KR102271199B1 - 반응고 고압 주조장치용 슬리브 - Google Patents

반응고 고압 주조장치용 슬리브 Download PDF

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Abstract

내부에 냉각 유로가 형성된 중공의 원통형인 본체 부재와, 상기 본체 부재의 내측에 결합되는 인서트 부재와, 상기 본체 부재 및 인서트 부재를 고정 결합하는 플랜지를 포함하고, 상기 인서트 부재는, 용탕을 금형 내로 압입하는 플런저의 팁 주변부에 위치하도록 상기 본체 부재와 결합되는 것을 특징으로 하는 반응고 고압 주조장치용 슬리브를 제공한다.

Description

반응고 고압 주조장치용 슬리브{A sleeve for high pressure rheocasting}
본 발명은 반응고 고압 주조장치용 슬리브에 대한 것으로, 용손이 발생하더라도 재사용이 가능하며, 슬리브의 용손을 최소화하기 위한 냉각수단을 구비하는 반응고 고압 주조장치용 슬리브에 관한 것이다.
반응고 성형법(rheocasting)이란 소정의 점성을 갖는 반응고 금속재료를 주조 또는 단조하여 빌렛이나 최종 성형품을 제조하는 것이다. 반응고 금속재료는 반응고 온도 영역에서 액상과 구상의 결정립이 적절한 비율로 혼재한 상태라 할 수 있다. 즉 반응고 금속재료는 틱소트로픽(thixotropic)한 성질에 의해 작은 힘에 의해서도 변형이 가능하고, 유동성이 우수하므로 액상처럼 성형가공이 쉬운 금속재료라 할 수 있다.
반응고 금속재료는 일반적으로 액체 상태의 금속보다 낮은 온도에서 유동성을 가지므로 이에 노출되는 주조장치의 기기 온도를 액체 상태의 금속보다 더 낮출 수 있고, 이에 따라 주조장치의 수명이 길어질 수 있다. 또한, 반응고 금속재료가 압출될 때 액체 상태보다 난류(turbulence)의 발생이 적으므로, 주조과정에서 공기의 혼입을 줄일 수 있어 완제품의 기공 발생을 최소화시킬 수 있다. 나아가서, 반응고 상태이므로 응고 시 수축이 적고, 그로 인해 작업성이 개선되며, 제품의 경량화가 가능하여 신소재 성형분야에 적용될 수 있다.
반응고 금속재료를 이용할 수 있는 주조 방법 중 하나인 고압 주조법은 소정의 중공부 형태를 구비한 금형에 용탕을 압입하고 용탕이 응고가 될 때까지 가압하여 주조하는 방법을 말한다. 고압 주조는 치수의 정밀도 향상, 표면의 평활도 유지, 절삭가공의 절감 및 고속 대량생산이 가능하다는 이점이 있어 널리 사용되고 있으며, 고압 주조장치는 금형, 금형 내부로 용탕을 주입시키는 슬리
브 및 플런저를 구비한다. 즉, 원통 형상의 중공부를 구비하는 슬리브의 내부에 용탕을 주입시키고, 플런저는 슬리브 내부를 이동하여 슬리브의 중공부 내로 주입된 용탕을 가압함으로써 금형 내로 용탕을 압입한다. 압입된 상태에서 일정 시간이 경과되면, 용탕은 금형 내에서 응고되어 주조작업이 완료되고, 플런저는 원래의 위치로 이동한 후 다시 용탕이 슬리브의 중공부 내로 주입되어 상기와 같은 동일한 과정이 반복됨으로써 주조물이 제조된다.
반응고 금속재료와 같은 고온의 용탕이 슬리브 내로 주입될 때 플런저와 용탕이 맞닿는 부분 즉, 플런저의 팁과 그 주변으로 용탕이 부딪히는 힘은 슬리브 내측의 다른 영역보다 상대적으로 더 크게 작용받게 된다. 따라서 용탕의 반복된 주입은 고온낙하의 연속되는 충격을 슬리브 내부에 가하여, 용탕이 초기에 닿는 일정한 영역에는 용손이 지속적으로 발생할 수 있다.
