KR20170068731A - 주물을 주조하기 위한 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더블록 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주물을 주조하기 위한 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더블록에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주조 코어 내부에 칠러(chiller)를 삽입하여 소재의 특정 부분에 추가적으로 강도를 증가시킨 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더블록에 관한 것이다.
보다 더 구체적으로 본 발명은 주조 코어 및 칠러의 구조에 있어서, 주조 코어(core) 내부에 칠러(chiller)를 삽입함으로써 소재의 특정 부분에 추가적으로 강도를 증가시키면서도 공정 효율성 측면에서 탈사 시 칠러 제거 공정이 필요 없으므로 공정이 단순화되고, 금속 소재 용탕과 칠러의 직접 접촉이 없으므로 가스 배출이 유리하며, 소재의 성형성이 개선된 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더 블록을 제공할 수 있게 한다.

Description

주물을 주조하기 위한 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더블록 {Casting Mould for Casting a Cast Part and Cylinder Block for Engine Using The Same}

본 발명은 주물을 주조하기 위한 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더블록에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주조 코어 내부에 칠러(chiller)를 삽입하여 소재의 특정 부분에 추가적으로 강도를 증가시킨 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더블록에 관한 것이다.

연소 엔진용 블록의 주조에 있어서, 종래 기술에 의하면 엔진 블록 주물의 주조 코어가 개별 연소 챔버를 형성하고, 한편으로는 다른 몰드부가 엔진 블록의 헤드 표면을 형성하는데, 그 위에 개별 내연 기관의 실린더 헤드가 조립 중에 필요하다면 부가 부품으로서 배치되고 고정된다.

이러한 연소 엔진용 블록의 실제 작동에 있어서, 열 또는 기계적 부하가 유발될 수 있는 곳은 주로 부가 구성 요소가 장착되는 표면과 주조 코어에 의해서 주물에 형성되는 공간 사이의 영역이다. 이러한 영향 영역의 공간을 둘러싸는 주조 재료에서 발생하는 응력이 커짐으로 인하여 소재에 균열이 형성되거나 파괴되는 현상이 나타날 수 있다. 이와 같은 문제점은 알루미늄 또는 알루미늄 주조 합금과 같은 경금속 또는 경금속 합금들로 주조되는 종래의 연소 엔진들을 위한 엔진 블록에 있어서는 특히 중요하다.

또한 엔진의 성능 및 엔진 중량 최소화에 관한 요구로 인하여, 연소 챔버들이 서로 근접하게 배열된 멀티-실린더 엔진 블록의 형태로 제조되고 있는 바, 이러한 현대의 엔진 디자인에 있어서는, 연소 챔버들을 가능한 서로 근접하게 배열함으로써 에너지를 최적으로 사용하여 엔진 블록의 구조적 길이를 가능한 한 최소화하게 된다.

따라서, 이러한 엔진용 실린더 블록의 주조에 있어서 엔진의 실제 작동 시에 다른 부분에 비하여 특별히 큰 응력을 받게 되는 주물의 특정 영역에 대하여 다른 영역과는 차별화된 미세조직을 형성함으로써 주조 재료의 기계적 및 열적 응력 저항을 개선하기 위한 시도가 있어 왔다.

그러나 종래의 주조 기술에 따르면 사형 몰드 탈사 시 별도의 칠러 제거 공정이 요구되어, 그에 따른 알루미늄 소재에 의한 끼임 현상이 발생하게 되며, 금속 소재와 칠러의 직접 접촉으로 인하여 가스 배출이 원활하지 못하게 되고, 또한 금속 소재와 칠러의 직접 접촉으로 인하여 소재의 성형성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 금속 소재의 특정 부분에 추가적으로 강도를 증가시키면서도 공정 효율성이 저하되지 않고, 가스 배출이 원활하며 소재의 성형성이 우수한 엔진 블록용 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더 블록에 대한 기술의 개발이 필요하게 되었다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,

