KR100696741B1 - 경금속 주조품, 특히 마그네슘 및 마그네슘 합금의 부품을 제조하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 경금속 주조품(casting), 특히 마그네슘이나 마그네슘 합금으로 된 경금속 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 경금속 주조품의 실용적이고 효율적인 제조를 가능하게 하고 공지의 해법에 비해 적은 기술적 비용을 필요로 하는, 방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 제조 공정이 외부에 대해 압착되어 폐쇄된 시스템 내에서 행해지는 것으로, 액체 금속의 가열이 주입 시스템에 접경하는 용융 장치의 하부 부분에서 수행되며, 액체 금속이 공구(주조 몰드) 측으로부터 밸브 시트의 하부 영역까지에서 약 630℃의 온도를 가진 용융 상태로부터 응고(경화) 상태로 이행되며, 보호 가스의 공급과 회수가 차압 시스템을 통해 행해진다.

상기 방법을 수행하는 장치로서는, 용융 장치의 용기 내에 외부에 대해 압착되어 도입된 금속 유입관이 배치되어 있는데, 그 금속 유입관은 예비 용융 노로부터 체크 밸브를 통해 액체 금속을 공급한다. 용융 장치의 용기는 차압(differential pressure) 시스템에 연결되어 있다. 또한 용융 장치의 용기 내에는 수문 장치(sluice device)가 외부에 대해 압착되어 도입되어 있다.

Description

경금속 주조품, 특히 마그네슘 및 마그네슘 합금의 부품을 제조하기 위한 방법 및 장치{Method of and device for producing light metal castings, inparticluar parts of magnesium or magnesium alloys}

도 1은 전체 시스템의 개략도이고,

도 2는 주조 설비 그룹 내에서의 주조 레토르트의 제 1 변형예의 개략도이고,

도 3은 주조 몰드 및 설비의 차압 시스템의 제 2 변형예의 약시도이다.

* 부재명.

1 주조 레토르트 2 가열부

3 밸브 유닛 4 주입 시스템

5 기저 지지체 6 단열부

7 온도 검출기 8 보호가스관 [protective gas supply conduit]

9 증압기[pressure intensifier] 10 보호가스 보충기

11 수문 장치[sluice device] 12 밸브 제어부 [valve control]

13 연결 부재 14 밸브 제동부 [valve lock]

15 밸브 밀폐재 16 예비 용융 노 [pre-melting oven]

17 체크 밸브 18 금속 유입관

19 주조 몰드 20 소개 장치 [evacuating device]

21 가스 저장기 22 펌프 시스템.

본 발명은 경금속 주조품의 제조를 위한, 특히 마그네슘이나 마그네슘 합금으로된 경금속 부품을 제조하기 위한 방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.

독일 특허출원 공개문서인 DE 4431865 A1호(DE-OS 44 31 865)에는 특히 마그네슘 합금으로 된 압력 주조품(pressure castings)을 제조할 수 있는 압력 주조를 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 이를 위해, 먼저 액체 금속을 정량 공급 챔버(dosing chamber, 36) 내에 도입하며, 그 안으로 압력 하의 가스가 또한 도입된다. 이어서, 액체 금속을 미리 소개(evacuated) 시킨 몰드 네스트(mold nest) 내로 압력 가스(pressure gas)에 의해 가압한다. 그런데 이 방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치에 있어서는, 시작 부품(prototypes)으로부터 연속 대규모 시설에 이르기까지의 제조를 위한 공기 압력 조건이 적합화 되지 않는다는 것이 결점이다. 이 방법에서는 공급되는 액체 금속의 용량이 정량공급밸브(dosing valve, 38)에 의하여 조절되며, 정량공급 챔버가 요구되는 수준에 도달하면, 정량공급밸브가 폐쇄된다. 정량 공급 챔버에 수용된 액체 금속의 용량은 몰드 네스트(mold nest, 18)에서 소비되는 물질에 정확히 대응된다. 그런데, 정량 공급 챔버와는 반대로 저장 용기(container, 30) 내에서는 대기압만이 적용되므로, 주조 공정 동안 정량 공급 밸브가 개방되면 정량공급 챔버로부터 압축 가스의 탈출이 유도되어 압력의 감소를 초래할 것이다. 따라서, 질서 정연한 주조 공정은 불가능할 것이며, 주조 공정을 위하여 요구되는 주조품에 대응되는 금속 용량의 배수는 공급될 수 없다.
또한, 설치에 있어서, 공구(tool)와 용융로(smelter) 사이의 온도 조건이 실질적으로 제공되지 않는다. 용융로와 주조 영역 사이에 요구되는 온도차가 너무 높으며, 그러므로써 상당한 기술적 비용을 들여야만 그 온도차가 실현될 수 있다. 특히, 밀폐 성분(sealing element)의 과열이 일어난다. 상기한 DE 4431865 A1호에 기재된 개방된 저장용기는 시작 부품으로부터 연속 대규모 시설에 이르기까지의 제조 범위에 걸친 경금속 주조품의 제조를 위해서 사용될 수 없는데, 그 이유는 특히 아르곤 가스로의, 보호가스 인클로저(protective gas enclosure)가 형성될 수 없기 때문이다. 연속 생산을 위해 필요한 액체 금속의 보충 공급도 상기 해법 공정에서는 역시 가능하지 않다. DE 4431865 A1호에서 이용되는 용융로에 일체화된, 예컨대 가열 카트리지(heating cartridges)와 같은 가열 요소(heating element)에 의해서는 요구되는 금속 용융물의 응고를 제공할 수 없다.
DE 4431865 A1호는 외부로부터 공간적으로 격리된 배열을 개시하며, 이것은 작동기의 개입 없이는 개별 주조 공정에만 적합할 뿐, 일련의 생산에서의 연속적인 반복 주조 공정은 불가능하며, 사용에 부적합한 주조품의 생성으로 인하여 질적인 저하를 초래할 것이다.

