KR20160149337A

KR20160149337A - 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형과 금형을 이용한 베어링 인서트 제조방법 및 그로부터 제조된 베어링 인서트

Info

Publication number: KR20160149337A
Application number: KR1020150085664A
Authority: KR
Inventors: 신상수
Original assignee: 주식회사 오성테크
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2016-12-28
Also published as: KR101720242B1

Abstract

본 발명은 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형과 금형을 이용한 베어링 인서트 제조방법 및 그로부터 제조된 베어링 인서트에 관한 것으로, 그 목적은 자동차 엔진부품인 크랭크 케이스 로우 (또는 Bed Plate)에 삽입되는 베어링 인서트를 고강도 Al 합금에 의한 다이캐스팅 주조할 수 있는 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형과 금형을 이용한 베어링 인서트 제조방법 및 그로부터 제조된 베어링 인서트를 제공하는 것이다.
본 발명은 고정금형과, 고정금형을 관통하여 경사지도록 고정금형에 설치되는 이동핀과, 고정금형에 밀착결합되어 주입공간을 형성하고 이동핀이 삽입되는 장홈이 일측에 형성된 이동금형과, 이동금형과 고정금형의 접합면에 위치하도록 이동금형에 연결설치되고 이동핀이 관통설치되는 밀착금형을 포함하여 구성되어,
이동금형과 고정금형의 합형시, 이동핀에 의해 밀착금형의 슬라이더 금형이 주입공간 방향으로 이동되어 고정금형과 이동금형 사이에 성형공간인 캐비티가 형성되도록 구성된 다이캐스팅 금형에 의해 베어링 인서트를 제조하도록 되어 있다.

Description

베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형과 금형을 이용한 베어링 인서트 제조방법 및 그로부터 제조된 베어링 인서트{DIE CASTING MOLD FOR BEARING INSERT AND MANUFACTURING METHOD FOR BEARING INSERT IN USING SAME}

본 발명은 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형과 금형을 이용한 베어링 인서트 제조방법 및 그로부터 제조된 베어링 인서트에 관한 것으로, 다이캐스팅 금형에 의해 Al-Zn계 합금으로 베어링 인서트를 간편하게 주조할 수 있는 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형과 금형을 이용한 베어링 인서트 제조방법 및 그로부터 제조된 베어링 인서트에 관한 것이다.

자동차 산업에 있어서 다이캐스팅은 매우 중요한 기반기술로써, 정밀하게 제작된 금형에 용융상태의 알루미늄 또는 마그네슘 등의 금속을 고속고압으로 충진하여 제품을 제조하는 방법으로 높은 생산성과 대량생산이 용이한 장점 때문에 자동차 부품 제조에 널리 사용되고 있다.

자동차 엔진부품 중, 엔진블록(Engine Block)의 스커트부에 볼트로 결합되는 로우 크랭크 케이스(또는 Bed Plate)는 엔진(Engine) 구동 시 크랭크 샤프트가 회전함에 따라 베어링 캡에서 발생하는 진동(폭발하중)을 분담하여 효과적으로 감쇄시키는 것으로, 본체지지대와, 상기 본체지지대의 중간부위 즉, 엔진의 폭발 하중을 직접적으로 분산하는 역할을 하는 저널 부위에 설치되는 베어링 인서트를 포함하도록 되어 있다.

상기와 같은 로우 크랭크 케이스는 전체가 주철재인 단일 재질로 적용된 것이 주류를 이루고 있었으나, 근래에 차량의 전후 무게비의 최적화와 경량화 및 고출력화의 요구에 대응하기 위하여 알루미늄 다이캐스팅 공법에 의해 본체를 제조하고, 베어링 인서트는 강성이 높은 주철재를 삽입하고 있었다.

그러나, 상기와 같은 종래의 로우 크랭크케이스는 베어링 인서트가 사형주조로 제조되고 있어 생산량이 적을 뿐만 아니라 본체지지대를 이루고 있는 알루미늄에 이종 금속을 인서트하기 때문에 열팽창 특성 차이에 의해, 로우 크랭크케이스 본체와의 접합성이 저하되며 이로 인해, 접합면에 갭이 발생되어 하중 분산이 원활히 이루어지지 않게 되는 문제점이 발생되었다.

특히, 베어링 인서트에 비중이 높은 주철재로 제조됨에 따라, 전체 중량이 증가하여 차량연비가 저하될 뿐만 아니라, 경량화를 추가할 수 없게 되는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 로우 크랭크 케이스는 주철과 알루미늄을 동시 가공하여야 하나, 이종접합으로 이루어져 있어, 상이한 절삭 조건에 따른 후가공으로 인하여 생산성이 저하되고, 가공조도 관리가 어려워 제조단가가 높아질 뿐 아니라, 불량품이 발생될 경우, 사실상 재생이 불가능하게 되는 문제점이 있었다.

최근에는 상기와 같이 주철과 알루미늄으로 이루어지는 로우 크랭크 케이스의 문제점을 해소하기 위하여, 베어링 인서트를 고강도 알루미늄 합금을 이용하여 열간단조공법에 의해 제조하는 방안이 개발되었으나,

알루미늄 열간단조공법은 그 공정 변수의 다양함과, 공정 단계의 과다로 그 제조공정이 복잡해지고 제조비용이 상승하는 단점이 있고, 또한 열간단조품은 다수번의 단조작업과 트리밍을 통해 이루어지므로, 작업시간 및 작업공정이 길어질 뿐아니라, 과도한 제조비용이 발생되어 전체 생산성이 저하되는 등 여러가지 문제점이 있었다.

