KR102269253B1 - 다이캐스팅용 보조장치 - Google Patents

다이캐스팅용 보조장치 Download PDF

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KR102269253B1
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김억수
박진영
윤필환
강호정
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한국생산기술연구원
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    • B22D17/20—Accessories: Details
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Abstract

본 발명의 실시 예에서는, 다이캐스팅 금형에 구비되고, 일체형으로 구성된 보조장치로 활성가스와 진공을 제어하여 주조결함 억제 및 용탕의 유동성을 향상시키는 다이캐스팅용 보조장치에 있어서: 금형 캐비티 내부를 감압하는 진공펌프와, 상기 진공펌프를 구동시키는 모터와, 상기 금형 일측에 구비되는 벤트측과 진공펌프를 연결하는 진공측 노즐과, 상기 진공측 노즐과 연결되어 캐비티 내부 상태를 측정하고 모터를 제어하는 진공측 제어부와, 상기 벤트측 뒷단에 구비되어 캐비티 내부 감압시 잔재물 혼입방지를 위한 필터를 포함하는 진공감압장치; 산소공급원으로부터 유입된 산소를 모아 토출하는 매니폴드와, 상기 매니폴드에 구비되어 캐비티 내부로 산소를 전달하는 산소측 노즐과, 상기 매니폴드 앞단에 구비되어 매니폴드로부터 토출되는 산소를 제어하는 산소측 제어부와, 상기 산소측 제어부 앞단에 구비되어 캐비티 내부 진공도를 측정하는 산소측 진공도측정장치와, 상기 산소측 제어부 앞단에 구비되어 캐비티 내부로 유입되는 산소 압력 및 유입시간을 측정하는 산소측 압력측정장치를 포함하는 산소공급장치 및; 상기 진공측 노즐과 산소측 노즐에 구비되어 기체의 흐름을 제어하는 제어밸브장치;를 포함할 수 있다.
아울러, 상기 진공감압장치로 캐비티 내부의 잔류가스를 흡입하고, 상기 산소공급장치로 캐비티 내부에 대기압 이상의 산소를 유입시켜 캐비티 내부의 잔류가스를 방출시키고, 유입된 산소가 용탕과 발열반응하여 Al2O3 가 생성되면서, 산소 소실이 일어나 캐비티 내부가 감압됨으로써, 압력차이로 인해 용탕의 충전성이 향상되고, 또한, 상기 발열반응으로 인해 용탕 표면온도가 증가됨으로써, 용탕의 유동성이 향상되어 주조결함을 방지하고 주조성을 개선시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 진공측 제어부는 상기 캐비티 내부의 진공도를 측정하는 진공측 진공도측정장치와, 상기 캐비티 내부의 압력 및 감압시간을 측정하는 진공측 압력측정장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 진공측 제어부에서 측정된 진공도 및 감압시간이 소정의 설정값에 도달하면 모터를 제어하여 감압을 정지하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 진공감압장치는 주탕구 개방 전 상기 진공펌프와 연결되는 진공측 노즐을 통해 캐비티 내부의 잔류가스를 흡입하여 주조결함을 억제하고, 상기 주탕구를 폐쇄한 후, 사출 종료시점에서 캐비티 내부를 다시 감압하여 용탕의 충전성을 향상시키는것과 잔류가스를 제거하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 산소측 제어부는 상기 매니폴드로부터 토출되는 산소 압력을 측정하는 산소측 압력측정장치와, 상기 산소측 압력측정장치에서 측정되는 산소 압력에 따라 매니폴드로부터 토출되는 산소 유량을 제어하는 유량제어장치와, 상기 유량제어장치 앞단에 구비되어 일정한 산소 유량을 토출하는 유량개폐밸브를 포함할 수 있다.
이때, 상기 유량개폐밸브는 토출되는 산소 유량에 따라 대유량개폐밸브와 소유량개폐밸브로 구분되며, 주탕구 개폐에 따라 선택적으로 작동되고, 상기 대유량개폐밸브는 작동시 10초 이내로 작동하는 것을 특징으로 한다.
마지막으로 상기 산소측 노즐은 주탕구 슬리브 및 금형 벤트측 중에서 선택되는 하나 이상과 연결되고, 상기 제어밸브장치를 선택적으로 제어하여 주탕구 슬리브 또는 금형 벤트측을 통해 산소를 캐비티 내부로 공급하는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 보조장치를 제공한다.

Description

다이캐스팅용 보조장치{Auxiliary device for diecasting}
본 발명은 다이캐스팅용 보조장치로서, 더욱 자세하게는, 일체형의 진공감압장치와 산소공급장치를 이용하여 금형 캐비티 내부의 잔류가스를 제거하고 외부로부터의 가스 유입을 차단함으로써, 주조결함을 억제하고 용탕의 유동성을 향상시키는 다이캐스팅용 보조장치에 관한 것이다.
통상 다이캐스팅은 알루미늄, 마그네슘, 아연 등의 경량 비철금속합금을 용해한 용탕을 주탕 슬리브에 주입하고, 사출 플런저에 의해 고속 고압으로 금형 캐비티 내로 충전하여 성형을 하고 있다. 이 과정에서 캐비티 내부에 존재하고 있는 가스나 용탕과 함게 캐비티 내부로 주입된 가스가 배출되지 않고 용탕에 혼입하게 된다. 특히 복잡한 형상을 갖는 제품일수록 캐비티 내부의 가스 배출이 어렵다.
이와 같이, 용탕에 혼입된 가스에 의해 금형 내에서 용탕이 냉각 응고하는 과정에서 주조결함(가스홀, 블로홀, 수축결함 등)이 발생되어 제품의 강도, 연신율 등 기계적 성질이 저하되고, 다른 제품과의 용접시 용접품질 또한 저하된다.
