KR920000809B1 - 금속제품의 주조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

금속제품의 주조방법

제1도는 피스톤 크라운(crown)내의 요(凹)자형 보울(re-entrat bowl)을 성형하기 위한 등압적으로 압분된 형상 솔트 코어(shaped isostatically compacted salt core)의 정면도.

제2도는 제1도의 코어에 의해서 성형된 요자형 보울을 나타내는, 성형완료시의 알루미늄 압착성형 피스톤의 종단면도.

제3도는 제2도의 피스톤을 제2도의 도시 위치로부터 90°각도에서 도시한 유사한 종단면도.

제4도는 제2도의 선 4-4에 따른 횡단면도.

제5도는 기계가공하여 완성된 피스톤을 제2도의 방향과 같은 방향으로 도시한 종단면도.

제6도는 제5도의 완성된 피스톤을 제5도의 도시 위치로부터 90°각도에서 도시한 유사한 종단면도.

제7도는 제5도의 선 7-7에 따른 횡단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 솔트 코어(salt core) 12 : 피스톤

14 : 요자형 보울 16 : 크라운

20 : 스커어트(skirt) 26 : 내경

28 : 피스톤링 홈

본 발명은 압착성형(squeeze forming), 압착구조(squeeze casting) 또는 압출주조(extrusion casting)등으로 알려진 기술(편의상 명세서 및 특허청구의 범위에서 “압착성형”으로 표현함)에 의해 제품제조에 관한 것이다. 이 압착성형 기술은 기본적으로 주형(mold)의 제1부분에 용융금속을 주입하는 단계, 용융금속이 주형덮개에 의해 이동되어 공기를 포집하지 않는 상태로 주형내의 공동(cavity)를 충전하도록 주형을 가압하에 폐쇄하는 단계, 형성될 수 있는 모든 수축 공동(shringkage cavity)들이 확실히 폐쇄 및 충전 되도록 응고가 일어나는 동안 용융금속을 가압상태로 유지하는 단계, 및 주형을 개방하고 성형된 제품을 분리시키는 단계들로 이루어진다.

통상 알루미늄 또는 알루미늄 합금들로된, 여러가지 압착성형제품들을 제조하는 방법은 공지되어 있으나, 이러한 제품은 통상적으로 아주 단순한 형상이였다. 따라서, 더 복잡한 형상을 필요로 하는 경우에는 일반적으로 압착성형제품을 제조한 후에 특정 형태의 기계가공에 의하여 그러한 형상을 얻어야만 한다.

본 발명의 목적은 비용이 많이드는 후속 기계가공을 필요로 하지 않으면서도 보다 복잡한 형상의 제품을 제조할 수 있도록 압착성형에 의한 개량된 제품제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 압착성형 작업동안 일체성을 유지할 정도의 밀도 및 표면상태로 치밀하게 압분되고 압착성형된 제품에 전사(轉瀉)되는데 필요한 형상으로 되어 있는, 일정한 형상으로 압분된 가용성 솔트 코어(soluble salt core)를 주형내에 용융금속을 주입하기 전에 압착성형 프레스의 주형부분내에 위치시키는 단계, 용융금속을 상기 주형내에 주입하는 단계, 용융금속이 주형덮개에 의해 이동되어 상기 코어가 장착된 주형내의 공동이 충전되도록 주형을 가압하에 폐쇄하는 단계, 응고가 일어나는 동안 금속을 가압상태로 유지하는 단계, 주형을 개방하는 단계, 및 압착성형된 제품으로부터 상기 코어를 용해시키는 단계들을 구비하는 압착성형에 의한 금속 제품제조방법이 제공된다.

상기와 같은 가용성 코어는 압착성형된 제품에 요자형으로 만입된 부분 또는 관통구멍을 마련하는데 편리하게 이용할 수 있다. 예컨대, 이와 같은 코어는 내연기관 피스톤의 크라운에 요자형 보울을 마련하기 위해 성형되거나, 또는 무한궤도 조립체의 링크(link)에 관통구멍을 마련하기 위해 성형될 수 있다.

