KR20020086890A - 다이캐스트 방법 및 다이캐스트 기계 - Google Patents

다이캐스트 방법 및 다이캐스트 기계 Download PDF

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Abstract

다이캐스트 금형의 캐비티(30)를 100 밀리바 이하로 진공 흡입한 후, 진공 흡입에 오버랩시켜 슬리브로부터 반응성 가스를 캐비티(30)에 취입하고, 캐비티의 분위기압을 대기압 이상으로 하여 반응성 가스의 취입을 계속하면서 슬리브(40)에 알루미늄 합금 용탕(M)을 주입하고, 계속해서 캐비티(30)를 다시 진공 흡입하여 플랜저(42)를 전진시켜 슬리브(40) 내의 알루미늄 합금 용탕(M)을 캐비티(30)에 압입한다. 진공 흡입, 반응성 가스 취입 및 두 번째의 진공 흡입을 서로 오버랩시킬 수 있어, 용탕 주입시에 공기 및 수분이 효율적으로 시스템 밖으로 방출되어 미반응 가스도 용탕에 도입되는 일 없이 시스템 밖으로 방출된다. 그 결과, 공기, 수증기 등의 가스의 권입이 아닌, 기능 부품으로서도 사용 가능한 다이캐스트 제품을 얻을 수 있다.

Description

다이캐스트 방법 및 다이캐스트 기계{DIE CAST METHOD AND DIE CAST MACHINE}
통상 다이캐스트법에서는 슬리브에 주입된 용융 알루미늄 용탕 또는 용융 알루미늄 합금(이하,「용탕」이라 함)을 플랜저에 의해 금형 캐비티에 압입하고 있다. 캐비티에 충만해 있는 공기, 수증기 등의 가스는 알루미늄 용탕의 압입에 의해 대부분이 캐비티로부터 제거되지만, 압입 후에도 캐비티에 잔류하는 것도 있다. 특히 두께가 얇은 제품이나 복잡한 형상을 갖는 제품용으로 설계된 금형에서는 본체의 장애가 되는 부분이 생기기 쉬워 캐비티로부터 가스 성분을 완전히 제거하는 것은 곤란하다.
캐비티에 잔류하고 있는 가스는 금형 내에서 알루미늄 용탕이 냉각 응고할 때, 알루미늄 재료의 내부로 권입되어 구멍, 블로홀 등의 주조 결함으로서 다이캐스트 제품에 가져오게 된다. 그 결과, 얻게 된 다이캐스트 제품은 강도, 신장 등의 기계적 특성이 떨어지고, 스크롤, 피스톤, 실린더 블럭, 연결 로드, 서스펜션부품 등의 기능재로서의 용도로는 부적합한 것이 되고 있었다. 잔류 가스에 기인하는 주조 결함이 억제되면, 우수한 생산성을 갖는 다이캐스트법의 적용 대상 분야가 확장된다.
잔류 가스에 의한 악영향을 해소하는 것으로서, 진공 다이캐스트법이 알려져 있다. 진공 다이캐스트법에서는 캐비티로부터 공기를 제거하기 위해, 알루미늄 용탕의 주입에 앞서 캐비티를 진공 흡입하고 있다. 그러나, 금형의 이음매로부터 공기의 침입이 있고, 슬리브 내에 알루미늄 용탕을 주입할 때에도 공기의 혼입이 있기 때문에, 캐비티의 진공도가 200 내지 500 밀리바에 그쳐, 그 이상으로 진공도를 양호하게 할 수 없다. 진공 다이캐스트법에서 얻게 된 제품에 있어서도 통상 다이캐스트 제품에 비교하면 공기의 권입이 적어지고 있지만, 여전히 가스 권입에 기인하는 구멍 등의 주조 결함이 검출되어 기능재로서의 용도로는 적합하지 않다.
진공 다이캐스트법의 결점을 해소하는 것으로서, 산소 다이캐스트법이 개발되었다(일본 특허 공고 소50-21143호 공보 참조). 산소 다이캐스트법에서는 캐비티 내의 가스를 산소로 치환하기 위해, 대기압 이상의 압력으로 산소를 캐비티에 충만하게 하고 있다. 캐비티로 송입된 산소는 금형의 이음매나 주입구로부터 취출하기 위해 금형의 이음매나 주입구로부터 공기가 캐비티로 침입하는 것이 방지된다. 송입된 캐비티 내의 산소는 알루미늄 용탕과 반응하여 미세한 Al2O3가 되어 제품 내로 분산되어 다이캐스트 제품에 악영향을 끼치는 일은 없다.
그러나, 대기압 이상에서 산소를 캐비티로 송입하는 것에 의해서도 캐비티로부터 공기를 완전히 제거하는 것은 곤란하다. 공기의 잔류는 캐비티가 복잡 형상을 갖는 경우에 발생하기 쉽다. 즉, 복잡 형상을 갖는 금형의 캐비티에서는 산소가 공급되지 않는 장애가 생기고, 장애로 인해 공기, 수증기 등의 가스가 산소와 치환되지 않고 잔류한다. 이 잔류한 가스가 다이캐스트 제품으로 들어오게 되어 주조 결함을 발생시키는 원인이 된다.
주조 결함의 원인이 되는 캐비티 내의 공기는 진공 흡입과 동시에 산소 가스를 주입할 때, 효율적으로 산소 가스로 치환된다(일본 특허 공고 소57-140호 공보). 그러나, 진공 흡입과 동시에 산소 가스를 주입해도 수분 제거에는 유효하지 않다. 실제로, 제조된 다이캐스트 제품에는 여전히 가스 기인의 주조 결함이 검출된다. 진공 흡입 후에 산소 가스를 주입하는 방법(일본 특허 공고 평1-46224호 공보)도 알려져 있지만, 캐비티 내부가 200 내지 400 밀리바 정도의 감압 분위기로 유지되는 데 지나지 않아, 가스에 기인한 주조 결함을 충분히 억제할 수 없다.
