KR101471887B1 - 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 주조용 금형틀에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 용융된 알루미늄이 주입되는 용탕 주입구; 결합 및 분리되는 상부 주형과 하부 주형으로 구성되고 내부에는 복수 개의 캐비티를 형성하는 주형부; 상기 용융된 알루미늄이 상기 각각의 캐비티에 유입되도록 가이드 하는 가이드부; 상기 복수 개의 캐비티 또는 가이드부의 상하 또는 좌우에 복수 개의 봉 형태로 구비되는 히터; 및 상기 알루미늄 주조용 금형틀의 온도를 감지하여 미리 정해진 온도가 유지되도록 상기 히터를 각각 제어하는 히터 제어 모듈을 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀에 따르면, 복수 개의 캐비티를 형성하는 주형부, 용융된 알루미늄이 각각의 캐비티에 유입되도록 하는 가이드부, 캐비티 및 가이드부의 상하 또는 좌우에 봉 형태로 구비되는 히터, 및 히터 제어 모듈을 포함하되, 상기 용탕 주입구로부터 가장 멀리 떨어져 위치한 캐비티의 하부에 온도 센서를 더 포함시켜, 온도 센서가 감지한 온도 정보를 이용하여 미리 정해진 비율로 복수의 봉 형태 히터의 온도를 제어하도록 함으로써, 한 번의 알루미늄 용탕 주입으로 복수 개의 제품을 성형하여 생산성을 높이면서도 세밀한 온도 제어로 균일한 제품을 생산이 가능하다. 즉, 용탕 주입구로부터 거리가 멀어질수록 온도가 낮아지는 특성을 고려하여, 용탕 주입구로부터의 거리에 따라 미리 정해진 비율로 봉 형태의 히터를 각각 제어하도록 하는 것이다. 따라서 히터 제어 모듈의 구성을 간단하게 하면서도 세밀한 온도 제어가 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 주형부의 캐비티가, 용탕 주입구로부터 거리가 멀어짐에 따라 중력방향으로 낮게 위치하는 구성을 채택함으로써, 용탕 주입구로부터 멀리 떨어진 캐비티에도 원활하게 용융된 알루미늄이 주입될 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 봉 형태의 히터 내부를 냉각수가 흐를 수 있도록 통공된 형태로 구성함으로써, 알루미늄의 주입이 완료된 후에 빠르게 응고시킬 수 있다.

Description

봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀{ALUMINIUM CASTING MOLD DIE HAVING BAR TYPE HEATER}

본 발명은 알루미늄 주조용 금형틀에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀에 관한 것이다.

제품 형상에 대응하는 치수의 공간(캐비티)을 갖는 각종 주형에 용융 금속을 주입한 후, 응고시켜 목적에 맞는 주물로 성형하는 것을 주조라고 한다. 철, 알루미늄 같은 금속은 금형틀을 주형으로 하여 제품을 성형한다. 특히, 알루미늄은 은백색의 가볍고 무른 금속으로써, 이러한 특성을 이용해 항공기, 선박, 차량의 주요 재료로 사용될 뿐만 아니라, 송전선, 식기류, 건축 재료 등의 용도로 사용하기도 한다. 알루미늄 주조는, 용융된 알루미늄을 금형틀에 주입하고, 응고시킨 후에 금형틀을 분리하여 내부에 응고된 제품을 얻는 방법에 따르게 된다. 따라서 알루미늄이 금형틀에 모두 주입되기까지는 용융 상태가 유지되도록 온도를 유지하는 것이 매우 중요하다. 캐비티 내부가 용융된 알루미늄으로 모두 채워지기 전에 온도가 떨어져 일부가 응고되면 원하는 성형 제품을 얻지 못하게 될 수 있기 때문이다.

