KR20040030134A - 저압 알루미늄폼 주조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

발포금속으로 이루어진 물품의 주조방법은 용융금속을 저장한 탕조의 상방에 구비된 다이 캐비티를 갖는 다이를 장착시키며, 용융금속이 다이 캐비티에 충전될 수 있도록 탕조를 가압하게 된다.

가스는 폼을 형성하기 위해 용융금속을 통해, 기포화된다.

폼은 다이 캐비티에서 형성된다.

상기 다이 캐비티의 폼이 고체화될 경우, 탕조의 압력은 해제되고, 발포물품은 탈거된다.

주조 장치는 탕조의 상방에 위치한 다이를 포함하며, 상기 다이 캐비티를 갖는 다이는 탕조와 유체를 통해 연결되어 있다.

상기 탕조는 폼을 형성하는 가스공급포트 뿐만 아니라, 가스압력수단과 배출수단을 구비하고 있다.

Description

저압 알루미늄폼 주조방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR LOW PRESSURE ALUMINUM FOAM CASTING}

통상, 저압 주조공정은 공지된 기술이다.

일반적으로, 이러한 공정은 다이 및 알루미늄과 같은 용융금속을 함유한 탕조가 구비된 장치를 포함한다.

상기 다이와 탕조는 유연하게 수직관와 연결된다.

알려진 바와 같이, 상기 용융금속은 수직관을 통해 상방으로 주입된다.

상기 관의 하단은 탕조의 용융금속의 수평면 아래로 연장되어 있으며, 그 상단은 다이 캐비티의 입구부에 연결되어 있다.

상기 용융금속은 탕조 내의 용융금속에 가스압력을 가함으로서 상승하게 된다.

상기 용융금속은 수직관을 경유한 다음, 금속이 응고된 다이 캐비티로 상승하게 된다.

그리고 나서, 상기 가스압이 감소하게 되고, 남은 용융금속은 수직관과 탕조에서 흘러내리게 된다.

이후, 상기 주조물은 한층 더 냉각되고, 이후 다이 캐비티는 그것으로부터 주조물을 탈거시킬 수 있도록 개방된다.

이러한 공정은 금속으로 이루어진 결정체를 주조하게 된다.

상기와 같은 저압 주조는 미국특허 제4,860,820호 및 일본출원공개번호 제58003769호에 개시되어 있다.

자동차 등과 같은 제품의 제조에 있어서, 중량비 대비, 고강성을 갖는 물질로 이루어진 구성요소의 수요가 늘고 있다.

이러한 수요에 대응하기 위하여, 중요한 점은 구조적인 강성을 유지함은 물론, 상당히 저중량을 갖는 물질을 찾는데 있다.

상기와 같이 제시된 물질 중의 하나는 발포 알루미늄과 같은 발포 금속이다.

금속폼을 제조하기 위한 다양한 방법은 미국특허 제5,221,324호와 제5,622,542호에 개시되어 있다.

일반적으로, 이러한 제조방법은 용융금속의 탕조에서 나오는 가스를 기포화시키며, 그리고 나서, 금속폼을 탕조보다 높은데에서 제조하게 된다.

이후, 상기 폼은 탕조에서 추출시킨 다음, 슬랩(slab)형태로 냉각시킨다.

상기 슬랩은 원하는 형태로 자르거나 만든 것들이다.

통상, 상기 용융금속은, 공정이 유지된채로 폼이 제조되는 것을 확인하기 위하여 금속모재조성물(MMC)과 같은 첨가제를 포함하고, 불용성 입자 및 안정제 등과 같은 다른 구성성분을 포함한다.

즉, 상기 첨가제는 폼을 구성하는 조직의 안정을 촉진하기 위해 제공된다.

주조형태의 공정을 이용한 금속폼 물품을 포밍하는 방법이 제공된다.

본 발명은 금속폼에 의한 주조물용 주조방법 및 장치에 관한 것이다.

