KR101646358B1 - 다이캐스팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도 편차로 인한 후육부 및 홀 주위 결함 발생을 최소화할 수 있는 다이캐스팅 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅 방법은 소정 형상의 제품을 성형하도록 형성된 한 쌍의 금형을 닫고 상기 금형 내부로 용융물을 주입하는 주입 단계; 냉각핀을 이용하여 상기 금형 내부에 주입된 용융물을 냉각시켜 제품을 제조하는 성형 단계; 상기 제품 성형이 완료되면, 한 쌍의 상기 금형을 개방시키면서 상기 냉각핀을 후진시킨 후, 상기 제품을 인출하는 인출 단계; 및 상기 냉각핀과 금형의 온도편차를 최소화할 수 있도록, 상기 냉각핀을 전진시키고, 상기 금형 및 냉각핀을 동시에 냉각시키는 냉각 단계;를 포함한다.

Description

다이캐스팅 방법{DIE-CASTING METHOD}

본 발명은 다이캐스팅 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 온도 편차로 인한 후육부 및 홀 주위 결함 발생을 최소화할 수 있는 다이캐스팅 방법에 관한 것이다.

일반적으로 다이캐스팅(Die Casting) 공법은 금속의 양산 주조법 중 하나로서, 실형상의 일체식 성형과 고생산성, 염가 소재의 활용성 및 우수한 치수형상 등으로 인하여 경량금속의 부품을 사용하는 자동차나 기계 또는 전기 전자제품이나 구조용 금속물품의 생산에 범용적으로 사용된다.

이러한 다이캐스팅 공법은 알루미늄과 아연을 주된 성형재료로 이용하며, 특히 알루미늄을 대표적 성형재료로 많이 이용한다.

최근, 자동차 업계는 연비개선 및 배기가스 저감을 위한 경량화의 방법으로 그 동안 주로 사용되었던 철강을 경량금속으로 대체하고 있으며, 또한, 철도나 항공기 분야도 고유가 시대를 맞이하여 경량금속의 대처에 의한 경량화를 추진에 따라, 다이캐스팅은 최근 들어 더욱 활성화되고 있다.

도 1은 종래 일반적인 다이캐스팅 방법을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 일반적인 다이캐스팅 공법은 금형(1)의 캐비티(cavity) 내부를 용융온도 650℃ 이상의 용탕으로 고속 충진한 뒤, 사출기에 연결된 유압실린더의 힘을 이용해 피스톤(3)을 가압하여 캐비티 내부를 응고 완료시까지 고압으로 유지한다.

응고가 완료되면 냉각핀(2)을 후진시키고 사출된 제품을 취출한 다음, 금형(1)을 냉각시켜 새로운 작업을 준비하게 된다.

이때, 생산하고자 하는 제품의 형상에 따라, 캐비티에는 후육부(厚肉部-두께가 두터운 부분, 10)가 형성되며, 이러한 후육부에는 냉각핀(2)을 이용하여 냉각시킴에 따라 홀(Hole, 20)을 형성하기도 한다.

그러나, 냉각핀(2)은 과열되기 쉬운 부위로, 사출시 가열된 냉각핀(2)과 접촉되는 금속부위에 열점(Hot spot) 등 불량을 유발하여 생산되는 제품의 품질이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.

종래 이러한 문제점을 해결하기 위해, 금형(1)에 설치되는 수로 등을 이용한 냉각장치 등 별도의 냉각수단을 구비하여 냉각핀(2)을 냉각시키는 방법을 사용하였다.

