KR20160104137A - 중력주조용 휠 제조금형 및 이의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중력주용 휠 제조금형 및 이의 제작방법에 관한 것으로, 하금형의 상측에 설치되어 수직실린더에 의해 승강작동하도록 구성되되, 내주에는 하부에 턱이 형성된 설치홀을 관통구성하고, 외주에는 용탕주입구와 복수 개의 제1보온설치홈을 구성한 상금형; 상기 상금형의 설치홀에 삽입되어 고정설치되는 알루미나코어를 구성한 보온부재; 상기 상금형에 구성된 제1보온설치홈의 표면에 형성되어 상금형의 외주에 내화홈을 구성시키는 제1내화부; 복수 개로 분할 구성되어 수평실린더에 의해 각각 수평이동되도록 하금형의 측방향의 각각 설치되되, 상기 상금형의 제1보온설치홈에 대응되는 부분의 내주에는 제2보온설치홈을 형성하는 횡금형; 상기 횡금형의 제2보온설치홈에 형성되어 제2보온설치홈을 메우며, 횡금형의 수평이동에 따라 하금형과 상금형의 외주에 각각 밀착되어 제1내화부에 구성된 내화홈의 외측 개구를 밀폐시키는 제2내화부;로 이루어져, 상기 보온부재와 제1, 2내화부에 의한 압탕의 보온작용에 의해 압탕의 크기를 줄여서 수율을 개선하고, 지향성 응고를 유도하여 제조되는 휠의 물성 개선을 이루는 것을 특징으로 하는 중력주조용 휠 제조금형을 제공하며, 금형 제작단계; 설치홀 형성단계; 제1보온설치홈 형성단계; 제1내화부 형성단계; 보온부재 설치단계; 제2보온설치홈 형성단계; 제2내화부 형성단계;로 이루어진 것에 특징이 있는 중력주조용 휠 제조금형의 제작방법을 제공한다.

Description

중력주조용 휠 제조금형 및 이의 제작방법{A mold device for forming wheel and manufacture method}

본 발명은 중력주조용 휠 제조금형 및 이의 제작방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 용탕의 소모량을 줄인 상태에서도 우수한 품질의 휠을 손쉽게 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 고가의 알루미나코어의 훼손 방지와 더불어 설치 및 교체에 따른 유지보수를 용이하게 이룰 수 있으며, 제1, 2내화부를 상금형과 횡금형에 손쉽게 구성시켜 제작을 용이하게 할 수 있는 중력주조용 휠 제조금형 및 이의 제작방법에 관한 것이다.

주조(casting)는, 주물을 만들기 위한 작업으로써, 주물의 설계, 주조 방안의 작성, 모형(模型)의 작성, 용해 및 주입, 제품으로의 끝손질의 순서로 진행된다.

비철 분야의 주조법에는 중력주조(Gravity die casting), 저압주조(Low pressure die casting)가 있다. 중력주조와 저압주조는, 다양한 형상, 다양한 크기, 다양한 제품의 두께를 갖도록 제조할 수 있는 장점이 있는 반면에, 금형 온도 및 용탕 온도가 높아야 하고, 응고 시간이 긴 단점이 있으며, 이에 따라 제품에 기포(氣泡)의 혼입, 응고시의 부피감소로 인한 균열의 발생된다.

이와 같이 중력주조와 저압주조는 완성된 제품의 밀도 하락과 기계적 성질의 하락을 수반하므로 고품질을 추구하는 여러 업계의 입장을 충족시키지 못하였다. 특히, 비교적 대형이면서 형상이 복잡한 자동차 부품의 제조시에는 이러한 중력주조 및 저압주조로는 자동차 부품 제조업계의 추세에 부응하지 못하였다.

이러한 문제점에도 불구하고 현재 국내외 자동차 부품 생산업체는 중력주조법과 저압주조법 의해 알루미늄휠과 같은 대량의 비철금속품을 생산하고 있는 실정이며, 이에 따라, 제품의 불량률이 증가되고, 제품의 조직, 강도, 연신율 등의 기계적 성질이 저하되는 문제점이 있었다.

또한 중력주조법과 저압주조법으로 제작되는 알루미늄휠은 용탕 응고 시 발생되는 수축 불량을 막기 위해 용탕을 금형 내부로 충진시키는 역할을 하는 압탕부를 형성하게 되는데, 보다 효과적인 지향성 응고를 유도하기 위해 압탕의 응고가 가장 나중에 형성될 수 있도록 그 크기가 점차 증대되었으며, 그로 인해, 원재료의 소모가 가중되어 결과적으로는 알루미늄휠의 제조원가가 지속 상승되는 문제점이 발생하였다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하고자 등록특허공보 제10-0832248호와 같은 "알루미늄 휠 주조장치"가 개발되었다.