그래서, 본 발명자들은 금형 캐비티를 진공 흡입하여 100 밀리바 이하의 진공도로 한 후, 금형에 산소 등의 반응성 가스를 취입하여, 캐비티의 분위기압이 대기압을 초과한 시점에서 알루미늄 합금 용탕의 압입을 개시하는 방법을 개발하였다(일본 특허 출원 평11-154566호). 100 밀리바 이하의 진공도로 캐비티를 감압함으로써, 금형 내면에 부착되어 있는 이형제로부터의 수분 증발이 가속된다. 계속해서 진공 상태의 캐비티에 반응성 가스가 송입되므로, 반응성 가스는 금형의 구석구석까지 넓게 퍼져 캐비티에 잔존하고 있는 공기나 이형제 유래의 수분등이 효율적으로 방출된다. 그 결과, 가스량이 대폭으로 경감된 다이캐스트 제품을 얻을 수 있어 가스 기인의 결함이 억제된다. 또한, 가열된 경우라도 잔존 가스에 기인하는 부품이 발생하지 않으므로, T6 처리 등의 열처리로 기계적 성질을 향상시키는 것이 가능한 다이캐스트 제품이 된다.
캐비티로 송입된 반응성 가스의 대부분은 사출된 알루미늄 합금 용탕과 반응하여 미세한 Al2O3가 되어 제품 내에 분산되고, 일부는 알루미늄 합금 용탕에 의해 캐비티로부터 압출된다. 그러나, 제품 형상에 따라서는 알루미늄 합금 용탕의 압입 후에도 캐비티에 잔류하여 다이캐스트 제품에 미반응 상태로 도입되는 반응성 가스도 있다. 예를 들어, 복잡 형상의 다이캐스트 제품을 제조하는 금형에서는 복수의 메탈 유로가 분류 및 합류하는 캐비티 형상으로 설계되지만, 합류점 근방에서는 양쪽의 메탈 유로를 흐르는 메탈에 의해 반응성 가스가 압출되는 경로가 막혀 반응성 가스의 도피 장소가 없는 막다른 골목형이 된다.
캐비티를 통과한 바이패스 통로를 개방하여 캐비티를 진공 흡입하는 방식(일본 특허 공고 평1-46224호 공보)에서는 다음에 안급하는 이유로 도달 진공도가 200 내지 400 밀리바 정도에 그쳐, 상당한 공기가 잔류할 뿐만 아니라 미반응 반응성 가스도 충분히 방출되지 않으므로, 다이캐스트 제품으로 들어오게 되는 가스 성분을 충분히 저감할 수 없다.
캐비티 내에서 진공 흡입하기 때문에, 좁은 게이트를 거친 슬리브나 러너 부분의 흡입에 시간이 걸린다. 게다가, 캐비티 내를 최초로 진공 흡입하고 있으므로, 감압 효과에 의해 기화한 슬리브 윤활제까지도 캐비티에 흡입되어 캐비티 내의 습도가 높아진다. 높은 습도는 캐비티에 압입된 알루미늄 합금 용탕과 수분과의 반응에서 생기는 수소 가스가 주물로 도입되는 원인이 된다. 슬리브 윤활제는 일부가 액형 상태로 흡입되는 경우도 있어, 결과적으로 캐비티를 오염시킨다.
또한, 진공 흡입 기구와 캐비티를 밸브 기구로 구획하고 있으므로, 알루미늄 합금 용탕의 압입 종료까지 진공 흡입을 계속하면 밸브의 간극으로부터 메탈이 삽입될 우려가 있다. 그로 인해, 알루미늄 합금 용탕이 구획 밸브에 도달하기까지 구획 밸브를 폐쇄하여 진공 흡입을 중지할 필요가 있고, 알루미늄 합금 용탕의 압입 중에 잔존 가스를 마지막까지 흡입할 수 있어 미반응의 반응성 가스가 캐비티 내에 잔류하기 쉽다.
또한, 진공 흡입 및 반응성 가스의 주입에 동일한 개구를 사용하고 있으므로, 진공 흡입 및 반응성 가스의 주입을 동시에 행할 수 없어 진공 흡입을 중지한 후에 반응성 가스를 주입하게 된다. 그로 인해, 이 동안에 금형의 맞댐면으로부터 공기가 캐비티로 침입하여 잔류하기 쉽다. 게다가, 반응성 가스의 주입구가 캐비티 내에 밖에 없으므로, 알루미늄 합금 용탕의 압입 중에 슬리브 내를 반응성 가스로 충만할 수 없어 플랜저 칩과 슬리브와의 간극으로부터 캐비티로 침입하는 공기도 있다.
본 발명은 구멍, 블로홀 등의 주조 결함이 억제되어 구조용 재료는 물론, 기능 재료로서도 사용 가능한 다이캐스트 제품을 제조하는 방법 및 다이캐스트 장치에 관한 것이다.
도1은 진공 기구, 반응성 가스 공급 기구를 조립한 다이캐스트 기계의 개략도이다.
도2는 상기 다이캐스트 기계를 플랜저의 축방향으로부터 본 개략 단면도이다.
도3은 플랜저의 동작 위치를 설명하는 도면이다.
