KR20210101862A - 레귤레이터 주조장치와 레귤레이터 주조방법 - Google Patents

Abstract

레귤레이터 주조장치에 대한 발명이 개시된다. 개시된 레귤레이터 주조장치는: 분리가능하게 결합되며, 고압으로 주입되어 충진되는 용탕에 의해 레귤레이터를 성형하는 몰드와, 몰드에 삽입되면서 몰드에 충진된 용탕의 일부분을 가압하여 용탕의 일부분을 이동시켜 몰드에 형성된 공간을 매립하는 스퀴즈핀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

레귤레이터 주조장치와 레귤레이터 주조방법{REGULATOR CASTING APPARATUS AND METHOD THEREOF}

본 발명은 레귤레이터 주조장치와 레귤레이터 주조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 조직이 건전한 고품질의 레귤레이터를 제조할 수 있는 레귤레이터 주조장치와 레귤레이터 주조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 레귤레이터는 변동이 있는 각종 입력을 필요한 평활성과 레벨로 변환하여 출력하는 장치이다. 레귤레이터는 전기 설비에 사용되는 전압 레귤레이터와, 가스 설비, 급수 설비, 증기 설비 등에 사용되는 압력 레귤레이터 등이 있다. 이러한 레귤레이터를 제조시 양산 주조법 중 하나인 다이캐스팅의 주조방법이 사용된다.

이러한 다이캐스팅의 주조방법은 금속의 양산 주조법 중 하나로서, 실형상의 일체식 성형과 고생산성, 염가 소재의 활용성 및 우수한 치수형상 등으로 인하여 경량금속의 부품을 사용하는 자동차나 기계 또는 전기 전자제품이나 구조용 금속물품의 생산에 범용적으로 사용된다. 이러한 다이캐스팅의 주조방법은 알루미늄과 아연을 주된 성형재료로 이용하며, 특히 알루미늄을 대표적 성형재료로 많이 이용한다.

그러나, 다이캐스팅의 주조방법을 실행시 진공, 가압 등의 다이캐스팅장치를 이용되나, 국부가압되는 일부분이 후육부의 내측에 방사상태로 균일하게 분산되지 못하고 일부분에 집중됨에 따라 국부가압되는 일부분이 "

"와 같이 가압력의 방향과 거의 일직선을 이루는 상태로 삽입 즉, 함몰된다. 따라서, 후육부의 내부에 "

"와 같은 일직선의 계면을 형성한다. 즉, 전술한 다이캐스팅장치들에 의해 성형된 주조성형물은 국부가압된 후육부의 일부분만이 가압력에 의해 조직이 매우 치밀해지므로 치밀해진 조직과 그 주변 부위와의 사이에 밀도차에 의한 일직선의 계면이 형성된다. 이로 인해, 주조성형물은 반복 하중상태에서 사용될 경우 계면부위의 균열에 의해 피로강도가 급속하게 악화되어 계면부위에 의한 취성파괴가 발생되는 문제점이 있다.

또한, 국부가압되는 일부분의 용탕이 방사상으로 골고루 균일하게 분산되지 못하므로 후육부의 조직이 균일하지 못한 문제점이 있다.

또한, 국부가압부위가 내부로 함몰되므로 주조성형물의 외관이 미려하지 못하여 상품성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 국부가압되는 부위가 캐비티의 외측으로 "

"와 같이 돌출형성되고, 돌출부위의 단부가 직각으로 절곡됨에 따라, 국부가압시 후육부의 내부 보다 약간 더 냉각된 돌출부위의 측방측 표면이 "

