KR20230060019A - 제네레이터 모터 하우징용 멀티 캐비티 금형 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 저압 주조로 고품질의 제네레이터 하우징을 주조하되, 생산성을 높인 멀티 캐비티 금형 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은 2개의 캐비티를 포함한 제네레이터 하우징용 저압 주조 금형을 제공한다.

Description

제네레이터 모터 하우징용 멀티 캐비티 금형 시스템{Multi-cavity mold system for generator motor housing}

본 발명은 멀티 캐비티 금형 시스템에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 제네레이터 모터 하우징을 두 개씩 생산할 수 있는 멀티 캐비티 금형 시스템에 관한 것이다.

최근 환경문제로 인해 전기차와 수소차의 시장 점유율이 활성화되고 있다. 이러한 친환경차에 있어 경량화는 중요한 문제이며, 알루미늄 주조 기술은 차량경량화에 크게 기여한다. 기존의 다이캐스팅 주조기술은 생산성은 높지만 크랙, 리크를 발생시키는 저품질의 주조가 문제된다. 친환경차에 적용되는 제네레이터 모터 하우징의 경우, 냉각시스템을 포함하며 냉매의 누출은 전기차 화재 위험성을 높이는 요인으로, 냉매 누출 방지를 위해 고품질의 주조 기술을 필요로 한다. 종래 다이캐스팅 기술은 용탕을 고압 충진하며, 주조 공정 중 난류 발생이 있어 소재 품질이 저하되고, 결함이 발생하므로 생산성이 높다고 하여도 전기차 제네레이터 모터 하우징과 같이 크랙 유발 가능성이 있다면 적용에 따른 위험부담이 증가한다.

따라서 대안으로서 저압 주조를 고려할 수 있다. 저압 주조는 3~5kgf/cm²의 저압 충진으로 용탕을 주입하며 주조 품질이 우수하고 소재 회수율이 높다는 장점이 있지만, 생산성이 낮다는 것이 문제된다. 저압 주조에서 생산성을 향상시키기 위한 대책으로 멀티 캐비티를 갖는 금형 시스템을 구성할 수 있다. 멀티 캐비티를 구성할 경우, 형상이 단순한 제품일 경우에도 다수의 캐비티에 용탕 충전 시간의 차이, 온도 차이 등에 의한 제품 품질 균일에 대한 문제가 있으며 공개특허 10-2015-0110188호는 용탕 충전 시간의 차이에 대해 시뮬레이션을 하여 런너의 길이 등을 최적 설계하고 있다. 그러나, 상기 공보는 구체적인 제품의 형상에 따른 세부적 문제 해결 방안이 제안된 것은 아니다.

따라서 본 발명의 목적은 저압 주조로 고품질의 제네레이터 하우징을 주조하되, 생산성을 높인 멀티 캐비티 금형 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은 2개의 캐비티를 포함한 제네레이터 하우징용 저압 주조 금형을 제공한다.

상기에서, 제네레이터 모터 하우징용 멀티 캐비티 금형은 캐비티당 상금형부, 제1 사이드 금형, 제2 사이드 금형, 하금형을 포함한 4 분할 금형으로 구성되고, 상금형부는 상금형과 상금형용 인서트가 분리 독립적으로 제조되어 조립식으로 결합된다.

상기에서, 사이드 금형은 2분할 되어 있으며, 하금형과 결합되지 않고 하금형 위에 안착되어 유압실린더를 이용하여 벌어지고 맞물리고 할 수 있도록 구성된다.

상기에서, 하금형은 용탕이 주입되는 홀을 포함하며, 홀은 다수, 바람직하게는 4개로 구성되어 용탕의 균일한 충진과 원활한 제품 생산이 가능하도록 구성된다.

상기에서, 두 개의 캐비티를 배열함에 있어서, 캐비티 형상, 즉, 제품 형상이 서로 마주보는 대칭 방향이 아닌 동일한 방향으로 배열하여 공정 중 온도 구배의 차이를 최소화한다.

