KR101768552B1 - 마그네슘 합금의 저온 챔버 다이캐스팅 장치 및 다이캐스팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부에 소정 형상의 캐비티가 형성된 금형, 용탕을 수용하는 용해로, 상기 금형과 연통되며 상기 용해로로부터 용탕이 공급되는 가압 실린더, 상기 가압 실린더 내에서 왕복이동하는 플런저를 포함하는 마그네슘 합금의 저온 챔버 다이캐스팅 장치에 있어서, 상기 용해로와 가압 실린더 사이에 연결되는 탕도관; 및, 상기 용해로와 가압 실린더에 각각 무수 질소가스를 공급하는 질소공급유닛을 포함하며, 상기 용해로와 가압 실린더의 내부는 외기와 차단되는 것을 특징으로 하므로, 질소 발생장치에 연결되어 발생된 질소로부터 수분을 제거하는 수분제거유닛을 포함하는 동시에 용해로와 가압 실린더가 외기와 차단되므로 기포발생 및 산화를 방지할 수 있어 고품질의 제품을 생산할 수 있다.

Description

마그네슘 합금의 저온 챔버 다이캐스팅 장치 및 다이캐스팅 방법{DIE CASTING APPARATUS AND DIE CASTING METHOD OF MAGNESIUM ALLOY HAVING COLD CHAMBER TYPE}

본 발명은 마그네슘 합금의 저온 챔버 다이캐스팅 장치 및 다이캐스팅 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수분과 공기의 유입을 완전히 차단하여 고품질 제품을 생산할 수 있도록 하는 마그네슘 합금의 저온 챔버 다이캐스팅 장치에 관한 것이다.

마그네슘(Mg)은 알루미늄 등의 금속 소재보다 가볍고(비중 : 마그네슘:1.7, 알루미늄:2.7, 철:7.85) 인체에 무해하며 400℃ 전후의 고온에서도 난연성 및 기계적 특성이 우수하다는 이유로 최근 주방용 조리용기 등에 많이 채택되고 있다.

마그네슘 합금의 성형 방법으로는 프레스 성형이나 다이캐스팅 등이 있으며 그 밖의 다양한 기계 가공법이 적용될 수 있다.

그 중, 다이캐스팅은 다이 주조라고도 하며, 필요한 주조형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계가공된 강제(鋼製)의 금형(金型)에 용융금속(또는, 용탕)을 주입하여 금형과 동일한 주물을 얻는 정밀주조법으로서 그 제품을 다이캐스트 주물이라고 한다.

다이캐스팅은 치수가 정확하므로 다듬질할 필요가 거의 없는 장점 외에 기계적 성질이 우수하며 대량생산이 가능하다는 특징이 있어 마그네슘 합금의 성형법으로 많이 채택되고 있다.

다이캐스팅 소재로 가능한 마그네슘 합금으로는 AZ91, AM60 및 AM50 뿐만 아니라 고강도 고연성 난연성 마그네슘 합금 등이 사용될 수 있다.

마그네슘 합금의 다이캐스팅에 의한 제조장치는 용해로에 의해 용해된 용융금속을 금형으로 이송하는 방법에 따라 저온 챔버(cold chamber) 다이캐스팅 장치와 고온 챔버(hot chamber) 다이캐스팅 장치의 2종류로 분류된다.

도 1에는 일반적인 마그네슘 합금의 저온 챔버 다이캐스팅 장치의 예가 도시되어 있다.

일반적으로, 저온 챔버 다이캐스팅 방법은 도 1에서와 같이 용해로(21)에 의해 용해된 용융금속(23)을 대기에 노출된 형태로 가압 실린더(29)의 길이방향을 따라 플런저(25)로 이송하고 금형(15,19)에 용융금속(23)을 압입하여 제조한다.

저온 챔버 다이캐스팅 장치에 의한 제품 제조는 대기에 노출된 형태로 가압 실린더(29)에 용융금속(23)이 이송되므로 용융금속의 대기 노출부위가 넓고 가압 실린더(29)에서 가압시 공기 유입으로 인하여 제품 제조시 제품에 유입된 공기로 인하여 양질의 제품제조가 쉽지 않은 단점을 갖고 있다.

