KR20000035226A - Die casting method for manufacturing castings made of alloy with thixotropic property - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 미리 정해진 양의 용융물을 도우징하기 위한 수단, 주조 피스톤 및 다이 캐스팅 몰드를 구비한 주조 챔버를 가지고, 용융물에 생성된 1차 결정을 입상화하고 미리 정해진 양의 용융물을 냉각시키며, 전자기장에서 혼합시키고 반고화된 상태에서 가압하는 방식으로, 틱소트로피 특성을 가진 합금으로 주물을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention has a casting chamber with means for dosing a predetermined amount of melt, a casting piston and a die casting mold, which granulates primary crystals produced in the melt and cools the predetermined amount of melt, And a process for producing a casting from an alloy with thixotropic properties, by mixing in a press and in a semi-solidified state.
주물의 특성은 용융물에서 비교적 신속한 결정화 공정의 결과로 나타난다. 결정화 공정은 각각의 합금에 대해 상이한 공지된 온도 구간 "액상선-고상선" 사이에서 이루어진다. 그러나, 상기 온도 구간에서는 결정질 "골격"이 형성될 뿐만 아니라, 주물의 결정질 구조의 형성시, 용융된 금속에 존재하는 결함이 주물의 결정질 구조에 각인되는 공정 부분이 - 온도 구간 "과열-액체 온도"와 함께- 나타난다. 상기 결함은 고화 후에 주물 에러로서 검출된다. 먼저, 가스 다공성, 마이크로 기포, 분리 및 다른 물리적-화학적 및 구조적 불균질성이 문제가 된다. 따라서, 결정화 이론에 따라 결정화 조건의 선택 및 유지와 관련한 주조 품질의 영향이 과열-고상선 온도의 범위에서만 가능하다.The casting properties are the result of relatively rapid crystallization processes in the melt. The crystallization process takes place between different known temperature intervals "liquid line-solid line" for each alloy. However, in this temperature section not only a crystalline "skeleton" is formed, but also in the formation of the crystalline structure of the casting, a process portion in which defects present in the molten metal are imprinted in the crystalline structure of the casting-a temperature section "superheat-liquid temperature "With-appears. The defect is detected as a casting error after solidification. First, gas porosity, microbubbles, separation and other physical-chemical and structural inhomogeneities are problematic. Thus, according to the crystallization theory, the influence of casting quality with respect to the selection and maintenance of crystallization conditions is only possible in the range of superheat-solidus temperature.
제시된 온도 범위에서 이루어지는 결정화 공정에 영향을 주지 않는다는 입장에서 질적으로 개선된 주물의 제조상 문제점을 고려해 볼 때, 임의의 변동, 손상 또는 단기간의 공정 정지가 최종 결과의 저하를 초래한다. 이것으로부터, 선택된 결정화 조건은 일정량의 폐쇄된 용융물의 결정화에 대해서만 지켜질 수 있는 것으로 나타난다. 틱소트로피 특성을 가진 합금의 다이 캐스팅 공정에서는 상기 사실이 중요하다. 주물의 성형이 온도 구간 "액상선-고상선"에서 이루어짐에도 불구하고, 이미 리올로지 특성을 가진 재료로부터 이러한 재료가 각인되고, 구조 형성시 재료의 실제 포텐셜을 나타내는 완전한 공정 특수성이 유지된다.Given the manufacturing problems of qualitatively improved castings from the standpoint of not affecting the crystallization process in the range of temperatures given, any variation, damage or short-term process downtime will result in lower final results. From this, it appears that the selected crystallization conditions can only be observed for the crystallization of a certain amount of closed melt. This is important in the die casting process of alloys with thixotropic properties. Although the molding of the casting takes place in the temperature range "liquid line-solid line", such material is imprinted from a material that already has rheological properties and complete process specificity is maintained, which represents the actual potential of the material in forming the structure.
