KR102575360B1 - 가압주조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 핀홀이 구비되는 상형, 하형 및 상기 상형과 상기 하형이 합형되어 형성되는 캐비티를 포함하도록 구성되는 금형, 상기 캐비티 내부에 배치되는 중자 및 상기 핀홀에 삽입되는 중공 형상의 핀 가이드, 상기 핀 가이드에 삽입되며 상기 핀 가이드의 내주면과 소정의 간극을 형성하도록 형성되는 중공 형상의 슬리브벤트 및 상기 슬리브벤트에 삽입되는 이젝트 핀을 포함하도록 구성되는 이젝트부를 포함하는, 가압주조 장치를 제공한다.

Description

가압주조 장치{DIE CASTING DEVICE}

본 발명은 가압주조 장치에 관한 발명이다.

가압주조는 주조품의 성형이 이루어지는 금형의 성형공간에 용탕을 가압 주입하여 응고시키는 공법으로서, 구체적으로는, 용탕을 공급하는 용해로와 금형의 성형공간의 연결부분이 밀폐된 상태에서 용해로의 내부에 소정 압력의 가스를 충진시키면, 이 충진된 가스 압력에 의해 용해로 내 용탕이 금형의 성형공간으로 사출되어 금형의 성형공간을 채우게 된다.

가압주조는 높은 생산성, 높은 치수정밀도, 미려한 주조표면, 두께가 얇은 주물품을 얻을 수 있는 등의 이점이 있어 많은 종류의 자동차부품에서부터 전기부품, 일용품에 이르기까지 광범위하게 이용되고 있다.

한편, 중공이 형성되는 구조의 자동차 부품들은 금형 내부에 제품의 중공을 형성하기 위한 별도의 중자를 삽입한 후, 금형 내부에 금속을 용해하여 만든 용탕을 주입하여 제품을 제작하게 된다.

용탕을 금형 내에 주입하여 성형할 때, 중자와 용탕과의 접촉에 의하여 중자사의 연소로 인해 가스가 발생하게 되는데, 금형 내부의 가스 배출이 원활하지 않으면 불량품이 발생하는 문제가 있다. 구체적으로는, 도 1은 종래기술에 따른 가압주조 금형에 의해 주조된 주조품을 나타낸 것으로서, 도 1에 나타낸 바와 같이 종래의 가압주조 금형에서는 중자에 의한 가스가 원활하게 배출되지 않아 주조품의 외관 품질이 불량하다는 문제가 있었다.

아울러, 중공의 자동차 부품을 가압주조공법을 적용하여 제조하면, 중자사가 제품의 표면을 침식한다는 문제가 있었다. 특히, 알루미늄 소재의 중공의 자동차 부품의 경우 중자사의 침식으로 가공, 청정도 및 조도 불량 등 외관 품질의 불량이 심각하다는 문제가 있었다.

이에, 중공의 자동차 부품들은 용탕 자체의 중력을 이용하여 용탕을 금형 내로 주입하는 중력 주조공법을 주로 사용하고 있는 실정이다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 가압주조에 의한 중공 형상의 주조품의 외관 품질을 향상시킬 수 있는 가압주조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면은 핀홀이 구비되는 상형, 하형 및 상기 상형과 상기 하형이 합형되어 형성되는 캐비티를 포함하도록 구성되는 금형 상기 캐비티 내부에 배치되는 중자 및 상기 핀홀에 삽입되는 중공 형상의 핀 가이드, 상기 핀 가이드에 삽입되며 상기 핀 가이드의 내주면과 소정의 간극을 형성하도록 형성되는 중공 형상의 슬리브벤트 및 상기 슬리브벤트에 삽입되는 이젝트 핀을 포함하도록 구성되는 이젝트부를 포함하는, 가압주조 장치를 제공한다.

