KR100832033B1 - 주조용 냉각금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주조시 특정 부분을 냉각할 수 있는 주조용 냉각금형에 관한 것이다. 그 구성은, 머리부(4)에 형성된 패턴면(8)이 중공으로 노출되게끔 금형에 끼워져 고정되며 냉각수 유로를 가지는 냉각금형에 있어서; 상기 냉각수 유로는, 냉각수 유입구(16); 몸체부(6)를 따라 상기 패턴면(8)을 향한 방향으로 연장되는 제1 유로(10); 냉각수 유출구(18); 상기 제1 유로(10)와 이격되게 설치되는 제2 유로(12); 일측이 상기 제1 유로(10)에 연결된 상태에서 지그재그 형태로 유동하는 동시에 상기 머리부(4)를 선회하도록 연장된 후 타측이 상기 제2 유로(12)에 연결되는 제3 유로(14)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

냉각, 금형, 실린더헤드, 연소실, 주조, 용탕, 급냉

Description

주조용 냉각금형{mold having cooling means for casting }

도 1은 차량 엔진의 실린더헤드의 개략 단면도이다.

도 2는 실린더헤드의 주조를 위한 금형의 개략 단면도이다.

도 3은 종래의 냉각금형(110)의 단면 구성도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 의한 냉각금형의 개략 사시도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 냉각금형의 유로를 시각적으로 표현하기 위한 모식도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 의한 냉각금형의 측면 구성도이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 냉각금형의 평면 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2 ; 냉각금형 4 ; 머리부

6 ; 몸체부 8 ; 패턴면

10,12,14 ; 제1,2,3 유로 16 ; 냉각수 유입구

18 ; 냉각수 유출구 20 ; 수직공간

22 ; 수평공간 24 ; 유도판

100 ; 실린더헤드 104 ; 금형

본 발명은 주조용 금형에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주조시 특정 부분을 냉각할 수 있는 부분 냉각을 위한 주조용 냉각금형에 관한 것이다.

도 1의 단면을 통해 개략적으로 도시된 차량엔진의 실린더헤드(100)와 같은 제품은 일체형으로 구성되어야 하므로 통상 주조방법에 의해 생산된다. 실린더헤드의 상면(100a)으로는 캠축 등 많은 엔진부품이 조립 장착되며, 저면(100b)으로는 가스켓을 사이에 두고 실린더 블럭이 결합된다.

실린더헤드의 저면에는 옴폭 패인 부연소실(102)이 실린더의 개수에 대응되는 개수로 마련되어 있는데 이 부연소실(102)에 의한 공간은 엔진의 전체 연소실의 일부를 구성하는 연소공간이 된다. 이 부연소실 벽에는 흡배기 밸브의 시트가 마련되며, 연소시 발생되는 열과 압력을 견뎌내기 위해 특수한 열처리가 가해지게 된다.

이 열처리는 용탕(100')을 금형내에 주입하는 과정에서 시행되는데 이를 위한 실린더헤드 주조용 금형의 단면구조를 도 2를 통해 설명한다. 금형(104)은 상형(106), 하형(108) 및 냉각금형(110)으로 구성된다. 냉각금형(110)은 실린더헤드의 부연소실 상벽(102a)이되는 부분을 급냉시키기 위한 것이다. 즉, 냉각금형(110)의 상면은 패턴면(112)으로서 밸브시트를 포함하는 부연소실 상벽(102a)의 형상을 만들기 위한 것으로서 금형(104) 내부의 중공부(cavity)를 향해 볼록하게 돌출된 형상을 진다. 도시된 금형은 4기통 엔진에 사용되는 실린더헤드를 주조하기 위한 것으로서 예시에 지나지 아니한다.

도 3은 종래의 냉각금형(110)의 단면 구성도이다. 냉각금형(110)은 냉각수를 순환시키는 수냉식을 채용한다. 이를 위해 냉각금형(110) 내부에 냉각수 유로(114,116)가 마련된다. 유로는 저온의 냉각수가 유입되는 유입로(114)와 고온의 냉각수가 유출되는 통로인 유출로(116)로 구성된다.

