KR960015338B1 - 저용융점의 합금으로 주물을 만들기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

저용융점의 합금으로 주물을 만들기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

내용없음.

Description

저용융점의 합금으로 주물을 만들기 위한 방법 및 장치
제 1 도는 용융합금으로부터 주물을 만들기 위한 장치의 일실시예를 나타내는 개략도.
제 2 도는 그 내부에 실린더와 밸브를 갖는 용융합금 탱크의 사시도.
제 3 도는 용융합금 탱크안에 배치되는 실린더와 밸브의 사시도.
제 4 도는 폐쇄된 위치에 있는 밸브의 회전 플러그를 나타내는 확대도.
제 5 도는 제 4 도에 도시된 밸브의 개방위치에서의 확대단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 탱크 14 : 실린더
16 : 실린더블록 18 : 안전밸브
22 : 통로 24 : 격리블록
26 : 잠금밸브 28 : 매니폴드
30 : 노즐 32 : 금형
38 : 피스톤 40 : 축
42 : 공압실린더 44 : 유압실린더
46 : 유압밸브 48 : 스테퍼모터
52,56 : 회전작동기 60 : 플러그
본 발명은 플라스틱 재료로 제조된 부품들을 성형하기 위해 용융제거 금속 코어들을 생산하는 금속 주조공정에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 저용융 온도로 합금을 주조하여 밀도가 균일하고 입자구조가 미세한 제품을 얻기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
복잡한 형상의 용융제거 금속부분들은 뒤이어 성형되는 플라스틱 부품들에 코어로 사용하기 위해 제조된다. 이러한 코어들은 용융온도가 낮은 합금으로 제조되며, 코어를 용융시켜 부품만 남겨둠으로써 플라스틱 부품들로부터 제거된다. 다른 실시예에서, 저용융 온도를 갖는 금속 합금들은 터빈 날개와 같은 부품들이 가공단계 및 기타 마무리단계를 위해 유지될 수 있도록 그 부품들을 둘러싸기 위해 사용된다. 사용후 코어 또는 보호 캡슐로부터의 금속은 재용융되어 재사용된다. 저용융 온도의 합금을 주조하기 위한 장치의 한 예가 1985년 10월 2일자로 출원되어 파스코 등에 허여된 미합중국 특허 제4,676,296호에 기재되어 있다.
상기 미합중국 특허 제4,676,296호의 장치에서는, 액체 합금이 탱크에는 실린더가 제공되어 있고, 통로는 실린더 바닥에서 탱크를 지나 금형안으로 연장된다. 사출사이클 사이에서 용융 합금의 흐름을 차단하기 위해 통로에는 밸브가 제공된다. 피스톤은 실린더안에서 위아래로 이동하고, 실린더는 액체 합금이 실린더의 내부로 흐르도록 피스톤을 실린더 상부의 충진구멍 위로 상승시킴에 의해 충진된다. 사출단계를 시작하기전에 피스톤은 하부로 소정량 이동하여 실린더안의 액체 금속합금을 예압시킨다. 이러한 예압단계후, 통로의 밸브는 금형쪽으로 개방되어 액체 합금이 금형안으로 사출될 수 있도록 허용한다.
본 발명은 실린더 바닥에서 금형쪽으로의 통로 또는 전달 라인에 밸브를 제공하며, 상기 밸브는 합금 탱크안에 위치하고 구멍을 가지며, 밸브가 폐쇄위치에 있을때 금형쪽으로의 전달 라인은 차단되지만, 실린더로부터 탱크안의 액체 합금으로의 연결부는 개방되는 구성을 취한다. 이것은 밸브가 폐쇄위치에 있고 피스톤이 상승되었을때, 용융 합금이 구멍을 통해 실린더안으로 유입되는 것을 허용한다. 이것은 또한, 밸브가 닫혀진 상태에서 피스톤이 실린더안에서 몇번 왕복할 수 있도록 하므로써 실린더안의 액체 합금과 탱크안의 액체 합금을 교환 및 재순환시킨다.
