KR101594094B1

KR101594094B1 - 용탕 부착력 감소를 위한 공기수용부들을 가지는 다이캐스팅 금형

Info

Publication number: KR101594094B1
Application number: KR1020140089271A
Authority: KR
Inventors: 김용현; 박주열
Original assignee: 동남정밀 주식회사
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2016-02-15
Also published as: KR20160008886A

Abstract

본 발명에 따른 다이캐스팅 금형은, 캐비티가 제1영역과 제2영역을 포함하며, 고정금형의 제1성형면과 가동금형의 제2성형면 간의 간격이, 제2영역에서보다 제1영역에서 더 크게 되어 있으며, 제1영역에 있어서의 제1성형면과 제1영역에 있어서의 제2성형면 중 적어도 하나의 성형면에 오목하게 패인 다수의 제1공기수용부를 구비하며, 제2영역에 있어서의 제1성형면과 제2영역에 있어서의 제2성형면 중 적어도 하나의 성형면에 오목하게 패인 다수의 제2공기수용부를 구비하며, 각 제1공기수용부 및 각 제2공기수용부는, 용탕이 게이트를 통해 캐비티 내로 주입되어 충전될 때, 공기를 수용한 상태로 용탕에 의해 덮여서 밀폐되는 구성을 가지며, 제1공기수용부들 중, 게이트를 통해 캐비티 내로 주입된 용탕의 흐름방향상 상류측에 위치하는 제1공기수용부들은 하류측에 위치하는 제1공기수용부들보다 조밀하게 배치되어 있으므로, 캐비티에 충전된 용탕과의 부착력 및 마찰력이 작아지게 되며, 특히, 제1영역에서의 용탕과의 부착력 및 마찰력이 더욱 효과적으로 감소될 수 있다.

Description

용탕 부착력 감소를 위한 공기수용부들을 가지는 다이캐스팅 금형{Die-casting die having air receiving portions for reducing molten metal adhesion}

본 발명은 다이캐스팅 금형에 관한 것으로서, 특히, 캐비티 내부의 용탕과 접촉하는 면적이 감소될 수 있도록 개선된, 용탕 부착력 감소를 위한 공기수용부들을 가지는 다이캐스팅 금형에 관한 것이다.

금속제품을 대량 생산하기 위해 다이캐스팅 금형이 널리 사용되고 있다. 이러한 다이캐스팅 금형의 일례의 기본적인 구성이 도 1에 도시되어 있다.

도 1에 도시된 다이캐스팅 금형(1A)은, 다이캐스팅 성형기(미도시)에 고정되는 고정금형(1)과, 일방향(L)을 따라 고정금형(1)에 대해 밀착 및 이격 이동 가능하게 다이캐스팅 성형기에 배치되는 가동금형(2)을 구비한다. 고정금형(1)에는 제1성형면(1a)이 형성되어 있고, 가동금형(2)에는 상기 제1성형면(1a)과 마주하는 위치에 제2성형면(2a)이 형성되어 있다. 고정금형(1)과 가동금형(2)이 밀착(형합)되더라도, 제1성형면(1a)과 제2성형면(2a)은 서로 밀착되지 않고 이격되어 있게 된다. 이 제1성형면(1a)과 제2성형면(2a) 사이의 이격 공간이, 금속제품이 성형되는 공간 즉, 캐비티(3)이다. 참조부호 S는, 캐비티(3) 내로 용탕(용융금속; M1)을 주입하기 위해 고정금형(1)에 설치되는 사출실린더(S)이며, 3a는 캐비티(3) 내로 용탕이 주입되는 통로인 게이트이다.

한편, 상기 다이캐스팅 금형(1A)의 캐비티(3)는 제1영역(A1)과 제2영역(A2)을 포함하고 있다. 상기 제1영역(A1)의 폭 즉, 상기 제1성형면과 제2성형면 간의 상기 일방향으로의 간격(W1)이, 상기 제2영역(A2)의 폭 즉, 상기 제1성형면과 제2성형면 간의 상기 일방향으로의 간격(W2)보다 크게 되어 있다. 부언하면, 캐비티(3) 내에서 성형되는 금속제품(M; 도 3 참조)은, 제1영역(A1)에서 성형된 부분이 제2영역(A2)에서 성형된 부분의 두께보다 더 두꺼워지게 형성되어 있다.

이 다이캐스팅 금형(1A)을 이용하여 금속제품을 성형하고자 하는 경우, 가동금형(2)을 도 1에 실선으로 도시된 바와 같이 고정금형(1)에 밀착시키고, 사출실린더(S)에 의해 고온의 용탕(M1)을, 상기 게이트(3a)를 통해, 캐비티(3) 내로 주입하여 그 캐비티(3) 내에 충전한다. 캐비티(3)에 충전된 용탕은 시간이 경과함에 따라 냉각되어 굳어지면서 도 2에 도시된 바와 같이 그 캐비티(3)에 대응되는 형상의 금속제품(M)이 된다. 이처럼 금속제품(M)이 성형되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 가동금형(2)을 고정금형(1)으로부터 이격시키고, 이젝트핀(미도시)을 이용하여, 상기 금속제품(M)을 금형으로부터 분리시키게 된다. 금속제품(M)이 분리되면, 가동금형(2)을 다시 고정금형(1)에 밀착시켜 상술한 금속제품 성형과정을 되풀이한다.

