KR20120064885A - 중력 주조용 중자 - Google Patents

Abstract

중력 주조용 중자가 개시된다. 본 실시예에 따르는 중력 주조용 중자는 트윈 스크롤부와 바이패스부를 갖는 터빈 하우징과 복수의 배기 런너부로 구성되는 배기 매니폴드를 일체형으로 중력 주조하기 위하여, 상기 배기 매니폴드의 캐비티에 설치되는 배기 런너부 중자와 상기 터빈 하우징의 캐비티에 설치되는 스크롤부 중자가 일체로 형성하여 이루어지는 제1 및 제2복합중자를 포함하는 중력 주조용 중자에 있어서, 상기 제1 및 제2복합중자는 2개씩의 배기 런너부 중자와 하나씩의 스크롤부 중자가 합류부를 통하여 일체로 형성되며, 각 합류부와 각 스크롤부 중자의 선단부는 스크롤 리브부를 통하여 일체로 연결되며, 상기 2개씩의 배기 런너부는 상호 런너 리브부를 통하여 일체로 연결된다.

Description

중력 주조용 중자{CORE FOR GRAVITY PRESSURE CASTING}

본 발명은 중력 주조용 중자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 트윈 스크롤부를 갖는 터빈 하우징과 배기 매니폴드를 일체형으로 주조하기 위하여 스크롤부와 배기 런너부가 일체형 중자로 제작되는 중력 주조용 중자에 관한 것이다.

일반적으로 중력 주조법은 주입되는 용탕 자체의 중력을 이용하여 주형 즉, 금형내에서 응고시키는 주조 방법으로 용탕의 냉각속도가 빠르고 결정립이 미세한 특징이 있다.

도 1은 일반적인 중력 주조법의 개념도로서, 종래 기술에 따른 중력 주조법에 적용되는 금형은 하형과 상형으로 이루어지는 주형(111)과, 고온의 금속 용탕이 주입되는 주입구(115)와, 주입된 고온의 금속 용탕이 충전되는 스프루(Sprue:117)와, 상기 스프루(117)에 충전된 용탕을 전달하는 런너(119), 상기 런너(119)를 통해 전달되는 용탕이 충전되어 제품을 주조하는 캐비티(113), 상기 스프루(117)와 캐비티(113) 사이에 런너(119)와 연결되어 용탕이 충전되도록 형성되어 캐비티(113) 내에 충전된 용탕이 냉각 시, 부피가 감소될 때 용탕을 제공하는 압탕구(121)을 포함한다. .

따라서 상기한 바와 같은 구성의 금형을 이용하는 중력 주조법은 래들(Laddle:도시되지 않음)을 사용하여 주형(111)의 주입구(115)를 통해 고온의 금속 용탕을 주입하면, 주입된 고온의 금속 용탕은 스프루(117)에 충전된다.

이에, 스프루(117)에 충진된 금속 용탕은 런너(119)를 통해 유동되어 압탕구(121)와 캐비티(113)를 충전시키고, 캐비티(113)를 충전시킨 후, 스프루(117) 내의 금속 용탕을 가열 버너(123)로 가열하여 조기 응고되지 않도록 한다.

상기에서 캐비티(113) 내에 충전된 용탕이 냉각되면서 부피가 감소되어 주조된 제품에 균열이 발생하는 것을 방지하도록 상기 압탕구(121) 내에 충전된 금속 용탕이 캐비티(113) 내로 제공되어 보충된다.

이러한 중력 주조법은 특히, 자동차 메이커에서 실린더 헤드와 실린더 블록으로 이루어지는 엔진이나, 캠 샤프트, 크랭크 샤프트, 흡기 및 배기 매니폴드, 터빈 하우징의 주조에 적용되며, 상기 부품들의 몸체를 제작한 후, 여러 차례의 가공공정을 거쳐 완성품으로 만들어지고 있다.

한편, 최근에는 가솔린 터보차저의 확대 적용에 따라 배기계의 형상을 최적화함으로써, 그 내구성 및 Sealing성 개선과 수익성을 확보하는 일환으로, 도 2에서 도시한 바와 같이, 트윈 스크롤(Twin Scroll) 터보 차저를 배기 매니폴드와 일체로 제작하는 방안이 추진되고 있다.

즉, 트윈 스크롤(Twin Scroll) 터보 차저용 터빈 하우징(201)이 4개의 배기 런너부(209)로 구성되는 배기 매니폴드(203)와 일체로 주조되며, 상기 터빈 하우징(201)은 그 내부에 공간부로 이루어지는 일측 및 타측 스크롤부(205a,205b)로 구성되는 트윈 스크롤부(205)와 바이패스부(207)를 갖는다.