상기에서, 상금형 인서트부에 냉각 라인을 구성하며, 인서트부의 상단에서 하금형과 맞물리는 하단에 이르기까지 지그재그 형태의 경로로 구성되며, 냉각라인은 다수, 바람직하게는 3개의 분할된 냉각라인으로 구성한다.

상기에서, 제1, 제2 사이드 금형은 서로 맞물리는 단부에 단차를 형성하여 요철의 맞물림이 이루어지도록 구성된다.

상기 금형 시스템을 이용한 제품의 제조는,

사이드 금형이 양옆으로 벌어진 상태에서,

중자를 삽입하고,

제1 및 제2 사이드 금형이 유압 실린더에 의해 맞물리고,

이후 상금형부와 하금형이 서로 맞물리고,

용탕이 충진되고,

제품을 제조하여 상금형부가 제품과 함께 상승되고,

제품이 취출되어 이루어진다.

본 발명에 따르면, 저압 주조 공정으로 고품질의 제네레이터 하우징을 1회 공정으로 2개씩 제조할 수 있어 품질과 생산성을 모두 양호하게 할 수 있다.

상기에서, 상금형과 상금형용 인서트의 분리독립적인 구성은 가공, 제작, 유지보수 면에서 편리성을 준다.

하금형에는 용탕을 주입하는 홀을 소정 간격으로 4개 배치하여 용탕 충전의 신속 및 균일화를 이룬다.

두 개의 캐비티는 서로 같은 방향을 향하도록 배열함으로써 온도 구배의 차이를 최소화한다.

각 캐비티 마다 상금형 인서트부에 지그재그식으로 내려오는 형태의 냉각라인을 3분할로 구비하여 캐비티 전체에 대해 신속하고 균일한 냉각이 이루어질 수 있다.

양쪽으로 분할된 사이드 금형의 맞물림 단부는 단차를 구비하여 서로 요철 형태로 맞물리게 함으로써 용탕의 누출이 일어나지 않도록 하였다.

도 1은 다이캐스팅 공법과 저압 주조 특성을 대비한 표이다.
도 2는 기존의 1 캐비티로부터 본 발명의 2 캐비티로의 전환을 보여주는 개요도이다.
도 3은 제네레이터 모터 하우징 제조를 위한 멀티 캐비티 금형의 구성을 보여주는 도면으로, 상금형부의 사시도, 단면도, 상금형부와 하금형 전체를 보여주는 사시도와 절단면도를 포함한다.
도 4는 본 발명의 사이드 금형과 하금형을 좀 더 상세히 보여주는 사진이다.
도 5는 본 발명의 캐비티 배열 방식을 설명하기 위한 캐비티 배열 단면도이다.
도 6은 본 발명의 냉각라인의 구성을 설명하는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 사이드 금형의 결합부를 설명하는 평면도와 분리 사시도이다.
도 8은 본 발명의 시뮬레이션 해석 결과를 나타내는 그림이다.
도 9은 본 발명의 주조 공정을 설명하는 개요도이다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
또한, 도면 중, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호가 부여되는 것으로 보고 기재를 생략한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 기존의 1 캐비티로부터 본 발명의 2 캐비티로의 전환을 보여주는 개요도이다. 즉, 저압 주조 방식으로 제네레이터 모터 하우징을 한번에 하나씩 제조하는 1 캐비티 금형의 상금형부와 이를 개선하여 1회 2개씩 제조할 수 있는 멀티 캐비티 금형의 상금형부를 도시하였다. 이와 같은 구성은 저압 주조의 장점인 고품질 제품 생산을 그대로 유지하면서 2배 향상된 생산성으로 제조할 수 있다. 하나의 캐비티만 있을 때와 달리, 2개의 캐비티를 구성하게 되면, 2개 제품의 동일성을 유지하여야 하므로, 동일한 캐비티 구성, 용탕 충진의 동시성과 공정 중 온도의 균일성 등을 고려하여야 한다. 그에 따라 본 발명은 도 3에서와 같이 금형 장치를 구성하였다.

