KR102258154B1 - Die casting apparatus for forming composite, and casting method using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기지를 가진 복합재 내에 강화재인 미세입자가 양호하게 분산될 수 있고 성형과정에서 미세입자의 열화가 최소화될 수 있는 다이캐스팅 장치를 제공한다. 본 발명은, 용탕주입로에 의해 제1금형 및 제2금형 사이에 형성된 성형공간과 연결되어 용탕을 성형공간으로 주입하는 용탕주입부와, 감압로에 의해 성형공간과 연결되어 성형공간의 공기를 배출시키고 감압시키는 감압부와, 흡입로를 통해 성형공간과 연결되어 미세입자를 성형공간으로 유입시키는 입자공급부와, 상기 흡입로를 통한 출입을 허용 및 차단하는 흡입로개폐밸브와, 상기 용탕주입부와 감압부와 흡입로개폐밸브의 작동을 제어하는 제어부를 포함한다.The present invention provides a die-casting apparatus in which fine particles, which are reinforcing materials, can be well dispersed in a known composite material, and deterioration of the fine particles can be minimized during the molding process. The present invention is connected to the molding space formed between the first mold and the second mold by a molten metal injection path, and a molten metal injection part for injecting the molten metal into the molding space, and the molding space is connected to the molding space by a decompression furnace to remove air from the molding space. A decompression unit that discharges and decompresses, a particle supply unit that is connected to the molding space through a suction path to introduce fine particles into the molding space, a suction path opening/closing valve that allows and blocks access through the suction path, and the molten metal injection unit And a control unit for controlling the operation of the pressure reducing unit and the suction path opening/closing valve.
Description
본 발명은 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치 및 그것을 이용한 주조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CNT 입자 등 미세입자인 강화재가 Al 등 기지에 양호한 품질로 혼합될 수 있도록 주조하는 다이캐스팅 장치와 그것을 이용한 주조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a die-casting device for forming a composite material and a casting method using the same, and more particularly, a die-casting device for casting so that fine reinforcing materials such as CNT particles can be mixed in a matrix such as Al with good quality, and a casting method using the same It is about.
최근 전기차의 모터하우징, 인버터 하우징, 배터리 케이스, 대형 가전제품의 히트싱크 등 경량 고강도 특성, 고방열 특성을 요구하는 소재수요가 증가하고 있다.Recently, the demand for materials requiring lightweight, high-strength characteristics and high heat dissipation characteristics such as motor housings for electric vehicles, inverter housings, battery cases, and heat sinks for large home appliances is increasing.
특히, 고강도, 고방열 특성을 가지도록 CNT입자를 강화재로 하고 Al을 기지로 한 복합재 성형기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.Particularly, research on composite molding technology based on Al and CNT particles as a reinforcing material to have high strength and high heat dissipation properties is being actively conducted.
도 1은 탄소입자 필러가 첨가된 알루미늄 복합체를 제조하기 위한 다이캐스팅 주조과정을 설명하는 것으로서, 용융된 알루미늄 슬러리에 필러를 투입하고 교반하여 다이캐스팅 금형에서 주조하는 방법에 관한 것이다.1 is a diagram illustrating a die casting process for manufacturing an aluminum composite to which a carbon particle filler is added, and relates to a method of casting in a die casting mold by adding and stirring the filler to a molten aluminum slurry.
위의 탄소입자 필러로서 CNT입자가 투입되어 CNT강화 복합재를 성형하고자 하는 시도가 많이 있었으나, 고온의 용탕 내 CNT입자를 혼합하는 과정에서 CNT입자의 버닝(Burning)과 고온에 의한 열화의 문제가 발생하고, 특히 용탕에 CNT입자를투입하고 교반시키면 CNT의 엉킴으로 인해 균일한 분산이 어려운 문제가 있었다.There have been many attempts to form CNT-reinforced composites by inserting CNT particles as the above carbon particle filler, but the problem of burning of CNT particles and deterioration due to high temperature occurs in the process of mixing CNT particles in a hot molten metal. In particular, when CNT particles are added to the molten metal and stirred, uniform dispersion is difficult due to entanglement of CNTs.
본 발명은 상기와 같은 관점에서 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 금속 등 기지를 가진 복합재 내에 강화재인 미세입자가 양호하게 분산될 수 있고 성형과정에서 미세입자의 열화가 최소화될 수 있는 다이캐스팅 장치 및 그것을 이용한 주조방법을 제공하는 것이다.The present invention is derived from the above point of view, and an object of the present invention is a die casting apparatus in which fine particles, which are reinforcing materials, can be well dispersed in a composite material having a base such as metal, and deterioration of the fine particles can be minimized during the molding process, and It is to provide a casting method using it.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치는, 서로 이격 및 조합작동하는 것으로서 서로 조합된 상태에서 사이에 성형공간을 형성하는 제1금형 및 제2금형과, 상기 제1금형 또는 상기 제2금형에 형성된 용탕주입로에 의해 상기 성형공간과 연결되어 용탕을 상기 성형공간으로 주입하는 용탕주입부와, 상기 제1금형 또는 상기 제2금형에 형성된 감압로에 의해 상기 성형공간과 연결되어 상기 성형공간의 공기를 배출시키고 감압시키는 감압부와, 상기 제1금형 또는 상기 제2금형에 형성된 흡입로를 통해 상기 성형공간과 연결되어 미세입자를 상기 성형공간으로 유입시키는 입자공급부와, 상기 흡입로를 통한 출입을 허용 및 차단하도록 설치된 흡입로개폐밸브와, 상기 감압부와 상기 흡입로개폐밸브의 작동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the die casting apparatus for molding a composite material according to the present invention includes a first mold and a second mold that are spaced apart from each other and operate in combination to form a molding space therebetween, and the first The molding space is connected to the molding space by a mold or a molten metal injection path formed in the second mold, and a molten metal injection part for injecting the molten metal into the molding space, and a pressure reducing path formed in the first mold or the second mold. A decompression unit connected to the molding space to discharge and depressurize the air in the molding space, and a particle supply unit connected to the molding space through a suction path formed in the first mold or the second mold to introduce fine particles into the molding space; And a suction path open/close valve installed to allow and block access through the suction path, and a control unit for controlling the operation of the depressurization unit and the suction path open/close valve.