따라서, 캐비티 내부의 가스에 기인하는 주조결함의 억제는 다이캐스팅의 적용분야를 더욱 확장시킴으로써, 수송기계산업 부품 제조 분야 및 에너지산업, 휴대용 전자산업 등 고기능 부품제조까지 가능하게 한다.
상기 주조결함을 억제하기 위한 방법으로는, 캐비티 내부를 진공펌프를 이용하여 감압하는 물리적인 방법이 가장 일반적으로 사용되고 있지만, 금형의 분할면, 주탕구, 금형의 작동부 각 틈새 등이 완전한 씰링(Sealing)이 되기 어렵고 또한, 그에 따른 비용이 과다하게 증가되는 등 한계를 지니고 있다.
이러한 물리적인 진공방법을 극복하기 위한 방안으로 화학적인 진공방법이 사용되고 있다.
활성가스인 산소를 금형 캐비티 내부로 충전시킨 후 용탕을 주입함으로써, 산소와 용탕의 반응으로 인한 Al2O3가 생성되면서 순간적인 산소 소실에 따른 진공상태를 이용하여 고속사출을 완료하는 방법이 개발되었다.
산소를 이용한 화학적인 진공방법인 일본 특허공개 소화50-21143호에 의하면, 금형 캐비티에 용탕을 주입하기 전에 캐비티 내부의 가스를 산소로 대체하기 위해서 산소를 대기압보다 더 높은 압력으로 충전시킨다. 캐비티 내부로 유입된 산소는 유입구멍뿐만 아니라 다이의 좁은 틈새사이로 유출되므로 상기 유입구멍 및 좁은 틈새사이를 통한 외부 가스의 침입을 방지한다.
또한, 산소와 용탕의 반응으로 인해 생성된 Al2O3는 다이캐스팅 제품에 악영향없이 미세입자로서 분산된다.
하지만, 제품 형상이 복잡하여 캐비티 용적이 클 경우, 대기압보다 더 높은 압력의 산소가 캐비티 내로 유입된다 하더라도 캐비티 내부에 잔류하는 가스를 완전히 제거하기는 어렵다.
그리고 일본 특허 평성 1-46224호에는 진공흡출과 동시에 산소를 블로잉하는 방법을 선택하고 있지만, 산소블로잉시에 캐비티 내부는 감압상태로 유지되고 있으므로, 금형 내부 수증기의 제거에는 효과가 있지 않아 주조 제품에 여전히 주조결함이 발생하고 있다.
본 발명은 상기 상술된 바와 같은 문제점을 해결하는 것으로서, 다이캐스팅용 금형에 진공감압장치와 산소공급장치를 일체형으로 고안하여 캐비티 내부에 남아있는 가스를 제거하고, 주탕구 개폐로 인해 외부가스가 침입하는 것을 방지하여 최종적으로 캐비티 내부의 가스 함유량을 현저하게 감소시키는 데 목적이 있다.
본 발명의 다이캐스팅 금형에 구비되고, 일체형으로 구성된 보조장치로 활성가스와 진공을 제어하여 주조결함 억제 및 용탕의 유동성을 향상시키는 다이캐스팅용 보조장치에 있어서: 금형 캐비티 내부를 감압하는 진공펌프와, 상기 진공펌프를 구동시키는 모터와, 상기 금형 일측에 구비되는 벤트측과 진공펌프를 연결하는 진공측 노즐과, 상기 진공측 노즐과 연결되어 캐비티 내부 상태를 측정하고 모터를 제어하는 진공측 제어부와, 상기 벤트측 뒷단에 구비되어 캐비티 내부 감압시 잔재물 혼입방지를 위한 필터를 포함하는 진공감압장치; 산소공급원으로부터 유입된 산소를 모아 토출하는 매니폴드와, 상기 매니폴드에 구비되어 캐비티 내부로 산소를 전달하는 산소측 노즐과, 상기 매니폴드 앞단에 구비되어 매니폴드로부터 토출되는 산소를 제어하는 산소측 제어부와, 상기 산소측 제어부 앞단에 구비되어 캐비티 내부 진공도를 측정하는 산소측 진공도측정장치와, 상기 산소측 제어부 앞단에 구비되어 캐비티 내부로 유입되는 산소 압력 및 유입시간을 측정하는 산소측 압력측정장치를 포함하는 산소공급장치 및; 상기 진공측 노즐과 산소측 노즐에 구비되어 기체의 흐름을 제어하는 제어밸브장치;를 포함할 수 있다.
아울러, 상기 진공감압장치로 캐비티 내부의 잔류가스를 흡입하고, 상기 산소공급장치로 캐비티 내부에 대기압 이상의 산소를 유입시켜 캐비티 내부의 잔류가스를 방출시키고, 유입된 산소가 용탕과 발열반응하여 Al2O3 가 생성되면서, 산소 소실이 일어나 캐비티 내부가 감압됨으로써, 압력차이로 인해 용탕의 충전성이 향상되고, 또한, 상기 발열반응으로 인해 용탕 표면온도가 증가됨으로써, 용탕의 유동성이 향상되어 주조결함을 방지하고 주조성을 개선시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 진공측 제어부는 상기 캐비티 내부의 진공도를 측정하는 진공측 진공도측정장치와, 상기 캐비티 내부의 압력 및 감압시간을 측정하는 진공측 압력측정장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 진공측 제어부에서 측정된 진공도 및 감압시간이 소정의 설정값에 도달하면 모터를 제어하여 감압을 정지하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 진공감압장치는 주탕구 개방 전 상기 진공펌프와 연결되는 진공측 노즐을 통해 캐비티 내부의 잔류가스를 흡입하여 주조결함을 억제하고, 상기 주탕구를 폐쇄한 후, 사출 종료시점에서 캐비티 내부를 다시 감압하여 용탕의 충전성을 향상시키는것과 잔류가스를 제거하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 산소측 제어부는 상기 매니폴드로부터 토출되는 산소 압력을 측정하는 산소측 압력측정장치와, 상기 산소측 압력측정장치에서 측정되는 산소 압력에 따라 매니폴드로부터 토출되는 산소 유량을 제어하는 유량제어장치와, 상기 유량제어장치 앞단에 구비되어 일정한 산소 유량을 토출하는 유량개폐밸브를 포함할 수 있다.