일 실시예에 있어서, 상기 사형중자는 외측에 코팅층이 형성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 상형에는 벤트홀이 복수개 관통되고, 상기 벤트홀에는 가스를 배출하기 위한 소결벤트 및 슬릿벤트 중 하나 이상이 배치될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 슬리브벤트의 외주면 둘레에는, 상기 슬리브벤트의 축방향으로 연장되는 절개면이 복수개의 형성되고, 상기 절개면과 상기 핀 가이드의 내주면 사이에 제 1 수직유로가 형성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 절개면은 인접한 절개면과 균등한 간격을 이루도록 배치될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 이젝트 핀과 상기 슬리브벤트의 내주면 사이에 제 2 수직유로가 형성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 금형에는, 상기 캐비티에서 상기 금형 외측으로 수평하게 연장되는 수평유로가 복수개 형성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 수평유로의 상기 캐비티측의 내측갭은 상기 금형 외측의 외측갭보다 클 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 금형 내부의 중자에 의한 가스가 제 1 수직유로, 제 2 수직유로, 소결벤트, 슬릿벤트 및 수평유로를 통해 금형 외측으로 동시 다발적으로 배출되기 때문에 가압주조에 의한 주조품의 외관 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 종래기술에 따른 가압주조 장치에 의해 주조된 주조품을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 가압주조 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 가압주조 장치의 분해사시도이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 의한 상형의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 제 1 수직유로 및 제 2 수직유로를 개략적으로 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 의한 수평유로를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 의한 가압주조 장치에 의해 주조된 주조품을 나타낸다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예와 비교예에 따른 알루미늄 주조품의 내부표면을 나타낸다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예와 비교예에 따른 중자의 표면 미세구조에 대한 SEM 이미지이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용되는 '제 1' 또는 '제 2' 와 같은 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들 또는 단계들을 설명하기 위해 사용될 수 있으나, 해당 구성 요소들 또는 단계들은 서수에 의해 한정되지 않아야 한다. 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성 요소 또는 단계를 다른 구성 요소들 또는 단계들로부터 구별하기 위한 용도로만 해석되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 가압주조 장치(1)의 사시도이고, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 의한 가압주조 장치(1)의 분해사시도이다.

도 2 및 도 3 에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압주조 장치(1)는 금형(100), 중자(200) 및 이젝트부(300)를 포함하도록 구성된다.

금형(100)은 상부를 이루는 상형(110) 및 하부를 이루는 하형(120)을 포함하도록 구성되고, 금형(100)의 내부에는 주조품(C)의 윤곽을 이루는 형상을 갖는 캐비티(130)가 형성될 수 있다.

상기 상형(110) 및 하형(120)의 각각의 일측에는 캐비티(130)의 내부로 용탕을 공급하도록 주입구(미도시)가 형성될 수 있다.

상기 캐비티(130) 내부에는 중공형상의 주조품(C)의 내외부 형상을 성형가능하게 하는 중자(200)가 배치된다. 중자(200)는 주조품(C)의 구체적인 모양에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

도 4 는 본 발명의 일 실시예에 의한 상형(110)의 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 제 1 수직유로(V1) 및 제 2 수직유로(V2)를 개략적으로 나타낸 평면도 및 단면도로서, 도 4 의 A 부분을 확대 도시한 것이다.

한편, 금속을 용해하여 만든 용탕을 금형(100) 내에 주입하여 성형할 때, 중자(200)와 용탕과의 접촉에 의하여 중자(200)가 타면서 가스가 발생하고, 이에 의해 주조품(C)의 외관품질이 저하될 수 있다.

이에, 도 4 및 도 5 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압주조 장치(1)는, 캐비티(130) 내부에서 발생되는 가스를 금형(100)의 수직방향 상측으로 원활하게 배출할 수 있도록, 수직유로(V1, V2)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

관련하여, 상형(110) 일측에는 캐비티(130)가 외부와 연통되도록 수직방향으로 관통되는 핀홀(112)이 형성되며, 상기 핀홀(112)에는 핀 가이드(310), 슬리브벤트(320) 및 이젝트 핀(330)을 포함하도록 구성되는 이젝트부(300)가 삽입된다.

