KR102250794B1

KR102250794B1 - 상하형 분리식 유압 경동주조장치 및 경동주조방법

Info

Publication number: KR102250794B1
Application number: KR1020200110764A
Authority: KR
Inventors: 이정석; 박영진; 박성기; 서해수
Original assignee: 유진금속공업(주)
Priority date: 2020-09-01
Filing date: 2020-09-01
Publication date: 2021-05-11
Anticipated expiration: 2039-09-17
Also published as: KR20210032900A

Abstract

본 발명은 상하형 분리식 유압 경동주조장치 및 그를 이용한 경동주조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 상형 및 하형으로 분리된 금형에 압탕부를 형성하고, 압탕부를 유압장치로 가압시킴으로써 용탕의 수축에 의한 보상이 필요없이 품질편차가 작은 주조품을 제조할 수 있는 상하형 분리식 유압 경동주조장치 및 경동주조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상형 및 하형을 결합했을 때, 내부에 소정의 캐비티가 형성되되, 캐비티의 일측에는 압탕부가 형성되며, 상기 압탕부와 캐비티 사이에는 압탕부 및 캐비티의 단면적보다 작은 단면적을 가지는 목부(neck)가 형성되고; 상기 하형의 압탕부측 일면에는 주입컵이 결합되어; 상기 주입컵에 용탕을 주입한 뒤, 상형, 하형 및 주입컵이 결합된 금형결합체를 기울여 주입컵 내부에 있던 용탕을 캐비티 내부로 주입시키는, 경동주조용 금형; 상기 경동주조용 금형을 소정의 속도로 기울여 캐비티 내부에 용탕을 주입시키는 경동장치 및; 상기 압탕부를 가압하는 가압장치를 포함하고; 상기 가압장치는: 상기 경동주조용 금형의 압탕부 외주면을 수용하도록 형성되고, 경동주조용 금형에 고정되어 압탕부를 포함한 소정의 밀폐공간을 형성시키는 압탕부커버; 상기 압탕부커버의 내측에 수용되며, 압탕부커버가 경동주조용 금형에 고정되어 형성된 밀폐공간의 내부에서 압탕부를 가압하는 피스톤을 포함하여; 상기 경동장치를 구동하여 캐비티에 용탕을 주입한 뒤 주입컵을 탈거하고, 압탕부를 수용하도록 압탕부커버를 경동주조용 금형에 고정시킨 뒤 피스톤으로 압탕부를 가압하도록 제어되되, 상기 압탕부커버 및 피스톤에 압력을 가하는 유압장치를 더 포함하고; 상기 압탕부커버가 경동주조용 금형에 가하는 압력보다 피스톤이 용탕에 가하는 압력의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는, 상하형 분리식 유압 경동주조장치를 제공한다.

Description

상하형 분리식 유압 경동주조장치 및 경동주조방법{Vertical separation type hydraulic tilt casting device and tilt casting method}

본 발명은 상하형 분리식 유압 경동주조장치 및 그를 이용한 경동주조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 상형 및 하형으로 분리된 금형에 압탕부를 형성하고, 압탕부를 유압장치로 가압시킴으로써 용탕의 수축에 의한 보상이 필요없이 품질편차가 작은 주조품을 제조할 수 있는 상하형 분리식 유압 경동주조장치 및 경동주조방법에 관한 것이다.

영구(반영구) 금형을 이용하는 주조 방법의 일종인 경동주조 방식은 다양한 산업분야에 응용되고 있다.

경동주조와 같은 저압주조 방식에서는, 용탕의 냉각 시 금속의 액상에서 고상으로의 상변화 과정에서의 수축 현상을 고려하여 수축 보상이 반영된 금형 설계가 요구된다.

국내공개실용신안공보 제20-2011-0001719호에는, "용융재 표면에 발생된 산화물을 제거하는 레이들로서, 금형틀에 구비된 용융재 주입구 측의 상기 레이들 양단에 각기 고정설치된 각 바(bar) 지지고리; 상기 각 바 지지고리에 양측이 각기 끼워져 지지되는 바; 상기 에 각기 끼워진 복수개의 산화물 부착판 지지고리; 및 상기 복수개의 산화물 부착판 지지고리의 하단에 고정설치되어, 상기 레이들이 주조공정을 위해 경사져서 상기 용융재가 상기 용융재 주입구 쪽으로 흐를 때 상기 용융재 표면에 발생된 산화물을 부착하는 산화물 부착판을 포함하는 것을 특징으로 하는 중력주조기용 레이들"이 개시되어 있다.