대한민국 등록특허공보 제10-0832248호 (2008.05.20) "알루미늄 휠 주조장치" - 김상용

그러나, 전술한 종래의 알루미늄 휠 주조장치는 상부스퀴즈본체의 하단에는 사이드금형을 가압하는 가압링이 설치되고, 상기 가압링이 하강된 위치의 본체프레임에는 가압링쐐기실린더로 작동되는 가압링쐐기가 설치되어, 하강되어 사이드금형을 고정시킨 가압링의 하단부에 형성된 쐐기구멍에 상기 가압링쐐기가 삽입되도록 하는 구성으로, 그 구조가 복잡하여 주조장치의 제작 및 조립이 어려울 뿐만 아니라, 보온을 통해 용탕의 지향성응고를 유도할 수 없기 때문에 상대적으로 늦게 냉각되는 부분의 물성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 출원인은 중력주조를 통해 휠 제작을 신속하게 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 보온성에 의해 압탕 크기를 크게 하여 수율을 높임으로써 적은 원자재를 사용하고, 지향성 응고를 유도하여 물성을 개선할 수 있는 중력주조용 휠 제조금형 및 이의 제작공법을 개발하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 중력주조를 통해 휠의 제조를 신속하게 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 알루미나코어 및 제1, 2내화부에 의한 압탕의 보온성 유지를 통해 수율을 높일 수 있고, 지향성 응고의 유도를 통한 용탕의 수축률 감소에 의해 물성 개선을 이룰 수 있도록 함으로써 휠 제조시 소모되는 용탕의 양을 줄인 상태에서도 우수한 품질의 휠 제조를 이룰 수 있는 중력주조용 휠 제조금형 및 이의 제작공법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명은 상금형의 턱에 안착되는 부분에 중공형부시를 설치하는 것을 통해 용탕 주입시 알루미나코어의 하단부가 용탕에 직접 노출되는 충격을 보호할 수 있도록 함으로써 보온을 이루기 위한 고가의 알루미나코어의 침식을 방지할 수 있으며, 상금형의 상부에 볼트결합되는 고정판에 의해 중공형부시와 알루미나코어의 분리결합을 손쉽게 할 수 있어 설치 및 교체에 따른 유지보수가 편리해지는 중력주조용 휠 제조금형 및 이의 제작공법을 제공하는 데 목적이 있다.

아울러, 본 발명은 상금형과 횡금형에 각각 형성되는 제1, 2보온설치홈에 제1, 2고착홈을 각각 추가로 형성시키는 것을 통해 제1, 2내화부를 구성시키기 위한 내화점토의 고착을 견고하고 용이하게 이룰 수 있도록 함으로써 제1, 2내화부를 상금형과 횡금형에 손쉽게 구성시킬 수 있는 중력주조용 휠 제조금형 및 이의 제작공법을 제공하는 데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하금형의 상측에 설치되어 수직실린더에 의해 승강작동하도록 구성되되, 내주에는 하부에 턱이 형성된 설치홀을 관통구성하고, 외주에는 용탕주입구와 복수 개의 제1보온설치홈을 구성한 상금형; 상기 상금형의 설치홀에 삽입되어 고정설치되는 알루미나코어를 구성한 보온부재; 상기 상금형에 구성된 제1보온설치홈의 표면에 형성되어 상금형의 외주에 내화홈을 구성시키는 제1내화부; 복수 개로 분할 구성되어 수평실린더에 의해 각각 수평이동되도록 하금형의 측방향의 각각 설치되되, 상기 상금형의 제1보온설치홈에 대응되는 부분의 내주에는 제2보온설치홈을 형성하는 횡금형; 상기 횡금형의 제2보온설치홈에 형성되어 제2보온설치홈을 메우며, 횡금형의 수평이동에 따라 하금형과 상금형의 외주에 각각 밀착되어 제1내화부에 구성된 내화홈의 외측 개구를 밀폐시키는 제2내화부;로 이루어져, 상기 보온부재와 제1, 2내화부에 의한 압탕의 보온작용에 의해 압탕의 크기를 줄여서 수율을 개선하고, 지향성 응고를 유도하여 제조되는 휠의 물성 개선을 이루는 것을 특징으로 하는 중력주조용 휠 제조금형을 제공한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 하금형과 상금형 및 횡금형을 각각 제작하는 금형 제작단계; 상기 상금형의 내측을 가공하여 하부에 턱이 형성된 설치홀을 내주에 관통 구성하는 설치홀 형성단계; 상기 상금형의 외측을 가공하여 상금형의 외측에 제1보온설치홈을 형성시키는 제1보온설치홈 형성단계; 상기 제1보온설치홈에 내화점토를 바른 후, 구워서 건조시키는 과정을 거침으로써 상금형의 외주에 내화점토로 이루어진 내화홈을 형성하는 제1내화부 형성단계; 상기 상금형의 삽입홀에 중공형부시를 삽입하여 상기 중공형부시를 턱에 안착시킨 후, 하광상협 형상의 관통홀을 내주에 형성한 알루미나코어를 설치홀에 삽입하고, 상금형의 상부에는 고정판을 볼트결합하여 상기 중공형부시와 알루미나코어를 턱과 고정판 사이에 고정설치하는 보온부재 설치단계; 상기 횡금형을 내측을 가공하여 횡금형의 내주에 제1보온설치홈에 대응되는 제2보온설치홈을 형성시키는 제2보온설치홈 형성단계; 상기 횡금형에 내화점토를 발라 제2보온설치홈을 메운 후, 구워서 건조시키는 과정을 거침으로써 횡금형의 내주에 내화벽을 형성시키는 제2내화부 형성단계;로 이루어진 것에 특징이 있는 중력주조용 휠 제조금형의 제작방법을 제공한다.

