KR101070972B1 - 다이 캐스팅에 의해 금속 부품들을 제조하기 위한 방법 및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융로 및 용융로 내에 위치된 금속 공급 시스템을 포함하는 주입 몰딩 장치에 관한 것이다. 금속 공급 시스템은 펌프를 포함한다. 주입 몰딩 장치는 용융로로부터 금속 공급 시스템으로의 제 1 금속 입구 및 액체 금속을 다이 시스템으로 주입시키는 데 적합한 수직 주입 장치를 또한 포함한다. 주입 몰딩 장치는 금속 공급 시스템으로부터 수직 주입 장치로의 제 2 금속 입구를 또한 포함한다.

용융로, 금속 공급 시스템, 펌프, 주입 몰딩 장치, 수직 주입 장치

Description

다이 캐스팅에 의해 금속 부품들을 제조하기 위한 방법 및 장치{Method and apparatus for manufacturing metallic parts by die casting}

도 1a는 본 발명의 한 실시형태에 따른 주입 몰딩 장치의 개요적인 측면도이다.

도 1b는 본 발명의 한 실시형태에 따른 주입 몰딩 장치의 개요적인 정면도이다.

도 2a는 본 발명의 한 실시형태에 따른 주입 몰딩 방법을 도시하는 본 발명의 한 실시형태에 따른 주입 몰딩 장치의 개요적인 측면도이다.

도 2b는 본 발명의 한 실시형태에 따른 주입 몰딩 방법을 도시하는 본 발명의 한 실시형태에 따른 주입 몰딩 장치의 정면도이다.

도 3a 내지 3c는 밸브의 a) 제 1 세팅, b) 제 2 세팅 및 c) 제 3 세팅을 도시하는 본 발명의 한 실시형태에 따른 3방향 밸브의 개요도들이다.

도 4a는 본 발명의 한 실시형태에 따른 수직 주입 몸통 및 노즐의 개요도이다.

도 4b는 비교예에 따른 노즐의 확대도이다.

도 5a, 5b 및 5c는 a)측면도, b)평면도 및 c)배면도를 포함하는 본 발명의 한 실시형태에 따른 셔터 장치의 개요도들이다.

도 6a, 6b 및 6c는 a)정면도, b)측면도 및 c)세부 측면도를 포함하는 도 5a의 셔터 장치를 사용하는 방법을 도시하는 개요도들이다.

도 7a, 7b 및 7c는 a)측면도, b)정면도, c)세부 측면도, 및 d)열린 몰드의 세부 측면도를 포함하는 본 발명의 한 실시형태에 따른 몰드 시스템의 개요도들이다.

도 8a, 8b 및 8c는 a)측면도, b)정면도 및 c)세부도를 포함하는 기어 펌프를 가지는 본 발명의 한 실시형태의 개요도들이다.

본 발명은 금속 부품들을 제조하기 위한 방법 및 장치, 특히 다이 캐스팅(die casting) 방법들을 포함하여, 몰드로의 액체 금속의 주입을 포함하는 처리에 의해 금속 부품들을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

통상의 다이 캐스팅 장치들은 콜드 챔버(cold chamber) 및 핫 챔버(hot chamber)로 분류된다. 콜드 챔버 다이 캐스팅 장치에서, 용융된 금속은 다이 플레이트(die plate) 상에서 확보되고 그리고 몰드 공동(mold cavity)으로의 입구에 연결되는 슬리브(sleeve)로 부어진다. 용융된 금속은 플런저(plunger)에 의해 다이로 주입된다. 플런저가 공기 또는 가스를 방출하기 위해 천천히 앞으로 움직임에 따라 슬리브 내의 용융된 금속은 바닥에서 퍼질 때 쉽게 냉각된다. 슬리브 내의 냉각된 용융된 금속은 냉각된 파편 및 반고체 또는 고체 입자들을 형성한다. 냉각된 파편 및 입자들은 몰딩 다이에 주입되어 몰딩된 부품들의 물리적 성질들이 악화되도록 한다.

냉각된 용융된 금속은 용융된 금속의 점성을 증가시키고 그리고 몰드 공동을 채우는 것을 어렵게 한다. 게다가, 몰딩된 부품의 표면 상에 흠결을 일으킨다. 이것은 특히 응고의 잠열이 (알루미늄, 납 및 아연보다) 작은 마그네슘 합금에 대해 심각한 문제이다. 응고의 작은 잠열 때문에, 마그네슘은 더 낮은 온도를 가지는 재료들과 접촉할 때 더 빨리 응고한다.

핫 슬리브(hot sleeve)들이 사용되어 왔지만, 슬리브는 온도가 금속의 고상선 온도(solidus temperature) 이하가 되어야하는 몰딩 다이에 연결되기 때문에 가열된 슬리브가 금속의 액상선 온도(liquidus temperature)만큼 높지 않다. 몰딩 다이 온도는 적당한 응고율을 생성하기 위해 충분히, 용융된 금속의 고상선 온도 이하로 되어야 한다. 즉, 작동 사이클에 대한 필요한 시간을 반영하는 응고율이다. 슬리브로 쏟아진 용융된 금속은 금속의 액상선 온도보다 실질적으로 더 높은 온도를 가지고 슬리브 내의 냉각을 힘들게 한다. 이것은 가열에 대한 에너지 소비에서의 단점이다.

콜드 챔버 장치는 플런저 헤드(plunger head) 및 다이의 입구 사이의 슬리브 내에, 종종 비스킷(biscuit)이라 불리는 캐스팅의 일부로서 두꺼운 원판을 형성한다. 다이들이 열릴 때 캐스팅은 몰딩 다이들로부터 뽑아진 후에, 비스킷은 캐스팅으로부터 잘려지고 재생된다. 그러나, 때때로 비스킷은 생성물보다 더 크다. 이것은 실질적인 재생 비용을 가지는 금속의 불리한 사용이다.

핫 챔버 다이 캐스팅 장치에서, 주입 장치는 노(furnace) 안의 용융된 금속 내에 잠긴다. 주입되는 용융된 금속의 온도는 액상선 온도 이상으로 유지된다. 주입 장치는 플런저, 구스넥 챔버(gooseneck chamber) 및 노즐을 끝에 가지고 짧은 실린더를 가진다. 용융된 금속은 비스킷을 형성하지 않고 구스넥(gooseneck) 통로 및 노즐을 통해 다이 공동으로 주입된다. 이것은 핫 챔버 다이 캐스팅 장치의 장점이다.

콜드 챔버 장치보다 나은 핫 챔버 장치의 또 다른 장점은 작동 사이클을 위한 시간이다. 상술한 바와 같이, 콜드 챔버 장치에서는 캐스팅은 닫혀진 다이들 사이에서 용융된 금속을 몰드 공동으로 주입시키고 캐스팅이 고체가 될 때까지 냉각시키는 것에 의해 형성된다. 다이들은 분리되고 몰딩된 부품이 뽑아지고, 윤활유가 열려진 다이들로 뿌려지고, 그리고 다이들은 다시 닫혀진다. 그 다음에, 다이들은 다음의 작동 사이클을 시작할 수 있다. 몰딩 다이들이 닫혀질 때, 즉, 다이들이 다음 작동 사이클을 시작할 수 있을 때, 용융된 금속은 주입 슬리브로 부어지고, 주입 슬리브가 다이와 직접 통해 있기 때문에 용융된 금속은 다이의 입구로부터 넘치지 않는다.

