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WO2011027928A1 - 진공융해용 금속재료 장입장치 및 그 방법 - Google Patents

진공융해용 금속재료 장입장치 및 그 방법 Download PDF

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Publication number
WO2011027928A1
WO2011027928A1 PCT/KR2009/005483 KR2009005483W WO2011027928A1 WO 2011027928 A1 WO2011027928 A1 WO 2011027928A1 KR 2009005483 W KR2009005483 W KR 2009005483W WO 2011027928 A1 WO2011027928 A1 WO 2011027928A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vacuum
input pipe
material input
support plate
charging
Prior art date
Application number
PCT/KR2009/005483
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
고동근
Original Assignee
주식회사 엔티티
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 주식회사 엔티티 filed Critical 주식회사 엔티티
Publication of WO2011027928A1 publication Critical patent/WO2011027928A1/ko

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/04—Crucible or pot furnaces adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B5/00—Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated
    • F27B5/04—Muffle furnaces; Retort furnaces; Other furnaces in which the charge is held completely isolated adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/06—Crucible or pot furnaces heated electrically, e.g. induction crucible furnaces with or without any other source of heat
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    • F27B5/06—Details, accessories or equipment specially adapted for furnaces of these types
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/04—Ram or pusher apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/0025—Charging or loading melting furnaces with material in the solid state
    • F27D3/0032—Charging or loading melting furnaces with material in the solid state using an air-lock

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum melting metal material charging apparatus and method for stably charging a metal material into a vacuum melting chamber while maintaining a constant degree of vacuum in melting the metal material in a vacuum environment.
  • light metals are lighter in weight than titanium (specific gravity 4.5), and typically beryllium (specific gravity 1.85), magnesium (1.74), aluminum (2.7), titanium (4.5), and the like.
  • specific gravity 4.5 titanium
  • beryllium specific gravity 1.85
  • magnesium (1.74)
  • aluminum 2.7
  • titanium titanium
  • titanium is widely used in aircraft materials.
  • alkali metals (1 or less) such as silicon (2.3), yttrium (4.3), sodium, potassium, lithium, etc.
  • alkaline earth metals such as calcium (1.5) also enter the light metal, but in general, the light metal Point out the four metals listed above as the material.
  • magnesium is the eighth most abundant element, accounting for about 2.7% of the planet.
  • Magnesium alloy has a specific gravity of 1.79 ⁇ 1.81, which is light and has a weight reduction effect of about 70% compared to steel, and is applied to a wide range of fields due to its excellent strength, castability, machinability, electromagnetic shielding ability, vibration and shock absorption ability. Its usage is increasing rapidly.
  • the light metal is mainly formed by a metal casting method, such metal casting methods include die casting, gravity casting, centrifugal casting and the like.
  • the die casting method is mainly used, and the die casting method includes a hot chamber, a cold chamber, thixomolding, and the like.
  • the mold casting machine and the light metal melting furnace are separately configured, and the molten molten metal is poured into the injection sleeve of the mold casting machine, and the molten metal is pressed by an injection plunger and injected into the mold.
  • the hot chamber method is a method in which an injection cylinder is installed in a melting furnace and pressurized so that a high temperature molten metal flows into a mold.
  • the thixomolding method is a combination of the conventional injection molding method and the metal die casting method, and uses light metal raw materials in the form of chips such as resin injection.
  • magnesium when used as the raw material for the die casting method, it is ignited when it is melted in the air. Therefore, measures to prevent oxidation of the molten metal are necessary. Therefore, when the magnesium alloy is melted, a large amount of flame retardant flux (SF 6 + CO 2 mixed gas) or inert gas is injected into the melting furnace. It is regulated. In addition, since the price is also rising, the melting of magnesium alloy by the die casting method has a relatively high production cost in terms of production cost and causes air pollution.
  • flame retardant flux SF 6 + CO 2 mixed gas
  • thixomolding stores raw materials in the form of chips in a hopper, feeds magnesium alloy chips into cylinders, moves them forward by the rotation of the screw, and simultaneously heats them into a slurry phase having a predetermined solid phase rate.
