KR970005371B1

KR970005371B1 - 진공 주조법

Info

Publication number: KR970005371B1
Application number: KR1019940013337A
Authority: KR
Inventors: 야스유키 아라까와; 다모쯔 하세까와; 아쯔시 오다
Original assignee: 도요다 지도샤 가부시끼가이샤; 긴바라 요시로
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1994-06-14
Publication date: 1997-04-15
Also published as: EP0633081A1; KR950000261A; DE69403029T2; JPH079110A; DE69403029D1; EP0633081B1; US5404928A

Abstract

내용 없음.

Description

진공 주조법

본 발명은 제품 캐비티를 진공으로 해두고 게이트를 개방하여 용탕을 고속으로 제품 캐비티에 충전하는 새로운 진공 주조법에 관한 것이며 특히, 용탕의 공기나 용탕 금속 산화물 등의 혼입을 방지하는 진공 주조법에 관한 것이다.

고품질, 저 코스트의 경합금 주조법으로서 본 출원인에 의해 먼저 VPC 주조법(Vacuum Precharged Closed Squeeze Casting : 이하, 진공주조법이라 한다)이 제안되었다(일본 특허 출원평 제4-309534호).

상기 진공 주조법은 제품 캐비티를 게이트에서 용탕돔 내 공간에서 차단하고 제품 캐비티를 거의 진공으로 감압하는 동시에 용탕 유지로의 용탕을 용탕돔 중에 상승시키고 게이트를 개방하여 용탕돔 중의 용탕을 제품 캐비티에 고속으로 채우고 용탕이 채워진 제품 캐비티를 셔트핀으로 폐쇄하는 동시에 가압핀으로 제품 캐비티의 용탕을 가압하고 응고시키는 방법으로 되어 있었다.

상기 진공 주조법에서는 제품 캐비티가 용탕을 채우기 전에 진공으로 되기 때문에 용탕의 제품의 캐비티에서의 공기 혼입에 의한 주조 결함이 없어 제품 품질이 향상되며 또한, 진공 때문에 용탕을 채우는 속도가 빠르고 탕회전성이 우수하여 제품의 두께를 얇게 하는 것, 경량화가 용이하다는 등의 이점이 있다.

그러나, 상기 진공 주조법으로 주조 사이클을 반복하고 있는 동안에, 스토크나 용탕돔 중의 벽면에는 앞 사이클의 주조 금속의 응고편이나 그 산화물이 부착된다. 용탕이 스토크를 거쳐서 용탕돔 내부로 상승할 때, 벽면 부착물 부위에서 용탕의 공기 혼입이 생기기 쉽고 생성된 기포의 일부는 탕면상으로 부상하는 일이 없고 벽면 부착물 부위에 머무른다. 게이트가 개방되어서 용탕이 제품 캐비티로 유입할 때 용탕으로부터 열을 받아서 연화되고 벽면에서 떨어지기 쉽게 되어 있는 부착물이 용탕의 흐름의 힘을 받아서 벽면으로부터 떨어지며, 유지하고 있던 기포와 더불어 제품 캐비티로 혼입되면 주조 결함을 발생한다. 이 때문에 상기 진공 주조법으로 주조 결함이 없는 또는 적은 고품질 제품을 얻으려면 제품 캐비티에 채우는 용탕의 공기나 주조 금속 산화물, 응고편의 혼입을 방지하는 것이 필요하다.

본 발명의 목적은 제품 캐비티까지의 용탕 경로의 주조금속 응고편, 산화물 등의 벽면 부착물을 용탕 자체의 움직임을 이용해서 벽면으로부터 박리시키고 용탕돔 내부의 용탕면으로 부상시켜 이들 벽면 부착물 등에 기인하는 제품 캐비티에 채워지는 용탕의 공기 혼입, 벽면 부착물의 박리물의 혼입을 없애거나 또는 억제할 수 있는 진공 주조법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 방법은, 제품 캐비티를 용탕 유지로에 스토크를 거쳐서 연결 관통하는 용탕돔 내부의 공간에서 게이트에 의해 차단하고, 상기 캐비티를 거의 진공으로 감압하는 동시에 상기 용탕 유지로의 용탕을 상기 용탕돔 중에 상승시키는 단계와, 상기 게이트를 개방하고 상기 용탕돔 중의 용탕을 상기 캐비티에 고속으로 채우는 단계와, 용탕을 채운 상기 제품 캐비티를 폐쇄하고 용탕을 가압하고 응고시키는 단계로 이루어지는 진공 주조법에 있어서, 다음의 (1) 또는 (2)의 방법으로 이룬다.

