KR101592774B1

KR101592774B1 - 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드 및 이를 이용한 주조방법

Info

Publication number: KR101592774B1
Application number: KR1020140141016A
Authority: KR
Inventors: 하석
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2014-10-17
Publication date: 2016-02-15
Also published as: CN105983678A; US20160107228A1; DE102015204076A1; CN105983678B; DE102015204076B4; US9579720B2

Abstract

용탕 회수율이 개선되고, 불순물 유입이 방지되어 제품의 품질을 개선할 수 있는 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드 및 이를 이용한 주조방법이 소개된다.
본 발명의 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드는 용탕을 공급받아 이 용탕을 금형에 공급하되, 격벽으로 내부 공간이 구획되어, 상기 격벽으로 구획된 일측은 용탕을 공급받는 용탕 저장 챔버로 형성되고, 상기 격벽으로 구획된 타측은 금형에 선택적으로 결합되어 회전식 중력 주조 시 순수한 용탕은 상기 금형으로 공급하되 상기 용탕에 함유된 불순물을 수집하여 상기 금형으로 유입되는 것을 방지하는 용탕 공급 챔버로 형성된 하우징을 포함하고, 상기 격벽은, 그 상단이 상기 하우징 상단 내벽에 결합되고, 그 하단이 상기 하우징의 저면에서 일정 간격 이격되어 설치되며, 상기 용탕 저장 챔버와 상기 용탕 공급 챔버는 상기 격벽의 하단과 상기 하우징의 저면 사이 공간으로 서로 내통되어, 상기 용탕 저장 챔버로 용탕이 공급될 때 용탕에 부유된 불순물보다 용탕이 먼저 상기 용탕 저장 챔버에서 상기 용탕 공급 챔버로 이동되고, 상기 용탕 저장 챔버는 육면체 형상으로 형성되고, 상기 용탕 공급 챔버의 단면 형상은 이분할된 사다리꼴 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드 및 이를 이용한 주조방법{Mold for gravity casting and gravity casting method using the same}

본 발명은 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드 및 이를 이용한 주조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 회전식 중력주조 시 불순물이 금형 내부로 유입되는 것을 방지하는 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드 및 이를 이용한 주조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 중력주조법(Gravity casting method)은 용탕을 중력으로 금형에 주입하여 주물을 만드는 것을 의미하며, 현재 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 구리(Cu) 등의 비철합금, 주철 또는 강철을 소재로 하여 피스톤, 슬리브, 크랭크케이스, 실린더헤드 등을 제조하는데 널리 이용되고 있다.

현재 중력주조법을 이용한 디젤 실린더헤드의 경우 품질확보를 위하여 제품중량과 동일한 압탕을 주입하여 제작되어지고 있다.

압탕은 주조 제품이 균일하게 일 방향으로 응고되는데 필요한 잠열을 제공하는 기능을 하는 것은 물론, 제품에 최종 응고부를 제공하여 주조 시 생성되는 결함 및 불순물이 모일 수 있도록 한다.

압탕 회수율은 총 주입되는 용탕에 대한 제품 중량으로 표현될 수 있는데, 전 세계적으로 압탕부를 줄이면서 품질을 확보할 수 있는 기술에 대한 연구 및 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 실린더 헤드의 경우 압탕부가 전체 투입되는 용탕 대비 약 50%에 이르기 때문에, 압탕 회수율은 50%에 불과하였으며, 사각형 주입 몰드를 사용하였기 때문에 용탕과 불순물이 함께 금형 내부로 유입되어 제품의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.

한국등록특허 제10-1414590호(2014.06.26), 일본공개특허 제2010-131648호(2010.06.17) 등 다양한 선행기술에서는 중력 주조용 몰드에 대하여 개시하고 있으나, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기에는 한계를 가지고 있다.

상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

한국등록특허 제10-1414590호(2014.06.26) 일본공개특허 제2010-131648호(2010.06.17)