종래의 냉각수 유로는 원통 형태로 된 냉각금형 중심에 길이방향으로 연장되는 유입파이프(118)를 포함한다. 유입파이프(118)는 유입구(120)에 연결되어 냉각금형 내부의 상부공간까지 연장되는데, 이로부터 분출되는 냉각수는 화살표로 표시된 것과 같이 냉각금형(110) 상부 공간에 체류하며 열교환을 겪은 후 아래측에 마련되는 유출구(122)를 통해 배출된다.

이러한 구조는 유입되는 냉각수와 유출되는 냉각수 간의 열교환이 이루어져 저온 상태의 유입 냉각수의 온도를 상승시키고; 냉각수가 부분적으로 정체되는 공간이 생기게 하여 냉각효율을 저하시키는 문제를 야기한다. 또한, 유입파이프(118)의 직경을 크게 하는데 한계가 있어 냉각수의 유량확보가 곤란한 문제가 있다.

위와 같은 문제에 대한 본 발명의 목적은, 냉각금형에 있어서, 주조공법에 있어 국부적으로 급냉을 요하는 제품의 성형을 위한 냉각금형을 제공하는 것을 목 적으로 한다. 구체적으로는 냉각수의 흐름을 원활하게 하고, 충분한 유량을 확보할 수 있으며, 냉각이 고르게 이루질 수 있도록 하는 냉각수용 유로를 가지는 냉각금형을 제공하는 것에 있다.

위와 같은 목적은, 머리부에 형성된 패턴면이 중공으로 노출되게끔 메인금형에 끼워져 고정됨으로써, 상기 패턴면에 닿는 용탕의 표층을 급냉하기 위한 것으로서, 내부에 냉각수의 순환을 위한 냉각수 유로가 형성되는 냉각금형에 있어서; 상기 냉각수 유로는, 몸체부 하부에 마련되는 냉각수 유입구; 상기 냉각수 유입구에 연결되어 상기 몸체부를 따라 상기 패턴면을 향한 방향으로 연장되는 기다란 관형태의 제1 유로; 상기 냉각수 유입구과 독립적으로 상기 몸체부 하부에 마련되는 냉각수 유출구; 상기 제1 유로와 이격되게 설치되는 것으로서, 상기 냉각수 유출구에 연결되어 상기 몸체부를 따라 상기 패턴면을 향한 방향으로 연장되는 기다란 관형태의 제2 유로; 상기 제1 유로를 통해 유입된 냉각수로 하여금 상기 몸체부의 상부, 즉 상기 패턴면에 인접한 구역 내에서 유동하면서 체류한 후 상기 제2 유로를 통해 배출되도록 하기 위한 것으로서, 일측이 상기 제1 유로에 연결된 상태에서 지그재그 형태로 유동하는 동시에 상기 머리부를 선회하도록 연장된 후 타측이 상기 제2 유로에 연결되는 제3 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조용 냉각금형에 의해 달성된다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 냉각금형의 개략 사시도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 냉각금형의 유로를 시각적으로 표현하기 위한 모식도이다. 도 6은 냉각금형의 측면 구성도이다. 도 7은 평면 구성도이다. 각 도면에서 냉각수의 순환로가 화살표로 표시된다.

본 발명에 의한 냉각금형(2)은 머리부(4)와 몸체부(6)로 나뉜다. 다만, 이는 설명의 편이를 위한 것으로서 그 구분은 실제상황하에서는 명확하지 않을 수 있다. 설명된 것처럼 냉각금형은 기둥체로서 금형의 일부분을 구성한다. 냉각금형은 패턴면(8)이 되는 머리부(2)의 상면이 금형(104, 도 2 참조) 내부로 노출되게 고정설치된다. 설명된 것처럼 냉각금형은 상기 패턴면에 닿는 용탕의 표층을 급냉하기 위한 것이다.

