KR20220133711A - 저압 주조 장치 - Google Patents

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KR20220133711A
KR20220133711A KR1020210039181A KR20210039181A KR20220133711A KR 20220133711 A KR20220133711 A KR 20220133711A KR 1020210039181 A KR1020210039181 A KR 1020210039181A KR 20210039181 A KR20210039181 A KR 20210039181A KR 20220133711 A KR20220133711 A KR 20220133711A
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molding
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pressure casting
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KR1020210039181A
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이주원
김철현
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현대자동차주식회사
기아 주식회사
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    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/04—Low pressure casting, i.e. making use of pressures up to a few bars to fill the mould
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
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    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B22D21/04—Casting aluminium or magnesium

Abstract

본 발명은 저압 주조 장치에 관한 것으로, 상부베이스와, 상기 상부베이스의 하면에 고정되는 상부금형과, 상기 상부베이스의 하부에 이격되게 구비되는 하부베이스와, 상기 하부베이스의 상면에 고정되고 상기 상부금형의 하부에 배치되며, 상기 상부금형과의 사이에 제품을 성형하기 위한 성형공간을 형성하도록 구비되는 하부금형을 포함하고, 상기 상부금형은 상기 성형공간을 향하는 방향의 반대 방향의 면에 홈 형상으로 오목하게 형성된 제1 살빼기부를 포함하고, 상기 하부금형은 상기 성형공간을 향하는 방향의 반대 방향의 면에 홈 형상으로 오목하게 형성된 제2 살빼기부를 포함한다.

Description

저압 주조 장치{LOW PRESSURE CASTING DEVICE}
본 발명은 저압 주조 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 냉각 효율이 개선된 저압 주조 장치 에 관한 것이다.
저압 주조법은 용융금속(용탕)을 금형의 하부에서 저압으로 서서히 주입하여 응고시키는 주조방법으로, 다른 주조방법에 비해 금형온도가 높고 싸이클 타임이 긴 점이 특징이다. 저압 주조법은 구리합금, 주철, 알루미늄 합금의 주조에 이용된다.
도 1에는 종래 저압 주조 장치(1)가 도시된다. 종래 저압 주조 장치(1)는 상부금형(2)과 하부금형(3) 사이에 제품(P)이 성형되는 성형공간이 형성되고, 용탕주입부(4)를 통해 하부금형 하부에 설치된 보온로(미도시) 내의 용융금속이 성형공간으로 저압으로 주입되고, 응고되어 제품이 성형된다.
저압 주조 장치는 주조가 진행되는 동안 금형을 냉각하는 냉각시스템(5)이 사용된다. 냉각시스템은 냉각의 시점과, 냉각 시간과, 냉각유체의 유량 등을 조절하여 금형의 온도를 조절한다. 금형 냉각은 금형 표면의 열 교환을 통해 제품의 물성(예를 들어 인장강도, 항복강도, 연실율 등)을 향상시키고 제품의 내부 결함을 해소시킬 수 있으므로 중요한 공정이다. 특히 알루미늄 합금의 주조 시에 알루미늄 용탕의 상변화 시점에 금형 냉각이 적절하게 적용되는 경우 알루미늄 조직을 치밀하게 하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
그런데 저압 주조법은 고온에서 진행되므로 이러한 냉각효과를 보는 것이 쉽지 않다. 이에 종래에는 저압 주조법에서 금형을 냉각하기 위해 다량의 냉각 채널과 복잡한 냉각 조건을 적용하고 있는데, 이 경우 관리 측면에서 어려움이 있다. 즉, 냉각채널의 증가로 정비 시에 관리해야 하는 금형 부품수가 늘어나고, 냉각조건이 복잡하므로 작업자의 실수로 냉각조건이 잘못 설정되는 경우 제품의 물성과 품질이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 저압 주조법에서 제품의 물성 및 품질을 향상시키기 위해 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 기술의 개선이 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 냉각 효율이 상승되어 제품의 품질을 향상되는 저압 주조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 금형의 냉각 과정에서 냉각수의 누수와 이로인한 사고의 위험을 미연에 방지하는 저압 주조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 저압 주조 장치는 상부베이스와, 상기 상부베이스의 하면에 고정되는 상부금형과, 상기 상부베이스의 하부에 이격되게 구비되는 하부베이스와, 상기 하부베이스의 상면에 고정되고 상기 상부금형의 하부에 배치되며, 상기 상부금형과의 사이에 제품을 성형하기 위한 성형공간을 형성하도록 구비되는 하부금형을 포함하고, 상기 상부금형은 상기 성형공간을 향하는 방향의 반대 방향의 면에 홈 형상으로 오목하게 형성된 제1 살빼기부를 포함하고, 상기 하부금형은 상기 성형공간을 향하는 방향의 반대 방향의 면에 홈 형상으로 오목하게 형성된 제2 살빼기부를 포함한다.
