KR20050093719A - 반고체 단조법 - Google Patents

Abstract

반고체 단조법에 관하여 개시한다. 본 발명의 방법은, 용탕을 빌렛 주형에 주입하는 단계와; 빌렛 주형에 주입된 용탕의 냉각으로 형성된 액상과 고상이 공존하는 상태의 빌렛을 단조 금형에 위치시키고 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 주조물이 반고체상태로 유지되므로 수축현상이 방지되고 가공여유를 조금만 주어도 되므로 종래 주조 공정의 문제점이 해결되고, 600∼700℃의 빌렛을 이용하여 단조하므로 단조 금형의 수명이 길어지며 냉각장치가 필요없게 되어 종래의 용탕 단조법의 문제점이 해결되고, 단조 공정의 단순화로 생산성이 향상되어 생산원가를 낮출 수 있다.

Description

반고체 단조법{Semi-solid forging method}

본 발명은 반고체 단조법에 관한 것으로서, 특히 반고체 상태로 주조하여 연속 단조하는 반고체 단조법에 관한 것이다.

변형저항이 큰 고체상태의 금속을 용해해서 변형저항이 적은 액체상태, 즉 용탕으로 만들고 그 용탕을 주형에 주입하여 응고시켜서 목적하는 모양을 만들어내는 주조(鑄造)공정은 원하는 거의 모든 형태의 것을 만들 수 있으며, 주조품의 무게에 제한을 받지 않고, 거의 모든 합금을 주조 할 수 있으며, 대량 생산할 수 있는 등의 장점이 있다.

도 1은 주물의 응고과정에서의 수축현상으로 인한 결함을 나타낸 사진 및 개략도이다.

주조의 경우에 상술한 장점들에도 불구하고 주조후 용탕의 응고과정에서 발생하는 수축현상으로 인한 크랙(crack)(도 1 참조), 기포 및 핀홀(pinhole) 등의 존재로 인한 악영향으로 주물을 사용할 수 없게 되는 경우도 종종 발생된다. 그리고 주조시에 가공여유를 많이 두어야 하기 때문에 생산 수율이 저하되어 원가가 상승하는 문제점이 있다.

단조(鍛造)는 금속에 압력을 가해 형상을 성형하는 방식으로, 조직이 치밀하며 강도가 높은 장점이 있지만 빌렛(Billet)의 주조공정, 주조된 빌렛의 절단공정, 절단된 빌렛의 가열공정과 같은 준비 공정 때문에 생산 원가가 상승하게 되고, 부적당한 가열온도로 인한 결함, 절단공정에서의 크랙(crack) 발생, 크기의 제한 등 많은 문제점이 있다.

한편, 예열된 금형에 용융금속을 주입하고 압력을 가해서 제품을 만드는 용탕 단조법은 기계적 성질이 우수하며 near net shape로 대량생산 할 수 있는 장점이 있어 경제적일 뿐만 아니라 종래의 다이케스팅 장치를 보완하여 사용할 수 있으므로 실용적인 측면에서도 가장 효율적인 제조방법으로 주목받고 있다. 하지만, 용탕단조의 경우에는 1,000∼1,200℃의 용탕을 금형에 주입한 후 압착하는 관계로 금형에 별도의 냉각장치를 설치해야 하므로 금형 비용이 증가하고 용탕이 응고된 후 가압하게 되므로 용탕 응고시간의 소요로 인하여 시간당 생산성이 저하되는 등의 단점이 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 주조, 단조 및 용탕 단조의 문제점을 해결할 수 있는 반고체 단조법을 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반고체 단조법은: 용탕을 빌렛 주형에 주입하는 단계와; 상기 빌렛 주형에 주입된 용탕의 냉각으로 형성된 액상과 고상이 공존하는 상태의 빌렛을 단조 금형에 위치시키고 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 용탕은 깔대기를 이용하여 상기 빌렛 주형에 주입되는 것이 바람직하다.

본 발명은 반고체 상태의 빌렛을 주조한 후 그 반고체 상태의 빌렛을 단조하는 것을 특징으로 하는 데, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반고체 단조법을 설명하기 위한 공정도이고, 도 3은 도 2에 따른 반고체 단조법을 설명하기 위한 개략도이며, 도 4는 주조시에 사용되는 깔대기 출구측의 일례를 나타낸 개략도이다.