상기 솔트 코어는 필요한 형상 또는 대체로 필요한 형상으로 등압적으로 압축한후에 가공하는 것이 편리한다. 용융금속으로는 알루미늄, 마그네슘 또는 이들의 합금과 같은 경금속을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 방법은 내연기관용 경금속 피스톤의 제조에 편리하게 이용할 수 있는데, 이때 피스톤은 서로 수직방향으로 가동될 수 있는 하부 주형부분 및 이에 협동하는 상부 펀치를 갖고 있는 압착성형 프레스내에서 크라운이 아래를 향하는 상태로 압착성형되며, 코어는 하부 주형부분내에 위치되어 피스톤 크라운내에 보울을 형성하도록 성형되어 있다. 통상적으로 코어는 피스톤 크라운내에 요자형 보울모양을 제공하도록 성형된다.

솔트 코어내에 수분이 흡수되는 것을 방지하기 위하여 건조제를 첨가하는 것이 바람직하며, 이렇게함으로써 치밀한 압분체(dense compact)를 보장하도록 등압 압분중에 염(salt)을 더 치밀하게 압분시킬 수 있게하는 자유 유동 특성을 제공하게 된다. 건조제는 솔트 코어 중량의 약 0.1% 비율의 탄산마그네슘 또는 인산마그네슘일 수 있다. 건조제는 금속의 성형온도에서 분해되지 않는 것을 선택하여야만 하는데, 알루미늄의 경우에 상기 성형온도는 680℃ 내지 750℃ 범위가 된다. 이러한 건조제와 함께 염은 다음과 같은 모든 특성을 지닌 것이 바람직하다.

1. 재료가 필요한 형태로 쉽게 성형될 것.

2. 재료가 압착성형법에 필요한 처리, 온도 및 압력에 견딜 수 있을 정도로 충분히 강할 것.

3. 재료가 성형된 제품으로부터 코어를 용이하게 분리시킬 수 있도록 쉽게 용해(바람직한 것은 물에 쉽게 용해되는 것임)될 수 있는 것.

4. 코어재료 용액은 금속을 거의 또는 전혀 부식시키지 않을 것.

5. 재료가 재사용될 수 있도록 회수할 수 있을 것.

건조제와 함께, 재료는 약 207MPa(30,000p.s.i.)의 압력에서 성형되도록 쉽게 냉각되어 등압적으로 압분될 수 있는 5 내지 250미크론의 입자규격을 가진 미세입자의 염화나트륨을 사용하는 것이 좋다. 이 등압적으로 압분된 염 및 건조제에는 어떠한 후속적인 소결작업을 수행할 필요가 없다.

이에 더하여, 압착성형 작업동안에 염에 열 응력 균열(thermal stress cracking)이 일어나느 것을 감소 또는 제거하기 위하여 상기 코어재료에 팽창 조절제를 첨가하는 것이 바람직하다. 이러한 팽창 조절제는 예를들면 산화알루미늄, 유리분말, 구리합금 침윤제, 흑연, 활석(talc) 또는 미세 규산알루미늄 섬유일 수 있다.

본 발명의 다른 특징들은 첨부도면들에 대한 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명의 방법은 후속 기계가공을 필요로 함이 없이 성형하고자 하는, 통상적으로 복잡한, 형상을 갖는 임의의 금속 제품의 압착성형에도 적용될 수 있으나, 이하 본 발명의 내연기관용 피스톤의 제작과 관련하여 도면을 참조하여 기술한다. 이러한 피스톤은 망간 또는 망간합금으로 성형할 수 있지만 통상적으로 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 성형한다.

피스톤은 통상 서로 수직방향으로 가동될 수 있는 하부 주형부분 및 이에 협동하는 상부 펀치로 구성되는 압착성형 프레스(도시 생략)에서 성형된다. 하부 주형부분은 고정식으로 할 수 있으며 상부 펀치는 하부 주형과의 협동 위치 및 비협동 위치사이에서 왕복 운동될 수 있고, 하부 주형부분과 함께 주형공동을 형성하도록 서로 근접한 관계로 고정가능한 두개 이상의 측면방향으로 이동가능한 주형부분들을 자체적으로 구비 할 수 있다. 도시한 실시예에 있어서, 피스톤은 압착성형된 피스톤내에 결합된 2개의 산화제 1철 팽창 삽입부(insert)들을 포함하는데, 압착성형 과정에서 이러한 팽창 삽입부들은 측면벽에 있는 편치내에 매립된 단추 모양의 자석에 의해서 상부 펀치상에 편리하게 장착될 수 있다.

