KR101859354B1 - 주조 장치 및 주조 방법 - Google Patents

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KR101859354B1
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마사야 다카하시
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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

주조형(2)에 주형 빼기 핀(3)을 배치한 상태에서, 상기 주조형의 내부에 형성되는 캐비티(25)에 용탕을 공급하여 주조를 행하는 주조 장치(1)이며, 하나의 주조 사이클의 종기의 소정 시간에 있어서의 상기 주형 빼기 핀의 온도를 검출하는 온도 검출기(11)와, 상기 주형 빼기 핀에 냉각 에너지를 부여함과 함께, 상기 온도 검출기에 의해 검출된 검출 온도에 따라, 다음 주조 사이클중에 상기 주형 빼기 핀에 부여하는 냉각 에너지량을 제어하는 냉각 제어기(12)를 구비한다.

Description

주조 장치 및 주조 방법
본 발명은 주조 장치 및 주조 방법에 관한 것이다.
라이너리스 실린터 보어의 프레셔 다이캐스트법에 있어서, 라이너리스 실린터 보어를 성형하는 주형 빼기 핀을 중공 구조로 하고, 그 내부에 냉각관을 삽입 배치하고, 냉각관의 중심부에 내부 냉각수 통로를 설치하는 한편, 냉각관의 외주면에 대향하는 주형 빼기 핀의 내주면이 나선홈을 포함하는 나선형 냉각수 통로를 설치하고, 냉각수를 냉각관의 내부 냉각수 통로로부터 공급하고, 나선형 냉각수 통로에 흐를 때에 주형 빼기 핀을 냉각하는 주조 장치가 알려져 있다(특허문헌 1).
일본 특허 공개 제2010-155254호 공보
그러나, 상기 종래 기술에서는, 냉각 매체의 흐름의 막힘을 억제하여 주형 빼기 핀의 표면 온도를 균일화할 수는 있더라도, 주조 중에 있어서의 주형 빼기 핀 자체의 온도가 1사이클마다 변동된다는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 주조 중에 있어서의 주형 빼기 핀의 온도가 사이클마다 변동되는 것을 억제할 수 있는 주조 장치 및 주조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 주조형에 주형 빼기 핀을 배치한 상태에서 주조형 내에 형성되는 캐비티에 용탕을 공급하여 주조를 행하는 주조 장치에 있어서, 하나의 주조 사이클의 종기의 소정 시간에 있어서의 주형 빼기 핀의 온도를 검출하고, 이 검출된 온도에 따라, 다음 주조 사이클중에 주형 빼기 핀에 부여하는 냉각 에너지량을 제어함으로써 상기 과제를 해결한다.
본 발명에 따르면, 주조 사이클의 종기에 있어서는 주형 빼기 핀의 온도가 안정되므로, 이 온도에 따라, 다음 사이클에 있어서 주형 빼기 핀에 부여하는 냉각 에너지를 제어함으로써, 주조 중에 있어서의 주형 빼기 핀의 온도가 사이클마다 변동되는 것을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 주조 장치 및 방법이 적용되는 라이너리스 실린더 블록을 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따르는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 주조 장치의 주요한 주조형을, 도 1의 III-III선을 따르는 방향으로 도시하는 단면도이다.
도 4a는 도 3의 주형 빼기 핀의 상세와 주조 장치의 주조형 이외의 주요한 구성을 도시하는 도면이다.
도 4b는 도 4a의 주형 빼기 핀을 도시하는 일부를 파단한 사시도이다.
도 5는 도 3 및 도 4의 주조 장치를 사용한 주조 방법을 나타내는 타임차트이다.
도 6은 도 4에 도시하는 컨트롤러에 기억되는 제어 테이블의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7a는 도 3의 주형 빼기 핀의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 7b는 도 7a의 주형 빼기 핀과 도 3의 주형 빼기 핀을 각각 사용하여 주조를 복수회 행한 경우의 주형 빼기 핀의 온도를 나타내는 그래프이다.
도 7c는 도 3의 주형 빼기 핀의 또다른 예를 도시하는 도면이다.
도 8은 도 3 및 도 4의 주조 장치를 사용하여 주형 빼기 핀에 부여되는 냉각 에너지를 제어한 경우의 주형 빼기 핀의 온도와, 동일한 장치를 사용하여 주형 빼기 핀에 부여되는 냉각 에너지를 제어하지 않은 경우의 주형 빼기 핀의 온도를 나타내는 히스토그램이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 주조 장치 및 방법이 적용되는 라이너리스 실린더 블록(4)(이하, 실린더 블록(4)이라고도 한다.)의 일례를 도시하는 사시도이며, 도시하는 예는, 자동차용 V형 6기통 엔진의 알루미늄 합금제의 라이너리스 실린더 블록(4)이다. 이 주조 제품으로서의 실린더 블록(4)에는, 좌우 각각에 3개씩의 실린더 보어(41)가 설치되어 있다. 또한, 본 발명의 주조 장치 및 주조 방법은, 주조 제품의 형태나 사양에는 특별히 한정되지 않고 1사이클 마다의 주조형 자체의 온도 변동에 의한 블로우 홀의 발생을 억제할 목적이라면, 그 용도는 한정되지 않는다. 라이너리스 실린더 블록(4)의 실린더 보어(41)에 있어서는, 라이너가 삽입되지 않고 주조면이 실린더 보어(41)의 면이 되기 때문에, 블로우 홀의 발생은 치명적인 품질 결함이 된다. 이하, 본 발명의 주조 장치 및 주조 방법을, 라이너리스 실린더 블록(4)의 실린더 블록(4)을 성형하기 위한 주형 빼기 핀(3)에 특징을 갖는 실시 형태에서 설명한다.
