KR101973940B1 - 알루미늄 합금을 이용한 기어펌프 하우징 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주조성이 향상되어 주조시 기포의 발생이 최소화되는 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금에 관한 것이다.
본 발명의 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금은 실리콘(Si) 6.5~7.4 중량%, 철(Fe) 0.6~1.0 중량%, 구리(Cu) 1.5~3.0 중량%, 망간(Mn) 0 중량% 초과 0.5 중량% 이하, 마그네슘(Mg) 0 중량% 초과 0.3 중량% 이하, 니켈(Ni) 0 중량% 초과 0.5 중량% 이하, 아연(Zn) 0 중량% 초과 0.9 중량% 이하, 티타늄(Ti) 0 중량% 초과 0.3 중량% 이하, 주석(Sn) 0 중량% 초과 0.2 중량% 이하, 납(Pb) 0 중량% 초과 0.2 중량% 이하 및 나머지인 알루미늄(Al)으로 구성된다.

Description

알루미늄 합금을 이용한 기어펌프 하우징 제조방법 {Manufacturing Method of Gear Pump Housing Using Aluminium Alloy}

본 발명은 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주조성을 향상시킬 수 있도록 된 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금에 관한 것이다.

알루미늄은 은백색의 부드러운 금속으로 가볍고 내구성이 우수하여 항공기, 선박, 자동차의 주요 재료로 사용되고 있다.

이러한 알루미늄으로 제품을 제조하는 방법으로 알루미늄 판재를 프레스 가공하여 원하는 형상으로 제조하는 소성가공법과, 제품 형상으로 기계가공된 금형에 알루미늄 용융물을 주입하여 금형과 동일한 주물을 제조하는 다이캐스팅이 있다.

다이캐스팅은 필요한 주조형상에 맞추어 정확하게 기계가공된 금형에 용융금속을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀주조법이다.

이러한 다이캐스팅은 생산되는 제품의 치수가 정확하므로 다듬질할 필요가 거의 없고 기계적 성질이 우수하며, 대량생산이 가능하고 생산 비용이 저렴하기 때문에 높은 양산성을 가지고 자동차부품, 전기기기, 광학기기, 계측기 등 여러 분야에서 가장 많이 이용되고 있는 실정이다.

일반산업용 장비에서부터 농업기계, 자동차, 건설기계, 선박 등에 쓰이는 기어펌프의 하우징 역시 다이캐스팅법을 이용하여 제작하고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1133103호에는 다이캐스팅용 고강도 알루미늄 합금, 대한민국 등록특허 제10-1744012호에는 다이캐스팅용 알루미늄 합금 및 이를 이용한 알루미늄 합금 주조품의 제조방법이 게시되어 있다.

상기 알루미늄 합금들은 강도를 향상시키고 있으나, 고속으로 금형 내로 주입된 합금 용융물이 금형 내벽에 소착되고, 합금 용융물의 유동성이 부족하여 성형시 금형내부로 충진이 제대로 이루어지지 않는 등 주조성이 떨어진다는 문제점이 있다.

주조성의 저하는 주조한 제품의 신뢰성을 떨어뜨리며, 주조시 기포를 발생시켜 제품의 인장강도 및 연신율등 기계적 성질을 저하시킨다,

대한민국 등록특허 제10-1133103호 대한민국 등록특허 제10-1744012호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로 주조성을 향상시키는 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금은 실리콘(Si) 6.5~7.4 중량%, 철(Fe) 0.6~1.0 중량%, 구리(Cu) 1.5~3.0 중량%, 망간(Mn) 0 중량% 초과 0.5 중량% 이하, 마그네슘(Mg) 0 중량% 초과 0.3 중량% 이하, 니켈(Ni) 0 중량% 초과 0.5 중량% 이하, 아연(Zn) 0 중량% 초과 0.9 중량% 이하, 티타늄(Ti) 0 중량% 초과 0.3 중량% 이하, 주석(Sn) 0 중량% 초과 0.2 중량% 이하, 납(Pb) 0 중량% 초과 0.2 중량% 이하 및 나머지인 알루미늄(Al)으로 구성된다.

