KR101994555B1 - Casting temperature stability Improved Oil Heating Type mold heating system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자동차 부품인 워터 재킷(Water Jacket)을 주조하여 성형하기 위한 주조 금형 가열 방법으로서 기존 열선을 통한 금형 가열보다 주조온도 안정성을 향상시키는 오일 가열형(Oil Heating type)으로 금속 용탕이 주입되는 금형을 가열하여 금속 용탕과 금형의 온도 차이를 줄임으로써, 금속 용탕과 금형의 온도차에 의한 응고조직의 불균형을 개선하는 금형 가열 방식에 관한 것이다.The present invention relates to a casting mold heating method for casting a water jacket, which is an automobile part, in an oil heating type which improves the stability of the casting temperature rather than the heating of the mold through the existing hot wire, The present invention relates to a mold heating method for improving the unevenness of a solidification structure due to a temperature difference between a metal melt and a metal mold by reducing the temperature difference between the metal melt and the metal by heating the metal mold.
일반적으로, 엔진은 연료의 연소에 의해 기계적인 동력을 발생시킴으로써 차량, 선박, 발전기 등의 동력원으로 사용되고 있다. 또한, 엔진은 그 기본 구조물로서 실린더블록, 실린더 헤드 및 실린더 등을 포함하며, Water Jacket의 경우 엔진의 실린더 블록과 헤드를 냉각시키기 위한 수로로, 냉각액이 순환될 수 있도록 복잡한 모양으로 되어 있다. 라디에이터에서 냉각된 물이 모터펌프로 빨려들어 워터 재킷을 통과하면서 실린더와 냉각실 주위를 냉각시킨다. 워터 재킷의 경우 차량 등의 경량화 요구로 인해 종래 주철 재질에서 알루미늄 재질로 제작되고 있다. Generally, an engine is used as a power source for a vehicle, a ship, a generator, and the like by generating mechanical power by combustion of fuel. In addition, the engine includes a cylinder block, a cylinder head, and a cylinder as its basic structure. In the case of a water jacket, the engine has a complicated shape so that the cooling liquid can be circulated by the water channel for cooling the cylinder block and the head of the engine. The cooled water in the radiator is sucked into the motor pump and passes through the water jacket to cool the cylinder and the cooling chamber. In the case of a water jacket, it is made of an aluminum material from a conventional cast iron material because of a demand for a light weight of a vehicle and the like.
또한, 종래의 알루미늄 워터 재킷은 이종 재질인 주철 금형 밀착성 향상 및 주조의 편이성을 위하여, 예컨대 금형, 일례로 사형(Sand mould)에 주철 금형을 삽입하여 사형을 닫은 후, 주조하고, 이후 사형을 깨서 제품을 취출한 후 마감 처리하는 과정에 의해 제작된다. In order to improve the adhesion of the cast iron mold and to improve the casting convenience, the conventional aluminum water jacket is formed by, for example, inserting a cast iron mold in a sand mold, closing the casting mold, casting the casting mold, After the product is taken out, it is finished by a process of finishing.
이와 같은 알루미늄 워터 재킷 제작 과정에서, 주철 금형을 정해진 온도로 가열한 다음, 알루미늄 주조를 진행한다. 종래 금형 가열장치는 히터 와이어 또는 코일을 금형 내에 삽입하여 금형 전체를 가열시킨다. In the process of manufacturing such an aluminum water jacket, the cast iron mold is heated to a predetermined temperature, and aluminum casting is carried out. In a conventional mold heating apparatus, a heater wire or a coil is inserted into a mold to heat the entire mold.
