KR101365021B1 - 중력 주조용 금형 - Google Patents

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KR101365021B1
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장세훈
정일도
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주식회사 세연에스씨에스
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Abstract

본 발명은 중력 주조용 금형에 관한 것으로서, 하측에 트윈 스크롤부를 갖는 터빈 하우징 캐비티 일측부가 형성되어 있고, 상기 트윈 스크롤부의 상측에 제1압탕구 일측부가 형성되어 있으며, 상기 트윈 스크롤부의 일측에 상기 트윈 스크롤부로 용탕을 주입하기 위한 주입구 및 스프루의 일측부가 각각 형성되어 있으며, 상기 트윈 스크롤부의 타측에 제2압탕구 일측부가 형성되어 있는 제1금형; 상기 제1금형과 합형되어, 상기 터빈 하우징 캐비티 일측부와 맞물려 터빈 하우징 캐비티를 형성하도록 하측에 터빈 하우징 캐비티 타측부가 형성되어 있고, 상기 터빈 하우징 캐비티 타측부와 연결되는 배기 매니폴드 캐비티 일측부가 상측에 형성되어 있으며, 상기 배기 매니폴드 캐비티 일측부의 상측에는 제3압탕구 일측부가 형성되어 있는 제2금형; 상기 제1금형과 제2금형 사이의 상측에 배치되어, 상기 제2금형의 상기 배기 매니폴드 캐비티 일측부와 맞물려 배기 매니폴드 캐비티를 형성하도록 일측면에 배기 매니폴드 캐비티 타측부가 형성되어 있고, 상기 배기 매니폴드 캐비티 타측부의 상측에는 제3압탕구 일측부와 맞물려 제3압탕구를 형성하도록 제3압탕구 타측부가 형성되어 있으며, 상기 제1금형의 제1압탕구 일측부와 맞물려 제1압탕구를 형성하도록 제1압탕구 타측부가 타측면에 형성되어 있고, 상기 제1금형의 주입구 및 스프루의 일측부와 맞물려 주입구 및 스프루를 형성하도록 주입구 및 스프루의 타측부가 각각 타측면에 형성되어 있으며, 상기 제1금형의 제2압탕구 일측부와 맞물려 제2압탕구를 형성하도록 제2압탕구 타측부가 타측면에 형성되어 있는 배기 런너 금형;을 포함하며, 상기 제1압탕구 내에는 상기 트윈 스크롤부의 수축을 방지하도록 발열 슬리브가 마련되는 것을 특징으로 하며, 제1압탕구 내에 발열 슬리브가 마련되어 있어, 발열 슬리브는 고발열과 고단열성을 가지므로 제1압탕구 내의 용탕의 온도가 떨어지지 않도록 유지하는 역할을 함으로써, 트윈 스크롤부의 냉각 수축시 트윈 스크롤부 내로 고온으로 유지된 용탕을 공급하여 트윈 스크롤부의 수축을 방지할 수 있어, 주조 제품의 품질을 현저히 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

중력 주조용 금형{A MOLD FOR GRAVITY PRESSURE CASTING}
본 발명은 제1압탕구 내에 발열 슬리브가 마련되어 있는 중력 주조용 금형에 관한 것이다.
일반적으로 중력 주조법은 주입되는 용탕 자체의 중력을 이용하여 주형 즉, 금형내에서 응고시키는 주조 방법으로 용탕의 냉각속도가 빠르고 결정립이 미세한 특징이 있다.
이러한 중력 주조법은 특히, 자동차 메이커에서 실린더 헤드와 실린더 블록으로 이루어지는 엔진이나, 캠 샤프트, 크랭크 샤프트, 흡기 및 배기 매니폴드, 터빈 하우징의 주조에 적용되며, 상기 부품들의 몸체를 제작한 후, 여러 차례의 가공공정을 거쳐 완성품으로 만들어지고 있다.
한편, 최근에는 가솔린 터보차저의 확대 적용에 따라 배기계의 형상을 최적화함으로써, 그 내구성 및 기밀성 개선과 수익성을 확보하는 일환으로, 트윈 스크롤(Twin Scroll) 터보 차저를 배기 매니폴드와 일체로 제작하는 방안이 추진되고 있다. 즉, 트윈 스크롤(Twin Scroll) 터보 차저용 터빈 하우징이 4개의 배기 런너부로 구성되는 배기 매니폴드와 일체로 주조되며, 터빈 하우징은 그 내부에 공간부로 이루어지는 일측 및 타측 스크롤부로 구성되는 트윈 스크롤부와 바이패스부를 갖는다.
