KR20230104935A - 용탕 입구 채널에 차단 밸브가 있는 다이주조 기계 및 작동 방법 - Google Patents

Abstract

1. 용탕 입구 채널에 차단 밸브가 있는 다이주조 기계 및 작동 방법.
2.1. 본 발명은 주조 몰드(1), 주조 챔버(2), 상기 주조 챔버에 축방향 이동 가능하게 배열된 주조 피스톤(3), 상기 주조 챔버에 이어지는 용탕 입구 채널(4), 상기 용탕 입구 채널에 제공된 차단 밸브(5), 상기 주조 챔버에서 상기 주조 몰드로 이어지는 용탕 출구 채널(6), 그리고 상기 주조 피스톤을 제어하는 제어 유닛(7)을 포함하는, 다이주조 기계 및 관련된 작동 방법에 대한 것으로서,
각 주조 공정을 수행하기 위해, 다이주조 기계는:
몰드 충진 단계에서 상기 차단 밸브를 폐쇄 위치(VS)로 하고 상기 주조 챔버 내의 상기 주조 피스톤을 주조 시작 위치(GS)에서 충진 종료 위치(FP)로 전진 이동시켜 상기 용탕 출구 채널을 통해 용탕 물질(14)을 상기 주조 몰드(1)로 가압하고, 상기 몰드 충진 단계 이후의 후속 재충진 단계에서 상기 차단 밸브를 개방 위치(VO)로 하고 상기 주조 피스톤을 상기 주조 시작 위치로 후진 이동하여 상기 용탕 입구 채널을 통해 상기 주조 챔버에 용탕 물질을 공급하도록, 구성된다.
2.2. 본 발명에 따른 상기 다이주조 기계는 용탕 출구 채널(6)에 제공된 폐쇄 노즐(19)을 구비하며, 상기 다이주조 기계는: 상기 재충진 단계에서 상기 폐쇄 노즐을 폐쇄 상태를 유지하고, 상기 몰드 충진 단계에서 상기 차단 밸브를 폐쇄 상태로 유지한 상태에서 상기 주조 피스톤을 상기 주조 시작 위치(GS)에서 추가 행정 위치(ZH)로 후진 이동한 후에 상기 추가 행정 위치에서 상기 주조 시작 위치를 통해 상기 충진 완료 위치(FP)로 전진 이동하며, 상기 폐쇄 노즐을 상기 주조 피스톤이 상기 추가 행정 위치로 복귀하는 동안에 폐쇄 상태로 유지하고 상기 주조 피스톤이 다시 전진하는 경우에만 개방하도록, 구성된다.
2.3. 예를 들어 핫 챔버 다이주조 기계 기술에 사용된다.

Description

용탕 입구 채널에 차단 밸브가 있는 다이주조 기계 및 작동 방법

본 발명은 주조 몰드, 주조 챔버, 주조 챔버 내에서 축방향으로 이동 가능한 방식으로 배열된 주조 피스톤, 주조 챔버로 연결되고 차단 밸브가 있는 용탕 입구 채널, 및 주조 챔버로부터 주조 몰드로 연결되는 용탕 출구 채널을 가지는 다이주조 기계를 조작하는 방법 및 이 조작 방법을 수행하는데 적절한 다이주조 기계에 대한 것으로서, 다이주조 기계를 조작하는 방법에서 각 주조 공정을 수행하기 위해 몰드 충진 단계에서 차단 밸브가 닫힌 상태에서 주조 챔버의 주조 피스톤은 주조 시작 위치에서 충진 종료 위치로 전진하고 용탕 물질은 용탕 출구 채널을 통해 주조 몰드 내로 압축되고, 용탕 입구 채널을 통해 주조 챔버에 용탕 물질을 공급하기 위해 후속 재충진 단계에서 차단 밸브가 개방된 상태에서 주조 피스톤이 주조 시작 위치로 다시 이동한다.

일반적 유형 및 유사한 유형의 이러한 유형의 다이주조 기계 및 관련 작동 방법은 일반적으로 각각의 주조 공정 또는 주조 사이클에서 특정 부품(주조품(cast part)이라고도 함)를 주조하는 데 사용된다. 이하 기계(machine)로도 간단히 언급되는 다이주조 기계(die-casting machine) 및 작동 방법은 특히 금속 다이주조, 예를 들어, 아연, 납, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 강철, 구리 및 이러한 금속들의 합금과 같은 액체 또는 부분적으로 액체인 금속 용탕(metal melt)의 주조용 금속 다이주조(die-casting)에 적합하다. 다이주조 기계는 특히 핫-챔버(hot-chamber) 다이주조 기계일 수 있다. 이 구현에서, 주조 챔버는 용탕 용기에 의해 준비된 용탕 수조에 잠겨 있는 주조 용기에 형성된다.

주조 공정의 몰드 충진(mold-filling) 단계에서, 상응하는 주조품을 형성하기 위해, 주조 피스톤의 전진은, 주조 챔버 외부의 압력하에 주조 챔버로부터 용탕 출구 채널(melt outlet channel)을 통해 주조 몰드(cast mold)에 의해 형성(정의)된 몰드 캐비티(mold cavity) 안으로 주조 챔버에 위치한 용탕 물질(melt material)을 압착한다. 이와 관련하여, 주조 몰드는 일반적으로 고정 몰드 반부 및 이동 몰드 반부를 포함하며, 이들 사이에서 몰드 중공 공간이라고도 하는 몰드 캐비티를 형성하며, 주조 몰드는 동의어로서 줄여서 몰드라고 한다. 일반적인 구현에서, 용탕 출구 채널은 입구 측에서 주조 챔버를 수용하는 주조 용기(casting container)의 라이저-튜브(riser-tube) 영역과 출구 측에서 주조 용기에 부착된 마우스피스 본체(mouthpiece body) 그리고 몰드 캐비티까지 고정 몰드 반부로 신장하는 몰드측 출구 채널 부분을 포함하며, 주조 챔버를 떠난 후 용탕 물질은 라이저 튜브 영역과 마우스피스 본체를 통해 주조 캐비티 바로 직전의 용탕 입구 또는 게이트 영역으로 통과하며, 몰드측 출구 채널 부분은 예를 들어 핫 런너 시스템(hot runner system)의 경우에 마우스피스 본체 또는 분기부(branch)에 결합하기 위한 인터페이스로서 게이팅 콘(gating cone)으로 알려진 것을 구비하고, 복수의 분기부로 개구(open)하되, 각각의 경우 노즐 모양의 단부 영역을 통해 게이트 영역 또는 몰드 캐비티 내로 개구한다.

재충진(refilling) 단계에서, 주조 피스톤은 충진 종료 위치에서 초기 위치, 즉 주조 시작 위치로 다시 이동하고, 주조 피스톤의 복귀 이동은 용탕 입구 채널을 통해 주조 챔버를 용탕 물질로 재충진한다. 따라서 재충진 단계는 피스톤 복귀 단계라고도 한다.

상응하는 기계 유형의 경우, 다이주조 기계에 특히 적합한 바와 같이, 용탕 출구 채널은 용탕 입구 채널과 별개로 주조 챔버 밖으로 이어지며, 즉, 용탕 입구 채널 및 용탕 출구 채널은 용탕 물질을 안내하는 두 개의 개별적인 안내 채널을 형성하며, 주조 챔버 입구에서 용탕 입구 채널이 주조 챔버 안으로 개구하고(열리고) 주조 챔버 출구에서 용탕 출구 채널이 주조 챔버 밖으로 개구한다(열린다). 이 같은 구성은 용탕 입구 채널과 용탕 출구 채널에서 용탕 유동의 독립적인 제어를 용이하게 하며, 특히 용탕 입구 채널의 용탕 유동은 그곳에 위치한 차단 밸브(shut-off valve)에 의해 제어될 수 있다.

시스템 구성에 따라 차단 밸브로서 순전히 용탕 압력에 의해 작동되는 역류 방지 밸브(non-return valve) 또는 능동적으로 작동 가능한 차단 밸브를 사용할 수 있다. 후자는 본 예에서 차단 제어 밸브라고 하며 제어 유닛에 의해 제어된다. 일반적인 유형의 다이주조 기계 및 관련 작동 방법에서 차단 제어 밸브는 일반적으로 전체 몰드 충진 단계 중에 닫힌 상태로 유지되고 전체 재충진 단계 중에 열린 상태로 유지된다. 단순한 역류 방지 밸브와 비교할 때 능동적으로 제어하거나 작동 가능한 차단 밸브는 필요에 따라 용탕 입구 채널에서의 용탕 통과 유동에 영향을 미치거나 조절하는 옵션을 제공하며, 이는 주조 챔버 및/또는 용탕 입구 채널에서의 용탕 압력 비율(melt pressure ratios)과도 독립적이다.

