KR101971862B1 - 고진공 다이캐스팅 고압 공정을 이용한 다이캐스팅 금형의 진공배기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고진공 다이캐스팅 고압 공정을 이용한 다이캐스팅 금형의 진공배기 시스템에 관한 것으로서, 제품 캐비티가 형성되는 금형모듈; 금형모듈에 연통하는 상태로 배치되는 슬리브; 슬리브를 따라 일방향으로 이동가능하게 결합되는 플런저; 및 금형모듈에 결합되어 금형모듈에서 제품을 성형할 때에 내부에 진공상태를 유지시키는 진공모듈;을 포함하며, 진공모듈은 진공모듈의 상측에 연통 가능하게 배치되는 진공밸브; 진공밸브에 진공호스를 통해 연결되는 진공탱크; 진공탱크와 상기 진공밸브 사이에 배치되는 제1 흡입필터; 진공탱크에 결합되는 진공압을 형성하는 진공펌프; 진공펌프와 상기 진공탱크 상이에 배치되는 제2 흡입필터; 및 일단이 슬리부를 연통하여 배치되고, 타단이 제1 흡입필터에 결합되어 슬리부에 존재하는 공기를 배기시키는 슬리부 진공호스;를 구비한다.

Description

고진공 다이캐스팅 고압 공정을 이용한 다이캐스팅 금형의 진공배기 시스템{High vacuum system for forming die-casting}

본 발명은 고진공 다이캐스팅 고압 공정을 이용한 다이캐스팅 금형의 진공배기 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 다이캐스팅 공정 상에 진공 배기를 적용시켜 성형되는 다이캐스팅 부품 내의 기포 결함을 최소화할 수 있는 고진공 다이캐스팅 고압 공정을 이용한 다이캐스팅 금형의 진공배기 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 다이 주조라고도 불리는 다이캐스팅은 필요한 주조 형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계 가공된 강제의 금형에 용융금속을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀 주조법이다. 이러한 다이캐스팅 주조에 의해 제작되는 제품은 치수가 정확하여 재가공할 필요가 거의 없으며, 또한 기계적 성질이 우수하고 대량생산이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 다이캐스팅 주조에 사용하는 금속으로는 아연, 알루미늄, 주석, 구리, 마그네슘 등의 합금이 주를 이루며, 많이 생산하는 제품으로 자동차용 부품을 비롯하여 전기기기, 광학기기, 차량, 방직기, 건축, 계측기의 부품 등 산업 전반에 걸쳐 많은 제품이 생산되고 있다.

상기와 같은 종래의 다이캐스팅 주조는 금형으로 용탕을 주입하는 과정에서 용탕이 주형 내부의 공기와 접속되면서 가스가 발생하게 되고, 이 가스로 인하여 소재에 기포가 발생되어 소재의 품질을 저하시키는 문제가 내포되어 있는 실정이다.

고압 다이캐스팅은 고속으로 전진하는 플런저에 의하여 극히 짧은 시간에 금형 내로 용탕이 충전되는 프로세스로서, 용탕은 난류 상태로 충전된다. 한편, 플런저의 속도 문제로 인하여 난류가 발생하고 이로 인한 충전 불량이 발생할 수 있고, 충전되는 금형의 용탕 주입부(슬리브, 러너 등을 포함한 부분)와 캐비티(Cavity)에 존재하는 공기 및 가스 등이 말려들어 기포로 발생됨으로써 제품 내부에 결함을 일으킬 수 있다.

제품 속의 기포는 기계적 물성을 낮추고, 대형 알루미늄 부품을 필요로 하는 자동차 산업을 비롯한 다양한 산업분야에 고강도 특성 및 용접성을 낮추게 하는 문제점이 있다.

고진공 다이캐스팅 금형 구조를 제시하는 종래의 문헌으로 등록특허 제10-1362700호(2014.02.14)를 참조할 수 있다. 상기 발명은 도시 가스나 LPG 등의 탄화수소계 연료를 수증기 개질하여 수소를 주성분으로 하는 개질가스를 제조하는 원통식 수증기 개질기에 관한 내용을 개시한다.