본 발명은 이와 같은 문제를 해소하기 위해 제안된 것으로, 진공 다이캐스트법 및 산소 다이캐스트법의 장점을 활용한 진공 및 산소 다이캐스트법에 있어서,알루미늄 용탕의 압입시에 오버플로우부나 탕도 또는 슬리브를 거쳐서 캐비티를 다시 진공 흡입함으로써, 미반응의 반응성 가스를 캐비티로부터 배기하고, 종래의 다이캐스트 제품에 비교하여 권입 가스량을 대폭으로 저하시켜 구조재는 물론, 기능 부품으로서도 사용 가능한 다이캐스트 제품을 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다이캐스트법은 그 목적을 달성하기 위해, 다이캐스트 금형의 캐비티를 100 밀리바 이하로 진공 흡입한 후, 진공 흡입에 오버랩시켜 슬리브로부터 반응성 가스를 캐비티에 취입하고, 캐비티의 분위기압을 대기압 이상으로 하여 반응성 가스 취입을 계속하면서 슬리브에 알루미늄 합금 용탕을 주입하고, 계속해서 캐비티를 다시 진공 흡입하여 플랜저를 전진시켜 슬리브 내의 알루미늄 합금 용탕을 캐비티에 압입하는 것을 특징으로 한다.
진공 흡입은 흡입 속도 500 밀리바/초 이상으로 행하는 것이 바람직하고, 탕도 또는 오버플로우부에 개구한 배기관을 거쳐서 캐비티가 진공 흡입된다. 진공 흡입에 오버랩시켜 산소 등의 반응성 가스를 취입하고, 캐비티를 대기압 이상의 분위기압으로 한다. 이 때, 습기가 제거된 반응성 가스를 취입함으로써 캐비티를 습도 15 ％ RH 이하로 유지하는 것이 바람직하다. 반응성 가스의 취입은 플랜저를 전진시키기 전에 중지하거나, 혹은 주조 종료까지 계속시켜도 좋다.
주조되는 알루미늄 합금 용탕은 급탕구로부터 슬리브에 주입되어 플랜저의 전진에 의해 캐비티에 압입된다. 이 때, 플랜저 칩이 슬리브의 급탕구를 통과한 시점에서 플랜저를 일단 정지시키는 것이 바람직하다.
두 번째의 진공 흡입은 알루미늄 합금 용탕의 주입 후에 개시되어 주조 종료까지 계속된다. 두 번째의 진공 흡입에서는 오버플로우부에 개구하는 배기관을 경유하여 캐비티가 진공 흡입된다. 탕도를 경유하는 진공 흡입도 병용할 수 있다.
이 방법에 사용되는 다이캐스트 기계는 슬리브에 주입된 알루미늄 합금 용탕을 다이캐스트 금형의 캐비티로 유도하는 탕도에 개구하는 배기관 및 다이캐스트 금형 내의 오버플로우부에 개구하는 가스 급배관이 접속된 진공 흡입 기구와, 슬리브의 급탕구보다도 다이캐스트 금형측에 설치된 급기구에 개구하는 가스 공급관이 접속된 반응성 가스 공급 기구를 구비하고 있다.
가스 급배관의 개구부와 오버플로우부 사이에는 진공계로의 메탈 누출을 방지하기 위해 틸벤트를 설치하는 것이 바람직하다. 캐비티를 외기와 차단한 다음 다이캐스트 금형의 고정 금형과 가동 금형 사이의 캐비티를 둘러싸는 맞댐면에 패킹을 끼워 넣는 방식, 다이캐스트 금형의 고정 금형과 가동 금형 사이의 맞댐면에 형성한 캐비티를 둘러싸는 홈을 진공 흡입 기구에 접속하는 방식 등이 채용 가능하다. 또한, 가동 금형을 관통하여 캐비티를 향하는 핀 구멍에 이젝터 핀이 진퇴 가능하게 설치되어 핀 구멍 내벽과 이젝터 핀 사이를 기밀 밀봉하는 것도 유효하다.
오버플로우부에 개구하는 가스 급배관은 진공 흡입 및 압축 공기 취입에 겸용되므로, 진공 흡입 기구에 접속되는 배기관과 압축 공기 분출 기구에 접속되는 급기관으로 분기되어 있다. 가스 급배관에는 캐비티의 분위기압 및 습도를 측정하는 압력계, 습도계 등을 부착할 수 있다. 또한, 반응성 가스 공급 기구로부터 슬리브의 급기구까지 연장된 가스 공급관 도중에 건조기를 설치하는 것이 바람직하다.
다이캐스트 제품에 포함되는 가스 성분은 보통 다이캐스트법에서는 금형 캐비티에 잔존하는 공기에 유래한다. 잔존 공기는 진공 다이캐스트법이나 산소 다이캐스트법으로 대폭 경감할 수 있다. 그러나, 캐비티의 잔존 공기를 감소해도, 얻게 된 다이캐스트 제품에는 여전히 가스 기인의 결함을 피할 수 없다. 이에 대해, 일본 특허 출원 평11-154566호에서 제안한 진공 및 산소 다이캐스트법에서는, 진공 흡입 공정에서 캐비티를 100 밀리바 이하의 진공도로 함으로써 이형제 등으로부터의 수분 증발을 촉진시키고, 계속해서 진공 상태의 캐비티에 반응성 가스를 취입함으로써 캐비티의 구석구석까지 반응성 가스를 널리 퍼지게 하고 있다. 반응성 가스의 취입에 의해 캐비티의 분위기압을 대기압 이상으로 하면, 캐비티로의 외기 침입이 방지되는 것은 물론, 이형제로부터 증발한 수분이 시스템 밖으로 달아나게 된다.
진공 흡입 공정에서 캐비티를 100 밀리바 이하로 감압하는 것으로부터 금형의 맞댐면이나 용탕 주입부, 오버플로우부에 기밀성이 높은 구조가 필요해진다. 기밀성이 높은 구조는 다음의 반응성 가스 취입 공정에서 취입된 반응성 가스를 캐비티 내에 보유 지지하여 대기압 이상의 산소 분위기를 유지하는 면에서도 유효하다. 취입되는 반응성 가스는 전부가 알루미늄 합금 용탕과 반응하여 Al2O3가 되는 것이 아니고, 일부가 미반응 상태로 잔류한다. 미반응의 반응성 가스는 캐비티에 압입되는 알루미늄 합금 용탕에 의해 오버플로우부로 압출되지만, 금형의 캐비티 형상에 의해서는 미반응의 반응성 가스를 압출하는 경로가 메탈에 의해 막히는 경우가 있다. 이와 같은 경우, 미반응의 반응성 가스의 일부가 주물 내부로 도입되게 된다. 특히 메탈 유로가 복잡하게 분류 및 합류하는 형상의 캐비티에서는 그 경향이 한층 강해진다.
