KR20130098585A - 금속슬러리 성형 금형 - Google Patents

Abstract

이 발명은 금속슬러리를 상금형 또는 하금형에서 주입하기 위하여 금형에 설치되는 금속슬러리 주입용 슬리브, 상기 슬리브에 삽입되고 슬리브를 통해 성형공동에 주입되는 금속슬러리를 가압하여 성형하는 플런저, 상기 금속슬러리 주입 금형의 대응 금형에 설치되는 이젝터 슬리브, 상기 이젝터 슬리브에 삽입되고 구동수단에 연결되어 상하 금형의 분리되었을 때 전진 구동으로 성형품을 금형에서 탈거하고 후진 동작에서 처음 위치로 돌아오는 이젝터를 구비하고, 상하 금형에 포함되는 고정다이와 이동다이에 측면이동다이를 결합하여 다양한 형태의 고품질 금속 성형물을 금속슬러리로 다이캐스팅 성형을 할 수 있는 금형을 제공하고, 또한 반용융 성형법 또는 반응고 성형법에 공용되는 성형툴 로서 금속슬러리 성형 금형을 제공한다.

Description

금속슬러리 성형 금형 {Mold for molding a Metal slurry}

이 발명은 금속슬러리 성형금형에 관한 것이다. 자세히 금속슬러리(slurry)를 고압으로 성형하여 최종 성형품을 제조하는 다이캐스팅 금형에 관한것이다.

금속슬러리 성형 금형의 필요성과 그 특성을 이해하기 위하여 학교법인 연세대학교가 제공한 문헌 실용신안등록공보 20-0320003을 인용한다.

반용융 성형법(thixoforming)은 반응고 성형법과 아울러 반응고/반용융 성형법으로 불리는 데, 여기서, 반응고 성형법(rheocasting)이란 미처 응고되지 않아 소정의 점성을 갖는 반응고 금속슬러리(slurry)를 주조 또는 단조하여 빌렛이나 최종 성형품을 제조하는 가공법을 말하고, 반용융 성형법은 이렇게 반응고 성형법에 의해 제조된 빌렛을 다시 반용융 상태의 슬러리로 재가열한 후, 이 슬러리를 주조 또는 단조시켜 최종제품으로 제조하는 가공법을 말한다. 여기서, 반응고 금속슬러리란 반응고 영역의 온도에서 액상과 구상의 결정립이 적절한 비율로 혼재한 상태에서 틱소트로픽(thixotropic)한 성질에 의해 작은 힘에 의해서도 변형이 가능하고, 유동성이 우수하여 액상과 같이 성형가공이 용이한 상태의 금속재료를 의미한다.

이러한 반응고/반용융 성형법은 주조나 용탕단조 등 용융 금속을 이용하는 일반인 성형방법에 비해 여러 가지 장점을 갖고 있다. 예를 들면, 반응고/반용융 성형법에서 사용하는 슬러리는 용융 금속보다 낮은 온도에서 유동성을 가지므로 이 슬러리에 노출되는 다이의 온도를 용융 금속의 경우보다 더 낮출 수 있고, 이에 따라 다이의 수명이 길어질 수 있다. 또한, 슬러리가 실린더를 따라 압출될 때 난류(turbulence)의 발생이 적어, 주조과정에서 공기의 혼입을 줄일 수 있으며, 이에 따라 최종 제품에의 기공 발생을 저감시킬 수 있다. 그 외에도 응고 수축이 적고, 작업성이 개선되며, 제품의 기계적 특성과 내식성이 향상되고, 제품의 경량화가 가능하다. 이에 따라, 자동차 및 항공기 산업분야, 전기 전자 정보 통신 장비의 신소재로서 이용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 반용융 성형법의 경우에도 반응고 성형법에 의해 생성된 빌렛을 사용하는데, 종래의 반응고 성형법은 용융 금속을 냉각시킬 때에 주로 액상선 이하의 온도에서 교반시켜 이미 생성된 수지상(dendrite) 결정조직을 파괴함으로써 반응고 성형에 적합하도록 구형의 입자로 만드는 것이었으며, 교반방법으로는 기계적 교반법(mechanical stirring)과 전자기적 교반법(electromagnetic stirring), 개스 버블링, 저주파, 고주파 또는 전자기파 진동을 이용 하거나 전기적 충격에 의한 교반법 (agitation) 등이 이용되었다.

