KR20040101834A - 저압 금형 주조 제어장치 - Google Patents

저압 금형 주조 제어장치 Download PDF

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KR20040101834A
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홍명구
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Abstract

본 발명은 저압 금형 주조 공정 중 발생될 수 있는 편차를 제어 시스템에서 능동적으로 대응하여, 공정 편차를 최소화하여 제품 품질 편차의 최소화 및 향상시킬 수 있는 저압 금형 주조 제어장치에 관한 것으로, 저압 금형 주조시 용탕 흐름 경로에서 용탕 위치 및 온도 확인이 필요한 위치에 각각 장착되어 용탕의 위치와 온도를 검출할 수 있도록 일체형으로 구성하는 위치/온도 검출센서와; 상기 각각의 위치/온도 검출센서로부터 입력되는 용탕의 위치 신호와 온도 신호를 각각 분석하여 검출된 용탕 위치 및 용탕 온도와 설정값들을 비교하고, 비교된 용탕 위치 및 용탕 온도의 차이값에 따른 가압 사이클의 시간 및 압력을 능동적으로 제어하여 편차 발생을 최소화하도록 전반적인 저압 금형 주조 제어동작을 수행하며, 용탕에 가해지는 공압의 압력을 제어하도록 해당되는 압력 제어신호를 발생하는 제어부와; 상기 제어부로부터 공급되는 압력 제어신호의 입력에 따라 구동되어 용탕에 가해지는 공압을 조절하는 공압 조절부를 포함하여 구성한다.

Description

저압 금형 주조 제어장치{LOW PRESSURE DIE CASTING CONTROL DEVICE}
본 발명은 저압 금형 주조 제어장치에 관한 것이다.
통상적으로, 알루미늄 재질의 엔진 실린더 헤드 및 실린더 블록 등 주물 소재를 주조하기 위해서 저압 금형 주조 공법(LPDC ; Low Pressure Die Casting Process)을 이용하고 있다.
저압 금형 주조 공법에서는 도 1에 도시된 바와 같이 하부에 알루미늄 용탕을 보관하는 밀폐된 주조로가 있고, 주조로 상부에 주조 금형이 배치되는 구조를 갖는다.
이러한 구성에서 밀폐된 하부 주조로에 공압을 가하면, 압력에 의해 주조로에 있던 용탕은 연결관을 통하여 상부 금형 내의 제품 형상 공간으로 이동되어 용탕의 충진이 이루어진다.
용탕의 충진이 완료된 후, 보다 높은 압력을 가하여, 용탕의 응고 중에 일어나는 수축, 기공 등의 불량을 방지하게 된다.
응고 완료후에는 공압을 해제하고, 금형을 개방하여 제품을 취출하므로써 주조품을 얻는다.
그런데, 종래의 저압 금형 주조 공법은 품질 제어 인자인 가압 사이클 (Cycle)의 시간(T) 및 압력(P)이 제어 시스템에 고정된 값으로 입력되어 있거나, 용탕의 위치만 검출하거나, 용탕의 온도가 아닌 금형의 온도를 간접적으로 검출하여 공정을 제어할 경우 실제 공정 제어에 필요한 위치, 온도, 압력의 실시간 능동 제어가 불가능하였다.
따라서, 용탕의 온도 변화 및 용탕면 높이의 변화 그리고, 금형 내부의 배압 발생 등을 고려하지 못하므로, 실제 용탕의 온도 및 높이는 시간의 설정된 위치에서 벗어나게 되어, 주조품의 충진 불량 및 수축 불량 등의 문제점이 발생되었다.
도 2는 각각의 시간 및 압력(공압)에서의 용탕 상승 높이를 도시한 것으로, 도 2를 참조하여 저압 금형 주조 공정시 주조 품질에 미치는 영향을 설명한다.
도 2에서 P1~P3의 실제 압력이 설정치 보다 낮으면, 충진 시간이 길어져 충진 중 용탕의 온도가 떨어져 충진 불량이 발생된다.