전술한 방법은 유럽 특허 공개 제 0 733 421 A1호에 공지되어 있다. 이 방법에서는 미리 정해진 양의 용융물에 생성되는 1차 결정의 입상화, 상기 용융물의 처리 및 틱소트로피 특성을 가진 주조 조직의 냉각 및 교반에 의한 성형, 반고화된 상태의 용융물로 다이 캐스팅 몰드의 충전이 이루어진다.The aforementioned method is known from EP 0 733 421 A1. In this method, granulation of primary crystals produced in a predetermined amount of melt, processing by cooling and stirring of the cast tissue with thixotropy characteristics, molding by filling the die casting mold with the melt in a semi-solidified state This is done.
또한, 소위 반고화된 상태가 주조 스푼에 의해 채워진 주조 챔버 용융물의 처리 결과라는 것이 공지되어 있다. 이 경우, 주조 챔버내에 있는 금속 현탁액은 층상이어야 하고 압력 하에 다이 캐스팅 몰드내로 유입되어야 한다.It is also known that the so-called semi-solidified state is the result of the treatment of the casting chamber melt filled with the casting spoon. In this case, the metal suspension in the casting chamber must be layered and flow into the die casting mold under pressure.
용융물의 기체 수용이 감소되어야 한다.The gas uptake of the melt should be reduced.
그러나, 제시된 해결책은 일반적으로 공지된 이론적 및 실제적 사실에 대립한다.However, the presented solutions are generally opposed to known theoretical and practical facts.
주조 챔버가 주조 스푼에 의해 용융물로 채워지면, 떨어지는 액체 제트에 의해 거기에 층상 흐름이 아니라 와류가 발생한다. 와류는 먼저 외부 냉각 및 그 다음에 혼합을 나타낸다. 이 방법의 중요한 단점은 주조 스푼에 의해 주조 챔버가 용융물로 채워지기 위해 다이 캐스팅 몰드로부터 주조 챔버가 분리되어야 한다는 점과 동일한 양의 용융물에 대해 연속적인 기술적 처리 단계가 구현될 수 없다는 점이다.When the casting chamber is filled with the melt by the casting spoon, the falling liquid jet produces vortices, not laminar flow therein. Vortex first represents external cooling and then mixing. An important disadvantage of this method is that a continuous technical process step cannot be implemented for the same amount of melt as the casting spoon must be separated from the die casting mold in order for the casting chamber to be filled with the melt.
첫번째로는 주조 챔버의 전술한 충전 방식이 주물에서 가스 다공성으로 나타나는 용용물의 가스 수용을 야기시킨다.Firstly, the above-mentioned filling method of the casting chamber causes gas reception of the melt which appears as gas porosity in the casting.
두번째로는 -주조 챔버가 제한적으로만 처리 방식에 따라 나눠지기 때문에- 현탁액이 요구되는 균질한 상태로 될 수 없다.Secondly, the suspension cannot be brought into the required homogeneous state, since the casting chamber is only divided according to the treatment mode.
세번째로는 고체상의 발생 및 용융물에서 그것의 균일한 분포가 제어되지 않는다는 것이다. 이것은 공정에 특히 중요하며 챔버 벽을 통해서만 이루어지는 열 방출의 세기에 완전히 의존한다. 이러한 열교환 후에, 벽에 있는 매우 얇은 용융물 영역에만 1차 결정이 생기고 용융물의 전체에 생기지 않는다.Thirdly, the generation of a solid phase and its uniform distribution in the melt are not controlled. This is particularly important for the process and depends entirely on the intensity of heat release through the chamber walls only. After this heat exchange, primary crystals only occur in very thin melt regions in the wall and do not form throughout the melt.
제 1 단계에서 이미 처리 공정의 결과로서 나타나는 불균질성은 다른 단계에서 커지고, 층상 흐름에 의해 수배로 증가할 수 있다. 전술한 사실은 -여러 가지 주조 에러에 따라- 많은 반품을 야기시키고, 이러한 반품은 비경제적이다.The inhomogeneities already present as a result of the treatment process in the first stage may increase in other stages and may increase several times with laminar flow. The above-mentioned facts-depending on various casting errors-cause many returns, which are uneconomical.