구체적으로는, 상기 핀홀(112)에는 중공 형상으로 형성되는 핀 가이드(310)가 삽입된다. 핀 가이드(310)는 소정의 두께를 갖는 중공 형태의 원기둥 형상으로 형성되며, 핀홀(112)의 내주면에 밀착된다.

상기 핀 가이드(310)의 내주면(311)에는 슬리브벤트(320)가 삽입된다. 슬리브벤트(320)는 소정의 두께를 갖는 중공 형태의 원기둥 형상으로 형성되며, 축방향으로 연장되며 평탄한 면으로 구성되는 절개면(321)이 상기 슬리브벤트(320)의 외주면 둘레를 따라 복수개 형성된다. 이 때, 각각의 절개면(321)은 인접한 절개면(321)과 등간격을 이루도록 배치된다.

즉, 슬리브벤트(320)의 외주면에는 복수의 절개면(321)이 형성됨으로써, 각각의 절개면(321)은 핀 가이드(310)의 내주면(311)과 함께 소정의 공간을 가지는 제 1 수직유로(V1)를 형성한다.

일 예로, 슬리브벤트(320)의 외주면의 절개면(321)이 8개인 경우, 제 1 수직유로(V1)가 8개소 형성될 수 있고, 캐비티(130) 내부의 가스는 상기 제 1 수직유로(V1)를 통해서 금형(100)의 수직방향 상측으로 배출될 수 있다.

바람직하게는, 각각의 절개면(321)에는 슬리브벤트(320)의 축방향을 따라 연장되도록 형성되는 홈(미도시)이 복수개 구비될 수 있다. 이 경우, 캐비티(130) 내부의 가스의 이동의 직진성이 더 좋아져 가스의 배출효율이 증대될 수 있다.

바람직하게는, 절개면(321)은 상형(110)의 내측에서 외측을 따라 상향경사를 이루는 경사면으로 형성될 수 있다. 이 경우, 제 1 수직유로(V1)는 상형(110)의 내측에서 외측으로 갈수록 간극이 좁아지도록 형성되기 때문에, 가스는 제 1 수직유로(V1)를 통과하면서 빠른 유속으로 전환되고 이에 가스의 배출효율이 보다 증대될 수 있다.

슬리브벤트(320)의 내주면에는 이젝트 플레이트에 의해 구동되어 완성된 주조품(C)을 금형(100)으로부터 취출하기 위한 이젝트핀(330)이 배치된다. 이젝트핀(330)은 슬리브벤트(320)의 축방향을 따라 소정 길이를 갖도록 연장되는 몸체부(331)와 몸체부(331)의 길이 방향을 따른 각각의 양단에 형성되되, 반경방향으로 돌출되는 단부(332, 333)를 포함할 수 있다.

여기서, 각각의 단부(332, 333)는 슬리브벤트(320)의 내주면에 근접하는 직경을 갖도록 형성되어, 슬리브벤트(320)와 이젝트핀(330) 사이에는 제 2 수직유로(V2)가 형성된다.

단부(332, 333)의 횡단면 형상은 원형으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 6각형, 8각형 또는 16각형 등의 다각형이 적용될 수 있다.

즉, 캐비티(130) 내부의 가스는 상기 제 2 수직유로(V2)를 통해서 금형(100)의 수직방향 상측으로 배출될 수 있다.

바람직하게는, 슬리브벤트(320) 내주면에는 축방향을 따라 연장되도록 형성되는 홈(미도시)이 복수개 구비될 수 있다. 이 경우, 캐비티(130) 내부의 가스의 이동의 직진성이 더 좋아져 가스의 배출효율이 증대될 수 있다.

