KR101350431B1

KR101350431B1 - 쉘 몰드를 이용하여 일체형 터빈하우징을 주조하기 위한 정밀주조용 주형

Info

Publication number: KR101350431B1
Application number: KR1020130090532A
Authority: KR
Inventors: 정신검
Original assignee: 한국차폐기술주식회사
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2014-01-15

Abstract

본 발명은 용탕의 주입구를 배기 매니폴드용 압탕의 입구쪽에 형성하여 서로 인접하게 형성시킴으로써 배기 매니폴드 압탕에 충진된 용탕이 충분한 가열온도를 유지할 수 있도록 하여 온도 강하율을 낮출 수 있고, 이로 인해 배기 매니폴드의 응고시 수축분을 보충하는 과정에서 수축으로 인한 수축공 발생 및 제품의 균열과 같은 불량률을 현저하게 줄일 수 있는 쉘 몰드를 이용하여 일체형 터빈하우징을 제작하기 위한 정밀주조용 주형에 관한 것이다.
이러한 정밀주조용 주형은 배기 매니폴드를 형성하기 위한 캐비티가 합형시 수평방향으로 위치되고, 상기 캐비티와 연결된 배기 매니폴드 압탕이 수직으로 형성함으로써, 각 중자들을 수평상태에서 조립한 후 세로로 세우는 공정없이 바로 주조가 진행될 수 있어 생산성을 향상시키고 제품의 치수불량율을 줄일 수 있으며, 종래 주형과 비교하여 전체적인 중자의 개수가 줄어듦에 따라 주형제작비 절감 및 작업효율을 높일 수 있다.

Description

쉘 몰드를 이용하여 일체형 터빈하우징을 주조하기 위한 정밀주조용 주형{A precision casting mold for comprehensive turbine housing by using a shell mold}

본 발명은 쉘 몰드를 이용하여 일체형 터빈하우징을 제작하기 위한 주형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 쉘 몰드를 이용한 정밀주조방법으로 스크롤부와 바이패스부를 갖는 터빈하우징에 배기 매니폴드가 일체로 형성된 성형품을 주조하기 위한 주형에 관한 것이다.

통상적으로 자동차 부품들인 실린더 헤드 및 실린더 블록으로 구성된 엔진이나, 캠 샤프트, 크랭크 샤프트, 흡기 및 배기 매니폴드, 터빈하우징의 경우 주조법에 의해 각 부품들을 제작한 후, 일련의 가공공정을 거쳐 완성품으로 만들어지고 있다.

상기와 같은 자동차 부품을 제작하기 위한 주조법으로는 주입되는 용탕 자체의 중력에 의해 주형 내에 주입하고 응고시키는 중력주조법이 가장 많이 사용되는데, 이는 형상이 복잡하고 내부에 중자가 삽입되는 제품 형상을 제조 할 수 있기 때문이다.

이러한 중력주조법에 있어서도 주형의 재료에 따라 사형주조와 금형주조, 정밀주조 등으로 구분되며, 최근에는 제품 형상이 크고 보다 높은 치수 정밀도를 얻기 위한 정밀주조법 중 하나인 쉘 몰드법(Shell mold process)이 적용되고 있다.

상기와 같은 쉘 몰드법의 경우 실리카 샌드 또는 세라믹 샌드와 같은 주물사를 페놀레진과 같은 점결제와 함께 배합 건조시켜 코티드 샌드(coated sand)를 만든 후 가열된 주형에 충전시키면 점결제의 경화 반응에 의해 주물사는 주형 내에서 경화되어 성형되는데 이를 주형에서 떼어내어 전체를 조립함으로서 주형을 구성시킨다.

이와 같이 쉘 몰드를 이용하는 이유는 주조 후 주형 내부에 삽입된 중자를 비교적 간편하게 제거하기 위함이며, 일반적인 사형주조와 달리 매끈한 표면의 주물을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 제작된 주물의 치수가 정밀하기 때문이다.