한편, 핫 챔버 다이 캐스팅 장치는 주입 플런저를 필 업(fill up) 위치로 되돌리는 것에 의해 구스넥 및 짧은 실린더 시스템 내에 용융된 금속을 채운다. 용융된 금속은 짧은 실린더 상의 개구 또는 필 포트(fill port)를 통해 공급된다. 다이들 내의 주입된 용융된 금속을 냉각하는 동안, 노즐은 구스넥 챔버를 기울이는 것에 의해 배치된다. 노즐 구스넥 시스템 내의 용융된 금속은 짧은 슬리브의 필 포트 를 통해 노 안으로 들어가는 경향이 있고, 다이들이 열릴 때 하이드로스태틱 레벨(hydrostatic level)에 도달한다. 구스넥 및 짧은 실린더 시스템으로 용융된 금속을 채우고 닫힌 다이들 내의 주입된 금속을 냉각하는 것에 의해, 핫 챔버 장치의 작동 사이클을 위한 시간은 콜드 챔버 다이 캐스팅 장치와 비교하여 감축된다.

그러나, 구스넥의 노즐부 내의 용융된 금속의 응고 및 노즐 및 캐스트 스푸르(cast sprue)로부터 용융된 금속이 떨어지는 것은 핫 챔버 다이 캐스팅 장치에 대한 문제들이다. 핫 챔버 다이 캐스팅 장치에서는, 플런저가 제거될 때 주입 장치 안이 진공이 된다. 그러나, 노가 대기압 하에 있기 때문에 플런저가 노로부터 용융된 금속을 제공하는 짧은 실린더의 개구 또는 필 포트를 통과할 때 진공이 즉시 사라진다. 그러므로, 용융된 금속은 짧은 실린더로 흡수되고, 그리고 구스넥 및 노즐은 캐스팅이 분리되고 다이들이 분리될 때 완전히 채워진다.

캐스팅이 냉각되는 시간의 대부분 동안 용융된 금속은 노즐 내에 있다. 노즐의 꼭대기의 냉각이 적당히 조절될 때, 노즐 꼭대기의 금속이 반고체가 된다는 것이 당해 산업분야에서 이해된다. 형성된 반고체 금속은 다이들이 분리될 때 용융된 금속이 노즐로부터 떨어지지 않도록 하는 플러그로서 기능한다. 냉각이 불충분하면, 노즐 및 캐스트 스푸르의 꼭대기의 금속은 다이들이 분리될 때 여전히 액체 상태에 있고 드리핑(dripping)이 일어난다. 한편, 너무 많은 냉각이 인가되면, 노즐 꼭대기 내의 금속은 캐스트 스푸르와 함께 응고하고 동결된다. 캐스팅은 다이들이 열린 후에 정지된 다이 내에 붙을 것이다.

미국 특허 제3123875호, 제3172174호, 제3270378호, 제3474875호 및 제3491827호는 플런저의 리턴(return) 또는 리버스 스트로크(reverse stroke)에 의해 구스넥의 진공을 생성시키고 노즐 및 스푸르의 꼭대기로부터 용융된 금속을 흡수하는 것을 제안한다. 이 특허들은 짧은 실린더 및 플런저 시스템에 부착된 장치들을 공개하고 다이들이 분리되고 응고된 캐스팅이 정지된 다이의 스푸르 개구로부터 제거될 때까지 생성된 진공은 온전하다.

무거운 주입 장치가 노 안의 용융된 금속 내에 잠기기 때문에 핫 챔버 다이 캐스팅 장치 내의 문제들이 일어난다. 구스넥 챔버 및 짧은 실린더 시스템을 가진 주입 장치는 청소하기에 어렵다. 낡은 플런저 링들 및 슬리브들을 대체하는 것도 또한 어렵다. 낡은 플런저 링 및 슬리브는 누설에 기인하여 주입 압력을 감소시키고 몰드 공동을 채우는 것과 일관되지 않은 샷 볼륨(shot volume)을 만든다. 일관되지 않은 샷 볼륨은 일관되지 않게 몰딩된 부품들을 생성한다.

다이 캐스팅 장치는 주입 시스템의 배열, 즉, 수평 및 수직에 따라 또한 분류된다. 수평 다이 캐스팅 장치에서, 주입 시스템은 용융된 금속을 몰딩 다이들로 수평으로 주입시키기 위하여 수평으로 배열된다. 수직 다이 캐스팅 장치는 용융된 금속의 수직 주입을 위하여 수직으로 배열된 주입 시스템을 가진다.

통상의 수직 다이 캐스팅 장치는 전형적으로 이상에서 기술된 콜드 챔버 장치와 같은 장점들 및 단점들을 가지는 수직으로 배열된 콜드 챔버 장치이다. 그러나, 수직 다이 캐스팅 장치의 특징은 용융된 금속의 입구가 수직 주입 챔버의 꼭대기에 있을 수 있는 것이다. 이 배열은 수평으로 배열된 장치에는 적용할 수 없다. 미국 특허 제4088178호 및 제4287935호에서, 우베(Ube)는 수직 다이 캐스팅 슬리브가 베이스로 회전축으로 실장되고 용융된 금속을 받기 위해 수직 위치로부터 기울어지는 기계들을 공개한다. 용융된 금속을 캐스팅 슬리브로 공급하는 대신에, 니산 모터스(Nissan Motors)는 수직 캐스팅 슬리브가 아래로 움직이고 고체 금속 블록이 삽입되는 수직 다이 캐스팅 기계를 미국 특허 제4347889호에서 공개한다. 삽입된 금속 블록은 고주파 유도 코일에 의해 슬리브 내에서 용융된다. 이들 장치와 관련된 문제는 구조가 복잡한 것이다.