냉각금형(2)은 때에 따라서는 금형과 함께 이형 또는 합형되도록 기동 가능하게 설치될 수도 있다. 냉각금형 내부에는 냉각수의 순환을 위한 유로가 마련된다. 유로는 기능적으로 볼 때 3부분으로 나뉠 수 있다. 제1 유로(10)는 냉각수의 유입로로서, 제2 유로(12)는 유출로로서, 제3 유로(14)는 순환로로서 각 기능을 한다. 몸체부(6)에는 그의 내부 또는 외부에 제1,2 유로(10,12)가 마련되며, 머리부(4)에는 제3 유로(14)가 마련된다. 제1,2 유로(10,12)가 몸체부(6)의 외부에 마련되는 경우는 몸체부(6)의 외벽을 따라 연장되는 파이프에 의해 마련되는 형식이 될 것이다.

합형된 상태에서 머리부(4)는 중공부에 노출되게끔 금형에 끼워진 상태로 있게 될 것이며, 몸체부(6)는 금형 외부로 돌출된 상태에 있게 될 것이다.

필수적 구성요소인 제1,2,3 유로(10,12,14) 이외의 외적 형상은 본 발명의 기술적 내용과는 관계가 없는 고로 상세한 도시 및 설명이 생략된다.

복잡한 내부 구성을 가지는 냉각금형(2)은 일체형으로 가공하기에는 곤란하고 2개 이상으로 된 부품의 조립체로서 제작되어야 할 것이다. 부품이 어떻게 구성되며 어떻게 조립되는지는 중요한 사항이 아니다. 실로 다양하게 설계될 수 있기 때문이다. 그러므로 이하에서는 조립 완성된 상태의 냉각금형을 상정하여 설명하기로 한다.

냉각금형(2)의 몸체부 하부에는 냉각수 유입구(16)가 마련된다. 제1 유로(10)는 냉각수 유입구(16)에 연결되어 패턴면(8)을 향한 방향으로 연장되는 기다란 관형태이다. 냉각수 유출구(18)가 냉각수 유입구(16)와 독립적으로 몸체부(6)의 하부에 마련된다. 제2 유로(12)는 제1 유로(10)와 이격되는 동시에 그와 평행하게 마련된다. 제2 유로(12)는 냉각수 유출구(18)에 연결되어 몸체부(6)를 따라 패턴면(8)을 향한 방향으로 연장되는 기다란 관형태이다.

제1,2 유로(10,12)는 제3 유로(14)에 의해 서로 연결된다. 제3 유로(14)는 패턴면(8)에 인접함으로써 본격적으로 냉각작용을 일으키기 위한 것이다. 제3 유로(14)는 제1 유로(10)를 통해 유입된 냉각수로 하여금 머리부(4)라는 한정된 구역에서 지속적으로 유동하면서 체류한 후 상기 제2 유로(12)를 통해 배출되도록 한다. 냉각수가 머리부(4)에서 체류하는 동안 용탕과의 사이에 열교환이 일어나는 것 이다.

이를 위해 제3 유로(14)는 일측이 상기 제1 유로(10)에 연결된 상태에서 지그재그 형태로 상기 머리부(4)의 영역 내에서 선회하도록 연장된 후 타측이 상기 제2 유로(12)에 연결된다.

본 실시예에 의하면, 제3 유로(14)는 도 4에 도시된 것처럼 냉각수로 하여금 파동처럼 상하방향으로 운동하며 머리부(4) 전체를 선회한 후 제2 유로(12)로 빠져나가도록 하고 있다.

제3 유로(14)는 4각형의 각 꼭지점에 해당하는 위치에 직립하도록 마련되는 4개의 수직공간(20a,b,c,d)과 각 수직공간(20)을 1차원적으로 연결하는 수평공간(22a,b,c)으로 구성된다. 각 수직공간(20a,b,c,d)의 중심에는 유도판(24a,b,c,d)이 직립되게 설치된다. 이 유도판(24a,b,c,d)에 의하여 냉각수가 각 유도판(24a,b,c,d)의 상단을 타고 넘게 되어 파동처럼 상하로 유동된다. 냉각수는 상하로 유동하는 동시에 수평공간(22)을 따라 직각으로 방향전환하며 제2 유로(12)를 향하게 되는 것이다. 냉각수의 방향전환을 위하여 제2,3 유도판(24b,c)은 수평공간(22)에 대해 45°의 각도로 설치되어 있다. 이에 비해 제1,4 유도판(24a,d)은 수평공간(22)에 대해 직각방향으로 설치되어 있다.

