KR970005370B1

KR970005370B1 - 진공 주조법

Info

Publication number: KR970005370B1
Application number: KR1019940013336A
Authority: KR
Inventors: 야스유키 아라까와; 다모쯔 하세까와; 아쯔시 오다
Original assignee: 도요다 지도샤 가부시끼가이샤; 긴바라 요시오
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1994-06-14
Publication date: 1997-04-15
Also published as: JPH0716727A; EP0634239B1; US5462107A; DE69410703D1; EP0634239A1; DE69410703T2; KR950000260A

Abstract

내용 없음.

Description

진공주조법

제1도는 본 발명의 진공 주조법을 실시하는 장치의 금형 닫기 전의 단면도.

제2도는 제1도 장치의 금형이 닫힌 후 제품 캐비티 감압 후의 단면도.

제3도는 제1도 장치의 제품 캐비티로 용탕을 충진 중의 단면도.

제4도는 제1도 장치의 제품 캐비티가 닫힌 후 가압핀 작동시의 단면도.

제5도는 본 발명의 제1실시예의 진공 주조법에 있어서의 탕면 높이대 시간 특성도.

제6도는 본 발명의 제2실시예의 진공 주조법에 있어서의 탕면 높이대 시간 특성도.

제7도는 탕면 상승 속도를 10cm/sec 보다 크게 했을 때의 용탕의 공기 유입 상태를 나타내는 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 상부 금형(upper die) 4 : 하부 금형(lower die)

6 : 제품 캐비티(molding cavity)

8 : 용탕돔(molten metal retaining dome)

10 : 게이트(gate) 12 : 탕구(sprue)

14 : 탕도(runner) 20 : 스토크(stalk)

[산업상의 이용분야]

본 발명은 제품 캐비티를 진공으로 하여두고 게이트를 열어 용탕을 고속으로 제품 캐비티 내부로 충진하는 신규의 진공 주조법에 관한 것으로, 특히 용탕이 제품 캐비티 내부를 고속으로 충진할 때 용탕의 공기나 용탕 금속 산화물 등이 유입되는 것을 방지한 진공 주조법에 관한 것이다.

[종래의 기술]

고품질, 저비용의 경합금주조법으로서, 본 출원인에 의해 이미 VPC 주조법(Vaccum Precharged Closed Squeeze Casting, 이하 진공주조법이라 함)이 제안되었다(특허출원평 4-309543호).

상기 진공 주조법은 제품 캐비티가 게이트에 의해서 용탕돔 내부의 공간으로부터 차단(shut off)되고, 제품 캐비티를 대략 진공으로 감압하여 용탕 유지로(molten metal holding furnace)의 용탕을 용탕돔중으로 상승시켜 게이트를 열고 용탕돔중의 용탕을 제품 캐비티로 고속으로 충진하고, 용탕이 충진된 제품 캐비티를 셔트핀(shut pin)으로 차단하고, 가압핀으로 제품 캐비티 내부의 용탕을 가압하고 응고시키는 방법으로 되어 있다.

상기 진공 주조법에서는 제품 캐비티가 용탕을 채우기 전에 진공으로 되기 때문에, 제품 캐비티로부터의 공기의 유입으로 인한 주조 결함이 없이, 제품 품질이 향상되고 진공이므로 용탕을 채우는 속도가 빠르고 흐름성이 우수하여 제품의 두께를 슬림화하며, 경량화가 용이해지는 등의 이점이 얻어진다.

[발명이 해결하려는 과제]

상기 진공 주조법에서는 제품 캐비티를 대략 진공으로 하고 있기 때문에 제품 캐비티에서 용탕으로 공기 유입(involving air)은 방지되나 용탕 유지로로부터 스토크를 통해, 용탕돔까지 용탕이 상승할 때 공기와 접촉됨으로, 고제품 품질을 얻기 위해서는 이 용탕 경로로 공기가 유입되는 것을 제어하여야 한다.

