KR20100086687A - 다이캐스팅 전극 터미널 성형 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이캐스팅 전극 터미널 성형 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 전극 터미널의 전극봉 용접시 단자 그을음 발생을 방지하고, 단자 용접시 튐 등 외관불량의 요인을 방지하며 원재료인 납 다이캐스팅 작업중 발생하는 기포를 제거하여 조직의 치밀도를 향상시키고, 성형장치의 유휴 인터벌 동작에 따르는 사출물의 스프루런너(SPRUE RUNNER) 발생을 방지하기 위해 런너와 게이트 내의 잔류된 용융금속(熔融金屬)을 기계노즐로 회수되도록 유도하여 런너나 게이트 내에 잔류 용융금속의 고형화를 억제하고, 노즐 막힘 방지 및 반복작업의 생산성과 효율성을 최적화하는 다이캐스팅 전극 터미널 성형 장치를 제공함으로 대량생산이 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.

다이캐스팅(die casting), 기공률(氣孔率), 스프루런너(SPRUE RUNNER), 용융금속(熔融金屬), 전극 터미널 성형 장치, 히팅노즐(heating nozzle), 게이트, 히팅블록(heating block), 그을음.

Description

다이캐스팅 전극 터미널 성형 장치{The diecasting apparatus to provide electrode terminal}

본 발명은 다이캐스팅 성형 장치에 관한 것이다.

이는 다이 주조라고도 하는데 필요한 주조형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계 가공된 강제(鋼製)의 금형(金型)에 용융금속(熔融金屬)을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀주조법을 이용하는 성형 장치로서, 생산 제품의 치수가 정확하므로 다듬질할 필요가 거의 없는 장점 외에 기계적 성질이 우수하여, 대량생산이 가능한 것으로, 본 발명은 용융금속으로 비철금속, 특히 납을 이용하여 자동차용품에 포함될 수 있는 축전지용 배터리 전극 터미널을 대량 생산하기 위한 다이캐스팅 전극 터미널 성형 장치를 제공하는 것이다.

일반적인 다이캐스팅 성형 장치는 용융도가니에 용탕을(주형 재료) 가압실린더에 의해 다이캐스팅 노즐을 통해 스프루 안으로 넣고, 상기 스프루를 통하여 용융금속은 다시 런너 및 게이트를 거쳐 캐비티 내로 유입되는 유동단계와, 금형을 차가운 물이나 대기중 공기로 냉각시켜 제품을 이른 시간 내에 굳히는 냉각단계 및 금형을 취부하는 곳으로 고정 플레이트와 이동 플레이트의 닫혀있던 조방(mold plate)을 열어 금형으로부터 성형품을 취출할 수 있도록 돌출장치(ejector)로 밀핀하는 단계와, 리사이클을 위해 재료를 다시 공급하여 반복 수행을 준비하는 성형재료 공급단계를 포함하고 있는 것이다.

종래의 일반적인 다이캐스팅 성형장치는, 도 1에서와 같이 정밀도와 기계적 성질이 우수한 성형 제품의 공급과 대량생산의 가능성을 제공하는 장점에도, 이동 플레이트 금형(3)에 형성된 노즐이나 런너(6)의 외주에 히팅장치가 배가되어 있지 않아 고정 플레이트 금형(2)과 이동 플레이트 금형(3)의 주형틀(8)(8-1)에 용융금속을 주입시키고 냉각시켜 주물의 성형을 완료한 후에 이동 플레이트 금형(3)을 후진시켜 폐쇄된 조방을 개폐시키게 되면 이동 플레이트 금형(3)과 고정 플레이트 금형(2)에 마련된 런너(7)의 내부에는 스프루런너(9)가 각각 발생하게 되고, 런너(7)에 형성된 상기 스프루런너(9)를 제거하게 되면 러너(7)의 내부에는 에어가 충진되어, 런너(7)의 내부에 에어가 충진된 상태에서 다이캐스팅을 반복 작업하게 되면 런너(7)의 내부에 있는 에어가 주형틀(8)(8-1)의 내부로 유입되고 유입된 에어는 공기배출장치에 의해 공기가 배출되지만 주형틀(8)(8-1)의 내부에는 이동 플레이트 금형(3)의 런너(6)에 있던 에어를 포함하여 일시에 상당량의 에어가 유입되면서 일부의 에어는 외부로 배출되지 못하게 되며, 주형틀(8)(8-1)로 유입되는 에어를 모두 배출시키지 못하고 다이캐스팅을 하게 되면 주형물(A)에는 기포가 발생하게 된다.

