KR20030088688A - 산화물 혼입 방지용 용탕 주입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산화물 혼입 방지용 용탕 주입장치에 관한 것으로서, 실린더 헤드를 제조함에 있어 나쁜 영향을 미치는 산화물의 유입 및 용탕의 와류에 따른 수소가스의 혼입을 최소화하여 성형품의 품질을 높이고자 용탕 주입컵에 용탕과 화학적 반응을 일으키지 않는 산화물 제거용 세라믹 필터를 부착하는 한편, 상기 세라믹 필터를 자동으로 교환할 수 있는 필터 교환장치를 구비함으로써, 산화물이 존재하지 않는 용탕을 금형에 주입하게 되어 제품의 물성을 급격히 저하시키는 산화물 유입을 방지하는 동시에 용탕이 용탕 주입컵에 유입 시, 야기되는 와류를 최소화하여 성형품에 존재하는 기공의 양을 줄임에 따라 실린더 헤드 성형품의 품질을 확보하여 불량률을 감소시키는 산화물 혼입 방지용 용탕 주입장치에 관한 것이다.

Description

산화물 혼입 방지용 용탕 주입장치{Apparatus for removing oxide film during casting}

본 발명은 산화물 혼입 방지용 용탕 주입장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용탕 주입컵에 용탕과 화학적 반응을 일으키지 않는 산화물 제거용 세라믹 필터를 부착하는 한편, 상기 세라믹 필터를 자동으로 교환할 수 있는 필터 교환장치를 구비함으로써, 산화물이 존재하지 않는 용탕을 채우는 동시에 용탕 주입컵으로의 급격한 유입에 따른 와류를 최소화하여 실린더 헤드 성형품의 품질을 확보하여 불량률을 감소시키는 산화물 혼입 방지용 용탕 주입장치에 관한 것이다.

일반적으로, 실린더 헤드 또는 배기 매니폴드 등과 같이, 차량의 고온 부품, 즉 고온에서 작동되는 부품의 제조 시, 사용되는 소재의 균질성은 제품의 품질 확보 및 신뢰성 측면에서 반드시 수행되어야 하는 연구 과제이며, 특히 제품 주조 시, 불순물과 가스의 유입은 반드시 방지되어야 한다.

산화물이 제품에 혼입될 경우, 산화물의 취성으로 인하여 소재 물성이 크게 감소하고, 실린더 헤드에서 중요시되는 열피로 저항성이 나빠지며, 또한, 제품에 기공이 다량 존재할 경우, 기계적 특성 저하와 더불어 고주파 피로 저항성이 급격히 감소하게 된다.

이를 위하여 용해로와 보온로에서의 용탕처리는 매우 중요한 공정이며, 가스제거를 위해 탈가스 처리를 실시하고, 용탕의 상부 표면에 형성되는 산화물을 물리적으로 제거해야 한다.

그런데, 공기와 접촉하고 있는 산화물은 용탕 표면에 반드시 형성되어 있게 되므로 성형품의 순도 저하를 촉진하게 된다.

또한, 용탕 주입컵(200)은 도 3에 도시된 바와 같이, 국자 형상의 상부 개방형 형태로 위쪽으로 산화물의 여과없이 급속하게 보온로(100)의 용탕이 채워지는구조로 되어 있으며, 공기 및 가스의 유입이 불가피한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 용탕이 용탕 주입컵에 유입 시, 보온로의 상부 용탕 표면에 형성되어 있는 산화물(oxide film)의 유입을 방지하고, 용탕의 급격한 유입으로 인한 가스 및 공기 혼입을 방지하기 위해 용탕 주입컵 중간 부위에 용탕과 화학적 반응을 하지 않는 세라믹 재질로 된 필터를 장착함으로써, 보온로 용탕 상부에 형성되어 있는 산화물이 용탕 주입컵에 유입되는 것을 방지하고, 용탕의 흐름에 따른 공기 유입을 최소화할 수 있는 산화물 혼입 방지용 용탕 주입장치를 제공하는데 그 안출의 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 산화물 혼입 방지용 용탕 주입장치를 나타내는 개략적인 구성도