이와 같은 슬리브의 용손으로 인해 주조품의 불량률이 증가할 수 있으며, 불량률을 감소시키기 위한 슬리브의 잦은 교체작업은 공정 라인의 가동률을 감소시켜 생산성에 영향을 줄 수 있으며, 공정 소모비용 또한 증가할 수 있으므로 이를 해결하기 위한 방법이 필요하다고 볼 수 있다.
한국공개특허 제 10-2013-0041473호(공개일: 2013. 04. 25.) 한국공개특허 제 10-2019-0030764호(공개일: 2019. 03. 22.)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 용손이 발생한 폐 슬리브를 재사용하여 공정 소모비용을 줄일 수 있는 반응고 고압 주조장치용 슬리브를 제공하는 것에 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 슬리브의 용손을 최소화하여 주조장치의 가동률을 증가시킬 수 있는 반응고 고압 주조장치용 슬리브를 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 내부에 냉각 유로가 형성된 중공의 원통형인 본체 부재와, 상기 본체 부재의 내측에 결합되는 인서트 부재와, 상기 본체 부재 및 인서트 부재를 고정 결합하는 플랜지를 포함하고, 상기 인서트 부재는, 용탕을 금형 내로 압입하는 플런저의 팁 주변부에 위치하도록 상기 본체 부재와 결합되는 것을 특징으로 하는 반응고 고압 주조장치용 슬리브를 제공할 수 있다.
상기 본체 부재는, 내측면에 원주를 따라 형성된 단턱을 구비하고, 상기 단턱에 상기 인서트 부재의 일단부가 결합될 수 있다.
상기 단턱의 수직 단면은 상기 인서트 부재의 일단부와 동일한 예각을 구비하고, 상기 단턱과 상기 인서트 부재의 일단부는 끼움 결합될 수 있다.
상기 단턱은 상기 본체 부재 내측면의 원주를 따라 형성된 끼움홈을 구비하고, 상기 인서트 부재의 일단부는 계단형의 단면을 구비하여 상기 끼움홈에 상기 인서트 부재의 일단부가 끼움 결합될 수 있다.
상기 단턱의 높이는 상기 인서트 부재의 두께에 대응될 수 있다.
상기 본체 부재는, 내측면의 일부에 용손이 발생한 폐 슬리브를 내측면을 절삭 또는 연마하여 구비되는 것일 수 있다.
상기 인서트 부재는, 상기 본체 부재의 절삭 또는 연마된 높이에 대응하는 두께를 가지는 것일 수 있다.
상기 냉각 유로는 상기 본체 부재의 내부에 함몰된 나선형의 형태로 형성된 것일 수 있다.
상기 냉각 유로는 원주를 따라 다각형으로 형성된 제 1 유로와, 상기 제 1 유로와 수직으로 연통되며 상기 본체 부재의 길이 방향으로 위치하는 복수 개의 제 2 유로와, 상기 제 2 유로 중 이웃하는 한 쌍의 일단부를 서로 연통하는 제 3 유로로 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반응고 고압 주조장치용 슬리브는 용손이 발생한 폐 슬리브를 재사용하여 공정 소모비용을 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 슬리브 내부에 냉각유로를 구비함으로써 고온의 용탕에 대한 슬리브의 용손을 최소화하여 주조장치의 가동률을 증가시킬 수 있으며, 그로 인해 주조물에 대한 생산성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반응고 고압 주조장치용 슬리브를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반응고 고압 주조장치용 슬리브의 결합관계를 나타낸 결합사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반응고 고압 주조장치용 슬리브의 측면도,
도 4A, 도 4B 및 도 5는 도 3의 A-A'에 따른 단면도들,
도 6 및 도 7은 도 3의 B-B'에 따른 단면도들,
도 8은 도 3의 C-C'에 따른 단면도,
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 반응고 고압 주조장치용 슬리브의 냉각 유로를 나타낸 사시도,
