KR20210053525A - 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치 및 그것을 이용한 주조방법 - Google Patents

복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치 및 그것을 이용한 주조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210053525A
KR20210053525A KR1020190139224A KR20190139224A KR20210053525A KR 20210053525 A KR20210053525 A KR 20210053525A KR 1020190139224 A KR1020190139224 A KR 1020190139224A KR 20190139224 A KR20190139224 A KR 20190139224A KR 20210053525 A KR20210053525 A KR 20210053525A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
molten metal
mold
molding space
fine particles
space
Prior art date
Application number
KR1020190139224A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102258154B1 (ko
Inventor
박진영
윤필환
김억수
강호정
이규흔
Original Assignee
한국생산기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국생산기술연구원 filed Critical 한국생산기술연구원
Priority to KR1020190139224A priority Critical patent/KR102258154B1/ko
Publication of KR20210053525A publication Critical patent/KR20210053525A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102258154B1 publication Critical patent/KR102258154B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/32—Controlling equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/14—Machines with evacuated die cavity
    • B22D17/145—Venting means therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/2015—Means for forcing the molten metal into the die
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/20—Accessories: Details
    • B22D17/30—Accessories for supplying molten metal, e.g. in rations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 기지를 가진 복합재 내에 강화재인 미세입자가 양호하게 분산될 수 있고 성형과정에서 미세입자의 열화가 최소화될 수 있는 다이캐스팅 장치를 제공한다. 본 발명은, 용탕주입로에 의해 제1금형 및 제2금형 사이에 형성된 성형공간과 연결되어 용탕을 성형공간으로 주입하는 용탕주입부와, 감압로에 의해 성형공간과 연결되어 성형공간의 공기를 배출시키고 감압시키는 감압부와, 흡입로를 통해 성형공간과 연결되어 미세입자를 성형공간으로 유입시키는 입자공급부와, 상기 흡입로를 통한 출입을 허용 및 차단하는 흡입로개폐밸브와, 상기 용탕주입부와 감압부와 흡입로개폐밸브의 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치 및 그것을 이용한 주조방법{DIE CASTING APPARATUS FOR FORMING COMPOSITE, AND CASTING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치 및 그것을 이용한 주조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CNT 입자 등 미세입자인 강화재가 Al 등 기지에 양호한 품질로 혼합될 수 있도록 주조하는 다이캐스팅 장치와 그것을 이용한 주조방법에 관한 것이다.
최근 전기차의 모터하우징, 인버터 하우징, 배터리 케이스, 대형 가전제품의 히트싱크 등 경량 고강도 특성, 고방열 특성을 요구하는 소재수요가 증가하고 있다.
특히, 고강도, 고방열 특성을 가지도록 CNT입자를 강화재로 하고 Al을 기지로 한 복합재 성형기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.
도 1은 탄소입자 필러가 첨가된 알루미늄 복합체를 제조하기 위한 다이캐스팅 주조과정을 설명하는 것으로서, 용융된 알루미늄 슬러리에 필러를 투입하고 교반하여 다이캐스팅 금형에서 주조하는 방법에 관한 것이다.
위의 탄소입자 필러로서 CNT입자가 투입되어 CNT강화 복합재를 성형하고자 하는 시도가 많이 있었으나, 고온의 용탕 내 CNT입자를 혼합하는 과정에서 CNT입자의 버닝(Burning)과 고온에 의한 열화의 문제가 발생하고, 특히 용탕에 CNT입자를투입하고 교반시키면 CNT의 엉킴으로 인해 균일한 분산이 어려운 문제가 있었다.