용탕 경로상에서 용탕의 공기 유입을 좌우하는 조건을 시험에 의해 규명하고, 용탕 공급 조건을 용탕으로 공기가 유입되지 않는 범위로 설정하는 동시에 생산성도 조화시킨 조건으로 할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 용탕 유지로로부터 용탕돔까지의 용탕 경로에 있어서, 용탕돔 송급 조건을 용탕의 공기 유입을 발생시키지 않고 생산성도 저하시키지 않도록 설정한 진공 주조법을 제공하는데 있다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

상기 목적을 달성하는 본 발명의 방법은 제품 캐비티를 용탕 유지로에서 스토크를 거쳐 연결 관통하는 용탕돔 내부의 공간으로부터 게이트에 의해 차단하고, 상기 캐비티를 대략 진공으로 감압함과 동시에 상기 용탕 유지로 내부의 용탕을 상기 용탕돔중에 상승시켜, 상기 게이트를 열어 용탕돔중의 용탕을 상기 캐비티 내부에 고속으로 충진하고, 용탕을 충진한 제품 캐비티를 셔트핀으로 차단하고, 가압핀으로 용탕을 가압하고 냉각 응고시키는 공정으로 된 진공 주조법에 있어서, 다음의 (1) 또는 (2)의 방법으로 이루어진다.

(1) 용탕을 스토크를 거쳐 용탕돔중에 상승시키는 공정에서 용탕 상승 속도를 5 내지 10cm/sec로 한 진공 주조법.

(2) 용탕을 스토크를 거쳐 용탕돔중에 상승시키는 공정으로 용탕 상승 속도를 초기와 말기에서 변화시켜 말기 상승 속도를 5 내지 10cm/sec로 하고, 초기 상승 속도를 10cm/sec 보다 빠르게 하는 진공 주조법.

[작용]

본 발명의 진공 주조법에서는 용탕 유지로로부터 용탕돔까지의 용탕 경로에 있어서 용탕의 공기 유입을 좌우하는 조건의 한가지로, 스토크를 거쳐 용탕돔 내부로 상승하는 용탕의 상승 속도에 있다는 것이 시험에 의해 발견되었다. 스토크(stalk)는 적어도 그 내면이 세라믹으로 형성되어 있고 이 세라믹면은 부착물이 없는 깨끗한 상태의 조면(粗面)이며, 또한 용탕에 대한 흐름성이 좋지 않다. 이 상태에서 용탕을 급속히 상승시키면, 움직이는 탕면과 스토크내면과의 경계부에서 용탕의 공기 유입이 발생한다. 용탕의 상승속도가 늦으면 용탕의 공기 유입은 발견되지 않는다. 상승 속도가 10cm/sec 이하에서는 용탕의 공기 유입이 무시될 수 있어 상기 (1)의 방법에서는 스토크 내부의 용탕 상승 속도를 10cm/sec 이하로 설정하였다. 그러나, 속도가 너무 낮으면 주조 싸이클 타임이 길게 되고 생산성이 저하함으로서 하한을 생산성의 문제를 일으키지 않는 5cm/sec로 하였다.

또한, 용탕 상승의 초기에 용탕 상승 속도가 빠른 용탕이 공기를 유입하며 이 공기는 부력으로 용탕안으로 부상하고, 용탕 상면이 용탕돔 내부의 게이트보다 높은 위치로 도달하는 사이에 용탕 상면에 도달하여, 게이트가 열릴 때에도 제품 캐비티 내부로 흘러들어가지 않는다. 용탕 상승의 말기에 용탕이 공기를 유입한다면, 공기가 용탕상면으로 부상하기 전에 게이트가 열리게 되어, 유입된 공기가 제품 캐비티로 흘러들어갈 염려가 있기 때문에 상기 (2)의 방법에서는 용탕 상승 말기의 용탕 상승 속도는 공기 유입을 발생시키지 않는 5 내지 10cm/sec로 하고 용탕 상승 초기를 10cm/sec 보다 빠르게 하여 (1)의 방법에 비하여 생산성을 더욱 향상시켰다.

[실시예]

제1도 내지 제6도는 본 발명의 실시예를 도시하고 있고, 그중 제1도 내지 제4도는 모든 실시예에 공통의 구성을 하고 있으며, 제5도는 제1실시예의 특유한 구성을, 제6도는 제2실시예에 특유한 구성을 나타내고 있다. 또한, 제7도는 용탕 상승 속도가 빠를 때의 용탕의 공기 유입(air involvement)을 나타내고 있다. 모든 실시예에 걸쳐 공통의 구성부분에는 동일 부호를 부여하였다.

