KR20070085619A - 주조 공정과 주조품 - Google Patents

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안토니 도드워스
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벤틀리 모토즈 리미티드
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Abstract

자동차 부품을 생산하는 주조 공정에 있어서, 두 주형부 중 암 주형부(1)에 스테인레스 스틸, 주석, 니켈-주석, 구리 또는 아연과 같은 금속이 분무된다. 열 팽창 보상층(3)은 분무된 주형 표면에 놓여지고 거기에 수지 주입 섬유성 물질의 층이 적용된다. 이런 어셈블리는 경화되고나서 암 주형부로부터 제거되거나 또는 주형으로부터 제거되고나서 경화된다. 복합 부품의 금속층(2)은 연마, 코팅, 도장 또는 이들의 조합과 같은 표면처리가 행해질 수 있다. 주형부의 영역을 금속으로 분무시키지 않음으로써 '창'이 생성될 수 있다. 이런 방식에 의하여 빛, 안테나 또는 근접 센서를 위한 패널이 일체로 형성될 수 있다.

Description

주조 공정과 주조품{A MOULDING PROCESS AND PRODUCT}
본 발명은 주조 공정과 그 공정에 의한 주조품에 관한 것이다.
주조 공정은 전적인 것은 아니지만 특히 자동차 부품의 제조에 사용된다. 합성 플라스틱(synthetic plastic) 물질로부터 자동차 부품을 주조하는 것은 이미 잘 알려져 있으나, 그렇게 주조된 부품들은 어떤 단점들이 존재할 수 있다. 복합 도장 주조 부품(moulded composite painted part)들은 비록 즉시는 아닐지라도 종국적으로는 도장면 아래에 있는 주조된 부품의 구조가 도장면을 통하여 드러나는 프린트 스루(print through)현상을 겪게된다. 또한 나쁜 내충격성(impact resistance)을 갖게 될 수 있다. 이런 단점들은 주조된 부품이 범퍼(bumper)로 사용되는 경우에 특히 중요하다. 일반적으로 금속 부품에서나 얻을 수 있는 높은 정도의 표면 마감(surface finish)을 주조된 부품이 갖는 것은 불가능 하지는 않지만 매우 어렵다.
본 발명의 목적은 상기의 단점들을 극복하거나 완하시키는 것이다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 주형(mould) 내부에 금속을 분무(spray)하는 단계, 분무된 주형 표면에 열 팽창 보상층(thermal expansion compensation layer)를 두는 단계, 열 팽창 보상층 위에 수지 주입 섬유성 물질(resin impregnated fibrous material)로 이루어진 층을 적용하는 단계 및 이런 어셈블리(assembly)를 경화시키는 단계를 포함하는 주조된 부품을 생산하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 외부 금속층, 금속층에 인접하고 경화된 물질로 이루어진 열 팽창 보상층 및 열 팽창 보상층 물질에 인접하고 경화된 수지 주입 섬유성 물질로 이루어진 층을 포함하는 주조된 부품이 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 금속층에 사용되는 금속은 어떠한 것도 사용될 수 있으나 스테인레스 스틸(stainless steel), 알루미늄(aluminum), 구리(copper), 아연(zinc), 주석(tin) 또는 니켈-주석(nickel-tin)인 것이 바람직하다. 열 팽창 보상층은 매우 낮은 열전도도(thermal conductivity)를 갖는 합성 플라스틱 물질일 수 있다.
섬유성 물질은 탄소섬유가 될 수 있고 주입된 수지(resin impregnated)는 에폭시(epoxy) 또는 아크릴(acrylic)이 될 수 있다. 이런 물질은 층(layer)로서 적용되거나 분무되는 방법에 의하여 적용될 수 있다. 원하는 만큼의 많은 물질층들이 사용될 수 있다.
금속층은 바람직하게는 주형부(mould part)에 0.2mm와 1.5mm사이의 두께로 분무된다. 바람직한 일반적인 두께는 0.4mm이다.