주형물(A)에 기포가 발생하게 되면 주형물(A)을 정밀하고 치밀하게 주조할 수 없을 뿐만 아니라 표면을 깨끗하게 주조할 수 없어 제품의 품질을 떨어뜨리게 되는 문제가 있고, 기포가 발생하여 주조된 성형물(A)이 납을 이용하여 성형 되는 배터리 전극 터미널(20)인 경우에 배터리 전극 터미널(20)에 전극봉(26)을 용접시키게 되면 용접시 열에 의해 기공(기포)이 팽창하여 터져버려 전극의 외관에 튐 등의 핀홀 현상이 발생하며 스파크가 발생할 뿐만 아니라 그을음현상으로 인해 배터리터미널(20)의 외면이 검게 변색하는 그을음 현상이 발생하는 문제가 있으며, 이동 플레이트 금형(3)의 노즐에 충진되어 굳어진 스프루런너(9)를 주형을 실시할 때마다 제거하게 되므로 용융금속 재료를 낭비하게 될 뿐만 아니라 연속작업등의 어려움을 겪게 되어 생산성을 크게 저하하는 생산 비용적 측면과 이로 인한 자재원가가 상승하게 되는 문제가 있었다.

종래의 상술된 문제를 해결하기 위하여, 본 출원인은 대한민국 특허등록 제0558361호(발명의 명칭: 다이캐스팅 성형장치, 공고일: 2006.03.10)의 발명을 제안한 바 있으며, 이는 이동 플레이트 금형(3)에 형성된 런너(11)의 외주에는 런너(11)에 주입된 용융금속에 열을 가하여 용융상태로 유지시켜 주도록 하는 런너히팅장치(12)를 설치하고, 고정 플레이트 금형(2)에 형성된 주형틀(8)의 소정 위치에는 압착금구(18)를 압착실린더(16)에 의해 작동시켜 주형물의 특정부분을 압착시켜 주도록 압착장치(15)가 포함된 것을 특징으로 하는 것이었다.

그러나 상기 발명의 뛰어난 기술력에도, 배터리 전극 터미널의 용접시 발생하는 스파크 그을음과 발생원인인 터미널 내 기포발생을 완벽하게 차단되지 못하였고 또한, 이동 플레이트 금형(3)에 형성된 런너(11)의 외주에 마련된 런너히팅장치(12)의 구조만으로는 캐스팅된 터미널 내부 기포를 완벽하게 제거할 수 없고, 스프루런너 발생으로 원재료의 손실과 더불어 대량 생산체제에 접근할 수가 없었다.

본 발명은 상기와 같은 추가적이고 세밀한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 선 등록된 상기 특허기술의 우수성에 배가하여 더욱 완벽한 제품의 생산을 가능케 하는 성형장치의 제시를 과제의 해결 수단으로 하고 있는 것이다.

따라서 배터리 전극 터미널의 전극봉 용접부에 그을음 발생 및 용접 후 납뜀 현상인 핀홀 발생을 제거하기 위해, 근본적인 원인이 되는 용접부 표면의 기포발생을 제거하고, 황산용액으로 구성된 전해액의 방전으로 용접부의 화학적 반응에 의한 기포 발생한 부분에서 부식이 촉진되는 것을 방지할 수 있도록 성형된 터미널의 조직치밀도를 더욱 높여 기포를 제거할 수 있고 금형 내 다량의 cavity를 확보할 수 있는 성형장치를 제공함으로 인해 품질이 우수한 제품을 대량 생산할 수 있도록 하는 것에 목적이 있다.