종래 기술들은 열을 제공하는 히터 와이어 또는 코일이 금형 코어 형상이 배치된 상태에서 금형을 전체 가열함으로써, 히터 와이어 또는 코일이 커질 수밖에 없고, 이로 인해 이들이 원하는 가열온도에 도달하기 위하여 시간 지연이 발생함으로써 가열 작업의 효율성이 저하되며, 가열 면적이 넓어짐으로써 많은 에너지를 필요로 하여 에너지 효율 역시 저하되고, 금형의 상단과 하단에 대한 열손실로 인해 금형의 균일한 가열이 어렵다는 문제점을 가지고 있었다. 또한, 주조금형의 온도 편차의 발생으로 주조결함(크랙 발생, 바인더 두께변화 발생, 전사 및 소착 발생 가능성 높음)이 발생하는 문제점을 가지고 있다.The prior art has a problem in that the heater wire or coil that provides heat is heated by the entirety of the mold in the state that the mold core shape is disposed so that the heater wire or the coil becomes large and thereby causes a time delay to reach the desired heating temperature The efficiency of the heating operation is lowered and the heating area is widened to require a large amount of energy and energy efficiency is also lowered and the uniform heating of the mold is difficult due to heat loss to the upper and lower ends of the mold. In addition, there is a problem that casting defects (cracking, change in binder thickness, high possibility of transfer and sintering) occur due to occurrence of temperature variation of the casting mold.
등록특허 10-0987594호는 히터를 가열용 오일에 내장시켜 금형을 가열하는 방안을 제안하며, 이러한 방안은 금형 내 오일 탱크가 내재 되어 부피 증가 문제가 있고 성형 대상이 복잡한 형상을 한 경우, 금형 내 오일 탱크의 형상에 따라 오일 양의 분포와 히터에 따른 열분포 균일도가 깨어질 수 있어 구현이 어렵다. Japanese Patent Laid-Open No. 10987594 proposes a method of heating a mold by inserting a heater in a heating oil. In this method, when there is a problem of volume increase due to the presence of an oil tank in a mold, The distribution of the oil amount and the uniformity of the heat distribution according to the heater may be broken according to the shape of the oil tank, which is difficult to implement.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래 일반적인 금형 가열(heating) 방법인 금형의 여러 구간에 히터를 삽입하여 금형을 가열하는 방식에서 벗어나, 주조온도 안정성을 향상시키는 오일 가열 방식을 제공하되, 금속 용탕과 금형의 온도 차이를 줄일 수 있는 개선된 금형 가열 방식을 제공하고자 하는 것이다. An object of the present invention is to provide an oil heating method for improving stability of a casting temperature by shifting from a conventional method of heating a mold by inserting a heater into various sections of the mold as a conventional mold heating method, And to provide an improved mold heating method capable of reducing the temperature difference of the mold.
상기 목적에 따라 본 발명은, 주조온도 안정성이 향상된 오일 가열 방식 금형 가열 방법으로서, 금속 용탕이 주입되는 금형을 가열하는 것을 특징으로 하는 금형 가열 방법을 제공한다. According to the above object, the present invention provides an oil heating type mold heating method having improved stability of casting temperature, wherein a metal mold into which a molten metal is injected is heated.
즉, 본 발명은,That is,
금형으로 제작하고자 하는 물품의 하부 형상이 가공된 하부 메인 캐비티; 및A lower main cavity in which a bottom shape of the article to be manufactured as a mold is processed; And
상기 하부 메인 캐비티 상부에 결합 되며, 물품의 상부 형상이 가공된 상부 메인 캐비티;를 구비하고,And an upper main cavity coupled to an upper portion of the lower main cavity,
상부 메인 캐비티 및 하부 메인 캐비티는,The upper main cavity and the lower main cavity,
물품의 형상부분과 간섭되지 않는 위치에 오일이 지나갈 수 있는 유로; 및A passage through which oil can pass at a position where it does not interfere with the shape portion of the article; And
상기 유로의 소정 위치에 다수 설치된 온도 센서;를 구비하고,And a plurality of temperature sensors provided at predetermined positions of the flow path,
상기 유로는 입구와 출구가 구비되어 상기 상부 메인 캐비티 및 하부 메인 캐비티 외측에 배치된 오일 탱크에 연결되고,The flow path is connected to an oil tank disposed at the outside of the upper main cavity and the lower main cavity with an inlet and an outlet,
상기 오일 탱크의 오일순환장치를 제어하는 제어부;를 구비하여, And a control unit for controlling the oil circulation device of the oil tank,
용탕이 상기 상부 메인 캐비티 및 하부 메인 캐비티에 충전되면, 상기 온도 센서에 의해 온도를 감지하여 상기 제어부에 전송되고, 상기 제어부는 온도에 따라 오일 순환 속도를 상승시키거나 감속시켜 금형을 이루는 상기 상부 메인 캐비티 및 하부 메인 캐비티 본체의 가열 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 금형 가열 시스템을 제공한다.When the molten metal is charged into the upper main cavity and the lower main cavity, the temperature is sensed by the temperature sensor and transmitted to the control unit. The control unit increases or decreases the oil circulation speed according to the temperature, And controlling the heating temperature of the cavity and the main body of the lower main body.