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 중력주조 시 압탕량을 감소시킴으로써 원가를 절감하는 것은 물론, 금형 내부로 불순물이 유입되는 것을 방지, 제품의 품질이 개선한 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드 및 이를 이용한 주조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드는, 용탕을 공급받아 이 용탕을 금형에 공급하되, 격벽으로 내부 공간이 구획되어, 상기 격벽으로 구획된 일측은 용탕을 공급받는 용탕 저장 챔버로 형성되고, 상기 격벽으로 구획된 타측은 금형에 선택적으로 결합되어 회전식 중력 주조 시 순수한 용탕은 상기 금형으로 공급하되 상기 용탕에 함유된 불순물을 수집하여 상기 금형으로 유입되는 것을 방지하는 용탕 공급 챔버로 형성된 하우징을 포함하고, 상기 격벽은, 그 상단이 상기 하우징 상단 내벽에 결합되고, 그 하단이 상기 하우징의 저면에서 일정 간격 이격되어 설치되며, 상기 용탕 저장 챔버와 상기 용탕 공급 챔버는 상기 격벽의 하단과 상기 하우징의 저면 사이 공간으로 서로 내통되어, 상기 용탕 저장 챔버로 용탕이 공급될 때 용탕에 부유된 불순물보다 용탕이 먼저 상기 용탕 저장 챔버에서 상기 용탕 공급 챔버로 이동되고, 상기 용탕 저장 챔버는 육면체 형상으로 형성되고, 상기 용탕 공급 챔버의 단면 형상은 이분할된 사다리꼴 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 하우징 표면은 세라믹 코팅된 것을 특징으로 한다.

상기 격벽 하단과 상기 하우징 저면 사이 간격은 20~50mm 이고, 상기 격벽은 상기 하우징 경사면의 대면으로부터 1/2 ~ 3/4 위치에 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 용탕 공급 챔버의 내각은 50~80°인 것을 특징으로 한다.

금형에 형성된 용탕 주입구가 지면과 마주볼 수 있도록 배치하는 과정; 순수한 용탕은 상기 금형으로 공급하되, 상기 용탕에 함유된 불순물을 수집하여 상기 금형으로 유입되는 것을 방지하는 용탕 공급 챔버가 마련된 용탕 주입 몰드에 용탕을 공급하는 과정; 상기 용탕 주입 몰드를 이동하여 상기 금형과 압착시키는 과정; 및 상기 용탕 주입 몰드 및 금형의 압착을 유지한 상태에서 회전시키는 과정을 포함하고, 상기 용탕 주입 몰드는, 하우징과, 이 하우징 내부 공간을 용탕 저장 챔버와 용탕 공급 챔버로 구분하여 용탕에 부유된 불순물의 통과를 저지하는 격벽을 포함하며, 상기 격벽 상단은 상기 하우징 상단 내벽에 결합되고, 상기 격벽 하단은 상기 하우징 저면에서 일정 간격 이격되어 설치되어 상기 격벽 하단과 상기 하우징 저면 사이의 공간으로 용탕이 유동하고, 상기 용탕 저장 챔버는 육면체 형상으로 형성되고, 상기 용탕 공급 챔버의 단면 형상은 이분할된 사다리꼴 형상으로 형성되며, 상기 회전시키는 과정은, 상기 용탕 공급 챔버가 아래로, 상기 용탕 저장 챔버가 위로 향하도록 회전이 시작되면서 상기 용탕 공급 챔버에 공급된 불순물이 제거된 용탕을 상기 금형으로 공급하고, 상기 용탕 공급 챔버 내부의 용탕이 금형으로 주입된 이후에 상기 용탕 저장 챔버에서 상기 용탕 공급 챔버로 유입되는 불순물을 상기 용탕 공급 챔버의 사다리꼴 단면 예각 위치에 포집하여 상기 금형으로 불순물이 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 격벽 하단과 상기 하우징 저면 사이 간격은 20~50mm 이고, 상기 격벽은 상기 하우징 경사면의 대면으로부터 1/2 ~ 3/4 위치에 설치되며, 상기 용탕 공급 챔버의 내각은 50~80°인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기한 기술적 구성으로 인해 중력주조 시 압탕량을 감소시킴으로써 원가를 절감하는 것은 물론, 금형 내부로 불순물이 유입되는 것을 방지, 제품의 품질이 개선되는 이점이 있다.

도 1은 종래 중력 주조에 의해 생산된 압탕부를 포함하는 실린더 헤드를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드를 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드를 이용한 주조방법를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 의해 생산된 압탕부를 포함하는 실린더 헤드를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드 및 이를 이용한 주조방법을 설명한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드는, 금형(M)에 선택적으로 결합되고, 회전식 중력 주조 시 순수한 용탕은 상기 금형(M)으로 공급하되, 상기 용탕에 함유된 불순물을 수집하여 상기 금형(M)으로 유입되는 것을 방지하는 용탕 공급 챔버(C2)가 마련된 것을 특징으로 한다.

용탕 공급 챔버(C2)는 회전식 중력 주조 시 용탕 내에 포함된 불순물이 수집되는 공간으로, 용탕 공급 챔버(C2) 회전 시 원심력에 의해 용탕 밑으로 가라앉았다가, 최종 금형(M)으로 용탕이 모두 공급되면 부유하여 포집되는 공간이다.