일반적으로, 알루미늄 주조용 금형틀은, 알루미늄이 주입되는 주입구와 캐비티를 형성하는 주형부를 포함하여 구성되는데, 종래의 알루미늄 주조용 금형틀은, 용융된 알루미늄이 주형부에 주입되면서 열을 빼앗기게 되므로, 주조물의 크기, 모양 및 캐비티의 개수(한 번의 주입으로 도출되는 제품의 수)에 한계가 있었다. 또한, 캐비티가 안정적으로 채워지는 시점까지 일정 온도를 유지하지 못하여 제품 불량률이 높다는 문제도 있었다. 이에 주형부에 히터를 추가로 설치하여 주형부의 온도를 높여줌으로써, 알루미늄의 용융 상태를 유지시키는 방법이 개발되었다. 그러나 히터를 추가한 알루미늄 주조용 금형틀도, 주형부 전체의 온도를 높이는 정도에 그치는 것으로서, 주형부가 다수의 캐비티를 포함하는 경우에 용융된 알루미늄이 주입되는 부분과의 거리에 따른 세밀한 온도 제어는 어려운 실정이다.

본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 복수 개의 캐비티를 형성하는 주형부, 용융된 알루미늄이 각각의 캐비티에 유입되도록 하는 가이드부, 캐비티 및 가이드부의 상하 또는 좌우에 봉 형태로 구비되는 히터, 및 히터 제어 모듈을 포함하되, 상기 용탕 주입구로부터 가장 멀리 떨어져 위치한 캐비티의 하부에 온도 센서를 더 포함시켜, 온도 센서가 감지한 온도 정보를 이용하여 미리 정해진 비율로 복수의 봉 형태 히터의 온도를 제어하도록 함으로써, 한 번의 알루미늄 용탕 주입으로 복수 개의 제품을 성형하여 생산성을 높이면서도 세밀한 온도 제어로 균일한 제품을 생산이 가능한, 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 주형부의 캐비티가, 용탕 주입구로부터 거리가 멀어짐에 따라 중력방향으로 낮게 위치하는 구성을 채택함으로써, 용탕 주입구로부터 멀리 떨어진 캐비티에도 원활하게 용융된 알루미늄이 주입될 수 있는, 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

뿐만 아니라, 본 발명은, 봉 형태의 히터 내부를 냉각수가 흐를 수 있도록 통공된 형태로 구성함으로써, 알루미늄의 주입이 완료된 후에 빠르게 응고시킬 수 있는, 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀은,

용융된 알루미늄이 주입되는 용탕 주입구;

결합 및 분리되는 상부 주형과 하부 주형으로 구성되고 내부에는 복수 개의 캐비티를 형성하는 주형부;

상기 용융된 알루미늄이 상기 각각의 캐비티에 유입되도록 가이드 하는 가이드부;

상기 복수 개의 캐비티 또는 가이드부의 상하 또는 좌우에 복수 개의 봉 형태로 구비되는 히터; 및

상기 알루미늄 주조용 금형틀의 온도를 감지하여 미리 정해진 온도가 유지되도록 상기 히터를 각각 제어하는 히터 제어 모듈을 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 주형부의 캐비티는,

3 내지 8개일 수 있다.

바람직하게는, 상기 복수 개의 캐비티는,

상기 용탕 주입구로부터의 거리가 멀어짐에 따라 중력방향으로 낮게 위치할 수 있다.

바람직하게는, 상기 미리 정해진 온도는,

280℃ 내지 320℃일 수 있다.

바람직하게는, 상기 히터 제어 모듈은,

온도 센서를 더 포함하고, 상기 온도 센서가 감지한 온도 정보를 이용하여 상기 알루미늄 주조용 금형틀의 온도를 제어할 수 있다.

더욱 바람직하게는,

상기 온도 센서는, 상기 용탕 주입구로부터 가장 멀리 떨어져 위치한 캐비티의 하부에 위치하고,

상기 히터 제어 모듈은, 상기 온도 센서가 감지한 온도 정보를 이용하여 상기 복수의 봉 형태 히터를 각각 제어하되, 용탕 주입구로부터의 거리에 따라 미리 정해진 비율로 제어할 수 있다.

