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KR20170066720A - 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치 및 이를 이용한 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법 - Google Patents

차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치 및 이를 이용한 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법 Download PDF

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KR20170066720A
KR20170066720A KR1020150171950A KR20150171950A KR20170066720A KR 20170066720 A KR20170066720 A KR 20170066720A KR 1020150171950 A KR1020150171950 A KR 1020150171950A KR 20150171950 A KR20150171950 A KR 20150171950A KR 20170066720 A KR20170066720 A KR 20170066720A
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KR
South Korea
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mold
case
gas
aluminum alloy
die casting
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020150171950A
Other languages
English (en)
Inventor
강동하
임태성
인귀승
이정호
Original Assignee
현대자동차주식회사
주식회사 코다코
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 주식회사 코다코 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020150171950A priority Critical patent/KR20170066720A/ko
Priority to US15/094,449 priority patent/US20170157668A1/en
Priority to CN201610287023.4A priority patent/CN106825488A/zh
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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법은 알루미늄 합금을 가열하여 알루미늄 합금 용탕을 마련하는 준비 단계; 다이캐스팅 금형을 예열시키는 금형 예열 단계; 상기 다이캐스팅 금형에 상기 알루미늄 합금 용탕을 주입하여 차량부품용 케이스를 성형하는 다이캐스팅 단계; 상기 다이캐스팅 금형으로부터 상기 차량부품용 케이스를 분리하고, 표면을 트리밍하는 표면처리 단계; 및 상기 차량부품용 케이스의 버(Bur)를 제거하는 마무리 단계;를 포함한다.

Description

차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치 및 이를 이용한 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법{APPARATUS AND MANUFACURING METHOD FOR DIECASTING CASE OF VEHICLE}
본 발명은 케이스의 다이캐스팅 장치 이를 이용한 다이캐스팅 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 알루미늄을 사용하여 차량부품 및 기계부품 등의 케이스를 다이캐스팅 주조법에 의해 제조하는 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치 및 이를 이용한 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 주조란 금속을 금형에 주입한 후 응고시켜 소정의 형태로 만드는 공정을 말하며, 이러한 공정을 거쳐 성형된 제품을 주물이라 한다. 이러한 주조기술은 금속소재 가공기술 중에서 가장 기본적인 것으로 금속산업의 발전에 중요한 역할을 하고 있다.
상기와 같이 주조방식으로 제조된 주물은 그 생산량의 약 50% 정도가 자동차에 사용될 정도로 자동차 산업과 밀접한 관계를 가지고 자동차 산업과 함께 발전해 왔다.
최근, 자동차 산업은 최근 환경규제에 따른 배출가스 감소 및 연비향상을 위한 차체의 경량화 요구에 따라 차체 부품의 소재분야에서 친환경성, 고기능성, 경량화, 고감성 등이 고려된 알루미늄 합금 소재에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
특히, 차체의 주요 구성품으로 중량체인 차량부품용 케이스를 알루미늄 소재를 적용하여 생산하기 위한 생산기술의 요구가 절실하며, 차량부품용 케이스를 경량화시키는 동시에 기존의 구조적 강성을 그대로 유지할 수 있는 차량부품용 케이스의 개발이 요구되고 있다.
이에, 최근에는 알루미늄(Al)을 주성분으로 하고, 구리(Cu), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 니켈(Ni) 등을 첨가한 알루미늄 합금(Aluminum alloy)을 소재로 하여 알루미늄 합금의 용융 금속을 금속제의 주형에 고압으로 사출하여 주조하는 알루미늄 다이캐스팅(aluminum alloy for diecastings) 주조법을 통하여 차량부품용 케이스를 생산하기 위한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.
그러나 종래의 알루미늄 다이캐스팅 금형은, 복잡한 형상의 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 작업시 알루미늄 합금 용탕에 포함된 가스의 배출성이 저하되며, 제품에 기포가 생성되어 구조적 강성이 저하되고 생산성도 저하되는 문제점이 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안될 것이다.