본 발명의 한 실시형태는 용융로 ,용융로 내에 위치된, 펌프를 포함하는 금속 공급 시스템, 용융로로부터 금속 공급 시스템으로의 제 1 금속 입구, 액체 금속을 몰드에 주입시키는 데 적합한 수직 주입 장치 및 금속 공급 시스템으로부터 수직 주입 장치로의 제 2 금속 입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 장치에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 고체 금속을 용융로로 제공하는 단계, 용융로 내에서 고체 금속을 액체 상태로 용융시키는 단계, 액체 금속을 제 1 금속 입구를 통해 용융로로부터 용융로 내에 위치된 금속 공급 시스템으로 제공하는 단계, 액체 금속을 제 2 금속 입구를 통해 금속 공급 시스템으로부터 수직 주입 장치로 펌핑하는 단계 및 액체 금속을 수직 주입 장치로부터 수직 주입 장치 위에 위치된 몰드로 액체 금속을 주입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 용융로, 펌프 및 도관을 포함하는 금속 공급 시스템, 용융로로부터 금속 공급 시스템으로의 제 1 금속 입구, 액체 금속을 몰드로 주입시키는 데 적합한 주입 장치, 금속 공급 시스템의 도관으로부터 주입 장치로의 제 2 금속 입구, 도관을 지나서 위치된 3방향 밸브 및 밸브로 연결된 밸브 액츄에이터(actuator)를 포함하는 주입 몰딩 장치에 관한 것이다. 밸브 액츄에이터는 액체 금속이 용융로로부터 도관으로 흐르는 것을 허용하기 위해 도관과 관련된 제 1 수직 위치로, 액체 금속이 도관으로부터 제 2 금속 입구로 흐르는 것을 허용하기 위해 도관과 관련된 제 2 수직 위치로, 그리고 액체 금속이 주입 장치로부터 드레인(drain)으로 흐르는 것을 허용하기 위해 제 3 위치로 밸브를 수직으로 이동시키기에 적합하다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 용융로, 기어 펌프 및 용융로 내에 위치된 도관을 포함하는 금속 공급 시스템, 용융로로부터 기어 펌프로의 제 1 금속 입구, 액체 금속을 다이 시스템으로 주입시키는 데 적합한 주입 장치 및 금속 공급 시스템의 도관으로부터 주입 장치로의 제 2 금속 입구를 포함하는 주입 몰딩 장치에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 주입 플런저 및 주입 노즐을 가지는 수직 주입 챔버로 액체 금속을 제공하는 단계, 주입 챔버 내의 공기를 제 1 속도로 배출시키기 위해 주입 챔버 내에서 주입 플런저를 전진시키는 단계, 주입 플런저를 주입 몸통(barrel) 내에서 제 1 속도보다 더 큰 제 2 속도로 전진시키는 것에 의해 액체 금속을 몰드 공동으로 주입시키는 단계; 및 용융된 또는 반고체 금속을 몰드의 스 푸르 또는 주입 노즐 꼭대기 중 적어도 하나로부터 주입 챔버로 흡수하기 위해 주입 플런저를 오므리는 단계를 포함하는 액체 금속을 몰드 공동으로 주입시키는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 주입 노즐을 가지는 주입 챔버 및 제 1 다이, 제 2 다이 및 제 1 다이 내에서 스푸르 부싱(sprue bushing)을 가지는 몰드 시스템을 포함하는 주입 몰딩 시스템에 관한 것이다. 노즐이 스푸르 부싱과 접촉할 때, 노즐 및 스푸르 부싱 사이의 접촉 면적은 실질적으로 1차원이도록 주입 노즐과 스푸르 부싱이 형성된다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 주입 노즐 내에서 끝나는 주입 몸통을 포함하는 주입 몰딩 장치를 이용한 사용을 위한 수직 몰드 시스템에 관한 것이고, 몰드 시스템은 하부 정지 다이, 상부 이동가능 다이, 하부 및 상부 다이 중 적어도 하나 내에 위치된 몰드 공동 및 하부 다이 내에 위치된 스푸르 부싱을 포함한다. 몰드 시스템은 (a) 하부 다이 내의 개구가 스푸르 부싱에 연결되고, 개구는 주입 몸통의 직경보다 더 넓은 직경을 가지는 특징, (b) 상부 다이 및 하부 다이가 분리될 때 셔터 플레이트(shutter plate)가 주입 노즐을 덮기에 적합하고, 셔터 플레이트가 주입 노즐을 덮을 때 셔터 플레이트는 상부 다이 및 하부 다이 사이에 위치되는 특징, 및 (c) 상부 다이 및 하부 다이가 분리될 때 셔틀 트레이(shuttle tray)가 몰드 공동으로부터 몰딩된 부품을 제거하는 데 적합하고, 상부 다이 및 하부 다이가 분리될 때 셔틀 트레이가 상부 다이 및 하부 다이 사이에 위치되는 특징 중 적어도 하나를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 주입 노즐 내에서 끝나는 수직 주입 몸통으로 주입되는 재료를 제공하는 단계, 하부 정지 다이, 상부 이동가능 다이, 하부 및 상부 다이 중 적어도 하나 내에 위치된 몰드 공동, 하부 다이 내에 위치된 스푸르 부싱, 및 스푸르 부싱에 연결된 하부 다이 내에 위치된 개구를 포함하는 수직 몰드 시스템을 닫는 단계, 주입 노즐은 스푸르 부싱과 접촉하고 그리고 주입 몸통의 적어도 한 부분이 하부 다이 내의 개구 내에 위치되도록 수직 주입 몸통을 상승시키는 단계, 재료를 주입 몸통으로부터 몰드 공동으로 주입시키는 단계, 수직 몰드 시스템을 열기 위해 상부 다이를 상승시키는 단계, 주입 노즐을 덮기 위해 셔터 플레이트를 상승된 상부 다이 및 하부 다이 사이에서 이동시키는 단계, 몰딩된 부품을 몰드 공동으로부터 제거하는 단계, 셔터 플레이트를 이동시키는 단계, 몰딩된 부품을 제거하는 단계 이후에 몰드 공동에 윤활유를 뿌리는 단계 및 셔터 플레이트를 주입 노즐로부터 이동시키고 그리고 상부 및 하부 다이 사이로부터 이동시키는 단계 및 주입 노즐은 스푸르 부싱과 접촉하지 않도록 수직 주입 몸통을 낮추는 단계를 포함하는 주입 몰딩 방법에 관한 것이다.

(본 발명의 바람직한 실시형태들)

도 1a, 1b, 2a 및 2b에서 도시된 것처럼, 본 발명의 한 실시형태는 수평 다이 배열을 가진 수직 다이 캐스팅 장치이다. 다이 캐스팅 장치는 노(1), 캐스팅 금속 공급 시스템(2), 수직 주입 장치(3) 및 수평 배열 몰드 또는 다이 시스템(horizontally arranged mold or die system; 4)로 구성된다.

노는 가열 챔버(11) 및 가스 불꽃 또는 다른 열공급 수단을 위한 통로를 제 공하는 개구(12)를 가진다. 캐스팅 금속(16)을 액체 상태로 유지하기 위해, 용융 도가니(13)는 가열 챔버(11) 내에 실장된다. 용융 도가니(13)는 바람직하게는 칸막이(14)에 의해 2개의 용기들(A 및 B)로 분리된다. 용융 도가니(13)는 절연된 금속 플레이트(55)에 의해 덮어진다. 게다가, 마그네슘 합금과 같이 쉽게 산화되는 금속들은 아르곤이나 SF₆ 과 같은 비활성 가스를 접촉시키는 것이 가능하다. 용기(A)는 용융 금속 잉곳들 또는 펠릿(pellet)들에 대해, 도어(19)에 의해 덮여진 개구(17)를 통해 제공된다.

칸막이(14)의 하부 부분의 개구(15)를 통해, 깨끗하게 용융된 (즉, 액체) 금속(16)은 용기(B)로 통과하고, 용융된 금속(16)은 액상선 온도 이상과 같은 금속의 캐스팅에 대해 바람직한 온도에서 유지된다. 선택적으로, 칸막이는 고체가 아닌 액체 금속이 그것을 통과하는 것을 허용하는 메쉬 필터(mesh filter)를 포함할 수 있다.

용융된 금속(16)의 온도는 서모커플(thermocouple)에 의해 측정된다. 열공급 수단의 열 출력은 측정된 온도의 피드백에 따라 조절된다. 용융 도가니(13) 내의 용융된 금속(16)의 레벨은 레벨 센서(18)에 의해 결정되고 그리고 개구(17)를 통해 제공된 금속의 부피를 제어함으로써 특정 범위에서 유지된다. 바람직하게는, 용융된 금속(16)의 레벨은 지지된 잉곳을 멜트(melt)로 잡아 당기고, 미리 결정된 시간에 대해 개구(17) 위에서 잉곳들 또는 펠릿들을 공급하는 컨베이어를 이동시키거나 레벨 센서(18)로부터의 신호에 응답하여 고체 금속을 개구(17)로 핸드 피딩(hand feeding)하는 것에 의해 제어된다.

캐스팅 금속 공급 시스템(2)은 플레이트(plate; 20)에 부착되고 그리고 계량 플런저(23)가 삽입되는 계량 슬리브(21), 3방향 밸브(22), 도관(38) 및 구스넥에 대응하는 도관(24)을 포함한다. 시스템(2)의 하부 부분이 용융된 금속(16) 내에 잠기고, 용융 도가니(13) 내에서 용융된 캐스팅 금속(16)과 같은 온도에서 용융된 (즉, 액체) 금속(16)을 금속 공급 시스템(2) 내에서 유지한다. 그러므로, 용융 도가니(13)의 용기(B) 내의 캐스팅 금속(16)의 레벨은 플런저 슬리브(21) 내에서 계량 플런저(23)의 풀 업(full up) 위치 이상이 되어야 한다.

