KR101779173B1 - 1 쇼트 용해 다이캐스팅 주조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매 쇼트 쇼트 마다 필요한 주입중량의 용탕을 쇼트마다 주입 용탕량 만큼만 용해하여 다이캐스팅 장비에 주입하고 충전하여 주조하는 1쇼트(shot) 용해 다이캐스팅 주조방법에 관한 것으로, 다이캐스팅 장치에 1사이클 내의 용탕 급탕에 있어서, 고체금속을 주입중량만큼 개량하여 투입하는 고체 금속 장입 단계를 갖는다. 다음으로 고체금속에 진공감압 또는 불활성 가스로 가압하여 대기와 차단하도록 하며 예열하는 1차대기단계를 갖는다. 1차대기단계 후, 단일 또는 회전이 가능한 다중의 도가니의 도가니로 슬라이딩 방식으로 슈트를 통해 대기압, 진공, 가압분위기에서 하단챔버의 도가니 내 원재료 장입단계를 가지며, 도가니 내 원재료 장입단계 후, 상기 하단챔버의 도가니를 감싸는 코일과 연결된 고주파 가열장치 또는 고집적 에너지 가열장치를 제어반을 통해 급속으로 용해하고 온도를 제어하는 고속용해 및 온도제어단계를 갖는다. 고속용해 및 온도제어단계 후, 도가니의 주탕의 개폐장치 또는 도가니를 틸팅하여 슬리브 내로 밀폐상태에서 장입하는 출탕단계를 포함하여, 출탕 단계 이후 사출하며 반복적인 사이클로 매 쇼트 마다 용해하도록 함으로써 종래 다이캐스팅의 고온 대량의 용탕을 용해하고 보온하는데 소요되는 용해, 보온비용, 용해 및 보온로 감가상각비, 유지관리비, 소모품비 등의 비용적인 원가절감 효과와 고온 대량의 용탕을 작업현장에 상시 보관함에 따른 작업환경의 열악, 작업자 안전문제 및 안전사고 다발 등의 고질적인 환경과 안전문제가 주조공장에 늘 공존하고 있는 근원해결은 물론, 또한 용탕 품질적인 측면에서도 고온의 용탕상태로 유지함에 따른 용탕내 수소가스 혼입, 개재물 혼입, 조직 불균일, 중력편석에 의한 용탕의 상중하 수위에 따른 품질편차 등의 다이캐스팅 주조공정, 공장의 근본적인 원가, 환경, 안전, 품질의 문제를 동시에 해결할 수 있다.

Description

1 쇼트 용해 다이캐스팅 주조방법{Diecasting method of 1 shot melting}

본 발명은 하나의 제품을 만들 수 있는 1사이클(Cycle)내에 1쇼트(Shot)용량의 재료만 용해 후 주조기(금형)내에 주입하고 성형하는 주조방법에 관한것으로, 좀 더 구체적으로는 매 쇼트 쇼트 마다 필요한 주입중량의 용탕을 쇼트마다 주입 용탕량 만큼만 용해하여 다이캐스팅 장비에 주입하고 충전하여 주조하는 1쇼트(shot) 용해 다이캐스팅 주조방법에 관한 것이다.

수송기계나 가전기기의 경량화와 고성능화를 위한 Al, Mg이나 Zn합금 등의 경량금속 합금재료의 사용확대에 따라 금형(Die)를 이용한 중력주조, 저압주조, 고압주조나 단조, 압연, 압출공법 등의 기술도 점차 다양화, 고급화되고 있다. 이러한 주조공법 중에서 대량생산성이 가장 우수하고 치수정밀도가 높고 최종 형상에 가까운 near-net shape성이 뛰어나 폭넓게 사용되고 있는 방법이 고압주조법 흔히 다이캐스팅법으로 통칭되는 공법이다.

타 주조법도 마찬가지이지만 다이캐스팅의 경우도 원하는 형상을 만들기 위해 만들어진 금형 틀에 고체금속을 변형저항이 작은 액체금속 즉 금속을 용해시킨 용탕을 금형에 충전하는 과정을 거쳐 금형내에서 응고후 제품이 성형되는 것이다.