상기 상부금형은 상기 성형공간을 형성하는 제1 성형부와, 상기 제1 성형부의 가장자리에서 상기 상부베이스를 향하는 방향으로 연장되고 상기 상부베이스에 고정되는 제1 지지부를 포함하고, 상기 제1 살빼기부는 상기 제1 성형부와 상기 제1 지지부에 의해 둘러싸인 중공의 공간으로 마련될 수 있다.
상기 제1 성형부는 상기 상부베이스에 수직한 단면 상에서, 상기 성형공간이 연장되는 방향을 따라 소정범위 내의 두께를 가지면서 연장될 수 있다.
상기 하부금형은 상기 제1 성형부와 함께 상기 성형공간을 형성하는 제2 성형부와, 상기 제2 성형부의 가장자리에서 상기 하부베이스를 향하는 방향으로 연장되고 상기 하부베이스에 고정되는 제2 지지부를 포함하고, 상기 제2 살빼기부는 상기 제2 성형부와 상기 제2 지지부에 의해 둘러싸인 중공의 공간으로 마련될 수 있다.
상기 제2 성형부는 상기 하부베이스에 수직한 단면 상에서, 상기 성형공간이 연장되는 방향을 따라 소정범위 내의 두께를 가지면서 연장될 수 있다.
상기 제1 성형부와 상기 제2 성형부는 상기 성형공간의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 성형부의 상기 성형공간을 향하는 면인 제1 성형면으로부터 상기 제2 성형부의 상기 성형공간을 향하는 면인 제2 성형면을 향하는 방향을 상기 성형공간의 폭 방향이라 할 때, 상기 제1 성형부와 상기 제2 성형부 각각의 두께는, 상기 성형공간의 폭 방향 두께의 2.5배 내지 4.5배일 수 있다.
상기 상부금형과 상기 하부금형을 냉각하도록, 상기 상부금형과 상기 하부금형을 향하여 미스트와 에어가 혼합된 형태의 냉각유체를 분사하는 냉각유닛을 포함할 수 있다.
상기 냉각유닛은 상기 상부베이스에 관통되고, 상기 제1 성형부의 상기 성형공간을 향하는 면의 반대 방향의 면에 상기 냉각유체를 분사하도록 구비되는 제1 분사부와, 상기 하부베이스에 관통되고, 상기 제2 성형부의 상기 성형공간을 향하는 면의 반대 방향의 면에 상기 냉각유체를 분사하도록 구비되는 제2 분사부를 포함할 수 있다.
상기 상부금형은 분할된 복수의 제1 분할체가 서로 조립되어 형성되고, 상기 하부금형은 분할된 복수의 제2 분할체가 서로 조립되어 형성될 수 있다.
복수의 상기 제1 분할체 사이 또는, 복수의 상기 제2 분할체 사이의 경계를 분할지점이라 할 때, 상기 분할지점은, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형 중, 상기 제품 성형 시에 응력이 집중되는 영역에 대응되는 위치에 구비될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 저압 주조 장치는 제1 살빼기부와 제2 살빼기부에 의해 상부금형과 하부금형이 가지는 열용량이 감소될 수 있고, 이에 의해 상부금형과 하부금형을 냉각할 때 냉각유체의 양을 줄여도 충분히 냉각할 수 있고, 냉각채널을 줄일 수 있어서 장치의 간소화를 이룰 수 있으며, 냉각시간을 단축시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명은 냉각 효율이 상승되어 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은 에어와 미스트가 혼합된 형태의 냉각유체를 분사하는 냉각유닛을 구비함으로써 금형의 냉각 과정에서 냉각수의 누수와 이로인한 사고의 위험을 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 종래 저압 주조 장치를 나타내는 정면도이다.