도 2는 본 발명에 따른 용탕 주입컵을 나타내는 사시도

도 3은 종래의 용탕 주입장치를 나타내는 개략적인 구성도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 보온로 20 : 용탕 주입컵

21 : 용탕 유입공 30 : 세라믹 필터

40 : 제어부 50 : 유압 발생부

60 : 필터 교환부 61 : 로봇팔

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 상하 수직으로 작동하며 용탕을 담는 주입컵을 구비한 용탕 주입장치에 있어서,

상기 용탕 주입컵(20)은 전면의 용탕 유입공(21)과, 이곳을 통과하는 용탕의 여과를 위한 세라믹 필터(30)를 포함하고 있으며, 그 상단 입구가 용탕의 수준보다 높게 위치되도록 된 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 용탕 주입컵(20)은 그 용탕 주입컵(20)이 용탕을 금형에 주입시킨 후에 초기위치로 복귀할 시, 그 신호를 제어신호로 출력하는 제어부(40)와;

상기 제어부(40)의 제어신호에 의해 유압을 발생시키는 유압 발생부(50)와;

상기 유압 발생부(50)에서 발생된 유압에 의해 세라믹 필터(30)를 교환하는 필터 교환부(60)의 로봇팔(61)을 포함하여 구성되는 필터 교환장치를 갖는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 산화물 혼입 방지용 용탕 주입장치를 나타내는 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 용탕 주입컵을 나타내는 사시도이다.

보온로(10)에서부터 공급되는 용탕을 용탕 주입컵(20)을 이용하여 사형이나 금형의 탕도(미도시)에 직접 기울여 주입하도록 되어 있다.

상기 용탕 주입컵(20)은 상부가 개구된 국자 형상으로 그 전면에는 용탕 유입공(21)이 형성되어 있는 동시에 세라믹 필터(30)가 부착되어 있는바, 상기 세라믹 필터(30)는 필터 교환부(60)에 의해 자동교환이 가능하도록 되어 있다.

상기 세라믹 필터(30)가 부착된 용탕 주입컵(20)으로 용탕을 담기 위해 먼저, 상기 용탕 주입컵(20)을 기울이지 않고, 그대로 수직으로 하강시켜 세라믹 필터(30)를 거쳐 용탕이 유입되도록 한다.

이때, 상기 용탕 주입컵(30)의 상부의 개구된 부분으로는 용탕이 유입되지 않도록 주의하여 보온로(10)의 상부 용탕 표면에 형성되어 있는 산화물의 유입을방지하는데, 이것은 용탕의 산화작용에 따른 순도저하를 방지하기 위한 방편이다.

또한, 상기 세라믹 필터(30)를 거쳐 서서히 채워지므로 공기의 혼입을 막을 수 있고, 용탕의 유입에 따른 와류를 최소화시킬 수 있어 성형품의 품질을 확보하고 불량률을 감소시킬 수 있다.

한편, 상기 세라믹 필터(30)를 사용한 후, 교환하기 위한 필터 교환장치는 제어부(40)에 의해 제어되는바, 상기 용탕 주입컵(20)이 용탕을 금형에 주입시킨 후, 초기위치로 복귀할 시, 상기 제어부(40)는 그 신호를 제어신호로 출력하여 유압 발생부(50)에 전달하고, 상기 유압 발생부(50)는 그 안에서 발생된 유압을 필터 교환부(60)로 보내 필터 교환부(60)의 로봇팔(61)에 의해 세라믹 필터(30)를 제거하도록 하며, 새로운 세라믹 필터(30)를 용탕 주입컵(20)에 장착할 수 있도록 한다.

이때, 상기 로봇팔(61)에 의한 필터 교환 작동은 일반적으로 공지된 기술 즉, 로봇팔에 의한 모든 교환 작동을 포함하여 이루어진 것을 사용하는 것이 바람직하다.

