KR20230039619A - Method and Die Apparatus for die casting with additional forging effect - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기계식 잠금장치를 가지는 다이캐스팅 설비 또는 상하 동작식 프레스를 이용하여 액상상태의 금속소재를 고압으로 주조할 수 있는 다이캐스팅 공법 및 금형장치에 관한 것으로 본 발명에서는 다이캐스팅 부품에 단조 효과를 추가할 수 있는 공법을 제안 한다. The present invention relates to a die casting method and a mold device capable of casting a liquid metal material at high pressure using a die casting facility having a mechanical locking device or a vertical motion press, and in the present invention, a forging effect can be added to a die casting part. We propose a technique that has
다이캐스팅 기술은 자동차와 기계부품의 제조에 폭 넓게 이용되는 부품 성형기술이며 이 기술은 용융된 금속을 높은 압력으로 부품형상을 가지는 금형내부의 캐비티(Cavity)로 주입하고 부품이 응고된 후 꺼내어 디버링 공정을 거쳐 부품을 완성하는 생산기술로서 복잡한 형상의 부품을 높은 치수정밀도를 가지는 일체형 완제품으로 성형하는데 적합한 기술이다. Die casting technology is a part forming technology widely used in the manufacture of automobile and mechanical parts. This technology injects molten metal under high pressure into a cavity inside a mold having a part shape, takes it out after the part is solidified, and is a deburring process. As a production technology that completes a part through a process, it is a suitable technology for forming a part with a complex shape into an integral finished product with high dimensional accuracy.
다이캐스팅은 정밀하게 가공된 금형에 용융 금속을 주입하여 금형의 형상과 동일한 형상을 가지는 부품을 성형하는 주조기술이다. 다이캐스팅에 의한 부품의 기계적 특성과 대량생산성이 우수하여 정밀 금속 부품이 사용되는 산업 전반에서 널리 활발하게 사용되고 있다. 다이캐스팅의 충전시간은 일반 주조에 비해 매우 짧다. 그러나 제품 형상이 갈수록 커지고 복잡해지면서 기존의 구조로는 품질향상과 불량률 감소를 위한 가스를 배기하기엔 대체로 시간이 충분하지 않다. 주조시 분사 효과로 인하여 용융금속의 많은 부분이 캐비티 내부의 가스와 접촉하며 금형 밖으로 배출되지 못한 잔류 가스를 더욱 효과적으로 배기할 수 있는 구조의 진공 다이캐스팅 기술이 도입 되어 잔류가스의 생성을 억제할 수 있으나 완벽한 내부 잔류가스의 제거는 불가능 하다. 그러므로 액상의 금속소재를 이용하여 제품을 성형 하는 기존의 방법, 즉, 다이캐스팅 또는 스퀴즈캐스팅 으로는 기계적 부하를 받아 기능을 수행해야 하는 부품의 요구에 적합한 기계적 성질이 우수한 제품을 성형 하기가 어려울 수 있다. Die casting is a casting technology that molds a part having the same shape as that of the mold by injecting molten metal into a precisely processed mold. It is widely used throughout the industry where precision metal parts are used because of its excellent mechanical properties and mass productivity of parts by die casting. The filling time of die casting is very short compared to general casting. However, as product shapes become larger and more complex, the existing structure usually does not take enough time to exhaust gas for quality improvement and defect rate reduction. Due to the injection effect during casting, a large part of the molten metal is in contact with the gas inside the cavity, and a vacuum die casting technology with a structure that can more effectively exhaust the residual gas that has not been discharged out of the mold can be introduced to suppress the generation of residual gas. It is impossible to completely remove residual gas inside. Therefore, it may be difficult to mold a product with excellent mechanical properties suitable for the needs of parts that must perform functions under mechanical load with the existing method of shaping a product using a liquid metal material, that is, die casting or squeeze casting. .
기존의 다이캐스팅이나 스퀴즈캐스팅 장비는 주로 수평식 또는 하부에서 가압하는 방식으로 금형의 캐비티내에 주입되는 액상의 금속소재에 가해지는 압력이 단조에 비하여 낮은편이므로 성형되는 제품의 내부에 국부적으로 발생하는 기공이나 수축공 등의 결함을 제거 하기가 어렵다. 스퀴즈 캐스팅의 경우 압력이 상대적으로 높기는 하나, 수축공 결함을 완전히 제거 하기에는 부족하다. Existing die casting or squeeze casting equipment is mainly horizontal or pressurized from the bottom, and the pressure applied to the liquid metal material injected into the cavity of the mold is lower than that of forging, so pores that occur locally inside the molded product It is difficult to remove defects such as cracks or shrinkage. In the case of squeeze casting, although the pressure is relatively high, it is insufficient to completely eliminate the shrinkage cavity defect.
일반적으로 다이캐스팅 제품은 주로 알루미늄 또는 마그네슘과 같은 경량금속을 주요 소재로 사용하고 소재를 액상선 이상에서 주조하므로 응고시간이 길고 표면 수축이나 내부기공과 같은 주조결함이 발생되어 기계적 성질이 열등한 단점이 있다. 그러므로 기존의 다이캐스팅 또는 스퀴즈캐스팅 방법에서 상기의 문제를 없게 하려는 노력이 계속 되었지만 아직 우수한 기계적 성질을 가지는 부품을 생산하기 어렵다. In general, die-casting products mainly use lightweight metals such as aluminum or magnesium as their main material and cast the material above the liquidus line, so the solidification time is long and casting defects such as surface shrinkage or internal pores occur, resulting in inferior mechanical properties. . Therefore, efforts have been made to eliminate the above problems in the existing die casting or squeeze casting methods, but it is still difficult to produce parts having excellent mechanical properties.