한편, 캐비티(3)에 충전되는 용탕(M1)은 제1성형면(1a) 전체 및 제2성형면(2a) 전체에 접촉하게 되는데, 이와 같이 캐비티(3) 내의 용탕이 성형면(1a, 2a) 전체에 접촉하게 됨으로써 아래와 같은 문제점이 발생하는 경우가 있다.

먼저, 캐비티(3)에 충전된 용탕은, 그 캐비티(3) 내에서 냉각되어 굳어지면서 수축되는 과정에서, 혹은 성형이 완료되어 금속제품화된 후, 제1성형면(1a) 및/또는 제2성형면(2a)으로부터 떨어지게 된다. 그런데 용탕은, 각 성형면(1a, 2a) 전체에 걸쳐 접촉하고 있으므로, 성형면(1a, 2a)과의 부착력이 커서, 상기와 같이 굳어지는 용탕이 성형면(1a, 2a)으로부터 떨어지게 될 때, 혹은 금속제품의 성형이 완료되어 그 금속제품을 금형으로부터 분리시킬 때, 용탕 혹은 금속제품 전체가 완전히 다 떨어지지 못하고, 일부가 성형면(1a, 2a)에 눌어붙은 상태로 나머지 부분으로부터 뜯기게 되는 경우가 발생한다. 이러한 현상은 특히, 금속제품 중 두꺼운 부분을 성형하는 영역(상기 제1영역)에서 더욱 두드러지게 나타난다.

또한, 캐비티(3) 내로 주입되는 용탕(M1)은, 정해진 시간 내에 신속하게 캐비티(3) 내에 충전될 수 있도록, 보통 수십m/s 이상의 속도로 공급된다. 그런데, 용탕(M1)이 캐비티(3) 내로 주입되어 충전될 때, 캐비티 내에서 유동하는 용탕과 고정금형의 제1성형면(1a) 사이, 및 용탕과 가동금형의 제2성형면(2a) 사이의 마찰력으로 인하여, 속도가 저하되는 경우가 발생한다. 이처럼 속도가 저하되면, 용탕이 캐비티(3) 내에서 구석구석까지 원활하게 유동되지 못하고 도중에 냉각 고화되어, 캐비티(3) 내에서 용탕이 충전되지 않은 부분이 생기는 결함이 발생하게 된다.

대한민국 공개특허 제10-2011-0110949호 공보

본 발명은, 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 캐비티 내의 용탕과 접촉하는 면적이 감소된 구조를 가짐으로써, 용탕과의 부착력이 감소되어, 고화되는 용탕이나 성형완료된 금속제품이 성형면으로부터 떨어질 때 일부가 성형면에 눌어붙어서 뜯기는 현상을 억제할 수 있으며 또한, 용탕과의 마찰도 줄일 수 있도록 구조가 개선된 다이캐스팅 금형을 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른, 용탕 부착력 감소를 위한 공기수용부들을 가지는 다이캐스팅 금형은, 제1성형면을 가지는 고정금형과, 일방향을 따라 상기 고정금형에 밀착 및 이격 이동 가능하게 배치되며 고정금형과의 밀착시에, 상기 제1성형면과 함께, 금속제품 성형 공간인 캐비티를 형성하는 제2성형면을 가지는 가동금형을 구비하며, 상기 캐비티에는 그 캐비티 내로 용탕을 주입하기 위한 게이트가 마련되며, 캐비티는 제1영역과 제2영역을 포함하며, 상기 제1성형면과 제2성형면 간의 상기 일방향으로의 간격이, 상기 제2영역에서보다 상기 제1영역에서 더 크게 되어 있는 다이캐스팅 금형에 있어서, 상기 제1영역에 있어서의 제1성형면과 상기 제1영역에 있어서의 제2성형면 중 적어도 하나의 성형면에 오목하게 패인 다수의 제1공기수용부를 구비하며, 상기 제2영역에 있어서의 제1성형면과 상기 제2영역에 있어서의 제2성형면 중 적어도 하나의 성형면에 오목하게 패인 다수의 제2공기수용부를 구비하며, 상기 각 제1공기수용부 및 각 제2공기수용부는, 용탕이 상기 게이트를 통해 상기 캐비티 내로 주입되어 충전될 때, 공기를 수용한 상태로 상기 용탕에 의해 덮여서 밀폐되도록 구성되며, 상기 제1공기수용부들 중, 상기 게이트를 통해 캐비티 내로 주입된 용탕의 흐름방향상 상류측에 위치하는 제1공기수용부들은 하류측에 위치하는 제1공기수용부들보다 조밀하게 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른, 용탕 부착력 감소를 위한 공기수용부들을 가지는 다이캐스팅 금형은, 캐비티에 충전된 용탕이 접촉하여 부착되는 면적이 작아지게 되며 그 결과, 용탕과 성형면 간의 부착력이 감소됨으로써, 고화되는 용탕 혹은 성형완료된 금속제품이 성형면으로부터 떨어질 때, 일부가 성형면에 눌어붙어서 뜯기는 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 용탕이 캐비티 내로 주입되어 유동하는 과정에서 제1공기수용부들 및 제2공기수용부들에 수용되어 있는 공기에 의해 용탕과의 마찰력도 감소하게 된다.

