KR101362701B1 - 3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조 - Google Patents

3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조에 관한 것으로서, 고정금형; 상기 고정금형에 밀착되는 방향으로 이동가능하게 마련되고, 밀착시 상기 고정금형과 쌍을 이루어 용탕이 주입되는 캐비티를 형성하는 가동금형;을 포함하되, 상기 고정금형과 상기 가동금형이 밀착되는 밀착부는 3단계로 단차지도록 형성된 것을 특징으로 하며, 상기의 구조에 따르면, 공기의 유입을 원천봉쇄하여 효과적으로 차단할 수 있고, 금형 내부에 다단으로 단차를 두어 금형 내의 실링 효과를 현저히 높여 진공도를 65mbar까지 도달할 수 있도록 함으로써, 주조조건을 최적화할 수 있는 효과가 있다.

Description

3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조{Die casting high vacuum mold structure}
본 발명은 전기자동차(버스)용 에어컴프레서 실린더 블록이나 실린더 헤드와 같은 자동차 제품이나 냉장고 컴프레서와 같은 고기능성을 필요로 하는 성형품을 성형하기 위한 3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조에 관한 것이다.
일반적으로, 전기자동차(버스)용 에어컴프레서 실린더 블록이나 실린더 헤드와 같은 자동차 제품이나 냉장고 컴프레서 등은 고기능성을 필요로 하는 성형품으로서, 특히 EV버스에 사용되는 왕복형 피스톤 방식의 압축기는 12.5bar이상의 고압을 발생시켜 부품의 신뢰성을 높이기 위해 주조품을 고진공 성형과 알루미늄의 후처리가 필수적이다.
그러나 일반 다이캐스팅 공법 적용에 의한 제품생산은 만성적인 기공 증대, 응고수축공, 파단층 등이 많이 존재하여 높은 기계적인 특성을 확보할 수 없었다. 특히, 제품 내의 주요 체결부위의 높은 위치에 기공이 발생하여 제품 불량의 결과를 초래한다.
이러한 일반 다이캐스팅의 기공증대의 주요원인은 금형 내의 잔류가스에 기인하여 발생하는 것으로 알려져 있으며, 최적주조조건 확립에 의한 기공감소 및 응고수축공, 파단층 등의 문제점을 줄여줄 수 있으나 고강도 및 고기능성 품질을 얻는데는 한계성을 가진다.
또한, 일반 진공방식 적용은 금형의 칠밴트 부의 가스를 뽑아내는 방식에 의한 것은 금형 내의 미미한 진공도를 형성시키는 역할을 한다. 즉 96.5kpa 정도의 진공도의 수준에 불과하다.
여기에 그 재질에서도 종래에는 다이캐스팅용 알루미늄 합금인 경우 내마모성이 부족하여 위와 같은 애노다이징과 래핑을 시행하여 복잡한 표면 경화과정을 거쳐야하는 단점이 있었다.
종래 다이캐스팅용 고진공 금형장치가 대한민국 공개특허공보 제2011-0103743호(2011.9.21) 및 대한민국 공개특허공보 제2010-0117260호(2010.11.3)에 제시되어 있다.
그러나 종래의 다이캐스팅용 고진공 금형장치는 고정금형과 가동금형의 밀착부를 실리콘으로 형성함으로써, 양산시 비산 발생으로 실리콘의 훼손이 있을 수 있고, 이에 따라 공기의 유입차단에 실효성이 떨어진다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 공기의 유입을 원천봉쇄하여 효과적으로 차단할 수 있고, 금형 내부에 다단으로 단차를 두어 금형 내의 실링 효과를 현저히 높여 진공도를 65mbar까지 도달할 수 있도록 함으로써, 주조조건을 최적화할 수 있도록 하는 3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 고정금형; 상기 고정금형에 밀착되는 방향으로 이동가능하게 마련되고, 밀착시 상기 고정금형과 쌍을 이루어 용탕이 주입되는 캐비티를 형성하는 가동금형;을 포함하되, 상기 고정금형과 상기 가동금형이 밀착되는 밀착부는 3단계로 단차지도록 형성된 것을 특징으로 하는 3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 고정금형의 밀착부는 외측에서 상기 캐비티가 형성되는 부분으로 갈수록 내측으로 돌출되도록 단차져 있으며, 상기 가동금형의 밀착부는 상기 캐비티가 형성되는 부분으로부터 외측으로 갈수록 내측으로 돌출되도록 단차져 있는 것을 특징으로 하는 3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 가동금형의 캐비티 양측면에는 성형품의 양측면에 중공이 형성되도록 하는 슬라이드 코어가 장착될 수 있도록 슬라이드 코어 장착홈이 각각 형성되어 있고, 상기 가동금형에는 상기 캐비티가 진공수단과 통하도록 하는 유로가 형성되어 있되, 상기 유로는, 상기 각 슬라이드 코어 장착홈으로부터 수직하게 연장된 제1유로와, 상기 각 제1유로로부터 수직하게 연장된 제2유로와, 상기 각 제2유로가 서로 연통하도록 하는 연결유로와, 상기 연결유로로부터 상기 연결유로의 진행방향으로 연장되고, 다시 수직한 방향으로 절곡된 제3유로와, 상기 제3유로로부터 수직하게 연장된 제4유로를 포함하되, 상기 가동금형의 밀착부를 상기 캐비티가 형성되는 부분으로부터 외측으로 갈수록 1단계 파티션, 2단계 파티션, 3단계 파티션으로 구분할 때, 상기 제1유로는 상기 1단계 파티션 및 상기 2단계 파티션에 배치되어 있고, 상기 제2,3유로는 2단계 파티션에 배치되어 있으며, 상기 제4유로는 3단계 파티션에 배치되어 있고, 상기 제1,2,3,4유로가 방향이 바뀌는 부분에는 방향이 바뀌기 전의 진행방향으로 연장된 연장부가 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조를 제공한다.