본 발명의 중력주조용 휠 제조금형 및 이의 제작방법을 이용하면, 중력주조를 통해 휠의 제조를 신속하게 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 알루미나코어 및 제1, 2내화부에 의한 압탕의 보온성 유지를 통해 수율을 높일 수 있고, 지향성 응고의 유도를 통한 용탕의 수축률 감소에 의해 물성 개선을 이룰 수 있으므로 휠 제조시 소모되는 용탕의 사용양을 줄인 상태에서도 우수한 품질의 휠 제조를 이룰 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 상금형의 턱에 안착되는 부분에 중공형부시를 설치하는 것을 통해 용탕 주입시 알루미나코어의 하단부가 용탕에 직접 노출되는 충격을 보호할 수 있으므로 보온을 이루기 위한 고가의 알루미나코어의 침식을 방지할 수 있으며, 상금형의 상부에 볼트결합되는 고정판에 의해 중공형부시와 알루미나코어의 분리결합을 손쉽게 할 수 있어 설치 및 교체에 따른 유지보수가 편리해지는 장점이 있다.

아울러, 본 발명은 상금형과 횡금형에 각각 형성되는 제1, 2보온설치홈에 제1, 2고착홈을 각각 추가로 형성시키는 것을 통해 제1, 2내화부를 구성시키기 위한 내화점토의 고착을 견고하고 용이하게 이룰 수 있으므로 제1, 2내화부를 상금형과 횡금형에 손쉽게 구성시킬 수 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명의 중력주조용 휠 제조금형을 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 중력주조용 휠 제조금형이 합형된 상태를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 중력주조용 휠 제조금형이 합형된 상태를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 중력주조용 휠 제조금형을 분리하여 도시한 분해사시도.
도 5는 본 발명의 제1보온설치홈 형성단계를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 제1내화부 형성단계를 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 제2보온설치홈 형성단계를 도시한 사시도.
도 8은 본 발명의 제2내화부 형성단계를 도시한 사시도.
도 9는 본 발명의 중력주조용 휠 제조금형의 제작방법을 도시한 순서도.
도 10은 본 발명을 중력주조용 휠 제조금형을 이용하여 제작된 휠을 도시한 평면도.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명은 중력주조를 통하여 휠을 용이하게 제작할 수 있도록 하는 중력주조용 휠 제조금형 및 이의 제작방법에 관한 것으로, 먼저, 중력주조용 휠 제조금형(100)은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 하금형(10)과, 상금형(20)과, 보온부재(30)와, 제1내화부(40)와, 횡금형(50)과, 제2내화부(60)로 이루어져, 상기 보온부재(30)와 제1, 2내화부(40, 60)에 의한 압탕의 보온작용에 의해 금형 내부에 충진된 용탕의 수축율이 감소되어 제조되는 휠의 물성이 개선되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 하금형(10)과, 상금형(20)과, 보온부재(30)와, 제1내화부(40)와, 횡금형(50)과, 제2내화부(60)로 이루어진 본 발명의 중력주조용 휠 제조금형(100)에 대해 보다 상세히 설명한다.

첫째, 하금형(10)은 중력주조를 통해 제조되는 휠의 디자인부를 형성하기 위한 구성으로, 수평방향으로 슬라이드이동되는 횡금형(50)이 하금형(10)의 외주에 밀착되는 것을 통해 밀폐가 이루어지도록 외주가 원통형으로 형성된다.

그리고, 주입되는 용탕에 의해 스포크를 형성할 수 있도록 상부에는 용탕이 주입되는 홈부(11)를 등 간격으로 형성하고 있으나, 상술한 하금형(10)은 본 발명에서의 특징부가 아닌 공지된 구성에 불과하므로 자세한 설명은 생략한다.

둘째, 상금형(20)은 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기 하금형(10)의 상측에 설치되어 수직실린더(21)에 의해 승강작동하도록 구성되어 하금형(10)의 상부를 덮는 구성으로, 승강이동을 통해 하금형(10)의 상측에 배치되어 휠의 허브를 포함한 배면부를 형성하기 위한 제1상형(20a)과, 상기 제1상형(20a)의 상부에 일체로 형성되어 휠의 림부를 형성하기 위한 제2상형(20b)과, 상기 제2상형(20b)의 상부에 일체로 형성되어 수평방향으로 슬라이드이동되는 횡금형(50)의 내주가 밀착되는 제3상형(20c)으로 구성된다.

또한, 상기 상금형(20)의 내주에는 보온부재의 설치를 위한 설치홀(23)이 상하방향으로 관통구성되며, 상기 설치홀(23)의 하부에는 보온부재(30)의 안착설치를 위한 턱(22)이 형성된다.

아울러, 상기 상금형(20)의 외주 즉, 제3상형(20c)의 외주에는 용탕을 주입하기 위한 통상의 용탕주입구(24)가 상금형(20)의 상측으로 돌출되어 구성되는데, 상기 용탕주입구(24)는 제3상형(20c)을 통해 제1, 2상형(20a, 20b)으로 용탕주입을 이룰 수 있도록 제3상형(20c)의 하부가 개구됨으로써 제2상형(20b)과 연통되게 형성된다.

그리고, 상기 상금형(20)에 구성된 제3상형(20c)의 외주에는 용탕주입구(24) 외에도 보온성을 위한 제1내화부(40)를 구성시킬 수 있도록 하는 제1보온설치홈(25)이 더 형성되는 것을 특징으로 하는데, 상기 제1보온설치홈(25)은 용탕주입구로 공급된 용탕이 제1, 2상형(20b)을 순차적으로 거쳐 제1보온설치홈(25)으로 유입될 수 있도록 제3상형(20c)의 하부가 개구되어 제2상형(20b)에 연통 형성된다.