도 1은 종래의 종래 다이캐스팅 금형의 일례의 개략적 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 다이캐스팅 금형의 캐비티 내로 용탕이 주입된 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 다이캐스팅 금형의 캐비티 내에서 성형된 금속제품이 분리되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예의 다이캐스팅 금형의 개략적 단면도이다.
도 4b는 도 4a에서의 "Y"부분의 개략적 확대도이다.
도 5는 도 4a에 도시된 다이캐스팅 금형의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도이다.
도 6은 도 4a에 도시된 다이캐스팅 금형의 Ⅵ-Ⅵ선 단면도이다.
도 7은 도 4a에 도시된 다이캐스팅 금형의 캐비티 내로 용탕이 주입된 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에서의 "K"부분의 개략적 확대도이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예의 다이캐스팅 금형을, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4a는 본 발명의 일 실시예의 다이캐스팅 금형의 개략적 단면도이며, 도 4b는 도 4a에서의 "Y"부분의 개략적 확대도이다. 그리고, 도 5 및 도 6은 각각, 도 4a에 도시된 다이캐스팅 금형의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도 및 Ⅵ-Ⅵ선 단면도이다.

먼저, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 실시예의 다이캐스팅 금형(100)은, 도 1 내지 도 3을 참조하면서 설명한 종래의 다이캐스팅 금형(1A)과 마찬가지로, 제1성형면(11)이 형성된 고정금형(10)과, 제2성형면(21)이 형성된 가동금형(20)을 구비하고 있다. 고정금형(10)은 다이캐스팅 성형기(미도시)에 고정된다. 가동금형(20)은, 상기 다이캐스팅 성형기에, 고정금형(10)과 마주하는 상태에서 일방향(L)으로 이동될 수 있게 배치된다. 즉, 가동금형(10)은 상기 일방향(L)을 따라 고정금형(10)에 대해 밀착 및 이격 이동될 수 있다.

가동금형(20)이 고정금형(10)에 밀착되면, 상기 제1성형면(11)과 제2성형면(21) 사이에 빈 공간 즉, 캐비티(30)가 형성된다. 이 캐비티(30)는, 고정금형(10)에 설치된 용탕 주입용 사출실린더(S)에 의해 주입되는 용탕(M1)이 충전되는 공간이며, 성형될 금속제품에 대응하는 형상을 가진다. 캐비티(30)에는, 그 캐비티(30) 내로 용탕(M1)을 주입하기 위한 통로로서의 게이트(31)가 마련되어 있다.

상기 캐비티(30)는 제1영역(A1)과 제2영역(A2)을 포함하고 있다. 상기 제2영역(A2)은, 제1영역(A1)의 둘레에 위치하고 있으며 그 제1영역(A1)에 연결되어 있다. 상기 제1영역(A1)에서의 상기 제1성형면과 제2성형면 간의 상기 일방향(L)으로의 간격(W1)은, 상기 제2영역(A2)에서의 상기 제1성형면과 제2성형면 간의 상기 일방향(L)으로의 간격(W2)보다 더 크게 되어 있다. 따라서, 캐비티(30) 내에서 성형되는 금속제품에 있어서, 제1영역(A1)에서 성형되는 부분의 두께는 제2영역(A2)에서 성형되는 부분의 두께보다 커지게 된다.

여기서, 본 실시예의 다이캐스팅 금형(100)은, 종래의 다이캐스팅 금형장치와는 달리, 고정금형(10)의 제1성형면(11) 중 상기 제1영역(A1)에 위치하는 제1성형면(111)에 오목하게 패인 다수의 공기수용부(115)를 구비하며, 또한, 가동금형(20)의 제2성형면(21) 중 상기 제1영역(A1)에 위치하는 제2성형면(211)에 오목하게 패인 다수의 공기수용부(215)를 구비하고 있다.

그리고, 고정금형(10)의 제1성형면(11) 중 상기 제2영역(A2)에 위치하는 제1성형면(112)에 오목하게 패인 다수의 공기수용부(125)를 구비하며, 또한, 가동금형(20)의 제2성형면(21) 중 상기 제2영역(A2)에 위치하는 제2성형면(212)에 오목하게 패인 다수의 공기수용부(225)를 구비하고 있다.