아울러, 가스가 집중되는 상형(110) 일측에 수직방향으로 관통되는 벤트홀(113)을 복수개 형성할 수 있고, 상기 벤트홀(113) 내에 캐비티(130) 내부의 가스를 외부로 배출시켜 주조가 안정적으로 이루어질 수 있도록 소결벤트(미도시) 또는 슬릿벤트(미도시)를 배치할 수 있다. 예를 들면, 소결벤트는 다수개의 미세관통공을 가지는 원기둥 형상의 몸체로 구성되고, 슬릿벤트는 다수개의 미세슬릿을 가지는 원기둥 형상의 몸체로 구성된다.

도 6 은 본 발명의 일 실시예에 의한 수평유로(H)를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 도 4 의 B 부분을 확대 도시한 것이다.

도 6 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압주조 장치(1)는, 캐비티(130) 내부에서 발생되는 가스를 금형(100)의 수평방향을 따라 원활하게 배출할 수 있도록, 수평유로(H)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

수평유로(H)는 상형(110)과 하형(120)이 합형되었을 때, 캐비티(130)에서 금형(100) 외측으로 수평하게 연통되도록 형성된다.

구체적으로는, 상호간에 면접촉하며, 캐비티(130)의 둘레에 형성되는 상형(110)의 상부둘레면(111) 또는 하형(120)의 하부둘레면(121)에는 소정의 깊이만큼 함몰되는 라인홈(114, 115)이 형성된다. 이에, 상형(110)이 하형(120)과 합형되면 캐비티(130)에서 금형(100) 외측으로 수평방향으로 연통되는 수평유로(H)가 형성된다.

바람직하게는, 캐비티(130)에 충진된 용탕이 수평유로(H)를 통해 유출되는 것을 방지하기 위하여, 수평유로(H)의 캐비티(130) 측에 위치하는 내측갭(g1)이 금형의 외측에 위치하는 외측갭(g2)보다 크도록 형성할 수 있다. 예를 들면, 수평유로(H)의 내측갭(g1)은0.2mm 로 형성하고, 외측갭(g2)은 0.15mm로 형성할 수 있다. 구체적으로는, 상부둘레면(111) 내측의 제 1 라인홈(114)은 상부둘레면(111) 외측의 제 2 라인홈(115)보다 더욱 함몰되어 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 수평유로(H)는 금형(100)의 외측으로 갈수록 그 갭이 점차 감소하도록 형성될 수 있다.

이와 같이, 수평유로(H)의 내측갭(g1)이 외측갭(g2)보다 크도록 형성하면, 알루미늄 용탕이 수평유로(H)를 따라 유동하더라도 표면 장력에 의해 금형(100)의 외측으로 배출되는 것은 방지되어, 가스만 수평유로(H)를 따라 배출될 수 있다.

도 7 은 본 발명의 일 실시예에 의한 가압주조 장치(1)에 의해 주조된 주조품(C)을 나타낸다.

도 7 을 도 1과 비교하여 볼 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압주조 장치(1)에서는, 금형(100) 내부의 중자(200)에 의한 가스가 제 1 수직유로(V1), 제 2 수직유로(V2), 소결벤트, 슬릿벤트 및 수평유로(H)를 통해 금형(100) 외측으로 동시 다발적으로 배출되기 때문에 가압주조에 의한 주조품(C)의 외관 품질을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 중자(200)는 그 외주면에 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하며, 이하에서는 구체적인 실시예에 의해 코팅층 효과를 구체적으로 설명하고자 한다.

<실시예>

중자(200)의 주물사로서 SiO2 99.17%, Al2O3 0.0001%, Fe2O3 0.127%, CaO 0.037%, MgO 0.098%, TiO2 0.279%, K2O 0.001%의 화학성분으로 구성되는 베트남사를 사용하였으며, 일반적인 중자의 제조방법으로 제조된 중자(200)의 외주표면에 알코올성 도형제를 도포하여 코팅층을 형성하였다. 이후, 중자(200)를 금형(100)에 삽입하여 가압주조공법으로 중공 형상의 알루미늄 주조품을 주조하였다.