더불어, 상기 제1보온설치홈(25)은 복수 개로 설치됨으로써 압탕량을 최적화 하여 수율 개선의 효과를 높이는 것이 바람직한데, 상기 제1보온설치홈(25)은 용탕주입구(24)가 형성된 부분을 제외하고는 상금형(20)의 제3상형(20c)에 등 간격으로 형성됨으로써 용탕의 보온성을 일정하게 하고, 이로 인해, 물성이 일정하게 된 휠의 제조를 이루게 하는 것이 더욱 바람직하다.

셋째, 보온부재(30)는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상기 상금형(20)의 설치홀(23)에 삽입되어 고정설치되는 알루미나코어(33)를 구성함으로써 상금형으로 유입된 용탕이 형성한 압탕을 보온하는 작용을 하는 것으로, 상기 상금형(10)의 설치홀(23)에 삽입되어 턱(22)에 안착되는 중공형부시(31)와, 상기 중공형부시(31)의 상면에 안착되도록 설치홀(23)에 끼워져 설치되는 알루미나코어(33)와, 볼트(34)결합을 통해 상금형(10)의 상부에 결합되어 알루미나코어(33)를 부시(31)에 밀착고정시키는 고정판(35)으로 구성된다.

그리고, 상기 알루미나코어(33)는 내주에 용탕이 유입되는 관통홀(32)이 형성되는데, 상기 관통홀(32)은 내주가 하광상협의 형상으로 형성되도록 소정의 기울기(α)를 갖는 것이 바람직하며, 이러한 관통홀(32)의 기울기(α)는 7°내외로 함으로써 압탕을 이루는 관통홀(32)의 크기를 최소화 할 수 있음과 더불어, 응고를 통해 제조된 휠에서 상금형(20)을 용이하게 취출할 수 있도록 하는 취출각을 확보하는 것이 좋다.

아울러, 상기 중공형부시(31)는 내부에 용탕이 유입되는 홀(31a)을 형성하여 설치홀(23)의 턱(22)과 알루미나코어(33) 사이에 밀착설치되는 구성으로, 알루미나코어(33)의 내부 즉, 관통홀(21)로 유입되는 용탕에 상기 관통홀(32)의 입구부분이 직접적으로 접촉하는 것을 막음으로써 상기 알루미나코어(33)의 하단부가 용탕에 의해 침식되는 현상을 방지하는 작용을 한다.

따라서, 상기와 같이 구성된 보온부재(30)에 의하면, 분리결합되는 구조를 통해 설치 및 교체에 따른 유지보수를 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 알루미나코어(33)의 하부에 밀착배치되는 중공형부시(31)를 통해 보온부재로 사용되는 고가의 알루미나코어(33)의 파손을 방지할 수 있어 상금형(20)의 내부에 형성된 압탕의 보온을 항상 일정하게 유지시킬 수 있으며, 이를 통해, 디자인부의 물성이 개선된 휠의 제조를 보다 용이하게 이룰 수 있는 장점이 있다.

넷째, 제1내화부(40)는 도 1, 도 4, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 상금형(20)에 구성된 제1보온설치홈(25)의 표면에 형성되는 구성으로, 제조되는 휠에 구성되는 림부의 수율 향상을 위해 형성된다.

아울러, 상기 제1내화부(40)의 형성은 복수 개로 구성된 제1보온설치홈(25)의 표면에 통상의 내화점토를 각각 바른 후, 구워서 건조시키는 것으로 용이하게 이룰 수 있으며, 이를 통하면, 상기 상금형(20)의 외주에 복수 개의 내화홈(41)이 형성되어 진다.

한편, 상기 제1내화부(40)의 형성을 이룰 때에는, 발라지는 내화점토를 제1보온설치홈(25)에 보다 용이하게 고착시킬 수 있게 하는 구성이 추가되는 것이 바람직한데, 이와 같은 구성은 상기 제1보온설치홈(25)에 제1고착홈(27)을 추가로 형성하는 것을 통해 용이하게 이룰 수 있으며, 상기 제1고착홈(27)은 다수로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

그리고, 상기 상금형(20)에 구성된 제3상형(20c)에 제1보온설치홈(25)을 형성시킬 때에는 통상의 머시닝센터와 같은 공작기계를 통해 황삭가공만을 이룸으로써 제1보온설치홈(25)의 표면을 거칠게 하는 것이 바람직하며, 이와 같이 제1보온설치홈(25)을 황삭가공만을 통해 표면을 거칠게 형성하면, 상기 제1보온설치홈(25)에 발라지는 내화점토의 고착이 더욱 용이하게 이루어져 제1내화부(40)의 형성이 보다 손쉬워지는 작용효과가 있다.

다섯째, 횡금형(50)은 도 1 내지 도 4 또는, 도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이 상기 하금형(10)의 측방향에 설치되어 수평실린더(51)에 의해 수평이동되는 구성으로, 복수 개로 분할구성되어 각각의 수평실린더(51)에 의해 각각 슬라이드이동되며, 수평이동에 따라 상기 하금형(10)과 상금형(20)의 외주에 밀착되게 되면 복수 개의 횡금형(50)이 합형되어 내주가 원형상으로 완전밀폐되어 진다.