등록실용신안공보 등록번호 20-0274711(2002.04.24)

본 발명의 목적은 자동차 엔진부품인 크랭크 케이스 로우 (또는 Bed Plate)에 삽입되는 베어링 인서트를 고강도 Al 합금에 의한 다이캐스팅 주조할 수 있는 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형과 금형을 이용한 베어링 인서트 제조방법 및 그로부터 제조된 베어링 인서트를 제공하는 것이다.

본 발명은 고정금형과, 고정금형을 관통하여 경사지도록 고정금형에 설치되는 이동핀과, 고정금형에 밀착결합되어 주입공간을 형성하고 이동핀이 삽입되는 장홈이 일측에 형성된 이동금형과, 이동금형과 고정금형의 접합면에 위치하도록 이동금형에 연결설치되고 이동핀이 관통설치되는 밀착금형을 포함하여 구성되어,

이동금형과 고정금형의 합형시, 이동핀에 의해 밀착금형의 슬라이더 금형이 주입공간 방향으로 이동되어 고정금형과 이동금형 사이에 성형공간인 캐비티가 형성되도록 구성된 다이캐스팅 금형에 의해 베어링 인서트를 제조하도록 되어 있다.

본 발명의 다이캐스팅 금형은 이동금형과 고정금형 및 밀착금형으로 이루어져 있어, 그 구성이 간단하면서도 베어링 인서트를 신속하게 다이캐스팅 주조할 수 있으며, 이를 통해 베어링 인서트의 대량생산이 가능하다.

본 발명은 고정금형과 이동금형의 금형합형시, 고정금형에 설치된 이동핀에 의해 이동금형에 연결설치된 밀착금형부의 슬라이드 금형이 주입공간방향으로 슬라이딩 이동되어 주입공간 일측을 폐쇄시킴으로써 캐비티를 형성하고, 금형의 형개시, 슬라이딩 이동된 슬라이드 금형이 탄성스프링에 의해 최초의 위치로 복귀하여, 주조물(베어링 인서트)가 주조된 주입공간의 일측을 개방시키도록 되어 있어, 주조물의 압출 및 취출작업이 용이하게 이루어질 수 있다.

본 발명은 용융금속을 캐비티내로 공급하는 게이트가 8∼10㎜ 의 두께(높이)를 구비하도록 형성되어 있어, 캐비티내로 용융금속이 층류성 충전되어, 주조물(베어링 인서트)내의 기공발생을 억제될 뿐 아니라, 주조물을 이용한 열처리가 가능하여, 베어링 인서트의 품질을 더욱 향상시킬 수 있다.

본 발명은 다이캐스팅 금형에 의해 Al-Zn합금으로 베어링 인서트가 제조되므로, 고정밀도의 표면이 깨끗하고, 우수한 강도 및 경량성을 구비한 베어링 인서트를 다량생산할 수 있다.

본 발명은 다이캐스팅 금형에 의해 제조된 베어링 인서트는 전체가 Al-Zn합금으로 이루어져 있어, 우수한 재활용성을 구비한다.

본 발명은 베어링 인서트가 로우 크랭크 케이스 본체와 동종재질은 아니지만 같은 알루미늄 기지로 제조되므로, 열팽창계수의 차이가 거의 없으며, 이로 인해 본체와 베어링 인서트의 접합성이 향상되어 엔진작동 시 전달되는 하중을 균일하게 분산시키는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 전체 구성을 보인 예시도
도 2 는 본 발명에 따른 고정금형의 구성을 보인 예시도
도 3 은 본 발명에 다른 이동금형의 구성을 보인 예시도
도 4 는 본 발명에 따른 밀착금형의 구성을 보인 예시도
도 5 는 본 발명에 따른 내부구성을 보인 예시도
도 6 은 본 발명에 따른 베어링 인서트 제조공정을 보인 블록 예시도
도 7 은 본 발명에 따라 주조된 주조물의 형상을 보인 예시도
도 8 은 본 발명에 따른 베어링 인서트가 일체로 주조된 로우 크랭크케이스를 보인 예시도
도 9 는 실시예1에 따른 인장시험결과값을 S-S curve에 나타낸 예시도
도 10은 광학현미경에 의해 관찰된 합금의 미세조직 사진예시도
도 11은 주사전자현미경에 의해 관찰된 SEM 사진예시도

도 1 은 본 발명에 따른 전체 구성을 보인 예시도를, 도 2 는 본 발명에 따른 고정금형의 구성을 보인 예시도를, 도 3 은 본 발명에 다른 이동금형의 구성을 보인 예시도를, 도 4 는 본 발명에 따른 밀착금형의 구성을 보인 예시도를, 도 5 는 본 발명에 다른 내부구성을 보인 예시도를 도시한 것으로,

본 발명은 슬리브(10)가 연결설치되는 고정금형(20)과, 고정금형을 관통하여 경사지도록 고정금형에 설치되는 이동핀(30)과, 고정금형에 밀착결합되어 주입공간(60)을 형성하고 이동핀이 삽입되는 장홈이 일측에 형성된 이동금형(40)과, 이동금형과 고정금형의 접합면에 위치하도록 이동금형에 연결설치되고 이동핀이 관통설치되는 밀착금형(50)을 포함하여 구성되어,

이동금형(40)과 고정금형(20)의 합형시, 이동핀(30)에 의해 밀착금형의 슬라이더 금형(51)이 주입공간(60) 방향으로 이동되어 고정금형(20)과 이동금형(40) 사이에 성형공간인 캐비티(70)가 형성되도록 되어 있다.

