 함량이 1.0중량% 이상에서는 오히려 강도와 경도 및 내마모성이 저하되므로 크롬의 함량은 0.1~1.0중량%가 바람직하며, 가장 이상적인 함량은 0.3~0.7중량%이다.

지르코늄(Zr)은 크롬과 더불어 결정립을 미세화시켜 크롬 단독 보다는 지르코늄을 첨가함으로써 결정립이 더욱 미세화되므로 내마모성과 경도 및 강도를 향상시키게 된다. 함량은 0.05중량% 이하에서는 효과가 미약하며 함량이 0.3중량% 이상에서는 열전도성이 저하되고, 주조시 용탕이 좋지 않아 주조결함이 많이 발생되므로 지르코늄의 함량은 0.05~0.3중량%이 바람직하며, 가장 이상적인 함량은 0.1~0.15중량%이다.

코발트(Co)는 니켈과 함께 실리콘과 석출물이 형성되며, 니켈 단독일 때보다 코발트를 첨가시키므로써 주조조직을 미세화시키는데 중요한 역할을 한다. 함량이 0.05중량% 미만에서는 효과가 미약하며 함유량이 1.0중량% 이상에서는 니켈과 마찬가지로 열전도성이 저하되므로 필요로 하는 열전도성을 얻을 수가 없다. 따라서 코발트의 함량은 0.05~1.0중량%가 바람직하며, 가장 이상적인 함량은 0.1~0.5중량%이다.

알루미늄(Al)은 플런저 팁의 표면 산화를 방지시켜 주며, 기계 가공 시 절삭성을 좋게 한다. 함량이 0.1중량% 미만에서는 효과가 미약하나 함량이 1.0중량% 이상에서는 강도와 경도 및 열전도성이 저하되므로 알루미늄의 함량은 0.1~1.0중량%가 바람직하며, 가장 이상적인 함량은 0.3~0.7중량%이다.

망간(Mn)은 탈산 및 탈유황을 목적으로 사용하며, 함량이 0.1중량% 이하에서는 탈산이 미약하고 함량이 0.5중량% 이상에서는 탈산 및 탈유황은 원활해지지만 열전도성을 저하시키게 되므로 망간의 함량은 0.1~0.5중량%가 바람직하며, 가장 이 상적인 함량은 0.2~0.3중량%이다.

이하 본 발명에 따른 구체적인 플런저 팁의 제조 방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 플런저 팁은 각각의 성분들을 구리와 함께 10.0중량%가 되도록 모합금하며, 이렇게 모합금된 각각의 성분을 표 1과 같이 구리합금 조성 비율로 계산하여 전기 용해로에서 용해되도록 한다.

용해된 용탕은 제조하고자 하는 플런저 팁보다는 큰 규격으로 제작된 금형에 주입한다.

예를 들어 플런저 팁이 60 φ의 규격이라면 금형은 그보다 큰 65~66 φ를 사용하는 것이 바람직하다.

금형에 주입하여 주조된 플런저 팁은 금형으로부터 탈형시킨 뒤 플런저 팁의 압탕을 절단해서 제거한다.

주조된 플런저 팁을 전기로에 넣어 820~850℃ 사이에서 2~3시간 동안 유지되 도록 하여 불균일한 분포의 성분들을 균질화한다.

균질화시킨 플런저 팁을 다시 920~980℃ 사이에서 1~2시간 동안 유지되도록 한 후 전기로로부터 꺼내 초당 2~3℃ 이상의 속도로 흐르는 냉각수로 급냉시켜 용체화 처리를 하였다.

용체화 처리된 플런저 팁을 다시 전기로에 넣어 450~480℃ 사이에서 3~5시간을 유지되도록 한 후 꺼내 공냉하여 시효화 처리를 하였다.

시효 처리된 플런저 팁을 소정의 규격대로 기계 가공하여 규격에 맞도록 플런저 팁을 제작하게 되는 것이다.

표 2는 기계 가공이 완성된 플런저 팁과 종래의 플런저 팁과의 성능을 비교한 것이다.

상기 표와 같이 같은 조건 하에서 다이캐스팅 머신에 장착하여 제품을 생산하게 되면 본 발명의 구리합금으로 제작된 플런저 팁은 생산성이나 성능면에서도 고가의 철강봉인 SKD 61이나 베릴륨 동 합금으로 제작된 종래의 플런저 팁에 비해 크게 떨어지지 않으면서도 가격면에서 볼 때는 상대적으로 낮은 경제적 이점이 있을 뿐만 아니라 또한 수명이 다한 플런저 팁을 다시 원자재로 재활용할 수가 있기 때문에 원가 절감에 크게 기여할 수가 있게 된다.