또한, 성형장치의 유휴 인터벌 동작에 따르는 캐스팅 후 스프루런너(SPRUE RUNNER) 발생이 없고 런너와 게이트 내의 잔류된 용융금속(熔融金屬)을 기계노즐로 회수되도록 유도하여 런너나 게이트 내에 잔류 용융금속을 제거하는 기술을 구현하여, 잔류물의 고형화를 원천적으로 차단함으로써 노즐 등의 막힘을 방지하고 반복 작업의 생산성과 불량률이 제로에 가까운 효율성의 극대화를 실현하는 다이캐스팅 전극 터미널 성형 장치의 제공을 목적으로 하는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 기존의 다이캐스팅 성형장치의 문제를 해결하고, 나아가 주조된 성형제품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

그에 수반되는 구체적인 효과의 일례를 부연하면, 배터리 전극 터미널의 전극봉 용접부에 그을음 발생을 방지하고, 터미널 용접시 기포로 인한 납뜀의 핀홀, 그을음 발생을 제거함으로 조직의 치밀도를 향상시키고 다공질 재료에서 비어 있는 부분이 그 전체 부피에서 차지하는 비율인 기공률(氣孔率)을 낮춰줌으로써 조직밀도를 향상시키고, 성형장치의 유휴 인터벌 동작에 따르는 사출물의 스프루런너(SPRUE RUNNER) 발생을 방지하기 위해 런너와 게이트 내의 잔류된 용융금속(熔融金屬)을 기계노즐로 회수되도록 유도하여 런너나 게이트 내에 잔류 용융금속의 고형화를 억제하고 노즐 막힘 방지 및 반복 작업의 생산성과 효율성을 최적화할 수 효과가 있는 것이다.

상기와 같은 목적과 효과를 달성하기 위한, 본 발명의 다이캐스팅 전극 터미널 성형 장치를 첨부된 도면을 참조하여 그 바람직한 실시 예와 상세 구조를 기술하기로 한다.

도 1은 종래의 다이캐스팅 성형장치의 일실시 예를 도시한 참고 단면도로서, 이는 앞 서 배경기술에서 참조하여 상세히 다루고 있으며, 고정 플레이트 금형(2)과 이동 플레이트 금형(3)을 미도시된 장치틀에 설치하여 이동 플레이트 금형(3)을 소정의 미도시된 작동장치에 의해 고정 플레이트 금형(2)에서 밀접하게 접속시키거나 이격시킬 수 있도록 하고, 상기 고정 플레이트 금형(2)과 이동 플레이트 금형(3)의 대향 면에는 주형물(A)을 주조할 수 있도록 주형틀(8)(8-1)을 형성하며, 상기 이동 플레이트 금형(3)과 고정 플레이트 금형(2)에는 주형틀(8)(8-1)에, 용융금속(본 발명에서는 납(Pb)을 그 주요성분으로 다루는 실시 예를 기술하기로 한다)을 공급시킬 수 있도록 용융도가니(4)에 설치되는 미도시된 가압실린더를 마련하고 있으며, 이와 같은 구성은 종래의 장치와 동일한 구성이므로 보다 구체적인 설명은 본 식별항목에는 생략하기로 한다.

도 2는 성형장치에 의해 주조되는 전극 터미널의 일실시 예를 도시한 사시도로서, 도면에서와 같이 축전지를 차량 등에 장착하기 위하여 전극 터미널(20)의 상부에 통공을 형성하고, 전극봉(26)이 삽입되어 용접되는 용접부(25)는 플라스마 내지 산소용접을 수행하게 되고 이때, 전극 터미널(20) 용접부(25)의 표면상태가 고르지 못하거나, 내부에 기포가 형성되어 있는 경우, 기포 내에 가스 등은 용접시의 비정상적인 스파크를 발생시켜 작업자의 안전을 해하고 전극 터미널(20)의 불량을 초래하고 있다.

본 발명은 기존의 기포 발생 억제를 위해 마련된 압착에 의한 공기유입 방지 구조가 아닌, 통상적으로 실시되어 왔던 이동 플레이트 금형(2) 내에 마련된 런너를 제거하고 용융금속을 캐비티(cavity)로의 직분사함으로써, 맬팅 포인트(melting point)가 건전하게 되며, 이로써 성형된 제품의 기공률(氣孔率)이 낮아지고 조직밀도가 향상될 수 있는 것이다.

이는 기존 성형제품에 형성된 스프루런너(9)가 오히려 기포발생이 없는 연구결과에 기초하는 것으로, 용융금속이 가장 늦게까지 용해되어 있는 맬팅 포인트를 캐비티와 최대한 근접시키기 위한 기술적 수단에 고도한 기술적 창작성이 발현된 것으로, 이를 위해 본 발명은 복수의 캐비티를 가지는 이동 플레이트 금형(2) 내에 마련된 런너를 제거한 새로운 개념의 다이캐스팅 전극 터미널 성형 장치를 아래와 같이 제공하게 되는 것이다.