따라서, 복잡한 내 외부 형상을 갖고 높은 치수정밀도를 요구하는 자동차 부품, 특히 배기 매니폴드나 터빈하우징들의 경우 쉘 몰드를 이용한 정밀주조법으로 제작할 필요성이 있다.

한편, 최근에는 내연기관 자동차에 연비개선 및 이산화탄소 배출량 감소 등을 위하여 터보차저를 부착하는 추세이며 터보차저 적용에 따라 배기계의 형상을 최적화함으로써 그 내구성 및 효율성을 향상시키고 제조공정을 단순화하기 위하여, 트윈 스크롤(Twin Scroll) 터보 차저용 터빈하우징을 배기 매니폴드와 일체로 제작하는 방안이 추진되고 있다.

도 1은 배기 매니폴드가 일체로 형성된 터빈하우징을 나타낸 사시도로서, 이에 도시된 바와 같이 터빈하우징(201)이 4개의 배기 런너부(209)로 구성되는 배기 매니폴드(203)와 일체로 주조되며, 상기 터빈하우징(201)은 그 내부에 공간부로 이루어지는 일측 및 타측 스크롤부(205a, 205b)로 구성되는 트윈 스크롤부(205)와 바이패스부(207)를 갖는다.

이러한 배기 매니폴드와 터빈하우징을 하나의 일체형으로 주조하기 위한 중력주조용 주형에 대하여 대한민국 특허 공개번호 제2011-0063107호에서 소개한 바 있다.

도 2는 종래 일 실시에 따른 일체형 터빈하우징의 주조방법에 따른 용탕의 주입 모식도로서, 이에 도시된 바와 같이 중력주조용 주형은 그 내부에 배기 매니폴드(203)의 캐비티(C1)와 터빈하우징(201)의 캐비티(C2)를 형성하며, 상기 배기 매니폴드(203)의 캐비티(C1)와 터빈하우징(201)의 캐비티(C2)에 응고시 용탕 수축을 공급하는 각각의 압탕(H1,H2)을 함께 형성한다. 아울러, 주형 내에서는 배기 매니폴드(203)의 캐비티(C1)와 상기 터빈하우징(201)의 캐비티(C2)를 연결하는 런너(R)를 형성하도록 미도시된 게이트 중자를 통하여 다수개의 게이트(G)가 형성된다.

상기한 구성을 갖는 주형을 이용한 주조는 합형된 주형 상의 탕구(sprue)(S)를 통하여 고온의 금속 용탕을 주입하면, 상기 용탕은 탕구(S)를 통하여 하부의 탕도(Runner)(R)로 공급되어 터빈하우징(201)의 캐비티(C2)와 배기 매니폴드(203)의 캐비티(C1)를 채운 후, 배기 매니폴드측 압탕(H1) 및 터빈하우징측 압탕(H2)을 채우게 된다.

여기서, 상기 터빈하우징(201)의 캐비티(C2)로 공급되는 용탕은 상기 런너(R)로부터 각 게이트(G)를 통하여 복잡한 구조의 터빈하우징(201)의 캐비티(C2) 내 상기 트윈 스크롤부(205)와 바이패스부(207)를 고르게 채워 충진되며, 상기 트윈 스크롤부(205)를 채우는 과정에서, 먼저 하단의 스크롤부(205b) 부터 채운 후 상단의 스크롤부(205a)를 채우게 된다.

또한, 상기 주형 내부의 터빈하우징(201)의 캐비티(C2)와 배기 매니폴드(203)의 캐비티(C1)에 용탕이 모두 충진된 후, 응고 과정에 금속 용탕이 수축하게 되면, 상기 터빈하우징측 압탕(H2) 및 배기 매니폴드측 압탕(H1)에 충진된 각각의 용탕이 공급되어 수축분을 보충해주게 된다.

