KR101342817B1

KR101342817B1 - 다이캐스트 장치 및 다이캐스트 방법

Info

Publication number: KR101342817B1
Application number: KR1020120109531A
Authority: KR
Inventors: 나오쿠니 무라마츠; 아키히사 이노우에; 히사미치 기무라
Original assignee: 도호쿠 다이가쿠; 엔지케이 인슐레이터 엘티디
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2013-12-17
Also published as: DE602006008694D1; KR20120125212A; CN1876278B; JP4688145B2; CN1876278A; JP2006341289A; EP1731245B1; KR101252302B1; KR20060128647A; EP1731245A2; US20070215306A1; EP1731245A3; US7614440B2

Abstract

본 발명에 따른 다이캐스트 장치는 수직 방향으로 연장되는 슬리브와, 슬리브 내에서 수직 방향으로 상향 이동하는 플런저와, 슬리브의 상부측 위에 배치되는 몰드, 그리고 플런저 상에 배치된 금속 재료를 가열하여 금속 재료를 용융시키도록 되어 있는 금속 재료 히터를 포함한다.

Description

다이캐스트 장치 및 다이캐스트 방법{DIECAST MACHINE AND DIECAST METHOD}

본 발명은 비정질상을 갖는 몰딩 제품을 몰딩하는 다이캐스트 장치와 다이캐스트 방법에 관한 것이다.

소정 그룹의 합금이 100 ℃/s 이하의 냉각률로 냉각을 받는 경우에도, 소정 그룹의 합금이 유리 전이를 일으켜 비정질 금속 재료(금속 유리)가 되는 것은 공지되어 있다[예컨대, 2002년 6월에 CMC에서 발행한 "월간 기능 재료(Monthly Functional Material)", 제22권, No.6, 제5면∼제9면]. 금속 유리는 높은 강도, 낮은 영률(Young's modulus) 및 높은 탄성 한계 등과 같은 비정질 특성을 지니며, 금속 유리는 구조용 부재로서 광범위하게 사용되는 것으로 고려된다.

금속 유리의 제조 방법으로서, 물 담금질(water quenching)법, 아크 용융법, 영구 주조(permanent mold casting)법, 고압 사출 성형법, 진공 주조법, 금형 로킹 주조(die locking casting)법, 스피닝 디스크 릴(spinning disc ree)법 등을 들 수 있다. 또한, 대형 금속 유리(부피가 큰 금속 유리)가 전술한 방법을 사용하여 제조될 수 있는 것으로 공지되어 있다[2002년 6월에 CMC에서 발행한 "월간 기능 재료", 제22권, No.6, 제26면∼제31면].

전술한 바와 같이, 금속 유리는 구조용 부재로서 광범위하게 사용되고 구조용 부재는 많은 경우에 오목 형상 또는 볼록 형상을 포함하는 복잡한 형상을 대개 취하는 것으로 고려된다. 전술한 방법에 있어서는, 금속 재료가 복잡한 형상으로 몰딩되지 않는 경우와, 금속 재료가 복잡한 형상으로 몰딩되더라도 금속 재료가 비정질로 되지 않는 경우가 있다.

한편, 금속 재료를 복잡한 형상으로 몰딩하는 방법으로서, 일반적으로 경금속 몰딩에 사용되는 고압 다이캐스팅법이 공지되어 있다. 또한, 고압 다이캐스팅법은 가열된 금속 재료(용융물)의 사출 방향에 따라 수평 고압 다이캐스팅법과 수직(연직) 고압 다이캐스팅법으로 분류된다.

구체적으로, 수평 고압 다이캐스팅법은 다이캐스트 장치의 높이를 낮게 제어할 수 있고, 다이캐스트 장치의 구조가 간단하며, 다이캐스트 장치가 거의 손상을 일으키지 않는다. 따라서, 수평 고압 다이캐스팅법은 경금속을 몰딩하는 고압 다이캐스팅법의 주류가 되어 왔다. 덧붙여 말하면, 수평 고압 다이캐스팅법에서, 슬리브 내의 분위기가 공기 분위기인 경우, 공기(분위기)는 용융물(금속 재료)를 사출하는 데 영향을 받는 경향이 있다. 따라서, 대개 슬리브 내의 공기를 배기구 또는 진공 배기 시스템을 이용하여 배출한 이후에, 용융물을 사출한다. 또한, 수평 고압 다이캐스팅법에서는, 플런저를 저속으로 이동시켜 슬리브 내의 공기를 배출하는 것과, 슬리브를 용융물(금속 재료)로 채운 이후에는 플런저를 고속으로 이동시켜 용융물을 사출하는 것도 또한 수행된다[예컨대, 1987년 9월에 코로나(Corona)에서 발행한 오나카 이츠오 외 1명의 "용융물 가공성(Melt-proceesibility)", 제119면∼제120면].

한편, 수직 고압 다이캐스팅법에서는, 용융물(금속 재료) 및 슬리브의 접촉 면적과 용융물 및 슬리브 내 공기(분위기)의 접촉 면적이 작다. 따라서, 수직 고압 다이캐스팅법에 따르면, 우수한 표면 특성을 지닌 얇은 벽 몰딩 제품을 몰딩하기가 용이하다.

