KR100986402B1 - 저압주조 금형의 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탕구의 위치를 실린더헤드의 측면에 위치하도록 하여 연소실과 탕구 간의 거리를 확보함으로써, 하부금형에 수냉 및 공냉이 복합된 연소실 냉각장치를 설치하여 싸이클 타임을 단축할 수 있고, DAS 및 기공률을 줄여서 소재의 기계적 성질을 향상시킬 수 있도록 한 저압주조 금형의 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이를 위해, 본 발명은 상부금형, 중간에 캐비티가 형성된 사이드금형 및 하부금형를 포함하고, 상기 캐비티에 용탕이 충진 및 응고되어 실린더헤드를 제조하는 저압주조 금형의 냉각장치에 있어서,

상기 실린더헤드의 측면에 형성된 탕구; 상기 상부금형에 냉각유체를 공급하여 금형을 냉각하는 제1냉각수단; 상기 사이드금형에 냉각유체를 공급하여 금형을 냉각하는 제2냉각수단; 및 상기 하부금형에 냉각유체를 공급하여 금형을 냉각하는 제3냉각수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 저압주조 금형의 냉각장치를 제공한다.

탕구, 금형, 저압주조, 실린더헤드, DAS, 기공율

Description

저압주조 금형의 냉각장치{Cooling system for mold of low pressure casting}

본 발명은 냉각속도 향상으로 인한 싸이클 타임을 단축하고, 소재의 물성치를 향상시킬 수 있도록 한 저압주조 금형의 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로, 저압주조 방식은 한 가지 용융금속을 형틀의 하부에서 저압으로 서서히 주입하여 응고시키는 기술로서, 이러한 저압주조 방식은 주로 주조결함과 산화물 등의 이물질이 혼입이 적고, 정밀한 주조품의 제조가 가능하므로 엔진블록, 실린더 헤드, 차륜 등의 제조에 주로 이용되고 있다.

상기 저압 주조법은 구리합금, 주철 등에도 이용되나 주로 알루미늄 합금의 주조에 이용되고 있으며, 알루미늄합금의 경우 적당한 금형온도는 300∼400℃이며, 금형 아래쪽이 열원에 가까우므로 자연히 50∼100℃정도 높게 되어 방향성 응고를 일으키기에 좋은 장점이 있다.

상기 저압 주조법의 주입은 가압탱크의 압력변화와 금형공간 내의 배압과의 상관관계에 의해 결정되는데, 배압은 주입속도가 클수록 크나 가스배기가 충분하다면 탱크압에 비하여 무시할 정도가 된다.

따라서, 주입과정은 탱크의 압력 제어만 고려하면 된다.

상기 저압 주조법의 가압 과정은 크게 3단계로 나누어지는데, 제1단계는 가압개시로부터 탕구 직하까지 급탕관(연결관) 속을 용탕이 상승하는 과정이다.

여기에서, 가능한 용탕의 온도 저하를 작게 하기 위해 가스버너를 사용하여 연결관을 보온하고, 또 산화물이나 용탕면의 출렁임에 의한 공기의 혼입이 없는 상태에서 급속히 상승해야 하므로, 주조기의 송풍능력을 최대한으로 이용해야 한다.

제2단계는 용탕이 탕구를 통하여 금형공간 안으로 주입되는 과정으로서, 주입속도는 물돌이불량(湯回불량)이 일어나지 않을 정도보다는 빠르고 가스혼입 등이 일어나지 않을 정도보다는 느려야 한다.

제3단계는 금형으로 용탕이 주입 완료된 후의 응고과정으로 압탕효과에 관계되는 가압 과정으로서, 이 가압력은 큰 편이 좋으나 너무 크면 가스빼기구멍이 막히거나 도형이 벗겨지게 된다.

특히, 사형코어를 쓸 때는 가압력 뿐만 아니라 제2단계에서 제3단계로 이행하는 시기와 가압속도를 제어할 필요가 있다.

이와 같이, 상기 금형 내로 주입된 용탕이 완전히 응고된 후에는 상기의 압력을 제거하여 급탕관 내의 미 응고상태의 용탕은 보온로로 되돌린 다음, 금형을 개방하여 제품을 추출하게 된다.