도 2는 종래 저압 주조 장치의 단면을 도시한 도면으로, 도 1의 A-A 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 주조 장치의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 주조 장치에서 냉각유닛이 설치된 부분의 단면을 도시한 것으로, 용탕이 주입된 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 4의 B 부분을 확대한 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 주조 장치에서 제품이 취출되는 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부금형과 제품을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 저압 주조 장치의 상부금형과 상부베이스를 하면에서 바라본 사시도이다.
도 9는 도 8에서 상부금형을 이루는 복수의 제1 분할체가 분리된 상태를 도시한 도면이다.
도 10은 도 9의 C-C 단면을 도시한 단면도이다.
도 11a는 상부금형과 하부금형이 일체형으로 형성된 경우의 열변형 정도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11b는 상부금형과 하부금형이 분할형으로 형성된 경우의 열변형 정도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12의 (a)와 도 12의 (b)는 본 발명에 따른 저압 주조 장치에서 냉각 유닛에 의한 냉각 전과 냉각 후의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
먼저, 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명인 저압 주조 장치의 기술적인 특징을 이해시키기에 적합한 실시예들이다. 다만, 본 발명이 이하에서 설명되는 실시예에 한정하여 적용되거나 설명되는 실시예들에 의하여 본 발명의 기술적 특징이 제한되는 것이 아니며, 본 발명의 기술 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.
도 1은 종래 저압 주조 장치를 나타내는 정면도이고, 도 2는 종래 저압 주조 장치의 단면을 도시한 도면으로, 도 1의 A-A 단면을 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 주조 장치의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 주조 장치에서 냉각유닛이 설치된 부분의 단면을 도시한 것으로, 용탕이 주입된 상태를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4의 B 부분을 확대한 확대 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 주조 장치에서 제품이 취출되는 과정을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부금형과 제품을 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 7를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 저압 주조 장치(100)는 상부베이스(110)와, 상부금형(120)과, 하부베이스(130)와, 하부금형(140)을 포함한다.
상부베이스(110)와 하부베이스(130)는 서로 이격되게 구비된다.
상부금형(120)은 상부베이스(110)의 하면에 고정된다. 하부금형(140)은 하부베이스(130)의 상면에 고정되고 상부금형(120)의 하부에 배치되며, 상부금형(120)과의 사이에 제품(P)을 성형하기 위한 성형공간(S)을 형성하도록 구비된다.
구체적으로 저압 주조 장치(100)는 하부베이스(130)의 하부에 설치되고 용탕이 저장되는 보온로(미도시)와, 보온로와 성형공간(S)을 연결하고 하부베이스(130)와 하부금형(140)을 관통하는 슬리브 형태의 주입대(미도시)를 포함하고, 주입대의 통로를 통해 보온로 내의 용탕을 성형공간(S)으로 주입할 수 있다. 이때 용탕은 성형공간(S)으로 저압으로 서서히 주입될 수 있다.
상부베이스(110)는 상하로 구동되게 이루어질 수 있고, 하부베이스(130)는 고정형으로 이루어질 수 있다. 성형이 완료된 후 제품(P) 취출 시에, 상부베이스(110)와 이에 고정된 상부금형(120)이 상부로 이동함으로써 상부금형(120)과 하부금형(140)이 분리될 수 있다. 여기서 상부베이스(110)를 이동시키는 구동방식은 종래에 개시된 다양한 기술들이 적용될 수 있다.
또한 상부금형(120)은 성형공간(S)을 향하는 방향의 반대 방향의 면에 홈 형상으로 오목하게 형성된 제1 살빼기부(121)를 포함한다. 그리고 하부금형(140)은 성형공간(S)을 향하는 방향의 반대 방향의 면에 홈 형상으로 오목하게 형성된 제2 살빼기부(141)를 포함한다.
구체적으로 제1 살빼기부(121)와 제2 살빼기부(141)는 상부금형(120) 및 하부금형(140)의 일부 영역이 제거된 빈 공간으로, 상부금형(120)과 하부금형(140)의 일부를 살빼기 가공하여 형성될 수 있다. 즉 상부금형(120)과 하부금형(140)은 성형공간(S)을 형성하기 위한 부분을 제외한 부분에서 각각 살빼기 가공 등을 통해 형성된 제1 살빼기부(121)와 제2 살빼기부(141)를 구비함으로써, 상부금형(120) 및 하부금형(140)의 체적을 줄일 수 있다.
