KR102172733B1 - 저압주조 공법을 이용한 대면적 배터리 케이스 금형 제작 방법 - Google Patents
저압주조 공법을 이용한 대면적 배터리 케이스 금형 제작 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기존 자동차용 배터리 케이스 제작 공정처럼 다양한 부품을 여러 가지 제조공정을 통해 제작하는 것이 아니라 저압주조 공정만을 통해 전기 자동차용 배터리 케이스를 제작하고자 한다.
Description
본 발명은 높은 주조 회수율 및 치수 정밀도의 특징을 가진 저압주조 공법을 통해 제작된 전기 자동차용 알루미늄 대면적 배터리 케이스 금형 제작에 관한 것이다.
일반적으로, 기존 전기 자동차에 사용되는 배터리 케이스는 대부분 steel 소재를 사용하여 고(高)중량이며, 제조 공정은 Press+Welding공법이 주로 사용되며, 또한 하나의 배터리 케이스를 만들기 위해서는 약 39개의 부품들로 구성되어 있어 공정이 복잡하다. 관련기술로서 공개특허 10-2018-0107886가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기존 자동차용 배터리 케이스 제작 공정처럼 다양한 부품을 여러 가지 제조공정을 통해 제작하는 것이 아니라 저압주조 공정만을 통해 전기 자동차용 배터리 케이스를 제작하고자 한다.
본 발명은,
대면적 배터리 케이스 금형 제작 있어서,
소재 수축율을 적용하여 금형을 설계하는 제 1단계;
열처리 변형을 최소화하기 위해 열응력과 열변형 해석 시뮬레이션을 실시하는 제 2단계;
상기 시뮬레이션 결과에 따라 다채널 디지털 제어 히팅 파이프(Heating Pipe), 디지털 제어 냉각관로 및 냉각 디지털 유량 제어 장치를 삽입하는 제 3단계;
비가열식 내화물로 덮여진 서브라이저를 적용하는 제 4단계; 및
금형에 대해 다수의 개별적인 오버플로우(Over flow)를 적용하는 제 5단계;를 포함하는 대면적 배터리 케이스 금형 제작방법을 제공한다.
상기에 있어서, 제 1단계에서 제품형상 중심을 기점으로 방사형태로 수축율을 적용하며, 금형 캐비티(Cavity)를 좌우 2분할하여 구성하는 것을 특징으로 하는 대면적 배터리 케이스 금형 제작방법을 제공한다.
상기에 있어서, 제 2단계에서 주조 방안 및 금형 설계시 제품의 열응력과 열변형, 열분포를 포함한 해석 결과를 바탕으로 리브(Lib) 형상 변경 또는 추가, 제품 두께 증감, 서브 라이저(Sub-Riser) 형상 및 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 대면적 배터리 케이스 금형 제작방법을 제공한다.
상기에 있어서, 상하 금형의 온도 편차가 적도록 히터 파이프의 온도 또는 다채널 디지털 타입 유량제어 장치에서 냉각 유량을 제품의 형상에 따라 개별 제어할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 대면적 배터리 케이스 금형 제작방법을 제공한다.
상기에 있어서, 상기 오버플로우는 금형의 돌출부에 개별적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 대면적 배터리 케이스 금형 제작방법을 제공한다.
상기의 방법으로 제작된 금형으로서,
상금형;
상기 상금형 아래에 배열되는 하금형;
상기 상금형과 하금형 각각에 배열된 디지털로 제어되는 히팅 파이프와 냉각관로;
상기 금형 내부 제품형성부에 연결되는 서브라이저로서 내화물이 덮인 서브라이저; 및
캐비티에서 금형에 의해 제조되는 제품의 둘레에 있는 돌출부에 해당하는 자리마다 오버플로우;를 구비한 것을 특징으로 하는 대면적 배터리 케이스 금형을 제공한다.
상기에 있어서, 금형은 좌우 2분할로 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 배터리 케이스 금형을 제공한다.
본 발명에 따르면, 경량화가 가능하고, 수밀성이 향상되며, 강도가 우수하여 외부충격으로부터 배터리 모듈을 충분히 보호할 수 있고, 제조공정이 간소화되어 원가절감, 생산성 형상에 기여하며, 별도의 방청 도장 공정을 거치지 않아도 되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 대면적 배터리 케이스 소재 수축율 적용 구성도이다.