이러한 배기 매니폴드와 터빈 하우징을 하나의 일체형 몸체로 주조하기 위한 종래의 중력 주조용 금형이 대한민국 등록특허 제1180951호(2012.9.3, '중력 주조용 금형 및 이를 이용한 중력 주조 방법')에 제시되어 있다.
그런데 종래의 중력 주조용 금형 및 중력 주조 방법에 따르면, 터빈 하우징측 압탕구가 배치되어 있기는 하지만, 압탕구 내의 용탕이 빨리 냉각되어 터빈 하우징의 냉각 수축시 압탕구의 용탕 공급이 원할하게 이루어지지 않아, 터빈 하우징측의 수축 결함이 종종 발생한다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 트윈 스크롤부의 냉각 수축시 트윈 스크롤부 내로 고온으로 유지된 용탕을 공급하여 트윈 스크롤부의 수축을 방지할 수 있어, 주조 제품의 품질을 현저히 향상시킬 수 있도록 하는 중력 주조용 금형을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은, 하측에 트윈 스크롤부를 갖는 터빈 하우징 캐비티 일측부가 형성되어 있고, 상기 트윈 스크롤부의 상측에 제1압탕구 일측부가 형성되어 있으며, 상기 트윈 스크롤부의 일측에 상기 트윈 스크롤부로 용탕을 주입하기 위한 주입구 및 스프루의 일측부가 각각 형성되어 있으며, 상기 트윈 스크롤부의 타측에 제2압탕구 일측부가 형성되어 있는 제1금형; 상기 제1금형과 합형되어, 상기 터빈 하우징 캐비티 일측부와 맞물려 터빈 하우징 캐비티를 형성하도록 하측에 터빈 하우징 캐비티 타측부가 형성되어 있고, 상기 터빈 하우징 캐비티 타측부와 연결되는 배기 매니폴드 캐비티 일측부가 상측에 형성되어 있으며, 상기 배기 매니폴드 캐비티 일측부의 상측에는 제3압탕구 일측부가 형성되어 있는 제2금형; 상기 제1금형과 제2금형 사이의 상측에 배치되어, 상기 제2금형의 상기 배기 매니폴드 캐비티 일측부와 맞물려 배기 매니폴드 캐비티를 형성하도록 일측면에 배기 매니폴드 캐비티 타측부가 형성되어 있고, 상기 배기 매니폴드 캐비티 타측부의 상측에는 제3압탕구 일측부와 맞물려 제3압탕구를 형성하도록 제3압탕구 타측부가 형성되어 있으며, 상기 제1금형의 제1압탕구 일측부와 맞물려 제1압탕구를 형성하도록 제1압탕구 타측부가 타측면에 형성되어 있고, 상기 제1금형의 주입구 및 스프루의 일측부와 맞물려 주입구 및 스프루를 형성하도록 주입구 및 스프루의 타측부가 각각 타측면에 형성되어 있으며, 상기 제1금형의 제2압탕구 일측부와 맞물려 제2압탕구를 형성하도록 제2압탕구 타측부가 타측면에 형성되어 있는 배기 런너 금형;을 포함하며, 상기 제1압탕구 내에는 상기 트윈 스크롤부의 수축을 방지하도록 발열 슬리브가 마련되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 발열 슬리브는, 하방으로 갈수록 양측면 사이의 간격이 벌어지도록 형성된 원통 형상이고, 하면은 개방되고, 상면은 폐쇄되어 있으며, 상면에는 가스 빼기홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1금형의 제1압탕구 일측부와, 상기 배기 런너 금형의 제1압탕구 타측부의 상측에는, 상기 발열 슬리브에 형성된 가스 빼기홀과 연통하며 상부가 개방되어 가스가 배출되도록 하는 가스 빼기부가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 발열 슬리브의 상면 내측에는 하방으로 갈수록 단면적이 줄어들도록 형성된 가이드돌기가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 주입구 내에는 주입되는 용탕의 온도를 유지할 수 있도록 주입구 주입컵가 마련되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1압탕구의 직경은, 상기 주입구 최하단의 직경에 비해 1.15배 내지 2.5배 범위에서 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1금형에는, 상기 스프루의 일측부와 상기 제1압탕구 일측부를 연결하는 제1게이트 일측부가 형성되어 있고, 상기 배기 런너 금형에는, 상기 스프루의 타측부와 상기 제1압탕구 