KR20090106922A

KR20090106922A - 저압 주조용 냉각 시스템

Info

Publication number: KR20090106922A
Application number: KR1020080032326A
Authority: KR
Inventors: 곽태환
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2009-10-12
Also published as: US8002015B2; US20090250186A1; CN101554655B; CN101554655A

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 저압 주조용 냉각 시스템은, 스파크 플러그 코어부와 상형 다이를 포함하는 상부 몰드, 연소실 금형부와 하형 다이를 포함하는 하부 몰드, 및 사이드 몰드들로 구성되는 실린더 헤드 주조용 저압 주조기에서 상기 상부 몰드, 하부 몰드 및 사이드 몰드들을 실질적으로 냉각시키기 위한 것으로서, ⅰ)상기 스파크 플러그 코어부, 상기 상형 다이, 상기 연소실 금형부, 및 상기 하형 다이와 급수라인을 통해 각각 연결되는 냉각수 공급유닛과, ⅱ)상기 사이드 몰드들, 및 상기 연소실 금형부와 급기라인을 통해 각각 연결되는 냉각공기 공급유닛과, ⅲ)상기 스파크 플러그 코어부, 상기 상형 다이, 상기 연소실 금형부, 및 상기 하형 다이와 진공 흡입라인을 통해 각각 연결되는 진공 흡입유닛을 포함한다.

저압, 주조, 수냉, 공랭, 진공, 흡입

Description

저압 주조용 냉각 시스템 {COOLING SYSTEM FOR LOW PRESSURE CASTING}

본 발명의 예시적인 실시예는 저압 주조기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 실린더 헤드의 저압 주조시 금형을 냉각시킬 수 있는 저압 주조용 냉각 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 저압 주조기는 밀폐된 노(爐) 내의 용탕 표면으로 압축 공기 혹은 불활성 가스의 압력을 가하여 금형 내부로 용탕을 주입함으로써 실린더 헤드와 같은 주조품을 성형하기 위한 것이다.

이러한 저압 주조기에 있어, 금형은 크게 상부 몰드, 하부 몰드, 및 사이드 몰드들로서 나뉘어지는데, 상부 몰드에는 스파크 플러그 코어핀이 장착되고, 하부 몰드에는 용탕 주입을 위한 탕구 및 실린더 헤드의 연소실 부위에 대응하는 연소실 금형부가 형성된다.

따라서 저압 주조기는 이들 몰드가 코어를 중심에 두고 서로 셋팅된 상태에서, 탕구를 통해 코어의 삽입 공간으로 용탕을 주입하게 된다.

그리고 코어의 삽입 공간으로 충진된 용탕은 냉각 성형 과정을 거치면서 실린더 헤드와 같은 주조품을 성형하게 된다.

한편, 상기에서와 같은 저압 주조기에 있어, 용탕의 냉각 효율은 제품의 생산성과 가장 밀접한 관계가 있는 중요한 인자로 작용하게 된다.

이에 따라 종래 기술에서는 상부 몰드의 스파크 플러그 코어핀과, 하부 몰드의 탕구 부근으로 냉각 공기를 공급하여 용탕을 냉각시키고 있다.

그런데, 종래 기술에서는 스파크 플러그 코어핀과 탕구 부근을 국부적으로 냉각함에 따라 연소실 금형부의 냉각이 원활하게 이루어지지 않으므로, 실린더 헤드의 연소실 부위에 대한 조직의 치밀함을 나타내는 지표인 DAS(Dendrite Arm Spacing) 값이 상승하게 된다.

이러한 DAS 값의 크기는 용탕의 초기 냉각 속도가 빠를수록 작게 나타나며, 그 DAS 값의 상승은 연신율, 피로 강도 등 연소실 부위에 대한 기계적인 성질 및 더 나아가서는 전체 실린더 헤드의 품질을 저하시키는 결과를 초래한다.

또한, 종래 기술에서는 주조품 내부의 수축을 방지하기 위하여 상기와 같은 국부적인 냉각 방식으로 지향성 응고를 유도하게 되는 바, 이로 인해 용탕의 냉각 사이클 타임이 대체적으로 많이 소요된다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 종래 기술에서는 주조 작업의 사이클 타임이 길어짐으로 전체적인 생산성의 둔화를 초래하게 된다.