3방향 밸브(22)의 기능들은 도 3에서 개요적으로 도시된다. 바람직하게는, 3방향 밸브(22)는 인접한 도관(24, 38) 내의 금속 흐름 방향에 수직으로 이동하는 데 적합한 3개의 통로들(39A, 39B 및 39C)을 포함하는 튜브를 포함한다. 그러나, 밸브(22)는 다른 적합한 밸브 구조 및 구성을 가질 수 있다. 제 1 통로(39A)는 제 1 및 제 2 도관들의 평행한 부분들을 서로 연결하기 위해 제 1 도관(38) 및 제 2 도관(24) 내의 금속 흐름 방향에 평행한 것이 바람직하다. 제 2 통로(39B)는 제 1 도관(38) 내의 금속 흐름 방향에 대하여 1 내지 90도 만큼 기울어진 적어도 한 부분을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 통로(39B)는 20 내지 70도 만큼 기울어진 대각선 통로일 수 있다. 통로(39B)는 제 1 금속 입구(40)를 펌프(23)로 연결되는 제 1 도관(38)으로 연결한다. 제 3 통로(39C)는 제 2 도관(24) 내의 금속 흐름 방향에 대하여 1 내지 90도 만큼 기울어진 적어도 한 부분을 포함한다. 예를 들어, 제 3 통로(39C)는 수평 및 수직 부분을 가지는 통로일 수 있다. 통로(39C)는 드레인을 제 2 도관(24)으로 연결한다.

3방향 밸브는 캐스팅 금속에 대한 통로들을 변화시킨다. 처음에,(도 3b) 계량 플런저(23)는 플런저 위에 위치된 개구(27) 및 플런저 밑에 위치된 개구(28)을 가지는 풀 업 위치에 있다. 계량 플런저(23)가 도 3a에 도시된 것처럼 하강할 때, 용융된 금속(16)은 양쪽 개구(27, 28)을 통해서 계량 플런저 위에 흘러 들어온다. 계량 플런저(23)가 위로 이동할 때, 계량 플런저(23)의 꼭대기에 있는 용융된 금속(16)이 들어 올려지고 그 다음에 양쪽 개구들로부터 흘러 나가고, 마지막으로 계량 도가니(13) 내의 용융된 금속(16)의 높이로 조절된다.

양쪽 개구들(27, 28)로부터의 흐름에 기인하여, 계량 플런저(23)가 계량 도가니(13)의 용융된 금속(16)과 같은 온도로 가열된다. 그러므로, 계량 플런저(23)의 온도는 계량 슬리브(21)의 용융된 금속(16)의 온도에 영향을 미치지 않는다. 게다가, 가열기들은 용융된 금속(16)의 레벨 위로 도관(24) 주변에 부착되어 금속을 캐스팅 작업을 고려하여 선택된 온도로 용융된 상태로 유지한다. 도관(24)에 대하여 바람직한 가열기들은 코일 가열기들 또는 피복된 가열기들이다.

3방향 밸브(22)의 제 1 세팅에서, 밸브 액츄에이터(26)는 3방향 밸브(22)를 제 1 위치로 낮추고 제 1 통로(39A)는 플런저 슬리브(21)를 제 1 도관(38), 제 2 도관(24) 및 연결 포트(37)를 경유하여 주입 몸통(31)으로 유동적으로 연결하여 용융된 금속이 계량 플런저로부터 주입 몸통(32) 내의 개구(33)로 흐르는 것을 허용한다. 계량 플런저(23)는 금속을 슬리브(21)로부터 도관(38), 밸브(22), 도관(24) 및 개구(33)을 통하여 챔버(31)로 주입하도록 그 다음에 낮아진다. 금속이 챔버(31)로 제공된 이후에, 제 2 통로(39B)가 입구 포트(40)를 제 1 도관(38)으로 연결하여 용융된 금속이 계량 도가니(13)로부터 개구(40)를 통하여 슬리브(21)로 흐르는 것을 허용할 때까지 밸브 액츄에이터(26)는 제 2 위치로 들어 올려진다. 계량 플런저(23)가 물러날 때, 흡수가 일어나고, 용융된 금속(16)을 용융 도가니(13)로부터 계량 슬리브(21)로 끌어 당긴다.

통상적인 작동 동안, 단지 첫번째 2개의 통로들(39A, 39B)가 사용된다. 그러나, 보수를 수행하기 위해 캐스팅 금속 공급 시스템(2)을 제거하는 것이 필요하다면, 3방향 밸브(22)는 제 3 위치에서 작동될 수 있다. 이 위치에서, 제 2 도관(24)은 드레인(57)에 연결된다. 이 방식으로, 주입 몸통(31) 및 제 2 도관(24) 내의 용융된 금속(16)이 용융 도가니(13)로 옮겨질 수 있다.

주입 장치(3)는 플레이트(20)가 캐스팅 금속 공급 시스템(2)을 지지하여 또한 고정되는 베이스 플레이트(30)에 부착된다. 주입 장치(3)와 캐스팅 금속 공급 시스템(2)이 같은 베이스 플레이트(30)에 부착되므로, 이들 두 구성요소들은 용융로(1)를 이동하는 것 없이 동시에 위와 아래로 이동한다. 2개의 플레이트들(20, 30)이 구성요소들(2 및 3)을 함께 단단히 부착하도록 도시되지만, 다른 부착 장치들이 대신 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 플레이트들, 로드(rod)들 또는 클램프(clamp)들이 구성요소들(2 및 3)을 서로 부착하는 데 사용되어 질 수 있다. 그러므로 구부리는 힘이 도관(24)에 인가되지 않고 그리고 금속 공급 시스템(2)에 대한 재료가 마그네슘 또는 알루미늄 주입과 같은 경금속 주입에 적합한 세라믹을 포함하는 다양한 재료들로부터 선택될 수 있다. 주입 장치(3)는 연결 포트(37)를 가진 주입 몸통(31), 주입 몸통(31) 내에 위치된 주입 플런저(32) 및 주입 몸통(31)의 꼭대기 상의 주입 노즐(35)로 구성된다. 캐스팅 금속(16)은 연결 포트(37)에서 도관(24)에 연결된 금속 입구 개구(33)를 통하여 주입 몸통(31)으로 들어간다. 연결 포트(37)는 도관(24)로 기울어지고, 긴급한 경우 몸통(31) 내의 캐스팅 금속(16)은 3방향 밸브(22)를 통하여 용융 도가니(13)로 배출된다. 이것은 도 3c에 도시된다.

도 4a 및 4b에 도시된 것처럼 주입 몸통(31)은 주입되는 금속의 액상선 온도 이상으로 주입 몸통(31)을 유지하기 위해 가열기들(311a, b, c 및 d)에 의해 가열된다. 게다가, 가열기(311e)는 주입 몸통 연결 포트(37)를 가열한다. 가열기들(311a, b, c, d)은 섹션(section)들로 나누어져 각각의 가열기가 다른 온도에서 유지될 수 있고 그리고 부어진 캐스팅 금속(16)은 주입에 가장 바람직한 온도에서 유지될 수 있다. 각각의 가열기는 주입 몸통(31)의 벽 및 노즐(35) 내에 삽입된 대응된 서모커플(312a, b, c 및 d)로부터의 신호에 반응하여 독립적으로 제어된다. 주입 몸통 연결 포트 가열기(311e)는 서모커플(312e)에 의해 제어된다.

주입 장치(3) 및 주입 플런저(32)는 각각 수압 실린더(74) 및 수압 피스톤(75)에 의해 작동되는 것이 바람직하다. 그러나, 주입 장치(3) 및 주입 플런저(32)를 상승시킬 수 있는 어떤 수단도 사용될 수 있다. 본보기가 되는 장치들은 이에 제한되지 않고 기계적, 전기적, 및 기압 장치들과 이들의 조합들을 포함한다.