시스템 구성에 따라 제어 유닛은 다이주조 기계의 모든 제어 기능이 통합된 단일 제어 장치 또는 각각이 특정 기계 부품을 제어 및/또는 조절하고 바람직하게는 서로 통신 링크를 갖는 단일 제어 장치를 복수 개 포함한다. 통상적인 바와 같이, 제어 유닛은 적어도 부분적으로는 하드웨어로 및/또는 적어도 부분적으로는 소프트웨어로 구성될 수 있다. 본 예에 있어서, 제어 유닛은 특히 주조 피스톤을 제어하며, 보다 정확하게는 주조 피스톤의 움직임을 제어하며, 옵션으로서 차단 밸브가 차단 제어 밸브에 의해 구현되는 경우 특히 차단 제어 밸브와 같은 하나 이상의 추가 기계 부품을 제어한다.

특허 공보 EP 0 576 406 B1은 스풀 유형의 주조 피스톤에 대한 대안으로 알려진 용적형(displacement type)의 주조 피스톤을 갖고, 주조 챔버로 개구하는 용탕 입구 채널의 개구에 배열된 차단 제어 밸브를 갖는 일반적 유형의 다이주조 기계를 개시하고 있다. 스풀형의 경우, 주조 피스톤의 외경 치수는 주조 챔버의 내경 치수에 대응하며 피스톤은 주조 챔버 벽에 대해 밀봉된다. 결과적으로, 이 경우 주조 피스톤이 전진할 때 주조 챔버의 용탕 물질을 완전히 앞으로 밀고 그 과정에서 용융 물질을 몰드 캐비티 내로 누르는 데 필요한 압력을 가한다. 용적형의 경우, 주조 피스톤의 외경 치수는 주조 챔버의 내경 치수보다 적절하게 작기 때문에 주조 피스톤이 전진할 때 주조 피스톤은 주조 챔버의 용탕에 잠기게 된다. 용탕 물질에 대한 압력의 작용은 이 경우 용탕 물질에 잠기는 주조 피스톤 체적의 용적 효과에 의해 발생한다.

공개 공보 DE 32 48 423 A1은 서두에서 언급한 일반적인 다이주조 기계 및 관련 작동 방법을 개시하고 있으며, 동 공개 공보에 따르면 용적형의 전방 피스톤 및 주조 챔버에 공급될 수 있는 가압 가스가 사용되고, 차단 제어 밸브는 용탕 입구 채널에서 주조 용기로의 입구 하류 및 주조 챔버 상류의 유동 측면에서 각각의 거리에서 주조 챔버를 수용하는 주조 용기에 위치된다. 몰드 충진 단계 중에 차단 제어 밸브는 열리고 일정량의 가압 가스가 주조 챔버로 전달되어, 차단 제어 밸브가 열리기 전에 주조 챔버에 진공이 형성되는 것을 방지하고 포워드 피스톤(forward piston) 후방의 주조 피스톤 부분으로 유입된 용탕이 분사되는 것을 방지하며, 주조 챔버의 가스 압력을 대기압보다 일정량 이상 가압한다. 재충진 단계에서 필요한 양의 용탕이 공급된 후 차단 제어 밸브가 다시 닫힌다.

용탕 입구 채널에 차단 밸브가 없는 일반 유형에 대한 대체 기계 유형의 다이주조 기계도 알려져 있는바, 용탕 입구 채널은 스풀형의 주조 피스톤에 의해 오버런(overrun) 될 수 있는 영역에서 주조 챔버 안으로 개구하며, 따라서 주조 챔버에서 전후로 이동하는 주조 피스톤은 동시에 주조 챔버로 유입되는 용탕 입구 채널에 대한 차단 부재로서 기능을 한다. 주조 피스톤이 주조 챔버 내로의 용탕 입구 채널의 개구 위치에 도달할 때까지 후방 단부 위치로부터 주조 피스톤의 이동 경로는 이 기계들에서 가속 경로로 사용되며 이 가속 경로 상에서 주조 피스톤이 용탕 출구 채널을 통해 용탕을 주조 챔버에서 몰드로 가압하기 전에, 주조 피스톤은 가속될 수 있다.

이 기계 유형에서 짧은 사이클 시간, 즉 경제적 이유 및 주조품의 품질과 관하여 가능한 낮은 주조품의 공기 비율(air fraction) 즉 주조품의 최소 기공률을 이유로 추구되는 각 주조 공정의 지속 시간을 얻기 위해, 특허 공보 EP 1 284 168 B1은, 몰드 충진 단계의 시작 및/또는 실제 몰드 충진 단계 이전에, 사전 충진(pre-filling) 단계에서, 몰드가 여전히 충분히 열려있어 용탕 물질이 라이저-채널 영역 및 마우스피스 본체 영역을 충진할 경우에, 주조 피스톤을 전진시키고 이어 몰드가 닫히고 주조 피스톤이 다시 전진하여 실제 몰드-충진 단계를 수행하는 것을 제안한다.

이러한 기계 유형에 대해, 용탕 출구 채널에 예를 들어 마우스피스 본체의 전방 출구 영역에 폐쇄 노즐을 갖는 또는 핫 런너 시스템의 경우 몰드 캐비티 안으로 개구하는 게이트 영역 또는 몰드 캐비티의 바로 전방에서 용탕 출구 채널의 몰드측 출구 채널 부분에 폐쇄 노즐을 갖는 기계 구현이 있다. 용탕 출구 채널이, 핫 런너 시스템에서 통상적인 것처럼, 몰드측 출구 채널 부분에서 분기되는 경우, 각 채널 분기부는 자체 폐쇄 노즐을 갖는 것이 바람직하다. 이 경우 폐쇄 노즐은, 특히 주조 공정의 재충진 단계 중에 및/또는 주조 몰드가 열리고 주조품이 제거 또는 배출되기 전에, 폐쇄가 되어 용탕 출구 채널이 이 기간에 닫히는 용탕 출구 채널의 노즐 모양 입 영역(mouth region)을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 방식으로, 의도하지 않게 용탕 물질이 용탕 출구 채널 밖으로 유출하는 것 및/또는 용탕 출구 채널 내의 용탕 물질이 의도하지 않게 주조 챔버 방향으로 역류하는 것이 방지되도록 한다. 이를 위해, 이 노즐 형상 입 영역, 즉 폐쇄 노즐은 주조 몰드가 열리기 전에 주조 공정의 냉각 단계에서 응고되거나 부분적으로 응고된 용탕 물질로부터 용탕 플러그를 형성하도록 구성될 수 있으며, 상기 용탕 플러그는 용탕 출구 채널을 폐쇄한다. 이 기술은 예를 들어 플러그 주조로 알려진 방식에 사용된다. 추가로 또는 대안적으로, 이러한 노즐 형상 입 영역, 즉 폐쇄 노즐은 용탕 출구 채널을 폐쇄할 수 있는 기계적 폐쇄 요소로서 작동 가능하고 이동 가능한 노즐 채널 폐쇄 본체를 포함할 수 있다. 공개 공보 WO 2013/071926 A2 및 WO 2017/148457 A1은 이러한 종류의 다이주조 기계를 개시하고 있으며, 이 다이주조 기계의 폐쇄 노즐은 용탕 플러그를 형성하도록 설계되고 옵션으로 추가적으로 역류 방지 밸브에 의해 제공되는 노즐 채널 폐쇄 몸체를 가질 수 있다.

다이주조 기계의 경우에 일반적으로 고려되어야 할 또 다른 양태는 주조 챔버에서 주조 피스톤의 행정 운동의 결과로서 주조 피스톤과 주조 챔버의 벽 사이의 마모 효과를 최소화하는 것이며, 특히 스풀 유형인 경우 주조 챔버에서 더욱 그러하다.

본 발명은 특히 상대적으로 짧은 주조 사이클 시간 및/또는 주조품의 상대적으로 낮은 기공률 및/또는 주조 피스톤 및 주조 챔버의 상대적으로 낮은 마모를 달성한다는 점에서 전술한 종래 기술에 비해 이점을 제공하는 다이주조 기계 및 관련 작동 방법을 제공하는 기술적 문제에 기초한다.

본 발명은 청구항 1의 특징을 갖는 다이주조 기계의 작동 방법 및 청구항 6의 특징을 갖는 다이주조 기계를 제공함으로써 상기 문제를 해결한다. 상기 문제 및 추가 문제를 해결하는 본 발명의 유익한 개선들은 종속항에 명시되며, 그 내용은 청구항 인용에 의해 특정된 특징들의 모든 조합을 포함하여 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 모두 포함된다.