기존의 다이캐스팅이나 스퀴즈캐스팅 장비는 수평식 또는 하부에서 용융금속을 가압하는 방식으로 금형의 캐비티 내에 주입되는 액상의 금속소재에 가해지는 압력이 단조에 비하여 높지 않다. 때문에 성형되는 제품 내부에 국부적인 후육부에 발생하는 수축공 등의 결함을 제거 하는 것이 어렵다. Existing die casting or squeeze casting equipment is horizontal or pressurizes molten metal from the bottom, and the pressure applied to the liquid metal material injected into the cavity of the mold is not as high as for forging. Therefore, it is difficult to remove defects such as shrinkage holes generated in local thick parts inside the molded product.
다양한 기계부품을 다이캐스팅 방법으로 성형 제조하면 부품의 형상을 성형하기에는 최적의 방법이나, 캐스팅의 주조특성상 조직이 치밀하지 못하고 부품의 표면에 수축현상이 생기며 부품내에 기포가 포함되는 등의 문제가 있어, 다이캐스팅 부품의 상기와 같은 일반적인 특성은 다이캐스팅 부품이 고하중을 받는 기능부품의 제조에 사용되는 것을 어렵게 하고 있다. Molding and manufacturing various mechanical parts by die-casting is an optimal method for forming the shape of the part, but due to the casting characteristics of casting, the structure is not dense, shrinkage occurs on the surface of the part, and air bubbles are included in the part. The above general characteristics of die-casting parts make it difficult for them to be used in the manufacture of functional parts subjected to high loads.
단조는 압축력을 사용하여 금속을 성형하는 제조 공정이다, 압축력을 내주는 타격은 해머(종종 파워 해머) 또는 프레스에 의해서 금형으로 전달되어 금속소재를 성형하며, 주조 다이캐스팅 또는 가공 부품보다 더 강도가 높고 인성이 좋은 부품을 생산할 수 있다. 단조 공정 중에 금속이 성형됨에 따라 내부 텍스츄어 조직이 부품의 일반적인 형상을 따르도록 변형된다. 결과적으로 텍스츄어 변화가 부품전체에 걸쳐 연속적으로 지속되어 조직이 치밀 해 져서 강도 특성과 내마모특성, 인성이 개선된 부품이 성형 된다. 그러나 단조공정에서는 높은 압축력으로 인한 소재의 흐름을 유발시켜 금속소재가 금형형상안으로 채워지는데, 원칙적으로 소재가 액상이 아닌 고체상태 이므로 소재의 흐름에 제약이 커서 특히 박육부의 형상채움이 다이캐스팅에 비해 월등히 어려운 단점이 있다. Forging is a manufacturing process in which metal is formed using compressive forces. The compressive force is transmitted to a mold by a hammer (often a power hammer) or press to form a metal material, which is stronger and stronger than a cast die-cast or machined part. Parts with good toughness can be produced. As the metal is formed during the forging process, its internal textural organization is deformed to conform to the general shape of the part. As a result, the texture change continuously continues throughout the part, and the structure becomes dense, so that parts with improved strength, wear resistance and toughness are molded. However, in the forging process, the metal material is filled into the mold shape by inducing the flow of the material due to the high compressive force. In principle, since the material is in a solid state rather than a liquid, there are significant restrictions on the flow of the material, especially in thin-walled parts, compared to die casting. There are extremely difficult downsides.
본 발명에서는 다이캐스팅과 단조에서의 단점인 열등한 기계적 성질 (성형부품내의 기포와 수축공 존재, 덜 치밀한 금속조직)을 개선하기 위해서 다이캐스팅시에 단조효과를 추가 함으로써, 소재의 텍스츄어 조직을 개선 하여 성형된 부품의 조직을 치밀화하고 기포와 수축공 같은 결함을 제거 하여 부품의 기계적 성질을 향상시킴으로써, 부품의 사용용도를 확장하고 부품의 수명을 연장시키는 기술적 방법과 상기 기술의 적용을 가능하게 하는 기계장치와 그의 제어 방법 및 금형 장치를 제안한다. In the present invention, in order to improve the inferior mechanical properties (existence of air bubbles and shrinkage holes in molded parts, less dense metal structure), which are disadvantages in die casting and forging, by adding a forging effect during die casting, the texture of the material is improved and molded A technical method for expanding the use of parts and extending the life of parts by improving the mechanical properties of parts by densifying the structure of parts and removing defects such as air bubbles and shrinkage holes, and a mechanical device that enables the application of the above technologies Its control method and mold device are proposed.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한하지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The tasks of the present invention are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명에서는 상기 다이캐스팅의 우수한 형상채움 장점을 이용하고 단점인 성형부품의 열등한 품질을 아래의 수단들을 통하여 개선 하기 위한 방법과 장치를 제안한다. The present invention proposes a method and apparatus for improving the inferior quality of molded parts, which is a disadvantage, by using the advantages of excellent shape filling of the die casting through the following means.