개시된 상기 문헌은 전기 자동차용 에어컴프레서의 실린더 블록이나 실린더 헤드와 같은 자동차 제품이나 냉장고 컴프레서와 같은 고기능성을 필요로 하는 성형품을 성형하기 위한 금형 구조로서, 증압 단계에서 플런저가 계속 전진하여 성형품의 밀도를 증가시키고, 게이트 부분의 기포를 감소하게 하는 열팽창을 고려한 일체형 슬리브 구조를 개시하지만, 열처리 가능한 고강도 경량화 부품을 성형하는 다이캐스팅 부품 성형을 위한 고진공 장치를 제공하는 방안에 대해서는 별도로 개시하고 있지 않다는 한계가 있다.

또한, 종래에는 슬리브의 용탕을 플런저를 통해 금형모듈로 이송하는 과정에서 공기가 함께 유입되고 형성되고, 슬래브 내부에 있는 공기가 금형모듈로 이송한 후에 진공모듈을 통해 제거되므로 금형모듈에 소량의 공기가 남게되는 문제점이 발생할 수 있다.

(한국등록특허 제10-1362700호, 2014년 02월 14일)

본 발명의 목적은 고진공 다이캐스팅 고압 공정을 이용한 다이캐스팅 금형의 진공배기 시스템에 관한 것으로서, 다이캐스팅 공정 상에 진공 배기를 적용시켜 성형되는 다이캐스팅 부품 내의 기포 결함을 최소화할 수 있는 고진공 다이캐스팅 고압 공정을 이용한 다이캐스팅 금형의 진공배기 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금(Al-Alloy)을 이용하여 차량용 부품을 제조하는 고진공 다이캐스팅 고압 공정을 이용한 다이캐스팅 금형의 진공배기 시스템은 제품 캐비티가 형성되는 금형모듈; 금형모듈에 연통하는 상태로 배치되는 슬리브; 슬리브를 따라 일방향으로 이동가능하게 결합되는 플런저; 및 금형모듈에 결합되어 금형모듈에서 제품을 성형할 때에 내부에 진공상태를 유지시키는 진공모듈;을 포함하며, 진공모듈은 진공모듈의 상측에 연통 가능하게 배치되는 진공밸브; 진공밸브에 진공호스를 통해 연결되는 진공탱크; 진공탱크와 상기 진공밸브 사이에 배치되는 제1 흡입필터; 진공탱크에 결합되는 진공압을 형성하는 진공펌프; 진공펌프와 상기 진공탱크 상이에 배치되는 제2 흡입필터; 및 일단이 슬리부를 연통하여 배치되고, 타단이 제1 흡입필터에 결합되어 슬리부에 존재하는 공기를 배기시키는 슬리부 진공호스;를 구비한다.

본 실시예에 있어서, 플런저는 플런저의 위치를 확인하는 위치센서를 구비하고, 위치센서를 통해 확인되는 플런저의 위치에 따라 이동속도를 변경하면서 슬리부에 있는 용융금속을 금형모듈로 공급할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 금형모듈은 가동금형과 고정금형으로 구비되며, 가동금형에서 형성된 제품의 탈착을 용이하게 하기 위하여 배치되는 밀핀을 구비할 수 있다.