한국공개특허공보 10-2016-0127257 한국등록특허공보 10-0998553
본 발명은 상기와 같은 관점에서 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 금속 등 기지를 가진 복합재 내에 강화재인 미세입자가 양호하게 분산될 수 있고 성형과정에서 미세입자의 열화가 최소화될 수 있는 다이캐스팅 장치 및 그것을 이용한 주조방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치는, 서로 이격 및 조합작동하는 것으로서 서로 조합된 상태에서 사이에 성형공간을 형성하는 제1금형 및 제2금형과, 상기 제1금형 또는 상기 제2금형에 형성된 용탕주입로에 의해 상기 성형공간과 연결되어 용탕을 상기 성형공간으로 주입하는 용탕주입부와, 상기 제1금형 또는 상기 제2금형에 형성된 감압로에 의해 상기 성형공간과 연결되어 상기 성형공간의 공기를 배출시키고 감압시키는 감압부와, 상기 제1금형 또는 상기 제2금형에 형성된 흡입로를 통해 상기 성형공간과 연결되어 미세입자를 상기 성형공간으로 유입시키는 입자공급부와, 상기 흡입로를 통한 출입을 허용 및 차단하도록 설치된 흡입로개폐밸브와, 상기 감압부와 상기 흡입로개폐밸브의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다이캐스팅 장치는 상기 제어부가 상기 용탕주입부도 제어하되, 상기 감압부를 작동시켜 상기 성형공간을 감압시킨 상태에서 상기 흡입로개폐밸브를 개방하여 상기 미세입자를 상기 성형공간으로 자연흡입시키고 이후, 용탕을 상기 성형공간으로 주입하도록 상기 용탕주입부를 작동시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다이캐스팅 장치는 상기 미세입자가 CNT입자, 금속분말입자, 탄소분말입자 중 선택된 하나이고, 상기 용탕은 금속재인 것을 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다이캐스팅 장치는 상기 흡입로가 굴곡진 형상으로 형성됨으로써 직선인 경우보다 길이를 증가한 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다이캐스팅 장치는 상기 흡입로가 상기 감압로와 겸용으로 사용하는 것으로서, 상기 제1금형과 상기 제2금형 사이에 위치되어 상기 제1금형과 상기 제2금형이 서로 조합된 상태에서 완성된 구조로 형성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
한편, 다른 관점에서 본 발명은 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 주조방법을 제공하는 것으로서, 제1금형과 제2금형이 조합되어 형성된 성형공간이 감압장치에 의해 감압되는 감압단계; 상기 감압단계 후, 감압된 상기 성형공간보다 높은 압력이고 미세입자가 저장된 입자챔버가, 상기 성형공간과 연통되어 상기 미세입자가 상기 성형공간으로 흡입되는 입자흡입단계; 상기 입자흡입단계 후, 상기 성형공간에 용탕을 주입하여 상기 미세입자와 용탕이 혼합되는 용탕주입단계; 및, 상기 성형공간에서 상기 용탕의 냉각 후, 상기 제1금형과 제2금형이 서로 이격되어 상기 성형공간의 제품이 취출되는 제품취출단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 주조방법은, 상기 미세입자가 CNT입자, 금속분말입자, 탄소분말입자 중 선택된 하나이고, 상기 용탕은 금속재인 것을 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 주조방법은, 상기 미세입자가 CNT입자이고, 상기 입자챔버에 저장되는 상기 CNT입자는, 볼밀가공에 의해 보다 잘게 분쇄되는 과정을 거치는 것을 또 다른 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 주조방법은, 용탕을 상기 성형공간에 주입하는 용탕주입부가, 상기 성형공간의 하측에 위치하고 수평으로 연장되는 용탕가압로와, 상기 용탕가압로 내에서 용탕을 밀어내는 플런저와, 상기 용탕가압로의 상부에 형성된 용탕유입구를 포함하고, 상기 용탕가압로의 양 단부 중 상기 플런저가 위치한 측의 반대측의 단부에서, 상기 용탕가압로와 상기 성형공간을 연통시키는 연통되는 용탕주입로가 설치되며, 상기 감압단계 및 입자흡입단계에서, 상기 플런저는 상기 용탕주입로를 향해 이동하여 상기 용탕유입구를 지난 위치에 정지함으로써, 상기 성형공간을 폐쇄시키는 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명에 따른 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치 및 그것을 이용한 주조방법은, CNT입자 등 강화재인 미세입자가 혼합된 복합재의 제작시 기존의 다이캐스팅 장치에, 미세입자를 성형공간으로 유입시키는 입자공급부와, 용탕주입부와 감압부와 입자공급부의 작동순서를 제어하는 제어부를, 추가 구성함으로써 구현할 수 있으므로, 기존의 다이캐스팅 장치를 그대로 활용할 수 있고, 장치의 구조 및 공정이 단순한 이점이 있다.
그러한 구성의 본 발명은, 용탕이 금형의 성형공간에 진입하면서 부유상태인 미세입자와 순간적으로 혼합되고, 그 혼합시점부터 용탕이 금형에 의해 빠르게 냉각되는 것이므로, CNT입자 등 미세입자의 열화가 최소화되고 CNT 고유의 고강도 고방열 특성 등 강화재인 미세입자가 가지는 고유의 특성이 훼손없이 유지될 수 있다.
또한, 본 발명은 성형공간으로 주입된 금속용탕에 강화재인 미세입자가 혼입되어 전체적으로 분산되게 되는 바, 미세입자가 용탕 응고시의 핵이 되어 수많은 결정립이 조밀하게 분산된 상태로 발생 및 성장하므로, 결정입도(Grain Size)가 작아지면서 제품의 강도를 높일 수 있다.