금속의 액상선 온도 이상으로 노즐 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 액상선 온도 이상으로 가열된 노즐(35)은 노즐(35)이 스푸르 부싱(41)과 도킹(docking)될 때 다이 시스템(4)의 다이들(42, 43)과 같은 온도를 가지는 열 전도에 기인하여 냉각된다. 다이 온도는 금속의 고상선 온도보다 훨씬 더 낮다. 이것은 캐스팅 금속이 몰드 또는 다이 공동(44) 내에서 높은 생산성으로 빨리 응고되야 하기 때문이다. 그러므로, 노즐(35)은 스푸르 부싱(41)을 경유하여 노즐(35)로부터 다이들(42, 43)으로의 열 전도에 기인하여 냉각된다. 노즐(35)의 냉각 속도는 노즐(35)로부터 다이들(42, 43)로 전해진 열 손실의 속도에 대응한다. 이것은 열 변화도, 접촉 면적 및 열 전도 시간에 의해 결정된다. 다이들(42, 43)의 온도가 생산성에 의해 주로 결정되는 반면에, 노즐(35)의 온도는 금속의 캐스팅 조건들 중 하나로서 결정된다. 주요한 차이는 온도의 변화도이다. 그러므로, 노즐(35)과 스푸르 부싱(41) 사이의 접촉 면적은 도 4b에서 도시된 면(85B)의 접촉 대신에 바람직하게는 도 4A에서 도시된 선(85A)의 접촉에 의해 최소화되어야 한다. 다른 말로, 주입 노즐(35) 및 스푸르 부싱(41)은, 노즐이 스푸르 부싱과 접촉할 때 노즐과 스푸르 부싱 사이의 접촉 면적이 실질적으로 1차원(즉, 노즐의 길이 방향에서 1mm 이하의 폭을 가지는 선 또는 링)이 되도록 형성된다. 노즐 헤드(35) 및 스푸르 부싱(41)의 반경 및 각의 차이는 각각 1mm 및 1도 이상 되어야 하고 두 부품들의 도킹 시간은 가능한 짧아야 한다.

다이 또는 몰드 시스템(4)은 주입 장치(3) 위에 위치된다. 도 1a 및 4a에서, 다이 시스템(4)는 고정된 다이(42) 및 이동가능 다이(43)가 각각의 다이 블록 상에 확보되도록 수평으로 위치된다. 스푸르 부싱(41)은 각각의 다이에 41a 및 41b로서 고정된다. 다이 또는 몰드 공동(44)은 고정된 다이(42)에 조각되는 것이 바람직하고 그리고 노크아웃 핀(knockout pin)들(도시되지 않음)을 가진 이젝터 플레이트(ejector plate)가 이동가능 다이(43)의 후면에 부착된다. 이젝터 플레이트가 앞으로 이동되고 그리고 수압 실린더(도시되지 않음)에 의해 오므려진다.

스푸르 부싱(41) 밑에, 셔터(6)가 고정된 다이(42) 상에 부착되고 확보된다. 셔터(6)의 세부 사항들은 도 5a 내지 5c에 묘사된다. 셔터(6)는 가이드 바(63)가 삽입되는 피팅(fitting; 62)을 가지는 셔터 플레이트(61)를 포함한다. 셔터 플레이트(61)는 피팅(62)에 연결된 실린더(64)에 의해 작동된다. 셔터 플레이트(61)는 주입 몸통(31)이 위로 올라가고 스푸르 부싱(41) 및 주입 노즐(35)이 접촉하는 단계 동안 뒤로 물러선다. 주입 몸통(31)이 밑으로 잡아 당겨지고 노즐(35)이 스푸르 부싱(41)으로부터 떨어질 때, 셔터(6)는 앞으로 미끄러지기 위해 작동되고 그리고 노즐(35) 위의 위치에서 정지된다. 다이들이 분리되고 열린 위치에 있는 동안 셔터(6)는 노즐(35)을 떨어지는 응고된 고체 입자들 또는 다이들에 뿌려지는 윤활유에 의한 손상으로부터 보호한다.

베이스 플레이트(30)에 고정된 캐스팅 금속 공급 시스템(2)을 가진 노(1) 및 주입 장치(3)는 도 1a에 도시된 슬라이딩 플레이트(5)에 위치한다. 다이 높이 또는 한 쌍의 다이들의 두께가 캐스팅 물품의 크기에 의존하여 변화함에 따라, 주입 몸통(31)의 꼭대기 상의 노즐(35)의 위치는 다이들(42, 43) 상의 리시빙 스푸르 부싱(receving sprue bushing; 41)을 가진 배열에서 플레이트(5)를 미끌어지게 함으로써 조절된다.

바람직한 실시형태의 주입 몰딩 장치의 작동은 다음과 같이 단계별로 설명될 것이다. 다음의 상세한 설명에서, 작동은 캐스팅 금속의 주입이 완성될 때 작동이 시작한다.

캐스팅 작동의 제 1 단계에서, 다이들(42 및 43)이 닫히고 그리고 노즐(35)이 다이들(42, 43) 상에서 스푸르 부싱(41)과 도킹된다. 주입 몸통(31)과 금속 공급 시스템(2) 사이에 금속이 흐르지 않도록 주입 플런저(32)가 최상부 위치에 있고 그리고 개구(33)를 막는다. 다이들 내의 용융된 금속(16)(특히 공동(44)이 가장 얇은 게이트 내의 금속)이 응고되는 시간(마그네슘 배열에 대해 1초 이하)을 가지자마자, 주입 플런저(32)는 주입 몸통(31) 내의 중간 위치로 오므려지고, 스푸르(41) 및 노즐 개구(36) 내의 용융된 또는 반고체 금속을 주입 몸통(31)으로 흡수한다. 노즐 팁의 금속을 흡수하는 것에 의해, 노즐(35)의 막힘 또는 플러그의 형성이 방지된다. 게다가, 흡수된 반고체 금속은 주입 몸통(31)에서 재용융될 것이다. 주입 몸통(31)의 공기가 개구(36)로부터 배출되는 것을 허용함에 따라 이것은 본 장치에서 중요하다.

노즐(35)의 또 다른 냉각을 피하기 위해, 흡수가 끝난 즉시, 주입 몸통(31)이 밑으로 작동된다. 주입 플런저(32)의 헤드가 주입 몸통(31)의 하부 부분 상의 도관(24)으로의 개구(33) 위에 올 때까지 주입 플런저(32)는 흡수 속도와 비교하여 감소된 속도로 오므리는 것을 계속하여 개구(32)가 주입 플런저(32)에 의해 막히거나 닫혀진 채 남아 있다. 선택적으로, 플런저(32)가 용융된 금속을 금속 공급 시스템(2)으로부터 받는 개구(33)를 노출시키기 위해 개구(33) 밑으로 이동될 때까지, 주입 플런저(32)는 금속을 흡수하는 작업 이후에 몸통(31) 내의 중간 위치에 남아 있을 수 있다.

주입 몸통(31)의 오므려지는 거리는 금속 공급 시스템(2)이 도가니(13) 내에서 오므려지는 거리, 10mm 보다 작은 것이 바람직하다. 금속 공급 시스템(2)의 잠긴 부분이 용융된 금속(16)의 레벨로부터 위로 올라가는 영역에 응고된 금속이 쌓임에 따라, 이동 거리는 5mm 보다 더 작은 것이 더 바람직하다.

셔터 플레이트(61)는 그 다음에 노즐 헤드를 다이들로부터 떨어지는 용융된 금속으로부터 보호하기 위해 노즐(35)의 위치로 작동되고 이동된다. 노즐 온도는, 열전도가 중단되고 노즐 헤드로 삽입된 서모커플(312a)에서 감소된 온도를 감지하여 노즐(35)에 대한 가열기(311a)가 켜지기 때문에 상승하기 시작한다. 노즐 온도는 다음 주입 사이클이 시작되기 전에 설정된 온도로 돌아온다. 서모커플의 감지 팁의 위치는 실제적인 노즐 온도를 탐지하기 위해 위치되는 것이 바람직하다. 감지 팁은 도 4b에 도시된 것처럼, 가능한 한 노즐 개구(36)와 가까와야 한다. 이 과정은 본 발명의 또 다른 장점이 있는 실시형태이다.