첨부한 도 1은 기존의 알루미늄 제품용 저압 주조 장치를 나타내는 개략도로 서, 상부쪽에는 금형이 배치되고, 하부쪽에는 용탕 주입을 위한 주입수단이 배치된 구조를 이루고 있다.

또한, 상기 금형은 상형(1)과 하형(2)으로 나누어져 있고, 상형(1)은 상하로 움직이는 무빙 플레이트(3)에 결합되어 있다.

또한, 상기 주입수단은 일측에 가압가스 공급구(4)가 형성되고 타측에는 용탕 충진구(5)가 형성된 소정 체적의 탱크(6)와, 상기 탱크(6)의 바닥면에 배치된 도가니(7)와, 상기 도가니(7)내의 용탕을 금형의 캐비티로 주입하기 위한 통로로서 상기 도가니와 금형의 캐비티간에 연결된 주입대(8)를 포함하여 구성되어 있다.

따라서, 상기 가압가스 공급구로 가스가 탱크내로 공급되는 동시에 이 가스의 압력이 도가니내의 용탕 표면에 작용하게 되고, 연이어 상기 용탕이 주입대를 통하여 금형의 캐비티로 주입되며, 상기 금형 내로 주입된 용탕이 완전히 응고된 후에는 상기의 압력을 제거하여 제품을 추출하게 된다.

도 2 및 도 9는 종래의 실린더헤드(10) 저압주조 금형에서 탕구(11)의 위치를 설명하기 위한 도면으로서, 상기 탕구(11)의 위치는 실린더헤드(10) 하면에 위치하여 용탕이 충진되는 방향은 아래에서 위쪽이고, 이때 종래의 탕구(11) 하부에는 직상 게이트(22)가 형성된다.

여기서, 용탕의 응고방향은 게이트의 대각선 반대방향으로부터 게이트 쪽으로 응고(지향성 응고)되며, 즉 실린더헤드(10) 상면에서 하면으로 응고된다.

또한, 금형내에 용탕이 충진된 후, 상부와 하부금형을 통해 공냉방식으로 실린더헤드(10)를 응고시키게 된다.

도 3은 종래의 연결관의 구성을 나타내는 것으로서, 연결관(12)은 하부의 주조로(도가니)의 용탕을 금형의 캐비티로 주입하기 위해 주조로와 금형을 연결한다. 연결관(12) 내부에는 복수의 탕구(12a,12b)가 형성되어 용탕이 탕구(12a,12b)를 통해 금형의 캐비티 내로 주입되게 된다.

여기서, 연결관(12)은 용탕을 일정한 온도 유지하면서 주입하기 위해 보온되어야 하고, 이를 위해 종래에는 가스버너를 이용하여 연결관 주변을 가열하였다.

그러나, 상기 가스버너의 경우 온도조절이 어렵고, 금형이 과열될 경우에 냉각하기도 어려울 뿐만 아니라 가스버너에 사용되는 에너지 비용이 고가인 단점이 있다.

도 4a 및 도 4b는 종래의 하형(13) 탕구 구조를 나타내는 것으로서, 도시한 바와 같이 연소실(13b)과 탕구(13a) 간 거리가 짧은 직상 게이트 방식이다.

그러나, 이와 같은 구조는 연소실의 냉각장치를 설치할 공간이 부족하고, 과냉시 탕구가 막힐 염려가 있으며, 현재는 연소실 냉각을 하지 않고 있는 실정이다.

즉, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이 탕구(13a)와 탕구(13a) 사이를 공기로 열점 냉각하기 위해 하형(13)의 하부면에 열점이 발생되는 부분에 냉각홈(14)을 형성하여 냉각홈(14)에 양방향으로 두개의 관(16a,16b)이 조립된 냉각 블럭(15)을 결합한다. 상기 냉각불럭(15)에는 두개의 유입구와 배출구가 상하방향으로 형성되어, 일측 냉각관(16a)으로 유입되어 냉각블럭(15)의 유입구를 통해 유입된 공기가 하형(13)의 하부면을 냉각한 후, 냉각블럭(15)의 배출구를 통해 타측의 냉각관(16b)으로 배출된다.