본 발명에 따른 작동 방법에서, 재충진 단계에서 닫힌 상태로 유지되는 폐쇄 노즐(closure nozzle)은 용탕 출구 채널에서 사용된다. 몰드 충진 단계에서 차단 밸브가 닫힌 상태에서 주조 피스톤은 먼저 주조 시작 위치(casting start position)에서 추가 행정 위치(additional stroke position)로 뒤로 이동한 다음 추가 행정 위치에서 주조 시작 위치를 통해 충진 종료 위치(filling end position)로 전진하는바, 폐쇄 노즐은 주조 피스톤이 추가 행정 위치로 복귀 이동하는 동안 폐쇄된 상태로 유지되며 주조 피스톤이 다시 전진할 때만 개방된다. 이 경우 요구 사항에 따라 폐쇄 노즐의 개방은 주조 피스톤이 전진하는 동안 다시 주조 시작 위치에 도달한 시점 또는 상기 주조 시작 위치에 도달하기 전 또는 상기 주조 시작 위치를 이미 넘어선 후에야 시작될 수 있다. 여기서, 주조 시작 위치는 이전 주조 공정의 재충진 단계 중에 주조 피스톤이 뒤로 이동한 위치로서 다음 주조 공정의 시작을 위한 주조 피스톤의 초기 위치 또는 기본 위치를 나타낸다. 차단 밸브는 재충진 단계의 종료 시점에서 개방 밸브 위치에서 폐쇄 밸브 위치로 전환되기 때문에 이 주조 시작 위치는 또한 주조 피스톤의 밸브 전환 위치라고도 할 수 있다. 즉, 주조 시작 위치는, 차단 밸브가 폐쇄 밸브 위치로 전환될 때 주조 피스톤이 위치한 위치이다. 분기하는 용탕 출구 채널의 경우에 예를 들어 상응하는 핫 런너 시스템의 경우에, 각각의 채널 분기부는 바람직하게는 자신의 폐쇄 노즐을 갖는다. 즉, 현재 사례에서 언급된 바와 같은 폐쇄 노즐의 존재는 시스템 구성에 따라, 하나 이상의 폐쇄 노즐이 용탕 출구 채널에 할당될 수 있다는 효과로 자명하게 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 이러한 절차는 주조 공정에서 특정한 시간 중에 차단 밸브에 의한 용탕 입구 채널의 제어 가능한 개방 및 폐쇄를 주조 공정에서 특정한 시간 중에 폐쇄 노즐에 의한 용탕 출구 채널에 대한 제어 가능한 개방 및 폐쇄와 유익하게 조합한다.

재충진 단계에서 용탕 출구 채널의 폐쇄 노즐을 폐쇄 상태로 유지함으로써, 재충진 단계에서 주조 챔버가 개방된 차단 밸브를 통해 용탕 물질로 재충진될 때 폐쇄 노즐까지 용탕 출구 채널이 용탕 재료로 사전 충진된 상태로 유지되는 효과를 갖는다. 이러한 방식으로 시스템은 이러한 목적을 위해 추가 사전 충진 조치 없이 다음 주조 사이클을 위해 이미 사전 충진된다.

다음 주조 사이클의 시작에서 먼저 주조 피스톤을 다시 추가 행정 위치로 이동시키고 공정에서 폐쇄 밸브를 여전히 폐쇄 상태로 유지함으로써(이때 폐쇄 노즐도 여전히 폐쇄 상태로 유지됨), 주조 피스톤에 대해 추가 행정이 얻어지는 효과가 있으며, 상기 추가 행정은 몰드 충진 단계의 추가 과정에서 전진 이동을 위한 주조 피스톤의 후속 가속에 사용될 수 있다. 차단 밸브와 폐쇄 노즐이 폐쇄된 상태에서 주조 피스톤이 추가 행정 위치로 복귀 이동한 결과 폐쇄 노즐 뒤의 용탕 출구 채널에 음압이 생성되며, 상기 음압은 추가 행정 위치의 주조 피스톤의 후속 전진에 의해 다시 해소되고 상당한 반발력(counterforce) 없이 주조 피스톤이 이 가속 경로에서 전진할 수 있다.

이러한 방식으로, 주조 피스톤의 전진 이동의 관점에서, 주조 피스톤은 다시 주조 시작 위치에 도달하기 전에 이미 원하는 고속으로 효과적이고 기능적으로 유리한 방식으로 가속될 수 있고, 이어서 계속해서 용탕 물질을 주조 몰드로 가압하기 위해 충진 종료 위치까지 고속으로 이동할 수 있다. 이 경우 추가 행정 위치 및 결과적으로 주조 피스톤에 대한 설정 가능한 가속 경로는 요구 사항에 따라 지속적으로 가변적인 방식으로 자유롭게 선택할 수 있다. 추가 행정이 증가함에 따라, 즉 추가 행정 위치와 주조 시작 위치 또는 밸브 전환 위치 사이의 차이가 더 커지면 주조 시작 위치까지 후속 전진에 사용할 수 있는 주조 피스톤의 가속 경로와 폐쇄 노즐 뒤의 용탕 출구 채널의 음압은 이에 따라 증가한다. 전형적으로, 추가 행정은 주조 시작 위치에서 충진 종료 위치까지 주조 피스톤의 행정의 0.1% 내지 약 30%에 달할 수 있다.

차단 밸브를 사용함으로써, 주조 피스톤이 용탕 입구 채널의 개구 또는 유입 구멍(inflow hole)을 통해 주조 챔버로 통과할 필요가 없으며, 이는 예를 들어 주조 피스톤 및 관련된 피스톤 링의 마모를 최소화한다. 따라서 본 발명에서는, 주조 피스톤이 유입 구멍을 통과하는 종래 주소 시스템에서 발생하는 것처럼, 용탕 압력으로 인해 주조 피스톤이 이러한 유입 구멍으로 가압 되는 위험은 없다. 본 발명의 경우, 주조 피스톤의 피스톤 링들은 임의의 주어진 시간에 주조 챔버의 용탕 공간(melt space) 또는 압력 공간(pressure space)에 있으므로 하중(loading)의 상당한 변화가 없도록 유지될 수 있다.

본 발명의 개선예에서, 재충진 단계는 주조품 냉각 단계 동안 주조 피스톤의 복귀 이동으로 몰드-충진 단계에 후속하는 수반 압력 단계(follow-up pressure phase) 이후에 시작되는바, 차단 밸브는 재충진 단계가 시작될 때 이미 개방되어 있다. 이 방법을 사용하면 주조 챔버에 용탕 물질을 도입하여 몰드 충진 단계에 이어지는 일반적인 수반 압력 단계 완료 직후에 재충진 단계를 시작할 수 있다. 또는 차단 밸브를 예를 들어 주조 피스톤의 복귀의 시작과 관련하여 지연 방식으로 개방할 수도 있으며 이에 따라 차단 밸브가 개방된 후에 용탕 수조에서 용탕 물질을 흡인하기 위해 주조 챔버에서 요구되는 특정 흡입 압력이 생성될 수 있다.

본 발명의 개선예에서, 폐쇄 노즐의 폐쇄는 용탕 플러그 형성 공정을 포함하고, 폐쇄 노즐의 개방은 용융 플러그 제거 공정을 포함한다. 폐쇄 노즐을 폐쇄할 목적으로 용탕 플러그를 형성하고 폐쇄 노즐을 개방할 목적으로 이전에 형성된 용탕 플러그를 제거하기 위한 이러한 공정의 구현은 그 자체로 알려져 있으며, 임의의 원하는 종래 구현이 사용될 수 있다.

본 발명의 개선예에서, 폐쇄 노즐의 개폐는 노즐 채널 개방 및 폐쇄는 노즐 채널 폐쇄 본체의 상응하는 제어된 작동을 포함한다. 이것은 위에서 언급한 용탕 플러그의 형성 대신에 또는 추가로 제공될 수 있다. 다시 한 번, 이 같은 방식에 대해 그 자체로 알려진 구현들이 이를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어 제어 유닛을 통해 작동될 수 있는 기계적으로 이동 가능한 노즐 채널 폐쇄 본체는 예를 들어 이를 위해 통상적으로 사용되는 폐쇄 볼 또는 폐쇄 니들일 수 있다.

본 발명의 개선예에서, 사용되는 차단 밸브는 제어 유닛에 의해 제어될 수 있는 차단 제어 밸브 또는 폐쇄 위치에 예압되는(preloaded) 역류 방지 밸브이다. 제어 가능한 차단 밸브를 사용하면 자유롭게 미리 정의할 수 있는 시점에서 제어 유닛에 의해 차단 밸브를 제어하여 개방 및 폐쇄할 수 있다. 역류 방지 밸브를 차단 밸브로 사용하는 경우 주조 피스톤의 이동은 적절하게 정합되어 역류 방지 밸브가 그것에 작용하는 용탕 압력의 작용하에 각각 원하는 시점에서 개방 또는 폐쇄되도록 한다.