더욱 상세하게, 본 발명은 금속폼을 다이 캐비티에 주입시키는 저압공법을 이용한 주조물의 주조방법을 제공한다.

도 1은 종래의 저압 주조장치를 나타내는 수직단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 저압 주조장치를 나타내는 수직단면도이다.

도 3은 포밍단계에서, 도 2의 장치를 나타내는 수직단면도이다.

도 4는 다이 캐비티에 금속폼이 충전된 후, 도 2의 장치를 나타내는 수직단면도이다.

일구현예에서, 본 발명은, a)용융금속을 함유한 탕조를 제공하는 단계와;

b)다이가 상기 탕조의 상방에 위치한 상태에서, 상기 탕조와, 유체를 통해 연결되는 다이 캐비티가 구비된 다이를 제공하는 단계와;

c)상기 다이 캐비티 내로 상기 용융금속의 충분한 유동이 일어날 수 있도록 상기 탕조로 압력을 가하는 단계와;

d)상기 용융금속의 폼을 성형하기 위하여 그 용융금속을 통해 가스의 기포를 발생시키는 단계와;

e)상기 폼을 상기 다이 캐비티에 주입시켜 충전시키는 단계와;

f)상기 탕조에 압력을 해제하는 단계와;

g)상기 다이 캐비티로부터 상기 발포물품을 탈거하는 단계;로 구성된 용융금속을 이용한 주조물의 주조방법을 제공한다.

또 다른 구현예에서, 본 발명은, 상기 용융금속을 함유한 탕조와;

상기 용융상태에서 금속을 유지하는 탕조의 열원과;

가압수단과;

압력해제수단과;

상기 용융금속으로 가스의 기포를 공급하는 수단과;

상기 물품을 본래의 상태로 보완하는 다이 캐비티를 갖는 다이와;

상기 다이 캐비티와 상기 탕조 간에 유체의 수송을 수립하기 위한 통로;로 구성된 발포 용융금속을 이용한 주조물의 주조장치를 제공한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 저압 주조장치는 통상, 도면부호 10으로 나타낸다.

상기 장치는 용융금속(14)를 함유한 탕조(12)를 포함한다.

상기 탕조(12)는 용해로 내에 포함되거나, 그렇지 않으면 용융상태로 금속을 유지할 수 있도록 가열시키게 된다.

또한, 상기 장치(10)는 다이 캐비티(18)가 구비된 다이(16)를 포함한다.

이와 같이, 상기 다이(16)은 두부분으로 구성되거나, 발포물품을 탈거하기 위하여 개방되는 다이와 같이, 다른 잘 알려진 방법으로 구성하게 된다.

상기 다이(16)와 탕조(12)는 관(20)을 통해 유연하게 연결되어 있다.

상기 관(20)의 상단은 다이 캐비티(28)로 개방되어 있으며, 반면에 상기 관(20)의 하단은 용융금속의 유동 수평면 아래로 연장되어 있다.

또한, 상기 장치는 탕조(12) 가압 및 가스 배출용 포트(22)를 포함한다.

본 명세서는 "용융금속"이라는 용어를 사용하지만, 상술한 바와 같이 MMC와, 금속 또는 합금의 형태를 포함하는 용어로 이해하는 것이 바람직하다.

더욱이, 이러한 용어는 불용성 물질, 안정입자 등과 같은 첨가제로 알려진 다양한 용융금속 또는 합금을 포함할 것이다.

공정 중, 상기 탕조는 포트(22)를 통해 그 탕조로 가스를 주입함으로써, 가압하게 된다.

가압에 의하여, 용융금속(14)은 관(20)을 통해 상승하고, 다이 캐비티(18)로 주입된다.

상기 다이 캐비티가 충전될 경우, 상기 포트(22)는 탕조내의 압력이 해제되도록 개방되고, 그리고 나서, 탕조로 재주입시킬 관에 용융금속이 잔존되도록 한다.

상기 다이 캐비티로 주입되는 상기 용융금속은 충분히 응고될 수 있도록 냉각될 것이다.

