KR20160140144A - 주조 금형 - Google Patents

Abstract

주조 금형이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 주조물이 형성되는 금형 바디; 상기 주조물을 형성하기 위한 용탕이 흘러 내려가는 스프루; 상기 스프루의 용탕이 제공되는 러너; 상기 러너로부터 상기 금형 바디 내로 상기 용탕이 주입되는 게이트; 상기 금형 바디 상에 위치하고 상기 금형 바디 내에서 발생되는 수축결함을 방지하기 위한 압탕을 포함하고, 상기 스프루는 수직 방향에 대해서 10 ~ 20 ° 만큼 기울어진, 주조 금형이 제공된다.

Description

주조 금형{CASTING MOLD}

본 발명의 실시예는 주조 금형에 관한 것이다.

가솔린 자동차는 실린더에 들어온 공기를 압축시켜 압력 최고점에서 폭발하여 엔진 동력을 얻는 방식으로 실린더에 흡입되는 공기량이 많을수록 압력과 온도가 높아져 연소효율이 향상된다. 이러한 가솔린 자동차에서의 수퍼 차저 및 터보 차저는 흡입가스를 높은 온도 및 고압으로 만들어 주며, 이를 통해 가솔린 기관에서의 연비향상, 매연저감을 위한 필수 장치이다.

수퍼 차저는 흡입되는 공기를 모터나 기타 압축기의 방식을 통해 공기를 압축하여 엔진으로 강제 급기하는 방식을 말하며, 터보차저는 배출되는 엔진의 연소 후 배출가스의 압력을 통해 공기를 압축하여 엔진으로 강제 급기하는 방식을 말한다.

엔진 회전수가 일정 정도 이상이 되어야 충분한 풍량이 나오는 터보차저와 저회전에서부터 과급이 되지만 고회전에서는 출력 손실을 불러오는 수퍼 차저가 서로의 장단점을 저회전과 고회전 영역에서 각각 보완해 주는 트윈 차저 기술도 개발된다.

수퍼 차저는 대기압 이상으로 압축된 추가 공기를 혼합 가스에 과급하는 장치로서, 출력 향상 및 완전 연소 유도로 연료 소비효율을 향상시킬 수 있다. 엔진의 효율을 극대화시킴과 동시에 NOx 등의 유해 가스를 감소시킬 수 있으며, 터보 차저에 비해 구조가 상당히 단순하고 사용 온도가 낮아 재료 및 생산 단가가 낮다. 엔진 위에 장착되어 마감재 역할을 겸할 수 있어서 유려한 미관의 형성이 가능하다.

수퍼 차저에 사용되는 수퍼 차저 하우징은 수퍼 차저 내부 고속회전 부품을 보호하고 과급 공기의 통로 역할을 하는 부품으로서, 뒤틀림, 진동 등 기계 구조적 강도가 요구된다. 특히, 내부 스크류의 고회전에 의한 내진동 특성, 과급용 압축 공기에 의한 내압, 내기밀성이 요구되어서, 주조의 결함이 허용되지 않는다. 또한, 자동차 구동 및 환경에 의한 기계적 강도 및 내부식 표면처리를 위한 표면 조도 및 건전성도 요구된다.

수퍼 차저는 표면과 내부 결함이 없어야 하기 때문에, 이를 위하여 고압 다이캐스팅, 또는 중력 금형주조 등의 주조 방식이 적용된다. 고압 다이캐스팅은 고압 사출로 인하여 표면이 미려하고 대량 생산에 적합하나 내부 결함이 많아, 내압, 내기밀성 확보가 어렵다. 반면, 중력 금형 주조법은 정치식과 경동식이 있으며, 생산 단가 및 내부 결함 제어 측면에서 경동식이 유리하나 주입 공정에서 온도 저하가 심하여 표면 품질 확보가 어렵다. 정치식의 경우에는 주입 중에 난류 발생의 우려가 있으나 주입 온도 관리 측면에서 경동식 보다 유리하다.