상기와 같은 종래의 경동주조 방식은, 금형 설계의 복잡성을 증가시키고, 불량률 및 반복 생산 시 품질 편차가 크며, 작업 숙련도에 대한 의존성이 높아 공정 자동화가 거의 불가능하다.

또한, 경동장치의 동작 중에(금형을 기울여 레이들에 있던 용융재를 주입하는 과정) 용탕의 부족분을 수작업으로 더 주입해야 하는 경우도 있으므로, 작업 시간, 소요 인력, 투입되는 용탕의 양 등에 있어서 개선이 필요한 부분이 많다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전술한 바와 같은 종래 경동주조 방식의 문제점을 해결하기 위하여, 경동 과정 후 압탕부를 가압하는 가압장치를 포함함으로써 캐비티 내의 보상이 필요없고 공정의 자동화가 가능한 경동주조장치 및 경동주조 방법과, 그에 사용되는 경동주조용 금형을 제공하는 것이다.

본 발명은 종래 경동주조 방식의 문제점을 해결하기 위해, 상형 및 하형을 포함하는 경동주조용 금형에 있어서, 상기 상형 및 하형을 결합했을 때, 내부에 소정의 캐비티가 형성되되, 캐비티의 일측에는 압탕부가 형성되고; 상기 하형의 압탕부측 일면에는 주입컵이 결합되어; 상기 주입컵에 용탕을 주입한 뒤, 상형, 하형 및 주입컵이 결합된 금형결합체를 기울여 주입컵 내부에 있던 용탕을 캐비티 내부로 주입시키는, 경동주조용 금형을 제공한다.

또한, 상기와 같은 경동주조용 금형; 상기 경동주조용 금형을 소정의 속도로 기울여 캐비티 내부에 용탕을 주입시키는 경동장치 및; 상기 압탕부를 가압하는 가압장치를 포함하고; 상기 가압장치는, 상기 경동주조용 금형의 압탕부 외주면을 수용하도록 형성되고, 경동주조용 금형에 고정되어 압탕부를 포함한 소정의 밀폐공간을 형성시키는 압탕부커버; 상기 압탕부커버의 내측에 수용되며, 압탕부커버가 경동주조용 금형에 고정되어 형성된 밀폐공간의 내부에서 압탕부를 가압하는 피스톤을 포함하여; 상기 경동장치를 구동하여 캐비티에 용탕을 주입한 뒤 주입컵을 탈거하고, 압탕부를 수용하도록 압탕부커버를 경동주조용 금형에 고정시킨 뒤 피스톤으로 압탕부를 가압하는, 경동주조장치를 제공한다,

그리고, 상기 가압장치는, 상기 압탕부커버 및 피스톤에 압력을 가하는 유압장치를 더 포함하고; 상기 압탕부커버가 경동주조용 금형에 가하는 압력보다 피스톤이 용탕에 가하는 압력의 크기보다 크도록 구성될 수 있다.

아울러, 상기 유압장치는, 단일한 유압회로로 압탕부커버 및 피스톤과 연결되되, 압탕부커버가 피스톤보다 가압방향에 수직한 단면의 면적이 크도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 가압장치는, 상기 압탕부커버 일측에 전자석이 구비되어, 피스톤에 의한 압탕부의 가압과정에서 압탕부커버 및 경동주조용 금형을 밀착시키도록 구성될 수 있다.

그리고, 상기 가압장치는, 상기 압탕부커버 및 경동주조용 금형에 서로 대응되는 체결부가 구비되어, 피스톤에 의한 압탕부의 가압과정에서 압탕부커버 및 경동주조용 금형을 고정결합시키도록 구성될 수 있다.