수직 고압 다이캐스팅법의 대표적인 예로서, 용융물에 50 MPa 내지 200 MPa의 고압을 인가하면서 용융물을 고화하는 가압 다이캐스팅법을 들 수 있다. 가압 다이캐스팅법은 우수한 표면 품질을 갖는 얇은 벽 몰딩 제품을 몰딩할 수 있지만, 압력이 전체 용융물에 인가되는 것을 허용하는 형상을 취하는 간단한 몰딩 제품만을 몰딩할 수 있다. 또한, 가압 다이캐스팅법에서는 고압이 인가되므로, 금속 몰드가 손상되는 경향이 있다. 따라서, 가압 다이캐스팅법은 특정 몰딩 제품을 몰딩하는 경우에만 사용된다[예컨대, 1987년 9월에 코로나에서 발행한 오나카 이츠오 외 1명의 "용융물 가공성", 제120면∼제122면).

또한, 융해실의 둘레를 하우징으로 덮으면서 하우징 내부에 진공을 형성함으로써, 금속 재료(Zr-Cu-Ni-Be)에 열을 가할 때 금속 재료가 산화하는 것을 방지하는 방법(진공 다이캐스팅법)도 제안되었다(예컨대, 일본 특허 공보 제1999-285801호). 진공 다이캐스팅법에 따르면, 비정질상을 총 50% 이상 포함하는 몰딩 제품이 몰딩될 수 있다.

그러나, 전술한 종래 기술(수평 다이캐스팅법, 수직 다이캐스팅법, 진공 다이캐스팅법)에 따르면, 용융물(금속 재료)을 용융로에서 슬리브 안으로 주입할 때, 용융물의 온도가 낮아지고 불균일하게 핵이 생성되는 경우가 있었다. 즉, 전술한 종래 기술에 따르면, 몰딩 제품에 편입되는 결정으로 인하여, 몰딩 제품에 함유되는 비정질상의 비율을 증대시키기가 곤란하다.

본 발명은 몰딩 제품에 함유되는 비정질상의 비율을 증대시킬 수 있는 다이캐스트 장치 및 다이캐스트 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 양태에 따르면, 다이캐스트 장치는 수직 방향으로 연장되는 슬리브와, 슬리브 내에서 수직 방향으로 상향 이동하는 플런저와, 슬리브의 상부측 위에 배치되는 몰드, 그리고 플런저 상에 배치된 금속 재료를 가열함으로써 금속 재료를 용융시키는 금속 재료 히터를 포함한다.

이러한 다이캐스트 장치에 따르면, 금속 재료 히터는 플런저 상에 배치된 금속 재료를 가열함으로써 금속 재료를 용융시키고, 다이캐스트 장치는 용융물의 온도 저하를 억제할 수 있는데, 이는 금속 재료(용융물)이 용융로에서 슬리브 안으로 주입되지 않기 때문이다.

또한, 몰드는 수직 방향으로 연장되는 슬리브의 상부측 위에 배치되며, 플런저는 슬리브 내에서 수직 방향으로 상향 이동하고, 다이캐스트 장치는 금속 재료(용융물)가 슬리브의 내부와 접촉하는 면적을 작게 만들 수 있으며, 용융물의 온도 저하를 억제할 수 있다.

다시 말하면, 다이캐스트 장치는 몰딩 제품에 함유되는 비정질상의 비율을 증대시킬 수 있다.

본 발명의 양태에 따르면, 다이캐스트 방법은 슬리브 내에 배치된 금속 재료를 가열함으로써 금속 재료를 용융시키는 단계와, 상기 용융 단계에서 용융된 금속 재료인 용융물을 수직 방향으로 상향 압박함으로써 용융물을 공동 안으로 사출하는 단계, 그리고 용융물을 냉각시킴으로써 용융물을 공동 내부에서 고화시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 몰드에 인가되는 압력을 억제할 수 있을뿐만 아니라 우수한 외관 품질을 갖고 비정질상의 비율이 높은 몰딩 제품을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스트 장치(100)를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플런저 팁(105) 주변의 확대도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 몰딩 제품(300)을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스트 방법을 보여주는 흐름도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비정질도를 평가하는 기준을 보여주는 도면.
도 6a 및 도 6b는 몰딩의 XRD-프로파일의 한 가지 예를 보여주는 그래프.
도 7은 비교예에 따른 몰딩 제품의 품질을 나타내는 표.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 몰딩 제품(300)의 품질을 나타내는 표.

(본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스트 장치)

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스트 장치를 도면을 참조로 하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스트 장치(100)를 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 다이캐스트 장치(100)는 베이스 유닛(101); 칼럼(102)[칼럼(102a) 및 칼럼(102b)]; 슬리브 지지 유닛(103); 슬리브(104); 플런저 팁(105); 보강 부재(106); 사출 로드(107); 사출 실린더(108); 하부 몰드(109); 상부 몰드(110); 몰드 로킹 로드(111); 몰드 로킹 실린더(112); 슬리브 히터(113)[슬리브 히터(113a) 및 슬리브 히터(113b)]; 연통관(114); 케이스 부재(115); 및 몰드 히터(116)[몰드 히터(116a) 및 몰드 히터(116b)]를 포함한다.