(i) 좌우 또는 상하 금형을 이용하는 통상의 다이캐스팅 공정에서, 금형은 한쪽 금형이 다른쪽 금형의 안으로 이동(Sliding) 할 수 있도록 구비하고,(i) In a normal die casting process using left and right or top and bottom molds, one mold is provided so that one mold can slide into the other mold,
(ii) 좌우 또는 상하 금형은 용융금속을 수용하는 캐비티를 형성하도록 위치되며, 캐비티가 생산하려는 최종 부품의 부피보다 크게 형성 되도록 위치시키고,(ii) the left and right or top and bottom molds are positioned so as to form a cavity for accommodating molten metal, and the cavity is positioned so as to be larger than the volume of the final part to be produced,
(iii) 캐비티에 용융금속을 주입(injection)하며,(iii) injecting molten metal into the cavity;
(iv) 주입된 용융금속 소재의 응고가 시작된 후, 최종 부품의 형상이 성형 되도록 한쪽 금형을 다른쪽 금형 측으로 추가로 전진시켜, 응고된 소재의 조직이 치밀화 되도록 하여서,(iv) After the solidification of the injected molten metal material starts, one mold is further advanced to the other mold side so that the shape of the final part is formed, so that the structure of the solidified material is densified,
다이캐스팅과 동시에 또는 연속 하여 동일한 금형 내에서 부품 취출 전에 추가로 단조효과를 내도록 하여 우수한 기계적 성질을 가지는 부품을 생산 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 단조효과를 추가한 다이캐스팅 방법.A die casting method with added forging effect, characterized in that it is possible to produce a part having excellent mechanical properties by making an additional forging effect before taking out the part in the same mold simultaneously or continuously with die casting.
금형의 위치가 최종 성형되는 부품의 부피 보다 크게 위치된 상태에서 금형을 최종위치 전의 중간위치로 전진시켜 1차 단조 단계를 수행하고, 금형을 최종위치로 전진시켜 2차 단조를 수행하는 2개의 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 단조효과를 추가한 다이캐스팅 방법. Two steps of performing the first forging step by advancing the mold to an intermediate position before the final position in a state where the position of the mold is larger than the volume of the part to be finally molded, and performing the second forging by advancing the mold to the final position. Die-casting method with the addition of a forging effect, characterized in that consisting of.
용융금속 소재의 재결정온도 이상의 온도에서 또는 재결정 이하의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 단조효과를 추가한 다이캐스팅 방법. A die casting method with a forging effect, characterized in that it is made at a temperature above the recrystallization temperature of the molten metal material or at a temperature below recrystallization.
금형의 위치가 최종 성형되는 부품의 부피 보다 크게 위치된 상태에서 금형을 최종위치 전의 중간위치로 전진시켜 1차 단조 단계를 수행하고, 금형을 최종위치로 전진시켜 2차 단조 단계를 수행하는 2개의 단계로 구성되고 단조공정이 각 단계에서 한 번씩 또는 여러 번 실시 되는 것을 특징으로 하는 단조효과를 추가한 다이캐스팅 방법. In a state where the position of the mold is larger than the volume of the part to be finally molded, the mold is advanced to an intermediate position before the final position to perform the first forging step, and the mold is advanced to the final position to perform the second forging step. A die casting method with a forging effect added, characterized in that it consists of steps and the forging process is carried out once or several times in each step.
다이캐스팅 장치의 좌우 또는 상하 플레이트의 위에 서브플레이트를 각각 구비하고, 서브플레이트 내에는 유압실린더가 하나 또는 다수개 구비되며, 서브플레이트의 위에는 금형을 장착하는 금형 플레이트가 구비되어, 다이캐스팅 공정 중에 유압실린더를 작동하여 금형 플레이트를 움직이도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 장치. Subplates are provided on the left and right or upper and lower plates of the die casting device, and one or more hydraulic cylinders are provided in the subplate, and a mold plate for mounting a mold is provided on the subplate, so that the hydraulic cylinder is installed during the die casting process. A die casting device characterized in that it operates to control the mold plate to move.
다이캐스팅 공정에서 용융금속 소재를 주입하는 위치로 금형을 이동한 이후에 한쪽 금형이 다른쪽 금형의 안으로 추가적으로 이동(sliding)하여 진입할 수 있도록 구성되고, 다이캐스팅 공정에서 단계 (iii)의 용융금속 주입시 단계 (iv)의 한쪽 금형의 추가 전진시에 발생할 수 있는 잉여 소재의 배출을 가능하게 하는 슬리트(slit) 또는 홀(hole)이 한쪽 금형 또는 다른 쪽 금형의 외곽에 구비된 것을 특징으로 하는 단조효과를 추가한 다이캐스팅용 금형. After the mold is moved to the position where the molten metal material is injected in the die casting process, one mold is configured to slide into the other mold and enter, and in the die casting process, when the molten metal is injected in step (iii) Forging, characterized in that a slit or hole that enables the discharge of surplus material that may occur during the further advancement of one mold in step (iv) is provided on the outside of one mold or the other mold Mold for die casting with added effects.
금형은 다이캐스팅 공정에서 발생할 수 있는 잉여 소재의 배출을 가능하게 하는 슬리트(slit) 또는 홀(hole)이 한쪽 금형 또는 다른쪽 금형의 외곽에 구비된 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 장치. The mold is a die-casting apparatus, characterized in that a slit or hole that enables the discharge of surplus material that may occur in the die-casting process is provided on the outside of one mold or the other mold.