도 2는 대면적 배터리 케이스 금형 Cavity 분할 구성도이다.
도 3은 시뮬레이션 통한 최적화 결과를 보여준다.
도 4는 다채널 Heating pipe 삽입 구성도이다.
도 5는 다채널 디지털 냉각 유량제어 장치 구성도이다.
도 6은 비가열식 내화물 충전 서브라이저 구성도 및 제품 사진이다.
도 7은 Over Flow 위치 및 형상 구성도이다.
도 2는 대면적 배터리 케이스 금형 Cavity 분할 구성도이다.
도 3은 시뮬레이션 통한 최적화 결과를 보여준다.
도 4는 다채널 Heating pipe 삽입 구성도이다.
도 5는 다채널 디지털 냉각 유량제어 장치 구성도이다.
도 6은 비가열식 내화물 충전 서브라이저 구성도 및 제품 사진이다.
도 7은 Over Flow 위치 및 형상 구성도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따라 대면적 배터리 케이스 제조금형을 설계하는 방식을 보여주며, (배터리 케이스)소재 수축율 적용을 모식적으로 보여준다. 금형으로 제조되는 소재의 수축율을 고려하여 소재 형상을 기준으로 방사형태로 수축율(1/1.006)을 적용하며, 도 2에 보인 것 같이 금형 캐비티(Cavity)를 좌우 2분할하여 장착 안정성을 확보하였다.
도 3에 보인 바와 같이, 용탕 주입 시 소재 및 금형 형상에 따라 용탕의 흐름, 그에 따른 열응력과 열변형 해석을 통한 열처리 변형 최소화를 도모하였다. 즉, 주조 방안 및 금형 설계시 제품의 열응력과 열변형, 열분포 등에 대한 시뮬레이션 해석 결과를 바탕으로 Lib 형상 변경/추가 또는 제품 두께 증감, 서브라이저(Sub-Riser) 형상 및 위치를 설정한다.
상기와 같은 시뮬레이션 결과에 따라 도 4는 상하 금형에 히터 파이프를 배열한 것을 보여주며, 도 5는 냉각 라인을 배열한 것을 보여준다.
또한, 상기 히터들과 냉각라인은 시뮬레이션 결과에 따라 개별적으로 온도와 유량이 제어된다.
도 6에는 비가열식 내화물 충전 서브라이저가 나와있다. 기존 저압주조 시 서브라이저 경우 주철로 제작되어 용탕온도 안정성을 확보하기 위해 가열을 해야하는 불편이 있었다. 본 발명은 내화물이 충전된 서브라이저를 사용하여 비가열 방식을 통해 작업성을 향상 시킨다. 즉, 수지 소재로 구성된 서브라이저를 내화물로 덮어 용탕 주입시 온도 저하가 일어나지 않도록 하여 가열할 필요가 없게 만들었다.
도 7은 본 발명에 따라 대면적 배터리 케이스 금형에 대해 적용된 오버플로우를 보여준다. 대면적 배터리 케이스 금형의 돌출부마다 오버플로우를 배치하여 배터리 케이스 소재의 피막유도 및 상취출을 용이하게 하였고 이를 통해 소재 품질 및 작업성을 향상 시킨다.
즉, 본 발명은 다음과 같이 정리될 수 있다.
대면적 배터리 케이스 금형 제작 있어서, 소재 수축율을 적용하여 금형 구성 및 설계하는 제 1단계;
열응력과 열변형 해석을 통한 열처리 변형 최소화를 구현하는 제 2단계;
다체널 Heating Pipe 및 냉각 디지털 유량제어 장치를 삽입하는 제 3단계;
비가열식 내화물 충전 서브라이저를 적용하는 제 4단계; 및
Over flow를 적용하는 제 5단계;를 포함하는 대면적 배터리 케이스 금형 제작방법을 제공한다.
상기에 있어서 소재 수축율을 적용하여 금형 구성 및 설계하는 제 1단계에서 제품형상(소재상태)중심을 기점으로 방사형태로 수축율(1/1.006) 적용하며, 금형 Cavity를 좌우 2분할하여 장착 안정성을 확보한 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서 열응력과 열변형 해석을 통한 열처리 변형 최소화를 구현하는 제 2단계에서 주조 방안 및 금형 설계시 제품의 열응력과 열변형, 열분포 등에 대한 해석 결과를 바탕으로 Lib 형상 변경/추가 또는 제품 두께 증가, Sub-Riser 형상 및 위치를 설정한다.
