KR102563484B1 - 고압주조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고정금형과 가동금형, 상기 고정금형 및 상기 가동금형의 하부에 삽입되며, 일 측에는 용탕을 주입시키기 위한 용탕 주입구가 형성되고, 상기 고정금형 및 상기 가동금형의 내부에 위치하는 다른 일 측에는 상기 고정금형과 상기 가동금형에 의해 형성된 캐비티의 하단과 연통되는 런너가 형성된 슬리브, 상기 슬리브 내에 구비되어, 상기 용탕 주입구 측으로부터 상기 런너 측으로 전진 가동하여 상기 용탕 주입구를 통해 주입되는 용탕을 상기 런너 측으로 충진시키기 위한 충진 플런저 및 상기 용탕 주입구와 상기 런너 간에 배치되어, 상기 슬리브 내에서 동작하는 카운터 플런저를 포함하는 고압주조장치로서, 본 발명에 의하면, 고가의 설비 없이도 주조품 내 기공이 형성되지 않게 하여 열처리 적용에 문제가 없게 주조를 가능하게 한다.

Description

고압주조방법{METHOD FOR HIGH-PRESSURE DIE CASTING}

본 발명은 자동차에 적용되는 알루미늄/마그네슘 부품 제조를 위한 고압주조장치 및 고압주조방법에 관한 것이다.

자동차에 적용되는 알루미늄/마그네슘 부품 제조에 가장 많이 사용되는 제조 공법은 고압주조 공법이다. 기존의 주조 공법 대비 사이클타임이 10% 수준으로 생산성이 높아 원가절감 경쟁력이 높기 때문이다.

하지만, 고압주조 공정은 도 1과 같이 슬리브(1)의 주입구를 통해서 용탕을 주입하고, 도 2와 같이 플런저(2)를 가동시켜 용탕을 캐비티(3)에 충진하게 된다.

이때, 용탕충진율은 30% 수준에 불과하게 되는데, 이는 다음의 이유들 때문이다.

첫째, 고압주조에서는 사출 행정에서 저속구간 및 고속구간이 존재하는데, 만약 용탕 레벨이 40% 이상이 되면 저속에서 고속으로 플런저 위치가 바뀌는 고속절환위치가 당겨지게 되고 고속구간이 늘어나게 된다.

고속구간이 늘어나게 되면, 좁은 탕구(gate)를 지나면서 발생하는 배압이 걸리는 시간도 늘어나게 되어 용탕이 원활하게 충진되지 못하는 경우가 발생할 수 있으므로, 특별한 경우를 제외하고는 용탕 레벨은 30~40%로 유지시키게 된다.

둘째, 고압주조 장비의 특성상 용탕을 주입하기 위한 슬리브의 길이는 일정 수준 이상이어야만 한다.

그래서, 슬리브의 길이는 더 줄일 수 없고 주입되는 용탕 양 또한 한정적이므로, 용탕 충진율을 30~40% 수준으로 결정할 수밖에 없는 것이다.

또한, 고온의 용탕이 주입되는 과정에서 슬리브(1) 내부에 있던 공기가 유입되게 되며, 유입된 공기는 제품 내부에 퍼지게 된다.

이러한 공기들은 제품 응고시 기공을 형성하여 제품의 강도를 30~40% 떨어트리게 된다. 또한, 기공들은 제품의 강도 향상을 위한 T6, T7 열처리시 도 3과 같이 제품 표면에 블리스터(blister)를 형성하기 때문에 열처리(T6, T7)를 할 수 없게 되어, 고압주조 공정으로 제조된 부품들은 타 주조공법 대비 강도가 30~40% 낮다.

따라서, 높은 강도와 품질이 요구되는 부품들은 생산성이 낮더라도 품질이 우수한 중력/저압주조 공법으로 제조될 수밖에 없다.

그래서, 최근에 적용되는 고진공 고압주조 공정은 고강도, 고품질의 부품을 도 4와 같이 진공펌프와 같은 고가의 진공설비를 이용하여 금형 내부의 공기를 50mbar 이하의 진공으로 만든 후, 용탕을 주입하여 주조하기 때문에, 주조시 공기의 유입이 없어서 제품 내부에 기공 결함이 발생하지 않고, T6, T7 열처리를 통한 강도 확보가 가능하다.

