KR20020013304A - 저압주조 방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저압주조 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히 금형 내의 성형공간으로 용탕을 주입하고 응고시켜 성형하는데 소요되는 시간을 단축하여 생산성을 극대화시킴은 물론 용탕의 응고과정이 일정하고 빠르게 진행되면서 주조품의 기계적 특성을 우수하게 제공하여 상품성을 극대화시키는데 있다.

이러한 본 발명의 목적은 보온로(20)내의 용탕을 급탕관(30)을 통해 금형(10)의 성형공간(15)에 저압으로 주입하고 이를 응고시켜 성형하되, 상기 금형(10)의 성형공간(15)에 다수의 분기구(42)로 연결되는 러너(40)를 급탕관(30)에 연결되게 구성하여, 상기 보온로(20)내의 용탕을 급탕관(30)을 통해 러너(40)에 주입하고, 계속적으로 상기 러너(40)로 주입된 용탕을 간접적으로 다수의 분기구(42)를 통해 금형(10)의 성형공간(15)내로 분산되게 주입하는 주조성형 방법 및 장치에 의해 달성된다.

이러한 본 발명은 금형의 성형공간으로 주입되는 용탕 열이 주입구 주위에 집중적으로 전달되는 것을 방지, 용탕의 주입거리의 단축으로 용탕의 주입온도를 낮춤에 의해 용탕의 응고시간을 단축하므로서, 주조품의 제조시간을 단축하여 생산성이 극대화하게 되고,

또한, 성형품의 일정하고 빠른 응고조건 등으로 주조결함이 저감되고, 결정립이 미세화 됨으로서, 기계적 성질의 향상을 이루어 제품성을 극대화시키는 효과가 있다.

Description

저압주조 방법 및 그 장치{LOW PRESSURE CASTING METHODE AND APPARATUS THEREOF}

본 발명은 저압주조 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 금형 내의 성형공간으로 용탕을 주입하고 응고시켜 성형하는데 소요되는 시간을 단축하여 생산성을 극대화시킴은 물론 용탕의 응고과정이 일정하고 빠르게 진행되면서 주조품의 기계적 특성을 우수하게 제공하여 상품성을 극대화시키는 저압주조 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 저압주조는 다이캐스팅과 같은 고압주조와는 달리 용융금속을 형틀의 하부에서 저압으로 서서히 주입하여 응고시키는 방법이다.

이러한 저압주조는 주로 주조결함과 산화물 등의 이물질이 혼입이 적고, 정밀한 주조품의 제조가 가능하므로 엔진블록, 실린더 헤드, 차륜 등의 제조에 주로 이용되고 있다.

이러한 저압주조에 대해 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

내부에 제품형상의 성형공간을 형성하는 금형과, 그 하부에 용탕이 저장되는 보온로를 구비하여 압력을 이용하거나, 용탕의 수위를 높여 상기 보온로내의 용탕을 적어도 하나 이상의 급탕관을 통해 금형내 주입구와 성형공간로 서서히 주입시킨다.

이때, 상기 금형 내의 용탕이 완전히 응고될 때까지는 일정 압압력을 유지한다.

이와 같이하여 상기 금형 내로 주입된 용탕이 완전히 응고된 후에는 상기의 압력을 제거하여 급탕관내의 미 응고상태의 용탕은 보온로로 되돌린 다음, 금형을 개방하여 제품을 취출하게 된다.

이러한 주조방법은 상기 급탕관내의 용탕이 직접 주입구를 통해 금형 내의 성형공간으로 주입되므로 용탕의 회수율이 높은 이점은 있으나, 상기 금형의 주입구부분에 용탕의 흐름이 집중되므로 금형의 다른 부분에 비해 높은 온도로 가열되게 된다.

특히, 상기 금형 내에 용탕을 주입한 후에도 급탕관내의 용탕으로부터 상기 주입구에 계속적으로 열 전달이 이루어지게 된다.