그러나, 이와 같은 구조는 수축불량을 개선하나 그 냉각 효과가 미미한 단점이 있다.

또한, 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 종래의 금형(17a)의 측면에 형성된 유입구(18a) 및 배출구(18b)에 가스가 유입 및 배출될 때 냉각되지 않은 상태로 자연배출되게 된다. 17b는 금형 커버이다.

도 8은 상부금형(20)의 냉각구조를 나타내는 것으로서, 스파크 플러그(19)의 수축불량을 개선하기 위해 공냉을 실시하였으나, 수축불량이 간헐적으로 발생하고 상형입자는 냉각되지 않는다. 미설명 부호 21은 공냉파이프이다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 탕구의 위치를 실린더헤드의 측면에 위치하도록 하여 연소실과 탕구 간의 거리를 확보함으로써, 하부금형에 수냉 및 공냉이 복합된 연소실 냉각장치를 설치하여 싸이클 타임을 단축할 수 있고, DAS 및 기공률을 줄여서 소재의 기계적 성질을 향상시킬 수 있도록 한 저압주조 금형의 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상부금형, 중간에 캐비티가 형성된 사이드금형 및 하부금형를 포함하고, 상기 캐비티에 용탕이 충진 및 응고되어 실린더헤드를 제조하는 저압주조 금형의 냉각장치에 있어서,

상기 실린더헤드의 측면에 형성된 탕구;

상기 상부금형에 냉각유체를 공급하여 금형을 냉각하는 제1냉각수단;

상기 사이드금형에 냉각유체를 공급하여 금형을 냉각하는 제2냉각수단; 및

상기 하부금형에 냉각유체를 공급하여 금형을 냉각하는 제3냉각수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 제1냉각수단은 일측면에 냉각수 유입관 및 배출관이 형성되고, 하단부가 상부금형의 상면에 부착된 하우징;

상기 냉각수 유입관 및 배출관과 연통되고, 상기 하우징의 내부에서 수직하방향으로 평행하게 설치된 복수의 스파크 플러그 핀; 및

상기 스파크 플러그 핀을 사이에 두고 가로방향으로 유입되고 다시 반대방향으로 배출되는 냉각라인을 포함하고, 상기 하우징의 냉각유입관을 통해 유입된 냉각수가 상부금형을 냉각한 후 상기 냉각수 배출관을 통해 다시 배출되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 제2냉각수단은 금형 내의 가스를 배출하기 위해 사이드금형 내에 형성된 가스유입구 및 가스배출구;

상기 가스유입구 및 가스배출구 사이에 형성되고, 외부로부터 냉각유체를 공급받는 쿨링부;

상기 쿨링부와 격벽을 통해 구획되고, 가스유입구와 연통되어 가스유입구를 통해 유입된 가스를 흡입하는 가스흡입부;

외부에서 상기 쿨링부와 연통되어 냉각유체를 공급하는 냉각유체공급통로; 및

상기 쿨링부에서 가스흡입부를 관통하여 가스배출구까지 형성되어 냉각유체를 배출하는 냉각공기배출관을 포함하고, 상기 금형 내의 배출가스는 가스유입구를 통해 가스흡입부로 유입되어 냉각공기배출관에 의해 냉각된 후 가스배출구와 냉각공기배출관 사이의 틈으로 배출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3냉각수단은 외부에서 하부금형 내부에 세로방향으로 평행하게 형성되는 냉각유체공급관 및 냉각유체배출관;

상기 냉각유체공급관의 입구에 설치되고, 상단에 물주입구가 상방향으로 형 성되며, 측면에 수평방향으로 냉각공기주입구가 형성된 3방향밸브; 및

상기 냉각유체공급관의 내부를 따라 설치되는 냉각공기공급관을 포함하고, 상기 물주입구를 통해 공급된 냉각수 및 냉각공기주입구를 통해 공급된 냉각공기는 냉각유체공급관과 냉각공기공급관을 통해 이동하여 하부금형을 냉각한 후 냉각유체배출관을 통해 배출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 일측면에 냉각수 유입관과 냉각수 배출관이 부착되고, 상기 하부금형의 하면에 부착된 하부 플러그; 및