하지만, 이러한 공정은 고가의 진공설비 및 금형 실링 기술을 요하기 때문에 제조사 사정에 따라 적용되기가 어려운 한계가 있다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

일본등록특허공보 제5120429호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 고가의 설비 없이도 주조품 내 기공이 형성되지 않게 하여 열처리 적용에 문제가 없게 주조 가능하게 하는 고압주조장치 및 고압주조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 고압주조장치는, 고정금형과 가동금형, 상기 고정금형 및 상기 가동금형의 하부에 삽입되며, 일 측에는 용탕을 주입시키기 위한 용탕 주입구가 형성되고, 상기 고정금형 및 상기 가동금형의 내부에 위치하는 다른 일 측에는 상기 고정금형과 상기 가동금형에 의해 형성된 캐비티의 하단과 연통되는 용탕 충진구가 형성된 슬리브, 상기 슬리브 내에 구비되어, 상기 용탕 주입구 측으로부터 상기 용탕 충진구 측으로 전진 가동하여 상기 용탕 주입구를 통해 주입되는 용탕을 상기 용탕 충진구 측으로 충진시키기 위한 충진 플런저 및 상기 용탕 주입구와 상기 용탕 충진구 간에 배치되어, 상기 슬리브 내에서 동작하는 카운터 플런저를 포함한다.

그리고, 상기 용탕 주입구를 통해 용탕 주입 전, 상기 충진 플런저와 상기 카운터 플런저 간의 간격은 상기 용탕 주입구를 통한 용탕 주입시 용탕 레벨이 98% 이상이 되도록 조정되어 배치되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 런너는 상기 슬리브의 측면 중단에 연결되는 것을 특징으로 한다.

다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 고압주조방법은, 상기의 고압주조장치의 상기 용탕 주입구에 용탕을 주입하는 단계, 상기 충진 플런저와 상기 카운터 플런저 간에 주입된 용탕이 상기 용탕 충진구를 통해 상기 캐비티로 충진되도록 상기 충진 플런저와 상기 카운터 플런저를 동시 가동하는 단계 및 상기 충진 플런저와 상기 카운터 플런저의 동시 가동에 의해 상기 카운터 플런저가 최대 후퇴하면, 상기 충진 플런저를 상기 용탕 충진구 측으로 단독 가동하는 단계를 포함한다.

그리고, 상기 용탕을 주입하는 단계 이전에 상기 충진 플런저와 상기 카운터 플런저를 배치하는 단계를 더 포함하고, 상기 충진 플런저와 상기 카운터 플런저를 배치하는 단계는, 상기 용탕 주입구를 통한 용탕 주입시 용탕 레벨이 98% 이상이 되도록 상기 충진 플런저와 상기 카운터 플런저 간의 간격을 조정하여 배치하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 용탕을 주입하는 단계는 용탕 충진율 95% 이상에서는 300ml/sec 이하의 속도로 주입하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용탕을 주입하는 단계는 상기 슬리브의 온도를 300℃ 이상 유지시키며 주입하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 충진 플런저와 상기 카운터 플런저를 동시 가동하는 단계는 상기 충진 플런저와 상기 카운터 플런저를 동일한 속도로 가동하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 고압주조장치 및 고압주조방법에 의하면, 멀티 플런저에 의해서 용탕을 주입시킴으로써 주조품에 기공이 생기지 않게 한다.

그에 따라, 열처리시 블리스터가 형성되지 않게 하므로, 고압주조 후 열처리가 가능하게 하여 제품의 강도 및 품질을 향상시킬 수가 있다.

또한, 카운터 플런저가 주입구 방향으로 이동하여 슬리브의 길이를 줄여주는 역할을 하게 되므로, 용탕 충진율을 95% 이상으로 유지할 수가 있게 된다.

그리고, 다른 주조 방식에 비해 싸이클 타임을 대폭 줄일 수 있으면서도 고가의 설비를 요하지 않는다.

또한, 런너를 슬리브의 상단이 아닌 측면 중단으로부터 연통되게 함으로써, 사출시 건전한 용탕의 주입이 가능하게 한다.

도 1 내지 도 4는 종래의 고압주조 방식 및 문제점을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 고압주조장치를 도시한 것이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 의한 고압주조장치의 동작 상태를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명에 의한 고압주조장치의 일 부분을 나타낸 것이며, 도 10은 종래의 고압주조장치의 일 부분을 나타낸 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 5는 본 발명에 의한 고압주조장치를 도시한 것이고, 도 6 내지 도 8은 본 발명에 의한 고압주조장치의 동작 상태를 도시한 것이다.

이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 고압주조장치 및 고압주조방법을 설명하기로 한다.

본 발명의 고압주조장치는 고정금형(111)과 가동금형(112)이 구비되고, 고정금형(111)과 가동금형(112)은 합형시 내부에 제품 형상에 대응하는 캐비티(C) 형상을 형성하게 된다.

그리고, 슬리브(130)를 통해 고압으로 용탕(M)을 캐비티(C) 내에 주입 후 응고하여 제품으로 주조되게 한다.

또한, 고정금형(111)과 가동금형(112)은 합형시 캐비티(C) 상부로부터 외부로 연장된 벤트홀(113)을 형성하고, 벤트홀(113)은 벤트관(120)과 연결됨으로써 용탕 충진시 벤트관(120)을 통해 캐비티(C) 내의 공기가 배출되게 한다.

