KR20170132771A - 자동차 및 항공 분야에서 사용되는 부품의 제조를 위한 샌드 쉘 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 또는 항공 분야에서 사용되는 부품의 제조를 위한 샌드 쉘 성형 방법에 관한 것으로서, 부품을 생산하기 위하여 금속 또는 합금이 쉘 성형물에 부어지는 단계; 상기 쉘이 강제적으로 및 신속하게 냉각되는 단계; 및 부품의 부스러기 제거 작업이 실행되는 단계를 포함한다.

Description

자동차 및 항공 분야에서 사용되는 부품의 제조를 위한 샌드 쉘 성형 방법

본 발명은 파운드리 기술 섹터, 특히 알루미늄, 마그네슘, 구리 또는 다른 유사 재료의 합금에 관한 것이다.

보다 특별하게는, 본 발명은 자동차 및 항공 분야에서 사용되는 부품의 제조를 위한 샌드 쉘 성형 방법에 관한 것이다.

샌드 쉘 성형 방법은 당해 분야의 숙련자에게는 공지되어 있다.

이는 샌드를 사용하여, 패턴 플레이트와 접촉하는 열경화성 수지로 프리코트되고, 약 200℃의 온도로 가열되고, 수 밀리미터의 층 위에 걸쳐 경화되어, 쉘을 구성한다. 각각의 쉘은 하프-몰드에 대응하고, 이는 다음으로 중합되고 접착된다.

각종 샌드 쉘 성형 방법 중에, 크로닝(Croning), 핫 박스(hot box), 콜드 박스(cold box), 웜 박스(warm box), 무기물 등이 언급될 수 있다.

이 성형 방법은 몇 가지 장점을 가지며, 그 중에서도 매우 복잡한 형상을 생성할 수 있는 가능성 뿐만 아니라 논의되는 부품, 예를 들어 자동차용 실린더 헤드의 배기 매니 폴드에 다양한 기능을 통합할 수 있는 가능성에 대해 언급될 수 있다. 다른 장점으로는 예를 들어 얻어진 부품의 무게 감소가 있다. 이러한 방법은 또한 인베스트먼트(investment)가 적어야 하며, 가공 작업 횟수를 줄일 수 있다.

반대로, 이 쉘 성형 방법으로 얻은 부품은 매우 낮은 응고 속도를 고려할 때 특정 적용 분야에서 항상 만족스럽지는 않은 기계적 특성을 갖는다.

그러므로 쉘 성형 방법은 이들 부품이 우수한 기계적 특성을 요구하지 않는 경우에 복잡한 기계 부품의 제조에 특히 적합한 것으로 보인다.

그러나 부품의 형상이 점차 복잡해질 뿐만 아니라, 규격을 충족시키기 위해 그러한 부품의 기계적 특성이 높은 수준에 도달해야만 하는 것으로 나타났다.

이러한 선행 기술 및 이러한 상황으로부터, 양호한 기계적 특성을 갖는 매우 복잡한 기하학적 구조를 갖는 부품을 수득할 수 있도록 샌드 쉘 성형 방법을 개선 할 수 있는 것이 중요하게 보인다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여, 본 발명에 따르면, 샌드 쉘 성형 방법이 디자인되었고, 이에 따르면 제1 실시예에서,

- 부품을 생산하기 위해 쉘에 금속 또는 합금을 부어지는 단계,

- 쉘이 강제적으로 그리고 빠르게 냉각되는 단계,

- 부품의 부스러기 제거(

) 작업이 실행되는 단계를 포함한다.

이러한 방법은 자동차 및 항공 분야, 특히 매우 우수한 기계적 특성을 요구하는 매우 복잡한 부품의 제조에 특히 유리하다. 샌드 쉘은 얻어지는 부품의 성질에 적합한 방법 (핫 박스, 콜드 박스, 웜 박스, 3D 프린팅 등)에 따라 공지된 방법으로 제조된다. 쉘 두께는 또한 메탈로스태틱(metallostatic) 압력과 계면의 열저항 사이에서 최상의 타협점에 도달하기 위해, 얻어지는 부품의 특성에 따라 조정된다.