도 2는, 도 1의 II-II선을 따르는 단면도이며, 실린더 블록(4)의 실린더 보어(41)에 상당하는 부위에 주형 빼기 핀(3)이 위치하도록 주조형(2)이 형 체결되는 것을 나타내고 있다. 도 3은, 도 1의 III-III선을 따르는 단면도이며, 주조형(2)의 전체를 도시하는 단면도이다. 본 실시 형태의 주조형(2)은 고정형(21)과, 이것에 대향하여 화살표 X 방향으로 전진 및 후퇴하는 가동형(22)과, 이들 고정형(21) 및 가동형(22) 사이에 설치되고, 각각 화살표 Z 방향으로 전진 및 후퇴하는 상형(23) 및 하형(24)으로 구성되어 있다. 그리고, 도 2에 도시한 바와 같이, 고정형(21), 가동형(22), 상형(23) 및 하형(24)을 형 체결한 상태에 있어서, 이들 주조형의 내부에 캐비티(25)가 형성되고, 이 캐비티(25)에 도시하지 않은 주탕구로부터 용탕을 사출하고, 일정 압력을 일정 시간 인가한 뒤, 가동형(22)을 X 방향, 상형(23) 및 하형(24)을 Z 방향으로 후퇴시킴으로써 형 개방하고, 그 후에 제품인 실린더 블록(4)이 이형된다. 이와 같이, 녹인 알루미늄 등의 용탕을 고속·고압으로 정밀한 주조형에 주입하고, 순식간에 제품을 주조하는 주조법은, 압력 다이캐스트(PDC)라고도 칭해지는 알루미늄 주물의 금형 주조 방법의 하나이다.
또한, 본 실시 형태의 실린더 블록(4)의 형상에 따라 상형(23) 및 하형(24) 도 모두 Z 방향으로 전진 및 후퇴 가능하게 구성했지만, 주조 제품의 형상에 따라서는, 즉 이형 공정에 있어서 주조 제품을 용이하게 이형할 수 있는 경우에는, 그 형상에 따라서 고정의 주조형으로 해도 된다. 본 실시 형태에서는, 가동형(22)에 주형 빼기 핀(3)이 고정되어 있다. 도 3에 있어서는, V형 6기통 엔진의 편측 3기통의 실린더 보어(41)를 나타내고 있기 때문에, 3개의 주형 빼기 핀(3)만이 도시되어 있지만, 실제의 가동형(22)에는 실린더 보어(41)의 수에 따른 수의 주형 빼기 핀(3)이 고정되어 있다.
고정형(21), 가동형(22), 상형(23) 및 하형(24)의 냉각 구조에 대해서는, 종래 공지된 수단을 채용할 수 있기 때문에 그 설명은 생략한다. 이하, 실린더 보어(41)의 내면의 블로우 홀의 발생을 억제하기 위한 주형 빼기 핀(3)의 냉각 구조에 대하여 설명한다. 도 4a는, 도 3의 주형 빼기 핀(3)의 상세와, 주조 장치(1)의 주조형(2) 이외의 주요한 구성을 도시하는 도면, 도 4b는, 주형 빼기 핀(3)의 개요를 도시하는 일부 파단한 사시도이다.
본 실시 형태의 주형 빼기 핀(3)은 외통(31)과 내통(32)을 갖는다. 외통(31)은 바닥부를 갖고, 정상부가 개구되고, 측벽부가 원통형(형 빼기를 고려하여 약간 끝이 가늘게 된 원통형)으로 된 바닥이 있는 통형으로 형성되고, 외면이 주형 빼기 핀(3)의 외면을 구성한다. 내통(32)은 외면에 축방향에 대하여 등피치의 나선홈(33)이 형성됨과 함께, 내부를 축방향으로 관통하는 관통 구멍(34)이 형성된 중실형으로 되어 있다. 내통(32)은 도 4b에 도시하는 바와 같이 외통(31)에 삽입된다. 내통(32)의 외면에 형성된 나선홈(33)의 일단부(도 4a에서는 상단, 도 4b에서는 하단)는 4개의 냉매 출구(37)에 연통하고, 나선홈(33)의 타단부(도 4a에서는 하단, 도 4b에서는 상단)는 외통(31)의 바닥부와 내통(32)의 선단부 사이에 설치된 공간(38)에 연통한다. 그리고, 내통(32)이 외통(31)에 삽입되면, 나선홈(33)과 인접하는 나선홈(33)과의 사이의 내통 외면이, 외통(31)의 내면과 거의 접촉하고, 이에 의해 외통(31)의 내면과 내통(32)의 나선홈(33) 사이에 냉매가 흐르는 나선형 유로(35)가 형성된다.
한편, 중실형의 내통(32)의 축방향 중심에는, 당해 내통(32)을 관통하는 관통 구멍(34)이 형성되고, 그 선단(도 4a에서는 하단, 도 4b에서는 상단)이 복수의 통과 구멍에 분기되어 있다. 도 4b에 도시하는 도면에서는 4개로 분기하는 것이 도시되어 있다. 그리고, 이 관통 구멍(34)의 선단은 상술한 외통(31)의 바닥부와 내통(32)의 선단부 사이에 설치된 공간(38)에 연통한다. 또한, 관통 구멍(34)의 기단(도 4a에서는 상단, 도 4b에서는 하단)은 내통(32)의 냉매 입구(36)에 연통한다. 이상의 외통(31) 및 내통(32)의 구성에 의해, 냉매 입구(36)로부터 냉매를 공급하면, 이 냉매는, 관통 구멍(34)에서 유하하여 선단에서 복수로 분기되고 나서 공간(38)에 이른다. 그리고 이 냉매는, 여기서부터 나선홈(33)으로 구성되는 나선형 유로(35)의 선단으로부터 나선형 유로(35)에서 나선형으로 흐르고, 이때에 외통(31)을 냉각한다. 나선형 유로(35)의 기단에 이른 냉매는, 냉매 출구(37)로부터 주형 빼기 핀(3)의 외부로 유출된다.