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 반응고 고압 주조장치용 슬리브의 냉각유로를 나타낸 평면도,
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 반응고 고압 주조장치용 슬리브의 나선형 냉각유로를 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반응고 고압 주조장치용 슬리브를 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반응고 고압 주조장치용 슬리브의 결합관계를 나타낸 결합사시도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반응고 고압 주조장치용 슬리브의 측면도, 도 4A, 도 4B 및 도 5는 도 3의 A-A'에 따른 단면도들, 도 6 및 도 7은 도 3의 B-B'에 따른 단면도들, 도 8은 도 3의 C-C'에 따른 단면도, 도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 반응고 고압 주조장치용 슬리브의 냉각 유로를 나타낸 사시도, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 반응고 고압 주조장치용 슬리브의 냉각 유로를 나타낸 평면도, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 반응고 고압 주조장치용 슬리브의 나선형 냉각유로를 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 반응고 고압 주조장치용 슬리브(10, 10')는 본체 부재(100)와 상기 본체 부재의 내측으로 결합되는 인서트 부재(200) 및 상기 본체 부재(100)와 인서트 부재(200)를 고정 결합하는 플랜지(300)를 포함한다. 상기 인서트 부재(200)는 용탕을 금형 내로 압입하는 플런저의 팁 주변부에 위치하도록 상기 본체 부재(100)와 결합되는 것일 수 있으며, 플랜지(300)의 해제 또는 결합을 통해 인서트 부재(200)는 본체 부재(100)와 탈부착이 될 수 있다. 따라서 플런저 팁 주변부로 슬리브 내에 용손이 발생한다하더라도 인서트 부재(200)를 교체함으로써 슬리브 내의 용손 발생 영역을 제거할 수 있으므로, 슬리브의 수명을 더욱 증가시킬 수 있다.
상기 본체 부재(100)는 내측면에 원주를 따라 단턱(160)이 형성될 수 있으며, 상기 단턱(160)에 상기 인서트 부재의 일단부(210)가 결합되어 용탕이 위치하는 중공부(X)가 형성될 수 있다.
본체 부재(100)와 인서트 부재(200)의 결합은 예를 들어 도 4A 또는 4B와 같이, 상기 단턱(160)의 수직 단면이 상기 인서트 부재의 일단부(210)와 동일한 예각(θ)을 구비하고, 상기 단턱(160)과 상기 인서트 부재(200)의 일단부(210)는 끼움 결합됨으로써 이루어질 수 있다.
또한, 본체 부재(100)와 인서트 부재(200)의 결합은 다른 예로써 도 5와 같이, 상기 단턱이 상기 본체 부재 내측면의 원주를 따라 형성된 끼움홈(160')을 구비하고, 상기 인서트 부재(200)의 일단부는 계단형의 단면(210')을 구비하여 상기 끼움홈(160')에 상기 인서트 부재의 일단부가 끼움 결합됨으로써 이루어질 수 있다.
따라서 본체 부재(100)와 인서트 부재(200)의 열팽창 차이로 인해 인서트 부재(200)가 본체 부재(100)로부터 이격되더라도 본체 부재(100)로부터 이탈됨을 방지할 수 있다. 이로 인해 슬리브의 중공부(X)는 유지되어 용탕의 금형으로의 이동을 지속적으로 유지할 수 있으므로, 공정 가동 중단없이 지속적으로 생산을 수행할 수 있으며 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 단턱의 높이(h)는 상기 인서트 부재의 두께(d)에 대응될 수 있다. 따라서 플런저 팁의 수직 또는 수평이동에 영향을 주지 않도록, 본체 부재(100)와 인서트 부재(200)의 끼움 결합 후 중공부(X)는 내부면의 단차를 최소화시킬 수 있다.