도 2를 참조하면, 먼저 빌렛 형태의 주물을 만들기 위하여 용탕을 200∼300℃로 유지되는 빌렛 주형에 주입한다. 주입되는 용탕의 온도는 재질에 따라 상이하고 주조시의 재질에 따른 통상적인 온도로 주입하면 될 것이지만, 일반적으로 950∼1,200℃ 정도이면 적당하다. 이 때, 용탕은 깔대기를 이용하여 빌렛 주형에 주입된다. 이것은, 용탕이 주조 금형에 주입될 때 요동치는 것을 방지하며 용탕의 낙하 속도를 어느 정도 일정하게 유지함으로써 용탕과 주조 금형의 접촉면에서의 거품(FOAM) 발생을 억제하여 그 거품이 빌렛 표면에 달라붙어 발생되는 결함을 방지하기 위함이다. 용탕의 안정적인 주입을 위하여 깔대기의 출구측에는 도 4와 같이 적어도 하나의 구멍이 형성된 판(板)이 설치되는 데, 그 판에 형성된 구멍의 크기 및 개수는 용탕의 중량에 따라 달라지게된다. 예를 들어, 용탕이 50kg 이상이면 큰 구멍 하나만이 형성된 판을 깔대기에 설치하여도 좋다.

다음에, 액상(液狀)과 고상(固狀)이 공존하는 상태인 도 3의 (a)와 같은 반고체 빌렛이 되도록 빌렛 주형에 주입된 용탕을 자연 냉각시킨다. 액상과 고상이 공존하게 되는 상태의 빌렛 온도는 600∼700℃이면 적당하다. 이와 같이, 주조물이 액상과 고상이 공존하는 반고체상태로 유지하므로 수축현상을 방지하여 치밀한 금속조직을 형성할 수 있고 주조물의 표면상태가 양호하여 가공여유를 조금만 주어도 되므로 재료비 절감 및 가공시간 단축에 따른 원가절감을 이룰 수 있다.

그 다음에, 액상과 고상이 공존하는 상태의 빌렛을 도 3의 (b)와 같이 200∼300℃로 유지되는 단조 금형의 하부에 위치시키고, 도 3의 (c)와 같이 단조 금형을 상부에서 하부로 이동시켜 가압함으로써 제품을 생산한다. 이와 같이, 600~700℃ 정도로 유지되는 빌렛을 이용하여 단조하므로 단조 금형의 수명이 길어지며 별도의 냉각장치가 필요 없으므로 금형 비용이 절감된다. 그리고 빌렛의 절단공정이나 가열 공정이 필요 없으므로 공정의 단순화로 생산성이 향상되어 생산원가를 낮출 수 있다. 또한, 단조 금형을 상부에서 하부로 이동시키면서 가압하면 가압후에 금형을 상부로 들어내기만 해도 생산품이 금형에서 자동으로 이탈되므로 연속 생산이 용이해진다.

본 발명에 따른 반고체 단조법은 재질에 따른 영향을 받지 않고 사용되어 질 수 있다. 예를 들어, 황동, 청동, 알루미늄, 인청동, 실리콘 청동, 알루미늄 청동, 동(Cu) 주물 등을 이용하는 단조에 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 주조물이 반고체상태로 유지되므로 수축현상이 방지되고 가공여유를 조금만 주어도 되므로 종래 주조 공정의 문제점이 해결되고, 600∼700℃의 빌렛을 이용하여 단조하므로 단조 금형의 수명이 길어지며 냉각장치가 필요없게 되어 종래의 용탕 단조법의 문제점이 해결되고, 단조 공정의 단순화로 생산성이 향상되어 생산원가를 낮출 수 있다.

나아가, 깔대기를 이용하여 용탕을 주입함으로써 용탕이 주조 금형에 주입될 때 요동치는 것을 방지되며 용탕과 주조 금형의 접촉면에서의 거품 발생을 억제하여 그 거품으로 인한 결함이 방지된다.

본 발명은 상기 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.

도 1은 주물의 응고과정에서의 수축현상으로 인한 결함을 나타낸 사진 및 개략도;

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반고체 단조법을 설명하기 위한 공정도;

도 3은 도 2에 따른 반고체 단조법을 설명하기 위한 개략도; 및

도 4는 주조시에 사용되는 깔대기 출구측의 일례를 나타낸 개략도이다.

Claims (5)

1. 용탕을 빌렛 주형에 주입하는 단계와;

   상기 빌렛 주형에 주입된 용탕의 냉각으로 형성된 액상과 고상이 공존하는 상태의 빌렛을 단조 금형에 위치시키고 가압하는 단계를 포함하는 반고체 단조법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 빌렛 주형 및 상기 단조 금형은 200∼300℃로 유지되는 것을 특징으로 하는 반고체 단조법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 단조 금형에 위치되는 단계에서의 빌렛의 온도는 600∼700℃인 것을 특징으로 하는 반고체 단조법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 용탕은 깔대기를 이용하여 상기 빌렛 주형에 주입되는 것을 특징으로 하는 반고체 단조법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 깔대기의 출구측에는 적어도 하나의 구멍이 형성된 판(板)이 설치되는 것을 특징으로 하는 반고체 단조법.