결국, 상기와 같이 금형의 주입구 부분에 집중되는 열에 의해 응고시간이 지연될 수밖에 없게 된다.

일례로, 상기한 저압주조 방법의 1사이클 성형당 소요되는 시간은 제품의 형상과 크기에 따라 다소 차이가 있지만, 실린더 헤드의 경우 15~20분 정도가 소요되는데 용탕을 금형 내에 주입하는 과정과 금형 내의 제품을 취출하는 과정, 그리고 금형 냉각에 소요되는 실제시간은 1~2분 정도이고, 나머지는 용탕이 응고되는데, 좀더 정확하게는 주입구 부분의 용탕이 완전히 응고되는데 소요되는 시간이다.

따라서, 상기 금형의 주입구 부분에 집중되는 열에 의해 주조품의 성형에 따른 소요시간이 길게 되어 생산성을 저하시키는 단점과, 그 부근의 주조품 결정이 조대해지거나 댄드라이트 암 스페이싱(Dendrite Arm Spacing)이 커져서 기계적 특성이 저하되는 단점을 갖게 된다.

또한, 상기한 주조방법은 금형의 하부에 설치되어 있는 급탕관에 직접 연결되어 있는 주입구를 통해 용탕을 주입하므로, 성형공간의 전체를 주입하기 위해서는 주입구에서부터 용탕이 흘러 들어가는 거리가 길게 되어 건전한 제품성형을 위해서는 용탕에 충분한 유동성을 부여할 필요가 있고, 그러기 위해서는 용탕의 온도를 상당히 높여여만 하므로 응고에 따른 소요시간이 더욱 길게 되는 문제를 갖게 된다.

이러한 문제점을 해결하고자, 일본국 특허공개 평10-296423호에서는 금형의 주위를 강제적으로 냉각시켜 용탕의 응고에 따른 소요시간을 줄이고자하는 방법을 제공하고 있으나, 이는 금형과 접촉되는 성형공간의 외측에 위치하는 용탕의 응고속도는 빠르게 진행할 수는 있게 되나, 성형공간부 중심부와 용탕이 주입되는 주입구 부분의 응고에는 영향을 미치지 못하여 응고에 따른 소요시간은 여전히 길게 되고,

오히려 성형공간부의 외측에 위치하는 용탕의 과냉각으로 용탕의 흐름을 저하시켜 용탕의 주입이 원활하지 못하게 됨은 물론 성형공간의 외측과 내측, 주입구 부근의 용탕 응고시간의 심한 차이로 기계적 특정을 저하시키는 문제를 갖게 되는 것이다.

또한, 상기 용탕이 주입되는 금형의 주입구만을 강제 냉각시켜 용탕의 응고에 따른 소요시간을 줄이고자 하는 방법도 개시된바 있는데, 이는 단순히 상기 금형의 주입구만을 과 냉각시키므로 제품성형에 있어서, 응고가 제일 느린 주입구 윗부근의 성형공간의 냉각에는 영향을 미치지 못하며,

오히려 상기 금형의 성형공간내의 용탕이 완전히 응고되기 전에 금형의 주입구가 먼저 응고되므로 금형 내의 가압 효과가 저하되어 주조품의 미세한 주조결합이 발생하게 되는 문제를 갖게 되는 것이다.

본 발명은 상기한 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 효과적으로 해결하고자 창출된 것으로서,

본 발명은 주조품의 성형에 따른 전체적인 소요시간을 단축시켜 그 생산성을 극대화하고자 하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 주조품의 응고가 전체적으로 일정하고 빠르게 이루어지면서 기계적 특성이 균일하고 우수하게 제공되어 상품성을 극대화하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 보온로내의 용탕을 급탕관을 통해 금형의 성형공간에 저압으로 주입하고 이를 응고시켜 성형하되, 상기 금형의 성형공간에 다수의 분기구로 연결되는 러너를 급탕관에 연결되게 구성하여, 상기 보온로내의 용탕을 급탕관을 통해 러너에 주입하고, 계속적으로 상기 러너로 주입된 용탕을 간접적으로 다수의 분기구을 통해 금형의 성형공간 내로 분산되게 주입하는 주조성형 방법 및 장치에 의해 달성된다.