먼저, 모든 실시예에서 공통의 구성, 작용을 제1도 내지 제4도를 참조하여 설명한다. 본 발명 방법을 실시하는 주조 장치는 종래의 고압 주조법, 다이캐스트법 등의 복잡한 용탕사출 기구가 아니고 단순한 구조로 되어 있다. 또, 종래의 저압 주조 법에 비해 용탕돔으로부터 제품 캐비티를 차단, 밀폐하는 게이트와, 진공 생성 기구를 구비하고 있어, 용탕을 진공 생성 기구에 의해 생성된 제품 캐비티내의 진공과 용탕돔 안의 대기압과의 압력 차이에 의해 제품 캐비티에 고속으로 충진할 수 있도록 되어 있다.

더욱 상세하게는, 상부 금형(upper die)(2), 하부 금형(lower die)(4)으로 구성되 금형은 상부 금형(2)을 상하 이동시킴에 의해 개폐(open close)가능하게 되어 있다. 금형에는 제품 캐비티(6)가 형성되어 있고, 제품 캐비티(6)는 금형중앙의 용탕돔(8) 주변에 방사상으로 배치되어 있다. 제품 캐비티(6)는 용탕돔 내부의 공간으로부터 게이트(10)에 의해 차단 또는 밀봉 가능하고, 게이트(10)는 용탕돔(8)의 하측단부에 형성되어 있고, 용탕돔(8)이 상승된 위치일 때는 게이트(10)가 닫히고, 용탕돔(8)이 하강된 위치일 때는 게이트(10)가 열리게 된다. 제품 캐비티(6)는 금형을 닫고(closed) 게이트(10)로 차단한 후 진공 흡인구(26)를 거쳐 진공이 생성된다.

용탕돔(8)은 하부 금형(4)에 형성된 탕구(12)와 스토크(20)를 거쳐서 용탕 유지로(22)와 연결 관통되어 있고, 용탕 유지로(22)내의 용탕(24)(예를들면, 알루미늄 용탕)에 가압구(28)로부터의 압력을 받아 용탕돔(8) 내부에 용탕(24)을 밀어올릴 수가 있도록 되어 있다.

용탕돔 내부의 공간과 제품 캐비티(6)를 접속하는 탕도(14)에는 셔트핀(16)이 설치되어 있고, 셔트핀(16)에 의해 제품 캐비티(6)를 밀봉할 수 있다. 제품 캐비티(6)에는 가압핀(18)이 향하여 있고 제품 캐비티 내부의 용탕을 응고전에 가압할 수 있게 되어 있다.

진공 주조법은 제1도 내지 제4도에 도시된 바와 같이 실시된다. 먼저, 상부 금형과 하부 금형을 닫으면 제1도에서 제2도의 상태로 된다. 그후, 용탕돔(8)을 상부 금형(2)에 대하여 상대적으로 하강시켜 제품 캐비티(6)를 대기와 연결 관통하고 있는 용탕돔 내부의 공간으로부터 게이트(10)에 의해 차단한다. 게이트(10)의 차단에 의해 제품 캐비티(6)는 밀폐 상태로 된다. 그리고, 제품 캐비티(6)를 진공 흡인구(26)를 거쳐 진공 생성하여, 대략 진공(50torr 보다 고진공, 적합하게는 20torr 이하이고, 10torr 전후)으로 감압한다. 종래의 진공 다이캐스트법은 50 내지 100torr이므로 50torr 보다 고진공으로 함으로서 진공 다이캐스트법과 구별된다. 20torr 이하에서 종래의 주조품과 비슷한 정도의 품질이 얻어진다. 제품 캐비티(6)의 진공 생성과 전후하여 용탕 유지로(22) 내부의 용탕액면에 가압구(28)를 거쳐 압력을 가하고 용탕(24)을 용탕돔(8) 내부로 가압한다. 이때 용탕(24)의 상승 속도는 용탕돔(8) 내부에서 약 5 내지 10cm/sec이다. 가압력의 증가를 어느 레벨에서 정지시켜 탕면 상승을 정지시켜도 용탕 유지로 주변의 기체의 쿠션에 의해 용탕돔(8)내의 탕면은 상하로 수초간 진동하고 그후 정지한다.

따라서, 제3도에 도시한 바와 같이, 게이트(10)를 열고 용탕돔(8)중의 용탕(24)을 제품 캐비티(6)에 용탕돔(8) 내부의 게이트부 압력(대략 대기압)과 제품 캐비티(6) 내부 압력(대략 진공)과의 압력차를 이용하여 고속으로 채운다. 용탕(24)의 제품 캐비티(6)내에서의 속도는 대략 7cm/sec이다. 이것은 종래의 저압 주조의 약 0.5cm/sec에 비해 고속으로, 용탕 흐름 특성을 향상시켜 제품의 슬립화를 가능하게 하고 있다. 7cm/sec의 고속은 종래의 다이캐스트법에서는 얻어질 수 있으나 다이캐스트법은 용탕의 공기 유입이 있고, 용탕을 가압하여 넣기 때문에 유압 실린더를 필요로 하는점에서 본 발명의 진공 주조법에 비해 떨어진다. 또한, 진공으로 충진함에 따라 제품 캐비티(6)에 있어서 용탕의 공기 유입이 없고 주조 결함을 발생시키지 않는다.