특히, 다이캐스팅용 마그네슘 합금 소재로서 AZ91, AM60, AM50, 고강도 고연성 난연성 마그네슘 합금의 원료가 공기 중에 노출되는 경우 기포 발생 등으로 불량이 생기는 등 품질에 악영향을 미치는 경우가 많았다.

따라서, 용해로의 마그네슘 용탕 산화를 방지하기 위하여 질소(N₂) 가스를 투입하여 외부 공기 유입을 차단하고는 있으나, 질소 가스에 함유된 수분이 마그네슘 용탕과 결합하여 수소(H₂) 및 산소(O₂) 등 기포가 발생하고 결국 품질 악화의 원인이 된다.

가압 실린더에 공급된 마그네슘 용탕은 인젝션 대기상태에 있고 그 대기시간 동안 공기중에 노출되어 있어 산화를 일으키고 그 산화물은 마그네슘 합금 다이캐스팅 제품에 기포 및 산화마그네슘을 발생시킨다.

또한, 밀폐된 용해로 내의 용탕을 정량펌프를 이용하여 탕도관을 통해 다이캐스팅 장치 본체의 가압 실린더로 이송할 때 탕도관과 용탕과의 온도차이로 인해 결로현상이 발생할 수 있으며, 이에 따른 수분으로 인해 용탕에 기포 및 산화마그네슘이 형성되게 된다.

또한, 공기 중에 노출되어 있는 가압 실린더에 용탕을 공급하는 순간 650℃정도의 용탕의 온도는 가압 실린더와의 온도차이로 급격한 온도손실 및 결로현상이 발생되고, 이 상태에서 용탕이 인젝션되면 용탕의 부분적인 응고나 점착에 의해 다이캐스팅 장치에 과부하가 걸리게 되며 수분으로 인해 용탕에 기포 및 산화마그네슘이 형성되어 제품에 불량이 발생하게 된다.

예컨대, 마그네슘 합금으로 이루어진 주방용 조리용기의 경우, 용기 특성상 그 바닥면을 직접 가열하게 되는데, 이때 조리용기 내면에 불순물과 기포가 산재한 부분에서 열에 대한 강도가 취약하므로 팽창하면서 부풀어 오르게 된다.

결국, 고온에서 마그네슘 합금 소재의 주방용 조리용기 제품 사용시 코팅이 박리하여 더 이상 조리용기로서의 기능을 할 수 없게 된다.

한국등록특허공보 제10-0682372호(2007. 02. 07)

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다이캐스팅 공정 가운데 수분이나 공기의 유입을 원천적으로 차단하여 기포발생과 산화현상을 방지함으로써 제품의 품질을 제고할 수 있는 마그네슘 합금의 저온 챔버 다이캐스팅 장치 및 다이캐스팅 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 공급되는 용탕과 가압 실린더 및 탕도관 사이의 온도차를 줄여서 급격한 온도손실 및 결로현상을 방지함으로써 부분적인 응고나 점착이 발생하거나 수분으로 인해 용탕에 기포 및 산화마그네슘이 형성되게 되는 것을 방지할 수 있는 마그네슘 합금의 저온 챔버 다이캐스팅 장치 및 다이캐스팅 방법을 제공하는데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 저온 챔버 다이캐스팅 장치는,

내부에 소정 형상의 캐비티가 형성된 금형, 용탕을 수용하는 용해로, 상기 금형과 연통되며 상기 용해로로부터 용탕이 공급되는 가압 실린더, 상기 가압 실린더 내에서 왕복이동하는 플런저를 포함하는 마그네슘 합금 다이캐스팅 장치에 있어서,

상기 용해로와 가압 실린더 사이에 밀봉 연결되는 탕도관; 및,

상기 용해로와 가압 실린더에 각각 무수 질소가스를 공급하는 질소공급유닛을 포함하며,

상기 용해로와 가압 실린더의 내부는 외기와 차단되는 것을 특징으로 한다.