본 발명의 3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
고정금형과 가동금형의 밀착시 밀착되는 밀착부가 3단계로 단차지도록 형성된 3단계 파티션이 형성됨으로써, 공기의 유입을 원천봉쇄하여 효과적으로 차단할 수 있다.
이렇게, 금형 내부에 다단으로 단차를 두어 금형 내의 실링 효과를 현저히 높여 진공도를 65mbar까지 도달할 수 있도록 함으로써, 주조조건을 최적화할 수 있다는 효과가 있다.
나아가, 공기 유입을 차단하여 진공도를 높여 성형품의 가스 기공을 현저히 줄여 기계적인 성질을 향상시킴과 동시에 생산제품의 생산성 향상에 크게 기여할 수 있다.
한편, 유로에 의해 용탕은 주어진 통로를 따라 진행하는데 이는 정지부위로 직행함을 의미하며, 유로에 연장부가 형성됨으로써, 용탕의 연속흐름에 의해서 성형품을 치밀화할 수 있다.
또한, 유로를 통과하는 공기의 흐름은 최단거리를 향하며, 제1,2,3,4유로가 본 발명과 같이 형성됨으로써, 공기의 흐름이 항상 최단거리를 향할 수 있도록 유로를 설계할 수 있고, 진공밸브까지 공기의 흡입을 원활하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고진공 다이캐스팅용 주조장치를 도시한 전체적인 개념도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조를 도시한 단면도.
도 3은 도 2의 고정금형코어를 도시한 사시도.
도 4는 도 2의 가동금형코어를 도시한 평면도.
도 5는 도 2의 가동금형을 도시한 사시도.
도 6은 도 2의 3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조에 의해 성형되는 반제품의 형상을 도시한 사시도.
도 7은 도 6의 러너와 비스킷의 형상을 확대하여 도시한 사시도.
도 8은 도 2의 3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조에 의해 성형되는 완제품의 형상을 도시한 사시도.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열팽창을 고려한 일체형 슬리브 구조를 도시한 단면도.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 슬리브 온도를 150℃ 내지 200℃로 유지하는 고진공 다이캐스팅방법에 적용되는 슬리브 구조를 도시한 단면도.
도 11은 본 발명의 제2실시예에 따른 슬리브 온도를 150℃ 내지 200℃로 유지하는 고진공 다이캐스팅방법에 적용되는 슬리브 구조를 도시한 개념도.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 슬리브 온도를 150℃ 내지 200℃로 유지하는 고진공 다이캐스팅방법에 적용되는 슬리브 구조를 도시한 개념도.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조가 적용되는 고진공(50mbar 이하) 다이캐스팅용 주조장치의 전체적인 개념도를 도 1에 도시하였다.
도 1에 따르면, 고정금형(100)과 가동금형(200)과 용탕주입부재(300)와 진공수단(400)과 슬라이드부재(500)와 이젝트부재(600)를 포함한다.
가동금형(200)은 고정금형(100)에 밀착되는 방향으로 이동가능하게 마련되고, 밀착시 고정금형(100)과 쌍을 이루어 용탕이 주입되는 캐비티(C)를 형성한다.
고정금형(100)에는 캐비티(C) 내부로 용탕을 주입하기 위한 용탕주입부재(300)가 마련되어 있으며, 용탕주입부재(300)는 고정금형(100)에 설치되고 용탕 주입구(313)가 형성되어 있는 슬리브(310)와, 슬리브(310) 내에 이동가능하게 마련되어 슬리브(310) 내 용탕을 캐비티(C) 내부로 주입될 수 있도록 하는 플런저(320)를 포함한다.
진공수단(400)은 캐비티(C) 내부를 진공으로 유지시킨 상태에서 공압차에 의해 용탕이 캐비티(C) 내부로 주입될 수 있도록 하며, 캐비티(C)로 통하는 진공채널(P)의 개폐를 위한 진공밸브(410)와, 진공탱크(420)와, 진공펌프(430)와, 슬리브(310)에 설치된 위치센서(S) 값을 입력받아 진공펌프(430)와 진공밸브(410)의 작동을 제어하는 제어부(440)를 포함한다.
가동금형(200)에는 성형되는 성형품에 중공이 형성되도록 하기 위한 슬라이드부재(500)가 마련되어 있으며, 슬라이드부재(500)는 캐비티(C) 내로 이동가능하게 마련되는 슬라이드 코어(510)와, 슬라이드 코어(510)를 이동시키는 유압실린더(530)를 포함한다.