도시된 바에 의하면 제3 유로(14)는 냉각수가 상하방향으로 요동하며 머리부(4)를 통과하도록 되어 있지만 이는 예시에 지나지 아니한다. 가령 좌우방향으로 요동하여 머리부(4)를 선회하며 통과하도록(마치, 바닥 난방용 보일러의 배관과 같이) 할 수도 있다.

이렇게 냉각수로 하여금 계속적으로 유동하면서 머리부(4)를 통과하도록 하는 이유는 냉각수가 머리부(4) 내부의 소정 구간에서 정체되지 않도록 하기 위한 것이다. 즉, 냉각수의 지속적이고 원활한 흐름을 유도하여 냉각효율을 높이고자 함이다.

위와 같은 구성에 의하면, 금형 내부에 설치되는 머리부 내부에서 냉각수가 원활한 유동을 할 수 있도록 하는 냉각금형이 제공된다. 이로써, 냉각수의 부분적 정체에 의한 냉각효율의 저하가 없게 된다. 또한, 입수부 및 출수부의 유로가 각각 구분되어 있어 상호 열간섭에 의한 유입 냉각수의 온도상승이 최소화된다. 이와 같은 효과에 의해 냉각효율을 최대화시킬 수 있어 차량의 실린더헤드와 같이 국부적으로 특수한 열처리를 요하는 주조품을 보다 고품질로 제작할 수 있게 된다.

Claims (2)

1. 머리부(4)에 형성된 패턴면(8)이 중공으로 노출되게끔 금형에 끼워져 고정됨으로써, 상기 패턴면(8)에 닿는 용탕의 표층을 급냉하기 위한 것으로서, 내부에 냉각수의 순환을 위한 냉각수 유로가 형성되는 냉각금형에 있어서; 상기 냉각수 유로는, 몸체부(6) 하부에 마련되는 냉각수 유입구(16); 상기 냉각수 유입구(16)에 연결되어 상기 몸체부(6)를 따라 상기 패턴면(8)을 향한 방향으로 연장되는 기다란 관형태의 제1 유로(10); 상기 냉각수 유입구(16)와 독립적으로 상기 몸체부(6)의 하부에 마련되는 냉각수 유출구(18); 상기 제1 유로(10)와 이격되게 설치되는 것으로서, 상기 냉각수 유출구(18)에 연결되어 상기 몸체부(6)를 따라 상기 패턴면(8)을 향한 방향으로 연장되는 기다란 관형태의 제2 유로(12); 상기 제1 유로(10)를 통해 유입된 냉각수로 하여금 상기 몸체부(6)의 상부, 즉 상기 패턴면(8)에 인접한 구역 내에서 유동하면서 체류한 후 상기 제2 유로(12)를 통해 배출되도록 하기 위한 것으로서, 일측이 상기 제1 유로(10)에 연결된 상태에서 지그재그 형태로 유동하는 동시에 상기 머리부(4)를 선회하도록 연장된 후 타측이 상기 제2 유로(12)에 연결되는 제3 유로(14)를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조용 냉각금형.
2. 제1항에 있어서, 상기 제3 유로(14)는 4각형의 각 꼭지점에 해당하는 위치에 직립하도록 마련되는 4개의 수직공간(20a,b,c,d); 상기 수직공간(20)을 1차원적으로 연결하는 수평공간(22a,b,c); 및 상기 각 수직공간(20a,b,c,d)의 중심에는 유도 판(24a,b,c,d)이 직립되게 설치됨으로써; 상기 제1 유로(10)를 통해 유입된 냉각수로 하여금 상기 각 유도판(24a,b,c,d)의 상단을 타고 넘게 되어 파동처럼 상하로 유동되며 제2 유로(12)를 향하게 하는 것을 특징으로 하는 주조용 냉각금형.

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