KR20170121431A - 진공금형장치를 이용한 액상 및 반응고 재료의 박막 및 부품 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자교반기(1)를 이용하여 제조된 반응고 재료를 가스압을 이용하여 진공상태를 유지하고 있는 진공금형(10)의 캐비티에 주입하여 두께가 얇은 박막 및 부품을 제조할 수 있도록 한 진공금형(10)장치를 이용한 반응고 재료의 박막 및 부품 제조장치를 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 액상 및 반응고 재료의 박막 및 부품 제조장치를 구성함에 있어서, 보온로(8)의 도가니(4)에 저장된 용융금속이 가스압에 의해 슬리브(3)를 통과하여 금형(10)의 캐비티로 주입되어 성형될 시 슬리브(3)에 전자 교반기(1)를 장착하여 결정립을 제어토록 하고, 상기 금형(10)에 진공시스템(11)을 설치하여 금형(10)의 캐비티를 진공상태로 유지토록 하며, 슬리브(3)의 외측 전체에 온도제어가 가능한 히팅장치(2)를 설치하여 슬리브(3)를 통과하는 소재의 온도를 균일하게 유지토록 하며, 상기 슬리브(3)를 비자성체로 이루어진 슬리브관(3a)의 내부에 세라믹파이프(3b)를 삽입 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 진공상태의 금형(10)에 전자교반기(1)에 의해서 결정립이 제어된 반응고 재료를 가스압에 의해서 난류의 발생을 감소시켜서 주입 성형하여 기공 및 가스 발생에 따른 제품의 결합을 줄여 품질이 개선된 박막 제품을 제조할 수 있고, 금형(10)의 수명도 장구히 할 수 있으며, 특히 슬리브(3)의 히팅장치(2) 및 세라믹파이프(3b)에 의해 소재의 온도를 균일하게 유지하면서 유동성을 향상시키므로 소재의 결정립 제어가 용이한 등 다수의 효과를 얻을 수 있는 것이다.

Description

진공금형장치를 이용한 액상 및 반응고 재료의 박막 및 부품 제조장치{Production equipment for thin plate and parts, with liquid and semi-solid materials by using vacuum system}

본 발명은 진공금형장치를 이용한 반응고 재료의 박막 및 부품 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세히는 전자교반기를 이용하여 제조된 반응고 재료로 박막 및 부품 성형 시 진공금형장치를 이용하여 금형을 진공상태로 유지하고, 저용융금속이나 이들의 합금을 가스압을 이용하여 캐비티에 채워 두께가 얇은 박막 및 부품을 제조토록 제조장치를 제공코자 하는 것이다.

일반적으로 액체 상태로부터 원하는 형상의 부품을 직접 제조하는 주조공법은 용탕이 캐비티 내부로 유입될 때 난류로 인한 공기의 포집과 수축에 의한 결함 및 용탕의 과열도 때문에 금형의 수명을 단축시키는 결점이 있었고, 또한 고체를 정형가공하는 단조공정의 경우 높은 성형압력을 요구하는 정밀 부품의 생산에 어려움이 있었으며, 절삭과 같은 후가공에 의한 생산성의 저하와 이로 인한 경제적 손실이 따르는 등 다수의 문제점이 있었던 것이다.상기한 문제점들을 해결할 수 있는 방법으로 근자에 들어서 반응고(半凝固[0003] ) 공정에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는바, 상기 반응고 성형공정은 기존의 단조공정에 비하여 적은 하중으로도 복잡한 형상의 부품을 한 공정으로 만들 수 있고, 액체 상태보다 높은 점성으로 인하여 캐비티 내부로 충전 시 유동형태가 난류로 발달하지 않아 제품 내부에 기공 및 가스를 포함하여 발생되는 결함이 적고, 성형의 초기온도가 낮기 때문에 금형의 열피

로를 줄여 금형에 크랙이 발생하는 등의 현상을 방지하므로 금형의 수명을 높일 수 있는 성형공정이며, 특히 전자교반을 이용한 반응고 공정은 성형 시 수지상 조직을 제어하여 가압함으로써 균일화 및 미세화되며 구형화된 조직을 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있었던 것이다.