이때, 상기 유량개폐밸브는 토출되는 산소 유량에 따라 대유량개폐밸브와 소유량개폐밸브로 구분되며, 주탕구 개폐에 따라 선택적으로 작동되고, 상기 대유량개폐밸브는 작동시 10초 이내로 작동하는 것을 특징으로 한다.
마지막으로 상기 산소측 노즐은 주탕구 슬리브 및 금형 벤트측 중에서 선택되는 하나 이상과 연결되고, 상기 제어밸브장치를 선택적으로 제어하여 주탕구 슬리브 또는 금형 벤트측을 통해 산소를 캐비티 내부로 공급하는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 보조장치를 제공한다.
본 발명의 다이캐스팅 금형에 구비되고, 일체형으로 구성된 보조장치로 활성가스와 진공을 제어하여 주조결함 억제 및 용탕의 유동성을 향상시키는 다이캐스팅용 잔류가스제거장치에 있어서: 진공탱크 내부에 존재하는 기체를 외부로 배출시킴으로써, 상기 진공탱크 내부에 진공을 형성하는 진공펌프와, 상기 진공펌프를 구동시키는 모터와, 상기 금형 일측에 구비되는 벤트측과 진공탱크를 연결하는 진공측 노즐과, 상기 진공측 노즐과 연결되어 캐비티 내부 상태를 측정하고 모터를 제어하는 진공측 제어부와, 상기 벤트측 뒷단에 구비되어 캐비티 내부 감압시 잔재물 혼입방지를 위한 필터를 포함하는 진공감압장치; 산소통으로부터 유입된 산소를 모아 토출하는 매니폴드와, 상기 매니폴드에 구비되어 캐비티 내부로 산소를 전달하는 산소측 노즐과, 상기 매니폴드 앞단에 구비되어 매니폴드로부터 토출되는 산소 압력을 측정하여 유량을 제어하는 산소측 제어부와, 상기 산소측 제어부 앞단에 구비되어 캐비티 내부 진공도를 측정하는 산소측 진공도측정장치와, 상기 산소측 제어부 앞단에 구비되어 캐비티 내부로 유입되는 산소 압력 및 유입시간을 측정하는 산소측 압력측정장치를 포함하는 산소공급장치 및; 상기 진공측 노즐과 산소측 노즐에 구비되어 기체의 흐름을 제어하는 제어밸브장치;를 포함할 수 있다.
아울러 상기 진공감압장치로 캐비티 내부의 잔류가스를 흡입하고, 상기 산소공급장치로 캐비티 내부에 대기압 이상의 산소를 유입시켜 캐비티 내부의 잔류가스를 방출시키고, 유입된 산소가 용탕과 발열반응하여 Al2O3 가 생성되면서, 산소 소실이 일어나 캐비티 내부가 감압됨으로써, 압력차이로 인해 용탕의 충전성이 향상되고, 또한, 상기 발열반응으로 인해 용탕 표면온도가 증가됨으로써, 용탕의 유동성이 향상되어 주조결함을 방지하고 주조성을 개선시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 진공측 제어부는 상기 금형 캐비티 내부의 진공도를 측정하는 진공측 진공도측정장치와, 상기 금형 캐비티 내부의 압력 및 감압시간을 측정하는 진공측 압력측정장치를 포함할 수 있다.
또한, 상기 진공측 제어부에서 측정된 진공도 및 감압시간이 소정의 설정값에 도달하면 모터를 제어하여 감압을 정지하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 진공감압장치는 주탕구 개방 전 상기 진공펌프와 연결되는 진공측 노즐을 통해 캐비티 내부의 잔류가스를 흡입하여 주조결함을 억제하고, 상기 주탕구를 폐쇄한 후, 사출 종료시점에서 캐비티 내부를 다시 감압하여 용탕의 충전성을 향상시키는것과 잔류가스를 제거하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 산소측 제어부는 상기 매니폴드로부터 토출되는 산소 압력을 측정하는 산소측 압력측정장치와, 상기 산소측 압력측정장치에서 측정되는 산소 압력에 따라 매니폴드로부터 토출되는 산소 유량을 제어하는 유량제어장치와, 상기 유량제어장치 앞단에 구비되어 일정한 산소 유량을 토출하는 유량개폐밸브를 포함할 수 있다.
이때, 상기 유량개폐밸브는 토출되는 산소 유량에 따라 대유량개폐밸브와 소유량개폐밸브로 구분되며, 주탕구 개폐에 따라 선택적으로 작동되고, 상기 대유량개폐밸브는 작동시 10초 이내로 작동하는 것을 특징으로 한다.
마지막으로 상기 산소측 노즐은 주탕구 슬리브 및 금형 벤트측 중에서 선택되는 하나 이상과 연결되고, 상기 제어밸브장치를 선택적으로 제어하여 주탕구 슬리브 또는 금형 벤트측을 통해 산소를 캐비티 내부로 공급하는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 잔류가스제거장치를 제공한다.
본 발명에 의한 다이캐스팅용 보조장치는 진공감압장치와 산소공급장치를 이용하여 캐비티 내부의 잔류가스를 제거하고 외부로부터의 가스 유입을 차단함으로써, 주조결함을 방지하여 불량률을 줄이고,
용탕 충전시 진공감압장치를 사용하여 용탕의 충전성을 향상시키고,
산소공급장치에 의해 캐티비 내부로 공급되는 산소와 용탕의 발열반응으로 Al2O3 가 생성되어, 순간적으로 산소 소실이 일어나 캐비티 내부가 감압됨으로써, 압력차이로 인해 용탕의 충전성이 향상되고,
그리고 상기 발열반응으로 인해 용탕 표면온도가 증가되어 용탕의 유동성이 향상됨으로써, 주조성을 개선시키는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 실시 예에 따른 다이캐스팅용 보조장치 또는 다이캐스팅용 잔류가스제거장치의 외형을 나타낸 정면도이다.
