KR20130055563A - Method for producing die-cast parts - Google Patents

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루디게르 프랑케
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라인펠덴 알로이스 게엠베하 운트 콤파니 코만디드게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 알루미늄 합금으로 제조되는 다이캐스팅 부품의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 알루미늄 합금이 혼합교반기(30)내에서 높은 전단력에 노출되고, 혼합교반기는 내부 하우징 슬리이브(32)로 둘러싸인 작업공간(34)을 갖는 하우징(31)과, 축선(x)을 중심으로 하여 회전하고 내부 하우징 슬리이브(32)에서 축선(x)방향으로 전후 병진운동하는 웜축(36)을 가지며, 웜축에 교반익(38)이 구비되어 있고 교반돌기(42)가 내부 하우징 슬리이브(32)에 고정되고 작업공간(34)측으로 돌출되어 있으며, 액상 알루미늄 합금이 하우징(31)의 일측단부에서 작업공간(34)으로 공급되고, 하우징(31)의 타측단부에서, 사전에 정하여진 고형물함량을 갖는 부분적 고형 알루미늄 합금으로서 작업공간(34)으로부터 배출되고, 다이캐스팅 머신(10)의 충전챔버(12) 측으로 이송되며, 피스턴(20)에 의하여 주조몰드측으로 도입되고, 작업공간(34)내의 알루미늄 합금의 고형물함량이 작업공간(34)을 표적으로 하여 작업공간을 냉각 및 가열시켜 사전에 정하여진 고형물함량으로 설정됨을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for producing a die cast part made of an aluminum alloy. According to the present invention, the aluminum alloy is exposed to high shear force in the mixing stirrer 30, and the mixing stirrer has a housing 31 having a work space 34 surrounded by an inner housing sleeve 32, and an axis x. It has a worm shaft 36 that rotates and translates back and forth in the direction of the axis (x) in the inner housing sleeve 32, the stirring blade 38 is provided on the worm shaft and the stirring projection 42 is the inner housing sleeve It is fixed to 32 and protrudes toward the work space 34, and the liquid aluminum alloy is supplied to the work space 34 from one end of the housing 31, and is previously determined at the other end of the housing 31. A partially solid aluminum alloy having a solids content, discharged from the work space 34, transferred to the filling chamber 12 side of the die casting machine 10, introduced into the casting mold side by the piston 20, and the work space 34. Of aluminum alloy within And as to hyeongmul content of cooling and heating the working space to the work space 34 to the target that is set to a solids content of binary appointed in advance feature.

Figure P1020127024127
Figure P1020127024127

Description

다이캐스팅 부품의 제조방법 {METHOD FOR PRODUCING DIE-CAST PARTS}Manufacturing method of die casting parts {METHOD FOR PRODUCING DIE-CAST PARTS}

본 발명은 알루미늄 합금으로 제조되는 다이캐스팅에 의한 부품(이하 "다이캐스팅 부품"이라함)의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a part by die casting (hereinafter referred to as "die casting part") made of an aluminum alloy.

알루미늄 합금으로 제조되는 다이캐스팅 부품은 중량감소에 대한 요구가 증대되고 있다는 이유로 자동차산업분야에서는 매우 널리 사용되고 있다. 주조기술 상의 이유로 통상적인 다이캐스팅 방법으로서는 주조 부품의 벽두께가 약 2 mm 인 입체구조의 다이캐스팅 부품이 주조될 수 없다. 반용융성형법(thixocasting) 또는 반응고성형법(rheocasting)을 이용하여 부분적 고형 금속용융물(partially solid metal melts)로 다이캐스팅 몰드에 충전하는 것은 몰드의 양호한 충전이 이루어질 수 있도록 하고 주조된 부품의 벽두께를 약 1 mm 로 줄일 수 있도록 한다. 그러나, 벽두께가 감소함에 따라, 감소된 힘흡수특성이 제한적인 요인이 되었다. 이러한 결점은 그 자체가 나노입자를 알루미늄 합금 매트릭스에 첨가함으로서 해소될 수 있다. 그러나, 나노규모의 입자로 보강된 알루미늄 합금을 비용효율적으로 생산하고 다이캐스팅을 위한 부분적 고형 금속용융물을 얻기 위하여 준비하기 위한 적당한 방법이 없다.Die casting parts made of aluminum alloys are widely used in the automotive industry because of the increasing demand for weight reduction. Due to casting techniques, a conventional die casting method cannot cast a die-cast part of a three-dimensional structure having a wall thickness of about 2 mm. Filling the diecasting mold with partially solid metal melts using thixocasting or rheocasting ensures good filling of the mold and reduces the wall thickness of the cast part. Reduce to 1 mm. However, as the wall thickness decreased, the reduced force absorption characteristics became a limiting factor. This drawback can be overcome by adding nanoparticles to the aluminum alloy matrix itself. However, there is no suitable method for preparing cost-effectively producing aluminum alloys reinforced with nanoscale particles and obtaining partial solid metal melts for die casting.