서두에서 언급된 고려된 일반 기계 유형의 부품들에 더하여, 이러한 목적을 위해 위에서 언급한 다른 종래의 기계 유형에 대해 그 자체로 알려진 바와 같이, 본 발명에 따른 다이주조 기계는 용탕 출구 채널에 폐쇄 노즐을 즉 위에서 언급한 바와 같이 단일 폐쇄 노즐 또는 다중 폐쇄 노즐을 포함한다. 각각의 주조 공정을 수행하기 위해, 제어 장치와 차단 밸브는 몰드 충진 단계에서 차단 밸브를 폐쇄 위치로 하고 주조 챔버 내의 주조 피스톤을 주조 시작 위치에서 충진 종료 위치로 전진하여 용탕 물질을 용탕 출구 채널을 통해 주조 몰드로 가압하고 후속 재충진 단계를 위해 차단 밸브를 개방 위치로 하고 주조 피스톤을 주조 시작 위치로 복귀토록 하여 용탕 입구 채널을 통해 용탕 물질을 주조 챔버에 공급하도록 구성된다. 제어 유닛, 차단 밸브 및 폐쇄 노즐은 또한 차단 밸브가 폐쇄된 상태에서 재충진 단계에서 그리고 몰드 충진 단계에서 폐쇄 노즐을 폐쇄 상태로 유지하여 먼저 주조 피스톤을 주조 시작 위치에서 후퇴하여 추가 행정 위치로 이동한 다음 추가 행정 위치에서 주조 시작 위치를 통해 충전 종료 위치로 전진하도록 구성되는바, 이때 주조 피스톤이 추가 행정 위치로 복귀하는 복귀 이동 동안 폐쇄 노즐을 폐쇄 상태로 유지하고 주조 피스톤이 다시 전진할 때에만 개방하도록 구성된다. 이 경우, 필요에 따라, 폐쇄 노즐은, 주조 피스톤이 다시 시작 위치에 도달하기 전에 또는 시작 위치에 정확히 도달했을 때 또는 도달한 후에 개방될 수 있다. 그 결과, 이 다이주조 기계는 특히 본 발명에 따른 작동 방법을 수행하는 데 적합하다.

본 발명의 개선예에서, 폐쇄 노즐은 용탕 플러그 형성 노즐 부분을 갖는다. 이는 용탕 플러그의 국부적 형성에 의해 폐쇄 노즐을 폐쇄를 허용한다.

본 발명의 개선예에서, 폐쇄 노즐은 그 통로 단면과 관련하여 제어 가능한 방식으로 변경될 수 있는 노즐 부분을 갖는다. 이것은 예를 들어 폐쇄 볼 또는 폐쇄 니들과 같은 기계적으로 이동 가능한 노즐 채널 폐쇄 본체일 수 있다.

본 발명의 개선예에서, 차단 밸브는 제어 유닛에 의해 제어될 수 있는 차단 제어 밸브의 형태이다. 이는 특히 주조 공정 과정에서 차단 밸브를 각각 원하는 개방 또는 폐쇄 위치로 가져오기 위해 제어 유닛에 의한 차단 밸브의 능동적 제어를 가능케 한다.

본 발명의 개선예에서, 다이주조 기계는 차단 제어 밸브를 작동시키기 위해 제어 유닛에 의해 작동되는 밸브 액추에이터(valve actuator)를 포함한다. 액추에이터는 제어 유닛과 차단 밸브 사이의 연결 요소로 기능 하며 제어 유닛과 차단 밸브의 종류에 따라 적절하게 선택될 수 있은바, 전기식, 자기식, 유압식, 공압식 또는 기계식일 수 있다. 대안으로 밸브 작동 기능이 예를 들어 제어 유닛에 직접 통합될 수 있다.

본 발명의 대안적인 개선예에서, 차단 밸브는 폐쇄 위치에서 예압이 가해진 역류 방지 밸브의 형태이다. 이는 차단 제어 밸브로서의 구현에 대한 대안을 구성한다. 이 경우 차단 밸브는 이에 작용하는 용탕 물질의 압력, 특히 주조 챔버의 용탕 압력에 따라 제어되거나 작동된다.

본 발명의 개선예에서, 다이주조 기계는 차단 밸브 및/또는 폐쇄 노즐의 하나 이상의 측정된 변수를 감지하기 위한 밸브 센서 유닛을 포함한다. 이것은 예를 들어 차단 밸브의 현재 위치 및/또는 폐쇄 노즐의 현재 상태에 대한 피드백을 밸브 센서 유닛을 통해 제어 유닛에 제공하기 위해 그리고/또는 차단 밸브 및/또는 폐쇄 노즐이 오류 없는 방식으로 작동하는지 여부 및/또는 이들이 어떤 사용 상태에서 작동하는지 여부 및/또는 예를 들어 유지 보수를 필요 하는지 여부와 같은 정보를 제공하기 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 유익한 실시예들이 도면에 도시되어 있다. 본 발명의 이러한 실시예들 및 다른 실시예들은 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 다이주조 기계의 본원 사례에서 관심 있는 부분의 개략도를 도시한다.
2는 작동 시작부터 다이주조 기계를 작동시키는 방법의 제1 주조 사이클의 흐름도를 도시한다.
도 3은 도 2의 방법에 따라 첫 번째 주조 사이클의 몰드 충진 단계의 종료를 향해 작동하는 동안의 도 1의 다이주조 기계의 개략도를 도시한다.
도 4는 몰드-충진 단계 후 재충진 단계 동안의 도 3으로부터의 도면을 도시한다.
도 5는 재충진 단계의 종료에서 도 3으로부터의 도면을 도시한다.
도 6은 냉각 단계가 종료된 후 도 3으로부터의 도면을 도시한다.
도 7은 다이주조 기계를 작동하기 위한 방법의, 도 2에 따른 첫 번째 주조 사이클에 후속하는, 두 번째 주조 사이클의 흐름도를 도시한다.
도 8은 행정 이득 단계 이전에 도 7에 따른 두 번째 주조 사이클의 시작에서 도 3으로부터의 도면을 도시한다.
도 9는 두 번째 주조 사이클의 행정 이득 단계의 종료에서의 도 3으로부터의 도면을 도시한다.

도 1은 본 발명에 따른 작동 방법에 의해 작동될 수 있는 본 발명에 따른 구현에서 다이주조 기계(die-casting machine)의 관심 부분을 개략적으로 도시한다. 이 다이주조 기계는 특히 연, 납, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄, 강철, 구리 및 이들 금속의 합금과 같은 액체 또는 부분적으로 액체인 금속 용탕(metal melt)을 위한 핫 챔버(hot-chamber type) 유형 중 하나일 수 있다. 이를 위해 다이주조 기계는 특히 고정 몰드 반부(fixed mold half)(1a)와 이동 몰드 반부(movable mold half)(1b)를 갖는 주조 몰드(casting mold)(1), 주조 챔버(casting chamber)(2), 주조 챔버(2)에서 축방향으로 이동 가능한 방식으로 배열된 주조 피스톤(casting piston)(3), 주조 챔버(2)로 이어지는 용탕 입구 채널(melt inlet channel)(4), 용탕 입구 채널(4)의 차단 밸브(shut-off valve)(5), 주조 챔버(2)에서 주조 몰드(1)로 이어지는 용탕 출구 채널(melt outlet channel)(6), 용탕 출구 채널(6)의 폐쇄 노즐(closure nozzle)(19) 및 제어 유닛(control unit)(7)을 포함한다.

도시된 예에서, 차단 밸브(5)는 차단 제어 밸브, 즉 제어 유닛(7)에 의해 직접 작동되거나 도시된 예에서와같이, 옵션인 밸브 액추에이터(valve actuator)(16)에 의해 작동되는 작동 가능한 차단 밸브로서 구성된다. 밸브 액추에이터(16)는 그러한 밸브 자체를 작동시키기 위해 당업자에게 공지된 바와 같이 종래 유형의 임의의 원하는 액추에이터일 수 있다. 이와 관련하여, 요구 사항 및 사용 상황에 따라, 액추에이터(16)는 특히 종래의 전기 작동, 유압 작동, 공압 작동 또는 기계적으로 직접 작동하는 액추에이터 유형 또는 레버 시스템을 통해 기계적으로 작동하는 액추에이터 유형일 수 있다. 이와 관련하여, 요구사항 및 사용 상황에 따라, 밸브 액추에이터(16)는 순전히 바이너리 방식으로 작동하고 차단 밸브(5)를 제1, 개방 위치(open position) 및 제2, 폐쇄 위치(closed position) 사이에서만 전환하는 액추에이터 유형일 수 있으며, 또는 차단 밸브(5)를 연속적으로 또는 다단계로 개방할 수 있는, 즉 차단 밸브(5)를 완전 개방 위치와 완전 개방 위치 사이의 하나 이상의 부분 개방 위치로 하여 그 상태를 유지할 수 있는 대안적으로 비례 액추에이터(proportional actuator) 유형일 수 있다. 이를 위해 필요에 따라 밸브 액추에이터는 예를 들어 다양하게 설정 가능한 엔드 스톱(end stops)을 포함할 수 있으며 이는 수동 또는 자동으로 조정할 수 있다. 다이주조 기계의 다른 실시예에서, 차단 밸브(5)는 역류 방지 밸브(non-return valve)로 형성된다.