즉, 본 발명은 고정금형(20)과 이동금형(40) 사이에 주입공간(60)이 형성되어 있으며, 상기 주입공간(60)은, 용융금속이 주입되고 슬라이드 금형(51)과의 사이에 캐비티(70)를 형성하는 제1공간(61)과, 상기 제1공간(61)에 접속되도록 형성된 게이트(62)와, 슬리브(10)를 통해 주입된 용융금속이 게이트로 흐르도록 형성된 런너(63)를 포함하되, 상기 게이트(62)는 8∼10㎜ 의 두께(높이)를 구비하도록 형성되어 있다.

상기 제1공간(61)은 실질적으로 베어링 인서트형상을 구비하도록 형성된 공간으로, 고정금형과 이동금형에 하나 이상의 복수개가 형성된다.

상기 게이트의 두께(높이)는 용융금속의 공급속도 및 주조물(베어링 인서트)의 물성에 큰 영향을 미치는 중요 요인으로, 일반적인 다이캐스팅 금형의 게이트는 약 2㎜의 두께(높이)를 구비하고 있으나, 본 발명은 8∼10㎜ 의 두께(높이)이 게이트(62)를 구비하도록 되어 있어, 주조물(베어링 인서트)내의 기공발생이 억제되고, 그 자체에 대한 열처리가 가능하여, 전체품질을 더욱 향상시킬 수 있다.

즉, 상기 게이트의 두께(높이)가 8㎜ 미만으로 형성될 경우, 주조물(베어링 인서트)의 구조적 특성 및 주조압력에 의하여 빠른 충진속도와 난류성 충진거동이 발생되어 주조물(베어링 인서트)내에 기공이 발생되게 되며, 이로 인해 품질이 저하되는 현상이 발생될 뿐 아니라, 품질향상을 위한 주조물의 열처리작업이 어렵게 된다. 또한, 게이트의 두께(높이)를 약 10㎜ 초과하여 형성할 경우, 주조회수율이 낮게 되는 현상이 발생되므로 바람직하지 않다.

이와 같이, 본 발명은 캐비티내로의 충진이 층류성 충진을 가지도록 게이트의 두께가 한정되어 있으며, 이러한 게이트의 두께한정에 의해 제조된 주조물(베어링 인서트)이 건전성과 우수한 품질을 구비하게 된다.

또한, 본 발명에서 주입공간(60)의 게이트의 두께(높이)는 고정금형에 형성된 게이트의 두께(높이,h1)과, 이동금형에 형성된 게이트의 두께(높이,h2)를 합한 것을 의미한다.

또한, 상기 주입공간(60)은 제1공간(61)과 소정거리 이격되도록 런너(63)와 연통되는 인장시험편 캐비티(64)를 더 포함한다. 상기 인장시험편 캐비티(64)는 캐비티(70)에 의해 주조된 주조물(베어링 인서트)의 기계적 특성을 평가하기 위한 인장시험편이 주조된다. 즉, 본 발명은 주조물인 베어링 인서트(80)와 인장시험편(90)이 동시에 주조된다.

또한, 상기 주입공간(60)은 제1공간(61)에 연통되도록 오버플로우 벤트(65)를 더 포함한다. 상기 오버플로우 벤트는 다이캐스팅 금형에서 주지의 사항이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 주입공간(60)은 이동금형(40) 및 고정금형(20)의 합형 시, 융융금속이 흐르도록 이동금형(40) 및 고정금형(20)에 형성된 모든 공간을 의미한다.

또한, 주입공간(60)의 제1공간(61)은 베어링 인서트 형상 중, 크랭크샤프트의 저널을 수용 지지하는 반원호형 저널받침부(81) 부분이 개방된 상태의 공간을 의미하며, 상기 캐비티(70)는 제1공간(61)의 개방된 부분이 슬라이드 금형에 의해 폐쇄되어 형성되는 내부공간 즉, 제1공간과 슬라이드 금형에 의해 형성되어 실제 주조물이 제조되는 성형공간을 의미한다.

상기 고정금형(20)은 밀착금형(50)의 일측이 삽입밀착되는 안착홈(21)이 주입공간의 제1공간(61)과 연통되도록 형성되어 있으며, 상기 안착홈(21)내에 이동핀(30)이 설치되는 핀경사홈(22)이 형성되어 있다.

상기 안착홈(21)은 주입공간(60)과 연통되도록 형성된 제1안착홈(23)과, 상기 제1안착홈(23)과 단차를 이루며 형성되고 핀경사홈(22)이 연통형성된 제2안착홈(24)을 포함한다. 이때, 상기 제1안착홈(23) 역시 주입공간(60)과 약간의 단차를 이루도록 형성된다.

상기 핀경사홈(22)은 고정금형의 외부면(26)에서 안착홈(21)을 관통하도록 또한 안착홈(21)에 형성된 핀경사홈의 일측(22a)이 외부면(26)에 형성된 핀경사홈의 타측(22b)보다 외측 즉 금형의 바깥쪽 방향(K 방향)으로 위치하도록 소정각도의 기울기를 구비하며 경사지게 형성되어 있다.