도 1는 종래 탄소입자 필러가 첨가된 알루미늄 복합체를 제조하는 다이캐스팅 주조과정의 설명도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치의 전체 구성설명도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 주조방법을 순차적으로 설명하는 블록설명도
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 주조방법의 과정을 순차적으로 도시하는 공정설명도
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치의 전체 구성설명도
도 10은 도 9의 장치에 따라 제품이 취출되는 과정을 도시하는 설명도
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치는, 서로 이격 및 조합작동하는 것으로서 서로 조합된 상태에서 사이에 성형공간(13)을 형성하는 제1금형(11) 및 제2금형(12)과, 상기 제1금형(11) 또는 제2금형(12)에 형성된 용탕주입로(21)에 의해 성형공간(13)과 연결되어 용탕(23)을 성형공간(13)으로 주입하는 용탕주입부(20)와, 상기 제1금형(11) 또는 제2금형(12)에 형성된 감압로(31)에 의해 성형공간(13)과 연결되어 성형공간(13)의 공기를 배출시키고 감압시키는 감압부(30)와, 상기 제1금형(11) 또는 제2금형(12)에 형성된 흡입로(41)를 통해 성형공간(13)과 연결되어 미세입자(46)를 성형공간(13)으로 유입시키는 입자공급부(40)와, 상기 흡입로(41)를 통한 출입을 허용 및 차단하도록 설치된 흡입로개폐밸브(42)와, 상기 감압부(30)와 흡입로개폐밸브(42)의 작동을 제어하는 제어부(50)를 포함한다.
상기 제1금형(11) 및 제2금형(12)은, 고온의 용탕(23)이 내부에 주입되어 제품이 성형되는 부분으로서, 서로 이격 및 조합작동하는 것으로서 서로 조합된 상태에서 사이에 성형공간(13)을 형성한다.
상기 성형공간(13)은 제1금형(11)과 제2금형(12) 사이에 위치하는 공간이므로, 성형공간(13)이 제1금형(11)과 제2금형(12)을 분리하는 경계영역이 되어, 제1금형(11)과 제2금형(12)이 이격시 성형공간(13)에서 형성된 제품이 제1금형(11)과 제2금형(12)으로부터 취출될 수 있다.
상기 용탕주입부(20)는 제1금형(11) 또는 제2금형(12)에 형성된 용탕주입로(21)에 의해 성형공간(13)과 연결되어 용탕(23)을 성형공간(13)으로 주입하는 부분이다.
용탕주입부(20)는 성형공간(13)의 하측에 위치하고 제1금형(11)과 제2금형(12)의 경계선 상에 위치하는 용탕주입로(21)에 의해 성형공간(13)과 연결되어 용탕(23)이 주입될 수 있다.
용탕주입부(20)는 성형공간(13)의 하측에 위치하고 수평으로 연장되는 용탕가압로(25)와, 상기 용탕가압로(25) 내에서 용탕(23)을 밀어내는 플런저(24)와, 상기 용탕가압로(25)의 상부에 형성된 용탕유입구(26)를 포함한다.
용탕가압로(25)의 양 단부 중 상기 플런저(24)가 위치한 측의 반대측의 단부에서, 용탕주입로(21)가 용탕가압로(25)와 연통된다.
상기 용탕가압로(25)에 용탕유입구(26)를 통해 공급된 용탕(23)이 대기하고, 플런저(24)가 용탕주입로(21) 측으로 용탕(23)을 밀어 이동함으로써 용탕(23)이 용탕주입로(21)를 통해 성형공간(13)에 강제 주입될 수 있다.
용탕유입구(26)는 용탕가압로(25)의 상부에 설치되되, 플런저(24)가 위치하는 측으로 치우쳐 설치되도록 하고, 플런저(24)가 용탕주입로(21) 측으로 이동하여 용탕유입구(26)를 지난 상태가 되면, 용탕가압로(25) 중의 공간은 플런저(24)에 의해 밀폐되어, 용탕가압로(25)와 연통된 성형공간(13)이 폐쇄될 수 있다.
상기 용탕(23)은 복합재의 기지를 이루는 재료로서, Al 등의 금속재가 될 수 있다.
한편, 상기 감압부(30)는 제1금형(11) 또는 제2금형(12)에 형성된 감압로(31)에 의해 성형공간(13)과 연결되어 성형공간(13)의 공기를 배출시키고 감압시킨다.
감압로(31)에 감압로개폐밸브(36)가 설치되고 감압로(31)는 진공탱크(33)와 연결되며, 진공탱크(33)는 진공펌프에 의해 진공압력을 유지한다.
상기 감압로개폐밸브(36)를 개방하면 감압로(31)에 의해 진공탱크(33)와 성형공간(13)이 연통되어 성형공간(13)의 공기가 배출되고 성형공간(13)의 감압이 이루어진다.