그래서, 본 발명에 있어서는 오버플로우부 및 탕도에 개구한 가스 유로를 진공 흡입 장치에 접속하고, 알루미늄 합금 용탕 압입시에 캐비티로부터 반응성 가스를 진공 흡입하여 알루미늄 합금 용탕에 도입되는 미반응의 반응성 가스를 대폭으로 경감하고 있다. 오버플로우부에 개구한 가스 유로를 거친 진공 흡입이므로, 반응성 가스 취입과 진공 흡입을 동시에 행할 수 있고, 또한 알루미늄 합금 용탕의 압입 종료까지 미반응의 반응성 가스를 배기할 수 있어, 캐비티에 잔류하는 미반응의 반응성 가스가 대폭으로 적어진다. 이 때, 탕도에 개구한 가스 유로를 거쳐서 진공 흡입해도 좋다.
진공 흡입에 의해 미반응의 반응성 가스를 흡입하고 있으므로, 진공 흡입 기구로 이어지는 경로가 메탈에 의해 폐쇄되기 전에 미반응의 반응성 가스를 진공 흡입하는 경로가 형성된다. 따라서, 미반응의 반응성 가스가 가두어지게 되는 일이 없어진다. 또한, 알루미늄 합금 용탕이 탕도로 진입하기 전의 단계에서는 탕도를 거친 진공 흡입도 가능하다.
이 점, 캐비티로부터 미반응 가스를 직접 진공 흡입하는 방식(일본 특허 공개 평1-46224호 공보)에서는 캐비티에 바이패스 통로가 개구하고 있으므로 진공 흡입 공정에서 100 밀리바 이하의 진공도에 도달할 수 없고, 외기의 침입이나 미반응의 반응성 가스의 잔류를 피할 수 없어 복잡 형상의 다이캐스트 제품에 있어서는미반응의 반응성 가스에 기인하는 가스 결함을 포함하는 주물이 되기 쉽다.
계속해서, 도면을 참조하면서 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 다이캐스트법에서는 캐비티를 진공도 100 밀리바 이하의 감압 분위기로 진공 흡입한 후, 산소 취입에 의해 캐비티를 대기압 이상의 분위기압으로 하고, 또한 알루미늄 합금 용탕의 압입시에 캐비티를 다시 진공 흡입하는 방식(이하, DVO 프로세스라 함)이 채용된다.
이 DVO 프로세스에서는, 예를 들어 도1에 개략을 도시한 다이캐스트 기계가 사용된다. 고정 금형(10)과 가동 금형(20) 사이에 제품 형상에 대응하는 캐비티(30)가 형성된다. 슬리브(40)에 연통하는 탕도(11)가 고정 금형(10)으로 형성되고, 급탕구(41)로부터 주입된 알루미늄 합금 용탕(M)이 탕도(11)를 경유하여 캐비티(30)에 플랜저(42)에 의해 압입된다. 탕도(11)는 캐비티(30)의 각부에 알루미늄 합금 용탕(M)이 공급되도록 제품 형상에 따른 복수의 게이트(12)(도2)를 거쳐서 캐비티(30)에 연통하고 있다.
캐비티(30)는 고정 금형(10) 또는 가동 금형(20)측에 형성된 오버플로우부(31)를 구비하고, 오버플로우부(31)의 외측에 틸벤트(32)가 설치되어 있다. 오버플로우부(31)는 캐비티(30) 내의 알루미늄 합금 용탕(M)의 플로우를 안정화시킨다. 틸벤트(32)는 도시한 바와 같이 고정 금형(10)과 가동 금형(20) 사이에 형성된 요철 또는 파형의 맞댐부이며, 틸벤트(32)에 접촉하는 알루미늄 합금 용탕(M)의 응고를 촉진시켜, 진공계에 메탈이 흡입되는 것을 방지한다. 틸벤트(32)를 설치함으로써 메탈의 끼워 넣음 없이 알루미늄 합금 용탕(M)의 주입 중에 캐비티(30)를 진공 흡입할 수 있다.
가동 금형(20)에는 주조 후의 다이캐스트 주물을 제거하기 위해, 이젝터 핀(21)이 진퇴 가능하게 조립되어 있다.
외기에 대해 캐비티(30)를 기밀하게 유지하기 위해, 고정 금형(10)과 가동 금형(20)의 맞댐면에 O링 등의 패킹(51)이 개재 장착된다. 패킹(51)은 캐비티(30)를 둘러싸는 홈에 충전되어 고정 금형(10)과 가동 금형(20)의 간극으로부터 침입하려고 하는 공기를 차단한다. 이젝터 핀(21)이 압박 통과되는 핀 구멍(22)에도 패킹(52)이 삽입되어 핀 구멍(22)의 내벽과 이젝터 핀(21) 사이의 기밀성이 유지된다. 패킹(51, 52)을 이용한 밀봉에 의해 캐비티(30)를 100 밀리바 이하의 진공 분위기로 감압할 수 있는 동시에, 알루미늄 합금 용탕(M)의 주입 중에도 진공 흡입이 가능해진다.