따라서 고체금속인 원재료 잉곳 또는 리턴 스크랩 등을 용해시키는 각종 용해로를 이용하여 대량의 용탕을 1차 용해하고, 대형 래이들을 이용하여 다이캐스팅 장비옆에 딸려 있는 보온로로 이송한 후 매 쇼트마다 용해 보온중인 보온로의 용탕을 1쇼트 주입중량 만큼 계량하여 다이캐스팅 장치에 공급하고 고속으로 충전 및 고압으로 성형하는 방식이 가장 일반적인 다이캐스팅 방법이다.

이러한 종래 다이캐스팅 공법의 가장 큰 문제점 중의 하나는 고온 대량의 용탕을 작업과 관계없이 휴지시간(장비 비가동시간, 공휴일, 야간시간 등)에도 계속 적정온도와 용탕의 적정수위를 유지관리하여야 곧 바로 작업개시 할 수 있게 된다는 것이다.

그에 따른 문제점으로는 고온 대량의 용탕을 용해하고 보온하는데 소요되는 용해비용, 용해 및 보온로 감가상각비, 유지관리비, 소모품비 등의 비용적인 측면과 고온 대량의 용탕을 작업현장에 상시 보관함에 따른 작업환경의 열악, 작업자 안전문제 및 안전사고 다발 등의 고질적인 환경과 안전문제가 주조공장에 늘 공존하고 있다는 것과 또한 용탕 품질적인 측면에서도 고온의 용탕상태로 유지함에 따른 용탕내 수소가스 혼입, 개재물 혼입, 조직 불균일, 중력편석에 의한 용탕의 상중하 수위에 따른 품질편차 등의 문제로 최종 주조품의 제품불량에도 큰 영향을 주기도 한다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 종래의 다이캐스팅 공법에서 필연적으로 적용되고 있는 고온 대량의 용탕을 용해, 보온하는 공정 자체를 없애고 매 쇼트 쇼트 마다 필요한 주입중량의 용탕을 쇼트마다 주입 용탕량 만큼만 용해하여 다이캐스팅 장비에 주입하고 충전하여 주조하는 1쇼트(shot) 용해 다이캐스팅 방법을 제공하여 용해, 보온에 따른 비용절감, 환경과 안전문제 해결, 용탕 품질문제 등의 문제해결이 가능한 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 다이캐스팅 장치에 1사이클 내의 용탕 급탕에 있어서, 고체금속을 주입중량만큼 개량하여 투입하는 고체 금속 장입 단계;와 상기 고체 금속 장입 단계 후, 상기 고체금속에 진공감압 또는 불활성 가스로 가압하여 대기와 차단하도록 하며 예열하는 1차대기단계;와 상기 1차대기단계 후, 단일 또는 회전이 가능한 다중의 도가니의 도가니로 슬라이딩 방식으로 슈트를 통해 대기압, 진공, 가압분위기에서 하단챔버의 도가니 내 원재료 장입단계;와 상기 도가니 내 원재료 장입단계 후, 상기 하단챔버의 도가니를 감싸는 코일과 연결된 고주파 가열장치 또는 고집적 에너지 가열장치를 제어반을 통해 급속으로 용해하고 온도를 제어하는 고속용해 및 온도제어단계; 및 상기 고속용해 및 온도 제어단계 후, 상기 도가니의 주탕의 개폐장치 또는 상기 도가니를 틸팅하여 슬리브 내로 밀폐상태에서 장입하는 출탕단계;를 포함하여, 상기 출탕 단계 이후 사출하며 반복적인 사이클로 매 쇼트 마다 용해할 수 있다.

이와 같은 1 쇼트 용해 다이캐스팅 주조방법에서 상기 고체 금속 장입 단계는 두개의 존(zone)으로 나누어져 존 1의 투입구로 상기 고체금속을 투입하고 상기 존 1을 개폐하는 도어 1을 오픈한 후, 상기 고체금속을 밀어주어 존 2로 이송할 수 있다.