도 1은 본 발명이 적용된 장치를 개략적으로 보여주는 측면도,

도 2는 본 발명의 요부를 개략적으로 보여주는 평면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 금형 15 : 성형공간

20 : 보온로 30 : 급탕관

40 : 러너 42 : 분기구(주입구)

이하, 본 발명에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명의 저압주조방법에 대해 상세히 살펴보면, 보온로내의 용탕을 급탕관을 통해 금형의 성형공간에 저압으로 주입하고 이를 응고시켜 성형하는 방법에 있어서,

상기 금형의 성형공간에 다수의 분기구로 연결되는 러너를 형성하여 상기 급탕관에 연결되게 구성하여서; 상기 보온로내의 용탕을 급탕관을 통해 러너에 주입하고, 계속적으로 상기 러너로 주입된 용탕을 다수의 분기구을 통해 분산시켜 금형의 성형공간내로 동시에 주입하여서 응고, 성형하도록 이루어진다.

이러한 본 발명은 상기 보온로내의 용탕이 압력에 의해 급탕관을 통해 러너에 공급되고, 계속되는 압력에 의해 상기 러너내의 용탕이 다수의 분기구을 통해 분산되어 금형의 성형공간에 간접적으로 주입되므로 각 주입구를 통과하는 용탕의 량은 주입구의 수만큼 감소되어 주입구 부분이 과도하게 가열되지 않으며, 급탕관내의 용탕 열이 직접적으로 금형의 성형공간 입구에 전달되거나, 집중되어 온도가 상승하는 것이 완화되어 응고가 최종적으로 이루어지는 성형공간에 붙어 있는 주입구의 용탕 응고시간이 단축됨은 물론 성형공간내의 용탕이 일정하고 빠르게 응고되면서 성형품의 기계적 특성이 우수하게 되는 것이다.

다음은 상기한 본 발명의 방법을 구체화하기 위한 저압주조장치에 대해 첨부도면 도 1 및 도 2를 참조하여 살펴보기로 한다.

내부에 일정형상의 성형공간(15)을 형성하는 금형(10)과, 그 하부에 용탕이 저장되는 보온로(20)와, 상기 보온로(20)내의 용탕을 압력에 의해 금형(10)의 성형공간(15)에 저압으로 주입하는 급탕관(30)을 갖는 것에 있어서,

상기 금형(10)의 성형공간(15) 주변에는 이 성형공간(15)에 다수의 분기구(42)로 연결된 러너(40)를 형성하여 상기 러너(40)에 적어도 하나 이상의 급탕관(30)을 연결한 구조로 이루어진다.

이때, 상기 러너(40)는 성형공간(15)의 주변에 복수로 구비하게 된다.

미설명부호로서, 16은 성형공간의 주입구이다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명의 작동 및 작용에 대해 살펴보기로 한다.

먼저, 보온로(20)내에 압력을 가하게 되면, 상기 보온로(20)내의 용탕이 급탕관(30)을 통해 상승하여 금형(10)의 러너(40)로 주입되고,

계속적인 압력에 의해 상기 러너(40)내로 주입된 용탕이 다수의 분기구(42)을 통해 분산되는 상태로 간접적으로 금형(10)의 성형공간(15)으로 충진되게 된다.

이때, 성형공간(15)에는 주변으로 대향 구비된 다수의 분기구(42)를 통해 용탕이 충진되므로 상기 용탕이 유입되는 거리가 짧아지게 된다.

따라서, 상기 성형공간(15)에는 다수의 주입구(16)를 통해 용탕이 분산되어 유입됨으로 주입구 부분의 과열 정도가 분산되고, 급탕관(30)내의 용탕이 러너(40)를 통해 간접적으로 성형공간(15)으로 유입되면서 급탕관(30)으로부터의 열 전달을 완화시켜 용탕의 응고시간을 단축시키게 된다.