하기의 선행기술문헌에 기재된 기존의 저압주조용 금형 및 저압주조 장치는 벌크 소재에 대한 부분이 중요시 되다 보니 박막 제조에 대한 부분이 전혀 언급이 되어 있지 않으며, 금형을 진공상태로 유지하는 진공시스템을 적용하지 않았으며, 슬리브 내면부의 코팅에 대한 부분은 다양하게 발명되었으나, 슬리브 내에 세라믹파이프를 포함한 슬리브 제작 및 온도제어시스템 등은 전혀 포함하지 않으므로 제품의 조직을 균일화, 미세화 및 구형화하는데 한계가 있었던 것이다.

본 발명에서는 상기한 종래 기술의 제반 문제점들을 해결코자 새로운 기술을 창안한 것으로서, 본 발명은 전자교반기를 이용하여 결정립이 제어된 소재를 통하여 미세하고 강도가 높은 제품을 성형하는 공정으로 기존의 주조공정의 문제점을 해결하고자 하였으며, 또한 주조결함이 없는 박막성형을 위하여 성형 시 진공시스템을 이용한 박판금형 및 이를 이용한 성형장치이다.

본 발명에서는 반용융 공정 시 소착 등의 문제가 야기되는 슬리브의 온도제어시스템 및 슬리브 표면 코팅이 아닌 내부에 세라믹파이프를 포함하고 있는 슬리브를 제작하여 소재의 유동성을 향상시키고, 소재의 온도를 균일하게 유지하여 전자교반 효과를 향상시키도록 한 진공금형장치를 이용한 액상 및 반응고 재료의 박막과 부품 제조장치를 제공함에 발명이 해결하려는 과제를 두고 본 발명을 완성한 것이다.

상기한 발명의 과제를 해결하기 위한 본 발명은 내부에 박막제품 성형을 위한 캐비티를 구비하는 금형에 용탕 및 반응고 재료를 주입하는 제조장치에 관한 것으로서, 슬리브의 온도를 제어할 수 있는 온도제어시스템과 소재의 원활한 유동을 위한 세라믹파이프를 포함하는 슬리브와 소재의 결정립을 제어할 수 있는 전자교반기를 포함하며, 상기 금형은 박막 성형 시 발생할 수 있는 결함을 줄이기 위하여 진공시스템과 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에서는 상기한 제조장치의 전자교반기를 이용하여 결정립을 제어한 소재를 가스압력을 이용하여 캐비티에 용융금속을 주입토록 한 것을 특징으로 한다.

상술한 과제 해결을 위한 구체적인 수단에 의하면, 진공상태의 금형에 전자교반기에 의해서 결정립이 제어된 반고체 상태의 반응고 재료를 주입하여 품질이 개선된 박막제품을 제조할 수 있고, 금형의 수명도 장구히 할 수 있으며, 가스압에 의하여 반응고 재료가 슬리브를 따라 캐비티를 채울 때 난류의 발생을 감소시켜서 이로 인한기공 및 가스 발생에 따른 제품의 결합을 줄일 수 있는 이점이 있으며, 그리고 본 발명에 의하여 구성되는 슬리브의 온도제어시스템 및 세라믹파이프를 포함한 슬리브는 성형공정 시 소재의 온도를 균일하게 유지할 수 있음과 더불어 소재를 슬리브에서 보다 원활하게 캐비티로 공급할 수 있으므로 전자교반을 통한 소재의 결정립 제어가 용이한 등 그 기대되는 효과가 다대한 발명이다.

도 1은 전자교반기를 포함한 수직형 슬리브장치의 정면 구성도 및 부분 확대도
도 2는 전자교반기를 포함한 수평형 슬리브장치의 정면 구성도
도 3은 두 개의 전자교반기를 가진 수직-수평형 슬리브장치의 정면 구성도
도 4는 도 1의 수직형 슬리브장치를 가진 반응고 박막 및 부품 제조장치
도 5는 도 2의 수평형 슬리브장치를 가진 반응고 박막 및 부품 제조장치
도 6은 도 3의 수직-수평형 슬리브장치를 가진 반응고 박막 및 부품 제조장치

이하에서 첨부된 도면들에 기초하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 수직형 슬리브장치의 정면 구성도이고, 도 2는 수평형 슬리브장치의 정면 구성도이며, 도 3은 수직-수평형 슬리브장치로서, 각각의 슬리브에 교반장치를 장착한 도면이며, 도 4, 도 5, 도 6은 도 1 내지 3에 도시된 각각의 슬리브장치를 금형과 함께 설치한 반응고 박막 및 부품 제조장치를 도시한 것이다.