이와 같은 1 쇼트 용해 다이캐스팅 주조방법은 상기 1차대기단계에서 상기 존 2로 이송된 상기 고체금속은 상기 도어 1이 차폐되어지고 상기 존 2는 진공감압하며 대기와 차단될 수 있다.

이와 같은 1 쇼트 용해 다이캐스팅 주조방법에서 상기 존 2를 차폐하던 도어 2를 열여줌으로써 중력으로 상기 고체 재료는 상기 도가니로 슬라이딩 되어 슈트를 통해 투입되어지고 이후 상기 도어 2는 닫아 차폐할 수 있다.

이와 같은 1 쇼트 용해 다이캐스팅 주조방법에 따르면, 종래 다이캐스팅의 고온 대량의 용탕을 용해하고 보온하는데 소요되는 용해, 보온비용, 용해 및 보온로 감가상각비, 유지관리비, 소모품비 등의 비용적인 원가절감 효과와 고온 대량의 용탕을 작업현장에 상시 보관함에 따른 작업환경의 열악, 작업자 안전문제 및 안전사고 다발 등의 고질적인 환경과 안전문제가 주조공장에 늘 공존하고 있는 근원해결은 물론, 또한 용탕 품질적인 측면에서도 고온의 용탕상태로 유지함에 따른 용탕내 수소가스 혼입, 개재물 혼입, 조직 불균일, 중력편석에 의한 용탕의 상중하 수위에 따른 품질편차 등의 다이캐스팅 주조공정, 공장의 근본적인 원가, 환경, 안전, 품질의 문제를 동시에 해결할 수 있다.

도 1은 종래의 다이캐스팅 장치 구성도를 도시한 도면;
도 2는 종래의 다이캐스팅 방식의 플로우 차트를 도시한 도면;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1쇼트 용해 다이캐스팅 장치 구성도를 도시한 도면;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1쇼트 용해 다이캐스팅 방식의 플로우 차트를 도시한 도면이다.

도 1은 종래의 다이캐스팅 장치 구성도를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 다이캐스팅방법은 일반적으로 대용량의 원재료 고체금속과 스크랩을 급속용해장치(통상 시간당 1톤~5톤급의 대용량 용해로)를 이용하여 용해하고 용해한 용탕은 급속용해로의 용해 보온실에서 각종의 용탕처리(개재물처리, 탈가스처리 등)를 거친후 1~2톤급의 이송용 래이들을 이용하여 각 다이캐스팅 장비별로 설치되어 있는 보온로(다이캐스팅 장비 톤수에 따라 1톤~3톤 정도 보온용량의 보온로)에 급탕한 후 매 쇼트마다 보온로의 용탕을 주입중량 만큼만 급탕 래이들로 주탕하여 주조하는 방식이다.

도 2는 종래의 다이캐스팅 방식의 플로우 차트를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 종래의 다이캐스팅방법은 일반적으로 대용량의 원재료 고체금속과 스크랩을 용해하고, 각 다이캐스팅 장비별로 설치되어 있는 대용량 용탕유지 보온용 보온로에서 매 쇼트마다 퍼서 다이캐스팅 장비에 주탕하는 방식이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 3 및 도 4에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 금형의 형체 관련 기술, 사출, 또는 고압가압성형 관련 기술, 다이캐스팅의 장비를 설치하는 관련 기술 등 통상 본 발명에 적용되는 분야의 종사자들 및 그들이 관련분야의 종사자들 및 그들이 관련분야의 종사자들을 통해 통상적으로 알 수 있는 부분들의 도시 및 상세한 설명은 생략하고, 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시 및 설명 하였다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1 쇼트 용해 다이캐스팅 장치 구성도를 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1쇼트 용해 다이캐스팅 방식의 플로우 차트를 도시한 도면이다.

도 3및 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1 쇼트 용해 다이캐스팅 주조방법은 고체 금속 장입 단계(s201), 1차대기단계(s202), 도가니 내 원재료 장입단계(s203), 고속용해 및 온도제어단계(s204), 출탕단계(s205)로 구성된다.