공개특허공보 제10-2009-0010645호 (2009. 01. 30.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 금형 내부에 용탕의 주입성을 향상시키는 동시에 제품의 냉각시간을 단축시켜 제품의 작업성을 향상시킬 수 있는 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치 및 이를 이용한 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 알루미늄 합금의 유동특성에 따른 다이캐스팅 조건을 유지하여 제품의 치밀성을 향상시키고 불량률을 감소시킬 수 있는 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치 및 이를 이용한 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 알루미늄 합금의 중량을 감소시키는 동시에 지지강성을 향상시킬 수 있는 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치 및 이를 이용한 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 알루미늄 합금 용탕에 포함된 가스의 배기성을 향상시키는 동시에 캐비티의 내부에 잔류하는 가스를 감소시켜 다이캐스팅 제품에 발생되는 기포를 감소시켜 제조효율을 향상시킬 수 있는 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치 및 이를 이용한 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법은 알루미늄 합금을 가열하여 알루미늄 합금 용탕을 마련하는 준비 단계; 다이캐스팅 금형을 예열시키는 금형 예열 단계; 상기 다이캐스팅 금형에 상기 알루미늄 합금 용탕을 주입하여 차량부품용 케이스를 성형하는 다이캐스팅 단계; 상기 다이캐스팅 금형으로부터 상기 차량부품용 케이스를 분리하고, 표면을 트리밍하는 표면처리 단계; 및 상기 차량부품용 케이스의 버(Bur)를 제거하는 마무리 단계;를 포함한다.
상기 준비 단계는, 645 ~ 665℃의 온도로 가열하여 알루미늄 합금 용탕을 마련하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 금형 예열 단계는, 상기 다이캐스팅 금형을 220 ~ 250℃로 예열시키는 것이 바람직하다.
상기 다이캐스팅 단계는, 상기 다이캐스팅 금형의 하부로 상기 알루미늄 합금 용탕을 주입하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 다이캐스팅 단계는, 상기 다이캐스팅 금형의 캐비티(cavity) 내부 진공도가 140 ~ 160mbar로 유지하면서, 상기 알루미늄 합금 용탕을 90 ~ 110MPa의 압력으로 주입하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 알루미늄 합금은, 중량 %로, 알루미늄(Al): 88.2 ~ 80.3%, 규소(Si): 9.6 ~ 12.0%, 구리(Cu): 1.5 ~ 3.5%, 망간(Mn): 0.1 ~ 0.5%, 마그네슘(Mg): 0.1 ~ 0.3%, 니켈(Ni): 0.1 ~ 0.5%, 철(Fe): 0.1 ~ 0.9%, 티타늄(Ti): 0.1 ~ 0.5%, 아연(Zn): 0.1 ~ 1.0%, 주석(Sn): 0.1 ~ 0.3%, 납(Pb): 0.0 ~ 0.1%, 크롬(Cr): 0.0 ~ 0.1% 및 타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 다이캐스팅 단계는, 진공에 의하여 상기 알루미늄 합금 용탕 중 가스를 배기하면서 상기 케이스를 성형하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치는 케이스의 일측면 형상이 음각으로 형성된 고정금형; 상기 고정금형 방향으로 이동 가능하게 설치되어 상기 고정금형과 결합되어 케이스 형상의 캐비티(Cavity)를 형성하도록 상기 케이스의 타측면 형상이 양각으로 형성된 가동금형; 및 상기 캐비티 내부를 감압시킬 수 있도록 상기 캐비티에 연결되어, 상기 캐비티 내부로 유입된 용탕에 포함된 가스를 배기시키는 배기부;를 포함한다.