또한, 상기 핀경사홈(22)은 이동핀의 머리가 삽입안착되도록 타측(22b)이 층을 이루도록 형성되어 있어, 이동핀이 안착홈(21)을 통해 이탈되지 않도록 되어 있다.

또한, 상기 고정금형(20)에는 이동금형(40)을 가이드하는 다수의 가이드봉(27)이 접합면(25)에 수직되도록 돌출형성되어 있다.

상기 이동핀(30)은 이동봉(31)이 핀경사홈(22) 및 안착홈(21)을 관통하여 고정금형의 외측방향을 향하도록 경사지게 고정금형(20)에 돌출설치되고, 머리가 핀경사홈(22)의 타측(22b)내에 안착되도록 설치된다. 이와 같은 이동핀(30)은 이동금형(40)과 고정금형(20)의 합형 시, 돌출된 이동봉(31)이 이동금형에 연결설치된 밀착금형의 슬라이드 금형(51)내로 삽입되어 슬라이드 금형(51)을 이동시키게 된다.

상기 이동금형(40)은 고정금형(20)과의 밀착결합에 의해 용융금속이 공급되는 주입공간(60)을 형성하고, 상기 주입공간(60)과 연통되도록 접합면(45) 일측에 밀착금형(50)이 삽입설치되는 슬라이드홈(42)이 단을 이루고 형성되어 있다.

상기 슬라이드홈(42)은 주입공간의 제1공간(61)과 연통되는 제1슬라이드홈(43)과, 상기 제1슬라이드홈(43)과 단차를 이루고 형성된 제2슬라이드홈(44)을 포함한다. 이때, 상기 제1슬라이드홈(43)은 제1공간(61)과 약간의 단차를 이루도록 형성되어 있으며, 제2슬라이드홈(44)에는 이동핀(30)의 이동봉이 삽입되는 장홈(41)이 형성되어 있다.

상기 밀착금형(50)은 이동금형의 슬라이드홈(42)내에 고정설치되는 고정레일(52)과, 상기 고정레일(52)을 따라 슬라이드 되도록 설치되는 슬라이드 금형(51)과, 상기 슬라이드 금형(51)의 이탈이 방지되도록 고정레일(52)의 끝단에 고정설치되는 지지플레이트(53)와, 상기 지지플레이트(53)를 관통하여 슬라이드 금형(51)에 끝단이 체결되는 텐션조절볼트(54)와, 상기 지지플레이트(53)에 일측이 접촉되고 타측이 텐션조절볼트(54)에 접촉되도록 설치되는 탄성스프링(55)을 포함한다.

상기 고정레일(52)은 슬라이드홈(42)의 제2슬라이드홈(44)에 위치하도록 복수의 고정볼트에 의해 이동금형에 일체로 고정설치되어 있으며, 상기 고정레일(52)은 하나의 슬라이드 금형(51)이 설치될 경우(하나의 캐비티만을 구비할 경우), 좌/우측 한쌍의 레일이 설치되고, 2개의 슬라이드 금형이 나란히 설치될 경우(2개의 캐비티를 구비할 경우), 좌/우측레일(52a,52b) 및, 중간레일(52c)이 설치된다. 본 발명의 도면은 2개의 캐비티를 구비하는 금형이 도시되어 있다.

상기 지지플레이트(53)는 고정레일에 일체로 고정설치되어, 슬라이드 금형(51)이 슬라이드홈(42) 외측으로 이탈되는 것을 방지한다.

상기 슬라이드 금형(51)은 크랭크샤프트의 저널을 수용지지하는 반원호형 저널받침부(81)를 가압주조하는 이동다이(51a)와, 상기 이동다이(51a)가 연결설치되고 이동핀(30)이 삽입관통되는 홀더경사홀(51b)을 구비하며 고정레일(52)을 따라 슬라이드되는 다이홀더(51c)를 포함한다.

상기 다이홀더(51c)는 양측에 고정레일(52)의 레일홈(52d)내로 삽입되어 슬라이딩되는 레일돌기(51f)가 돌출형성된 제1홀더(51d)와, 상기 제1홀더(51d)와 층을 이루고 형성되어 이동금형의 제1안착홀(23)내로 안착삽입되는 제2홀더(51e)와, 상기 제2홀더(51e)에서 제1홀더(51d)를 관통하도록 형성되어 이동핀(30)이 삽입관통되는 홀더경사홀(51b)을 포함한다.

이와 같이 구성된 슬라이드 금형은 이동금형의 제1슬라이드홈(43)내에서 이동다이(51a)가 이동되고, 고정레일(52)을 따라 이동금형의 제2슬라이드홈(44)내에서 다이홀더(51c)가 이동된다.

또한, 상기 슬라이드 금형(51)은 제1홀더(51d)의 상단면(51g)이 이동금형의 접합면(45)과 동일한 위치를 구비하도록 이동금형의 제2슬라이드홈(44)내로 다이홀더(51c)가 삽입설치된다.

또한, 상기 홀더경사홀(51b)는, 이동금형(40)과 고정금형(20)의 밀착결합시, 핀경사홈(22)과 동일중심선을 구비하도록 형성되어 있다.

상기 텐션조절볼트(54)는 지지플레이트(53)를 관통하여 끝단이 슬라이드 금형(51)에 나사체결되도록 설치되어 있으며, 탄성스프링(55)과의 사이에 와셔(54a) 등이 설치되어 있다.