합금 탱크내의 밸브상에 이러한 구멍을 추가하므로써, 본 발명은 주형안으로의 사출전에 실린더안의 합금을 예압할 필요가 없다. 이것은 또한 정지 리미트 스위치 또는 다른 제어수단없이 사출단계의 실행을 허용하며, 개방 주형이 아닌 폐쇄 주형의 사용을 허용함으로써, 주형이 체적 제어를 제공하게 되므로써 소정의 체적 제어가 불필요하게 된다. 더욱이, 냉각중 주형안의 액체 합금에 압력을 유지함으로써 균일한 밀도와 미세한 입자구조를 갖는 주물이 얻어진다.
본 발명의 다른 개선점은 복귀행정시 액체 합금이 구멍을 통해 실린더로 유입되므로, 피스톤이 상승될때 탱크안에 구멍이 제공되지 않은 경우처럼 복귀행정에 부가적인 압력이 요구되지 않는 것이다.
용융제거 금속부분들의 성형작동은 일반적으로 공지된 바와 같이 350℃ 이상의 높은 용융 온도를 갖는 금속들이 고압으로 주형안에 사출되는 다이캐스팅과는 다른 것이다. 다이캐스팅에서 사출압력은 일반적으로 5520 내지 27600KPa(800 내지 4000lbs/inch2)이고, 사출시간은 0.03 내지 0.04초의 범위이다. 고온의 금속들이 고속으로 사출되어 좁은 탕구를 통해 주형안으로 난류로 흐르게 되면 실린더 및 주형쪽의 통로에 공기가 갇히고 압력이 형성된다. 이러한 고속 사출공정은 일반적으로 주형안으로 안내하는 탕도를 포함하고, 경화되지 않은 금속은 주조 공정후에 역으로 배출된다.
용융제거 금속부분들은 플라스틱의 용융 온도 이하에서 용융되는 금속으로 제조되어야 한다. 이러한 금속들은 고압 다이캐스팅에는 적합하지 않다. 상기 금속들은 파스코 등에 허여된 미국 특허 제4,676,296호에 기재된 바와 같이 대략 207 내지 345KPa(30 내지 40lbs/inch2) 범위의 압력에서 주조된다. 이보다 높은 압력과 빠른 사출속도에서는 다공성 주물이 형성될 수 있다. 용융제거 금속부분들의 주조에서, 금속은 고압하에서 배치되지는 않지만 주형안으로 흐르도록 허용되며, 충진시간은 금속부분의 크기에 좌우되며 상술한 미국 특허 제4,676,296호에 기재된 바와 같이 약 3 내지 30초 사이에서 변한다. 주형에 금속이 충만되면, 일반적으로 207 내지 276KPa(30 내지 40lbs/incj2)범위의 압력이 다시 금속부분의 크기에 따라 상술한 미국 특허 제4,676,296호에 기재된 바와 같이 1 내지 10초간 유지된다. 주형들은 공동안으로 직접 사출하는 형태이며 탕도를 가지지 않기 때문에, 용융 금속의 역류는 발생되지 않는다.
반복가능한 본 발명의 공정외에도, 저용융점을 갖는 합금으로 만들어진 코어 및 다른 부품들인 주물들은 다이캐스팅법에 의해 생산된 주물보다 개선된 완성 표면과 일정한 밀도의 미세한 입자구조를 갖는다.