상기 하부 플러그에서 상방향으로 평행하게 돌출형성된 하부금형의 내부를 냉각시키는 플러그핀을 포함하고, 상기 냉각수 유입관을 통해 냉각수가 유입되고, 냉각수가 하부금형을 냉각한 후 냉각수 배출관을 통해 배출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각유체는 냉각수 또는 냉각공기인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부금형에 연결되고 내부에 탕구가 형성된 연결관은 발열체로 코일이 내장되고 외부로부터 전원을 공급받아 연결관의 테두리를 감싸는 구조로 이루어진 전기히터에 의해 보온되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 저압주조 금형의 냉각장치에 의하면, 다음과 같은 장점이 있다.

1. 연결관 보온으로 전기히터를 사용함으로써 자동온도 조절이 가능하고, 금형에 열영향을 주지않아 금형 냉각에 유리한 장점이 있다.

2. 탕구의 위치를 실린더헤드의 측면으로 변경하고, 연소실과 탕구 간의 거리를 확보함으로써, 수냉 및 공냉 복합식 하부금형의 냉각장치 설치가 가능하여 응고시간을 단축하여 전체 공정의 싸이클 타임을 단축할 수 있다.

3. 사이드 금형에 공냉식 냉각장치를 설치함으로써, 가스배출시 가스를 냉각하여 배출시킬 수 있다.

4. 상부금형에 수냉 및 공냉 복합식 냉각장치를 설치하여 금형의 냉각속도를 더욱 증가시킬 수 있다.

5. 하부금형 특히 연소실의 냉각속도를 줄여서, DAS 및 기공률을 저감함으로써, 소재의 기계적 성질을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

도 10에서 도 24는 본 발명의 구성, 작용 및 분석결과를 설명하기 위한 도면이다.

본 발명에 따른 탕구(101)는 실린더헤드(102) 측면에 위치한다(도 10). 탕구(101)의 위치가 실린더헤드(102) 측면에 위치함으로써, 종래와 같이 실린더헤드(102) 하면에 위치한 경우보다 연소실(103)과 탕구(101)간 거리를 확보하여 냉각장치를 더 설치할 수 있다(사이드 게이트 방식).

또한, 도 19 및 도 12에 도시한 바와 같이, 탕구(101)의 위치가 실린더헤드(102)(이하,'헤드') 측면에 있는 경우에 용탕의 응고시 과냉되더라도 탕구(101) 가 막히는 현상을 개선할 수 있다. 즉, 종래의 탕구는 연소실과의 거리가 짧아 응고방향이 거의 연직방향에 가깝기 때문에, 응고과정에서 냉각속도를 높이기 위해 과냉시킬때 탕구까지 응고되어 막힘현상이 발생하였으나, 본 발명은 탕구(101)가 연소실(103)과 기존보다 더 떨어져 있고, 주입방향이 하부에서 상방향이 아니라 측면방향이므로, 응고방향과 달라서 과냉시에도 탕구(101)의 막힘현상을 개선할 수 있게 된다.

도 13에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 연결관(105)은 전기히터(106)를 사용하여 보온된다. 전기히터(106)는 연결관(105)의 외측면을 감싸는 튜브형태의 구조이고, 내부에 코일이 삽입되어 외부에서 전원이 입력될 경우에 코일이 발열체로 작용하여 열을 발생함으로서 연결관(105)을 가열한다.

상기 전기히터(106)의 일측이 절개되어 벌어질 수 있고, 벌어진 틈을 이용하여 연결관(105)에 삽입되고, 삽입된 다음에는 양단에 형성된 관통홀을 통해 볼트(107) 등으로 체결할 수 있다. 또한, 일단부에는 전원입력단자(108)가 형성되어 외부로부터 전원을 공급받을 수 있다.