그러나, 이와 같은 중력 주조용 주형 및 중력 주조 방법에 따르면, 터빈하우징 일체형 배기 매니폴드는 주형 내부에서 세로방향으로 주조되도록 주형이 구성됨에 따라 주조과정에서 트윈 스크롤부에 도포된 도형제와 중자의 점결제인 레진이 타서 가스가 발생되며, 이러한 가스는 트윈 스크롤부(205)의 단면적이 큰 부분에서 단면적이 작은 부분으로 이동하여 배출되어야 하나, 터빈하우징(201)의 캐비티(C2) 공간이 부족하여 배출이 자유롭지 못하고, 이로 인해 용탕과 가스가 혼합되면서 제품 표면에 기포 결함이나 수축홀을 발생시키는 문제점이 있었다.

이에 대한민국 등록특허 제10-1180951호에서는 주조과정에서 트윈 스크롤부에 도포된 도형제 및 중자의 점결제인 레진이 타서 발생하는 기화 가스를 원활하게 배출할 수 있도록 하는 중력주조용 주형 및 이를 이용한 중력주조 방법이 소개된 바 있다.

도 3은 종래 또 다른 실시예에 따른 일체형 터빈하우징의 주조방법에 따른 용탕의 주입 모식도이고, 도 4는 도 3의 중력주조용 주형을 나타낸 투영 사시도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래 또 다른 중력주조용 주형을 살펴보면, 제1주형(111); 상기 제1주형(111)에 합형되어 터빈하우징 캐비티(C2)를 형성하는 제2주형(113); 상기 제1주형(111)과 제2주형(113) 사이의 상부에 설치되어 배기 매니폴드 캐비티(C1)를 형성하며, 그 캐비티(C1)의 상부에는 배기 매니폴드측 압탕(H1)과 용탕 주입구(H3) 및 스프루(S)가 형성되고, 트윈 스크롤부의 끝단부에 대응하여 터빈하우징측 압탕(H2)이 형성된 배기 런너 주형(15); 터빈하우징 캐비티(C2)의 하부와 일측부를 각각 형성하도록 설치되는 트윈 스크롤 주형(117) 및 보조주형(119); 상기 터빈하우징 캐비티(C2)의 타측부에 설치되는 중자지지 주형(211); 상기 중자지지 주형(211)에 설치되어 스프루(S)와 터빈하우징 캐비티(C2)를 연결하는 게이트(G)를 형성하기 위한 게이트 중자(123); 상기 배기 매니폴드 캐비티(C1) 내부에 설치되는 배기 런너 중자(125); 상기 터빈하우징 캐비티(C2) 내부에 설치되는 트윈 스크롤부 중자(127) 및 바이패스부 중자(129)를 포함한다.

상기한 구성을 갖는 중력 주조용 주형은 용탕이 트윈스크롤부를 형성하는 터빈하우징 캐비티(C2)에 채워지는 과정에서, 트윈 스크롤부 중자(127)의 각 스크롤부 형성면(F1)에 표면 소착 방지를 위해 도포한 도형제와 주형 점결제 레진이 연소되면서 발생되는 가스는 터빈하우징측 압탕(H2)을 통하여 바로 배출되어 단면적이 좁아지는 트윈 스크롤부(5)의 끝단부(E)에서 용탕에 가스가 혼입되지 않도록 함으로써 제품 표면에 기포 결함이나 수축홀의 발생을 방지하게 된다.

그러나, 전술한 종래의 일체형 터빈하우징 중력주조용 주형들은 터빈하우징, 특히 배기 매니폴드 부분이 수직방향으로 최후에 주조되는데, 이로 인해 주물의 응고과정에서 용탕의 수축분을 보충하기 위한 압탕의 경우 탕구(스프루)와 거리가 멀어 주입과정에서 온도 강하가 빠르게 이루어져 압탕으로의 역할로는 부적합하다는 문제점이 있었다.