상기에 있어서 다체널 Heating Pipe 및 냉각 디지털 유량제어 장치 삽입하는 제 3단계에서 상/하 금형의 온도 편차가 적을수록 충진성이 향상되므로 다채널 디지털 Type 유량제어 장치를 적용하여 제품의 형상에 따라 개별 제어가 가능하여 생산과 품질 관리를 용이 하게 한다.
상기에 있어서 비가열식 내화물 충전 서브라이저 적용하는 제 4단계에서 기존 저압주조 시 서브라이저 경우 주철로 제작되어 용탕온도 안정성을 확보하기 위해 가열을 해야 하나 내화물이 충전된 서브라이저를 사용하여 비가열 방식을 통해 작업성을 향상 시킨다.
상기 Over flow 적용하는 제 5단계에서 배터리 케이스 소재의 피막유도 및 상취출을 용이하게 하기 위하여 별도 Over flow를 통해 소재 품질 및 작업성을 향상 시킨다.
상기와 같이 하여 저압주조 공법을 이용한 대면적 배터리 케이스 금형을 제작하여 대면적 배터리 케이스를 간소화된 방법으로 만들 수 있다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
Claims (7)
- 대면적 배터리 케이스 금형 제작 있어서,
소재 수축율을 적용하여 금형을 설계하는 제 1단계;
열처리 변형을 최소화하기 위해 열응력과 열변형 해석 시뮬레이션을 실시하는 제 2단계;
상기 시뮬레이션 결과에 따라 다채널 디지털 제어 히팅 파이프(Heating Pipe), 디지털 제어 냉각관로 및 냉각 디지털 유량 제어 장치를 삽입하는 제 3단계;
비가열식 내화물로 덮여진 서브라이저를 적용하는 제 4단계; 및
금형에 대해 다수의 개별적인 오버플로우(Over flow)를 적용하는 제 5단계;를 포함하는 대면적 배터리 케이스 금형 제작방법. - 제1항에 있어서, 제 1단계에서 제품형상 중심을 기점으로 방사형태로 수축율을 적용하며, 금형 캐비티(Cavity)를 좌우 2분할하여 구성하는 것을 특징으로 하는 대면적 배터리 케이스 금형 제작방법.
- 제1항에 있어서, 제 2단계에서 주조 방안 및 금형 설계시 제품의 열응력과 열변형, 열분포를 포함한 해석 결과를 바탕으로 리브(Lib) 형상 변경 또는 추가, 제품 두께 증감, 서브 라이저(Sub-Riser) 형상 및 위치를 설정하는 것을 특징으로 하는 대면적 배터리 케이스 금형 제작방법.
- 제1항에 있어서, 상하 금형의 온도 편차가 적도록 히터 파이프의 온도 또는 다채널 디지털 타입 유량제어 장치에서 냉각 유량을 제품의 형상에 따라 개별 제어할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 대면적 배터리 케이스 금형 제작방법.
- 제1항에 있어서, 상기 오버플로우는 금형의 돌출부에 개별적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 대면적 배터리 케이스 금형 제작방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법으로 제작된 금형으로서,
상금형;
상기 상금형 아래에 배열되는 하금형;
상기 상금형과 하금형 각각에 배열된 디지털로 제어되는 히팅 파이프와 냉각관로;
상기 금형 내부 제품형성부에 연결되는 서브라이저로서 내화물이 덮인 서브라이저; 및
캐비티에서 금형에 의해 제조되는 제품의 둘레에 있는 돌출부에 해당하는 자리마다 오버플로우;를 구비한 것을 특징으로 하는 대면적 배터리 케이스 금형. - 제6항에 있어서, 금형은 좌우 2분할로 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 배터리 케이스 금형.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113547098A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-10-26 | 青岛科麟航空科技有限公司 | 铝合金新能源汽车电池壳多升液管及其低压铸造方法 |
| KR102654127B1 (ko) * | 2023-04-21 | 2024-04-02 | 김병찬 | 알루미늄 프로파일 사출접합방법 |
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