"와 같이 후육부의 내부로 혼입되면서 전술한 계면보다 더욱 극심한 계면을 형성하는 문제점이 있다. 이때, 후육부로 삽입되는 부위는 돌출부위의 단부가 직각으로 절곡됨에 따라 더욱 방사상으로 분산되지 못할 뿐만 아니라, 스퀴즈핀의 직경과 돌출부위의 직경이 거의 동일하기 측방측 표면까지 함께 후육부로 삽입되는 문제점이 있다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명에 대한 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-2043690호(발명의 명칭: 다이캐스팅 주조품의 제조방법, 등록일: 2019.11.06.)에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 성형과정에서 레귤레이터의 일부분을 가압하여 조직이 건전한 고품질의 레귤레이터를 제조할 수 있는 레귤레이터 주조장치와 레귤레이터 주조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레귤레이터 주조장치는: 분리가능하게 결합되며, 고압으로 주입되어 충진되는 용탕에 의해 성형물을 성형하는 몰드; 및 상기 몰드에 삽입되면서 상기 몰드에 충진된 상기 용탕의 일부분을 가압하여 상기 용탕의 일부분을 이동시켜 상기 몰드에 형성된 공간을 매립하는 스퀴즈핀;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몰드는, 상기 성형물과 대응되는 형상으로 형성되는 성형캐비티; 및 상기 성형캐비티에서 연장형성되고, 상기 스퀴즈핀이 삽입되는 서브캐비티;를 포함하고, 상기 스퀴즈핀은 상기 서브캐비티에 삽입되면서 상기 서브캐비티에 충진된 상기 용탕의 일부분을 가압하여 상기 성형캐비티로 이동시켜 상기 성형캐비티에 형성된 공간을 매립하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 몰드는 상기 서브캐비티에서 상기 성형캐비티로 공급되는 상기 용탕의 일부분을 상기 서브캐비티 및 상기 성형캐비티의 연결부위로 분산시켜서 상기 성형캐비티에 충진된 용탕의 밀도를 증가시키는 밀도증가수단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밀도증가수단부는, 상기 서브캐비티의 측부에 소정각도의 경사로 형성되는 경사부; 및 상기 서브캐비티와 상기 성형캐비티의 연결부위에 곡률을 가지도록 형성되는 곡선부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 서브캐비티는 상기 스퀴즈핀이 삽입되는 단부의 직경이 상기 스퀴즈핀의 직경에 대해 1.2배이상 1.8배이하의 크기로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 레귤레이터 주조방법은 분리가능한 몰드를 결합하는 몰드결합단계; 상기 몰드의 성형캐비티 및 서브캐비티를 진공시키면서 상기 성형캐비티 및 상기 서브캐비티에 용탕을 고압으로 주입하여 충진하는 용탕충진단계; 상기 몰드의 내부에 방치시켜서 반고상으로 상변환시키는 용탕변환단계; 상기 스퀴즈핀을 상기 서브캐비티에 삽입시켜 상기 서브캐비티에 충진된 용탕을 상기 성형캐비티로 이동시켜 상기 성형캐비티에 형성된 공간을 매립하는 공간매립단계; 상기 성형캐비티 및 상기 서브캐비티에 충진된 상기 용탕을 방치한 상태로 냉각시켜 성형물을 성형하는 성형단계; 및 상기 몰드를 분리하여 상기 성형물을 상기 몰드에서 분리하는 성형물 분리단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용탕충진단계에서는 상기 성형캐비티 및 상기 서브캐비티를 18mmhg이상 22mmhg이하의 압력으로 진공시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용탕변환단계에서는 상기 용탕을 상기 몰드에 1초이상 5초이하로 방치시켜서 반고상으로 상변환시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공간매립단계에서는 상기 몰드에 상기 용탕을 주입하는 압력의 2.5배이상 5.0배이하의 압력으로 상기 스퀴즈핀을 상기 서브캐비티의 내부에 3.0mm이상 12.0mm이하의 깊이로 삽입시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공간매립단계에서는 상기 스퀴즈핀을 200MPa 내지 400MPa의 압력으로 상기 서브캐비티의 내부로 삽입하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 레귤레이터 주조장치는 국부가압되는 부위가 캐비티의 외측에 성형되는 구조로, 국부가압되는 부위의 표면이 후육부로 삽입되는 것이 방지되며, 국부가압에 의해 후육부로 삽입되는 용탕을 방사상태로 분산시킬 수 있어, 고품질의 레귤레이터을 양산할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 국부가압되는 부위가 가압력에 대응이 가능한 체적으로 이루지짐은 물론, 국부가압에 의해 함몰되는 부위의 함몰 깊이를 최소화할 수 있어, 레귤레이터의 상품성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터 주조장치를 대략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 A부분을 확대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터 주조장치의 레귤레이터를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터 주조장치의 곡선부에 적용된 곡률에 따른 레귤레이터의 제작 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 용탕의 압력에 따른 레귤레이터의 제작 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예가 적용되지 않은 레귤레이터 주조장치의 다양한 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 레귤레이터 주조장치를 통해 레귤레이터가 제작된 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터 주조장치의 작동도이다.
도 9은 도 8의 B부분을 확대한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터 주조방법의 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터 주조장치 및 레귤레이터 주조방법을 설명하도록 한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터 주조장치를 대략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 A부분을 확대한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터 주조장치의 레귤레이터를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터 주조장치(1)는 몰드(100)와 스퀴즈핀(200)을 포함한다. 몰드(100)는 서로 분리가능하게 결합되며, 고압으로 주입되어 충진되는 용탕에 의해 성형물을 성형한다. 이때, 성형물은 레귤레이터(10)를 의미한다.