아울러, 상기 가압장치는, (1) 피스톤 단면적 A, (2) 압탕부커버 내부 단면적 B, (3) 피스톤이 압탕부 내로 삽입된 깊이

, (4) 압탕부커버 내부 깊이

, (5) 압탕부 깊이

일 때,

조건에서 캐비티의 가압이 시작되도록 구성될 수 있다.

또한, 경동주조방법에 있어서, 상기와 같은 경동주조장치를 이용하고, 경동주조용 금형에 주입컵을 고정시키는 주입컵결합단계; 상기 주입컵결합단계 후, 주입컵에 용탕을 주입하는 제1용탕주입단계; 상기 제1용탕주입단계 후, 경동주조용 금형을 기울여 주입컵 내부의 용탕을 중력에 의해 캐비티 내부로 주입시키는 제2용탕주입단계; 상기 제2용탕주입단계 후, 경동주조용 금형에서 주입컵을 분리하는 주입컵분리단계; 상기 주입컵분리단계 후, 압탕부를 수용하도록 압탕부커버를 경동주조용 금형과 밀착시키는 가압준비단계; 상기 가압준비단계 후, 피스톤을 밀어내어 압탕부 내 용탕을 가압하는 가압단계; 상기 가압단계 중, 용탕을 냉각시키는 냉각단계; 상기 가압단계 및 냉각단계 후, 가압장치를 경동주조용 금형으로부터 분리하는 가압해제단계 및; 상기 가압해제단계 후, 상형 및 하형을 분리하여 주조품을 경동주조용 금형으로부터 분리하는 주조품분리단계를 포함하는; 경동주조방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 금형에 압탕부를 형성하여 경동 과정 후 즉시 가압 과정을 수행할 수 있다.

또한, 유압장치를 이용하여 압탕부를 가압함으로써, 가압장치 및 금형 외부로 용탕이 새어나가지 않도록 방지할 수 있다.

그리고, 금형에 별도의 보상이 필요없으므로, 금형 설계의 복잡성을 줄일 수 있다.

아울러, 경동주조를 통해 주조된 주조품의 품질편차를 저감시킬 수 있다.

또한, 작업의 숙련도 의존성이 낮아 주조 과정을 자동화할 수 있다.

그리고, 용탕의 냉각시간을 단축시켜 주조제품의 시간당 생산량을 증가시킬 수 있다.

도 1 은 본 발명의 실시 예에 의한 경동주조용 금형의 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 실시 예에 의한 경동주조용 금형을 경동시켜 캐비티 내에 용탕을 주입하는 상태의 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 실시 예에 의한 경동주조용 금형에서 주입컵을 탈거한 상태의 단면도이다.
도 4 는 본 발명의 실시 예에 의한 경동주조용 금형에 가압장치를 밀착시킨 상태의 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 실시 예에 의한 경동주조장치에서 가압장치가 용탕을 가압하는 상태의 단면도이다.
도 6 은 본 발명의 실시 예에 의한 유압장치의 유압회로를 도시한 개략도이다.
도 7 은 본 발명의 실시 예에 의한 경동주조장치의 특정 부분 치수를 표시한 도면이다.

이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물 (equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.

본 문서에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.

본 문서에서 사용된 "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.

어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어(operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될수 있다.

본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.

본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

본 발명의 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 상형 및 하형을 포함하는 경동주조용 금형에 있어서, 상기 상형 및 하형을 결합했을 때, 내부에 소정의 캐비티가 형성되되, 캐비티의 일측에는 압탕부가 형성되고; 상기 하형의 압탕부측 일면에는 주입컵이 결합되어; 상기 주입컵에 용탕을 주입한 뒤, 상형, 하형 및 주입컵이 결합된 금형결합체를 기울여 주입컵 내부에 있던 용탕을 캐비티 내부로 주입시키는, 경동주조용 금형을 제공한다.

상기 압탕부는, 캐비티에 용탕이 주입되는 유로(주입구)를 포함하는 구성이며, 압탕부를 통해 캐비티로 용탕이 흘러들어가며, 후술하는 가압장치의 피스톤이 수용되도록 구성될 수 있다. 압탕부는 하나 이상 구비될 수 있으며, 압탕부의 개수에 대응하는 개수의 가압장치가 요구될 수 있다.