이후, 상기 다이(16)는 개방하게 되고 발포물품은 탈거된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 구현예에 의하면, 주조장치는 통상, 도면부호 30으로 나타낸다.

첨부도면에 도시된 바와 같이, 상기 장치(30)는 용융금속(34)을 함유하는 탕조(32)를 포함한다.

바람직한 구현예에 있어서, 상기 금속은 알루미늄이다.

그러나, 이러한 기술분야에서 당업자에 의해 이해될 수 있는 바와 같이, 다른 금속도 이용될 수 있다.

상기 장치는 또한, 생산되는 상기 물품을 본래의 상태로 보완하는 다이 캐비티(38)를 갖는 다이(36)를 포함한다.

상기 다이 캐비티(38)는 종래의 기술에 대하여 상술한 바와 같이, 동일한 방법으로 관(39)을 통해 용융금속에 유연하게 연결되어 있다.

종래의 주조장치와 같이, 본 발명에 따른 상기 장치(30)는 또한, 탕조(32) 가압 및 가스 배출용 포트(40)를 포함한다.

더욱이, 상기 장치는 탕조(32)의 저부에 연결된 제2가스공급포트(42)를 포함한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 가스공급포트(42)는 상기 탕조(32)의 저부에 위치한 관통 플러그(44)에 연결되어 있다.

상기 플러그(44)는 탕조(32)로 가스를 수송할 수 있도록 설계되어 있으며, 그것을 통해 용융금속을 수송할 수 있도록 되어 있다.

더욱이, 아래 설명한 바와 같이, 플러그(44)의 목적은 용융금속을 통해 공급장치(미도시)로부터 가스를 기포 형태로 공급하도록 되어 있다.

그리고 나서, 공지된 바와 같이, 용융금속을 포밍처리하게 된다.

상기 관통 플러그(44)는 가스를 주입할 수 있는 그 밖의 다른 알려진 수단으로 대체될 수 있다.

예를 들어, 일구현예에서, 상기 플러그는 공지된 바와 같은 가스분사임펠러로 대신할 수 있다.

도 3은 주조공정의 제1단계에서, 도 2의 장치를 설명한다.

이러한 단계에서, 압입되는 가스는 포트(40)를 통하여 탕조(32)로 수송된다.

화살표 A방향은 탕조(32)로의 가스의 유동을 나타낸다.

탕조의 가압은 용융금속(34)이 관(39)을 통해 상승하여 캐비티(38)로 주입되도록 한다.

상기 가압은 다이 캐비티로 용융금속이 충전될때까지 계속된다.

이러한 방법으로 상기 다이 캐비티가 충전된 후, 가스는 화살표 B에 의해 나타내는 바와 같이, 가스공급포트(42)에 공급된다.

상기 가스는 관통 플러그(44)를 통해 수송되어 용융금속 내로 기포화된다.

포트(40)를 통해 탕조에 적용되는 압력 및/또는 자연적인 부력으로 인하여, 상기 기포(46)는 화살표 C에 의해 나타낸 바와 같이, 관(39)을 통해 상승하게 된다.

상기 다이 캐비티(38)에 도달할 경우, 기포는 그 안에 포함되는 용융금속을대신한다.

상기 가스공급포트(42)는 탕조(32)를 대신하여, 관(39)에 주입되는 기포(46)를 지속적으로 유지될 수 있도록 바람직하게 위치되어야 하는 것은 이러한 기술분야에서 당업자에 의해 당연한 것이다.

설명한 바와 같이, 상기 관(39)에 주입되는 기포(46)를 지속적으로 유지하기 위한 바람직한 수단은 가스공급포트(42)를 관(39)의 입구 아래에 직접 위치시키는 것이다.

다른 구현예에 있어서, 상기 관(39)의 입구끝은 깔때기 형태로 되어 있거나, 관(39)를 통한 기포(46)의 직접적인 상승을 유지하기 위한 다른 동일한 형태를 구비하게 된다.