이하, 상기 제1영역(A1)에 위치하는 공기수용부(115, 215)를 "제1공기수용부(115, 215)"라고 하고, 상기 제2영역(A2)에 위치하는 공기수용부(125, 225)를 "제2공기수용부(125, 225)"라고 칭한다.

이어서, 상기 제1공기수용부들(115, 215) 및 제2공기수용부들(125, 225)에 대하여 도 5 및 도 6을 함께 참조하면서 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 제1공기수용부들(115, 215) 및 제2공기수용부들(125, 225)은 각각, 원통형상으로 형성되어 있으며, 서로 동일한 깊이를 가진다. 상기 제1공기수용부들(115, 215) 및 제2공기수용부들(125, 225) 각각의 깊이는 0.1mm 내지 0.5mm로 하는 것이 바람직하다. 만일, 제1공기수용부들(115, 215) 및 제2공기수용부들(125, 225) 각각의 깊이가 0.1mm 보다 작으면 후술하는 바와 같은 마찰 감소 효과 및 부착력 감소 효과를 얻기가 용이하지 않으며, 0.5mm보다 커지게 되면 그 공기수용부들의 가공 시간이나 노력이 불필요하게 증대될 가능성이 높기 때문이다. 이 제1공기수용부들(115, 215) 및 제2공기수용부들(125, 225)은 예컨대, 식각(eching) 가공이나 방전 가공 등에 의해 형성할 수 있다.

상기 공기수용부들(115, 215, 125, 225) 각각은 도 4b, 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 인접한 다른 공기수용부와 겹치지 않고 떨어져 있도록 배치되어 있다.
한편, 제1공기수용부(115)들이 형성된 제1영역(A1)의 제1성형면(111)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 게이트(31)에 인접한 상류측 성형면(111a; 도 5에서 가상선(Z)보다 아래쪽에 위치하는 면)과, 상기 캐비티 내에서의 용탕의 흐름방향(F)상 상기 상류측 성형면(111a)의 하류측에 위치하는 하류측 성형면(111b; 도 5에서 가상선(Z)보다 위쪽에 위치하는 면)으로 이루어져 있다. 그리고, 제2공기수용부(125)들이 형성된 제2영역(A2)의 제1성형면(112)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 게이트(31)에 인접한 상류측 성형면(112a; 도 5에서 가상선(Z)보다 아래쪽에 위치하는 면)과, 상기 캐비티 내에서의 용탕의 흐름방향(F)상 상기 상류측 성형면(112a)의 하류측에 위치하는 하류측 성형면(112b; 도 5에서 가상선(Z)보다 위쪽에 위치하는 면)으로 이루어져 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1공기수용부(215)들이 형성된 제1영역(A1)의 제1성형면(211)은, 상기 게이트(31; 도 4a, 도 4b 참조)에 인접한 상류측 성형면(211a; 도 6에서 가상선(Z)보다 아래쪽에 위치하는 면)과, 상기 캐비티 내에서의 용탕의 흐름방향(F)상 상기 상류측 성형면(211a)의 하류측에 위치하는 하류측 성형면(211b; 도 6에서 가상선(Z)보다 위쪽에 위치하는 면)으로 이루어져 있다. 그리고, 제2공기수용부(225)들이 형성된 제2영역(A2)의 제2성형면(212)은, 상기 게이트(31; 도 4a, 도 4b 참조)에 인접한 상류측 성형면(212a; 도 6에서 가상선(Z)보다 아래쪽에 위치하는 면)과, 상기 캐비티 내에서의 용탕의 흐름방향(F)상 상기 상류측 성형면(212a)의 하류측에 위치하는 하류측 성형면(212b; 도 6에서 가상선(Z)보다 위쪽에 위치하는 면)으로 이루어져 있다.
본 실시예에 있어서는, 제1영역(A1)에 위치하는 제1공기수용부들(115, 215) 중, 게이트(31)를 통해 캐비티(30) 내로 주입된 용탕의 흐름방향(F)상 상류측에 위치하는 제1공기수용부(도 5 및 도 6에 도시한 가상선(Z)보다 아래쪽에 위치하는 제1공기수용부 즉, 상류측 성형면에 형성된 제1공기수용부이며, 이하, 단순히 "상류측 제1공기수용부"라고 칭하는 경우도 있음)들은 하류측에 위치하는 제1공기수용부(도 5에서 가상선(Z)보다 위쪽에 위치하는 제1공기수용부 즉, 하류측 성형면에 형성된 제1공기수용부이며, 이하, 단순히 "하류측 제1공기수용부"라고 칭하는 경우도 있음)들보다 조밀하게 배치되어 있다. 구체적으로, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 인접된 상류측 제1공기수용부들간의 중심거리(P111, P211)는, 인접된 하류측 제1공기수용부들간의 중심거리(P112, P212)보다 작게 되어 있다.