예를 들어, 미국특허 제3,948,650호에는 액상-고상 혼합물 (liquid-solid mixture)을 제조하는 방법 및 그 장치가 개시되어 있는데, 이 방법에서는 용융금속이 고상화되는 동안 이를 강하게 교반하면서 냉각시킨다. 또한, 개시된 반응고금속슬러리 제조장치는 용기에 고-액 혼합물을 주입한 상태에서 교반봉에 의해 교반하는 데, 이 교반봉은 소정의 점성을 가진 고-액 혼합물을 저어주어 유동시킴으로써 혼합물 내의 수지상 구조를 파쇄하거나 파쇄된 수지상 구조를 분산시키는 것이다. 상기와 같은 제조방법에서는 냉각과정에서 이미 형성된 수지상 결정형태를 분쇄하여 이를 결정핵으로 하여 구상의 결정을 얻으려는 것으로, 초기 응고층의 형성에 따른 잠열 발생으로 인해 냉각속도의 감소와 제조시간의 증가 및 교반 용기 내 에서의 온도 불균일로 인한 불균일한 결정 상태 등 많은 문제점을 수반한다. 또한, 상기 제조장치의 경우에도 기계적 교반이 갖는 한계로 인하여 용기 내의 온도분포가 불균일하며, 챔버 내에서 작동하기 때문에 작업 시간 및 후속 공정으로의 연계가 매우 어려운 한계를 갖는다.

미국특허 제4,465,118호에는 반응고 합금 슬러리 (semi-solid alloy slurry)의 제조방법 및 장치가 개시되어 있는데, 코일을 갖춘 전자기장 인가 수단의 내측에 순차로 냉각 매니폴드 및 금형이 구비되어 있고, 금형의 상측은 용융 금속이 연속하여 주입되도록 형성되어 있으며, 냉각 매니폴드에는 냉각수가 흘러 금형을 냉각시킨다. 반응고 합금 슬러리의 제조방법은, 먼저, 상기 금형의 상측으로부터 용융 금속을 주입하고, 이 용융 금속이 금형 내를 통과하면서 먼저 냉각 매니폴드에 의해 고상화 영역(solidification zone)을 형성하게 되며, 여기서 전자기장 인가 수단에 의해 자기장이 인가되어 수지상 조직을 파쇄시키면서 냉각이 진행되고, 마침내 하부로부터 인곳(ingot)이 형성되는 것이다. 그런데, 이러한 제조방법 및 장치에 있어서도, 그 기본적인 기술적 사상은 응고가 일어난 후에 진동을 가해 수지상 조직을 파쇄한다는 것으로, 이도 역시 전술한 바와 같은 공정상 및 조직 구성상의 많은 문제를 갖는다. 또한, 상기 제조장치의 경우에도 용융금속이 상부에서 하부로 진행하면서 연속하여 인곳을 형성하는 것이나, 연속하여 성장하도록 함으로써 금속의 상태를 조절하기가 매우 어려우며, 전체적인 공정 제어가 곤란하다. 뿐만 아니라, 전자기장의 인가 이전의 단계에서 이미 상기 용기를 수냉시키므로 용기 벽체 부근과 중심부근에서의 온도차가 심하게 되는 한계가 있다.

이 밖에도 반응고/반용융 성형법은 후술하는 바와 같이, 다양하게 존재하나 모두 전술한 바와 같이 이미 형성된 수지상 조직을 파쇄하여 이를 결정핵으로서 사용한다는 기술적 사상을 근간에 두고 있어 전술한 특허와 동일한 문제들을 지니고 있다.

미국특허 4,694,881호는 합금 중의 모든 금속 성분이 액체 상태로 존재하도록 합금을 가열한 다음, 얻어지는 액체 금속을 액상선과 고상선 사이의 온도로 냉각시킨 다음 전단력을 인가하여 냉각되는 용융금속으로부터 형성되는 수지상 조직를 파괴함으로써 반용융 성형재 (thixotropic materials)를 제조하는 방법을 개시하고 있다.

일본 공개특허공보 특개평11-33692호에는 액상선 온도 부근 또는 액상선보다 50℃까지 높은 온도에서 용융금속을 용기에 주입한 다음, 용융금속이 냉각되는 과정에서 용융금속의 적어도 일부가 액상선 온도 이하로 되는 시점, 즉 최초로 액상선 온도를 통과하는 시점에서, 예를 들어 초음파 진동 등에 의해, 용융금속에 운동을 가한 다음 서서히 냉각 시킴으로써 입상결정형태의 금속조직을 가진 반응고 주조용 금속슬러리를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에서도, 초음파진동 등의 힘이 냉각초기에 형성되는 수지상 결정조직을 파쇄하기 위해 사용되고 있다. 또한, 주탕온도를 액상선온도보다 높은 수준으로 하면, 입상의 결정형태를 얻기 어렵고, 동시에, 용탕을 급격히 냉각하기 어렵다. 뿐만 아니라, 표면부와 중심부의 조직이 불균일하게 된다.