나타낸 바와 같이, 금속 또는 합금이 부어진 후에, 여전히 액체 상태이거나 또는 응고 단계에 있는 상기 금속 또는 상기 합금을 함유하는 샌드 쉘은 예를 들어 담금질을 통해 냉각된다. 공지된 방식으로, 이러한 담금질은 물, 오일, 공기 또는 이러한 냉각을 가능하게 하는 임의의 다른 수단에 의해 이루어질 수 있다. 신속하고 강제적인 냉각은 합금이 여전히 액체인 동안 쉘이 담금질된다는 것을 의미한다. 비한정적인 예로서, 담금질 온도는 100 ℃보다 낮다.

이러한 붓기 및 냉각 두 작업은 두배의 이점을 제공하는데, 첫 번째로 담금질 동안 열 구배를 설정함에 의해 응고 정면의 배향을 가능하게 하는 것과, 두 번째로 응고 속도를 높여 결과적으로 결과 부품의 기계적 특성을 높이는 것이다.

다음으로, 부품은 기존의 부스러기 제거 작업을 간단하게 수행하게 되며, 상기 부스러기 제거는 화학적, 열적 또는 기계적 일 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에서, 금속 또는 합금은 더 이상 최종 부품이 아닌 예비 성형품(preform)을 제조하기 위해 쉘에 부어진다. 쉘의 프로파일은 분명히 결과적으로 적용된다. 그 후, 이전에 나타낸 바와 같이, 쉘은 강제적이고 신속한 방식으로 냉각되고, 예비 성형품의 부스러기 제거 작업이 실행된다.

본 발명에 따른 성형 방법의 이 실시예에서, 예비 성형품은 COBAPRESS 상표명으로 공지된 방법에 기초하여 결합된 프레싱 및 단조 작업이 행해진다. 이러한 COBAPRESS 방법은, 예를 들어, 특허 EP 0 119 365로부터의 교시에 기초한다.

본 발명의 특징에 따른 이 샌드 쉘 성형 방법은 이하의 검사 결과가 보여주는 것처럼 동일한 유형의 금속 또는 합금으로 수행되는 종래 기술에 따른 샌드 쉘 성형 방법의 경우에서 얻어진 것보다 상당히 우수한 기계적 특성을 얻을 수 있다.

종래 기술에 따른 쉘 성형 방법:

○ SDAS: 60-70 ㎛

○ Rp0.2=200-220　MPa

○ Rm=240-260　MPa

○ A%=1-2%

본 발명에 따른 쉘 성형 방법:

○ SDAS: 30-35 ㎛

○ Rp0.2=220-260　MPa

○ Rm=290-310　MPa

○ A%=6-8%

식에서, SDAS는 수지상간(interdendritic) 공간에, Rp는 탄성 한계에, Rm은 기계적 저항에, 및 A%는 신장율에 대응한다.

본 발명에 따른 방법의 특징으로부터, 상기 방법은 샌드 쉘에 부어서 복잡한 형상을 갖는 부품을 얻을 수 있다는 이점과 중량을 감소시켜 기계 가공 작업을 감소시키고, 인베스트먼트(investment)를 거의 필요로 하지 않으며, 위의 비교 테스트에서 볼 수 있듯이 우수한 특성을 갖는다는 이점을 결합하는 것으로 보인다. 또한, COBAPRESS 방법의 적용은 다공성 및 표피 효과(skin effect)의 큰 감소를 가능하게 한다.

Claims (2)

1. 자동차 및 항공기 분야에서 사용되는 부품의 제조를 위한 샌드 쉘 성형 방법으로서,
   - 부품을 생산하기 위하여 금속 또는 합금이 쉘에 부어지는 단계,
   - 상기 쉘이 강제적으로 및 신속하게 냉각되는 단계, 및
   - 상기 부품의 부스러기 제거(

   

   ) 작업이 실행되는 단계
   를 포함하는, 샌드 쉘 성형 방법.
2. 자동차 및 항공기 분야에서 사용되는 부품의 제조를 위한 샌드 쉘 성형 방법으로서,
   - 예비 성형품(preform)을 생산하기 위하여 금속 또는 합금이 상기 쉘에 부어지는 단계,
   - 상기 쉘이 강제적으로 및 신속하게 냉각되는 단계,
   - 상기 예비 성형품의 부스러기 제거 작업이 실행되는 단계, 및
   - 상기 예비 성형품에 프레싱 및 단조가 결합된 작업이 행해지는 단계
   를 포함하는, 샌드 쉘 성형 방법.