그러나, 냉각핀(2)을 냉각시키기 위한 별도의 추가 장치를 필요로 함에 따라, 초기 비용을 증가시키고 유지 및 보수비용이 증가되는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 냉각핀(2)의 온도에 따라 냉각 정도를 조절하지 못하여 냉각핀(2)이 과냉각되는 경우, 냉각시 도포되는 이형제의 수분이 증발하지 않게 되고, 증발되지 못한 수분은 용융금속과 접촉되어 기포 등 결함을 발생시켜 생산되는 제품의 품질을 저하시키는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 냉각핀 및 금형의 온도편차를 최소화하여, 홀 및 후육부가 형성되는 제품 사출시 홀 및 후육부 부위에 균열 및 기포 등 결함이 발생되는 것을 최소화할 수 있는 다이캐스팅 방법을 제공한다.

또한, 냉각핀의 온도에 따라 냉각 정도를 조절하여 냉각핀의 손상 또는 파손을 최소화하고 수명을 향상시킬 수 있는 다이캐스팅 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 다이캐스팅 방법은 소정 형상의 제품을 성형하도록 형성된 한 쌍의 금형을 닫고 상기 금형 내부로 용융물을 주입하는 주입 단계; 냉각핀을 이용하여 상기 금형 내부에 주입된 용융물을 냉각시켜 제품을 제조하는 성형 단계; 상기 제품 성형이 완료되면, 한 쌍의 상기 금형을 개방시키면서 상기 냉각핀을 후진시킨 후, 상기 제품을 인출하는 인출 단계; 및 상기 냉각핀과 금형의 온도편차를 최소화할 수 있도록, 상기 냉각핀을 전진시키고, 상기 금형 및 냉각핀을 동시에 냉각시키는 냉각 단계;를 포함한다.

상기 냉각 단계는, 상기 냉각핀의 온도에 따라, 냉각 시 냉각핀의 노출 면적을 다르게 제어하여 냉각 정도를 조절하는 것이 바람직하다.

상기 냉각 단계는, 상기 냉각핀의 온도가 100 ~ 300℃인 경우, 상기 냉각핀의 노출 면적이 전체 면적의 1/4 미만이 노출되도록 상기 냉각핀을 전진시키는 것이 바람직하다.

상기 냉각 단계는, 상기 냉각핀의 온도가 300 ~ 500℃인 경우, 상기 냉각핀의 노출 면적이 전체 면적의 1/4 ~ 1/2 이 노출되도록 상기 냉각핀을 전진시키는 것이 바람직하다.

상기 냉각 단계는, 상기 냉각핀의 온도가 500 ~ 700℃인 경우, 상기 냉각핀의 노출 면적이 전체 면적의 1/2 ~ 3/4이 노출되도록 상기 냉각핀을 전진시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따르면, 금형과 냉각핀을 동시에 냉각시킬 수 있도록 냉각핀의 작동을 제어함으로써, 냉각핀의 과열을 방지하여 생산되는 제품의 홀 주변에 결함이 발생되는 것을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 별도의 장치를 설치하지 않고 냉각핀을 냉각시킴으로써, 냉각핀이 과열되어 파손되는 것을 방지할 수 있으며, 초기 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 냉각핀의 온도에 따라 냉각 정도를 조절하여 냉각핀의 손상 또는 파손을 최소화하고 수명을 향상시킬 수 있는 다이캐스팅 방법을 제공한다.

도 1은 종래 일반적인 다이캐스팅 방법을 개략적으로 보여주는 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 다이캐스팅 방법을 개략적으로 보여주는 도면이며,
도 3은 종래 다이캐스팅 방법으로 제조된 제품과 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅 방법으로 제조된 제품을 보여주는 도면이고,
도 4는 종래 다이캐스팅 방법으로 제조된 제품과 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅 방법으로 제조된 제품의 홀 및 후육부 품질을 보여주는 도면이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른, 다이캐스팅 방법은 용융물을 금형(1) 내부로 주입시키는 주입 단계와 용융물을 냉각시는 성형 단계와 제품을 인출하는 인출 단계 및 냉각핀(2) 및 금형(1)을 동시에 냉각시키는 냉각 단계를 포함한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 다이캐스팅 방법을 개략적으로 보여주는 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 주입 단계는 서로 마주보게 배치된 한 쌍의 금형(1)을 닫아 생산하고자 하는 제품의 형상을 갖는 내부공간 즉, 캐비티를 형성하고 그 내부로 고온의 용융물을 고속으로 주입한다.