또한, 일본 공개특허공보 특개평10-128516호에 개시된 반용융금속의 성형방 법에서는 용융금속을 용기에 주입한 다음 진동바를 용융금속 중에 침적시켜 용융금속과 직접 접촉시킨 상태로 진동시켜 용융금속에 진동을 부여한다. 이에 따라 진동바의 진동력을 용융금속에 전달함으로써, 액상선 온도 이하에서 결정핵을 가진 고액공존상태의 합금을 형성한 후, 소정의 액상율을 나타내는 성형온도까지 용융금속을 용기내에서 냉각하면서 30초 내지 60분간 유지함으로써 상기 결정핵을 성장시켜 반용융금속을 얻는다. 그러나, 이 방법에 의해 얻어진 결정핵의 크기는 약 100㎛이고, 공정소요시간도 상당이 길며, 소정 크기 이상의 용기에 적용하기 곤란한 문제가 있다.

미국특허 제6,432,160호에는 냉각과 교반을 동시에 정밀하게 제어함으로써 반용융 금속슬러리를 제조하는 방법을 개시하고 있다. 구체적으로는, 용융금속을 혼합용기 (mixing vessel)에 주입한 후, 혼합용기 주위에 설치된 고정자 어셈블리(stator assembly)를 작동시켜 용기내의 용융금속을 급속하게 교반하기에 충분한 기자력 (magnetomotive force)을 발생시키고, 혼합용기 주위에 설치되어 용기 및 용융금속의 온도를 정밀하게 조절하는 작용을 하는 써멀 자켓(thermal jacket)을 이용하여 용융금속의 온도를 급속하게 떨어뜨린다. 용융금속이 냉각될 때 용융금속은 계속적으로 교반되며, 고상율 (solid fraction)이 낮을 때는 빠른 교반을 제공하도록 하고 고상율이 증가함에 따라 증대된 기전력을 제공하도록 하는 방식으로 조절된다.

이상 설명한 바와 같은 종래의 반응고/반용융 성형방법 및 장치들은 냉각과정에서 이미 형성된 수지상 결정형태를 분쇄하여 입상의 금속 조직으로 만들기 위 해 전단력을 이용하고 있다. 즉, 용융 금속의 적어도 일부가 액상선 이하로 온도가 내려갔을 때에야 비로소 진동 등의 힘을 가하므로 초기 응고층의 형성에 따른 잠열발생으로 인해 냉각속도의 감소와 제조시간의 증가 등 각종 문제를 피하기 어렵다. 또한, 이에 따라 형성된 금속 조직도 용기 내에서의 온도의 불균일로 인해 전체적으로 균일하고 미세한 조직을 얻기 어려우며, 용융 금속의 용기로의 주입 온도를 조절하지 않으면 용기 벽면부와 중심부의 온도차로 인해 조직의 불균일성은 더욱 증대되게 된다.

등록실용 제20-0320003호는 상술한 문제를 해결하기 위하여 보다 미세하고 균일한 구상화 입자를 얻는 동시에 에너지 효율의 개선, 제조비 절감, 기계적 성질의 향상, 주조공정의 간편화 및 제조시간 단축의 이점을 실현하고 단시간에 고품질의 반용융 성형용 빌렛을 연속하여 복수개 제조할 수 있는 반용융 성형용 빌렛의 제조장치로서 "내측에 공간부를 구비하고 상기 공간부에 전자기장을 인가하는 교반부; 상기 공간부를 관통하도록 설치된 것으로, 상기 전자기장이 인가되는 공간부에 대응되는 소정 영역에 용융 금속이 주입되는 슬리브; 상기 슬리브의 일단부에 삽입되는 것으로, 상기 슬리브 내에서 상기 용융 금속이 수용되는 영역의 일측 벽을 형성하고, 제조된 슬러리를 가압하는 제 1 플런저; 및 상기 슬리브의 타단부에 삽입되는 것으로, 상기 슬리브 내에서 상기 용융 금속이 수용되는 영역의 타측 벽을 형성하고, 상기 제 1 플런저가 상기 슬러리를 가압할 때에 고정되어 소정 크기의 빌렛을 형성한 후에 후퇴되는 제 2 플런저를 포함하는 반용융 성형용 빌렛의 제조장치"를 제안하고 그 결과로서 "첫째, 전체적으로 균일, 미세한 구상의 조직을 갖는 합금을 얻을 수 있다. 둘째, 액상선보다 높은 온도에서의 단시간의 교반만으로도 용기 벽면에서의 핵생성 밀도를 현저히 증가시켜 입자의 구상화를 실현할 수 있다. 셋째, 제조된 합금의 기계적 성질의 향상을 실현할 수 있다. 넷째, 전자기장 교반 시간을 크게 단축시킬 수 있으므로 교반에 필요한 에너지의 소모가 적다. 다섯째, 전체 공정을 단순화하고, 제품성형시간도 아울러 단축되어 생산성을 향상시킬 수 있다. 여섯째, 연속하여 복수개의 빌렛을 제조할 수 있으므로, 양산 적용성이 우수하다.”고 기술 효과를 기재하고 있다.