P4의 실제 압력이 낮으면 응고중 용탕의 수축 발생을 제어하지 못하여, 수축 불량이 발생된다.
P1~P3의 실제 압력이 설정치 보다 높으면, 충진 시간이 짧아져 충진 중 용탕의 와류 발생으로 가스 불량이 발생된다.
P4의 실제 압력이 설정치 보다 높으면, 응고중 과대한 압력이 금형에 작용하여 소착, 금형 용손 등이 발생된다.
시간(T1, T2, T3, T4, T5)의 경우도 위와 동일한 문제점을 유발할 수 있다.
보압 해제 시간(T5)이 빠르면 금형 하부의 용탕 온도가 높아 용탕이 주조로 하부로 하강되어 제품부 불량이 발생되며, 보압 해제시간(T5)이 늦으면 제품 하부 용탕이 응고되어 제품이 취출되지 않아 문제가 된다.
본 발명의 목적은 저압 금형 주조 공정 중 발생될 수 있는 편차를 제어 시스템에서 능동적으로 대응하여, 공정 편차를 최소화하여 제품 품질 편차의 최소화 및 향상시킬 수 있는 저압 금형 주조 제어장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 저압 금형 주조 장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 각각의 시간 및 압력(공압)에서의 용탕 상승 높이를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저압 금형 주조 제어장치의 구성을 도시한 도면.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 위치/온도 검출센서의 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 위치/온도 검출센서의 위치, 온도 동시 검출 원리를 도시한 도면.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 저압 금형 주조 제어장치에 있어서, 저압 금형 주조시 용탕 흐름 경로에서 용탕 위치 및 온도 확인이 필요한 위치에 각각 장착되어 용탕의 위치와 온도를 검출할 수 있도록 일체형으로 구성하는 위치/온도 검출센서와; 상기 각각의 위치/온도 검출센서로부터 입력되는 용탕의위치 신호와 온도 신호를 각각 분석하여 검출된 용탕 위치 및 용탕 온도와 설정값들을 비교하고, 비교된 용탕 위치 및 용탕 온도의 차이값에 따른 가압 사이클의 시간 및 압력을 능동적으로 제어하여 편차 발생을 최소화하도록 전반적인 저압 금형 주조 제어동작을 수행하며, 용탕에 가해지는 공압의 압력을 제어하도록 해당되는 압력 제어신호를 발생하는 제어부와; 상기 제어부로부터 공급되는 압력 제어신호의 입력에 따라 구동되어 용탕에 가해지는 공압을 조절하는 공압 조절부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 저압 금형 주조 제어장치의 구성을 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저압 금형 주조 제어장치의 구성을 도시한 것으로, 위치/온도 검출센서(310~316)의 장착 위치 및 제어부(320)의 제어흐름을 개략적으로 도시한 것이며, 도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 위치/온도 검출센서(310~316)의 상세 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예는 저압 금형 주조 제어장치에 있어서, 위치/온도검출센서(310~316), 제어부(320), 공압 조절부를 포함하여 구성한다.
위치/온도 검출센서(310~316)는 저압 금형 주조시 용탕 흐름 경로에서 용탕 위치 및 온도 확인이 필요한 위치에 각각 장착되어 용탕의 위치와 온도를 검출할 수 있도록 일체형으로 구성한다.
위치/온도 검출센서(310~316)의 장착위치는 도 3에 도시된 바와 같이 용탕 위치 및 온도 확인이 필요한 주조로(a), 연결관 상부(b), 제품 하면(c), 제품 상면(d) 등에 장착한다.
위치/온도 검출센서(310~316)는 체결부(302), 열전대(304), 절연부(306), 열전대 피복(307), 보호관(308)을 포함하여 구성한다.
체결부(302)는 용탕 흐름 경로의 해당 위치에 형성되는 암나사에 고정 결합되도록 외주면에 수나사가 형성된다.
열전대(304)는 체결부(302) 내에 장착되어 용탕 접촉시 접촉된 용탕의 온도를 검출하며, 제어부(320)와의 연결선을 통해 검출된 용탕의 온도에 해당되는 신호를 제어부(320)로 공급하는 기능을 한다.