압탕부와 캐비티 사이에는 목부(neck)가 형성되어, 용탕의 응고 후 주조품으로부터 압탕부에 위치해있던 용탕을 제거하도록 구성될 수 있다.

상기 경동주조용 금형의 내부에는 소정의 냉각수 유로가 형성되어, 용탕의 주입 완료 후 용탕을 냉각시키도록 구성될 수 있다. 이 경우, 압탕부 부근에는 냉각수 유로를 구비하지 않거나, 압탕부 부근의 냉각수의 유량이 캐비티 주변보다 작도록 냉각수 유로를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 구성을 통해, 캐비티를 우선적으로 냉각시킨 뒤 압탕부가 냉각되도록 하여, 주조품의 품질 편차를 저감시킬 수 있다.

상기 주입컵의 내부 용적은(수용 가능한 유체의 부피), 캐비티 용적보다 크도록 구성되는 것이 바람직하다. "주입컵 용적<캐비티 용적+압탕부 용적"이 되도록 주입컵 용적을 구성함으로써, 경동 과정에서의 용탕 추가 주입을 생략할 수 있다. 용탕의 수축을 감안할 때, 압탕부 용적은 캐비티 용적의 10% 내지 20% 사이의 범위가 되도록 구성되는 것이 바람직하다. 압탕부의 용적이 과소한 경우에는 수축에 의해 용탕이 목부 아래쪽까지 수축되어 주조품 불량이 발생할 수 있으며, 압탕부의 용적이 과다한 경우에는 후술하는 가압장치의 동작이 정상적으로 이루어지지 않게 되며, 압탕부 내에 주입되는 용탕의 양이 과다하여 비용(원자재) 낭비가 발생할 수 있다.

상기 기재에서 압탕부커버가 "경동주조용 금형의 압탕부 외주면을 수용하도록 형성"된다는 것은, 압탕부 이하 캐비티 내에 있던 용탕이 가압 과정에서 가압장치 또는 금형 외부로 누설되지 않도록 압탕부를 완전히 덮는 구성을 의미할 수 있다.

상기 경동장치는 통상의 기술자가 종래 경동장치와 본 발명의 명세서를 참조하여 용이하게 구성할 수 있는 구성이므로, 금형을 기울이는 속도에 대해서는 기재를 생략한다.

상기 밀폐공간은, 가압장치 또는 금형 외부로 용탕이 누설되지 않는 구성을 의미하며, 공기 기타 기체 등 용탕의 입자보다 작은 입자의 밀폐까지를 의미하는 것은 아니다.

상기와 같이 피스톤으로 압탕부를 가압하게 되면, 압탕부에 있던 용탕 중 일부가 압탕부 외부(금형 외부)로 빠져나오게 되며, 빠져나온 용탕은 압탕부커버 내부에 갇히게 된다. 이 상태에서 피스톤을 통해 가압을 지속하게 되면(피스톤을 더 깊숙히 삽입하게 되면), 압탕부커버 이하의 용탕이 피스톤이 받는 힘 만큼의 외력을 받아 압축력을 받게 되며, 이에 따라 캐비티와 동일한 형상의 주조품을 얻을 수 있다. 이러한 과정을 통해 수축에 의한 보상을 고려하지 않고도 품질 편차가 현저하게 낮은 주조품을 양산할 수 있게 된다.

피스톤을 이용한 가압 시, 압탕부커버의 내외부가 완전히 밀폐(기체의 유동까지 차단되는 경우)되면 압탕부커버 내에 공기 등 기체 성분이 포함될 수도 있으나, 경동주조 방식을 통해 캐비티 내에 용탕이 주입되었으므로 공기 등 기체 성분은 모두 압탕부의 상부에 위치하게 되며, 기체가 용탕 내부로 혼입되지 않는다. 또한, 가압 시에는 기체 또한 압력을 받아 압축되며, 피스톤이 압탕부커버 이하 압탕부 내부를 균일하게 압축하기 때문에 기체의 영향은 무시할 수 있다. 다만, 정밀가공이 필요한 경우 기체의 영향을 줄이기 위해서 가압장치에 진공형성수단이 더 구비될 수 있다. 압탕부커버를 금형에 밀착시켜 압탕부커버 내부와 외부를 공기와 차단시킨 뒤, 압탕부커버 내부의 공기를 제거함으로써, 가압 과정에서 압탕부커버 내부에 용탕이 가득차도록 구성할 수 있다.