또한, 본 발명의 다이캐스팅 장치는 상기 제어부가 상기 용탕주입부도 제어하되, 상기 감압부를 작동시켜 상기 성형공간을 감압시킨 상태에서 상기 흡입로개폐밸브를 개방하여 상기 미세입자를 상기 성형공간으로 자연흡입시키고 이후, 용탕을 상기 성형공간으로 주입하도록 상기 용탕주입부를 작동시키는 것을 특징으로 한다.In addition, in the die-casting apparatus of the present invention, the control unit controls the molten metal injection unit, and while the pressure reducing unit is operated to depressurize the molding space, the suction path opening/closing valve is opened and the fine particles are naturally sucked into the molding space. Thereafter, the molten metal injection part is operated to inject the molten metal into the molding space.
또한, 본 발명의 다이캐스팅 장치는 상기 미세입자가 CNT입자, 금속분말입자, 탄소분말입자 중 선택된 하나이고, 상기 용탕은 금속재인 것을 다른 특징으로 한다.In addition, the die casting apparatus of the present invention is characterized in that the fine particles are one selected from CNT particles, metal powder particles, and carbon powder particles, and the molten metal is a metal material.
또한, 본 발명의 다이캐스팅 장치는 상기 흡입로가 굴곡진 형상으로 형성됨으로써 직선인 경우보다 길이를 증가한 것을 또 다른 특징으로 한다.In addition, the die-casting apparatus of the present invention is further characterized in that the suction path is formed in a curved shape, so that the length is increased compared to a straight line.
또한, 본 발명의 다이캐스팅 장치는 상기 흡입로가 상기 감압로와 겸용으로 사용하는 것으로서, 상기 제1금형과 상기 제2금형 사이에 위치되어 상기 제1금형과 상기 제2금형이 서로 조합된 상태에서 완성된 구조로 형성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.In addition, in the die casting apparatus of the present invention, the suction path is used in combination with the decompression path, and is positioned between the first mold and the second mold so that the first mold and the second mold are combined with each other. Another feature is that it is formed in a completed structure.
한편, 다른 관점에서 본 발명은 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 주조방법을 제공하는 것으로서, 제1금형과 제2금형이 조합되어 형성된 성형공간이 감압장치에 의해 감압되는 감압단계; 상기 감압단계 후, 감압된 상기 성형공간보다 높은 압력이고 미세입자가 저장된 입자챔버가, 상기 성형공간과 연통되어 상기 미세입자가 상기 성형공간으로 흡입되는 입자흡입단계; 상기 입자흡입단계 후, 상기 성형공간에 용탕을 주입하여 상기 미세입자와 용탕이 혼합되는 용탕주입단계; 및, 상기 성형공간에서 상기 용탕의 냉각 후, 상기 제1금형과 제2금형이 서로 이격되어 상기 성형공간의 제품이 취출되는 제품취출단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. On the other hand, in another aspect, the present invention provides a die casting method for molding a composite material, comprising: a decompression step in which a molding space formed by combining a first mold and a second mold is depressurized by a decompression device; After the depressurization step, a particle suction step in which a particle chamber having a pressure higher than the decompressed molding space and storing fine particles is in communication with the molding space so that the fine particles are sucked into the molding space; A molten metal injection step in which the fine particles and the molten metal are mixed by injecting molten metal into the molding space after the particle suction step; And, after cooling the molten metal in the molding space, a product taking out step in which the first mold and the second mold are spaced apart from each other so that the product in the molding space is taken out.
또한, 본 발명의 주조방법은, 상기 미세입자가 CNT입자, 금속분말입자, 탄소분말입자 중 선택된 하나이고, 상기 용탕은 금속재인 것을 다른 특징으로 한다.In addition, the casting method of the present invention is characterized in that the fine particles are one selected from CNT particles, metal powder particles, and carbon powder particles, and the molten metal is a metal material.
또한, 본 발명의 주조방법은, 상기 미세입자가 CNT입자이고, 상기 입자챔버에 저장되는 상기 CNT입자는, 볼밀가공에 의해 보다 잘게 분쇄되는 과정을 거치는 것을 또 다른 특징으로 한다.In addition, in the casting method of the present invention, the fine particles are CNT particles, and the CNT particles stored in the particle chamber are further characterized in that they undergo a process of finely pulverizing by ball milling.