가동금형(200)의 배면측에는 성형품의 분리를 위한 이젝트부재(600)가 마련되어 있으며, 이젝트부재(600)는 이젝트 플레이트(610)와 이젝트 가이드핀(620)과 이젝트 핀(630)과 이젝트 플레이트 가동용 실린더(640)를 포함한다.
이젝트 플레이트(610)는 가동금형(200)의 이동방향을 따라 가동금형(200)에 대해 이동 가능하게 마련되어 있으며, 이젝트 가이드핀(620)에 의해 가이드되어 이동한다. 즉, 이젝트 플레이트(610)는 이젝트 플레이트 가동용 실린더(640)에 의해 왕복이동하는 로드(641)에 고정되어 있다.
다수의 이젝트 핀(630)은 이젝트 플레이트(610)에 고정되어 있으며, 가동금형(200) 내에 일부분이 삽입 가능하다.
상기와 같이 구성된 고진공 다이캐스팅용 주조장치를 이용하여 성형하는 과정은 다음과 같이 이루어질 수 있다.
먼저, 가동금형(200)을 고정금형(100)에 밀착시켜 캐비티(C)를 형성하고, 플런저(320)의 이동에 의해 용탕을 슬리브(310)로부터 캐비티(C) 내로 주입하여 충전한다.
이때, 용탕이 캐비티(C)로 충전될 때 진공밸브(410)를 작동시켜 진공채널(P)을 개방시키고, 진공펌프(430)에 의해 진공상태를 유지하고 있는 진공탱크(420) 내의 진공압을 이용하여 캐비티(C) 내의 가스를 흡입함으로써, 캐비티(C) 내는 진공상태가 유지된다.
캐비티(C) 내에 충전된 용탕은 시간이 경과함에 따라 굳어지면서 캐비티(C)에 대응하는 형상의 성형품이 성형된다.
이후, 가동금형(200)을 고정금형(100)으로부터 이격시키면, 성형품은 가동금형(200)에 부착된 상태로 가동금형(200)과 함께 고정금형(100)으로부터 이격된다.
이 상태에서, 이젝트 플레이트(610)를 가동금형(200)에 접근하는 방향으로 이동시키면, 이젝트 핀(630)이 이젝트 플레이트(610)와 함께 전진하면서 가동금형(200) 내로 삽입되므로 가동금형(200)에 부착되어 있는 성형품을 밀어내어 분리시키게 된다.
한편, 상기와 같은 고진공 다이캐스팅용 주조장치에 용이하게 적용될 수 있는 3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조를 도 2 내지 도 5에 도시하였다.
본 실시예에서는 3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조가 전기 자동차(버스)용 실린더 헤드를 성형하는 금형구조인 것으로 도시하고 설명하겠지만, 자동차 제품 및 냉장고 컴프레서와 같은 고기능성을 필요로 하는 성형품을 성형하는 고진공 다이캐스팅 금형구조에도 두루 적용될 수 있음을 밝혀둔다.
특히, 본 실시예에서는 중소형급 전기자동차(EV버스)용 에어컴프레서 실린더 블록이나 실린더 헤드와 같은 자동차 부품을 제조함에 있어서, 고진공 공법으로 Si-Fe-Cu-Mn-Mg -Sn-Ni-Zn계 AL합금을 이용하여 주조하고 열처리함으로써, 종래에 비하여 내마모성과 파단강도가 현저하게 개선된 고강도의 실린더 블록과 같은 자동차 부품을 제조할 수 있어, 고압축력 및 강성이 요구되는 전기자동차(EV버스)용 자동차 부품을 생산할 수 있다.
먼저, 고정금형(100)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 고정금형본체(110)와 고정금형코어(150)로 이루어지며, 고정금형코어(150)를 도 3에 도시하였다.
도 3에 따르면, 고정금형코어(150)의 중앙부에는 가동금형코어(250)와 쌍을 이루어 캐비티를 형성하도록 제1캐비티 형성홈(151)이 형성되어 있다.
이러한 제1캐비티 형성홈(151)은 완성되는 성형품의 반쪽 형상과 동일하도록 형성되며, 본 실시예에서는 전기자동차용 실린더 헤드 형상으로 도시하였다. 즉, 제1캐비티 형성홈(151)은 제1성형부(151a)와 제2성형부(151b)로 구성되며, 제1성형부(151a)는 폭이 높이보다 크도록 형성되고, 제2성형부(151b)은 높이가 폭보다 크도록 형성된다.
제1캐비티 형성홈(151)의 양측으로는 성형품의 양측면에 중공이 형성되도록 하는 슬라이드 코어(510)가 장착될 수 있도록 제1슬라이드 코어 장착홈(152)이 각각 형성되어 있다.
제1캐비티 형성홈(151)과 제1슬라이드 코어 장착홈(152)의 외측은 가동금형코어(250)와 밀착되는 밀착부를 이루는데, 이러한 밀착부는 3단계로 단차지도록 형성되어 있으며, 고정금형코어(150)의 밀착부는 외측에서 제1캐비티 형성홈(151)으로부터 외측으로 갈수록 내측으로 돌출되도록 단차져 있다.
즉, 고정금형코어(150)의 밀착부를 제1캐비티 형성홈(151)으로부터 외측으로 갈수록 1단계 파티션(153a), 2단계 파티션(153b), 3단계 파티션(153c)으로 구분할 때, 3단계 파티션(153c)보다 2단계 파티션(153b)이 내측으로 더 돌출되어 있으며, 2단계 파티션(153b)보다 1단계 파티션(153a)이 내측으로 더 돌출되어 있다.