상기 가압 실린더의 외측면 둘레에는 제1 히터가 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 탕도관의 둘레에는 제2 히터가 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 질소공급유닛으로부터 무수 질소가스를 유입하는 상기 가압 실린더의 질소 유입구와 상기 탕도관은 상기 가압 실린더의 외측면에 연결되어 있으며, 상기 질소 유입구와 상기 탕도관 중 상기 질소 유입구가 상기 금형에 더 근접하여 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 질소공급유닛은 질소를 발생시키는 질소 발생장치와, 상기 질소 발생장치와 연결되어 발생된 질소가스로부터 수분을 제거하는 수분제거유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 마그네슘 합금의 다이캐스팅 방법은, 마그네슘 합금이 용융되며 외기와 차단된 용해로에 무수 질소 가스를 공급하고, 탕도관을 통해 상기 용해로 내의 용탕을 무수 질소 가스가 공급되고 있는 외기와 차단된 가압 실린더로 공급한 후 플런저를 압축 이동하여 가압 실린더 내의 용탕을 금형으로 인젝션하는 것을 특징으로 한다.

상기 가압 실린더를 350℃~450℃의 범위로 예열한 상태에서 용탕이 공급되는 것을 특징으로 한다.

상기 탕도관을 300℃~400℃의 범위로 예열한 상태에서 용탕이 공급되는 것을 특징으로 한다.

인젝션 완료 후 상기 플러저가 후퇴 이동할 때 무수 질소가스가 상기 탕도관으로 역류하여 탕도관에 잔류한 용탕의 산화를 방지하는 것을 특징으로 한다.

상기 용해로에 공급되는 질소가스의 압력은 800~1200mmHG이고, 가압 실린더로 공급되는 질소가스의 압력은 1200~1500mmHG의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 질소 발생장치에 연결되며 발생된 질소로부터 수분을 제거하는 수분제거유닛을 포함하는 동시에 용해로와 가압 실린더의 내부가 외기와 차단되므로 기포발생 및 산화를 방지할 수 있어 고품질의 제품을 생산할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 가압 실린더의 외측면 둘레에 제1 히터가 배치되고/배치되거나 탕도관의 둘레에 제2 히터가 배치되므로 고온의 용탕이 저온의 가압 실린더나 탕도관에 접촉할 때 결로가 발생하여 기포와 산화가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 가압 실린더가 예열되어 있어 용탕의 부분적 응고나 점착을 방지할 수 있으므로 인젝션시 플런저의 과부하를 방지하여 이동을 원활하게 할 수 있으므로 다이캐스팅 장치의 수명을 연장할 수 있다는 이점도 있다.

또한 본 발명에 따르면, 질소 발생장치로부터 질소를 유입하는 가압 실린더의 질소 유입구와 탕도관이 가압 실린더의 외측면에 연결되어 있고 상기 질소 유입구와 탕도관 중 상기 질소 유입구가 상기 금형에 더 근접하여 배치되어 있어 플런저가 후퇴할 때 무수(無水) 질소가스가 상기 탕도관으로 역류하여 탕도관에 잔류한 용탕이 산화되는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 수분제거유닛은 질소 발생장치의 전후에 각각 배치되는 공기 드라이어와, 상기 공기 드라이어와 질소 발생장치 사이에 배치되는 수분/오일 분리기를 포함하는 것을 특징으로 하므로 원료가 되는 공기로부터 수분과 오일을 완전히 제거한 무수 질소가스를 얻을 수 있어 수분이 용탕에 혼입되는 것을 확실히 방지할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 마그네슘 합금용 저온 챔버 다이캐스팅 장치의 일반적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 다이캐스팅 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에서 용해로와 탕도관의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 마그네슘 합금의 다이캐스팅 장치의 수분제거유닛을 나타내는 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네슘 합금의 다이캐스팅 장치(1000)는, 내부에 소정 형상의 캐비티(110)가 형성된 금형(100), 용탕을 수용하는 용해로(200), 상기 금형(100)과 연통되며 상기 용해로(200)로부터 용탕이 공급되는 가압 실린더(300), 상기 가압 실린더(300) 내에서 왕복이동하는 플런저(400)를 포함한다.

특히, 본 발명에 따른 마그네슘 합금 다이캐스팅 장치(1000)는, 상기 용해로(200)와 가압 실린더(300) 사이에 밀봉 연결되는 탕도관(500), 상기 용해로(200)와 가압 실린더(300)에 각각 무수(無水) 질소가스를 공급하는 질소공급유닛(600)을 포함한다.