성형공간(13)의 감압 후에는 제어부(50)에 의해 감압로개폐밸브(36)가 폐쇄되도록 하되, 실제적으로 제어부(50)는 감압로개폐밸브(36)를 개방 후 짧은 시간간격 예컨대 0.5~1sec을 두고 폐쇄시켜 폐쇄상태를 유지시킴으로써, 순간적으로 성형공간(13)을 감압시킬 수 있다.
감압로(31)에는 압력센서(37)를 설치하여 압력센서(37)의 측정치를 제어부(50)로 전송하고, 제어부(50)는 감압로개폐밸브(36)의 개방 후, 압력의 측정치가 설정치 이하가 될 때, 감압로개폐밸브(36)를 폐쇄하도록 구성할 수도 있다.
한편, 상기 입자공급부(40)는 제1금형(11) 또는 제2금형(12)에 형성된 흡입로(41)를 통해 성형공간(13)과 연결되어 미세입자(46)를 성형공간(13)으로 유입시키는 부분이다.
성형공간(13)이 감압된 상태에서 제어부(50)가 흡입로개폐밸브(42)를 개방하면, 입자챔버(43)에 일시 저장된 미세입자(46)가 성형공간(13)으로 흡입로(41)를 통해 흡입되어 성형공간(13)에서 부유하는 상태가 될 수 있다.
즉, 흡입로개폐밸브(42)가 개방되면, 성형공간(13)이 감압된 상태에서 대기압 상태인 입자챔버(43)의 공기가 성형공간(13)으로 빨려 들어가면서 입자챔버(43)의 미세입자(46)도 공기와 함께 성형공간(13)으로의 흡입이 이루어지고, 그 흡입후 미세입자(46)는 성형공간(13) 중에 떠다니는 일시적 부유상태가 된다. 그 부유상태가 유지되는 짧은 시간동안 용탕(23)이 성형공간(13)에 주입될 필요가 있다.
입자챔버(43)는 그 부피가 성형공간(13)에 비해 매우 작으므로, 입자챔버(43)로부터 흡입되는 공기량은 성형공간(13)의 부피에 비해 미미한 수준이다.
미세입자(46)가 성형공간(13)에 흡입된 후, 흡입로개폐밸브(42)는 제어부(50)에 의해 차단되는 것으로서, 실제적으로는 제어부(50)가 짧은 흡입시간 예컨대 0.5~1sec을 허용한 후, 흡입로개폐밸브(42)를 폐쇄한다.
미세입자(46)가 성형공간(13)의 흡입된 후, 입자챔버(43)는 성형공간(13)과 같은 압력으로 감압된 상태가 될 수 있고, 흡입로개폐밸브(42)가 폐쇄된 상태에서 입자저장조(44)와 연결된 입자공급로의 공급개폐밸브(48)를 제어부(50)가 개방하면, 입자챔버(43)의 낮은 압력에 의해 입자저장조(44)의 미세입자(46)가 공기와 함께 소정량 입자챔버(43)로 유입될 수 있다. 그 유입 후 공급개폐밸브(48)는 폐쇄되고, 입자챔버(43)에 소정량의 미세입자(46)가 일시 저장되어 대기한 상태가 될 수 있다.
상기 입자챔버(43)에 미세입자(46)를 공급하는 방식은, 정량의 미세입자(46)를 공급하는 공지의 피드장치, 예컨대 스크류공급장치 등을 별도 구비하고 미세입자(46)를 공급받은 후 밸브를 차단하여 입자챔버(43)를 피드장치로부터 밀폐하는 구성으로도 구현될 수 있다.
상기 미세입자(46)는 금속용탕에 혼입되는 CNT입자일 수 있고, CNT입자를 볼밀(ball mill) 가공에 의해 보다 잘게 분쇄하여 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 상기 미세입자(46)는 복합재의 강화재로서, 기지에 혼입되는 금속분말입자, 탄소분말입자가 될 수도 있다.
상기 흡입로(41)는 제1금형(11) 또는 제2금형(12)을 관통하는 통로로 형성되되, 지그재그 형상의 굴곡을 형성함으로써 직선인 경우보다 길이를 증가시킨 것이 바람직하다.
그러한 굴곡을 형성한 구성은 흡입로(41)로 용탕(23)이 침범시에 냉각이 신속히 이루어지도록 하여 침투하는 길이를 최소화하도록 하기 위함이다.
흡입로(41)의 형성에 따라 제품취출을 용이하게 하기 위해, 흡입로(41)를 경계로 복수의 금형이 분할되어 서로 이격되도록 금형을 형성하는 것이 바람직하고, 상기 흡입로(41)가 제1금형(11)과 제2금형(12)의 경계선 상에 형성되는 것이 가장 바람직하다. 이에 따라, 제품 취출시 흡입로(41)로 용탕(23)이 침범하더라도 제품이 쉽게 제거될 수 있다.