상기 탄성스프링(55)은 텐션조절볼트(54)를 지지플레이트(53) 방향으로 이동시키도록 즉, 텐션조절볼트(54)에 연결설치된 슬라이드 금형(51)을 지지플레이트(53)방향으로 이동시키도록 탄성을 구비하며 지지플레이트(53)와 텐션조절볼트(54) 사이에 설치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 이동금형(40)과 고정금형(20)에는 압력센서, 인출핀 등등 다이캐스팅 금형에 설치되는 공지 또는 주지구성을 모두 포함하고 있으나, 이와 같은 공지 또는 주지의 구성에 대한 상세한 설명은 생략하였다.

이하, 본 발명에 따른 다이캐스팅 금형(100)을 이용한 베어링 인서트 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 6 은 본 발명에 따른 베어링 인서트 제조공정을 보인 블록 예시도를, 도 7 은 본 발명에 따라 주조된 주조물의 형상을 보인 예시도를 도시한 것으로,

본 발명은 이동금형(40)을 고정금형(20) 방향으로 이동시켜 밀착결합시키는 금형 가압단계;

금형가압단계 후, 고정금형(20)에 설치된 슬리브(10)를 통해 캐비티(70)내로 용융금속을 가압주입하여 베어링 인서트(80)를 주조하는 주조단계;

주조단계 후, 이동금형(40)을 고정금형(20)으로부터 분리시키고 주조된 베어링 인서트(80)를 취출시키는 취출단계;를 포함하도록 되어 있다.

상기 금형가압단계는 고정금형(20)에 연결 배치된 이동핀(30)이 밀착금형부의 슬라이드 금형(51)에 형성된 홀더경사홀(51b)내로 삽입되도록 이동금형(40)이 고정금형(20)방향으로 이동되는 이동핀 삽입단계;

이동핀(30)이 슬라이드 금형(51)에 삽입된 상태에서 이동금형(40)이 고정ㄱ므형(20)으로 계속 이동되어 이동핀(30)에 의해 슬라이드 금형(51)을 이동시키는 슬라이드 금형 이동단계;

이동금형(40)이 고정금형(20)에 밀착결합되어 슬라이드 금형(51)과 주입공간의 제1공간부(61)에 의해 성형공간인 캐비티(70)가 형성되는 금형 합형단계;를 포함하도록 되어 있다.

상기 금형 합형단계는 다이홀더의 제2홀더(51e) 고정금형의 제2안착홈(24)내로 삽입안착되어, 슬라이드 금형의 위치가 견고하게 고정될 뿐 아니라, 슬라이드 금형과 이동금형 및 고정금형간의 밀착력이 향상된다. 이와 같이 슬라이드 금형(51)이 이동되면, 지지플레이트(53)와 텐션조절볼트(54) 사이에 위치하는 탄성스프링(55)은 압축된 상태를 유지하게 된다.

상기 주조단계는 용융금속을 슬리브의 주입구(11)를 통해 캐비티(70)로 공급하여 베어링 인서트(80)를 주조하는 단계로, 슬리브의 주입구(11)를 통해 공급되는 용융금속은 런너(63)를 통하여 게이트(63)로 공급되고, 상기 게이트(63)를 통해 각각의 캐비티(70) 및 인장시험편 캐비티(64)내로 흘러 들어간다. 그 후에, 피스톤과 실린더 및 플런저(각각 도시하지않음)의 작용에 의해 용용금속을 캐비티(70) 및 인장시험편 캐비티(64)에 가압주입함으로써, 베어링 인서트(80)가 성형주조된다.

이때, 고압다이캐스팅 주조공정은 주조온도 약 700∼720℃(슬리브 주입온도), 금형 냉각수(물) 16∼20℃, 초기 금형온도는 예열작업을 실시하여 약 200∼220℃, 주조압력 약 20∼30MPa, 용탕의 충진속도 저속구간 0.4 ㎧, 고속구간 2.0 ㎧ 를 구비하도록 하여 주조한다. 이와 같은 고압다이캐스팅 주조 조건은 주조물인 베어링 인서트의 성형성 및 물성을 향상시키기 위한 것이다.

또한, 상기 용융금속 내에 녹아 들어간 공기는 오버플로우 벤트(65)에 의해 가압흡입되어 용융금속으로부터 제거된다.

상기 용융금속은 Al과 Zn을 주성분으로 하여 소량의 Cu, Ni, Ti이 첨가된 Al-Zn계 합금을 사용한다. 즉, 상기 용융금속은 Al기지에 Zn 30∼35wt%, Cu 2∼3wt%. Ni 1.0∼2.0wt%, Ti 0.05∼0.15 wt% 를 넣어 Al-Zn계 합금 100wt% 를 제조한 후 전기로에서 약 700℃로 용해한 것을 사용한다. 이때, 상기 아연 및 알루미늄은 순도 99.7wt% 이상의 것을 사용한다.

상기 구리(Cu) 는 강도증진과 경도향상을 위하여 첨가되는 것으로, 2wt% 미만으로 첨가될 경우, 강도 및 경도증진효과가 미비하며, 3wt%를 초과할 경우, 취성이 증가하여 기계적 성질이 저하되게 될 뿐 아니라, 주조물의 비중이 증가되게 된다.

상기 니켈(Ni)은 기지조직에 확산 고용되어 내열성과 고온특성 및 표면처리성을 향상시킨다. 상기 니켈(Ni)은 2.0wt% 를 초과하여 첨가될 경우, 경도가 필요이상으로 커지게 되므로, 적정범위내에서 첨가된다.