본 발명에 의한 고진공 다이캐스팅 고압 공정을 이용한 다이캐스팅 금형의 진공배기 시스템은 슬리브 내에 있는 공기를 1차적으로 선행으로 제거함으로써 슬리브를 따라 금형모듈로 이동하는 공기량을 최소화할 수 있어 금형모듈에서 진공을 보다 효율적으로 수행할 수 있어 다이캐스팅 공정 상에 진공 배기를 보다 효과적으로 적용시켜 성형되는 다이캐스팅 부품 내의 기포 결함을 최소화하여 품질이 우수한 제품을 성형할 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고진공 다이캐스팅 고압 공정을 이용한 다이캐스팅 금형의 진공배기 시스템의 시스템도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고진공 다이캐스팅 고압 공정의 공정 순서도를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 (a) 단계에서 공기가 발생하는 것을 나타내는 것을 개념적으로 개시한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 고진공 다이캐스팅 고압 공정 시스템을 통해 제품을 형성한 것과 비 적용한 것을 비교하는 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고진공 다이캐스팅 고압 공정을 이용한 다이캐스팅 금형의 진공배기 시스템의 시스템도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고진공 다이캐스팅 고압 공정의 공정 순서도를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 (a) 단계에서 공기가 발생하는 것을 나타내는 것을 개념적으로 개시한 사진이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 고진공 다이캐스팅 고압 공정을 이용한 다이캐스팅 금형의 진공배기 시스템은 알루미늄 합금(Al-Alloy)을 이용하여 차량용 부품을 제조하는 것으로서, 금형모듈(110), 슬리브(120), 플런저(130) 및 진공모듈(140)을 포함하여 구성된다.

금형모듈(110)은 제품 캐비티가 형성되는 것으로서, 서로 맞닿도록 한 쌍으로 형성되며, 고정금형(110a) 및 가동금형(110b)으로 형성될 수 있다. 가동금형(110a)에는 제품이 완성된 후에 제품의 분리를 편리하게 하기 위해서 고정금형(110)의 길이방향에 수직한 방향으로 형성되는 복수의 밀핀(110c)이 형성될 수 있다. 밀핀(110c)은 성형이 완료된 제품을 제품의 수직방향으로 압력을 가함으로써 탈거를 원활하게 유도할 수 있다.

만약, 금형모듈(110)이 차량의 리어플로워를 형성할 수 있는 캐비티가 형성된 경우, 슬리브(120)를 통해 전달되는 용융금속의 유입을 용이하게 할 수 있도록 게이트 러너(미도시)가 형성되며, 게이트 러너는 균일한 용융금속의 충진을 위해서 가지형상으로 분기되어 형성될 수 있다. 이때, 게이트 러너는 대략적으로 16 ~ 18개가 형성되어 캐비티에 주입을 더욱 원활하게 제공할 수 있게 된다.

슬리브(120)는 금형모듈(110)에 연통하여 배치되다. 슬리브(120)는 내부에 공간이 형성되어 내부에 용융알루미늄을 수용(이하, 용탕이라 함)하고, 수용된 용탕이 금형모듈(110)을 따라 제공되도록 금형모듈(110)에 연통하여 배치된다. 이때, 슬리브(120)에 연통하여 배치되는 진공호스(146)가 배치되며, 진공호스(146)는 후술하여 구체적으로 설명한다.

플런저(130)는 슬리브(120) 내측에 형성된 공간을 따라 일방향으로 이동하면서 슬리브(120) 내에 있는 용탕이 금형모듈(110)로 전달시키는 역할을 한다. 플런저(130)가 "A" 위치에서는 전진시 시작위치를 나타내며, "B"위치에 도달하였을 때 진공모듈(140)의 작동이 시작되며, "C" 위치를 지나 "D"위치를 거치면서 전진속도가 증가되도록 변하게 된다.

이때, 플런저(130)는 일방향을 따라 이동하는 플런저(130)의 위치를 확인하는 플런저 위치 센서(131)를 구비한다. 플런저 위치 센서(131)는 일방향으로 이동하는 플런저(130)의 위치를 확인하며, 제어부(미도시)는 센싱된 플런저(130)의 위치에 따라 이동하는 플런저(130)의 이동속도를 제어하여 보다 원활하게 금형모듈(110) 내부로 용탕이 유입되도록 할 수 있다. 바람직하게 제어부(미도시)는 플런저(130)의 속도를 저속 → 고속 → 증압의 순서로 작동되도록 수 있는 것이나, 그 작동방법이 이에 제한되는 것은 아니다.