또한, 도시하는 실시 형태의 주형 빼기 핀(3)에서는, 관통 구멍(34)의 기단을 냉매 입구(36)로 하고, 나선형 유로(35)의 기단을 냉매 출구(37)로 하고, 외통(31)을 냉각하는 냉매를 주형 빼기 핀(3)의 선단으로부터 기단을 향하여 흘리는 구성으로 하고 있지만, 이것과는 반대로, 나선형 유로(35)의 기단을 냉매 입구(36)로 하고, 관통 구멍(34)의 기단을 냉매 출구(37)로 하고, 외통(31)을 냉각하는 냉매를 주형 빼기 핀(3)의 기단으로부터 선단을 향하여 흘리는 구성으로 해도 된다. 단, 전자의 구성(냉매를 주형 빼기 핀(3)의 선단으로부터 기단을 향하여 흘리는 구성)에서는, 주형 빼기 핀(3)의 선단측의 냉각 능력이 기단측의 냉각 능력에 비하여 높고, 후자의 구성(냉매를 주형 빼기 핀(3)의 기단으로부터 선단을 향하여 흘리는 구성)에서는, 주형 빼기 핀(3)의 기단측의 냉각 능력이 선단측의 냉각 능력에 비하여 높게 된다. 따라서, 목적으로 하는 주조 제품 및 주조형 구조에 따라서 적절히 선택하는 것이 바람직하다. 도 3에 도시하는 본 실시 형태의 주조형 구조에서는, 주조중에 있어서 주형 빼기 핀(3)의 선단측 온도가 기단측의 온도보다 높아지므로, 전자의 구성을 채용한다.
주형 빼기 핀(3)의 다른 예로서, 도 7a 및 도 7c에 예시하는 것을 들 수 있다. 도 7a에 도시하는 주형 빼기 핀(3)의 실시 형태에서는, 내통(32)의 외면에 형성되는 나선홈(33)의 축방향 피치를 등피치로는 하지 않고, 이것 대신에, 선단측의 피치를 기단측의 피치보다 작게(좁게) 설정하고 있다. 또한, 이외의 구성은 도 4a에 도시하는 주형 빼기 핀(3)의 구성과 동일하기 때문에, 대응하는 구성에 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 도시하는 예에서는, 선단측에 2개의 나선홈(33)의 피치가 기단측의 3개의 나선홈(33)의 피치보다 좁게 형성되어 있다. 이렇게 함으로써, 외통(31)에 접촉하는 냉매의 면적이 선단측 쪽이 커지므로, 주형 빼기 핀(3)의 선단측의 냉각 능력을 기단측의 냉각 능력보다도 크게 할 수 있어, 주형 빼기 핀(3)의 축방향을 따르는 온도 구배를 최대한 제로에 근접시킬 수 있다. 또한, 나선홈(33)의 피치를 좁게 하는 경우에, 기단측으로부터 선단측을 향하여 서서히 좁게 해도 된다.
또한 도시는 생략하지만, 도 7a에 도시하는 나선홈(33)의 피치의 설정 대신에, 주형 빼기 핀(3)의 선단측 나선홈(33)의 단면적을, 기단측의 나선홈(33)의 단면적보다 크게 설정해도 된다. 이렇게 하더라도, 외통(31)에 접촉하는 냉매의 면적이 선단측 쪽이 커지므로, 주형 빼기 핀(3)의 선단측의 냉각 능력을 기단측의 냉각 능력보다도 크게 할 수 있어, 주형 빼기 핀(3)의 축방향을 따르는 온도 구배를 최대한 제로에 근접시킬 수 있다. 또한, 나선홈(33)의 단면적을 크게 하는 경우에, 기단측으로부터 선단측을 향하여 서서히 크게 해도 된다.
도 7b는, 도 4a에 도시하는 주형 빼기 핀(3)(나선홈(33)이 등피치)과, 도 7a에 도시하는 주형 빼기 핀(3)(나선홈(33)의 피치가 선단측일수록 좁다)을 사용하여 동일 조건에서 실린더 블록(4)을 주조 성형을 한 경우(샘플수 N=12)의 주형 빼기 핀(3)의 온도를 동일 조건에서 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 이 결과로부터, 도 7a에 도시하는 바와 같이 나선홈(33)의 피치를 선단측일수록 좁게 하면, 등피치로 형성한 것에 비하여 20deg 전후 낮아지는 것이 확인되었다. 따라서, 도 7a에 도시하는 구성을 채용하면, 후술하는 냉각 제어기(12)에 의한 냉각 에너지의 에너지 절약을 도모할 수 있는 한편, 주조 공정의 냉각 시간을 단축할 수 있다.