본 발명의 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금은 기어펌프 하우징을 제작할 시 주조성이 향상되어 제품의 신뢰도를 높였으며, 기포발생에 의한 기계적 성질의 저하를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금의 구성요소별 함량을 나타낸 표,
도 2는 본 발명의 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금을 이용한 다이캐스팅 주조조건의 일 실시예를 나타내는 표,
도 3은 도 2의 주조조건으로 제작한 기어펌프 하우징을 나타내는 사진,
도 4는 도 3의 기어펌프 하우징과 종래의 알루미늄 합금을 이용하여 제작한 기어펌프 하우징의 표면을 비교한 광학현미경 사진,
도 5는 본 발명의 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금의 인장강도 측정을 위한 시편 사진,
도 6은 도 5의 시편으로 측정한 인장강도를 나타낸 표이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금에 대해 상세하게 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 기어펌프 하우징을 제작하기 위한 알루미늄 합금 조성물에 관한 것으로, 실리콘(SI), 철(Fe), 구리(Cu), 망간(Mn), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 납(Pb) 및 나머지 알루미늄(Al)으로 구성된다.

실리콘(Si)은 합금용융물의 유동성과 강도의 조절을 위한 것으로, 7.5중량%를 초과하면 강도는 증가하나 연신율이 감소하고, 6.5중량% 미만이면 유동성이 떨어진다. 이에 실리콘(Si)은 6.5~7.4중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

철(Fe)은 합금용융물이 금형 내벽에 소착되는 것을 방지하고 강도를 향상시키기 위한 것으로, 1.0중량%를 초과하면 함량 과도로 취성 화합물이 생성된다. 이에 철(Fe)은 0.6~1.0중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

구리(Cu)는 경화 효과를 조절하여 합금의 강도를 조절하는 것으로, 3.0중량%를 초과하면 내부식성과 열전도도가 저하되고, 1.5중량%미만이면 강도가 저하된다. 이에 구리(Cu)는 1.5~3.0 중량%로 첨가되는 것이 바람직하다.

망간(Mn)은 불순물로서 첨가되며, 0.5중량%를 초과하면, 함량 과다로 유동성이 떨어지므로 0.5 중량% 이하로 관리한다.

마그네슘(Mg)도 불순물로서 첨가되며, 0.3중량%를 초과하면, 함량 과다로 열전도 감소 및 주물에 산화물 형성이 많아 주조 품질의 영향과 열처리에 의해 신율 저하가 발생므로 0.3 중량% 이하로 관리한다.

니켈(Ni) 역시 불순물로서 첨가되며, 과다 첨가되는 경우 주물의 강도성질이 저하되므로, 함량을 0.5중량% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

아연(Zn)도 불순물로서 첨가되며, 함량 과다로 열전도 및 내식성이 감소하게 되므로, 함량을 0.9중량% 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

티타늄(Ti)도 불순물로서 첨가되며, 0.3중량%를 초과하여 과다 첨가시, 취성이 증가할 수 있으므로 함량을 최대 0.3중량%이하로 한정한다.

주석(Sn)과 납(Pb) 역시 불순물로서 첨가되며, 0.2 중량%를 초과하여 과다 첨가시, 주물의 강도가 저하되므로, 각각 함량을 0.2중량% 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

이처럼 본 발명의 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금은 실리콘(Si)의 함량이 조절되어 합금용융물의 유동성이 증대되고, 철(Fe)의 함량이 조절되어 합금용융물이 금형 내벽에 소착되는 것이 방지되며, 구리(Cu)의 함량이 조절되어 강도가 증대되었다.

이에 따라 본 발명의 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금은 주조성이 향상되어 다이캐스팅 시, 금형내부의 일부분이 충진되지 않아 기포가 발생하는 것을 방지하여 제품의 신뢰도를 높였으며, 기포발생에 의한 기계적 성질의 저하를 방지할 수 있다.

이하 도 2 참조하여, 상기한 본 발명의 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금을 이용한 기어펌프 하우징의 바람직한 다이캐스팅 과정을 설명하고자 한다.

먼저, 본 발명의 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금을 용해로에서 용융하고, 용융된 알루미늄 합금을 슬리브내에 충진시킨 뒤, 금형의 내부로 주입시킨 후 완전한 경화가 이루어지기 전 스퀴즈 공정을 실시한다. 그 후 경화시켜 주조품을 완성한다.

본 발명의 알루미늄 합금을 금형의 내부로 주입시키기 전, 금형 내부의 코어에 에어분사 공정을 진행한다. 에어분사는 물과 이형제가 섞인 혼합물을 에어와 함께 분사 시키는 공정으로 알루미늄 합금이 소착되는 현상을 더욱더 방지한다.

슬리브내에 충진된 알루미늄 합금의 용탕온도는 660℃가 바람직하며, 출탕시 온도는 640℃가 바람직하다.