특히, 배기 매니폴드 캐비티의 경우 주입구와 가장 먼 위치에 수직방향으로 형성되고 이와 연결된 압탕 또한 주형에서 가장 상단에 위치됨에 따라 용탕의 온도가 많이 식어서 상대적으로 응고가 빨리 이루어지기 때문에 주물의 수축분을 보충하는 과정에서 급탕효율이 매우 낮으므로 제품의 수축공과 같은 불량이 발생하는 등의 문제점이 보다 두드러지게 나타난다.

이러한 문제를 해결하기 위해서는 압탕의 크기를 산술적 크기보다 훨씬 크게 하여야만 그 역할을 수행할 수 있으나, 이 경우 용탕 회수율이 현저히 낮아지게 되기 때문에 제조원가 상승의 요인이 된다.

또한, 종래의 일체형 터빈하우징 중력주조용 주형은 각 주형 및 중자들을 수평상태에서 조립한 후 용탕의 주입방향에 맞춰 수직으로 세운 다음 주조를 진행해야 하는 바, 그 생산성이 낮을 뿐만 아니라 조립 후 세우는 과정에서 조립된 중자들의 위치 이탈 가능성이 있어 제품의 치수불량 우려가 높다는 또 다른 문제점이 있었다.

특히, 대한민국 등록특허 제10-1180951호의 중력주조용 주형의 경우 총 10개의 단위 주형체로 구성되어 있어 조립과정에서 치수불량율의 위험성이 보다 높을 수밖에 없으며, 다수의 조립체를 사용하는 만큼 생산성 및 작업효율이 낮아지는 문제도 발생하였다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 구성된 것으로, 배기 매니폴드의 캐비티가 주형 내에 수평방향으로 위치됨과 동시에 이와 연결된 배기 매니폴드 압탕이 수직으로 형성되며, 용탕의 주입구를 배기 매니폴드의 압탕의 입구쪽에 형성하여 서로 인접하도록 위치시켜 배기 매니폴드의 압탕의 온도 강하율을 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 중자들을 수평상태에서 조립한 후 세로로 세우는 공정없이 바로 주조가 진행될 수 있어 작업공정이 단순화되어 생산성을 향상시킬 수 있으며, 전체적인 중자의 개수를 줄여 작업효율을 높일 수 있는 쉘 몰드를 이용하여 일체형 터빈하우징을 제작하기 위한 정밀주조용 주형을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 배기 매니폴드와 터빈하우징의 하단부가 일체형으로 성형되기 위한 하부 캐비티가 형성된 하부 외형과; 상기 하부 외형과 상·하로 합형되며, 배기 매니폴드의 상단부에 해당하는 상부 캐비티가 형성되어 있고, 상기 상부 캐비티와 연결된 평행방향으로 배기 런너부가 배열됨과 동시에 수직방향으로는 배기 매니폴드용 압탕이 구비되어 있으며, 하부 외형과 합형시 터빈하우징을 형성하는 하부 캐비티와 대응되는 위치에는 트윈스크롤용 및 바이패스부용 압탕이 설치되고, 상기 배기 런너부와 연결된 위치에서 배기 매니폴드용 압탕의 입구쪽에 용탕 주입구가 형성된 상부 외형과; 상기 상부 외형과 하부 외형의 합형시 상부 및 하부 캐비티 사이에 설치되어 상기 배기 매니폴드의 배기런너부를 형성함과 동시에 말단에는 스크롤 내형체가 일체로 구비되어 터빈하우징의 트윈스크롤부을 형성하는 배기런너 중자와; 상기 배기 런너 중자의 스크롤 내형체와 밀착되도록 하부 외형에 설치되어, 터빈하우징의 트윈스크롤부 및 바이패스부의 내부를 형성하기 위한 터빈하우징 내부중자와; 하부 외형의 터빈하우징 캐비티 상단에 서로 조립되어 트윈스크롤부와 바이패스부의 외형을 형성하기 위한 터빈하우징 제1 외부중자 및 터빈하우징 제2 외부중자, 터빈하우징 제3 외부중자;를 포함하며, 상기 상부 외형에는 배기 매니폴드와 연결되는 트윈스크롤부의 끝단부에 위치하도록 터빈하우징 제2 외부중자와 연결된 트윈스크롤 보조 압탕이 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 쉘 몰드를 이용하여 일체형 터빈하우징을 주조하기 위한 정밀주조용 주형을 제공한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 쉘 몰드를 이용하여 일체형 터빈하우징을 제작하기 위한 정밀주조용 주형은 용탕의 주입구를 배기 매니폴드용 압탕의 입구쪽에 형성하여 서로 인접하게 위치시킴으로써 배기 매니폴드 압탕에 충진된 용탕이 충분한 가열온도를 유지할 수 있도록 하여 온도 강하율을 낮출 수 있고, 이로 인해 배기 매니폴드의 응고시 수축분을 보충하는 과정에서 수축으로 인한 수축공 발생 및 제품의 균열과 같은 불량률을 현저하게 줄일 수 있다는 효과를 가져 온다.