다시 학교법인 연세대학교가 제공한 문헌 실용신안등록공보 20-0319469을 인용하면 “내측에 공간부를 구비하고 상기 공간부에 전자기장을 인가하는 교반부; 상기 공간부에 구비되고, 액상의 용융 금속이 주입되는 슬리브; 상기 슬리브의 일단부에 삽입되어 제조된 슬러리를 가압하는 플런저; 및 상기 슬리브의 타단에 연결되어 소정의 성형품을 형성하는 것으로, 이동 다이와 고정 다이에 의해 소정의 성형 공동이 구비되고, 상기 플런저의 가압에 의해 상기 슬러리가 상기 성형 공동으로 주입되는 성형 다이를 포함하는 반응고 성형용 다이캐스팅 장치[I]”;

상기 반응고 성형용 다이캐스팅 장치[I]에 “상기 슬리브는 지면에 수평하도록 배치되고, 상기 성형 다이가 연결된 타단부에 인접하여 상기 슬러리가 제조되는 동안 상기 성형 다이측 주입구를 폐쇄하고 상기 플런저의 가압 시 개방되는 개폐 도어가 더 구비된 반응 고 성형용 다이캐스팅 장치”;

상기 반응고 성형용 다이캐스팅 장치[I]에 "상기 슬리브 중 적어도 일부는 상기 플런저가 삽입된 일단부가 지면을 향하도록 지면에 대해 경사지게 배치된 반응고 성형용 다이캐스팅 장치";

상기 반응고 성형용 다이캐스팅 장치[I]에 "상기 슬리브는 상기 플런저가 삽입된 일단부가 지면을 향하도록 지면에 대해 소정각도로 회동되도록 구비된 제1슬리브와, 지면에 평행한 제2슬리브로 구비되고, 상기 제1슬리브는 회동되어 상기 제2슬리브에 결합되도록 가동되며, 상기 공간부에는 상기 제1슬리브가 배치된 반응고 성형용 다이캐스팅 장치";

상기 반응고 성형용 다이캐스팅 장치[I]에 "상기 슬리브는 상기 플런저가 삽입된 일단부가 지면을 향하도록 지면에 대해 수직하게 배치되고, 승강운동이 가능하도록 구비되어 상기 성형 다이와 서로 착탈 가능한 것으로, 상기 슬리브는 상기 슬러리가 제조된 후에 상기 플런저와 함께 상승하여 상기 성형 다이에 결합되고, 상기 슬리브가 결합된 후에 상기 플런저가 상기 슬러리를 가압하는 반응고 성형용 다이캐스팅 장치";

및 상기 반응고 성형용 다이캐스팅 장치들에 대해서 "조절 장치는 상기 슬리브에 설치된 냉각 장치 및 상기 슬리브 외측 벽에 형성된 전기 히터 중 적어도 어느 하나로 구비된 반응고 성형용 다이캐스팅 장치“를 제안하고,

상기 제안된 반응고 성형용 다이캐스팅 장치에 대해서 "첫째, 전체적으로 균일, 미세한 구상의 조직을 갖는 성형품을 얻을 수 있다. 둘째, 액상선보다 높은 온도에서의 단시간의 교반 만으로도 슬리브 벽면에서의 핵생성 밀도를 현저히 증가시켜 입자의 구상화를 실현할 수 있다. 셋째, 제조된 성형품의 기계적 성질의 향상을 실현할 수 있다. 넷째, 전자기장 교반 시간을 크게 단축시킬 수 있으므로 교반에 필요한 에너지의 소모가 적다. 다섯째, 전체 공정을 단순화하고, 제품성형시간도 아울러 단축되어 생산성을 향상시킬 수 있다.”고 기술 효과를 기재하고 있다.