주조 코어(core) 내부에 칠러(chiller)를 삽입하여 금속 소재의 특정 부분에 추가적으로 강도를 증가시킬 수 있는 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더 블록을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 주조 코어 내부에 칠러를 삽입함으로써 코아 파쇄시 칠러가 자동 배출되게 함으로써 탈사 시 칠러 제고 공정이 필요없으므로 공정이 단순화되고, 코아 모래 통기도를 통해 가스가 배출되도록 함으로써 가스 배출이 유리하며, 금속 용탕과 칠러의 직접 접촉이 없으므로 소재의 성형성이 개선된 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더블록을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 칠러(chiller), 사형 몰드 및 주조 코어(core)를 포함하는 주조 몰드(mold)에 있어서 , 상기 칠러는 상기 주조 코어 내부에 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 칠러는 주조 코어에 비하여 큰 열 전도도를 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 칠러는 주철 또는 알루미늄 중 어느 하나 이상의 물질을 이용하여 제조되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 칠러는 상기 칠러는 그 단면이 주조 코어와 동일한 형상으로 형성되거나 또는 그 단면이 직사각형 또는 테이퍼(taper)된 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 주조 몰드에 주입되는 용탕은 경금속 또는 경금속 합금 주조 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 경금속은 알루미늄인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 일실시예로 상기 주조 코어는 엔진 블록의 실린더 챔버(chamber)를 형성하는 것이 바람직하다.

상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 타 측면에 의하면, 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따라 형성된 주조 몰드를 이용하여 형성된 엔진용 실린더블록을 제공하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명의 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더블록에 의하면, 주조 코어(core) 내부에 칠러(chiller)를 삽입함으로써 소재의 특정 부분에 추가적으로 강도가 증가된 엔진용 실린더블록을 제공할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더블록에 의하면, 주조 코어 내부에 칠러를 삽입함으로써 코아 파쇄시 칠러가 자동 배출되게 함으로써 탈사 시 칠러 제고 공정이 필요없으므로 공정이 단순화되고, 코아 모래 통기도를 통해 가스가 배출되도록 함으로써 가스 배출이 유리하며, 금속 용탕과 칠러의 직접 접촉이 없으므로 소재의 성형성이 개선된 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더 블록을 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 주조 몰드의 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 주조 몰드의 단면도.
도 3은 칠러가 적용되지 않은 금속 조직 및 본 발명의 일실시예에 따른 칠러가 적용된 금속 조직을 나타낸 확대사진도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

일반적으로 연소 엔진용 블록이 주조되는 과정을 살펴보면, 엔진 블록 주물의 주조 코어가 개별 연소 챔버를 형성하고, 한편으로는 다른 몰드부가 엔진 블록의 헤드 표면을 형성하며 그 위에 개별 내연 기관의 실린더 헤드가 부가 부품으로서 배치되고 고정된다.

이러한 연소 엔진용 블록의 실제 작동에 있어서, 열적 또는 기계적 부하가 유발될 수 있는 곳은 주로 실린더 헤드가 장착되는 표면과 주조 코어에 의해서 주물에 형성되는 공간 사이의 영역으로서, 이러한 특정 부위에서 주조 재료의 응력이 커짐으로 인하여 소재에 균열이 형성되거나 파괴되는 현상이 나타날 수 있다.

또한 최근의 엔진 디자인 경향이 연소 챔버들을 최대한 서로 근접하게 배열하는 멀티-실린더 엔진 블록 형태로 개발되고 있는 바, 연소 챔버들을 가능한 서로 근접하게 배열하여 엔진 블록 간의 거리를 가능한 한 최소화하고 있다.

따라서, 이러한 엔진용 실린더 블록의 주조에 있어서, 엔진의 실제 작동 시 다른 부분에 비하여 특별히 큰 응력을 받게 되는 주물의 특정 영역에 대하여 다른 영역과는 차별화된 미세조직을 형성함으로써 주조 재료의 기계적 및 열적 응력 저항을 개선하기 위한 시도가 있어 왔다.

그러나 도 1에 나타난 바와 같이, 종래 주조 몰드(10)의 형태에 따르면 주조 코어(14)의 바깥부분에 칠러(11)가 위치하였기 때문에 사형 몰드(12)의 탈사 시 별도의 칠러 제거 공정이 요구되었고, 그에 따른 금속 소재에 의한 끼임 현상이 발생하게 되는 문제점이 있었다. 또한 금속 소재 용탕(13)과 칠러(11)의 직접 접촉으로 인하여 가스 배출이 원활하지 못하게 되고 소재의 성형성이 저하되는 문제점도 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 금속 소재의 원하는 특정 부분에 추가적으로 강도를 증가시키면서도 공정 효율성이 저하되지 않고, 가스 배출이 원활하며 소재의 성형성이 우수한 엔진 블록용 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더 블록에 대한 기술의 개발이 필요하게 되었는 바, 본 발명은 주물을 주조하기 위한 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더블록에 관한 것으로서, 주조 코어(core) 내부에 칠러(chiller)를 삽입함으로써 소재의 특정 부분에 추가적으로 강도가 증가된 엔진용 실린더블록을 제공할 수 있는 점에 착안되어 고안되었다.