본 발명에서는 종래의 다이캐스팅 방법의 장점인 우수한 형상채움기능을 이용하고 다이캐스팅과 동시에 또는 연속 하여 동일한 금형 내에서 부품 취출 전에 추가로 단조효과를 내도록 공정을 설계하여 다이캐스팅의 높은 형상정밀도를 가지면서 기공과 수축공이 없고 부품의 형상을 따라 연속적으로 형성된 텍스츄어에 의한 치밀한 조직 같은 다이캐스팅에서 얻기 어려운 우수한 기계적 성질을 가지는 부품을 생산 가능하게 하고, 강도향상과 내마모성 및 인성 증가 같은 우수한 기계적 성질에 의해서 부품의 두께를 감소시킬 수 있어 경량화 효과를 높이므로 본 발명이 제안 하는 방법으로 생산된 부품이 산업계 특히 전기차와 같은 친환경 교통수단 업계에 적용될 가능성이 매우 높다.In the present invention, using the excellent shape filling function, which is an advantage of the conventional die casting method, and designing a process to produce an additional forging effect before taking out parts in the same mold simultaneously or continuously with die casting, It is possible to produce parts with excellent mechanical properties that are difficult to obtain in die casting, such as a dense structure by texture continuously formed along the shape of the part without shrinkage holes, and it is possible to increase the thickness of parts by improving mechanical properties such as increased strength, wear resistance and toughness. Since it can reduce the weight and increase the lightening effect, it is very likely that the parts produced by the method proposed by the present invention will be applied to the industry, especially the eco-friendly transportation industry, such as electric vehicles.
도 1은 본 발명에서 제안하는 금형시스템을 장착한 다이캐스팅 설비.
도 2는 본 발명의 주요 구성품.
도 3은 용융소재가 주입 되기전의 위치로 금형이 닫힌 상태
도 4는 용융소재가 주입된 상태.
도 5는 용융소재가 응고되고 최종 단조가 진행된 상태.
도 6은 다이캐스팅 및 단조가 끝나고 부품을 취출 하는 상태
도 7은 본 발명의 금형시스템을 적용할 수 있는 프레스 기계장치.
도 8은 본 발명의 금형시스템.
도 9는 본 발명의 금형 시스템을 프레스에 장착하여 진행되는 공정도.
도 10은 공정중 생기는 잉여소재를 처리 하기 위하여 금형 시스템의 외곽에 실시된 슬리트 또는 홀
1 is a die casting facility equipped with a mold system proposed in the present invention.
Figure 2 is the main components of the present invention.
3 is a state in which the mold is closed to a position before the molten material is injected
Figure 4 is a state in which the molten material is injected.
5 is a state in which the molten material is solidified and the final forging is in progress.
6 is a state of taking out parts after die casting and forging
7 is a press machine to which the mold system of the present invention can be applied.
8 is a mold system of the present invention.
Figure 9 is a process flow by mounting the mold system of the present invention to the press.
Figure 10 is a slit or hole implemented on the outside of the mold system to process the surplus material generated during the process
종래의 다이캐스팅 기계에서는 프레임이 설치되고 고정(fixed or stationary) 플레이트(120)가 그 프레임위에 장착되며 부품의 형상을 가지는 금형(150,160)의 한쪽부(one half)가 그 플레이트 위에 장착된다. 금형의 다른 한쪽은 주조부품(cast part)의 다른 반쪽 형상을 가지는 주조부품(cast part)이 다이캐스팅 공정이 끝나면 상기 부품을 기계로부터 빼낼 수 있도록 해주는 가동 플레이트(110) 위에 장착되어 있는데, 주형이 용융금속으로 채워지는 동안, 이 가동 플레이트는 융용금속이 금형에 작용 하는 힘을 견딜 수 있을 만큼 충분한 힘으로 닫히어 잠궈진다. 동작중에, 주형 공동부에 주입되었던 용융 금속의 고화에 뒤이어 부품은 고정 플레이트위의 한쪽 가동 플레이트(110)가 분리되어, 가동 한쪽 금형부(150)가 개방된 상태로 움직임에 따라 부품은 가동플레이트의 이젝터(180)가 설치된 한쪽부 에 유지된다. 금형(150,160)의 가동 또는 이젝터(180)가 있는 한쪽 부에 유지된 부품은, 이젝터(180)의 도움으로 다이캐스팅 기계밖으로 떨어지도록 또는 이송되도록 그 로부터 배출되어져야만 한다.In a conventional die casting machine, a frame is installed, a fixed or
위의 설명과 같은 일방적인(one-side)움직임은 부품 이송문제와 관련하여 개조를 거듭해온 종래의 다이캐스팅 기계들과 관련된 자동부품 이송 메카니즘의 다양하고도 복잡한 형태를 만든 원인의 하나이다. 유사한 기계가 사용되는 경우, 깎아다듬기(trimming)와 같은 2차 공정에 부품이 맡겨짐에 따라 자동부품 이송 메카니즘의 다양하고도 복잡한 문제가 그 다음에도 생긴다. 원하는 동작을 위해 부품이 고정 위치로 들어감 에 따라 플레이트 개폐 스트로크에 맞추기 위하여 부품이송 기계는 인덱싱(indexing)기능과 측면 운동이 요구된다. 미국 특허 4,013,116에 기술된 기계는 프레임, 주형장치 플레이트, 및 닫힐때 발생하는 충격을 없애기 위한 간단한 감속장치를 갖춘 유압개폐 실린더로 이루어져있다. 부품의 대량생산시 다이세트의 열팽창으로 인한 금형의 부정합(miss-match)을 제거하기 위해 금형은 다양한 부품형태에 맞출 수 있고, 다이캐스팅 기계의 플레이트내의 미리 정해진 형태가 되도록 해야 한다. 기계의 용융 금속주입부는 전기저항 히터가 갖추어진 자체 보유 용융금속 공급부(self-contained molten metal supply)와 함께, 요구되는 어떠한 속도나, 압력에 프리세트할 수 있는 무한 가변제어부(infinitely variable control)를 갖추고 있다. 