본 발명의 목적은 미리 정해진 양의 용융물이 반고화 상태로 처리됨으로써, 고체상의 균일한 분포를 가진 금속 현탁액으로서 주조 챔버내로 채워지고 거기서부터 다이 캐스팅 몰드의 공동부내로 가압될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method in which a predetermined amount of melt is treated in a semi-solidified state, whereby it can be filled into the casting chamber as a metal suspension with a uniform distribution of solid phase and pressurized into the cavity of the die casting mold therefrom. will be.
도 1은 주조 및 도우징 시스템 및 처리 챔버의 횡단면도.1 is a cross-sectional view of a casting and dosing system and a processing chamber.
도 2는 처리 챔버내에서 폐쇄된 용융물이 균질한, 금속 현탁액으로 처리될 때 주조 및 도우징 피스톤의 위치를 나타낸 횡단면도.FIG. 2 is a cross-sectional view showing the position of the casting and dosing piston when the closed melt in the processing chamber is treated with a homogeneous, metal suspension. FIG.
도 3은 금속 현탁액이 가압될 때 주조 및 도우징 피스톤의 위치를 나타낸 횡단면도.3 is a cross-sectional view showing the position of the casting and dosing piston when the metal suspension is pressurized.
도 4는 처리 챔버가 진공에 의해 용융물로 채워질 수 있는, 본 발명에 따른 방법의 개략도.4 is a schematic representation of a method according to the present invention in which a processing chamber may be filled with a melt by vacuum.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
2: 용융물 라인 3, 6: 주조 통로2: melt line 3, 6: casting passage
4: 처리 챔버 5: 주조 챔버4: processing chamber 5: casting chamber
7: 도우징 피스톤 8: 주조 피스톤7: dosing piston 8: casting piston
9: 분말 도우징 장치 10: 자기장9: powder dosing device 10: magnetic field
13: 금속 현탁액 14: 몰드13: metal suspension 14: mold
상기 목적은 본 발명에 따라 전술한 방법에 있어서, 미리 정해진 양의 용융물을 도우징할 때 주조 챔버가 다이 캐스팅 몰드에 결합되고, 용융물 도우징이 처리 챔버의 충전에 의해 이루어지며, 처리 챔버는 용융물 라인 및 주조 통로를 통해 용융물 용기에 그리고 상응하게 주조 챔버에 연결되고 도우징 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 달성된다. 바람직하게는 처리 챔버내에서 일정량의 폐쇄된 용융물이 처리된다.The object is that in the method described above according to the invention, the casting chamber is coupled to the die casting mold when dosing a predetermined amount of melt, the melt dosing is achieved by filling the processing chamber, and the processing chamber is melted. It is achieved by a method characterized in that it comprises a dosing piston and is connected via a line and a casting passage to a melt vessel and correspondingly to a casting chamber. Preferably, an amount of closed melt is processed in the processing chamber.
이것으로부터 하기 장점이 얻어진다:This results in the following advantages:
˙용융물 도우징 및 챔버 충전을 수행하는 동안, 주조 챔버가 다이 캐스팅 몰드로부터 분리되지 않기 때문에, 대기로부터 가스 수용이 배제된다.During the melt dosing and chamber filling, the gas chamber is excluded from the atmosphere because the casting chamber is not separated from the die casting mold.
˙일정량의 폐쇄된 용융물이 요구되는 방식으로 처리되고, 가압 전에 미리 정해진 양의 용융물에 대한 균일한 처리 및 결정화 조건에 의해 얻어질 수 있는 가능성을 처리 챔버가 제공한다.The process chamber provides the possibility that an amount of closed melt is processed in the required manner, and that it can be obtained by uniform treatment and crystallization conditions for a predetermined amount of melt before pressurization.
˙폐쇄된 처리 챔버의 존재는 필요에 따라 최상의 충전 속도를 가능하게 한다.The presence of a closed processing chamber allows for the best filling rate as needed.
˙미리 정해진 양의 고체상, 금속 매트릭스내에 그것의 균일한 분포 및 입상화된 1차 결정을 가지도록 금속 현탁액을 성형하는 것이 상기 챔버의 폐쇄된 공간에서 완결된다.성형 Forming the metal suspension to have a predetermined amount of solid phase, its uniform distribution in the metal matrix and granulated primary crystals is completed in the closed space of the chamber.