성형물인 레귤레이터(10)는 서브캐비티(112)에 충진된 용탕으로 인하여 일단부에 동일체로 돌출형성되는 막대형태의 돌기(20)를 가질 수 있으며, 돌기(20)는 레귤레이터(10)로부터 분리될 수 있다(도 2, 도 3 참조).

몰드(100)는 고정몰드(110)와 가동몰드(120)를 포함한다. 고정몰드(110)는 내부에 성형캐비티(111) 및 서브캐비티(112)가 형성된다. 몰드(100)는 용탕사출기(300)와 연결된다. 구체적으로, 용탕슬리브(310)의 탕구(311)로 투입된 용탕은 플런저(320)를 통해 고압으로 성형캐비티(111) 및 서브캐비티(112)에 주입되어 충진된다. 몰드(100)는 진공시스템(400)과 연결된다. 진공시스템(400)은 성형캐비티(111) 및 서브캐비티(112)를 진공시킨다.

스퀴즈핀(200)은 유압이나 공압 실린더식으로 형성되며, 몰드(100)에 삽입되면서 몰드(100)에 충진된 용탕의 일부분을 가압하여 용탕의 일부분을 이동시켜 몰드(100)에 형성된 공간을 매립한다. 이때, 공간은 수축공 및 기포공 등을 의미한다.

스퀴즈핀(200)은 몰드(100)에 이동가능한 상태로 관통되어 서브캐비티(112)와 마주하는 상태로 배치된다. 이때, 스퀴즈핀(200)은 성형캐비티(111)의 후육부와 대향하는 상태로 서브캐비티(112)의 단부와 마주한다. 스퀴즈핀(200)은 구동부(500)에 의해 구동한다. 이때, 구동부(500)는 어큐물레이터나 콤프레셔일 수 있다.

성형캐비티(111)는 성형물와 대응되는 형상으로 형성된다. 구체적으로, 성형캐비티(111)는 레귤레이터(10)과 대응되는 형상으로 형성되며, 내부로 주입되는 용탕을 통해 주조성형물인 레귤레이터(10)를 성형한다.

서브캐비티(112)는 성형캐비티(111)의 일측 단부에서 연장형성되어 여분의 용탕이 충진된다. 서브캐비티(112)는 성형캐비티(111)의 단부(111a)에서 소정크기로 연장형성되어 성형캐비티(111)의 일측으로 돌출형성된다.

서브캐비티(112)는 성형캐비티(111)의 후육부와 직통되는 상태로 성형캐비티(111)에서 연장형성된다. 서브캐비티(112)는 소정각도(θ, β)의 경사에 의해 성형캐비티(111) 보다 작은 직경을 갖는다.

서브캐비티(112)는 단부측 직경(D)이 스퀴즈핀(200)의 직경(d)에 대해 1.2배 내지 1.8배의 크기로 형성되며, 최소한 d+1.0mm의 공차로 형성된다. 따라서, 서브캐비티(112)는 단부의 테두리 즉, 양측 끝단이 스퀴즈핀(200)의 외경과 이격된다. 이때, 이격거리(L2)는 약 0.5mm이상 2.0mm이하가 된다.

예를 들면, 서브캐비티(112)의 단부측 직경(D)이 스퀴즈핀(200)의 직경(d)의 약 1.5배이고, 스퀴즈핀(200)의 직경(d)이 10mm일 경우 서브캐비티(112)의 단부직경(D)은 12.2mm가 되므로 이격거리(L2)는 1.1mm가 된다.

서브캐비티(112)는 성형캐비티(111)의 단부(111a)측 직경에 의해 단부의 직경(D)이 결정된다. 스퀴즈핀(200)은 서브캐비티(112)의 직경(D)에 의해 직경(d)이 결정된다.

여기서, 서브캐비티(112)의 단부측 직경(D)은 스퀴즈핀(200)의 직경(d)에 대해 1.2배이상 1.8배이하의 크기로 최소한 공차 d+1.0mm 범위 이내이다.