  • the slurry is filled in the molding part of the mold by the fast forward motion of the screw.
  • raw materials in the form of chips are quite expensive, and scraps (molding defects, runners, gates) generated during metal forming are also impossible to reuse, which results in high raw materials.
  • the degree of vacuum in the vacuum melting chamber and its charging passage must be ensured in the process of charging the metal raw material into the vacuum melting chamber so as to reliably prevent the oxidation of the metal raw material in the vacuum melting chamber.
  • the present invention has been made in view of the above, and in the melting of a metal material in a vacuum environment, a vacuum melting metal material charging device capable of stably loading the metal material into the vacuum melting chamber while maintaining the vacuum degree constant. And a method thereof.
  • Vacuum melting metal material charging apparatus of the present invention for achieving the above object
  • Vacuum melting chamber having an air discharge pipe on the upper side;
  • a first material introduction tube having one end connected to one side of the vacuum melting chamber
  • a second material input pipe having one end connected to the other end of the first material input pipe and having an air discharge pipe at one side thereof;
  • a vacuum valve interposed between the first and second material input pipes
  • a support plate integrally provided at the other end of the second material input pipe and having a material input hole communicating with an inner passage of the second material input pipe;
  • a moving plate installed to move forward and backward to be in close contact with the support plate
  • a charging plunger installed on the moving plate and installed to move back and forth into the first and second material input pipes.
  • At least one guide rod extends outwardly in the vacuum melting chamber, and the moving plate is precisely guided by the guide rod.
  • One side of the support plate is disposed to face the vacuum melting chamber, the other side of the support plate is disposed to face the moving plate, the other side of the support plate is one side surface of the moving plate sealingly close
  • the other side of the support plate is characterized in that it has a smooth flatness.
  • the movable plate is moved back and forth by one or more drive cylinders, and a cylinder support plate spaced at regular intervals is installed on the other side of the movable plate, and a drive cylinder is fixed to the cylinder support plate, and the rod of the drive cylinder is fixed.
  • a drive cylinder is fixed to the cylinder support plate, and the rod of the drive cylinder is fixed.
  • the movable plate has a receiving groove at the center of one side thereof, a charging plunger is accommodated in the receiving groove, a material support is installed on the lower side adjacent to the receiving groove, an annular sealing member is installed around the material support. It is characterized by.
  • the material support has an arcuate cross section, and when one surface of the movable plate is in sealing contact with the other side of the support plate, the material support enters the second material input pipe, and the axis of the sealing member is It coincides with the axis of the material feed hole of the support plate, characterized in that the outer diameter of the sealing member is formed larger than the outer diameter of the material feed hole.
  • the charging plunger is installed to be able to move forward and backward at the center of the movable plate, and a charging cylinder for driving the charging plunger is installed on the other side of the movable plate.
  • a flange portion is formed at the other end of the first material input pipe, a flange portion is formed at one end of the second material input pipe, and the other end flange portion of the first material input pipe and one flange portion of the second material input pipe are Both sides of the vacuum valve is characterized in that the sealing coupling.
  • Vacuum step (S1) After closing the vacuum valve and opening the air discharge valve of the upper air discharge pipe of the vacuum melting chamber, the vacuum melting chamber and the first material input pipe of the vacuum melting chamber and the first material input pipe are formed in a predetermined vacuum state.
  • the moving cylinder After placing the metal material on the material support, the moving cylinder is moved to the support plate side of the second material input pipe by the driving cylinder to seal one side of the moving plate and the other side of the support plate in a sealing manner.
  • a vacuum step (S2) of the second material input pipe to open the air discharge valve of one side of the air discharge pipe to create an internal space of the second material input pipe in a vacuum state;
  • the molten metal in the vacuum environment can be generated very easily by stably loading the metal material into the vacuum melting chamber while maintaining the constant vacuum degree.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a vacuum melting metal material charging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a partially cut perspective view showing a vacuum melting metal material charging apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing a vacuum step of the vacuum melting chamber and the first material injection tube according to the present invention.