가압장치에는 압탕부커버와 경동주조용 금형을 밀착시키는 액츄에이터가 구비될 수 있다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 액츄에이터가 작동하여 압탕부커버와 경동주조용 금형을 밀착시킬 수 있다. 밀착된 이후에는 상기 유압장치가 동작하여 압탕부커버 및 피스톤을 밀어내면서 압탕부커버 및 경동주조용 금형 사이의 밀폐력을 향상시킴과 동시에 피스톤으로 압탕부를 가압할 수 있다.

압탕부커버와 경동주조용 금형 사이의 밀폐가 온전하지 못한 경우에는, 피스톤으로 인해 발생한 압탕부 내의 용탕의 압력에 의해 용탕이 압탕부커버 밖으로 새어나갈 수 있으며, 이러한 현상은 압탕부커버-경동주조용 금형 사이 힘(압력)이 피스톤-용탕 사이 힘(압력)보다 작을 때 발생할 수 있다. 이러한 현상을 방지하기 위하여, 상기와 같이 압탕부커버의 압력 및 피스톤의 압력을 제어하는 것이 바람직하다.

압탕부커버를 가압하는 유압장치와, 피스톤을 가압하는 유압장치를 개별적으로 구비하여 각각을 제어하는 구성도 가능하나, 이 경우 장치의 구조가 복잡해지며 제어의 복잡성도 증가하고, 이에 따라 오작동 및 고장의 가능성도 증가할 수 있다. 따라서, 상기와 같이 단일한 유압회로를 통한 압탕부커버 및 피스톤의 가압 제어 구성이 바람직하다.

한편, 피스톤이 용탕을 가압하면서 상형 및 하형 사이의 형 체결력이 중요한 주조 공정 설계의 요소로서 작용할 수 있다. 피스톤에 의한 가압력 상승에 비례하여 상형 및 하형 사이의 형 체결력이 상승하지 않는 경우, 상형 및 하형의 분리 등으로 인한 주조품의 불량이 발생할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 형 체결력 문제를 해결하기 위하여, 유압장치의 유압회로를 상형 및 하형에도 연결할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 단일한 유압회로에서 상형 및 하형에 가장 큰 힘을 가하고, 그다음으로 압탕부커버, 피스톤 순으로 힘의 크기를 차등하여 가하도록 구성될 수 있다. 이러한 압력의 차등은, 파스칼의 원리(Pascal's Principle)에 의해 발생할 수 있다. 도 6에 도시된 P1, P2, P3, P4는 유압회로의 배관 단면적을 의미할 수 있다. 유압 입력단인 P1에서 압력을 가하면 P2, P3 및 P4에서는 유압이 출력되며, 유압으로 인한 힘의 크기는 P2, P3 및 P4(면적)에 비례하여(F=PA, F : 힘, P : 압력, A : 단면적) 압탕부커버, 피스톤 및 금형에 가해지게 된다.

금형(상형 및 하형)에 가해지는 힘은, 상형 또는 하형 중 어느 하나를 고정단으로 두고 다른 한 쪽(고정되지 않은 상형 또는 하형)에 유압장치를 통해 압력을 가하도록 구성될 수도 있다.

상기와 같은 구성에서, 경동주조용 금형의 합금 조성비를 조절하여(압탕부커버와의 접촉부위만 자성을 띠도록 구성할 수도 있다) 자성체와 반응하도록 구성할 수 있다. 전자석을 통해 압탕부커버 및 경동주조용 금형의 부착을 보조하거나, 전자석의 세기가 강한 경우에는 전자석으로 압탕부커버 및 경동주조용 금형을 밀폐시키는 구성도 가능하다.