이러한 배기 매니폴드(203)와 터빈 하우징(201)을 하나의 일체형 몸체로 주조하기 위해서는, 도 3과 도 4에서 도시한 바와 같이, 금형 내에서, 배기 매니폴드(203)의 캐비티 내부에 설치되어 각 배기 런너부(209)를 형성하는 각 배기 런너부 중자(301,302,303,304)와 터빈 하우징(201)의 캐비티 내부에 설치되어 트윈 스크롤부(205)를 형성하는 각 스크롤부 중자(401,402)가 적용된다.

즉, 종래 기술에 따른 상기 배기 런너부 중자와 스크롤부 중자는 일체형으로 구성되는데, 4개의 배기 런너부 중자(301,302,303,304) 중에 제1,제4 배기 런너부 중자(301,304)는 하나의 스크롤부 중자(401)와 일체로 형성되어 도 3에서와 같은 제1복합중자(300)를 형성하고, 제2,제3 배기 런너부 중자(302,303)는 다른 하나의 스크롤부 중자(402)와 일체로 형성되어 도 4에서와 같은 제2복합중자(400)를 형성한다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 각각의 복합중자(300,400)는 주형사의 특성으로 인해 각 배기 런너부 중자(301,302,303,304)와 각 스크롤부 중자(401,402)가 합류되는 각 합류부(501,502)와 각 스크롤부 중자(401,402) 사이의 강도가 취약하여 각 합류부(501,502)의 끝단부(E)에서 파손이 쉽게 일어나며, 중자의 장기 보관시에는 수분 등에 의해 변형되는 단점이 있다.

또한, 각 복합중자(300,400)의 2개씩의 배기 런너부 중자(301,304) (302,303)도 상호간의 거리가 있어 변형이 쉬운 단점이 있다.

또한, 중자 제작 과정에서, 주형사를 충진하는 경우에 스크롤부 중자(401,402)의 단면적이 좁은 선단부(P)에는 주형사가 충분히 공급되지 못하여 중자의 형상이 불안정하게 되는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명이 해결하려는 과제는 배기 런너부 중자와 스크롤부 중자가 일체로 형성되는 복합중자의 합류부와 스크롤부 중자의 선단부를 연결하는 스크롤 리브부를 적용하여 합류부의 끝단부 강도를 보강함과 동시에, 상기 스크롤부 중자의 단면적이 좁은 선단부에 주형사가 원활히 공급되도록 하는 중력 주조용 중자를 제공하는 것이다.

또한, 복합중자의 배기 런너부 중자를 상호 연결하는 런너 리브부를 적용하여 배기 런너부 중자의 변형을 방지하는 중력 주조용 중자를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 기술적 과제를 실현하기 위한 중력 주조용 중자는 트윈 스크롤부와 바이패스부를 갖는 터빈 하우징과 복수의 배기 런너부로 구성되는 배기 매니폴드를 일체형으로 중력 주조하기 위하여, 상기 배기 매니폴드의 캐비티에 설치되는 배기 런너부 중자와 상기 터빈 하우징의 캐비티에 설치되는 스크롤부 중자가 일체로 형성하여 이루어지는 제1 및 제2복합중자를 포함하는 중력 주조용 중자에 있어서, 상기 제1 및 제2복합중자는 2개씩의 배기 런너부 중자와 하나씩의 스크롤부 중자가 합류부를 통하여 일체로 형성되며, 각 합류부와 각 스크롤부 중자의 선단부는 스크롤 리브부를 통하여 일체로 연결되며, 상기 2개씩의 배기 런너부 중자는 상호 런너 리브부를 통하여 일체로 연결된다.

여기서, 상기 제1복합중자의 2개의 배기 런너부 중자는 제1 및 제4 배기 런너부 중자로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제1복합중자의 런너 리브부는 제1 및 제4 배기 런너부 중자 사이에서 합류부에 연결되는 중앙 런너 리브부; 및 상기 제1 및 제4 배기 런너부 중자와 상기 중앙 런너 리브부를 연결하는 연결 런너 리브부로 형성될 수 있다.

또한, 상기 제2복합중자의 2개의 배기 런너부 중자는 제2 및 제3 배기 런너부 중자로 구성될 수 있다.

또한, 상기 제2복합중자의 런너 리브부는 제2 및 제3 배기 런너부 중자 사이를 연결하는 연결 런너 리브부로 형성될 수 있다.

또한, 상기 스크롤 리브부는 상기 스크롤부 중자의 선단부에서 상기 합류부의 내측면에 일정범위의 각도 내에서 형성될 수 있다.