본 발명은 사출피스톤이 안에 있고 용융 합금을 탱크에서 주형으로 사출하도록 용융 합금 탱크를 통해 지나가는 사출통로가 있는 사출실린더와, 실린더의 피스톤을 상승 및 하강시키는 수단을 이용하여, 약 350℃이하의 용융점을 갖는 용융 합금등으로부터 주물 또는 보호캡슐을 생산하기 위한 방법에 있어서, 사출실린더에서 주형쪽으로의 통로를 폐쇄하는 단계와, 실린더안의 피스톤을 상승시키므로써 탱크로부터 용융 합금을 사출실린더 보다 아래에서 사출통로에 위치한 밸브 구멍을 통해 사출실린더에 충진하는 단계와, 상기 사출통로의 구멍을 폐쇄하고 사출실린더에서 주형쪽으로의 통로를 개방하는 단계와, 실린더안의 피스톤을 하강시켜 용융 합금을 주형안으로 사출하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 약 350℃ 이하의 용융점을 갖는 용융 합금으로부터 주물 또는 보호 캡슐을 생상하기 위한 장치로서, 용융 합금을 수용하기 적합한 탱크와, 상기 탱크를 통해 탱크 외부에 위치한 주형으로 안내하는 사출통로와의 연결부를 기부에 가지고 있으며 탱크안에 배치된 실린더와, 통로가 주형쪽으로 개방되는 제 1 위치와 통로가 주형쪽으로 폐쇄되는 제 2 위치를 가지며, 탱크안에 배치된 통로의 밸브로서, 실린더 보다 아래에서 사출통로에 배치된 밸브구멍을 통해 실린더로부터의 연결부가 탱크로 안내되는 상기 밸브, 제 1 위치에서 제 2 위치로 이동시키는 밸브작동수단, 실린더안의 피스톤, 밸브를 제 2 위치에 둔채로 실린더안의 피스톤을 상승시켜서 실린더에 용융 합금을 충진하고 밸브를 제 1 위치에 둔채로 실린더안의 피스톤을 하강시켜서 용융 합금을 주형안으로 사출하는 수단 및 주형안으로 사출되는 용융 합금의 유동 속도와 양을 조절하여 주형이 약 3-30초의 시간안에 충진되도록 실린더안의 피스톤을 상승 및 하강시키는 수단을 제어하는 수단으로 구성되는 장치를 제공한다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
약 35℃ 내지 350℃ 범위의 용융 온도를 갖는 저용융 온도 합금들이 코어 또는 보호 캡슐용의 주물을 만드는데 사용된다. 이러한 금속 합금들의 예로는 주석, 안티몬 및 납의 합금들과 비스무트와 주석의 공정 합금들이 있다.
제 1 도에는 용융 합금으로 충진된 탱크(10)가 도시되어 있으며, 상기 탱크내에는 수직으로 위치된 사출시린더(14)가 수출실린더블록(16)의 상부에 설치되어 있다. 상기 사출실린더블록(16)은 안전밸브(18)에 연결되고, 안전밸브(18)는 탱크(10)의 벽(20)에 부착된다. 연결통로(22)는 사출실린더블록 (16)에서 사출실린더(14)에 연결되고, 상기 실린더블록(16)으로부터 안전밸브(18)와 탱크(10)의 벽(20)을 통해 격리블록(24)안으로 연장되며, 상기 격리블록(24)은 단일의 회전식 잠금밸브(26)에 부착되고, 상기 잠금밸브(26)는 매니폴드(28)에 부착된다. 매니폴드(28) 위의 노즐(30)은 수직 상향으로 연장되어 밀폐된 주형(32)에 연결되며, 상기 주형은 내부의 주물(34)을 분리 및 제거하기 위하여 노즐(30)로부터 제거될 수 있다.
제 2 도에 도시된 바와 같이, 사출실린더(14)에는 사출실린더(14)의 위아래로 이동하는 사출피스톤(38)이 축(40)에 설치되어 있다. 상기 사출피스톤(38)은 이중 작용하는 공압실린더(42)에 의해 동력이 공급되고, 상기공압실린더(42)의 부근에는 유압밸브(46)을 갖춘 유압실린더(44)가 연결편(43)에 의해 연결되어 있으며, 상기 유압밸브(46)는 유압밸브(46)를 개폐하여 사출피스톤(38)의 속도를 조절하는 스테퍼모터(steppermotor)(48)를 갖는다. 상기 공압실린더(42)는 이중 작동하여 피스톤(38)을 위아래 양방향으로 작동시킨다. 속도조절은 상기 스테퍼모터(48)에 의해 결정된다.