이러한 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드는, 용탕 저장 챔버(C1)를 더 포함하고, 용탕 저장 챔버(C1)와 용탕 공급 챔버(C2)는 서로 내통하는 것이 바람직하다.

용탕 저장 챔버(C1)와 용탕 공급 챔버(C2)는 일체형으로 제조되어 하우징(10)을 형성하는 것이 바람직하고, 이러한 하우징(10) 내부는 격벽(20)으로 구분되어 일 공간은 용탕 저장 챔버(C1), 타 공간은 용탕 공급 챔버(C2) 기능을 하게 된다.

격벽(20) 상단은 하우징(10) 상단 내벽에 결합되고, 격벽(20) 하단은 하우징(10) 저면에서 일정 간격 이격되어 설치되는 것이 바람직하다.

회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드의 용탕 저장 챔버(C1)는 육면체 형상으로 형성되고, 용탕 공급 챔버(C2)의 단면 형상은 이분할된 사다리꼴 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

격벽(20) 하단과 하우징(10) 저면 사이 간격은 20~50mm 범위 내에서 형성하고, 격벽(20)은 하우징(10) 일측으로부터 1/2 ~ 3/4 위치에 설치하며, 용탕 공급 챔버(C2)의 내각은 50~80°로 형성하는 것이 바람직하다.

하우징(10) 일측으로부터 1/2 지점 이전에 격벽(20)을 설치하면, 용탕에 와류가 발생하여 제품의 품질이 저하되고, 3/4 지점 이후에 격벽(20)을 설치하게 되면 공간이 부족하게 되는바, 격벽(20)은 상술한 범위 내에서 설치되는 것이 바람직하다.

격벽(20) 하단과 하우징(10) 저면 사이의 거리는 20~50mm 범위로 유지하는 것이 바람직한데, 20mm 이하인 경우 용탕 유동성이 저하되고, 50mm를 초과하는 경우 불순물 제거 효과를 얻을 수 없는 문제점이 존재한다.

또한 용탕 공급 챔버(C2) 내각을 50°미만으로 형성하면 용탕 주입 각도가 너무 작아 유동성에 문제가 발생하고, 80°를 초과하면 불순물을 가두는 효과가 저감되는바, 상술한 범위 내에서 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 회전식 중력주조 시 용탕 주입 온도를 유지하기 위하여 하우징(10) 표면은 세라믹으로 처리하는 것이 바람직하다.

이하에서는 도 3을 참조로, 본 발명의 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드를 이용한 주조방법을 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드를 이용한 주조방법은, 금형(M)에 형성된 용탕 주입구가 지면과 마주볼 수 있도록 배치하는 과정, 순수한 용탕은 금형(M)으로 공급하되, 용탕에 함유된 불순물을 수집하여 금형(M)으로 유입되는 것을 방지하는 용탕 공급 챔버(C2)가 마련된 용탕 주입 몰드에 용탕을 공급하는 과정, 용탕 주입 몰드를 이동하여 금형(M)과 압착시키는 과정, 용탕 주입 몰드 및 금형(M)의 압착을 유지한 상태에서 회전시키는 과정을 포함한다.

이를 더 구체적으로 설명하면, 금형(M)과 결합 관계가 해제된 용탕 주입 몰드에 용탕을 주입한 후, 용탕 주입구가 지면을 마주보도록 배치된 상태에서 용탕 주입 몰드를 이동하여 금형(M)에 결합한다.

상하 구동부(30)를 이용하여 용탕 주입 몰드와 금형(M)의 기밀을 유지한 상태에서, 약 90° 회전시켜면, 용탕의 일부는 금형(M)으로, 다른 일부는 용탕 주입 몰드에 존재하게 된다.

이때, 원심력에 의해 용탕 중에 포함된 불순물은 용탕 주입 몰드의 저면 측에 머무르게 되는데, 이 상태에서 용탕 주입 몰드 및 금형(M)을 120°회전시키면 불순물이 용탕과의 비중 차이에 의해 떠오르게 된다.