절연부(306)는 절연 파우더(Powder)로 구성되어 열전대(304)를 감싸도록 열전대(304)와 결합되어 열전대(304)의 주변부와 전기적인 흐름을 차단하는 기능을 한다.
열전대 피복(307)은 절연부(306)를 보호하며 제어부(320)로부터 공급되는 전원(5V)을 통해 전기 회로를 형성한다.
보호관(308)은 열전대 피복(307)과 절연층(309)(절연 세라믹 또는 절연 파우더)을 사이에 두고 접지 전원을 형성하는 위치/온도 검출센서(310~316)의 접지용 피복이며, 열전대 피복(307) 및 용탕을 통해 전기적인 회로를 구성하여 용탕의 위치를 검출하는 기능을 한다.
제어부(320)는 각각의 위치/온도 검출센서(310~316)로부터 입력되는 용탕의 위치 신호와 온도 신호를 각각 분석하여 검출된 용탕 위치 및 용탕 온도와 설정값들을 비교하고, 비교된 용탕 위치 및 용탕 온도의 차이값에 따른 가압 사이클의 시간 및 압력을 능동적으로 제어하여 편차 발생을 최소화하도록 전반적인 저압 금형 주조 제어동작을 수행하며, 용탕에 가해지는 공압의 압력을 제어하도록 해당되는 압력 제어신호를 발생하는 일종의 마이크로 프로세서로 구성한다.
공압 조절부(330)는 제어부(320)로부터 공급되는 압력 제어신호의 입력에 따라 구동되어 용탕에 가해지는 공압을 조절하는 기능을 한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 저압 금형 주조 제어장치는 각각의 위치/온도 검출센서(310~316)와 제어부(320) 사이에 전기적으로 회로 연결되어 용탕의 위치 및 온도 검출상태에 따라 점등 및 소등되어 용탕의 위치 및 온도 검출상태를 표시하는 각각의 지시등을 더 포함하여 구성한다.
여기서, 지시등은 발광 다이오드(LED)를 사용한다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예는 용탕 상승 위치 및 온도를 실시간 측정 및 능동 제어를 통하여 저압 금형 주조 공정 중 발생될 수 있는 압력 손실 등을 제거하여 양호한 주조품을 얻기 위한 것이다.
이를 위해 용탕 위치 및 온도 확인이 필요한 주조로, 연결관 상부, 제품 하면, 제품 상면 등에 용탕의 위치와 온도를 동시에 검출할 수 있는 위치/온도 검출센서(310~316)를 장착하고, 저압 금형 주조 공정 중 제어부(320)에서는 각각의 위치/온도 검출센서(310~316)로부터 입력되는 위치 신호와 온도 신호를 각각 분석하여 용탕 위치 및 용탕 온도에 따른 가압 사이클의 시간 및 압력을 능동적으로 제어하여 편차 발생을 최소화할 수 있다.
저압 금형 주조 공정 중 발생될 수 있는 편차를 제어부(320)에서 능동적으로 대응하여, 공정 편차를 최소화하므로써 제품 품질 편차의 최소화 및 향상이 가능하다.
또한, 초기 각 제품에 맞는 공압 사이클 작업 표준 및 온도 설정시 각 조건에서의 용탕 충진 상태(용탕 위치 및 용탕 온도) 확인이 가능하여, 정확한 작업 조건의 설정 관리가 용이하다.
예를 들어, 불필요한 시간 설정을 방지하여 저압 금형 주조 공정 소요시간을 단축할 수 있으며, 위치 센서와 온도 센서를 일원화하여 부품을 절감할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 위치/온도 검출센서(310~316)의 위치, 온도 동시 검출 원리를 도시한 도면이다.
먼저, 용탕의 온도 및 위치 검출이 필요한 각 부(ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ)에 위치/온도 검출센서를 설치하고, 공압이 주조로에 작용하면 용탕이 연결관을 통하여 금형 내부 공간으로 충진되는 것을 가정한다.