또한, 본 발명은 주조 코어(core) 내부에 칠러(chiller)를 삽입함으로써, 코아 파쇄시 칠러가 자동 배출되게 함으로써 탈사 시 칠러 제거 공정을 삭제함으로써 공정이 단순화·효율화될 수 있으며, 코어의 모래 통기도를 통해 가스가 배출되도록 함으로써 가스 배출이 용이한 구조를 형성할 수 있다.

덧붙여서 본 발명은 칠러가 금속 소재 용탕과 직접 접촉하지 아니하므로, 소재의 성형성이 개선된 주조 몰드를 제공할 수 있게 된다.

하기의 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 주조 몰드의 단면도를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 주조 몰드(10)에 있어서, 주물에 공간을 형성하는 주조 코어(14)는 적어도 두 개의 부분들로 나누어질 수 있는 바, 칠러(11)가 포함되는 냉경부 및 칠러의 영향을 받지 않는 나머지 부분으로 구성될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 주조 몰드(10)는 칠러(11), 사형 몰드(12) 및 주조 코어(14)를 포함할 수 있으며, 상기 칠러(11)는 상기 주조 코어(14)의 내부에 위치할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는 종래의 주조 기술과는 달리 주조 코어(14)의 내부에 칠러(11)가 위치되도록 함으로써 탈사 공정 이후에 칠러 제거 공정을 별도로 실시하지 않아도 되므로 효율적이고, 금속 소재(13)와 칠러(11)의 직접 접촉이 일어나지 않게 됨으로써 가스 배출 및 금속 소재의 성형성이 우수해지는 장점을 가지게 된다.

한편, 상기 칠러(11)는 주조 코어(14)에 비하여 적어도 수 배 큰 열 전도도를 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 이러한 열전도도의 차이로 인하여 냉경부 영역에서는 원하는 특정 영역에서 국부적으로 한정되어 가속화된 냉각이 발생한다.

즉 주입된 금속 소재의 용탕(13)이 모래보다 열전도도가 높은 물질의 영향으로 급랭되게 되며, 이렇게 금속 용탕이 급랭됨으로써 금속 조직의 강도가 상승하게 된다. 보다 구체적으로는 칠러의 소재, 몰드 형상 내에서의 위치 및 그 형태를 선택함으로써 금속 소재 용탕의 냉각 속도, 성형성 및 가스 배출 등의 정도를 조절할 수 있게 된다.

본 발명에서는 상기 칠러(11)를 주철 또는 알루미늄 중 어느 하나 이상의 물질을 사용하여 제조할 수 있다. 주철 또는 알루미늄으로 구성된 칠러의 경우 다른 소재에 비하여 제조 원가에 있어서 경제적이며, 전술한 칠러로서의 목적에 부합하는 열 전도성을 가지고 있는 바, 칠러의 소재로서 적합하다고 할 수 있다.

즉, 본 발명의 엔진 블록을 주조하는 경우에, 실린더 공간의 특정 부분에 한하여 다른 부분에 비해 응력 저항성이 좋은 주조 미세조직을 형성하기 위하여 해당 부분의 금속 소재 용탕을 급속 냉각하는 과정이 요구되고, 이에 따라 개별 실린더 공간을 형성하는 주조 코어(14)의 내부에 칠러(11)를 위치시킨다. 이 때 상기 칠러(11)는 발명의 필요에 따라 주조 몰드의 형상과 같은 형태로 제조되거나, 도 2에서 도시하는 바와 같이 그 단면이 직사각형의 형태로 제조되거나 또는 도 2에서 도시하지는 않았으나 그 지름이 점차 작아져 끝부분을 점차 가늘게 한 형태인 테이퍼(taper)된 형상으로 제조될 수도 있다.