상기에 있어서, 상기 유로의 직경은 10mm를 초과하고 20mm를 넘지 않는 것을 특징으로 하는 금형 가열 시스템을 제공한다.In this case, the diameter of the flow path is more than 10 mm and not more than 20 mm.
상기에 있어서, 상기 제어부는 상기 상부 메인 캐비티 및 하부 메인 캐비티 본체의 온도가 기준치보다 낮으면 고온의 오일 순환 속도를 상승시키고, 기준치 보다 높으면 오일 순환 속도를 감속 또는 정체시키는 것을 특징으로 하는 금형 가열 시스템을 제공한다.Wherein the control unit increases the oil circulation speed of the high temperature when the temperature of the upper main cavity and the lower main cavity body is lower than the reference value and decelerates or stalls the oil circulation speed when the temperature of the upper main cavity and the lower main cavity body is higher than the reference value, .
상기에 있어서, 상기 제어부는 상기 상부 메인 캐비티 및 하부 메인 캐비티 본체 내부의 온도가 위치마다 다를 경우, 고온의 오일 순환 속도를 상승시켜 온도 분포를 균일화하는 것을 특징으로 하는 금형 가열 시스템을 제공한다.The control unit increases the temperature circulation speed of the high temperature and uniformizes the temperature distribution when the temperatures in the upper main cavity and the lower main cavity differ from position to position.
본 발명에 따르면, 금속 용탕이 주입되는 금형을 오일이 흐르는 유로를 설치하여 가열함으로써 금속 용탕과 금형의 온도 차이를 균일한 분포로 감소시켜, 주조온도 안정성을 향상시킬 수 있다. 그에 따라 금속 용탕과 금형의 온도차에 의한 응고조직의 불균형을 개선하여 워터 재킷 제품의 품질 향상시킨다. According to the present invention, it is possible to improve the stability of the casting temperature by reducing the temperature difference between the molten metal and the mold to a uniform distribution by installing a metal mold into which the molten metal is injected and providing a flow path through which the oil flows. Thereby improving the unevenness of the solidification structure due to the temperature difference between the metal melt and the metal mold, thereby improving the quality of the water jacket product.
즉, 본 발명에 따르면, 복잡한 형상의 워터 재킷용 금형 내부에 오일이 흐를 수 있는 유로를 센서와 함께 설치함으로써 고온의 오일을 흘려주는 속도를 제어함으로써 금형 내부의 온도 분포를 상당히 균일하게 유지할 수 있어 전체적으로 우수한 응고조직을 나타내는 워터 재킷을 제조할 수 있다. That is, according to the present invention, by providing a flow path through which oil flows in a metal mold for a water jacket of a complicated shape together with a sensor, it is possible to maintain the temperature distribution inside the metal mold substantially uniform by controlling the flow rate of high- A water jacket showing an excellent solidification structure as a whole can be manufactured.
도 1은 워터 재킷 상부 메인 캐비티 기존 히터 형(좌) 및 오일 가열방식(Oil heating type)(우) 모식도 이다.