상기 가동금형은, 상기 캐비티의 하부로 연결되어 용탕이 유입되는 용탕 유로가 형성되고, 상기 캐비티의 상부에 가스가 수용되는 복수의 제1 가스 배출부 및 상기 배기부와 연결되어 상기 캐비티 내부를 진공으로 형성시키는 복수의 제2 가스 배출부이 형성될 수 있다.
상기 가동금형은, 상기 제1 가스 배출부 및 제2 가스 배출부과 상기 태비티를 연통시키는 제1 가스 유로 및 제2 가스 유로가 형성되되, 상기 제2 가스 유로의 직경은 상기 제1 가스 유로의 직경보다 크게 형성된 것이 바람직하다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치는 상기 캐비티 내부 압력을 측정할 수 있도록, 상기 제1 가스 배출부 중 어느 하나에 연결되는 압력감지센서;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 용탕 유로에 연결되어 용탕이 주입되는 슬리브 부;를 더 포함할 수 있으며, 상기 슬리브 부는, 내부 가스를 배출시킬 수 있도록 상부에 가스 배출구가 개폐 가능하게 형성된 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 알루미늄 합금을 용해하고 금형을 예열하여 다이캐스팅함으로써, 금형 내부에 용탕의 성형성을 향상시키는 동시에 제품의 냉각시간을 단축시켜 제품의 작업성을 향상시킬 수 있다.
또한, 용탕의 온도와 금형의 예열온도와 주입압력을 일정범위의 온도로 한정하고 용탕을 하방으로부터 최적 설계된 탕도를 통해 주입함으로써, 알루미늄 합금의 유동특성에 따른 다이캐스팅 조건을 유지하여 제품의 치밀성을 향상시키고 불량율을 감소시킬 수 있다.
또한, 알루미늄 합금으로서 알루미늄의 함유량을 감소시키고 규소의 함유량을 증가시키고 소량의 니켈이나 티타늄이나 주석이나 크롬을 첨가함으로써, 알루미늄 합금의 중량을 감소시키는 동시에 지지강성을 향상시킬 수 있다.
또한, 다이캐스팅 금형을 진공 다이캐스팅 금형으로 구비함으로써, 알루미늄 합금 용탕에 포함된 가스의 배기성을 향상시키는 동시에 캐비티의 내부에 잔류하는 가스를 감소시켜 다이캐스팅 제품에 발생되는 기포를 감소시켜 제조효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치를 나타낸 측면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정금형을 보여주는 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가동금형을 보여주는 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치를 설명하기 위한 도면이며,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 슬리브 부를 보여주는 도면이며,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법을 보여주는 순서도이고,
도 7은 645℃ 미만의 알루미늄 용탕을 사용하여 차량부품용 케이스 제조시 결함발생을 보여주는 도면이며,
도 8은 665℃를 초과하는 알루미늄 용탕을 사용하여 차량부품용 케이스 제조시 결함발생을 보여주는 도면이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 차량부품용 케이스의 파면을 보여주는 도면이며,
도 10은 220℃ 미만의 온도로 예열된 다이캐스팅 금형을 이용하여 차량부품용 케이스 제조시 표면 기공발생을 보여주는 도면이고,
도 11은 250℃를 초과하여 예열된 다이캐스팅 금형에 발생된 힛체크를 보여주는 도면이며,
도 12는 250℃를 초과하여 예열된 다이캐스팅 금형을 이용하여 차량부품용 케이스 제조시 수축결함을 보여주는 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치를 나타낸 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정금형을 보여주는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가동금형을 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치를 설명하기 위한 도면이다.
청구항 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치는 다이캐스팅 주조법을 이용하여 알루미늄 합금 용탕을 이용하여 차동기어 케이스(differential gear case)와 같은 차량부품용 케이스를 제조하기 위한 것으로, 고정금형(100)과 고정금형(100) 방향으로 이동되어 캐비티(C)를 형성하는 가동금형(200) 및 캐비티(C) 내부를 배기시켜 감압시키는 배기부(300)를 포함하여 이루어진다.