상기 합금의 용융물은 슬리브에서 금형의 내부로 주입될 시, 저속으로 주입되는 저속구간과 고속으로 주입되는 고속구간으로 구분된다.

합금의 용융물은 저속구간에서 0.18㎧의 저속속도로 주입되며, 고속구간에서는 3㎧의 고속속도로 주입된다.

길이 470㎜의 슬리브에서는 저속구간이 400㎜, 고속구간이 70㎜이며 주조압력은 70㎫이다.

스퀴즈 공정은 금형의 내부로 주입된 합금 용융물의 국부의 미세조정을 위하여 플런저를 이용하여 국부를 가압하는 공정이며, 플런저가 전진하여 합금용융물의 국부를 가압하는 시간은 3초, 다시 후진하는 시간은 18초이다.

에어분사는 1차에어분사와 2차에어분사로 구분되며, 1차에어분사 시간은 1.5초 2차에어분사 시간은 5초이다.

도 3의 (a)는 본 발명의 알루미늄 합금을 이용하여 제작한 기어펌프 하우징의 정면사진이며, (b)는 후면사진이다.

도 4의 (a)는 종래 알루미늄 합금으로 제작한 기어펌프 하우징의 표면을 관찰한 광학현미경 사진이며, (b)는 본 발명의 알루미늄 합금으로 제작한 기어펌프 하우징의 표면을 관찰한 광학현미경 사진이다.

도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 알루미늄 합금을 이용하여 도 2의 주조조건으로 제작한 기어펌프 하우징은 기존 알루미늄 합금으로 제작한 기어펌프 하우징과 했을 때, 기포의 발생이 거의 없으며 균일한 표면을 갖는다.

도 5의 (a)는 인장강도 측정을 위하여 ASRM E8의 규격으로 제작한 시편을 나타낸 사진이고, 도 6은 도 5의 시편을 인장시험기로 측정한 결과 값을 나타내는 표이다.

도 5 내지 도 6을 참조하면, 먼저 제작한 본 발명의 알루미늄 합금을 상기한 주조조건으로 총 5개의 시편을 제작하였으며, 만능재료시험기(Hounsfield universal testing M/C, H10KS)로 각각의 인장강도를 측정한 후 평균값을 구하였다.

제1시편의 경우 258.8㎫, 제2시편은 237.8㎫, 제3시편은 288.9㎫, 제4시편의 경우 287.2㎫, 마지막 제5시편은 274.4㎫이었다.

즉, 본 발명의 알루미늄 합금은 평균 269.4㎫의 인장강도를 갖으며, 3~5%의 연신율을 갖는다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 기어펌프 하우징용 알루미늄 합근은 첨부된 도면을 참고하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (1)

1. 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금을 용해로에서 용융하는 용융단계;
   상기 합금의 용융물을 슬리브 내부로 충진하는 충진단계;
   금형에 물과 이형제가 섞인 혼합물을 에어와 함께 분사시키는 에어분사단계;
   상기 합금의 용융물을 상기 금형의 내부로 0.18㎧의 저속속도로 주입시키는 저속구간과, 3㎧의 고속속도로 주입시키는 고속구간으로 구분하여 주입하는 주입단계;
   상기 금형의 내부로 주입된 상기 합금의 용융물의 미세조정을 위해 상기 합금의 용융물의 경화가 이루어지기 전에 플런저를 이용하여 상기 합금의 용융물을 가압하는 스퀴즈단계;
   상기 스퀴즈단계를 거친 상기 합금의 용융물을 경화시켜 237.8㎫ 내지 288.9㎫ 인장강도를 갖는 주조품을 완성하는 완성단계;를 포함하고,
   상기 기어펌프 하우징용 알루미늄 합금은 실리콘(Si) 6.5~7.4 중량%, 철(Fe) 0.6~1.0 중량%, 구리(Cu) 1.5~3.0 중량%, 망간(Mn) 0 중량% 초과 0.5 중량% 이하, 마그네슘(Mg) 0 중량% 초과 0.3 중량% 이하, 니켈(Ni) 0 중량% 초과 0.5 중량% 이하, 아연(Zn) 0 중량% 초과 0.9 중량% 이하, 티타늄(Ti) 0 중량% 초과 0.3 중량% 이하, 주석(Sn) 0 중량% 초과 0.2 중량% 이하, 납(Pb) 0 중량% 초과 0.2 중량% 이하 및 나머지인 알루미늄(Al)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금을 이용한 기어펌프 하우징의 제조방법.
   

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