(1) 용탕을 용탕돔 중에 상승시키는 단계에서 용탕 유지로의 분위기 압력을 제어하는 것에 의해 용탕돔 내부에서 용탕을 1회 이상 상하 이동시킨다.

(2) 용탕을 용탕돔 중에 상승시키는 단계에서 용탕을 스토크 내부를 선회시키면서 상승시킨다.

제1도는 본 발명에 따른 진공 주조법을 실시하는 장치의 주형 결합 전의 단면도.

제2도는 도 1의 주형 폐쇄 후, 제품 캐비티 감압 후의 단면도.

제3도는 도 1의 장치의 제품 캐비티로의 용탕을 채우는 중의 단면도.

제4도는 도 1의 장치의 제품 캐비티 폐쇄 후 가압핀 작동시의 단면도.

제5도는 본 발명의 제1실시예의 방법에 있어서 용탕돔 내부에서 용탕을 상하로 이동시킨 상태의 용탕돔 근처의 단면도.

제6도는 용탕돔 내부에서의 용탕의 상하 이동에 의해서 벽면으로부터 기포와 부착물이 떨어지는 상태를 도시하는 용탕돔 벽면 근처의 단면도.

제7도는 용탕돔 내부에서 용탕을 상하 이동시키기 위한 노가압 제어의 압력대 시간 도면.

제8도는 본 발명의 제2실시예의 방법을 실시하는 장치에서의 하단에 선회류 발생구가 부착된 스토크와 그 근처의 단면도.

제9도는 도 8의 선회류 발생구의 확대 단면도.

제10도는 도 9의 선회류 발생구의 평면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 상형 4 : 하형

6 : 제품 캐비티 8 : 용탕돔

10 : 게이트(gate) 12 : 탕구(sprue)

14 : 탕도 16 : 셔트핀

18 : 가압핀 20 : 스토크(stalk)

22 : 용탕 유지로 24 : 용탕

26 : 진공 흡인구 28 : 가압구

30 : 선회류 발생구 32 : 구멍

100 : 부착물 102 : 기포

본 발명의 진공 주조법에서는 용탕의 움직임에 의해서 벽면 부착물이 스토크나 용탕돔의 벽면으로부터 떨어지고 그것에 유지되어 있던 공기와 더불어 용탕돔 내부의 용탕의 상면으로 부상하고 박리물 및 공기의 제품 캐비티로의 유입이 방지 또는 억제된다.

상기 (1)에서는 1회째의 용탕 상승시에 용탕을 뒤집어 쓴 벽면의 부착물은 녹거나 연화되어서 벽면으로부터 떨어지기 쉽게 되어 있으며 용탕면을 내린 후의 재차 상승시에 용탕면에 의한 밀어올림과 용탕의 상승운동을 받아서 1회째의 용탕을 뒤집어 쓸때보다 용이하게 벽면으로부터 떨어지고 용탕돔 내부의 용탕의 상면으로 부상한다.

상기 (2)에서는 용탕의 상승 운동 외에 선회류가 가해지므로 용탕의 움직임은 크게 되며, 벽면 부착물은 용탕류에서 전단력을 받아서 벽면으로부터 박리되고 부착물에 공기가 유지되어 있는 경우는 그것과 동시에 용탕돔 내부의 용탕의 상면으로 부상한다.

도 1 내지 도 10은 본 발명의 실시예를 도시하고 있으며 그중 도 1 내지 도 4는 전체 실시예에 공통인 구성을 도시하고 있으며, 도 5 내지 도 7은 제1실시예에 특유한 구성을, 도 8 내지 도 10은 제2실시예에 특유한 구성을 도시하고 있다. 전체 실시예에 걸쳐서 공통인 구성부분에는 전체 실시예에 걸쳐서 동일 부호를 병기하고 있다.

우선, 전체 실시예에 공통인 구성, 작용을 도 1 내지 도 4를 참조해서 설명한다. 본 발명의 방법을 실시하는 주조 장치는 종래의 고압 주조법, 다이캐스트법 같은 복잡한 용탕 사출 기구가 없고 단순한 구조로 되어 있다. 또한, 종래의 저압 주조법에 비해서 제품 캐비티를 차단, 밀폐하는 게이트와 진공 인출 기구를 구비하고 있으며 진공으로 한 제품 캐비티에 고속으로 용탕을 압력 차이로 채울 수 있게 되어 있다.