  • FIG 4 and 5 is a view showing a vacuum step of the second material injection tube according to the present invention.
  • 6 to 8 are diagrams showing the charging step of the metal material according to the present invention.
  • FIGS. 9 and 10 are diagrams illustrating an initialization step according to the present invention.
  • FIG. 1 to 10 show a vacuum melting metal material charging apparatus according to the present invention.
  • the vacuum melting metal material charging apparatus is a vacuum melting chamber 10, one end of the first material input pipe 20 is connected to one side of the vacuum melting chamber 10, one end of the first
  • the second material input pipe 40 connected to the other end of the material input pipe 20, the vacuum valve 30 interposed between the first and second material input pipe 20, 40, the second material input pipe 40
  • Support plate 50 integrally provided at the other end of the
  • the movable plate 60 is installed in the rear of the support plate 50 to be movable, installed on the movable plate 60 and the first and second material input pipe
  • a charging plunger 81 installed to advance back and forth into 20 and 40.
  • the vacuum melting chamber 10 has a molten metal contained therein, an air discharge pipe 11 is provided on the upper side thereof, and an air discharge valve is installed in the air discharge pipe 11. Through the air discharge valve and the air discharge pipe 11, the interior of the vacuum melting chamber 10 is in a vacuum state.
  • a melting furnace is disposed inside the vacuum melting chamber 10, and an electric heating device or the like is installed on the outer circumferential surface of the melting furnace to melt the metal material 1 charged into the vacuum melting chamber 10.
  • One side of the vacuum melting chamber 10 is connected to the first material input pipe 20 is in communication, one or more holders 12 are integrally provided adjacent to the one end of the first material input pipe 20 is connected to One end of the guide rod 13 is coupled to the holder 12, and each guide rod 13 extends outwardly of the vacuum melting chamber 10.
  • the other side of the vacuum melting chamber 10 is in communication with the molten metal insulation tube 150, the molten metal valve cylinder 160 is installed on one side of the molten metal insulation tube 150, the molten metal valve cylinder ( The operation rod 161 operated by the 160 and the melt valve body 162 provided at the end of the operation rod 161 are installed.
  • the operation rod 161 operated by the 160 and the melt valve body 162 provided at the end of the operation rod 161 are installed.
  • the operation rod 161 is operated up and down, and the molten valve body 162 is configured to open and close the injection hole of the molten metal heat insulating tube 150.
  • a mold casting molding machine having various structures is connected to the injection hole of the molten metal heat insulating tube 150, and as such a mold casting molding machine, the present die casting machine (patent registration No. 10-0578257) and a vertical vacuum squeeze casting machine (patent) 10-0572583), vertical vacuum forging machine (Patent No. 10-0572589), vacuum gravity mold casting machine (Patent No. 10-0572581) and the like may be referred to.
  • One end of the first material introduction tube 20 is connected to the vacuum melting chamber 10 and the other end of the first material introduction tube 20 is formed with a flange portion, the flange portion of the vacuum valve 30 One side of the valve body 33 is sealingly coupled.
  • One end of the second material input pipe 40 is communicatively connected to the other end of the first material input pipe 20, and between the other end of the first material input pipe 20 and one end of the second material input pipe 40.
  • the vacuum valve 30 is installed in the interior of the first material input pipe 20 to create a vacuum state.
  • the second material introduction pipe 40 has a flange portion at one end thereof, and the flange portion is sealingly coupled to the other side of the valve body 33 of the vacuum valve 30.
  • An air discharge pipe 41 is provided on one outer circumferential surface of the second material injection pipe 40, and an air discharge valve is installed in the air discharge pipe 41.
  • the interior of the second material input pipe 40 is in a vacuum state through the air discharge valve and the air discharge pipe 41.