본 발명에 따른 방법의 또다른 장점은 금속 현탁액의 공정이 용융물 라인에서 이미 시작한다는 것이다. 이것을 위해, 상기 구간에서 냉각 분말이 용융물내로 투입된다. 분말의 가열 및 용융에 의해, 용융물의 온도가 떨어지고 후속 공정에 필요한 온도가 얻어진다.Another advantage of the process according to the invention is that the process of the metal suspension already starts in the melt line. For this purpose, cooling powder is introduced into the melt in this section. By heating and melting of the powder, the temperature of the melt drops and the temperature necessary for the subsequent process is obtained.
회전 자기장의 사용에 의해, 미리 정해진 양의 용융물이 용융물 라인에서 냉각 분말과 혼합되고, 생성된 금속 현탁액이 처리 챔버 및 주조 챔버에서 교반된다. 다이 캐스팅 몰드의 충전은 회전하는 금속 현탁액에 의해 이루어진다. 이러한 기술적 디자인의 장점은 자기장에서의 회전에 의해 초기에 형성된 금속 현탁액에 일반적인 또는 물리적-화학적 그리고 구조적 균질성이 주어지고, 그것의 틱소트로피 특성이 공정끝까지 보장될 수 있다는 것이다. 다이 캐스팅 몰드를 회전하는 금속 현탁액으로 채우는 것은, 보다 양호한 몰드 충전에 의해 주물을 가급적 최종 윤곽에 가깝게 얻기 위해 중요하다.By the use of a rotating magnetic field, a predetermined amount of melt is mixed with the cooling powder in the melt line and the resulting metal suspension is stirred in the processing chamber and the casting chamber. Filling of the die casting mold is made by rotating metal suspension. The advantage of this technical design is that the metal suspension initially formed by rotation in a magnetic field is given general or physical-chemical and structural homogeneity, and its thixotropy properties can be guaranteed to the end of the process. Filling the die casting mold with the rotating metal suspension is important to obtain the casting as close to the final contour as possible by better mold filling.
본 발명에 따른 방법은 4개의 연속하는 단계를 가진 다이 캐스팅 공정을 포함한다:The method according to the invention comprises a die casting process with four successive steps:
˙ 냉각 분말에 의한 용융물의 냉각 및 회전하는 자기장에서 혼합;냉각 cooling of the melt by cooling powder and mixing in a rotating magnetic field;
˙냉각된 용융물로 처리 챔버의 충전, 생성된 1차 결정의 입상화, 틱소트로피 특성을 가진 균질한 금속 현탁액의 형성 및 그것의 회전;충전 filling the process chamber with cooled melt, granulating the resulting primary crystals, forming a homogeneous metal suspension with thixotropic properties and rotating it;
˙금속 현탁액을 처리 챔버로부터 주조 챔버로 이송.Transfer the metal suspension from the processing chamber to the casting chamber.
˙회전하는 금속 현탁액의 가압.가압 Pressure of rotating metal suspension.
특별한 실시예에 의해, 형성된 균질한 금속 현탁액이 도우징 피스톤에 의해 처리 챔버로부터 주조 챔버로 배출된다. 이러한 단계의 실시는 처리 챔버 및 주조 챔버에서 도우징 피스톤 및 주조 피스톤의 적합한 위치 설정에 의해 이루어진다.By a particular embodiment, the formed homogeneous metal suspension is discharged from the processing chamber to the casting chamber by the dosing piston. The implementation of this step is accomplished by proper positioning of the dosing piston and the casting piston in the processing chamber and the casting chamber.
상기 단계 및 그것의 기술적 변환은 본 발명에 따른 방법의 중요한 특징에 속한다.These steps and their technical transformations belong to important features of the method according to the invention.
처리 챔버내에서 도우징 피스톤 위치의 변동에 의해 미리 정해진 용융물 양이 변동될 수 있다.The predetermined amount of melt can be varied by varying the dosing piston position in the processing chamber.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings of the present invention will be described in detail.