진공모듈(140)은 금형모듈(110)에 결합되어 금형모듈(110)에서 제품을 성형할 때에 내부를 진공상태로 유지시키는 것으로서, 진공밸브(141), 진공탱크(142), 제1 흡입필터(143), 진공펌프(144), 제2 흡입필터(145), 슬리브 진공호스(146) 및 진공압력 감지부(147)를 포함하여 구성된다.

진공밸브(141)는 금형모듈(110)의 상측에 연통 가능하게 배치된다. 진공밸브(141)를 통하여 금형모듈(110)의 내측에 있는 공기를 외부로 배출되도록 함으로써 금형모듈(110)에서 제품이 성형될 때에 기공이 형성되는 것을 방지하여 제품이 보다 견고하면서 정밀하게 제조되도록 할 수 있다.

진공탱크(142)는 진공호스(H)를 통해 연결된다.

제1 흡입필터(143)는 진공호스(H)에 결합되어 진공호스(H)를 통해 공급되는 공기 이외의 이물질을 1차로 제거하여 진공탱크(142)에 내에 이물질이 쌓이는 것을 방지할 수 있다.

진공펌프(144)는 진공탱크(142)와 연결되며, 진공펌프(144)는 진공탱크(142) 사이에는 제2 흡입필터(145)가 형성되어 이물질을 2차로 제거할 수 있다. 따라서 1차 및 2차에 걸친 불순물 제거를 통해서 진공모듈(140)의 전체적인 설비를 안정적으로 사용하도록 유도할 수 있다.

진공호스(146)는 일단이 슬리브(120)를 연통하여 배치되고, 타단이 제1 흡입필터(143)에 결합된다. 이는 도 3에 도시된 바와 같이, 슬리브(120)에 용융금속을 부어 넣을 때에 공기(a)가 형성 되는데, 공기(a)는 용융금속의 유입에 따라 금형모듈(110)에 함께 유입되거나, 플런저(130)의 이동 방법에 따라 다양한 방법으로 형성된다.

이때, 진공호스(146)는 발생된 공기가 금형모듈(110)로 전달되기 전에 미리 1차적으로 배출시키는 역할을 한다. 이로 인하여, 플런저(130)를 통해 용탕을 금형모듈(110)로 이동시킬 때에 슬리브(120) 내에 존재하는 공기가 최소화 된다. 따라서 플런저(130)를 통해 용탕을 금형모듈(110)에 주입하여 제품을 성형할 때에 잔존하는 공기가 최소화된 상태에서 제품이 성형되기 때문에 제품의 표면을 깨끗하고 품질이 우수한 제품을 성형할 수 있게 된다(도 4 참조).

한편, 플런저(130)는 도 1의 B의 위치에 도달하게 되면, 진공호스(146)는 작동이 중단되어 진공호스(146)를 따라 용탕이 공급되는 것이 방지된다.

진공압력 감지부(147)는 진공펌프(144)를 통해 진공이 형성될 때에, 발생하는 압력이 기설정된 범위를 유지하고 있는지 여부를 센상한다. 만약, 감지된 압력 범위가 기 설정된 범위를 벗어난 것으로 판단되면, 제어부(미도시)는 진공펌프(144)의 작동 및 플런저(130)의 작동을 일시 중단시킨다. 그리고, 제어부는 알람부(미도시)를 구동시켜 알람을 형성하여, 관리자에게 통보함으로써 진공펌프(144)가 정상적으로 작동되도록 할 수 있다. 이때, 제어부는 무선통신 방식을 통하여 관리자에게 모바일 방식 또는 공장내에 배치된 무선네크워크 방식으로 통하여 보다 신속하게 알람을 제공할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 고진공 다이캐스팅 고압 공정을 이용한 다이캐스팅 금형의 진공배기 시스템은 캐비티(Cavity) 내부를 진공 펌프 등으로 충분히 배기하여 밀려드는 가스를 감소시킴으로서 기포 결함을 제거한다. 또한, 고진공 다이캐스팅 공정을 통하여 얻어지는 제품군은 일반고압 다이캐스팅 제품군과 비교하여 대면적 박육 제품 제작이 가능하고 높은 강도에 의하여 경량화가 가능하다.