또한, 상세하게는 상형(2), 하형(4)으로 구성되는 금형은 상형(2)을 상하로 이동시킴으로써 개폐 가능하게 되어 있다. 금형에는 제품 캐비티(6)가 형성되어 있으며, 제품 캐비티(6)는 금형 중앙의 용탕돔(8) 주위에, 예컨대 방사상으로 배치되어 있다. 제품 캐비티(6)는 용탕돔 내부의 공간에서 게이트(10)에 의해서 차단 가능하며, 게이트(10)는 용탕돔(8)의 하단부에 형성되어 있다. 제품 캐비티(6)는 금형을 폐쇄하고 게이트(10)에서 차단한 후 진공 흡입구(26)를 거쳐서 진공을 인출할 수 있다.

용탕돔(8)은 하형(4)에 형성된 탕구(12)와 스토크(20)를 거쳐서 용탕 유지로(22)와 연결 관통되어 있으며, 용탕 유지로(22) 내부의 용탕(24)(예컨대, 알루미늄 용탕)에 가압구(28)로부터의 압력을 가해서 용탕돔(8) 내부에 용탕(24)을 밀어올릴 수 있게 되어 있다.

용탕돔 내부의 공간과 제품 캐비티(6)를 접속하는 탕도(14)에는 셔트핀(16)이 설치되어 있으며, 셔트핀(16)에 의해서 제품 캐비티(6)를 폐쇄할 수 있다. 제품 캐비티(6)에는 가압핀(18)이 마주하고 있으며, 제품 캐비티 내부의 용탕을 응고되기 전에 가압이 가능하다.

진공 주조법은 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이 실시된다. 먼저, 금형을 닫고, 도 1의 상태에서 도 2의 상태로 한다. 계속해서 용탕돔(8)을 상형(2)에 대해서 상대적으로 하강시키고 제품 캐비티(6)를 대기와 연결 관통하고 있는 용탕돔 내부의 공간으로부터 게이트(10)에 차단한다. 게이트(10)에 의한 차단으로 제품 캐비티(6)는 밀폐 상태로 된다. 이어서 제품 캐비티(6)를 진공 흡입구(26)를 거쳐서 진공 인출하여 거의 진공(50torr 보다 고진공, 바람직하게는 20torr 이하이며, 10torr 전후)으로 감압한다. 종래의 진공 다이캐스트법은 50 내지 100torr이기 때문에 50torr 보다 고진공으로 함으로서 진공 다이캐스트법과 구별된다. 20torr 이하에서 종래의 주조품과 동일한 정도의 품질이 얻어진다. 제품 캐비티(6)의 진공 인출과 전후해서 용탕 유지로(22)내의 용탕 액면에 가압구(28)를 거쳐서 압력을 가하고, 용탕(24)을 용탕돔(8) 내부로 밀어올린다. 이때 용탕(24)의 상승 속도는 용탕돔(8) 내부에서 약 5 내지 10cm/sec이다. 가압력의 증가를 어느 레벨에서 중지시키고 탕면의 상승을 중지시켜도, 용탕 유지로 주위의 기체의 쿠션으로 용탕돔(8) 내부의 탕면은 상하로 수초간 진동하며 그후 정지한다.

계속해서 도 3에 도시한 바와 같이 게이트(10)를 개방하고 용탕돔(8)중의 용탕(24)을 제품 캐비티(6)에 용탕돔(8) 내부의 게이트부 압력(거의 대기압)과 제품 캐비티(6)의 내부 압력(거의 진공)과의 압력차를 이용하여 고속으로 채운다. 용탕(24)의 제품 캐비티(6)중에서의 속도는 거의 7cm/sec이다. 이것은, 종래의 저압 주조의 약 0.5cm/sec비해서 고속이며 탕회전성을 향상시켜 제품의 두께를 얇게 하는 것이 가능하다. 7cm/sec의 고속은 종래의 다이캐스트법으로는 얻어지나, 진공 다이캐스트법은 용탕의 공기 혼입이 있다는 것 및 용탕을 밀어 넣기 위해 유압 실린더를 필요로 하는 점에서 본 발명의 진공 주조법 보다 열등하다. 또한, 진공으로 채움에 의해서 제품 캐비티(6)에서의 용탕의 공기 혼입이 없어 주조 결함을 발생시키지 않는다.

계속해서 도 4에 도시한 바와 같이 셔트핀(16)을 하강시켜서 탕도(14)를 차단하고 용탕을 채운 제품 캐비디(6)를 폐쇄한다. 이 상태에서 제품의 두꺼운 두께 부분에 배치한 가압핀(18)을 작동시켜서 충분한 용탕 가압을 가하고 재빨리 응고시킨다. 이때는 용탕 유지로의 가압은 해제하고 진공 인출도 해제한다. 응고후 형을 개방하고 제품을 끌어낸다. 형표면에 이형제를 도포하고 다음 주조 사이클로 들어간다.