기계 자체에 유압 동력 장치가 내장되어 있고, 내화 유체가 사용된다.One-side movement as described above is one of the causes of various and complicated forms of automatic part transfer mechanisms related to conventional die casting machines that have been repeatedly modified in relation to the part transfer problem. If a similar machine is used, various and complex problems of the automatic parts transfer mechanism will then arise as the parts are entrusted to secondary processes such as trimming. As the parts enter the fixed position for the desired motion, the parts transfer machine requires indexing function and lateral movement to match the plate opening and closing stroke. The machine described in U.S. Patent 4,013,116 consists of a frame, a mold plate, and a hydraulic opening/closing cylinder with a simple deceleration device to eliminate the shock generated when closing. In order to eliminate mold mismatch due to thermal expansion of the die set during mass production of parts, the mold must be able to fit various part shapes and have a predetermined shape in the plate of the die casting machine. The machine's molten metal injection section has a self-contained molten metal supply with electric resistance heater, infinitely variable control that can be preset to any speed or pressure required. equipped The machine itself has a built-in hydraulic power unit and refractory fluid is used.
상기 미국특허의 기계구조는 현재 상용화 되어 있는 모든 다이캐스팅 설비의 기본이 되며 산업현장에서 널리 사용 되고 있다.The mechanical structure of the US patent is the basis of all currently commercialized die casting equipment and is widely used in the industrial field.
다이캐스팅 기술은 경량금속을 원하는 형태의 부품으로 성형 하기에 적당한 생산기술이므로 모든 산업현장에서 광법위 하게 사용 되고 있으나, 이 기술의 태생적 단점이 있어 부품이 사용상의 제약을 받고 있는 것도 사실이다. 즉, 다이캐스팅으로 성형된 제품은 단조된 부품에 비해 조직이 치밀하지 못하고 표면 수축이 생길 수 있으며, 내부에 기포가 존재할 수 있어, 응력을 크게 받거나 내구성이 요구되는 사용처에는 다이캐스팅으로 제조된 부품의 사용이 원천적으로 불가능 하거나, 굳이 다이캐스팅으로 부품을 성형 하여 기계의 기능부품으로 사용 하려면 부품의 두께를 단조품보다 월등히 두껍게 해야 하는 문제가 있다. Die-casting technology is a production technology suitable for forming lightweight metal into parts of a desired shape, so it is widely used in all industrial fields. That is, compared to forged parts, products molded by die casting have a less dense structure, surface shrinkage may occur, and air bubbles may exist inside. This is fundamentally impossible, or if you dare to mold a part by die casting and use it as a functional part of a machine, there is a problem in that the thickness of the part must be much thicker than that of the forged product.
본 발명에서는 종래의 다이캐스팅의 장점과 단조의 장점을 통합함으로써 두 가지 생산기술의 한계를 극복하고 부품의 사용범위를 확장함으로써 최신 전기차와 같은 경량화가 요구되는 분야의 요구에 적극 대응 하는 새로운 다이캐스팅 성형기술을 제안 한다.In the present invention, by integrating the advantages of conventional die-casting and forging, overcoming the limitations of the two production technologies and expanding the range of use of parts, a new die-casting molding technology that actively responds to the needs of areas requiring light weight, such as the latest electric vehicles. suggests
대한민국 특허 10-0670187 “프레스를 이용한 다단가압식 다이캐스팅 공법 및 금형” 이 다이캐스팅 공정에 다단가압을 하여 일정 수준의 단조효과를 얻는 방법을 제안 하고 있으나, 특허문헌에서 파악할 수 있듯이, 다단가압의 마지막 단계에서 고압을 가하여 단조 효과를 얻고자 하나, 고압의 작용면적이 다이캐스팅된 부품의 일부면적에만 그칠 뿐 이므로, 금형캐비티에 용융된 금속소재를 주입(injection) 하면 금속소재는 금형과 접촉 하는 순간부터 급격한 온도저하를 겪고, 즉, 응고가 이미 시작되어 유압실린더를 이용 하여 부품의 일부 면적을 가압 하여 추가로 금속소재를 압축 하면 가압의 효과는 가압부와 가까운 부분에만 나타나고 가압부와 먼 곳에는 가압효과가 불충분 하거나 효과가 나기 어렵게 됨으로써 부품의 전 부분에 가압효과를 얻는 것이 현실적으로 매우 어렵게 된다. 그러므로 가압의 효과는 금형 캐비티 내부 부품의 모든 부분에 전달 되기 어렵고 국부적으로 주입부와 가까운 곳에서만 제한적으로 나타나므로 성형되는 부품 전체에 대한 단조효과를 얻기가 어렵다.Korean Patent No. 10-0670187 "Multi-stage pressure type die-casting method and mold using press" proposes a method of obtaining a certain level of forging effect by applying multi-stage pressure in the die-casting process, but as can be seen in the patent literature, in the final stage of multi-stage pressure A forging effect is obtained by applying high pressure, but since the area of action of the high pressure is only limited to a part of the die-casted part, when the molten metal material is injected into the mold cavity, the metal material experiences a rapid temperature from the moment it contacts the mold. If the metal material is additionally compressed by pressurizing a part of the part using a hydraulic cylinder after solidification has already started, the effect of pressurization appears only in the part close to the pressurized part, and the pressurization effect is not effective in the place far from the pressurized part. Insufficient or ineffective, it becomes very difficult in reality to obtain the pressurization effect on all parts of the part. Therefore, the effect of pressurization is difficult to be transmitted to all parts of the parts inside the mold cavity, and it is localized only in the vicinity of the injection part.