실용신안등록공보 20-0320003 실용신안등록공보 20-0319469

내측에 공간부를 구비하고 내측 공간부에 전자기장을 인가하는 교반부; 상기 공간부에 구비되고 금속슬러리가 주입되는 슬리브; 상기 슬리브의 일단부에 삽입되어 상기 공간부에 주입된 슬러리를 가압하는 플런저; 및 상기 슬리브의 타단에 연결되어 소정의 성형품을 형성하는 수단으로서 이동다이와 고정다이의 사이에 성형공동이 구비되고, 상기 플런저의 가압에 의해 상기 슬러리가 상기 성형공동으로 주입되게 하는 장치가 선행기술 문헌에서 알려져 있다.

이 발명은 반용융 성형법(thixoforming) 또는 반응고 성형법(rheocasting)에 공용되는 성형 툴 로서 금속슬러리 성형 금형을 제공 하려는 것이다.

이 발명은 상금형에 금속슬러리 주입 통로로서 슬리브와 가압 플런저를 설치하므로 반용융 성형법과 반응고 성형법에서 사용될 수 있는 성형 금형을 제공하려는 것이다. 이 발명은 다양한 형태의 금속 성형물을 제조할 수 있도록 금형의 사이드에 유압캠 곧, 측면이동다이를 설치한 금속슬러리 성형금형을 제공하려는 것이다. 이 발명은 슬러리 공급금형(상금형 또는 하금형)의 상대측 금형에 이젝트 플런저를 설치함이 특징인 금속슬러리 성형금형을 제공하려는 것이다.

이 발명에서 금속슬러리 성형금형을 제공한다.

이 발명의 기반기술은 금속슬러리 성형금형은 내측에 공간부를 구비하고 내측 공간부에 전자기장을 인가하는 교반부를 구비하고, 상기 공간부에 구비되고 금속슬러리가 주입되는 슬리브가 설치되며, 상기 슬리브의 일단부에 삽입되어 상기 공간부에 주입된 슬러리를 가압하는 플런저가 구성되고, 다시 상기 슬리브의 타단에 연결되어 소정의 성형품을 형성하는 수단으로서 이동다이와 고정다이의 사이에 성형공동이 조성되고, 상기 플런저의 가압에 의해 상기 슬러리가 상기 성형공동으로 주입되게 하는 금속슬러리 성형 방법 및 장치이다.

이 발명 상금형에서 금속슬러리를 주입하는 금형은 반용융 성형법 또는 반응고 성형법에 의한 성형을 모두 가능하게 하는 금형이다. 이 발명의 이 특징은 용융 금속이 상금형의 슬리브 내에서 중력을 따라 이동되므로 수지상 결정조직이 심화되기 전 단계 금속의 구상 결정이 보존된 금속슬러리를 중력으로 금형의 성형공동에 전달하게 되고 플런저로서 중력의 방향에서 금속슬러리를 금형의 성형공동에 가압하게되어 금속슬러리에 의한 양질의 금속 성형물을 제조할 수 있게 하는 것으로 반용융 성형법 또는 반응고 성형법에서 좋은 품질의 금속성형물을 제조할 수 있는 것이다.

이 발명의 다른 구성은 금속슬러리를 하금형에서 밀어 올려 주입하고 상금형에 이적터를 설치한 금속슬러리 성형금형을 제공한다.

이 발명은 금속슬러리 성형금형에 이젝터를 설치하므로 금속슬러리 성형물을 금형에서 쉽게 탈거할 수 있다.

이 발명은 상하금형에 포함된 고정다이와 이동다이 외에 유압캠 형식의 측면 이동다이를 결합하여 성형공동을 조성하므로 다양한 형태의 금속슬러리 성형물을 제조할 수 있는 것이다.

상기와 같이 이 발명은 상하금형 내에 조성되는 성형공동에 슬리브를 설치하고 플런저로서 금속슬러리를 성형공동에 주입하여 금속 성형제품을 제조하는 다이캐스팅 성형 기술에서, 상금형을 통하여 금속슬러리를 성형공동에 주입하고 이젝터를 설치하여 금속 성형물을 금형에서 탈거하고 또는 상하 금형의 이동다이와 고정다이에 유압캠 형태의 측면이동다이 하나 이상을 결합하므로 반용융 성형법(thixoforming) 또는 반응고 성형법(rheocasting)에 공용되는 성형 금형을 제공하는 것이고 더 나아가 다양한 형태의 금속 성형제품을 다이캐스팅 법으로 제조할 수 있게 하는 것이다.

도 1은 상금형에서 금속 슬리브를 주입하는 금형의 상하 금형 분리상태 및 상하금형의 합형 상태 사시도
도 2는 일부를 투시해 보인 도1 금형의 합형상태 정면도
도 3은 측면 이동다이가 개방된 모습을 보인 도1 금형의 단면구성 예도
도 4는 측면 이동다이가 닫힌 모습을 보인 도1 금형의 단면구성 예도
도 5는 하금형에서 슬리브를 설치한 금형으로 상하 금형 분리상태 및 상하금형 합형상태 정면도
도 6은 측면 이동다이가 개방된 모습을 보인 도5 금형의 단면구성 예도
도 7은 측면 이동다이가 닫힌 모습을 보인 도5 금형의 단면구성 예도

이 발명을 첨부 도면을 인용하여 설명하면 다음과 같다.