또한, 각 주입구에서부터 성형공간(15)에 유입되는 용탕의 유입거리가 짧아짐으로 유동성을 부여하기 위해 용탕의 온도를 과도하게 높일 필요가 배제되어 용탕의 응고시간을 더욱더 단축시키게 된다.

더욱이, 상기와 같이 성형공간(15)내에 주입되는 용탕에 의한 주입구(16) 부분이 과도하게 가열되는 것이 방지되므로 성형품의 응고 속도가 균일하고 빨라져서 주조결함이 적어지고, 결정립이 미세화 되거나, 댄드라이트 암 스페이싱(Dendrite Arm Spacing)이 작아지면서 기계적 특성이 향상된다.

상기와 같이하여 금형(10)의 성형공간(15)과 주입구(16) 부분까지의 응고가 완료되면, 압력을 제거하여 급탕관(30)과 러너(40)내의 용탕은 보온로(20)로 회수하고, 금형의 성형공간(15)의 주조품은 취출하게 된다.

(실시예)

실린더 헤드를 종래의 방법(급탕관을 금형의 성형공간에 직접 연결한 구조)과, 금형의 성형공간에 10개의 분기구이 연결된 러너를 양측 주변에 형성하고, 상기 러너에는 4개의 급탕관을 연결형성한 본 발명의 방법을 비교 실험하였다.

이때, 주조조건은 680℃로 가열한 AC4A 알루미늄합금을 급탕관 속도 0.2m /sec, 최종 가압압력 8㎪로 주입하였다.

상기 표 1에서와 같이 종래의 방법에 의해 주조성형이 완료되어 저압주조장치의 압압력이 제거되는데 까지의 시간이 20분 소요되고, 주입구 부분의 댄드라이트 암 스페이싱(Dendrite Arm Spacing)이 50~60㎛ 정도 였다.

상기 표 2에서와 같이 본 발명의 방법에 의해 주조성형이 완료되어 압압력이 제거되는데 까지의 시간이 5분 소요되었으며 주입구 부분의 댄드라이트 암 스페이싱(Dendrite Arm Spacing)이 25㎛ 이하 였다.

이상에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 금형의 성형공간으로 주입되는 용탕에 의한 주입구의 가열 집중을 방지효과, 용탕의 주입거리의 단축으로 용탕의 주입온도를 낮춤에 의해 용탕의 응고시간을 단축시킴으로서, 주조품의 제조시간이 단축되어 생산성이 극대화하게 되고,

또한, 성형품의 일정하고 빠른 응고조건 등으로 주조결함이 저감되고 결정립이 미세화 되어 제품성을 극대화시키는 효과를 갖게 되는 것이다.

Claims (2)

1. 보온로내의 용탕을 급탕관을 통해 금형의 성형공간에 저압으로 주입하고 이를 응고시켜 성형하는 방법에 있어서,

   상기 금형의 성형공간에 다수의 분기구로 연결되는 러너를 형성하여 상기 급탕관에 연결되게 구성하여서; 상기 보온로내의 용탕을 급탕관을 통해 러너에 주입하고, 계속적으로 상기 러너로 주입된 용탕을 다수의 분기구을 통해 분산시켜 금형의 성형공간내로 동시에 주입하여서 응고, 성형하는 것을 특징으로 하는 저압주조방법.
2. 내부에 일정형상의 성형공간(15)을 형성하는 금형(10)과, 그 하부에 용탕이 저장되는 보온로(20)와, 상기 보온로(20)내의 용탕을 금형(10)의 성형공간(15)에 저압으로 주입하는 급탕관(30)을 갖는 것에 있어서,

   상기 금형(10)의 성형공간(15) 주변에는 이 성형공간(15)에 다수의 분기구(42)로 연결된 러너(40)를 형성하여 상기 러너(40)에 적어도 하나 이상의 급탕관(30)을 연결한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 저압주조장치.