도 2 는 본 발명의 실시 예에 따른 다이캐스팅용 보조장치 또는 다이캐스팅용 잔류가스제거장치의 외형을 나타낸 측면도이다.
도 3 는 본 발명의 실시 예에 따른 진공감압장치를 금형 벤트측에 연결하고, 산소공급장치를 주탕 슬리브에 연결한 것을 나타내는 회로도이다.
도 4 은 본 발명이 실시 예에 따른 진공감압장치와 산소공급장치를 금형 벤트측에 연결한 것을 나타내는 회로도이다.
도 5 내지 6은 본 발명의 실시 예에 따른 다이캐스팅용 보조장치 및 다이캐스팅용 잔류가스제거장치의 공정 모식도를 나타낸 것이다.
도 7 내지 8은 본 발명의 실시 예에 따른 다이캐스팅용 보조장치 및 다이캐스팅용 잔류가스제거장치의 공정 모식도를 나타낸 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여햐 한다.
또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 "포함 한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에서 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 다이캐스팅용 보조장치와 다이캐스팅용 잔류가스제거장치에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명인 활성가스(산소)와 진공(감압)을 이용하여 다이캐스팅 금형 캐비티 내부의 가스를 제거함으로써, 주조결함 억제와 용탕의 유동성을 향상시키는 다이캐스팅용 보조장치의 구성에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
금형 캐비티 내부를 감압하는 진공펌프와, 상기 진공펌프를 구동시키는 모터와, 상기 금형 일측에 구비되는 벤트측(5)과 진공펌프를 연결하는 진공측 노즐(12)과, 상기 진공측 노즐(12)과 연결되어 캐비티 내부 상태를 측정하고 모터를 제어하는 진공측 제어부와, 상기 벤트측(5) 뒷단에 구비되어 캐비티 내부 감압시 잔재물 혼입방지를 위한 필터를 포함하는 진공감압장치(1);를 포함하고,
상기 진공펌프에 진공탱크와 진공탱크 내부의 진공도를 측정하는 진공측 제어부가 추가로 포함될 수 있다.
그리고 산소공급원으로부터 유입된 산소를 모아 토출하는 매니폴드(20)와, 상기 매니폴드(20)에 구비되어 캐비티 내부로 산소를 전달하는 산소측 노즐(21)과, 상기 매니폴드(20) 앞단에 구비되어 매니폴드(20)로부터 토출되는 산소를 제어하는 산소측 제어부와, 상기 산소측 제어부 앞단에 구비되어 캐비티 내부 진공도를 측정하는 산소측 진공도측정장치(23)와, 상기 산소측 제어부 앞단에 구비되어 캐비티 내부로 유입되는 산소 압력 및 유입시간을 측정하는 산소유입측 압력측정장치(24)를 포함하는 산소공급장치(2);를 포함하고,
상기 산소공급원은 산소통으로 구성될 수 있고, 또한, 상기 매니폴드(20)에 산소 게이지가 포함되어 매니폴드(20)로부터 토출되는 산소 압력을 확인 및 제어할 수 있다.
마지막으로 상기 진공측 노즐(12)과 산소측 노즐(21)에 구비되어 기체의 흐름을 제어하는 제어밸브장치(3);를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제어밸브장치(3)로는 솔레노이드 밸브, 체크 밸브 등 일반적인 유체밸브로서 구성될 수 있다.
또한, 진공측 노즐(12)과 산소측 노즐(21)에 추가로 릴리프 밸브 또는 안전 밸브를 구비하여 노즐 내의 압력을 적절하게 유지할 수 있다.
이처럼 다이캐스팅용 보조장치는 도 1 내지 2와 같이, 진공감압장치(1)와 산소공급장치(2)가 일체형으로 구비된 특징을 가지며, 진공측 노즐(12)과 산소측 노즐(21)을 통해 금형 캐비티 내부로 산소 공급 및 감압할 수 있다.
이때, 진공측 노즐(12)과 산소측 노즐(21)은 고압용 노즐로 사용될 수 있고, 상호 호환이 가능하다.
또한, 상기 산소측 노즐(21)은 주탕구 슬리브(4) 및 금형 벤트측(5) 중에서 선택되는 하나 이상과 연결되고, 상기 제어밸브장치(3)를 선택적으로 제어하여 주탕구 슬리브(4) 또는 금형 벤트측(5)을 통해 산소를 캐비티 내부로 공급하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 진공측 제어부는 상기 캐비티 내부의 진공도를 측정하는 진공측 진공도측정장치(130)와, 상기 캐비티 내부의 압력 및 감압시간을 측정하는 진공측 압력측정장치(131)를 포함할 수 있다.
상기 진공측 진공도측정장치(130)와 산소측 진공도측정장치(23)는 볼밸브, 진공도 게이지 및 디지털 진공스위치를 포함하여 구성될 수 있고, 상기 진공측 압력측정장치(131)와 산소측 압력측정장치(24)는 볼밸브, 압력 게이지 및 디지털 압력스위치를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 산소측 제어부는 상기 매니폴드(20)로부터 토출되는 산소 압력을 측정하는 산소토출측 압력측정장치(220)와, 상기 산소토출측 압력측정장치(220)에서 측정되는 산소 압력에 따라 매니폴드(20)로부터 토출되는 산소 유량을 제어하는 유량제어장치(221)와, 상기 유량제어장치(221) 앞단에 구비되어 일정한 산소 유량을 토출하는 유량개폐밸브(222)를 포함할 수 있다.