타측부를 연결하여, 상기 제1게이트 일측부와 맞물려 제1게이트를 형성하는 제1게이트 타측부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1금형과 상기 제2금형 사이의 하측에 배치되어, 상기 터빈 하우징의 캐비티의 하부를 형성하는 트윈 스크롤 금형; 상기 제1금형의 상기 스프루 일측부와, 배기 런너 금형의 상기 스프루 타측부의 하측에 배치되어, 상기 스프루와 상기 터빈 하우징 캐비티를 연결하며 다수의 제2게이트를 형성하는 주 게이트 중자; 상기 제2금형과 상기 배기 런너 금형 사이에 배치되되, 상기 배기 매니폴드의 캐비티 내부에 설치되어 배기 매니폴드의 배기 런너부를 형성하는 배기 런너 중자; 상기 제1금형과 상기 제2금형 사이에 배치되되, 상기 터빈 하우징의 캐비티 내부에 설치되어, 상기 터빈 하우징의 내부 공간부로 이루어지는 트윈 스크롤부와 바이패스부를 각각 형성하는 트윈 스크롤부 중자 및 바이패스부 중자; 상기 제1금형과 상기 제2금형 사이의 하측에 배치되되, 상기 바이패스부 중자의 일측에 배치되어, 상기 제2압탕구와 상기 바이패스부 중자를 연결하며 다수의 제3게이트를 형성하는 보조 게이트 중자;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 중력 주조용 금형에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
제1압탕구 내에 발열 슬리브가 마련되어 있어, 발열 슬리브는 고발열과 고단열성을 가지므로 제1압탕구 내의 용탕의 온도가 떨어지지 않도록 유지하는 역할을 함으로써, 트윈 스크롤부의 냉각 수축시 트윈 스크롤부 내로 고온으로 유지된 용탕을 공급하여 트윈 스크롤부의 수축을 방지할 수 있어, 주조 제품의 품질을 현저히 향상시킬 수 있다.
또한, 용탕이 채워지는 과정에서 발생하는 가스는 제1압탕구의 가스 빼기부와 제2압탕구의 가스 빼기부를 통하여 배출되므로 트윈 스크롤부의 끝단부에서 용탕에 가스가 혼합되는 것을 방지하여 제품 표면에 수축으로 인한 결함을 방지할 수 있다.
나아가, 금형의 내부에서 터빈 하우징 캐비티와 배기 매니폴드 캐비티에 용탕이 충진된 상태에서 냉각 과정에 의해 용탕이 수축하게 되면, 터빈 하우징 캐비티에는 제1압탕구 및 제2압탕구 측에서 용탕이 공급되고, 배기 매니폴드 캐비티에는 제3압탕구 측에서 용탕이 공급되어, 용탕의 냉각에 의한 수축분을 보충해 줄 수 있으므로 수축에 의한 제품 결함을 방지하여 완성품의 주조품질을 높일 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중력 주조용 금형을 도시한 분해 사시도.
도 3은 도 1 및 도 2의 발열 슬리브를 도시한 단면도.
도 4 및 도 5는 금형 내부에 중자 들이 배치되는 것을 보여주기 위하여 도시한 도면.
도 6 내지 도 8은 금형 내부에 용탕이 주입되는 것을 보여주기 위하여 도시한 도면.
도 9는 도 1 및 도 2의 금형에 의하여 주조된 제품을 도시한 도면.
도 10은 완성된 제품을 도시한 도면.
도 11 및 도 12는 도 1 및 도 2의 금형에 의하여 주조된 제품의 응고 해석의 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면.
도 13 내지 도 15는 도 1 및 도 2의 금형에 의하여 주조된 제품의 단면에 따른 수축 결과를 보여주는 도면.
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 중력 주조용 금형은, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 제1금형(100)과 제2금형(200)과 배기 런너 금형(300)과 트윈 스크롤 금형(500)과 주 게이트 중자(550)을 포함한다.
제1금형(100)에는, 도 2에 도시한 바와 같이 트윈 스크롤부(111)를 갖는 터빈 하우징 캐비티 일측부(110)가 하측에 형성되어 있다.
트윈 스크롤부(111)의 상측에는 제1압탕구 일측부(120)가 형성되어 있으며, 제1압탕구 일측부(120)의 상측에는 상부가 개방되어 가스가 외부로 배출되도록 하는 가스 빼기부(121)가 형성되어 있다.