아울러, 상기 횡금형(50)은 수평이동을 통해 하금형(10)의 외주에 밀착되어 상금형(20)과의 사이공간에 의해 휠의 플렌지를 포함한 디자인부의 외주를 형성시키는 제1횡형(50a)과, 상기 제1횡형(50a)의 상부에 일체로 형성된 상태로 상금형(20)의 제2상형(20b)에 대응되는 높이에 배치되어 휠의 림부를 형성시키는 제2횡형(50b)과, 상기 제2횡형(50b)의 상부에 일체로 형성된 상태로 제3상형(20c)의 외주에 밀착되어 용탕이 공급을 차단하는 제3횡형(50c)으로 구성된다.

그리고, 상기 횡금형(50)에 구성된 제3횡형(50c)의 외주에는 보온성을 위한 제2내화부(60)를 구성시킬 수 있도록 하는 제2보온설치홈(55)이 더 포함되어 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 제2보온설치홈(55)은 상금형(20)의 제1보온설치홈(25) 즉, 제1내화부(40)의 내화홈(41)에 대응되는 부분에 각각 형성됨으로써 제2보온설치홈(55)에 구성되는 제2내화부(60)에 의해 내화홈(41)으로 공급된 용탕 즉, 상기 내화홈(41)으로 공급된 용탕에 의해 형성된 압탕의 보온이 보다 효과적으로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

여섯째, 제2내화부(60)는 도 1, 도 4, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 횡금형(50)의 제2보온설치홈(55)에 형성되어 제2보온설치홈(55)을 메우는 구성으로, 횡금형(50)의 수평이동에 따라 하금형(10)과 상금형(20)의 외주에 각각 밀착되어 제1내화부(40)에 구성된 내화홈(41)의 외측 개구를 밀폐시키는 작용을 한다.

이러한 제2내화부(60)는 제1내화부(40)와 마찬가지로 제2보온설치홈(55)에 통상의 내화점토를 바른 후, 구워서 건조시키는 것을 통해 용이하게 이룰 수 있을 것이고, 상기 제2내화부(60)를 형성하기 위한 내화점토의 용이한 고착을 위해 제2보온설치홈(55)에는 복수 개의 제2고착홈(57)을 더 포함시켜 형성할 수 있을 것이며, 상기 제2보온설치홈(55)을 황삭가공만으로 형성시킴으로써 상기 제2보온설치홈(55)에 제2내화부(60)를 형성시키는 것을 손쉽게 할 수도 있을 것이다.

따라서, 상기와 같은 구성에 의하면 제1내화부(40)의 내화홈(41)의 외측에 형성된 개구가 제2내화부(60)에 의해 완전히 밀폐되어 지므로 내화홈(41)에 형성된 압탕의 보온이 효과적으로 유지되게 되며, 이와 같은 압탕의 보온유지를 통해 수율개선 및 용탕의 지향성응고가 이루어지게 되므로, 휠의 압탕을 길게 뽑지 않고도 즉, 휠 제조에 따른 용탕의 사용량을 줄인 상태에서도 림부의 물성 개선을 이룰 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이 하금형(10)과 상금형(20) 및 횡금형(50)의 합형시, 합형된 금형의 내부의 공기를 배출할 수 있는 수단이 더 포함되어 구성되는 것이 바람직한데, 이와 같은 구성은, 상금형(20)의 제2상형(20b)의 외주에 상하방향으로 형성되는 제1홈(29)을 제2상형(20b)의 외주를 따라 다수 형성하고, 횡금형(50)의 제3횡형(50c)의 외주에는 상하방향으로 형성되는 제2홈(59)을 제3상형(50c)의 내주를 따라 다수 형성하는 것을 통해 용이하게 이룰 수 있을 것이며, 이와 같은 제1, 2홈(29, 59)에 의하면, 상금형(20)의 용탕주입구(24)를 통해 합형된 금형의 내부로 용탕이 주입될 시, 합형된 금형 내부의 공기 배출이 용이하게 이루어지므로, 휠의 중력주조가 더욱 용이하게 이루지게 된다.

그리고, 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 상기 상금형(20)의 용탕주입구(24)와, 용탕주입구(24)에 대응되는 부분인 횡금형(50)의 제3횡형(50c)에도 내화점토를 이용한 내화부(70)를 각각 추가로 구성함으로써 압탕의 보온성을 높일 수 있음은 당연하며, 이러한 내화부(70)의 구성은 전술한 제1, 2내화부(40, 60)와 동일한 방법으로 이룰 수 있으므로, 자세한 설명은 생략한다.

이하에서는 상술한 중력주조용 휠 제조금형을 제작하는 방법에 대해 도 1 내지도 9를 참고하여 설명한다.

본 발명의 중력주조용 휠 제조금형의 제작방법은 금형 제작단계(S10)와, 설치홀 형성단계(S20)와, 제1보온설치홈 형성단계(S30)와, 제1내화부 형성단계(S40)와, 보온부재 설치단계(S50)와, 제2보온설치홈 형성단계(S60)와, 제2내화부 형성단계(S70)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

첫째, 금형 제작단계(S10) 합금강 소재를 머시닝센터와 같은 통상의 공작기를 통해 가공하여 하금형(10)과, 상금형(20) 및 횡금형(30)을 각각 제작하는 단계로서, 상기 상금형(20)에는 용탕 주입을 위한 용탕주입구(24)가 형성된다.

그리고, 상기 하금형(10)과, 상금형(20) 및 횡금형(50)은 공지된 통상의 방법을 통해 제작을 하므로 자세한 설명은 생략한다.