유압장치 또는 전자석 등 경동주조용 금형과 압탕부커버 사이의 탈착이 용이한 구성으로 공정 자동화 및 생산시간 단축 등의 효과가 있으나, 제품 시험을 위한 시편을 만들거나 주조 시험 등 양산이 아닌 제품 개발 과정에서는 상기와 같은 구성은 거대기술(적정기술의 반대)일 수도 있다. 유압장치 등을 구비함으로 인한 설비 구성 비용이 크게 증가할 수 있으므로 주조 수량이 많지 않은 곳(연구개발팀 등)에서는 설비 구성에 경제적인 부담을 가질 수 있다. 따라서, 상기와 같은 유압장치 등을 구비하지 않고도 압탕부커버 및 경동주조용 금형 사이의 밀폐를 형성시킬 수 있는 구성이 필요하다.

상기 가압장치는, 상기 압탕부커버 및 경동주조용 금형에 서로 대응되는 체결부가 구비되어, 피스톤에 의한 압탕부의 가압과정에서 압탕부커버 및 경동주조용 금형을 고정결합시키도록 구성될 수 있다.

용탕이 받는 압력을 고려하여 상기 체결부의 개수 및 위치를 조절할 수 있다. 체결부에는 볼트-너트, 후크, 끼워맞춤 형상 등 두개 이상의 부재를 고정결합시키는 기계요소가 포함될 수 있으며, 이는 통상의 기술자가 본 발명의 설명을 참조하여 용이하게 실시할 수 있는 범위이므로, 상세한 기재는 생략한다.

상기와 같은 구성을 통해, 유압장치 등을 이용한 압탕부커버 및 경동주조용 금형 사이의 밀폐 형성 과정에 소요되는 시간보다는 더 많은 시간이 소요되나, 장치의 복잡성이 낮고 설비비용이 낮은 장치를 구성할 수 있다. 체결부와 유압장치, 전자석 등을 조합하여 구비하는 구성도 가능하다.

, (4) 압탕부커버 내부 깊이

, (5) 압탕부 깊이

일 때,

조건에서 캐비티의 가압이 시작되도록 구성될 수 있다.

도 7과 같은 가압장치의 구성에서, 피스톤의 용적을 제외한 압탕부 커버의 용적은

로 나타낼 수 있다. (A : 피스톤 단면적, B : 압탕부커버 내부 단면적, L1 : 피스톤이 압탕부 내로 진입한 깊이, L2 : 압탕부커버 내부 깊이, L3 : 압탕부 깊이)

한편, 피스톤이 압탕부 내부로 진입하여 밀어낸 용탕의 부피는

이므로, 피스톤에 의한 캐비티 내 용탕의 가압이 시작되려면

를 만족해야 한다.

이 때, 압탕부의 깊이가 과도하게 깊은 경우 압탕부 내에 주입되는 용탕의 양이 많아져 손실이 발생할 수 있으며, 압탕부의 깊이가 과도하게 얕은 경우에는 피스톤과 목부 사이의 접촉이 발생하여 압축이 발생하지 않을 수도 있다. 따라서, 최적 조건은

일 수 있다. 식을 정리하면,

가 성립한다.

상기와 같은 경동주조방법에 의하면, 종래 경동주조에 비해 냉각수 유로를 추가적으로 형성하여 냉각속도를 단축시킬 수 있다. 종래 경동주조에서는 수축에 의한 보상을 고려해야 하기 때문에 냉각속도에 한계가 있었으며, 금형 설계의 복잡성이 높으며, 주조품을 여러번 생산할 때 주조품의 품질 편차가 높았으나, 상기와 같은 가압식 경동주조방법에서는 전술한 문제점들이 해소될 수 있다.

11 : 상형 12 : 하형
100 : 캐비티 101 : 압탕부
102 : 목부 13 : 주입컵
21 : 압탕부커버 22 : 피스톤
23 : 유압장치 M : 용탕