도 3은 본 발명의 다이캐스팅 전극터미널 성형장치 구조를 도시한 측단면도로서, 도면에서와 같이 용융로(4)로부터 히팅노즐1(5)을 통하여 유입되는 용융금속은 복수의 캐비티를 가지는 성형장치 구조 하에서는 런너(6)를 통하여 이동 플레이트 금형(2)에 전달되어야 하는 것으로, 이를 위해 본 발명은 히팅노즐1(5)과 이동 플레이트 금형(2) 사이에 별도의 히팅블록(30)이 마련되고 상기 히팅블록(30)의 내부에는 전기적으로 동작하는 히팅 코일에 의해 둘러싸인 런너(6)가 이동 플레이트 금형(2)의 각 캐비티(8) 근처까지 연장 설치되어 있는 것이다.

또한, 각 캐비티(8) 근처까지 연장 설치되어 있는 런너(6)의 인접된 선단에는 이동 플레이트 금형(2)에 일부 인입되어 내부의 각 캐비티(8)와 1:1 대응하는 히팅노즐2(40)가 마련되어 있어, 융융로(4)로부터 히팅노즐1(5)을 통하여 분출된 용융금속은 히팅 블록(30)의 런너(6)를 통하여 히팅노즐2(40)에 도달하게 되고, 다시 히팅노즐2(40)의 게이트(41)를 통과하여 바로 각각의 캐비티(8)에 융용금속이 전달될 수 있는 구조를 가지는 것이다.

본 발명에 의한 히팅 블록(30)은 열선을 가지는 코일을 배가될 수 있는 것으로, 용융로(4) 히팅노즐1(5)로부터 분출된 용융금속이 캐비티(8)에 유입되는 경로상에 용융금속이 온도차 등으로 고화되는 것을 방지하기 위해 항상 일정 고온을 유지할 수 있는 기능을 배가하고 있으며, 상기 히팅 블록(30)의 선단에 연결된 히팅노즐2(40) 또한 전기적인 발열체로 구성되어 캐비티(8)에 용융금속이 유입되기까지 항상 융융상태를 유지하도록 하고 있는 것이다.

그러나 기계적인 장치는 인터벌을 가지며 동작되는 것으로, 부하를 방지하기 위해 일정시간 히팅장치가 정지될 수 있으며, 히팅블록(30)의 런너(6)나 히팅노즐2(40)에 마련된 게이트(41) 내에 융용금속을 잔류시키고 있는 것은 노즐과 런너의 구멍을 막히게 할 수 있는 등 치명적인 결함의 위험성으로부터 노출되어 있는 현실이다.

따라서 본 발명은 용융로(4)로부터 분출된 용융금속을 일정 사이클마다 다시 용융로(4)로 회수될 수 있는 구조를 기술적 특징을 배가하는 것이다.

즉, 다이캐스팅 전극 터미널 성형장치의 히팅블록 구조를 보인 평단면도인 도 4를 도 3과 함께 참조하면, 다이캐스팅 기계 자체가 용융로 측으로 15도 각도로 이루어져 있으므로, 본 발명의 의한 다이캐스팅 전극 터미널 성형 장치는 융용로(4)가 게이트(41)와 런너(6)에 잔류된 용융금속을 회수하기 위해 최하단 히팅노즐2(40)보다 히팅노즐1(5)같거나 낮은 위치에 배치되어 낙하에 의해 용융로(4)로 흘러들어오게 되는 것이다.

또한, 잔류하는 융융금속이 융융로 측으로 흘러내리도록 히팅노즐2(40)은 게이트 팁(42)으로부터 런너(6)로 형성하고, 용융로에 인접한 히팅노즐1(5)은 히팅블럭 최하단에 위치하여 용융금속이 용융로(4)로 유입될 수 있도록 한다.