이때, 상기 용해로(200)와 가압 실린더(300)의 내부는 외기와 차단되도록 밀봉하여 마그네슘이 산화되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

이를 위해, 용해로(200)와 가압 실린더(300)에서 탕도관(500) 및 질소가 공급되는 질소 유입구(350) 등이 확실하게 밀봉되는 것이 바람직하다.
즉, 탕도관(500)의 일단과 용해로(200) 사이, 및 상기 탕도관(500)의 타단과 가압 실린더(300) 사이에는 상기 탕도관(500)을 통과하는 용탕이 외기에 노출되지 않도록 밀봉 처리가 이루어지고, 상기 질소공급유닛(600)에 연결되는 가압 실린더(300)의 질소 유입구(350)에도 밀봉 처리가 이루어진다.

또한, 상기 가압 실린더(300)의 외측면 둘레에는 제1 히터(310)가 배치되어 소정의 온도(350℃~450℃)로 유지됨으로써 공급된 고온의 용탕(약 650℃)이 가압 실린더(300)의 내면에 접촉하여도 결로현상이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

상기 가압 실린더(300)가 예열되어 있으면 용탕의 부분적 응고나 점착을 방지할 수 있으므로 플런저(400)가 이동하며서 인젝션할 경우 플런저(400)의 과부하를 방지하여 이동을 원활하게 할 수 있으므로 다이캐스팅 장치의 수명을 연장할 수 있다.

또한, 상기 탕도관(500)의 둘레에도 제2 히터(510)가 설치되어 300℃~400℃로 유지함으로써 고온의 용탕이 탕도관(500)과 접촉할 때 발생하는 결로현상으로 인한 기포발생 및 산화를 방지하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 질소공급유닛(600)으로부터 무수 질소가스를 유입하는 상기 가압 실린더(300)의 질소 유입구(350)와 상기 탕도관(500)은 상기 가압 실린더(300)의 외측면에 연결되어 있으며 상기 질소 유입구(350)와 상기 탕도관(500) 중 상기 질소 유입구(350)가 상기 금형(100)에 더 근접하여 배치되는 것이 좋다.

이와 같이 구성하면, 인젝션 완료 후 상기 플런저(400)가 후퇴할 때 무수 질소가스가 상기 탕도관(500)으로 역류하여 탕도관(500)에 잔류한 용탕이 산화되는 것을 방지할 수 있다.

상기 탕도관(500) 내의 용탕이 산화되면 후속적으로 용해로(200)로부터 공급되는 용탕과 혼합되어 용탕에 취약한 부분이 존재하게 된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상기 질소공급유닛(600)은 질소 발생장치(610)와 상기 질소 발생장치(610)에 연결되어 발생된 질소가스로부터 수분을 제거하는 수분제거유닛(620)을 포함할 수 있다.

상기 수분제거유닛(620)은 상기 질소 발생장치(610)의 전후에 각각 배치되는 제1 공기 드라이어(621) 및 제2 공기 드라이어(622)와, 상기 제1 공기 드라이어(621)와 질소 발생장치(610) 사이에 배치되는 제1 수분/오일 분리기(623)를 포함할 수 있다.

상기 제1 수분/오일 분리기(623)는 공기에 포함되는 수분과 오일을 분리하는 공지의 장치가 채택될 수 있다.

상기 수분제거유닛(620)의 일 예를 한층 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 질소 발생장치(610)로 공급되기 위한 공기는 먼저 에어 컴프레서(624)를 통해 압축되고 쿨러(cooler, 625)에 의해 냉각된 후 제3 공기 드라이어(626)에 의해 1차로 건조된다.

건조된 공기는 제2 수분/오일 분리기(627)에 의해 수분과 오일이 분리된 후 공기탱크(628)에 수용된다.

상기 공기탱크(628)로부터 어느 정도 수분이 제거된 공기가 제1 공기 드라이어(621)와 제1 수분/오일 분리기(623)를 통해 수분이 2차로 제거된 후 질소 발생장치(610)로 공급되어 질소를 생성한다.

생성된 질소가 다시 제2 공기 드라이어(622)를 통과하도록 하여 실질적으로 수분이 없는 상태의 무수 질소가스가 형성됨으로써 용해로(200)와 가압 실린더(300)로 각각 공급된다.

상기 제1 공기 드라이어(621), 제2 공기 드라이어(622) 및 제3 공기 드라이어(626)는 냉각 사이클의 증발기를 이용하는 냉동식과 제습제를 사용하는 흡착식 모두 사용 가능하다.