도 7c에 도시하는 주형 빼기 핀(3)의 실시 형태에서는, 내통(32)의 외면에 형성하는 나선홈(33)을 이중 나선홈(33A, 33B)으로 하고, 내통(32)의 중앙에 형성하는 관통 구멍(34)을 생략한다. 이 경우의 이중 나선홈 중 한쪽(33A)의 기단이 냉매 입구(36)로 되고, 다른쪽(33B)의 선단이 냉매 출구(37)로 된다. 이중 나선홈의 한쪽(33A)의 선단과, 다른쪽(33B)의 기단은, 내통(32)의 선단(도 7c의 하단)에서 연결된다. 이에 의해, 냉매 입구(36)로부터 유입된 냉매는, 이중 나선홈의 한쪽(33A)에서 화살표로 나타낸 바와 같이 선단을 향하여 흐르고, 내통(32)의 선단에 있어서 이중 나선홈의 다른쪽(33B)에 이른 뒤, 당해 다른쪽(33B)에서 내통(32)의 기단을 향하여 흐르고, 냉매 출구(37)로부터 외부로 유출된다. 이러한 이중 나선홈(33A, 33B)에 의한 나선형 유로(35)로 함으로써, 냉매의 왕로에 있어서든, 귀로에 있어서든, 외통(31)에 대하여 냉각 에너지를 부여할 수 있어, 효율적으로 된다. 또한, 이외의 구성은 도 4a에 도시하는 주형 빼기 핀(3)의 구성과 동일하기 때문에, 대응하는 구성에 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
도 4a로 돌아가서, 본 실시 형태의 주조 장치(1)는 하나의 주조 사이클의 종기의 소정 시간에 있어서의 주형 빼기 핀(3)의 온도를 검출하는 온도 검출기(11)와, 주형 빼기 핀(3)에 냉각 에너지를 부여함과 함께, 온도 검출기(11)에 의해 검출된 검출 온도에 따라, 다음 주조 사이클중에 주형 빼기 핀(3)에 부여하는 냉각 에너지량을 제어하는 냉각 제어기(12)를 구비한다.
온도 검출기(11)는 도 4a에 도시하는 바와 같이 열전대 등의 온도 센서로 구성되고, 외통(31)의 온도를 검출하기 위하여 당해 외통(31) 및 내통(32)에 삽입되어 있다. 그리고, 온도 검출기(11)의 검출 신호는, 하나의 주조 사이클의 종기의 소정 시간에 있어서 제어기(17)에 의해 읽어들여진다. 이 소정 시간에 대해서는, 도 5의 (A)에 도시하는 주조 공정의 제N 사이클에 있어서, 가압을 종료했을 때 t2로부터 다음 제(N+1) 사이클이 개시될 때 t0까지의 사이이면 되고, 감압을 종료했을 때 t3으로부터 후술하는 퍼지를 종료했을 때 t4의 사이이면 보다 바람직하다. 이 소정 시간의 선택은, 주형 빼기 핀(3)의 온도가 안정되는 기간인 것이 바람직하므로, 주형 빼기 핀(3)의 온도 프로파일을 도시하는 도 5의 (D)에 의하면, 주형 빼기 핀(3)의 온도의 변화율이 작은 시간 t2 내지 t4 또는 시간 t3 내지 t4의 사이가 바람직하다고 할 수 있다.
냉각 제어기(12)는 주형 빼기 핀(3)의 표면 근방에 냉매를 순환시키는 냉매 배관(순환 계통)(13), 냉매 탱크(131) 및 순환 펌프(14)와, 주형 빼기 핀(3)에 공급되는 냉매의 온도를 조절하는 온도 조절기(15)와, 주형 빼기 핀(3)에 공급되는 냉매의 유량 및 공급 시간을 조절하는 유량 조절기(16)와, 냉매 배관(13)의 도중에 설치된 전기 제어식 삼방 밸브(132)와, 이 전기 제어식 삼방 밸브(132)의 일단부에 접속되어서 에어를 공급하는 에어 펌프(19)와, 순환 펌프(14), 온도 조절기(15), 유량 조절기(16), 전기 제어식 삼방 밸브(132) 및 에어 펌프(19)를 제어하는 제어기(17)를 포함하여 구성되어 있다.
냉매 배관(13)은 주형 빼기 핀(3)의 냉매 입구(36)와 냉매 출구(37) 사이에 설치되고, 도중에 냉매 탱크(131)가 설치되어 있다. 그리고, 냉매 탱크(131)에 저류된 냉매는, 순환 펌프(14)로 흡인되어서 냉매 입구(36)에 유도되어, 상술한 주형 빼기 핀(3)의 나선형 유로(35)를 거친 뒤 냉매 출구(37)로부터 냉매 탱크(131)로 복귀된다. 본 실시 형태의 냉매로서는, 물 등을 사용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 냉매 배관(13)의 에어 퍼지를 실시하기 위하여 냉매 탱크(131)가 설치되어 있지만, 에어 퍼지를 실시하지 않는 경우에는 냉매 탱크(131)를 생략할 수도 있다.
온도 조절기(15)는 공랭 또는 수냉의 열교환식 온도 조절기 등을 사용할 수 있고, 제어기(17)로부터의 명령 신호에 의해 냉매를 원하는 온도로 조절한다. 또한, 냉매 배관(13)이 충분히 긴 경우나 주조 사이클의 인터벌이 충분히 긴 경우 등과 같이 냉매가 자연 냉각하는 경우 등에는, 온도 조절기(15)를 생략할 수 있다.
유량 조절기(16)는 유량 조절 밸브 등을 사용할 수 있고, 제어기(17)로부터의 명령 신호에 의해 냉매의 유량을 조절한다. 또한, 냉매의 공급 및 정지는 순환 펌프(14)의 ON/OFF에 의해 제어할 수도 있고, 유량 조절기(16)의 유량을 제로(유량 조절 밸브의 개방도를 완전 폐쇄)로 함으로써 제어할 수도 있다. 따라서, 냉매의 공급 및 정지, 즉 냉매의 공급 시간은, 순환 펌프(14) 또는 유량 조절기(16)에 의해 제어할 수 있다.