도 1에 개략적으로 도시된 다이 캐스팅 머신에는 용융물 용기(1)가 제공된다. 용융물 용기(1)는 용융물 라인(1) 및 주조 통로(3)를 통해 처리 챔버(3)에 연결된다. 처리 챔버(4)와 주조 챔버(5) 사이에 주조 통로(6)가 형성되도록, 처리 챔버(4)가 주조 챔버(5)에 장착된다. 도시된 챔버에는 각각 도우징 피스톤(7) 및 주조 피스톤(8)이 제공된다. 용용물 라인(2)에는 분말 도우징 장치(9) 및 전자기 교반 장치(10)가 설치된다. 상기 교반 장치는 처리 챔버 및 주조 챔버의 둘레에 링형으로 배치된다.The die casting machine shown schematically in FIG. 1 is provided with a melt vessel 1. The melt vessel 1 is connected to the processing chamber 3 via the melt line 1 and the casting passage 3. The processing chamber 4 is mounted to the casting chamber 5 so that the casting passage 6 is formed between the processing chamber 4 and the casting chamber 5. The chamber shown is provided with a dosing piston 7 and a casting piston 8, respectively. The melt line 2 is provided with a powder dosing device 9 and an electromagnetic stirring device 10. The stirring device is arranged in a ring shape around the processing chamber and the casting chamber.
이러한 것들은 도 1에 제시된다.These are shown in FIG. 1.
용융물(11)은 스토퍼(12)의 상승에 의해 용융물 챔버(1)로부터 용용물 라인(2)내로 흐른다. 용융물 라인(2)에서 용융물은 냉각 분말에 의해 냉각된다. 도시된 바와 같이, 분말은 분말 도우징 장치(9)에 의해 공급된다. 투입된 분말의 냉각 작용으로 인해, 용융물의 온도가 액상선 온도 범위내에 놓인다. 즉, 이러한 방식으로 냉각된 용융물이 단시간 후에 1차 결정을 "형성"한다. 1차 결정은 회전으로 인해 전체 체적에 균질하게 분포되고 구형 결정질 형상을 갖는다. 이러한 물질의 혼합을 위해, 용융물 라인 구간상에 회전 자기장(10)이 사용된다. 회전하는, 처리된 용융물은 처리 챔버(4)내로 흐른다. 처리 챔버(4)는 출발 위치(P1-1)를 가진 도우징 피스톤(7)을 포함한다. 처리 챔버와 주조 챔버 사이의 주조 통로(6)는 동시에 주조 피스톤(8)에 의해 닫힌다. 처리 챔버(4)가 미리 정해진 양의 용융물로 채워지면, 용융물 라인(2)에 대한 주조 통로(3)가 처리 챔버(4)에 제공된 도우징 피스톤(7)이 위치(P1-2)로 이동됨으로써 폐쇄된다. 폐쇄된 챔버내에서 처리 공정이 계속되거나, 또는 이미 냉각된 용융물이 자기장(10)에 의해 회전되고 균질한 금속 현탁액(13)의 최종 상태로 된다. 상기 상태의 구별 특징은 틱소트로픽 금속 매트릭스내에 내생 및 외생 결정질 형상의 균일한 분포, 및 심한 온도 변동의 부재이다. 따라서, 처리 챔버(4)에 단기간에 틱소트로픽 현탁액이 주어지고, 그것의 1차 결정은 이미 입상화되며 주조 구조물이 미세화된다. 이 상태에서 이것은 처리 챔버(4)에 제공된 도우징 피스톤(7)에 의해 주조 챔버(5) 다음에서 배출되고, 그것을 위해 주조 피스톤(8)이 다른 위치(P2-2)로 됨으로써 주조 통로(6)가 열려진다. 다이 캐스팅 몰드(14)가 수직 배치된 다이 캐스팅 공정의 경우, 하부로 주조 피스톤의 변위에 의해 균질한 틱소트로픽 금속 현탁액을 수용하기 위한 공간이 주조 챔버(5)에 형성된다. 그리고 나서, 주조 통로(6)가 도우징 피스톤(7)에 의해 닫혀짐으로써(P1-3), 주조 챔버(5)내에서 주조 피스톤 이동에 의해 금속 현탁액이 가압된다. 금속 현탁액에 대한 자기장의 회전 작용은 다이 캐스팅 공정의 끝까지 지속되며, 틱소트로픽 금속 현탁액의 전방 회전 운동에 의해 다이 캐스팅 몰드가 채워지게 한다.The melt 11 flows from the melt chamber 1 into the melt line 2 by the rise of the stopper 12. In the melt line 2 the melt is cooled by cold powder. As shown, the powder is supplied by the powder dosing device 9. Due to the cooling action of the injected powder, the temperature of the melt lies within the liquidus temperature range. That is, the melt cooled in this manner “forms” primary crystals after a short time. Primary crystals are homogeneously distributed throughout the volume due to rotation and have a spherical crystalline shape. For mixing of these materials, a rotating magnetic field 10 is used on the melt line section. The rotating, treated melt flows into the processing chamber 4. The processing chamber 4 comprises a dosing piston 7 with a starting position P1-1. The casting passage 6 between the processing chamber and the