고정금형(100)은 케이스의 형상이 음각으로 형성된 것으로, 고정단에 결합되어 다이캐스팅 작업시 항상 고정되며 여기에 다이캐스팅 완료된 케이스를 탈거하도록 가동금형(200)과 습합면을 이루는 부위에 구배각을 적용하는 것이 바람직하다.
가동금형(200)은 고정금형(100)에 탈착 가능하면서 이동 가능하게 설치되며 케이스의 형상이 양각으로 형성되며, 가동단에 결합되어 다이캐스팅 작업시 고정금형(100) 방향으로 이동되어 고정금형(100)에 밀착되어 고정금형(100)과 가동금형(200) 사이에 차량부품용 케이스 형상의 캐비티(C)를 형성하게 된다.
또한, 가동금형(200)은 다이캐스팅 작업 완료시 고정금형(100)으로부터 이격되어, 캐비티(C) 내부에 성형된 차량부품용 케이스를 밀핀을 통해 캐비티(C)로부터 탈거시켜 외부로 배출시키게 된다.
한편, 가동금형은 캐비티(C)에 연결되어 알루미늄 합금 용탕에 포함된 가스를 배기시키는 복수의 제1, 2 가스 배출부(220, 230)이 형성되며, 제2 가스 배출부(230)은 배기부(300)와 연통되어 형성된다.
또한, 가동금형(200)은 제1, 2 가스 배출부(220, 230)과 캐비티(C)를 연결시켜주는 제1 가스 유로(221) 및 제2 가스 유로(231)가 형성되는데, 제2 가스 배출부(230)의 직경은 제1 가스 배출부(220)의 직경에 비하여 크게 형성되는 것이 바람직하다.
이에, 배기부(300)와 연결된 제2 가스 배출부(230)을 통해 배출되는 가스 배출량이 제1 가스 배출부(220)을 통해 배출되는 가스 배출량보다 크게 할 수 있다.
각각의 인접하는 제2 가스 배출부(230) 사이의 이격거리는 캐비티(C)로부터 점차 확장되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이에, 가스 배출방향으로 하류에서 탕로가 확장됨으로써 가스 배출 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 제1 가스 배출부(220) 중 어느 하나에 연결되어 캐비티(C) 내부의 진공도를 확인할 수 있는 압력감지센서(240)가 설치된다.
이때, 가동금형(200)에는 제1 가스 배출부(220)에 연통되어 압력감지센서(240)가 장착되는 감지구가 형성되며, 압력감지센서(240)는 감지구에 착탈 가능하게 설치되도록 구성되며, 감지구는 개폐 가능하도록 형성될 수 있다.
배기부(300)는 가스 흐름방향으로 제2 가스 배출부(230) 하류에 연통되도록 설치되며, 캐비티(C) 내부를 감압시켜 진공을 형성함으로써, 알루미늄 합금 용탕에 포함된 가스를 배기시키는 수단으로서, 예를 들어 고진공 다이캐스팅 공법에 주로 사용되는 진공펌프, 진공블럭, 진공밸브, 진공호스 등으로 구성될 수 있다.
특히, 배기부(300)는 진공블럭에 복수 개의 유로가 절곡 형성된 배출통로로 이루어지며, 이러한 진공밸브의 절곡 형상 통로에 의해 용탕을 냉각시키는 냉각블럭의 기능을 수행하게 되어, 다이캐스팅시 잔류가스를 감소시키는 동시에 캐스팅 압력을 감소시켜 금형장치의 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.