여기서 제1 살빼기부(121)는 상부베이스(110)를 향하는 면에 홈 형상으로 오목하게 형성되고, 제2 살빼기부(141)는 하부베이스(130)를 향하는 면에 홈 형상으로 오목하게 형성될 수 있고, 이에 의해 상부금형(120)과 하부금형(140)은 체적이 감소된 셸(shell) 형태로 형성될 수 있다.
이와 같이 제1 살빼기부(121)와 제2 살빼기부(141)에 의해 상부금형(120)과 하부금형(140)이 가지는 열용량이 감소될 수 있고, 이에 의해 냉각 시에 소량의 냉각유체와 소량의 냉각채널 및 짧은 냉각 시간 조건에서도 큰 냉각효과를 얻을 수 있다. 즉 본 발명에 따르면 상부금형(120)과 하부금형(140)을 냉각할 때 냉각유체의 양을 줄여도 충분히 냉각할 수 있고, 냉각채널을 줄일 수 있어서 장치의 간소화를 이룰 수 있으며, 냉각시간을 단축시킬 수 있다. 이에 따라 냉각 효율이 상승되어 제품(P)의 품질을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 냉각 효율이 향상되면 상부금형과 하부금형을 급속 냉각할 수 있고, 이에 의해 성형공간(S)에 충진된 알루미늄 용탄도 급냉되어 상변화(액체에서 고체로 변화)하는 시간이 단축될 수 있다. 이에 따라 성형된 알루미늄 제품의 조직은 더 조밀해지고 물성(인장강도, 항복강도, 연신율 등)을 향상시킬 수 있다.
구체적으로 상부금형(120)은 제1 성형부(123)와, 제1 지지부(125)를 더 포함할 수 있다. 제1 성형부(123)는 성형공간(S)을 형성할 수 있고, 제1 지지부(125)는 제1 성형부(123)의 가장자리에서 상부베이스(110)를 향하는 방향으로 연장되고 상부베이스(110)에 고정될 수 있다.
그리고 제1 살빼기부(121)는 제1 성형부(123)와 제1 지지부(125)에 의해 둘러싸인 중공의 공간으로 마련될 수 있다.
예를 들어 도시된 실시예를 참조하면 제1 성형부(123)는, 상부베이스(110)에 수직한 단면 상에서, 성형공간(S)이 연장되는 방향을 따라 소정범위 내의 두께를 가지면서 연장될 수 있다.
구체적으로 제1 성형부(123)는 성형공간(S)을 향하는 면인 제1 성형면(123a)과, 제1 살빼기부(121)를 향하는 면인 제1 살빼기면(123b)을 포함한다. 제1 성형면(123a)은 성형될 제품(P)의 외면 또는 성형공간(S)의 형상을 따라 형성될 수 있고, 제1 살빼기면(123b)은 제1 성형면(123a)에서 소정 간격 이격된 상태에서 제1 성형면(123a)의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 이에 의해 제1 성형부(123)는 성형공간(S)이 연장되는 방향을 따라 소정 범위 내의 두께를 가지면서 연장될 수 있다. 일례로 제1 성형부(123)는 성형공간(S)이 연장되는 방향을 따라 일정한 두께를 가지면서 연장될 수 있다.
한편 하부금형(140)은 제2 성형부(143)와 제2 지지부(145)를 더 포함할 수 있다. 제2 성형부(143)는 제1 성형부(123)와 함께 성형공간(S)을 형성할 수 있다. 그리고 제2 지지부(145)는 제2 성형부(143)의 가장자리에서 하부베이스(130)를 향하는 방향으로 연장되고 하부베이스(130)에 고정될 수 있다.
그리고 제2 살빼기부(141)는 제2 성형부(143)와 제2 지지부(145)에 의해 둘러싸인 중공의 공간으로 마련될 수 있다.
예를 들어 도시된 실시예를 참조하면 제2 성형부(143)는, 하부베이스(130)에 수직한 단면 상에서, 성형공간(S)이 연장되는 방향을 따라 소정범위 내의 두께를 가지면서 연장될 수 있다.