상기와 같은 가정하에 용탕이 각각의 위치/온도 검출센서에 접촉되면 해당되는 위치/온도 검출센서 내부의 열전대에서 온도 감지를 하고, 용탕은 전류를 운반하는 도통재의 역할을 하여, 열전대 피복 ⇒ 용탕 ⇒ 보호관(위치/온도 검출센서의 접지용 피복)으로 전류가 흘러 용탕과 접촉된 위치/온도 검출센서(ⓐ, ⓑ, ⓒ)는 순차적으로 용탕의 위치 및 온도 검출이 된다.
그러나 아직 용탕이 닿지 않은 위치/온도 검출센서 ⓓ와 연결된 지시등(LED) ⓓ는 소등된 상태를 유지하며, 온도 감지도 안 된다.
이러한 원리로 본 발명의 실시예는 용탕의 위치 및 온도를 동시에 검출하여 금형 내부의 용탕 충진 높이 및 온도를 실시간으로 확인할 수 있고, 이를 이용하여 제어 시스템에서 능동적으로 제어가 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 저압 금형 주조 제어장치는 초기 각 제품에 맞는 공압 사이클 작업 표준 및 온도 설정시 각 조건에서의 용탕 충진 상태(온도, 위치) 확인이 가능하여, 정확한 작업 조건의 설정 관리가 용이하다.
또한, 저압 금형 주조 공정 중 발생될 수 있는 편차를 제어 시스템에서 능동적으로 대응하여, 공정 편차를 최소화함으로써 제품 품질 편차의 최소화 및 향상이 가능하다.
또한, 불필요한 시간 설정을 방지하여 저압 금형 주조 공정 소요시간을 단축할 수 있으며, 위치 센서와 온도 센서를 일원화하여 부품을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 저압 금형 주조 제어장치에 있어서,
    저압 금형 주조시 용탕 흐름 경로에서 용탕 위치 및 온도 확인이 필요한 위치에 각각 장착되어 용탕의 위치와 온도를 검출할 수 있도록 일체형으로 구성하는 위치/온도 검출센서와;
    상기 각각의 위치/온도 검출센서로부터 입력되는 용탕의 위치 신호와 온도 신호를 각각 분석하여 검출된 용탕 위치 및 용탕 온도와 설정값들을 비교하고, 비교된 용탕 위치 및 용탕 온도의 차이값에 따른 가압 사이클의 시간 및 압력을 능동적으로 제어하여 편차 발생을 최소화하도록 전반적인 저압 금형 주조 제어동작을 수행하며, 용탕에 가해지는 공압의 압력을 제어하도록 해당되는 압력 제어신호를 발생하는 제어부와;
    상기 제어부로부터 공급되는 압력 제어신호의 입력에 따라 구동되어 용탕에 가해지는 공압을 조절하는 공압 조절부를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 저압 금형 주조 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 위치/온도 검출센서는
    상기 용탕 흐름 경로의 해당위치에 고정 결합되는 체결부와;
    상기 체결부 내에 장착되어 용탕 접촉시 접촉된 용탕의 온도를 검출하는 열전대와;
    상기 열전대를 감싸도록 상기 열전대와 결합되어 상기 열전대의 주변부와 전기적인 흐름을 차단하는 절연부와;
    상기 절연부를 보호하며 상기 제어부로부터 공급되는 전원을 통해 전기 회로를 형성하는 열전대 피복과;
    상기 열전대 피복과 절연층을 사이에 두고 접지 전원을 형성하여 상기 열전대 피복 및 용탕을 통해 전기적인 회로를 구성하여 용탕의 위치를 검출하는 보호관을 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 저압 금형 주조 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 각각의 위치/온도 검출센서와 제어부 사이에 전기적으로 회로 연결되어 용탕의 위치 및 온도 검출상태에 따라 점등 및 소등되어 용탕의 위치 및 온도 검출상태를 표시하는 각각의 지시등을 더 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 저압 금형 주조 제어장치.
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