안전밸브(18)는 회전축(50)에 의해 작동되며, 상기 회전축(50)은 탱크(10)안의 용융 합금(12)의 레벨 위에서 회전작동기(52)로 연장된다. 유사하게, 단일의 회전식 잠금밸브(26)는 회전작동기(56)에 연결된 축(54)에 의해 작동된다. 제 1 도에 도시된 바와 같은 마이크로프로세서(58)는 공압실린더(42)를 작동시켜서 스테퍼모터(48)에 의해 사출실린더(14)안의 피스톤(38)의 속도를 조절하고, 회전작동기(52,56)를 구동시켜서 주조 공정의 순차적인 단계들을 제어하다. 본 발명에서는 피스톤의 운동을 제어하는 장치가 하나만 기재되어 있지만, 제어식 유압실린더와 전자 제어되는 기계적인 수단을 포함하는 다른 시스템들이 사용될 수도 있다.
제 3 도에는 안전밸브(18)와 사출실린더블록(16)이 도시되어 있다. 안전밸브(18)의 플러그(60)는 작동기 회전축(50)에 의해 회전되어 3구멍 2위치밸브(3 port 2 position valve)를 제공하다. 제 4 도 및 제 5 도에 도시된 바와 같이, 플러그(60)의 T자형 구멍(62)은 폐쇄된 위치에 있을때 탱크(10)안의 밸브몸체 구멍(64)에 연결되며, 따라서 제 4 도에 도시된 바와 같은 폐쇄위치에서 사출실린더(14)는 연결통로(22)에 의해 밸브몸체 구멍(64)에 연결되고, 피스톤(38)이 사출실린더(14)에서 상승되어 있을때 액체 합금은 구멍(64)과 연결통로(22)를 통해 실린더내로 유입된다. 피스톤이 리미트 스위치(도시안됨)에 의해 설정된 최대 높이에 도달되면, 안전밸브는 제 5 도에 도시된 형상으로 개방되고 연결통로(22)가 사출실린더(14)에서 주형(32)으로 개방된다. 따라서, 피스톤(38)이 하강함에 따라 용융 합금은 통로(22)를 통해 흐른다. 주형(32)은 개방 주형이 아닌 폐쇄 주형이므로, 완전히 충진되었을때는 용융 합금이 진행될 공간이 없으므로 공압실린더(42)에 의해 하부로 가압된 피스톤(38)에 의해 용융 합금은 시스템내에서 압력하에 유지된다. 피스톤(38)과 주형(32)에 압력을 유지함으로써, 합금은 압력하에서 냉각되고 경화되며 이에 따라 주물(34) 안에 공극이 잔존하지 않게 된다.
양호한 실시예에서, 주형(32)의 충진시간은 금속부분의 크기에 따라 약 3 내지 30초의 범위이며 이러한 시간은 상술한 미국 특허 제4,676,296호에 기재된 범위에 속한다. 주형(32)이 완전히 충진되어 있을때, 압력은 약 207 내지 345KPa(30 내지 50lbs/in2)로 형성되며 이러한 압력은 약 1 내지 10초 동안 유지된다.
사출실린더(14)의 상부에는 상부 구멍(70)이 제공되어 있으므로, 탱크(10)로부터 용융 합금을 배출시키고자 한다면, 피스톤(38)을 상기 상부 구멍(70) 위로 들어올리고 안전밸브(18)으 밸브몸체 구멍(64)을 개방시키기만 하면 된다. 탱크의 바닥에는 배출밸브(도시안됨)가 형성되어 있으며, 이러한 배출밸브가 개방되면, 액체 레벨은 탱크와 실린더 모두에서 동시에 아래로 내려간다. 또한 실린더내의 액체 합금은 밸브몸체 구멍(64)을 개방한채로 실린더의 피스톤(38)을 단순히 왕복이동시키므로써 변화될 수 있으므로, 액체 금속 합금은 피스톤이 왕복이동할때 내외측으로 흐르게 된다.