1단계 파티션(153a)은 제1성형부(151a)와, 제1성형부(151a)의 일측에 형성된 제1슬라이드 코어 장착홈(152)의 외측에 형성되되, 외곽이 대략 사각 형상으로 형성되어 있되, 제1성형부(151a)와 마찬가지로 폭이 높이보다 크도록 형성되어 있다.
2단계 파티션(153b)은 제1캐비티 형성홈(151)과, 제1캐비티 형성홈(151)의 양측에 형성된 제1슬라이드 코어 장착홈(152)의 외측에 넓게 형성되되, 외곽이 고정금형코어(150)의 가장자리와 인접하게 대략 사각 형상으로 형성되어 있다.
3단계 파티션(153c)은 고정금형코어(150)의 가장자리를 따라 좁게 형성되어 있다.
다음으로 가동금형(200)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 가동금형본체(210)와 가동금형코어(250)로 이루어지며, 가동금형코어(250)를 도 4에 도시하였다.
도 4에 따르면, 가동금형코어(250)의 중앙부에는 고정금형코어(150)와 쌍을 이루어 캐비티를 형성하도록 제2캐비티 형성홈(251)이 형성되어 있다.
이러한 제2캐비티 형성홈(251)은 완성되는 성형품의 나머지 반쪽 형상과 동일하도록 형성되며, 본 실시예에서는 전기자동차용 실린더 헤드 형상으로 도시하였다. 즉, 제2캐비티 형성홈(251)은 제3성형부(251a)와 제4성형부(251b)로 구성되며, 제3성형부(251a)는 고정금형코어(150)의 제2성형부(151b)와 대응하도록 높이가 폭보다 크도록 형성되어 있으며, 제4성형부(251b)는 고정금형코어(150)의 제1성형부(151a)와 대응하도록 폭이 높이보다 크도록 형성되어 있다.
상기와 같이 형성된 고정금형코어(150)의 제1캐비티 형성홈(151)과 가동금형코어(250)의 제2캐비티 형성홈(251)에 의해 완성되는 성형품의 전체 형상(도 8 참조)과 동일한 형상의 캐비티(C)가 형성되는 것이다.
제2캐비티 형성홈(251)의 양측으로는 성형품의 양측면에 중공이 형성되도록 하는 슬라이드 코어(510)가 장착될 수 있도록 제2슬라이드 코어 장착홈(252)이 각각 형성되어 있다.
제2캐비티 형성홈(251)과 제2슬라이드 코어 장착홈(252)의 외측은 고정금형코어(150)와 밀착되는 밀착부를 이루는데, 이러한 밀착부는 3단계로 단차지도록 형성되어 있으며, 가동금형코어(250)의 밀착부는 제2캐비티 형성홈(251)으로부터 외측으로 갈수록 내측으로 돌출되도록 단차져 있는 것이 바람직하다.
즉, 가동금형코어(250)의 밀착부를 제2캐비티 형성홈(251)으로부터 외측으로 갈수록 1단계 파티션(253a), 2단계 파티션(253b), 3단계 파티션(253c)으로 구분할 때, 1단계 파티션(253a)보다 2단계 파티션(253b)이 내측으로 더 돌출되어 있으며, 2단계 파티션(253b) 보다 3단계 파티션(253c)이 내측으로 더 돌출되도록 형성되어 있다.
1단계 파티션(253a)은 제3성형부(251a)와, 제3성형부(251a)의 일측에 형성된 제2슬라이드 코어 장착홈(252)의 외측에 형성되되, 외곽이 대략 사각 형상으로 형성되어 있되, 제3성형부(251a)와 마찬가지로 높이가 폭보다 크도록 형성되어 있다.
2단계 파티션(253b)은 제2캐비티 형성홈(251)과, 제2캐비티 형성홈(251)의 양측에 형성된 제2슬라이드 코어 장착홈(252)의 외측에 넓게 형성되되, 외곽이 가동금형코어(250)의 가장자리와 인접하게 대략 사각 형상으로 형성되어 있다.
3단계 파티션(253c)은 가동금형코어(250)의 가장자리를 따라 좁게 형성되어 있다.
가동금형코어(250)의 제2캐비티 형성홈(251)이 형성된 하부면에는 고정금형코어(150)와 밀착시 용탕이 캐비티(C) 내부로 들어오는 길인 러너(R)를 형성하도록 러너 형성홈(254)이 형성되어 있다.
러너 형성홈(254)은 제1경사홈(254a)과 제2경사홈(254b)과 제1단차홈(254c)과 제2단차홈(254d)과 제3단차홈(254e)으로 구성되는 것이 바람직하다.
제1경사홈(254a)은 제3성형부(251a)의 일측에 연결되어 제3성형부(251a)로 용탕이 잘 흘러들어가도록 제3성형부(251a) 측으로 기울어져 있는 경사면을 가지며, 제3성형부(251a)로 갈수록 점점 폭이 넓어지도록 형성되어 있다.