또한, 상부 몰드(110)를 로킹함으로써 몰딩 제품[이하에서는 몰딩 제품(300)이라 함]을 제조하기 위해, 하부 몰드(109)와 상부 몰드(110) 사이에 금형 공동(117)을 형성한다. 또한, 몰딩 제품(300)용 재료[금속 재료(200)]가 플런저 팁(105) 상에 배치된다. 덧붙여 말하면, 금속 재료(200)[몰딩 제품(300)]는 지르코늄(Zr)계 합금 또는 티타늄(Ti)계 합금이다.

베이스 유닛(101)은 판과 유사한 형상을 취한다. 수직 방향으로 연장되는 복수 개의 칼럼(102)과, 슬리브(104), 슬리브 히터(113) 등을 덮는 케이스 부재(115)가 베이스 유닛(101) 상에 마련된다.

칼럼(102)은 수직 방향으로 연장되는 형상을 취하며 베이스 유닛(101) 상에 마련된다. 또한, 칼럼(102)은 슬리브 지지 유닛(103) 및 몰드[하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)]를 지지한다.

슬리브 지지 유닛(103)은 칼럼(102)에 의해 지지되며 하부 몰드(109)에 접합된다. 또한, 슬리브 지지 유닛(103)은 슬리브 지지 유닛(103)과 하부 몰드(109) 사이에서 슬리브(104)를 지지한다.

슬리브(104)는 수직 방향으로 연장되는 형상을 취한다. 여기서, 슬리브(104)는 예컨대 흑연으로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 슬리브(104)는 그 내부에 플런저 통로를 포함하고, 이 플런저 통로에서 플런저가 상하 이동한다. 덧붙여 말하면, 플런저는 플런저 팁(105), 보강 부재(106) 및 사출 로드(107)로 구성되며, 슬리브(104) 내에서 수직 방향으로 이동함으로써 금속 재료(200)를 금형 공동(117) 안으로 사출하는 부재이다.

플런저 팁(105)은 예컨대 흑연으로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 금속 재료(200)는 플런저 팁(105) 상에 배치된다.

여기서, 슬리브(104) 및 플런저 팁(105)의 재료로서 흑연을 선택한 이유는, 슬리브 히터(113) 및 플런저 팁(105)에 의해 용융된 금속 재료(200)(용융물)가 슬리브 히터 및 플런저 팁 사이에서 반응을 일으키지 않으면서 적절한 열 전도도를 유지하기 때문이다. 또한, 적절한 열 전도도를 유지함으로써, 금속 재료(200)를 사출하는 속도(사출 속도)가 억제되는 동시에 금속 재료(200)의 층류가 유지되기 때문이다. 또한, 흑연이 갖는 미끄럼성으로 인하여 슬리브(104)의 내벽[이하에서는 내벽(104a)]과 플런저 팁(105) 사이의 간극이 감소되기 때문이다.

보강 부재(106)는 금속 재료(200)에 압력을 인가할 때 사출 로드(107)가 부서지지 않도록 사출 로드(107)를 보강하는 부재이다. 또한, 플런저 팁(105)은 보강 부재에 접합되지 않은 채로 보강 부재(106) 상에 가만히 유지된다.

사출 로드(107)의 상단부는 보강 부재(106)에 접합되고, 사출 로드(107)의 하단부는 사출 실린더(108)의 내부에 설치된다. 또한, 사출 로드(107)는 슬리브(104) 내에서 (플런저 통로에서) 상하 이동한다.

사출 실린더(108)는 수직 방향으로 사출 로드(107)를 이동시키는 실린더이다. 여기서, 상기 실린더는 예컨대 유압 실린더이다. 구체적으로, 사출 실린더(108)는 사출 로드(107)를 수직 방향으로 상향 이동시킴으로써 플런저 팁(105) 상에 배치된 금속 재료(200)를 수직 방향으로 상향 압출하면서, 금속 재료(200)(용융물)를 금형 공동(117) 안으로 사출한다.

여기서, 사출 실린더(108)는 사출 로드(107)를 약 0.1 m/sec 내지 2 m/sec의 속도로 수직 방향으로 상향 이동시키는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 금속 재료(200)를 사출하는 속도(사출 속도)를 0.1 m/sec 내지 2 m/sec의 범위 내의 속도로 설정하는 것이 바람직하다.

사출 속도를 약 0.1 m/sec 내지 2 m/sec의 범위 내로 설정하는 이유는, 슬리브 히터(113)에 의해 슬리브(104) 내에서 용융되는 금속 재료(200)(용융물)가 너무 느린 사출 속도로 인해 고화하는 것을 막고자 함이다. 또한, 이와 같이 사출 속도를 설정하는 이유는, 너무 높은 사출 속도로 인해 슬리브(104) 내부의 용융물에서 난류가 발생하는 것을 막고, 용융물의 층류를 유지하고자 함이다.