이 문제를 해결 하기 위하여 본 발명에서는 가압의 효과를 부품의 모든 부분에 인가 할 수 있도록 기계의 구조와 제어 그리고 금형의 구조를 특별히 설계 하여 성형된 부품의 우수한 기계적 성질을 얻을 수 있도록 하는 방법을 제안 한다. In order to solve this problem, the present invention proposes a method to obtain excellent mechanical properties of molded parts by specially designing the structure and control of the machine and the structure of the mold so that the effect of pressurization can be applied to all parts of the part. do.
금속재질을 가지는 성형품의 기계적 성질을 향상시키기 위한 방법은 여러 가지가 있는데 하나는 금속소재의 적절한 선택이고 다른 하나는 적합한 성형공정의 설계이다. 본 발명은 성형공정을 새로이 제안 하여 기존 다이캐스팅의 우수한 형상채움 특성을 유지 하면서 동시에 부품에 단조효과를 부가 하여 기존의 다이캐스팅이 가지는 단점을 보완 하는 기술이다. 즉, 다이캐스팅 공정에 단조공정을 추가로 도입 하는 것으로 기존의 다이캐스팅 설비개념, 제어방법 및 금형설계를 개선 하여 상기 단조효과를 낼 수 있도록 하는 것이다.There are several ways to improve the mechanical properties of molded products with metal materials. One is the proper selection of metal materials and the other is the design of suitable molding processes. The present invention is a technology that supplements the disadvantages of existing die casting by adding a forging effect to parts while maintaining the excellent shape-filling characteristics of existing die casting by newly proposing a forming process. That is, by introducing a forging process in addition to the die casting process, the forging effect can be achieved by improving the existing die casting facility concept, control method, and mold design.
상기 단조효과를 내기 위하여 다이캐스팅 되는 부품이 용융금속으로부터 금형 (150,160) 에 의해 형성 되는 캐비티의 안으로 주입된 후 형상채움이 완료되고 응고가 진행되는 동안 소재의 온도가 재결정온도 이상일 때 또는 응고가 진행 되어 소재의 온도가 재결정 온도 이하로 내려갔을 때 성형된 부품을 기동부 금형 (150)을 움직여 한 번 또는 여러 번 추가로 압축한다. 기존 다이캐스팅 설비에서는 기동부 금형(150)이 닫히면 금형의 합체에 의해 양쪽 금형 사이에 캐비티가 형성 되고 이 캐비티가 제품의 최종형상을 결정 하며, 더 이상의 압축이동이 불가능 하여, 부품을 추가로 압축하는 것이 불가능 하므로 단조효과를 얻는 것이 불가능 하다.In order to achieve the forging effect, the die-casting part is injected from molten metal into the cavity formed by the
본 발명에서는 가동 플레이트(110)에 큰 힘을 내는 유압실린더(170)를 장착한 별도의 추가 서브플레이트(130)를 장착하여 부품의 다이캐스팅 공정중 금형이 닫혀 있는 상태에서 상기 각각의 온도구간에서 또는 끝난 후에 유압실린더(170)를 동작시켜 소재를 추가 압축시킴으로써 단조효과를 낼 수 있게 한다. 기동부쪽의 금형(150)은 금형플레이트(131)에 장착 되고 금형플레이트(131)은 유압실린더(170)을 통해서 서브플레이트(130)에 장착된다. 서브플레이트(130)에 장착된 유압실린더(170)는 하나 또는 다수로 구성되며 각 실린더는 피스톤이 원형 또는 각형 등 다양한 형상으로 구현될 수 있고 각 실린더의 크기와 동작압력의 크기는 성형되는 부품의 크기와 소재에 따라 달리 정해진다.In the present invention, a separate additional sub-plate 130 equipped with a
본 발명의 방법을 실시 하기 위해서는 금형의 구조도 상기 단조효과를 낼 수 있는 공정에 맞는 형태로 설계 되어야 하는데, 이는 좌우 금형을 서로 이동(sliding)할 수 있게 구성 하여 다이캐스팅시 금형(150,160)을 우선 밀폐시키고 용융 금속소재를 주입한 후 상기 유압실린더를 작동시켜 한쪽 금형을 최종부품의 형상을 결정 하는 위치로 일정 변위만큼 이동시킴으로써 부품을 추가로 압축 하여 단조효과를 얻는 것이다.In order to carry out the method of the present invention, the structure of the mold must also be designed in a form suitable for the process capable of producing the forging effect, which is configured so that the left and right molds can slide with each other, so that the
상기 금형을 추가로 최종위치로 이동시키면 캐비티가 작아지고 그에 따라 주입된 소재의 부피 (200)가 감소 하여 잉여소재(230)가 발생 하는데 이 잉여소재는 금형의 아래쪽이나 위쪽 또는 옆쪽에 실시되는 슬리트(Slit) 또는 홀(Hole) (240) 을 통해서 밖으로 밀려 나고 (230) 후속 Trimming 공정에서 제거 된다.When the mold is further moved to the final position, the cavity becomes smaller and the volume of the injected material (200) decreases accordingly, resulting in excess material (230). It is pushed out through a slit or hole (240) and removed in a subsequent trimming process (230).