즉 본 발명은 플런저 팁이 고온의 용탕에서 견딜 수 있는 내마모성을 가지면서 무엇보다도 플런저 팁과 인젝터 슬리브와의 접촉으로 인하여 발생하는 보다 고가의 부품인 인젝터 슬리브의 마모나 손상을 방지할 수 있는 특성을 갖는다.

따라서 내마모성을 갖지만 인젝터 슬리브에 비해 강도와 경도는 낮아야 하고, 빠른 냉각을 위해서는 냉각 효율이 좋아야 하므로 열전도도는 높을수록 더욱 효과적이다.

특히 본 발명과 같은 구리합금을 이용하여 플런저 팁을 제작하게 되면 내마모성과 적절한 강도와 경도 및 열전도성을 갖게 되면서 인젝터 슬리브의 마모를 방지하게 되는 동시에 플런저 팁의 사용 수명을 연장시켜 다이캐스팅 제품에서의 잦은 부품 교체로 인한 비용과 시간의 소요를 줄일 수가 있게 한다.

또한 본 발명에 따른 플런저 팁은 제품의 치수 정확도를 높일 수가 있을 뿐만 아니라 표면 조도를 향상시킬 수가 있으며, 수명이 다하면 재차 용해시켜 플런저 팁의 원자재로써 다시 사용할 수 있어 재활용이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명은 다이캐스팅 머신에 적용되는 플런저 팁을 구리합금으로 제작하여 우수한 내마모성과 열전도성 및 적당한 강도와 경도를 갖도록 함으로써 사용 수명이 최대한 연장되도록 하고, 원가 절감과 생산성이 향상되도록 하며, 보다 고가의 부품인 인젝터 슬리브의 마모 또는 손상을 방지시키고, 수명이 다한 후에도 원자재로 사용하여 재활용이 가능토록 하여 대단히 경제적인 이점을 제공하게 된다.

Claims (2)

1. 니켈 4.0~9.0중량%, 실리콘 0.7~2.5중량%, 크롬 0.1~1.0중량%, 지르코늄 0.05~0.3중량%, 코발트 0.05~1.0중량%, 알루미늄 0.1~1.0중량%, 망간 0.1~0.5중량% 및 나머지는 구리로서 조성되는 구리합금으로 이루어지는 다이캐스팅 머신용 플런저 팁.
2. 니켈 4.0~9.0중량%, 실리콘 0.7~2.5중량%, 크롬 0.1~1.0중량%, 지르코늄 0.05~0.3중량%, 코발트 0.05~1.0중량%, 알루미늄 0.1~1.0중량%, 망간 0.1~0.5중량% 및 나머지는 구리로서 조성되는 구리합금 조성물을 10.0중량%가 되도록 모합금하는 단계와;

   상기 조성물들을 전기 용해로에서 용해시켜 용탕을 형성하는 단계와;

   용해된 용탕은 성형하고자 하는 플런저 팁보다는 큰 규격으로 제조된 금형에 주입하는 단계와;

   상기 금형에 주입하여 주조된 플런저 팁을 상기 금형으로부터 탈형시킨 다음 상기 주조된 플런저 팁으로부터 압탕을 절단하는 단계와;

   상기 주조된 플런저 팁을 전기로에 넣어 820~850℃ 사이에서 2~3시간 동안 유지되도록 하여 균질화시키는 단계와;

   균질화시킨 플런저 팁을 920~980℃ 사이에서 1~2시간 동안 유지되도록 하는 단계와;

   전기로에서 상기 플런저 팁을 꺼내 초당 2~3℃ 이상의 속도로 흐르는 냉각수로 급냉하여 용체화 처리하는 단계와;

   용체화 처리된 상기 플런저 팁을 전기로에 넣어 450~480℃ 사이에서 3~5시간을 유지되도록 하는 단계와;

   상기 전기로에서 상기 플런저 팁을 꺼내 공냉에 의해서 냉각시켜 시효화 처리를 하는 단계;

   를 통해 수행되는 다이캐스팅 머신용 플런저 팁의 제조 방법.

Images