따라서 본 발명의 목적은, 경금속 주조품의 실용적이고 효율적인 제조를 가능하게 하고 적은 기술적 비용을 필요로 하는, 방법 및 그 방법을 실시하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1의 특징에 의해 달성된다. 본 발명에 의한 해법의 추가적 구체예는 청구항 2 내지 14에 기재되어 있다.

이하 본 발명의 방법 및 그 방법을 실시하는데 사용되는 장치를 실시예에 따라 상세히 설명한다.

도 1에는 전체 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 그것은 외부에 대해 압착되어 폐쇄된 경금속 주조품의 제조 시스템의 원리적 구조를 보여준다. 경금속 주조품을 제조하는데 사용된 마그네슘 또는 마그네슘 합금과 같은 금속이 본 발명의 주조 레토르트[casting retort](1) 내에서 가열부[heating means](2)에 의해 약 630℃까지 가열된다.
주조 레토르트(1)의 형태는 주입 시스템[feed system](주조개시 시스템)(4) 쪽을 향해 가늘어지게 형성되어 있다. 주입 시스템(4) 쪽의 하부 영역에서는, 주조 레토르트(1) 주위에 가열부(2)가 배치되어 있다. 이 하부 영역에 있어서의 주조 레토르트(1)의 형태 및 가열부(2)의 배치에 의해 용융 및 주입 공정에 필요한 온도 조건이 형성될 수 있다. 주조 레토르트(1)가 원추형으로 형성되어 있고 또한 그것이 기저체[base body](5) 위에 배치되어 있기 때문에, 금속을 응고하는데 필요한 거리 및 열 에너지의 소산(消散, withdrawal)이 실현될 수 있다.
가열부(2)로서는 저항 가열, 적외선 가열 또는 유도 가열이 사용될 수 있다. 주조 레토르트(1)의 좁아지는 부분은 기저 지지체(5) 위에 배치되어 있다. 그리고 주조 레토르트(1)의 유출 개구는 기저 지지체(5)의 개구를 통해 쏟아지도록 배치되어 있으며 밸브 유닛[valve unit](3)에 의해 폐쇄되어 있다. 기저 지지체(5)의 하부에는 수직으로 그리고 수평으로 이동가능하도록 주조 몰드[casting mold](19)가 배치되어 있다. 이 주조 몰드는 소개 장치[evacuating device](20)에 연결되어 있다. 소개 후, 밸브 유닛(3)은 밸브 제어기(12)에 의해 기계식 연결 부재[mechanical connecting member](13)를 통해 개구로부터 상승 분리되어, 액체 금속은 주조 몰드(19)의 몰드 네스트 내로 방출된다. 특히, 연속적 경금속 주조품의 제조시 보충 공급을 위한 액체 금속의 도입은 예비 용융 노[pre-melting oven](16)로부터 금속 유입관[metal supply](18)을 통해 행해진다.
체크 밸브(17)에 의해 액체 금속의 역류 및 등압화(pressure equalization)가 방지된다. 그리고 체크 밸브(17)는 예비 용융 노(16) 내의 금속 유입관(18)과 연결되어, 또는 주조 레토르트(1) 내의 금속 유입관(18)과 연결되어 배치될 수 있다. 레토르트(1) 내에 체크 밸브(17)를 배치하면, 금속 유입관(18) 내를 저압으로 유지할 수 있다는 이점이 생긴다. 보호 가스 공급은 폐쇄 시스템 내에서 증압기(압력 변환기)[pressure intensifier](9)에 의해 보호 가스관(8)을 통해 행해진다. 증압기(9)는 보호 가스를 공급하며 제조 공정이 행해진 뒤 그 가스를 회수한다.
보호 가스관(8)에는 압력을 일정하게 유지시키는 역할을 하는 조정 장치가 배치되어 있다. 밀폐되지 않은 지점에서의 가스 손실에 의한 경우에 발생하는 압력 손실은 예컨대 보호 가스 인클로저[protective gas envelope]와 같은 보호 가스 보충부(10)에 의해 보상된다. 밸브 제어부[valve control](12)는 기압식 또는 유압식 제어부로 형성되어 있다. 밸브 제동부[valve lock](14)를 통해 밸브 유닛(3)의 "순간(sudden)개방[단시간 간격의 개방]"이 이루어지고 그로 인해 경금속 주조품의 재료 내에 기공이 형성되는 것이 방지된다.