특히, DAS 값의 크기가 용탕의 초기 냉각 속도가 빠를수록 작게 나타난다는 점을 감안한다면, 종래 기술에서는 용탕의 냉각 사이클 타임이 길어짐에 따라 DAS 값이 상승하게 되어 앞서 설명한 바와 같은 문제점을 야기시킨다.

본 발명의 예시적인 실시예는 상부 몰드, 하부 몰드 및 사이드 몰드들의 전 금형을 수냉 및 공랭식으로 냉각시킴으로써 용탕의 빠른 지향성 응고를 확보할 수 있으며, 실린더 헤드의 연소실 부위에 대한 DAS 값을 낮출 수 있도록 하는 저압 주조용 냉각 시스템을 제공한다.

상기 저압 주조용 냉각 시스템에 있어서, 상기 냉각공기 공급유닛은 상기 스파크 플러그 코어부, 상기 상형 다이, 및 상기 하형 다이와 별도의 급기라인을 통해 연결될 수 있다.

상기 저압 주조용 냉각 시스템에 있어서, 상기 진공 흡입유닛은 상기 각 진공 흡입라인과 연결되어 상기 스파크 플러그 코어부, 상기 상형 다이, 상기 연소실 금형부, 및 상기 하형 다이에서 기화된 수증기와 냉각수를 포집하는 진공 탱크와, 상기 진공 탱크와 제1 연결라인을 통해 연결되어 상기 진공 탱크에 진공압을 조성하는 진공 모터를 포함할 수 있다.

상기 저압 주조용 냉각 시스템에 있어서, 상기 진공 흡입유닛은 상기 제1 연결라인 상에 설치되어 상기 진공 탱크에서 상기 진공 모터로 배출되는 상기 수증기를 응축시키는 응축기를 더욱 포함할 수 있다.

상기 저압 주조용 냉각 시스템에 있어서, 상기 진공 흡입유닛은 상기 진공 모터와 제2 연결라인을 통해 연결되어 상기 진공 모터로부터 토출되는 상기 수증기와 액체를 각각 분리하는 기액 분리기를 더욱 포함할 수 있다.

상기 저압 주조용 냉각 시스템에 있어서, 상기 냉각수 공급유닛은 상기 냉각수를 저장하는 냉각수 탱크와, 상기 냉각수 탱크와 연결되어 상기 냉각수를 상기 각 급수라인으로 압송하는 냉각수 펌프를 포함할 수 있다.

상기 저압 주조용 냉각 시스템에 있어서, 상기 냉각공기 공급유닛은 공기를 압축하고, 그 공기를 상기 각 급기라인으로 압송하는 공기 압축기를 포함할 수 있다.

상기 저압 주조용 냉각 시스템은, 상기 급수라인, 급기라인 및 진공 흡입라인 상에 차단밸브가 설치될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 상부 몰드의 스파크 플러그 코어부 및 하부 몰드의 탕구 부근을 냉각 공기로서 국부적으로 냉각하는 종래 기술과 달리, 상부 몰드, 하부 몰드 및 사이드 몰드들의 전 금형을 수냉 및 공랭식으로 냉각함에 따라 용탕의 빠른 지향성 응고를 확보할 수 있게 된다.

따라서 본 실시예에서는 냉각 사이클 타임을 대폭적으로 단축시킬 수 있게 되며, 주조 작업의 전체 사이클 타임을 종래 기술에서의 600sec 보다 상대적으로 빠른 400sec로 단축시킬 수 있고, 이로 인해 전체적인 생산성을 크게 증대시킬 수 있으며, 생산 원가를 절감할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는 빠른 지향성 응고를 확보함에 따라, 실린더 헤드의 연소실 부위에 대한 DAS 값을 낮출 수 있으므로, 실린더 헤드의 기계적 성질 및 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 전 금형의 냉각 부위에서 열에 의해 기화된 수증기와 냉각수를 진공 흡입유닛을 통해 진공압으로서 흡입함에 따라, 금형 리크를 통해 발생할 수 있는 누수의 위험성을 배제할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 금형 리크를 통해 누수되는 냉각수로 인해 발생할 수 있는 주조 제품의 산화 및 공동 현상을 방지할 수 있으며, 수증기의 발생으로 인한 냉각수의 통수 지연, 막힘 및 난류를 미연에 방지할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 저압 주조용 냉각 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 저압 주조용 냉각 시스템(100)은 저압 주조기(200)를 이용한 실린더 헤드의 주조시, 실린더 헤드의 제품 성형부에 대응하는 저압 주조기(200)의 금형들을 실질적으로 냉각시키기 위한 것이다.