또한, 본 발명의 주조방법은, 용탕을 상기 성형공간에 주입하는 용탕주입부가, 상기 성형공간의 하측에 위치하고 수평으로 연장되는 용탕가압로와, 상기 용탕가압로 내에서 용탕을 밀어내는 플런저와, 상기 용탕가압로의 상부에 형성된 용탕유입구를 포함하고, 상기 용탕가압로의 양 단부 중 상기 플런저가 위치한 측의 반대측의 단부에서, 상기 용탕가압로와 상기 성형공간을 연통시키는 연통되는 용탕주입로가 설치되며, 상기 감압단계 및 입자흡입단계에서, 상기 플런저는 상기 용탕주입로를 향해 이동하여 상기 용탕유입구를 지난 위치에 정지함으로써, 상기 성형공간을 폐쇄시키는 것을 또 다른 특징으로 한다.In addition, the casting method of the present invention includes a molten metal injection unit for injecting molten metal into the molding space, a molten metal pressurizing furnace positioned at a lower side of the molding space and extending horizontally, a plunger for pushing the molten metal in the molten metal pressurizing furnace, A molten metal injection path that includes a molten metal inlet formed on the upper portion of the molten metal pressurization furnace, and at an end opposite to the side where the plunger is located among both ends of the molten metal pressurization furnace, a communicating molten metal injection path communicating the molten metal pressurization furnace and the forming space It is installed, and in the depressurization step and the particle suction step, the plunger moves toward the molten metal injection path and stops at a position past the molten metal inlet, thereby closing the molding space.
본 발명에 따른 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치 및 그것을 이용한 주조방법은, CNT입자 등 강화재인 미세입자가 혼합된 복합재의 제작시 기존의 다이캐스팅 장치에, 미세입자를 성형공간으로 유입시키는 입자공급부와, 용탕주입부와 감압부와 입자공급부의 작동순서를 제어하는 제어부를, 추가 구성함으로써 구현할 수 있으므로, 기존의 다이캐스팅 장치를 그대로 활용할 수 있고, 장치의 구조 및 공정이 단순한 이점이 있다.The die-casting device for forming a composite material according to the present invention and a casting method using the same include a particle supply unit for introducing fine particles into the molding space, and a molten metal in the existing die-casting device when manufacturing a composite material in which fine particles, such as reinforcing materials such as CNT particles, are mixed. Since the control unit that controls the order of operation of the injection unit, the depressurization unit and the particle supply unit can be implemented by additional configuration, the existing die casting apparatus can be used as it is, and the structure and process of the apparatus are simple.
그러한 구성의 본 발명은, 용탕이 금형의 성형공간에 진입하면서 부유상태인 미세입자와 순간적으로 혼합되고, 그 혼합시점부터 용탕이 금형에 의해 빠르게 냉각되는 것이므로, CNT입자 등 미세입자의 열화가 최소화되고 CNT 고유의 고강도 고방열 특성 등 강화재인 미세입자가 가지는 고유의 특성이 훼손없이 유지될 수 있다.The present invention with such a configuration is that the molten metal is instantly mixed with the floating fine particles as it enters the molding space of the mold, and the molten metal is rapidly cooled by the mold from the point of mixing, so that the deterioration of the fine particles such as CNT particles is minimized. And, the unique characteristics of the fine particles, which are reinforcing materials, such as high strength and high heat dissipation characteristics inherent in CNT can be maintained without damage.
또한, 본 발명은 성형공간으로 주입된 금속용탕에 강화재인 미세입자가 혼입되어 전체적으로 분산되게 되는 바, 미세입자가 용탕 응고시의 핵이 되어 수많은 결정립이 조밀하게 분산된 상태로 발생 및 성장하므로, 결정입도(Grain Size)가 작아지면서 제품의 강도를 높일 수 있다.In addition, in the present invention, fine particles, which are reinforcing materials, are mixed into the molten metal injected into the forming space and are dispersed as a whole, so that the microparticles become nuclei during solidification of the molten metal, so that numerous crystal grains are generated and grown in a densely dispersed state, As the grain size decreases, the strength of the product can be increased.
도 1는 종래 탄소입자 필러가 첨가된 알루미늄 복합체를 제조하는 다이캐스팅 주조과정의 설명도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치의 전체 구성설명도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 주조방법을 순차적으로 설명하는 블록설명도
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 주조방법의 과정을 순차적으로 도시하는 공정설명도
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치의 전체 구성설명도
도 10은 도 9의 장치에 따라 제품이 취출되는 과정을 도시하는 설명도1 is an explanatory diagram of a die casting process for manufacturing an aluminum composite to which a conventional carbon particle filler is added
Figure 2 is a diagram illustrating the overall configuration of a die casting apparatus for molding a composite according to an embodiment of the present invention
3 is a block diagram sequentially illustrating a die casting method for molding a composite material according to an embodiment of the present invention.