패킹(51)이 장착된 홈을 진공 흡입 장치(60)에 접속하고, 상기 홈으로부터도진공 흡입할 때, 외기 침입이 한층 효과적으로 억제된다. 혹은, 패킹(51) 장착부 이외에 캐비티(30)를 둘러싸는 진공 흡입용 홈(69)(도2)을 고정 금형(10)과 가동 금형(20)의 맞댐면에 파고 진공 흡입용 홈(69)을 진공 흡입 기구(60)에 접속할 수도 있다.
캐비티(30)를 진공 흡입하기 위해, 진공 흡입 기구(60)에 접속된 배기관(61)이 탕도(11)에 개구하고 있다. 탕도(11)를 향하는 배기관(61)의 개구부에는 구동 실린더(62)에 의해 개폐 작동되는 진공 밸브(63)가 설치되어 있다. 또한, 틸벤트(32)와 패킹(51) 사이에서 고정 금형(10) 및 가동 금형(20)의 맞댐면에 개구하는 가스 급배관(64)으로부터 분기한 배기관(65)이 진공 밸브(66)를 거쳐서 진공 흡입 기구(60)에 접속되어 있다.
캐비티(30)의 분위기압을 검출하기 위해, 압력계(67)를 가스 급배관(64)에 부착하고 있다. 또한, 캐비티(30) 내의 습도를 관리하기 위해, 습도계(68)를 가스 급배관(64)에 부착하는 것이 바람직하다.
가스 급배관(64)은 캐비티(30)에 압축 공기를 송입하는 것으로도 사용되므로, 분기한 급기관(71)이 체크 밸브(72)를 거쳐서 압축 공기 분출 기구(70)에 접속되어 있다. 다이캐스트 종료 후에 형개방한 후에 가스 급배관(64)에 압축 공기가 취입되어, 진공 흡입 기구에 부착되어 있는 이물질이 제거된다.
DVO 프로세스에서는 캐비티(30)를 진공 흡입한 후에 산소 등의 반응성 가스를 취입하는 것으로 반응성 가스 공급 기구(80)를 부설하고 있다. 반응성 가스는 반응성 가스 공급 기구(80)로부터 가스 공급관(81) 및 급기구(82)를 경유하여 슬리브(40) 내로 송입된다. 가스 공급관(81)에는 캐비티(30)의 습도를 낮게 유지하기 위해 반응성 가스를 습기 제거하는 건조기(83)가 조립되어 있다.
캐비티(30) 내의 분위기압 및 습도는 가스 급배관(64)에 설치한 압력계(67) 및 습도계(68)에 의해 검출된다. 압력계(67)로부터의 검출치는 진공 흡입 기구(60), 압축 공기 분출 기구(70), 반응성 가스 공급 기구(80) 각각의 구동을 제어하는 제어계로 이송되고, 진공 흡입 → 산소 취입 → 진공 흡입의 타이밍 제어에 사용된다. 습도계(68)로부터의 검출치가 15 ％ RH 이하가 되고, 캐비티(30) 내의 압력이 대기압 이상이 된 시점에서 슬리브(40)로의 알루미늄 합금 용탕(M)의 공급을 개시한다.
계속해서, 본 발명에 따른 DVO 프로세스를 설명한다.
고정 금형(10)에 가동 금형(20)을 맞추어 형폐쇄하고, 탕도(11)를 거쳐서 캐비티(30)를 진공 흡입한다. 캐비티(30)의 진공 흡입에는 틸벤트(32)와 패킹(51) 사이의 맞댐면에 개구한 가스 급배관(64)도 사용된다. 진공 흡입은 압력계(67)에 의해 검출되는 캐비티(30)의 분위기압이 100 밀리바 이하가 될 때까지 계속된다. 이 때, 슬리브(40)의 급탕구(41)와 급기구(82) 사이에 플랜저 칩(43)을 위치시켜 급탕구(41)로부터의 공기 침입을 방지한다(도3). 탕도(11)를 거친 진공 흡입이므로, 슬리브(40)로부터의 윤활제는 캐비티(30)에 이르는 일 없이 시스템 밖으로 배출된다.
진공 흡입에서는 500 밀리바/초 이상의 흡입 속도로 설정하는 것이 바람직하다. 캐비티(30)가 복잡한 형상을 갖는 경우라도 흡입 속도를 바람직하게는 500 밀리바/초 이상으로 설정함으로써, 캐비티(30)의 구석구석으로부터 가스가 제거된다. 또한, 500 밀리바/초 이상의 흡입 속도로 캐비티(30)를 진공 흡입하면, 금형(10, 20)의 내면에 부착되어 있는 이형제 등에 포함되어 있는 수분이 증발하여 캐비티(30) 내의 수분이 대폭으로 감소한다.
진공 흡입은 플랜저(42)로 급탕구(41)를 폐쇄한 상태에서 1 내지 2초 정도 계속시키는 것이 바람직하다. 이 점, 급탕구(41)가 폐쇄되어 있지 않고 1초 미만의 흡입 시간인 종래의 진공 다이캐스트법에 비교하여 흡입 시간을 비교적 길게 설정하고 있다. 캐비티(30)는 진공 흡입에 의해 100 밀리바 이하의 진공도까지 감압된다. 금형 내면에 부착되어 있는 이형제 등에 포함되어 있는 수분은 진공 흡입에 의해 수증기가 되고, 금형 내면으로부터 분리되어 시스템 밖으로 배출된다.
그러나, 진공도가 100 밀리바에 이르지 않는 진공 흡입에서는 캐비티(30) 내에 비교적 다량의 공기가 잔존하여 이어지는 반응성 가스 주입 공정에서 반응성 가스에 의해 치환되지 않고 제품에 권취되어 블로홀, 팽창 등의 결함을 발생시킬 우려가 있다. 한편, 도달 진공도를 100 밀리바 이하로 설정하면, 이형제 등에 포함되어 있는 수분의 증발이 효과적으로 촉진되어, 수증기가 되어 시스템 밖으로 달아나게 된다. 그 중에서도 흡입 속도 500 밀리바/초 이상의 고속으로 진공 흡입하면, 증발 현상에 의해 이형제 등의 내부로부터도 수분 증발이 가속되어 잔류 수분이 대폭으로 감소한다. 흡입 속도는 진공 흡입 장치의 능력을 고려하면 800 밀리바/초 정도가 상한치이다.