제 2 단계에서, 다이 공동의 캐스팅은 냉각되고 그리고 응고된다. 응고 시간은 캐스팅되는 물품의 크기와 두께에 따라 1초 이하로부터 약 10초까지이다. 그 다음에, 다이들이 분리되고 그리고 이동 다이(moving die; 43) 상의 몰딩된 물품이 슈트(chute)로 빠져 나오고 로보트에 의해 제거된다. 다이 면이 청소되고 그리고 윤활유는 다이들(42, 43) 상에 뿌려진다.

이 기간의 시간동안, 공급 시스템(2)이 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전히 용융된 캐스팅 금속(16) 내에 잠기고 그리고 용융된 캐스팅 금속(16)은 계량 플런저(23)를 풀 업 위치로 물러나게 하는 것에 의해 계량 슬리브(21)로 흡수된다. 캐스팅 금속(16)은 도 3b에 도시된 용융 도가니와 통하는 3방향 밸브(22)를 통하여 플런저 슬리브(21)로 들어간다. 캐스팅 금속(16)의 흡수는 계량 플런저(23)가 계량 플런저(21)의 상부 부분 상의 개구(28)를 통과할 때 완성되고 그리고, 계량 슬리브(21)의 압력은 대기압이 된다. 개구(28) 없이, 본 장치가 작동하지만, 그러나 개구를 가지면 공기가 계량 슬리브(21) 내에 확실히 남아 있지 않게 된다.

그 다음에, 3방향 밸브(22)는 용융 도가니(13)와 통하는 통로(39B)를 닫고, 그리고 도 3a에 도시된 것처럼, 통로(39A)를 경유하여 슬리브(21)를 도관(24)으로 연결한다. 도 2a에 도시된 것처럼 공급 시스템(2)으로부터 캐스팅 금속(16)을 받기 위해 주입 플런저(32)는 밑으로 이동하고 그리고 개구(33)가 열린다. 캐스팅 금속(16)은 샷(shot)에 필요한 체적에 대응하는 요망된 거리만큼 계량 플런저(23)를 밀어 내리는 것에 의해 주입 몸통(31)으로 주입된다. 캐스팅 금속(16)의 정확한 계량은 초과된 체적의 캐스팅 금속(16) 및 다이 공동(44) 내의 압력에 의해 야기된 캐스팅들 주변의 돌기(burr)를 감소시키거나 제거하기 때문에 본 장치의 또 다른 장점이다.

다이들(42, 43)에 예상치 못하게 붙은 돌기들이 캐스팅 금속(16)의 곤란한 누출을 야기시키기 때문에 캐스팅의 돌기들은 재생산성 및 신뢰성 있는 작업을 감소시킨다. 돌기들은 다이들(42, 43)의 부분 면 상에 움푹한 곳 또는 변형을 또한 야기시킬 수 있고, 더 두껍고 더 큰 돌기들이 될 수 있다. 돌기들이 없으면, 몰딩 이후의 물품들에 대한 기계적 비용이 감소된다.

본 장치의 금속 공급 시스템(2)이 높지 않은 압력으로 그리고 캐스팅 금속(16)을 주입 몸통(31)으로 주입하는 데 대한 높지 않은 속도로 작동하는 것에서 정확한 계량이 성취된다. 높은 압력과 높은 속도 때문에 핫 챔버 다이 캐스팅 장치의 플런저 펌프가 무겁고 정밀하지 않다. 캐스팅 금속(16)의 계량이 끝난 직후에, 주입 플런저(32)가 천천히 위로 이동하고 그리고 입구 개구(33)가 닫힐 때 정지한다.

제 3 단계에서, 몰딩 다이들(42, 43)은 맞물리고 그리고 닫힌 위치로 설정된다. 셔터(6)는 뒤로 움직이고 그리고 노즐(35)이 다이들(42 및 43) 상의 스푸르 부싱(41)으로 확고히 도킹될 때까지 주입 몸통(31)이 수압 실린더(74)에 의해 위로 밀어 올려진다. 금속 공급 시스템(2)이 플레이트(30)에 의해 주입 몸통(31)으로 부착되기 때문에 금속 공급 시스템(2)은 용융 도가니(13)로부터 적어도 부분적으로 들어 올려진다. 그 다음에 주입 플런저(32)가 노즐 개구(36)로부터 캐스팅 금속(16) 위로 공기를 방출하고 그리고 다이 공동(44)을 통하여 다이들(42, 43) 상에 조각된 에어 벤트(air vent; 도시되지 않음)로부터 배출되기 위해 수압 시스템(75)에 의해 천천히 위로 작동된다. 주입 몸통(31)의 공기가 배출되는 시간의 주입 플런저(32)의 위치는 주입 몸통(31)의 크기와 캐스팅 금속(16)의 계량된 부피로부터의 계산에 의해 결정된다.

선택적으로, 몰딩된 부품을 만들기 위한 공정 시간을 단축시키기 위해 노즐이 스푸르 부싱(41)과 도킹되기 전에 공기는 주입 몸통으로부터 방출될 수 있다. 바람직하게는, 또 다른 공정 단계가 시행되는 것과 동시에 공기가 주입 몸통(31)으로부터 방출된다. 예를 들어, 다이들(42, 43)이 열린 위치에 있을 때 주입 플런저(32)가 제 2 단계 공정에서 노즐 개구(36)로부터 공기를 캐스팅 금속(16) 위로 방출하기 위해 천천히 위로 작동될 수 있고 그리고 몰딩된 부품이 제거되고 그리고 다이들은 청소되고 윤활유가 발라진다. 주입 몸통의 상승 이동 거리, 주입 몸통의 체적, 주입 몸통으로 계량된 금속의 양 및 주입 몸통과 주입 플런저의 위치는 공기가 배출되는 동안 금속이 노즐 개구(36)로부터 넘치는 것을 감소시키거나 방지하기 위해 컴퓨터와 같은 제어 시스템에 의해 프로그래밍되고 제어된다.

선행 기술 방법에서, 노즐을 막는 플러그가 다이 공동으로 방출되고 그리고 압축된 공기가 캐스팅 금속을 따라 다이 공동으로 주입된다. 캐스팅 금속에 잡혀진 플러그 뿐만 아니라 공기도 캐스팅된 물품의 심미적 성질과 물리적 성질을 감소시킨다. 그러므로, 이상의 제 1 공정과 관련하여 기술된 흡수 공정이 플러그와 공기를 공동(44)으로 주입하는 것을 피하기 때문에 유리하다. 주입 몸통(31)의 공기가 배출되는 미리 결정된 위치에서, 주입 플런저(32)의 속도는 즉시 가속되고 그리고 캐스팅 금속(16)이 다이 공동(44)으로 주입된다. 주입 플런저(32)가 그 다음에 감속되고 그리고 정지된다. 주입물의 말단으로 주입 플런저(32)를 하강시키는 것은 주입 플런저(32)를 주입 몸통(31)의 상부 말단에 대하여 범핑(bumping)하는 것으로부터 금지한다.