피스톤은 크라운내의 1개 이상의 보울형 공동들과 함께 크라운이 아래를 향하는 상태로 성형되며, 이러한 공동들은 하부 주형내에서 하부면으로부터 상방으로 돌출하도록 위치한 제1도의 형상 솔트 코어(10)을 제공함으로써 성형된다.

이 솔트 코어(10)은 약 207MPa(30,000p.s.i)의 압력이 가해지는 액체상태에서 우레탄 또는 고무체 탄성백(bag)내에서 냉간 등압 압분함으로써 성형된다. 염은 5 내지 250미크론의 입도를 가진 미세입자의 염화나트륨이며 탄산마그네슘 또는 인산마그네슘으로 구성되는 건조제와 혼합된다. 또한 상기한 팽창 조절제도 첨가되는데, 이러한 첨가제는 예컨데 산화알루미늄, 유리분말, 구리합금 침윤제, 흑연, 활석 또는 미세 규산알루미늄 섬유로 구성되어 있다. 상기 냉간 등압 압분법에 의해 솔트 코어는 제1도에 도시된 형태로 쉽게 성형될 수 있으며, 압착성형과정에서 가해지는 압력에 저항할 수 있을 정도로 완전무결하고 또한 압착성형된 피스톤내에 어떤 후속 기계가공도 필요로 하지 않는 대응하는 형상의 표면을 형성할 정도로 완성된 표면을 가지고 있다.

제1도에 도시한 코어(10)은 압분된 다음에 도시한 바와 같은 최종 형상이 되게 기계가공한다. 그러나 필요한 형상의 복잡성에 따라서 후속적인 기계가공을 할 필요가 없이 이와 같은 최종 모양으로 코어를 압분시킬 수도 있다.

제1도의 코어(10)을 압착성형 프레스의 하부 주형부분에 위치시키고, 팽창 삽입부들을 상부 펀치에 자기력에 의해 고정시키며, 측면방향으로 이동가능한 하부 주형부분들을 서로 체결시킨 다음 용융 알루미늄을 주형 공동내로 주입시킨다. 이때 상부 펀치를 주형 공동과 계합시켜 펀치와 하부 주형부분사이에 형성된 공동을 채우고 있는 용융 알루미늄을 밀어내는데 알루미늄은 응고가 일어나는 동안 약 70MPa(10,000p.s.i)의 압력으로 유지된다. 그 다음에 주형을 열고 압착성형된 피스톤을 분리시키고 형상 솔트 코어를 예를들어 온수를 뿌려서 용해시킨다.

이렇게 성형된 피스톤(12)를 제 2, 3 및 4도에 도시하였으며 여기에서 요자형 보울(14)가 피스톤의 크라운(16)내에 형성되었음을 알 수 있다. 이 보울(14)의 완성된 형상 및 표면은 더 이상 기계가공할 필요가 없는 정도이다. 또한, 제3도에서 확실히 알 수 있는 바와 같이, 산화제 1철 팽창 삽입부(18)들은 피스톤의 스커어트부분(20)과 결합된다. 또한, 제2도에서 알 수 있는 바와 같이, 직경방향으로 대향된 구멍(22)는 피스톤 핀을 수납하기 위하여 관통구멍을 기계가공해야할 위치에서 (압착성형 프레스의 측면방향으로 이동가능한 주형부분들내의 적당한 코어로드에 의해서 성형된) 스커어트 부분(20)내에 성형된다.

제5 내지 제7도는 피스톤 핀을 수납하기 위한 관통구멍(26)이 성형되어 있고 크라운 부분의 주변 표면내에는 피스톤링 홈(28)이 절삭되어 있는 완전하게 최종 기계가공된 피스톤(24)를 도시한다. 또한 크라운(16)의 상부면에는 스키밍 작업을 행하였으나 실질적인 요자형 보울(14)는 전혀 기계가공되지 않았다.