이때, 가동금형(200)에는 제2 가스 배출부(230)과 배기부(300)를 연결시키는 배기채널이 형성되는데 배기채널은 절곡된 형상으로 연장 형성되어 배기부(300)에 의하여 제2 가스 배출부(230)으로부터 가스를 배기시킨다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 슬리브 부를 보여주는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치는 용탕 유로(210)에 연결되어 알루미늄 합금 용탕을 캐비티(C)에 공급하는 슬리브 부(400)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 슬리브 부(400)는 알루미늄 합금 용탕의 흐름 방향으로 상류에 저속 주입구간에서 슬리브 부(400) 내부의 가스를 자연배기 시킬 수 있도록 가스 배출구(410)가 형성될 수 있으며, 가스 배출구(410)는 개폐 가능하게 형성될 수 있다.
이에, 캐비티(C)에 알루미늄 합금 용탕을 주입하는 과정에서 슬리브 부(400) 내부에서 발생된 가스를 필요에 따라 배출시킴으로써, 생산되는 차량부품용 케이스의 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 용탕 유로(210)는 일측은 슬리브 부(400)와 연결되고 타측은 캐비티(C)와 연결되도록 형성되는데 캐비티와 연결되는 타측부는 복수의 유로로 분기되어 캐비티(C)와 연결되도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법을 보여주는 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법은 준비 단계(S1)와 금형 예열 단계(S2)와 다이캐스팅 단계(S3)와 표면처리 단계(S4) 및 마무리 단계(S5)를 포함한다.
준비 단계(S1)는 가열하여 알루미늄 합금을 용융시켜 알루미늄 합금 용탕을 마련하고, 알루미늄 합금의 온도를 645 ~ 665℃로 유지시킨다.
이때, 알루미늄 합금은 중량 %로, 알루미늄(Al): 88.2 ~ 80.3%, 규소(Si): 9.6 ~ 12.0%, 구리(Cu): 1.5 ~ 3.5%, 망간(Mn): 0.1 ~ 0.5%, 마그네슘(Mg): 0.1 ~ 0.3%, 니켈(Ni): 0.1 ~ 0.5%, 철(Fe): 0.1 ~ 0.9%, 티타늄(Ti): 0.1 ~ 0.5%, 아연(Zn): 0.1 ~ 1.0%, 주석(Sn): 0.1 ~ 0.3%, 납(Pb): 0.0 ~ 0.1%, 크롬(Cr): 0.0 ~ 0.1% 및 타 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직한데, 상기와 같은 조성을 갖는 알루미늄 합금은 알루미늄(Al) 함유량을 감소시킴과 동시에 규소(si)의 함량을 증가시키면서, 소량의 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 주석(Sn) 및 크롬(Cr) 등을 첨가하여 생산되는 차량부품용 케이스의 중량을 감소시키면서 동시에 지지강성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 7은 645℃ 미만의 알루미늄 용탕을 사용하여 차량부품용 케이스 제조시 결함발생을 보여주는 도면이며, 도 8은 665℃를 초과하는 알루미늄 용탕을 사용하여 차량부품용 케이스 제조시 결함발생을 보여주는 도면이다.
도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 알루미늄 합금 용탕의 온도가 645℃ 미만인 경우, 알루미늄 합금 용탕의 주입성이 저하되며, 캐비티(C) 내부로 충진하는 과정에서 조기 응고가 발생되어 부정확 성형면을 발생시켜 생산되는 차량부품용 케이스의 품질을 저하시키는 문제점이 있으며, 665℃를 초과하는 경우 연료 소모가 증가함에 따라 제조원가를 증가시키고, 다이캐스팅 금형의 국부적 과열 현상을 유발하여 다이캐스팅 금형 수명을 단축시키는 문제점을 가지고 있어 645 ~ 665℃의 온도로 제한하는 것이 바람직하다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 차량부품용 케이스의 파면을 보여주는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 알루미늄 합금을 660℃로 용융시켜 유지하였는데, 알루미늄 합금 용탕을 660℃의 온도로 유지하는 경우 미세조직이 양호하며 균일한 파면을 갖는 차량부품용 케이스를 제작할 수 있었다.