다음에 각 실시예의 방법에 특유한 구성, 작용을 설명한다.

제1실시예에 있어서는, 도 5 내지 도 7에 도시하듯이 용탕을 용탕 유지로에서 용탕돔(8) 내부의 공간으로 상승시키는 단계에서 용탕(24)을 용탕돔(8) 내부에서 1회 이상 상하 이동시킨다. 즉, 도 6에 도시한 바와 같이, 용탕돔(8) 내부에서 탕도(14)보다 높은 위치로 상승된 용탕(24)은 일단 내려지고 다시 탕도(14)보다 높은 위치로 상승된다. 탕면이 상하로 이동되는 영역(a와 b)은 게이트(10)가 개방되어서 제품 캐비티(6)로 빨려 들어가는 용탕(24)이 접촉하는 영역인 것이 바람직하다. 이것은 제품 캐비티(6)로 유입하는 용탕에 공기나 용탕 산화물이 혼입하지 않게 하기 위해서이다. 용탕(24)의 용탕돔(8) 내부에서의 상하 이동은 용탕 유지로(22)의 분위기 압력(가압구(28)의 압력)을 제어하므로서 행해진다. 도 7은 그 노가압 제어를 도시하고 있으며, 제1실시예에서는 실선으로 나타낸 바와 같이 압력을 a점까지 높이고, 그곳으로부터 일단 압력을 b점까지 내리고, 그후 c점까지 압력을 다시 상승시킨다(도 7의 a,b,c는 도 5의 a,b,c에 대응). 도 7의 점선은 탕면을 적어도 1회 상하 이동시키지 않는 경우의 가압 패턴이다. 2회째의 압력 상승시의 압력 상승 비율은 1회째의 압력 상승시의 압력 상승 비율보다 작게 하고 있으며, 2회째의 압력 상승에서는 느린 속도로 탕면을 올린다.

1회째의 탕면 상승시에는, 도 6에 도시한 바와 같이 용탕돔(8)의 벽면에는 주조 금속의 응고편이나 그 산화물로 이루어지는 부착물(100)이나 기포(102)가 부착되어 있을 가능성이 있다.

탕면을 내리고 기포(102)가 액면의 윗쪽으로 나오면 기포(102)는 깨지며 부착물(100)은 용탕을 뒤집어쓰고 녹거나 연화되거나 해서 벽면으로부터 떨어지기 쉽게 되어 있으므로 일부의 부착물(100)은 용탕의 움직임에 의한 힘을 받아서 벽면으로부터 떨어지고 탕면상에 뜬다. 부착물(100)이 기포를 유지하고 있는 경우에는 기포도 동시에 떨어지고 기포는 탕면으로 부상한다.

2회째로 탕면을 상승시킬 때는, 부착물(100)은 용탕에 의해서 녹여지거나 연화되거나 해서 다시 벽면으로부터 떨어지기 쉽게 되어 있으며 탕면 상승에 따르는 용탕의 움직임의 힘을 받아서 벽면으로부터 떨어지고 그것이 유지하고 있는 기포와 동시에 탕면상으로 부상한다. 용탕의 상승 속도는 약 7cm/sec이므로 용탕의 움직임의 힘은 비교적 크다. 탕면상에 부상한 것은 탕도(14)로부터 떨어져 있으므로 게이트(10)를 개방해도 제품 캐비티(6)로는 유입되지 않는다. 또한, 상기 용탕의 움직임에 대항해서 또한 벽면에 견고하게 부착하고 있는 게이트(10)를 개방했을 때의 용탕의 제품 캐비티(6)로의 흐름으로부터 힘을 받아도 벽면에 부착한 채 남으려고 하고 제품 캐비티(6)로 유입되지 않는다.

따라서, 탕면을 적어도 1회 상하 이동시킨 후에 용탕돔(8)으로부터 제품 캐비티(6)로 빨려들어가는 용탕(24)은 기포뿐만 아니라 벽면으로부터 박리된 부착물도 포함하지 않는 용탕이며, 제품 품질이 좋아진다. 또한, 2회째의 탕면 상승에서는 1회째의 상승으로 용탕이 벽면에 남아 있기 때문에 공기를 혼입하기 어렵다.