본 발명에서 제공하는 박막 및 부품 제조장치의 구성을 살펴보면 도 1 내지 3에 도시된 바와 같이 소재의 결정립을 제어하기 위한 전자교반기(1)가 외부 일측에 설치되고, 바깥쪽 둘레 전체에 온도를 제어하도록 온도제어시스템으로 히팅장치(2)가 설치되어 단부가 박막을 성형하는 금형(10)에 체결되는 슬리브(3)를 포함하고, 상기 슬리브(3)는 소재가 저장된 도가니(4)의 용탕토출구(5)와 진공실링(6)으로 밀폐되게 연결 구성하며, 상기 도가니(4) 상부 일측에는 도가니(4) 내부로 아르곤, 질소 등의 가스를 투입하기 위한 가스투입구(7)를 설치하고, 상기 도가니(4)는 도가니(4) 내부의 용융금속을 보온 저장할 수 있도록 보온로(8)에 의해서 가온되게 보온로(8)의 상부에 설치하며, 상기 보온로(8)는 하부에 캐스터(9)를 장착하여 상기 슬리브(3) 및 도가니(4)가 장착된 보온로(8)를 원하는 위치로 이송시킬 수 있도록 한다.

이때 상기 슬리브(3)는 도 1의 확대도에서와 같이 소재의 유동성 및 소착방지를 위하여 비자성체로 이루어진 슬리브관(3a) 내부에 세라믹파이프(3b)를 삽입하는 형태로 구성한다.

상기 슬리브(3)의 단부가 체결되도록 금형(10)과 금형(10)이 설치되는 프레임(13)에 대하여 살펴보면 도 4 내지 6에 도시된 바와 같이 상기 금형(10)은 금형(10)의 일측에 설치된 진공밸브(11a)와 진공밸브(11a)에 배관 연결된 진공펌프(11b) 및 진공펌프(11b)의 작동을 제어토록 전기적으로 연결 구성된 컨트롤러(11c)로 이루어진 진공시스템(11)을 구비하여 캐비티가 진공상태를 유지할 수 있도록 해서 진공상태에서 박막을 성형토록 하고, 상기 금형(10)이 설치된 프레임(13)은 내부에 박막 및 부품을 성형토록 캐비티를 갖는 하부금형(10a)이 고정 설치되는 이송플레이트(14)와 상부금형(10b)에 체결된 유압실린더(12)가 고정 설치된 상부플레이트(15)로 구성한다.

상기한 구성에서 도 1과 도 4는 결정립 제어를 위한 전자교반기(1)를 슬리브(3)의 외부 일측에 수직으로 설치한 수직형 슬리브(3) 및 이러한 슬리브(3)의 단부를 금형(10)의 하부에 체결한 박막 및 부품 제조장치의 일례이고, 도 2와 도 5는 전자교반기(1)를 슬리브(3)의 외부 일측에 수평으로 설치한 수평형 슬리브(3) 및 이러한 슬리브(3)의 단부를 금형(10)의 측부에 체결한 박막 및 부품 제조장치의 일례이며, 도 3과 도 6은 전자교반기(1)를 슬리브(3)의 외부에 수직, 수평 모두에 설치한 수직-수평형 슬리브(3) 및 이러한 슬리브(3)의 단부를 금형(10)의 측부에 체결한 박막 및 부품 제조장치의 일례로서, 본 발명에서는 슬리브(3)에 전자교반기(1)가 설치된 상태와 슬리브(3)의 단부를 금형(10)에 체결하는 위치에 따라 다양하게 실시할 수 있으며, 상기한 3가지 형태 외에도 다양하게 구성할 수 있는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 진공금형(10)장치를 이용한 액상 및 반응고 재료의 박막 및 부품 제조장치는 금형(10) 일측의 진공밸브(11a)를 개방시켜서 진공시스템(11)의 컨트롤러(11c)에 의해 제어되는 진공펌프(11b)로금형(10) 내부의 캐비티를 진공상태로 유지되게 하고, 보온로(8)에 의해 가온된 도가니(4) 내부 반응고 재료의 용융금속을 도가니(4) 상부 일측에 설치된 가스투입구(7)로 투입되는 가스압에 의해서 슬리브(3)를 통해서 금형(10) 내부의 캐비티로 주입하며, 이때 슬리브(3)를 통과하는 반응고 소재는 슬리브(3)의 외측 전체를 둘러싸고 있는 온도제어시스템인 히팅장치(2)에 의해서 균일한 온도를 유지할 수 있으며, 또한 슬리브(3) 외부 일측에 설치된 전자교반기(1)에 의해서 결정립이 제어되므로 금형(10) 내의 캐비티에서 주입 후 유압실린더(12)에 의해 상부금형(10b)을 가압하여 반응고 소재를 얇은 박막으로 성형할 시 슬리브(3)의 세라믹파이프(3b)에 의해 반응고 소재의 유동성을 향상시키고, 가스투입구(7)으로 투입되는 가스압력에 의해서 소재의 난류 발생을 극감시키며, 특히 히팅장치(2)에 의한 균일한 온도 유지로 결정립의 제어가 용이하므로 박막제품의 내부에 기공 및 가스에 의한 결합을 최소화할 수 있으며, 금형(10)에 크랙 등이 발생하는 것을 방지하여 그 수명을 극대화할 수 있는 것이다.