캐스팅 금속(16)의 체적이 정확히 계량되고 그리고 온도가 엄격히 제어되더라도, 주입물의 말단의 주입 플런저(32)의 위치는, (1)주입 몸통(32) 및/또는 플런저의 표면들의 용융된 금속의 불순물의 침전에 의해 야기된 마찰 증가 또는 (2)피스톤 링들(도시되지 않음)을 통한 누출에 의한 주입 압력 손실과 같은 예기치 않은 요소들로 인하여 불규칙적으로 움직인다. 본 장치에서, 주입 플런저(32)의 위치는 주입 플런저 로드 상에 확보된 포텐셔미터(potentiometer)에 의해 탐지되거나 측정되는 것이 바람직하다. 주입이 완성될 때, 탐지된 주입 플런저 위치는 요망된 통상의 위치와 비교되고 차이가 계산회로를 통하여 캐스팅 금속의 부피로 변환된다. 그 다음에, 신호가 계량 플런저(23)를 하강시키는 거리 및/또는 주입 플런저(32)를 하강시키는 거리로서 금속 공급 시스템(2)으로 송신된다. 플런저(23)의 하향 이동은 주입 몸통(31)으로 제공된 캐스팅 금속 부피의 양을 정확히 계량한다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 수직 다이 배열을 가진 수직 다이 캐스팅 장치를 포함한다. 도 6a 내지 6c의 도면에 도시된 것처럼, 노(1), 캐스팅 금속 공급 시스템(2) 및 수직 주입 장치(3)는 이전의 실시형태와 같다. 이 실시형태에서, 다이 시스템(4)은 수직으로 배열되고 그리고 스푸르 부싱(41)은 정지 하부 다이(42)로 삽입된다. 노크아웃 핀들을 가진 이젝터 플레이트는 정지 하부 다이(42) 위의 이동가능 상부 다이(43)로 부착된다. 다이 블록의 개구(46)의 직경이 주입 몸통(32)보다 더 큰 반면에 주입 몸통(31)이 다이 블록(45)의 개구(46)를 통하여 위와 아래로 이동한다. 셔터(6)는 다이들(42 및 43) 뒤에 위치되고, 그리고 셔틀 트레이(7)가 다이들(42, 43)의 한 쪽에 위치한다. 셔터(6) 및 트레이(7)의 위치들은 요망되는 경우 바뀔 수 있다. 이 실시형태의 장치의 작동은 도 1a 및 2a의 수평 다이 배열을 가진 이전의 실시형태의 장치의 작동과 같다. 다이들이 열릴 때, 몰딩된 물품이 이동가능 다이(43) 상에서 분리되고 그리고 셔터(6)와 트레이(7)가 앞으로 작동된다. 셔터는 노즐 헤드를 뿌려진 윤활유로부터 보호한다. 셔틀 트레이(7) 는 노크아웃 핀들에 의해 방출된 몰딩된 물품을 받고 그리고 물품은 다이 영역으로부터 제거된다. 이 실시형태에서, 형성된 스푸르는 수평으로 배열된 다이들을 가진 실시형태보다 더 크다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 주입 몸통(32)이 정지 다이(42)의 다이 면에 확보된 스푸르 부싱(41)에 도달하는 도 7a 내지 7d에서 도시된다. 이 실시형태에서 스푸르의 길이는 도 6의 실시형태와 비교하여 단축되고 그리고 형성된 스푸르의 부피는 감소된다.

도 6a 및 7a에서 도시된 수직 다이 시스템을 사용하는 주입 몰딩 방법은 다음과 같다. 용융된 금속은 주입 노즐(35)에서 끝나는 수직 주입 몸통(31)으로 제공된다. 수직 몰드 시스템은 닫히고 그리고 수직 주입 몸통이 상승되어, 주입 노즐(35)이 스푸르 부싱(41)과 접촉하고 그리고 주입 몸통(31)의 적어도 한 부분이 하부 다이(42)의 개구(46) 내에 위치한다. 금속이 주입 몸통(31)으로부터 몰드 공동으로 주입된다. 주입 몸통(31)은 주입 노즐(35)이 스푸르 부싱(41)과 접촉하지 않도록 낮아진다. 상부 다이(43)는 수직 몰드 시스템을 열기 위해 상승된다. 셔터 플레이트(61)는 도 6c에서 도시된 것처럼, 주입 노즐(35)을 덮기 위해 상승된 상부 다이(42) 및 하부 다이(42) 사이에서 이동된다. 셔틀 트레이(7)는, 도 6c 및 도 7d에서 도시된 것처럼, 셔터 플레이트(61)가 다이 사이에서 이동되기 전 또는 후에 상승된 상부 다이(43) 및 하부 다이(43) 사이에서 제공된다. 노크아웃 핀들은 상부 다이(43)로부터 몰딩된 부품을 풀기 위해 그리고 몰딩된 부품을 셔틀 트레이(7)로 떨어뜨리기 위해 상부 다이(43) 내에서 연장된다. 몰딩된 부품은 상부 및 하부 다 이 사이로부터(즉, 도 7a에 도시된 다이의 측면으로) 몰딩된 부품을 포함하는 셔틀 트레이(7)를 제거하는 것에 의해 몰드 공동으로부터 제거된다. 몰드 공동은 셔터 플레이트를 이동시키고 그리고 몰딩된 부품을 제거하는 단계들 이후에 청소되고 윤활유가 뿌려진다. 그 다음에, 도 6b에 도시된 것처럼, 셔터 플레이트(61)가 주입 노즐로부터 그리고 상부 다이(42) 및 하부 다이(43)로부터 제거된다(즉, 그것은 다이 뒤로 이동된다). 다이들(42, 43)은 닫히고 그리고 다음 주입 단계를 준비한다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 도 8a 내지 8c에서 도시된다. 이 실시형태에서, 캐스팅 금속 공급 시스템(2)은 이전의 실시형태의 플런저 펌프보다 기어 펌프(221)를 포함한다. 게다가, 이 실시형태는 이전의 실시형태의 3방향 밸브(22)를 사용하지 않는다. 이 실시형태의 바람직한 형태에서, 기어 펌프(221)는 모터(223)에 의해 작동된다. 파워(power)는 모터 로드(222)를 사용하여 기어 펌프(221)로 전송된다. 용융된 금속(16)을 주입 몸통(31)으로 공급하기 위해, 기어 펌프(221)이 켜진다. 충분한 캐스팅 금속이 주입 몸통(31)으로 공급될 때, 기어 펌프(221)는 간단히 꺼진다. 이 실시형태에서 계량 슬리브(21)를 채울 필요가 없기 때문에, 3방향 밸브(22)에 대한 필요가 없다.

이상에서 기술된 실시형태들의 장치의 구성요소들은 적합한 조합으로 교체될 수 있도록 사용되어질 수 있다. 예를 들어, 도 8a의 기어 펌프(221)는 도 6a 및 7a의 수직 다이 배열과 함께 사용되어질 수 있다.

본 발명의 상술한 설명은 실시예 및 설명의 목적을 위해 제시되었다. 본 발명은 공개된 것과 똑같은 형태로 제한되지 않으며, 변형예들이 상술한 내용에서 가 능하고 본 발명의 실시로부터 얻어질 수 있다. 도면들 및 상세한 설명은 본 발명의 원리들 및 실제적인 응용을 설명하기 위해서 선택되었다. 본 발명의 범위는 여기에 청부된 청구항들 및 그것들의 균등물에 의해 정의된다.

본 발명은 캐스팅 금속을 정확히 계량하고 캐스팅들 주변의 돌기를 제거하기 위한 용융로 및 용융로 내에 위치된 금속 공급 시스템을 포함하는 주입 몰딩 장치를 제공하기 위한 것이다.

