KR101460572B1 - 마그네슘 합금용 저압주조기의 중간 스토크 및 이를 포함하는 저압주조기 - Google Patents

마그네슘 합금용 저압주조기의 중간 스토크 및 이를 포함하는 저압주조기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네슘 합금용 저압주조기의 중간 스토크 및 이를 포함하는 저압주조기에 관한 것이다. 본 발명은 상부에 설치된 금형의 주입구와 연결되어 마그네슘 합금 용탕이 주입되는 마그네슘 합금용 저압주조기의 중간 스토크에 있어서, 중간 스토크 몸체; 상기 중간 스토크 몸체의 상부에 구비되고, 중앙을 관통하는 주입공간이 형성되는 금형 연결부; 상기 금형 연결부의 내측에 삽입되어 결합되는 슬리브; 및 상기 슬리브의 상부에 안착되어 결합되어, 상기 금형과 체결되는 부싱을 포함한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 중간 스토크 내의 세라믹 슬리브 설치로 인하여 열손실에 의한 중간 스토크 내 마그네슘 합금 용탕의 응고에 의한 막힘 현상이 발생하지 않고, 중간 스토크 내 세라믹 슬리브 상부의 주철재 부싱 설치에 따라 금형 체결시 마다 파손되는 것을 방지하여 생산성 향상을 기할 수 있다. 또한 스토크 내부에 보호가스 주입장치에 의한 스토크 내부 마그네슘 합금 용탕의 산화방지 및 산화물 형성에 의한 스토크 막힘 현상을 제거할 수 있다.

Description

마그네슘 합금용 저압주조기의 중간 스토크 및 이를 포함하는 저압주조기{Stalk of Low Pressure Die Casting Machine for Magnesium Alloy and of Low Pressure Die Casting Machine having the same}
본 발명은 마그네슘 합금용 저압주조기의 중간 스토크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그네슘 합금용 저압주조기의 스토크(용탕주입관) 내부에 생성, 스토크 내부표면에 소착되는 마그네슘 산화물의 소착을 방지하고 중간 스토크 내 마그네슘 합금 용탕의 응고에 의한 막힘 현상을 방지할 수 있는 마그네슘 합금용 저압주조기의 중간 스토크 및 이를 포함하는 저압주조기에 관한 것이다.
저압주조는 주조기 하부에 설치된 용해로 내에 공기(dry air) 또는 질소가스 등의 불활성 가스류로 가압하여 용해로와 상부에 안착된 금형으로 연결된 용탕주입관(스토크, stalk)을 통하여 용융금속(용탕)이 금형 내로 주입되는 주조법이다. 일반적으로 이러한 저압주조공법은 자동차용 알루미늄 로드휠 주조에 널리 적용되고 있다.
최근 국내외에서는 자동차 경량화를 통한 연비향상을 목표로 자동차용 알루미늄 휠을 마그네슘으로 제조하고자 하는 연구가 많이 진행되고 있으며, 일부에서는 마그네슘 휠이 생산되고 있다. 특히, 구조용 재료 중 가장 가벼운 마그네슘 합금으로 저압주조공법을 적용한 경량부품 개발이 국내외적으로 적극 추진되고 있다. 알루미늄 부품을 대체한 마그네슘 부품은 그 중량이 2/3으로 경량화 효과가 약 20~30% 정도 이룰 수 있다.
이러한 마그네슘 합금 주조에 있어서 어려움을 겪고 있는 것은 마그네슘 합금 용탕은 산화성이 극히 심하여 대기중의 공기와 접촉할 경우 산화에 의한 발화, 화재 등의 위험성이 항상 존재하고 있어, 이러한 산화성을 방지하기 위해 용해로 내에 육불화황(SF6) 가스 등의 산화방지용 보호가스를 투입하여 주조하게 된다.