본 발명의 목적은 부분적 고형 알루미늄 합금 용융물이 비용효율적으로 연속적으로 공급되고 다이캐스팅 부품을 성형토록 처리될 수 있는 상기 서두에 언급된 형태의 방법을 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 나노입자로 보강되고 알루미늄 합금으로 제조되는 다이캐스팅 부품을 제조하기 위한 방법을 제공하는 바, 이러한 방법으로 부분적 고형 알루미늄 함금 용융물이 나노입자의 고도의 미세분산으로 공정의 전형적인 전단력의 작용하에 비용효율적으로 연속하여 공급되고 다이캐스팅 부품을 성형토록 처리될 수 있는 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a method of the type mentioned at the outset in which a partially solid aluminum alloy melt can be continuously and cost-effectively supplied and processed to die-cast parts. Another object of the present invention is to provide a method for producing a die cast part that is reinforced with nanoparticles and made of an aluminum alloy, in which a partially solid aluminum alloy melt is subjected to high shear To provide a method that can be continuously and cost-effectively supplied under the action and can be processed to form die-casting parts.

첫번째 목적은 알루미늄 합금이 혼합교반기내에서 높은 전단력에 노출되고, 혼합교반기는 내부 하우징 슬리이브로 둘러싸인 작업공간을 갖는 하우징과, 축선을 중심으로 하여 회전하고 내부 하우징 슬리이브에서 축선방향으로 전후 병진운동하는 웜축을 가지며, 웜축에 교반익이 구비되어 있고 교반돌기가 내부 하우징 슬리이브에 고정되고 작업공간측으로 돌출되어 있으며, 액상 알루미늄 합금이 하우징의 일측단부에서 작업공간으로 공급되고, 하우징의 타측단부에서, 사전에 정하여진 고형물함량을 갖는 부분적 고형 알루미늄 합금으로서 작업공간으로부터 배출되고, 다이캐스팅 머신의 충전챔버 측으로 이송되며, 피스턴에 의하여 주조몰드측으로 도입되고, 작업공간내의 알루미늄 합금의 고형물함량이 작업공간을 표적으로 하여 이 작업공간을 냉각 및 가열시켜 사전에 정하여진 고형물함량으로 설정되는 본 발명에 따라서 달성된다. 부분적 고형상태에서 교반공정과정에 일어나는 높은 전단력은 형성되는 수지상 브랜치(dendritic branches)를 연속적으로 분쇄하여 다이캐스팅 부품의 연성(ductility)을 증가시킨다. 높은 압축력은 추가로 열을 더 많이 전달하게하며, 이는 궁극적으로 알루미늄합금 내의 고형물 함량을 더욱 정확하게 설정하는 것을 가능하게 한다The first purpose is that aluminum alloy is exposed to high shear force in the mixing stirrer, the mixing stirrer is a housing having a working space surrounded by the inner housing sleeve, and rotates about an axis and translates back and forth in the axial direction in the inner housing sleeve. It has a worm shaft, the worm shaft is provided with a stirring blade, the stirring projection is fixed to the inner housing sleeve and protrudes toward the working space, the liquid aluminum alloy is supplied from one end of the housing to the working space, at the other end of the housing , A partially solid aluminum alloy having a predetermined solids content, discharged from the work space, transferred to the filling chamber side of the die casting machine, introduced into the casting mold side by the piston, and the solids content of the aluminum alloy in the work space By targeting this workspace It is achieved according to the invention, which is cooled and heated to set a predetermined solids content. The high shear forces that occur during the stirring process in the partially solid state increase the ductility of the diecasting part by continuously crushing the dendritic branches being formed. High compressive forces further allow more heat to be transferred, which ultimately makes it possible to more accurately set the solids content in the aluminum alloy.

두번째의 목적은 나노입자가 혼합교반기에서 알루미늄 합금과 혼합되고 혼합교반기의 높은 전단력에 의하여 알루미늄 합금내에 미세분산되고, 혼합교반기는 내부 하우징 슬리이브로 둘러싸인 작업공간을 갖는 하우징과, 축선을 중심으로 하여 회전하고 내부 하우징 슬리이브에서 축선방향으로 전후 병진운동하는 웜축을 가지며, 웜축에 교반익이 구비되어 있고 교반돌기가 내부 하우징 슬리이브에 고정되고 작업공간측으로 돌출되어 있으며, 액상 알루미늄 합금과 나노입자가 하우징의 일측단부에서 작업공간으로 공급되고, 하우징의 타측단부에서, 사전에 정하여진 고형물함량과 알루미늄 합금내에 미세분산된 나노입자를 갖는 부분적 고형 알루미늄 합금으로서 작업공간으로부터 배출되고, 다이캐스팅 머신의 충전챔버 측으로 이송되며, 피스턴에 의하여 주조몰드측으로 도입되고, 작업공간에서 알루미늄 합금의 고형물함량이 작업공간을 표적으로 하여 이 작업공간을 냉각 및 가열시켜 사전에 정하여진 고형물함량으로 설정되는 본 발명에 따라서 달성된다. 여기에서, 형성되는 수지상 브랜치의 분쇄와 이러한 결과에 따른 높은 연성에 부가하여, 부분적 고형 상태에서 교반과정의 높은 전단력은 강도증가효과에 요구되는 나노입자를 미세분산시킨다.The second purpose is that the nanoparticles are mixed with the aluminum alloy in the mixing stirrer and finely dispersed in the aluminum alloy by the high shear force of the mixing stirrer, the mixing stirrer has a housing with a working space surrounded by the inner housing sleeve, It has a worm shaft that rotates and translates back and forth in the axial direction in the inner housing sleeve. A stirring blade is provided on the worm shaft, and the stirring protrusion is fixed to the inner housing sleeve and protrudes toward the working space. Supplied to the workspace from one end of the housing and discharged from the workspace as a partially solid aluminum alloy having a predetermined solids content and nanoparticles finely dispersed in the aluminum alloy at the other end of the housing, the filling chamber of the die casting machine To the side, piston By being introduced into the side of the casting mold, the solids content of the aluminum alloy in the work area to a work area in the target is achieved in accordance with the present invention, which is set to a solids content of binary appointed beforehand by cooling and heating the work area. Here, in addition to the grinding of the dendritic branches formed and the high ductility resulting from this, the high shear force of the stirring process in the partially solid state finely disperses the nanoparticles required for the strength increasing effect.