한편, 상기 제어부(50)는 감압부(30)와 흡입로개폐밸브(42)의 작동을 제어하는 부분으로서, 용탕주입부(20)도 또한 제어함으로써 전체 장치의 작동이 자동화될 수 있다.
실제적으로 용탕주입부(20)의 플런저(24), 감압부(30)의 감압로개폐밸브(36), 입자공급부(40)의 흡입로개폐밸브(42) 및 공급개폐밸브 등의 동작을 제어하고, 상기 압력센서(37)가 설치된 경우, 압력센서(37)의 측정치를 입력받아 감압로개폐밸브(36)를 제어한다.
상기 제어부(50)는, 주조작업이 개시되면, 감압부(30)를 작동시켜 성형공간(13)을 감압시킨 상태에서 흡입로개폐밸브(42)를 개방하여 미세입자(46)를 성형공간(13)으로 자연흡입시킨 후, 용탕(23)을 성형공간(13)으로 주입하도록 용탕주입부(20)를 작동시키는 순서로 제어가 이루어진다.
이하, 상기 다이캐스팅 장치가 제어부(50)의 제어에 의해 이루어지는 주조방법을 보다 상세하게 순차적으로 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따라 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 주조방법은, 제1금형(11)과 제2금형(12)이 준비된 후(S10단계), 제1금형(11)과 제2금형(12)이 조합되어 형성된 성형공간(13)이 감압장치에 의해 감압되는 감압단계(S20단계)와, 상기 감압단계 후, 감압된 성형공간(13)보다 높은 압력이고 미세입자(46)가 저장된 입자챔버(43)가 성형공간(13)과 연통되어 미세입자(46)가 성형공간(13)으로 흡입되는 입자흡입단계(S30단계)와, 상기 입자흡입단계 후, 성형공간(13)에 용탕(23)을 주입하여 미세입자(46)와 용탕(23)이 혼합되는 용탕주입단계(S40단계), 및 상기 성형공간(13)에서 용탕(23)의 냉각 후, 제1금형(11)과 제2금형(12)이 서로 이격되어 성형공간(13)의 제품이 취출되는 제품취출단계(S50단계)를 포함한다.
상기 감압단계는 제1금형(11)과 제2금형(12)이 조합되어 형성된 성형공간(13)이 감압장치에 의해 감압되는 단계이다.
도 4와 같이, 제1금형(11)과 제2금형(12)이 조합된 후, 용탕주입부(20)에서는 용탕가압로(25)에 용탕(23)이 먼저 주입된다.
이후 도 5와 같이, 감압로개폐밸브(36)가 개방되어 성형공간(13)과 진공탱크(33)가 연통됨으로써 감압로(31)를 통해 공기가 배출되고 성형공간(13)의 감압이 이루어진다.
그 감압이 진행되기 전에, 도 5와 같이, 용탕주입부(20)의 플런저(24)는 용탕주입로(21)를 향해 이동하여 용탕유입구(26)를 지난 위치에 정지된 상태를 유지함으로써, 성형공간(13)이 용탕유입구(26)와 연통되는 것을 차단하여 성형공간(13)을 폐쇄하고 있다.
그와 같은 감압로개폐밸브(36)의 개방은 짧은 시간간격 예컨대 0.5~1sec 동안 이루어져 순간적으로 성형공간(13)을 감압시키거나, 감압로(31)에 설치된 압력센서(37)가 설정치 이하의 압력을 측정시 감압로개폐밸브(36)를 폐쇄시킨다.
상기 입자흡입단계는 감압단계 후, 감압된 성형공간(13)보다 높은 압력이고 미세입자(46)가 저장된 입자챔버(43)가, 성형공간(13)과 연통되어 미세입자(46)가 성형공간(13)으로 흡입되는 단계이다.
입자챔버(43)는 대기압 상태에서 소정량의 미세입자(46)를 저장하고 있고 흡입로개폐밸브(42)가 짧은 시간간격 예컨대 0.5~1sec 동안 개방되면, 입자챔버(43)의 공기가 감압상태의 성형공간(13)으로 흡입되면서 미세입자(46)도 도 6과 같이 함께 흡입된다. 이 때, 감압로개폐밸브(36)는 폐쇄되어 있다.
이후, 미세입자(46)는 성형공간(13)에서 일시적으로 부유상태로 존재하고, 흡입로개폐밸브(42)는 폐쇄된다.
상기 감압단계에서도 도 6과 같이 용탕주입부(20)의 플런저(24)가 용탕주입로(21)를 향해 이동하여 용탕유입구(26)를 지난 위치에 정지되어 있으므로, 성형공간(13)이 용탕유입구(26)와 연통되는 것을 차단하여 성형공간(13)을 폐쇄시키고 있다.