금형 예열 단계(S2)는 알루미늄 합금 용탕 주입 전 고정금형(100)과 가동금형(200)으로 구성되는 다이캐스팅 금형을 예열시키는 과정으로, 220 ~ 250℃의 온도로 예열시킨다.
도 10은 220℃ 미만의 온도로 예열된 다이캐스팅 금형을 이용하여 차량부품용 케이스 제조시 표면 기공발생을 보여주는 도면이고, 도 11은 250℃를 초과하여 예열된 다이캐스팅 금형에 발생된 힛체크를 보여주는 도면이며, 도 12는 250℃를 초과하여 예열된 다이캐스팅 금형을 이용하여 차량부품용 케이스 제조시 수축결함을 보여주는 도면이다.
도 10 및 도 12에 나타난 바와 같이, 다이캐스팅 금형의 온도가 220℃ 보다 낮게 예열되면 주입된 알루미늄 합금 용탕과 400℃ 이상 온도차가 발생됨으로써 알루미늄 합금 용탕의 조기응고를 유발하여 성형성 저하 및 제품의 수축 균열 발생과 이형제 잔류에 따른 결함의 발생을 유발하며, 250℃ 보다 높으면 알루미늄 합금 용탕 주입 후 알루미늄 합금 용탕의 냉각에 장시간이 소요되어 작업시간이 증가됨에 따라 생산성이 저하되며, 알루미늄 합금 용탕 응고시 수축결함 발생과 치수 정밀도가 저하되고 다이캐스팅 금형의 열화반응이 빠르게 진행되어 금형의 수명을 저하되기 때문에 220 ~ 250℃의 온도로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서는 다이캐스팅 금형의 온도는 250℃로 예열하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅 단계(S3)는 알루미늄 합금 용탕을 캐비티(C) 내부로 주입하는 단계로, 금형 폐쇄 과정, 알루미늄 합금 용탕 주입 과정, 금형 개방 과정, 금형 청소 과정으로 이루어진다.
금형 폐쇄 과정은 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치에 구비된 고정금형(100)과 가동금형(200)을 밀착시켜 사이에 주형틀로서 캐비티(C)를 형성하는 단계로서, 다이캐스팅 금형의 내부에 인서트 코어와 슬라이드 코어를 삽입한다.
알루미늄 합금 용탕 주입 과정은 고정금형(100)과 가동금형(200) 사이에 형성된 캐비티(C)에 알루미늄 합금 용탕을 주입하는 단계로서, 슬리브 부(400)에 투입된 알루미늄 합금 용탕을 피스톤과 같은 플런저 등을 사용해서 캐비티(C) 내부로 주입하게 된다.
이때, 슬리브 부(400)의 끝단부에 위치한 사출팁을 0.2m/s의 속도로 전진시키게 되고 알루미늄 합금 용탕의 주입구를 사출팁이 지나친 후부터는 슬리브 부(400) 내부는 기밀상태가 되기 때문에 슬리브 부(400) 내부 가스가 캐비티(C) 내부로 유입되어 제품의 결함을 유발하는 현상을 방지하기 위해 슬리브 부(400) 상부에는 플런져의 시작점에서 300mm이내에 형성되는 지름 30㎜의 가스 배출구(410)를 열어 자연 배기시킨다.
알루미늄 합금 용탕의 주입압력 즉, 주조압력은 90 ~ 110MPa로 주입하는 것이 바람직한데, 그 이유는 주조압력이 90MPa 미만인 경우, 알루미늄 합금 용탕의 주입성이 저하되어 장시간이 소요되어 생산성을 저하시키며, 110MPa를 초과하는 겨우 주입성은 우수하나, 축대칭방사형상인 디퍼컵 특성상 초기 충진된 알루미늄 합금 용탕이 역류함에 따라 기포 발생을 유발하기 때문이다.