사출싸이클전에 사출실린더 안에는 거의 압력이 없으며, 안전밸브(18)가 개방되고 단일의 회전식 잠금밸브(26)가 개방되면, 액체 합금이 피스톤(38)의 속도에 의해 조절되어 주형내로 흐르며,상기 피스톤(38)의 속도는 유압실린더(44)의 밸브(46)에 연결된 스테퍼모터(48)에 의해 조절된다. 주형(32)은 폐쇄되어 있지만, 공기구멍들은 사출단계중 주형안에 압력이 형성되는 것을 방지한다. 주형이 완전히 충만되었을때, 피스톤(38)이 사출실린더(14)에서 하부로 가압됨에 따라 압력이 축적되며 액체 합금은 경화될 동안 압력하에서 유지된다. 잠금밸브(28)가 폐쇄되고 안전밸브(18)도 폐쇄된 후, 사출피스톤(38)은 사출실린더(14)에서 위로 상승하여 안전밸브(18)의 구멍(64)을 통해 사출실리더 (14)가 용융 합금으로 재충진되도록 허용한다. 사출실린더(14)의 재충진은 부분적으로는 탱크(10)안의 액체 합금의 무게로 인한 중력에 의해 이루어지며, 또한 사출실린더(14)안의 피스톤(38)이 상승함으로써 발생되는 진공에 의해서도 이루어진다.
도시된 안전밸브(18)는 안전밸브(18)의 원통형 구멍내에서 회전 플러그(60)와 협력한다. 상기 회전 플러그(60)는 왕복 스풀(spool) 밸브보다 누설 및 마모가 적으며 저압력에서 양호하게 작동된다. 양호한 실시예에서, 잠금밸브(26)는 정지 디스크의 연마된 평탄한 표면 위에서 회전하는 평탄한 표면을 갖는 회전부재를 포함하는 형태를 취한다. 안전밸브(18)는 잠금밸브(26)와 유사한 형태로서 추가 구멍이 마련되며, 밸브가 폐쇄위치에 있을때 측벽의 구멍은 사출실린더(14)로 이어지는 연결통로(22)를 탱크(10)내의 액체 합금과 연결시킨다.
합금을 주형에 분배하는 합금 유동률은 약 0.1 내지 1kg/sec에서 변환된다. 탱크(10)는 액체 합금을 설정된 온도로 유지하며, 합금이 용융 온도 이상에서 유지되고 주형안으로 용이하게 흐르는 것을 보장하기 위하여 통로 및 탱크 외부의 잠금밸브와 주형에 가열기(heater)가 제공된다.
본 발명은 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 다양한 변경과 수정이 가해질 수 있다. 예를 들어 탱크내에는 단지 하나의 사출실린더(14)만이 사용되었지만, 분리된 주형과 연결되는 자체 통체를 각각 갖는 복수개의 실린더가 사용될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 내부에 사출피스톤(38)이 설치되고 용융 합금을 탱크로부터 주형(32)으로 사출하기 위해 용융 합금 탱크를 통과하는 사출용 연결통로(22)를 구비한 사출실린더(14)와, 상기 사출실린더(14)내의 피스톤을 상승 및 하강시키는 수단을 이용하여 350℃ 이하의 용융점을 갖는 용융 합금으로 주물 또는 보호 캡슐을 제조하기 위한 방법에 있어서; 상기 사출실린더(14)로부터 상기 주형(32)쪽으로의 연결통로(22)를 폐쇄하는 단계와, 상기 사출실린더의 피스톤(38)을 상승시키므로써, 상기 실린더보다 낮은 하부의 위치에서 용융 합금(12)을 탱크(10)로부터 상기 연결통로(22)에 배치된 밸브몸체 구멍(64)을 통해 상기 사출실린더(14)에 충진하는 단계와, 상기 사출통로에 있는 상기 밸브몸체 구멍(64)을 폐쇄하고, 상기 사출실린더(14)에서 상기 주형(32)쪽으로의 연결통로(22)를 개방하는 단계와, 상기 실린더안의 상기 피스톤(38)을 하강시키므로써 상기 주형내로 용융 합금을 사출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주물 또는 보호 캡슐의 제조방법.
  2. 제 1 항이 있어서, 사출단계중 상기 주형(32)안에 압력이 존재하지 않도록 상기 주형쪽으로의 용융 합금의 흐름이 조절되는 것을 특징으로 하는 주물 또는 보호 캡슐의 제조방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 주물의 경화중 상기 주형(32)안의 용융 합금이 압력하에서 지지되도록 상기 사출단계후에 상기 사출피스톤(38)에 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 주물 또는 보호 캡슐의 제조방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 사출실린더(14)는 상기 용융 금속 탱크(10)안에 배치되며, 상기 사출실린더(14)의 충진은 밸브몸체 구멍(64)이 개방되고 상기 사출피스톤(38)이 상승되었을때 중력에 의해 보조되는 것을 특징으로 하는 주물 또는 보호 캡슐의 제조방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 주형에 인접하여 상기 용융 합금 탱크 외측의 연결통로(22)에 부가적인 회전식 잠금밸브(26)가 설치되며, 상기 회전식 잠금밸브(26)는 충진단계중 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 주물 또는 보호 캡슐의 제조방법.
  6. 350℃ 이하의 용융점을 갖는 용융 합금으로부터 주물(34) 또느 보호 캡슐을 제조하기 위한 장치에 있어서, 용융 합금을 수용하기 위한 탱크(10)와, 상기 탱크(10)를 통해 그 탱크 외부에 배치된 주형(32)에 연결되는 사출통로와의 연결부인 연결통로(22)를 기부에 가지며, 상기 탱크(10)안에 배치된 사출실린더(14)와, 주형(32)쪽으로의 연결통로(22)가 개방되는 제 1 위치와 주형(32)쪽으로의 연결통로(32)가 폐쇄도는 제 2 위치를 가지며, 상기 탱크안에 배치된 통로에 위치되는 밸브와, 상기 밸브를 상기 제 1 위치로부터 상기 제 2 위치로 이동시키기 위한 밸브작동수단(42)과, 상기 사출실린더(14)내의 피스톤(38)과, 사출실린더(14)에 용융합금을 충진하기 위해 상기 밸브를 상기 제 2 위치에 둔채로 사출실린더(14)내의 상기 피스톤(38)을 상승시키고, 용융 합금을 주형안으로 사출하기 위해 상기 밸브를 상기 제 1 위치에 둔채로 사출실린더(14)내의 상기 피스톤(38)을 하강시키는 수단과, 상기 주형(38)내로 사출되는 용융 합금의 유동 속도와 양을 조절하여 상기 주형이 충진되도록 상기 사출실린더(14)내의 피스톤 상승 및 하강수단을 제어하는 수단을 포함하며, 상기 사출실린더(14)로부터의 연결부는 실린더 하부의 사출통로에 배치된 밸브몸체 구멍(64)을 통해 상기 탱크(10)로 안내되는 것을 특징으로 하는 주물 또는 보호 캡슐의 제조장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 밸브는 밸브몸체에서 회전하는 회전식 밸브 플러그(60)를 갖는 회전식 밸브이며, 상기 밸브가 상기 제 1 위치에 있을때 직선 채널은 상기 밸브 플러그(60)를 통해 연장되어 상기 사출실린더(14)와 상기 주형(32)사이에 개방된 통로를 제공하며, 상기 밸브가 상기 제 2 위칭 있을때 상기 밸브몸체 구멍(64)과 상기 실린더 사이의 연결부가 개방되는 것을 특징으로 하는 주물 또는 보호 캡슐의 제조장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 밸브 플러그(60)는 3구멍 2위치 밸브이며, 그 내부에는 상기 밸브몸체(18)내의 구멍과 일치하는 T자형 구멍(62)이 형성된 것을 특징으로 하는 주물 또는 보호 캡슐의 제조장치.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 피스톤(38)이 완전히 상승된 위치에 있을때, 실린더를 통기시키기 위해 사출실린더(14)의 상부에 통기용의 구멍(70)이 설치되는 것을 특징으로 하는 주물 또는 보호캡슐의 제조장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 밸브몸체(64)은 상기 탱크(10)로부터 용융 합금이 배출될때, 상기 사출실린더(14)와 상기 주형쪽으로의 연결통로(22)에서 합금이 배출되도록 특징으로 하는 주물 또는 보호 캡슐의 제조장치.
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