이와 같은 구조의 전기히터(106)는 자동으로 온도조절이 가능하고, 재질이 단열재로 되어 금형에 열을 가하지 않으므로 금형의 냉각에 유리하다. 또한, 에너지를 절감할 수 있는 장점이 있다.

다음은 본 발명의 하부금형(104) 냉각구조를 설명한다.

도 14 내지 도 16에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예는 하부금형(104) 하부 정확하게는 헤드(102)의 연소실(103) 하부를 냉각해주는 냉각장치(110)를 제 공한다.

상기 연소실 냉각장치(110)는 복수의 냉각유체공급관(111)이 연소실(103)마다 독립적으로 연통되어 냉각유체공급관(111)을 통해 냉각유체를 공급하여 헤드를 냉각하는 구조로 설치되어 있다.

상기 냉각장치(110)는 냉각유체공급관(111) 끝단에 설치된 3방향밸브(113)와, 3방향밸브(113)의 상부에 설치된 물주입구(114)와, 3방향밸브(113)의 측면에 설치된 공기주입구(115)를 포함하고, 상기 물주입구(114)에 공급된 물과 공기주입구(115)에 공급된 공기가 냉각유체공급관(111)과 이 냉각유체공급관(111)의 내부에 설치되어 있는 냉각공기공급관(200)을 통해 연소실(103)을 냉각시킨 후 냉각유체배출관(112)을 통해 배출되게 된다.

이때, 연소실(103)에 물과 공기를 공급하는 냉각유체공급관(111)과 냉각유체배출관(112)의 끝단부가 하우징(116)에 의해 커버되고, 하우징(116)의 하단에는 누수방지를 위한 플러그가 설치되어 있다.

상기 하부 금형(104) 하부에는 연소실(103) 주위에 횡방향으로 형성된 하부 플러그(117)와 플러그 핀(118)이 설치되어, 하부 플러그 핀(118)을 통해 하부금형(104)을 수냉으로 냉각한다. 미설명부호 119은 유입관, 120은 배출관이다.

본 발명에 따른 사이드 금형의 냉각구조를 설명한다.

도 17 및 도 18에 도시한 바와 같이, 사이드 금형(121)의 측면에는 유입구(122) 및 배출구(123)가 형성되어 있고, 사이드 금형(121)의 후면에는 후면커버(124)가 설치되어 있다. 또한, 상기 사이드 금형(121)은 내부에 가로방향으로 형성된 쿨링부(125)와, 후면커버(124)를 통해 쿨링부(125)까지 세로방향으로 형성된 냉각유체공급통로(128)를 포함한다.

또한, 상기 쿨링부(125)의 양단에 형성된 관통홀과, 관통홀에 삽입된 냉각공기배출관(127)과, 격리부에 의해 구획된 가스 흡입부(126)와, 후면커버(124)의 양단에 형성된 배출구(123)를 포함한다. 이때, 가스 흡입부(126)는 냉각유체공급통로(128)를 사이에 두고 두개로 나뉘어져 있고, 후면커버(124)에 의해 후방 개구부가 커버되는 구조로 설치된다.

상기 냉각공기배출관(127)는 전단부가 관통홀에 삽입된 채로 가스흡입부(126)를 관통하여 후단부가 배출구(123)에 연결되며, 냉각공기의 흐름은 냉각유체공급통로(128)를 통해 유입된 냉각공기가 쿨링부(125)->냉각공기배출관(127)->배출구(123)을 통해 외부로 배출된다.

한편, 상기 사이드 금형(121)의 측면에 형성된 유입구(122)를 통해 유입되는 가스는 가스흡입부(126)를 거쳐서 배출구(123)을 통해 냉각공기와 함께 배출된다. 즉, 배출구(123)가 냉각공기배출관(127)보다 직경이 커서 가스흡입부(126)를 통해 흡입된 공기는 냉각공기배출관(127)의 외표면을 따라 배출구(123)를 통과하고, 냉각공기배출관(127)의 냉각공기는 배출구(123)를 통해 바로 배출된다.