만약, 서브캐비티(112)의 단부측 직경(D)가 스퀴즈핀(200)의 직경(d)에 대해 1.2배 미만의 크기로, d+1.0mm인 경우, 이격거리(L2)가 작아지면서 반대로 스퀴즈핀(200)의 유효가압면적이 커지므로 스퀴즈핀(200)의 압력에 의한 서브캐비티(112)의 표면측 마찰저항에 의해 큰 손실이 발생된다. 즉, 서브캐비티(112)의 테두리측까지 압력이 작용된다.

반면, 서브캐비티(112)의 단부측 직경(D)가 스퀴즈핀(200)의 직경(d)에 대해1.8배를 초과한 크기로, d+1.0mm인 경우, 이격거리(L2)가 커지면서 반대로 스퀴즈핀(200)의 유효가압면적이 작아지므로 스퀴즈효과가 발생하지 못한다. 스퀴즈핀(200)과 서브캐비티(112)의 직경(D) 간 이격거리(L2)는 스퀴즈핀(200)의 가압력과 상관되므로 매우 중요하다. 이에 대해서는 후술한다.

몰드(100)는 밀도증가수단부(130)를 더 포함한다. 밀도증가수단부(130)는 몰드(100)에 동일체로 마련된다. 이러한 밀도증가수단부(130)는 서브캐비티(112)에서 성형캐비티(111)로 공급되는 일부의 용탕을 성형캐비티(111)의 내부로 골고루 분산시키는 역할을 한다.

밀도증가수단부(130)는 경사부(131)와 곡선부(132, 133)를 포함한다. 경사부(131)는 서브캐비티(112)의 측부에 소정각도(θ, β)의 경사로 형성된다. 경사부(131)은 서브캐비티(112)의 양측에 형성되거나, 서브캐비티(112)의 원주방향을 따라 형성되어 서브캐비티(112)의 측벽을 이루도록 형성될 수도 있다.

곡선부(132, 133)는 서브캐비티(112)와 성형캐비티(111)의 연결부위에 곡률(R1, R2)을 가지도록 형성된다. 곡선부(132, 133)는 서브캐비티(112)와 마주하는 성형캐비티(111)의 단부(111a)에 형성되어 서브캐비티(112) 및 성형캐비티(111)의 연결부위에 형성된다.

서브캐비티(112)는 스퀴즈핀(200)의 직경(d)에 대해 0.7배이상 1.8배이하의 길이(L)로 형성된다. 서브캐비티(112)의 길이(L)가 스퀴즈핀(200)의 직경(d)에 의해 결정되는 이유는 스퀴즈핀(200)의 가압력에 대응이 가능하여 스퀴즈핀(200)의 가압력을 테두리측에서 무효화할 수 있는 체적을 확보하기 위함이다. 이에 대해서는 후술한다.

서브캐비티(112)가 스퀴즈핀(200)의 가압력에 대응하는 체적으로 형성되므로, 스퀴즈핀(200)의 가압력이 서브캐비티(112)의 단부측 표면에 작용되는 것을 더욱 무효화할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터 주조장치의 곡선부에 적용된 곡률에 따른 레귤레이터의 제작 상태를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 도 4(a)은 곡선부(132, 133)에 적용된 곡률(R1, R2)이 4R 미만으로 형성된 경우로, 곡선부(132, 133)에 적용된 곡률(R1, R2)을 4R 미만으로 형성된 레귤레이터 주조장치(1)로 제작된 레귤레이터(10)에는 전단파괴형태의 균열만이 발생된다.

반면에, 도 4(b)는 곡선부(132, 133)에 적용된 곡률(R1, R2)이 4R 이상으로 형성된 경우로, 곡선부(132, 133)에 적용된 곡률(R1, R2)을 4R 이상으로 형성된 레귤레이터 주조장치(1)로 제작된 레귤레이터(10)는 이상이 없는 조직이 건전한 제품이다. 따라서, 본 발명에 따른 레귤레이터 주조장치(1)는 곡선부(132, 133)에 적용된 곡률(R1, R2)은 4R 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 5는 본 발명의 용탕의 압력에 따른 레귤레이터의 제작 상태를 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 스퀴즈핀(200)이 서브캐비티(112)의 용탕을 200MPa 미만의 압력으로 가압한 경우로, 도 5(a), 도 5(b)와 같이 가스 기포들의 존재 등으로 인한 표면결함이 발생될 수 있다.