4 to 8 are process explanatory diagrams sequentially showing a process of a die casting method for molding a composite material according to an embodiment of the present invention
9 is an explanatory view of the overall configuration of a die casting apparatus for molding a composite material according to another embodiment of the present invention
10 is an explanatory diagram showing a process in which a product is taken out according to the device of FIG. 9
이하, 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치는, 서로 이격 및 조합작동하는 것으로서 서로 조합된 상태에서 사이에 성형공간(13)을 형성하는 제1금형(11) 및 제2금형(12)과, 상기 제1금형(11) 또는 제2금형(12)에 형성된 용탕주입로(21)에 의해 성형공간(13)과 연결되어 용탕(23)을 성형공간(13)으로 주입하는 용탕주입부(20)와, 상기 제1금형(11) 또는 제2금형(12)에 형성된 감압로(31)에 의해 성형공간(13)과 연결되어 성형공간(13)의 공기를 배출시키고 감압시키는 감압부(30)와, 상기 제1금형(11) 또는 제2금형(12)에 형성된 흡입로(41)를 통해 성형공간(13)과 연결되어 미세입자(46)를 성형공간(13)으로 유입시키는 입자공급부(40)와, 상기 흡입로(41)를 통한 출입을 허용 및 차단하도록 설치된 흡입로개폐밸브(42)와, 상기 감압부(30)와 흡입로개폐밸브(42)의 작동을 제어하는 제어부(50)를 포함한다.Referring to Figure 2, the die-casting apparatus for forming a composite according to an embodiment of the present invention, a
상기 제1금형(11) 및 제2금형(12)은, 고온의 용탕(23)이 내부에 주입되어 제품이 성형되는 부분으로서, 서로 이격 및 조합작동하는 것으로서 서로 조합된 상태에서 사이에 성형공간(13)을 형성한다.The
상기 성형공간(13)은 제1금형(11)과 제2금형(12) 사이에 위치하는 공간이므로, 성형공간(13)이 제1금형(11)과 제2금형(12)을 분리하는 경계영역이 되어, 제1금형(11)과 제2금형(12)이 이격시 성형공간(13)에서 형성된 제품이 제1금형(11)과 제2금형(12)으로부터 취출될 수 있다.Since the
상기 용탕주입부(20)는 제1금형(11) 또는 제2금형(12)에 형성된 용탕주입로(21)에 의해 성형공간(13)과 연결되어 용탕(23)을 성형공간(13)으로 주입하는 부분이다.The molten
용탕주입부(20)는 성형공간(13)의 하측에 위치하고 제1금형(11)과 제2금형(12)의 경계선 상에 위치하는 용탕주입로(21)에 의해 성형공간(13)과 연결되어 용탕(23)이 주입될 수 있다.The molten
용탕주입부(20)는 성형공간(13)의 하측에 위치하고 수평으로 연장되는 용탕가압로(25)와, 상기 용탕가압로(25) 내에서 용탕(23)을 밀어내는 플런저(24)와, 상기 용탕가압로(25)의 상부에 형성된 용탕유입구(26)를 포함한다.The molten
용탕가압로(25)의 양 단부 중 상기 플런저(24)가 위치한 측의 반대측의 단부에서, 용탕주입로(21)가 용탕가압로(25)와 연통된다.The molten
상기 용탕가압로(25)에 용탕유입구(26)를 통해 공급된 용탕(23)이 대기하고, 플런저(24)가 용탕주입로(21) 측으로 용탕(23)을 밀어 이동함으로써 용탕(23)이 용탕주입로(21)를 통해 성형공간(13)에 강제 주입될 수 있다.The
용탕유입구(26)는 용탕가압로(25)의 상부에 설치되되, 플런저(24)가 위치하는 측으로 치우쳐 설치되도록 하고, 플런저(24)가 용탕주입로(21) 측으로 이동하여 용탕유입구(26)를 지난 상태가 되면, 용탕가압로(25) 중의 공간은 플런저(24)에 의해 밀폐되어, 용탕가압로(25)와 연통된 성형공간(13)이 폐쇄될 수 있다. The
상기 용탕(23)은 복합재의 기지를 이루는 재료로서, Al 등의 금속재가 될 수 있다.The
한편, 상기 감압부(30)는 제1금형(11) 또는 제2금형(12)에 형성된 감압로(31)에 의해 성형공간(13)과 연결되어 성형공간(13)의 공기를 배출시키고 감압시킨다.Meanwhile, the
감압로(31)에 감압로개폐밸브(36)가 설치되고 감압로(31)는 진공탱크(33)와 연결되며, 진공탱크(33)는 진공펌프에 의해 진공압력을 유지한다.A pressure reducing furnace opening and
상기 감압로개폐밸브(36)를 개방하면 감압로(31)에 의해 진공탱크(33)와 성형공간(13)이 연통되어 성형공간(13)의 공기가 배출되고 성형공간(13)의 감압이 이루어진다.When the pressure reducing furnace opening/
성형공간(13)의 감압 후에는 제어부(50)에 의해 감압로개폐밸브(36)가 폐쇄되도록 하되, 실제적으로 제어부(50)는 감압로개폐밸브(36)를 개방 후 짧은 시간간격 예컨대 0.5~1sec을 두고 폐쇄시켜 폐쇄상태를 유지시킴으로써, 순간적으로 성형공간(13)을 감압시킬 수 있다. After depressurizing the
감압로(31)에는 압력센서(37)를 설치하여 압력센서(37)의 측정치를 제어부(50)로 전송하고, 제어부(50)는 감압로개폐밸브(36)의 개방 후, 압력의 측정치가 설정치 이하가 될 때, 감압로개폐밸브(36)를 폐쇄하도록 구성할 수도 있다.A
한편, 상기 입자공급부(40)는 제1금형(11) 또는 제2금형(12)에 형성된 흡입로(41)를 통해 성형공간(13)과 연결되어 미세입자(46)를 성형공간(13)으로 유입시키는 부분이다.On the other hand, the
성형공간(13)이 감압된 상태에서 제어부(50)가 흡입로개폐밸브(42)를 개방하면, 입자챔버(43)에 일시 저장된 미세입자(46)가 성형공간(13)으로 흡입로(41)를 통해 흡입되어 성형공간(13)에서 부유하는 상태가 될 수 있다.When the