한편, 성형공간(13) 내에서 미세입자(46)가 부유상태로 존재하는 짧은 시간 동안, 성형공간(13)으로 용탕(23)을 주입하는 용탕주입단계가 진행된다.
상기 용탕주입단계는 입자흡입단계 후, 도 7과 같이 성형공간(13)에 용탕(23)을 주입하여 미세입자(46)와 용탕(23)이 혼합되는 단계이다.
미세입자(46)가 성형공간(13)에 부유하는 짧은 시간동안에 플런저(24)가 용탕주입로(21)의 용탕(23)을 가압하여 용탕주입로(21)를 통해 성형공간(13)에 용탕(23)을 주입한다.
위의 입자흡입단계와 용탕주입단계는 순간적으로 연속 진행된다.
성형공간(13) 내에서 부유하던 미세입자(46)는 용탕(23)을 만나면서 성형공간(13) 내에서 유동하는 용탕(23)과 혼합되고, 미세입자(46)와 용탕(23)이 혼합되는 시점부터 제1금형(11) 및 제2금형(12)에 용탕(23)이 접촉하여 즉시 냉각이 시작된다.
이로 인해 미세입자(46)와 용탕(23)의 혼합시점부터 즉시 용탕(23)이 금형에 의해 빠르게 냉각되므로, CNT입자 등 미세입자(46)의 열화가 최소화되고 CNT 고유의 고강도 고방열 특성 등 강화재인 미세입자(46)가 가지는 고유의 특성이 훼손없이 유지될 수 있다
용탕(23)의 냉각시간이 지체될 경우, 미세입자(46)들이 부유함으로써 상부 등 일부분에 집중분포될 수 있으므로, 본 발명은 두꺼운 형태의 제품의 제작보다는 용탕(23)의 유입시 냉각이 신속하게 이루어지는 박육제품의 생산에 보다 더 적합하다고 할 수 있다.
용탕(23)에 CNT입자를 미리 혼합하는 종래의 구성일 경우, 미세입자(46)와 접촉 후 용탕(23)의 냉각시간이 지체되는 것이므로, 용탕(23) 내에서 미세입자(46)의 열화가 진행될 수 있다.
다른 한편으로, 본 실시예에 의해 장치 및 방법에 의해, 성형공간으로 주입된 금속용탕에 강화재인 미세입자가 전체적으로 분산되게 혼입되는 바, 미세입자가 용탕 응고시의 핵이 되어 수많은 결정립이 조밀하게 분산된 상태로 발생 및 성장하므로, 결정입도(Grain Size)가 작아지면서 제품의 강도를 높일 수 있는 장점이 있다.
성형공간(13)에서 용탕(23)의 냉각 후, 도 8과 같이, 제1금형(11) 및 제2금형(12)이 이격되고 제품의 취출이 이루어지는 제품취출단계가 진행된다.
이후, 전술한 과정이 반복됨으로써 동일한 다이캐스팅 주조에 의한 제품 생산이 이루어진다.
한편, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치의 전체 구성을 도시하고 있다.
도 9를 참고하면, 본 실시예에서는 입자공급부(40)의 흡입로(41)는 감압부(30)의 감압로(31)와 겸용으로 통로를 사용하는 것으로서, 감압로(31)가 제1금형(11)과 제2금형(12) 사이에 형성되어 제1금형(11)과 제2금형(12)이 서로 조합됨으로써 감압로(31) 및 겸용의 흡입로(41)가 형성되는 구조가 된다.
이에 따라, 도 10과 같이, 제품취출시 흡입로(41)와 겸용으로 사용되는 감압로(31)에 용탕(23)이 일부 침투하였다고 하더라도, 제품의 취출시 제1금형(11)과 제2금형(12) 서로 이격되면 감압로(31)가 노출되어 제품의 취출이 용이하게 이루어질 수 있다.
또한, 별도의 흡입로(41)를 형성하는 제작비용을 절감하고 구조를 단순화할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 장치 및 방법은 Al 기지에 CNT입자가 분포된 복합재 뿐 아니라, 미세입자(46)형태로 금속재 등 용탕(23)에 혼합되어 제작될 수 있는 다양한 복합재의 제작에 활용될 수 있다.