제2경사홈(254b)은 제4성형부(251b)의 일측에 연결되어 제4성형부(251b)로 용탕이 잘 흘러들어가도록 제4성형부(251b) 측으로 기울어져 있는 경사면을 가지며, 제4성형부(251b)로 갈수록 점점 폭이 넓어지도록 형성되어 있다. 본 실시예에서는 제3성형부(251a) 보다 제4성형부(251b)의 폭이 넓으므로 제1경사홈(254a)의 폭보다 제2경사홈(254b)의 폭이 더 넓도록 형성되어 있다.
제1단차홈(254c)은 제1경사홈(254a)으로부터 연결되어 1단계 파티션(253a)까지 형성되어 있다.
제2단차홈(254d)은 제1단차홈(254c)과 제2경사홈(254b)으로부터 연결되어 대략 V자형을 이루며, 제1단차홈(254c)보다 내측으로 돌출 형성되어 있다. 이는 1단계 파티션(253a)과 2단계 파티션(253b)이 단차를 이루기 때문이다. 즉, 제1경사홈(254a) 및 제1단차홈(254c)은 1단계 파티션(253a) 내에 배치되고, 제2경사홈(254b) 및 제2단차홈(254d)은 2단계 파티션(253b) 내에 배치된다.
제3단차홈(254e)은 제2단차홈(254d)과 연결되어 직선을 이루며, 제2단차홈(254d)보다 내측으로 돌출 형성되어 있다. 이는 2단계 파티션(253b)과 3단계 파티션(253c)이 단차를 이루기 때문이며, 제3단차홈(254e)은 3단계 파티션(253c) 내에 배치된다.
제3단차홈(254e)은 슬리브가 장착될 수 있도록 원호 형상의 슬리브 장착홈(257a)에 연결되어 있다. 슬리브 장착홈(257a)은 도 5에 도시한 바와 같이 슬리브(310)가 장착될 수 있도록 슬리브 장착홀(257)을 형성하는 일부분이다.
가동금형코어(250)의 제2캐비티 형성홈(251)이 형성된 상부면에는 제2캐비티 형성홈(251)이 진공수단(400)과 통하도록 하는 유로가 형성되어 있다. (도 1 참조)
이러한 유로는 제1유로(255a)와 제2유로(255b)와 연결유로(255c)와 제3유로(255d)와 제4유로(255e)를 포함하는 것이 바람직하다.
제1유로(255a)는 양측에 형성된 각 제2슬라이드 코어 장착홈(252)으로부터 수직하게 연장되어 있다.
제2유로(255b)는 양측의 각 제1유로(255a)로부터 수직하게 연장되어 있다.
연결유로(255c)는 각 제2유로(255b)가 서로 연통하도록 연결한다.
제3유로(255d)는 연결유로(255c)로부터 연결유로(255c)의 진행방향으로 연장되고, 다시 수직한 방향으로 절곡되어 있다.
제4유로(255e)는 제3유로(255d)로부터 수직하게 연장되어 있다.
상기와 같이 형성된 제1유로(255a)는 1단계 파티션(253a) 및 2단계 파티션(253b)에 배치되어 있고, 제2,3유로(255b,255d)는 2단계 파티션(253b)에 배치되어 있으며, 제4유로(255e)는 3단계 파티션(253c)에 배치되어 있다.
또한, 1단계 파티션(253a)에 인접하게 배치되어 있는 제2유로(255b)에는 1단계 파티션(253a) 측으로 연장된 연장유로(255f)가 형성되어 있다.
나아가, 제1,2,3,4유로(255a,255b,255d,255e)가 방향이 바뀌는 부분에는 방향이 바뀌기 전의 진행방향으로 연장된 연장부(256)가 각각 형성되어 있는 것이 바람직하다. 연장부(256)는 반원 형상인 것이 바람직하다.
상기와 같이 형성된 유로에 의해 용탕은 주어진 통로를 따라 진행하는데 이는 정지부위로 직행함을 의미하며, 연장부(256)가 형성됨으로써, 용탕의 연속흐름에 의해서 성형품을 치밀화할 수 있다.
또한, 유로를 통과하는 공기의 흐름은 최단거리를 향하며, 상기와 같이 제1,2,3,4유로(255a,255b,255d,255e)가 형성됨으로써, 공기의 흐름이 항상 최단거리를 향할 수 있도록 유로를 설계할 수 있고, 진공밸브(410) 까지 공기의 흡입을 원활하게 할 수 있다.
상기와 같이 구성된 가동금형코어(250)가 가동금형본체(210)에 장착된 구조를 도 5에 도시하였다.
도 5에 따르면, 제2슬라이드 코어 장착홈(252)에 캐비티 내부로 슬라이딩 가능하게 마련되어 있는 슬라이드 코어(510)가 장착된다.
또한, 제4유로(255e)와 연통된 진공채널(P)에는 진공채널(P)의 개폐를 위한 진공밸브(410)가 설치된다.
상기와 같이 구성된 고정금형(100)과 가동금형(200)의 밀착시 밀착되는 밀착부가 3단계로 단차지도록 형성된 3단계 파티션이 형성됨으로써, 공기의 유입을 원천봉쇄하여 효과적으로 차단할 수 있다.
이렇게, 금형 내부에 다단으로 단차를 두어 금형 내의 실링 효과를 현저히 높여 진공도를 65mbar까지 도달할 수 있도록 함으로써, 주조조건을 최적화할 수 있다는 효과가 있다.