금속이 분무되는 주형부는 주조에 사용되는 두 주형부 중에서 암 주형부(female mould part)인 것이 바람직하다. 주형은 2이상의 주형부를 가질 수 있다. 주조공정에 의하여 생성되는 복합 부품(composite part)을 주형에서 제거한 이후에 금속층은 연마(polished) 또는 도장(painted)될 수 있으며, 도금(plated) 또는 코팅(coated) 또는 다른 표면처리(surface treatment)가 가해질 수 있다. 더 나아가, 상이한 표면처리를 조합하여 행할 수 있다. 복합 부품은 주형안에서 경화되거나 또는 경화되기 이전에 주형에서 제거될 수 있다. 주형부의 하나 또는 그 이상의 영역에는 분무하지 않아서 투명(transparent)하거나 반투명(translucent)한 복합 부품안의 '창(windows)'을 남겨둘 수 있다. 열 팽창 보상층은 투명하거나 반투명한 물질이 될 수 있다. 이런 분무되지 않은 영역에 인접한 섬유성 층의 그 부분은 유사하게 투명하거나 반투명하게 만들어 질 수 있다. 이런 방법으로 빛, 안테나(aerial) 또는 근접 센서(proximity sensor)를 위한 패널(panel) 이나 전기부품 또는 전자부품들이 주조된 부품 안에 일체로 형성될 수 있다. 주형에서 주조된 부품을 제거하는 것을 돕기위하여 하나 또는 각각의 주형부에 양압력(positive pressure)이 공급되는 다수의 애퍼쳐(aperture) 또는 홀(hole)들이 제공될 수 있다.
본 발명은 다음의 도면을 참조하여 실시예를 기술함으로써 명확하게 이해될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 주조된 부품의 생산에 있어서의 연속적인 단계를 보여주고,
도 4는 도 1에서 도3의 방법에 따라서 생산되어진 주조된 부품을 개략적인 단면 사시도로 보여준다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따르는 주조된 부품을 생산하는 3단계가 각각 나타나 있다. 도 1에서 암 주형부(1)에 금속(2)이 유리하게는 0.2mm와 1.5mm사이의 두께로 분무되어진다. 바람직한 두께는 0.4mm이다.
분무되는 금속으로 적합한 것은 니켈-주석, 스테인레스 스틸, 주석, 구리, 아연, 또는 알루미늄이다. 그러나 다른 금속들도 동등하게 사용될 수 있다. 금속을 분무하는 공정 자체는 전통적이다. 분무될 금속의 한 쌍의 전극봉(electrode)에 상당한 전위차가 가해지고 그 사이에서 증발된 금속(vapourised metal)은 고압의 가스(예컨데 70 p.s.i.)의 흐름에 의하여 주형으로 날려가 주형 표면을 분무된 금속으로 코팅한다. 어떤 경우에 있어서는 조합된 금속 분무가 필요하거나 바람직할 수 있다. 예컨데, 크롬 마감(chrome finish)을 위하여 구리나 황동(brass)이 처음에 분무되고 이후에 니켈로 코팅이 된 이후에 크롬으로 도금된다. 다른 방법으로 주조된 부품은 분무된 금속이 스테인레스 스틸인 곳에서 직접 플래쉬 크롬처리(flash chromed)될 수 있다.
도 2를 참조하면, 열 팽창 보상층 물질의 층(3)이 분무된 금속층에 적용된다. 열 팽창 보상층 물질로서 폴리카보네이트(polycarbonate)와 같이 열전도가 없는 합성 플라스틱 물질(synthetic plastics material)이 적합하다.
유리하게는 열 팽창 보상층(3)의 두께는 0.05mm와 0.2mm사이이고 바람직하게는 0.1mm이다.
도 3을 참조하면, 수지가 주입된 탄소섬유의 층(4)이 일예로써 열 팽창 보상 층(3)위에 놓여진다. 열 팽창 계수가 매우 낮은 탄소섬유의 사용으로 플라스틱 주조물(plastic mouldings)을 금속 기판(metal substrates)에 붙일 때 발생하는 통상적인 문제를 피하거나 감소시킨다. 암, 수 주형부(male and female parts of the mould)가 모아져서 주형부를 형성하고 층 3, 4가 경화되도록 한다. 경화된 이후에 주형부가 제거된다. 다른 방법으로 주조된 부품이 주형으로부터 제거된 이후에 경화될 수도 있다. 이런 방식에 의하여 주조된 완성품의 단면이 도 4에 보여진다. 여기에서 동일한 층은 도 1에서 도 3의 참조부호와 동일한 부호를 갖는다.