상기 산소토출측 압력측정장치(220)는 볼밸브, 압력게이지 및 디지털 압력스위치를 포함하여 구성될 수 있고, 상기 유량제어장치(221)는 디지털 유량계로 구성될 수 있고, 상기 유량개폐밸브(222)는 산소유량계로 구성될 수 있다.
이때, 상기 유량개폐밸브(222)는 토출되는 산소 유량에 따라서 대유량개폐밸브(222A)와 소유량개폐밸브(222B)로 구분될 수 있고, 주탕구 개폐에 따라 선택적으로 작동될 수 있다.
더욱 자세히 말하자면, 도 5 및 7의 ②단계에서 주탕구가 폐쇄되고, ③단계에서 진공감압장치(1)가 작동정지했을시 대유량개폐밸브(222A)가 작동되고,
도 5 및 7의 ④단계에서 주탕구 개방과 함께 용탕이 공급될시 상기 대유량개폐밸브(222A)가 정지되고, 소유량개폐밸브(222B)가 작동한다.
이때, 대유량개폐밸브(222A)를 대기압이상의 압력으로 짧은 시간 즉, 10초 이내로 작동될 수 있다. 바람직하게는 5초 이내로 작동될 수 있고, 더 바람직하게는 3초 이내로 작동될 수 있다.
상기 볼밸브는 버터플라이 밸브 등 개폐기능이 있는 일반적인 유체밸브로 대체될 수 있다.
또한, 상기 다이캐스팅용 보조장치 사용 후, 진공측 노즐(12) 및 산소측 노즐(21) 내의 오염물을 제거하기 위해 에어컴프레셔 및 레귤레이터가 포함될 수 있다.
상기 에어컴프레셔 및 레귤레이터는 도 3 내지 4와 같이, 진공감압장치(1)와 산소공급장치(2)에 연결될 수 있고, 연결하기 위해 추가로 제어밸브장치가 구비될 수 있다.
마지막으로 다이캐스팅 장비측과 통신하는 인터페이스 제어장치를 포함할 수 있다.
본 발명인 활성가스(산소)와 진공(감압)을 이용하여 다이캐스팅 금형 캐비티 내부의 가스를 제거함으로써, 주조결함 억제와 용탕의 유동성을 향상시키는 다이캐스팅용 잔류가스제거장치의 구성에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
진공탱크 내부에 존재하는 기체를 외부로 배출시킴으로써, 상기 진공탱크 내부에 진공을 형성하는 진공펌프와, 상기 진공펌프를 구동시키는 모터와, 상기 금형 일측에 구비되는 벤트측(5)과 진공탱크를 연결하는 진공측 노즐(12)과, 상기 진공측 노즐(12)과 연결되어 캐비티 내부 상태를 측정하고 모터를 제어하는 진공측 제어부와,
상기 벤트측(5) 뒷단에 구비되어 캐비티 내부 감압시 잔재물 혼입방지를 위한 필터를 포함하는 진공감압장치(1);를 포함하고,
상기 진공탱크 내부의 진공도를 측정하는 진공측 제어부가 추가로 포함될 수있다.
그리고 산소통으로부터 유입된 산소를 모아 토출하는 매니폴드(20)와, 상기 매니폴드(20)에 구비되어 캐비티 내부로 산소를 전달하는 산소측 노즐(21)과, 상기 매니폴드(20) 앞단에 구비되어 매니폴드(20)로부터 토출되는 산소 압력을 측정하여 유량을 제어하는 산소측 제어부와, 상기 산소측 제어부 앞단에 구비되어 캐비티 내부 진공도를 측정하는 산소측 진공도측정장치(23)와, 상기 산소측 제어부 앞단에 구비되어 캐비티 내부로 유입되는 산소 압력 및 유입시간을 측정하는 산소측 압력측정장치(24)를 포함하는 산소공급장치(2);를 포함하고,
상기 매니폴드(20)에 산소게이지가 포함될 수 있고, 상기 산소게이지에 의해 매니폴드(20)로부터 토출되는 산소 압력을 확인 및 제어할 수 있다.
마지막으로 상기 진공측 노즐(12)과 산소측 노즐(21)에 구비되어 기체의 흐름을 제어하는 제어밸브장치(3);를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 제어밸브장치(3)로는 솔레노이드 밸브, 체크 밸브 등 일반적인 유체밸브로서 구성될 수 있다.
또한, 진공측 노즐(12)과 산소측 노즐(21)에 추가로 릴리프 밸브 또는 안전 밸브를 구비하여 노즐 내의 압력을 적절하게 유지할 수 있다.
이처럼 다이캐스팅용 잔류가스제거장치는 도 1 내지 2와 같이, 진공감압장치(1)와 산소공급장치(2)가 일체형으로 구비된 특징을 가지며, 진공측 노즐(12)과 산소측 노즐(21)을 통해 금형 캐비티 내부로 산소 공급 및 감압할 수 있다.
이때, 진공측 노즐(12)과 산소측 노즐(21)은 고압용 노즐로 사용될 수 있고, 상호 호환이 가능하다.
또한, 상기 산소측 노즐(21)은 주탕구 슬리브(4) 및 금형 벤트측(5) 중에서 선택되는 하나 이상과 연결되고, 상기 제어밸브장치(3)를 선택적으로 제어하여 주탕구 슬리브(4) 또는 금형 벤트측(5)을 통해 산소를 캐비티 내부로 공급하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 진공측 제어부는 상기 캐비티 내부의 진공도를 측정하는 진공측 진공도측정장치(130)와, 상기 캐비티 내부의 압력 및 감압시간을 측정하는 진공측 압력측정장치(131)를 포함할 수 있다.