둘째, 설치홀 형성단계(S20)는 상술한 금형 제작단계(S10)를 통해 제작된 상금형(20)의 내측부분을 가공하여 내주에 설치홀(23)을 관통구성하는 단계로서, 통상의 머시닝센터를 통해 가공형성되며, 상기 설치홀(23)의 하부에는 보온부재(30)의 안착설치를 위한 턱(22)을 형성하는 것을 특징으로 한다.

셋째, 제1보온설치홈 형성단계(S30)는 상기 상금형(20)에 구성된 제3상형(20c)의 외주에 용탕이 공급되는 제1보온설치홈(25)을 형성하기 위한 단계로서, 합형된 금형의 내부로 유입된 용탕이 제1, 2상형(20a, 20b)을 거친 후, 제1보온설치홈(25)으로 공급될 수 있도록 제3상형(20c)의 하부가 개구되어 제2상형(20b)에 연통 형성되며, 머시닝센터와 같은 통상의 공작기계를 통해 가공형성된다.

그리고, 상기 제1보온설치홈(25)에 구성되는 제1내화부(40)의 용이한 설치를 위해 황삭가공으로만 가공형성됨으로써 표면을 거칠게 형성하는 것이 바람직하며, 압탕의 보온성을 효과적으로 높이는 것을 통해 제작되는 휠의 림부 수율을 높이고, 물성 개선을 이룰 수 있도록 상금형(20)에 구성된 제3상형(20c)의 외주에 일정 간격으로 복수 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

넷째, 제1내화부 형성단계(S40)은 전술한 바와 같이 상금형(20)의 제1보온설치홈(25)에 구성되어, 용탕주입구(24)를 통해 합형된 금형의 내부로 유입된 용탕을 보온하는 작용을 하는 제1내화부(40)를 형성한다.

여기서, 상기 제1내화부(40)의 형성은 상기 제1보온설치홈(25)의 표면에 내화점토를 바른 후, 구워서 건조시키는 과정을 거치는 것을 통해 용이하게 이룰 수 있는데, 상기 제1내화부(40)에는 합형된 금형의 내부로 유입된 용탕을 저장하여 보온을 이룰 수 있도록 내화홈(41)이 형성되는 것을 특징으로 하며, 이를 위하여, 상기 제1내화부(40)는 제1보온설치홈(25)의 표면에 일정두께로만 형성함으로써 상기 제1보온설치홈(25)을 메우지 않도록 해야 한다.

다섯째, 보온부재 설치단계(S50)는 상기 설치홀 형성단계(S20)를 통해 상금형(20)의 내주에 형성된 설치홀(23)에 보온부재(30)를 설치하는 단계로서, 상기 상금형(20)의 삽입홀(23)에 중공형부시(31)를 삽입하여 상기 중공형부시(31)를 턱(22)에 안착시킨 후, 하광상협 형상의 관통홀(32)을 내주에 형성한 알루미나코어(33)를 설치홀(23)에 삽입하고, 상금형(20)의 상부에는 고정판(35)을 볼트결합하여 상기 중공형부시(31)와 알루미나코어(33)를 턱(22)과 고정판(35) 사이에 고정설치하는 것으로 완료한다.

이에 따르면, 알루미나코어(33)의 하측에 배치된 중공형부시(31)에 의해 알루미나코어(33)의 하단부가 용탕에 의해 침식되지 않으므로 고가의 알루미나코어(33)를 훼손으로부터 보호할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 상금형(20)의 내부에 형성되는 압탕의 보온을 항상 일정하게 유지시킬 수 있어 디자인부의 물성이 개선된 휠의 제조를 보다 용이하게 이룰 수 있으며, 분리결합되는 구조를 통해 마모되는 중공형부시(31)를 손쉽게 교체할 수 있으므로 유지보수가 편리해지는 장점이 있다.

여섯째, 제2보온설치홈 형성단계(S60)는 상기 횡금형(50)의 외주에 상금형(20)의 제1보온설치홈(25)에 대응되는 제2보온설치홈(55)을 형성하는 단계로서, 제3횡형(50c)의 외주에 복수 형성되며, 머시닝센터와 같은 통상의 공작기계로 가공형성된다.

그리고, 상기 제2보온설치홈(55)은 제1보온설치홈(25)과 마찬가지로 제2내화부(60)의 용이한 형성을 위해 황삭가공만으로 가공형성됨으로써 표면이 거칠게 형성되는 것이 바람직하다.

일곱째, 제2내화부 형성단계(S70)는 전술한 바와 같이 횡금형(50)의 제2보온설치홈(55)에 구성되어 합형된 금형의 내부로 유입된 용탕을 보온하는 작용을 하는 제2내화부(60)를 형성하는 단계로서, 제2보온설치홈(55)의 표면에 내화점토를 발라서 상기 제2보온설치홈(55)을 완전히 메우도록 한 후, 구워서 건조시키는 과정을 거치는 통해 용이하게 이룰 수 있다.