제2영역(A2)에 위치하는 제2공기수용부들(125, 225) 중, 게이트(31)를 통해 캐비티(30) 내로 주입된 용탕의 흐름방향(F)상 상류측에 위치하는 제2공기수용부(도 5 및 도 6에 도시한 가상선(Z)보다 아래쪽에 위치하는 제2공기수용부 즉, 상류측 성형면에 형성된 제2공기수용부이며, 이하, 단순히 "상류측 제2공기수용부"라고 칭하는 경우도 있음)들은 하류측에 위치하는 제2공기수용부(도 5에서 가상선(Z)보다 위쪽에 위치하는 제2공기수용부 즉, 하류측 성형면에 형성된 제2공기수용부이며, 이하, 단순히 "하류측 제2공기수용부"라고 칭하는 경우도 있음)들보다 조밀하게 배치되어 있다. 구체적으로, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 인접된 상류측 제2공기수용부들간의 중심거리(P121, P221)는, 인접된 하류측 제2공기수용부들간의 중심거리(P122, P222)보다 작게 되어 있다.

그리고, 제1영역(A1)에 위치하는 제1공기수용부들(115, 215)은 제2영역(A2)에 위치하는 제2공기수용부들(125, 225)보다 조밀하게 배치되어 있다. 구체적으로, 인접된 상류측 제1공기수용부들간의 중심거리(P111, P211) 및 인접된 하류측 제1공기수용부들간의 중심거리(P112, P212)는, 인접된 상류측 제2공기수용부들간의 중심거리(P121, P221)나 인접된 하류측 제2공기수용부들간의 중심거리(P122, P222)보다 작게 되어 있다.

한편, 인접된 상류측 제1공기수용부들간의 중심거리(P111, P211)는, 각 상류측 제1공기수용부의 직경(d111, d211)의 1.5배 이하인 것이 바람직하다. 만일, 인접된 상류측 제1공기수용부들간의 중심거리(P111, P211)가 각 상류측 제1공기수용부의 직경(d111, d211)의 1.5배보다 커지게 되면, 후술하는 바와 같은 제1영역의 상류측에서의 마찰 감소 효과 및 부착력 감소 효과가 현저히 저하될 수도 있기 때문이다.

본 실시예에서는, 상기 상류측 제1공기수용부들 및 상류측 제2공기수용부들이 형성된 영역(상류측 영역)과, 하류측 제1공기수용부들 및 하류측 제2공기수용부들이 형성된 영역(하류측 영역)을 구획하는 가상선(Z)이, 게이트(31)를 통해 캐비티(30) 내로 주입된 용탕의 흐름방향(F)상 각 성형면(11, 21)의 중앙부에 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일례에 불과하며, 용탕의 흐름방향(F)에서의 가상선(Z)의 위치는 캐비티(30)의 전체적인 형상, 다이캐스팅 성형 조건 등에 따라 적절히 설정될 수 있다.

상기 상류측 제1공기수용부들 각각의 직경(d111, d211)은, 하류측 제1공기수용부들 각각의 직경(d112, d212)보다 크게 형성되어 있는 것이 바람직하며, 상기 상류측 제2공기수용부들 각각의 직경(d121, d221)은 하류측 제2공기수용부들 각각의 직경(d122, d222)보다 크게 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 상류측 제1공기수용부들 각각의 직경(d111, d211)이나 하류측 제1공기수용부들 각각의 직경(d112, d212)은, 상기 상류측 제2공기수용부들 각각의 직경(d121, d221)이나 하류측 제2공기수용부들 각각의 직경(d122, d222)보다 크게 형성되어 있는 것이 바람직하다.

한편, 모든 공기수용부의 직경(d111, d112, d211, d212, d121, d221, d122, d222)은, 다이캐스팅 성형조건을 고려하여 적절히 설정될 수 있으나 용탕이 각 공기수용부(115, 215, 125, 225) 내로 진입하는 것을 효과적으로 방지하기 위하여, 0.5mm 이하로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 각 공기수용부의 직경(d111, d112, d211, d212, d121, d221, d122, d222)을 0.5mm 보다 크게 하면, 용탕이 그 공기수용부 내로 쉽게 진입하여 그 공기수용부 내의 공기를, 공기수용부로부터 배출시켜버리는 경우가 발생할 가능성이 높아지기 때문이다. 한편, 공기수용부의 직경의 최소값은 설계에 따라 적절히 설정될 수 있으나, 그 공기수용부의 가공의 편의성 측면에서 0.3mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.

이러한 구성의 다이캐스팅 금형(100)을 사용하여 금속제품을 성형하는 기본 과정은, 도 1 내지 도 3을 참조하면서 설명한 종래의 다이캐스팅 금형(1A)을 사용하여 금속제품을 성형하는 기본 과정과 마찬가지이다.