전기 제어식 삼방 밸브(132)는 주조 성형을 실시중에는 냉매를 주형 빼기 핀(3)에 공급하도록 밸브를 전환하는 한편, 주조 성형을 종료하여 다음 사이클의 주조 성형을 개시할 때까지의 동안에 주형 빼기 핀(3)의 나선형 유로(35)를 퍼지하기 위해서, 에어를 에어 펌프(19)로부터 주형 빼기 핀(3)의 냉매 입구(36)에 공급하도록 밸브를 전환한다. 즉, 주조 성형을 실시중에는, 에어 펌프(19)측의 밸브가 폐쇄되고, 냉매 배관(13)측의 밸브가 개방되는 한편, 퍼지중에는, 냉매 배관(13)의 유량 조절기(16)측의 밸브가 폐쇄되고, 에어 펌프(19)측의 밸브가 개방되도록, 제어기(17)로부터의 명령 신호에 의해 동작한다. 본 실시예의 퍼지는, 주형 빼기 핀(3)의 나선형 유로(35) 내에 이물이 고이는 것을 방지하기 위하여 각 사이클의 종기에 실행되지만, 복수 사이클마다 실행해도 되고, 냉매 배관(13)에 이물을 제거하기 위한 필터 등을 설치함으로써 퍼지 자체를 생략해도 된다. 또한, 본 실시 형태에서는 에어를 사용하여 퍼지를 실행하지만, 퍼지 매체는 에어에 한정되지 않고, 적당한 세정액이어도 된다.
제어기(17)는 ROM, RAM, CPU 및 HDD 등을 구비하는 컴퓨터에 의해 구성되고, 주조 장치(1)의 주조 제어기(18)로부터의 동작 신호를 입력하고, 주조 장치(1)의 동작에 동기하여 냉매의 공급 제어를 실행한다. HDD 등의 기억부에는, 미리 실험이나 컴퓨터 시뮬레이션에 의해 취득된 제어 테이블이 기억되고, 온도 검출기(11)에 의해 검출된 주형 빼기 핀(3)의 검출 온도에 따라, 다음 주조 사이클중에 주형 빼기 핀(3)에 부여하는 냉각 에너지량을 제어하기 위하여 냉각 제어기(12), 구체적으로는 순환 펌프(14), 온도 조절기(15), 유량 조절기(16), 전기 제어식 삼방 밸브(132) 및 에어 펌프(19)에 제어 신호를 출력한다. 도 6은, 제어기(17)의 HDD에 기억되는 제어 테이블의 일례를 도시하는 도면이다. 도시하는 제어 테이블은, 냉매의 공급 시간을 제어하는 경우의 예를 나타내는 것이며, 목적값(기준 온도)에 대하여 온도 검출기(11)에 의한 검출 온도가 고온측으로 +α1 내지 +α5℃, 저온측으로 -α1 내지 -α5℃ 변동된 경우에, 각각 냉매의 공급 시간을, 전회 사이클에 있어서의 냉매의 공급 시간에 대하여 +β1 내지 +β5초, -β1 내지 -β5초 가산하는 것을 나타내고 있다. 이 냉매의 공급 시간 대신에 또는 이것에 추가로, 냉매의 공급량을 마찬가지로 제어하기 위한 제어 테이블을 기억해도 된다. 또한, 이들에 추가로, 냉매의 온도를 마찬가지로 제어하기 위한 제어 테이블을 기억해도 된다.
제어기(17)가 실행하는, 온도 검출기(11)에 의해 검출된 주형 빼기 핀(3)의 검출 온도에 따라, 다음 주조 사이클중에 주형 빼기 핀(3)에 부여하는 냉각 에너지량의 제어는, 검출 온도가 기준 온도보다 높을수록, 냉매의 공급 시간이 길어지거나 및/또는 냉매의 유량이 많아지도록, 순환 펌프(14) 또는 유량 조절기(16)를 제어한다. 또한, 검출 온도가 기준 온도보다 낮을수록, 냉매의 공급 시간이 짧아지거나 및/또는 냉매의 유량이 적어지도록, 순환 펌프(14) 또는 유량 조절기(16)를 제어한다. 또한, 제어기(17)에 의해 온도 조절기(15)를 제어하여 냉매의 온도도 조절하는 경우에는, 검출 온도가 기준 온도보다 높을수록 냉매의 온도가 낮아지도록 온도 조절기(15)를 제어하고, 검출 온도가 기준 온도보다 낮을수록 냉매의 온도가 높아지도록 온도 조절기(15)를 제어한다.
다음으로 동작을 설명한다. 도 5는 본 실시 형태의 주조 장치(1)를 사용한 주조 방법을 나타내는 타임차트이며, 제N 사이클과 제(N+1) 사이클의 2사이클만을 나타내고 있다. 전후의 사이클은 이것의 반복으로 되므로 생략한다. 도 5의 (A)는 주조 장치(1)에 의한 주조 성형의 각 공정을 나타내고, 도 3에 도시한 바와 같이 형 체결된 주조형(2)의 캐비티(25)에, 시간 t0 내지 t1에 있어서 알루미늄 합금 등의 용탕이 주입된다. 시간 t1에 있어서 캐비티(25) 내에의 용탕의 충전이 완료되면 사출압을 높이고, 소정압으로 소정 시간 t1 내지 t2만 가압한다. 그리고, 시간 t2에 있어서 가압을 종료하여 시간 t3까지 감압하고, 시간 t3 이후에 있어서 주조형(2)을 냉각 및 형 개방하여 주조 제품을 이형한다(시간 t3 내지 t4). 다음 제(N+1) 사이클에 있어서도 이것을 반복한다.
이상의 주조 성형 사이클에 있어서, 본 실시 형태의 주조 장치(1)는 주형 빼기 핀(3)에 냉각 에너지를 부여하기 위하여 이하의 제어를 실행한다. 도 5의 (B)는 주형 빼기 핀(3)의 나선형 유로(35)에 공급되는 냉매의 유량 Q를 나타내는 타임차트, 도 5의 (C)는 주형 빼기 핀(3)의 나선형 유로(35)에 공급되는 냉매의 온도 Tc를 나타내는 타임차트, 도 5의 (D)는 온도 검출기(11)에 의해 검출된 주형 빼기 핀(3)의 검출 온도 Tm의 프로파일을 나타내는 타임차트이다. 제N 사이클의 주조 성형을 실시하기 전에, 소위 공정의 개시 시의 테스트 주조 성형이 되어, 이 테스트 주조 성형 시에 검출된 검출 온도 Tm에 기초하여, 제N 사이클의 냉매 공급 시간, 냉매 유량 및 냉매 온도가 정해져 있는 것으로 한다.
제어기(17)는 제N 사이클의 시간 t0 내지 t1에 있어서 알루미늄 합금 등의 용탕이 주입될 때까지의 동안에는, 순환 펌프(14)를 정지하거나 유량 조절기(16)의 유량을 제로로 설정함으로써, 주형 빼기 핀(3)에의 냉매의 공급을 정지한다. 또한 전기 제어식 삼방 밸브(132)는 냉매가 주형 빼기 핀(3)의 냉매 입구(36)에 공급되도록 설정되어, 에어 펌프(19)는 정지 상태로 한다.
제어기(17)는 시간 t1에 있어서 캐비티(25) 내에의 용탕의 충전이 완료된 것을 주조 제어기(18)로부터 수신함과 동시에, 순환 펌프(14)를 작동하거나 유량 조절기(16)의 유량을 소정값으로 설정함으로써, 주형 빼기 핀(3)에의 냉매의 공급을 개시한다. 이때의 냉매 공급 시간 및 유량 및 냉매의 온도는, 전술한 바와 같이 전회의 사이클에서 검출된 주형 빼기 핀(3)의 검출 온도 Tm에 기초하여 설정되어 있으므로, 제어기(17)는 그에 따른 제어 신호를 순환 펌프(14), 온도 조절기(15), 유량 조절기(16)로 출력한다. 도 5의 (B)에 도시하는 예에서는, 냉매의 공급 시간이, 가압 공정의 시간과 동일한 t1 내지 t2로 되어 있는 것으로 한다.
제어기는, 냉매의 공급 시간이 타임업한 것을 판단하면(시간 t2), 다시 순환 펌프(14)를 정지하거나 유량 조절기(16)의 유량을 제로로 설정함으로써, 주형 빼기 핀(3)에의 냉매의 공급을 정지한다. 이 시간, 주조형(2)에 있어서는, 가압을 종료하여 시간 t3까지 감압한다. 감압을 종료한 시간 t3에 있어서, 온도 검출기(11)에 의해 주형 빼기 핀(3)의 온도를 측정한다. 또한, 전술한 바와 같이 주형 빼기 핀(3)의 온도 검출의 타이밍은, 이 시간 t3에 한정되지 않고, 시간 t4여도 된다. 여기서 도 5의 (D)에 도시하는 바와 같이 검출 온도가 Tm1(>기준 온도 T0)이었다고 하자.
제어기(17)는 온도 검출기(11)에 의해 검출된 검출 온도와 기준 온도를 비교하여 그 차를 연산한다. 그리고, 도 6에 도시하는 제어 테이블을 참조하여, 그 연산된 온도차에 상당하는 냉매의 공급 시간의 가산값을 구한다. 주조형(2)을 형 개방하여 주조 제품을 이형하고 있는 동안 t3 내지 t4의 시간에, 제어기(17)는 전기 제어식 삼방 밸브(132)에 제어 신호를 출력하고, 냉매 배관(13)의 유량 조절기(16)측의 밸브를 폐쇄하고, 에어 펌프(19)측의 밸브를 개방한다. 또한, 제어기(17)로부터 에어 펌프(19)에 제어 신호를 출력하고, 당해 에어 펌프(19)를 동작시킨다. 이에 의해, 전기 제어식 삼방 밸브(132)로부터 냉매 입구(36), 나선형 유로(35), 냉매 출구(37) 및 냉매 탱크(131)까지의 냉매 배관(13)에 충전되어 있는 냉매가 냉매 탱크(131)에 배출되고, 이 관의 유로가 에어에 의해 세정된다. 이 에어 퍼지가 종료하면, 제어기(17)는 전기 제어식 삼방 밸브(132)에 제어 신호를 출력하고, 냉매 배관(13)의 유량 조절기(16)측의 밸브를 개방하고, 에어 펌프(19)측의 밸브를 폐쇄한다. 또한, 제어기(17)로부터 에어 펌프(19)에 제어 신호를 출력하고, 당해 에어 펌프(19)를 정지시킨다.
다음 제(N+1) 사이클에 있어서, 제어기(17)는 시간 t1에 있어서 캐비티(25) 내에의 용탕의 충전이 완료된 것을 주조 제어기(18)로부터 수신함과 동시에, 순환 펌프(14)를 작동하거나 유량 조절기(16)의 유량을 소정값으로 설정함으로써, 주형 빼기 핀(3)에의 냉매의 공급을 개시한다. 이때의 냉매 공급 시간 및 유량 및 냉매의 온도는, 전의 제N 사이클의 시간 t3에 검출된 주형 빼기 핀(3)의 온도 Tm1에 기초하여 설정되어 있으므로, 제어기(17)는 그에 따른 제어 신호를 순환 펌프(14), 온도 조절기(15), 유량 조절기(16)로 출력한다. 도 5의 (B)에 도시하는 제(N+1) 사이클의 예에서는, 냉매의 공급 시간의 보정 범위를 일점쇄선으로 나타내고, 냉매의 유량 보정 범위를 점선으로 나타낸다. 또한 도 5의 (C)의 냉매 온도의 보정 범위를 점선으로 나타낸다. 전술한 바와 같이, 제N 사이클에서 검출된 검출 온도 Tm1은 기준값 T0보다 높으므로, 제(N+1) 사이클에 있어서의 냉매의 공급 시간은 상대적으로 짧고, 냉매의 유량은 상대적으로 많아, 냉매의 온도는 상대적으로 저온으로 설정된다. 또한, 이들 냉매의 공급 시간 및 유량, 그리고 냉매의 온도는, 어느 하나를 제어해도 되고, 적어도 2가지를 조합하여 제어해도 된다.