제2실시예에 있어서는, 도 8 내지 도 10에 도시하듯이 스토크(20)의 하단부로 용탕(24)이 용탕 유지로(22)로부터 스토크(20)내로 흐를때, 용탕(24)에 선회류를 발생시키는 선회류 발생구(30)가 부착되어 있다. 선회류 발생구(30)는 예컨대, 도 9에 도시한 바와 같이 경사진 위쪽으로 향하고, 또한 도 10에 도시한 바와 같이 접선 방향으로 향해서 천공된 구멍(32)을 중심에서 벗어난 위치에 가지는 플레이트(34)로 구성되어 있다. 이것에 이해서 용탕(24)을 용탕돔(8)중에 상승시키는 단계에 있어서, 용탕(24)을 스토크(20)내에서 선회시키면서 상승시킨다.

따라서, 용탕(24)이 스토크(20)내를 상승해갈 때는 용탕의 상승류와 선회류를 동반하며, 상승류에 비해 탕의 움직임이 강해진다. 게다가, 선회류는 스토크(20) 내면으로 밀어 붙여지면서 선회하므로 공기를 혼입하기 어렵고 또한 스토크(20), 탕구(12), 용탕돔(8)의 내벽면에 부착하고 있을 가능성이 있는 부착물에 전단력을 가해서 박리시킴으로 부착물이나 부착물이 유지하고 있는 기포를 용탕돔(8) 내부의 용탕의 상면으로 부상시킨다.

이와 같이 비교적 강한 선회류를 받아도 아직 벽면에 부착하고 있는 부착물은, 게이트(10) 개방시에 용탕이 제품 캐비티(6)로 유입될때 그 흐름을 받아도 박리하려고 하지 않으며, 제품 캐비티(6)에는 유입되지 않는다. 따라서, 제품 캐비티(6)로 유입되는 용탕(24)은 기포뿐만 아니라 벽면으로부터 박리된 부착물도 포함하지 않는 용탕이며 제품 품질이 좋아진다.

특허청구 범위 제1항의 발명에 의하면 용탕돔 내부에서 용탕을 1회 이상 상하 이동시킴으로써 용탕의 움직임, 특히 2회째 이후의 용탕의 상승 움직임에 의해서 벽면 부착물과 그것에 의해서 유지된 기포가 벽면으로부터 떨어지고, 용탕돔 내부의 용탕면상으로 부상시킬 수 있고, 제품 캐비티로 유입하는 용탕의 기포, 부착물 박리물의 혼입을 억제할 수 있다. 이것에 의해서 주조 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

특허청구 범위 제2항의 발명에 의하면 용탕을 스토크 내부를 선회시키면서 상승시킴으로써 벽면 부착물을 선회류와 상승류의 합인 강한 흐름에 의한 전단력으로 벽면으로부터 박리시켜, 용탕면상으로 부상시킬 수 있고 제품 캐비티로 유입하는 용탕의 기포, 부착물의 박리물의 혼입을 억제할 수 있다. 또한, 선회류에 의해서 용탕이 벽면으로 밀어붙여지므로 용탕의 공기 혼입도 억제된다. 이것들에 의해서 주조 제품의 품질을 향상할 수 있다.

Claims

제품 캐비티를 용탕 유지로에 스토크를 거쳐서 연결 관통하는 용탕돔 내부의 공간에서 게이트에 의해 차단하고 상기 캐비티를 거의 진공으로 감압하는 동시에 상기 용탕 유지로 내부의 용탕을 상기 용탕돔 중에 상승시키는 단계와, 상기 게이트를 개방하고 상기 용탕돔 중의 용탕을 상기 캐비티에 고속으로 채우는 단계와, 용탕을 채운 상기 제품 캐비티를 폐쇄하고, 용탕을 가압하고, 응고시키는 단계로 이루어진 진공 주조법에 있어서, 상기 용탕을 용탕돔 중에 상승시키는 단계에서, 용탕 유지로의 분위기 압력을 제어하는 것에 의해 상기 용탕돔 내부에서 용탕을 1회 이상 상하 이동시키는 것을 특징으로 하는 진공 주조법.
제품 캐비티를 용탕 유지로에 스토크를 거쳐서 연결 관통하는 용탕돔 내부의 공간에서 게이트에 의해 차단하고 상기 캐비티를 거의 진공으로 감압하는 동시에 상기 용탕 유지로 내부의 용탕을 상기 용탕돔 중에 상승시키는 단계와, 상기 게이트를 개방하고 상기 용탐동 중의 용탕을 상기 캐비티에 고속으로 채우는 단계와, 용탕을 채운 상기 제품 캐비티를 폐쇄하고, 용탕을 가압하고, 응고시키는 단계로 이루어진 진공 주조법에 있어서, 상기 용탕을 용탕돔 중에 상승시키는 단계에서, 상기 용탕을 상기 스토크 내부를 선회시키면서 상승시키는 것을 특징으로 하는 진공 주조법.