한편, 캐비티(C) 내부는 140 ~ 160mbar 수준의 진공도를 확보하는 것이 바람직한데, 그 이유는 캐비티(C) 내부에 충진된 알루미늄 합금의 내부 조직을 치밀하게 하여 밀도를 높임으로써, 생산되는 차량부품용 케이스에 요구되는 기계적 특성을 만족시키기 위함이다.
본 발명에서는 주조압력을 100MPa로 하면서 캐비티 내부의 진공도는 150mbar로 유지하였다.
금형 개방 과정은 캐비티(C)에 충진된 알루미늄 합금 용탕을 냉각시켜 차량부품용 케이스를 성형한 후 고정금형(100)과 가동금형(200)을 이격시켜 차량부품용 케이스를 취출하는 과정으로 정시간 금형을 냉각시키고 인서트 코어와 슬라이드 코어를 제거한 후 차량부품용 케이스를 분리한다.
금형 청소 과정은 차량부품용 케이스를 취출한 후 다음 작업을 위해 고정금형(100) 및 가동금형(200)을 청소하는 과정으로 1차 클리닝 후 금형 내부에 이형제를 도포하고 2차 클리닝을 실시한다.
표면처리 단계(S4)는 취출한 차량부품용 케이스를 트리밍 하는 단계로서, 차량부품용 케이스의 외관에 부착된 착된 런너(runner) 또는 오버플로우(overflow) 및 벤트홀(vent hole) 등을 트리밍 다이에서 제거하게 된다.
차량부품용 케이스의 표면처리가 완료되면, 마무리 단계(S5)에서 차량부품용 케이스의 표면에 잔류하는 2㎜미만의 미세한 버(bur)를 그라인더 등 수동 공구를 이용하여 작업자가 수작업으로 제거한다.
상기와 같이, 버가 제거된 차량부품용 케이스는 최종적으로 외관검사 후, 출하하게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 알루미늄 합금을 용융시킨 후 다이캐스팅 금형을 예열하여 다이캐스팅함으로써, 다이캐스팅 금형 내부로 알루미늄 합금 용탕의 주입성을 향상시키는 동시에 냉각시간을 단축시켜 작업성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 알루미늄 합금 용탕의 온도와 다이캐스팅 금형의 예열온도와 주조압력을 일정범위의 온도로 한정하고 알루미늄 합금 용탕을 하방으로부터 주입함으로써, 알루미늄 합금 용탕의 유동특성에 따른 다이캐스팅 조건을 유지하여 생산되는 차량부품용 케이스의 치밀성을 향상시키고 불량률을 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 알루미늄 합금으로서 알루미늄(Al)의 함유량을 감소시키고 규소(Si)의 함유량을 증가시키고 소량의 니켈(Ni)이나 티타늄(Ti)이나 주석(Sn)이나 크롬(Cr)을 첨가함으로써, 생산되는 차량부품용 케이스의 중량을 감소시키는 동시에 지지강성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 다이캐스팅 금형을 진공 다이캐스팅 금형으로 형성함으로써, 알루미늄 합금 용탕에 포함된 가스의 배기성을 향상시키는 동시에 캐비티의 내부에 잔류하는 가스를 감소시켜 다이캐스팅 제품에 발생되는 기포를 감소시켜 제조효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
C: 캐비티 S1: 준비 단계
S2: 금형 예열 단계 S3: 다이캐스팅 단계
S4: 표면처리 단계 S5: 마무리 단계
100: 고정금형 200: 가동금형
210: 용탕 유로 220:제1 가스 배출부
221: 제1 가스 유로 230:제2 가스 배출부
231: 제2 가스 유로 240: 압력감지센서
300: 배기부 400: 슬리브 부
410: 가스 배출구

Claims (12)

  1. 알루미늄 합금을 가열하여 알루미늄 합금 용탕을 마련하는 준비 단계;
    다이캐스팅 금형을 예열시키는 금형 예열 단계;
    상기 다이캐스팅 금형에 상기 알루미늄 합금 용탕을 주입하여 차량부품용 케이스를 성형하는 다이캐스팅 단계;
    상기 다이캐스팅 금형으로부터 상기 차량부품용 케이스를 분리하고, 표면을 트리밍하는 표면처리 단계; 및
    상기 차량부품용 케이스의 버(Bur)를 제거하는 마무리 단계;를 포함하는, 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 준비 단계는,