반면에, 스퀴즈핀(200)이 서브캐비티(112)의 용탕을 200MPa 이상의 압력으ㄹ로 즉, 200MPa 이상 400MPa 이하로 가압한 경우로, 도 5(c)와 같이 결함이 발생되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 레귤레이터 주조장치(1)에서는 스퀴즈핀(200)이 서브캐비티(112)의 용탕을 200MPa 이상 400MPa 이하의 압력으로 용탕을 가압하는 것이 바람직하다.

도 6의 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터 주조장치가 적용되지 않은 다양항 예이고, 도 7은 도 6의 레귤레이터 주조장치를 통해 레귤레이터가 제작된 상태를 나타낸 도면이다.

도 6(a)를 참조하면, 서브캐비티(112)의 일측부가 경사지게 형성되고, 타측부가 성형캐비티(111)과 수직을 이루도록 형성될 수 있다. 이때, 타측부의 하단은 경사상태로 절곡될 수 있다.

도 6(b)를 참조하면, 스퀴즈핀(200)이 가압될 경우 서브캐비티(112)의 표면(112a)이 성형캐비티(111)의 내부로 혼입된다. 물론, 표면(112a)은 서브캐비티(112)의 용탕이 성형캐비티(111)의 내부에 골고루 분산되지 못하고, 스퀴즈핀(200)의 외경과 서브캐비티(112)의 테두리 즉, 외경과의 이격거리가 너무 가깝기 때문에 혼입된 것이다.

도 6(c)를 참조하면, 서브캐비티(112)의 일측부와 타측부가 경사를 형성된다. 도 6(d)를 참조하면, 도 6(b)와 비교하여 스퀴즈핀(200)의 외경과 서브캐비티(112)의 테두리간 이격거리를 확장된다.

도 6(e)는 도 6(a)와 비교하여, 서브캐비티(112)에 반구형의 단면을 갖는 스퀴즈핀(200)을 적용한 것이다. 도 6(e)에서는 도 6(a)와 동일하게 표면(112a)이 혼입되었거나, 거의 직각상태로 절곡된 부위에 균열이 발생될 수 있다. 표면(112a)은 도 6(a)와 동일한 이유로 혼입된다. 그리고, 균열은 단지 용탕이 골고루 분산되지 못하였기에 발생된 것이다. 따라서, 도 6에 도시된 레귤레이터 주조장치로 조직이 건전한 고품질의 레귤레이터를 제조할 수 없었다.

도 7은 도 6의 레귤레이터 주조장치로 제조된 레귤레이터(10)를 금속현미경을 통해 확대한 것으로, 도 7(a)에 도시된 것과 같이 거의 직각으로 절곡된 부위가 미세한 균열이 발생되거나, 도 7(b)에 도시된 것과 같이 "V"와 같은 형태로 균열이 발생하였을 뿐만 아니라 전단파괴식 균열도 발생할 수 있다. 이때, 균열은 서브캐비티(112)의 용탕이 성형캐비티(111)의 내부에 골고루 분산되지 못함에 따라 발생한 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 레귤레이터 주조장치(1)를 통해서 레귤레이터(10)의 제조시 레귤레이터(10)의 내부에 계면이 발생되거나 불균일한 조직밀도가 발생되는 것을 방지할 수 있어, 레귤레이터(10)의 제품품질을 향상시킬 수 있다. 나아가, 스퀴즈핀(200)이 국부가압에 의해 형성되는 레귤레이터(10)의 함몰부위를 최소화할 수 있어 함몰깊이에 의해 레귤레이터(10)의 상품성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터 주조장치의 작동도이고, 도 9은 도 8의 B부분을 확대한 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터 주조방법의 흐름도이다.

이하, 도 8 내지 도 10를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 레귤레이터의 주조방법을 설명한다.

레귤레이터 주조장치(1)를 이용한 레귤레이터(10)의 주조방법은 분리가능한 몰드를 결합하는 몰드결합단계(S10)와, 몰드(100)의 성형캐비티(111) 및 서브캐비티(112)를 진공시키면서 성형캐비티(111) 및 서브캐비티(112)에 용탕을 고압으로 주입하여 충진하는 용탕충진단계(S20)와, 몰드(100)의 내부에 방치시켜서 반고상으로 상변환시키는 용탕변환단계(S30)와, 스퀴즈핀(200)을 서브캐비티(112)에 삽입시켜 서브캐비티(112)에 충진된 용탕을 성형캐비티(111)로 이동시켜 성형캐비티(111)에 형성된 공간을 매립하는 공간매립단계(S40)와, 성형캐비티(111) 및 서브캐비티(112)에 충진된 용탕을 방치한 상태로 냉각시켜 성형물을 성형하는 성형단계(S50)와, 몰드(100)를 분리하여 성형물을 몰드(100)에서 분리하는 성형물 분리단계(S60)를 포함한다. 이때, 성형물은 레귤레이터(10)이다.