도 2에 도시된 개략적 장치에 있어서는 주조 장치 그룹 구조의 제 1 변형이 도시되어 있다. 주조 레토르트(1)로 형성된 용융 장치에는, 하방으로 좁아지는 부재 주위에 가열부(2)가 배치되어 있다. 밸브 유닛(3)은 주조 몰드(19) 쪽 방향으로 주조 레토르트의 유출부에 있는 개구를 폐쇄한다. 소개 장치(20)에 의해 소개를 행한 후, 밸브 제어부[valve control](12) 및 밸브 제동부[valve lock](14)를 통해 밸브 유닛(3)을 단시간 간격으로 개방시킨다. 그러므로써 액체 금속이 주조 몰드(19) 내로 유입된다. 주조할 각 주조품을 위한 금속 용량을 준비할 때에는 주조 레토르트 내에서의 금속량 손실에 의하여 그 주조품의 금속량의 배수의 용량이 필요하다. 액체 금속을 주입 시스템(4)에 공급한 후, 응고 공정은 기저 지지체(5)를 통한 가열 에너지의 소산 및 주입 시스템(4)로부터 주조 몰드(19)의 자동 철수(withdrawal)에 의해 행해진다. 주조 레토르트(1)는 주조 장치 그룹 내에서 단열재(6)에 의해 둘러싸여 있다. 온도 검출기(7)에 의하여 사용되는 용융물 온도가 파악되고 이에 대응되는 신호가 밸브 제어부(12)에 전달된다.

도 3의 도면에는 본 발명 장치의 주조 몰드 및 차압 시스템의 구조의 제 2 변형이 도시되어 있다. 이 변형예에 있어서는 주조 레토르트(1)는 원통형으로 되어 있고, 하부 원통형 부분 주위에는 가열부(2)가 배치되어 있다. 응고 공정을 위한 주입 시스템(4)과 주조 몰드(19) 사이의 필요한 열 차이(제거)는 단열부(6) 및 액체 금속의 공급 후 주조 몰드(19)의 철수(withdrawal)에 의해 달성된다. 이 변형예에서는 보호 가스의 공급은 차압 시스템[differential pressure system]에 의해 수행되는데, 이 시스템은 보호 가스를 공급 및 회수하기 위한 공지의 가스 저장기[blow storage](21) 및 펌프 시스템(22)으로 구성되어 있다.