분무된 금속층은 주조된 부품의 외부 표면이 된다. 이 표면에 연마(polishing), 도장(painting), 도금(plating) 또는 코팅(coating)과 같은 추가적인 표면처리가 행해질 수 있다. 따라서 앞서서 설명된 주조 공정은 특히 자동차 부품의 생산에 적합하다. 금속층은 전자 부품을 위한 EMC 쉴드(electromagnetic compatibility shield)로 사용될 수 있다. 양식화된(stylized) 금속 마감 조립체(metal finish assemblies)는 가구나 건축 클래딩(construction cladding)으로 사용될 수 있다. 높은 품질의 표면 마감(surface finish)과 높은 내충격성을 갖는 매우 강한 물질로 된 경량의 부품이 생산될 수 있다. 내충격성은 상응되는 부품이 구부러질 수 있게 한다. 이런 공정은 빛 / 열 반사기(light / heat reflector), 베젤(bezels), 레이더 접시(radar dish) 또는 금속 성형 기술(metal forming technique)에 의하여 생성되는 부품과 같이 많은 부품에 적용될 수 있다. 그런 부품에는 PTFE 또는 전형적으로 자이론(zylon)의 외부 표면을 갖는 고온 나이론(high temperature nylon)이 제공될 수 있다. 자이론은 고온의 환경 조건에 견딜 수 있고 높은 응력변형(strain)의 기계적인 성능을 갖는 나일론 하이브리드(nylon hybrid)의 상품명이다. 각각의 경우에 중간에 있는 매우 낮은 열 팽창 계수를 갖는 열 팽창 보상층(3)은 탄소 섬유/수지층(4)을 금속층에 대하여 움직일 수 있게 함으로써 이런 층들의 물질 사이의 상이한 열 팽창 계수에 의하여 야기되는 응력을 완하시킨다. 주형으로부터 복합 주조물을 제거하는 것을 돕기 위하여, 다수의 구멍들이 암 주형부에 형성될 수 있다. 이 구멍들에 양 압력(positive pressure)이 적용되어 주조된 부품을 주형 표면으로부터 밀어내어 주형으로부터 제거되는 것을 용이하게 한다. 비록 진공과 반대되는 압력이 구멍에 적용되지만, 이런 주형 구조는 진공 형성 기술(vacuum forming technique)에 사용되는 것과 유사하다.
이런 주조 공정은 특정 기능을 갖는 일체화된 패널(integral panel)을 갖는 부품을 만들 수 있게 한다. 이는 특히 자동차 부품에 유리하다. 예컨대, 투명하거나 반투명한 광 패널(panel of lights)이 범퍼(bumper)에 형성될 수 있다. 이는 그 패널에 인접한 주형으로부터 금속 분무를 생략하고 투명하거나 반투명한 물질로 된 열 팽창 보상층과 탄소 섬유층을 형성하거나 또는 투명하거나 반투명한 물질로 된 패널과 인접한 이런 층들의 단면을 가짐으로써 형성된다.
유사하게 패널 후방에 근접 주차 센서(proximity parking sensor)나 안테나가 앞, 뒤 범퍼 안에 수용되는 패널을 생산할 수 있다. 이는 복사 감지(radiation sensing)와 간섭되지 않도록 탄소를 생략하는 것에 의하여 생산된다. 반대로 분무된 금속층이 적용되고 접지되어 EMC 쉴드를 형성할 수 있다.
앞선 공정은 자동차 본체 부품들을 상응하는 알루미늄 부품보다 60%까지 적 은 무게로 정확하게 만들며 또한 높은 내충격성을 갖게 만든다. 매우 높은 품질의 표면 마감이 생성될 수 있고 다른 구성요소들이 하나의 주형안에 결합될 수 있다. 따라서 예컨데, 하나의 주형은 연마되고 도장처리될 영역 또는 다른 표면처리를 할 영역을 가질 수 있다. 이런 공정은 보통의 압축성형(extrusion), 프레싱(pressing) 또는 다른 전통적인 성형 기술에 의하여 제한되지 않는다. 따라서 예컨데, 둥근 코너(radiused corner)와는 반대되는 날카로운 코너(sharp corner)를 제공할 수 있다.
앞선 실시예는 하나의 예로서 기술된 것이고 본 발명의 범위내에서 다양한 변형이 가능함을 인식하여야 할 것이다.

Claims (34)

  1. 주형의 내부에 금속을 분무하는 단계;
    분무된 주형 표면에 열 팽창 보상층을 두는 단계;
    상기 보상층 위에 수지 주입 섬유성 물질층을 적용하는 단계; 및
    이런 어셈블리(assembly)를 경화시키는 단계;를 포함하는 주조된 부품을 생산하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주형의 내부는 스테인레스 스틸, 알루미늄, 구리, 아연, 주석 및 니켈-주석 중의 하나 또는 그 이상의 금속으로 분무되는 주조된 부품을 생산하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열 팽창 보상층은 낮은 열전도도를 갖는 합성 플라스틱 물질인 주조된 부품을 생산하는 방법.