용탕충진단계(S20)에서는 성형캐비티(111) 및 서브캐비티(112)를 18mmhg이상 22mmhg이하의 압력으로 진공시킨다. 도 8과 같이, 용탕충진단계(S20)에서는 몰드(100)의 고정몰드(110) 및 가동몰드(120)를 결합한 후, 용탕사출기(300)에 의해 결합된 몰드(100)의 성형캐비티(111) 및 서브캐비티(112)에 용탕이 충진된다. 이때, 몰드(100)는 진공시스템(400)에 의해 18mmhg이상 22mmhg이하의 압력으로 내부가 진공된 상태에서 용탕이 충진된다. 일 예로, 몰드(100)에서 성형물인 레귤레이터(10)를 성형할 경우 약 21mmhg의 압력으로 내부가 진공될 수 있다.

만약, 진공 압력은 22mmhg 미만일 경우, 진공력이 떨어져서 용탕을 몰드(100)의 내부에 완전하게 충진할 수 없으며, 18mmhg를 초과할 경우 용탕의 충진은 우수하지만 효율이 낮을 수 있다. 따라서, 진공 압력은 18mmhg이상 22mmhg이하의 범위에서 결정하는 것이 바람직하다. 진공 압력은 몰드(100)에 형성된 성형캐비티(111) 및 서브캐비티(112)의 용량에 의해 결정된다.

용탕변환단계(S30)에서는 용탕을 몰드(100)에 1초이상 5초이하로 방치시켜서 반고상으로 상변환시킨다. 용탕변환단계(S30)에서 몰드(100)는 용탕이 충진된 후 1초이상 5초이하로 방치된다. 이때, 용탕은 약간 냉각되면서 반고상으로 상변환된다. 몰드(100)에서 성형물인 레귤레이터(10)를 성형할 경우 약 2초간 방치된다. 물론, 이러한 방치시간은 성형캐비티(111) 및 서브캐비티(112)의 용량에 의해 결정된다.

공간매립단계(S40)에서는 몰드(100)에 용탕을 주입하는 압력의 2.5배이상 5.0배이하의 압력으로 스퀴즈핀(200)을 서브캐비티(112)의 내부에 3.0mm이상 12.0mm이하의 깊이로 삽입시킨다. 공간매립단계(S40)에서는 스퀴즈핀(200)을 200MPa 내지 400MPa의 압력으로 서브캐비티(112)의 내부로 삽입한다. 이때, 서브캐비티(112)에 충진된 용탕을 밀도증가수단부(130)를 통해 분산시키면서 성형캐비티(111)의 내부로 강제이동시켜 공간을 매립한다. 즉, 성형캐비티(111)에 충진된 성형물의 밀도를 증가시켜 공간을 매립한다. 이때, 공간은 수축공 및 기포공 등을 의미한다.

용탕변환단계(S30)에서 스퀴즈핀(200)이 용탕이 반고상의 상태로 상변환되면, 공간매립단계(S40)에서는 구동부(500)에 의해 서브캐비티(112)의 내부로 이동하면서 용탕을 주입하는 용탕사출기(300)의 압력 보다 2.5배 내지 5.0배 큰 압력으로 서브캐비티(112)에 충진된 반고상의 용탕을 국부가압한다. 스퀴즈핀(200)은 서브캐비티(112)의 단부측 내부에 약 3.0mm이상 12.0mm이하의 깊이로 삽입된다. 일 예로, 스퀴즈핀(200)이 피스톤의 경우 약 5mm의 깊이로 삽입된다. 이때, 스퀴즈핀(200)에 의해 발생되는 압력은 이격거리(L2)로 인하여 서브캐비티(112)의 테두리 즉, 외경까지 작용하지 못한다. 따라서, 서브캐비티(112)의 테두리는 스퀴즈핀(200)의 압력에 의해 후육부로 삽입되지 않는다.