즉, 흡입로개폐밸브(42)가 개방되면, 성형공간(13)이 감압된 상태에서 대기압 상태인 입자챔버(43)의 공기가 성형공간(13)으로 빨려 들어가면서 입자챔버(43)의 미세입자(46)도 공기와 함께 성형공간(13)으로의 흡입이 이루어지고, 그 흡입후 미세입자(46)는 성형공간(13) 중에 떠다니는 일시적 부유상태가 된다. 그 부유상태가 유지되는 짧은 시간동안 용탕(23)이 성형공간(13)에 주입될 필요가 있다.That is, when the suction path opening/
입자챔버(43)는 그 부피가 성형공간(13)에 비해 매우 작으므로, 입자챔버(43)로부터 흡입되는 공기량은 성형공간(13)의 부피에 비해 미미한 수준이다.Since the
미세입자(46)가 성형공간(13)에 흡입된 후, 흡입로개폐밸브(42)는 제어부(50)에 의해 차단되는 것으로서, 실제적으로는 제어부(50)가 짧은 흡입시간 예컨대 0.5~1sec을 허용한 후, 흡입로개폐밸브(42)를 폐쇄한다.After the
미세입자(46)가 성형공간(13)의 흡입된 후, 입자챔버(43)는 성형공간(13)과 같은 압력으로 감압된 상태가 될 수 있고, 흡입로개폐밸브(42)가 폐쇄된 상태에서 입자저장조(44)와 연결된 입자공급로의 공급개폐밸브(48)를 제어부(50)가 개방하면, 입자챔버(43)의 낮은 압력에 의해 입자저장조(44)의 미세입자(46)가 공기와 함께 소정량 입자챔버(43)로 유입될 수 있다. 그 유입 후 공급개폐밸브(48)는 폐쇄되고, 입자챔버(43)에 소정량의 미세입자(46)가 일시 저장되어 대기한 상태가 될 수 있다.After the
상기 입자챔버(43)에 미세입자(46)를 공급하는 방식은, 정량의 미세입자(46)를 공급하는 공지의 피드장치, 예컨대 스크류공급장치 등을 별도 구비하고 미세입자(46)를 공급받은 후 밸브를 차단하여 입자챔버(43)를 피드장치로부터 밀폐하는 구성으로도 구현될 수 있다.In the method of supplying the
상기 미세입자(46)는 금속용탕에 혼입되는 CNT입자일 수 있고, CNT입자를 볼밀(ball mill) 가공에 의해 보다 잘게 분쇄하여 사용하는 것이 바람직할 수 있다.The
또한, 상기 미세입자(46)는 복합재의 강화재로서, 기지에 혼입되는 금속분말입자, 탄소분말입자가 될 수도 있다.In addition, the
상기 흡입로(41)는 제1금형(11) 또는 제2금형(12)을 관통하는 통로로 형성되되, 지그재그 형상의 굴곡을 형성함으로써 직선인 경우보다 길이를 증가시킨 것이 바람직하다.The
그러한 굴곡을 형성한 구성은 흡입로(41)로 용탕(23)이 침범시에 냉각이 신속히 이루어지도록 하여 침투하는 길이를 최소화하도록 하기 위함이다.The configuration in which such a bend is formed is to minimize the penetration length by allowing rapid cooling when the
흡입로(41)의 형성에 따라 제품취출을 용이하게 하기 위해, 흡입로(41)를 경계로 복수의 금형이 분할되어 서로 이격되도록 금형을 형성하는 것이 바람직하고, 상기 흡입로(41)가 제1금형(11)과 제2금형(12)의 경계선 상에 형성되는 것이 가장 바람직하다. 이에 따라, 제품 취출시 흡입로(41)로 용탕(23)이 침범하더라도 제품이 쉽게 제거될 수 있다. In order to facilitate product extraction according to the formation of the
한편, 상기 제어부(50)는 감압부(30)와 흡입로개폐밸브(42)의 작동을 제어하는 부분으로서, 용탕주입부(20)도 또한 제어함으로써 전체 장치의 작동이 자동화될 수 있다.Meanwhile, the
실제적으로 용탕주입부(20)의 플런저(24), 감압부(30)의 감압로개폐밸브(36), 입자공급부(40)의 흡입로개폐밸브(42) 및 공급개폐밸브 등의 동작을 제어하고, 상기 압력센서(37)가 설치된 경우, 압력센서(37)의 측정치를 입력받아 감압로개폐밸브(36)를 제어한다.Practically controls the operation of the
상기 제어부(50)는, 주조작업이 개시되면, 감압부(30)를 작동시켜 성형공간(13)을 감압시킨 상태에서 흡입로개폐밸브(42)를 개방하여 미세입자(46)를 성형공간(13)으로 자연흡입시킨 후, 용탕(23)을 성형공간(13)으로 주입하도록 용탕주입부(20)를 작동시키는 순서로 제어가 이루어진다.When the casting operation starts, the
이하, 상기 다이캐스팅 장치가 제어부(50)의 제어에 의해 이루어지는 주조방법을 보다 상세하게 순차적으로 설명한다.Hereinafter, a casting method in which the die casting device is controlled by the
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따라 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 주조방법은, 제1금형(11)과 제2금형(12)이 준비된 후(S10단계), 제1금형(11)과 제2금형(12)이 조합되어 형성된 성형공간(13)이 감압장치에 의해 감압되는 감압단계(S20단계)와, 상기 감압단계 후, 감압된 성형공간(13)보다 높은 압력이고 미세입자(46)가 저장된 입자챔버(43)가 성형공간(13)과 연통되어 미세입자(46)가 성형공간(13)으로 흡입되는 입자흡입단계(S30단계)와, 상기 입자흡입단계 후, 성형공간(13)에 용탕(23)을 주입하여 미세입자(46)와 용탕(23)이 혼합되는 용탕주입단계(S40단계), 및 상기 성형공간(13)에서 용탕(23)의 냉각 후, 제1금형(11)과 제2금형(12)이 서로 이격되어 성형공간(13)의 제품이 취출되는 제품취출단계(S50단계)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the die-casting casting method for forming a composite according to this embodiment is, after the
상기 감압단계는 제1금형(11)과 제2금형(12)이 조합되어 형성된 성형공간(13)이 감압장치에 의해 감압되는 단계이다.The depressurization step is a step in which the
도 4와 같이, 제1금형(11)과 제2금형(12)이 조합된 후, 용탕주입부(20)에서는 용탕가압로(25)에 용탕(23)이 먼저 주입된다.As shown in FIG. 4, after the