즉, 본 실시예의 다이캐스팅 금형(100)을 사용하는 경우에도, 가동금형(20)을 도 4a에 실선으로 도시된 바와 같이 고정금형(10)에 밀착시키고, 사출실린더(S)에 의해 고온의 용탕(M1)을, 게이트(31)를 통해 캐비티(30) 내로 주입하여 그 캐비티(30) 내에 충전한다. 캐비티(30)에 충전된 용탕은 시간이 경과함에 따라 냉각되어 굳어지면서 그 캐비티(30)에 대응되는 형상의 금속제품이 된다.

한편, 게이트(31)를 통해 캐비티(30)로 주입된 고온의 용탕(M1)이 그 캐비티(30)에 충전되기 위해 캐비티(30) 내에서 유동되는 과정에서, 제1공기수용부들(115, 215) 및 제2공기수용부들(125, 225) 각각은 용탕이 진입하기 어렵도록 작은 직경(0.5mm 이하)으로 형성되어 있으므로, 용탕이 공기수용부들(115, 215, 125, 225) 내로 진입하지 않고, 도 8에 도시된 바와 같이, 각 공기수용부(115, 215, 125, 225)가 공기(G)를 수용한 상태로 고온 용탕(M1)에 의해 덮여서 밀폐되게 된다. 그리고, 이처럼 용탕(M1)이 공기수용부들(115, 215, 125, 225)을 밀폐하면서 유동하는 과정에서 각 공기수용부(115, 215, 125, 225) 내의 공기(G; 도 8 참조, 도 8에서는 편의상 제1공기수용부(115, 215) 내의 공기에 대해서만 도시하였음)는 고온의 용탕에 의해 가열됨으로써 열팽창하려는 힘(즉, 열팽창력)을 지니게 된다.

그리고, 상기 제1공기수용부들(115, 215) 및 제2공기수용부들(125, 225)에 수용된 공기(G)의 열팽창력은 용탕(M1)에 가해지게 되는데, 예컨대, 고정금형의 제1공기수용부(115)에 수용된 공기의 열팽창력의 용탕(M1)에 대한 작용방향(FH1)은, 용탕(M1)과 제1성형면(111) 간의 마찰력을 발생시키는 힘(즉, 용탕에 의하여 제1성형면에 가해지는 수직항력)의 작용방향(FM1)과는 반대방향이 된다. 마찬가지로, 가동금형의 공기수용부(215)에 수용된 공기의 열팽창력의 용탕(M1)에 대한 작용방향(FH2)은, 용탕(M1)과 제2성형면(211) 간의 마찰력을 발생시키는 힘(즉, 용탕에 의하여 제2성형면에 가해지는 수직항력)의 작용방향(FM2)과는 반대방향이 된다. 또한, 제2공기수용부(125, 225)에 수용된 공기의 열팽창력의 작용방향도 용탕과 성형면(112, 212)간의 마찰력을 발생시키는 힘의 작용방향과는 반대방향이 된다.

즉, 제1공기수용부들(115, 215) 및 제2공기수용부들(125, 225) 각각에 수용된 공기(G)의 열팽창력은 용탕(M1)과 각 성형면(111, 211, 112, 212)간의 마찰력을 발생시키는 힘의 작용방향과는 반대방향으로 작용하게 된다. 따라서, 캐비티(30) 내에서의 용탕의 유동시에, 상기 각 공기수용부(115, 215, 125, 225)에 수용된 공기의 열팽창력에 의해 용탕(M1)과 각 성형면(111, 211, 112, 212)간의 마찰력이 감소하게 된다. 그 결과, 캐비티(30) 내에서의 용탕의 유동이 보다 원활하게 이루어지게 되어, 용탕이 캐비티(30) 내의 구석구석까지 용이하게 충전될 수 있다.

한편, 제1성형면과 제2성형면 간의 간격(W1)이 큰 제1영역(A1)은, 제1성형면과 제2성형면 간의 간격(W2)이 작은 제2영역(A2)에 비하여, 단위 폭당 유동 단면적이 크므로 제1영역(A1)에서 용탕의 속도가 저하되어 압력이 높아지게 되며 그 결과, 제2영역(A2)보다 제1영역(A1)에서의 마찰력도 커지게 되는데, 상기와 같이 제1공기수용부들(115, 215)의 조밀도(단위면적당 공기수용부의 수)가 제2공기수용부들(125, 225)의 조밀도보다 높으면, 상기 열팽창력을 발생시키는 공기(공기수용부)가 제1영역(A1)에서 더 많아지며 따라서 제1영역(A1)에서의 마찰력을 상쇄하는 힘이 더 커지게 되므로, 상기 마찰력이 큰 제1영역(A1)에서의 용탕과의 마찰을 보다 효과적으로 감소시킬 수 있다.