여기서, 상기 가스흡입부(126)를 통해 흡입된 공기는 넓은 공간에서 냉각공기배출관(127)과 배출구(123) 사이의 좁은틈으로 유입될 때, 유체의 속도가 빨라지고 압력이 낮아지면서(베르누이 정리) 벤츄리 작용에 의해 배출구(123)를 통해 배출되고, 흡입가스가 넓게 퍼지게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 사이드 금형(121)은 냉각공기를 통해 냉각되고 배출 가스도 냉각공기에 의해 냉각되어 배출되게 된다.

다음은 본 발명에 따른 상부금형(130)의 냉각구조를 설명한다.

종래에는 상기 상부금형의 상부에 스파크 플러그핀(분리형)을 통해 공냉으로 냉각되었으나, 본 발명은 스파크 플러그핀(131)이 수냉으로 냉각되고, 스파크 플러그핀(131)의 상단부가 하우징(132)에 의해 일체형으로 형성된다. 그리고, 상기 하우징(132)의 일측면에 냉각수 유입관(133)과 배출관(134)이 형성되어 유입관(133)을 통해 냉각수가 스파크 플러그핀(131)을 냉각한 후, 다시 배출관(134)을 통해 배출되어 순환하게 된다.

또한, 상부금형(130)의 하면에 "U"자형 냉각라인(135)이 설치되어, 냉각라인(135)의 일단부를 통해 유입된 냉각수가 상부금형을 냉각한 후 냉각라인(135)의 타단부를 통해 배출되게 된다.

이와같이 본 발명에 따른 저압주조 실린더헤드(102) 금형의 냉각장치는 탕구(101)의 위치가 헤드(102) 측면과 연통되게 설치되고, 금형이 수냉과 공냉을 통해 냉각되는 구조이며, 본 발명에 따른 냉각기술을 적용하기 전,후의 충진, 응고 및 미세조직의 거동을 시뮬레이션하여 비교 분석 결과를 나타내면 다음과 같다.

도 22a 및 도 22b에 도시한 바와 같이 탕구(11)가 헤드 하면에 위치하고, 공냉식을 적용한 종래예(도 22a)와, 탕구(101)가 헤드 측면에 위치하고, 수냉과 공냉식을 적용한 본 발명(도 22b) 모두 주입시 주입초기부터 층류충진 경향을 보였고, 난류에 의한 기포 발생 가능성이 낮은 것으로 나타났다.

도 23a 및 도 23b에 도시한 바와 같이, 종래(도 23a)와 본 발명(도 23b) 모 두 응고경향을 액상분율 50% 이상만 나타내었고, 종래예의 경우 스파크 플러그 취부홀, 헤드볼트 조립홀, 캠 캡(CAM CAP) 조립홀, 헤드커버 조립홀에서 수축 불량이 확인된 반면에, 본 발명의 경우 수축불량이 30% 개선되었음을 확인하였다.

또한, 응고방향은 종래와 본 발명 모두 게이트 위치의 반대방향부터 응고되고(지향성 응고), 즉 헤드 상면 부위에서 최초로 응고되고, 응고 시간은 기존 공법 대비 100초 단축되었다.

도 24에 도시한 바와 같이, 종래의 경우 연소실 부위에서 DAS(Dendrite Arm Spacing) 크기는 45~53㎛이고, 본 발명의 경우 연소실 부위에서 DAS크기가 40㎛ 이하로 나타났다.

본 발명은 실린더헤드 하면의 조직 미세화로 DAS 및 기공율을 개선할 수 있고, 금형변형이 작아 치수 안정성 향상 및 소재 뜯김을 개선할 수 있다. 또한, 싸이클 타임을 종래보다 200초 가량 단축함으로써 생산성을 30% 향상시킬 수 있고, 보온로 운전 비용 및 에너지를 절감할 수 있다.

여기서, 본 발명에서 사용되는 용어를 정리하면 다음과 같다.

1) DAS : 용탕의 응고시에 덴드라이트 암(Dendrite Arm)이 성장하는데, 성장한 덴드라이트 암 사이의 간격을 의미하고, 덴드라이트 암은 용탕의 응고방향으로 성장하는 제1덴드라이트 암과, 1차 방향의 수직방향인 제2덴드라이트 암으로 구성된다.