여기서, 저압 주조기(200)는 기본적으로 상부 몰드(110)와, 하부 몰드(130)와, 사이드 몰드들(150)을 포함하여 구성된다.

즉, 저압 주조기(200)는 이들 몰드(110, 130, 150)가 실린더 헤드의 내부를 성형하기 위한 코어(미도시)를 중심에 두고 상하측 및 사이드 측에서 서로 셋팅되며, 탕구(160)를 통해 코어의 삽입 공간으로 용탕을 주입할 수 있는 구조로 이루어진다.

이 경우 상부 몰드(110)는 상형 베이스(111) 상에 지지되는 상형 다이(113)와, 그 상형 다이(113)에 구성되는 스파크 플러그 코어부(115)를 구비하고 있다.

하부 몰드(130)는 하형 베이스(131) 상에 지지되는 하형 다이(133)와, 그 하형 다이(133)에 구성되는 실린더 헤드의 연소실 금형부(135: 이하에서는 편의상 "연소실 금형부" 라고 한다)를 구비하고 있다.

그리고 사이드 몰드들(150)은 상형 다이(113)와 하형 다이(133) 사이에서 이 들의 사이드(전후, 좌우) 측에 각각 구성된다.

상기에서와 같은 저압 주조기(200)에 적용되는 본 발명의 예시적인 실시예에 의한 저압 주조용 냉각 시스템(100)은 저압 주조기(200)의 각 몰드(110, 130, 150)를 수냉 및 공랭 방식으로서 냉각시키고, 각 몰드(110, 130, 150)에서 기화된 수증기와 냉각수를 신속히 배출시킬 수 있는 구조로서 이루어진다.

이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 저압 주조용 냉각 시스템(100)은 크게 냉각수 공급유닛(10)과, 냉각공기 공급유닛(30)과, 진공 흡입유닛(50)을 포함하여 구성된다.

본 실시예에서, 냉각수 공급유닛(10)은 비교적 저온의 냉각수를 저압 주조기(200)의 소정 냉각 부위로 공급하기 위한 것이다.

즉, 냉각수 공급유닛(10)은 상부 몰드(110)의 상형 다이(113) 및 스파크 플러그 코어부(115)와, 하부 몰드(130)의 하형 다이(133) 및 연소실 금형부(135)의 냉각 공간으로 냉각수를 공급한다.

이러한 냉각수 공급유닛(10)은 냉각수를 일정 용량 저장하는 냉각수 탱크(11)와, 냉각수 탱크(11)와 연결되게 설치되는 냉각수 펌프(13)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 냉각수 펌프(13)는 냉각수 탱크(11)에 저장된 냉각수를 소정의 펌핑 압력으로서 배출시키고, 그 냉각수를 언급한 바 있는 냉각 공간들로 압송시킬 수 있는 공지 기술의 액체 펌프로 구성된다.

이 경우 상기 냉각수 펌프(13)는 각각 다른 계통으로 상형 다이(113), 스파 크 플러그 코어부(115), 하형 다이(133), 및 연소실 금형부(135)의 냉각 공간과 상호 연결된다.

구체적으로, 냉각수 펌프(13)는 제1 급수라인(21)을 통해 상형 다이(113)의 냉각 공간과 연결되며, 제2 급수라인(22)을 통해 스파크 플러그 코어부(115)의 냉각 공간과 연결되고, 제3 급수라인(23)을 통해 하형 다이(133)의 냉각 공간과 연결되며, 제4 급수라인(24)을 통해 연소실 금형부(135)의 냉각 공간과 상호 연결된다.

그리고 각각의 급수라인(21, 22, 23, 24) 상에는 이들 급수라인(21, 22, 23, 24)의 유로를 선택적으로 개폐시키기 위한 제1 차단 밸브(25)를 구비하고 있다.

여기서, 상기 각 제1 차단 밸브(25)는 제어기(미도시)로부터 입력되는 전기적인 신호에 따라 온-오프 제어되는 공지 기술의 솔레노이드 밸브로서 이루어지는 것이 바람직하다.