공간매립단계(S40)에서 스퀴즈핀(200)은 서브캐비티(112)에 삽입되면서 서브캐비티(112)에 충진된 여분의 용탕을 가압하여 반고상으로 응고된 일부의 용탕, 즉 용탕성형물을 성형캐비티(111)로 밀어낸다. 다시 말하면, 스퀴즈핀(200)은 서브캐비티(112)의 일부 용탕을 강제로 성형캐비티(111)에 공급한다. 이때, 서브캐비티(112)의 경사부(131)는 소정각도(θ, β)의 경사로 인해 용탕 즉, 반고상 성형물을 확산시킨다. 서브캐비티(112) 및 성형캐비티(111)의 연결부위에 형성된 곡선부(132, 133)는 용탕을 곡선형태로 안내하여 성형캐비티(111) 및 서브캐비티(112)의 연결부위측 테두리를 따라 공급한다.

이로 인하여, 용탕의 성형압력은 성형캐비티(111) 및 서브캐비티(112)의 연결부위측 테두리를 따라 등분포된다. 따라서, 용탕은 경사부(131) 및 곡선부(132, 133)에 의해 확산되면서 원활하게 이동되므로 등분포상태로 성형캐비티(111)의 내부에 골고루 분산된다. 물론, 용탕은 성형캐비티(111)에 유입되면서 성형캐비티(111)에 충진된 성형물의 밀도를 증가시켜서 성형캐비티(111)에 형성된 공간을 매립한다.

여기서, 스퀴즈핀(200)은 서브캐비티(112)의 내측에 3.0mm이상 12.0mm이하의 깊이로 삽입됨에 따라 삽입되는 깊이와 동일한 행정거리(SL)를 갖는다. 만약, 행정거리(SL)가 3.0mm 미만일 경우 스퀴즈핀(200)이 충분한 가압력을 발휘할 수 없고, 12.0mm를 초과할 경우 스퀴즈핀(200)의 가압력이 과도하게 발휘될 뿐만 아니라 스퀴즈핀(200)을 이동시키는 압력을 무리하게 상승시켜야 하기 때문에 3.0mm이상 12.0mm이하의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 행정거리(SL)는 3.0mm이상 12.0mm이하의 범위에서 결정되되, 성형캐비티(111) 및 서브캐비티(112)의 용량에 의해 결정된다.

한편, 서브캐비티(112)는 테두리가 스퀴즈핀(200)의 외경으로부터 이격거리(L2)를 확보함에 따라 스퀴즈핀(200)의 가압력이 단부측의 표면에 작용되지 않는다. 즉, 스퀴즈핀(200)의 가압력은 이격거리(L2)로 인하여 서브캐비티(112) 테두리 내측까지 유효하다. 특히, 서브캐비티(112)는 길이(L)에 의해 스퀴즈핀(200)의 가압력에 대응하는 체적이 확보됨에 따라 스퀴즈핀(200)의 가압력이 단부측의 표면에 작용되지 않는다.

스퀴즈핀(200)은 서브캐비티(112)의 용탕이 성형캐비티(111)로 유입된 후 약 1초이상 3초이하로 이동상태를 유지한 후 다시 원위치로 복귀한다.

성형단계(S50)에서 몰드(100)는 스퀴즈핀(200)이 원위치로 복귀한 후 약 3초 이상 4초이하로 그대로 방치된다. 이때, 몰드(100)는 내부에 순환되는 미도시된 차가운 냉각수에 의해 냉각되면서 내부의 용탕을 냉각시킨다. 따라서, 몰드(100)는 용탕이 응고되면서 내부에 성형물이 성형된다.

성형물 분리단계(S60)에서 몰드(100)는 내부에 성형물이 거의 완전한 고체상태로 성형되면 가동몰드(120)가 이동되면서 분리된다. 이때, 성형물은 몰드(100)로부터 분리된다. 이로써, 완성된 성형물인 레귤레이터(10)가 제작된다.