Claims (14)

1. a) 제조하려는 각각의 경금속 주조품을 위해 요구되는 경금속 양의 배수의 양으로 액체 경금속을 주조 레토르트(1)에 공급하는 단계,

   b) 미리 소개된 주조 몰드(19) 내로 액체 경금속을 밀어내기 위해 압력하에서 가스를 주조 레토르트(1)로 펌핑(pumping)하는 단계,

   c) 주입 시스템(4)과 접하고 있는 가열부(2)의 하부 영역에서 액체 경금속을 녹는점인 630℃의 온도로 가열하는 단계,

   d) 630℃의 녹는점에 도달한 이후, 외부와의 접촉 없이 밸브 제어부(12)를 통해 밸브 유닛(3)의 단시간 간격의 개방에 의해 상기 주조 레토르트와 상기 주조 몰드 사이의 연결을 제공하여 액체 경금속이 미리 소개된 주조 몰드(19)로 흘러가게 하는 단계,

   e) 기저 지지체(5)를 통한 가열 에너지의 소산 및 주입 시스템(4)으로부터 주조 몰드(19)의 자동 철수에 의해 액체 경금속의 응고를 수행하는 단계, 및

   f) 차압 시스템에 의해 보호 가스를 공급 및 회수하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 구성된 경금속 주조품의 제조 방법
2. 제 1 항에 있어서, 상기 f)단계 이후에 액체 경금속의 재공급이 수문 장치[sluice device](11)에 의하여 외부 대기와 용융 장치의 내압 사이에 존재하는 압력 차이 하에서 행해지는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 구성된 경금속 주조품의 제조 방법
3. 제 1 항에 있어서, 상기 a)단계가 금속 유입관(18)을 통해 수행됨을 특징으로 하는 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 구성된 경금속 주조품의 제조 방법
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서, 상기 f)단계는 증압기(9)를 통해 보호 가스의 공급 및 회수를 수행하며 보호 가스의 재공급에 의해 압력 손실을 보정함을 특징으로 하는 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 구성된 경금속 주조품의 제조 방법
7. 제 1 항에 있어서, 상기 e)단계에서 액체 경금속의 응고는 주조 레토르트를 들어올려 분리한 후 주조 레토르트를 다음에 처리될 가공물의 주조 몰드 위에 올려놓음으로써 수행됨을 특징으로 하는 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로 구성된 경금속 주조품의 제조 방법
8. 용기[container]를 갖는 용융 장치;

   상기 용기 내에 배치되며 외부에 대해 압착되어 도입된 금속 유입관(18);

   예비 용융 노(16);

   상기 예비 용융 노(16)로부터 상기 금속 유입관을 통해 액체 금속을 공급하는 체크 밸브(17);

   상기 용융 장치 내의 용기와 연결된 차압 시스템; 그리고

   압착되어 상기 용융 장치의 상기 용기 내에 도입된 수문 장치(11)

   를 포함하는, 제 1항에 의한 마그네슘이나 마그네슘 합금으로 된 경금속 주조품을 제조하는 방법을 수행하기 위한 장치
9. 제 8 항에 있어서, 상기 차압 시스템은 증압기(9) 및 상기 증압기(9)의 후단에 배치되어 있으며 발생하는 압력 손실을 보상하는 보호가스 보충기(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치
10. 제 8 항에 있어서, 상기 차압 시스템은 가스 저장기(21) 및 이것과 연결된 펌프 시스템(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치
11. 제 8 항에 있어서,

    주입 시스템(4) 방향으로 가늘어지는 주조 레토르트(1), 여기서 상기 금속 유입관(18)은 압착되어 주조 레토르트(1) 내에 배치되며, 예비 용융 노(16)로부터 체크 밸브(17)를 통해 액체 금속을 공급하며, 상기 주조 레토르트(1)는 증압기(9)에 연결되고, 상기 증압기(9)는 발생하는 압력 손실을 보상하는 보호 가스 보충기(10)와 연결되어 있으며, 고체 경금속이 공급될 수 있도록 상기 수문 장치(11)가 주조 레토르트(1) 내에 압착되어 도입되어 있으며; 그리고

    액체 경금속의 공급을 제어하며, 밸브유닛을 순간개방하는 밸브 제동기(14)와 연결된 밸브 제어부(12)

    를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 장치
12. 제 11항에 있어서, 기압 시스템, 유압 시스템 또는 기압/유압 시스템에서 선택되는 시스템을 더욱 포함하며, 상기 밸브 제어부는 선택된 유압 제동기, 기압 제동기, 그리고 전자기 작동 밸브 제동기에서 선택되는 밸브 제동부(14)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 장치
13. 제 8 항에 있어서,

    단열, 냉각 공급에 의하여 액체 경금속을 응고하기 위한 수단; 그리고,

    상기 용융 장치와 공구 장치 사이에 배치되는 단열부(6)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치
14. 제 8 항 또는 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 체크 밸브(17)는 용융 장치의 용기 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치

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