  • the other end of the second material input pipe 40 is integrally provided with a support plate 50, and a material injection hole 51 is formed in the center of the support plate 50. Accordingly, the material input hole 51 of the support plate 50 communicates with the internal passage of the second material input tube 40, and guide rods 13 penetrate the left and right sides of the support plate 50.
  • the vacuum valve 30 has a valve body 33, a driving cylinder 35 installed on the upper end of the valve body 33, an operation rod 34 which is operated up and down by the driving cylinder 35, and an end of the operation rod 34.
  • the valve body 31 provided in this is provided.
  • the valve body 33 is sealedly installed between the other end of the first material input pipe 20 and one end of the second material input pipe 40, and the other end and the second material input of the first material input pipe 20. Flange portions are formed at one end of the pipe 40, respectively.
  • the valve body 33 is hermetically coupled to the other end flange of the first material input pipe 20 and one end flange of the second material input pipe 40, respectively.
  • the operation rod 34 is operated up and down, and the valve body 31 is operated by the operation of the operation rod 34 up and down by the other material of the first material input pipe 20.
  • One end of the end and the second material input pipe 40 is opened and closed.
  • One side of the support plate 50 is disposed to face the vacuum melting chamber 10, and the other side of the support plate 50 is disposed to face the moving plate 60.
  • the other side surface of the support plate 50 preferably has a smooth flatness.
  • the moving plate 60 is installed to move forward and backward to be in close contact with the other side of the support plate 50.
  • the movable plate 60 is moved forward and backward by one or more drive cylinders 90, and the cylinder support plate 70 spaced at regular intervals is installed on the other side of the movable plate 60, and the cylinder support plate 70 is provided.
  • a pair of upper and lower drive cylinders 90 is fixed to the upper and lower sides.
  • the rod 91 of each drive cylinder 90 is fixed at the end thereof to the moving plate 60.
  • the movable plate 60 has a pair of slide bushes 62 on both the left and right sides thereof, and a pair of guide rods 13 penetrate the slide bushes 62, so that the movable plate 60 is a pair.
  • the back and forth movement of the guide rod 13 can be accurately guided.
  • the other end of the guide rod 13 is fixed to the cylinder support plate 70 side by the fixing nut 14.
  • the movable plate 60 has an accommodating groove in the center of one side thereof, and the accommodating groove can accommodate the charging plunger 81, and a material support 65 is installed on the lower side adjacent to the accommodation groove, and the material support is provided.
  • An annular sealing member 63 is provided around 65.
  • the material supporter 65 is formed in an arcuate cross section, and when one surface of the movable plate 60 is hermetically contacted with the other side of the support plate 50, the material supporter 65 has a second material input pipe 40. Configured to enter into.
  • the axis of the sealing member 63 coincides with the axis of the material penetration hole 51 of the support plate 50, and the outer diameter of the sealing member 63 is larger than the outer diameter of the material penetration hole 51, thereby moving the plate.
  • the annular sealing member 63 can reliably seal around the material injection hole 51 of the support plate 50.
  • the charging plunger 81 is installed to be able to move forward and backward at the center of the movable plate 60, and the charging cylinder 80 for driving the charging plunger 81 is installed at the other side of the movable plate 60.
  • the rod 82 of the charging cylinder 80 extends through the movable plate 60, and the charging plunger 81 is fixed to the end of the rod 82.
  • hydraulic or pneumatic pressure is applied to the charging cylinder 80, the rod 82 moves forward and backward, and the charging plunger 81 may move forward and backward to charge the metal material 1 into the vacuum melting chamber 10.
  • the vacuum melting chamber 10 and the first material input are opened by opening the air discharge valve of the upper air discharge pipe 11 of the vacuum melting chamber 10.
  • the inside of the tube 20 is formed in a predetermined vacuum state.
  • the movable plate 60 is supported by the drive cylinder 90 as shown in FIG.
  • the drive cylinder 90 By advancing to the (50) side, one side surface of the movable plate 60 is hermetically adhered to the other side surface of the support plate 50.