또한, 상기 DAS의 특징은 크기가 작을 수록 연신율, 피로강도 등 기계적 성질이 향상되고, 주입온도 및 570~618℃ 사이에서의 냉각속도에 의해 크기가 결정된 다(도 ).

2) 기공률 : 임의의 5mm×5mm 단면의 표면에 기공부가 점유하는 면적을 백분율로 표시한 수치이고, 기공률이 높으면 강도 부족의 품질 문제가 발생한다. 기공의 종류는 용탕이 응고되어 액상에서 고상으로 상변태될 때 체적이 줄어들어 발생되는 수축성 기공과, Al 용탕 내에 함유되어 있는 수소가스가 용탕이 냉각 되면서 수소가스의 용해도가 떨어짐에 따라 발생하는 가스성 기공으로 나뉜다.

즉, 상기 가스성 기공의 경우에 냉각이 진행됨에 따라 H의 용해도가 떨어져서 과포화 H가 H₂를 형성한다. 이때, 수소기체는 액상쪽으로 이동하기 때문에 탕구 주위부(최종응고부)에 필연적으로 기공이 발생한다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 기존의 알루미늄 제품용 저압 주조 장치를 나타내는 개략도이다.

도 2는 종래의 탕구위치를 나타내는 도면이다.

도 3은 종래의 연결관을 나타내는 사시도이다.

도 4a는 하부금형을 나타내는 도면이다.

도 4b는 도 2의 측면도 및 저면도이다.

도 5a 및 도 5b는 종래의 하부금형의 냉각구조를 나타내는 도면이다.

도 6은 종래의 사이드금형의 냉각구조를 나타내는 사시도이다.

도 7은 도 6의 단면도이다.

도 8은 종래의 상부금형의 냉각구조를 나타내는 도면이다.

도 9는 도 2의 뒤쪽에서 바라본 도면이다.

도 10은 본 발명의 탕구위치를 나타내는 도면이다.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 저압주조 실린더헤드 금형의 단면도이다.

도 12는 본 발명에 따른 실린더헤드의 측면도 및 저면도이다.

도 13은 본 발명의 연결관의 보온구조를 나타내는 구성도이다.

도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일실시예에 따른 하부금형의 냉각구조를 나타내는 구성도이다.

도 15a 및 도 15b는 도 14a에서 연소실 냉각장치를 나타내는 사시도 및 측면도이다.

도 16은 도 10의 저면도이다.

도 17은 본 발명에 따른 사이드금형의 냉각구조를 나타내는 사시도이다.

도 18은 도 17의 단면도이다.

도 19는 본 발명의 하부금형을 나타내는 사시도이다.

도 20은 본 발명에 따른 상부금형의 냉각구조를 나타내는 분해도이다.

도 21은 도 20의 조립도이다.

도 22a 및 22b는 종래와 본 발명의 시뮬레이션에 따른 충진해석결과를 나타내는 도면이다.

도 23a 및 도 23b는 종래와 본 발명의 시뮬레이션에 따른 응고해석결과를 나타내는 도면이다.

도 24는 종래와 본 발명의 시뮬레이션에 따른 DAS 해석결과를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101 : 탕구 102 : 실린더헤드

103 : 연소실 104 : 하부금형

105 : 연결관 106 : 전기히터

107 : 볼트 108 : 전원입력단자

110 : 연소실냉각장치 111 : 냉각유체공급관

112 : 냉각유체배출관 113 : 3방향밸브

114 : 물주입구 115 : 공기주입구

116,132 : 하우징 117 : 하부플러그

118 : 플러그핀 119 : 유입관

120 : 배출관 121 : 사이드금형

122 : 유입구 123 : 배출구

124 : 후면커버 125 : 쿨링부

126 : 가스흡입부 127 : 냉각공기배출관

128 : 냉각유체공급통로 130 : 상부금형

131 : 스파크 플러그핀 133 : 냉각수 유입관

134 : 냉각수 배출관 135 : 냉각라인

Claims (7)