이어서, 제4도에 도시된 바와 같이 셔트핀(16)을 하강시켜서 탕도(14)를 차단하고, 용탕을 채운 제품 캐비티(6)를 밀봉한다. 이 상태에서 제품의 두께부에 배치한 가압핀(18)을 작동시키고, 충분하게 용탕에 가압을 가하여 빨리 응고시킨다. 이때에는 용탕 유지로의 가압을 해제하고 진공 생성도 해제한다. 응고후 금형이 열리고 제품을 꺼낸다. 금형 표면에 이형제를 도포하고 다음 주조 싸이클로 들어간다.

다음에, 각 실시예의 방법에 특유한 구성, 작용을 설명한다.

제1실시예에서는 제5도에 도시한 바와 같이, 용탕(24)을 스토크(20)를 거쳐 용탕돔(8)중에 상승시키는 공정이며, 용탕 상승 속도는 5 내지 10cm/sec로 설정되어 있다. 탕면은 탕도(14) 보다도 높은 위치까지 상승되고, 거기서 용탕(24)의 상승이 정지되며 2 내지 10sec 정도로 탕면 상승을 정지시켜 탕면의 진동을 안정시킨 후, 게이트(10)가 열리고 용탕돔(8)으로부터 제품 캐비티(6)에 용탕(24)이 채워진다. 단, 스토크(20)는 적어도 내면이 세라믹으로 구성되어 있다.

용탕 상승 속도를 10cm/sec 이하로 하는 이유는 10cm/sec를 넘는 속도로 탕면을 상승시키면 세라믹 내면의 스토크(20)의 경우, 벽면 부착물이 없는 깨끗한 상태에서도 무시할 수 없는 정도의 공기 유입이 발생하기 시작하는 것이 시험으로 확인되었기 때문이다. 제7도는 상승 속도가 10cm/sec 보다 큰 경우, 상승시에 탕면이 유동하고 스토크(20) 내면과의 경계에서 공기의 유입이 발생하고 기포(102)가 나오는 상태를 도시하고 있다. 또한, 용탕 상승 속도를 5cm/sec 이상으로 하는 이유는, 그 속도보다 낮추면 생산성 저하의 문제가 발생하기 때문이다.

탕면의 상승 속도 제어는 가압구(28)를 거쳐 용탕 유지로(22)의 용탕(24)의 액면에 있어서의 압력을 제어함으로서 행할 수가 있다.

제1실시예의 상승 속도 5 내지 10cm/sec로 탕면이 스토크(20), 용탕돔(8) 내부를 상승시킬 때에는 제7도에서처럼 용탕에 의한 공기의 유입은 발생하지 않는다.

또한, 탕면을 상승 정지후 2 내지 10초 가량 상승 정지 상태를 유지함으로서 그 사이에 탕면 진동은 정지된다. 즉, 탕면 상승을 갑자기 정지시키면 용탕 유지로(22) 상면의 스페이스의 공기의 쿠션 효과로 용탕돔(8) 내부의 탕면은 상하로 진동하지만 2 내지 10초 정도 지나면 진정된다. 이 유면의 진동이 정지하고 게이트(10)를 여는 것에 의해 진동중에 게이트를 열때 발생할 수 있는 탕면에 떠있는 기포나 산화물을 제품 캐비티로의 유입과 그것에 의한 주조 결함의 발생을 방지할 수 있다.

제2실시예에서는, 제6도에 도시된 바와 같이, 용탕(24)을 스토크(20)를 거쳐 용탕돔(8)중에 상승하게 하는 공정으로, 용탕 상승 속도를 상승 공정 초기와 상승 공정말기에서, 서로 다르게 말기 상승 속도를 5 내지 10cm/sec로 하고 초기 상승 속도를 10cm/sec 보다 빠르게 한다. 초기 상승 속도는 10cm/sec 보다 빠른 속도 범위에서 여러 단계로 변화시켜도 좋다.