이와 같은 1 쇼트 용해 다이캐스팅 주조방법은 다이캐스팅 장치에 1사이클 내의 용탕 급탕에 있어서, 고체금속(1)을 주입중량만큼 개량하여 투입하는 고체 금속 장입 단계(s201)를 갖는다. 다음으로 고체금속(1)에 대기압에서 수행되나 고품위가 요구되어질 때는 진공감압 또는 아르곤(Ar), 질소(N2)가스 등 불활성가스를 이용한 가압을 실시하여 대기와 차단하도록 하며 예열하는 1차대기단계(s202)를 갖는다. 1차대기단계(s202) 후, 대기압, 진공, 가압분위기 중 어느 하나에서 하단챔버의 도가니(16)로 슬라이딩 방식으로 슈트를 통해 투입하는 단일 또는 회전이 가능한 다중의 도가니 내 원재료 장입단계(s203)를 가지며, 하단챔버의 도가니 내 원재료 장입단계(s203) 후, 도가니(16)를 감싸는 코일(18)과 연결된 고주파 가열장치 또는 레이저, 플라즈마, 전자빔 등의 고집적 에너지 가열장치 제어반(20)을 통해 급속으로 용해하고 온도를 제어하는 고속용해 및 온도제어단계(s204)를 갖는다. 이 후, 도가니(16)의 주탕의 개폐장치 또는 도가니를 틸팅하여 슬리브 내로 밀폐상태에서 장입하는 출탕단계(s205)를 가짐으로써 출탕 단계 이후 사출하며 반복적인 사이클로 매 쇼트 마다 용해하도록 한다.

이와 같은 1 쇼트 용해 다이캐스팅 주조방법에서 고체 금속 장입 단계(s201)는 두개의 존(zone)으로 나누어져 존 1의 투입구(11)로 고체금속(1)을 투입하고, 존 1을 개폐하는 도어 1(13)을 오픈한 후, 고체금속(1)을 밀어주어 존 2로 이송한다.

1차대기단계(s202)는 존 2로 이송된 고체금속(1)은 도어 1(13)이 차폐되어지고, 존 2는 대기압에서 수행되나 고품위가 요구되어질 때는 진공감압 또는 아르곤(Ar), 질소(N2)가스 등 불활성가스를 이용하여 가압하며 대기와 차단되도록 한다.

존 2를 차폐하던 도어 2(14)를 열여줌으로써 중력으로, 고체금속(1)은 도가니(16)로 슬라이딩 되어 슈트를 통해 투입되어지고 이후 도어 2(14)는 닫아 차폐한다.

본 발명의 1 쇼트 용해 다이캐스팅 주조방법은 플로우 챠트를 통해 알수 있듯이 다이캐스팅 장비의 주조 1사이클 이내에 매 쇼트 주입할 용탕을 매 쇼트마다 용해 급탕하는 방식이다.

먼저 고체금속(1)을 주입중량 만큼 자동개량하여 존 1의 투입구로 투입하고, 도어1 오픈후 개량된 고체금속(1)을 에어실린더 방식으로 밀어주어 존 2로 이송한후 실린더는 후퇴 원위치 시키고 도어 1(13)은 닫는다. 이 때 일반적으로 대기압 분위기에서 작업이 수행되나 고품질을 유지하기 위해 존 2는 진공감압 또는 아르곤(Ar), 질소(N2)가스 등 불활성가스를 이용하여 가압하여 대기와 차단하도록 하거나 용해속도를 빠르게 하기 위해 존 2의 영역에 예열장치를 설계, 보완 할 수도 있다.

도어 2(14)를 열어주면 중력의 힘으로 고체금속(1)은 대기압, 진공, 가압분위기에서 하단챔버의 도가니(16)로 슬라이딩 방식으로 슈트를 통해 투입된다. 투입후 도어 2는 닫아준다.