한편, 본 발명에 따라 주조 코어(14)의 내부로 삽인된 칠러(11)는 금속 소재 용탕이 냉각된 후 탈사 공정을 거치면서 주조 코어(14)와 함께 파쇄되므로, 종래 기술에 비하여 탈사 공정과 별도로 칠러 제거 공정을 거칠 필요가 없게 되어 공정 효율성이 증대되며 아울러 공정 비용이 절감되는 장점이 있다.

한편, 상기 주조 몰드(10)에 주입되는 금속 소재 용탕(13)은 경금속 또는 경금속 합금 주조 재료를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 함금을 사용할 수 있다.

전술한 바와 같이 알루미늄은 엔진 블록 등 차량용 부품의 경량화 경향 및 성형성이 우수하다는 장점으로 인하여 엔진용 실린더 블록의 소재로서 경금속 중에서도 가장 일반적으로 사용되고 있는 바, 본 발명에서도 알루미늄을 사용하여 엔진용 실린더 블록을 제조할 수 있다.

또한, 상기 주조 코어는 엔진 블록의 실린더 챔버(chamber)를 형성할 수 있는 바, 구체적인 주조 코어의 형상은 도 2에 나타난 바와 같다.

또한, 본 발명의 엔진용 실린더블록은 본 발명의 주조 몰드를 이용하여 형성될 수 있다. 즉 본 발명의 주조 몰드(10)에 금속 소재 용탕(13)을 주입한 후 냉각시키고, 다음 단계인 탈사 공정을 거쳐 엔진용 실린더블록을 제조한다. 완성된 실린더블록은 주조 코어 내부에 삽입된 칠러에 의하여 냉각부가 다른 부분에 비하여 급속히 냉각됨으로써 금속 소재인 알루미늄의 강도가 국부적으로 증가될 수 있다.

도 3은 칠러가 적용되지 않은 금속 조직 및 본 발명의 일실시예에 따른 칠러가 적용된 금속 조직을 나타낸 확대사진도이다.

칠러가 적용되지 않은 금속 조직을 나타낸 도 3의 (a)를 보면, 알루미늄 조직의 크기가 612.50㎛ 내지 829.02㎛로 형성된 것을 확인할 수 있고, 이에 비하여 본 발명의 일실시예에 따라 칠러가 적용된 금속 조직을 나타낸 도 3의 (b)를 보면, 알루미늄 조직의 크기가 444.08㎛ 내지 529.67㎛로 형성된 것을 확인할 수 있는 바, 본 발명의 일실시예에 따른 칠러가 적용된 금속 조직의 경우 엔진용 실린더 블록에 사용되기에 적합한 강도를 가진 미세조직을 형성하고 있는 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더 블록에 의하면, 칠러, 사형 몰드 및 주조 코어를 포함하는 주조 몰드에 있어서, 칠러(11)를 주조 코어(14)의 내부에 위치시킴으로써 특정 부위인 냉경부에 국부적으로 빠른 냉각이 되도록 하여 금속 소재의 강도를 높일 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 주조 몰드 및 이를 이용하여 형성된 엔진용 실린더 블록에 의하면, 금속 소재의 특정 부분에 추가적으로 강도를 증가시키면서도 공정 효율성이 저하되지 않고, 가스 배출이 원활하며 소재의 성형성이 우수하다는 장점이 있다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

10 : 주조 몰드
11 : 칠러
12 : 사형 몰드
13 : 금속 소재 용탕
14 : 주조 코어

Claims (8)

1. 칠러(chiller), 사형 몰드 및 주조 코어(core)를 포함하는 주조 몰드(mold)에 있어서,
   상기 칠러는 상기 주조 코어 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 주조 몰드.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 칠러는 주조 코어에 비하여 큰 열 전도도를 갖는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 주조 몰드.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 칠러는 주철 또는 알루미늄 중 어느 하나 이상의 물질을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 주조 몰드.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 칠러는 그 단면이 주조 코어와 동일한 형상으로 형성되거나 또는 그 단면이 직사각형 또는 테이퍼(taper)된 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 주조 몰드.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 주조 몰드에 주입되는 용탕은 경금속 또는 경금속 합금 주조 재료를 사용하는 것을 특징으로 하는 주조 몰드.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 경금속은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 주조 몰드.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 주조 코어는 엔진 블록의 실린더 챔버(chamber)를 형성하는 것을 특징으로 하는 주조 몰드.
   
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 따라 형성된 주조 몰드를 이용하여 형성된 엔진용 실린더블록.
   

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