구체적으로 제2 성형부(143)는 성형공간(S)을 향하는 면인 제2 성형면(143a)과, 제2 살빼기부(141)를 향하는 면인 제2 살빼기면(143b)을 포함한다. 제2 성형면(143a)은 성형될 제품(P)의 외면 또는 성형공간(S)의 형상을 따라 형성될 수 있고, 제2 살빼기면(143b)은 제2 성형면(143a)에서 소정 간격 이격된 상태에서 제2 성형면(143a)의 형상에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다. 이에 의해 제2 성형부(143)는 성형공간(S)이 연장되는 방향을 따라 소정 범위 내의 두께를 가지면서 연장될 수 있다. 일례로 제2 성형부(143)는 성형공간(S)이 연장되는 방향을 따라 일정한 두께를 가지면서 연장될 수 있다.
다시 말해 제1 성형부(123)와 제2 성형부(143)는 성형공간(S)의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 이는 제1 살빼기부(121)와 제2 살빼기부(141)를 형성하기 위한 가공 시에 제1 살빼기면(123b)과 제2 살빼기면(143b)은 성형될 제품(P)의 형상을 고려하여 가공함으로써 구현되는 것으로 이해될 수 있다. 이에 의해 상부금형(120)과 하부금형(140)의 체적을 감소시키면서, 저압 주조 과정에서 성형공간(S) 내의 용탕 전체에 균일한 정도의 가압력을 제공할 수 있다.
다만, 제1 성형부(123)와 제2 성형부(143)의 형상은 상기한 바에 한정하는 것은 아니고, 제1 살빼기부(121)와 제2 살빼기부(141)를 포함하여 체적을 줄일 수 있다면 다양한 형상으로 변형 실시 가능하다.
예를 들어 제1 성형부(123)의 성형공간(S)을 향하는 면인 제1 성형면(123a)으로부터 제2 성형부(143)의 성형공간(S)을 향하는 면인 제2 성형면(143a)을 향하는 방향을 성형공간(S)의 폭 방향이라 할 때, 제1 성형부(123)와 제2 성형부(143) 각각의 두께(t1)는, 성형공간(S)의 폭 방향 두께의 2.5배 내지 4.5배일 수 있다. 이에 의해 제1 성형부(123)와 제2 성형부(143)의 두께(t1)는 성형될 제품(P)의 두께(t2)의 2.5배 내지 4.5배일 수 있다(도 7 참조). 여기서 성형공간(S)의 폭 방향 두께는 상부금형(120)과 하부금형(140)이 닫혀있는 상태에서의 두께일 수 있다.
제1 성형부(123)와 제2 성형부(143) 각각의 두께(t1)가, 성형공간(S)의 폭 방향 두께(t2)의 2.5배 미만인 경우에는 저압 주조 공정 시에 열변형과 크랙에 취약한 구조가 되고, 제1 성형부(123)와 제2 성형부(143) 각각의 두께(t1)가 성형공간(S)의 폭 방향 두께(t2)의 4.5배를 초과하는 경우에는 냉각 효율이 증가되는 효과(급속 냉각 효과)를 기대할 수 없는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 제1 성형부(123)와 제2 성형부(143) 각각의 두께(t1)가 성형공간(S)의 폭 방향 두께의 2.5배 내지 4.5배가 되게 함으로써, 열변형을 최소화하면서 냉각효율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
한편 도 4, 도 5 및 도 6을 참조하면 본 발명은 냉각유닛(150)을 더 포함할 수 있다.
냉각유닛(150)은 상부금형(120)과 하부금형(140)을 냉각하도록, 상부금형(120)과 하부금형(140)을 향하여 미스트(Mist)와 에어가 혼합된 형태의 냉각유체를 분사하도록 구비될 수 있다.
냉각유닛(150)은 제1 분사부(151)와 제2 분사부(152)를 포함할 수 있다.
제1 분사부(151)는 상부베이스(110)에 관통되고, 제1 성형부(123)의 성형공간(S)을 향하는 면의 반대 방향의 면에 냉각유체를 분사하도록 구비될 수 있다.
제2 분사부(152)는 하부베이스(130)에 관통되고, 제2 성형부(143)의 성형공간(S)을 향하는 면의 반대 방향의 면에 냉각유체를 분사하도록 구비될 수 있다.