상기 티타늄(Ti)은 결정립 미세화 및, 강도를 향상시키기 위하여 첨가되는 것으로, 0.05wt% 미만으로 첨가되면 결정립을 미세화가 저하되고, 0.15wt%를 초과하여 첨가되면 합금의 용해에 좋지 않은 영향을 미치게 된다.

상기와 같은 용융금속은 순도 99.7wt% 이상의 Al과 Zn를 계량하여 전기로에 장입하고, 약 700℃ 이상으로 용해시킨 후, Al-10wt% Cu 모합금(master alloy)과 Al-20wt% Ni 모합금을 계량하여 용해된 Al-Zn합금에 첨가하여 조성을 맞추고, 이후 30∼40분동안 안정화처리를 실시한 다음, TiB 를 첨가하여 미세화처리를 행한 후 탈가스 처리하여 다이캐스팅 머신의 슬리브내로 주입한다.

또한, 상기 주조단계는 캐비티(80) 및 인장시험편 캐비티내로 동시에 용융금속을 주입하여, 베어링 인서트와 인장시험편을 동시에 제조할 수 있다.

상기 취출단계는 용융금속이 캐비티내에서 고화되어 주조물 즉, 베어링 인서트가 주조되면, 고정금형과 이동금형이 형개되어 슬라이드 금형으로부터 이동핀이 분리되고, 탄성스프링에 의해 슬라이드 금형이 지지플레이트 방향으로 이동되어, 베어링 인서트의 저널받침부(81) 일측이 개방되게 되며, 이와 같이, 베어링 인서트의 저널받침부(81) 일측이 개방된 상태에서 베어링 인서트를 압출 및 취출하여, 손상발생없이 베어링 인서트를 손쉽게 얻을 수 있도록 되어 있다.

도 7 은 본 발명에 따라 주조된 주조물의 형상을 보인 예시도를 도시한 것으로, 본 발명에 따른 다이캐스팅 금형은 도 7 의 (a) 도시된 바와 같이, 베어링 인서트와 인장시험편이 동시에 주조될 수 있으며, 본 발명에 따른 다이캐스팅 금형에 의해 주조된 주조물인 베어링 인서트(80)는 도 7 의 (b)에 도시된 바와 같이, 크랭크샤프트의 저널을 수용 지지하는 반원호형 저널받침부(81)와, 상기 저널받침부(81)의 양측에 나란하게 형성되며 그 상단면(82)에 핀구멍(83)을 갖는 다리부(84)와, 상기 다리부(84)의 사이를 채우는 몸체부(85)를 포함한다. 이와 같은 베어링 인서트의 구조는 공지의 것이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명에 따른 다이캐스팅 주조된 베어링 인서트(80)는 서로 분리된 또다른 2개의 금형의 캐비티내 소정 위치에 고정시킨 후, 2개의 금형이 서로 맞닿도록 결합시키고, 캐비티내로 알루미늄 합금의 용탕을 주입하여 다이캐스팅함으로써, 도 8 에 도시된 바와 같은 로우 크랭크케이스(80`)를 제조하게 된다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예1

고정금형에 이동금형을 밀착결합시킨 후, 슬리브를 통해 캐비티내로 용융금속을 가압주입하여 2개의 주조물과 인장시험편을 제작하고, 제조된 인장시험편을 이용하여 물성을 측정하였다.

이때, 용융금속은 Al기지에 Zn 35wt%, Cu 2wt%. Ni 1.5wt%, Ti 0.1 wt% 를 넣어 Al-Zn계 합금 100wt% 를 제조한 후 전기로에서 700℃로 용해한 것을 사용하였다.

또한, 고압다이캐스팅 주조공정은 주조온도 약 705℃(슬리브 주입온도), 금형 냉각수(물) 18℃, 초기 금형온도는 예열작업을 실시하여 약 200℃ 로 맞추어 주조작업을 실시하였다.

또한, 고압다이캐스팅 금형은 SKD61종 재질의 금형을 사용하였으며, 다이캐스팅기의 용량은 350 Tonage, 주조압력 약 20∼30MPa의 비교적 낮은 압력을 사용하여 용융금속이 캐비티내에 잘 충전되도록 하였다.

또한, 용융금속이 주입되는 슬리브의 길이는 약 580㎜, 주조작업시의 슬리브에서 용탕의 충진속도는 저속에서 0.4 ㎧, 고속구간에서의 충진속도는 2.0 ㎧ 로 설정하였다.

또한, 대비군으로는 다이캐스트 금형에 널리 사용되어지고 있는 ADC12종(Al-Si-Cu계 합금)을 용융금속으로 하여, 동일한 조건으로 대비군을 다이캐스팅 제조하였다.

본 발명에 따른 인장시험편은 HB경도값 약 125 HB 이상, 인장강도 415 MPa이상, 항복강도 약 320 MPa 이상을 결과값을 나타내었으며, 대비군은 HB 경도값 약 88 HB, 인장강도 약 340MPa, 항복강도 약 240MPa 의 결과값을 나타내어, 본 발명에 따른 다이캐스팅 금형 및 용융금속에 의해 다이캐스팅 주조된 인장시험편과 대비할 경우, 물성에 현저한 차이가 있음을 알 수 있었다.

도 9 는 실시예1에 따른 인장시험편에 대한 대표적인 인장시험결과값을 S-S curve에 나타낸 것이다.