여기서, 상기 일정범위의 각도는 상기 스크롤부 중자의 중심과 상기 합류부의 끝단부를 연결하는 수평선에 대하여 30°~ 90°인 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 중력 주조용 중자에 의하면, 배기 런너부 중자와 스크롤부 중자가 일체로 형성되는 복합중자의 합류부와 스크롤부 중자의 선단부를 연결하는 스크롤 리브부를 적용하여 합류부의 끝단부 강도를 보강함으로써 합류부의 끝단부(E) 파손을 방지할 수 있다.

또한, 스크롤 리브부에 의해 상기 스크롤부 중자의 단면적이 좁은 선단부에 주형사가 원활히 공급되도록 하여 중자의 형상을 온전하게 확보할 수 있다.

또한, 복합중자의 배기 런너부 중자를 상호 연결하는 런너 리브부를 통하여 배기 런너부 중자의 변형을 방지할 수 있으며, 특히 장기 보관시에 수분 등의 영향에 의해 변형되는 것을 최소화 시켜준다.

도 1은 일반적인 중력 주조법의 개념도이다.
도 2는 중력 주조 방법에 의해 주조되는 터빈 하우징 일체형 배기 매니폴드의 상면 사시도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 중력 주조용 중자 중, 제1복합중자의 사시도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 중력 주조용 중자 중, 제2복합중자의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 중력 주조용 중자 중, 제1복합중자의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 중력 주조용 중자 중, 제2복합중자의 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 중력 주조용 중자 중, 제1복합중자의 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 중력 주조용 중자 중, 제2복합중자의 사시도이다.

본 실시예에 따른 중력 주조용 중자는, 도 2에서 도시한 바와 같이, 트윈 스크롤부(205)와 바이패스부(207)를 갖는 터빈 하우징(201)과 4개의 배기 런너부(209)로 구성되는 배기 매니폴드(203)를 일체형으로 중력 주조하기 위하여, 금형 내부에서 상기 배기 매니폴드(203)의 캐비티에 설치되는 배기 런너부 중자와 상기 터빈 하우징(201)의 캐비티에 설치되는 스크롤부 중자가 일체로 형성하여 이루어지는 제1복합중자(1)와 제2복합중자(2)로 구성된다.

먼저, 제1복합중자(1)는, 도 5에서 도시한 바와 같이, 제1 및 제4 배기 런너부 중자(11,14)와 일측 스크롤부 중자(21)가 제1합류부(31)를 통하여 일체로 형성된다.

이러한 제1복합중자(1)는 제1합류부(31)와 일측 스크롤부 중자(21)의 선단부(21a)가 제1스크롤 리브부(41)를 통하여 일체로 연결된다.

여기서, 상기 제1스크롤 리브부(41)는 상기 일측 스크롤부 중자(21)의 선단부(21a)에서 상기 제1합류부(31)의 내측면(31a)에 대하여 일정범위의 각도(θ) 내에서 연결하여 형성된다.

또한, 상기 제1복합중자(1)의 제1 및 제4 배기 런너부 중자(11,14)는 상호 제1런너 리브부(51)를 통하여 일체로 연결되는데, 상기 제1런너 리브부(51)는 제1 및 제4 배기 런너부 중자(11,14) 사이의 거리가 멀어서, 제1 및 제4 배기 런너부 중자(11,14) 사이에서 합류부(31)에 연결되는 중앙 런너 리브부(51a)를 형성하고, 상기 제1 및 제4 배기 런너부 중자(11,14)와 상기 중앙 런너 리브부(51a)를 연결하는 연결 런너 리브부(51b)를 형성하여 구성된다.

한편, 제2복합중자(2)는, 도 6에서 도시한 바와 같이, 제2 및 제3 배기 런너부 중자(12,13)와 타측 스크롤부 중자(22)가 제2합류부(32)를 통하여 일체로 형성된다.

이러한 제2복합중자(2)는 제2합류부(32)와 타측 스크롤부 중자(22)의 선단부(22a)가 제2스크롤 리브부(42)를 통하여 일체로 연결된다.

여기서, 상기 제2스크롤 리브부(42)는 상기 타측 스크롤부 중자(22)의 선단부(22a)에서 상기 제2합류부(32)의 내측면(32a)에 대하여 일정범위의 각도 내에서 연결하여 형성된다.