상기 진공측 진공도측정장치(130)와 산소측 진공도측정장치(23)는 볼밸브, 진공도 게이지 및 디지털 진공스위치를 포함하여 구성될 수 있고, 상기 진공측 압력측정장치(131)와 산소측 압력측정장치(24)는 볼밸브, 압력 게이지 및 디지털 압력스위치를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 산소측 제어부는 상기 매니폴드(20)로부터 토출되는 산소 압력을 측정하는 산소토출측 압력측정장치(220)와, 상기 산소토출측 압력측정장치(220)에서 측정되는 산소 압력에 따라 매니폴드(20)로부터 토출되는 산소 유량을 제어하는 유량제어장치(221)와, 상기 유량제어장치(221) 앞단에 구비되어 일정한 산소 유량을 토출하는 유량개폐밸브(222)를 포함할 수 있다.
상기 산소토출측 압력측정장치(220)는 볼밸브, 압력게이지 및 디지털 압력스위치를 포함하여 구성될 수 있고, 상기 유량제어장치(221)는 디지털 유량계로 구성될 수 있고, 상기 유량개폐밸브(222)는 산소유량계로 구성될 수 있다.
이때, 상기 유량개폐밸브(222)는 토출되는 산소 유량에 따라서 대유량개폐밸브(222A)와 소유량개폐밸브(222B)로 구분될 수 있고, 주탕구 개폐에 따라 선택적으로 작동될 수 있다.
더욱 자세히 말하자면, 도 5 및 7의 ②단계에서 주탕구가 폐쇄되고, ③단계에서 진공감압장치(1)가 작동정지했을시 대유량개폐밸브(222A)가 작동되고,
도 5 및 7의 ④단계에서 주탕구 개방과 함께 용탕이 공급될시 상기 대유량개폐밸브(222A)가 정지되고, 소유량개폐밸브(222B)가 작동한다.
이때, 대유량개폐밸브(222A)를 대기압이상의 압력으로 짧은 시간 즉, 10초 이내로 작동될 수 있다. 바람직하게는 5초 이내로 작동될 수 있고, 더 바람직하게는 3초 이내로 작동될 수 있다.
상기 볼밸브는 버터플라이 밸브 등 개폐기능이 있는 일반적인 유체밸브로 대체될 수 있다.
또한, 상기 다이캐스팅용 잔류가스제거장치 사용 후, 진공측 노즐(12) 및 산소측 노즐(21) 내의 오염물을 제거하기 위해 에어컴프레셔 및 레귤레이터가 포함될 수 있다.
상기 에어컴프레셔 및 레귤레이터는 도 3 내지 4와 같이, 진공감압장치(1)와 산소공급장치(2)에 연결될 수 있고, 연결하기 위해 추가로 제어밸브장치가 구비될 수 있다.
마지막으로 다이캐스팅 장비측과 통신하는 인터페이스 제어장치를 포함할 수 있다.
이하에서 상기 다이캐스팅용 보조장치와 다이캐스팅용 잔류가스제거장치를 다이캐스팅용 보조장치로 통일하여 설명하기로 한다.
본 발명의 다이캐스팅용 보조장치 실시 예 1에 대하여 도 3, 7 및 8을 참고하여 자세히 설명하기로 한다.
도 3과 같이, 진공측 노즐(12)은 다이캐스팅 금형 벤트측(5)에 연결되고, 산소측 노즐(21)은 주탕구 슬리브(4)에 연결된다.
이 경우에는 제어밸브장치(3)를 선택적으로 제어하여 금형 벤트측(5)을 통해 캐비티 내부로 산소를 공급할 수 있다.
도 7의 ①은 진공감압장치와 산소공급장치를 이용하기 전에 금형 내의 표면을 공기와 이형제를 이용하여 깨끗이 하는 것을 나타낸 것이다.
도 7의 ①단계 이후, ②단계에서는 다이캐스팅 금형 합형에 의해 캐비티가 형성되고, 사출 플런저팁을 작동하여 주탕구를 폐쇄한다. 이 과정에서 인터페이스 제어장치를 통해 다이캐스팅 장비측으로부터 신호를 받아 모터를 작동시킴으로써, 진공펌프와 금형 벤트측(5)을 연결하는 진공측 노즐(12)을 통해 캐비티 내부의 감압을 실시하여 캐비티 내부의 잔류가스를 제거한다.
이때, 진공펌프에 의해 진공탱크 내부에 진공이 형성되고, 밀폐되어있는 캐비티 내부와 진공탱크의 압력차이로 인해 캐비티 내부의 잔류가스가 진공탱크로 이동함으로써, 감압이 된다.
③단계에서는 진공측 제어부에서 측정된 진공도 및 감압시간이 설정된 값에 도달하면 모터 작동을 중지시키고, 진공측 노즐(12)에 구비된 제어밸브장치(3)를 폐쇄한다.
그리고 산소공급장치(1)의 대유량개폐밸브(222A)를 개방하여 캐비티 내부로 산소를 공급한다. 이때, 대유량개폐밸브(222A)를 대기압이상의 압력으로 짧은 시간 즉, 10초 이내로 작동될 수 있다. 바람직하게는 5초 이내로 작동될 수 있고, 더 바람직하게는 3초 이내로 작동될 수 있다.
④단계에서는 산소유입측 압력측정장치(24)에 의해 측정된 캐비티 내부의 압력이 대기압보다 높게 설정되거나 산소유입시간이 설정된 값에 도달하면, 인터페이스 제어장치를 통해 다이캐스팅 장비측에 신호를 보내 사출 플런저팁을 작동하여 주탕구를 개방하고, 용탕을 공급한다.
상기 주탕구가 개방될시 대유량개폐밸브(222A)는 폐쇄되고 소유량개폐밸브(222B)가 개방하여 캐비티 내부로 산소를 공급한다.
상기 ③단계와 ④단계에서 대기압 이상의 산소압력을 통해 진공감압장치(1)로 제거하지 못한 잔류가스를 캐비티 외부로 방출시키고, 금형 틈새로 유입되는 외부가스(산소, 수증기 등)를 막는다.
용탕 공급이 종료되어 사출 플런저팁이 작동하여 주탕구를 다시 폐쇄할 때, 소유량개폐밸브(222B) 및 산소측 노즐(21)에 구비된 제어밸브장치(3)를 폐쇄하여 산소 공급을 중단한다.