따라서, 표면 및 내부 품질 모두를 만족시킬 수 있는 주조 금형의 설계, 공정 설계 및 제어하는 기술이 필요하다.

본 발명의 실시예들은 주조물의 내부 및 표면 결함을 방지하는 주조 금형을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 주조물이 형성되는 금형 바디; 상기 주조물을 형성하기 위한 용탕이 흘러 내려가는 스프루; 상기 스프루의 용탕이 제공되는 러너; 상기 러너로부터 상기 금형 바디 내로 상기 용탕이 주입되는 게이트; 상기 금형 바디 상에 위치하고 상기 금형 바디 내에서 발생되는 수축결함을 방지하기 위한 압탕을 포함하고, 상기 스프루는 수직 방향에 대해서 10 ~ 20 ° 만큼 기울어진, 주조 금형이 제공된다.

상기 게이트는 상기 금형 바디의 하부에 형성될 수 있다.

상기 게이트의 상부에는 게이트 압탕이 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 압탕과 게이트 압탕을 형성함으로써, 주조물의 내부 및 표면 결함을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주조 금형을 나타낸 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조 금형을 나타내는 사진

이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 주조 금형의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주조 금형을 나타낸 사시도이다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 변형 해석을 이용하여 부위별 최적화된 수축율을 적용하고, 금형내 온도 구배를 최소화하기 위하여 탬퍼링 시스템(국부 냉각 또는 가열)을 적용할 수 있다. 또한, 표면 품질 향상을 위하여 에어 배출 시스템을 적용할 수 있는데, 이러한 시스템에는 벤트(에어 배출), 웨팅 라인(wetting line; 충진시 표면장력을 최소화하기 위한 젖음성 개선 라인), 파팅 라인 및 취출핀(표면 에어 배출)이 포함될 수 있다. 또한, 플로우 밸런스(flow balance)를 구려한 금형 설계가 필요하다.

도 1을 참조하면, 주조 금형은 용탕이 흘러 내려가는 스프루(10), 스프루(10)와 게이트(30) 사이를 연결하는 러너(20), 금형 바디(40)로 용탕이 들어가는 입구에 해당하는 게이트(30), 주조물의 형상에 대응되는 금형 바디(40), 금형 바디(40) 상에 위치하고 금형 바디(40) 내에서 발생되는 수축결함을 방지하기 위한 압탕(50)을 포함할 수 있다.

주조 금형은 정치식에 적용되는 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

스프루(10)는 수직 방향에 대해서 기결정된 각도(θ) 만큼 기울어지도록 형성될 수 있다. 각도(θ)는 10 ~ 20°일 수 있다. 각도(θ)가 10°미만일 경우에는 용탕이 스프루(10)를 흘러 가는 동안 산화물의 발생을 가속화시킬 수 있으며, 낙차가 커지게 되며, 반대로 각도(θ)가 20°초과일 경우에는 스프루(10) 내에 용탕이 냉각되어서 스프루(10) 내벽 상에 굳게 될 수 있다. 이에 따라서 금형 바디(40) 내로 주입되는 용탕의 양이 적게 되어서 손실이 발생된다.

게이트(30)는 2 게이트 타입과 4 게이트 타입이 가능한데, 4 게이트 타입은 주입을 빠르게 달성할 수 있으나, 양 방향에서 주입되는 용탕의 합류가 이루어지는 지점에서 난류가 발생할 가능성이 있다. 난류 거동은 개재물 및 산화물의 발생을 가속화시킬 뿐만 아니라, 제품의 상부 및 압탕으로의 부상이 어려워져 제품 내에 잔류하여 결함을 발생시킬 우려가 있다. 따라서, 2 게이트 타입을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 4 게이트 타입과 2 게이트 타입 간의 비교는 다음과 같다.