실시예 2

실시예1에 따라 제조된 베어링 인서트에 대한 미세조직을 관찰하기 위하여, 중앙부를 절단 및 경면 연마한 후 3%HF 수용액을 이용하여 etching 한 후 광학현미경(Optical microscope, Lieca DM ILM) 및 주사현미경(FE-SEM, Supra 40, Carl Zeiss)을 이용하여 주조 시편의 미세조직을 관찰하였다. 관찰된 상의 조성분석은 고분해능 주사현미경(FE-SEM)과 연계된 에너지분산 X-선 분광법(EDS)을 이용하였다.

도 10 은 광학현미경에 의해 관찰된 합금의 미세조직 사진을 나타낸 것으로, 합금의 조직은 흰색의 덴드라이트는 Al-상과, 비평형응고상인 검은색의 Zn-rich, 상이 주로 구성되어 있음을 알 수 있으며, Al-상이 구상화 되어 있고, 전체적으로 합금의 조직은 미세화 되어 있음을 알 수 있어, 우수한 강도와 신율을 구비하고 있음을 알 수 있다.

도 11 은 주사전자현미경에 의해 관찰된 SEM 사진을 나타낸 것으로, 광학현미경과 마찬가지로 주성분인 검은색의 Al-상과 흰색의(광학현미경과 반대) 비평형응고상인 Zn-rich, 상 그리고 이둘의 공정조성인 상과 + 상 그리고 Cu와 Ni의 금속간화합물로 구성되어 있으나, TiB는 워낙 미량을 첨가하였기에 조성분석에 어려움이 있었다.

Al-Zn 다이캐스팅 합금이 나타내는 우수한 기계적 특성은 Zn 조성비의 증가에 따른 합금의 미세조직의 변화 즉, 결정립크기 변화와 비평형응고상 분율의 변화와 관계가 있을 것으로 판단되므로, 각상의 기계적 특성을 관찰을 위하여, Al 상과 비평형 응고상(Zn-rich phase)의 경도값을 마이크로비커스경도계로 측정하여 비교하였다.

그 결과, Al 상의 평균 경도값은 104.2 Hv를 나타내고, 비평형응고상부위(상 + 상 혼합상)는 약 160.8 Hv값을 나타내었으며, Cu와 연관된상의 경도값은 매우 높은 값인 약 260 Hv 이상의 값을 나타내었다. 또한, Ni과 관련된 상의 경우 조성량이 적어 비커스 경도를 측정하기가 어려웠으나, Cu와 마찬가지로 높은 경도값을 나타낼 것으로 판단된다.

따라서 본 발명에 적용된 Al-Zn 합금은 Al 상의 미세화, 비교적 강한 상인 Zn상 그리고 매우 강한 상인 Cu 및 Ni상의 합금내 고른 분포에 의해 우수한 강도와 경도를 구비하고 있음을 알 수 있었다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

(10) : 슬리브 (11) : 주입구
(20) : 고정금형 (21) : 안착홈
(22) : 핀경사홈 (22a) : 일측
(22b) : 타측 (23) : 제1안착홈
(24) : 제2안착홈 (25) : 접합면
(26) : 외부면 (27) : 가이드봉
(30) : 이동핀 (31) : 이동봉
(32) : 머리 (40) : 이동금형
(41) : 장홈 (42) : 슬라이드홈
(43) : 제1슬라이드홈 (44) : 제2슬라이드홈
(45) : 접합면 (50) : 밀착금형
(51) : 슬라이드금형 (51a) : 이동다이
(51b) : 홀더경사홀 (51c) : 다이홀더
(51d) : 제1홀더 (51e) : 제2홀더
(51f) : 레일돌기 (51g) : 상단면
(52) : 고정레일 (52a) : 좌측레일
(54b) : 우측레일 (54c) : 중간레일
(54d) : 레일홈 (53) : 지지플레이트
(54) : 텐션조절볼트 (54a) : 와셔
(55) : 탄성스프링 (60) : 주입공간
(61) : 제1공간 (62) : 게이트
(63) : 런너 (64) : 인장시험편 캐비티
(65) : 오버플로우 벤트 (70) : 캐비티
(80) : 인서트 (81) : 저널받침부
(82) : 상단면 (83) : 핀구멍
(84) : 다리부 (85) : 몸체부
(90) : 인장시험편 (100) : 다이캐스트 금형