이때, 도 8의 ⑤단계처럼 사출 플런저팁이 고속 절환위치를 통과하는 시점에 맞춰 진공감압장치(1)를 다시 작동하여 캐비티 내부를 감압시킴으로써, 잔류가스를 효과적으로 배출하고, 압력 차이로 인해 용탕의 충전성이 향상되어 고속 사출이 가능해진다.
또한, ③과 ④단계에서도 유입된 산소와 용탕이 발열반응하여 Al2O3 가 생성되며, 산소 소실이 일어나 캐티니 내부가 감압됨으로써, 압력차이로 인해 용탕의 충전성이 향상되고, 또한, 상기 발열반응으로 인해 용탕 표면온도가 증가되어 용탕의 유동성이 향상된다.
도 8의 ⑦단계가 종료되면, 진공측 노즐(12)과 산소측 노즐(21)에 구비된 제어밸브장치(3)를 개방하고, 에어컴프레셔와 레귤레이터를 통해 압축공기를 전달받아 상기 진공측 노즐(12) 및 산소측 노즐(21) 내부를 청소하여 오염물을 제거한다.
본 발명의 다이캐스팅용 보조장치 실시 예 2에 대하여 도 4, 5 및 6을 참고하여 자세히 설명하기로 한다.
도 4의 진공측 진공도측정장치(130)은 도 3의 산소측 진공도측정장치(23)의 기능을 포함할 수 있다.
도 4의 진공측 압력측정장치(131)은 도 3의 산소유입측 압력측정장치(24)의 기능을 포함할 수 있다.
도 4와 같이, 진공측 노즐(12)과 산소측 노즐은(21)은 서로 연결되어 다이캐스팅 금형 벤트측(5)으로 연결된다.
이 경우에는, 산소공급을 별도의 주탕구 슬리브로 하지 않고, 진공감압장치와 같이 금형 벤트측으로 산소를 공급함으로써, 주탕구 슬리브를 별도로 변경하거나 제어할 필요성이 없으므로, 공정의 효율성과 단순성이 향상된다.
이때, 금형 벤트측의 단면적이 비교적 적어 원활한 산소공급이 어려울 경우,금형 벤트측의 단면적을 확장하기 위한 추가적인 장치나 방법 등이 이용될 수 있다.
도 5의 ①은 진공감압장치와 산소공급장치를 이용하기 전에 금형 내의 표면을 공기와 이형제를 이용하여 깨끗이 하는 것을 나타낸 것이다.
도 5의 ①단계 이후, ②단계에서는 다이캐스팅 금형 합형에 의해 캐비티가 형성되고, 사출 플런저팁을 작동하여 주탕구를 폐쇄한다. 이 과정에서 인터페이스 제어장치를 통해 다이캐스팅 장비측으로부터 신호를 받아 모터를 작동시킴으로써, 진공펌프와 금형 벤트측(5)을 연결하는 진공측 노즐(12)을 통해 캐비티 내부의 감압을 실시하여 캐비티 내부의 잔류가스를 제거한다.
이때, 진공펌프에 의해 진공탱크 내부에 진공이 형성되고, 밀폐되어있는 캐비티 내부와 진공탱크의 압력차이로 인해 캐비티 내부의 잔류가스가 진공탱크로 이동함으로써, 감압이 된다.
③단계에서는 진공측 제어부에서 측정된 진공도 및 감압시간이 설정된 값에 도달하면 모터 작동을 중지시키고, 진공탱크 앞단에 위치한 제어밸브장치(3)를 폐쇄한다.
그리고 금형 벤트측으로 산소공급장치(1)의 대유량개폐밸브(222A)를 개방하여 캐비티 내부로 산소를 공급한다. 이때, 대유량개폐밸브(222A)를 대기압이상의 압력으로 짧은 시간 즉, 10초 이내로 작동될 수 있다. 바람직하게는 5초 이내로 작동될 수 있고, 더 바람직하게는 3초 이내로 작동될 수 있다.
④단계에서는 산소유입측 압력측정장치(24)에 의해 측정된 캐비티 내부의 압력이 대기압보다 높게 설정되거나 산소유입시간이 설정된 값에 도달하면, 인터페이스 제어장치를 통해 다이캐스팅 장비측에 신호를 보내 사출 플런저팁을 작동하여 주탕구를 개방하고, 용탕을 공급한다.
상기 주탕구가 개방될시 대유량개폐밸브(222A)는 폐쇄되고 소유량개폐밸브(222B)가 개방하여 캐비티 내부로 산소를 공급한다.
상기 ③단계와 ④단계에서 대기압 이상의 산소압력을 통해 진공감압장치(1)로 제거하지 못한 잔류가스를 캐비티 외부로 방출시키고, 금형 틈새로 유입되는 외부가스(산소, 수증기 등)를 막는다.
용탕 공급이 종료되어 사출 플런저팁이 작동하여 주탕구를 다시 폐쇄할 때, 소유량개폐밸브(222B) 및 산소측 노즐(21)에 구비된 제어밸브장치(3)를 폐쇄하여 산소 공급을 중단한다.
이때, 도 6의 ⑤단계처럼 사출 플런저팁이 고속 절환위치를 통과하는 시점에 맞춰 진공감압장치(1)를 다시 작동하여 캐비티 내부를 감압시킴으로써, 잔류가스를 효과적으로 배출하고, 압력 차이로 인해 용탕의 충전성이 향상되어 고속 사출이 가능해진다.
또한, ③과 ④단계에서도 유입된 산소와 용탕이 발열반응하여 Al2O3 가 생성되며, 산소 소실이 일어나 캐티니 내부가 감압됨으로써, 압력차이로 인해 용탕의 충전성이 향상되고, 또한, 상기 발열반응으로 인해 용탕 표면온도가 증가되어 용탕의 유동성이 향상된다.