본 실시예에서, 냉각공기 공급유닛(30)은 비교적 저온의 냉각 공기를 저압 주조기(200)의 소정 냉각 부위로 공급하기 위한 것이다.

즉, 냉각공기 공급유닛(30)은 사이드 몰드들(150), 및 하부 몰드(130)의 연소실 금형부(135)의 냉각 공간으로 냉각 공기를 공급한다.

이러한 냉각공기 공급유닛(30)은 공기를 압축하고, 그 압축 공기를 선택적으로 배출하는 공기 압축기(31)를 포함하는 바, 이 공기 압축기(31)는 공기를 흡입하여 압축 및 저장할 수 있는 공지 기술의 공기 압축기로서 구비된다.

상기 공기 압축기(31)는 각각 다른 계통으로 사이드 몰드들(150), 및 연소실 금형부(135)의 냉각 공간과 상호 연결된다.

즉, 공기 압축기(31)는 제1 급기라인(41)을 통해 사이드 몰드들(150)의 냉각 공간과 상호 연결되며, 제2 급기라인(42)을 통해 연소실 금형부(135)의 냉각 공간과 상호 연결된다.

제2 급기라인(42)은 냉각수 공급유닛(10)에 의해 제4 급수라인(24)을 통하여 공급되는 냉각수와 함께 냉각 공기를 연소실 금형부(135)로 공급할 수 있도록 제4 급수라인(24)과 상호 연결된다.

이에 더하여, 상기에서와 같은 냉각공기 공급유닛(30)은 각각 다른 계통으로 상형 다이(113), 스파크 플러그 코어부(115), 및 하형 다이(133)의 냉각 공간과 상호 연결된다.

이는 냉각수 공급유닛(10)을 통해 상형 다이(113), 스파크 플러그 코어부(115), 및 하형 다이(133)의 냉각 공간으로 냉각수를 공급하여 이들 냉각 부위를 냉각시키는 과정에서, 상기 냉각 공간들에 남아 있는 잔여 수분을 냉각 공기로서 퍼지시키기 위함이다.

즉, 공기 압축기(31)는 제3 급기라인(43)을 통해 상형 다이(113)의 냉각 공간과 연결되며, 제4 급기라인(44)을 통해 스파크 플러그 코어부(115)의 냉각 공간과 연결되고, 제5 급기라인(45)을 통해 하형 다이(133)의 냉각 공간과 상호 연결된다.

여기서, 제3 급기라인(43)은 제1 급수라인(21)과 상호 연결되며, 제4 급기라인(44)은 제2 급수라인(22)과 상호 연결되며, 제5 급기라인(45)은 제3 급수라인(23)과 상호 연결된다.

그리고 언급한 바 있는 상기 각 급기라인(41, 42, 43, 44, 45) 상에는 이들 급기라인(41, 42, 43, 44, 45)의 유로를 선택적으로 개폐시키기 위한 제2 차단 밸브(46)를 구비하고 있다.

상기 각 차단 밸브(46)는 제어기(미도시)로부터 입력되는 전기적인 신호에 따라 온-오프 제어되는 공지 기술의 솔레노이드 밸브로서 이루어진다.

본 실시예에서, 상기 진공 흡입유닛(50)은 상형 다이(113), 스파크 플러그 코어부(115), 하형 다이(133), 및 연소실 금형부(135)의 냉각 공간에서 기화된 수증기와 냉각수를 흡입하기 위한 것이다.

즉, 진공 흡입유닛(50)은 상형 다이(113), 스파크 플러그 코어부(115), 하형 다이(133), 및 연소실 금형부(135)의 냉각 공간에서 열에 의해 상 변화된 냉각수의 수증기를 진공 압력으로서 흡입한다.

진공 흡입유닛(50)은 상기한 냉각 공간들에서 기화된 수증기와 냉각수를 진공 압력으로서 포집하는 진공 탱크(51)와, 그 진공 탱크(51)의 내부에 진공압을 조성하는 진공 모터(53)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 진공 탱크(51)는 진공 모터(53)에 의해 형성된 진공압으로서 상기 냉각 공간들에서 기화된 수증기와 냉각수를 흡입하여 포집할 수 있는 일정 용량의 탱크로서 구비된다.

그리고 진공 모터(53)는 파이프 라인 형태의 제1 연결라인(61)을 통해 진공 탱크(51)와 연결되게 설치되는 바, 진공 탱크(51)의 내부에 진공압을 형성할 수 있는 공지 기술의 진공 모터로서 이루어진다.