그러나, 스토크(stalk) 내에 충진되어 있는 용탕의 경우는 용탕 표면의 산화를 방지하기 어려워 표면 산화에 따른 스토크 내부 산화물 생성 및 이에 의한 막힘 현상으로 주조하기가 어려운 현실이다. 실제 주조에서는 스토크 상부에 형성된 마그네슘 산화물을 정이나 기구를 사용하여 제거한 후에 산화가 계속 발생하기 전에 곧바로 주조를 하게 된다. 따라서, 용해로 내의 마그네슘 합금 용탕의 산화방지뿐만 아니라 스토크 내부에 충진되어 있는 마그네슘 합금 용탕의 산화를 방지하는 기술이 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마그네슘 합금 주조시 스토크(stalk) 내에 충진되어 있는 용탕 표면의 산화를 방지하고 마그네슘 합금 용탕의 응고에 의한 막힘 현상을 방지할 수 있는 마그네슘 합금용 저압주조기의 중간 스토크 및 이를 포함하는 저압주조기를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 상부에 설치된 금형의 주입구와 연결된 마그네슘 합금용 저압주조기의 중간 스토크(마그네슘 합금 용탕이 주입되는 통로)에 있어서, 중앙을 관통하는 주입공간이 형성되어 있는 중간 스토크 몸체; 상기 중간 스토크 몸체의 내측에 삽입되어 결합되는 슬리브; 및 상기 슬리브의 상부에 안착 및 결합되어, 상기 금형과 체결되는 부싱을 포함할 수 있다.
상기 슬리브의 외면은 하부로 갈수록 폭이 감소하도록 테이퍼지게 형성될 수 있다.
상기 슬리브가 삽입된 상태에서 상기 금형 연결부의 내벽에는 세라믹 본딩재가 발라져 상기 슬리브를 고정시킬 수 있다.
상기 슬리브와 부싱 사이에는 가스켓이 개재될 수 있다.
상기 가스켓은 세라믹 소재로 만들어질 수 있다.
상기 중간 스토크 몸체의 내부에는 열선 히터가 실장되어 가열하여 상기 마그네슘 합금 용탕의 응고에 의한 막힘 현상을 방지할 수 있다.
상기 중간 스토크 몸체의 외측에는 보온을 위한 단열재가 설치될 수 있다.
상기 단열재는 세라믹 소재로 만들어질 수 있다.
상기 슬리브는 세라믹 소재로 만들어지고 상기 부싱은 주철재로 만들어질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 마그네슘 합금을 용해하는 용해로; 상기 용해로 내에 설치되어 마그네슘 합금 용탕이 주입되는 메인 스토크; 상기 메인 스토크와 금형 주입구를 연결하는 중간 스토크; 상기 중간 스토크의 상부에 설치되는 금형; 및 상기 중간 스토크를 통해 상기 메인 스토크 내부의 마그네슘 합금 용탕 상부로 보호가스를 주입하는 보호가스 주입장치를 포함할 수 있다.
상기 보호가스 주입장치는, 육불화황(SF6) 가스를 포함하는 보호가스 탱크; 상기 보호가스의 압력을 조절하기 위한 보호가스 압력조절기; 및 상기 보호가스의 주입을 on/off하기 위한 보호가스 주입스위치를 포함할 수 있다.
상기 중간 스토크 내의 마그네슘 합금 용탕에 의한 표면 산화를 방지하기 위해 상기 보호가스의 열림 및 닫힘을 제어하기 위한 보호가스 주입 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 보호가스 주입 제어부는 상기 용해로 내의 공기 및 질소 가압 초기에 상기 마그네슘 합금 용탕이 상승하기 시작할 때 자동적으로 보호가스의 주입을 정지(닫힘)시키며, 상기 마그네슘 합금 용탕이 금형 내에 완전히 충진되고 상기 중간 스토크 내의 잔류용탕이 가압해제에 따라 하강할 경우 보호가스를 주입(열림)하도록 제어할 수 있다.
상기 중간 스토크 몸체의 중앙에는 상기 보호가스가 주입되기 위한 보호가스 주입관이 관통하여 설치될 수 있다.
본 발명에 의하면, 중간 스토크 내의 세라믹 슬리브 설치로 인하여 열손실에 의한 중간 스토크 내부 마그네슘 합금 용탕 응고에 의한 막힘 현상이 발생하지 않고, 중간 스토크 내 세라믹 슬리브 상부의 주철재 부싱 설치에 따라 금형 체결시 마다 충격 및 마모 등에 의해 파손되는 현상을 방지하여 생산성 향상을 기할 수 있다.