  4. 제1, 2 또는 3항에 있어서, 상기 섬유성 물질은 에폭시(expoxy) 또는 아크릴(acrylic)이 주입되는 주조된 부품을 생산하는 방법.
  5. 앞선 어떠한 청구항에 있어서, 상기 섬유성 물질은 탄소 섬유인 주조된 부품을 생산하는 방법.
  6. 앞선 어떠한 청구항에 있어서, 상기 금속층은 0.2mm와 1.5mm 사이의 두께로 주형부에 분무되는 주조된 부품을 생산하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 금속층이 0.4mm의 두께로 주형부에 분무되는 주조된 부품을 생산하는 방법.
  8. 앞선 어떠한 청구항에 있어서, 다편(multipart)의 주형 중 암 주형부에 금속이 분무되는 주조된 부품을 생산하는 방법.
  9. 앞선 어떠한 청구항에 있어서, 상기 주형에서 제거된 이후에 상기 금속층에 표면처리를 하는 주조된 부품을 생산하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 표면처리는 연마를 포함하거나 연마로 이루어진 주조된 부품을 생산하는 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 표면처리는 도장을 포함하거나 도장으로 이루어진 주조된 부품을 생산하는 방법.
  12. 제9, 10항 또는 11항에 있어서, 상기 표면처리는 코팅을 포함하거나 코팅으 로 이루어진 주조된 부품을 생산하는 방법.
  13. 앞선 어떠한 청구항에 있어서, 상기 어셈블리는 상기 주형 안에서 경화되는 주조된 부품을 생산하는 방법.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 경화되기 이전에 상기 어셈블리가 상기 주형에서 제거되는 주조된 부품을 생산하는 방법.
  15. 앞선 어떠한 청구항에 있어서, 상기 주형부의 하나 또는 그 이상의 영역에는 분무되지 않아서 복합 부품안에 창(window)을 남겨두는 주조된 부품을 생산하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 창은 투명하거나 반투명한 주조된 부품을 생산하는 방법.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 분무되지 않은 영역에 인접한 섬유층의 부분은 투명하거나 반투명한 주조된 부품을 생산하는 방법.
  18. 앞선 어떠한 청구항에 있어서, 상기 열 팽창 보상층은 투명하거나 반투명한 물질인 주조된 부품을 생산하는 방법.
  19. 외부 금속층;
    상기 금속층에 인접한 경화된 물질로 이루어진 열 팽창 보상층; 및
    열 팽창 보상층 물질에 인접한 경화된 수지 주입 섬유성 물질의 층;을 포함하는 주조된 부품.
  20. 제19항에 있어서, 상기 금속층의 금속은 스테인레스 스틸, 알루미늄, 구리, 아연, 주석 및 니켈-주석 중의 하나 또는 그 이상인 주조된 부품.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 열 팽창 보상층은 낮은 열전도도를 갖는 합성 플라스틱 물질인 주조된 부품.
  22. 제19, 20 또는 21항에 있어서, 상기 섬유성 물질은 에폭시 또는 아크릴이 주입되는 주조된 부품.
  23. 제19항에서 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유성 물질은 탄소섬유인 주조된 부품.
  24. 제19항에서 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층은 0.2mm과 1.5mm 사이의 두께로 주형부에 분무되는 주조된 부품.
  25. 제24항에 있어서, 상기 금속층은 0.4mm의 두께로 주형부에 분무되는 주조된 부품.
  26. 제20항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층이 연마되는 주조된 부품.
  27. 제20항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층이 도장되는 주조된 부품.
  28. 제20항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층이 코팅되는 주조된 부품.
  29. 제20항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속이 분무되지 않는 주형의 영역을 남겨두어 창이 생성되도록 하는 주조된 부품.
  30. 제29항에 있어서, 상기 창은 투명하거나 반투명한 주조된 부품.
  31. 제20항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 팽창 보상층은 투명하거나 반투명한 물질인 주조된 부품.
  32. 제29항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분무되지 않은 영역에 인접한 상기 섬유성 층의 부분은 투명하거나 반투명한 주조된 부품.
  33. 첨부된 도면에 관하여 앞서서 설명한 것과 실질적으로 같은 주조된 부품을 생산하는 방법.
  34. 첨부된 도면에 관하여 앞서서 설명한 것과 실질적으로 같은 주조된 부품.
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