따라서, 금형의 합형이 이루어지면, 상금형(20)의 제1보온설치홈(25)에 구성된 제1내화부(40)의 내화홈(41) 즉, 내화홈(41)의 외측면을 횡금형(50)의 제2보온설치홈(55)에 구성된 제2내화부(60)가 완전히 밀폐하게 되므로 용탕이 공급되는 내화홈(41)의 하측 개구를 제외한 나머지 부분이 제1, 2내화부(40, 60)로 하여금 완전 밀폐될 뿐만 아니라, 이로 인해, 압탕의 크기가 최소화 되어 수율이 높아지게 되고, 제조되는 휠의 림부 물성이 개선되어 용탕의 사용량을 적게한 상태에서도 우수한 품질의 휠 제조를 이룰 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서는 제1, 2내화부의 설치를 보다 용이하게 이룰 수 있도록 하는 단계를 더 포함하여 구성하는 것이 바람직한데, 이와 같은 구성은 상기 제1보온설치홈 형성단계(S30)와 제1내화부 형성단계(S40) 사이에는 제1보온설치홈(25)에 제1고착홈(27)을 형성시키는 제1고착홈 형성단계(S35)를 더 포함하고, 상기 제2보온설치홈 형성단계(S60)와 제2내화부 형성단계(S70) 사이에는 제2보온설치홈(55)에 제2고착홈(57)을 형성시키는 제2고착홈 형성단계(S65)가 더 포함하는 것을 통해 용이하게 이룰 수 있으며, 이에 따르면, 상기 제1, 2보온설치홈(25, 55)에 각각 발라지는 내화점토가 제1, 2고착홈(29, 59)에 각각 삽입되게 되어 견고하게 고착되어지므로 제1, 2내화부(40, 60)의 설치가 보다 손쉬워지는 작용효과를 얻을 수 있다.

상기와 같은 구성에 따른 작용을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 중력주조용 휠 제조금형(100)을 설치한 완료한 상태에서, 상금형(20)의 하강이동과 횡금형(50)들의 수평이동을 통해 하금형(10)과 상금형(20) 및 횡금형(50)들로 이루어진 금형이 합형되면, 횡금형(50)의 제2보온설치홈(55)을 메우는 제2내화부(60)가 상금형(20)에 구성된 제3상형(20c)의 외주에 밀착되는 것에 의해 제1내화부(40)에 구성된 내화홈(41)의 외측 개구가 밀폐된다.

이와 같은 상태에서 용탕주입구(24)를 통해 합형된 금형의 내부로 용탕의 주입이 이루어지면, 주입되는 용탕은 상기 합형된 금형의 사이 공간을 통해 순차적으로 주입 즉, 제조되는 휠의 디자인부에서부터 주입되어 림부에 이르기 까지 순차적으로 주입되며, 용탕의 주입시 합형된 금형의 내부에 있던 공기는 상금형(20)과 횡금형(50)에 형성되어 있던 제1, 2홈(29, 59)을 통해 외부로 배출되어 용탕의 공급이 원활히 이루어진다.

그리고, 상기와 같이 용탕이 주입되는 과정에서는 상금형(20)에 설치된 보온부재(30)의 하부가 제조되는 휠의 림부보다 낮은 위치에 배치된 것에 의해 상기 보온부재(30)의 내부로 용탕의 주입이 이루어지는데, 이때, 보온부재(30)의 내부로 주입되는 용탕은 중공형부시(30)의 홀(31a)을 통해 알루미나코어(33)의 관통홀(32)로 공급되게 되어 상기 알루미나코어(33)의 하부가 용탕에 직접 접촉하지 않게 되며, 이를 통해 고가의 알루미나코어(33)의 훼손이 방지되어 진다.

또한, 상술한 바와 같이 제조되는 휠의 림부에 이르기까지 용탕의 주입이 완료된 다음에는, 제1내화부(40)의 하측 개구를 통해 제1내화부(40)의 내화홈(41)으로 용탕의 주입이 이루어진다.

따라서, 상기 알루미나코어(33)의 관통홀(32)에 형성된 압탕은 알루미나코어(33)의 보온작용을 통해 제조되는 휠의 디자인부 수축율을 감소시킬 수 있어 디자인부의 물성 개선을 이룰 수 있고, 내화홈(41)에 형성된 압탕은 제1, 2내화부(40, 60)에 의한 완전밀폐에 따른 보온작용에 의해 휠의 림부 수축률을 감소시킬 수 있어 림부의 물성 개선을 이룰 수 있는 작용효과가 있으며, 이로 인해, 용탕을 적게 사용한 상태에서도 우수한 품질의 휠을 제조할 수 있게 된다.

한편, 응고가 완료되어 제조된 휠을 금형에서 분리할 때에는, 보온부재(30)에 구성된 알루미나코어(33)의 관통홀(32) 내주가 하광상협의 형상으로 약 7°의 기울기를 형성하고 있으므로 취출각이 증대되어 휠의 분리를 보다 용이하게 이룰 수 있으며, 이를 통해 휠의 제조 및 분리가 더욱 편리해지는 장점도 있다.

아울러, 취출이 완료된 휠에 형성된 압탕은 차량에 설치되는 완성품의 휠에는 불필요한 구성이므로, 가공을 통해 제거하며, 이 후, 플로우포밍 등을 이용해 휠의 외형을 정확한 형상으로 가공하는 것으로 휠의 제작을 완료할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 중력주주용 휠 제조금형 및 이의 제조방법을 이용하면, 용탕의 소모량을 줄인 상태에서도 우수한 품질의 휠을 손쉽게 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 고가의 알루미나코어의 훼손 방지와 더불어 설치 및 교체에 따른 유지보수를 용이하게 이룰 수 있게 된다.