또한, 중간 스토크에 설치된 보호가스 주입장치 설치에 따라 스토크 내부 마그네슘 합금 용탕의 산화물 발생 및 이에 의한 스토크 막힘 현상을 방지할 수 있으며, 수시로 용탕 상부의 산화물을 수작업에 의해 물리적으로 제거할 필요가 없게 되어 작업효율과 용탕 청정도 확보에 따른 건전한 마그네슘 합금 주조품을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금용 저압주조기를 보인 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금용 저압주조기의 중간 스토크를 보인 단면도.
도 3은 도 2의 'A' 부분의 상세도.
이하에서는 본 발명에 의한 마그네슘 합금용 저압주조기의 중간 스토크 및 이를 포함하는 저압주조기의 일 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금용 저압주조기를 보인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금용 저압주조기의 중간 스토크를 보인 단면도이며, 도 3은 도 2의 'A' 부분의 상세도이다.
이에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 마그네슘 합금용 저압주조기는 하부에 마그네슘 합금을 용해하는 용해로(1); 상기 용해로(1) 내에 설치되고 마그네슘 합금(3)을 용융하는 용기인 도가니(2); 상기 도가니(2)에 마그네슘 합금 용탕(3)을 1차 주입하는 메인 스토크(5)를 포함한다. 그리고, 용해로(1)의 외측에는 금형을 지지하는 지지대(6)가 직립되어 설치된다.
또한, 메인 스토크(5)와 금형 주입구 2곳을 연결하는 중간 스토크(10)가 설치된다. 마그네슘 합금 용탕(3)은 알루미늄에 비하여 응고속도가 빨라 주입속도가 느릴 경우, 제품형상이 제대로 성형되지 않고, 또한 제품 내부의 많은 수축불량을 갖게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 주입구를 제품(40) 측면에 2개를 설치하여 마그네슘 합금 용탕(3)의 빠른 주입이 이루어지게 한다. 이러한 측면 주입구 2개를 만들기 위하여 메인 스토크(5) 상부에 금형의 주입구 2개를 연결해주는 중간 스토크(10)를 설치한 것이다.
중간 스토크(10)는 용해로(1) 외부 상부 및 금형 하부에 설치되므로 공기 중에 노출되어 있어 용탕 온도가 떨어지지 않게 하기 위하여 보온을 하는 것이 필수적이다. 중간 스토크(10)의 상세한 구성에 대해서는 도 2 및 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
중간 스토크 몸체(11)는 대략 좌우로 긴 직육면체 형상을 가진다. 중간 스토크 몸체(11)의 내측에는 열선 히터(12)가 실장된다. 열선 히터(12)는 중간 스토크(10)를 소정의 온도로 가열하여 온도 하강에 따른 중간 스토크(10) 내부의 마그네슘 합금 용탕(3)이 응고되어 막히는 현상이 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다. 열선 히터(12)는 코일형으로 형성되고, 중간 스토크 몸체(11)의 상부와 하부에 각각 실장될 수 있다.
그리고, 중간 스토크 몸체(11)의 외부에는 양철판 소재의 케이스(14)가 결합될 수 있고, 중간 스토크(10)의 보온을 위한 세라믹 소재의 단열재(16)가 더 결합될 수 있다. 또한, 중간 스토크 몸체(11)의 중앙에는 보호가스 주입관(18)이 관통하여 설치된다.
한편, 2개의 금형 주입구와 연결하기 위해 중간 스토크 몸체(11)의 상부에는 각각 금형 연결부(20)가 상방으로 연장되어 형성된다. 금형 연결부(20)는 중앙을 관통하는 주입공간(21)이 형성되며, 주입공간(21)을 통해 금형 주입구와 연통된다.
도 3을 참조하면, 금형 연결부(20)의 내측, 즉, 주입공간(21)의 가장자리에 대응되는 내벽에는 슬리브(22)가 삽입되어 결합된다. 슬리브(22)는 세라믹 소재로 만들어진다. 본 실시예에서 부싱(24)은 슬리브(22)의 파손을 방지하는 역할을 한다. 구체적으로 설명하면, 종래에는 슬리브(22)가 일체형으로 되어 금형 하부와 직접적으로 결합되는데, 1톤 이상의 무게의 금형과 결합 시 충격에 약한 슬리브(22)에 파손이 발생할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 슬리브(22)의 상부를 잘라내고 그 위에 부싱(24)이 안착되게 하여 슬리브(22)의 직접적인 파손을 방지하고 중간 스토크(10)의 내구성을 향상시킨 것이다. 부싱(24)은 금형으로부터의 충격을 최소화하기 위해 주철재로 만들어지는 것이 바람직하다.
한편, 슬리브(22)와 부싱(24)은 중공의 원통 형상이며, 양자의 사이에는 세라믹 섬유 소재의 가스켓(23)이 개재될 수 있다. 가스켓(23)은 부싱(24)과 금형 하부 사이에 마그네슘 합금 용탕(3) 충진시 누수를 방지하는 역할을 한다. 슬리브(22)는 금형 주입구의 내부에 열손실을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 본 실시예에서 슬리브(22)는 금형 연결부(20)에 원활하게 삽입하기 위해 외면이 테이퍼지게 형성될 수 있다. 즉, 슬리브(22)의 외면은 하부로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되어 금형 연결부(20)에 쉽게 삽입될 수 있다. 또한, 슬리브(22)가 삽입된 상태에서 결합을 견고하게 하기 위해 금형 연결부(20)의 내벽에 세라믹 본딩재를 발라 상온에서 건조시켜 완전하게 고정되도록 할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 금형은 하금형(30), 횡형 금형(31) 및 상금형(32)으로 이루어진다. 그리고, 횡형 금형(31)의 측면에는 횡형 금형(31)의 슬라이딩을 위한 실린더(34)가 설치된다. 상기 금형이 형성하는 공간에 의해 제품(40)이 만들어진다. 참고로, 도면부호 42는 상부 유압실린더이다.
다음으로, 보호가스를 메인 스토크(5) 내 마그네슘 합금 용탕(3) 상부로 주입하기 위한 보호가스 주입장치가 구비된다. 보호가스 주입장치는 육불화황(SF6) 가스를 포함하는 보호가스 탱크(50), 보호가스의 압력을 조절하기 위한 보호가스 압력조절기(52), 보호가스 주입파이프(54) 및 보호가스의 주입을 온오프(on/off)하기 위한 보호가스 주입스위치(56)를 포함한다. 보호가스 주입파이프(54)는 저압주조기의 외부에서 중간 스토크(10)의 상부로 연장되어 중간 스토크(10)를 통해 마그네슘 합금 용탕(3)으로 보호가스를 주입하게 된다.
또한, 보호가스 주입장치는 스토크 내의 마그네슘 합금 용탕(3)의 표면 산화를 방지하기 위해 보호가스의 열림 및 닫힘을 제어하기 위한 보호가스 주입 제어부(58)를 더 포함할 수 있다. 보호가스 주입 제어부(58)는 용해로(1) 내의 공기 및 질소 가압 초기에 마그네슘 합금 용탕(3)이 상승하기 시작할 때 자동적으로 보호가스의 주입이 정지(닫힘)시키며, 마그네슘 합금 용탕(3)이 금형 내에 완전히 충진되고 중간 스토크(10) 내의 잔류용탕이 가압해제에 따라 하강할 경우 다시 보호가스를 주입(열림)하도록 제어한다. 따라서, 마그네슘 합금 용탕(3)의 산화 및 산화물에 의한 스토크 내부 막힘 현상을 방지할 수 있으며 마그네슘 합금 용탕(3)의 산화물을 수작업에 의해 물리적으로 제거할 필요가 없게 된다.