아울러, 용탕과 성형면간의 마찰력은 상류측에 가까울수록 크고 오랜시간 작용하므로, 본 실시예와 같이, 제1공기수용부들(115, 215) 중 상류측 제1공기수용부들을 하류측 제1공기수용부들보다 조밀하게 배치하고, 제2공기수용부들(125, 225) 중 상류측 제2공기수용부들을 하류측 제2공기수용부들보다 조밀하게 배치하게 되면, 상기 열팽창력을 발생시키는 공기(공기수용부)가 상류측에서 더 많아지며 따라서 상류측에서의 마찰력을 상쇄하는 힘이 더 커지게 되므로, 상기와 같이 크고 오랜시간 작용하는 상류측에서의 마찰력을 보다 효과적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 상류측 제1공기수용부들 각각의 직경(d111, d211)이 하류측 제1공기수용부들 각각의 직경(d112, d212)보다 크게 형성되어 있고, 상기 상류측 제2공기수용부들 각각의 직경(d121, d221)이 하류측 제2공기수용부들 각각의 직경(d122, d222)보다 크게 형성되어 있으면, 상기와 같은 상류측에서의 마찰력을 더욱 효과적으로 감소시킬 수 있다.

한편, 캐비티(30) 내에 완전히 충전된 용탕은 서서히 냉각되면서 굳어져서 금속제품으로 되는데, 이와 같이 용탕이 냉각되어 굳어지면서 금속제품이 되기까지 그 용탕은 수축되게 된다. 이처럼 수축되는 동안 용탕(완전 용용된 상태 뿐만 아니라 시간이 지나면서 반용융 상태나 이미 고화된 상태가 된 용탕도 함께 일컬음)은 부피가 감소하므로 각 성형면(11, 21)으로부터 분리되게 된다. 이 때, 본 실시예의 다이캐스팅 금형은 각 성형면(11, 21)에 공기수용부(115, 215, 125, 225)가 형성되어 있으므로 캐비티(30) 내의 용탕과 접촉하는 면적이, 종래의 구성에 비하여, 공기수용부들(115, 215, 125, 225)이 차지하는 면적만큼 작아지게 된다. 이처럼 용탕과 접촉하는 면적이 작아지게 됨으로써, 그만큼 용탕과의 부착력도 약해지게 되며, 그로 인하여, 용탕이 수축하면서 성형면(11, 21)으로부터 떨어지게 될 때 쉽게 떨어질 수 있다. 또한, 용탕이 완전히 굳어져서 형성된 금속제품이 금형으로부터 분리될 때에도, 성형면(11, 21)으로부터 떨어지게 될 때 쉽게 떨어질 수 있다. 그러므로, 용탕(굳어지고 있는 용탕 혹은 굳어진 용탕)의 일부가 성형면에 눌어붙어서 나머지 부분만 뜯겨나오는 현상이 효과적으로 방지될 수 있다.

한편, 제1성형면과 제2성형면 간의 간격(W1)이 큰 제1영역(A1)에 충전된 용탕은, 냉각 고화되는 과정에서, 제1성형면과 제2성형면 간의 간격(W2)이 작은 제2영역(A2)에 충전된 용탕보다 수축량이 많아져서, 상기와 같이 일부의 용탕이 성형면에 눌어붙어서 나머지 부분만 뜯겨 나오는 현상이 더 심하게 발생하는데, 본 실시예에서처럼 제1영역(A1)에서의 공기수용부들(115, 215)의 조밀도를 제2영역(A2)에서의 공기수용부들(125, 225)의 조밀도보다 높게 형성하게 되면, 제1영역(A1)에서의 용탕과의 부착력 감소 효과가 더욱 증대되므로, 상기와 같은 용탕의 뜯김 현상을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 제1영역(A1)의 공기수용부들 각각의 직경(d111, d112, d211, d212)이 제2영역(A2)의 공기수용부들 각각의 직경(d121, d122, d221, d222)보다 크게 형성되어 있으면, 상기와 같은 제1영역(A1)에서의 용탕과의 부착력 및 마찰 감소에 더욱 효과적이다.

본 실시예의 경우, 각 공기수용부(115, 215, 125, 225)의 직경을 0.5mm 이하로 형성함으로서 그 공기수용부 내로의 용탕의 진입을 억제하는 것으로 설명하였으나, 공기수용부 내로의 용탕 진입을 억제할 수 있다면 각 공기수용부의 직경을 0.5mm보다 크게 하는 것도 고려할 수 있을 것이다. 그러나, 각 공기수용부의 직경을 0.5mm보다 크게 할 경우에는, 그 큰 직경의 공기수용부 내로 용탕이 쉽게 진입하여 충전되면서 그 공기수용부 내의 공기(즉, 열팽창력을 발생시킬 공기)를 모두 배출시켜버릴 가능성이 높아지게 되므로, 결국, 각 공기수용부의 직경을 0.5mm 이하로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상술한 실시예에서는 각각의 공기수용부(115, 215, 125, 225)가 원통형상을 가지는 것으로 설명 및 도시하였으나, 상기와 같이 열팽창력을 발생시킬 공기를 수용한 상태로 용탕에 의해 밀폐될 수만 있다면 공기수용부를 다른 형상을 형성할 수도 있다.