구체적으로 냉각유닛(150)은 제1 분사부(151)와 제2 분사부(152)를 통해, 일반 냉각수가 아닌, 에어와 미스트가 혼합된 형태의 냉각유체를 분사할 수 있다. 여기서 미스트는 기체(氣體) 속에 함유되는 액체 미립자(微拉子)를 의미한다. 냉각유체는 제1 분사부(151)와 제2 분사부(152)를 통해 제1 성형부(123)(특히, 제1 살빼기면(123b))와 제2 성형부(143)(특히, 제2 살빼기면(143b))에 분사되고, 에어와 함께 분사된 미스트는 기화되며 흡열반응에 의해 상부금형(120)과 하부금형(140)을 냉각시킬 수 있다(도 5 참조).
이때 냉각유닛(150)은 제1 분사부(151)와 제2 분사부(152)에 의한 분사시점, 분사시간 및 투입되는 냉각유체의 양을 적절하게 조절함으로써 상부금형(120) 및 하부금형(140)의 온도를 조절할 수 있다. 그리고 이러한 조절에 의해 분사된 미스트가 주조 공정에서 모두 증발되도록 할 수 있다. 이에 의해 금형의 냉각 과정에서 냉각수의 누수와 이로인한 사고의 위험을 미연에 방지할 수 있다.
구체적으로 종래의 저압 주조 공법에서 금형의 온도를 조절하기 위해 금형내부에 형성된 통로로 냉각수를 공급하는데, 저압 주조 공법은 보온로가 금형 아래측에 위치하고 있어서, 누수된 냉각수가 용탕이 저장된 보온로로 흐르면 냉각수가 기화되면서 급격한 부피변화를 일으켜서 폭발의 위험이 있다. 이에 본 발명의 실시예에 따른 냉각유닛(150)은 금형의 냉각을 위해 냉각수를 사용하지 않고, 에어와 미스트가 혼합된 형태의 냉각유체를 상부금형(120)과 하부금형(140)에 분사하여 분사된 물이 모두 증발하도록 함으로써, 냉각수 누수나 사고 위험을 최소화하여 안전하게 금형을 냉각시킬 수 있다.
도 12의 (a)와 도 12의 (b)는 본 발명에 따른 저압 주조 장치에서 냉각 유닛에 의한 냉각 전과 냉각 후의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 도 12의 (a)는 본 발명에 따른 저압 주조 장치에 따른 냉각 유닛에 의해 냉각을 시행하기 전의 온도분포를 나타내고, 도 12의 (b)는 표시된 E 부분에 본 발명에 따른 저압 주조 장치에 따른 냉각유닛을 이용하여 냉각유체(에어가 혼합된 미스트)를 분사한 경우의 온도분포를 나타낸 것이다.
도시된 결과를 참조하면 미스트와 에어가 혼합된 형태의 냉각유체를 분사하는 냉각유닛(150)을 통해 상부금형(120)(또는 하부금형(140))을 효과적을 냉각시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
한편 도 8 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 저압 주조 장치의 상부금형과 상부베이스를 하면에서 바라본 사시도이고, 도 9는 도 8에서 상부금형을 이루는 복수의 제1 분할체가 분리된 상태를 도시한 도면이고, 도 10은 도 9의 C-C 단면을 도시한 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 저압 주조 장치(100)는 상기한 일 실시예에 비해, 상부금형(120)과 하부금형(140)이 분할형으로 구비되는 점에서 차이가 있다. 본 발명의 다른 실시예는 상기한 일 실시예에 따른 저압 주조 장치(100)의 구성을 모두 포함할 수 있으며 이하에서는 중복된 구성에 대한 설명은 생략한다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 저압 주조 장치와 관련하여 후술할 내용을 제외하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 주조 장치에 대한 내용은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저압 주조 장치에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 상부금형(120)은 분할된 복수의 제1 분할체(120a)가 서로 조립되어 형성되고, 하부금형(140)은 분할된 복수의 제2 분할체(140a)가 서로 조립되어 형성될 수 있다.
구체적으로 상부금형(120)은 복수의 제1 분할체(120a)로 분할하여 제작한 후, 조립하여 하나의 상부금형(120)을 형성할 수 있다. 예를 들어 복수의 제1 분할체(120a)를 상부베이스(110)에 볼트 결합함으로써 조립할 수 있다. 도 8 내지 도 10에 도시하지 않았지만, 하부금형(140)은 복수의 제2 분할체(140a)로 분할하여 제작한 후, 조립하여 하나의 하부금형(140)을 형성할 수 있다. 예를 들어 상부금형(120)과 마찬가지로 복수의 제2 분할체(140a)를 하부베이스(130)에 볼트 결합함으로써 조립할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 다른 실시예는 제1 살빼기부(121)와 제2 살빼기부(141)를 통해 상부금형(120)과 하부금형(140)의 체적과 무게를 감소시켜서 냉각효율을 향상시키면서 동시에, 열변형을 최소화하고 파손을 미연에 방지할 수 있다.