또한, 슬리브 히터(113)에 의해 용융된 금속 재료(200)(용융물)에 약 5 MPa 내지 50 MPa의 압력이 인가되도록, 사출 실린더(108)는 사출 로드(107)를 수직 방향으로 상향 이동시키는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 금속 재료(200)(용융물)에 인가되는 압력(플런저 압력)은 약 5 MPa 내지 50 MPa의 범위 내로 설정되는 것이 바람직하다.

금속 재료(200)(용융물)에 인가되는 압력(플런저 압력)을 5 MPa 내지 50 MPa의 범위 내로 설정하는 이유는, 금형 공동(117)의 내부를 금속 재료(200)(용융물)로 충분히 채우고, 몰드[하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)]에 인가되는 압력을 감소시키고자 함이다.

하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)는 금속 재료(200)를 몰딩하는 몰드를 포함한다. 구체적으로, 하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)는 전술한 바와 같이 상부 몰드(110)를 로킹하는 것에 의해 금형 공동(117)을 형성한다.

여기서, 하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)는 약 20 W/mK 내지 120 W/mK의 열 전도도를 갖는 금속(합금 포함)으로 구성되는 것이 바람직하다.

몰드의 열 전도도를 약 20 W/mK 내지 120 W/mK로 설정하는 이유는, 몰드의 열 전도도를 약 20 W/mK 이상으로 설정함으로써 몰드의 열 조정을 용이하게 하고, 몰드의 열 전도도를 약 120 W/mK 이하로 설정함으로써 몰드의 급속한 냉각으로 인한 몰드 내부에서의 금속 재료(200)(용융물)의 고화를 방지하고자 함이다.

몰드 로킹 로드(111)의 상단부는 몰드 로킹 실린더(112) 내부에 설치되고, 몰드 로킹 로드(111)의 하단부는 상부 몰드(110)에 접합된다. 또한, 몰드 로킹 로드(111)는 상하 이동한다.

몰드 로킹 실린더(112)는 몰드 로킹 로드(111)를 상하 이동시키는 실린더이다. 여기서, 몰드 로킹 실린더는 예컨대 유압 실린더이다. 구체적으로, 몰드 로킹 실린더(112)는 몰드 로킹 로드(111)를 하향 이동시킴으로써 상부 몰드(110)를 하부 몰드(109)에 로킹한다.

슬리브 히터(113)는 슬리브(104) 내에 배치된 금속 재료(200)[플런저 팁(105) 상에 배치된 금속 재료(200)]를 약 1200 ℃로 가열함으로써 금속 재료(200)를 용융시킨다. 덧붙여 말하면, 슬리브 히터(113)는 고주파 코일, YAG 레이저 등으로 구성된다.

연통관(114)은 베이스 유닛(101) 및 케이스 부재(115)에 의해 형성된 폐공간(115a)의 내부와 폐공간(115a)의 외부를 연결한다. 또한, 진공 배기 장치(도시 생략) 등을 이용하여 폐공간(115a) 내부의 공기(분위기)를 배기할 때, 연통관(114)을 사용한다.

또한, 연통관(114)은 폐공간(115a) 내부의 공기를 배기하는 데 사용될 수 있을뿐만 아니라 폐공간(115a) 내부의 공기(분위기)를 불활성 가스로 대체하는 데에도 사용될 수 있다.

케이스 부재(115)는 슬리브(104), 몰드[하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)], 플런저 팁(105), 슬리브 히터(113) 및 몰드 히터(116)를 덮는 부재이고, 이들 유닛을 포함하는 공간을 폐공간(115a)으로 만드는 부재이다. 구체적으로, 케이스 부재(115)는 베이스 유닛(101) 상에 마련되며, 베이스 유닛(101)과 함께 폐공간(115a)을 형성한다.

덧붙여 말하면, 이 실시예에서 폐공간(115a)은 베이스 유닛(101)과 케이스 부재(115)에 의해 형성된다. 그러나, 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라 폐공간은 케이스 부재(115)에 의해서만 형성될 수도 있다.

몰드 히터(116)는 몰드[하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)]를 가열하고 하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)의 온도를 약 150℃ 내지 250℃의 범위 내로 유지하는 것이 바람직하다. 덧붙여 말하면, 몰드 히터(116)는 전기로, 고주파 코일, YAG 레이저 등으로 구성된다. 또한, 몰드 히터(116)는 반드시 몰드 외부에 마련되는 것은 아니며 몰드 내부에 삽입되는 카트리지 히터일 수도 있다.

여기서, 몰드[하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)]의 온도를 약 150℃ 내지 250℃의 범위 내로 유지하는 이유는, 금형 공동(117)이 금속 재료(200)(용융물)로 채워지기 이전에 너무 낮은 몰드 온도로 인하여 금속 재료(200)(용융물)가 고화하는 것을 방지하고, 너무 높은 몰드 온도로 인하여 금속 재료(200)(용융물)의 고화가 진행되지 않는 것을 방지하고자 함이다.

하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)는 상부 몰드(110)를 로킹하는 것에 의해 금형 공동(117)을 형성한다. 또한, 금속 재료(200)는 플런저에 의해 금형 공동(117) 안으로 사출되고, 금속 재료(200)는 금형 공동(117)의 형상에 따라 몰딩된다. 또한, 금형 공동(117)은 수평 방향으로 연장되는 형상을 취한다.

이러한 방식에서, 몰드가 하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)로 구성되고 하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)가 수평 방향으로 연장되는 금형 공동(117)을 형성하는 이유는, 금형 공동(117)이 수직 방향으로 연장되는 형상을 취하는 경우에 비하여, 금형 공동(117) 안으로 사출되는 용융물이 중력에 저항하는 일 없이 균일하게 유동하기 때문이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플런지 팁(105) 주변의 확대도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 슬리브(104)의 내벽(104a)과 플런저 팁(105) 사이의 거리[거리(c1) 및 거리(c2)]는 약 0.01 mm 이하인 것이 바람직하다. 다시 말하면, 플런저 팁(105)의 외경(a)과 슬리브(104)의 내경(b) 사이에 있어서 한쪽 치수의 공차(간극; 즉 반경 방향 공간)가 약 0.01 mm 이하인 것이 바람직하다.

또한, 하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)는, 상부 몰드(110)를 하부 몰드(109) 상으로 로킹함으로써, 수평 방향으로 연장되는 형상을 취하는 금형 공동(117)을 형성한다. 또한, 하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)는, 수직 방향으로 연장되는 슬리브(104)의 중심선(104b)에 대하여 서로 대칭인 복수 개의 공동[제1 공동(117a) 및 제2 공동(117b)]을 형성한다.

여기서, 제1 공동(117a) 및 제2 공동(117b)이 수직 방향으로 연장되는 슬리브(104)의 중심선(104b)에 대하여 서로 대칭인 이유는, 금형 공동(117) 안으로 사출되는 용융물의 유동도 또한 중심선(104b)에 대하여 서로 대칭이고, 비정질상의 비율이 높은 복수 개의 몰딩 제품(300)이 효율적으로 몰딩되기 때문이다.

(본 발명의 일 실시예에 따른 몰딩 제품)

이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 몰딩 제품을 도면을 참조하여 설명할 것이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 몰딩 제품(300)을 보여주는 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 몰딩 제품(300)은 전술한 금형 공동(117)의 형상을 따라 Zr계 합금 또는 Ti계 합금인 금속 재료(200)로 몰딩된다. 구체적으로, 몰딩 제품(300)은 수평 방향으로 연장되는 제1 공동(117a)의 형상을 따라 몰딩된 부분인 제1 몰딩부(300a)와, 수평 방향으로 연장되는 제2 공동(117b)의 형상을 따라 몰딩된 부분인 제2 몰딩부(300b)를 포함한다.

(본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스트 방법)

이하에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스트 방법을 도면을 참조하여 설명할 것이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스트 방법의 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 단계 101에서는 금속 재료(200)를 플런저 팁(105) 상에 배치한다.

단계 102에서 다이캐스트 장치(100)는, 전술한 연통관(114)을 통해 폐공간(115a) 내부의 공기(분위기)를 배기하고 폐공간(115a) 내부에 진공을 형성한다.

단계 103에서 다이캐스트 장치(100)는, 몰드 로킹 로드(111)를 하향 이동시키는 것에 의해 상부 몰드(110)를 하부 몰드(109)에 로킹한다.

단계 104에서 다이캐스트 장치(100)는, 슬리브 히터(113)를 사용하여 금속 재료(200)를 약 1200 ℃로 가열함으로써 플런저 팁(105) 상의 금속 재료(200)를 용융시킨다.

단계 105에서 다이캐스트 장치(100)는, 플런저 팁(105)을 수직 방향으로 상향 이동시킴으로써 금속 재료(200)(용융물)를 수직 방향으로 상향 사출한다. 여기서, 다이캐스트 장치(100)는 금속 재료(200)(용융물)를 약 0.1 m/sec 내지 2 m/sec의 속도로 사출하는 것이 바람직하다.

단계 106에서 다이캐스트 장치(100)는, 금형 공동(117) 내부에 사출된 금속 재료(200)(용융물)에 압력을 인가한다. 여기서, 다이캐스트 장치(100)는 금속 재료(200)(용융물)에 약 5 MPa 내지 50 MPa의 압력을 인가하는 것이 바람직하다.

단계 107에서 다이캐스트 장치(100)는, 금형 공동(117) 내부에 사출된 금속 재료(200)(용융물)를 냉각시킴으로써 금속 재료(200)(용융물)를 고화한다. 여기서, 다이캐스트 장치(100)는 몰드의 온도를 약 150 ℃ 내지 250 ℃의 범위 내로 유지시키는 것이 바람직하다.

단계 108에서 다이캐스트 장치(100)는, 연통관(114)을 통해 폐공간(115a) 내부에 주변 공기를 도입하고(누입 공정) 폐공간(115a) 내부의 압력을 주변 압력으로 회귀시킨다.

단계 109에서 다이캐스트 장치(100)는, 몰드 로킹 로드(111)를 상향 이동시킴으로써 상부 몰드(110)를 하부 몰드(109)로부터 몰드 오픈한다.

단계 110에서는, 금형 공동(117) 안에서 몰딩된 몰딩 제품(300)을 제거한다.

본 발명의 일 실시예의 다이캐스트 장치(100)에 따르면, 슬리브 히터(113)는 플런저[플런저 팁(105)] 상에 배치된 금속 재료(200)를 가열하고 금속 재료(200)를 용융시킨다. 따라서, 다이캐스트 장치(100)는 금속 재료(200)(용융물)를 용융로에서 슬리브(104) 안으로 유동시키지 않아도 용용물의 온도 저하를 억제할 수 있다.

즉, 다이캐스트 장치(100)는 몰딩 제품(300)에 포함되는 비정질상의 비율을 증대시킬 수 있다.

또한, 케이스 부재(115)는 슬리브(104), 하부 몰드(109), 상부 몰드(110) 및 슬리브 히터(113)를 덮어, 이들 부품을 포함하는 공간을 폐공간(115a)으로 만든다. 연통관(114)은 폐공간(115a)의 내부를 폐공간(115a)의 외부와 연결시킨다. 따라서, 다이캐스트 장치(100)는 폐공간(115a) 내부의 공기(분위기)를 배기함으로써 폐공간(115a)의 내부를 진공으로 만들 수 있고, 폐공간(115a) 내부의 공기(분위기)를 불활성 가스로 대체할 수 있다.

즉, 다이캐스트 장치(100)는 금속 재료(200)의 용융 시에 금속 재료(200)의 산화를 억제할 수 있다.

또한, 하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)는 수평 방향으로 연장되는 형상을 취하는 금형 공동(117)을 형성하므로, 금형 공동이 수직 방향으로 연장되는 형상을 취하는 경우에 비하여, 금형 공동(117) 내부로 사출되는 용융물을 균일하게 유동시키는 것이 가능하다.

즉, 다이캐스트 장치(100)는 용융물의 불균질한 유동으로 인하여 결정화가 진행되는 것을 억제할 수 있고, 몰딩 제품(300)에 포함되는 비정질상의 비율을 증대시킬 수 있다.

또한, 하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)는 수직 방향으로 연장되는 슬리브(104)의 중심선(104b)에 대하여 서로 대칭인 제1 공동(117a) 및 제2 공동(117b)을 형성한다. 따라서, 금형 공동(117) 안으로 사출되는 용융물의 유동이 중심선(104b)에 대하여 서로 대칭이고, 다이캐스트 장치(100)는 비정질상의 비율이 높은 복수 개의 몰딩 제품(300)을 효율적으로 몰딩할 수 있다.

또한, 플런저[사출 로드(107) 및 플런저 팁(105)]는 슬리브(104) 내부에서 수직 방향으로 0.1 m/sec 내지 2 m/sec의 속도로 이동한다. 따라서, 다이캐스트 장치(100)는 슬리브 내부에 용융된 금속 재료(200)(용융물)의 난류를 억제하면서(즉, 용융물의 층류를 유지하면서) 용융물을 사출할 수 있다.

또한, 플런저[사출 로드(107) 및 플런저 팁(105)]는 금형 공동(117) 내에 사출된 금속 재료(200)(용융물)에 5 MPa 내지 50 MPa의 압력을 인가한다. 따라서, 다이캐스트 장치(100)는 충분히 금형 공동(117)의 내부를 용융물로 채울 수 있고, 몰드[하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)]에 인가되는 압력을 억제할 수 있다.

또한, 몰드 히터(116)는 몰드[하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110]의 온도를 150 ℃ 내지 250 ℃의 범위 내로 유지시킨다. 따라서, 다이캐스트 장치(100)는 금형 공동(117)이 금속 재료로 채워지기 이전에 너무 낮은 몰드 온도로 인하여 금속 재료(200)(용융물)이 고화하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 너무 높은 몰드 온도로 인하여 금속 재료(200)(용융물)의 고화가 진행되지 않는 것을 방지할 수 있다.

또한, 몰드[하부 몰드(109) 및 상부 몰드(110)]의 열 전도도가 20 W/mK 내지 120 W/mK의 범위 내로 설정되므로, 몰드의 열 조정을 용이하게 할 수 있고, 몰드 내부에서의 금속 재료(200)(용융물)의 고화를 방지할 수 있다.

또한, 다이캐스트 장치(100)는, 슬리브(104) 및 플런저 팁(105)에 대한 재료로서 흑연을 선택함으로써, 슬리브 히터(113) 및 플런저 팁(105)에 의해 용융된 금속 재료(200)(용융물)의 반응을 야기하지 않는 적절한 열 전도도를 유지할 수 있다. 또한, 다이캐스트 장치(100)는 금속 재료(200)의 사출 속도를 억제할 수 있고, 적절한 열 전도도를 유지함으로써 금속 재료(200)의 층류를 유지할 수 있다. 또한, 슬리브(104)의 내벽[내벽(104a)이라고도 함]과 플런저 팁(105) 사이의 한쪽 거리(c1 및 c2)는 0.01 mm 이하로 설정될 수 있다.

또한, 슬리브(104)의 내벽과 플런저 팁(105) 사이의 한쪽 거리(c1 및 c2)를 0.01 mm 이하로 설정함으로써, 슬리브(104)가 수직 방향으로 연장되는 형상을 취하는 경우에도, 금속 재료(200)(용융물)의 하향 누설을 억제할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명을 예를 참조로 하여 상세히 설명하였다. 그러나, 본 발명이 상세한 설명에 설명된 실시예에 한정되지 않는다는 것을 당업자라면 명백히 알 것이다. 첨부된 청구 범위의 기술 내용에 의해 나타내어지는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 다이캐스트 장치 및 다이캐스트 방법에 다양한 변경 및 수정을 실시할 수 있으며, 본 발명은 다른 형태로 구현될 수 있다. 따라서, 본원의 상세한 설명은 예를 설명하려는 것이고, 본 발명을 제한하려는 의미를 갖지 않는다.

예

이하에서, 본 발명의 한 가지 예를 도면을 참조하여 설명할 것이다. 먼저, 본 발명의 실시예에 따라 비정질도를 평가하는 기준(평가 기준)을 도면을 참조로 하여 기술한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 비정질도를 평가하는 기준을 보여주는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, XRD(X-선 회절분석기) 방법에 의한 측정 결과(XRD-프로파일) 및 몰딩 제품의 인성을 평가 기준으로서 채택하였다. 구체적으로, XRD-프로파일에 가파른 정점이 나타나지 않고 130 KJ/㎡를 초과하는 인성을 갖는 몰딩 제품을, "G5"로 평가하였다. 한편, XRD-프로파일에 가파른 정점이 존재하고 70 KJ/㎡ 미만의 인성을 갖는 몰딩 제품을, "G0"로 평가하였다.

이어서, XRD-프로파일의 한 가지 예를 도면을 참조로 하여 설명한다. 도 6a는 "G0"로 평가된 몰딩 제품의 XRD-프로파일을 나타내는 그래프이다. 도 6b는 "G5"로 평가된 몰딩 제품의 XRD-프로파일을 나타내는 그래프이다.

도 6a에 도시된 바와 같이, XRD-프로파일에 가파른 정점이 존재하는 몰딩 제품은 전술한 평가 기준에 따라 가장 낮은 비정질도를 나타내는 "G0"로 평가된다. 한편, 도 6b에 도시된 바와 같이, XRD-프로파일에 가파른 정점이 존재하지 않는 몰딩 제품은 전술한 평가 기준에 따라 가장 높은 비정질도를 나타내는 "G5"로 평가된다.

이어서, 비교예에 따른 몰딩 제품의 품질을 도면을 참조하여 설명한다. 도 7은 비교예에 따른 몰딩 제품의 품질을 보여주는 표이다. 특히, 비교예에서는 Zr(55%)-Cu(30%)-Al(10%)-Ni(5%)의 합금이 1200 ℃에서 용융된 후, 용융된 합금(용융물)을 슬리브 안에 주입하고 용융물을 공동 안으로 사출하였다는 것을 유의하라.

도 7에 도시된 바와 같이, 다음과 같은 경우에 몰딩 제품을 몰딩할 수 없었다. 즉, 슬리브 내부의 분위기가 공기 분위기인 경우(비교예 2)와, 슬리브 및 플런저 팁 사이의 치수 공차(간극)이 큰 경우(비교예 4), 그리고 용융물의 플런저에 의한 사출 속도가 느린 경우(비교예 5)에, 몰딩 제품을 몰딩할 수 없었다.

또한, 다음과 같은 경우에 몰딩 제품의 외관 품질이 불량하였다. 즉, 금형강이 슬리브 및 플런저 팁의 재료로서 사용된 경우(비교예 3)와, 플런저에 의해 용융물에 인가되는 압력(플런저 압력)이 작은 경우(비교예 7)와, 몰드 온도가 적절하지 않은 경우(비교예 9 및 10), 그리고 몰드의 열 전도도가 너무 큰 경우(비교예 11)에, 몰딩 제품의 외관 품질이 불량하였다.

또한, 다음과 같은 경우에 몰딩 제품은 비정질로 되지 않았다. 즉, 용융물의 사출 방향이 수평 방향인 경우(비교예 1 및 12)와, 플런저에 의해 용융물을 사출하는 속도(사출 속도)가 너무 큰 경우(비교예 6)에, 몰딩 제품은 비정질로 되지 않았다.

또한, 비교예 8에서 몰딩 제품의 외관 품질이 우수하고 몰딩 제품이 비정질로 되었다. 그러나, 플런저 압력이 70 MPa이었기 때문에(컸기 때문에), 몰드에 인가되는 압력(부하)이 커졌고 몰드에 손상을 일으킬 가능성도 증대되었다.

비교예 1 내지 비교예 12에 나타난 바와 같이, 금속 재료(합금)를 용융한 후 이를 슬리브 안에 주입하고 슬리브 내의 용융물을 사출하는 경우에는, 몰드에 인가되는 압력을 억제하는 동시에, 우수한 외관 품질을 갖고 비정질상의 비율이 높은 몰딩 제품을 몰딩할 수 없었다.

끝으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 몰딩 제품(300)의 품질을 도면을 참조로 하여 설명한다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 몰딩 제품(300)의 품질을 보여주는 표이다. 본 발명의 일 실시예에서는 Zr(55%)-Cu(30%)-Al(10%)-Ni(5%)의 합금을 플런저 상에서 1200 ℃까지 가열하는 것에 의해 용융하였고, 그 후 용융된 합금(용융물)을 공동 안으로 사출하였다는 것을 유의하라.

도 8에 도시된 바와 같이, 예 1 내지 예 14의 실시예에 있어서, 몰드에 인가되는 압력(플런저 압력)을 억제하는 동시에, 우수한 외관 품질을 갖고 비정질상의 비율이 높은 몰딩 제품을 몰딩할 수 있었다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 다이캐스트 장치
101 : 베이스 유닛
102 : 칼럼
103 : 슬리브 지지 유닛
104 : 슬리브
105 : 플런저 팁
106 : 보강 부재
107 : 사출 로드
108 : 사출 실린더
109 : 하부 몰드
110 : 상부 몰드
111 : 몰드 로킹 로드
112 : 몰드 로킹 실린더
113 : 슬리브 히터
114 : 연통관
115 : 케이스 부재(115)
116 : 몰드 히터
200 : 금속 재료
300 : 몰딩 제품

Claims

비정질상을 갖는 몰딩 제품을 몰딩하는 다이캐스트 장치로서,
수직 방향으로 연장되는 슬리브와,
상기 슬리브 내에서 상기 수직 방향으로 상향 이동하는 플런저와,
상기 슬리브의 상부측 위에 배치되는 몰드, 및
상기 플런저 상에 배치된 금속 재료를 가열하여 상기 금속 재료를 용융하도록 구성된 금속 재료 히터
를 포함하고,
상기 몰드는, 상부 몰드와 하부 몰드로 상하 방향으로 분할되고,
상기 상부 몰드 및 상기 하부 몰드는, 전체 형상이 수평 방향으로 연장되는 판 형상인 금형 공동을 형성하고,
상기 몰드는 20 W/mK 내지 120 W/mK의 열 전도도를 갖는 금속으로 구성되는 것인 다이캐스트 장치.
제1항에 있어서, 상기 슬리브, 상기 몰드 및 상기 금속 재료 히터를 덮어, 상기 슬리브, 상기 몰드 및 상기 금속 재료 히터를 포함하는 공간을 폐공간으로 만드는 케이스 부재와,
상기 폐공간의 내부와 상기 폐공간의 외부를 연결하는 연통관을 더 포함하는 다이캐스트 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 상부 몰드 및 상기 하부 몰드는 상기 수직 방향으로 연장되는 상기 슬리브의 중심선에 대하여 서로 대칭인 복수 개의 공동을 형성하는 것인 다이캐스트 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플런저는, 상기 플런저의 상단부에는 플런저 팁이 마련되고,
상기 슬리브 및 상기 플런저 팁은 흑연으로 구성되는 것인 다이캐스트 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플런저는, 상기 플런저의 상단부에는 플런저 팁이 마련되고,
상기 슬리브의 내벽과 상기 플런저 팁 사이의 거리가 0.01 mm 이하인 것인 다이캐스트 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플런저는 상기 슬리브 내부에서 0.1 m/sec 내지 2 m/sec의 속도로 상기 수직 방향으로 상향 이동하는 것인 다이캐스트 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플런저는 상기 금속 재료에 5 MPa 내지 50 MPa의 압력을 인가하는 것인 다이캐스트 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 몰드 온도를 150 ℃ 내지 250 ℃의 범위 내로 유지하도록 되어 있는 몰드 히터를 더 포함하는 다이캐스트 장치.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 재료는 Zr계 합금 또는 Ti계 합금을 포함하는 것인 다이캐스트 장치.
비정질상을 갖는 몰딩 제품을 몰딩하는 다이캐스트 방법으로서,
슬리브 내에 배치된 금속 재료를 가열함으로써 상기 금속 재료를 용융시키는 용융 단계와,
상기 용융 단계에서 용융된 상기 금속 재료인 용융물을 수직 방향으로 상향 압박함으로써, 상기 용융물을 전체 형상이 수평 방향으로 연장되는 판 형상의 공동 안으로 사출하는 사출 단계, 및
상기 용융물을 냉각시킴으로써 상기 용융물을 상기 공동 내부에서 고화시키는 단계
를 포함하고,
상기 공동은, 상부 몰드와 하부 몰드로 상하 방향으로 분할된 몰드에 의해 형성되고,
상기 몰드는 20 W/mK 내지 120 W/mK의 열 전도도를 갖는 금속으로 구성되는 것인 다이캐스트 방법.
제11항에 있어서, 상기 사출 단계는 상기 용융물을 0.1 m/sec 내지 2 m/sec의 속도로 상기 수직 방향으로 상향 사출하는 단계를 포함하는 것인 다이캐스트 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 사출 단계는 상기 용융물에 5 MPa 내지 50 MPa의 압력을 인가하는 단계를 포함하는 것인 다이캐스트 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 몰드의 온도를 150 ℃ 내지 250 ℃의 범위 내로 유지시키는 단계를 더 포함하고,
상기 몰드는 상기 슬리브의 상부측 위에 배치되며,
상기 공동은 상기 하부 몰드와 상기 상부 몰드 사이에 형성되는 것인 다이캐스트 방법.