이후 도 5와 같이, 감압로개폐밸브(36)가 개방되어 성형공간(13)과 진공탱크(33)가 연통됨으로써 감압로(31)를 통해 공기가 배출되고 성형공간(13)의 감압이 이루어진다.Thereafter, as shown in FIG. 5, the pressure reducing furnace opening/closing
그 감압이 진행되기 전에, 도 5와 같이, 용탕주입부(20)의 플런저(24)는 용탕주입로(21)를 향해 이동하여 용탕유입구(26)를 지난 위치에 정지된 상태를 유지함으로써, 성형공간(13)이 용탕유입구(26)와 연통되는 것을 차단하여 성형공간(13)을 폐쇄하고 있다.Before the depressurization proceeds, as shown in FIG. 5, the
그와 같은 감압로개폐밸브(36)의 개방은 짧은 시간간격 예컨대 0.5~1sec 동안 이루어져 순간적으로 성형공간(13)을 감압시키거나, 감압로(31)에 설치된 압력센서(37)가 설정치 이하의 압력을 측정시 감압로개폐밸브(36)를 폐쇄시킨다.The opening of the decompression furnace opening/closing
상기 입자흡입단계는 감압단계 후, 감압된 성형공간(13)보다 높은 압력이고 미세입자(46)가 저장된 입자챔버(43)가, 성형공간(13)과 연통되어 미세입자(46)가 성형공간(13)으로 흡입되는 단계이다.The particle suction step is a pressure higher than the depressurized
입자챔버(43)는 대기압 상태에서 소정량의 미세입자(46)를 저장하고 있고 흡입로개폐밸브(42)가 짧은 시간간격 예컨대 0.5~1sec 동안 개방되면, 입자챔버(43)의 공기가 감압상태의 성형공간(13)으로 흡입되면서 미세입자(46)도 도 6과 같이 함께 흡입된다. 이 때, 감압로개폐밸브(36)는 폐쇄되어 있다.The
이후, 미세입자(46)는 성형공간(13)에서 일시적으로 부유상태로 존재하고, 흡입로개폐밸브(42)는 폐쇄된다.Thereafter, the
상기 감압단계에서도 도 6과 같이 용탕주입부(20)의 플런저(24)가 용탕주입로(21)를 향해 이동하여 용탕유입구(26)를 지난 위치에 정지되어 있으므로, 성형공간(13)이 용탕유입구(26)와 연통되는 것을 차단하여 성형공간(13)을 폐쇄시키고 있다.Even in the depressurization step, as shown in FIG. 6, the
한편, 성형공간(13) 내에서 미세입자(46)가 부유상태로 존재하는 짧은 시간 동안, 성형공간(13)으로 용탕(23)을 주입하는 용탕주입단계가 진행된다. On the other hand, the molten metal injection step of injecting the
상기 용탕주입단계는 입자흡입단계 후, 도 7과 같이 성형공간(13)에 용탕(23)을 주입하여 미세입자(46)와 용탕(23)이 혼합되는 단계이다.The molten metal injection step is a step in which the
미세입자(46)가 성형공간(13)에 부유하는 짧은 시간동안에 플런저(24)가 용탕주입로(21)의 용탕(23)을 가압하여 용탕주입로(21)를 통해 성형공간(13)에 용탕(23)을 주입한다.During a short time when the
위의 입자흡입단계와 용탕주입단계는 순간적으로 연속 진행된다.The above particle suction step and molten metal injection step are instantaneous and continuous.
성형공간(13) 내에서 부유하던 미세입자(46)는 용탕(23)을 만나면서 성형공간(13) 내에서 유동하는 용탕(23)과 혼합되고, 미세입자(46)와 용탕(23)이 혼합되는 시점부터 제1금형(11) 및 제2금형(12)에 용탕(23)이 접촉하여 즉시 냉각이 시작된다.The
이로 인해 미세입자(46)와 용탕(23)의 혼합시점부터 즉시 용탕(23)이 금형에 의해 빠르게 냉각되므로, CNT입자 등 미세입자(46)의 열화가 최소화되고 CNT 고유의 고강도 고방열 특성 등 강화재인 미세입자(46)가 가지는 고유의 특성이 훼손없이 유지될 수 있다As a result, since the
용탕(23)의 냉각시간이 지체될 경우, 미세입자(46)들이 부유함으로써 상부 등 일부분에 집중분포될 수 있으므로, 본 발명은 두꺼운 형태의 제품의 제작보다는 용탕(23)의 유입시 냉각이 신속하게 이루어지는 박육제품의 생산에 보다 더 적합하다고 할 수 있다.If the cooling time of the
용탕(23)에 CNT입자를 미리 혼합하는 종래의 구성일 경우, 미세입자(46)와 접촉 후 용탕(23)의 냉각시간이 지체되는 것이므로, 용탕(23) 내에서 미세입자(46)의 열화가 진행될 수 있다.In the case of the conventional configuration in which CNT particles are premixed with the
다른 한편으로, 본 실시예에 의해 장치 및 방법에 의해, 성형공간으로 주입된 금속용탕에 강화재인 미세입자가 전체적으로 분산되게 혼입되는 바, 미세입자가 용탕 응고시의 핵이 되어 수많은 결정립이 조밀하게 분산된 상태로 발생 및 성장하므로, 결정입도(Grain Size)가 작아지면서 제품의 강도를 높일 수 있는 장점이 있다.On the other hand, by the apparatus and method according to the present embodiment, the fine particles, which are reinforcing materials, are mixed so as to be dispersed throughout the molten metal injected into the molding space, and the fine particles become the nuclei during the solidification of the molten metal, resulting in a dense number of crystal grains. Since it is generated and grown in a dispersed state, it has the advantage of increasing the strength of the product while reducing the grain size.