본 발명은, 제품의 대량생산을 위하여 히팅블록(30)에 체결되는 복수의 게이트(41)를 전후로 병렬배치하거나 상하로 다단 배치하여 히팅노즐1(5)과 연결되며, 히팅노즐2(40)을 이중화시켜 제품 직전에서 사출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명은, 새로운 형태의 다이캐스팅 전극 터미널 성형 장치를 제안하고 있으나, 본 발명의 기술사상범위내에서 다양한 실시의 변화나 구성의 전환이 가능함 은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 수정 및 변형이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것으로, 상기 히팅블록(30)은 복수의 게이트(41)를 전후로 병렬배치하거나 상하로 다단 배치하여 히팅노즐1(5)과 연결되는 것이 가능하여, 한 사이클의 단위 작업당 낭비되는 스프루런너(9)를 최소화하며, 대량 생산을 가능케 하는 특징이 있는 것이다.

도 1은 종래의 다이캐스팅 성형장치의 일 실시 예를 도시한 참고 단면도.

도 2는 성형장치에 의해 주조되는 전극 터미널의 실시 예를 도시한 사시도.

도 3은 본 발명 다이캐스팅 전극 터미널 성형장치 구조를 도시한 측단면도.

도 4는 다이캐스팅 전극 터미널 성형장치의 히팅블록 구조를 보인 평단면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

100. 성형장치 5. 히팅노즐1 6. 런너

8. 캐비티 30. 히팅블록 31. 히팅코일

40. 히팅노즐2 41. 게이트 42. 게이트 팁

Claims (6)

1. 고정 플레이트 금형에서 이동 플레이트 금형을 소정의 작동장치에 의해 밀접하게 접속시키거나 이격시킬 수 있고, 고정 플레이트 금형과 이동 플레이트 금형의 대향 면에는 주형물을 주조할 수 있도록 주형틀이 형성되며, 상기 이동 플레이트 금형과 고정 플레이트 금형에는 주형틀에 용융금속이 공급되며, 금형 캐비티에 노즐을 통하여 용융로에 설치되는 가압실린더에 의해 용융금속을 공급시킬 수 있도록 된 다이캐스팅 성형 장치에 있어서;

   이동 플레이트 금형(2)과 용융로(4)로부터 연장된 히팅노즐1(5) 사이에 런너(6)를 형성하고 런너(6)에 주입된 용융금속이 고화되지 않도록 전기적으로 열을 공급하는 히팅 블록(30)과;

   상기 히팅 블록(30)이 이동 플레이트 금형(2)과 접하는 선단에 게이트(41)에 주입된 용융금속이 고화되지 않도록 전기적으로 열을 공급하는 히팅노즐2(40)과;

   상기 히팅노즐2(40)의 선단에 위치한 게이트 팁(42)이 이동 플레이트 금형(2)에 부분 인입되어 각각의 캐비티에 직접 인접되는 구조를 특징으로 하는 다이캐스팅 전극 터미널 성형 장치.
2. 청구항 1에 있어서;

   잔류하는 융융금속이 융융로 측으로 흘러내리도록 히팅노즐2(40)은 게이트 팁(42)으로부터 런너(6)로 형성하고 히팅노즐1(5)은 히팅블럭과 형성된 히팅노즐2(40)의 최하단 위치와 같거나 낮은 위치에 두는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 전극 터미널 성형 장치.
3. 청구항 1에 있어서;

   융융로(4)는 게이트(41)와 런너(6)에 잔류된 용융금속을 회수하기 위해 최하단 히팅노즐2(40)보다 같거나 낮은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 전극 터미널 성형 장치.
4. 청구항 1에 있어서;

   히팅블록은 런너(6) 또는 히팅노즐2(40)의 주변으로 스프루런너(9)의 생성을 억제하기 위해 열선을 구비하는 히팅코일(31)이 마련되는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 전극 터미널 성형 장치.
5. 청구항 1에 있어서;

   기공률을 낮추고 조직밀도 향상을 위해 게이트 팁(42)의 맬팅 포인트가 성형되는 캐비티(8)에 직접 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 전극 터미널 성형 장치.
6. 청구항 1에 있어서;

   상기 히팅블록(30)은 대량생산을 위하여 복수의 게이트(41)를 전후로 병렬배치하거나 상하로 다단 배치하여 히팅노즐1(5)과 연결되며, 히팅노즐2(40)을 이중화시켜 제품 직전에서 사출하는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 전극 터미널 성형 장치.

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