탕면이 용탕돔(8) 내부에서 탕도(14) 보다 높은 소정 위치까지 상승하면 상승을 정지하고, 상승 정지 시간을 2 내지 10초로 한 후 게이트(10)를 열면 용탕돔(8)내의 용탕은 제품 캐비티(6)로 유입된다. 2 내지 10초의 탕면 상승 정지 기간을 설정하는 이유는 그 사이에 탕면의 진동이 진정되기 때문이다.

상기에서, 탕면 말기 상승 속도를 5 내지 10cm/sec로 하는 것은, 게이트(10) 근방의 용탕돔 벽면과 용탕이 접촉하여, 용탕이 공기를 유입하고, 기포가 충분한 시간을 거쳐 탕면상에 부상하기 전에 게이트(10)가 열려 기포(102)가 제품 캐비티(6)로 유입되는 것을 방지하기 위한 것이다. 5 내지 10cm/sec의 상승 속도에서는 용탕의 공기 유입이 발견되지 않는 것은 제1실시예에서 서술한 것과 같다.

또한, 탕면 초기 상승 속도를 10cm/sec 보다 빠르게 하는 것은 이 시기에 용탕(24)이 공기를 유입하여도 게이트(10)가 열릴때의 충분한 시간이 있기 때문에 공기(102)는 용탕상에 도달하고 탕면의 상승과 함께 상승하여 제품 캐비티(6)로 유입되지 않기 때문이다. 그리고, 이와 같은 경우에는 탕면 상승 속도를 빠르게 하고 주조의 싸이클 타임을 단축하는 것이 허용되기 때문이다.

[발명의 효과]

특허청구범위 제1항에 따르면, 용탕은 스토크를 거쳐 용탕돔중에 상승시키는 공정으로, 용탕 상승 속도를 5 내지 10cm/sec로 하기 때문에 용탕의 공기 유입이 방지되고 제품 품질을 높게 유지시킬 수가 있다.

특허청구범위 제2항에 따르면, 용탕은 스토크를 거쳐 용탕돔중에 상승시키는 공정으로, 말기 상승 속도를 5 내지 10cm/sec로 하고 초기 상승 속도를 10cm/sec 보다 빠르게 한 것으로, 용탕중 제품 캐비티에 유입하는 부분의 공기 유입을 방지할 수 있고, 제품 품질을 높게 유지시킬 수 있고, 주조의 싸이클 타임을 단축시켜 생산성을 향상시킨다.

Claims

제품 캐비티(6)를 용탕 유지로(22)에 스토크(20)를 거쳐 연결 관통하는 용탕돔(8)내의 공간으로부터 게이트(10)에 의해 차단하고, 상기 캐비티(6)를 진공으로 감압함과 동시에 상기 용탕 유지로(22) 내부의 용탕을 상기 용탕돔(8)중에 상승시켜, 상기 게이트(10)를 열고 상기 용탕돔(8)중의 용탕을 상기 제품 캐비티(6)에 고속으로 충진하고, 용탕이 충진된 상기 제품 캐비티(6)를 밀봉하고, 용탕을 가압하고, 응고시키는 공정으로 이루어진 진공 주조법에 있어서, 상기 용탕이 스토크(20)를 거쳐 용탕돔(8)중에 상승시키는 공정으로 용탕 상승 속도를 5 내지 10cm/sec로 한 것을 특징으로 하는 진공 주조법.
제품 캐비티(6)를 용탕 유지로(22)에 스토크(20)를 거쳐 연결 관통하는 용탕돔(8)내의 공간으로부터 게이트(6)에 의해 차단하고, 상기 캐비티를 대략 진공으로 감압함과 동시에 상기 용탕 유지로(22) 내부의 용탕을 상기 용탕돔(8)중에 상승시켜, 상기 게이트(6)를 열고 상기 용탕돔(8)중의 용탕을 상기 캐비티(6)에 고속으로 충진하고, 용탕이 충진된 상기 제품 캐비티(6)를 밀봉하고, 용탕을 가압하고, 응고시키는 공정으로 이루어진 진공 주조법에 있어서, 상기 용탕이 스토크(20)를 거쳐 용탕돔(8)중에 상승시키는 공정으로 용탕 상승 속도를 초기와 말기로 변화시켜 말기 상승 속도를 5 내지 10cm/sec로 하고, 초기 상승 속도를 10cm/sec 이상으로 한 것을 특징으로 하는 진공 주조법.