  • the material support 65 of the movable plate 60 is located in the second material input pipe 40.
  • the air discharge valve of the one air discharge pipe 41 of the second material injection pipe 40 is opened, thereby creating an internal space of the second material injection pipe 40 in a vacuum state.
  • the vacuum degree of the second material injection pipe 40 and the vacuum melting chamber 10 and the first material are closed.
  • the vacuum valve 30 is opened when it matches the degree of vacuum of the input pipe 20.
  • the metal material 1 on the material support 65 is pushed out by passing the vacuum valve 30 opened by driving the charging cylinder 80 to advance the charging plunger 81.
  • the metal material 1 is charged into the vacuum melting chamber 10.
  • the charging cylinder 80 is reversely driven as shown in FIG. 8 to reverse the charging plunger 81 to the second material injection pipe 40.
  • the moving plate 60 After closing the vacuum valve 30 as shown in FIG. 9, the moving plate 60 is reversed by driving the driving cylinder 90 as shown in FIG. 10 to separate the moving plate 60 and the support plate 50 from each other.
  • the material input hole 51 of the second material input pipe 40 and the support plate 50 is opened.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

본 발명은 금속재료를 진공 환경에서 융해함에 있어서 그 진공도를 일정하게 유지하면서 금속재료를 진공융해챔버 내로 안정적으로 장입할 수 있는 진공융해용 금속재료 장입장치 및 그 방법에 관한 것이다. 본 발명의 진공융해용 금속재료 장입장치는, 상측에 공기배출관을 가지는 진공융해챔버; 일단이 상기 진공융해챔버의 일측에 연결되는 제1재료투입관; 일단이 상기 제1재료투입관의 타단에 연결되고, 일측에 공기배출관을 가지는 제2재료투입관; 상기 제1 및 제2 재료투입관 사이에 개재된 진공밸브; 상기 제2재료투입관의 타단에 일체로 구비되고, 상기 제2재료투입관의 내부통로와 소통하는 재료투입공을 가지는 지지플레이트; 상기 지지플레이트에 밀착되도록 전후진 이동가능하게 설치된 이동플레이트; 및 이동플레이트에 설치되어 제1 및 제2 재료투입관 내로 전후진하도록 설치된 장입플런저;를 포함한다.

Description

진공융해용 금속재료 장입장치 및 그 방법
본 발명은 금속재료를 진공 환경에서 융해함에 있어서 그 진공도를 일정하게 유지하면서 금속재료를 진공융해챔버 내로 안정적으로 장입할 수 있는 진공융해용 금속재료 장입장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 경금속은 티타늄(비중 4.5)보다도 비중이 가벼운 금속으로 일반적으로 베릴륨(비중 1.85)·마그네슘(1.74)·알루미늄(2.7)·티타늄(4.5) 등이 대표적이다. 이 가운데 가장 빨리 실용화된 것은 알루미늄이고 티타늄은 항공기 재료로 많이 쓰이고 있다. 비중이 작은 관점에서는 규소(2.3)·이트륨(4.3)이나 나트륨·칼륨·리튬 등의 알칼리 금속(1 이하) 및 칼슘(1.5)과 같은 알칼리 토금속도 경금속에 들어가지만, 보통 경금속이라고 할 경우에는 구조용 재료가 되는, 앞에 예로 든 4가지 금속을 가리킨다.
이 중에서 가장 빨리 실용화된 것은 알루미늄으로, 20세기 초 두랄루민이라고 하는 강력합금이 발명되었는데, 같은 중량당의 강도가 일반용 강재의 3배 가까이나 되어 때마침 발달하기 시작한 항공기의 발전에 크게 기여하였다. 그 후에 다시 비중이 가벼운 구조재료가 필요해져 마그네슘이 공업적으로 생산되어, 여러 가지 강력한 마그네슘합금을 만들어냈다.