10 : 하금형 11 : 홈부
20 : 상금형 20a, 20b, 20c : 제1, 2, 3상형 21 : 수직실린더 22 : 턱 23 : 설치홀 24 : 용탕주입구 25 : 제1보온설치홈 27 : 제1고착홈 29 : 제1홈
30 : 보온부재 31 : 중공형부시 31a : 홀 α : 기울기 32 : 관통홀 33 : 알루미나코어 34 : 볼트 35 : 고정판
40 : 제1내화부 41 : 내화홈
50 : 횡금형 50a, 50b, 50c : 제1, 2, 3횡형 51 : 수평실린더 55 : 제2보온설치홈 57 : 제2고착홈 59 : 제2홈
60 : 제2내화부
100 : 중력주조용 휠 제조금형

Claims (5)

1. 상기 하금형(10)의 상측에 설치되어 수직실린더(21)에 의해 승강작동하도록 구성되되, 내주에는 하부에 턱(22)이 형성된 설치홀(23)을 관통구성하고, 외주에는 용탕주입구(24)와 복수 개의 제1보온설치홈(25)을 구성한 상금형(20);
   상기 상금형(20)의 설치홀(23)에 삽입되어 고정설치되는 알루미나코어(33)를 구성한 보온부재(30);
   상기 상금형(20)에 구성된 제1보온설치홈(25)의 표면에 형성되어 상금형(10)의 외주에 내화홈(41)을 구성시키는 제1내화부(40);
   복수 개로 분할 구성되어 수평실린더(51)에 의해 각각 수평이동되도록 하금형(10)의 측방향의 각각 설치되되, 상기 상금형(20)의 제1보온설치홈(25)에 대응되는 부분의 내주에는 제2보온설치홈(55)을 형성하는 횡금형(50);
   상기 횡금형(50)의 제2보온설치홈(55)에 형성되어 제2보온설치홈(55)을 메우며, 횡금형(50)의 수평이동에 따라 하금형(10)과 상금형(20)의 외주에 각각 밀착되어 제1내화부(40)에 구성된 내화홈(41)의 외측 개구를 밀폐시키는 제2내화부(60);로 이루어져,
   상기 보온부재(30)와 제1, 2내화부(40, 60)에 의한 압탕의 보온작용에 의해 압탕의 크기를 줄여서 수율을 개선하고, 지향성 응고를 유도하여 제조되는 휠의 물성 개선을 이루는 것을 특징으로 하는 중력주조용 휠 제조금형.
2. 제 1항에 있어서, 상기 보온부재(30)는, 상기 상금형(10)의 설치홀(23)에 삽입되어 턱(22)에 안착되는 중공형부시(31)와, 내주에 하광상협 형상의 기울기(α)로 관통홀(32)을 형성하여 설치홀(23)에 끼워져 설치되는 알루미나코어(33)와, 볼트(34)결합을 통해 상금형(10)의 상부에 결합되어 알루미나코어(33)를 부시(31)에 밀착고정시키는 고정판(35)으로 구성된 것을 특징으로 하는 중력주조용 휠 제조금형.
3. 제 1항에 있어서, 상기 상금형(10)의 제1보온설치홈(25)과 횡금형(50)의 제2보온설치홈(55)에는 제1, 2내화부(40, 60)를 각각 형성시키는 내화점토의 고착을 위한 제1, 2고착홈(27, 57)이 각각 더 포함되어 구성된 것에 특징이 있는 중력주조용 휠 제조금형.
4. 하금형(10)과 상금형(20) 및 횡금형(50)을 각각 제작하는 금형 제작단계(S10);
   상기 상금형(20)의 내측을 가공하여 하부에 턱(22)이 형성된 설치홀(23)을 내주에 관통 구성하는 설치홀 형성단계(S20);
   상기 상금형(20)의 외측을 가공하여 상금형(20)의 외측에 제1보온설치홈(25)을 형성시키는 제1보온설치홈 형성단계(S30);
   상기 제1보온설치홈(25)에 내화점토를 바른 후, 구워서 건조시키는 과정을 거침으로써 상금형(20)의 외주에 내화점토로 이루어진 내화홈(41)을 형성하는 제1내화부 형성단계(S40);
   상기 상금형(20)의 삽입홀(23)에 중공형부시(31)를 삽입하여 상기 중공형부시(31)를 턱(22)에 안착시킨 후, 하광상협 형상의 관통홀(32)을 내주에 형성한 알루미나코어(33)를 설치홀(23)에 삽입하고, 상금형(20)의 상부에는 고정판(35)을 볼트결합하여 상기 중공형부시(31)와 알루미나코어(33)를 턱(22)과 고정판(35) 사이에 고정설치하는 보온부재 설치단계(S50);
   상기 횡금형(50)을 내측을 가공하여 횡금형(50)의 내주에 제1보온설치홈(25)에 대응되는 제2보온설치홈(55)을 형성시키는 제2보온설치홈 형성단계(S60);
   상기 횡금형(50)에 내화점토를 발라 제2보온설치홈(55)을 메운 후, 구워서 건조시키는 과정을 거침으로써 횡금형(50)의 내주에 내화벽을 형성시키는 제2내화부 형성단계(S70);로 이루어진 것에 특징이 있는 중력주조용 휠 제조금형의 제작방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 제1보온설치홈 형성단계(S30)와 제1내화부 형성단계(S40) 사이에는 제1보온설치홈(25)에 제1고착홈(27)을 형성시키는 제1고착홈 형성단계(S35)가 더 포함되어 구성되고,
   상기 제2보온설치홈 형성단계(S60)와 제2내화부 형성단계(S70) 사이에는 제2보온설치홈(55)에 제2고착홈(57)을 형성시키는 제2고착홈 형성단계(S65)가 더 포함 구성되는 것을 특징으로 하는 중력주조용 휠 제조금형의 제작방법.

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