실시예 1

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 용탕 주입장치를 이용하여 디젤엔진의 실린더 헤드 소재로 상용되고 있는 알루미늄 합금에 대하여 다음 표 1과 같은 함량으로 주조를 실시하였다.

알루미늄 합금은 750℃에서 용융하고, 180℃로 예열시킨 금형에 필터장치가장착된 용탕 주입컵을 이용하여 시편을 제조하였다.

비교예 1

상기 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 일반적인 용탕 주입컵을 이용하여 디젤엔진의 실린더 헤드 소재로 상용되고 있는 알루미늄 합금에 대하여 상기 표 1과 같은 함량으로 주조를 실시하였다.

알루미늄 합금은 750℃에서 용융하고, 180℃로 예열시킨 금형에 종래의 일반적인 용탕 주입컵을 이용하여 시편을 제조하였다.

실험예 1

상기 실시예 1과 비교예 1에서 제조된 합금의 여러 부위를 채취하여 시료를 만든 후, 각 절단면을 1㎛ 다이아몬드 파우더를 이용하여 경면(mirror-like surface) 연마한 후, 다음과 같은 미세 조직을 비교하였다.

조직내 산화물의 혼입율은 화상 분석기(image analyzer)를 이용하여 분석하였다.

조직내 기공율은 화상 분석기를 이용하여 면적 비율을 측정하여 분석하였다.

상기와 같이 분석한 결과를 그림 1과 표 2에 나타내었다.

(그림 1)

실시예 1

비교예 1

상기 그림 1과 표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에 따라 본 발명을 이용한 합금과 비교예 1의 종래 주입장치를 이용한 합금을 비교 시, 산화물의 혼입율은 4.2%에서 0.4%로 크게 감소함을 알 수 있고, 또한 공기 및 가스의 유입에 의한 기공율은 1.6%에서 0.05%로 급격히 감소했음을 알 수 있다.

상기 결과에 의해 본 발명의 주입장치를 이용하면, 소재 물성 및 피로 특성에 큰 영향을 미치는 산화물 및 기공을 현격히 제거함으로써, 엔진의 고출력화에 따라 고온, 고압, 고출력에 견딜 수 있는 실린더 헤드를 제조할 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 산화물 혼입 방지용 용탕 주입장치는 최종 성형품에 산화물의 혼입과 공기의 유입에 의한 기공형성을 방지함으로써, 다음과 같이 본 발명의 효과를 정리할 수 있다.

첫째, 산화물이 성형품에 혼입될 경우에 발생하는 소재 물성의 감소 및 실린더 헤드에서 중요시되는 열피로 인한 저항성 감소를 방지하여 상기 성형품의 품질을 한차원 높일 수 있다.

둘째, 기계적 특성 저하와 더불어 고주파 피로 저항성을 급격히 감소시키는 기공율을 저감시켜 성형품의 신뢰성을 증대시키고, 불량율을 감소시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 상하 수직으로 작동하며 용탕을 담는 주입컵을 구비한 용탕 주입장치에 있어서,

   상기 용탕 주입컵(20)은 전면의 용탕 유입공(21)과, 이곳을 통과하는 용탕의 여과를 위한 세라믹 필터(30)를 포함하고 있으며, 그 상단 입구가 용탕의 수준보다 높게 위치되도록 된 것을 특징으로 하는 산화물 혼입 방지용 용탕 주입장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 용탕 주입컵(20)은 그 용탕 주입컵(20)이 용탕을 금형에 주입시킨 후에 초기위치로 복귀할 시, 그 신호를 제어신호로 출력하는 제어부(40)와;

   상기 제어부(40)의 제어신호에 의해 유압을 발생시키는 유압 발생부(50)와;

   상기 유압 발생부(50)에서 발생된 유압에 의해 세라믹 필터(30)를 교환하는 필터 교환부(60)의 로봇팔(61)을 포함하여 구성되는 필터 교환장치를 갖는 것을 특징으로 하는 산화물 혼입 방지용 용탕 주입장치.