도 6의 ⑦단계가 종료되면, 진공측 노즐(12)과 산소측 노즐(21)에 구비된 제어밸브장치(3)를 개방하고, 에어컴프레셔와 레귤레이터를 통해 압축공기를 전달받아 상기 진공측 노즐(12) 및 산소측 노즐(21) 내부를 청소하여 오염물을 제거한다.
구분 생산성 원가 결함수준
일반다이캐스팅 40sec 100(기준) 20cc이상/100g, Al
진공다이캐스팅 40~45sec 110 5~10cc이상/100g, Al
산소다이캐스팅 40~45sec 105 3~5cc이상/100g, Al
진공+산소 다이캐스팅 40~45sec 110 1~3cc이상/100g, Al
상기 표 1과 같이, 350톤 다이캐스팅 장비에서 테스트를 했을시, 진공감압장치(1)와 산소공급장치(2)를 병용하여 사용할 때, 주조결함 수준이 가장 낮은 것으로 나타났다.
마지막으로 본 발명의 실시 예 1과 2는 제품 형상이 복잡하고 충전해야할 캐비티 용적이 큰 경우, 진공감압장치(1)와 산소공급장치(2)를 같이 사용하였고, 비교적 제품 형상이 단순하고 캐비티 용적이 작을 경우에는 산소공급장치(2)만 사용하였다. 이처럼 본 발명의 다이캐스팅용 보조장치의 진공감압장치(1)와 산소공급장치(2)는 선택적으로 따로 사용될 수 있으며, 사용순서를 다르게 하여 사용될 수 있다.
1 : 진공감압장치 2 : 산소공급장치
20 : 매니폴드 21 : 산소측 노즐
12 : 진공측 노즐 220 : 산소토출측 압력측정장치
130 : 진공측 진공도측정장치 221 : 유량제어장치
131 : 진공측 압력측정장치 222 : 유량개폐밸브
23 : 산소측 진공도측정장치
3 : 제어밸브 24 : 산소유입측 압력측정장치
4 : 주탕구 슬리브
5 : 금형 벤트측

Claims (16)

  1. 다이캐스팅 금형에 구비되고, 일체형으로 구성된 보조장치로 활성가스와 진공을 제어하는 다이캐스팅용 보조장치에 있어서:
    금형 캐비티 내부를 감압하는 진공펌프와, 상기 진공펌프를 구동시키는 모터와, 상기 금형 일측에 구비되는 벤트측과 진공펌프를 연결하는 진공측 노즐과, 상기 진공측 노즐과 연결되어 캐비티 내부 상태를 측정하고 모터를 제어하는 진공측 제어부와, 상기 벤트측 뒷단에 구비되어 캐비티 내부 감압시 잔재물 혼입방지를 위한 필터를 포함하는 진공감압장치;
    산소공급원으로부터 유입된 산소를 모아 토출하는 매니폴드와, 상기 매니폴드에 구비되어 벤트측을 통해 캐비티 내부로 산소를 전달하는 산소측 노즐과, 상기 매니폴드 앞단에 구비되어 매니폴드로부터 토출되는 산소를 제어하는 산소측 제어부와, 상기 산소측 제어부 앞단에 구비되어 캐비티 내부 진공도를 측정하는 산소측 진공도측정장치와, 상기 산소측 제어부 앞단에 구비되어 캐비티 내부로 유입되는 산소 압력 및 유입시간을 측정하는 산소유입측 압력측정장치를 포함하는 산소공급장치 및;
    상기 진공측 노즐과 산소측 노즐에 구비되어 기체의 흐름을 제어하는 제어밸브장치;를 포함하고,
    상기 산소측 제어부는 상기 매니폴드로부터 토출되는 산소 압력을 측정하는 산소토출측 압력측정장치와, 상기 산소토출측 압력측정장치에서 측정되는 산소 압력에 따라 매니폴드로부터 토출되는 산소 유량을 제어하는 유량제어장치와, 상기 유량제어장치 앞단에 구비되어 일정한 산소 유량을 토출하는 유량개폐밸브를 포함하고,
    상기 유량개폐밸브는 토출되는 산소 유량에 따라 대유량개폐밸브와 소유량개폐밸브로 구분되어 주탕구 개폐에 따라 선택적으로 작동되고,
    금형 합형 이후 주탕구 폐쇄 시, 상기 진공감압장치로 캐비티 내부의 잔류가스를 흡입하고,
    상기 캐비티 내부의 진공도 및 감압시간이 소정의 값에 도달할 경우, 상기 대유량개폐밸브로 캐비티 내부에 대기압 이상의 산소를 유입시켜 캐비티 내부의 잔류가스를 방출시키고,
    상기 캐비티 내부의 압력이 대기압보다 높을 경우, 상기 대유량개폐밸브를 폐쇄하고 주탕구 개방과 함께 상기 소유량개폐밸브를 개방하여 캐비티 내부로 산소를 공급하고,
    용탕 공급 후 주탕구 폐쇄 시, 상기 소유량개폐밸브를 폐쇄하고 사출 플런저팁이 고속 절환위치를 통과하는 시점에 상기 진공감압장치로 캐비티 내부를 감압시키고,
    상기 벤트측을 통해 캐비티로 유입된 산소가 용탕과 반응하여(Al2O3 로 변환되어) 캐비티 내 산소(gas) 소실이 발생함으로써, 캐비티 내부에 발생된 음압 및 플런저에 의해 가해지는 힘의 합력에 의해 용탕이 캐비티 방향으로 충전되는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 보조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진공측 제어부는,
    상기 캐비티 내부의 진공도를 측정하는 진공측 진공도측정장치와,
    상기 캐비티 내부의 압력 및 감압시간을 측정하는 진공측 압력측정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 보조장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제2항에 있어서,
    상기 대유량개폐밸브는 작동시 10초 이내로 작동하는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅용 보조장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
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