성형공간(13)에서 용탕(23)의 냉각 후, 도 8과 같이, 제1금형(11) 및 제2금형(12)이 이격되고 제품의 취출이 이루어지는 제품취출단계가 진행된다.After cooling of the
이후, 전술한 과정이 반복됨으로써 동일한 다이캐스팅 주조에 의한 제품 생산이 이루어진다.Thereafter, the above-described process is repeated to produce a product by the same die casting casting.
한편, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치의 전체 구성을 도시하고 있다.Meanwhile, FIG. 9 shows the overall configuration of a die casting apparatus for molding a composite material according to another embodiment of the present invention.
도 9를 참고하면, 본 실시예에서는 입자공급부(40)의 흡입로(41)는 감압부(30)의 감압로(31)와 겸용으로 통로를 사용하는 것으로서, 감압로(31)가 제1금형(11)과 제2금형(12) 사이에 형성되어 제1금형(11)과 제2금형(12)이 서로 조합됨으로써 감압로(31) 및 겸용의 흡입로(41)가 형성되는 구조가 된다.Referring to FIG. 9, in this embodiment, the
이에 따라, 도 10과 같이, 제품취출시 흡입로(41)와 겸용으로 사용되는 감압로(31)에 용탕(23)이 일부 침투하였다고 하더라도, 제품의 취출시 제1금형(11)과 제2금형(12) 서로 이격되면 감압로(31)가 노출되어 제품의 취출이 용이하게 이루어질 수 있다.Accordingly, as shown in FIG. 10, even if the
또한, 별도의 흡입로(41)를 형성하는 제작비용을 절감하고 구조를 단순화할 수 있다. In addition, the manufacturing cost of forming the
이상에서 설명한 본 발명의 장치 및 방법은 Al 기지에 CNT입자가 분포된 복합재 뿐 아니라, 미세입자(46)형태로 금속재 등 용탕(23)에 혼합되어 제작될 수 있는 다양한 복합재의 제작에 활용될 수 있다.The apparatus and method of the present invention described above can be used not only for the composite material in which CNT particles are distributed in the Al base, but also for the production of various composite materials that can be mixed in the
11; 제1금형 12; 제2금형
13; 성형공간 20; 용탕주입부
21; 용탕주입로 23; 용탕
24; 플런저 25; 용탕가압로
26; 용탕유입구 30; 감압부
31; 감압로 33; 진공탱크
36; 감압로개폐밸브 37; 압력센서
40; 입자공급부 41; 흡입로
42; 흡입로개폐밸브 43; 입자챔버
44; 입자저장조 46; 미세입자
48; 공급개폐밸브 50; 제어부11;
13;
21; Molten
24;
26;
31;
36; Pressure reducing furnace opening and closing
40;
42; Suction path opening/closing
44;
48; Supply opening and closing
Claims (9)
상기 제1금형(11) 또는 상기 제2금형(12)에 형성된 용탕주입로(21)에 의해 상기 성형공간(13)과 연결되어 용탕(23)을 상기 성형공간(13)으로 주입하는 용탕주입부(20)와,
상기 제1금형(11) 또는 상기 제2금형(12)에 형성된 감압로(31)에 의해 상기 성형공간(13)과 연결되어 상기 성형공간(13)의 공기를 배출시키고 감압시키는 감압부(30)와,
상기 제1금형(11) 또는 상기 제2금형(12)에 형성된 흡입로(41)를 통해 상기 성형공간(13)과 연결되어 미세입자(46)를 상기 성형공간(13)으로 유입시키는 입자공급부(40)와,
상기 흡입로(41)를 통한 출입을 허용 및 차단하도록 설치된 흡입로개폐밸브(42)와,
상기 감압부(30)와 상기 흡입로개폐밸브(42)의 작동을 제어하는 제어부(50)를 포함하고,
상기 흡입로(41)는 굴곡진 형상으로 형성되어 직선인 경우보다 길이가 증가한 것을 특징으로 하는 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치A first mold 11 and a second mold 12 that are spaced apart from each other and form a molding space 13 therebetween in a combined state,
The molten metal injection is connected to the molding space 13 by the molten metal injection path 21 formed in the first mold 11 or the second mold 12 to inject the molten metal 23 into the molding space 13 With wealth (20),
A decompression unit 30 that is connected to the molding space 13 by a decompression path 31 formed in the first mold 11 or the second mold 12 to discharge and depressurize the air in the molding space 13 )Wow,
Particle supply unit connected to the molding space 13 through a suction path 41 formed in the first mold 11 or the second mold 12 to introduce fine particles 46 into the molding space 13 (40) Wow,
A suction path opening/closing valve 42 installed to allow and block access through the suction path 41,
It includes a control unit 50 for controlling the operation of the pressure reducing unit 30 and the suction path opening and closing valve 42,
The suction path 41 is formed in a curved shape and has a length longer than that of a straight line.