도 2는 워터 재킷 하부 메인 캐비티 기존 히터 형(좌) 및 오일 가열방식 (우) 모식도 이다.
도 3은 워터 재킷 금형 온도 안정성 평가 결과를 보여주는 표이다.
도 4는 제작된 워터 재킷 샘플 사진이다. 1 is a schematic view of a conventional water heater jacket (left) and an oil heating type (right).
Fig. 2 is a schematic view of a conventional water heater (left) and an oil heating system (right).
3 is a table showing the result of evaluating the temperature stability of the water jacket mold.
4 is a photograph of a water jacket sample produced.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1의 우측에는 본 발명에 따른 금형의 오일 가열 방식에 따른 워터 재킷용 상부 메인 캐비티(100)의 구성이 나와있다. 1, the configuration of the upper
상부 메인 캐비티(100)는 워터 재킷 형상이 가공되어 있으며, 여기에 금속 용탕이 채워진다. 상기 워터 재킷 형상이 간섭받지 않는 지점에 오일이 흐를 수 있는 유로(150)를 가능한 한 균일한 분포를 이루도록 설치한다. 유로(150) 형성은, 오일 관로 직경을 10 내지 20 mm로 형성하고 입구(120)와 출구(130)를 금형 본체 외부에 배치한다. 상기 유로 입구로 오일을 넣어 출구로 오일이 배출되며 도면에 도시 하지 않은 오일 탱크에 입/출구가 연결되어 순환 구조를 이루게 한다. The upper
또한, 유로 군데군데에 온도 센서(170)를 설치하고 센서(170)와 연동되는 제어부를 구성하여 감지되는 온도에 따라 오일의 유속을 제어하여 금형 가열 온도를 기준 온도에서 벗어나지 않게 한다. 즉, 금형에 용탕이 충진된 후, 금형 본체 온도를 소정온도로 유지하고자 할 경우, 기준치를 설정하여 상기 제어부에 입력하여 놓고, 상기 센서에서 감지되는 온도가 기준치에 비해 낮으면 고온의 오일을 빠른 속도로 흘려 가열하고, 기준치보다 높으면 오일을 정체시켜 온도를 내리게 한다. 센서는 금형에 닿아 있고 유로 중 구부러지거나 분기점 등에 배치되어 금형의 내부 온도가 지점마다 다르게 측정될 경우, 오일 순환 속도를 높여 균일하게 한다. 오일의 순환 속도에 따른 금형 본체의 온도 제어의 적합성은 유로의 직경과 관계되며, 본 실시예의 경우, 직경 10mm 초과, 20mm 미만의 경우가 오일의 순환과 금형의 온도 균일화 내지 온도 상승, 하강 속도에 대해 최적화될 수 있었으며, 바람직하게는 15mm에 가까울수록 효율적이었다. 따라서 13 내지 17mm 직경으로 유로를 설계하는 것이 바람직하다. In addition, a
도 2의 우측에는 도 1의 상부 메인 캐비티(100)와 합체될 하부 메인 캐비티(200) 구조가 나와있다. 상부 메인 캐비티(100)에서와 같이 유로(150)와 온도 센서(170)가 설치되되, 상부의 것들과 완전히 상하 대칭을 이룰 필요는 없고, 이 역시 본래의 워터 재킷 형상을 간섭하지 않는 범위 내에 설치된다. 또한, 최대한 균일한 가열온도를 확보할 수 있도록 분포되게 설치된다. 센서 배치와 유로 직경, 및 제어부에 의한 오일 유속 제어 방식은 상부에서와 같다. On the right side of FIG. 2, a structure of a lower
상기와 같은 오일 가열 방식에 따른 금형 온도 안정성 평가 결과를 도 4에 표로 정리하였다. The evaluation results of mold temperature stability according to the above-described oil heating method are shown in FIG.