캐비티(30)가 100 밀리바 이하로 진공 흡입된 것을 기다려, 급기구(82)로부터 반응성 가스를 캐비티(30)로 송입한다. 진공 흡입은 반응성 가스의 주입에 약간 오버랩시킨 후에 정지한다. 이 오버랩에 의해 송입된 반응성 가스가 캐비티(30)의 구석구석까지 넓게 퍼지는 동시에, 금형의 맞댐면으로부터의 외기 침입도 억제된다. 반응성 가스의 주입은 압력계(67)에 의해 검출되는 캐비티(30)의 분위기압이 대기압 이상이 될 때까지 계속된다.
반응성 가스의 취입시에, 캐비티(30) 내의 습도를 습도계(68)로 측정하여 캐비티(30)의 습도가 15 ％ RH를 초과하지 않도록 습도 관리한다. 이에 의해, 반응성 가스에 수반하여 캐비티(30)로 반입되고, 들어가 알루미늄 합금 용탕(M)과의 반응에 의해 수소 가스를 발생시키는 수분량이 적어진다. 캐비티(30) 내의 습도를 낮추기 위해, 건조기(83)를 통과한 반응성 가스를 캐비티(30)에 주입하는 것이 바람직하다.
캐비티(30)의 분위기압이 대기압 이상이 된 후, 플랜저 칩(43)을 급탕 위치(도3)까지 후퇴시켜 급탕구(41)를 개방한다. 계속해서, 1회의 다이캐스트에 필요한 양의 알루미늄 합금 용탕(M)을 슬리브(40)에 주입한다. 이 때, 캐비티(30)가 대기압 이상의 분위기압으로 유지되어 있으므로, 급탕구(41)로부터 분출되는 반응성 가스에 의해 외기의 침입이 방지된다. 급탕구(41)는 알루미늄 합금 용탕(M)의 주입완료 후, 플랜저(42)를 전진시킴으로써 캐비티(30)로의 연통 상태가 차단된다.
주탕 후, 오버플로우부(31)를 거쳐 캐비티(30)가 다시 진공 흡입된다. 두 번째의 진공 흡입에는 탕도(11), 배기관(61)을 경유하는 진공계도 사용할 수 있다. 두 번째의 진공 흡입과 반응성 가스의 주입은 약간 오버랩시키는 것이 바람직하다.반응성 가스의 주입은 주조 종료 후까지 계속하는 것도 가능하다. 이 오버랩에 의해 잉여 반응성 가스가 캐비티(30)로부터 배기되는 동시에, 이형제나 슬리브 윤활제에 유래하는 수분이 반응성 가스에 수반되어 캐비티(30)로부터 효과적으로 제거된다. 또한, 반응성 가스 주입 후에 다시 진공 흡입하는 경우(일본 특허 공개 평1-46224호 공보)에 생기기 쉬운 외기의 침입도 없어진다.
다시 진공 흡입하면서 플랜저(42)를 전진시키고, 플랜저 칩(43)이 급탕구(41)를 초과하여 고속 사출 개시 위치(도3)까지 저속 전진시킨다. 이 때, 진공 개시 위치에 도달한 시점에서 재차 진공 흡입을 개시한다. 플랜저(42)의 전진은 진공 개시 위치에 도달한 시점에서 일단 중단해도 좋다. 플랜저(42)의 일단 정지에 의해 진공 흡입 시간이 그 만큼만 길어지므로 캐비티(30) 내부로부터 배기되는 가스 성분이나 수증기가 한층 많아진다.
계속해서, 고속 사출 개시 위치로부터 사출 한정 위치까지 플랜저(42)를 고속 전진시키고, 알루미늄 합금 용탕(M)을 캐비티(30) 내에 압입한다. 이 때, 캐비티(30)가 진공 흡입되어 있으므로, 알루미늄 합금 용탕(M)의 압입에 수반하여 미반응의 반응성 가스가 캐비티(30)로부터 효과적으로 제거된다. 특히 메탈 유로가 복잡하게 분류 및 합류하는 형상의 캐비티(30)라도 진공 흡입 기구에 이르는 반응성 가스의 흐름이 신속하게 형성된다. 그로 인해, 반응성 가스의 진공 흡입 기구에 이르는 경로가 메탈에 의해 폐쇄되고, 반응성 가스가 메탈로 둘러싸여져 미반응의 상태에서 메탈로 도입되는 일이 없어진다. 진공 흡입은 캐비티(30)를 알루미늄 합금 용탕(M)에서 충만하게 될 때까지 계속된다.
주조 종료 후, 진공 흡입을 정지시켜 형개방하고, 압축 공기 분출 기구(70)로부터 압축 공기를 급기관(71), 가스 급배관(64)으로 취출하여 진공계에 부착 잔류되어 있는 이물질을 제거한다.
이와 같이 진공 흡입, 반응성 가스의 취입 및 두 번째의 진공 흡입 사이에 타이밍을 채택함으로써, 캐비티(30)로부터 잔류 가스 및 미반응의 반응성 가스가 제거된다. 또한, 캐비티(30) 내에 있는 반응성 가스가 알루미늄 합금 용탕(M)과 반응함으로써 가스 권입이 없는 다이캐스트 제품이 제조된다. 이렇게 얻게 된 다이캐스트 제품은 가스 성분이 매우 낮게 억제되어 있으므로, T6 처리 등 열처리를 실시해도 가스 성분의 팽창에 의한 부풀어오름이 발생할 수 없어 필요 강도가 부여된다.