트윈 스크롤부(111)의 일측에는 트윈 스크롤부(111)로 용탕을 주입하기 위한 주입구 일측부(130) 및 스프루 일측부(135)가 각각 형성되어 있다. 주입구 일측부(130)는 상부가 개방되어 있고, 하방으로 갈수록 단면적이 줄어들도록 형성되어 있다.
트윈 스트롤부(111) 타측에는 트윈 스크롤부(111)와 간격을 두고 제2압탕구 일측부(140)가 형성되어 있다. 즉, 제2압탕구 일측부(140)는 하기에서 설명할 보조 게이트 중자(600)와 인접하게 배치된다. 제2압탕구 일측부(140)의 상측에는 상부가 개방되어 가스가 외부로 배출되도록 하는 가스 빼기부(141)가 형성되어 있다.
상기와 같이 구성된 제1금형(100)에는 스프루의 일측부(135)와 제1압탕구 일측부(120)를 연결하는 제1게이트 일측부(136)가 형성되어 있다. 따라서, 제1게이트 일측부(136)에 의해 스프루의 일측부(135)와 제1압탕구 일측부(120)는 연통되어 있다.
제2금형(200)은 제1금형(100)과 합형되며, 제2금형(200)에는, 도 1에 도시한 바와 같이 제1금형(100)의 터빈 하우징 캐비티 일측부(110)와 맞물려 터빈 하우징 캐비티를 형성하도록 터빈 하우징 캐비티 타측부(210)가 하측에 형성되어 있다.
제2금형(200)의 상측에는 터빈 하우징 캐비티 타측부(210)와 연결되며 배기 매니폴드 캐비티 일측부(220)가 형성되어 있다. 본 실시예에서 배기 매니폴드 캐비티 일측부(220)는 네 개의 배기 런너부 캐비티를 가진다.
각 배기 매니폴드 캐비티 일측부(220)의 상측에는 제3압탕구 일측부(230)가 각각 형성되어 있고, 각 제3압탕구 일측부(230)의 상측에는 상부가 개방되어 가스가 외부로 배출되도록 하는 가스 빼기부(231)가 각각 형성되어 있다. 본 실시예에서 제3압탕구 일측부(230) 상측에 형성된 가스 빼기부(231)는 각각의 제3압탕구 일측부(230) 상측에 두 개씩 형성되어 있다.
배기 런너 금형(300)은 제1금형(100)과 제2금형(200) 사이의 상측에 배치되고, 도 2에 도시한 바와 같이, 배기 런너 금형(300)의 일측면에는 제2금형(200)의 배기 매니폴드 캐비티 일측부(220)와 맞물려 배기 매니폴드 캐비티를 형성하도록 배기 매니폴드 캐비티 타측부(310)가 형성되어 있다.
배기 매니폴드 캐비티 타측부(310)의 상측에는 제2금형(200)의 제3압탕구 일측부(230)와 맞물려 제3압탕구를 형성하도록 제3압탕구 타측부(320)가 형성되어 있으며, 제3압탕구 타측부(320)의 상측에는 상부가 개방되어 가스가 외부로 배출되도록 하는 가스 빼기부(321)가 형성되어 있다.
배기 런너 금형(300)의 타측면에는, 도 1에 도시한 바와 같이 제1압탕구 타측부(330)와 주입구 타측부(340) 및 스프루 타측부(345)와, 제2압탕구 타측부(350)가 각각 형성되어 있다.
제1압탕구 타측부(330)는 제1금형(100)의 제1압탕구 일측부(120)와 맞물려 제1압탕구를 형성하도록 형성되어 있다. 제1압탕구 타측부(330)의 상측에는 상부가 개방되어 가스가 외부로 배출되도록 하는 가스 빼기부(331)가 형성되어 있다.
주입구 타측부(340) 및 스프루 타측부(345)는 제1금형(100)의 주입구 일측부(130) 및 스프루 일측부(135)와 맞물려 주입구 및 스프루를 형성하도록 각각 형성되어 있다. 주입구 타측부(340)는 상부가 개방되어 있고, 하방으로 갈수록 단면적이 줄어들도록 형성되어 있다.
제2압탕구 타측부(350)는 제1금형(100)의 제2압탕구 일측부(140)와 맞물려 제2압탕구를 형성하도록 형성되어 있다.
상기와 같이 구성되는 배기 런너 금형(300)에는, 스프루의 타측부(345)와 제1압탕구 타측부(330)를 연결하는 제1게이트 타측부(346)가 형성되어 있다. 제1게이트 타측부(346)에 의해 스프루의 타측부(345)와 제1압탕구 타측부(330)는 연통되어 있으며, 제1게이트 타측부(346)는 제1게이트 일측부(136)와 맞물려 제1게이트를 형성한다.