그리고, 상술한 실시예에 있어서는 고정금형의 성형면(제1성형면)과 가동금형의 성형면(제2성형면) 모두에 공기수용부를 형성한 것으로 설명 및 도시하였으나, 고정금형의 성형면에만 형성하거나 혹은 가동금형의 성형면에만 형성할 수도 있다.

이상 본 발명에 대하여 바람직한 실시예 및 몇가지 변형예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 예들로 한정되는 것은 아니며, 청구범위에 기재된 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 구체화될 수 있다.

10...고정금형 11, 111, 112...제1성형면
20...가동금형 21, 211, 212...제2성형면
115, 215, 125, 225...공기수용부 30...캐비티
31...게이트 A1...제1영역
A2...제2영역

Claims

제1성형면을 가지는 고정금형과, 일방향을 따라 상기 고정금형에 밀착 및 이격 이동 가능하게 배치되며 고정금형과의 밀착시에, 상기 제1성형면과 함께, 금속제품 성형 공간인 캐비티를 형성하는 제2성형면을 가지는 가동금형을 구비하며, 상기 캐비티에는 그 캐비티 내로 용탕을 주입하기 위한 게이트가 마련되며, 캐비티는 제1영역과 그 제1영역의 둘레에 위치하며 그 제1영역에 연결된 제2영역을 포함하며, 상기 제1영역에서의 상기 제1성형면과 제2성형면 간의 상기 일방향으로의 간격이, 상기 제2영역에서의 상기 제1성형면과 제2성형면 간의 상기 일방향으로의 간격보다 더 크게 되어 있는 다이캐스팅 금형에 있어서,
상기 제1영역에 있어서의 제1성형면과 상기 제1영역에 있어서의 제2성형면 중 적어도 하나의 성형면에 오목하게 패인 다수의 제1공기수용부를 구비하며,
상기 제2영역에 있어서의 제1성형면과 상기 제2영역에 있어서의 제2성형면 중 적어도 하나의 성형면에 오목하게 패인 다수의 제2공기수용부를 구비하며,
상기 각 제1공기수용부 및 각 제2공기수용부는, 용탕이 상기 게이트를 통해 상기 캐비티 내로 주입되어 충전될 때, 공기를 수용한 상태로 상기 용탕에 의해 덮여서 밀폐되도록 구성되며,
상기 각 제1공기수용부 및 각 제2공기수용부는, 0.5mm 이하의 직경을 가지는 원통형상으로 형성됨과 아울러, 인접한 다른 공기수용부와 겹치지 않고 떨어져 있도록 배치되어 있으며,
상기 제1영역에 있어서의 제1성형면과 상기 제1영역에 있어서의 제2성형면 중 상기 다수의 제1공기수용부가 형성되어 있는 성형면은, 상기 게이트에 인접한 상류측 성형면과, 상기 캐비티 내에서의 용탕의 흐름방향상 상기 상류측 성형면의 하류측에 위치하는 하류측 성형면으로 이루어져 있으며,
상기 다수의 제1공기수용부들 중 상기 상류측 성형면에 형성된 상류측 제1공기수용부들 각각의 직경은, 상기 하류측 성형면에 형성된 하류측 제1공기수용부들 각각의 직경보다 크게 형성되어 있으며,
상기 상류측 제1공기수용부들이 상기 하류측 제1공기수용부들보다 조밀하게 배치되도록, 인접된 상류측 제1공기수용부들간의 중심거리는, 인접된 하류측 제1공기수용부들간의 중심거리보다 작게 되어 있으며,
상기 제2영역에 있어서의 제1성형면과 상기 제2영역에 있어서의 제2성형면 중 상기 다수의 제2공기수용부가 형성되어 있는 성형면은, 상기 게이트에 인접한 상류측 성형면과, 상기 캐비티 내에서의 용탕의 흐름방향상 상기 상류측 성형면의 하류측에 위치하는 하류측 성형면으로 이루어져 있으며,
상기 다수의 제2공기수용부들 중 상기 상류측 성형면에 형성된 상류측 제2공기수용부들 각각의 직경은, 상기 하류측 성형면에 형성된 하류측 제2공기수용부들 각각의 직경보다 크게 형성되어 있으며,
상기 상류측 제2공기수용부들이 상기 하류측 제2공기수용부들보다 조밀하게 배치되도록, 인접된 상류측 제2공기수용부들간의 중심거리는, 인접된 하류측 제2공기수용부들간의 중심거리보다 작게 되어 있으며,
상기 제1공기수용부들 각각의 직경은, 상기 제2공기수용부들 각각의 직경보다 크게 형성되어 있으며,
상기 제1공기수용부들은 상기 제2공기수용부들보다 조밀하게 배치되도록, 인접된 제1공기수용부들간의 중심거리는, 인접된 제2공기수용부들간의 중심거리보다 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는, 용탕 부착력 감소를 위한 공기수용부들을 가지는 다이캐스팅 금형.
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