이 발명은 구상 결정이 보존된 금속슬러리를 상금형에서 주입하기 위하여 상금형(10) 이동다이(11)에 금속슬러리 주입용 슬리브(12)가 연결 설치된다. 금형에 주입된 금속슬러리를 가압하기 위하여 상기 상금형의 슬리브(12)에 플런저(13)가 설치된다. 금속 성형물을 금형에서 탈거하기 위하여 하금형(20)에 이젝터 슬리브(22)가 설치된다. 이젝터 슬리브(22)을 통하여 금속성형물을 밀어내기 위한 이젝터(23)가 이젝터 슬리브(22)에 설치된다.

상금형(10)의 이동다이(11)와 하금형(20)의 고정다이(21)에 성형공동(40)이 조성되어 있다.

상기 슬리브(12), 플런저(13), 이젝터 슬리브(22) 및 이젝터(23)는 금속슬리브 성형 장치에 관련된 도시가 생략되어 있고 플런저(13)와 이젝터 플런저(23)는 구동장치에 조립되어 플런저(13)와 이젝터 플런저(23)는 성형공정의 제어에 따라 전진 동작 및 후진 동작으로 구동된다.

금속슬러리가 공급되기 전 이젝터(23)는 이젝터 슬리브(22)에 삽입되어 이젝터 슬리브(22) 통로는 성형공동(40)에 대하여 닫혀 있다. 성형 사이클이 시작되면 플런저(13)는 후진하고 성형공동(40)에 연결된 슬리브(13) 통로는 금속슬러리(41)를 공급하기 위하여 열려있게 된다.

금속슬러리 공급장치로부터 열린 슬리브(12) 통로에 구상 결정이 보존된 금속슬러리가 정량 주입된다. 금속슬러리는 중력으로 슬리브(12) 통로를 이동하여 이동다이(11)와 고정다이(21)에 조성된 성형공동(40)에 채워진다.

플런저(13)가 전진하여 성형공동(40)에 채워진 금속슬러리(41)에 압력을 가하므로 금속슬러리를 성형공동에 다져 넣는다.

성형공동에 채워진 금속슬러리가 냉각되어 고형화 되면 하금형(20)에서 상금형(10)이 분리되어 개방되고 이젝터(23)는 이젝터 슬리브(22)안에서 진전 동작이 되고 금속 성형물이 고정다이(21)에서 탈거된다.

이 발명 금속슬러리 성형금형의 다른 구성은 금속슬러리를 주입하기 위하여 하금형(20) 고정다이(21)에 설치된 금속슬러리 주입용 슬리브(25), 상기 하금형의 슬리브(25)에 삽입되고 슬리브(25)에 공급되는 금속슬러리(50)를 밀어올려 고정다이(11)와 이동다이(21)에 조성하는 성형공동(40)에 주입하는 플런저(26), 상금형(10)에 설치되는 이젝터 슬리브(15) 및 상기 이젝터 슬리브(15)에 삽입되고 구동수단에 연결되어 상하 금형의 분리되었을 때 전진 구동으로 금속 성형물을 금형에서 탈거시키고 후진동작에서 처음 위치로 돌아오는 이젝터(16)를 구비한다.

상기 슬리브(25), 플런저(26), 이젝터 슬리브(15) 및 이젝터(16)는 금속슬러리 성형 장치에 대응되는 구성들의 도시가 생략되어 있고 플런저(13)와 이젝터 플런저(23)는 구동장치에 조립되어 성형공정의 제어에 따라 동작 전진 및 후진 동작으로 구동된다.

금속슬러리가 공급되기 전 상금형의 이젝터(16)는 이젝터 슬리브(15)에 삽입되어 이젝터 슬리브(16) 통로는 성형공동(40)에 대하여 닫혀 있다. 성형 사이클이 시작되면 하금형의 플런저(26)는 후진하고 성형공동(40)에 연결된 슬리브(25) 통로는 슬러리 공급장치로부터 금속슬러리(41)를 공급받기 위하여 열려 있다.

금속슬러리 공급장치로부터 하금형의 열린 슬리브(25) 통로에 구상 결정이 보존된 금속슬러리가 정량 공급되고 플런저(26)가 전전하면 슬리브(25)내의 금속슬러리는 성형공동(40)으로 이동된다.