11; 제1금형 12; 제2금형
13; 성형공간 20; 용탕주입부
21; 용탕주입로 23; 용탕
24; 플런저 25; 용탕가압로
26; 용탕유입구 30; 감압부
31; 감압로 33; 진공탱크
36; 감압로개폐밸브 37; 압력센서
40; 입자공급부 41; 흡입로
42; 흡입로개폐밸브 43; 입자챔버
44; 입자저장조 46; 미세입자
48; 공급개폐밸브 50; 제어부

Claims (9)

  1. 서로 이격 및 조합작동하는 것으로서 서로 조합된 상태에서 사이에 성형공간(13)을 형성하는 제1금형(11) 및 제2금형(12)과,
    상기 제1금형(11) 또는 상기 제2금형(12)에 형성된 용탕주입로(21)에 의해 상기 성형공간(13)과 연결되어 용탕(23)을 상기 성형공간(13)으로 주입하는 용탕주입부(20)와,
    상기 제1금형(11) 또는 상기 제2금형(12)에 형성된 감압로(31)에 의해 상기 성형공간(13)과 연결되어 상기 성형공간(13)의 공기를 배출시키고 감압시키는 감압부(30)와,
    상기 제1금형(11) 또는 상기 제2금형(12)에 형성된 흡입로(41)를 통해 상기 성형공간(13)과 연결되어 미세입자(46)를 상기 성형공간(13)으로 유입시키는 입자공급부(40)와,
    상기 흡입로(41)를 통한 출입을 허용 및 차단하도록 설치된 흡입로개폐밸브(42)와,
    상기 감압부(30)와 상기 흡입로개폐밸브(42)의 작동을 제어하는 제어부(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(50)는
    상기 용탕주입부(20)도 제어하되, 상기 감압부(30)를 작동시켜 상기 성형공간(13)을 감압시킨 상태에서 상기 흡입로개폐밸브(42)를 개방하여 상기 미세입자(46)를 상기 성형공간(13)으로 자연흡입시키고, 이 후, 용탕(23)이 상기 성형공간(13)으로 주입되도록 상기 용탕주입부(20)를 작동시키는 것을 특징으로 하는 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 미세입자(46)는 CNT입자, 금속분말입자, 탄소분말입자 중 선택된 하나이고, 상기 용탕(23)은 금속재인 것을 특징으로 하는 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 흡입로(41)는 굴곡진 형상으로 형성되어 직선인 경우보다 길이가 증가한 것을 특징으로 하는 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치
  5. 제4항에 있어서,
    상기 흡입로(41)는 상기 감압로(31)와 겸용으로 사용되는 것으로서, 상기 제1금형(11)과 상기 제2금형(12) 사이에 위치되어 상기 제1금형(11)과 상기 제2금형(12)이 서로 조합된 상태에서 완성된 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치
  6. 제1금형(11)과 제2금형(12)이 조합되어 형성된 성형공간(13)이 감압장치에 의해 감압되는 감압단계;
    상기 감압단계 후, 감압된 상기 성형공간(13)보다 높은 압력이고 미세입자(46)가 저장된 입자챔버(43)가, 상기 성형공간(13)과 연통되어 상기 미세입자(46)가 상기 성형공간(13)으로 흡입되는 입자흡입단계;
    상기 입자흡입단계 후, 상기 성형공간(13)에 용탕(23)을 주입하여 상기 미세입자(46)와 용탕(23)이 혼합되는 용탕주입단계; 및
    상기 성형공간(13)에서 상기 용탕(23)의 냉각 후, 상기 제1금형(11)과 제2금형(12)이 서로 이격되어 상기 성형공간(13)의 제품이 취출되는 제품취출단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 주조방법
  7. 제6항에 있어서,
    상기 미세입자(46)는 CNT입자, 금속분말입자, 탄소분말입자 중 선택된 하나이고, 상기 용탕(23)은 금속재인 것을 특징으로 하는 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 주조방법
  8. 제7항에 있어서,
    상기 미세입자(46)는 CNT입자이고, 상기 입자챔버(43)에 저장되는 상기 CNT입자는,
    볼밀가공에 의해 보다 잘게 분쇄되는 과정을 거치는 것을 특징으로 하는 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 주조방법
  9. 제6항에 있어서,
    용탕(23)을 상기 성형공간(13)에 주입하는 용탕주입부(20)를 포함하고,
    상기 용탕주입부(20)는
    상기 성형공간(13)의 하측에 위치하고 수평으로 연장되는 용탕가압로(25)와,
    상기 용탕가압로(25) 내에서 용탕(23)을 밀어내는 플런저(24)와,
    상기 용탕가압로(25)의 상부에 형성된 용탕유입구(26)를 포함하고,
    상기 용탕가압로(25)의 양 단부 중 상기 플런저(24)가 위치한 측의 반대측의 단부에서, 상기 용탕가압로(25)와 상기 성형공간(13)을 연통시키는 연통되는 용탕주입로(21)가 설치되며,
    상기 감압단계 및 입자흡입단계에서,
    상기 플런저(24)는 상기 용탕주입로(21)를 향해 이동하여 상기 용탕유입구(26)를 지난 위치에 정지함으로써, 상기 성형공간(13)을 폐쇄시키는 것을 특징으로 하는 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 주조방법
KR1020190139224A 2019-11-04 2019-11-04 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치 및 그것을 이용한 주조방법 KR102258154B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190139224A KR102258154B1 (ko) 2019-11-04 2019-11-04 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치 및 그것을 이용한 주조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190139224A KR102258154B1 (ko) 2019-11-04 2019-11-04 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치 및 그것을 이용한 주조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210053525A true KR20210053525A (ko) 2021-05-12