상기 본체 부재(100)는, 내측면의 일부에 용손이 발생한 폐 슬리브를 내측면을 절삭 또는 연마하여 구비되는 것일 수 있으며, 나아가서 상기 인서트 부재(200)는, 상기 본체 부재(100)의 절삭 또는 연마된 높이(h)에 대응하는 두께(d)를 가질 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 본체 부재(100)는 이미 사용한 원통형의 슬리브를 용손이 발생한 부분을 절삭 가공하여 인서트 부재(200)가 삽입되는 공간을 형성할 수 있다. 예를 들면, 용손이 발생한 원통형의 슬리브를 플랜지(300)의 높이 만큼 절단하여 결합을 위한 공간을 확보할 수 있다. 다음으로 슬리브의 용손이 발생한 영역의 내경을 절삭 또는 연마할 수 있다. 이때 절삭하는 깊이는 준비한 인서트 부재(d)의 두께만큼 형성함으로써 상기 인서트 부재(200)는 상기 본체 부재(100)의 절삭 또는 연마된 높이(h)에 대응하는 두께(d)를 가질 수 있다.
또한, 폐슬리브의 절삭 또는 연마 시 상기 단턱의 단면 형태는 도 4A, 도 4B 또는 도 5와 같은 형태가 되도록 구비할 수 있으며, 상기 단턱의 단면 형태에 대응되어 끼움 결합될 수 있도록 인서트 부재(200)의 일단면을 가공할 수 있다.
나아가서, 인서트 부재(200)는 고온의 반응고 용탕에 대한 용손에 대비하여 내구성이 강한 물질을 선택하여 구비될 수 있으며, HK40 또는 DG35와 같은 재질로 이루어질 수 있다.
상기의 과정으로 절삭 또는 연마 후 내측면에 단턱(160)이 형성된 슬리브는 본체 부재(100)가 되고, 본체 부재(100)에 상기 슬리브 부재(200)를 끼움 결합시킨 후 결합구(310)를 이용하여 플랜지(300)로 고정 결합함으로써 본 발명의 실시예에 따른 반응고 고압 주조장치용 슬리브를 제조할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 반응고 고압 주조장치용 슬리브(10)는 용손이 발생한 폐 슬리브를 재사용하고, 필요에 따라 인서트 부재(200)만을 교체하여 지속적으로 사용할 수 있으므로 공정 소모비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.
고온의 용탕에 대한 용손 발생을 최소화하기 위해 상기 슬리브의 본체 부재는 내부에 냉각 유로(L, L')가 위치할 수 있다.
상기 냉각 유로는 도 12와 같이, 상기 본체 부재의 내부에 함몰된 나선형의 형태로 형성된 것일 수 있다. 즉, 냉각유로(L')의 슬리브(10')와의 접촉 영역을 최대화하기 위해 본체 부재의 내부에 나선형의 형태로 홈을 형성하고, 냉각라인(L')을 홈에 끼움 결합시킴으로써 본체 부재의 내부에 나선형의 냉각라인(L')이 함몰되어 구비될 수 있다. 예를 들어 냉각라인(L')은 열전도율이 높은 동파이프로 이루어질 수 있다. 또한, 본체 부재는 함몰된 냉각라인의 보호를 위해 냉각라인의 외측으로 보호재를 결합시킬 수 있다.
또한, 상기 냉각 유로(L)는 원주를 따라 다각형으로 형성된 제 1 유로(110, 110')와, 상기 제 1 유로(110)와 수직으로 연통되며 상기 본체 부재의 길이 방향으로 위치하는 복수 개의 제 2 유로(120)와, 상기 제 2 유로(120) 중 이웃하는 한 쌍의 일단부를 서로 연통하는 제 3 유로(130)로 이루어지는 것일 수 있다.
예를 들어, 상기 제 1 유로(110), 제 2 유로(120) 또는 제 3 유로(130)는 건드릴을 이용하여 홀을 형성한 후 연결함으로써 형성할 수 있으며, 이때, 도 6 또는 도 7과 같이 필요한 유로의 형태에 따라 제 1 유로(110)의 다각형의 꼭지점은 서로 연결되거나 일부만 연결됨으로써 도 11과 같은 다양한 형태의 유로를 제공할 수 있다.