금형(M) 내부로 용탕 주입이 완료되면 불순물은 금형(M) 외부의 용탕 주입 몰드에 머무르게 된다. 즉, 용탕 주입 몰드 및 금형(M)이 90°로 회전하면 그 단면 형상이 사다리꼴인 용탕 공급 몰드가 불순물 트랩 공간으로 작용하여 불순물을 가두게 되고, 180°로 완전히 회전하게 되면 불순물이 비중차에 의해 부유하여 금형(M) 내부로 유입되는 것이 방지되는 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드 및 이를 이용한 주조방법에 따르면, 중력 주조법을 이용하여 실린더 헤드를 제조할 때, 압탕량 및 압탕부가 저감되고, 용탕 회수율이 75%에 이르며, 금형(M) 내 불순물 유입이 방지되어 제품의 품질이 개선된다.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

C1 : 용탕 저장 챔버 C2 : 용탕 공급 챔버
10 : 하우징 20 : 격벽
30 : 상하 구동부 M : 금형

Claims

용탕을 공급받아 이 용탕을 금형에 공급하되, 격벽으로 내부 공간이 구획되어, 상기 격벽으로 구획된 일측은 용탕을 공급받는 용탕 저장 챔버로 형성되고, 상기 격벽으로 구획된 타측은 금형에 선택적으로 결합되어 회전식 중력 주조 시 순수한 용탕은 상기 금형으로 공급하되 상기 용탕에 함유된 불순물을 수집하여 상기 금형으로 유입되는 것을 방지하는 용탕 공급 챔버로 형성된 하우징을 포함하고,
상기 격벽은, 그 상단이 상기 하우징 상단 내벽에 결합되고, 그 하단이 상기 하우징의 저면에서 일정 간격 이격되어 설치되며,
상기 용탕 저장 챔버와 상기 용탕 공급 챔버는 상기 격벽의 하단과 상기 하우징의 저면 사이 공간으로 서로 내통되어, 상기 용탕 저장 챔버로 용탕이 공급될 때 용탕에 부유된 불순물보다 용탕이 먼저 상기 용탕 저장 챔버에서 상기 용탕 공급 챔버로 이동되고,
상기 용탕 저장 챔버는 육면체 형상으로 형성되고, 상기 용탕 공급 챔버의 단면 형상은 이분할된 사다리꼴 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는, 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드.
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삭제
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 하우징 표면은 세라믹 코팅된 것을 특징으로 하는, 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드.
청구항 1에 있어서,
상기 격벽 하단과 상기 하우징 저면 사이 간격은 20~50mm 이고,
상기 격벽은 상기 하우징 경사면의 대면으로부터 1/2 ~ 3/4 위치에 설치된 것을 특징으로 하는, 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드.
청구항 1에 있어서,
상기 용탕 공급 챔버의 내각은 50~80°인 것을 특징으로 하는, 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드.
금형에 형성된 용탕 주입구가 지면과 마주볼 수 있도록 배치하는 과정;
순수한 용탕은 상기 금형으로 공급하되, 상기 용탕에 함유된 불순물을 수집하여 상기 금형으로 유입되는 것을 방지하는 용탕 공급 챔버가 마련된 용탕 주입 몰드에 용탕을 공급하는 과정;
상기 용탕 주입 몰드를 이동하여 상기 금형과 압착시키는 과정; 및
상기 용탕 주입 몰드 및 금형의 압착을 유지한 상태에서 회전시키는 과정을 포함하고,
상기 용탕 주입 몰드는, 하우징과, 이 하우징 내부 공간을 용탕 저장 챔버와 용탕 공급 챔버로 구분하여 용탕에 부유된 불순물의 통과를 저지하는 격벽을 포함하며,
상기 격벽 상단은 상기 하우징 상단 내벽에 결합되고, 상기 격벽 하단은 상기 하우징 저면에서 일정 간격 이격되어 설치되어 상기 격벽 하단과 상기 하우징 저면 사이의 공간으로 용탕이 유동하고,
상기 용탕 저장 챔버는 육면체 형상으로 형성되고, 상기 용탕 공급 챔버의 단면 형상은 이분할된 사다리꼴 형상으로 형성되며,
상기 회전시키는 과정은, 상기 용탕 공급 챔버가 아래로, 상기 용탕 저장 챔버가 위로 향하도록 회전이 시작되면서 상기 용탕 공급 챔버에 공급된 불순물이 제거된 용탕을 상기 금형으로 공급하고, 상기 용탕 공급 챔버 내부의 용탕이 금형으로 주입된 이후에 상기 용탕 저장 챔버에서 상기 용탕 공급 챔버로 유입되는 불순물을 상기 용탕 공급 챔버의 사다리꼴 단면 예각 위치에 포집하여 상기 금형으로 불순물이 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는, 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드를 이용한 주조방법.
삭제
청구항 8에 있어서,
상기 격벽 하단과 상기 하우징 저면 사이 간격은 20~50mm 이고,
상기 격벽은 상기 하우징 경사면의 대면으로부터 1/2 ~ 3/4 위치에 설치되며,
상기 용탕 공급 챔버의 내각은 50~80°인 것을 특징으로 하는, 회전식 중력 주조용 용탕 주입 몰드를 이용한 주조방법.