슬리브(130)는 고정금형(111) 및 가동금형(112)의 하부에 관 형상으로 삽입되어, 용탕(M)의 주입 경로를 형성한다.

슬리브(130)의 일 측에는 용탕(M)을 주입시키기 위한 용탕 주입구(131)가 형성되고, 고정금형(111) 및 가동금형(112) 내부에 위치하는 다른 일 측에는 캐비티(C)의 하단과 연통되는 런너(132)가 연결되어, 용탕 주입구(131)에 주입된 용탕(M)이 런너(132)를 통해 캐비티(C)에 주입될 수 있게 한다.

슬리브(130) 내에 주입된 용탕은 충진 플런저(140)에 의해 용탕 충진구(132)를 통해 캐비티(C)로 고압으로 충진된다.

충진 플런저(140)는 슬리브(130) 내에서 동작되도록 구비되어, 용탕 주입구(131) 측으로부터 런너(132) 측으로 전진하여 용탕(M)을 런너(132)를 통해 충진시키게 된다.

본 발명의 고압주조장치는 용탕을 충진하기 위한 플런저가 한 쌍으로 구비되는 소위 멀티 플런저 방식으로 구성된다.

즉, 충진 플런저(140) 외에 카운터 플런저(150)가 슬리브(130) 내에서 동작되도록 구비되며, 카운터 플런저(150)에 의해 용탕(M) 내 캐비티(C) 내 진공 형성이 조절되게 한다.

이러한 충진 플런저(140)와 카운터 플런저(150)는 각각의 작동수단에 의해서 작동이 된다.

도 5는 주조 시작 단계에서의 충진 플런저(140)와 카운터 플런저(150)의 위치를 보여준다.

즉, 용탕(M) 주입 전 충진 플런저(140)는 용탕 주입구(131) 측에 배치되고, 카운터 플런저(150)는 슬리브(130) 내에 용탕 주입구(131)와 런너(132) 간에 배치된다.

이러한 충진 플런저(140)와 카운터 플런저(150) 간의 간격은 용탕 주입시 용탕 레벨이 98% 이상이 되도록 조정하여 배치한다.

그리고, 금형 내 공기는 용탕 충진시, 벤트관(120)을 통해 빠져 나갈 수 있도록 캐비티(C) 투영 면적의 2% 이상으로 설정한다.

그런 다음, 도 6과 같이 용탕 주입구(131)를 통해 용탕(M)을 주입시킨다.

주입된 용탕(M)의 레벨이 95% 미만일 경우에는 공기가 용탕 내부로 고립되어 제품 내부에 기공을 형성하게 된다.

그리고, 주입 용탕 레벨이 95% 이상일 경우, 용탕 주입시 공기가 고립되지 않도록 300ml/sec 이하의 속도로 주입하는 것이 바람직하다.

또한, 이 속도를 초과하면 충진 플런저(140) 동작시 용탕이 용탕 주입구(131)로 넘칠 가능성도 존재한다.

즉, 용탕 충진율 95%까지는 급속 주입하고, 95%부터는 300ml/sec 이하의 속도로 주입하는 것이다.

용탕의 주입은 래들러(LADLER)가 보온로로부터 용탕을 이송해서 주입구를 통해 슬리브 내로 붓게 되며, 용탕의 충진은 사출 행정이 시작하여 플런저가 이동을 시작하고, 저속 및 고속 구간을 거쳐 금형 캐비티 내에 용탕을 밀어 넣는 과정을 거치는데, 용탕 충진율 95% 이상에서는 슬리브와 래들러 간 낙차에 의해 용탕이 주입구에서 흘러 넘칠 수가 있게 된다.

그러므로, 용탕 충진율 95% 이상에서는 300ml/sec 이하의 속도로 주입하여 용탕의 레벨을 98% 이상 유지되도록 한다.

한편, 용탕 주입시 용탕이 식지 않도록 슬리브(130)의 온도를 300℃ 이상 유지시키는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성 및 주입에 따라 용탕 내 공기 고립을 차단시킬 수가 있다.

이상의 용탕 레벨과 용탕 주입 속도로 용탕이 슬리브(130) 내에 주입되면, 도 7과 같이 충진 플런저(140)와 카운터 플런저(150)를 동시에 거동시킨다.

여기서, 멀티 플런저는 고압주조장치의 인터페이스 연동을 통해 동일한 속도로 동시 거동시켜 용탕의 유동을 억제시키는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 카운터 플런저(150)에 의해서 런너(132)로 공기가 유입되지 않는 상태가 되기 때문에 멀티 플런저의 동시 구동시 캐비티(C) 내의 잔류 공기는 벤트홀(113) 및 벤트관(120)을 통해서 외부로 배출되게 된다.