KR102258154B1 KR102258154B1 (ko) 2021-05-28

Family

ID=75918782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190139224A KR102258154B1 (ko) 2019-11-04 2019-11-04 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치 및 그것을 이용한 주조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102258154B1 (ko)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5259436A (en) * 1991-04-08 1993-11-09 Aluminum Company Of America Fabrication of metal matrix composites by vacuum die casting
JPH06106329A (ja) * 1992-09-29 1994-04-19 Mazda Motor Corp 軽合金製複合部材の製造方法
KR100998553B1 (ko) 2008-07-22 2010-12-07 연세대학교 산학협력단 주조용 금속기지 복합재 및 제조 방법
JP2012045556A (ja) * 2010-08-24 2012-03-08 Denso Corp 真空ダイカスト装置
JP2014050872A (ja) * 2012-09-10 2014-03-20 Aisin Seiki Co Ltd ダイカスト方法
CN105903924A (zh) * 2016-06-14 2016-08-31 北京交通大学 一种复合材料板锤的制备装置及方法
KR20160127257A (ko) 2015-04-24 2016-11-03 한국생산기술연구원 방열부품용 복합소재의 주조방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5259436A (en) * 1991-04-08 1993-11-09 Aluminum Company Of America Fabrication of metal matrix composites by vacuum die casting
JPH06106329A (ja) * 1992-09-29 1994-04-19 Mazda Motor Corp 軽合金製複合部材の製造方法
KR100998553B1 (ko) 2008-07-22 2010-12-07 연세대학교 산학협력단 주조용 금속기지 복합재 및 제조 방법
JP2012045556A (ja) * 2010-08-24 2012-03-08 Denso Corp 真空ダイカスト装置
JP2014050872A (ja) * 2012-09-10 2014-03-20 Aisin Seiki Co Ltd ダイカスト方法
KR20160127257A (ko) 2015-04-24 2016-11-03 한국생산기술연구원 방열부품용 복합소재의 주조방법
CN105903924A (zh) * 2016-06-14 2016-08-31 北京交通大学 一种复合材料板锤的制备装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102258154B1 (ko) 2021-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9782828B2 (en) Methods for forming near net-shape metal parts from binderless metal powder
CN103680918B (zh) 一种制备高矫顽力磁体的方法
EP1732090A1 (en) Magnetic field forming device, ferrite magnet producing method, and mold
CN109500384A (zh) 基于金属粉末注射成型的手机框用外壳加工制作工艺
KR102258154B1 (ko) 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치 및 그것을 이용한 주조방법
US20040067153A1 (en) Method for producing composite metal product
US6405786B1 (en) Apparatus and method of forming parts
US8113245B2 (en) Device for filling a container with at least one type of powder material
US6896031B2 (en) Apparatus and method of forming parts
KR20200046236A (ko) 절삭공구 소재용 텅스텐-카바이드 소결체 제조방법
KR101593445B1 (ko) 바란스 성형장치
CN108941575B (zh) 一种梯度硬质合金钻尾模
JPH09324202A (ja) 成型用焼結金型およびその形成方法
CN105149584B (zh) 一种粉末注射成型模具及其使用方法
KR102210374B1 (ko) 다이캐스팅용 보조장치 및 이를 이용한 다이캐스팅 방법
US20170304899A1 (en) System for metal injection and counter pressure and method using the same
CN211590589U (zh) 全自动热压式注浆成型机
CN114226640A (zh) 一种双喷头蜡模3d打印机
JPH10264119A (ja) 圧縮成形装置および圧縮成形方法
CN111968814A (zh) 一种布粉装置及其布粉方法、NdFeB系薄片磁体的制造方法
JP2014104481A (ja) 鋳型造型方法ならびに鋳型造型装置
JP4867742B2 (ja) 磁石の製造装置及び製造方法
CN113618978B (zh) 一种可回收的简易模具及其制备方法
CN219965550U (zh) 一种铸管制芯用型砂筛分及输送装置
CN117198672B (zh) 一种注射成型钕铁硼磁铁的制造工艺方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant