KR960002409B1 - 다이캐스트법 및 다이캐스트장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

다이캐스트법 및 다이캐스트장치

제1도 내지 제6도는 본 발명의 실시예를 표시하는 개략단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 고정금형 2 : 가동금형

3 : 사출슬리이브 4 : 급탕구

5 : 사출플런저 6 : 분류자(分流子)

9,10 : 시일링 11 : 캐비티

13 : 배기구멍 15,16 : 탕도

17 : 탕구 18 : 가스빼기홈

19 : 배기홈 20 : 급탕관

본 발명은, 내부에 유해한 기공(氣孔)을 함유하지 않아 강도특성이 우수한 열처리 가능한 무공성(無孔性) 다이캐스트제품을 고능률로 제조하기 위한 다이캐스트법 및 다이캐스트장치에 관한 것이다.

종래의 보통 다이캐스트법은, 각종의 금속용탕을 고속고압으로 금형내에 충전하여 주조하는 방법으로서, 표면이 우수한 주물을 높은 능률로 제조할 수가 있으므로 각종의 정밀부품의 제조에 널리 사용되고 있지마, 통상은 금속용탕을 10~50㎧의 탕구(湯口)속도와 500~1500㎏/㎠의 압력으로 순간적으로 충전하기 때문에, 금형내부 및 사출슬리이브 내부에 충만하여 있는 공기가 금형외부로 완전히 배출되지 못하고, 충전중인 용탕내로 다량의 기포가 혼입된 상태로 응고하여서, 완성된 다이캐스트제품의 내부에는 크고 작은 무수한 기공이 함유되어 있다.

따라서, 종래의 보통 다이캐스트제품은 강도가 낮을 뿐만 아니라, 강도특성을 향상시키기 위한 열처리를 실시하면 기공내의 가스가 팽창하여 변형 및 표면의 부풀음을 일으키는 결점이 있어서 강도부품 또는 내압부품으로서 사용할 수 없다고 하는 큰 결점이 있는 것은 널리 알려져 있다.

이 결점을 해소할 목적으로, 용량의 충전에 앞서서 금형내부 및 사출슬리이브내의 공기를 진공흡인장치에 의해 외부로 흡인배출하도록 한 각종의 진공다이캐스트법이 제안되어 있지만, 각 방식 모두 금형체결공정을 완료하고, 고정금형과 가동금형의 맞춤면이 완전히 밀착한 상태에서 사출슬리이브내에 급탕한 후에 금형내의 공기를 배출하는 방식으로서, 금형밀착면의 극히 일부분에 설치된 미소한 단면직 밖에 취할 수 없는(충전중에 용탕이 금형외부로 분출하기 때문에 크게할 수가 없다) 가스빼기홈을 통하여 공기를 배출하도록 한것이며, 급탕으로부터 사출충전까지의 허용시간이 짧으므로, 금형내부의 진공도는 일반적으로 50~90% 정도 이어서, 감압다이캐스트법이라고도 불리우고 있으며, 제품내부에는 여전히 상당히 많은 기공이 잔존하고 있는 것이 실상이다.

이것을 더욱 개선하기 위하여, 가스빼기홈의 단면적을 크게하여 금형내의 진공도를 올리는 한편, 용탕의 충전시에 가스빼기홈으로부터 금형외부로 분출하고자 하는 용탕을 저지하는 차단밸브를 배기통로의 도중에 설치하는 방식이 제안되어 있지만, 매회 고온의 용탕이 차단밸브의 슬라이드부에서 응고하기 때문에, 밸브부의 늘어붙음에 의한 작동불량이 생기기 쉬운 결점이 있다.

또, 충전중인 용탕에 의하여 금형내부의 잔류공기를 추출하는 방식의 초저속 진공다이캐스트법도 제안되어 있지만, 이 경우에는 용탕의 일부가 충전중에 응고하기 때문에, 다이캐스트법의 특징의 하나인 두께가 얇은 제품을 주조할 수 없다는 난점이 있다.

또한, 진공다이캐스트법과는 별도의 방식으로서, 활성가스(예를 들어 산소)를 금형내부에 불어 넣어서 공기와 치환하고, 충전중인 금속용탕(예를 들어 알루미늄)과 활성가스를 반응시켜서, 무해한 고체화합물(예를 들어 산화알루미늄)의 미립자를 생성시키는 것에 의하여 기공을 없애고자 하는 무공성 다이캐스트법이 제안되어 있지만, 이 방법에 있어서도 단시간내에 금형내부의 공기를 완전히 활성가스로 치환하는 것은 사실상 불가능한 것이며, 또 금형내부에 충만한 다량의 활성가스의 전량을 용탕과 반응시키는 것도 곤란하기 때문에, 이 방법에 의한 다이캐스트제품중에서도 활성가스를 함유하는 유해한 기공이 잔존하여 열처리시의 불량률도 상당히 높다.

이와 같이, 종래의 각종 진공다이캐스트법 및 무공성 다이캐스트법에 의한 다이캐스트제품은, 보통 다이캐스트법에 의한 것보다도, 상당히 개선되어 있지만, 어떠한 형상치수의 제품에서도 열처리시의 불량률을 0으로 하는 다이캐스트법은 확립되어 있지 않기 때문에, 열처리를 필요로 하는 알루미늄합금 주물의 대부분은, 주조시간이 다이캐스트법과 비교하여 10배 이상 길며 주물표면도 좋지 않은 중력 금형주조법 또는 저압 금형주조법으로 생산되고 있는 것이 현실정이다.

본 발명은, 이상과 같은 종래의 각종 다이캐스트법의 결점을 해소하여, 중력 금형주조법 또는 저압금형주조법과 동등 이상의 고품질주물을, 종래의 다이캐스트법과 동등 이상의 고능률로 대량생산하는 것을 가능하게 하는 다이캐스트법 및 다이캐스트장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

종래의 진동다이캐스트법에서는, 전술한 바와같이 금형체결공정 완료후의 미소한 단면적의 가스빼기홈을 경유하는 것에 의해 불완전하게 밖에 될 수 없었던 금형내부 공기의 흡인배출을, 본 발명 방식은, 금형체결 완료전의 고정금형과 가동금형의 맞춤면의 전체면에 걸치는 근소한 간극을 교묘하게 이용하여, 종래방식의 10배 이상의 큰 단면적의 배기통로가 극히 용이하게 확보될 수 있는 점에 착안하여 이루어진 것으로, 그 큰 단면적의 통로를 활용하여 금형내부공기를 순간적으로 흡인배출해서, 종래는 불가능하였던 금형내부진공도 100%를 실질적으로 달성하여, 유해한 기공이 없는 완전한 무공성 다이캐스트제품을 얻는 것을 가능하게 한것이다.

일반적으로 금형내부의 공기를 급속하게 외부로 배출하는 방법으로서는, 진공펌프에 의해서 내부를 진공으로한 대용적(容積)의 탱크와 금형내부를 연이어 통하게 하는 방식이 사용되고 있다. 예를 들어, 금형내부의 공극용적이1ℓ에서 진공도 0%(대기압)의 금형과 내용적이 200ℓ에서 진공도 100%(완전진공)인 탱크를 연이어 통하게 한 경우, 금형내부의공기는 급속하게 진공탱크내로 흡인되어 양자의 진공도는 99.94%(단열변화)로 되어 평형상태로 되는데, 이 평형압력에 도달하기까지의 소요시간은 양자를 연이어 통하게 하는 통로중의 최소단면적에 대략 반비례한다.

따라서, 미세한 단면적의 가스빼기홈에서 제한되는 종래 방식과 비교하여, 10배 이상의 단면적이 용이하게 확보될 수 있는 본 발명 방식에 있어서는, 종래방식의 1/10이하의 극히 짧은 시간내에 상기한 평형압력에 도달하여, 금형내부는 순간적으로 99.9% 이상의 고진공 상태로 되므로, 가스발생이 없는 수용성 이형제(離型劑)등을 사용하면, 충전중에 용탕내부로 말려 들어가는 가스량은 0.1% 이하로 되고, 용탕중에 용해하고 있는 0.5% 이하의 가스를 가산하여도 가스의 함유율은 0.6% 이하로 억제되어서, 2~10%의 가스를 포함하는 중력금형주물, 저압금형주물보다도 훨씬 고품질의 무공성 다이캐스트제품으로 된다. 참고로 각종 주조법에 의한 알루미늄합금 주조품중에 함유되는 가스의 함유율을 비교예시하면 대략 다음과 같아서, 본 발명 방식에 의한 제품이 압도적으로 우수하다.

주조방식 가스함유율(%)

본 발명 다이캐스트법 0.3~1.0

보통 다이캐스트법 30~70

진공 다이캐스트법 10~30

초저속 다이캐스트법 3~10

무공성 다이캐스트법 5~15

중력금형주조법 2~8

저압금형주조법 3~10

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 제1도, 제2도는 횡형(橫形) 다이캐스트기를 사용한 실시예를 나타내는 것이다. 제1도에 있어서, 다이캐스트기(도시하지 않음)의 금형체결동작에 의하여 금형맞춤면의 간극(A)이 근소한 치수(예를 들어 1㎜정도)로 될 때까지 금형을 체결하면, 가동금형(2)에 이동가능하게 끼워진 분류자(分流子)(6)가, 고정금형(1)에 고정된 사출슬리이브(3)의 좌단개방부에 스프링(7)에 의해서 압착되고, 고정금형(1)과 가동금형(2)에 각각 제품형상으로 성형된 캐비티(cavity)(11)를 포함하는 금형내부는, 시일링(9),(10)에 의하여 외부공기와 차단된다. 이 상태에서 금형체결동작을 일시정지 또는 감속하고, 사출슬리이브(3)의 상면에 개방설치된 급탕구(4)로부터 용탕(12)을 사출슬리이브(3)안으로 주입함과 동시에, 사출플런저(5)를 제1도의 위치로부터 제2도의 위치까지 전진시켜 급탕구(4)를 폐쇄하는 것에 의하여, 사출슬리이브(3)의 내부를 외부공기와 차단함과 아울러, 고정금형(1)에 개방설치된 배기구멍(13)에 접속된 진공흡입장치(도시하지 않음)에 의하여 캐비티(11)를 포함하는 금형내부 및 사출슬리이브 내부의 공극(14)내의 공기의 흡인배출을 개시한다.

이때, 캐비티(11)내의 공기는 고정금형(1)과 가동금형(2)의 맞춤면의 전체면에 남겨진 간극(A)에 의해서 형성되는 큰 단면적의 배기통로를 경유하여, 가동금형(2)에 설치된 고리형상의 배기홈(19)으로 들어가서, 이 홈에 연이어 통하는 배기구멍(13)을 통하여 대용적의 진공탱크를 구비한 진공흡입장치에 의해, 진공탱크안으로 순간적으로 흡인배출된다.

또, 사출슬리이브(3) 내부의 공극(14)내의 공기는 분류자(6)와 가동금형(2)에 각각 설치된 탕도(15),(16) 및 탕구(17)에 금형맞춤면의 간극(A)을 더한 큰 단면적의 통로를 통하여, 캐비티(11)내의 공기와 합류하여 동일하게 순간적으로 배출된다.

이와같이 하여 금형내부 및 사출슬리이브 안은, 전술한 바와같이 순간적으로 진공도 99.9% 이상의 고진공으로 되므로, 흡인배출 개시직후에 금형체결동작을 재개 또는 감속상태를 계속하여, 제2도에 나타내는 바와같이 금형맞춤면의 간극이 0으로 됨과 동시에 사출플런저(5)를 도면의 왼쪽방향으로 고속으로 전진시켜 사출슬리이브내의 용탕(12)을 탕도(15),(16) 및 탕구(17)를 통해서 캐비티(11)안으로 사출충전함과 아울러 상기한 흡인배출동작을 정지한다.

이와같이, 사출충전중에도 진공흡인장치의 작동은 계속하고 있으므로, 사출충전중에 용탕으로부터 유리(遊離)된 가스성분이, 금형맞춤면에 설치된 가스빼기홈(18)을 통하여 흡인배출되어서, 가스를 거의 포함하지 않은 용탕이 진공상태의 캐비티(11)내에서 응고하여 기공을 함유하지 않은 완전한 무공성 다이캐스트제품을 완성한다.

또한, 제1도에 도시한 바와 같이 스프링(7)에 의하여 분류자(6)가 사출슬리이브(3)의 개방부에 밀착하도록 한 것은, 사출슬리이브(3) 안으로용탕(12)을 주입하였을 때, 그 용탕이 금형맞춤면의 간극(A)으로부터 금형외부로 유출낙하하는 것을 방지하기 위한 것이고, 또 분류자(6)와 가동금형(2)의 간극(B)은 항상 금형 맞춤면의 간극(A)과 같은 치수로 되도록 분류자의 치수가 설정되어 있으므로, 제2도에 도시하는 금형체결 완료시에 간극(A)이 0으로 됨과 동시에 간극(B)도 0으로 되어, 다이캐스트기의 금형체결력에 의해 분류자(6)와 사출슬리이브(3)의 밀착면은, 금형맞춤면과 마찬가지로 강력히 압착된다.

또, 금형을 개방하여 캐비티(11)내의 다이캐스트제품을 끄집어내었을 때는, 스프링(7)에 의해 분류자(6)는 가동금형으로부터 돌출되는데, 제2도에 있어서 볼트(8)와 머리부와 가동금형의 간극(C)을 조절하여, 돌출 최대치수를 필요최소한도(예를 들어 3㎜ 정도)로설정할 수 있도록 하고 있다.

제3도, 제4도는 종형(縱形)다이캐스트기를 사용한 실시에를 나타내는 것이다. 제3도에 있어서, 다이캐스트기(도시하지 않음)의 금형체결동작에 의하여, 금형맞춤면의 간극(A)이 근소한 치수(에를 들어, 1㎜ 정도)로 될 때까지 금형을 체결하면, 캐비티(11) 및 슬리이브(3) 내부를 포함하는 금형내부는 시일링(9)에 의해서 외부공기와 차단된다. 이 상태에서 금형체결동작을 일시정지 또는 감속하고, 배기구멍(13)에 접속된 진공흡인장치(도시하지 않음)에 의해 금형내부를 급탕량에 따른 부압(負壓)으로 하여, 급탕로(給湯爐)(도시하지 않음)내의 용탕을 급탕관(20), 급탕구(4)를 통하여 사출슬리이브(3) 내부로 빨아 올림과 동시에, 사출플런저(5)를 제3도의 위치로부터 제4도의 위치까지 상승시켜서 급탕구(4)의 상반부를 폐쇄하는 것에 의해, 사출슬리이브(3) 내부와 급탕관(20)이 연이어 통하는 것을 차단함과 아울러 급탕관(20)과 외부공기를 연이어 통하게 하여 급탕관(20)내에 남아 있는 용탕(21)을 중력에 의해서 급탕로내로 복귀시키는 한편, 배기구멍(13)을 통해서 상기한 진공흡입장치에 의하여 캐비티(11)를 포함하는 금형내부 및 사출슬리이브(3)내부의 공극(14)내의 공기의 흡입배출을 개시한다.

이때, 금형내부 및 사출슬리이브내의 공기는 제1도 ,제2도 의 횡형 다이캐스트기에 있어서의 실시예의 경우와 동일하게 외부로 급속히 배출되어 순간적으로 진공도 99.9% 이상의 고진공으로 되므로, 흡입배출개시직후에 금형체결동작을 재개 또는 감속상태를 계속하여, 제4도에 도시한 바와같이 금형맞춤면의 간극이 0으로 됨과 동시에 사출플런저(5)를 고속으로 상승시켜, 사출슬리이브(3) 내부의 용탕을 탕도(16) 및 탕구(17)를 통해서, 캐비티(11) 내로 사출충전하면, 상기한 횡형 다이캐스트기의 경우와 동일하게 기공을 함유하지 않은 완전한 무공성 다이캐스트제품을 완성한다.

제5도, 제6도는 종형 다이캐스트기를 사용한 다른 실시예를 나타내는 것이다. 제5도에 있어서, 고정금형(1)가 가동금형(2)이 개방된 상태에서 사출슬리이브(3)내로 용탕(12)을 주입함과 동시에 금형체결동작을 개시하여, 제6도에 도시한 바와 같이 금형맞춤면의 간극(A)이 근소한 치수(예를 들어1㎜ 정도)로 될 때까지 고속으로 금형을 체결하면, 제3도의 실시예와 마찬가지로 금형내부는 외부공기와 차단된다. 이 상태에서 금형체결동작을 일시정지 또는 감속함과 동시에 배기구멍(13)에 접속된 진공흡인장치(도시하지 않음)에 의하여, 캐비티(11)를 포함하는 금형내부 및 사출슬리이브(3) 내부의 공극(14)내의 공기의 흡인배출을 개시하면 금형내부는 순간적으로 고진공으로 되므로, 금형체결동작을 재개 또는 감속상태를 계속하여 금형맞춤면의 간극이 0으로 됨과 동시에, 사출플런저(5)를 고속으로 상승시켜서, 사출슬리이브(3) 내의 용탕(12)을 캐비티(11)내로 사출충전하여 기공이 없는 다이캐스트 제품을 얻을 수가 있다.

상기한 횡형 또는 종형 다이캐스트기의 어느 경우에 있어서도, 용탕의 사출충전전에 캐비티 내부는 거의 완전진공으로 되어 있기 때문에, 사출충전기의 용탕의 유동저항이 적어서 쇳물돌림(run)이 좋으므로 두께가 얇은 제품에서도 낮은 압력으로 충전할 수 있고, 또 종래의 다이캐스트법과 같이 응고중인 용탕에 높은 압력을 걸어서 내부의 기포를 없앨 필요도 없으므로, 종래방식의 1/5 정도인 100~300㎏/㎠의 충전압력으로 광범위한 치수형상의 고품질 다이캐스트제품을 주조할 수 있다.

이상에 설명한 본 발명의 실시예에 있어서는, 제1도, 제2도의 횡형 다이캐스트기 경우의 급탕방식으로서 사출슬리이브 상면의 급탕구로부터 주입하는 방식을 예시하였으나, 급탕구를 사출슬리이브의 하면에 설치하여 제3도, 제4도의 종형 다이캐스트기의 경우와 동일하게 금형내부를 부압(負壓)으로 하는 빨아올림(吸上)방식, 또는 저압 금형주조기와 동일한 가스압 밀어올림(押上)방식, 열가압실식(hot chamber type)다이캐스트기에 있어서의 플런저펌프 밀어올림 방식, 혹은 전자(電磁)펌프 밀어올림방식도 채용할 수가 있다. 또, 제3도, 제4도의 종형 다이캐스트기의 경우도 마찬가지로 상기한 각종 밀어올림방식을 사용할 수가 있다.

또한, 상기한 각 실시예에서는 생략한 압출핀, 슬라이드코어(slide core)등을 금형에 장착한 경우에 생기는 간극, 혹은 사출슬리이브와 사출플런저의 슬라이드부등의 각 부분의 간극으로부터 금형내부로 침입하는 외부공기를 방지하기 위해서 각 간극에 밀봉기구를 설치하거나, 그들 간극에 저압의 활성가스(예를 들어 산소)를 공급하여 금형내부로 흡입시키는 기구를 설치하는 등의 대책을 강구할 수도 있다.

실제로, 본 발명 다이캐스트법 및 다이캐스트장치를 사용하여서, 제품중량 20g~5㎏, 제품두께 1㎜~20㎜인 각종 형상의알루미늄합금 다이캐스트제품을 주조하고, 각종의 열처리, 강도시험등을 실시하였지만, 470~530℃ 4시간, 180~200℃ 8시간의 T6 처리에 있어서, 전제품 모두 표면의 부풀음은 전혀 없으며, 내부에도 유해한 기공은 찾아볼 수 없고, 생주물(as cast)상태의 강도도 종래의 보통 다이캐스트제품의 120% 이상이어서 안정하며, 연시율등의 특성도 우수하여서, 어느 제품도 열처리에 의하여 보다 강도를 올려 각종의 강도부품, 내압부품으로서 사용할 수 있는 완전한 무공성 다이캐스트제품인 것이 확인되었다.

이상 설명한 본 발명의 다이캐스트법 및 다이캐스트장치는 다음과 같은 큰 효과를 갖는 것이다.

(1) 종래의 중력금형주조품, 저압금형주조품보다 외관ㆍ내부조직 모두 매우 우수한 무공성 다이캐스트제품을 종래의 다이캐스트법과 동등 이상의 고능률로 생산할 수 있다.

(2) 사출 충전압력이 종래의 다이캐스트법의 1/5 정도로 충분한 것으로, 종래의 소형 다이캐스트기, 대형다이캐스트기와 동등한 대형제품을 수율 높게 주조할 수 있어서, 다이캐스트제품의 제조비용을 대폭적으로 인하할 수 있다.

(3) 사출충전압력, 탕구속도등의 주조조건의 허용범위가 넓으므로, 미경험의 제품형상이라도 주조방안의 설정을 용이하게 할 수 있다.

(4) 사출충전압력이 낮고 탕구속도도 작아서 좋으므로, 금형수명이 현저히 길게 된다.

(5) 주조조건의 허용범위가 넓고 충전압력이 낮으므로, 1세트의 금형으로 다수개의 동종 또는 이종(異種)의 제품을 동시에 주조하는 것이 용이하게 될 수 있다.

(6) 늘어붙음 사고가 많은 용탕차단밸브와 같은 부품이 없으므로, 작동불량을 을이킬 우려가 없다.

Claims (2)

1. 가동금형(2)가 고정금형(1)을 체결하고, 사출슬리이브(3)내의 용탕(12)을 사출플런저(5)에 의해 금형 캐비티(11)로 사출하여 충전시켜 다이캐스트제품을 제조함에 있어서, 어느 한쪽의 금형맞춤면의 외주가장자리 전둘레에 다른쪽의 금형맞춤면의 외주가장자리 끝면에 끼워맞춤 가능한 차단벽부(22)가 돌출설치되어 맞춤면의 전체면 사이에 동일한 소정의 간극(A)을 형성시킨 상태에서 금형내부를 외부공기로부터 차단할 수 있는 가동금형 및 고정금형을 사용하고, 금형체결공정의 종기(終期)에 고정금형(1)과 가동금형(2)의 맞춤면 사이에 소정의 간격을 남겨 금형내부를 외기로부터 차단한 상태에서 금형체결동작을 일시정지하거나 또는 감속함과 아울러, 사출슬리이브(3) 내로 급탕하여서 사출슬리이브(3)내를 외부공기로부터 차단하고, 금형내 및 사출슬리이브내의 공기를 맞춤면 사이의 간극(A)을 통해 외부로 흡인하여 배출함과 아울러, 금형체결동작을 재개하거나 또는 감속상태를 계속하여, 금형체결공정이 완료되어 금형맞춤면이 밀착한 후, 사출슬리이브내의 용탕(12)을 사출하여 충전하도록 한 것을 특징으로 하는 다이캐스트법.
2. 가동금형(2)과 고정금형(1)을 체결하고, 사출슬리이브(3)내의 용탕(12)을 사출 플런저(5)에 의해 금형캐비티(11)로 사출하여 충전시켜 다이캐스트제품을 제조하는 다이캐스트장치에 있어서, 가동금형(2)에는 맞춤면의 외주가장자리 전둘레에 차단벽부(22)가 돌출설치됨과 아울러, 고정금형(1)에는 맞춤면의 외주가장자리 전둘레에 끼워 맞춤부(23)가 오목하게 설치되어, 맞춤면의 전체면 사이에 동일한 소정의 간극(A)을 형성시킨 상태에서 차단벽부(22)가 끼워맞춤부(23)에 끼워맞춤하여 금형내부를 외부공기로부터 차단가능하게 하는 한편, 가동금형(2)에는 맞춤면의 바깥쪽에는 배기홈(19)이 전둘레에 걸쳐 고리형상으로 형성되고, 고정금형(1)에는 한쪽 끝의 개방부가 배기홈(19)에 대향하고 다른쪽 끝이 금형외면에 개방된 배기구멍(13)이 뚫어 설치되어, 외부공기로부터 차단한 상태에서 금형내부의 공기를 맞춤면 사이의 간극(a), 배기홈(19) 및 배기구멍(19)을 통해 흡인배출 가능하게 하고, 가동금형(2)의 맞춤면에는 가스빼기홈(18)이 캐비티(11) 부분으로부터 배기홈(19)에 걸쳐 형성되어 용탕의 사출충전 후까지 금형내부 공기의 흡인배출을 가능하게 한 것을 특징으로 하는 다이캐스트장치.

Images