바람직하게는, 상기 봉 형태의 히터는,

내부에 냉각수가 흐를 수 있도록 통공된 형태일 수 있다.

본 발명에서 제안하고 있는 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀에 따르면, 복수 개의 캐비티를 형성하는 주형부, 용융된 알루미늄이 각각의 캐비티에 유입되도록 하는 가이드부, 캐비티 및 가이드부의 상하 또는 좌우에 봉 형태로 구비되는 히터, 및 히터 제어 모듈을 포함하되, 상기 용탕 주입구로부터 가장 멀리 떨어져 위치한 캐비티의 하부에 온도 센서를 더 포함시켜, 온도 센서가 감지한 온도 정보를 이용하여 미리 정해진 비율로 복수의 봉 형태 히터의 온도를 제어하도록 함으로써, 한 번의 알루미늄 용탕 주입으로 복수 개의 제품을 성형하여 생산성을 높이면서도 세밀한 온도 제어로 균일한 제품을 생산이 가능하다. 즉, 용탕 주입구로부터 거리가 멀어질수록 온도가 낮아지는 특성을 고려하여, 용탕 주입구로부터의 거리에 따라 미리 정해진 비율로 봉 형태의 히터를 각각 제어하도록 하는 것이다. 따라서 히터 제어 모듈의 구성을 간단하게 하면서도 세밀한 온도 제어가 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 주형부의 캐비티가, 용탕 주입구로부터 거리가 멀어짐에 따라 중력방향으로 낮게 위치하는 구성을 채택함으로써, 용탕 주입구로부터 멀리 떨어진 캐비티에도 원활하게 용융된 알루미늄이 주입될 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은, 봉 형태의 히터 내부를 냉각수가 흐를 수 있도록 통공된 형태로 구성함으로써, 알루미늄의 주입이 완료된 후에 빠르게 응고시킬 수 있다.

도 1은 알루미늄 주조용 금형틀의 기본 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀의 구성을 도식화한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀의 단면을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀의 상부 금형과 하부 금형 및 봉 형태의 히터를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀의 구성을 도시한 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1은 알루미늄 주조용 금형틀의 기본 구조를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 알루미늄 주조용 금형틀은, 하나의 주입구에 용융된 알루미늄이 주입되면, 주입로를 따라 캐비티에 유입되어 캐비티가 채워지게 된다. 용융된 알루미늄은 외부 온도보다 매우 높아(약 660℃) 주입 시부터 주변에 온도를 빼앗기게 되므로, 주입구로부터 멀어질수록 용융된 알루미늄의 온도가 낮아진다고 볼 수 있다. 따라서 하나의 주입구와 연결된 캐비티가 많아지면, 주입구로부터 멀리 떨어진 캐비티에는 용융된 알루미늄이 원활하게 주입되지 않을 수 있고, 주입로 부근에서 응고되어 원하는 제품을 생산하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀의 구성을 도식화한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀은, 용탕 주입구(100), 주형부(200), 가이드부(300), 히터(400) 및 히터 제어 모듈(500)을 포함하여 구성될 수 있다.

용탕 주입구(100)는, 용융된 알루미늄이 주입되는 입구로서, 주형부(200)와는 가이드부(300)를 통해 연결될 수 있다. 용탕 주입구(100), 주형부(200) 및 가이드부(300)는, 높은 온도의 용융된 알루미늄과 직접 접촉하므로, 열에 강한 재질로 구성하는 것이 바람직하다.