    645 ~ 665℃의 온도로 가열하여 알루미늄 합금 용탕을 마련하는 것을 특징으로 하는, 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 금형 예열 단계는,
    상기 다이캐스팅 금형을 220 ~ 250℃로 예열시키는 것을 특징으로 하는, 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 다이캐스팅 단계는,
    상기 다이캐스팅 금형의 하부로 상기 알루미늄 합금 용탕을 주입하는 것을 특징으로 하는, 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 다이캐스팅 단계는,
    상기 다이캐스팅 금형의 캐비티(cavity) 내부 진공도가 140 ~ 160mbar로 유지하면서, 상기 알루미늄 합금 용탕을 90 ~ 110MPa의 압력으로 주입하는 것을 특징으로 하는, 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 알루미늄 합금은,
    중량 %로, 알루미늄(Al): 88.2 ~ 80.3%, 규소(Si): 9.6 ~ 12.0%, 구리(Cu): 1.5 ~ 3.5%, 망간(Mn): 0.1 ~ 0.5%, 마그네슘(Mg): 0.1 ~ 0.3%, 니켈(Ni): 0.1 ~ 0.5%, 철(Fe): 0.1 ~ 0.9%, 티타늄(Ti): 0.1 ~ 0.5%, 아연(Zn): 0.1 ~ 1.0%, 주석(Sn): 0.1 ~ 0.3%, 납(Pb): 0.0 ~ 0.1%, 크롬(Cr): 0.0 ~ 0.1% 및 타 불가피한 불순물을 포함하는, 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 다이캐스팅 단계는,
    진공에 의하여 상기 알루미늄 합금 용탕 중 가스를 배기하면서 상기 케이스를 성형하는 것을 특징으로 하는, 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 제조방법.
  8. 케이스의 일측면 형상이 음각으로 형성된 고정금형;
    상기 고정금형 방향으로 이동 가능하게 설치되어 상기 고정금형과 결합되어 케이스 형상의 캐비티(Cavity)를 형성하도록 상기 케이스의 타측면 형상이 양각으로 형성된 가동금형; 및
    상기 캐비티 내부를 감압시킬 수 있도록 상기 캐비티에 연결되어, 상기 캐비티 내부로 유입된 용탕에 포함된 가스를 배기시키는 배기부;를 포함하는, 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 가동금형은,
    상기 캐비티의 하부로 연결되어 용탕이 유입되는 용탕 유로가 형성되고, 상기 캐비티의 상부에 가스가 수용되는 복수의 제1 가스 배출부 및 상기 배기부와 연결되어 상기 캐비티 내부를 진공으로 형성시키는 복수의 제2 가스 배출부이 형성되는 것을 특징으로 하는, 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 가동금형은,
    상기 제1 가스 배출부 및 제2 가스 배출부과 상기 태비티를 연통시키는 제1 가스 유로 및 제2 가스 유로가 형성되되, 상기 제2 가스 유로의 직경은 상기 제1 가스 유로의 직경보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는, 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 캐비티 내부 압력을 측정할 수 있도록, 상기 제1 가스 배출부 중 어느 하나에 연결되는 압력감지센서;를 더 포함하는, 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 용탕 유로에 연결되어 용탕이 주입되는 슬리브 부;를 더 포함하며,
    상기 슬리브 부는, 내부 가스를 배출시킬 수 있도록 상부에 가스 배출구가 개폐 가능하게 형성된 것을 특징으로 하는, 차량부품용 케이스의 다이캐스팅 금형장치.
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