도 3은 제네레이터 모터 하우징 제조를 위한 멀티 캐비티 금형의 구성을 보여주는 도면으로, 상금형부의 사시도, 단면도, 상금형부와 하금형 전체를 보여주는 사시도와 절단면도를 포함한다.

제네레이터 모터 하우징(10) 제조용 멀티 캐비티 금형은 각각의 캐비티마다 상금형부(110), 제1 사이드 금형(300), 제2 사이드 금형(310), 하금형(200)을 포함한 4 분할 금형으로 구성한다.

상금형부(110)는 상금형(100)과 상금형용 인서트(150)가 분리 독립적으로 제조되어 조립식으로 결합된다. 인서트(150)는 사이드 금형과 함께 실질적인 제품의 형상을 형성하는 부분으로, 상금형(100)과 별도로 제작하는 것이 정밀도를 높일 수 있고, 상금형에 조립 및 분해가 가능하게 구성되는 것이 유지보수에 편의성을 제공한다. 상금형부(110)는 상금형(100)에 인서트(150)가 결합되고, 그 상태로 상금형이 플레이트에 장착되어 구성된다.

사이드 금형(300, 310)은 2분할 되어 있으며, 하금형(200)과 결합되지 않고 하금형 위에 안착되어 유압실린더를 이용하여 양쪽으로 벌어지고 맞물리는 동작을 할 수 있도록 구성된다. 4분할된 상금형부, 사이드 금형 및 하금형이 모두 맞물려져 형성되는 공간이 캐비티이며, 사이드 금형은 인서트(150)의 깊이 부분을 포위하게 된다.

도 4는 본 발명의 사이드 금형과 하금형을 좀 더 상세히 보여주는 사진이다.

사이드 금형은 2분할 되어 제1 사이드 금형(300)과 제2 사이드 금형(310)을 포함하고, 이들은 좌우( 또는 전후)로 배열된다. 사이드 금형은 하금형(200)과 결합되지 않고 하금형 위에 안착되어 유압실린더를 이용하여 벌어지고 맞물리는 동작을 실시 할 수 있도록 구성된다. 상술한 바와 같이 제1 사이드 금형(300), 제2 사이드 금형(310)은 제네레이터 모터 하우징의 높이를 이루는 겉면의 형상을 담당한다.

하금형(200)은 용탕이 주입되는 홀(250)을 포함하며, 홀은 다수로 구성된다. 본 실시예에서는 4개로 구성하였고, 이들은 소정 간격을 두고 배열되어 용탕의 균일한 충진과 원활한 제품 생산을 가능하게 한다. 홀의 배열에서, 본 실시예는 캐비티 중심선(지름)에 대해 선대칭을 이루도록 배열하였다. 멀티 캐비티 금형에 있어서, 용탕 충진의 동시성 및 균일성 외에도 공정 중 온도 구배차를 최소화하는 것이 중요하다. 이를 위해 본 발명은 시뮬레이션을 실시하여 캐비티 배열을 최적화하였다. 시뮬레이션 결과는 도 8에 나와있다.

도 5는 2개의 캐비티를 투시하여 보여주는 단면도 이다.

본 발명자들은, 두 개의 캐비티를 배열함에 있어서, 캐비티 형상, 즉, 완성될 제품 형상이 서로 마주보는 대칭 방향이 아닌 동일한 방향으로 배열하는 것이 공정 중 온도 구배의 차이를 최소화한다는 것을 알아내었다. 즉, 두 개의 캐비티는 서로 마주보는 방식으로 배열될 때, 온도 구배차가 증가하여 두 개의 제품 품질의 균일성 신뢰도가 낮아지고, 두 개의 캐비티들이 같은 방향을 향하도록 일려로 배열될 때, 온도 구배가 최소화된다.

이러한 온도 구배의 최소화에 따른 금형의 최적 설계와 함께, 생산성 향상과 제품 품질의 균일성 확보를 위해 금형에 냉각라인을 설치한다.