이 경우 상기 진공 탱크(51)는 각각 다른 계통으로 상형 다이(113), 스파크 플러그 코어부(115), 하형 다이(133), 및 연소실 금형부(135)의 냉각 공간과 상호 연결된다.

구체적으로, 진공 탱크(51)는 제1 진공 흡입라인(71)을 통해 상형 다이(113)의 냉각 공간과 연결되며, 제2 진공 흡입라인(72)을 통해 스파크 플러그 코어부(115)의 냉각 공간과 연결되고, 제3 진공 흡입라인(73)을 통해 하형 다이(133)의 냉각 공간과 연결되며, 제4 진공 흡입라인(74)을 통해 연소실 금형부(135)의 냉각 공간과 연결된다.

그리고 상기 각 진공 흡입라인(71, 72, 73, 74) 상에는 이들 진공 흡입라인(71, 72, 73, 74)의 유로를 선택적으로 개폐시키기 위한 제3 차단 밸브(75)를 구비하고 있다.

여기서, 상기 각 제3 차단 밸브(75)는 제어기(미도시)로부터 입력되는 전기적인 신호에 따라 온-오프 제어되는 공지 기술의 솔레노이드 밸브로서 이루어지는 것이 바람직하다.

이에 더하여, 본 실시예에 의한 진공 흡입유닛(50)은 응축기(81)와, 기액 분리기(91)를 더욱 포함하고 있다.

본 실시예에서, 응축기(81)는 진공 탱크(51)에서 진공 모터(53)로 냉각수와 함께 배출되는 수증기를 액체로 응축시키기 위한 것이다.

즉, 상기 응축기(81)는 진공 탱크(51)를 통과한 수증기의 응축화를 도모하여 진공 모터(53)의 부하를 감소시키기 위한 것이다.

이 응축기(81)는 진공 탱크(51)와 진공 모터(53)를 연결하는 상기 제1 연결라인(61)에 설치된다.

상기 응축기(81)는 소정의 케이스(83) 내부에 수증기를 유동시키기 위한 코일 형태의 유로(85), 및 이 유로(85)에 대하여 냉각 공기를 송풍하는 송풍 팬(87)을 구비하여 이루어진다.

이러한 응축기(81)는 송풍 팬(87)의 가동에 의해 공기를 유로(85)로 송풍시킴으로 그 유로(85)를 따라 유동되는 수증기를 액체로 응축시킬 수 있는 공지 기술의 열교환기로서 구비된다.

상기에서, 기액 분리기(91)는 진공 모터(53)로부터 배출되는 수증기와 액체를 각각 분리하여 배출하기 위한 것이다.

이 기액 분리기(91)는 파이프 라인 형태의 제2 연결라인(62)을 통해 진공 모터(53)와 연결되게 설치되는 바, 이러한 기액 분리기(91)는 액체는 투과하지 않고, 기체만 선택적으로 투과시키는 기체 분리막을 지닌 공지 기술의 기액 분리기로서 구비된다.

도면에서 미설명된 도면 참조부호 65는 제1 연결라인(61) 상에 설치되어 그 연결라인의 유로를 선택적으로 개폐시키기 위한 제4 차단 밸브를 나타낸다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 저압 주조용 냉각 시스템(100)의 작동을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

우선, 저압 주조기(200)를 통한 실린더 헤드의 저압 주조시, 초기 단계에서는 코어(미도시)를 중심에 두고 상부 몰드(110), 하부 몰드(130), 사이드 몰드 들(150)을 서로 셋팅한 상태에서 탕구(160)를 통해 코어의 삽입 공간으로 용탕을 주입하는 과정을 거치게 된다.

이러는 과정에서, 도 2a에서와 같이 제1 급기라인(41) 측의 제2 차단 밸브(46)는 제어기(미도시)로부터 전기적인 신호를 제공받아 상기 제1 급기라인(41)을 개방시킨다.

그러면, 냉각공기 공급유닛(30)은 냉각 공기를 제1 급기라인(41)을 통해 사이드 몰드들(150)의 냉각 공간으로 공급한다.

따라서 사이드 몰드들(150)은 이의 냉각 공간으로 냉각 공기가 공급됨으로 그 냉각 공기에 의해 일정한 온도로서 냉각된다.