또한, 냉각수 또는 냉각유의 유입구와 유출구는 슬리브(10)의 구조 또는 외부로 연결되는 냉각수단과 슬리브(10)가 서로 결합되는 위치에 따라 결정될 수 있으며, 유입구와 유출구로 결정되지 않은 홀은 용접을 이용하여 폐쇄(150)함으로써 냉각 유로(L) 영역 이외의 홀들은 외부로부터 차단시킬 수 있다.
따라서, 상기와 같이 슬리브(10) 내부에 냉각유로(L)를 구비함으로써 고온의 용탕에 의한 슬리브의 용손을 최소화하여 주조장치의 가동률을 증가시킬 수 있으며, 그로 인해 주조물에 대한 생산성이 향상될 수 있다.
나아가서, 본체 부재(100)는 냉각 유로 사이에 복수 개의 온도 센서 홀(180)을 구비하고, 온도 센서 홀(180) 내부에는 하나 이상의 온도 센서가 위치할 수 있다. 따라서 냉각수 또는 냉각유가 이동하는 슬리브 내부의 온도를 실시간으로 감지하며, 냉각 유로(L)를 따라 이동하는 냉각유 또는 냉각수의 온도와 속도를 조절함으로써, 반응고 용탕이 위치하는 중공부 주변의 적정 온도를 조절하여 주조품의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10, 10' ; 슬리브
L, L' ; 냉각 유로
X; 중공부
100; 본체 부재
200; 인서트 부재
300; 플랜지

Claims (9)

  1. 내부에 냉각 유로가 형성된 중공의 원통형인 본체 부재와,
    상기 본체 부재의 내측에 결합되는 인서트 부재와,
    상기 본체 부재 및 인서트 부재를 고정 결합하는 플랜지를 포함하고,
    상기 인서트 부재는, 용탕을 금형 내로 압입하는 플런저의 팁 주변부에 위치하도록 상기 본체 부재와 결합되고,
    상기 본체 부재는, 내측면에 원주를 따라 절삭 또는 연마 후 형성된 단턱을 구비하고, 상기 단턱에 상기 인서트 부재의 일단부가 결합되되,
    상기 단턱의 수직 단면은 상기 인서트 부재의 일단부와 동일한 예각을 구비하고, 상기 단턱과 상기 인서트 부재의 일단부는 끼움 결합되거나,
    상기 단턱은 상기 본체 부재 내측면의 원주를 따라 형성된 끼움홈을 구비하고, 상기 인서트 부재의 일단부는 계단형의 단면을 구비하여 상기 끼움홈에 상기 인서트 부재의 일단부가 끼움 결합되어 인서트 부재가 본체부재로부터 이탈됨을 방지하고,
    상기 플랜지의 해제 또는 결합을 통해 상기 인서트 부재는 상기 본체 부재와 탈부착이 되고, 상기 인서트 부재를 교체하여 슬리브 내의 용손 발생 영역을 제거하는 것을 특징으로 하는 반응고 고압 주조장치용 슬리브.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 단턱의 높이는 상기 인서트 부재의 두께에 대응되는 것을 특징으로 하는 반응고 고압 주조장치용 슬리브.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체 부재는, 내측면의 일부에 용손이 발생한 폐 슬리브를 내측면을 절삭 또는 연마하여 구비되는 것을 특징으로 하는 반응고 고압 주조장치용 슬리브.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 인서트 부재는, 상기 본체 부재의 절삭 또는 연마된 높이에 대응하는 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 반응고 고압 주조장치용 슬리브.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 유로는 상기 본체 부재의 내부에 함몰된 나선형의 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 반응고 고압 주조장치용 슬리브.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 유로는 원주를 따라 다각형으로 형성된 제 1 유로와, 상기 제 1 유로와 수직으로 연통되며 상기 본체 부재의 길이 방향으로 위치하는 복수 개의 제 2 유로와, 상기 제 2 유로 중 이웃하는 한 쌍의 일단부를 서로 연통하는 제 3 유로로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반응고 고압 주조장치용 슬리브.
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