본 실시예의 경우에, 제어 유닛(7)은 다이주조 기계의 다양한 부품(components)을 제어 및/또는 조절하기 위한 다이주조 기계의 모든 제어 요소(control elements)를 포함하는 것을 의미하는 것으로 이해되며, 이 목적을 위해 제어 유닛(7)은 시스템 구성에 따라 모든 제어 기능이 통합된 단일 제어 장치 또는 각각이 특정 기계 부품들을 제어 및/또는 조절하고 바람직하게는 서로 통신 링크를 통해 연결되는 단일 제어 장치들을 포함할 수 있다. 유사하게, 통상적인 바와 같이, 제어 유닛(7)은 적어도 부분적으로는 하드웨어로 및/또는 적어도 부분적으로는 소프트웨어로 구성될 수 있다. 제어 유닛(7)의 모든 기계 제어 기능을 설명하기 위해 순전히 상징적으로 그리고 대표적인 방식으로 표시된 것은 제어 유닛(7)에서 주조 몰드(1), 주조 피스톤(3) 및 차단 밸브(5)의 밸브 로드(valve rod)(5d)로 이어지는 작동 화살표(activation arrow)(7a, 7b, 7c)로서, 이들 기계 부품들에 속하는 제어 기능은 본 경우에서 주요 관심사이다. 단순화를 위해 제어 유닛(7)의 개략도는 도 1에만 있고, 도 3 내지 6, 8 및 9에서는 생략된다.

이하에서 더 상세히 언급되지 않는 한, 제어 유닛(7) 및 언급된 기계 부품들의 나머지는 그 자체로 통상적이고 당업자에게 친숙한 구조를 갖고, 따라서 여기에서 추가 설명이 필요하지 않다. 도시된 예에서 볼 수 있듯이, 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 주조 챔버(2)는 이와 관련하여 통상적인 주조 유닛의 주조 용기(casting container)(8)에 형성되며, 주조 용기(8)는 주조 작업 동안 통상적인 용탕 용기(melt container)(10)에 위치된 용탕 수조(melt bath)(9)에 침지된다.

도시된 예에서, 차단 밸브(5)는 밸브 하우징 본체(valve housing body)(5a)에 의해 주조 용기(8) 상에 유지된다. 용탕 입구 채널(4)에 대한 진입구(ingress)(4a) 형태로 하나 이상의 입구 개구(inlet opening)가 주조 용기(8)의 다양한 위치에서 밸브 하우징(5a) 상에 위치한다. 즉, 용탕 물질(14)이 진입구(4a)를 통해 용탕 수조(9)에서 용탕 입구 채널(4)로 유입된다. 차단 밸브(5)는 구체적으로 고정 밸브 시트(fixed valve seat)(5b)와 이동 가능한 밸브 폐쇄 본체(valve closing body)(5c)가 용탕 입구 채널(4)에 위치하며, 이는 도시된 예에서 밸브 폐쇄 본체(5c)는 밸브 로드(valve rod)(5d)에 의해 밸브 시트(5b)에 대해 축방향으로 안착하고 축방향으로 멀어지도록 이동할 수 있고 이로써 차단 밸브(5)를 폐쇄 및 개방한다. 즉 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같은 폐쇄 위치(VS)와 도 4에 도시된 바와 같은 개방 위치(VO) 사이에서 전환한다. 이와 관련하여 밸브 구성 및/또는 작동 상황에 따라 개방 위치(VO)는 밸브에 대한 완전 개방 위치 또는 부분 개방 위치일 수 있다. 도시되지 않은 대안적인 실시예에서, 차단 밸브(5)는 주조 피스톤(3)에 배열되며, 이 경우 용탕 입구 채널(4)은 그 자체로 알려진 바와 같이 주조 피스톤(3)을 통해, 특히 주조 피스톤을 통과해 이어진다.

도시된 기계 구성에서, 이미 언급한 바와 같이, 차단 밸브(5), 즉 차단 제어 밸브의 전환 이동은 제어 유닛(7)에 의해 옵션 사항인 밸브 액추에이터(16)를 통해 수행된다. 차단 밸브(5)로서 역류 방지 밸브를 갖는 대안적인 기계 구성(미도시)에서, 차단 밸브(5)의 전환 이동은 주조 챔버(2)의 용탕 압력에 따라 수행되며, 역류 방지 밸브는 바람직한 구현에서 종래 유형의 예압 유닛(preloading unit)에 의해 폐쇄 위치로 예압된다. 주조 챔버(2)에 상응하는 용탕 음압(negative pressure)이 존재할 때, 이 경우에 역류 방지 밸브로 형성된 차단 밸브(5)는 예압 유닛의 예압력에 반대하는 이 같은 음압에 의해 폐쇄 위치(VS)에서 개방 위치(VO)로 이동한다. 용탕 음압이 더 이상 존재하지 않는 즉시 역류 방지 밸브는 예압 유닛의 작용에 의해 폐쇄 위치(VS)로 자동으로 돌아간다. 예압 유닛은 예를 들어 상응하게 설계되고 배열된 압축 또는 인장 스프링과 같은 예압 스프링에 의해 구현될 수 있다.

용탕 출구 채널(6)은 통상적인 방식으로 주조 용기(8)에 형성된 라이저 채널 영역(riser-channel region) 및/또는 라이저 튜브 부분(riser-tube portion)(6a)을 통해 주조 챔버(2) 밖으로 이어진 다음 마우스피스 본체(mouthpiece body)(6b)를 통해 몰드(1) 영역으로 계속된다. 이를 위해, 마찬가지로 종래의 방식으로, 마우스피스 본체(6b)는 입구측(inlet side)에서 마우스피스 부착부(mouthpiece attachment)(11)에 결합되고, 이를 통해 라이저-튜브 부분(6a)이 주조 용기(8) 밖으로 개구(open)되고, 출구측 상에서 안내되어 고정 몰드 반부(1a)까지 이어진다. 고정 몰드 반부(1a)에서, 용탕 출구 채널(6)의 몰드 측 출구 채널 부분(6c)은 몰드 캐비티(mold cavity)(13)까지 이어지며, 몰드 캐비티(13)는 주조 몰드(1)가 폐쇄될 때 2개의 몰드 반부(1a, 1b)에 의해 형성되고, 생산할 주조 품(cast part)에 따라 설계된다.

이 경우, 용탕 출구 채널(6)은 그 자체로 공지된 설계의 게이팅 콘(gating cone) 또는 노즐 형상 전방 출구 영역(front outlet region)(12)에 의해 몰드 캐비티(13) 내로 개구하며, 이 영역(12)에서 폐쇄 노즐(closure nozzle)(19)이 그 자체로 알려진 구현들 중 하나로의 형태로 형성된다. 이를 위해, 요구 사항 및 사용 상황에 따라, 폐쇄 노즐(19)은 용탕 플러그 형성 노즐 부분 및/또는 그 통로 단면의 측면에서 제어 가능한 방식으로 변경될 수 있는 노즐 부분을 포함한다; 첫 번째 언급된 경우에는 용탕 출구 채널(6)의 적절한 형상의 노즐 형상 입 영역(nozzle-shaped mouth region)과 상기 노즐 영역에 작용하는 할당된 용탕 온도 제어 수단을 사용하고, 마지막 언급된 경우에는 폐쇄 볼(closure ball) 또는 폐쇄 니들(closure needle) 같은 일반적으로 작동 가능하고 이동 가능한 기계식 노즐 채널 폐쇄 본체를 사용한다.

도시된 예에서, 다이주조 기계는 용탕 출구 채널(6)이 몰드측 출구 채널 부분(6c)에서 복수의 평행한 분기부(branch)로 분할되는 핫 런너 시스템(hot runner system)을 가지며, 각각 할당된 폐쇄 노즐(19)은 각 분기부의 출구 측 말단 영역(oulet-side end region)에 제공된다. 대체 기계 구성에서 예를 들어 마그네슘의 플러그 주조를 위해 사용되는 것 같이, 폐쇄 노즐(19)은 마우스피스 본체(6b)의 출구측 단부 영역에 배열되며, 이 경우 바람직하게는 고정 몰드 반부(1a)의 용탕 출구 채널(6)의 몰드측 출구 채널 부분으로서 게이팅 콘을 통해 분기하지 않은 방식으로 몰드 캐비티(13) 내로 개구한다.