다음, 도 2b에서와 같이 제1 급수라인(21) 및 제2 급수라인(22) 측의 제1 차단 밸브(25)는 제어기로부터 전기적인 신호를 제공받아 상기 제1 급수라인(21) 및 제2 급수라인(22)을 개방시킨다.

이에, 냉각수 공급유닛(10)은 냉각수를 제1 급수라인(21)을 통해 상형 다이(113)의 냉각 공간으로 공급하고, 제2 급수라인(22)을 통해 냉각수를 스파크 플러그 코어부(115)의 냉각 공간으로 공급한다.

이어서, 제2 급기라인(42) 측의 제2 차단 밸브(46)는 제어기로부터 전기적인 신호를 제공받아 상기 제2 급기라인(42)을 개방시킨다.

그러면, 냉각공기 공급유닛(30)은 냉각 공기를 제2 급기라인(42)을 통해 연소실 금형부(135)의 냉각 공간으로 공급한다.

다음, 제3 급수라인(23) 및 제4 급수라인(24) 측의 제1 차단 밸브(25)는 제 어기로부터 전기적인 신호를 제공받아 상기 제3 급수라인(23) 및 제4 급수라인(24)을 개방시킨다.

이에, 냉각수 공급유닛(10)은 냉각수를 제3 급수라인(23)을 통해 하형 다이(133)의 냉각 공간으로 공급하고, 제4 급수라인(24)을 통해 냉각수를 연소실 금형부(135)의 냉각 공간으로 공급한다.

여기서, 냉각 공기가 제2 급기라인(42)을 통해 연소실 금형부(135)의 냉각 공간으로 공급되고, 냉각수가 제4 급수라인(24)을 연소실 금형부(135)의 냉각 공간으로 공급됨에 따라, 상기 냉각수는 냉각 공기에 의해 분무 형태로서 연소실 금형부(135)의 냉각 공간으로 공급된다.

이러는 과정에서, 제3 차단 밸브(75)는 제어기로부터 전기적인 신호를 제공받아 제1~4 진공 흡입라인(71, 72, 73, 74)을 개방시킨 상태에 있으며, 제4 차단 밸브(65)는 제어기로부터 전기적인 신호를 제공받아 제1 연결라인(61)을 개방시킨 상태에 있다.

그리고, 진공 모터(53)는 제어기로부터 전기적인 신호를 제공받아 구동되고 있는 상태에 있으며, 이에 따라 진공 탱크(51)의 내부에는 대략 1.5kgf 진공압을 유지하고 있는 상태에 있다.

따라서 상부 몰드(110)의 상형 다이(113)와 스파크 플러그 코어부(115)는 상기에서와 같이 이들의 냉각 공간으로 냉각수가 공급됨으로 그 냉각수에 의해 일정한 온도로서 냉각된다.

그리고 하부 몰드(130)의 연소실 금형부(135)는 이의 냉각 공간으로 냉각 공 기가 공급되고, 냉각수가 냉각 공기에 의해 분무 형태로서 상기 냉각 공간으로 공급됨에 따라 그 분무 형태의 냉각수에 의해 일정한 온도로서 냉각된다.

이 경우 연소실 금형부(135)의 냉각 공간으로 냉각수가 그대로 공급되지 않고 냉각 공기에 의해 분무 형태로서 공급됨에 따라, 그 연소실 금형부(135)에 대응하는 용탕의 경계면에서는 급격한 열 충격이 발생되지 않게 된다.

또한, 하부 몰드(130)의 하형 다이(133)는 이의 냉각 공간으로 냉각수가 공급됨에 따라 그 냉각수에 의해 일정한 온도로서 냉각된다.

이로써 본 실시예에서는, 상부 몰드(110)의 스파크 플러그 코어부(115) 및 하부 몰드(130)의 탕구(160) 부근을 냉각 공기로서 국부적으로 냉각하는 종래 기술과 달리, 상부 몰드(110), 하부 몰드(130) 및 사이드 몰드들(150)의 전 금형을 수냉 및 공랭식으로 냉각함에 따라 용탕의 빠른 지향성 응고를 확보할 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는 빠른 지향성 응고를 확보함에 따라, 실린더 헤드의 연소실 부위에 대한 조직의 치밀함을 나타내는 지표인 DAS(Dendrite Arm Spacing) 값을 낮출 수 있게 된다.