(제1 실시예)
복수의 리브로 내부가 구획된 두께가 얇은 상자형의 캐비티(30)가 형성되어 부분적인 냉각이 가능한 수냉 기구를 구비한 금형을 이용한 다이캐스트에 본 발명을 적용한 예를 설명한다.
이젝터 핀(21)과 핀 구멍(22) 사이를 패킹(52)으로 기밀 밀봉하고, 고정 금형(10) 및 가동 금형(20)의 이음매를 패킹(51)으로 기밀 밀봉한 다이캐스트 금형을 제작하여 다이캐스트 기계에 셋트하였다. 금형을 180 ℃로 가열하여 5초간 이형제를 금형의 내면에 도포하였다.
계속해서, 급탕구(41)를 플랜저(42)로 폐쇄하여 배기관(61), 가스 급배관(64)을 거쳐서 캐비티(30) 및 슬리브(40) 내의 가스를 흡입 속도 700밀리바/초로 1.5초 흡입하였다. 진공 흡입은 압력계(67)가 75 밀리바를 지시할 때까지 계속하였다.
진공 흡입을 계속하면서 반응성 가스 공급 기구(80)로부터 슬리브(40)에 반응성 가스로서 산소를 취입하였다. 산소 취입 개시로부터 2초 경과한 시점에서 진공 흡입을 중지하고, 캐비티(30)의 분위기압이 대기압 이상이 될 때까지 산소 취입을 계속하였다.
캐비티(30)의 분위기압이 대기압 이상이 된 것을 압력계(67)로, 습도가 15 ％ RH 이하가 된 것을 습도계(68)로 확인한 후, 플랜저(42)를 후퇴시켜 급탕구(41)를 개방하여 알루미늄 합금 용탕(M)을 슬리브(40)에 주입하였다. 산소의 취입은 알루미늄 합금 용탕(M)의 주입 중에도 계속하여 슬리브(40) 내가 알루미늄 합금 용탕(M)에서 완전히 충만한 후 정지하거나, 혹은 주조 종료까지의 전공정을 통해 산소 취입을 계속하였다.
알루미늄 합금 용탕(M)을 슬리브(40)에 주입한 후, 플랜저(42)를 고속 사출 개시 위치(도3)까지 전진시켜 이 상태를 1초간 보유 지지하였다. 계속해서, 플랜저(42)를 고속 전진시켜 사출 속도 3 m/초로 알루미늄 합금 용탕(M)을 캐비티(30)에 압입하였다. 알루미늄 합금 용탕(M)의 압입 중, 배기관(61) 및 가스 급배관(64)을 거쳐서 캐비티(30)를 진공 흡입하여 주조 종료 후에 진공 흡입을 중지하였다.
주조 종료로부터 20초 경과한 시점에서 형개방하여 압축 공기 분출 기구(70)로부터 압축 공기를 취입하여 가스 급배관(64) 내를 청소하고, 이젝터 핀(21)을 캐비티(30)로 돌출시켜 금형으로부터 다이캐스트 주물을 취출하였다.
이상에 설명한 DVO 프로세스에 있어서의 진공 흡입, 산소 취입 및 두 번째의 진공 흡입의 타이밍을 알루미늄 합금 용탕(M)의 압입과 함께, 진공 흡입의 개시 시점으로부터의 경과 시간으로 표1에 나타낸다. 제3 제조예는 플랜저(42)를 일단 정지시킨 예이고, 제1, 제2 제조예에 비교하여 슬리브(40)로의 용탕 주입 종료로부터 캐비티(30)로의 용탕 압입 개시까지의 시간이 그 만큼만 길게 되어 있다. 또한, 표1에서는 서로 오버랩시키는 일 없이 진공 흡입, 산소 취입 및 두 번째의 진공 흡입을 차례로 절환한 경우를 비교예로서 나타낸다.
각 주조 단계의 경과 시간(초)
공정 실시예 비교예
제1 제조예 제2 제조예 제3 제조예 제4 제조예
진공 흡입 종료 시점 10 10 10 10
산소 취입 개시 시점 8 7 8 11
종료 시점 24 23 24 26
슬리브로의 용탕 주입 개시 시점 20 20 20 27
종료 시점 22 22 22 28
캐비티로의 용탕 주입 개시 시점 24 23 26 29
종료 시점 26 25 28 31
두 번째의 진공흡입 개시 시점 24 23 24 29
종료 시점 27 26 28 31
형개방 70 70 75 75
경과 시간은 진공 흡입의 개시 시점으로부터 계산
이렇게 얻게 된 다이캐스트 제품에 포함되어 있는 가스량을 렌즈 레이법으로 측정하는 동시에 기계적 특성을 측정하였다.
표2의 측정 결과에서 볼 수 있듯이, 제1 내지 제3 제조예에서 얻게 된 다이캐스트 제품은 제4 제조예에서 얻게 된 다이캐스트 제품에 비교하여 N2, H2등의 가스량이 매우 적어져 있다. 신장, 인장 강도 등도 제4 제조예보다도 높은 값을 나타내었다. 또한, 제1 내지 제3 제조예의 다이캐스트 제품은 가스량이 매우 적으므로 T6 처리(510 ℃ × 3 시간 → 수냉 → 160 ℃ × 5 시간) 등의 열처리를 실시해도 부풀어오름이 발생하지 않아 기계적 특성이 더욱 향상되었다. 이에 대해, 제4 제조예의 다이캐스트 제품에서는 주조시에 메탈이 합류한 부분에서 T6 처리 후에 부풀어오름이 관찰되어 약간의 가스 성분이 도입되어 있는 것을 알았다.