즉, 상기한 제1 및 제2스크롤 리브부(41,42)가 형성되는 상기 일정범위의 각도(θ)는 상기 각 스크롤부 중자(21,22)의 중심(S)과 상기 각 합류부(31,32)의 끝단부(E)를 연결하는 수평선(L)에 대하여 30°~ 90°인 각도의 범위이며, 이러한 각도 범위는 주형사가 공급되는 방향과 주형사를 안내할 방향을 고려하여 설정된다.

또한, 상기 제2복합중자(2)의 제2 및 제3 배기 런너부 중자(12,13)는 제2런너 리브부(52)를 통하여 일체로 연결되는데, 상기 제2런너 리브부(52)는 제2 및 제3 배기 런너부 중자(12,13) 사이를 연결하는 연결 런너 리브부(52a)로만 형성된다.

따라서 상기한 바와 같은 제1 및 제2복합중자(1,2)로 구성되는 중력 주조용 중자는 주조 전에 상호 결합한 상태로 금형의 내부에서, 상기 배기 매니폴드(203)의 캐비티와 상기 터빈 하우징(201)의 캐비티에 일체형으로 설치된다.

이와 같이, 상기 제1 및 제2복합중자(1,2)는 금형에 설치하기 직전에 각 스크롤 리브부(41,42)와 각 런너 리브부(51,52)를 사상 처리하여 제거한 상태로 설치한다.

한편, 본 실시예에 따른 중력 주조용 중자는 배기 런너부 중자와 스크롤부 중자가 일체로 형성되는 각 복합중자(1,2)의 합류부(31,32)와 스크롤부 중자(21,22)의 각 선단부를 연결하는 스크롤 리브부(41,42)에 의해 합류부(31,32)의 끝단부 강도가 보강되며, 동시에 이러한 스크롤 리브부(41,42)를 이용하여 상기 스크롤부 중자(21,22)의 단면적이 좁은 선단부(21a,22a)에도 주형사가 원활히 공급되도록 하여 중자의 형상을 온전하게 확보할 수 있다.

또한, 각 복합중자(1,2)의 배기 런너부 중자(11,14)(12,13)를 상호 연결하는 런너 리브부(51,52)에 의해 각 배기 런너부 중자(11,14)(12,13) 간의 연결관계를 갖도록 함으로써 변형을 방지하게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시 예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1:제1복합중자
2:제2복합중자
11,12,13,14:배기 런너부 중자
21,22:스크롤부 중자
31,32:합류부
41,42:스크롤 리브부
51,52:런너 리브부

Claims (7)

1. 트윈 스크롤부와 바이패스부를 갖는 터빈 하우징과 복수의 배기 런너부로 구성되는 배기 매니폴드를 일체형으로 중력 주조하기 위하여, 상기 배기 매니폴드의 캐비티에 설치되는 배기 런너부 중자와 상기 터빈 하우징의 캐비티에 설치되는 스크롤부 중자가 일체로 형성하여 이루어지는 제1 및 제2복합중자를 포함하는 중력 주조용 중자에 있어서,
   상기 제1 및 제2복합중자는 2개씩의 배기 런너부 중자와 하나씩의 스크롤부 중자가 합류부를 통하여 일체로 형성되며, 각 합류부와 각 스크롤부 중자의 선단부는 스크롤 리브부를 통하여 일체로 연결되며, 상기 2개씩의 배기 런너부 중자는 상호 런너 리브부를 통하여 일체로 연결되는 중력 주조용 중자.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1복합중자의 2개의 배기 런너부 중자는
   제1 및 제4 배기 런너부 중자로 구성되는 중력 주조용 중자.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제1복합중자의 런너 리브부는
   제1 및 제4 배기 런너부 중자 사이에서 합류부에 연결되는 중앙 런너 리브부; 및
   상기 제1 및 제4 배기 런너부 중자와 상기 중앙 런너 리브부를 연결하는 연결 런너 리브부로 형성되는 중력 주조용 중자.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2복합중자의 2개의 배기 런너부 중자는
   제2 및 제3 배기 런너부 중자로 구성되는 중력 주조용 중자.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   상기 제2복합중자의 런너 리브부는
   제2 및 제3 배기 런너부 중자 사이를 연결하는 연결 런너 리브부로 형성되는 중력 주조용 중자.
6. 제1항에 있어서,
   상기 스크롤 리브부는
   상기 스크롤부 중자의 선단부에서 상기 합류부의 내측면에 일정범위의 각도 내에서 형성되는 중력 주조용 중자.
7. 제6항에 있어서,
   상기 일정범위의 각도는
   상기 스크롤부 중자의 중심과 상기 합류부의 끝단부를 연결하는 수평선에 대하여 30°~ 90°인 것을 특징으로 하는 중력 주조용 중자.

Images