상기 제어부(50)는
상기 용탕주입부(20)도 제어하되, 상기 감압부(30)를 작동시켜 상기 성형공간(13)을 감압시킨 상태에서 상기 흡입로개폐밸브(42)를 개방하여 상기 미세입자(46)를 상기 성형공간(13)으로 자연흡입시키고, 이 후, 용탕(23)이 상기 성형공간(13)으로 주입되도록 상기 용탕주입부(20)를 작동시키는 것을 특징으로 하는 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치The method of claim 1,
The control unit 50
The molten metal injection part 20 is also controlled, and the suction path opening/closing valve 42 is opened while the decompression part 30 is operated to decompress the molding space 13 to remove the fine particles 46. A die-casting device for molding a composite, characterized in that the molten metal injection part 20 is naturally sucked into the molding space 13 and then, the molten metal 23 is injected into the molding space 13
상기 흡입로(41)는 상기 감압로(31)와 겸용으로 사용되는 것으로서, 상기 제1금형(11)과 상기 제2금형(12) 사이에 위치되어 상기 제1금형(11)과 상기 제2금형(12)이 서로 조합된 상태에서 완성된 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 장치The method of claim 1,
The suction path 41 is used as a combined use with the decompression path 31, and is positioned between the first mold 11 and the second mold 12 to be disposed between the first mold 11 and the second mold. Die-casting apparatus for forming a composite material, characterized in that the molds 12 are formed in a completed structure in a state in which they are combined with each other.
상기 감압단계 후, 감압된 상기 성형공간(13)보다 높은 압력이고 미세입자(46)가 저장된 입자챔버(43)가, 상기 성형공간(13)과 연통되어 상기 미세입자(46)가 상기 성형공간(13)으로 흡입되는 입자흡입단계;
상기 입자흡입단계 후, 상기 성형공간(13)에 용탕(23)을 주입하여 상기 미세입자(46)와 용탕(23)이 혼합되는 용탕주입단계; 및
상기 성형공간(13)에서 상기 용탕(23)의 냉각 후, 상기 제1금형(11)과 제2금형(12)이 서로 이격되어 상기 성형공간(13)의 제품이 취출되는 제품취출단계;를 포함하되,
용탕(23)을 상기 성형공간(13)에 주입하는 용탕주입부(20)를 포함하고,
상기 용탕주입부(20)는
상기 성형공간(13)의 하측에 위치하고 수평으로 연장되는 용탕가압로(25)와,
상기 용탕가압로(25) 내에서 용탕(23)을 밀어내는 플런저(24)와,
상기 용탕가압로(25)의 상부에 형성된 용탕유입구(26)를 포함하며,
상기 용탕가압로(25)의 양 단부 중 상기 플런저(24)가 위치한 측의 반대측의 단부에서, 상기 용탕가압로(25)와 상기 성형공간(13)을 연통시키는 용탕주입로(21)가 설치되며,
상기 감압단계 및 입자흡입단계에서,
상기 플런저(24)는 상기 용탕주입로(21)를 향해 이동하여 상기 용탕유입구(26)를 지난 위치에 정지함으로써, 상기 성형공간(13)을 폐쇄시키는 것을 특징으로 하는 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 주조방법A decompression step in which the molding space 13 formed by combining the first mold 11 and the second mold 12 is depressurized by a decompression device;
After the depressurization step, the particle chamber 43, which is a pressure higher than the depressurized forming space 13 and in which the fine particles 46 are stored, communicates with the forming space 13, so that the fine particles 46 (13) the particle inhalation step;
A molten metal injection step in which the fine particles 46 and the molten metal 23 are mixed by injecting the molten metal 23 into the molding space 13 after the particle suction step; And
After cooling the molten metal 23 in the molding space 13, the first mold 11 and the second mold 12 are spaced apart from each other so that the product in the molding space 13 is taken out; Including,
Including a molten metal injection part 20 for injecting the molten metal 23 into the forming space 13,
The molten metal injection part 20 is
A molten metal pressurization furnace 25 located under the molding space 13 and extending horizontally,
A plunger 24 for pushing the molten metal 23 in the molten metal pressing furnace 25,
It includes a molten metal inlet 26 formed on the upper portion of the molten metal pressurization furnace 25,
At the end of both ends of the melt pressing furnace 25 opposite to the side where the plunger 24 is located, a molten metal injection path 21 communicating the molten metal pressing furnace 25 and the forming space 13 is installed. And
In the depressurization step and the particle inhalation step,
The plunger (24) moves toward the molten metal injection path (21) and stops the molten metal inlet (26) at the past position, thereby closing the molding space (13).
상기 미세입자(46)는 CNT입자, 금속분말입자, 탄소분말입자 중 선택된 하나이고, 상기 용탕(23)은 금속재인 것을 특징으로 하는 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 주조방법The method of claim 6,
The microparticle 46 is one selected from CNT particles, metal powder particles, and carbon powder particles, and the molten metal 23 is a metal material.
상기 미세입자(46)는 CNT입자이고, 상기 입자챔버(43)에 저장되는 상기 CNT입자는,
볼밀가공에 의해 보다 잘게 분쇄되는 과정을 거치는 것을 특징으로 하는 복합재 성형을 위한 다이캐스팅 주조방법The method of claim 7,
The fine particles 46 are CNT particles, and the CNT particles stored in the particle chamber 43 are,
Die-casting casting method for forming a composite material, characterized in that it undergoes a process of being pulverized more finely by ball mill processing
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