상기 질소공급유닛(600)은 사전에 무수 질소가스가 제조되어 수용된 밀폐용기로 구성될 수도 있음은 물론이다.

이하, 도 2와 도 3을 참조하여 마그네슘 합금의 다이캐스팅 방법을 설명한다.

먼저, 질소공급유닛(600)으로부터 마그네슘 합금이 용융되는 용해로(200)에 무수 질소 가스가 공급된다.

이때, 상기 용해로(200)에 공급되는 무수 질소가스의 압력을 800~1200mmHG 정도로 유지하여 외부 공기 유입을 방지하는 동시에 용탕 표면을 강하게 덮어 공기와의 접촉을 완전히 차단하도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 외기와 차단된 상태에서 정량펌프(P)를 이용하여 상기 용해로(200) 내의 용탕을 탕도관(500)을 통해 무수 질소 가스가 공급되고 있는 가압 실린더(300)로 공급한다.

이때, 상기 탕도관(500)을 300℃~400℃의 범위로 예열한 상태에서 용탕이 공급되도록 하고 상기 가압 실린더(300)를 350℃~450℃의 범위로 예열한 상태에서 용탕이 공급되도록 하여 용탕과 탕도관(500) 사이의 온도차 및 용탕과 가압 실린더(300) 사이의 온도차에 의해 발생할 수 있는 결로현상을 방지하도록 한다.

가압 실린더(300)로 공급되는 질소가스의 압력을 1200~1500mmHG의 범위로 유지하면 외부 공기의 유입이 완전 차단되어 용탕에 공기가 접촉하는 것을 확실히 방지할 수 있다.

다음, 상기 가압 실린더(300)의 길이방향을 따라 플런저(400)를 밀어서 가압 실린더(300) 내의 용탕을 금형(100)으로 인젝션한다.

또한, 인젝션이 완료된 후 상기 플런저(400)가 후퇴할 때 상기 가압 실린더(300) 로 공급되는 무수 질소가스가 상기 탕도관(500)으로 역류하여 탕도관(500)에 잔류한 용탕의 산화를 방지하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면들에 의해 한정되는 것은 아니며, 후술하는 특허청구범위 내에서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 당연하다.

100... 금형
200... 용해로
300... 가압 실린더
400... 플런저
500... 탕도관
600... 질소공급유닛
700... 수분제거유닛

Claims (10)

1. 내부에 소정 형상의 캐비티가 형성된 금형, 용탕을 수용하는 용해로, 상기 금형과 연통되며 상기 용해로로부터 용탕이 공급되는 가압 실린더, 상기 가압 실린더 내에서 왕복이동하는 플런저를 포함하는 마그네슘 합금의 저온 챔버 다이캐스팅 장치에 있어서,
   외기와 차단된 상기 용해로의 내부와 가압 실린더의 내부 사이에 탕도관이 연결되며, 상기 탕도관의 일단과 용해로 사이 및 상기 탕도관의 타단과 가압 실린더 사이에는 외기와의 차단을 위한 밀봉 처리가 이루어지고,
   상기 용해로 및 가압 실린더에 각각 무수 질소가스를 공급하기 위해, 질소를 발생시키는 질소 발생장치와, 상기 질소 발생장치와 연결되어 발생된 질소가스로부터 수분을 제거하는 수분제거유닛을 포함하는 질소공급유닛을 포함하되, 상기 질소공급유닛에 연결되는 가압 실린더의 질소 유입구에는 외기와의 차단을 위한 밀봉 처리가 이루어지고,
   상기 질소 유입구와 상기 탕도관 중 상기 질소 유입구가 상기 금형에 더 근접하여 배치되어 상기 플런저가 후퇴할 때 무수(無水) 질소가스가 상기 탕도관으로 역류하도록 구성되며,
   상기 용해로에 공급되는 질소가스의 압력은 800~1200mmHG이고, 가압 실린더로 공급되는 질소가스의 압력은 1200~1500mmHG의 범위에 있으며,
   상기 가압 실린더의 외측면 둘레에는 상기 가압 실린더를 350℃~450℃의 범위로 예열하기 위한 제1 히터가 배치되고, 상기 탕도관의 둘레에는 상기 탕도관을 300℃~400℃의 범위로 예열하기 위한 제2 히터가 배치되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금의 저온 챔버 다이캐스팅 장치.
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