제조 조건의 차이가 다이캐스트재 및 T6재의 물성에 끼치는 영향
제조 번호 가스 함유량cc/100g-Al 다이캐스트재 T6재 구분
인장 강도 ㎏/㎟ 신장 ％ 인장 강도 ㎏/㎟ 신장 ％
1 0.8 2.5 9 30 14 본 발명예
2 0.9 25 11 30 15
3 0.6 27 12 32 16
4 1.8 24 7 28 10 비교예
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명에 있어서는 진공 흡입, 반응성 가스의 취입 및 두 번째의 진공 흡입을 오버랩시키면서 캐비티에 알루미늄 합금 용탕을 압입하여 다이캐스트 제품을 제조하고 있다. 진공 흡입에서는 캐비티를 100 밀리바 이하의 진공도로 감압함으로써 공기를 배기하고, 반응성 가스의 취입으로 캐비티의 분위기압을 대기압 이상으로 함으로써 캐비티 내의 잔류 공기는 물론, 금형 내면에 부착 잔류되어 있는 수증기 등의 가스 성분을 캐비티로부터 완전히 제거하고 있다.또한, 알루미늄 합금 용탕의 압입시에 다시 진공 흡입함으로써, 캐비티에 잔존하는 미반응의 반응성 가스를 캐비티로부터 제거함으로써, 미반응의 반응성 가스가 알루미늄 합금 용탕에 도입되는 것을 방지하여 가스 성분이 대폭으로 경감된 다이캐스트 제품을 얻고 있다. 이와 같이 하여 얻게 된 다이캐스트 제품에는 가스 기인의 구멍, 블로홀 등의 주조 결함이 없어, 열처리로 강도를 부여할 수 있으므로 생산성이 우수한 다이캐스트법을 활용하여 기능재로서도 사용 가능한 제품이 된다.

Claims (18)

  1. 다이캐스트 금형의 캐비티를 100 밀리바 이하로 진공 흡입한 후, 진공 흡입에 오버랩시켜 슬리브로부터 반응성 가스를 캐비티에 취입하고, 캐비티의 분위기압을 대기압 이상으로 하여 반응성 가스의 취입을 계속하면서 슬리브에 알루미늄 합금 용탕을 주입하고, 계속해서 캐비티의 오버플로우부에 개구한 가스 급배관을 거쳐서 캐비티를 다시 진공 흡입하여, 플랜저를 전진시켜 슬리브 내로부터 탕도를 경유하여 알루미늄 합금 용탕을 캐비티에 압입하는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 방법.
  2. 제1항에 있어서, 흡입 속도 500 밀리바/초 이상으로 캐비티를 진공 흡입하는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 방법.
  3. 제1항에 있어서, 탕도를 경유하여 캐비티를 진공 흡입하는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 방법.
  4. 제1항에 있어서, 탕도 및 오버플로우부를 경유하여 캐비티를 진공 흡입하는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 방법.
  5. 제1항에 있어서, 습기 제거한 반응성 가스의 취입에 의해 캐비티를 습도 15％ RH 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 방법.
  6. 제1항에 있어서, 반응성 가스의 취입을 중지한 후에 플랜저를 전진시키는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 방법.
  7. 제1항에 있어서, 주조 종료까지 반응성 가스의 취입을 계속하는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 방법.
  8. 제1항에 있어서, 슬리브의 급탕구를 플랜저 칩이 통과한 시점에서 플랜저를 일단 정지시키는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 방법.
  9. 제1항에 있어서, 주조 종료까지 재차 진공 흡입을 계속하는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 방법
  10. 제1항에 있어서, 오버플로우부를 경유하여 캐비티를 다시 진공 흡입하는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 방법.
  11. 급탕구로부터 주입된 알루미늄 합금 용탕을 수용하는 슬리브와, 슬리브 내에서 전후진 가능한 플랜저와, 슬리브로부터 탕도를 거쳐서 압입되는 캐비티를 형성하는 서로 기밀 접촉 가능한 고정 금형 및 가동 금형을 갖고, 고정 금형과 가동 금형과의 맞댐면에 틸벤트 및/또는 홈이 필요에 따라서 형성된 다이캐스트 주형과, 핀 구멍에 제거 가능하게 삽입되고, 가동 금형을 관통하여 캐비티를 향하는 적어도 하나의 이젝터 핀과, 탕도에 개구하는 배기관 및 캐비티의 오버플로우부에 개구하는 가스 급배관이 접속된 진공 흡입 기구와, 슬리브의 급탕구보다도 다이캐스트 금형측에 설치된 급기구에 개구하는 가스 공급관이 접속된 반응성 가스 공급 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 기계.
  12. 제11항에 있어서, 캐비티를 둘러싸는 다이캐스트 금형의 고정 금형 및 가동 금형의 맞댐면에 패킹이 끼워져 있는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 기계.
  13. 제11항에 있어서, 다이캐스트 금형의 고정 금형과 가동 금형 사이의 맞댐면에 캐비티를 둘러싸는 홈이 형성되고, 상기 홈이 진공 흡입 기구에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 기계.
  14. 제11항에 있어서, 가동 금형을 관통하여 캐비티를 향하는 핀 구멍에 이젝터 핀이 진퇴 가능하게 설치되고, 핀 구멍 내벽과 이젝터 핀 사이가 기밀 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 기계.
  15. 제11항에 있어서, 오버플로우부에 개구하는 가스 급배관은 진공 흡입 기구에 접속되는 배기관과 압축 공기 분출 기구에 접속되는 급기관으로 분기하고 있는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 기계.
  16. 제11항에 있어서, 캐비티의 분위기압을 측정하는 압력계가 가스 급배관에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 기계.
  17. 제11항에 있어서, 캐비티 내의 습도를 측정하는 습도계가 가스 급배관에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 기계.
  18. 제11항에 있어서, 반응성 가스 공급 기구로부터 슬리브의 급기구까지 연장된 가스 공급관 도중에 건조기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다이캐스트 기계.
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