본 발명에서 사용된 용융물은 약 650℃ 이상의 알루미늄 합금 용탕을 사용하였다.

이때, 유압실린더의 힘을 이용하여 금형(1)에 설치된 피스톤(3)을 전진시켜 금형(1)의 캐비티 내부에 수용된 용융물을 가압한다.

성형 단계는 냉각핀(2)을 이용하여 용융물을 냉각시키며 이때, 용융물이 완전히 응고될 때까지 피스톤(3)을 가압하여 캐비티 내부를 고압으로 유지시키는 것이 바람직하다.

이에, 기포 등 결함이 발생되는 것을 최소화하여 표면 품질이 우수한 제품을 성형할 수 있기 때문이다.

인출 단계는 냉각이 완료된 제품을 금형(1)으로부터 인출할 수 있도록, 냉각핀(2)을 후진시키면서 한 쌍의 금형(1) 중 어느 하나를 이동시켜 금형(1)을 개방시킨다.

금형(1) 개방 및 냉각핀(2) 후진이 완료되면, 제품을 금형(1)으로부터 분리시킨다.

냉각 단계는 제품 인출이 완료된 금형(1)과 냉각핀(2)을 동시에 냉각시킬 수 있도록 냉각핀(2)을 전진시켜 냉각을 실시하는 것이 바람직하다.

이에, 금형(1) 냉각과 동시에 냉각핀(2)을 냉각시킬 수 있어 금형(1)과 냉각핀(2)의 온도 편차를 최소화하여 이후 생산되는 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 냉각핀(2)을 냉각시키기 위한 별도의 냉각수단을 구비하지 않더라도, 냉각핀(2)을 냉각시킬 수 있어 초기 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

냉각 과정에서 냉각핀(2)의 냉각 정도는 냉각핀(2)의 노출 면적에 따라 결정되며, 냉각핀(2)의 노출 면적은 냉각핀(2)의 온도에 따라 각각 다르게 제어하는 것이 바람직하다.

용융물 냉각시 냉각핀(2)에는 이형제가 도포되는데, 냉각핀(2)이 100℃ 이하로 과냉되는 경우 이형제 중에 포함된 수분이 완전히 증발되지 못한채 용융물과 접촉되면 기포를 발생시켜 제품의 후육부(10) 및 홀(20) 주변에 기포 등 결함을 유발할 수 있다.

또한, 냉각핀(2)은 용융물과 반복적으로 접촉되기 때문에 고온의 용융물에 의하여 과열되기 쉬우며, 이와 같이 가열된 냉각핀은 용융물과 접촉하여 열점과 같은 불량을 유발할 수 있다.

따라서, 냉각핀(2)이 적정 온도로 냉각될 수 있도록, 냉각핀(2)의 온도에 따라 냉각핀(2)의 노출 면적을 다르게 조절하여 냉각 정도를 조절함으로써, 생산되는 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른, 냉각 단계는 냉각핀(2)의 온도가 100 ~ 300℃인 경우, 냉각핀(2)의 노출 면적이 전체 면적의 1/4 미만 즉, 냉각핀(2)의 전체 길이의 1/4 미만이 인출되도록 제어한다.

또한, 냉각핀(2)의 온도가 300 ~ 500℃인 경우, 냉각핀(2)의 노출 면적이 전체 면적의 1/4 ~ 1/2 즉, 냉각핀(2)의 전체 길이의 1/4 ~ 1/2이 인출되도록 제어하며, 냉각핀(2)의 온도가 500 ~ 700℃인 경우, 냉각핀(2)의 노출 면적이 전체 면적의 1/2 ~ 3/4 즉, 냉각핀(2)의 전체 길이의 1/2 ~ 3/4이 인출되도록 제어한다.