1. 삭제
2. 상부금형, 중간에 캐비티가 형성된 사이드금형 및 하부금형를 포함하고, 상기 캐비티에 용탕이 충진 및 응고되어 실린더헤드를 제조하는 저압주조 금형의 냉각장치에 있어서,

   상기 실린더헤드의 측면에 형성된 탕구;

   상기 상부금형에 냉각유체를 공급하여 금형을 냉각하는 제1냉각수단;

   상기 사이드금형에 냉각유체를 공급하여 금형을 냉각하는 제2냉각수단; 및

   상기 하부금형에 냉각유체를 공급하여 금형을 냉각하는 제3냉각수단을 포함하며,

   상기 제1냉각수단은 일측면에 냉각수 유입관 및 배출관이 형성되고, 하단부가 상부금형의 상면에 부착된 하우징;

   상기 냉각수 유입관 및 배출관과 연통되고, 상기 하우징의 내부에서 수직하방향으로 평행하게 설치된 복수의 스파크 플러그 핀; 및

   상기 상부금형의 하면에 설치되는 냉각라인을 포함하고, 상기 하우징의 냉각수 유입관을 통해 유입된 냉각수가 상부금형을 냉각한 후 상기 냉각수 배출관을 통해 배출됨과 아울러, 상기 냉각라인의 일단부를 통해 유입된 냉각수가 상부금형을 냉각한 후 타단부를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 저압주조 금형의 냉각장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 제2냉각수단은 금형 내의 가스를 배출하기 위해 사이드금형 내에 형성된 가스유입구 및 가스배출구;

   상기 가스유입구 및 가스배출구 사이에 형성되고, 외부로부터 냉각유체를 공급받는 쿨링부;

   상기 쿨링부와 격벽을 통해 구획되고, 가스유입구와 연통되어 가스유입구를 통해 유입된 가스를 흡입하는 가스흡입부;

   외부에서 상기 쿨링부와 연통되어 냉각유체를 공급하는 냉각유체공급통로; 및

   상기 쿨링부에서 가스흡입부를 관통하여 가스배출구까지 형성되어 냉각유체를 배출하는 냉각공기배출관을 포함하고, 상기 금형 내의 배출가스는 가스유입구를 통해 가스흡입부로 유입되어 냉각공기배출관에 의해 냉각된 후 가스배출구와 냉각공기배출관 사이의 틈으로 배출되는 것을 특징으로 하는 저압주조 금형의 냉각장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 제3냉각수단은 외부에서 하부금형 내부에 세로방향으로 평행하게 형성되는 냉각유체공급관 및 냉각유체배출관;

   상기 냉각유체공급관의 입구에 설치되고, 상단에 물주입구가 상방향으로 형성되며, 측면에 수평방향으로 냉각공기주입구가 형성된 3방향밸브; 및

   상기 냉각유체공급관의 내부를 따라 설치되는 냉각공기공급관을 포함하고, 상기 물주입구를 통해 공급된 냉각수 및 냉각공기주입구를 통해 공급된 냉각공기는 냉각유체공급관과 냉각공기공급관을 통해 이동하여 하부금형을 냉각한 후 냉각유체배출관을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 저압주조 금형의 냉각장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   일측면에 냉각수 유입관과 냉각수 배출관이 부착되고, 상기 하부금형의 하면에 부착된 하부 플러그; 및

   상기 하부 플러그에서 상방향으로 평행하게 돌출형성된 하부금형의 내부를 냉각시키는 플러그핀을 포함하고, 상기 냉각수 유입관을 통해 냉각수가 유입되고, 냉각수가 하부금형을 냉각한 후 냉각수 배출관을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 저압주조 금형의 냉각장치.
6. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,

   상기 냉각유체는 냉각수 또는 냉각공기인 것을 특징으로 하는 저압주조 금형의 냉각장치.
7. 청구항 2에 있어서,

   상기 하부금형에 연결되고 내부에 탕구가 형성된 연결관은 전기히터에 의해 보온되되, 상기 전기히터는 코일이 내장되고 외부로부터 전원을 공급받아 열을 발생하게 되며 연결관의 테두리를 감싸는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 저압주조 금형의 냉각장치.

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