본 발명에 따른 금형 가열 방식의 오일 관로 정밀도는 95% 이상, 금형 온도 편차는 ±2.5℃ 내외 미만, 그리고 주조 온도 안정성은 ±2.5℃ 미만으로 상당히 우수한 결과를 보였다. The accuracy of the oil line accuracy of the mold heating method according to the present invention was more than 95%, the mold temperature deviation was less than ± 2.5 ° C, and the casting temperature stability was less than ± 2.5 ° C.
도 4에는 본 발명에 따른 금형으로 제작된 워터 재킷 샘플의 사진이 수록되어 있으며, 응고조직의 불균형이 개선됨을 확인하였다. FIG. 4 shows a photograph of a water jacket sample made of a mold according to the present invention, and it is confirmed that the unbalance of the solidification structure is improved.
본 발명의 금형은 워터 재킷 이외에도 형상이 복잡한 금속 용탕으로 주조되는 물품 제작에 응용될 수 있다. The mold of the present invention can be applied to the production of articles molded from a metal melt having a complex shape in addition to a water jacket.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구 범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.It is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment, but is capable of many modifications and variations within the scope of the appended claims. It is self-evident.
100: 상부 메인 캐비티
200: 하부 메인 태비티
120: 입구
130: 출구
150: 유로
170: 센서100: upper main cavity
200: Lower Main Tabit
120: entrance
130: Exit
150: Euro
170: sensor
Claims (4)
상기 하부 메인 캐비티 상부에 결합 되며, 워터 재킷의 상부 형상이 가공된 상부 메인 캐비티;를 구비하고,
상부 메인 캐비티 및 하부 메인 캐비티는,
워터 재킷의 형상부분과 간섭되지 않는 위치에 설치되는, 금형 가열 오일이 지나갈 수 있는 유로; 및
상기 유로의 구부러진 지점 또는 분기점에 설치되며 금형에 닿아 있는 다수의 온도 센서;를 구비하고,
상기 유로는 입구와 출구가 구비되어 상기 상부 메인 캐비티 및 하부 메인 캐비티 외측에 배치된 오일 탱크에 연결되고,
상기 오일 탱크의 오일순환장치를 제어하는 제어부;를 구비하고,
상기 유로의 직경은 10 mm를 초과하고 20 mm를 넘지 않고,
용탕이 상기 상부 메인 캐비티 및 하부 메인 캐비티에 충전되면, 상기 온도 센서에 의해 온도를 감지하여 상기 제어부에 전송되고, 상기 제어부는 온도에 따라 오일 순환 속도를 상승시키거나 감속시켜 금형을 이루는 상기 상부 메인 캐비티 및 하부 메인 캐비티 본체의 가열 온도를 제어하여 금속 용탕과 금형의 온도 차이를 줄일 수 있는 것을 특징으로 하는 금형 가열 시스템.
A lower main cavity in which a lower shape of a water jacket to be manufactured as a mold is processed; And
And an upper main cavity coupled to an upper portion of the lower main cavity and having an upper shape of a water jacket,
The upper main cavity and the lower main cavity,
A passage through which the mold heating oil can pass, which is provided at a position not to interfere with the shape portion of the water jacket; And
And a plurality of temperature sensors installed at bent points or bifurcations of the flow path and contacting the mold,
The flow path is connected to an oil tank disposed at the outside of the upper main cavity and the lower main cavity with an inlet and an outlet,
And a control unit for controlling the oil circulation device of the oil tank,
The diameter of the flow passage is more than 10 mm and not more than 20 mm,
When the molten metal is charged into the upper main cavity and the lower main cavity, the temperature is sensed by the temperature sensor and transmitted to the control unit. The control unit increases or decreases the oil circulation speed according to the temperature, Wherein the temperature difference between the molten metal and the metal mold can be reduced by controlling the heating temperature of the cavity and the main body of the lower main body.
The mold heating system according to claim 1, wherein the control unit raises the high-temperature oil circulation speed and uniformizes the temperature distribution when the temperatures in the upper main cavity and the lower main cavity differ from position to position.
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KR20230092537A (en) | 2021-12-17 | 2023-06-26 | 유진금속공업(주) | Mold preheating system |
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