바람직한 구현예에 있어서, 상기 용융금속이 다이의 내부에 충전될시 공급포트(42)를 통해 가스를 주입하기 전에 상기 용융금속을 냉각시키게 된다.

이러한 용융금속의 냉각은 다이 캐비티의 내벽면에 잔존한 용해물을 응고시키게 된다.

이러한 방법으로, 상기 금속폼이 다이 캐비티에 충전시 최종 생산품은 상대적으로 부드러운 외벽면을 갖게 된다.

이러한 구현예는 부드러운 외벽면이 있는 특징이 미적 또는 기계적인 이유를 통해 필수 불가결한 경우에 바람직하다.

도 4는 주조공정의 제2단계를 설명한다.

도시된 바와 같이, 상기 기포(46)는 금속폼과 같이 주입되어 다이캐비티(38)로 이동하게 된다.

그리고 나서, 상기 폼은 다이 캐비티 내에서 냉각하게 되어 응고된다.

이후, 상기 캐비티의 형태로 나타난다.

이런 점에서, 가스공급포트(42)를 통한 가스의 유동이 멈추게 되고, 게다가 기포의 발생도 멈추게 된다.

따라서, 추가적인 금속폼의 성형도 멈추게 된다.

또한, 상기 포트(40)는 화살표 D와 같이, 탕조(32) 내의 압력을 해제하기 위하여 개방된다.

그러한 압력평형상태를 유지함은 탕조(32) 내 용융금속의 높이를 하강시킬 수 있는 관(39)내 용융금속의 높이에 기인한다.

따라서, 통상 상기 관(39)은 비어있게 된다.

결과적으로, 상기 다이(36)는 개방되고 발포된 물품은 탈거된다.

이러한 공정에 의해 발포된 물품은 다이 캐비티(38)과 같은 3D형태를 갖게 될 것이다.

따라서, 원하는 물품은 각각의 다이와 다이 캐비티를 필요로 함은 말할 것도 없다.

본 발명의 목적은 그러한 형태로 채워질 금속폼을 갖는 다이 캐비티를 충전하는 것이다.

따라서, 온도, 압력 그리고 가스 유동비의 조건은 그러한 폼을 제조시키는 선택사항이다.

더욱이, 공지된 바와 같이, 상기 용융금속은 본 발명에 의해 제조된 폼을 안정시킨 다음, 그 용융금속이 파괴되지 않는 형태를 갖는 기포를 유지시키는 첨가제를 포함한다.

이러한 기술분야에서 당업자에 의해 이해될 수 있도록, 상기 다이 캐비티(38)로 용융금속(34)이 상승함은 탕조(32)내의 용융금속의 체적을 감소시킬 것이며, 그리고 나서, 용융금속의 높이의 저하를 감소시키게 된다.

그러한 높이 저하에 순응하기 위하여, 상기 관(39)은 그 하단이 충분히 용융금속(34)에 잠겨서 유지된다.

선택적으로, 상기 관(39)의 하단이 계속적으로 잠겨 유지될 수 있도록 상기 용융금속(34)의 체적은 최소값으로 유지되어야 한다.

또한, 본 발명에 따른 장치는 이러한 기술분야에서 당업자가 분명히 실시할 수 있도록 다양한 다른 변경을 포함한다.

예를 들어, 다양한 수단은 용융상태로 금속을 유지할 수 있는 온도로 탕조(32)를 유지할 수 있도록 한다.

상술한 바와 같이, 상기 탕조(32)는 용해로 내에 위치하게 된다.

선택적으로, 다른 구현예에서, 상기 탕조(32)는 내외부 열원을 제공받게 된다.

또한, 상기 장치는 그것의 온도를 감시하기 위해 용융금속으로 연장한 열전대를 포함한다.

다른 구현예에서, 상기 포트(40)는 원웨이 밸브를 포함하게 되고, 탕조를 가압시킬 목적으로 단독으로 이용된다.

그러한 경우, 포트는 그 포트 내의 압력이 평형상태를 유지하기 위하여 탕조 내의 가스를 배출할 목적으로 제공된다.