이상의 제어에 의해, 도 5의 (D)의 제(N+1) 사이클의 온도 프로파일에 나타낸 바와 같이, 시간 t3에 있어서의 주형 빼기 핀(3)의 온도 Tm은 기준 온도 T0에 근접하게 된다. 도 8의 우측 도면은, 본 실시 형태의 주조 장치(1)를 사용하여 주형 빼기 핀(3)에 부여되는 냉각 에너지를 상술한 수순으로 제어한 경우의 주형 빼기 핀(3)의 온도(종축)를 나타내는 히스토그램, 도 8의 좌측 도면은, 동일한 주조 장치(1)를 사용하여 주형 빼기 핀(3)에 부여되는 냉각 에너지를 상술한 수순으로 제어하지 않은 경우의 주형 빼기 핀의 온도를 나타내는 히스토그램이다. 동 도면에 있어서 n은 샘플수, Xbar는 평균값, s는 표준 편차를 각각 나타낸다. 동 도면의 우측 도면에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 냉각 에너지 제어를 실행하면, 실행하지 않는 경우에 비하여 표준 편차가 6분의 1로 되어, 주형 빼기 핀(3)의 온도가 사이클마다 변동되는 것을 유효하게 억제하고 있는 것이 확인되었다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 주조 장치 및 주조 방법에 의하면, 주형 빼기 핀(3)의 온도가 상대적으로 안정되는 주조 사이클의 종기 t2 내지 t4에 있어서 검출한 온도에 따라, 다음 사이클에 있어서 주형 빼기 핀(3)에 부여하는 냉각 에너지를 제어하므로, 주조 중에 있어서의 주형 빼기 핀(3)의 온도가 사이클마다 변동되는 것을 억제할 수 있다.
또한 본 실시 형태의 주조 장치 및 주조 방법에 의하면, 냉매의 공급 시간 및/또는 유량을 제어하므로, 냉매 온도에 비하여 상대적으로 응답성이나 정밀도가 높아, 더한층, 주조 중에 있어서의 주형 빼기 핀(3)의 온도가 사이클마다 변동되는 것을 억제할 수 있다.
또한 본 실시 형태의 주조 장치 및 주조 방법에 의하면, 냉매의 온도에 대해서도 제어하므로 보정량이 크고, 냉매의 공급 시간이나 유량만으로는 제어할 수 없는 경우에는 특히 유효하다.
또한 본 실시 형태의 주조 장치 및 주조 방법에 의하면, 주형 빼기 핀(3)에의 냉매의 공급을 종료하면 주형 빼기 핀(3)의 나선형 유로(35)에 충전되어 있는 냉매를 퍼지하므로, 나선형 유로(35)에 이물이 막히거나 하여 냉매의 순환을 저해하는 것을 방지할 수 있다. 특히 이러한 냉매의 퍼지는, 주조 성형의 이형 공정에 있어서 병행하여 행해지므로, 제조 시간이 길어지는 일도 없다.
또한 본 실시 형태의 주조 장치 및 주조 방법에 의하면, 주형 빼기 핀(3)이 외통(31)과 내통(32)으로 구성되고, 특히 외통(31)이 아니라 내통(32)의 외면에 나선홈(33)이 형성되어 있으므로, 정밀한 기계 가공의 작업성이 높아지고, 또한 저비용으로 주형 빼기 핀(3)을 제작할 수 있다.
또한 본 실시 형태의 주조 장치 및 주조 방법에 의하면, 주형 빼기 핀(3)의 내통(32)의 외면에 이중 나선홈(33A, 33B)을 형성하면, 냉매의 왕로에 있어서든, 귀로에 있어서든, 외통(31)에 대하여 냉각 에너지를 부여할 수 있으므로, 냉각 효율이 높아진다.
또한 본 실시 형태의 주조 장치 및 주조 방법에 의하면, 주형 빼기 핀(3)의 내통(32)의 외면에 형성되는 나선홈(33)의 축방향 피치를, 선단측의 피치를 기단측의 피치보다 작게(좁게) 설정함으로써, 주형 빼기 핀(3)의 온도 구배가 작아져, 냉각 에너지의 절약을 도모할 수 있는 한편, 주조 공정의 냉각 시간을 단축할 수 있다.