트윈 스크롤 금형(500)은 제1금형(100)과 제2금형(200) 사이의 하측에 배치되어, 터빈 하우징의 캐비티의 하부를 형성한다.
다음은 금형 내부에서 공간부를 형성하기 위하여 마련되는 중자들이다.
즉, 본 실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 주 게이트 중자(550)와 배기 런너 중자(700)와 트윈 스크롤부 중자(800) 및 바이패스부 중자(850)와 보조 게이트 중자(600)를 포함한다. 이러한 중자가 금형 내부에 배치되는 도면을 도 4 및 도 5에 도시하였다.
주 게이트 중자(550)는 제1금형(100)의 스프루 일측부(135)와, 배기 런너 금형(300)의 스프루 타측부(345)의 하측에 배치되어, 스프루와 터빈 하우징 캐비티를 연결하며 다수의 제2게이트를 형성한다.
배기 런너 중자(700)는 제2금형(200)과 배기 런너 금형(300) 사이에 배치되되, 배기 매니폴드의 캐비티 내부에 설치되어 배기 매니폴드(20)의 배기 런너부(21)를 형성한다.
트윈 스크롤부 중자(800) 및 바이패스부 중자(850)는 제1금형(100)과 제2금형(200) 사이에 배치되되, 터빈 하우징의 캐비티 내부에 설치되어 터빈 하우징의 내부 공간부로 이루어지는 트윈 스크롤부(11)와 바이패스부(21)를 각각 형성한다.
본 실시예에서 트윈 스크롤부 중자(800)는 배기 런너 중자(700)와 일체로 형성된 것으로 도시하였으며, 배기 런너 중자(700)와 트윈 스크롤부 중자(800)는 네 개의 배기 런너 중자(700) 중에 첫번째, 네번째 배기 런너 중자(700)와 트윈 스크롤부 중에 일측 스크롤부를 형성하는 트윈 스크롤부 중자(800)가 일체로 연결되어 형성된다. 또한, 네 개의 배기 런너 중자(700) 중에 두번째, 세번째 배기 런너 중자(700)와 트윈 스크롤부(111) 중에 타측 스크롤부를 형성하는 트윈 스크롤부 중자(800)가 일체로 연결되어 형성된다.
보조 게이트 중자(600)는 제1금형(100)과 상기 제2금형(200) 사이의 하측에 배치되되, 바이패스부 중자(850)의 일측에 배치되어, 제2압탕구와 바이패스부 중자(850)를 연결하며 다수의 제3게이트를 형성한다.
상기와 같이 구성되어, 제1금형(100)의 터빈 하우징 캐비티 일측부(110)와 제2금형(200)의 터빈 하우징 캐비티 타측부(210)가 맞물리고, 트윈 스크롤 금형(500)에 의해 터빈 하우징 캐비티가 형성된다.
제1금형(100)의 제1압탕구 일측부(120)와 배기 런너 금형(300)의 제1압탕구 타측부(330)가 맞물려 제1압탕구를 형성하고, 제1금형(100)의 주입구 일측부(130) 및 스프루 일측부(135)와 배기 런너 금형(300)의 주입구 타측부(340) 및 스프루 타측부(345)가 맞물려 주입구와 스프루를 형성한다. 이때, 스프루의 최하단은 스프루와 터빈 하우징 캐비티를 연결하는 주 게이트 중자(550)에 의해 도 9에 도시한 바와 같이 두 갈래로 나뉘어져 트윈 스크롤부(11)로 연결된다.
제1금형(100)의 제2압탕구 일측부(140)와 배기 런너 금형(300)의 제2압탕구 타측부(350)가 맞물려 제2압탕구를 형성한다.
또한, 제2금형(200)의 배기 매니폴드 캐비티 일측부(220)와 배기 런너 금형(300)의 배기 매니폴드 캐비티 타측부(310)가 맞물려 배기 매니폴드 캐비티를 형성하고, 제2금형(200)의 제3압탕구 일측부(230)와 배기 런너 금형(300)의 제3압탕구 타측부(320)가 맞물려 제3압탕구를 형성한다.
이와 같은 상태에서, 제1압탕구의 직경은 주입구 최하단의 직경에 비해 1.15배 내지 2.5배 범위에서 설정되는 것이 내부 형상의 수축을 방지할 수 있다는 측면에서 바람직하다.