또한, 용접 및 열처리가 가능함으로써 구조 부품에 적용 가능하고 대형 부품 제작이 가능할 뿐만 아니라 얇은 두께 제품의 성형이 가능하다. 더불어, 함침 공정 제거가 가능함으로써, 자동차 구조용 부품 및 바디 등 용접 특성 및 고강도 특성이 필요한 대형 부품에 적용할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

110 : 금형모듈
110a : 고정금형
110b : 가동금형
110c : 밀핀
120 : 슬리브
130 : 플런저
131 : 플런저 위치 센서
140 : 진공모듈
141 : 진공밸브
142 : 진공탱크
143 : 제1 흡입필터
144 : 진공펌프
145 : 제2 흡입필터
146 : 슬리브 진공호스
147 : 진공압력 감지부

Claims (3)

1. 알루미늄 합금(Al-Alloy)을 이용하여 차량용 부품을 제조하는 고진공 다이캐스팅 고압 공정을 이용한 다이캐스팅 금형의 진공배기 시스템에 있어서,
   가동금형과 고정금형으로 구비되어 제품 캐비티가 형성되며, 상기 가동금형에서 형성된 제품의 탈착을 용이하게 하기 위하여 배치되는 밀핀을 구비하는 금형모듈;
   상기 금형모듈에 연통하는 상태로 배치되는 슬리브;
   상기 슬리브를 따라 일방향으로 이동가능하게 결합되는 플런저; 및
   상기 금형모듈에 결합되어 상기 금형모듈에서 제품을 성형할 때에 내부에 진공상태를 유지시키는 진공모듈;을 포함하며,
   상기 진공모듈은,
   상기 금형모듈의 상측에 연통 가능하게 배치되는 진공밸브;
   상기 진공밸브에 진공호스를 통해 연결되는 진공탱크;
   상기 진공탱크와 상기 진공밸브 사이에 배치되는 제1 흡입필터;
   상기 진공탱크에 결합되는 진공압을 형성하는 진공펌프;
   상기 진공펌프와 상기 진공탱크 사이에 배치되는 제2 흡입필터;
   일단이 상기 슬리브를 연통하여 배치되고, 타단이 상기 제1 흡입필터에 결합되어 상기 슬리브에 용탕을 부어 넣을 때에 형성되는 공기를 1차로 제거하여 상기 슬리브 내의 공기를 최소화시키는 슬리브 진공호스; 및
   상기 진공펌프를 통해 진공이 형성될 때에, 발생하는 압력이 기설정된 범위를 유지하고 있는지 여부를 센싱하는 진공압력 감지부;를 구비하며,
   상기 슬리브 진공호스는,
   상기 플런저가 상기 슬리브에 형성된 주입구를 초과하여 위치하면 작동이 중단되어 상기 슬리브 진공호스를 따라 용탕이 공급되는 것을 방지하며,
   상기 플런저는,
   상기 플런저의 위치를 확인하는 위치센서를 구비하고,
   상기 위치센서를 통해 확인되는 상기 플런저의 위치에 따라 이동속도를 변경하면서 상기 슬리브에 있는 용융금속을 상기 금형모듈로 공급하고,
   상기 진공압력 감지부를 통해 감지된 압력 범위가 기설정된 범위를 벗어난 것으로 판단되면, 상기 진공펌프 및 상기 플런저의 작동을 일시 중단시키고 알람을 구동하며, 관리자에게 통보하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고진공 다이캐스팅 고압 공정을 이용한 다이캐스팅 금형의 진공배기 시스템.
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