이와 같은 DAS값의 감소는 실린더 헤드 연소실 부위의 결정립을 미세하게 하고, 조직을 치밀하게 하는 등 실린더 헤드의 기계적 성질 및 품질을 향상시킬 수 있는 결과를 가져온다.

부연 설명하면, 본 실시예에서와 같이 상부 몰드(110), 하부 몰드(130) 및 사이드 몰드들(150)의 전 금형을 수냉 및 공랭식으로 냉각하여 실린더 헤드를 주조한 경우, 도 3a에서와 같이 실린더 헤드 연소실 부위의 DAS 값은 40㎛ 이하를 나타낸다.

그러나, 종래 기술에서와 같이 상부 몰드(110)의 스파크 플러그 코어부(115) 및 하부 몰드(130)의 탕구(160) 부근을 냉각 공기로서 국부적으로 냉각하여 실린더 헤드를 주조한 경우, 도 3b에서와 같이 실린더 헤드 연소실 부위의 DAS 값은 50~60㎛을 나타낸다.

이러한 DAS 값의 크기는 용탕의 초기 냉각 속도가 빠를수록 작게 나타나므로, 본 실시예에서는 상부 몰드(110), 하부 몰드(130) 및 사이드 몰드들(150)의 전 금형을 수냉 및 공랭식으로 냉각함에 따라 용탕의 초기 냉각 속도가 종래 기술 보다 상대적으로 빠르게 진행되고 있음을 알 수 있다.

한편, 상기에서와 같은 과정에서, 상형 다이(113), 스파크 플러그 코어부(115), 하형 다이(133), 및 연소실 금형부(135)의 냉각 공간에서 열에 의해 기화된 수증기와 냉각수는 진공 모터(53)의 구동으로서 제1~4 진공 흡입라인(71, 72, 73, 74)을 통해 진공 탱크(51)의 내부로 흡입된다.

이 후, 수증기와 냉각수는 제1 연결라인(61)을 통해 진공 모터(53)로 공급되는데, 이 과정에서 상기 수증기는 응축기(81)를 통해 물로 응축된다.

그리고 진공 모터(53)로부터 배출되는 수증기와 액체는 제2 연결라인(62)을 통해 기액 분리기(91)를 거치면서 각각 분리된 상태로 배출된다.

따라서 본 실시예에서는 전 금형의 냉각 부위에서 열에 의해 기화된 수증기와 냉각수를 진공 흡입유닛(50)을 통해 진공압으로서 흡입함에 따라, 금형 리크를 통해 발생할 수 있는 누수의 위험성을 배제할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 금형 리크를 통해 누수되는 냉각수로 인해 발생할 수 있는 주조 제품의 산화 및 공동 현상(캐비테이션)을 방지할 수 있으며, 수증기의 발생으로 인한 냉각수의 통수 지연, 막힘 및 난류를 미연에 방지할 수 있게 된다.

이로써 본 실시예에서는 용탕의 냉각 사이클 타임을 대폭적으로 단축시킬 수 있게 되며, 전체 금형의 냉각 효율을 더욱 증대시킬 수 있게 된다.

다른 한편으로, 상기에서와 같은 일련의 과정을 거친 후 도 2c에서와 같이 제1 급수라인(21) 및 제2 급수라인(22) 측의 제1 차단 밸브(25)는 제어기로부터 전기적인 신호를 제공받아 상기 제1 급수라인(21) 및 제2 급수라인(22)을 폐쇄시킨다.

그리고 제3 급수라인(23) 및 제4 급수라인(24) 측의 제1 차단 밸브(25)는 제어기로부터 전기적인 신호를 제공받아 상기 제3 급수라인(23) 및 제4 급수라인(24)을 폐쇄시킨다.

또한, 제1 급기라인(41) 측의 제2 차단 밸브(46)는 제어기(미도시)로부터 전기적인 신호를 제공받아 상기 제1 급기라인(41)을 폐쇄시킨다.

이와 같은 상태에서, 제3 급기라인(43), 제4 급기라인(44) 및 제5 급기라인(45) 측의 제2 차단 밸브(46)는 제어기로부터 전기적인 신호를 제공받아 상기 제 3 급기라인(43), 제4 급기라인(44) 및 제5 급기라인(45)을 개방시킨다.