이어서 금속슬러리를 이동시킨 플런저(26)가 금속슬러리를 가압하여 성형공동(40)에 금속슬러리를 다져 넣는다.

성형공동에 채워진 금속슬러리가 냉각되어 고형화 되면 하금형(20)에서 상금형(10)이 열리고 이동다이(11)가 고정다이(21)에서 분리된다.

이와같이 금형이 개방되면 상금형의 이젝터(16)가 이젝터 슬리브(15)안에서 진전 구동이 되고 금속 성형물이 이동다이(11)에서 탈거된다.

상기 금속슬러리를 상금형 또는 하금형에서 주입하는 성형금형에서 상기 성형공동(40)을 만들기 위하여 이동다이(11) 및 고정다이(21) 외에 하나 이상의 측면이동다이(31)가 유압캠의 형태로 조합된다. 유압캠 형태의 측면이동다이(31)는 유압기구(32)의 구동피스톤(33)에 조립되어 구동된다.

측면 이동다이(31)는 성형사이클의 제어에 따라 금속슬러리를 공급받는 단계에서 전진 구동되어 성형공동(40)을 조성하고, 이동다이(11)과 고정다이(21)가 분리될 때 후진하여 성형공동(40)을 해체한다.

측면 이동다이(31)는 금속슬러리에의한 고품질 금속 성형물의 형상을 다양화할 수 있게하고, 금속 성형물의 탈거가 용이하게 하고, 금속 성형무의 탈거 저항을 최소화 시켜 금형의 수명 단축을 방지하는 효과를 가진다.

이와 같이 이 발명은 상하 금형에 포함되는 성형공동에 상금형에서 금속슬러리를 주입하고 이젝터로서 성형물을 금형에서 탈거하며, 또한 측면이동다이를 상하 금형에 조함함에의하여 다양한 형태의 고품질 금속슬러리 다이캐스팅 제품을 제조할 수 있는 것이다.

표 1에서 금속슬러리 공법인 레포오징(Rheoforging), 열간단조(Hot Forging), 저압금형주조(low Pressure Die Casting), 용탕단조(Squeeze Die Casting) 공봅에서 가스함량, 열처리, 단점 및 적용대상을 비교하였다.

공법비교표

구분	레포오징 (Rheoforging)	열간단조 (Hot Forging)	저압금형주조 (low Pressure Die Casting)	용탕단조 (Squeeze Die Casting)
공정	Liquid -> Slurry -> Forging	압출빌렛제조 -> 절단 -> Buster -> Blocker -> Finisher -> Trimming -> 열처리 -> 가공조립		->
가스함량	0.1cc/100 Al	0.1cc/100 Al	1-5cc/100 Al	0.1cc/100 Al
열처리	T4, T5, T6	T6	T5, T6	T5, T6
장점	물성,설계자유도, 제조원가	제품물성, 표면외관	소재회수율, 생산공정, 품질안정	낮은주조결함+단조효과 제품물성
단점	양질의 슬러리제공	재료회수율, 공정비용	Cycle Time	설계자유도, 설비&금형비용
적용대상	고 인성 보안부품	고 인성 보안부품	자동차 Wheel, 가솔린기관 실린더헤드	고품위 주믈품

표 2에서 저압 주조공정의 반복 작업 주기와 용탕이 주입 중량에 대하여 제품으로 회수되는 비율과 가공후 불량율을 정리하였다.

기존 저압주조공정기술

단계효율	공정	효율(%)	비고
1	주조공정의 반복잡업주기 360초/cycle	100
2	제품/주입중량 회수율 70%	100	17inch Alloy Wheel
3	가공후 불량률 10%	100

표 3에서 레포오징 기술을 활용한 간접가압공법에서 표 2와 비교하기 위한 주조공정의 반복 작업 주기와 용탕이 주입 중량에 대하여 제품으로 회수되는 비율과 가공후 불량율을 정리하였다.

레포오징 기술을 활용한 간접가압공법

단계효율	공정	효율(%)	비고
1	주조공정의 반복잡업주기 360초/cycle	450
2	제품/주입중량 회수율 80%	114	17inch Alloy Wheel
3	가공후 불량률 5%	106

표 4에서 저압주조와 레포오징 공법에서 제조된 금속 성형물의 인장강도, 항복강도, 연신율을 비교하였다.

제품의 물성 상승 (ACBA aloy 기준)

구분	인장강도 (Mpal)	항복강도 (Mpal)	연신율(%)
저압주조	260	180	8
레포오징	360	230	10

표2. 표3의 공정기술을 비교하면 레포오징 공법에서 400%이상 효율 상승을 보이고 있다. 표 4과 같이 레포오징 공정을 적용하면 물성이 상승하여 설비/인건비 감쇄 요인이 되고 추가적인 비용절감이 기대된다.