참고로, 도면부호 60은 질소가스 탱크, 62는 질소가스 압력조절기, 64는 질소가스 가압조절기, 66은 가압조절 제어 PLC, 70은 육불화황(SF6) 가스 탱크이다. 이는 이미 공지된 내용이므로 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
1 : 용해로 2 : 도가니
3 : 마그네슘 합금 용탕 5 : 메인 스토크
6 : 지지대 10 : 중간 스토크
12 : 열선 히터 14 : 케이스
16 : 단열재 18 : 보호가스 주입관
20 : 금형 연결부 22 : 슬리브
23 : 가스켓 24 : 부싱
30 : 하금형 31 : 횡형 금형
32 : 상금형 34 : 실린더
40 : 제품 42 : 상부 유압실린더
50 : 보호가스 탱크 52 : 보호가스 압력조절기
54 : 보호가스 주입파이프 56 : 보호가스 주입스위치
58 : 보호가스 주입 제어부 60 : 질소가스 탱크
62 : 질소가스 압력조절기 64 : 질소가스 가압조절기
66 : 가압조절 제어 PLC 70 : 육불화황(SF6) 가스 탱크

Claims (14)

  1. 상부에 설치된 금형의 주입구와 연결되어 마그네슘 합금 용탕이 주입되는 마그네슘 합금용 저압주조기의 중간 스토크에 있어서,
    중간 스토크 몸체;
    중간 스토크 몸체의 상부에 구비되고, 중앙을 관통하는 주입공간이 형성되는 금형 연결부;
    금형 연결부의 내측에 삽입되어 결합되고, 외면이 하부로 갈수록 폭이 감소하도록 테이퍼지게 형성되며, 세라믹 소재로 만들어지고, 중공의 원통 형상을 갖는 슬리브;
    슬리브의 상부에 안착 및 결합되어 금형과 체결되고, 주철재로 만들어지며, 중공의 원통 형상을 갖는 부싱;
    슬리브와 부싱의 사이에 개재되고, 세라믹 섬유 소재로 만들어지는 가스켓;
    중간 스토크 몸체의 내부에서 상부와 하부에 각각 실장되고, 코일형으로 형성되며, 가열을 통해 마그네슘 합금 용탕의 응고에 의한 막힘 현상을 방지하는 열선 히터;
    중간 스토크 몸체의 외측에 설치되고, 보온을 위해 세라믹 소재로 만들어지는 단열재; 및
    중간 스토크 몸체의 중앙에 관통하여 설치되고, 보호가스가 주입되기 위한 보호가스 주입관을 포함하며,
    슬리브가 삽입된 상태에서 금형 연결부의 내벽에는 세라믹 본딩재가 발라져 슬리브를 고정시키는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금용 저압주조기의 중간 스토크.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 마그네슘 합금을 용해하는 용해로;
    용해로 내에 설치되고, 마그네슘 합금 용탕이 주입되는 메인 스토크;
    메인 스토크와 금형 주입구를 연결하는 제1항에 따른 중간 스토크;
    중간 스토크의 상부에 설치되는 금형; 및
    중간 스토크를 통해 메인 스토크 내의 마그네슘 합금 용탕 상부로 보호가스를 주입하는 보호가스 주입장치를 포함하는 마그네슘 합금용 저압주조기.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 보호가스 주입장치는,
    육불화황(SF6) 가스를 포함하는 보호가스 탱크;
    상기 보호가스의 압력을 조절하기 위한 보호가스 압력조절기; 및
    상기 보호가스의 주입을 온오프(on/off)하기 위한 보호가스 주입스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금용 저압주조기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 중간 스토크 내의 마그네슘 합금 용탕에 의한 표면 산화를 방지하기 위해 상기 보호가스의 열림 및 닫힘을 제어하기 위한 보호가스 주입 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금용 저압주조기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 보호가스 주입 제어부는 상기 용해로 내의 공기 및 질소 가압 초기에 상기 마그네슘 합금 용탕이 상승하기 시작할 때 자동적으로 보호가스의 주입을 정지(닫힘)시키며, 상기 마그네슘 합금 용탕이 금형 내에 완전히 충진되고 상기 중간 스토크 내의 잔류용탕이 가압해제에 따라 하강할 경우 보호가스를 주입(열림)하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금용 저압주조기.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 중간 스토크 몸체의 중앙에는 상기 보호가스가 주입되기 위한 보호가스 주입관이 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금용 저압주조기.
KR1020130002825A 2013-01-10 2013-01-10 마그네슘 합금용 저압주조기의 중간 스토크 및 이를 포함하는 저압주조기 KR101460572B1 (ko)

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