도 2는 다이주조 기계의 작동 시작 시, 즉 일련의 횟수의 주조 공정 또는 주소 사이클로 원하는 개수의 동일한 주조품을 주조하기 위해서 주조 기계를 시동한 후에 예시적인 실시예에서 본 발명에 따른 작동 방법을 도시한다. 도 1 및 도 3 내지 도 6은 도 2의 실시예에 따른 작동 동안 상이한 작동 단계에서 기계를 개략적으로 도시한다.

도 2의 초기 작동 단계 B1에서, 기계는 작동 시작 시 기본 상태에 있다. 도 1은 이 작동 단계 B1의 기계를 보여준다. 주조 피스톤(3)은 그에 따라 작동 시작 위치(BS)에 위치된다. 용탕 물질(14)은 용탕 수조(9)의 용탕 수조 레벨(9a)의 높이까지 존재하며, 용탕 출구 채널(6)에도 곳에 존재한다. 따라서, 라이저-채널 부분(6a)의 중간 및 전방 영역, 마우스피스 본체(6b) 및 몰드측 출구 채널 부분(6c)에는 용탕 물질(14)이 없다. 폐쇄 노즐(19)은 개방되고, 차단 밸브(5)는 폐쇄 위치(VS)에 있으며, 주조 몰드(1)는 폐쇄된다.

도 2의 후속 작동 단계 B2에서, 첫 번째 주조 사이클이 시작되고 이를 위해 관련된 몰드 충진 단계가 수행된다. 도 3은 이 시점의 기계를 도시한다. 이를 위해, 주조 피스톤(3)은 작동 시작 위치(BS)에서 충진 종료 위치(FP)로, 즉 도 1 및 3 내지 6 각각에서 아래쪽으로 전진하며, 그 결과 용탕 물질(14)은 가압되어 주조 챔버(2)에서 용탕 출구 채널(6)을 통해 조조 몰드(1) 또는 주조 캐비티(13) 내로 유입된다. 주조 피스톤(3)의 전진 이동은 도 3에서 연관된 이동 방향 화살표(GV)로 기호화되어 있다. 용탕 출구 채널(6)에서의 용탕 유동(melt flow)은 상응하는 유동 화살표에 의해 상징적으로 도 3에 표시되며, 도 3은 구체적으로 몰드-충진 단계의 종료(끝)를 향해 진행하는 기계를 도시하며, 몰드-충진 단계는 공지된 방식으로 이른바 수반 압력 단계(follow-up pressure phase)로 종료될 수 있으며, 수반 압력 단계에서 추가의 증가된 수반 압력이 몰드(1)의 용탕 물질(14)에 가해진다.

도 2의 작동 단계 B3에서, 몰드 충진 단계가 종료되고 재충진 단계(refilling phase) 및/또는 피스톤 복귀 단계(piston return phase)가 뒤따른다. 이를 위해 차단 밸브(5)는 폐쇄 위치(VS)에서 개방 위치(VO)로 전환되고 주조 피스톤(3)은 충진 종료 위치(FP)에서 뒤로, 즉 관련 도면에서 위쪽으로 이동된다. 차단 밸브(5)의 전환은 차단 제어 밸브의 경우 제어 유닛(7)에 의해 제어되고, 역류 방지 밸브의 경우 주조 피스톤(3)의 복귀 이동으로 인해 주조 챔버(2)에 생성되는 용탕 음압에 의해 제어된다. 당연히 기계 유형에 따라 주조 피스톤(3)의 전진 또는 복귀 이동이 도시된 예에서와 같이 수직 방향이 아니라 수직 방향에 대해 수직 또는 기울어질 수 있다.

주조 몰드(1)는 초기에 폐쇄된 상태를 유지하고, 냉각 시간으로 알려진 시간이 경과하는 동안 몰드 캐비티(13) 내의 용탕 물질(14)이 냉각되고, 그 결과 응고되는 용탕 물질(14)은 원하는 주조품(cast part)(15)을 형성한다. 동시에, 폐쇄 노즐(19)이 폐쇄된다. 폐쇄 노들(19)은 제어 유닛(7)에 의해 노즐 채널 폐쇄 본체의 상응하는 활성화를 통해 기계적으로 폐쇄되고 및/또는 도시된 바와 같이 주조 캐비티(13) 또는 주조 몰드(1) 내에 용탕 물질의 냉각의 결과로서 폐쇄 노즐(19)의 위치에 형성되는 용탕 플러그(20)에 의해 기계적으로 폐쇄된다. 주조 피스톤(3)의 복귀 이동은 용탕 수조(9)로부터 용탕 입구 채널(4)을 통해(경유하여) 주조 챔버(2)로 용탕 물질(14)을 흡입하고 따라서 주조 챔버(2)를 용탕 물질(14)로 재충진한다. 도 4는 재충진 단계 동안의 기계를 도시하며, 이 단계에서 대응하는 흐름 화살표로 도시된 바와 같이 용탕 수조(9)로부터의 용탕 물질(14)이 용탕 입구 채널(4)을 통해 주조 챔버(2)로 유입되어 주조 챔버(2)를 재충진한다. 주조 피스톤(3)의 복귀 이동은 도 4에서 관련된 복귀 이동 화살표(GR)로 기호화되어 있다.

도 2의 작동 단계 B4에서, 용탕 입구 채널(4)을 통해 용탕 수조(9)로부터의 용탕 물질(14)로 주조 챔버(2)를 재충진하는 것은, 주조 피스톤(3)이 주조 피스톤 정지 위치(casting piston stop position) 또는 주조 정지 위치(간략히 또는 단순히 정지 위치)에 도달하자마자 주조 피스톤(3)의 복귀 이동을 중단하고 차단 밸브(5)를 개방 위치(VO)에서 폐쇄 위치(VS)로 전환함으로써, 종료된다. 따라서 주조 피스톤 정지 위치는 주조 피스톤(3)의 밸브 전환 위치, 즉 차단 밸브(5)가 폐쇄 위치(VS)로 전환될 때 주조 피스톤(3)이 차지하는 위치라고도 할 수 있다. 재충진 단계에서 주조 피스톤(3)이 충진 종료 위치(FP)로부터 복귀하는 복귀 이동의 범위는 결과적으로 주조 피스톤(3)의 정지 위치 또는 밸브 전환 위치는 필요에 따라 자유롭게 선택될 수 있으며 특히 주조품의 생산에 필요한 용탕 물질의 양에 즉, 주조품의 부피가 얼마나 되고 결과적으로 다음 주조 사이클을 위해 주조 챔버에 얼마나 많은 용턍 물질을 다시 채워야 하는지에 의존한다. 다시 말해, 밸브 전환 위치는 적어도 재충진 단계가 주조품의 체적에 해당하는 용탕의 체적으로 주조 챔버(2)를 재충진하는 충진 종료 위치보다 적어도 훨씬 뒤에 있다. 차단 밸브(5)의 폐쇄 위치(VS)로의 전환은 차단 제어 밸브의 경우 제어 유닛(7)에 의해 수행되고, 역류 방지 밸브의 경우 주조 피스톤(3)의 복귀 이동이 정지되면 주조 챔버(2)에서 용탕 음압이 더 이상 생성되지 않기 때문에 역류 방지 밸브가 예압 유닛에 의해 폐쇄 위치(VS)로 자동 복귀한다. 주조 피스톤(3)의 주조 피스톤 정지 위치는, 주조 시작 위치(GS) 또는 초기 또는 기본 위치를 나타내며, 주조 피스톤(3)이 다음 주조 사이클이 시작될 때까지 머무르고 있고 결과적으로 다음 주조 사이클이 시작될 때 위치하는 위치이다.

도 5는 이 시점의 기계를 보여준다. 한편, 주조품(15)을 형성하기 위한 주조 몰드(1) 내의 용탕 물질(14)에 대한 냉각은 계속된다.

도 2의 작동 단계 B5에서, 몰드(1)에서 형성된 주조품(15)의 완전한 응고까지의 냉각 시간이 경과되었고, 따라서 주조 몰드(1)는 이동 몰드 반부(1b)를 여는 것에 의해 개방될 수 있고, 형성된 주조품(15)은 주조 몰드(1)에서 제거 및/또는 배출 또는 추방될 수 있다. 도 6은 이 작동 시간에서의 기계를 보여준다. 따라서 작업 시작 후 첫 번째 주조 사이클이 종료되었다. 용탕 출구 채널(6)은 폐쇄 노즐(19) 또는 용탕 플러그(20)에 의해 출구측에서 폐쇄된 상태를 유지한다. 이것은 용탕 물질이 용탕 출구 채널로부터 개방된 몰드로 흘러나가는 것을 방지한다. 마찬가지로 이는 몰드측의 공기가 용탕 출구 채널로 유입되는 것을 방지하고 용탕 물질이 용탕 출구 채널로 역류하는 것을 방지한다. 따라서 용탕 물질(14)은 주조 챔버(2)로부터 출구측 폐쇄 노즐(19)까지 또는 용탕 플러그(20)까지 전체 용탕 출구 채널(6)에 남아 있으며, 즉 주조 시스템은 완전히 사전 충진된 작동 상태에 있다.