주형부(200)는, 결합 및 분리되는 상부 주형(210)과 하부 주형(220)으로 구성되고, 내부에는 복수 개의 캐비티(230)를 형성할 수 있다. 캐비티(230)는 성형하고자 하는 제품의 형태와 대응되는 것으로서, 실시예에 따라서는 3 내지 8개의 캐비티(230)가 하나의 용탕 주입구(100)와 연결되도록 구성함으로써, 한 번의 주입으로 3 내지 8개의 제품을 생산할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에 따른 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀에서, 복수 개의 캐비티(230)는, 용탕 주입구(100)로부터의 거리가 멀어짐에 따라 중력방향으로 낮게 위치하도록 구성할 수도 있다. 캐비티(230)의 개수가 많아질수록, 용탕 주입구(100)와 캐비티(230)와의 거리가 각각의 캐비티(230)마다 달라지고, 용탕 주입구(100)로부터 멀리 떨어진 캐비티(230)에는 용융된 알루미늄이 원활하게 유입되지 않을 수 있다. 따라서 용탕 주입구(100)로부터 멀리 떨어진 캐비티(230)는 중력방향으로 낮게 위치시킴으로써, 용융된 알루미늄이 중력을 받아 더욱 원활하게 흘러들어갈 수 있도록 구성할 수 있다.

가이드부(300)는, 용융된 알루미늄이 각각의 캐비티(230)에 유입되도록 가이드 하는 역할을 할 있다. 실시예에 따라서는, 중력방향으로 용융된 알루미늄이 원활하게 유입될 수 있도록 경사각을 가지고 형성될 수 있으며, 용탕 주입구(100)에서 멀리 떨어진 캐비티(230)에 연결되는 가이드부(300)는 더욱 높은 경사각을 가지고 형성되도록 구성할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀의 단면을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀에서 히터(400)는, 복수 개의 캐비티(230) 또는 가이드부(300)의 상하 또는 좌우에 복수 개의 봉 형태로 구비될 수 있다. 용융된 알루미늄이 흐르는 통로인 가이드부(300)와 인접하게 봉 형태의 히터(400)를 위치시킴으로써, 용탕 주입구(100)로부터 멀리 떨어진 캐비티(230)에 도달할 때까지 용융 상태를 유지시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 봉 형태의 히터(400)는, 내부에 냉각수가 흐를 수 있도록 통공된 형태일 수 있는데, 이와 같은 구성을 채택함으로써, 알루미늄의 주입이 완료된 후에 빠르게 응고시킬 수 있다. 즉, 봉 형태의 히터(400)는 주형부(200)에 형성된 복수 개의 캐비티(230)에 용융된 알루미늄이 모두 채워지기 전에는 용융 상태가 유지될 수 있도록 설정된 온도를 유지하여 불량 발생을 줄이고, 주형부(200)에 형성된 복수 개의 캐비티(230)에 용융된 알루미늄이 모두 안정적으로 채워져 주입이 완료된 이후에는 빠르게 응고될 수 있도록 히터(400)의 통공된 내부로 냉각수를 흘려 냉각이 이루어지게 할 수 있다. 여기서, 봉 형태의 히터(400)의 통공된 양단은 냉각수가 흐를 수 있도록 하는 통상의 배관 연결구조로 구성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀의 상부 금형과 하부 금형 및 봉 형태의 히터를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 주형부(200)의 상부 주형(210)과 하부 주형(220) 각각에, 봉 형태의 히터(400)를 복수 개 내장하여 구성할 수 있다. 특히, 용탕 주입구(100)로부터 멀리 떨어진 캐비티(230)와 인접한 부분에는 보다 많은 수의 히터(400)를 구비하여 위치상 온도를 빼앗기기 쉬운 캐비티(230)의 온도도 높게 유지시킬 수 있다.

히터 제어 모듈(500)은, 알루미늄 주조용 금형틀의 온도를 감지하여 미리 정해진 온도가 유지되도록 복수 개의 히터(400)를 각각 제어할 수 있다. 바람직하게는, 미리 정해진 온도는 280℃ 내지 320℃일 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀의 구성을 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 히터 제어 모듈(500)은, 온도 센서(600)를 더 포함하여 구성될 수 있고, 온도 센서(600)가 감지한 온도 정보를 이용하여 알루미늄 주조용 금형틀의 온도를 제어할 수 있다.