나아가, 공기 유입을 차단하여 진공도를 높여 성형품의 가스 기공을 현저히 줄여 기계적인 성질을 향상시킴과 동시에 생산제품의 생산성 향상에 크게 기여할 수 있다.
상기와 같이 구성된 고정금형(100)과 가동금형(200)에 의해 성형되는 반제품(700)의 형상을 도 6에 도시하였다.
도 6에 따르면, 반제품(700)은 크게 완제품이 되는 제1성형품(710) 및 제2성형품(720), 유로 성형부(750), 러너 성형부(770), 비스킷(790)으로 구성된다.
이때, 중력은 유로 성형부(750) -> 제1성형품(710) 및 제2성형품(720) -> 러너 성형부(770) -> 비스킷(790) 방향으로 작용한다.
즉, 성형시 유로 성형부(750)가 금형의 최상부에 위치하고, 유로 성형부(750)의 아래에는 제1성형품(710) 및 제2성형품(720)이 위치하며, 제1성형품(710) 및 제2성형품(720)의 아래에는 러너 성형부(770)가 위치하며, 러너 성형부(770)의 아래에는 비스킷(790)이 위치한다.
제1성형품(710) 및 제2성형품(720)은 캐비티(C)에 의해 주조되므로 캐비티(C)의 형상과 동일하다.
즉, 제1성형품(710)은, 고정금형(100)의 제2성형부(151b)와 가동금형(200)의 제3성형부(251a)에 의해 주조되므로 높이가 폭보다 크도록 형성된다.
제2성형품(720)은, 고정금형(100)의 제1성형부(151a)와 가동금형(200)의 제4성형부(251b)에 의해 주조되므로 폭이 높이보다 크도록 형성된다.
유로 성형부(750)는 제1성형품(710) 및 제2성형품(720)의 상부에 형성되며, 가동금형(200)에 형성된 유로에 의해 주조되므로 가동금형(200)에 형성된 유로와 동일한 형상으로 형성된다.
즉, 제1유로(255a)에 의해 주조되는 제1유로 성형부(751), 제2유로(255b)에 의해 주조되는 제2유로 성형부(752), 연결유로(255c)에 의해 주조되는 연결유로 성형부(753), 제3유로(255d)에 의해 주조되는 제3유로 성형부(754), 제4유로(255e)에 의해 주조되는 제4유로 성형부(755)로 구성된다.
러너 성형부(770)는 제1성형품(710) 및 제2성형품(720)의 하부에 형성되며, 가동금형(200)에 형성된 러너 형성홈(354)에 의해 주조되므로 러너 형성홈(354)와 동일한 형상으로 주조된다.
즉, 러너 성형부(770)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 제1경사홈 성형부(771), 제2경사홈 성형부(772), 제1단차홈 성형부(773), 제2단차홈 성형부(774), 제3단차홈 성형부(775)로 구성된다.
제1경사홈 성형부(771)는 제1경사홈(254a)에 의해 주조되므로 제1성형품(710)의 일측에 연결되어 있고, 제1성형품(710) 측으로 기울어진 경사면을 가지며, 제1성형품(710)으로 갈수록 점점 폭이 넓어지도록 형성되어 있다.
제2경사홈 성형부(772)는 제2경사홈(254b)에 의해 주조되므로 제2성형품(720)의 일측에 연결되어 있고, 제2성형품(720) 측으로 기울어진 경사면을 가지며, 제2성형품(720)으로 갈수록 점점 폭이 넓어지도록 형성되어 있다. 본 실시예에서 제2경사홈 성형부(772)는 제1경사홈 성형부(771)보다 폭이 넓도록 형성되며, 제2경사홈 성형부(772)는 1mm의 두께와 22.6mm 내지 34mm의 폭을 가지며, 56.6mm2의 단면적을 가진다.
제1단차홈 성형부(773)는 제1단차홈(254c)에 의해 주조되므로 제1경사홈 성형부(771)와 연결되어 있다.
제2단차홈 성형부(774)는 제2단차홈(254d)에 의해 주조되므로 제1단차홈 성형부(773) 및 제2경사홈 성형부(772)로부터 연결되어 대략 V자형을 이루며, 제1단차홈 성형부(773)와 단차를 이룬다.
본 실시예에서 제1단차홈 성형부(773) 및 제2단차홈 성형부(774)는 8mm의 두께와 15.8mm 내지 16.7mm의 폭을 가지며, 260mm2의 단면적을 가진다.
제3단차홈 성형부(775)는 제3단차홈(254e)에 의해 주조되므로 제2단차홈 성형부(774)와 단차를 이루며 연결되어 있고, 직선 형태를 이룬다. 본 실시예에서 제3단차홈 성형부(775)는 8mm의 두께와 35mm의 폭을 가지며, 280mm2의 단면적을 가진다.
제3단차홈 성형부(775)의 일단에는 비스킷(790)이 단차를 이루며 연결되어 있다. 비스킷(790)은 원판 형상이며, 60mm의 지름을 가지고, 2,827mm2의 단면적을 가진다.
상기와 같이 형성되는 반제품(700)에서 불필요한 부분인 유로 성형부(750)와 러너 성형부(770) 및 비스킷(790)을 제거하면 도 8과 같은 완제품(800)이 완성된다. 본 실시예에서 완제품(800)은 전기자동차(버스)용 에어컴프레서 실린더 헤드이다.