도 7은 다음, 두 번째 주조 사이클을 예시한다. 초기에, 작동 단계 B6에서, 몰드(1)가 폐쇄된다. 차단 밸브(5)는 닫혀 있고 폐쇄 노즐(19)도 여전히 닫혀 있다. 주조 시스템은 앞서 언급된 완전히 사전 충진된 작동 상태에 있고, 주조 피스톤(3)은 이전에 수행된 첫 번째 주조 사이클의 재충진 단계의 종료에서 정지 위치인 주조 시작 위치(GS)에 있다. 도 8은 이 시점의 기계를 보여준다.

이 두 번째 주조 사이클 및 모든 후속 주조 사이클에서, 몰드 충진 단계의 시작으로서 또는 실제 몰드 충진 공정 바로 이전의 작동 단계로서, 행정 이득 단계(stroke gain phase)가 먼저 수행되는바, 이 단계에서 주조 피스톤(3)은 주조 시작 위치(GS) 또는 밸브 전환 위치에서 추가 행정 위치(additional stroke position)(ZH)로 다시 후진 이동하며, 이때 차단 밸브(5) 및 폐쇄 노즐(19)은 폐쇄(닫힌) 상태를 유지한다. 이는 도 7에서 작동 단계 B7로 표시된다. 도 8에서, 주조 피스톤(3)의 이러한 복귀 이동은 복귀 이동 화살표(ZR)로 표시된다. 도 9는 이 행정 이득 단계의 종료 시의 기계를 보여준다. 주조 피스톤(3)은 도 9에 비교 방식으로 도시된 바와 같이 주조 시작 위치(GS)에서 추가 행정(BW) 만큼 뒤로 이동한 추가 행정 위치(ZH)에 위치된다. 차단 밸브(5)가 폐쇄되고 폐쇄 노즐(19)도 용탕 플러그(20)에 의해 폐쇄되어, 주조 피스톤(3)의 이러한 복귀 이동은 용탕 물질(14)에 그리고 도 9에 도시된 바와 같이 특히 진공 기포(21)로 상징되는 폐쇄 노즐(19) 바로 뒤의 용탕 출구 채널(6)에 소정 음압을 생성한다.

추가 스트로크 위치(ZH)는 요구 사항에 따라 자유롭게 선택될 수 있으며 예를 들어 첫 번째 사이클의 작동 시작 위치(BS)에 대응할 수 있으나, 대안적으로 또한 작동 시작 위치(BS)에서 벗어나 예를 들어 작동 시작 위치(BS)와 주조 시작 위치(GS)(즉, 밸브 전환 위치) 사이에 대응할 수 있다. 추가 행정(BW)은 전형적으로 주조 시작 위치(GS)로부터 충진 종료 위치(FP)까지의 주조 피스톤 행정 거리의 0.1% 내지 약 30%에 달하며, 많은 경우에 대략 5% 내지 약 20%에 이른다.

행정 이득 단계에 이어 도 7의 작동 단계 B8의 주조 피스톤(3)에 대한 가속 단계(acceleration phase)가 뒤따르며, 가속 단계에서 전진 이동 화살표(VG)로 상징되는 바와 같이 추가 행정 위치(ZH)에서 전진한다. 이 경우, 주조 피스톤(3)의 전진은 용탕 출구 채널(6)에서 이전에 형성된 음압에 의해 강화되며, 그 결과 주조 피스톤(3)은, 추가 행정(BW) 또는 가속 경로를 커버한 후에 주소 피스톤(3)이 주조 시작 위치(GS)에 다시 도달하고 용탕 출구 채널(6)의 음압이 해소되기 전까지, 실질적으로 반대 힘 없이 전진 방향으로 가속될 수 있다. 이러한 방식으로 추가 행정(BW)은 주조 피스톤(3)의 가속 경로로서 기능할 수 있다.

도 7의 작동 단계 B9에서, 실제 몰드 충진 단계에서는, 주조 피스톤(3)이 다시 충전 종료 위치(FP)에 도달하기 전까지, 주조 피스톤(3)의 전진 이동이 주조 시작 위치(GS)를 넘어 계속되고 압력이 주조 챔버(2)의 용탕 물질(14)에 가해지고 용탕 물질(14)을 가압하여 용탕 출구 채널(6)을 통해 몰드(1) 안으로 용탕 물질(14)이 유입된다. 이때, 폐쇄 노즐(19)은 개방되며, 그 때문에 특히 폐쇄 노즐(19)에 형성되었을 수 있는 용탕 플러그(20)가 종래의 방식으로 또한 용탕 출구 채널(6) 밖으로 가압되고 및/또는 열 보조 방식으로 해체(breaking up)된다. 추가로 또는 대안적으로, 폐쇄 노즐이 기계적으로 폐쇄된 경우, 이 기계적 폐쇄가 해제되어 노즐이 개방된다. 도 7의 예에서, 폐쇄 노즐(19)의 개방 및/또는 용탕 플러그(20)의 해체는 가속 단계 후 실제 몰드 충진 단계의 시작에서만 수행된다. 대안적인 실시예에서, 이것은 가속 단계 동안 이미 수행되었을 수 있거나 적어도 그때 시작되었을 수 있다. 다시 말해서, 요구 사항에 따라, 폐쇄 노즐(19)의 개방은 주조 피스톤(3)이 전진하는 동안 주조 피스톤(3)이 다시 주조 시작 위치(GS)에 도달하거나 상기 위치에 도달하기 전의 시점에서, 즉 가속 단계 중에, 또는 충진 종료 위치(FP) 방향으로 주조 시작 위치(GS)를 이미 초과한(overrun) 후에만 시작될 수 있다.

그런 다음 주조 공정은 위에서 설명한 첫 번째 주조 사이클의 경우에서와 같이 재충진 단계로 진행된다. 두 번째 주조 사이클 이후의 추가 주조 사이클은 두 번째 주조 사이클과 동일한 방식으로 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 다이주조 기계는 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 작동 방법을 수행하도록 구성된다. 특히, 이를 위해 제어 유닛(7), 차단 밸브(5) 및 폐쇄 노즐(19)은 각 주조 공정을 수행하도록 상응하게 구성되며, 몰드 충진 단계를 수행하는 경우 차단 밸브(5)는 폐쇄 상태로 유지되고(차단 제어 밸브의 제어에 의해 직접적으로 폐쇄되거나 밸브 액추에이터(16)를 통해 폐쇄되거나 주조 챔버(2)의 용탕 압력의 작용 하에 역류 방지 밸브를 폐쇄 태로 유지함으로써 자동으로 폐쇄 상태로 된다), 제어 유닛(7)은 주조 챔버(2) 내의 주조 피스톤(3)을 제어하여 작동 시작 위치 또는 주조 정지 위치 또는 주조 시작 위치(GS) 또는 추가 행정 위치(ZH)에서 충진 종료 위치(FP)로 이동하여 용탕 물질(14)을 가압하여 용탕 출구 채널(6)을 통해 주조 몰드(1) 내로 유입시킨다. 특히, 제어 유닛(7), 차단 밸브(5) 및 폐쇄 노즐(19)은 차단 밸브(5)를 폐쇄 상태로 유지하면서 재충진 단계 및 몰드 충진 단계에서 폐쇄 노즐(19)을 폐쇄 상태로 유지하도록 구성되며, 먼저 주조 피스톤(3)을 주조 시작 위치(GS)에서 추가 행정 위치(ZH)로 뒤로 이동시킨 다음 주조 피스톤(3)을 추가 행정 위치(ZH)에서 주조 시작 위치(GS)를 지나 충전 종료 위치(FP)로 전전시키며, 이때 초기에 폐쇄 노즐(19)을 닫힌 상태로 유지하고 주조 피스톤(3)이 다시 전진할 때만 개방한다.

도시된 예에서와 같이, 다이주조 기계는 차단 밸브(5) 및/또는 폐쇄 노즐(19)의 하나 이상의 측정된 변수를 감지하기 위한 밸브 센서 유닛(18)을 옵션으로 갖는다. 밸브 센서 유닛(18)에 의해 검출되는 각각의 측정 변수와 관련된 측정 값들은 차단 밸브(5)의 현재 위치 및/또는 폐쇄 밸브의 상태에 대한 제어 피드백을 제어 유닛(7)에 제공하기 위해 필요에 따라 제어 유닛(7)에 공급될 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 차단 밸브(5) 및/또는 폐쇄 노즐(19)의 현재 상태를 예를 들어 오동작의 관점에서 현재 상태를 진단하고 차단 밸브(5) 및/또는 폐쇄 노즐(19)의 유지 보수가 필요한 시기를 식별하기 위해, 상기 측정된 값들이 사용될 수 있다.