또한, 제1압탕구 내에는 트윈 스크롤부(111)의 수축을 방지하도록, 도 1 및 도 2와 같은 발열 슬리브(400)가 마련되는 것이 바람직하다. 발열 슬리브(400)는 고발열성과 고단열성을 가지므로 제1압탕구 내의 용탕의 온도가 떨어지지 않도록 유지하는 역할을 한다. 따라서, 제1압탕구 내의 용탕의 온도를 계속해서 유지할 수 있으므로 트윈 스크롤부(1111)의 냉각으로 인한 수축시 트윈 스크롤부(111) 내로 고온의 용탕을 공급하여 트윈 스크롤부(111)의 수축을 방지할 수 있어, 주조 제품의 품질을 현저히 향상시킬 수 있다.
이러한 발열 슬리브(400)는, 도 3에 도시한 바와 같이 하방으로 갈수록 양측면 사이의 간격이 벌어지도록 형성된 원통 형상이다.
또한, 발열 슬리브(400)의 하면은 개방되어 있고, 상면은 폐쇄되어 있으며, 상면에는 가스 빼기홀(410)이 형성되어 있다. 본 실시예에서 가스 빼기홀(410)은 반원 형상이며, 가스 빼기홀(410)은 제1압탕구에 형성되는 가스 빼기부(121, 331)와 연통되어 있어, 제1압탕구 내의 가스는 가스 빼기홀(410)과 가스 빼기부(121,331)를 통하여 외부로 배출된다.
나아가, 발열 슬리브(400)의 상면 내측에는 하방으로 갈수록 단면적이 줄어들도록 형성된 가이드돌기(430)가 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 가이드돌기(430)는 가스 빼기홀(410)과 인접하게 배치되어 있다. 이와 같이, 가이드돌기(430)가 형성되어 있어, 가이드돌기(430)가 발열 슬리브(400) 내측의 용탕이 하방으로 이동하도록 가이드할 수 있다.
한편, 주입구 내에는 주입되는 용탕의 온도를 유지할 수 있도록 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같은 주입구 주입컵(450)가 마련되는 것이 바람직하다.
주입구 주입컵(450)는 주입구의 형상에 따라 하방으로 갈수록 단면적이 줄어들도록 형성되어 있으며, 주입구 주입컵(450)의 상,하부는 개방되어 있고, 상부 일측에는 외부로 돌출된 돌출편(451)이 형성되어 있다.
그리고 주입구 주입컵(450)의 외측면에는 적어도 하나 이상의 변형방지홈(453)이 형성되어 있어, 주입구 주입컵(450)을 통하여 주입되는 고온의 용탕에 의해 주입구 주입컵(450)이 쉽게 변형되는 것을 방지할 수 있다. 본 실시예에서 변형방지홈(453)은 사각형 홈 형상으로 주입구 주입컵(450)의 외측면에 간격을 두고 네 개가 형성되어 있지만, 변형방지홈(453)의 형상 및 배치는 실시예에 따라 달라질 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중력 주조용 금형의 용탕 주입 순서는 다음과 같다.
먼저, 도 6과 같이 합형된 금형 상의 주입구(30)와 스프루(35)를 통하여 고온의 용탕이 주입되고, 스프루(35)의 최하단은 주 게이트 중자(550)에 의해 두 갈래로 나뉘어져 두 갈래의 제2게이트(G2)를 통하여 터빈 하우징 캐비티(10)의 트윈 스크롤부로 용탕이 유입된다.
도 7과 같이 주입된 용탕은 두 갈래의 제2게이트(G2)를 통하여 터빈 하우징 캐비티(10)를 먼저 채운 다음, 보조 게이트 중자(600)에 의해 형성되는 제3게이트(G3)를 통하여 터빈 하우징 캐비티(10)로부터 제2압탕구(50)의 하단으로 용탕이 유입되고, 이와 동시에 스프루(35)에 형성된 제1게이트(G1)를 통하여 제1압탕구(40)의 하단부터 채워진다. 이후 도 8과 같이 제1압탕구(40) 내부가 채워짐과 동시에 터빈 하우징 캐비티(10)와 연통된 배기 매니폴드(20)의 내부가 채워지고, 제3압탕구(60)가 채워진다.
상기와 같은 금형에 의해 주조된 제품은 도 9와 같으며, 주입구(30), 스프루(35), 제1압탕구(40), 가스 빼기부(41), 제2압탕구(50), 가스 빼기부(51), 제3압탕구(60), 가스 빼기부(61) 등의 형상이 일체로 형성되어 있다.