또한, 1940년대 중엽부터 티타늄이 공업적으로 생산되어 여러 가지 티타늄합금이 사용되면서 오늘날 초음속 항공기의 생산이 가능해졌다. 베릴륨은 가공해서 얇은 판으로 한다든가, 완성된 판을 구부려도 갈라지지 않을 정도의 점도(粘度)를 가지도록 개량하는 데 시간이 걸리기는 하였으나, 1960년대 중엽에는 우주개발용을 위시하여 항공용으로도 사용하게 되었다. 또 베릴륨은 열중성자(熱中性子)를 흡수하지 않으므로 원자로의 구조재로서도 우수하다.
특히, 마그네슘 원소는 지구상의 약 2.7%를 차지하면서 8번째로 풍부하게 존재한다. 마그네슘합금은 비중이 1.79~1.81로서 가볍고 철강대비 70% 내외의 중량감소 효과가 있으며, 비강도, 주조성, 기계가공성, 전자파차폐능, 진동 및 충격흡수능 등이 우수하여 폭넓은 분야에 응용되고 있고 그 사용량이 급증하고 있는 추세이다.
한편, 이러한 경금속은 주로 금속주조법에 의해 성형되고 있으며, 이러한 금속주조법에는 다이캐스팅, 중력주조, 원심주조 등이 있다.
특히, 경금속 주조법의 대표적인 예로서 다이캐스팅법이 주로 이용되고 있으며, 다이캐스팅법에는 핫챔버(Hot chamber), 콜드챔버(Cold chamber), 틱소몰딩(Thixomolding) 등이 있다.
콜드챔버 방식은 금형주조성형기 및 경금속 융해로를 개별적으로 구성하고, 융해된 용탕을 금형주조성형기의 사출슬리브 속에 부어 사출플런저에 의해 그 용탕을 가압하여 금형에 주입하는 방식이다. 핫챔버 방식은 사출실린더를 융해로 내에 설치하여 고온의 용탕을 금형에 유입되도록 가압하여 성형하는 방식이다. 틱소몰딩 방식은 기존의 사출성형공법과 금속 다이캐스팅공법을 접목시킨 기술로서 수지사출과 같이 칩형태의 경금속 원재료를 사용한다.
한편, 다이캐스팅법에 마그네슘을 원재료로 사용하는 경우, 대기 중에서 융해시키면 발화하기 때문에 용탕의 산화방지 대책이 필요하다. 이에, 마그네슘합금 융해 시에 융해로 내에 방연 플럭스(SF6 + CO2 혼합가스) 또는 불활성가스를 다량으로 주입하고 있는데, 이러한 플럭스(Flux)는 온실가스로서 대기환경에 악영향을 미치므로 그 사용이 규제되고 있다. 그리고, 가격 또한 상승하고 있기 때문에 다이캐스팅법에 의한 마그네슘합금의 융해는 생산비용적인 측면에서 그 생산비가 비교적 높고, 대기오염을 일으키는 문제가 있었다.
또한, 틱소몰딩은 호퍼에 칩 형태의 원재료를 저장하고 실린더 내로 마그네슘합금 칩을 공급하여 스크류의 회전에 의해 전방으로 이동시킴과 동시에 가열하며, 소정의 고상율을 갖는 슬러리 상으로 만든 다음, 이 금속슬러리를 스크류의 고속전진운동에 의해 금형의 성형부 내에서 충전시키는 방식이다. 하지만, 칩 형태의 원재료는 상당히 고가이며, 금속성형 시에 발생하는 스크랩(성형불량품, 런너(runner), 게이트(gate)) 또한 재사용이 불가능하기 때문에 원재료값이 높은 단점이 있었다.
이와 같이, 마그네슘 등과 같은 경금속의 융해시에 산화를 방지하기 위하여 최근에는 진공 분위기에서 경금속 재료를 융해시킴으로써 그 용탕의 품질을 향상시키는 다양한 기술이 연구 및 제안되고 있다.