본 발명에서 제안 하는 기술을 적용 하면 종래의 다이캐스팅으로 성형한 부품에서 얻기 어려운 강도, 인성, 내마모성의 향상과 같은 우수한 기계적 성질을 가지는 부품의 성형이 가능하므로 성형된 부품의 적용범위가 큰 응력을 받는 축(Axis)이나 암(Arm)류 또는 자동차의 너클(Knuckle) 등과 같은 가능성 영역으로 확장 되고, 우수한 기계적 성질에 의한 경량화가 가능 하여 최근의 전기자동차에 필요한 부품의 생산에 적용될 가능성이 매우 높다.If the technology proposed in the present invention is applied, it is possible to mold parts with excellent mechanical properties such as strength, toughness, and wear resistance, which are difficult to obtain from parts molded by conventional die casting, so that the application range of molded parts is subject to high stress. It is very likely to be applied to the production of parts necessary for recent electric vehicles, as it can be expanded to potential areas such as axes, arms, or knuckles of automobiles, and can be reduced in weight due to excellent mechanical properties.
Claims (9)
(i) 좌우 또는 상하 금형을 이용하는 통상의 다이캐스팅 공정에서, 금형은 한쪽 금형이 다른쪽 금형의 안으로 이동(Sliding) 할 수 있도록 구비하고,
(ii) 좌우 또는 상하 금형은 용융금속을 수용하는 캐비티를 형성하도록 위치되며, 캐비티가 생산하려는 최종 부품의 부피보다 크게 형성 되도록 위치시키고,
(iii) 캐비티에 용융금속을 주입(injection)하며,
(iv) 주입된 용융금속 소재의 응고가 시작된 후, 최종 부품의 형상이 성형 되도록 한쪽 금형을 다른쪽 금형 측으로 추가로 전진시켜, 응고된 소재의 조직이 치밀화 되도록 하여서, 다이캐스팅과 동시에 또는 연속 하여 동일한 금형 내에서 부품 취출 전에 추가로 단조효과를 내도록 하여 우수한 기계적 성질을 가지는 부품을 생산 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 단조효과를 추가한 다이캐스팅 방법.
다이캐스팅 장치의 좌우 또는 상하 플레이트(110,120)위에 서브플레이트(130,140)를 각각 구성하고 서브플레이트내에 필요한 크기의 힘을 낼 수 잇는 유압실린더(170)를 하나 또는 다수 설치하고 그 위에 금형 플레이트(131,140)을 설치하고 그 위에 금형을 장착 하여, 다이캐스팅 공정 중 필요한 공정시점에 필요한 양만큼 플레이트와 서브플레이트내의 실린더를 움직이도록 제어하여, 다이캐스팅 부품을 취출 하기 전에 소재를 압축 함으로써 단조효과를 추가 하는 것을 특징으로 하는 단조효과를 추가한 다이캐스팅 설비.In the method of forming a part by die casting technology,
(i) In a normal die casting process using left and right or top and bottom molds, one mold is provided so that one mold can slide into the other mold,
(ii) the left and right or top and bottom molds are positioned so as to form a cavity for accommodating molten metal, and the cavity is positioned so as to be larger than the volume of the final part to be produced,
(iii) injecting molten metal into the cavity;
(iv) After the injected molten metal material starts to solidify, one mold is further advanced to the other mold side so that the shape of the final part is formed, so that the structure of the solidified material is densified, so that the same die casting is performed simultaneously or continuously. A die casting method with a forging effect added, characterized in that it is possible to produce a part having excellent mechanical properties by making an additional forging effect before taking the part out of the mold.
Sub-plates 130 and 140 are formed on the left and right or upper and lower plates 110 and 120 of the die-casting device, and one or more hydraulic cylinders 170 capable of generating a required amount of force are installed in the sub-plates, and mold plates 131 and 140 are installed thereon. It is installed and a mold is mounted on it to control the cylinder in the plate and sub-plate to move by the required amount at the required process point during the die-casting process, compressing the material before taking out the die-casting part. Characterized in that forging effect is added Die casting equipment with forging effect added.