또한 실시예에 따라서는, 온도 센서(600)는 용탕 주입구(100)로부터 가장 멀리 떨어져 위치한 캐비티(230)의 하부에 위치하고, 히터 제어 모듈(500)은, 온도 센서(600)가 감지한 온도 정보를 이용하여 복수의 봉 형태 히터를 각각 제어하되, 용탕 주입구(100)로부터의 거리에 따라 미리 정해진 비율로 제어할 수 있다. 캐비티(230)의 개수가 많아질수록 각각의 캐비티(230)가 위치한 부근의 온도 차이가 커지게 되므로, 봉 형태의 분리된 히터(400)들을 필요한 위치에 구비하여, 각각의 히터(400)를 개별적으로 제어하는 것이 필요하다. 그러나 복수 개의 히터(400)들을 모두 개별적으로 제어하는 데에는 많은 센서와 장비가 요구되어 오히려 경제성이 떨어질 수 있다. 따라서 본 발명에서는, 온도가 가장 많이 떨어질 수 있는 용탕 주입구(100)로부터 가장 멀리 떨어져 위치한 캐비티(230) 하부에만 온도 센서(600)를 구비하되, 캐비티(230)의 개수 및 위치와 용탕 주입구(100)로부터의 거리를 계산하여 미리 정해진 비율대로 나머지 히터(400)들이 자동으로 제어되도록 구현함으로써, 간단한 장치만으로 효율적인 히터(400)의 온도 제어가 가능할 수 있다.

이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 용탕 주입구 200: 주형부
210: 상부 주형 220: 하부 주형
230: 캐비티 300: 가이드부
400: 히터 500: 히터 제어 모듈
600: 온도 센서

Claims (7)

1. 알루미늄 주조용 금형틀에 관한 것으로서,
   용융된 알루미늄이 주입되는 용탕 주입구;
   결합 및 분리되는 상부 주형과 하부 주형으로 구성되고 내부에는 복수 개의 캐비티를 형성하는 주형부;
   상기 용융된 알루미늄이 상기 각각의 캐비티에 유입되도록 가이드 하되, 중력방향으로 용융된 알루미늄이 원활하게 유입될 수 있도록 경사각을 형성하는 가이드부;
   상기 복수 개의 캐비티 또는 가이드부의 상하 또는 좌우에 복수 개의 봉 형태로 구비되는 히터; 및
   상기 알루미늄 주조용 금형틀의 온도를 감지하여 미리 정해진 온도가 유지되도록 상기 히터를 각각 제어하는 히터 제어 모듈을 포함하되,
   상기 복수 개의 캐비티는,
   상기 용탕 주입구로부터의 거리가 멀어짐에 따라 중력방향으로 낮게 위치되어 용융된 알루미늄이 중력을 받아 원활하게 흘러들어가 채워질 수 있도록 구성하고,
   상기 봉 형태의 히터는,
   상기 복수 개의 캐비티에 용융된 알루미늄의 주입이 완료된 이후에 빠르게 응고될 수 있도록 상기 히터를 냉각시키기 위해 내부에 냉각수가 흐를 수 있도록 통공된 형태로 구성하며,
   상기 히터 제어 모듈은,
   상기 용탕 주입구로부터 가장 멀리 떨어져 위치한 캐비티의 하부에 위치하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 온도 센서가 감지한 온도 정보를 이용하여 상기 복수의 봉 형태 히터를 각각 제어하되, 상기 용탕 주입구로부터의 거리에 따라 미리 정해진 비율로 제어하여 상기 알루미늄 주조용 금형틀의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는, 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 주형부의 캐비티는,
   3 내지 8개인 것을 특징으로 하는, 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 미리 정해진 온도는,
   280℃ 내지 320℃인 것을 특징으로 하는, 봉 형태의 히터를 내장하는 중앙 집중식 알루미늄 주조용 금형틀.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

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