도 6은 본 발명의 냉각라인의 구성을 설명하는 사시도이다.

기존의 1 캐비티 금형의 냉각라인은 직선으로 곧게 내려가는 방식으로 구성하였지만, 멀티 캐비티 금형에서는 냉각 효율의 향상을 위해, 냉각라인에 변화를 주었다.

냉각 라인(170)은 상금형 인서트(150) 부분에 구성하며, 인서트(150)의 상단에서 하금형(200)과 맞물리는 하단 근처에 이르기까지 지그재그 형태의 경로로 구성되며, 냉각라인은 다수, 바람직하게는 3개의 분할된 냉각라인으로 구성한다. 냉매를 공급하는 냉매 입구와 출구는 모두 인서트 상단부에 존재하도록 구성한다. 즉, 냉각 라인(170)은 인서트(150) 상단에 입구를 두고 지그재그형 경로로 인서트 하단 근처에 도달한 후 다시 인서트 상단으로 올라와 출구를 두도록 구성된다. 냉각 라인을 다수로 구성하여 제품을 신속하고 균일하게 또한 충분히 냉각한다. 본 발명의 3개의 냉각 라인은 균등한 간격으로 배열된다. 즉, 하나의 냉각라인을 설치할 수도 있지만, 다수의 냉각라인을 설치하는 것이 바람직하다.

한편, 4분할 금형은 용탕의 누출이 없도록 완벽하게 결합되어야 한다. 그에 따라 본 발명의 사이드 금형의 결합에서 맞물림 부분을 막힘 구조가 되도록 구성하였다.

도 7은 본 발명의 사이드 금형의 결합부를 설명하는 평면도와 분리 사시도이다.

제1, 제2 사이드 금형(300, 310)은 서로 맞물리는 단부에 단차를 형성하여 요철의 맞물림이 이루어지도록 구성된다. 즉, 제1 사이드 금형(300)과 제2 사이드 금형(310)이 서로 결합하는 단부는 계단식 단차부가 형성되어 서로 결합할 때 요철의 결합과 같이 맞물려 막힘 구조(350)가 되도록 구성하여 용탕의 누출을 방지한다.

상기와 같은 금형 시스템을 이용한 제품의 제조는 다음과 같은 순서로 이루어진다. 도 9는 본 발명의 주조 공정을 요약 설명한다.

4분할된 모든 금형이 서로 개방된 상태에서, 하금형에 중자를 배치하며, 이때 사이드 금형은 양옆으로 벌어진 상태이면서, 폐쇄시 형성될 캐비티 부분에 근접한 위치하여 중자를 배치할 자리를 형성하여 준다.

제1 및 제2 사이드 금형이 유압 실린더에 의해 맞물리고, 이후 상금형부가 내려와 상금형부와 하금형이 서로 맞물려 모든 금형이 폐쇄되며 캐비티가 형성된다.

용탕은 하금형의 홀을 통해 캐비티에 충진되고, 냉각라인에 냉매가 공급되어 제품이 제조된다. 다음, 상금형부가 제품과 함께 상승되고, 제품이 취출되어 이루어진다. 제품 취출 전, 제품을 놓을 수 있는 테이블이 상금형 부 아래 쪽으로 이송되어 온다.

이와 같이 하여, 고품질의 저압주조로 제네레이터 모터 하우징을 향상된 생산성으로 제조할 수 있다.

본 발명의 실시예는 2개의 캐비티를 구성하였지만, 동일한 형태로 3개의 캐비티를 구성할 수도 있으며, 용탕의 균일 충진과 온도 구배 제어가 가능하다면 그 이상의 캐비티를 구비한 금형 시스템도 구성할 수 있을 것이다.

상술된 내용에서, 도면 중, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호가 부여되는 것으로 간주하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하였다.

또한, 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "갖는다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 배제하지 않는다.