이에, 냉각핀(2)을 항상 적정 온도로 냉각시킬 수 있으며, 생산되는 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

복수 개의 냉각핀(2)이 설치되는 경우, 각각의 냉각핀(2)의 온도에 따라 각각의 냉각핀(2)의 인출 정도를 다르게 제어하는 것이 바람직하다. 이에, 각각의 냉각핀(2) 간의 온도 편차를 최소화하여 생산되는 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 냉각핀(2)의 온도가 100℃ 미만 또는 700℃를 초과하는 경우, 이상이 발생되었다고 판단하고 작업을 중단하고 유지 보수를 실시한다.

부연하자면, 조업 중인 냉각핀(2)의 온도가 100℃ 미만인 경우, 이형제 중의 수분이 충분히 증발될 수 없다고 판단하여 작업을 중단하며, 냉각핀(2)의 온도가 700℃를 초과하는 경우, 냉각핀(2)이 적정 온도까지 충분히 냉각될 수 없다고 판단하여 작업을 중단한다.

이에, 냉각핀(2)의 이상 여부 판단 및 유지 보수를 용이하게 실시할 수 있는 효과가 있다.

도 3a는 종래 다이캐스팅 방법으로 제조된 제품을 보여주는 도면이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅 방법으로 제조된 제품을 보여주는 도면이며, 도 4a는 종래 다이캐스팅 방법으로 제조된 제품의 홀 및 후육부 품질을 보여주는 도면이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅 방법으로 제조된 제품의 홀 및 후육부 품질을 보여주는 도면이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 종래 다이캐스팅 방법으로 제조된 제품의 경우, 홀(20) 및 후육부(10)의 품질이 주변 품질과 다른 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅 방법으로 제조된 제품은 종래 다이캐스팅 방법으로 제조된 제품에 비하여 후육부(10) 및 홀(20) 주변 성형 품질이 향상됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 금형 2: 냉각핀
3: 피스톤 10: 후육부
20: 홀

Claims (5)

1. 소정 형상의 제품을 성형하도록 형성된 한 쌍의 금형을 닫고 상기 금형 내부로 용융물을 주입하는 주입 단계;
   냉각핀을 이용하여 상기 금형 내부에 주입된 용융물을 냉각시켜 제품을 제조하는 성형 단계;
   상기 제품 성형이 완료되면, 한 쌍의 상기 금형을 개방시키면서 상기 냉각핀을 후진시킨 후, 상기 제품을 인출하는 인출 단계; 및
   상기 냉각핀과 금형의 온도편차를 최소화할 수 있도록, 상기 냉각핀을 전진시키고, 상기 금형 및 냉각핀을 동시에 냉각시키는 냉각 단계;를 포함하고,
   상기 냉각 단계는, 상기 냉각핀의 온도에 따라, 냉각 시 냉각핀의 노출 면적을 다르게 제어하여 냉각 정도를 조절하는 것을 특징으로 하는, 다이캐스팅 방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각 단계는,
   상기 냉각핀의 온도가 100 ~ 300℃인 경우, 상기 냉각핀의 노출 면적이 전체 면적의 1/4 미만이 노출되도록 상기 냉각핀을 전진시키는 것을 특징으로 하는, 다이캐스팅 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각 단계는,
   상기 냉각핀의 온도가 300 ~ 500℃인 경우, 상기 냉각핀의 노출 면적이 전체 면적의 1/4 ~ 1/2 이 노출되도록 상기 냉각핀을 전진시키는 것을 특징으로 하는, 다이캐스팅 방법.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 냉각 단계는,
   상기 냉각핀의 온도가 500 ~ 700℃인 경우, 상기 냉각핀의 노출 면적이 전체 면적의 1/2 ~ 3/4이 노출되도록 상기 냉각핀을 전진시키는 것을 특징으로 하는, 다이캐스팅 방법.

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