그러면, 냉각공기 공급유닛(30)은 냉각 공기를 제3 급기라인(43)을 통해 상형 다이(113)의 냉각 공간으로 공급하고, 제4 급기라인(44)을 통해 냉각 공기를 스파크 플러그 코어부(115)로 공급하며, 제5 급기라인(45)을 통해 냉각 공기를 하형 다이(133)의 냉각 공간으로 공급한다.

따라서, 상기한 냉각 공간들에 남아 있는 잔여 수분은 냉각 공기에 의해서 외부로 배출된다.

마지막으로, 이러한 과정을 거친 후 제2 급기라인(42), 제3 급기라인(43), 제4 급기라인(44) 및 제5 급기라인(45)은 제2 차단 밸브(46)를 통해 그 유로가 폐쇄되면서 본 실시예에 의한 저압 주조 작업의 냉각 과정은 종료된다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 저압 주조용 냉각 시스템의 작동을 설명하기 위한 블록도이다.

도 3a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 저압 주조용 냉각 시스템을 적용하여 성형된 실린더 헤드의 DAS 해석 결과를 도시한 도면이다.

도 3b는 종래 기술을 적용하여 성형된 실린더 헤드의 DAS 해석 결과를 도시한 도면이다.

Claims

스파크 플러그 코어부와 상형 다이를 포함하는 상부 몰드, 연소실 금형부와 하형 다이를 포함하는 하부 몰드, 및 사이드 몰드들로 구성되는 실린더 헤드 주조용 저압 주조기에서 상기 상부 몰드, 하부 몰드 및 사이드 몰드들을 실질적으로 냉각시키기 위하여,

상기 스파크 플러그 코어부, 상기 상형 다이, 상기 연소실 금형부, 및 상기 하형 다이와 급수라인을 통해 각각 연결되는 냉각수 공급유닛;

상기 사이드 몰드들, 및 상기 연소실 금형부와 급기라인을 통해 각각 연결되는 냉각공기 공급유닛; 및

상기 스파크 플러그 코어부, 상기 상형 다이, 상기 연소실 금형부, 및 상기 하형 다이와 진공 흡입라인을 통해 각각 연결되는 진공 흡입유닛

을 포함하는 저압 주조용 냉각 시스템.
제1 항에 있어서,

상기 냉각공기 공급유닛은 상기 스파크 플러그 코어부, 상기 상형 다이, 및 상기 하형 다이와 별도의 급기라인을 통해 연결되는 저압 주조용 냉각 시스템.
제1 항에 있어서,

상기 진공 흡입유닛은,

상기 각 진공 흡입라인과 연결되어 상기 스파크 플러그 코어부, 상기 상형 다이, 상기 연소실 금형부, 및 상기 하형 다이에서 기화된 수증기와 냉각수를 포집하는 진공 탱크와,

상기 진공 탱크와 제1 연결라인을 통해 연결되어 상기 진공 탱크에 진공압을 조성하는 진공 모터

를 포함하는 저압 주조용 냉각 시스템.
제3 항에 있어서,

상기 진공 흡입유닛은,

상기 제1 연결라인 상에 설치되어 상기 진공 탱크에서 상기 진공 모터로 배출되는 상기 수증기를 응축시키는 응축기를 더욱 포함하는 저압 주조용 냉각 시스템.
제4 항에 있어서,

상기 진공 흡입유닛은,

상기 진공 모터와 제2 연결라인을 통해 연결되어 상기 진공 모터로부터 토출되는 상기 수증기와 액체를 각각 분리하는 기액 분리기를 더욱 포함하는 저압 주조용 냉각 시스템.
제1 항에 있어서,

상기 냉각수 공급유닛은,

상기 냉각수를 저장하는 냉각수 탱크와, 상기 냉각수 탱크와 연결되어 상기 냉각수를 상기 각 급수라인으로 압송하는 냉각수 펌프를 포함하여 이루어지는 저압 주조용 냉각 시스템.
제1 항에 있어서,

상기 냉각공기 공급유닛은,

공기를 압축하고, 그 공기를 상기 각 급기라인으로 압송하는 공기 압축기를 포함하는 저압 주조용 냉각 시스템.
제1 항에 있어서,

상기 급수라인, 급기라인 및 진공 흡입라인 상에 차단밸브가 설치되는 저압 주조용 냉각 시스템.