1: 주조 장치
11: 온도 검출기
12: 냉각 제어기
13: 냉매 배관(순환 계통)
131: 냉매 탱크(순환 계통)
132: 삼방 밸브
14: 순환 펌프(순환 계통)
15: 온도 조절기
16: 유량 조절기
17: 제어기
18: 주조 제어기
19: 에어 펌프
2: 주조형
21: 고정형
22: 가동형
23: 상형
24: 하형
25: 캐비티
3: 주형 빼기 핀
31: 외통
32: 내통
33: 나선홈
34: 관통 구멍
35: 나선형 유로
36: 냉매 입구
37: 냉매 출구
38: 공간
33A, 33B: 이중 나선홈
4: 라이너리스 실린더 블록
41: 실린더 보어

Claims (12)

  1. 주조형에 주형 빼기 핀을 배치한 상태에서, 상기 주조형의 내부에 형성되는 캐비티에 용탕을 공급하여 주조를 행하는 주조 장치이며,
    하나의 주조 사이클의 종기의 소정 시간에 있어서의 상기 주형 빼기 핀의 온도를 검출하는 온도 검출기와,
    상기 주형 빼기 핀에 냉각 에너지를 부여함과 함께, 상기 온도 검출기에 의해 검출된 검출 온도에 따라, 다음 주조 사이클중에 상기 주형 빼기 핀에 부여하는 냉각 에너지량을 제어하는 냉각 제어기를 구비하는, 주조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 제어기는,
    상기 주형 빼기 핀의 표면 근방에 냉매를 순환하는 순환 계통과,
    상기 주형 빼기 핀에 공급되는 냉매의 유량 및 공급 시간을 조절하는 유량 조절기와,
    상기 검출 온도에 따라, 상기 유량 조절기를 제어하여 상기 냉매의 유량 또는 공급 시간을 제어하는 제어기를 포함하는, 주조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는,
    상기 검출 온도가 기준 온도보다 높을수록, 상기 냉매의 공급 시간이 길어지거나, 상기 냉매의 유량이 많아지거나, 또는 상기 냉매의 공급 시간이 길어짐과 함께 상기 냉매의 유량이 많아지도록, 및
    상기 검출 온도가 기준 온도보다 낮을수록, 상기 냉매의 공급 시간이 짧아지거나, 상기 냉매의 유량이 적어지거나, 또는 상기 냉매의 공급 시간이 짧아짐과 함께 상기 냉매의 유량이 적어지도록,
    상기 유량 조절기를 제어하는, 주조 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 냉각 제어기는, 상기 주형 빼기 핀에 공급되는 냉매의 온도를 조절하는 온도 조절기를 더 포함하고,
    상기 제어기는, 상기 검출 온도에 따라서 상기 온도 조절기를 제어하고, 상기 주조 사이클중에 상기 주형 빼기 핀에 부여하는 냉각 에너지량을 제어하는, 주조 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 냉각 제어기는, 상기 하나의 주조 사이클을 종료하고 나서 다음 주조 사이클이 개시될 때까지의 동안에, 상기 순환 계통에 충전되어 있는 냉매를 퍼지하는, 주조 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주형 빼기 핀은,
    바닥이 있는 통형으로 형성되고, 외면이 상기 주형 빼기 핀의 외면을 구성하는 외통과,
    외면에 나선홈이 형성됨과 함께, 내부를 축방향으로 관통하는 관통 구멍이 형성된 중실형의 내통을 갖고,
    상기 내통이 상기 외통에 삽입됨으로써, 상기 외통의 내면과 상기 내통의 나선홈 사이에 냉매가 흐르는 나선형 유로가 형성됨과 함께, 상기 나선형 유로의 일단부와 상기 관통 구멍의 일단부가 연통되고,
    상기 관통 구멍의 타단부가, 상기 냉매의 입구 또는 출구의 한쪽으로 되고, 상기 나선형 유로의 타단부가, 상기 냉매의 입구 또는 출구의 다른 쪽으로 되어 있는, 주조 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주형 빼기 핀은,
    바닥이 있는 통형으로 형성되고, 외면이 상기 주형 빼기 핀의 외면을 구성하는 외통과,
    선단에서 연결하는 이중 나선홈이 외면에 형성된, 중실형의 내통을 갖고,
    상기 내통이 상기 외통에 삽입됨으로써, 상기 외통의 내면과 상기 내통의 이중 나선홈 사이에 냉매가 흐르는 나선형 유로가 형성되고,
    상기 나선형 유로의 일단부가, 상기 냉매의 입구 또는 출구의 한쪽으로 되고, 상기 나선형 유로의 타단부가, 상기 냉매의 입구 또는 출구의 다른 쪽으로 되어 있는, 주조 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 주형 빼기 핀의 선단측일수록, 상기 나선형 유로의 축방향 간격이 좁게 또는 상기 나선형 유로의 단면적이 크게 설정되어 있는, 주조 장치.
  9. 주조형에 주형 빼기 핀을 배치한 상태에서, 상기 주조형의 내부에 형성되는 캐비티에 용탕을 공급하여 주조를 행하는 주조 방법이며,
    하나의 주조 사이클의 종기의 소정 시간에 있어서의 상기 주형 빼기 핀의 온도를 검출하는 공정과,
    상기 주형 빼기 핀에 냉각 에너지를 부여함과 함께, 상기 주형 빼기 핀의 온도를 검출하는 공정에서 검출된 검출 온도에 따라, 다음 주조 사이클중에 상기 주형 빼기 핀에 부여하는 냉각 에너지량을 제어하는 공정을 포함하는, 주조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 냉각 에너지량을 제어하는 공정은,
    상기 검출 온도가 기준 온도보다 높을수록, 상기 주형 빼기 핀에 공급되는 냉매의 공급 시간이 길어지거나, 상기 냉매의 유량이 많아지거나, 또는 상기 주형 빼기 핀에 공급되는 냉매의 공급 시간이 길어짐과 함께 상기 냉매의 유량이 많아지도록, 및
    상기 검출 온도가 기준 온도보다 낮을수록, 상기 냉매의 공급 시간이 짧아지거나, 상기 냉매의 유량이 적어지거나, 또는 상기 냉매의 공급 시간이 짧아짐과 함께 상기 냉매의 유량이 적어지도록,
    제어하는, 주조 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 냉각 에너지량을 제어하는 공정은, 상기 주형 빼기 핀에 공급되는 냉매의 온도를 조절하는 공정을 포함하고,
    상기 검출 온도에 따라, 상기 주조 사이클중에 상기 주형 빼기 핀에 공급되는 냉매의 온도를 조절하는, 주조 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 하나의 주조 사이클을 종료하고 나서 다음 주조 사이클이 개시될 때까지의 동안에, 상기 주형 빼기 핀에 공급되는 냉매를 퍼지하는 공정을 더 포함하는, 주조 방법.
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