이 단계는 상대적으로 저속 구간으로서, 충진 플런저(140)와 카운터 플런저(150)의 거동 속도는 용탕의 유동을 최소화하기 위해서 0.5m/s 이하인 것이 바람직하다.

다음, 용탕(M)이 런너(132)를 통해 캐비티(C) 내로 충진되기 위해서는 도 8과 같이 카운터 플런저(150)는 런너(132)를 지나 가동금형(112) 하부, 슬리브(130) 끝단까지 후퇴하고, 충진 플런저(140)만 추가적으로 전진 가동하여 충진 플런저(140)와 카운터 플런저(150)에 의해 탕구(비스켓)를 형성하며, 캐비티(C)에 용탕(M)이 고압으로 충진되게 된다.

이 단계는 상대적으로 고속 절환하여 증압되는 구간으로서, 카운터 플런저(150)의 손상이 발생할 수 있으므로 2m/s 이상 5m/s 이하의 속도인 것이 바람직하다.

한편, 슬리브(130)로부터 캐비티(C)로 연통되는 런너(132)는 기존에는 슬리브(130)의 상단에 연결되는데 반해, 본 발명의 경우 도 9와 같이 슬리브(130)의 측면 중단에 연결된다.

도 10은 런너가 슬리브(1)의 상단에 연통된 것을 나타낸 것으로서, 이와 비교하여 살펴보면, 기존에는 용탕 상단에 산화물 및 기포의 유입이 가능한데 반해, 본 발명의 런너(132) 구성에 의해서 사출시 건전한 용탕의 주입이 가능하게 된다.

이상과 같이 본 발명의 고압주조장치 및 고압주조방법은 고가의 진공설비 없이 제품에 기공을 형성하지 않으면서 고압주조가 가능하게 하여, 열처리에 의한 강도 및 물성 확보가 가능하게 한다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

111 : 고정금형 112 : 가동금형
113 : 벤트홀 120 : 벤트관
130 : 슬리브
131 : 용탕 주입구 132 : 런너
140 : 충진 플런저
150 : 카운터 플런저

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 고정금형과 가동금형, 상기 고정금형 및 상기 가동금형의 하부에 삽입되며, 일 측에는 용탕을 주입시키기 위한 용탕 주입구가 형성되고, 상기 고정금형 및 상기 가동금형의 내부에 위치하는 다른 일 측에는 상기 고정금형과 상기 가동금형에 의해 형성된 캐비티의 하단과 연통되는 런너가 형성된 슬리브, 상기 슬리브 내에 구비되어, 상기 용탕 주입구 측으로부터 상기 런너 측으로 전진 가동하여 상기 용탕 주입구를 통해 주입되는 용탕을 상기 런너 측으로 충진시키기 위한 충진 플런저 및 상기 용탕 주입구와 상기 런너 간에 배치되어, 상기 슬리브 내에서 동작하는 카운터 플런저를 포함하는 고압주조장치의 상기 충진 플런저와 상기 카운터 플런저를 배치하는 단계;
   상기 용탕 주입구에 용탕을 주입하는 단계;
   상기 충진 플런저와 상기 카운터 플런저 간에 주입된 용탕이 상기 런너를 통해 상기 캐비티로 충진되도록 상기 충진 플런저와 상기 카운터 플런저를 동시 가동하는 단계; 및
   상기 충진 플런저와 상기 카운터 플런저의 동시 가동에 의해 상기 카운터 플런저가 최대 후퇴하면, 상기 충진 플런저를 상기 런너 측으로 단독 가동하는 단계를 포함하고,
   상기 동시 가동하는 단계는 상기 충진 플런저와 상기 카운터 플런저를 0.5m/s 이하의 동일한 속도로 가동하는 것을 특징으로 하며,
   상기 단독 가동하는 단계는 상기 충진 플런저를 2m/s 이상 5m/s 이하의 속도로 가동하는 것을 특징으로 하는,
   고압주조방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 충진 플런저와 상기 카운터 플런저를 배치하는 단계는,
   상기 용탕 주입구를 통한 용탕 주입시 용탕 레벨이 98% 이상이 되도록 상기 충진 플런저와 상기 카운터 플런저 간의 간격을 조정하여 배치하는 것을 특징으로 하는,
   고압주조방법.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 용탕을 주입하는 단계는 용탕 충진율 95% 이상에서는 300ml/sec 이하의 속도로 주입하는 것을 특징으로 하는,
   고압주조방법.
7. 청구항 4에 있어서,
   상기 용탕을 주입하는 단계는 상기 슬리브의 온도를 300℃ 이상 유지시키며 주입하는 것을 특징으로 하는,
   고압주조방법.
8. 삭제

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