도 9와 같은 주조품에서 불필요한 부분인 주입구(30), 스프루(35), 제1압탕구(40), 가스 빼기부(41), 제2압탕구(50), 가스 빼기부(51), 제3압탕구(60), 가스 빼기부(61) 등의 형상을 절단하면, 도 10과 같은 완성품이 만들어진다.
즉, 도 10과 같이 터빈 하우징(10)과 배기 매니폴드(20)가 일체로 형성되어 있으며, 터빈 하우징(10)은 트윈 스크롤부(11)와 바이패스부(12)를 가지고, 배기 매니폴드(20)는 다수의 배기 런너부(21)를 가진다.
한편, 도 11 및 도 12는 주조된 제품의 응고 해석의 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이다.
도 11에서와 같이 터빈 하우징 캐비티의 상측 부분과 제1압탕구와 제3압탕구 측의 응고가 느리며, 특히 도 12에서와 같이 제1압탕구의 응고가 가장 느리다는 것을 알 수 있다.
이러한 응고의 속도에 따라, 다음과 같은 수축 결과를 얻을 수 있다.
즉, 도 13 내지 도 15는 주조된 제품의 단면에 따른 수축 결과를 보여주는 도면이다.
도 13 내지 도 15에서도 알 수 있듯이, 스프루, 게이트, 제1압탕구, 제2압탕구 등 불필요한 부분에서만 부분적으로 수축이 일어났고, 완성품에 해당하는 부분에는 전체적으로 수축이 발생하지 않았음을 알 수 있다.
상기와 같은 결과에서도 알 수 있듯이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중력 주조용 금형은 용탕이 채워지는 과정에서 발생하는 가스는 제1압탕구의 가스 빼기부(121,331)와 제2압탕구의 가스 빼기부(141)를 통하여 배출되므로 트윈 스크롤부의 끝단부에서 용탕에 가스가 혼합되는 것을 방지하여 제품 표면에 수축으로 인한 결함을 방지할 수 있다.
또한, 금형의 내부에서 터빈 하우징 캐비티와 배기 매니폴드 캐비티에 용탕이 충진된 상태에서 냉각 과정에 의해 용탕이 수축하게 되면, 터빈 하우징 캐비티에는 제1압탕구 및 제2압탕구 측에서 용탕이 공급되고, 배기 매니폴드 캐비티에는 제3압탕구 측에서 용탕이 공급되어, 용탕의 냉각에 의한 수축분을 보충해 줄 수 있으므로 수축에 의한 제품 결함을 방지하여 완성품의 주조품질을 높일 수 있다.
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 : 제1금형 110 : 터빈 하우징 캐비티 일측부
111 : 트윈 스크롤부 120 : 제1압탕구 일측부
130 : 주입구 일측부 135 : 스프루 일측부
140 : 제2압탕구 일측부 200 : 제2금형
210 : 터빈 하우징 캐비티 타측부 220 : 배기 매니폴드 캐비티 일측부
230 : 제3압탕구 일측부 300 : 배기 런너 금형
310 : 배기 매니폴드 캐비티 타측부 320 : 제3압탕구 타측부
330 : 제1압탕구 타측부 340 : 주입구 타측부
345 : 스프루 타측부 350 : 제2압탕구 타측부
400 : 발열 슬리브 450 : 주입구 주입컵
500 : 트윈 스크롤 금형 550 : 주 게이트 중자
600 : 보조 게이트 중자 700 : 배기 런너 중자
800 : 트윈 스크롤부 중자 850 : 바이패스부 중자

Claims (8)

  1. 하측에 트윈 스크롤부를 갖는 터빈 하우징 캐비티 일측부가 형성되어 있고, 상기 트윈 스크롤부의 상측에 제1압탕구 일측부가 형성되어 있으며, 상기 트윈 스크롤부의 일측에 상기 트윈 스크롤부로 용탕을 주입하기 위한 주입구 및 스프루의 일측부가 각각 형성되어 있으며, 상기 트윈 스크롤부의 타측에 제2압탕구 일측부가 형성되어 있는 제1금형;
    상기 제1금형과 합형되어, 상기 터빈 하우징 캐비티 일측부와 맞물려 터빈 하우징 캐비티를 형성하도록 하측에 터빈 하우징 캐비티 타측부가 형성되어 있고, 상기 터빈 하우징 캐비티 타측부와 연결되는 배기 매니폴드 캐비티 일측부가 상측에 형성되어 있으며, 상기 배기 매니폴드 캐비티 일측부의 상측에는 제3압탕구 일측부가 형성되어 있는 제2금형;