Claims

슬리브(10)가 연결설치되는 고정금형(20)과,
고정금형을 관통하여 경사지도록 고정금형에 설치되는 이동핀(30)과,
고정금형에 밀착결합되어 주입공간(60)을 형성하고 이동핀이 삽입되는 장홈이 일측에 형성된 이동금형(40)과,
이동금형과 고정금형의 접합면에 위치하도록 이동금형에 연결설치되고 이동핀이 관통설치되는 밀착금형(50)을 포함하여 구성되어,
이동금형(40)과 고정금형(20)의 합형시, 이동핀(30)에 의해 밀착금형의 슬라이더 금형(51)이 주입공간(60) 방향으로 이동되어 고정금형(20)과 이동금형(40) 사이에 성형공간인 캐비티(70)가 형성되도록 구성된 것을 특징으로 하는 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형.
청구항 1 에 있어서;
주입공간(60)은, 용융금속이 주입되고 슬라이드 금형(51)과의 사이에 캐비티(70)를 형성하는 제1공간(61)과, 상기 제1공간(61)에 접속되도록 형성된 게이트(62)와, 슬리브(10)를 통해 주입된 용융금속이 게이트로 흐르도록 형성된 런너(63)를 포함하되, 상기 게이트(62)는 8∼10㎜ 의 두께(높이,h)를 구비하도록 형성된 것을 특징으로 하는 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형.
청구항 1 에 있어서;
고정금형(20)은, 밀착금형(50)의 일측이 삽입밀착되는 안착홈(21)이 주입공간의 제1공간(61)과 연통되도록 형성되어 있으며, 상기 안착홈(21)내에 이동핀(30)이 설치되는 핀경사홈(22)이 형성되고,
이동금형(40)은, 주입공간(60)과 연통되도록 접합면(45) 일측에 밀착금형(50)이 삽입설치되는 슬라이드홈(42)이 단을 이루고 형성되며,
상기 슬라이드홈(42)은 주입공간과 연통되는 제1슬라이드홈(43)과, 상기 제1슬라이드홈(43)과 단차를 이루고 형성된 제2슬라이드홈(44)을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형.
청구항 1 에 있어서;
이동핀(30)은 이동봉이 고정금형의 외측방향을 향하도록 경사지게 고정금형(20)에 돌출설치되어, 이동금형과 고정금형의 합형시, 밀착금형과 이동금형내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형.
청구항 1 에 있어서;
밀착금형(50)은, 이동금형의 슬라이드홈(42)내에 고정설치되는 고정레일(52)과, 상기 고정레일(52)을 따라 슬라이드 되도록 설치되는 슬라이드 금형(51)과, 상기 슬라이드 금형(51)의 이탈이 방지되도록 고정레일(52)의 끝단에 고정설치되는 지지플레이트(53)와, 상기 지지플레이트(53)를 관통하여 슬라이드 금형(51)에 끝단이 체결되는 텐션조절볼트(54)와, 상기 지지플레이트(53)에 일측이 접촉되고 타측이 텐션조절볼트(54)에 접촉되도록 설치되는 탄성스프링(55)을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형.
청구항 5 에 있어서;
슬라이드 금형(51)은, 크랭크샤프트의 저널을 수용지지하는 반원호형 저널받침부(81)를 가압주조하는 이동다이(51a)와, 상기 이동다이(51a)가 연결설치되고 이동핀(30)이 삽입관통되는 홀더경사홀(51b)을 구비하며 고정레일(52)을 따라 슬라이드되는 다이홀더(51c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형.
청구항 6 에 있어서;
다이홀더(51c)는, 양측에 고정레일(52)의 레일홈(52d)내로 삽입되어 슬라이딩되는 레일돌기(51f)가 돌출형성된 제1홀더(51d)와, 상기 제1홀더(51d)와 층을 이루고 형성되어 이동금형의 제1안착홀(23)내로 안착삽입되는 제2홀더(51e)와, 상기 제2홀더(51e)에서 제1홀더(51d)를 관통하도록 형성되어 이동핀(30)이 삽입관통되는 홀더경사홀(51b)을 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 따른 다이캐스팅 금형의 이동금형(40)을 고정금형(20) 방향으로 이동시켜 밀착결합시키는 금형 가압단계;
금형가압단계 후, 고정금형(20)에 설치된 슬리브(10)를 통해 캐비티(70)내로 용융금속을 가압주입하여 베어링 인서트(80)를 주조하는 주조단계;
주조단계 후, 이동금형(40)을 고정금형(20)으로부터 분리시키고 주조된 베어링 인서트(80)를 취출시키는 취출단계;를 포함하되,
상기 금형가압단계는 고정금형(20)에 연결 배치된 이동핀(30)이 밀착금형부의 슬라이드 금형(51)에 형성된 홀더경사홀(51b)내로 삽입되도록 이동금형(40)이 고정금형(20)방향으로 이동되는 이동핀 삽입단계;
이동핀(30)이 슬라이드 금형(51)에 삽입된 상태에서 이동금형(40)이 고정ㄱ므형(20)으로 계속 이동되어 이동핀(30)에 의해 슬라이드 금형(51)을 이동시키는 슬라이드 금형 이동단계;
이동금형(40)이 고정금형(20)에 밀착결합되어 슬라이드 금형(51)과 주입공간의 제1공간부(61)에 의해 성형공간인 캐비티(70)가 형성되는 금형 합형단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형을 이용한 베어링 인서트 제조방법.
청구항 8 에 있어서;
주조단계는, 주조온도 700∼720℃(슬리브 주입온도), 금형 냉각수(물) 16∼20℃, 초기 금형온도 200∼220℃, 주조압력 20∼30MPa, 용탕의 충진속도 저속구간 0.4 ㎧, 고속구간 2.0 ㎧ 를 구비하는 것을 특징으로 하는 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형을 이용한 베어링 인서트 제조방법.
청구항 8 에 있어서;
용융금속은, Al기지에 Zn 30∼35wt%, Cu 2∼3wt%. Ni 1.0∼2.0wt%, Ti 0.05∼0.15 wt% 를 넣어 Al-Zn계 합금 100wt% 를 제조한 후 전기로에서 700∼720℃로 용해된 것을 특징으로 하는 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형을 이용한 베어링 인서트 제조방법.
청구항 8 에 있어서;
주조단계는, 캐비티(80) 및 인장시험편 캐비티내로 동시에 용융금속이 주입되는 것을 특징으로 하는 베어링 인서트 주조용 다이캐스팅 금형을 이용한 베어링 인서트 제조방법.
청구항 8 내지 청구항 11 중 어느 하나에 따른 베어링 인서트 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 베어링 인서트.