그리고 상기 보온로(8)는 캐스터(9)를 장착하여 이송이 가능하고, 금형(10)[0019] 을 지지하는 이송플레이트(14)가 유압실린더(12)에 의해 상하로 승강이 가능하여 슬리브(3)의 단부를 금형(10)에 보다 용이하게 체결할 수 있으며, 상기 슬리브(3)는 하부금형(10a)의 게이트 부까지 체결되며, 슬리브(3)와 도가니(4)의 용탕토출구(5)의 연결부위에 진공실링(6)이 되어 있어 보온로(8)로부터 가온된 도가니(4) 내부의 반응고 소재의 용융금속이 금형(10)까지 주입될 시 가스의 유출이 없도록 하여 안전성을 제고시킨 것이다.

상술한 본 발명에서는 반응고 소재인 용융금속은 물론이고, 액상의 용융금속을 적용할 수도 있으며, 액상 및 반응고 재료를 슬리브(3)로 진공금형(10)에 주입한 후 상기한 바와 같이 박막으로 성형하여 제품을 제조할 수도 있고, 발명의 명칭에서와 같이 박막제품 대신 각종 부품을 성형하여 제품을 제조할 수도 있으므로 다양한 주조 금형(10)에 두루 적용할 수 있는 것이다.

1:전자교반기 2:히팅장치
3:슬리브 3a:슬리브관
3b:세라믹파이프 4:도가니
5:용탕토출구 6:진공실링
7:가스투입구 8:보온로
9:캐스터 10:금형
10a:하부금형 10b:상부금형
11:진공시스템 11a:진공밸브
11b:진공펌프 11c:컨트롤러
12:유압실린더 13:프레임
14:이송플레이트 15:상부플레이트

Claims (4)

1. 액상 및 반응고 재료의 박막 및 부품 제조장치에 있어서; 상기 제조장치는 보온로(8)의 도가니(4)에 저장된 용융금속이 가스압에 의해 슬리브(3)를 통과하여 금형(10)의 캐비티로 주입되어 성형될 시 수직형 슬리브(3), 수평형 슬리브(3), 수직-수평형 슬리브(3) 중 어느 하나의 슬리브(3)에 장착되어 결정립 제어를 할 수 있도록 구성된 전자교반기(1)를 포함한 것을 특징으로 하는 진공금형 장치를 이용한 액상 및 반응고 재료의 박막 및 부품 제조장치.
2. 청구항 1에 있어서; 상기 슬리브(3)의 외측 전체에 온도제어가 가능하여 슬리브(3)를 통과하는 소재의 온도를 균일하게 유지토록 구성된 히팅장치(2)를 포함한 것을 특징으로 하는 진공금형장치를 이용한 액상 및 반응고 재료의 박막 및 부품 제조장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서; 상기 슬리브(3)는 비자성체로 이루어진 슬리브관(3a)의 내부에 코팅이 아닌 세라믹파이프(3b)를 삽입 구성한 것을 특징으로 하는 진공금형장치를 이용한 액상 및 반응고 재료의 박막 및 부품 제조장치.
4. 청구항 1에 있어서; 상기 금형(10)에는 금형(10) 일측에 설치된 진공밸브(11a)와, 진공밸브(11a)에 배관 연결된 진공펌프(11b)와, 진공펌프(11b)의 작동을 제어토록 전기적으로 연결 구성된 컨트롤러(11c)로 이루어진 진공시스템(11)을 구비하여 금형(10)을 진공상태로 유지토록 구성된 것을 특징으로 하는 진공금형장치를 이용한 액상 및 반응고 재료의 박막 및 부품 제조장치.

Images