casting chamber is simultaneously closed by the casting piston 8. When the processing chamber 4 is filled with a predetermined amount of melt, the dosing piston 7 provided with the casting passage 3 for the melt line 2 in the processing chamber 4 moves to position P1-2. By closing. The process continues in a closed chamber, or the melt that has already been cooled is rotated by the magnetic field 10 and is brought to the final state of the homogeneous metal suspension 13. The distinguishing features of these states are the uniform distribution of endogenous and exogenous crystalline shapes in the thixotropic metal matrix, and the absence of severe temperature fluctuations. Thus, the treatment chamber 4 is given a thixotropic suspension in a short period of time, its primary crystals are already granulated and the casting structure is refined. In this state it is discharged after the casting chamber 5 by the dosing piston 7 provided in the processing chamber 4, for which the casting piston 8 is brought to another position P2-2 so that the casting passage 6 ) Is opened. In the case of the die casting process in which the die casting mold 14 is vertically arranged, a space is formed in the casting chamber 5 to accommodate a homogeneous thixotropic metal suspension by the displacement of the casting piston downward. Then, as the casting passage 6 is closed by the dosing piston 7 (P1-3), the metal suspension is pressurized by the casting piston movement in the casting chamber 5. The rotational action of the magnetic field on the metal suspension continues to the end of the die casting process, causing the die casting mold to be filled by the forward rotational movement of the thixotropic metal suspension.
본 발명의 다른 실시예에서는, 다이 캐스팅 몰드의 수평 배치에 의해 주물이 형성되고 처리 챔버가 진공에 의해 용융물로 채워지도록 처리 챔버가 배치될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the processing chamber may be arranged such that castings are formed by horizontal placement of the die casting mold and the processing chamber is filled with melt by vacuum.
본 발명에 따른 방법에서는 부가의 처리 챔버(4)에 의해 전체 공정의 기능성이 현저히 증가되고, 예컨대 가스 배출, 기포, 구조적 불균질성과 같은 주조 에러가 나타나지 않으며, 이것은 금속 현탁액의 틱소트로피 특성의 등방성에 의해서만 보장된다.In the process according to the invention, the additional process chamber 4 significantly increases the functionality of the overall process, resulting in no casting errors such as gas emissions, bubbles, structural inhomogeneities, which is dependent on the isotropy of the thixotropic properties of the metal suspension. Is guaranteed only by
본 발명에 따른 방법에서는 미리 정해진 양의 용융물이 반고화 상태로 처리됨으로써, 고체상의 균질한 분포를 가진 금속 현탁액으로서 주조 챔버내로 채워지고 거기서부터 다이 캐스팅 몰드의 공동부내로 가압될 수 있다.In the process according to the invention, a predetermined amount of melt is treated in a semi-solidified state so that it can be filled into the casting chamber as a metal suspension with a homogeneous distribution of solid phase and from there pressurized into the cavity of the die casting mold.
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