즉, 완제품(800)은 폭이 높이보다 크도록 형성되는 좌측부(810)와, 높이가 폭보다 크도록 형성되는 우측부(850)로 구성되며, 양측면에는 중공 형성부(870)가 형성되어 있다.
상기와 같이 주조되는 반제품(700) 및 완제품(800)의 형상에 최적인 고진공 다이캐스팅 금형구조를 상기에서 설명하였음을 밝혀둔다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 열팽창을 고려한 일체형 슬리브 구조를 도 9에 도시하였다.
도 9에 따르면, 열팽창을 고려한 일체형 슬리브 구조는 내부에 챔버(300a)가 형성되어 있으며, 제1장착부(311)와 제2장착부(312)를 포함한다.
제1장착부(311)는 고정금형코어(150)의 캐비티와 연통된 러너 입구에 장착된다.
제2장착부(312)의 일부분이 고정금형코어(150)의 외측에 배치되는 고정금형본체(110)에 장착된다. 즉, 제2장착부(312)는 고정금형본체(110)의 외측으로 뻗어있다. 고정금형본체(110)의 외측으로 배치된 제2장착부(312)의 일측에는 용탕이 주입되는 용탕 주입구(313)가 형성되어 있다.
상기와 같이 구성되는 제1장착부(311)와 제2장착부(312)는 내경(ID)이 동일하며 일체로 이루어져 있다.
나아가, 제2장착부(312)의 제1장착부(311)와 인접한 부분에는 외주면을 따라 외측으로 연장된 칼라부(314)가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
제1장착부(311)와 제2장착부(312)와 칼라부(314)의 치수는 다음과 같이 구성되는 것이 바람직하다.
제1장착부(311)와 제2장착부(312)의 내경을 ID라고 할 때, 제1장착부(311)의 벽두께(W1)는 ID/4.5이고, 제2장착부(312)의 벽두께(W2)는 ID/3의 치수를 가진다.
이에 따라, 제2장착부(312)의 외경(OD)은 W2*2+ID가 된다.
칼라부(314)의 외경(OD2)은 1.16*OD의 치수를 가지므로 1.16*(W2*2+ID)이고, 칼라부(314)의 길이(X)는 ID/4의 치수를 가진다.
상기와 같은 열팽창을 고려한 일체형 슬리브 구조에 따르면, 용탕이 충분한 온도를 가지고 캐비티 내로 충진되어 용탕의 유동성을 보장할 수 있으며, 증압단계에서 플런저가 계속 전진하여 성형품의 밀도를 증가시킬 수 있고, 게이트 부분의 잔기포를 감소시킬 수 있다. 따라서, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 고품질 달성 및 제조원가 절감 효과가 있다.
나아가, 슬리브(310)와 플런저 팁 사이의 공차가 0이므로 용탕의 침투가 불가하여 플런저 팁 박힘 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 플런저 팁 및 슬리브(310)의 수명을 증가시킬 수 있으며, 사출압력 감소 효과가 있고, 플런저 팁 오일 사용량을 감소시켜 생산공정 환경을 개선할 수 있다.
또한, 플런저 팁으로만 비스킷을 냉각시켜 사이클 타임의 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 슬리브(310) 온도를 150℃ 내지 200℃로 유지하는 고진공 다이캐스팅방법을 설명하면 다음과 같다.
용탕의 주입시 용탕을 금형의 캐비티(C) 내부로 주입하는 슬리브(310) 입구의 온도를 150℃ 내지 200℃로 유지하는 것이 바람직한데, 특히 슬리브(310)가 고정되어 있지 않은 부분의 하부를 150℃ 내지 200℃의 온도로 유지하는 것이 바람직하다.
슬리브(310)가 고정되어 있지 않은 부분의 하부를 150℃ 내지 200℃의 온도로 유지하는 방법에는 다음의 세 가지 실시예가 적용될 수 있다.
제1실시예로서, 도 10에 도시한 바와 같이, 슬리브(310)가 고정되어 있지 않은 부분인 제2장착부(312)의 하부에 다수의 방열핀이 설치되어 있는 동합금 라디에이터(Radiator,330)를 장착한다. 즉, 동합금 라디에이터(330)는 제2장착부(312)의 중심선을 기준으로 하부의 외주면를 따라 장착되며, 제2장착부(312)에 탈착 가능하다.
이렇게, 슬리브(310)가 고정되어 있지 않은 부분인 제2장착부(312)의 하부에 다수의 방열핀이 설치되어 있는 동합금 라디에이터(Radiator,330)를 장착함으로써, 슬리브(310)의 휨을 방지하여 사용수명을 연장시킬 수 있으며, 고온상태인 슬리브(310) 하부가 용탕에 의해 침식되는 것을 방지할 수 있고, 슬리브(310) 하부의 온도를 50℃ 내지 80℃ 정도 낮출 수 있다.
제2실시예로서, 도 11에 도시한 바와 같이, 슬리브(310)가 고정되어 있지 않은 부분인 제2장착부(312)의 하부에 용수를 사용한 쿨링 재킷(Cooling jacket,340)을 장착한다. 즉, 쿨링 재킷(340)은 제2장착부(312)의 중심선을 기준으로 하부의 외주면를 따라 장착되며, 제2장착부(312)에 탈착 가능하다.