단계 (iv)는 용융금속 소재의 재결정온도 이상의 온도에서 또는 재결정 이하의 온도에서 여러 번 이루어지는 것을 특징으로 하는 단조효과를 추가한 다이캐스팅 방법.The method of claim 1,
Step (iv) is a die casting method with a forging effect, characterized in that it is performed several times at a temperature above the recrystallization temperature of the molten metal material or at a temperature below recrystallization.
단계 (iv)는, 금형의 위치가 최종 성형되는 부품의 부피 보다 크게 위치된 상태에서 금형을 최종위치 전의 중간위치로 전진시켜 1차 단조 단계를 수행하고, 금형을 최종위치로 전진시켜 2차 단조 단계를 수행하는 2개의 단계로 구성되고 각 단계에서 단조공정이 한 번씩 도는 여러 번씩 실시 되는 것을 특징으로 하는 단조효과를 추가한 다이캐스팅 방법.According to claim 1 or 2,
In step (iv), the first forging step is performed by advancing the mold to an intermediate position before the final position in a state where the position of the mold is larger than the volume of the part to be finally molded, and the second forging step is performed by advancing the mold to the final position. A die casting method with added forging effect, characterized in that it consists of two steps of performing steps and the forging process is performed once or several times in each step.
1차 단조 단계에서 용융금속 소재의 온도는 재결정 온도보다 높으며, 2차 단조 단계에서 용융금속 소재의 온도는 재결정 온도보다 낮은 것을 특징으로 하는 단조효과를 추가한 다이캐스팅 방법.The method of claim 3,
A die casting method with a forging effect, characterized in that the temperature of the molten metal material in the first forging step is higher than the recrystallization temperature, and the temperature of the molten metal material in the second forging step is lower than the recrystallization temperature.
다이캐스팅 장치의 좌우 또는 상하 플레이트(110,120)의 위에 서브플레이트(130,140)를 각각 구비하고, 서브플레이트 내에는 유압실린더(170)가 하나 또는 다수개 구비되며, 서브플레이트의 위에는 금형을 장착하는 금형 플레이트(131,140)가 구비되어, 다이캐스팅 공정 중에 유압실린더를 작동하여 금형 플레이트를 움직이도록 제어하는 것을 특징으로 하는 단조효과를 추가한 다이캐스팅 장치.
A die casting apparatus for performing the method of claim 1,
Subplates 130 and 140 are provided on the left and right or upper and lower plates 110 and 120 of the die casting device, respectively, and one or more hydraulic cylinders 170 are provided in the subplate, and a mold plate for mounting a mold on the subplate ( 131,140) is provided, and the die casting device with added forging effect, characterized in that for controlling the mold plate to move by operating the hydraulic cylinder during the die casting process.
다이캐스팅 공정에서 용융금속 소재를 주입하는 위치로 금형을 이동한 이후에 한쪽 금형이 다른쪽 금형의 안으로 추가적으로 이동(Sliding)하여 진입할 수 있도록 구성되고, 다이캐스팅 공정에서 단계 (iii)의 용융금속 주입시 또는 단계 (iv)의 한쪽 금형의 추가 전진시에 발생할 수 있는 잉여 소재의 배출을 가능하게 하는 슬리트(slit) 또는 홀(hole)이 한쪽 금형 또는 다른 쪽 금형의 외곽에 구비된 것을 특징으로 하는 단조효과를 추가한 다이캐스팅용 금형.
(As a mold for die casting for performing the method of claim 1,)
After moving the mold to the position where the molten metal material is injected in the die casting process, one mold is configured to additionally move (sliding) into the other mold and enter, and in the die casting process, when the molten metal is injected in step (iii) Or, in step (iv), a slit or hole that enables the discharge of surplus material that may occur during the further advancement of one mold is provided on the outside of one mold or the other mold. Die casting mold with forging effect added.
다이캐스팅 장치의 좌우 또는 상하 플레이트(110,120)의 위에 서브플레이트(130,140)를 각각 구비하고, 서브플레이트 내에는 유압실린더(170)가 하나 또는 다수개 구비되며, 서브플레이트의 위에는 금형을 장착하는 금형 플레이트(130,140)가 구비되어, 다이캐스팅 공정 중에 유압 실린더를 작동하여 금형 플레이트를 움직이도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 장치.
As a die casting device,
Subplates 130 and 140 are provided on the left and right or upper and lower plates 110 and 120 of the die casting device, respectively, and one or more hydraulic cylinders 170 are provided in the subplate, and a mold plate for mounting a mold on the subplate ( 130 and 140) are provided to control the mold plate to be moved by operating a hydraulic cylinder during the die casting process.
금형은 용융금속 소재를 주입하는 위치로 금형을 이동한 이후에 한쪽 금형이 다른쪽 금형의 안으로 추가적으로 이동(sliding)하여 진입할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 장치.
in claim 7
The die-casting apparatus, characterized in that the mold is configured so that one mold can additionally move (sliding) into the other mold after moving the mold to the position where the molten metal material is injected.
금형은 다이캐스팅 공정에서 발생할 수 있는 잉여 소재의 배출을 가능하게 하는 슬리트(slit) 또는 홀(hole)이 한쪽 금형 또는 다른쪽 금형의 외곽에 구비된 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 장치.
The method of claim 8,
The mold is a die-casting apparatus, characterized in that a slit or hole that enables the discharge of surplus material that may occur in the die-casting process is provided on the outside of one mold or the other mold.
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