특히, 진공융해챔버 내에서 금속 원료의 융해 시에 그 산화를 확실하게 방지할 수 있도록 금속 원료를 진공융해챔버 내로 장입하는 과정에서 진공융해챔버 및 그 장입통로 내의 진공도가 확실하게 보장되어야만 한다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 금속재료를 진공 환경에서 융해함에 있어서 그 진공도를 일정하게 유지하면서 금속재료를 진공융해챔버 내로 안정적으로 장입할 수 있는 진공융해용 금속재료 장입장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 진공융해용 금속재료 장입장치는,
상측에 공기배출관을 가지는 진공융해챔버;
일단이 상기 진공융해챔버의 일측에 연결되는 제1재료투입관;
일단이 상기 제1재료투입관의 타단에 연결되고, 일측에 공기배출관을 가지는 제2재료투입관;
상기 제1 및 제2 재료투입관 사이에 개재된 진공밸브;
상기 제2재료투입관의 타단에 일체로 구비되고, 상기 제2재료투입관의 내부통로와 소통하는 재료투입공을 가지는 지지플레이트;
상기 지지플레이트에 밀착되도록 전후진 이동가능하게 설치된 이동플레이트; 및
이동플레이트에 설치되어 제1 및 제2 재료투입관 내로 전후진하도록 설치된 장입플런저;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 진공융해챔버에는 하나 이상의 가이드봉이 외측으로 연장되고, 상기 가이드봉에 의해 상기 이동플레이트는 그 이동이 정밀하게 안내되는 것을 특징으로 한다.
상기 지지플레이트의 일측면은 상기 진공융해챔버를 향하도록 배치되고, 상기 지지플레이트의 타측면은 이동플레이트를 향하도록 배치되며, 상기 지지플레이트의 타측면은 상기 이동플레이트의 일측면이 밀봉적으로 밀착되고, 상기 지지플레이트의 타측면은 매끈한 평탄도를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 이동플레이트는 하나 이상의 구동실린더에 의해 전후진이동하고, 상기 이동플레이트의 타측에는 일정간격으로 이격된 실린더 지지플레이트가 설치되어 있으며, 상기 실린더 지지플레이트에는 구동실린더가 고정되고, 상기 구동실린더의 로드는 그 단부가 이동플레이트에 고정되는 것을 특징으로 한다.
상기 이동플레이트는 그 일측면의 중심부에 수용홈을 가지고, 상기 수용홈에는 장입플런저가 수용되며, 상기 수용홈에 인접한 하부측에는 재료받침대가 설치되고, 상기 재료받침대의 주변에는 환형의 밀봉부재가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 재료받침대는 원호상의 단면으로 이루어지고, 상기 이동플레이트의 일면이 상기 지지플레이트의 타측면에 밀봉적으로 접촉할 경우 상기 재료받침대는 상기 제2재료투입관 내로 진입하고, 상기 밀봉부재의 축선은 상기 지지플레이트의 재료투입공의 축선과 일치하며, 상기 밀봉부재의 외경이 상기 재료투입공의 외경 보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 장입플런저는 상기 이동플레이트의 중심부에서 전후진가능하도록 설치되고, 상기 이동플레이트의 타측면에는 상기 장입플런저를 구동시키는 장입실린더가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1재료투입관의 타단에는 플랜지부가 형성되고, 상기 제2재료투입관의 일단에는 플랜지부가 형성되며, 상기 제1재료투입관의 타단 플랜지부 및 제2재료투입관의 일단 플랜지부에는 상기 진공밸브의 양측면이 밀봉적으로 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 진공융해용 금속재료 장입방법은,
진공밸브를 폐쇄작동시킨 후에 진공융해챔버의 상측 공기배출관의 공기배출밸브를 개방시킴으로써 진공융해챔버 및 제1재료투입관의 내부를 소정의 진공상태로 조성하는 진공융해챔버 및 제1재료투입관의 진공단계(S1);