요구사항 및 사용 상황에 따라, 밸브 센서 유닛(18)은, 제어 유닛(7)에 대한 링크가 있거나 없는 선택적인 제한 스위치(limit switches)를 포함하는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있으며, 이미 언급한 바와 같이 다이주조 기계의 전체 기계 제어 시스템 또는 이 기계 제어 시스템의 일부일 수 있다. 밸브 센서 유닛(18)은 예를 들어 차단 밸브(5)로부터 오류 진단을 도출하기 위해, 밸브 폐쇄 본체(5c)가 찢어지고 밸브 로드(5d)가 밸브 폐쇄 이동 중에 의도된 위치를 초과하는지 여부 및/또는 밸브 폐쇄 본체(5c)가 실제로 폐쇄 위치에 도달하거나 조기에 정지하는지 여부를 도출하기 위해, 차단 밸브(5)의 행정을 측정하도록 구성될 수 있다. 밸브 센서 유닛(18)은 옵션으로(선택적으로) 또한 진단 모니터링을 위해 밸브 폐쇄 몸체(5c)의 폐쇄력 또는 접촉 압력 및/또는 개방력을 측정하는 밸브 로드(5d)의 힘 센서를 포함할 수 있다. 밸브 액추에이터(16)에 의한 유압 또는 공압 및/또는 전기 밸브 드라이브의 경우, 이러한 모니터링 목적을 위해 밸브 센서 유닛(18)은 또한 제어 유닛(7)에 대한 링크를 갖든 갖지 않든 종래의 디자인의 유량 센서 및/또는 압력 센서를 포함할 수 있다.

도시된 예시적인 실시예 및 위에서 설명된 추가의 예시적인 실시예에 의해 명백해진 바와 같이, 본 발명은 짧은 주조 사이클 시간, 주조품의 더 낮은 기공율 및/또는 주조 피스톤 및 주조 챔버에 대한 낮은 마모를 달성하는 것을 가능하게 하는 다이주조 기계를 작동하기 위한 유익한 방법을 제공하며, 용탕 입구 채널의 차단 밸브와 용탕 출구 채널의 폐쇄 노즐은 본 발명의 방법에 특히 유익한 방식으로 조합되어 사용된다. 본 발명은 또한 이러한 작동 방법을 수행하기에 적합한 다이주조 기계를 제공하며, 다이주조 기계는 특히 핫 챔버 유형일 수 있고 특히 플러그 주조으로 알려진 것에 적합할 수 있다.

Claims (10)

1. 다이주조 기계를 작동하는 방법으로서, 상기 다이주조 기계는 주조 몰드(1), 주조 챔버(2), 상기 주조 챔버에 축방향 이동 가능하게 배열된 주조 피스톤(3), 상기 주조 챔버에 연결되는 용탕 입구 채널(4), 상기 용탕 입구 채널에 제공된 차단 밸브(5), 그리고 상기 주조 챔버에서 상기 주조 몰드에 연결되는 용탕 출구 채널(6)을 포함하며,
   상기 방법은, 각 주조 공정을 수행하기 위해, 몰드 충진 단계에서 상기 차단 밸브를 폐쇄 상태로 유지한 채로 상기 주조 챔버 내의 상기 주조 피스톤은 주조 시작 위치(GS)에서 충진 종료 위치(FP)로 전진 이동하여 상기 용탕 출구 채널을 통해 용탕 물질(14)을 상기 주조 몰드로 가압하고, 상기 몰드 충진 단계 이후의 후속 재충진 단계에서 상기 차단 밸브를 개방한 상태에서 상기 주조 피스톤을 상기 주조 시작 위치로 후진 이동하여 상기 용탕 입구 채널을 통해 상기 주조 챔버에 용탕 물질을 공급하며,
   상기 재충진 단계에서 폐쇄 상태를 유지하는 폐쇄 노즐(19)이 상기 용탕 출구 채널에 사용되고, 상기 몰드 충진 단계에서 상기 차단 밸브를 폐쇄 상태로 유지한 상태에서 상기 주조 피스톤이 상기 주조 시작 위치에서 추가 행정 위치(ZH)로 후진 이동한 후에 상기 추가 행정 위치에서 상기 주조 시작 위치를 통해 상기 충진 완료 위치로 전진 이동하며,
   상기 폐쇄 노즐은 상기 주조 피스톤이 상기 추가 행정 위치로 복귀하는 동안에 폐쇄 상태를 유지하고 상기 주조 피스톤이 다시 전진하는 경우에만 개방되는,
   방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 재충진 단계는 주조품 냉각 단계 동안 상기 주조 피스톤의 복귀 이동으로 상기 몰드 충진 단계에 후속하는 수반 압력 단계 후에 시작하고, 상기 차단 밸브는 상기 재충진 단계의 시작시에 이미 개방되어 있는,
   방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 폐쇄 노즐의 폐쇄는 금속 플러그 형성 공정을 포함하며, 상기 폐쇄 노즐의 개방은 금속 플러그 제거 공정을 포함하는,
   방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 폐쇄 노즐의 개방 및 폐쇄는 노즐 채널 폐쇄 본체에 대한 상응하는 제어된 작동을 포함하는,
   방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 차단 밸브로서 제어 유닛에 의해 제어될 수 있는 차단 제어 밸브 또는 폐쇄 위치에서 예압이 된 역류 차단 밸브가 사용되는,
   방법.
6. 주조 몰드(1), 주조 챔버(2), 상기 주조 챔버에 축방향 이동 가능하게 배열된 주조 피스톤(3), 상기 주조 챔버에 이어지는 용탕 입구 채널(4), 상기 용탕 입구 채널에 제공된 차단 밸브(5), 상기 주조 챔버에서 상기 주조 몰드로 이어지는 용탕 출구 채널(6), 그리고 상기 주조 피스톤을 제어하는 제어 유닛(7)을 포함하는, 다이주조 기계로서,
   각 주조 공정을 수행하기 위해, 상기 제어 유닛(7) 및 상기 차단 밸브(5)는:
   몰드 충진 단계에서 상기 차단 밸브를 폐쇄 위치(VS)로 하고 상기 주조 챔버 내의 상기 주조 피스톤을 주조 시작 위치(GS)에서 충진 종료 위치(FP)로 전진 이동시켜 상기 용탕 출구 채널을 통해 용탕 물질(14)을 상기 주조 몰드(1)로 가압하고, 상기 몰드 충진 단계 이후의 후속 재충진 단계에서 상기 차단 밸브를 개방 위치(VO)로 하고 상기 주조 피스톤을 상기 주조 시작 위치로 후진 이동하여 상기 용탕 입구 채널을 통해 상기 주조 챔버에 용탕 물질을 공급하도록, 구성되고;
   폐쇄 노즐(19)이 상기 용탕 출구 채널(6)에 제공되고,
   상기 제어 유닛(7), 상기 차단 밸브(15) 및 상기 폐쇄 노들(19)은:
   상기 재충진 단계에서 상기 폐쇄 노즐을 폐쇄 상태를 유지하고, 상기 몰드 충진 단계에서 상기 차단 밸브를 폐쇄 상태로 유지한 상태에서 상기 주조 피스톤을 상기 주조 시작 위치(GS)에서 추가 행정 위치(ZH)로 후진 이동한 후에 상기 추가 행정 위치에서 상기 주조 시작 위치를 통해 상기 충진 완료 위치(FP)로 전진 이동하도록 구성되고,
   상기 폐쇄 노즐은 상기 주조 피스톤이 상기 추가 행정 위치로 복귀하는 동안에 폐쇄 상태로 유지되고 상기 주조 피스톤이 다시 전진하는 경우에만 개방되는,
   다이주조 기계.
7. 제6항에 있어서,
   상기 폐쇄 노즐은 용탕 플러그 형성 노즐 부분 및/또는 그 통로 단면과 관련하여 제어 가능한 방식으로 변경될 수 있는 노즐 부분을 구비하는,
   다이주조 기계.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 차단 밸브는 제어 유닛에 의해 제어될 수 있는 차단 제어 밸브 형태 또는 폐쇄 상태에서 예압이 되는 역류 방지 밸브 형태인,
   다이주조 기계.
9. 제8항에 있어서,
   상기 차단 제어 밸브를 작동하기 위해, 상기 제어 유닛에 의해 작동되는 밸브 엑추에이터(16)를 더 포함하는,
   다이주조 기계.
10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차단 밸브 및/또는 상기 폐쇄 노즐의 하나 이상의 측정된 값을 감지하기 위한 밸브 센서 유닛(16)을 더 포함하는,
    다이주조 기계.
    

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