본 발명은 다양한 구현예와 관련하여 기술되어지며, 다양한 변경은 전술한 구현예의 기술적 사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서, 이러한 기술분야에서 당업자에 의해 명백할 것이다.

Claims (19)

1. a)용융금속을 함유한 탕조를 제공하는 단계와;

   b)다이가 상기 탕조의 상방에 위치한 상태에서, 상기 탕조와, 유체를 통해 연결되는 다이 캐비티가 구비된 다이를 제공하는 단계와;

   c)상기 다이 캐비티 내로 상기 용융금속의 충분한 유동이 일어날 수 있도록 상기 탕조로 압력을 가하는 단계와;

   d)상기 용융금속의 폼을 성형하기 위하여 그 용융금속을 통해 가스의 기포를 발생시키는 단계와;

   e)상기 폼을 상기 다이 캐비티에 주입시켜 충전시키는 단계와;

   f)상기 탕조에 압력을 해제하는 단계와;

   g)상기 다이 캐비티로부터 상기 발포물품을 탈거하는 단계;로 구성된 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 압력은 가스를 주입하기 전에 다이 캐비티에 용융금속을 충전시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 방법.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 다이 캐비티의 용융금속은 d)단계 이전에 부분적으로 냉각되는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 방법.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 e)단계에서, 상기 폼은 상기 다이 캐비티의 용융금속을 대신하는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 방법.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 e)단계에서, 상기 폼은 배관을 통해 상기 다이 캐비티로 우회하는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 방법.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 f)단계 이전에, 상기 다이 캐비티 내의 폼은 고체상태로 냉각되는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 방법.
7. 상기 용융금속을 함유한 탕조와;

   상기 용융상태에서 금속을 유지하는 탕조의 열원과;

   가압수단과;

   압력해제수단과;

   상기 용융금속으로 가스의 기포를 공급하는 수단과;

   상기 물품을 본래의 상태로 보완하는 다이 캐비티를 갖는 다이와;

   상기 다이 캐비티와 상기 탕조 간에 유체의 수송을 수립하기 위한 통로;로 구성된 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 장치.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 다이는 상기 탕조의 상방에 위치하는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 장치.
9. 청구항 7에 있어서, 상기 압력해제수단은 상기 탕조로 압력을 해제하기 위한 배출수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 장치.
10. 청구항 7에 있어서, 상기 가스공급수단은 압입 가스의 근원과 상기 탕조에서의 가스입구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 장치.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 가스입구부는 상기 가스의 수송을 허가하고, 상기 용융금속의 수송을 차단하는 관통플러그를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 장치.
12. 청구항 10에 있어서, 상기 가스입구부는 가스분사임펠러를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 장치.
13. 청구항 10에 있어서, 상기 가스입구부는 상기 다이 캐비티로 상기 폼을 우회시키기 위하여 통로의 입구부에 인접하게 제공되는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 장치.
14. 청구항 13에 있어서, 상기 통로는 상기 가스입구부의 상방에 위치한 제1단과, 상기 다이 캐비티로 개방된 반대편의 제2단을 갖는 통상의 수직관을 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 장치.
15. 청구항 14에 있어서, 상기 제1단은 상기 폼의 주입을 촉진시키기 위하여 깔때기 형태의 단을 구비하는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 장치.
16. 청구항 14에 있어서, 상기 통로의 제1단은 용융금속에 잠기는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 장치.
17. 청구항 7에 있어서, 상기 가압수단과 상기 압력해제수단은 용융금속의 수평면 위의 탕조 내의 공간으로 압입가스의 주입을 유지하고, 상기 가스의 배출을 유지하기 위하여 상기 탕조에 단일포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 장치.
18. 청구항 7에 있어서, 상기 다이를 냉각시키기 위한 냉각수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 장치.
19. 청구항 7에 있어서, 상기 탕조는 가압상태를 유지할 수 있도록 봉하는 것을 특징으로 하는 저압 알루미늄폼 주조 장치.