Claims

상형 및 하형을 결합했을 때, 내부에 소정의 캐비티가 형성되는 경동주조용 금형;
상기 경동주조용 금형은:
상기 캐비티의 일측에 형성되는 압탕부;
상기 압탕부와 캐비티 사이에 형성되며, 압탕부 및 캐비티의 단면적보다 작은 단면적을 가지는 목부(neck);
상기 하형의 압탕부측 일면에 결합되는 주입컵; 및
용탕의 주입이 완료된 후 용탕을 냉각시키도록 구비되는 냉각수 유로;를 포함하여,
상기 주입컵에 용탕을 주입한 뒤, 상형, 하형 및 주입컵이 결합된 경동주조용 금형을 기울여 주입컵 내부에 있던 용탕을 캐비티 내부로 주입시키도록 구성되며,
상기 경동주조용 금형을 소정의 속도로 기울여 캐비티 내부에 용탕을 주입시키는 경동장치 및;
상기 압탕부를 가압하는 가압장치를 포함하고;
상기 가압장치는:
상기 경동주조용 금형의 압탕부 외주면을 수용하도록 형성되고, 경동주조용 금형에 고정되어 압탕부를 포함한 소정의 밀폐공간을 형성시키는 압탕부커버;
상기 압탕부커버의 내측에 수용되며, 압탕부커버가 경동주조용 금형에 고정되어 형성된 밀폐공간의 내부에서 압탕부를 가압하는 피스톤을 포함하여;
상기 경동장치를 구동하여 캐비티에 용탕을 주입한 뒤 주입컵을 탈거하고, 압탕부를 수용하도록 압탕부커버를 경동주조용 금형에 고정시킨 뒤 피스톤으로 압탕부를 가압하도록 제어되되,
단일한 유압회로를 통해 압탕부커버, 피스톤, 상형 및 하형에 압력을 가하는 유압장치를 더 포함하고;
상기 유압장치는:
① 상기 압탕부커버가 경동주조용 금형에 가하는 압력의 크기가 피스톤이 용탕에 가하는 압력의 크기보다 크도록, 및
② 상기 상형 및 하형에 가해지는 압력의 크기가 압탕부커버에 가해지는 압력의 크기보다 크도록 제어되는, 상하형 분리식 유압 경동주조장치
청구항 1항에 있어서,
상기 유압장치는,
압탕부커버가 피스톤보다 가압방향에 수직한 단면의 면적이 큰 것을 특징으로 하는, 상하형 분리식 유압 경동주조장치
청구항 1항에 있어서,
상기 가압장치는,
상기 압탕부커버 일측에 전자석이 구비되어, 피스톤에 의한 압탕부의 가압과정에서 압탕부커버 및 경동주조용 금형을 밀착시키는, 상하형 분리식 유압 경동주조장치
청구항 1항에 있어서,
상기 가압장치는,
상기 압탕부커버 및 경동주조용 금형에 서로 대응되는 체결부가 구비되어, 피스톤에 의한 압탕부의 가압과정에서 압탕부커버 및 경동주조용 금형을 고정결합시키는, 상하형 분리식 유압 경동주조장치
경동주조방법에 있어서,
청구항 1항 내지 4항 중 어느 한 항의 상하형 분리식 유압 경동주조장치를 이용하고,
경동주조용 금형에 주입컵을 고정시키는 주입컵결합단계;
상기 주입컵결합단계 후, 주입컵에 용탕을 주입하는 제1용탕주입단계;
상기 제1용탕주입단계 후, 경동주조용 금형을 기울여 주입컵 내부의 용탕을 중력에 의해 캐비티 내부로 주입시키는 제2용탕주입단계;
상기 제2용탕주입단계 후, 경동주조용 금형에서 주입컵을 분리하는 주입컵분리단계;
상기 주입컵분리단계 후, 압탕부를 수용하도록 압탕부커버를 경동주조용 금형과 밀착시키는 가압준비단계;
상기 가압준비단계 후, 피스톤을 밀어내어 압탕부 내 용탕을 가압하는 가압단계;
상기 가압단계 중, 용탕을 냉각시키는 냉각단계;
상기 가압단계 및 냉각단계 후, 가압장치를 경동주조용 금형으로부터 분리하는 가압해제단계;
상기 가압해제단계 후, 상형 및 하형을 분리하여 주조품을 경동주조용 금형으로부터 분리하는 주조품분리단계 및;
상기 주조품으로부터, 압탕부에 위치해 있던 용탕이 응고된 부분을 제거하는 단계를 포함하는; 경동주조방법