쿨링 재킷(340)에는 서모커플(thermocouple,341)이 설치되어 있고, 서모커플(341)의 측정된 온도에 따라 온도조절기(343)의 신호를 받아 솔레노이드밸브(342)가 개폐하여 용수를 공급하거나 차단하여 온도를 조절한다.
이와 같이, 슬리브(310)가 고정되어 있지 않은 부분인 제2장착부(312)의 하부에 용수를 사용한 쿨링 재킷(340)을 장착함으로써, 고온상태인 슬리브(310) 하부가 용탕에 의해 침식되는 것을 방지할 수 있고, 슬리브(310)의 휨을 방지하여 사용수명을 연장시킬 수 있다.
제3실시예로서, 도 12에 도시한 바와 같이, 슬리브(310)의 내부에 열선(351)이 배치되어 있고, 열선(351)은 온도조절기(350)에 의해 전기적으로 제어되어 열선(351)의 온도 조절이 가능하다.
특히, 온도조절기(350)는 슬리브(310) 전구간 온도편차가 50℃ 이하가 되도록 열선(351)을 제어하고, 나아가, 슬리브(310)가 고정되어 있지 않은 부분의 하부인 제2장착부(312)를 50℃ 내지 200℃의 온도로 유지하도록 열선(351)을 제어한다.
이와 같이, 슬리브(310)의 내부에 배치되어 있는 열선(351)을 온도조절기(350)에 의해 전기적으로 제어하여, 슬리브(310) 전구간 온도편차가 50℃ 이하가 되도록 열선(351)을 제어하고, 슬리브(310)가 고정되어 있지 않은 부분의 하부를 50℃ 내지 200℃의 온도로 유지하도록 열선(351)을 제어함으로써, 슬리브(310)의 제1장착부(311)가 고정되는 고정금형코어(150) 측의 냉각이 불필요하며, 슬리브(310) 전구간의 온도편차가 최대 50℃이내이므로 슬리브(310)의 직진성과 원형을 유지할 수 있다. 따라서, 슬리브(310)의 사용수명이 3~5배 증가하며, 플런저 및 링 플런저의 사용수명이 증가한다.
또한, 성형품의 품질을 개선할 수 있고, 초기작업시 온도상승을 위한 예타 주조획수가 적어진다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
100 : 고정금형 110 : 고정금형본체
150 : 고정금형코어 200 : 가동금형
210 : 가동금형본체 250 : 가동금형코어
300 : 용탕주입부재 310 : 슬리브
311 : 제1장착부 312 : 제2장착부
314 : 칼라부 330 : 동합금 라디에이터
340 : 쿨링 재킷 350 : 온도조절기
351 : 열선 400 : 진공수단
500 : 슬라이드부재 510 : 슬라이드 코어
600 : 이젝트부재 700 : 반제품
800 : 완제품

Claims (3)

  1. 고정금형;
    상기 고정금형에 밀착되는 방향으로 이동가능하게 마련되고, 밀착시 상기 고정금형과 쌍을 이루어 용탕이 주입되는 캐비티를 형성하는 가동금형;을 포함하되,
    상기 고정금형과 상기 가동금형이 밀착되는 밀착부는 3단계로 단차지도록 형성되어 있으며,
    상기 고정금형의 밀착부는 외측에서 상기 캐비티가 형성되는 부분으로 갈수록 내측으로 돌출되도록 단차져 있고,
    상기 가동금형의 밀착부는 상기 캐비티가 형성되는 부분으로부터 외측으로 갈수록 내측으로 돌출되도록 단차져 있는 것을 특징으로 하는 3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가동금형의 캐비티 양측면에는 성형품의 양측면에 중공이 형성되도록 하는 슬라이드 코어가 장착될 수 있도록 슬라이드 코어 장착홈이 각각 형성되어 있고,
    상기 가동금형에는 상기 캐비티가 진공수단과 통하도록 하는 유로가 형성되어 있되,
    상기 유로는,
    상기 각 슬라이드 코어 장착홈으로부터 수직하게 연장된 제1유로와,
    상기 각 제1유로로부터 수직하게 연장된 제2유로와,
    상기 각 제2유로가 서로 연통하도록 하는 연결유로와,
    상기 연결유로로부터 상기 연결유로의 진행방향으로 연장되고, 다시 수직한 방향으로 절곡된 제3유로와,
    상기 제3유로로부터 수직하게 연장된 제4유로를 포함하되,
    상기 가동금형의 밀착부를 상기 캐비티가 형성되는 부분으로부터 외측으로 갈수록 1단계 파티션, 2단계 파티션, 3단계 파티션으로 구분할 때,
    상기 제1유로는 상기 1단계 파티션 및 상기 2단계 파티션에 배치되어 있고,
    상기 제2,3유로는 2단계 파티션에 배치되어 있으며,
    상기 제4유로는 3단계 파티션에 배치되어 있고,
    상기 제1,2,3,4유로가 방향이 바뀌는 부분에는 방향이 바뀌기 전의 진행방향으로 연장된 연장부가 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 3단계 파티션이 형성된 고진공 다이캐스팅 금형구조.
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