내부 하우징 슬리이브는 외부 하우징 슬리이브로 둘러싸여 중공실린더형태인 중간공간이 형성됨으로서 작업공간을 냉각 및 가열시키기 위하여 중간공간으로 냉각가스 또는 고온가스가 도입될 수 있도록 하는 것이 좋다. 냉각을 위하여서는 공기, 좋기로는 압축공기가 중간공간으로 도입되는 것이 좋고, 가열을 위하여서는 고온가스, 좋기로는 연소가스가 중간공간으로 도입되는 것이 좋다.The inner housing sleeve may be surrounded by the outer housing sleeve to form an intermediate space in the form of a hollow cylinder so that a cooling gas or a hot gas may be introduced into the intermediate space for cooling and heating the work space. For cooling, air, preferably compressed air, is preferably introduced into the intermediate space, and for heating, hot gas, preferably combustion gas, is preferably introduced into the intermediate space.

이들 가스는 알루미늄 합금이 이송되는 방향과 반대방향으로 중간공간을 통하여 도입되는 것이 좋다.These gases are preferably introduced through the intermediate space in a direction opposite to the direction in which the aluminum alloy is transported.

알루미늄 합금의 고형물함량은 40~80%, 특히 50% 보다 더 많은 것이 좋다.The solids content of the aluminum alloy is better than 40 to 80%, especially 50%.

본 발명에 따른 방법의 우선실시예에 있어서, 부분적 고형 알루미늄 합금은 부분적 고형 금속스트랜드의 형태로 작업공간으로부터 배출된다. 연속적으로 이동되어 나오는 부분적 고형 금속스트랜드는 부분적 고형 금속부분으로 분할되고 부분적 고형 금속부분은 다이캐스팅 머신의 충전챔버로 이송된다.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the partially solid aluminum alloy exits the workspace in the form of a partially solid metal strand. Partially solid metal strands which are continuously moved are divided into partial solid metal parts and the partial solid metal parts are transferred to the filling chamber of the die casting machine.

합금에서 나노입자의 함량은 약 0.1~10중량% 인 것이 좋다. 적당한 비용효율적인 나노입자는 예를 들어 Aerosil®와 같은 흄드 실리카(fumed silica)로 구성되는 것이 좋다. 그러나, 다른 나노입자, 예를 들어 잘 알려진 탄소나노튜브(CNT)와 같은 나노입자, 또한 추가로 예를 들어 잘 알려진 Aerosil® 방법으로 생산되고 금속과 예를 들어 산화알루미늄(Al2O3), 이산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 산화안티몬(III), 산화크롬(III), 산화철(III), 산화게르마늄(IV), 산화바나듐(V) 또는 산화텅스텐(VI)과 같은 반금속산화물로 구성되는 나노규모의 입자를 사용할 수도 있다.The content of nanoparticles in the alloy is preferably about 0.1 to 10% by weight. Suitable cost-effective nanoparticles are preferably composed of fumed silica such as, for example, Aerosil®. However, other nanoparticles, for example nanoparticles such as the well-known carbon nanotubes (CNTs), are also further produced, for example, by the well-known Aerosil® method and used for metals and for example aluminum oxide (Al 2 O 3 ), Such as titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), antimony (III) oxide, chromium oxide (III), iron oxide (III), germanium oxide (IV), vanadium oxide (V) or tungsten oxide (VI) Nanoscale particles composed of semimetal oxides can also be used.

본 발명의 다른 특징과 구조 그리고 세부적인 구성은 도면을 참조한 실시예의 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 이러한 실시예는 단순히 설명을 위한 것이며 어떠한 제한을 두고자 하는 것은 아니다.Other features, structures and details of the invention will become apparent from the description of the embodiments with reference to the drawings. These embodiments are merely illustrative and are not intended to be limiting.

도 1은 상류측에 혼합교반기가 구비된 다이캐스팅 머신의 단면도.
도 2는 혼합교반기의 부분단면도.
도 3은 도 1에서 보인 혼합교반기의 단면도.
도 4는 교반돌기를 통하여 이동하는 교반익에 의하여 나타나는 제품내의 전단 및 연신 특성을 보인 설명도.
도 5는 도 1에 따른 구성으로 다이캐스팅하기 위한 부분적 고형 출발물질의 연속제조를 보인 설명도.1 is a cross-sectional view of a die casting machine equipped with a mixing stirrer upstream.
2 is a partial cross-sectional view of the mixing stirrer.
3 is a cross-sectional view of the mixing stirrer shown in FIG.
Figure 4 is an explanatory view showing the shear and stretching characteristics in the product represented by the stirring blades moving through the stirring projection.
5 is an explanatory view showing the continuous production of a partially solid starting material for die casting in the configuration according to FIG.

선택적으로 나노입자에 의하여 보강되고 알루미늄 합금으로 제조되는 다이캐스팅 부품을 다이캐스팅하기 위한 도 1의 장치는 다이캐스팅 머신(10)과 이러한 다이캐스팅 머신(10)의 상류측에 배치되는 혼합교반기(30)를 갖는다.The apparatus of FIG. 1 for diecasting a diecasting component, optionally reinforced with nanoparticles and made of an aluminum alloy, has a diecasting machine 10 and a mixing stirrer 30 disposed upstream of such a diecasting machine 10.

도면에서 일부만을 보인 다이캐스팅 머신(10)은 통상적인 알루미늄 합금의 다이캐스팅을 위하여 상업적으로 입수가능한 장치이고, 주조몰드의 고정부(18)에 연결되고 충전챔버(12)를 가지며 이러한 충전챔버에는 충전챔버(12)측으로 공급되어야 하는 금속이 공급되는 개방부(16)를 가지고, 금속은 피스턴(20)에 의하여 주조몰드의 몰드 캐비티(14)측으로 도입된다.The die casting machine 10 shown only partially in the figure is a commercially available device for die casting of a conventional aluminum alloy, which is connected to a fixed part 18 of the casting mold and has a filling chamber 12 which includes a filling chamber. With the opening 16 to which the metal to be supplied to the (12) side is supplied, the metal is introduced into the mold cavity 14 side of the casting mold by the piston 20.

혼합교반기(30)는 도 2와 도 3에 상세히 도시되어 있다. 이러한 혼합교반기는 예를 들어 특허문헌 CH-A-278 575 에 알려진 것이다. 혼합교반기(30)는 내부 하우징 슬리이브(32)로 둘러싸이고 내부에 축선을 중심으로 하여 회전하고 내부 하우징 슬리이브(32)내에서 축선 x 의 방향으로 전후 이동하는 웜축(36)이 배치된 작업공간을 갖는 하우징(31)을 갖는다. 웜축(36)은 주연방향으로 단절되어 각각의 교반익(38)이 형성된다. 따라서, 각 교반익(38) 사이에는 축상 개방부(40)가 형성된다. 교반돌기(42)가 내부 하우징 슬리이브(32)의 내측으로부터 작업공간(36)측으로 돌출되어 있다. 하우징상의 교반돌기(42)는 웜축(36)에 배치된 교반익(38)의 축상 개방부(40)내에 위치한다. 웜축(36)에 동심원상으로 배치되는 구동축(44)은 단부에서 내부 하우징 슬리이브(32)으로부터 밖으로 안내되어 웜축(36)의 회전운동을 실행하기 위한 구동유니트(도면에는 도시하지 않았음)에 연결된다. 웜축(36)의 병진운동을 실행하기 위하여 웜축(36)과 상호작용하는 장치에 대하여서는 도면에 도시하지 않았음).The mixing stirrer 30 is shown in detail in FIGS. 2 and 3. Such a mixing stirrer is known from patent document CH-A-278 575, for example. The mixing stirrer 30 is surrounded by an inner housing sleeve 32 and a work in which a worm shaft 36 which rotates around an axis and moves back and forth in the direction of the axis x in the inner housing sleeve 32 is disposed. It has a housing 31 which has a space. The worm shaft 36 is cut in the circumferential direction so that each stirring blade 38 is formed. Therefore, the axial opening 40 is formed between each stirring blade 38. The stirring protrusion 42 protrudes from the inner side of the inner housing sleeve 32 toward the working space 36. The stirring projection 42 on the housing is located in the axial opening 40 of the stirring blade 38 disposed on the worm shaft 36. The drive shaft 44 arranged concentrically on the worm shaft 36 is guided out from the inner housing sleeve 32 at the end to a drive unit (not shown in the figure) for executing the rotational movement of the worm shaft 36. Connected. The device interacting with the worm shaft 36 to carry out the translational movement of the worm shaft 36 is not shown in the figure).

작업공간을 한정하는 교반혼합기(30)의 원통형 내부 하우징 슬리이브(32)는 원통형 외부 하우징 슬리이브(46)로 둘러싸여 있다. 내부 하우징 슬리이브와 외부 하우징 슬리이브(46)는 이중구조의 슬리이브를 형성함으로서 원통형 실린더의 형태인 중간공간(48)을 형성한다.The cylindrical inner housing sleeve 32 of the stirring mixer 30 defining the workspace is surrounded by a cylindrical outer housing sleeve 46. The inner housing sleeve and the outer housing sleeve 46 form a dual structure sleeve to form an intermediate space 48 in the form of a cylindrical cylinder.

액상 알루미늄 합금과 선택적인 나노입자를 작업공간으로 공급하기 위한 주입공(50)이 웜축(36)의 구동측을 폐쇄하고 있는 하우징(31)의 단부에 제공된다. 도면에는 단 하나의 주입공(50)이 도시되어 있으나, 알루미늄과 나노입자를 주입하기 위한 두개의 독립된 주입공이 제공될 수 있다. 원칙적으로, 금속이 혼합교반기(30)에 공급되기 전에도 나노입자를 액상 알루미늄 합금에 혼합할 수도 있다. 선택적으로 분산된 나노입자와 함께 부분적 고형 알루미늄 합금을 배출하기 위한 유출공(52)이 웜축(36)의 구동측으로부터 원격한 내부 하우징 슬리이브(32)의 단부에 제공된다.An injection hole 50 for supplying the liquid aluminum alloy and optional nanoparticles to the workspace is provided at the end of the housing 31 which closes the drive side of the worm shaft 36. Although only one injection hole 50 is shown in the figure, two independent injection holes for injecting aluminum and nanoparticles may be provided. In principle, the nanoparticles may be mixed with the liquid aluminum alloy even before the metal is supplied to the mixing stirrer 30. An outlet hole 52 for discharging the partially solid aluminum alloy together with the selectively dispersed nanoparticles is provided at the end of the inner housing sleeve 32 remote from the drive side of the worm shaft 36.

중간공간(48)에 냉각가스 또는 고온가스를 주입하기 위한 유입공(54)(56)이 웜축(36)의 구동측으로부터 원격한 하우징(31)의 단부에서 외부 하우징 슬리이브(46)에 제공된다. 마찬가지로, 중간공간(48)으로부터 가스를 배출하기 위한 유출공(58)(60)이 웜축(36)의 구동측에 근접한 하우징(31)의 단부에 제공된다. 유입공(54)(56)으로부터 유출공(58)(60)으로 내부 하우징 슬리이브의 주연에 균일하게 분포되는 가스의 유량이 최대가 될 수 있도록 하고 작업공간(36)으로부터 열의 균일한 배출 또는 작업공간(36)으로 열의 균일한 도입이 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 각 유입공(54)(56) 및 유출공(58)(60)은 도 3에 따라서 외부 하우징 슬리이브(46)의 주연에 균일하게 분포되게 배치된다.Inlet holes 54 and 56 for injecting cooling gas or hot gas into the intermediate space 48 are provided in the outer housing sleeve 46 at the end of the housing 31 remote from the driving side of the worm shaft 36. do. Similarly, outlet holes 58 and 60 for discharging gas from the intermediate space 48 are provided at the end of the housing 31 close to the driving side of the worm shaft 36. The flow rate of the gas uniformly distributed at the periphery of the inner housing sleeve from the inlet holes 54 and 56 to the outlet holes 58 and 60 can be maximized and the uniform discharge of heat from the work space 36 or In order to ensure a uniform introduction of heat into the workspace 36, each inlet hole 54, 56 and outlet hole 58, 60 is provided at the periphery of the outer housing sleeve 46 according to FIG. 3. It is arranged evenly distributed.

도 4는 종래기술에 따라 구성된 혼합교반기(30)의 경우에 있어서 교반돌기(42)를 지나 이동하는 교반익(38)에 의하여 유발되는, 덩어리형태인 제품 P 내에서의 전단 및 연신유동장의 특성을 보이고 있다. 교반익(38)이 회전하는 방향은 화살표 A 로 보인 반면에, 교반익(38)의 병진운동은 양방향 화살표 B 로 보이고 있다. 교반익(38)의 회전운동으로 그 선단부는 제품 P 을 화살표 C 및 D 로 분할한다. 교반돌기(42)와 교반익(38)이 통과하는 이러한 교반돌기(42)를 향하는 면인 교반익(38)의 주요면(39) 사이에는 갭(41)이 존재하며, 이러한 갭의 폭은 웜축(36)의 회전 및 병진운동에 따라서 달라진다. 화살표 E 로 보인 바와 같이 이러한 갭(41)에서 제품 P 내의 전단과정이 이루어진다. 제품 P 은 회전화살표 F, G 로 보인 바와 같이 교반돌기의 상류측과 하류측에서 벌어져서 새로운 방향으로 향하게 된다. 서두에서 이미 언급된 바와 같이, 교반익(38)과 교반돌기(42)의 최대의 수렴이 이루어지고 따라서 각 교반익(38)의 정현곡선형의 축방향 운동에 의하여 제품 P 내에서 전단사이클당 전단율이 최대가 된다.4 is a characteristic of the shear and stretching flow field in the product P in the form of mass, caused by the stirring blade 38 moving past the stirring projection 42 in the case of the mixing stirrer 30 constructed according to the prior art Is showing. The direction in which the stirring blade 38 rotates is shown by the arrow A, while the translational movement of the stirring blade 38 is shown by the double arrow B. By the rotational movement of the stirring blade 38, the tip portion divides the product P into arrows C and D. A gap 41 exists between the stirring protrusion 42 and the main surface 39 of the stirring blade 38, which is a surface facing the stirring protrusion 42 through which the stirring blade 38 passes, and the width of the gap is a worm shaft. Depends on the rotation and translation of 36. As shown by arrow E, shearing in the product P occurs in this gap 41. The product P is opened upstream and downstream of the stirring projection, as shown by the rotating arrows F and G, and directed in a new direction. As already mentioned at the outset, the maximum convergence of the stirring blade 38 and the stirring projection 42 is achieved and thus per shear cycle in the product P by the sinusoidal axial movement of each stirring blade 38. The shear rate is maximum.

선택적으로 나노입자로 보강되고 알루미늄 합금으로 제조된 다이캐스팅 부품을 다이캐스팅하기 위한 장치의 작동모드가 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명될 것이다.The mode of operation of the apparatus for diecasting diecasting parts, optionally reinforced with nanoparticles and made of aluminum alloy, will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

합금의 액상온도 이상으로 유지되는 알루미늄 합금이 알루미늄 합금만으로 또는 나노입자와 함께 계량하에 주입공(50)을 통하여 작업공간(34)으로 공급된다. 부분적 고형 알루미늄 합금과 나노입자가 교반익(38)과 교반돌기(42) 사이에서 끼여 높은 전단력이 가하여져 수지상 브랜치가 분쇄되고 덩어리 형태에서 나노입자가 미세하게 분산된 상태가 되게 한다. 효율적인 균질화 혼합은 방사상 방향과 종방향의 혼합효과의 조합으로 나타난다. 내부 하우징 슬리이브(32)와 외부 하우징 슬리이브(46) 사이의 중간공간(48)으로 냉각 및 고온가스의 흐름을 제어함으로서 작업공간(34)에서 알루미늄 합금의 고형물함량은 금속이 유출공(52)으로 배출되어 나올 때의 요구된 범위로 설정된다.The aluminum alloy, which is maintained above the liquidus temperature of the alloy, is supplied to the work space 34 through the injection hole 50 only with the aluminum alloy or under the metering together with the nanoparticles. The partially solid aluminum alloy and nanoparticles are sandwiched between the stirring blade 38 and the stirring projection 42 to apply a high shear force, resulting in the dendritic branch being pulverized and the nanoparticles finely dispersed in the form of agglomerates. Efficient homogenizing mixing results from a combination of radial and longitudinal mixing effects. By controlling the flow of cooling and hot gas into the intermediate space 48 between the inner housing sleeve 32 and the outer housing sleeve 46, the solids content of the aluminum alloy in the workspace 34 is determined by the metal outlet hole 52. Is set to the required range when it is discharged.

알루미늄 합금의 요구된 고형물함량은 혼합교반기(30)에서 금속용융물의 점도변화를 측정함으로서 설정된다. 부분적 고형 알루미늄 합금의 고형물함량이 증가할 때 증가하는 점도는 예를 들어 웜축(36)의 구동축(44)에서 회전저항을 측정함으로서 측정된다. 정하여진 고형물함량을 위한 회전저항을 측정함으로서, 측정된 실제값이 내부 하우징 슬리이브(32)와 외부 하우징 슬리이브(46) 사이의 중간공간(46)을 통하여 냉각 및 고온가스의 흐름을 제어하여 조절되는 적당한 설정값을 특정하는 것이 가능하다.The required solids content of the aluminum alloy is set by measuring the viscosity change of the molten metal in the mixing stirrer 30. The increase in viscosity when the solids content of the partially solid aluminum alloy is increased is measured, for example, by measuring the rolling resistance at the drive shaft 44 of the worm shaft 36. By measuring the rotational resistance for the determined solids content, the measured actual value controls the flow of cooling and hot gas through the intermediate space 46 between the inner housing sleeve 32 and the outer housing sleeve 46. It is possible to specify the appropriate setpoint to be adjusted.

요구된 고형물함량을 가지고 선택적으로 나노입자를 포함하는 알루미늄 합금이 주입공(16)을 통하여 다이캐스팅 머신(10)의 충전챔버(12)로 도입되고, 이로부터 피스턴(20)에 의하여 잘 알려진 방식으로 주조몰드의 몰드 캐비티(14)로 간헐적으로 주입된다.An aluminum alloy having the required solids content and optionally comprising nanoparticles is introduced into the filling chamber 12 of the die casting machine 10 through the injection hole 16, from which it is known in a well-known manner by the piston 20. It is intermittently injected into the mold cavity 14 of the casting mold.

도 5에서, 선택적으로 나노입자로 보강되고 알루미늄 합금으로 제조되는 다이캐스팅 부품을 다이캐스팅하기 위한 봉형태의 부분적 고형 출발물질의 연속적인 제조에 대하여 상세히 설명된다. 도 1 및 도 2를 참조한 상기 언급된 작동방법의 설명이 그대로 유지된다.In FIG. 5, a continuous production of rod-shaped partially solid starting materials for diecasting diecasting parts, optionally reinforced with nanoparticles and made of aluminum alloys, is described in detail. The description of the above-mentioned operating method with reference to FIGS. 1 and 2 remains unchanged.

요구된 고형물함량을 가지고 선택적으로 미세분산된 나노입자를 포함하는 알루미늄 합금이 유출공(52)을 통하여 부분적 고형상태의 금속스트랜드(70)의 형태로 연속하여 배출된다. 부분적 고형 상태인 금속스트랜드(70)로부터 예를 들어 회전칼날을 이용하여 요구된 길이의 부분적 고형 금속부분(72)이 절단된다. 이러한 부분적 고형 금속부분(72)은 통상적으로 각 다이캐스팅 부품을 제조하기 위하여 요구된 금속의 분량과 일치하고 주조할 때마다 각각 다이캐스팅 머신(10)의 충전챔버(12)측으로 이송되며 피스턴(20)에 의하여 잘 알려진 방식으로 충전챔버로부터 주조몰드의 몰드 캐비티(14)로 주입된다.An aluminum alloy containing the required solids content and optionally finely dispersed nanoparticles is continuously discharged through the outlet hole 52 in the form of a metal strand 70 in a partially solid state. From the metal strand 70, which is in the partially solid state, a partially solid metal portion 72 of the required length is cut, for example using a rotary blade. These partially solid metal portions 72 typically match the amount of metal required to produce each die casting part and are each transported to the filling chamber 12 side of the die casting machine 10 and cast to the piston 20 each time it is cast. It is injected from the filling chamber into the mold cavity 14 of the casting mold in a well known manner.

통상적으로 부분적 고형 금속스트랜드(70)는 웜축(36)의 축선 x 의 방향인 수평방향으로 혼합교반기(30)를 떠나나, 이러한 방향은 예를 들어 수직방향과 같이 다른 방향일 수 있다. 금속스트랜드(70)의 단면은 유출공(52)의 단면에 의하여 결정되며, 통상적으로 원형이다. 부분적 고형 금속부분(72)은 예를 들어 집게기구에 의하여 파지되고 다이캐스팅 머신(10)의 충전챔버(12)로 이송될 수 있다.Typically, the partially solid metal strand 70 leaves the mixing stirrer 30 in the horizontal direction, which is the direction of the axis x of the worm shaft 36, but this direction may be another direction, for example a vertical direction. The cross section of the metal strand 70 is determined by the cross section of the outlet hole 52 and is typically circular. The partially solid metal portion 72 can be gripped by, for example, a tong mechanism and transferred to the filling chamber 12 of the die casting machine 10.

10: 다이캐스팅 머신, 12: 충전챔버, 14: 몰드 캐비티, 16: 개방부, 18: 고정부, 20: 피스턴, 30: 혼합교반기, 31: 하우징, 32: 내부 하우징 슬리이브, 34: 작업공간, 36: 웜축, 38: 교반익, 40: 축상 개방부, 41: 갭, 42: 교반돌기, 44: 구동축, 46: 외부 하우징 슬리이브, 48: 중간공간, 50: 주입공, 52: 유출공, 54, 56: 유입공, 58, 60: 유출공, 70: 부분적 고형 금속스트랜드, 72: 부분적 고형 금속부분.10: die casting machine, 12: filling chamber, 14: mold cavity, 16: opening, 18: fixing part, 20: piston, 30: mixing stirrer, 31: housing, 32: inner housing sleeve, 34: working space, 36: worm shaft, 38: stirring blade, 40: axial opening, 41: gap, 42: stirring projection, 44: drive shaft, 46: outer housing sleeve, 48: intermediate space, 50: injection hole, 52: outlet hole, 54, 56: inlet hole, 58, 60: outlet hole, 70: partially solid metal strand, 72: partially solid metal part.

Claims (10)

알루미늄 합금으로 제조되는 다이캐스팅 부품의 제조방법에 있어서, 알루미늄 합금이 혼합교반기(30)내에서 높은 전단력에 노출되고, 혼합교반기는 내부 하우징 슬리이브(32)로 둘러싸인 작업공간(34)을 갖는 하우징(31)과, 축선(x)을 중심으로 하여 회전하고 내부 하우징 슬리이브(32)에서 축선(x)방향으로 전후 병진운동하는 웜축(36)을 가지며, 웜축에 교반익(38)이 구비되어 있고 교반돌기(42)가 내부 하우징 슬리이브(32)에 고정되고 작업공간(34)측으로 돌출되어 있으며, 액상 알루미늄 합금이 하우징(31)의 일측단부에서 작업공간(34)으로 공급되고, 하우징(31)의 타측단부에서, 사전에 정하여진 고형물함량을 갖는 부분적 고형 알루미늄 합금으로서 작업공간(34)으로부터 배출되고, 다이캐스팅 머신(10)의 충전챔버(12) 측으로 이송되며, 피스턴(20)에 의하여 주조몰드측으로 도입되고, 작업공간(34)내의 알루미늄 합금의 고형물함량이 작업공간(34)을 표적으로 하여 작업공간을 냉각 및 가열시켜 사전에 정하여진 고형물함량으로 설정되는 것임을 특징으로 하는 다이캐스팅 부품의 제조방법.In the method of manufacturing a die cast part made of aluminum alloy, the aluminum alloy is exposed to high shear force in the mixing stirrer 30, and the mixing stirrer has a housing having a working space 34 surrounded by the inner housing sleeve 32 ( 31) and a worm shaft 36 which rotates about the axis x and translates back and forth in the direction of the axis x in the inner housing sleeve 32, and a stirring blade 38 is provided on the worm shaft. The stirring protrusion 42 is fixed to the inner housing sleeve 32 and protrudes toward the work space 34, and the liquid aluminum alloy is supplied to the work space 34 at one end of the housing 31, and the housing 31 is provided. At the other end of the), it is discharged from the work space 34 as a partially solid aluminum alloy with a predetermined solids content, transferred to the filling chamber 12 side of the die casting machine 10, and cast by the piston 20 The die casting component is introduced into the mold side, and the solid content of the aluminum alloy in the working space 34 is set to a predetermined solid content by cooling and heating the working space by targeting the working space 34. Way. 제1항에 있어서, 내부 하우징 슬리이브(32)가 외부 하우징 슬리이브(46)에 의하여 둘러싸여 바람직하게는 중공형 실린더의 형태인 중간공간(48)이 형성되고, 작업공간(34)을 냉각시키고 가열시키기 위하여 냉각가스와 고온가스중 하나 이상이 중간공간(48)을 통해 도입됨을 특징으로 하는 다이캐스팅 부품의 제조방법.2. The inner housing sleeve 32 is surrounded by an outer housing sleeve 46 to form an intermediate space 48, preferably in the form of a hollow cylinder, to cool the workspace 34 and At least one of a cooling gas and a hot gas is introduced through an intermediate space (48) to heat the die. 제2항에 있어서, 냉각을 위하여 공기, 바람직하기로는 압축공기가 중간공간(48)을 통하여 도입되고, 가열을 위하여 고온가스, 바람직하기로는 연소가스가 중간공간(48)을 통하여 도입됨을 특징으로 하는 다이캐스팅 부품의 제조방법.3. The method of claim 2, characterized in that air, preferably compressed air, is introduced through the intermediate space (48) for cooling and hot gas, preferably combustion gas, is introduced through the intermediate space (48) for heating. Method for producing a die cast part. 제2항 또는 제3항에 있어서, 가스가 알루미늄 합금이 이송되는 방향과 반대인 방향으로 중간공간(48)을 통하여 도입됨을 특징으로 하는 다이캐스팅 부품의 제조방법.4. A method according to claim 2 or 3, wherein the gas is introduced through the intermediate space (48) in a direction opposite to the direction in which the aluminum alloy is conveyed. 제1항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서, 요구된 고형물함량을 설정하기 위하여, 작업공간(34)내의 알루미늄 합금의 점도가 측정되고 작업공간(34)을 표적으로하여 작업공간을 냉각시키고 가열시킴으로서 사전에 정하여진 값으로 설정됨을 특징으로 하는 다이캐스팅 부품의 제조방법.The method according to any one of claims 1 to 4, wherein in order to set the required solids content, the viscosity of the aluminum alloy in the workspace 34 is measured and the workspace 34 is targeted to cool and heat the workspace. The die casting part manufacturing method characterized in that the set to a predetermined value by. 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 있어서, 알루미늄 합금의 고형물함량이 40~80%, 바람직하기로는 50% 보다 더 많게 설정됨을 특징으로 하는 다이캐스팅 부품의 제조방법.6. The method as claimed in claim 1, wherein the solids content of the aluminum alloy is set to be greater than 40-80%, preferably 50%. 7. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서, 부분적 고형 알루미늄 합금이 부분적 고형 금속스트랜드(70)로서 작업공간(34)으로부터 배출되고, 부분적 고형 금속스트랜드(70)가 부분적 고형 금속부분(72)들로 분할되며, 부분적 고형 금속부분(72)들이 다이캐스팅 머신(10)의 충전챔버(12)측으로 이송됨을 특징으로 하는 다이캐스팅 부품의 제조방법.The partially solid aluminum alloy is discharged from the work space 34 as a partially solid metal strand 70, and the partially solid metal strand 70 is partially solid metal portion 72. And partly solid metal parts (72) are conveyed to the filling chamber (12) side of the die casting machine (10). 제1항 내지 제7항의 어느 한 항에 있어서, 나노입자로 보강된 다이캐스팅 부품을 제조하기 위하여, 나노입자가 알루미늄 합금과 혼합되고 혼합교반기(30)에서 높은 전단력에 의해 알루미늄 합금내에 미세분산되며, 액상 알루미늄 합금과 나노입자가 하우징(31)의 일측단부에서 작업공간(34)으로 공급되고, 하우징(31)의 타측단부에서, 사전에 정하여진 고형물함량을 가지고 알루미늄 합금내에 미세분산된 나노입자를 갖는 부분적 고형 알루미늄 합금으로서 작업공간(34)으로부터 배출됨을 특징으로 하는 다이캐스팅 부품의 제조방법.8. The method of claim 1, wherein the nanoparticles are mixed with the aluminum alloy and microdispersed in the aluminum alloy by high shear forces in the mixing stirrer 30 to produce the diecasting part reinforced with the nanoparticles. The liquid aluminum alloy and nanoparticles are supplied to the work space 34 at one end of the housing 31, and at the other end of the housing 31, nanoparticles finely dispersed in the aluminum alloy with a predetermined solid content are collected. And a partially solid aluminum alloy having a discharge from the work space (34). 제8항에 있어서, 합금내에서 나노입자의 함량이 0.1~10체적%임을 특징으로 하는 다이캐스팅 부품의 제조방법.The method of claim 8, wherein the content of nanoparticles in the alloy is 0.1 to 10% by volume. 제9항에 있어서, 사용된 나노입자가 흄드 실리카; 탄소나노튜브(CNT)와; 또한 추가로, 산화알루미늄(Al2O3), 이산화티타늄(TiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 산화안티몬(III), 산화크롬(III), 산화철(III), 산화게르마늄(IV), 산화바나듐(V) 또는 산화텅스텐(VI)과 같은 나노규모의 입자의 금속 및 반금속 산화물임을 특징으로 하는 다이캐스팅 부품의 제조방법.The method of claim 9, wherein the nanoparticles used are fumed silica; Carbon nanotubes (CNT); Further, aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), antimony (III) oxide, chromium (III) oxide, iron oxide (III), germanium oxide (IV), A method for producing a die casting part, characterized in that the metal and semimetal oxides of nanoscale particles such as vanadium oxide (V) or tungsten oxide (VI).
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