하단챔버 내 도가니(16)에 원재료가 장입되면 고주파 유도가열장치 등의 고집적 에너지(원재료의 종류, 성분에 따라 투입에너지의 파워를 조절한다)를 적용하여 급속용해 및 온도제어 한후 도가니(16)의 주탕 개폐장치 또는 도가니를 틸팅하여 다이캐스팅 장비의 슬리브내로 밀폐상태에서 장입하는 방식으로 반복적인 사이클로 매 쇼트 마다 용해하는 이른바 신개념의 1쇼트 용해 다이캐스팅 주조방식이다.

즉, 본 발명의 바람직한 실시예는 다이캐스팅 주조 1사이클 이내에 매 쇼트 주입할 용탕을 고집적 에너지(고주파 유도가열, 전자빔, 레이저, 플라즈마 등)소스를 적용하여 용해 및 온도관리 한후 주탕하여 주조하는 신개념의 다이캐스팅 주조방식이다.

도 3에서 장치의 개념도를 나타내었으며 크게 고집적에너지 제어반, 1쇼트 용해실(챔버, 가열원, 도가니, 출탕 개폐장치 등), 그리고 고체금속(1) 장입장치(개량장치, 재료 장입실린더, 재료 장입대기실, 재료장비 chute, 각 실별 개폐도어 등)로 구성된다.

다이캐스팅 장비의 1사이클은 보통 300톤급 이하의 경우는 30초 전후, 800톤급의 중형의 경우에는 60전후, 1200톤 이상의 대형급의 경우에는 80초 이상이 소요된다. 이 사이클 범위내에서 용해 및 온도유지하고 다이캐스팅 장비와 연동하여 출탕하는 시스템으로 구성되어진다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 1 쇼트 용해 다이캐스팅 주조방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시 하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

S200 : 1 쇼트 용해 다이캐스팅 주조단계
S201 : 고체 금속 장입 단계
S202 : 1차대기단계
S203 : 도가니 내 원재료 장입단계
S204 : 고속용해 및 온도제어 단계
S205 : 출탕단계

Claims (4)

1. 다이캐스팅 장치에 1사이클 내의 용탕 급탕에 있어서,
   고체금속을 주입중량만큼 개량하여 투입하는 고체 금속 장입 단계;와
   상기 고체 금속 장입 단계 후, 상기 고체금속에 진공감압 또는 불활성 가스로 가압하여 대기와 차단하도록 하며 예열하는 1차대기단계;와
   상기 1차대기단계 후, 단일 또는 회전이 가능한 다중의 도가니의 도가니로 슬라이딩 방식으로 슈트를 통해 대기압, 진공, 가압분위기 중 어느 하나에서 하단챔버의 도가니 내 원재료 장입단계;와
   상기 도가니 내 원재료 장입단계 후, 상기 하단챔버의 도가니를 감싸는 코일과 연결된 고주파 가열장치 또는 고집적 에너지 가열장치를 제어반을 통해 급속으로 용해하고 온도를 제어하는 고속용해 및 온도제어단계; 및
   상기 고속용해 및 온도제어단계 후, 상기 도가니의 주탕의 개폐장치 또는 상기 도가니를 틸팅하여 슬리브 내로 밀폐상태에서 장입하는 출탕단계;를 포함하여,
   상기 출탕 단계 이후 사출하며 반복적인 사이클로 매 쇼트 마다 용해하는것을 특징으로 하는 1 쇼트 용해 다이캐스팅 주조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 고체 금속 장입 단계는 두개의 존(zone)으로 나누어져 존 1의 투입구로 상기 고체금속을 투입하고 상기 존 1을 개폐하는 도어 1을 오픈한 후, 상기 고체금속을 밀어주어 존 2로 이송하는 1 쇼트 용해 다이캐스팅 주조방법.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 1차대기단계에서 상기 존 2로 이송된 상기 고체금속은 상기 도어 1이 차폐되어지고 상기 존 2는 진공감압하며 대기와 차단되는 1 쇼트 용해 다이캐스팅 주조방법.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 존 2를 차폐하던 도어 2를 열여줌으로써 중력으로 상기 고체금속는 상기 도가니로 슬라이딩 되어 슈트를 통해 투입되어지고 이후 상기 도어 2는 닫아 차폐하는 1 쇼트 용해 다이캐스팅 주조방법.
   
   

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