구체적으로 상부금형(120)과 하부금형(140)은, 제1 살빼기부(121)와 제2 살빼기부(141)를 통해 체적과 무게를 감소되는 경우, 냉각효율은 향상되나, 두께가 얇아져서 열변형과 크랙에 굉장히 취약한 구조가 되는 문제가 발생할 수 있다. 이에 본 발명의 다른 실시예는 상부금형(120)과 하부금형(140)을 복수로 분할하여 제작한 후 조립하는 방식을 사용할 수 있다.
이에 따라 본 발명은 열변형을 최소화할 수 있다. 구체적으로 열변형은 금형의 두께뿐만 아니라 금형 전체의 크기와도 관계있다. 도 11a은 상부금형(120)과 하부금형(140)이 일체형으로 형성된 경우를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 11b는 상부금형(120)과 하부금형(140)이 분할형으로 형성된 경우를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 11a의 D1은 금형이 일체형인 경우의 열변형 정도를 나타내는 도면이고, 도 11b의 D2는 금형이 분할형인 경우에 동일 조건에서의 열변형 정도를 나타내는 도면이다.
도시된 바와 같이, 상부금형(120)과 하부금형(140)을 분할하는 경우 각각의 제1 분할체(120a)와 제2 분할체(140a)의 크기는 작아지기 때문에, 분할된 상부금형(120) 및 하부금형(140) 전체의 변형 정도는, 일체형의 상부금형(120) 및 하부금형(140)의 변형 정도보다 작아자게 된다. 따라서 상부금형(120)과 하부금형(140)을 분할하는 경우 두께가 얇아져도 열변형을 최소화할 수 있다.
또한 복수의 제1 분할체(120a) 사이 또는, 복수의 제2 분할체(140a) 사이의 경계를 분할지점이라 할 때, 분할지점은, 상부금형(120) 또는 하부금형(140) 중, 제품(P) 성형 시에 응력이 집중되는 영역에 대응되는 위치에 구비될 수 있다.
예를 들어 상부금형(120)을 복수의 제1 분할체(120a)로 분할할 때, 주조 과정에서 응력이 집중되어 크랙이 발생할 것으로 예상되는 부분을 분할지점으로 선정할 수 있다. 그리고 선정된 분할지점을 기준으로 상부금형(120)을 분할하여 제작한 후 조립할 수 있다. 여기서 분할지점의 기준이 되는 응력이 집중되는 영역은 성형되는 제품(P)의 형상과 상부금형(120) 및 하부금형(140)의 형상 등에 따라 결정될 수 있다. 일례로 제품(P)의 리브를 형성하기 위해 금형의 두께가 상대적으로 얇아지는 부분이나 제품(P)의 굴곡이 생기는 부분 등은 응력이 집중될 수 있으므로, 이 부분을 분할지점으로 선정할 수 있다. 다만 분할지점은 상기한 부분에 한정하는 것은 아니다.
이와 같이 본 발명의 다른 실시예는 상부금형(120)과 하부금형(140)을 분할하여 제작함으로써 크랙 발생으로 인한 파손을 미연에 방지할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 저압 주조 장치는 제1 살빼기부와 제2 살빼기부에 의해 상부금형과 하부금형이 가지는 열용량이 감소될 수 있고, 이에 의해 상부금형과 하부금형을 냉각할 때 냉각유체의 양을 줄여도 충분히 냉각할 수 있고, 냉각채널을 줄일 수 있어서 장치의 간소화를 이룰 수 있으며, 냉각시간을 단축시킬 수 있다. 이에 따라 본 발명은 냉각 효율이 상승되어 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은 에어와 미스트가 혼합된 형태의 냉각유체를 분사하는 냉각유닛을 구비함으로써 금형의 냉각 과정에서 냉각수의 누수와 이로인한 사고의 위험을 미연에 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였지만, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다.