Claims (48)

1. 용융로;

   상기 용융로 내에 위치된, 펌프를 포함하는 금속 공급 시스템;

   상기 용융로로부터 상기 금속 공급 시스템으로의 제 1 금속 입구;

   액체 금속을 몰드에 주입시키는 데 적합한 수직 주입 장치; 및

   상기 금속 공급 시스템으로부터 상기 수직 주입 장치로의 제 2 금속 입구를 포함하는 주입 몰딩 장치로서,

   상기 금속 공급 시스템은 상기 수직 주입 장치에 단단히 부착되고,

   상기 금속 공급 시스템은 상기 용융로 내에 이동가능하도록 위치되며,

   상기 용융로를 이동시키는 것 없이 상기 수직 주입 장치와 상기 금속 공급 시스템을 수직으로 이동시키기 위한 액츄에이터 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 수직 주입 장치는 주입 플런저 및 주입 몸통의 꼭대기 부분에 위치된 노즐을 포함하는 수직으로 향하는 주입 몸통을 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 펌프는 슬리브 내에 위치된 계량 플런저를 포함하고; 그리고

   상기 금속 공급 시스템은 상기 용융로 내에 위치된 도관을 포함하고, 상기 도관은 제 1 말단 및 제 2 말단을 가지고, 상기 제 1 말단은 상기 슬리브에 연결되고 그리고 상기 제 2 말단은 상기 제 2 금속 입구에 연결되는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 도관 내에 위치된 3방향 밸브; 및

   상기 밸브에 연결되고 그리고 액체 금속이 상기 용융로로부터 상기 슬리브로 흐르는 것을 허용하는 제 1 위치, 액체 금속이 상기 계량 플런저로부터 상기 제 2 금속 입구로 흐르는 것을 허용하는 제 2 위치, 및 액체 금속이 상기 주입 몸통으로부터 드레인으로 흐르는 것을 허용하는 제 3 위치로 상기 밸브를 수직으로 이동시키는 데 적합한 밸브 액츄에이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 장치.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 펌프는 기어 펌프를 포함하고;

   상기 제 1 금속 입구는 상기 기어 펌프 내에 위치되고; 그리고

   상기 금속 공급 시스템은 상기 용융로 내에 위치된 도관을 포함하고, 상기 도관은 제 1 말단 및 제 2 말단을 가지고, 상기 제 1 말단은 상기 기어 펌프에 연결되고 그리고 상기 제 2 말단은 상기 제 2 금속 입구에 연결되는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 장치.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 노즐 위에 미끌어질 수 있도록 부착되고 그리고 상기 노즐을 제거할 수 있도록 덮는 데 적합한 셔터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 수직 주입 장치를 상기 금속 공급 시스템에 단단히 연결하는 제 1 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 용융로는 가열 챔버 내에 위치된 용융 도가니를 포함하고;

   상기 용융 도가니는 액체 금속이 제 1 부분으로부터 제 2 부분으로 선택적으로 통과하는 것을 허용하는 데 적합한 칸막이에 의해 분리된 두 부분들을 포함하고; 그리고

   비활성 가스 파이프를 통해 비활성 가스가 상기 용융 도가니로 제공되는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 장치.
9. 고체 금속을 용융로로 제공하는 단계;

   상기 용융로 내에서 상기 고체 금속을 액체 상태로 용융시키는 단계;

   상기 액체 금속을 제 1 금속 입구를 통해 상기 용융로로부터 상기 용융로 내에 위치된 금속 공급 시스템으로 제공하는 단계;

   상기 액체 금속을 제 2 금속 입구를 통해 상기 금속 공급 시스템으로부터 수직 주입 장치로 펌핑하는 단계; 및

   상기 수직 주입 장치로부터 상기 수직 주입 장치 위에 위치된 몰드로 상기 액체 금속을 주입시키는 단계를 포함하는 주입 몰딩 방법으로서,

   상기 액체 금속을 주입시키는 단계에 앞서서 상기 수직 주입 장치 및 상기 금속 공급 시스템을 상기 몰드를 향하여 들어 올리는 단계;

   상기 액체 금속을 주입시키는 단계 이후에 상기 수직 주입 장치 및 상기 금속 공급 시스템을 상기 몰드로부터 낮추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 금속 공급 시스템은 상기 펌핑 단계 동안 상기 용융로 내에 존재하는 상기 액체 금속 내에 적어도 부분적으로 잠기고; 그리고

    상기 금속 공급 시스템이 상기 용융로를 들어 올리지 않고 상기 용융로로부터 적어도 부분적으로 들어 올려지도록 상기 수직 주입 장치를 들어 올리는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 주입 단계는 수직 주입 몸통을 포함하는 상기 수직 주입 장치 내에서 주입 플런저를 제 1 속도로 수직으로 전진시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 스푸르 및 주입 노즐 꼭대기 중 적어도 하나에 남아 있는 금속을 상기 주입 몸통으로 흡수하기 위해 상기 주입 몸통 내의 주입 플런저를 오므리는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 전진된 주입 플런저의 위치를 측정하는 단계;

    상기 측정된 위치를 요망된 위치와 비교하는 단계; 및

    요망된 액체 금속을 비교량에 근거하여 상기 주입 몸통으로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 수직 주입 단계를 낮추는 단계는 흡수된 금속을 액체 상태로 재용융시키기 위해 상기 금속을 흡수하는 단계 이후에 일어나는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 주입 노즐의 꼭대기에서 상기 금속의 온도를 감지하는 단계; 및

    고체 플러그가 상기 주입 노즐 내에 형성되지 않도록 상기 주입 노즐을 상기 감지된 온도에 반응하여 상기 노즐의 액상선 온도 이상으로 가열시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
16. 제 11 항에 있어서, 상기 펌핑 단계 이후 및 상기 주입 단계 이전에 상기 제 2 금속 입구를 통해 공기를 상기 주입 몸통으로부터 배출시키기 위해 그리고 액체 금속의 흐름을 방지하기 위해 상기 제 1 속도보다 낮은 제 2 속도에서 상기 주입 플런저를 전진시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
17. 제 9 항에 있어서,

    상기 금속 공급 시스템은 도관을 포함하고;

    상기 도관에 부착된 슬리브 내에 위치된 계량 플런저가 상기 액체 금속을 펌핑하고;

    상기 계량 플런저가 오므려져 상기 제 1 금속 입구를 통해 상기 용융로로부터 흡수에 의해 상기 슬리브로 액체 금속을 끌어당길 때 상기 액체 금속이 상기 슬리브로 제공되고; 그리고

    상기 계량 플런저가 상기 제 2 금속 입구를 통하여 상기 도관으로부터 액체 금속을 제공하기 위해 전진할 때 상기 액체 금속은 상기 수직 주입 장치로 제공되는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
18. 제 17 항에 있어서,

    상기 슬리브는 상기 계량 챔버의 최대 오므려진 위치 및 최대 전진된 위치 사이에 위치된 용융로로의 제 1 개구를 포함하고;

    상기 계량 플런저는 액체 금속을 상기 슬리브 내로 끌어당기기 위해 상기 개구 위에서 오므려지고; 그리고

    상기 계량 플런저는 액체 금속을 상기 제 2 금속 입구를 통하여 제공하기 위해 상기 개구 밑에서 전진되는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 슬리브는 상기 최대 오므려진 계량 플런저 위에 위치된 제 2 개구를 포함하고; 그리고

    상기 계량 플런저가 하강할 때 용융된 금속은 양쪽 개구들을 통하여 상기 계량 플런저를 지나서 상기 슬리브 내에서 흐르는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
20. 제 18 항에 있어서,

    상기 용융로로부터 상기 슬리브로 액체 금속이 흐르는 것을 허용하기 위해 상기 도관을 지나서 제 1 위치로 위치된 3방향 밸브를 수직으로 이동시키는 단계;

    상기 개구 위에서 상기 계량 플런저를 오므리는 단계 이후에 액체 금속이 상기 계량 플런저로부터 상기 제 2 금속 입구로 흐르는 것을 허용하기 위해 상기 3 방향 밸브를 제 2 위치로 수직으로 이동시키는 단계;

    액체 금속을 상기 수직 주입 장치로부터 드레인으로 흐르는 것을 허용하기 위해 상기 3방향 밸브를 제 3 위치로 수직으로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
21. 제 9 항에 있어서,

    기어 펌프는 액체 금속을 펌핑하고;

    상기 제 1 금속 입구는 상기 기어 펌프 내에 위치되고;

    상기 금속 공급 시스템은 상기 용융로 내에 위치된 도관을 포함하고; 그리고

    상기 기어 펌프는 액체 금속을 상기 도관으로부터 상기 제 2 금속 입구를 통하여 상기 수직 주입 장치로 펌핑하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
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