<비교예>

상기 실시예와 동일하게 중자(200)를 제조하였으며, 실시예와는 달리 별도의 코팅층은 형성하지 않았다. 이후, 중자(200)를 금형(100)에 삽입하여 가압주조공법으로 중공 형상의 알루미늄 주조품을 주조하였다.

도 8 은 본 발명의 일 실시예와 비교예에 따른 알루미늄 주조품의 내부표면을 도시하고, 도 9 는 본 발명의 일 실시예와 비교예에 따른 중자(200)의 표면 미세구조에 대한 SEM 이미지이다.

도 8및 도 9 에 도시된 바와 같이, 실시예의 경우, 중자(200)의 주물사에 의한 침식이 발생되지 않아서 주조품의 내부 표면이 매끄럽게 나타났고, 중자(200)의 SEM 이미지에서도 중자(200)의 표면에 침식이 거의 발생하지 않았다는 것을 확인할 수 있었다.

반면, 비교예의 경우, 주물사에 의한 침식이 발생하여 주조품의 내부 표면이 거칠게 나타났고, 중자(200)의 SEM 이미지에서도 중자(200)의 표면에 침식이 발생한 것을 확인할 수 있었다.

즉, 중자(200)의 외주면에 도형제를 도포하여 코팅층을 형성하면 도형제가 주물사의 공극 사이를 채움으로써 물리적 소착 영향을 억제할 수 있고, 이에 따라 가압주조시 주조품(C)의 침식을 개선할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 가압주조 장치
100 금형
200 중자
300 이젝트부
V1 제 1 수직유로
V2 제 2 수직유로
H 수평유로
C 주조품

Claims (8)

1. 핀홀이 구비되는 상형, 하형 및 상기 상형과 상기 하형이 합형되어 형성되는 캐비티를 포함하도록 구성되는 금형;
   상기 캐비티 내부에 배치되는 중자; 및
   상기 핀홀에 삽입되는 중공 형상의 핀 가이드, 상기 핀 가이드에 삽입되며 상기 핀 가이드의 내주면과 소정의 간극을 형성하도록 형성되는 중공 형상의 슬리브벤트 및 상기 슬리브벤트에 삽입되는 이젝트 핀을 포함하도록 구성되는 이젝트부; 를 포함하고,
   상기 슬리브벤트의 외주면 둘레에는, 상기 슬리브벤트의 축방향으로 연장되는 절개면이 복수개의 형성되고,
   상기 절개면과 상기 핀 가이드의 내주면 사이에 제 1 수직유로가 형성되되,
   상기 절개면은 상형의 내측에서 외측을 따라 상향경사를 이루는 경사면으로 형성되어, 상기 제 1 수직유로는 상기 상형의 내측에서 외측으로 갈수록 간극이 좁아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 가압주조 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 중자는 외측에 코팅층이 형성되는 것을 특징으로 하는, 가압주조 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 상형에는 벤트홀이 복수개 관통되고,
   상기 벤트홀에는 가스를 배출하기 위한 소결벤트 및 슬릿벤트 중 하나 이상이 배치되는 것을 특징으로 하는, 가압주조 장치.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 절개면은 인접한 절개면과 균등한 간격을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 가압주조 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 이젝트 핀과 상기 슬리브벤트의 내주면 사이에 제 2 수직유로가 형성되는 것을 특징으로 하는, 가압주조 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 금형에는, 상기 캐비티에서 상기 금형 외측으로 수평하게 연장되는 수평유로가 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는, 가압주조 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 수평유로의 상기 캐비티측의 내측갭은 상기 금형 외측의 외측갭보다 큰 것을 특징으로 하는, 가압주조 장치.

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