본 발명은 내연기관의 피스톤을 도시하고 상술한 것과 같은 모양으로 압착성형하는데 특히 적용될 수 있으나 첨부된 도면에 도시된 특수한 요자형 보울 형상을 성형하는데에만 국한되는 것은 아니다. 따라서, 압착성형될 제품을 화학적으로 부식시키지 않고, 압착성형과정에 가해지는 압력에 견딜 수 있도록 충분한 일체성 및 표면상태를 가지고 있으며, 성형된 제품내에 어떤 후속 기계가공도 필요로 하지 않는 모양을 형성하는 적당한 형상으로 압분된 가용성 솔트 코어를 마련함으로써 여러가지 모양의 압착성형 제품을 마련할 수 있다.

예컨대, 용융금속을 주입하기 전에 주형 공동내에 원통형 가용성 코어재료를 마련함으로써 무한궤도 조립체의 압착성형링크에 관통구멍을 마련할 수도 있다. 또한, 금속관 주위에 피복체로서 가용성 코어재료를 제공함으로써 성형된 제품에 원통형 관통구멍을 마련하기 위한 가용성 코어재료의 사용을 줄일 수 있는데, 가용성 피복체는 다음게 압착성형된 제품으로부터 용해되므로 직경이 작은 금속관을 빼낼 수 있게 한다.

Claims (10)

1. 주형내에 용융금속을 주입하는 단계, 용융금속이 이동되어 주형 공동을 채우도록 주형을 가압상태로 폐쇄하는 단계, 응고가 일어나는 동안 용융금속을 가압상태로 유지하는 단계, 주형을 개방하여 성형제품을 분리하는 단계를 구비하는 주형내의 용융금속을 압착성형함으로써 경금속 제품(12, 24)를 제조하는 방법에 있어서, 용융금속을 주입하기 전에 코어(10)을 주형내에 위치시킴으로써 필요한 형상이 압착성형 제품으로 형성되고, 상기 코어(10)은 압착성형 작업중에 금속에 의해 전달되는 지속적인 온도 및 압력 조건하에서 일체성을 유지할 수 있을 정도의 밀도 및 표면상태로 미세입자의 염 혼합물을 단순히 등압 압분함으로써 상기 필요한 형상을 형성하도록 제조된 가용성 솔트 코어로 이루어진 것을 특징으로 하는 압착성형에 의한 경금속제품 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 솔트 코어(10)이 약 207MPa(30,000p.s.i)의 압력하에 등압적으로 압분되는 것을 특징으로 하는 압착성형에 의한 경금속제품 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 솔트 코어(10)을 구성하는 염이 5 내지 250미크론의 입자크기를 가진 미세입자의 염화나트륨인 것을 특징으로 하는 압착성형에 의한 경금속제품 제조방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 솔트 코어(10)을 구성하는 염이 건조제와 혼합되는 것을 특징으로 하는 압착성형에 의한 경금속제품 제조방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 솔트 코어(10)을 구성하는 염이 팽창 조절제와 혼합되는 것을 특징으로 하는 압착성형에 의한 경금속제품 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 팽창 조절제가 산화알루미늄, 유리, 구리합금, 흑연, 활석 및 규산알루미늄으로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 압착성형에 의한 경금속제품 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 용융금속이 알루미늄 또는 마그네슘 또는 이들의 합금으로 구성된 것을 특징으로 하는 압착성형에 의한 경금속제품 제조방법.
8. 제1항에 있어서, 내연기관용 피스톤(12, 24)를 제조하기 위해, 피스톤이 서로 수직방향으로 가동될 수 있는 하부 주형부분 및 상부 펀치를 갖고 있는 압착성형 프레스내에서 크라운이 아래를 향하는 상태로 압착성형되며, 솔트 코어(10)은 저부 주형부분내에 위치되어 피스톤 크라운내에 보울을 형성하도록 성형되는 것을 특징으로 하는 압착성형에 의한 경금속제품 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 솔트 코어(10)이 피스톤 크라운내에 요자형 보울형상을 제공하도록 성형되는 것을 특징으로 하는 압착성형에 의한 경금속제품 제조방법.
10. 제8항 또는 9항에 있어서, 상부 펀치를 압착성형된 피스톤과 결합되도록 산화제 1철 팽창 삽입부들을 지지하기 위한 자기 고정수단을 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 압착성형에 의한 경금속제품 제조방법.

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