    상기 제1금형과 제2금형 사이의 상측에 배치되어, 상기 제2금형의 상기 배기 매니폴드 캐비티 일측부와 맞물려 배기 매니폴드 캐비티를 형성하도록 일측면에 배기 매니폴드 캐비티 타측부가 형성되어 있고, 상기 배기 매니폴드 캐비티 타측부의 상측에는 제3압탕구 일측부와 맞물려 제3압탕구를 형성하도록 제3압탕구 타측부가 형성되어 있으며, 상기 제1금형의 제1압탕구 일측부와 맞물려 제1압탕구를 형성하도록 제1압탕구 타측부가 타측면에 형성되어 있고, 상기 제1금형의 주입구 및 스프루의 일측부와 맞물려 주입구 및 스프루를 형성하도록 주입구 및 스프루의 타측부가 각각 타측면에 형성되어 있으며, 상기 제1금형의 제2압탕구 일측부와 맞물려 제2압탕구를 형성하도록 제2압탕구 타측부가 타측면에 형성되어 있는 배기 런너 금형;을 포함하며,
    상기 제1압탕구 내에는 상기 트윈 스크롤부의 수축을 방지하도록 발열 슬리브가 마련되어 있고,
    상기 발열 슬리브의 상면은 폐쇄되어 있으며, 상기 발열 슬리브의 상면에는 가스 빼기홀이 형성된 것을 특징으로 하는 중력 주조용 금형.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발열 슬리브는,
    하면이 개방되어 있고, 하방으로 갈수록 양측면 사이의 간격이 벌어지도록 형성된 원통 형상인 것을 특징으로 하는 중력 주조용 금형.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1금형의 제1압탕구 일측부와, 상기 배기 런너 금형의 제1압탕구 타측부의 상측에는,
    상기 발열 슬리브에 형성된 가스 빼기홀과 연통하며 상부가 개방되어 가스가 배출되도록 하는 가스 빼기부가 형성된 것을 특징으로 하는 중력 주조용 금형.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 발열 슬리브의 상면 내측에는 하방으로 갈수록 단면적이 줄어들도록 형성된 가이드돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 중력 주조용 금형.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주입구 내에는 주입되는 용탕의 온도를 유지할 수 있도록 주입구 주입컵가 마련되는 것을 특징으로 하는 중력 주조용 금형.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1압탕구의 직경은,
    상기 주입구 최하단의 직경에 비해 1.15배 내지 2.5배 범위에서 설정되는 것을 특징으로 하는 중력 주조용 금형.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1금형에는,
    상기 스프루의 일측부와 상기 제1압탕구 일측부를 연결하는 제1게이트 일측부가 형성되어 있고,
    상기 배기 런너 금형에는,
    상기 스프루의 타측부와 상기 제1압탕구 타측부를 연결하여, 상기 제1게이트 일측부와 맞물려 제1게이트를 형성하는 제1게이트 타측부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 중력 주조용 금형.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1금형과 상기 제2금형 사이의 하측에 배치되어, 상기 터빈 하우징의 캐비티의 하부를 형성하는 트윈 스크롤 금형;
    상기 제1금형의 상기 스프루 일측부와, 배기 런너 금형의 상기 스프루 타측부의 하측에 배치되어, 상기 스프루와 상기 터빈 하우징 캐비티를 연결하며 다수의 제2게이트를 형성하는 주 게이트 중자;
    상기 제2금형과 상기 배기 런너 금형 사이에 배치되되, 상기 배기 매니폴드의 캐비티 내부에 설치되어 배기 매니폴드의 배기 런너부를 형성하는 배기 런너 중자;
    상기 제1금형과 상기 제2금형 사이에 배치되되, 상기 터빈 하우징의 캐비티 내부에 설치되어, 상기 터빈 하우징의 내부 공간부로 이루어지는 트윈 스크롤부와 바이패스부를 각각 형성하는 트윈 스크롤부 중자 및 바이패스부 중자;
    상기 제1금형과 상기 제2금형 사이의 하측에 배치되되, 상기 바이패스부 중자의 일측에 배치되어, 상기 제2압탕구와 상기 바이패스부 중자를 연결하며 다수의 제3게이트를 형성하는 보조 게이트 중자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중력 주조용 금형.
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