또한, 상기 설명에서, 구성 요소의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 하거나 다른 부분 아래 또는 하에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위 또는 아래에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 구성 요소(예를 들면, '막', '시트' 등) 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.

본 발명은 [부처명] 부산광역시, [연구관리 전문기관] (재)부산테크노파크, [연구사업명] 2021년 미래성장동력산업 육성사업, [연구과제명] "생산성 향상(50%이상)을 위한 전기차 제너레이터 모터 하우징 금형 기술 개발"의 결과로서 창출되었습니다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

제네레이터 모터 하우징(10)
상금형부(110)
상금형(100)
인서트(150)
냉각 라인(170)
하금형(200)
제1 사이드 금형(300)
제2 사이드 금형(310)
막힘 구조(350)

Claims (7)

1. 제네레이터 모터 하우징을 제조하기 위한 멀티 캐비티 금형으로서,
   각각의 캐비티에 대해 상금형부, 제1 사이드 금형, 제2 사이드 금형, 및 하금형을 포함한 4 분할 금형으로 구성되고,
   상기 상금형부는 상금형과 상금형에 결합되는 인서트를 포함하고, 상기 인서트는 상금형과 분리 독립적으로 제조되어 조립식으로 결합되고,
   상기 하금형은 상기 상금형부와 상하로 맞물리고,
   상기 제1 사이드 금형과 제2 사이드 금형은 하금형 위에 배치되며 서로 측면에서 맞물려 상금형부의 인서트 부분을 에워싸 캐비티를 형성하며,
   상기 캐비티는 2 개 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 제네레이터 모터 하우징을 제조하기 위한 멀티 캐비티 금형.
2. 제1항에 있어서, 제1 사이드 금형과 제2 사이드 금형은, 하금형과 결합되지 않고 하금형 위에 안착되어 유압실린더를 이용하여 벌어지고 맞물리고 할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 제네레이터 모터 하우징을 제조하기 위한 멀티 캐비티 금형.
3. 제1항에 있어서, 하금형은 용탕이 주입되는 홀을 포함하며, 홀은 다수로 구성되고 소정 간격을 두고 배열되어, 용탕의 균일하고 신속한 충진이 이루어지는 것을 특징으로 하는 제네레이터 모터 하우징을 제조하기 위한 멀티 캐비티 금형.
4. 제1항에 있어서, 다수의 캐비티를 배열함에 있어서, 캐비티 형상이 동일한 방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 제네레이터 모터 하우징을 제조하기 위한 멀티 캐비티 금형.
5. 제1항에 있어서, 상금형 인서트는 냉각 라인을 포함하고,
   상기 냉각 라인은 인서트의 상부에서 하금형과 맞물리는 하부에 이르기까지 지그재그 형태의 경로를 포함하고, 냉각라인은 다수의 분할된 냉각라인을 포함한 것을 특징으로 하는 제네레이터 모터 하우징을 제조하기 위한 멀티 캐비티 금형.
6. 제2항에 있어서, 제1 사이드 금형과 제2 사이드 금형은 서로 맞물리는 단부에 단차를 형성하여 요철의 맞물림이 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 제네레이터 모터 하우징을 제조하기 위한 멀티 캐비티 금형.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 금형 시스템을 이용한 제네레이터 모터 하우징의 제조방법은,
   모든 금형이 개방되고, 제1 사이드 금형과 제2 사이드 금형이 양옆으로 벌어진 상태에서,
   하금형과 제1 사이드 금형과 제2 사이드 금형이 벌어진 상태에서 형성된 공간에 중자를 삽입하고,
   제1 사이드 금형과 제2 사이드 금형이 맞물리고,
   상금형부와 하금형이 서로 맞물려 모든 금형이 폐쇄되어 캐비티들을 형성하고,
   용탕이 하금형의 홀을 통해 각각의 캐비티에 충진되고,
   냉각라인에 냉매가 흘러 제품을 제조하여 상금형부가 제품과 함께 상승되고,
   제품이 취출되는 것을 특징으로 하는 제네레이터 모터 하우징 제조방법.

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