항목	4 게이트	2 게이트	비고
주입시간	6초	10초
게이트 면적	2,000 mm2	3,000 mm2	4 게이트: 500 mm2 판게이트 4개소 2 게이트: 1,500 mm2 판게이트 2개소
탕구비	1:1:4	1:1:2	탕구: 직경 800 mm 1개소 런너: 5,000 mm2 1개소 비가압식
평균 게이트 유속	0.5 m/s	1.0 m/s

게이트(30) 상에는 게이트 압탕이 형성될 수 있는데, 게이트 압탕은 게이트(30) 내로 흘러 들어온 산화물이 부유되도록 하고, 압탕(50)과 마찬가지로 수축 결함을 방지하는 역할을 할수 있다. 게이트 압탕의 높이는 70 mm 이상일 수 있다.

게이트(30)는 금형 바디(40)의 하부측에 형성되어서 금형 바디(40)의 하부부터 용탕이 주입될 수 있다.

압탕(50)은 열점 및 모듈러스를 고려하여 형상, 크기, 개수를 변경할 수 있다. 예를 들어, 압탕(50) 각각은 70 × 115 × 102 mm³ 크기를 가지며 6개소가 설치될 수 있다.

게이트(30)로부터 주입된 용탕은 금형 바디(40)의 하부부터 채우면서 금형 바디(40) 내를 채우게 되며, 금형 바디(40) 내에 용탕이 차게 되면 압탕(50)에도 용탕이 주입될 수 있다. 냉각되면서 금형 바디(40) 내의 용탕이 수축하게 되어 발생되는 공간에 압탕(50) 내에 주입된 용탕이 보충되면서 수축결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주조 금형을 나타내는 사진이다.

주조물의 제조 과정에서 발생될 수 있는 문제점은 다음과 같다.

(1) 저온 충진부

측벽부 및 활주거리가 긴 영역(예를 들어, 게이트 반대방향)에서 주입 중 액상온도 이하로 저하되는 현상이 나타날 수 있다. 주입온도가 저하되면 탕경, 탕회 불량과 같은 표면 결함 뿐만 아니라 유입된 가스가 배출될 기간이 줄어들어서 기포 결함까지 유발될 수 있다.

(2) 에어 트랩

게이트 반대 방향 하부 및 후미 벽부에서 에어 트렙의 비율이 높은 용탕이 고립될 수 있다. 에어 트랩된 용탕은 오버플로우나 압탕 방향으로 유도되지 않고 제품 내에 잔류하게 되면 기공을 발생시킬 우려가 높다.

(3) 에어 고립

금형 내 잔존하는 공기가 파팅이나 벤트를 통하여 배출되지 못하고 제품 내에서 높은 압력을 형성하게 되면 기공을 발생시킬 뿐만 아니라 탕경 및 탕회 불량을 야기할 수 있다.

(4) 수축 결함

응고 과정에서 발생되며, 충분한 압탕목을 확보하지 못하여 발생되는 것으로 판단된다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 주조 금형이 제공된다.

이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10 : 스프루
20 : 러너
30 : 게이트
40 : 금형 바디
50 : 압탕

Claims (3)

1. 주조물이 형성되는 금형 바디;
   상기 주조물을 형성하기 위한 용탕이 흘러 내려가는 스프루;
   상기 스프루의 용탕이 제공되는 러너;
   상기 러너로부터 상기 금형 바디 내로 상기 용탕이 주입되는 게이트;
   상기 금형 바디 상에 위치하고 상기 금형 바디 내에서 발생되는 수축결함을 방지하기 위한 압탕을 포함하고,
   상기 스프루는 수직 방향에 대해서 10 ~ 20 ° 만큼 기울어진, 주조 금형.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 게이트는 상기 금형 바디의 하부에 형성되는, 주조 금형.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 게이트의 상부에는 게이트 압탕이 형성되는, 주조 금형.
   

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