100: 저압 주조 장치 110: 상부베이스
120: 상부금형 120a: 제1 분할체
121: 제1 살빼기부 123: 제1 성형부
123a: 제1 성형면 123b: 제1 살빼기면
125: 제1 지지부 130: 하부베이스
140: 하부금형 140a: 제2 분할체
141: 제2 살빼기부 143: 제2 성형부
143a: 제2 성형면 143b: 제2 살빼기면
145: 제2 지지부 150: 냉각유닛
151: 제1 분사부 152: 제2 분사부
P: 제품 S: 성형공간

Claims (11)

  1. 상부베이스;
    상기 상부베이스의 하면에 고정되는 상부금형; 및
    상기 상부베이스의 하부에 이격되게 구비되는 하부베이스; 및
    상기 하부베이스의 상면에 고정되고 상기 상부금형의 하부에 배치되며, 상기 상부금형과의 사이에 제품을 성형하기 위한 성형공간을 형성하도록 구비되는 하부금형을 포함하고,
    상기 상부금형은 상기 성형공간을 향하는 방향의 반대 방향의 면에 홈 형상으로 오목하게 형성된 제1 살빼기부를 포함하고,
    상기 하부금형은 상기 성형공간을 향하는 방향의 반대 방향의 면에 홈 형상으로 오목하게 형성된 제2 살빼기부를 포함하는 저압 주조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부금형은
    상기 성형공간을 형성하는 제1 성형부; 및
    상기 제1 성형부의 가장자리에서 상기 상부베이스를 향하는 방향으로 연장되고 상기 상부베이스에 고정되는 제1 지지부를 포함하고,
    상기 제1 살빼기부는 상기 제1 성형부와 상기 제1 지지부에 의해 둘러싸인 중공의 공간으로 마련되는 저압 주조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 성형부는
    상기 상부베이스에 수직한 단면 상에서, 상기 성형공간이 연장되는 방향을 따라 소정범위 내의 두께를 가지면서 연장되는 저압 주조 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 하부금형은
    상기 제1 성형부와 함께 상기 성형공간을 형성하는 제2 성형부; 및
    상기 제2 성형부의 가장자리에서 상기 하부베이스를 향하는 방향으로 연장되고 상기 하부베이스에 고정되는 제2 지지부를 포함하고,
    상기 제2 살빼기부는 상기 제2 성형부와 상기 제2 지지부에 의해 둘러싸인 중공의 공간으로 마련되는 저압 주조 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 성형부는
    상기 하부베이스에 수직한 단면 상에서, 상기 성형공간이 연장되는 방향을 따라 소정범위 내의 두께를 가지면서 연장되는 저압 주조 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 성형부와 상기 제2 성형부는 상기 성형공간의 형상에 대응되는 형상을 갖는 저압 주조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 성형부의 상기 성형공간을 향하는 면인 제1 성형면으로부터 상기 제2 성형부의 상기 성형공간을 향하는 면인 제2 성형면을 향하는 방향을 상기 성형공간의 폭 방향이라 할 때,
    상기 제1 성형부와 상기 제2 성형부 각각의 두께는, 상기 성형공간의 폭 방향 두께의 2.5배 내지 4.5배인 저압 주조 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 상부금형과 상기 하부금형을 냉각하도록, 상기 상부금형과 상기 하부금형을 향하여 미스트와 에어가 혼합된 형태의 냉각유체를 분사하는 냉각유닛을 포함하는 저압 주조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉각유닛은
    상기 상부베이스에 관통되고, 상기 제1 성형부의 상기 성형공간을 향하는 면의 반대 방향의 면에 상기 냉각유체를 분사하도록 구비되는 제1 분사부; 및
    상기 하부베이스에 관통되고, 상기 제2 성형부의 상기 성형공간을 향하는 면의 반대 방향의 면에 상기 냉각유체를 분사하도록 구비되는 제2 분사부를 포함하는 저압 주조 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 상부금형은 분할된 복수의 제1 분할체가 서로 조립되어 형성되고,
    상기 하부금형은 분할된 복수의 제2 분할체가 서로 조립되어 형성되는 저압 주조 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    복수의 상기 제1 분할체 사이 또는, 복수의 상기 제2 분할체 사이의 경계를 분할지점이라 할 때,
    상기 분할지점은, 상기 상부금형 또는 상기 하부금형 중, 상기 제품 성형 시에 응력이 집중되는 영역에 대응되는 위치에 구비되는 저압 주조 장치.
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