또한, 본 발명은 상기 배기 매니폴드를 형성하기 위한 캐비티가 합형시 수평방향으로 위치되고, 상기 캐비티와 연결된 배기 매니폴드 압탕이 수직으로 형성함으로써, 각 중자들을 수평상태에서 조립한 후 세로로 세우는 공정없이 바로 주조가 진행될 수 있어 생산성을 향상시키고 제품의 치수불량율을 줄일 수 있으며, 종래 주형과 비교하여 전체적인 중자의 개수가 줄어듦에 따라 주형제작비 절감 및 작업효율을 높일 수 있다는 또 다른 효과를 가져 온다.

도 1은 배기 매니폴드가 일체로 형성된 터빈하우징을 나타낸 사시도
도 2는 종래 일 실시예에 따른 일체형 터빈하우징의 주조방법에 따른 용탕의 주입 모식도
도 3은 종래 또 다른 실시예에 따른 일체형 터빈하우징의 주조방법에 따른 용탕의 주입 모식도
도 4는 도 3의 중력주조용 주형을 나타낸 투영 사시도
도 5는 본 발명의 정밀주조용 주형 중 하부 외형을 나타낸 사시도
도 6은 본 발명의 정밀주조용 주형 중 상부 외형을 나타낸 사시도
도 7은 본 발명의 하부 외형 상에 중자가 설치된 상태를 나타낸 사시도
도 8은 본 발명의 주형에 대한 조립순서를 나타낸 사시도
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 정밀주조용 주형의 주조방법에 따른 용탕의 주입 모식도
도 10은 본 발명의 또 다른 정밀주조용 주형의 주조방법에 따른 용탕의 주입 모식도

이하에서는 본 발명의 주형에 대하여 첨부된 도면을 참고로 하여 설명하기는 하나, 본 발명이 도면에 도시된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 5는 본 발명의 정밀주조용 주형 중 하부 외형을 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 정밀주조용 주형 중 상부 외형을 나타낸 사시도이며, 도 7은 본 발명의 하부 외형 상에 중자가 설치된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명의 주형에 대한 조립순서를 나타낸 사시도, 상기 도 5 내지 도 8을 참고로 하여 본 발명의 정밀주조용 주형에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 배기 매니폴드 일체형 터빈하우징을 쉘 몰드를 이용한 정밀주조법으로 제작하기 위해 최적화된 주형 조립체를 제공하고자 하며, 이를 위해 하부 외형(10)과, 상부 외형(20), 배기 런너 중자(30), 터빈하우징 내부중자(40), 터빈하우징 제1 외부중자(50) 및 터빈하우징 제2 외부중자(60), 터빈하우징 제3 외부중자(70)로 구성된다.

먼저, 하부 외형(10)의 경우 그 내부에 배기 매니폴드와 터빈하우징을 일체로 형성하기 위한 하부 캐비티(C1)가 형성되어 있으며, 상기 하부 캐비티(C1)는 쉘 주물사에 의해 일체화된 배기 매니폴드 및 터빈하우징의 하단부를 형성하게 된다.