이렇게, 완성된 레귤레이터(10)는 서브캐비티(112)에 충진된 용탕으로 인하여 일단부에 동일체로 돌출형성되는 막대형태의 돌기(20)를 갖는다. 이러한 돌기(20)는 경사부(131) 및 곡선부(132, 133)에 의해 경사부(131) 및 곡선부(132, 133)의 소정각도(θ, β)의 경사 및 곡률(R1, R2)에 상응하는 경사 및 곡률을 갖는다. 이후에, 돌기(20)는 레귤레이터(10)로부터 분리될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

1 : 레귤레이터 주조장치 10 : 레귤레이터
20 : 돌기 100 : 몰드
110 : 고정몰드 111 : 성형캐비티
111a : 단부 112 : 서브캐비티
112a : 표면 120 : 가동몰드
130 : 밀도증가수단부 131 : 경사부
132, 133 : 곡선부 200 : 스퀴즈핀
300 : 용탕사출기 310 : 용탕슬리브
311 : 탕구 320 : 플런저
400 : 진공시스템 500 : 구동부

Claims (10)

1. 분리가능하게 결합되며, 고압으로 주입되어 충진되는 용탕에 의해 성형물을 성형하는 몰드; 및
   상기 몰드에 삽입되면서 상기 몰드에 충진된 상기 용탕의 일부분을 가압하여 상기 용탕의 일부분을 이동시켜 상기 몰드에 형성된 공간을 매립하는 스퀴즈핀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터 주조장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 몰드는,
   상기 성형물과 대응되는 형상으로 형성되는 성형캐비티; 및
   상기 성형캐비티에서 연장형성되고, 상기 스퀴즈핀이 삽입되는 서브캐비티;를 포함하고,
   상기 스퀴즈핀은 상기 서브캐비티에 삽입되면서 상기 서브캐비티에 충진된 상기 용탕의 일부분을 가압하여 상기 성형캐비티로 이동시켜 상기 성형캐비티에 형성된 공간을 매립하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터 주조장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 몰드는 상기 서브캐비티에서 상기 성형캐비티로 공급되는 상기 용탕의 일부분을 상기 서브캐비티 및 상기 성형캐비티의 연결부위로 분산시켜서 상기 성형캐비티에 충진된 용탕의 밀도를 증가시키는 밀도증가수단부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터 주조장치.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 밀도증가수단부는,
   상기 서브캐비티의 측부에 소정각도의 경사로 형성되는 경사부; 및
   상기 서브캐비티와 상기 성형캐비티의 연결부위에 곡률을 가지도록 형성되는 곡선부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터 주조장치.
   
5. 제 2항에 있어서,
   상기 서브캐비티는 상기 스퀴즈핀이 삽입되는 단부의 직경이 상기 스퀴즈핀의 직경에 대해 1.2배이상 1.8배이하의 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 레귤레이터 주조장치.
   
6. 분리가능한 몰드를 결합하는 몰드결합단계;
   상기 몰드의 성형캐비티 및 서브캐비티를 진공시키면서 상기 성형캐비티 및 상기 서브캐비티에 용탕을 고압으로 주입하여 충진하는 용탕충진단계;
   상기 몰드의 내부에 방치시켜서 반고상으로 상변환시키는 용탕변환단계;
   상기 스퀴즈핀을 상기 서브캐비티에 삽입시켜 상기 서브캐비티에 충진된 용탕을 상기 성형캐비티로 이동시켜 상기 성형캐비티에 형성된 공간을 매립하는 공간매립단계;
   상기 성형캐비티 및 상기 서브캐비티에 충진된 상기 용탕을 방치한 상태로 냉각시켜 성형물을 성형하는 성형단계; 및
   상기 몰드를 분리하여 상기 성형물을 상기 몰드에서 분리하는 성형물 분리단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터 주조방법.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 용탕충진단계에서는 상기 성형캐비티 및 상기 서브캐비티를 18mmhg이상 22mmhg이하의 압력으로 진공시키는 것을 특징으로 하는 레귤레이터 주조방법.
   
8. 제 6항에 있어서,
   상기 용탕변환단계에서는 상기 용탕을 상기 몰드에 1초이상 5초이하로 방치시켜서 반고상으로 상변환시키는 것을 특징으로 하는 레귤레이터 주조방법.
   
9. 제 6항에 있어서,
   상기 공간매립단계에서는 상기 몰드에 상기 용탕을 주입하는 압력의 2.5배이상 5.0배이하의 압력으로 상기 스퀴즈핀을 상기 서브캐비티의 내부에 3.0mm이상 12.0mm이하의 깊이로 삽입시키는 것을 특징으로 하는 레귤레이터 주조방법.
   
10. 제 6항에 있어서,
    상기 공간매립단계에서는 상기 스퀴즈핀을 200MPa 내지 400MPa의 압력으로 상기 서브캐비티의 내부로 삽입하는 것을 특징으로 하는 레귤레이터 주조방법.

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