종합적으로 레포오징 공법은

1. (공정 효율성 증대) 제품생산 CYCLE TIME의 경우 기존 저압 주조 공법 보다 적게는 4배에서 많게는 7배까지 줄일 수 있다.

2. 후가공에 필요한 설비에서 인건비 절감 효과 높다.

3. (강도,연신율, 경량화)저압 주조 방식보다 금속 성형물이 강화된 물성으로 강성 및 강도 되었다..

4. 주입 주물 회수률 증가로 인한 원가 절감 효과가 크다.

5. 가공후 불량률 감소로 인한 원가 절감 효과가크다.

10은 상금형, 11은 이동다이, 12는 슬리브, 13은 플런저, 15는 슬리브, 16은 이젝터, 20은 하금형, 21은 고정다이, 22는 슬리브, 23은 이젝터, 25는 슬리브, 26은 플런저, 30은 유압기구, 31은 측면이동다이, 32는 구동피스톤, 40-은 성형공동, 41은 금속슬러리, 50은 가이드

Claims (4)

1. 내측에 공간부를 구비하고 내측 공간부에 전자기장을 인가하는 교반부; 상기 공간부에 구비되고 금속슬러리가 주입되는 슬리브; 상기 슬리브의 일단부에 삽입되어 상기 공간부에 주입된 슬러리를 가압하는 플런저; 및 상기 슬리브의 타단에 연결되어 소정의 성형품을 형성하는 수단으로서 이동다이와 고정다이의 사이에 성형공동이 구비되고, 상기 플런저의 가압에 의해 상기 슬러리가 상기 성형공동으로 주입되게 하는 것에 있어서,
   금속슬러리를 상금형에서 주입하기 위하여 상금형(10) 이동다이(11)에 설치된 금속슬러리 주입용 슬리브(12),
   상기 상금형의 슬리브(12)에 삽입되고 슬리브(12)에 주입되는 금속슬러리(50)를 가압하여 성형공동(40)에 금속슬러리를 다져 넣는 플런저(13),
   하금형(20)에 설치되는 이젝터 슬리브(22),
   상기 이젝터 슬리브(22)에 삽입되고 구동수단에 연결되어 상하 금형의 분리되었을 때 전진 동작으로 금속 성형물을 금형에서 탈거하고 후진 동작에서 처음 위치로 돌아오는 이젝터(23)를 구비함이 특징인 금속슬러리 성형금형.
   
2. 청구범위 제1항에 있어서,
   상기 성형공동(40)은 이동다이(11) 및 고정다이(21) 외에 하나 이상의 측면이동다이(31)의 조합으로 구성되고, 측면이동다이(31)는 유압기구(32)의 구동피스톤(33)으로 구동되는 것이 특징인 금속슬러리 성형금형.
   
3. 내측에 공간부를 구비하고 내측 공간부에 전자기장을 인가하는 교반부; 상기 공간부에 구비되고 금속슬러리가 주입되는 슬리브; 상기 슬리브의 일단부에 삽입되어 상기 공간부에 주입된 슬러리를 가압하는 플런저; 및 상기 슬리브의 타단에 연결되어 소정의 성형품을 형성하는 수단으로서 이동다이와 고정다이의 사이에 성형공동이 구비되고, 상기 플런저의 가압에 의해 상기 슬러리가 상기 성형공동으로 주입되게 하는 것에 있어서,
   금속슬러리를 주입하기 위하여 하금형(20) 고정다이(21)에 설치된 금속슬러리 주입용 슬리브(25),
   상기 하금형의 슬리브(25)에 삽입되고 슬리브(25)에 공급되는 금속슬러리(50)를 성형공동(40)에 이동시키고 가압하여 충전하는 플런저(26),
   상금형(10)에 설치되는 이젝터 슬리브(15),
   상기 이젝터 슬리브(15)에 삽입되고 구동수단에 연결되어 상하 금형의 분리되었을 때 전진 구동으로 금속 성형물을 금형에서 탈거하고 후진동작에서 처음 위치로 돌아오는 이젝터(16)를 구비함이 특징인 금속슬러리 성형금형.
   
4. 청구범위 제3항에 있어서,
   상기 성형공동(40)은 이동다이(11) 및 고정다이(21) 외에 하나 이상의 측면이동다이(31)의 조합으로 구성되고, 측면이동다이(31)는 유압기구(32)의 구동피스톤(33)으로 구동되는 것이 특징인 금속슬러리 성형금형.
   

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