상부 외형(20)은 하부 외형(10)과 상·하 방향에서 서로 합형되며, 그 내부에는 배기 매니폴드의 상단부에 해당하는 상부 캐비티(C2)가 형성되며, 상기 상부 캐비티(C2)와 연결된 평행방향으로 4개의 배기 런너부(21)가 배열됨과 동시에 수직방향으로는 배기 매니폴드용 압탕(22)이 설치되어 있으며, 하부 외형(10)과 합형시 터빈하우징을 형성하는 하부 캐비티(C1)와 대응되는 위치에는 트윈스크롤용 압탕(23) 및 바이패스부용 압탕(24)이 각각 설치되고, 상기 배기 런너부(21)와 연결된 위치에서 배기 매니폴드용 압탕(22)의 입구쪽에 용탕 주입구(25)가 형성되어 있다.

따라서, 상기 주입구(25)를 통해 주입된 용탕은 배기 런너부(21)를 통해 배기 매니폴드 압탕(22)과 상·하부 캐비티(C1,C2)로 유입되며, 먼저 하부 캐비티(C1)를 채운 다음 그 수위에 따라 상부 캐비티(C2)를 채움과 동시에 배기 매니폴드 압탕(22)도 함께 채워지게 된다. 이와 같이 용탕의 주입구(25)를 배기 매니폴드 압탕(22)의 입구쪽에 형성하여 서로 인접하게 위치시킴으로써 배기 매니폴드 압탕(22)에 충진된 용탕이 충분한 높은 온도를 유지할 수 있도록 하여 온도강하를 낮출 수 있도록 한다.

배기런너 중자(30)는 하부 외형(10)과 상부 외형(20)의 합형시 상부 및 하부 캐비티 사이(C1,C2)에 설치되어 배기 매니폴드의 배기 런너부와 터빈하우징의 트윈스크롤부의 내부 형상을 형성하게 된다. 이에 상기 트윈스크롤을 형성하기 위한 스크롤 내형체(31)가 말단부에 설치되어 있다.

터빈하우징 내부중자(40)는 배기런너 중자(30)의 트윈스크롤부를 형성하는 스크롤 내형체(31)와 밀착되도록 하부 외형(10)에 삽착되어 터빈하우징의 트윈스크롤부와 바이패스부의 내부 형태를 형성하게 되며, 일측단에는 상부 외형(20)의 바이패스부용 압탕(24)과 연결되어 있다. 이러한 터빈하우징 내부중자(40)는 하부 외형(10)에 착탈식으로 끼워서 견고하게 결합되도록 하는 것이 바람직하다.

터빈하우징 제1 외부중자(50) 및 터빈하우징 제2 외부중자(60), 터빈하우징 제3 외부중자(70)는 하부 외형(10)의 하부 캐비티(C1) 상단에 서로 조립되어 터빈하우징의 트윈스크롤부와 바이패스부의 외형을 완성하기 위한 것으로, 터빈하우징 제1 외부중자(50)은 터빈하우징의 전면 외형을, 터빈하우징 제2 외부중자(60)은 터빈하우징의 좌측면 외형을, 터빈하우징 제3 외부중자(70)은 터빈하우징의 우측면 외형을 형성하도록 서로 조립된다. 아울러, 상기 터빈하우징 제2 외부중자(60)는 그 상단이 상부 외형(20)의 트윈스크롤용 압탕(23)과 연결되어 있다.

다만, 상기 터빈하우징 제1, 제2, 제3 외부중자(60,70,80)는 제작하고자 하는 터빈하우징의 설계변경에 의해 각 중자의 형태나 설치위치는 변경될 수 있으며, 트윈스크롤 압탕(23)도 반드시 터빈하우징 제2 외부중자(60)에만 연결되는 것이 아니라 제작환경에 따라 변경할 수 있음은 가능함은 자명한 사실이다.

이상과 같은 본 발명의 단위 주형체에 대한 조립순서를 도 8을 참고로 하여 살펴보면, (a)와 같이 하부 외형(10)을 작업대에 안치한 상태에서 제1 터빈하우징 외부중자(50)를 하부 캐비티(C1)의 상단에 가장 먼저 설치하고, (b)와 같이 배기런너 중자(30)를 하부 외형(10)의 하부 캐비티(C1) 내에서 안착시킨 후, (c)와 같이 터빈하우징 제2 외부중자(60)를 배기런너 중자(30)의 상단에 터빈하우징 제1 외부중자(50)와 수직방향으로 장착한 상태에서 (d)와 같이 터빈하우징 내부중자(40)가 배기런너 중자(30)의 스크롤 내형체(31)와 밀착되도록 하부 외형(10)에 삽착한 다음, (e)와 같이 터빈하우징 제3 외부중자(70)를 터빈하우징 제2 외부중자(60)과 반대방향에서 결합하여 터빈 하우징 부분을 주조하기 위한 주형체의 조립이 이루어지며, (f)와 같이 최종적으로 상부 외형(20)의 상부 캐비티(C2)가 배기런너 중자(30)의 상단을 커버하도록 하부 외형(10)의 상단에 합형함으로써 모든 단위 주형체의 조립이 완료된다.

이와 같은 조립순서에 따라 조립되는 주형은 배기 매니폴드를 형성하기 위한 캐비티가 합형시 수평방향으로 위치됨과 동시에 상기 캐비티와 연결된 배기 매니폴드 압탕이 수직으로 형성됨에 따라 하형 및 상형 사이에 중자들을 수평상태에서 조립한 후 세로로 세우는 공정없이 바로 주조가 진행될 수 있어 생산성을 높일 수 있을 뿐만 아니라 중자들의 위치이탈을 방지하여 제품의 치수불량율을 줄일 수 있고 뿐만 아니라, 전체 단위 주형체가 총 7개로 구성되어 종래 주형과 비교하여 그 개수가 줄어듦에 따라 주형제작비 절감 및 조립시간 단축을 통한 작업효율을 높일 수 있다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 정밀주조용 주형의 주조방법에 따른 용탕의 주입 모식도로서, 이를 통하여 본 발명의 주조순서를 살펴보면, 단위 주형체가 모두 조립된 상태에서 상부 외형(20)의 주입구(25)를 통해 용탕을 주입하면, 상기 용탕은 배기 런너부(21)를 통해 배기 매니폴드 압탕(22)과 상·하부 캐비티(C1,C2)로 동시에 유입되며, 다만 용탕이 수위 차에 의해 먼저 하부 캐비티(C1)를 채운 다음 상부 캐비티(C2)를 채움과 동시에 배기 매니폴드 압탕(22)도 함께 채워지게 되며, 아울러 터빈하우징 제2 외부중자(60)와 연결된 상부 외형(20)의 트윈스크롤용 압탕(23)과 터빈하우징 내부중자(40)와 연결된 상부 외형(20)의 바이패스부용 압탕(24)도 각각 채워지게 된다.

이와 같이 주형 내부의 상·부 캐비티(C1,C2)에 용탕이 모두 충진된 상태에서 냉각시키고, 이 때 용탕의 수축현상에 의한 부피감소분은 배기 매니폴드용 압탕(22)과 트윈스크롤용 압탕(23), 바이패스부용 압탕(24)에서 충진된 각각의 용탕이 공급되어 수축분을 보충하게 된다.

도 10은 본 발명의 또 다른 정밀주조용 주형의 주조방법에 따른 용탕의 주입 모식도로서, 이에 도시된 바와 같이 터빈하우징의 트윈스크롤부와 배기 매니폴드가 연결되는 부분에 별도의 트윈스크롤 보조 압탕(26)이 추가로 형성된 것을 보여주고 있으며, 이는 배기 매니폴드와 연결되는 트윈스크롤부의 끝단부가 주조과정에서 가장 늦게 응고가 되는 부분임에도 불구하고 트윈스크롤용 압탕(23)과 바이패스부용 압탕(24)으로부터 충분한 용탕을 공급받지 못하여 수축현상이 발생되는 것을 방지하기 위한 것이다.

상기 트윈스크롤 보조 압탕(26)은 상부 외형(20)에 형성되어 배기 매니폴드와 연결되는 트윈스크롤부의 끝단부에 위치되도록 터빈하우징 제2 외부중자(60)와 연결되며, 이에 따라 응고과정에서 발생되는 수축분에 대해 용탕을 신속하게 공급하여 제품 표면의 결함이나 수축홀이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 배기 매니폴드 일체형 터빈하우징용 주형은 용탕의 주입구를 배기 매니폴드의 캐비티 및 압탕과 근접한 위치에 형성시킴으로써 배기 매니폴드 압탕에 충진된 용탕이 충분한 높은 온도를 유지할 수 있도록 하여 온도 강하율을 낮출 수 있고, 이로 인해 배기 매니폴드의 응고시 수축분을 보충하는 과정에서 수축으로 인한 제품의 균열 및 변형 발생과 같은 불량률을 현저하게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 종래보다 비교적 적은 단위 조립체들을 수평상태에서 조립한 후 세로로 세우는 공정없이 바로 주조가 진행될 수 있어 생산성 향상 및 작업효율을 높일 수 있다.

10 : 하부 외형
20 : 상부 외형
21 : 배기 런너부 22 : 배기 매니폴드용 압탕
23 : 트윈스크롤용 압탕 24 : 바이패스부용 압탕
25 : 용탕 주입구 26 : 트윈스크롤 보조 압탕
30 : 배기런너 중자
31 : 스크롤 내형체
40 : 터빈하우징 내부중자
50 : 터빈하우징 제1 외부중자
60 : 터빈하우징 제2 외부중자
70 : 터빈하우징 제3 외부중자
C1 : 하부 캐비티
C2 : 상부 캐비티

Claims

배기 매니폴드와 터빈하우징의 하단부가 일체형으로 성형되기 위한 하부 캐비티가 형성된 하부 외형과;
상기 하부 외형과 상·하로 합형되며, 배기 매니폴드의 상단부에 해당하는 상부 캐비티가 형성되어 있고, 상기 상부 캐비티와 연결된 평행방향으로 배기 런너부가 배열됨과 동시에 수직방향으로는 배기 매니폴드용 압탕이 구비되어 있으며, 하부 외형과 합형시 터빈하우징을 형성하는 하부 캐비티와 대응되는 위치에는 트윈스크롤용 및 바이패스부용 압탕이 설치되고, 상기 배기 런너부와 연결된 위치에서 배기 매니폴드용 압탕의 입구쪽에 용탕 주입구가 형성된 상부 외형과;
상기 상부 외형과 하부 외형의 합형시 상부 및 하부 캐비티 사이에 설치되어 상기 배기 매니폴드의 배기런너부를 형성함과 동시에 말단에는 스크롤 내형체가 일체로 구비되어 터빈하우징의 트윈스크롤부을 형성하는 배기런너 중자와;
상기 배기 런너 중자의 스크롤 내형체와 밀착되도록 하부 외형에 설치되어, 터빈하우징의 트윈스크롤부 및 바이패스부의 내부를 형성하기 위한 터빈하우징 내부중자와;
하부 외형의 터빈하우징 캐비티 상단에 서로 조립되어 트윈스크롤부와 바이패스부의 외형을 형성하기 위한 터빈하우징 제1 외부중자 및 터빈하우징 제2 외부중자, 터빈하우징 제3 외부중자;를 포함하며,
상기 상부 외형에는 배기 매니폴드와 연결되는 트윈스크롤부의 끝단부에 위치하도록 터빈하우징 제2 외부중자와 연결된 트윈스크롤 보조 압탕이 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 쉘 몰드를 이용하여 일체형 터빈하우징을 주조하기 위한 정밀주조용 주형.
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