금속재료를 재료받침대에 위치시킨 후에 구동실린더에 의해 이동플레이트를 제2재료투입관의 지지플레이트측으로 전진시킴으로써 이동플레이트의 일측면과 지지플레이트의 타측면을 밀봉적으로 밀착시키고, 제2재료투입관의 일측 공기배출관의 공기배출밸브를 개방함으로써 제2재료투입관의 내부공간을 진공상태로 조성하는 제2재료투입관의 진공단계(S2);
제2재료투입관의 진공도가 진공융해챔버와 제1재료투입관의 진공도와 일치하면 진공밸브를 개방하고, 장입플런저를 전진작동시킴으로서 금속재료를 진공융해챔버 내로 장입시킨 후에 장입플런저를 제2재료투입관까지 후진작동시키는 금속재료의 장입단계(S3);
진공밸브를 폐쇄작동시킨 후 구동실린더의 구동에 의해 이동플레이트를 후진시켜 제2재료투입관과 지지플레이트의 재료투입공을 개방시키는 초기화단계(S4)를 포함하고, 그 이후에 제2재료투입관의 진공단계(S2) 내지 초기화단계(S4)를 반복하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명은, 금속재료를 진공 환경에서 융해함에 있어서 그 진공도를 일정하게 유지하면서 금속재료를 진공융해챔버 내로 안정적으로 장입함으로써 진공 환경에서의 용탕을 매우 용이하게 발생시킬 수 있고, 이에 보다 양질의 용탕을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공융해용 금속재료 장입장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공융해용 금속재료 장입장치를 도시한 부분 절취사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 진공융해챔버 및 제1재료투입관의 진공단계를 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 제2재료투입관의 진공단계를 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 의한 금속재료의 장입단계를 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명에 의한 초기화단계를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 10은 본 발명에 의한 진공융해용 금속재료 장입장치를 도시한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 진공융해용 금속재료 장입장치는 진공융해챔버(10), 일단이 진공융해챔버(10)의 일측에 연결되는 제1재료투입관(20), 일단이 제1재료투입관(20)의 타단에 연결되는 제2재료투입관(40), 제1 및 제2 재료투입관(20, 40) 사이에 개재된 진공밸브(30), 제2재료투입관(40)의 타단에 일체로 구비된 지지플레이트(50), 지지플레이트(50)의 후방에 배치되어 이동가능하게 설치된 이동플레이트(60), 이동플레이트(60)에 설치되어 제1 및 제2 재료투입관(20, 40) 내로 전후진하도록 설치된 장입플런저(81)를 포함한다.
진공융해챔버(10)는 그 내부에 용탕을 수용되고, 그 상측에는 공기배출관(11)이 구비되며, 이 공기배출관(11)에는 공기배출밸브가 설치된다. 공기배출밸브 및 공기배출관(11)을 통해 진공융해챔버(10)의 내부는 진공상태가 된다.
진공융해챔버(10)의 내부에는 융해도가니가 배치되고, 융해도가니의 외주면에는 전기적 가열장치 등이 설치되어 진공융해챔버(10) 내로 장입된 금속재료(1)를 융해하도록 구성될 수 있다.
진공융해챔버(10)의 일측에는 제1재료투입관(20)이 소통되게 연결되고, 제1재료투입관(20)의 일단이 연결된 부분에 인접하여 하나 이상의 홀더(12)가 일체로 구비되며, 이 홀더(12)에는 가이드봉(13)의 일단이 결합되고, 각 가이드봉(13)은 진공융해챔버(10)의 외측으로 길게 연장된다.
진공융해챔버(10)의 타측에는 용탕보온관(150)이 연통되고, 용탕보온관(150)의 일측에는 용탕밸브실린더(160)가 설치되며, 용탕보온관(150) 내에는 용탕밸브실린더(160)에 의해 작동하는 작동로드(161) 및 작동로드(161)의 단부에 설치된 용탕밸브체(162)가 설치된다. 이에, 용탕밸브실린더(160)에 유압 또는 공압이 인가됨에 따라 작동로드(161)가 상하 작동하고, 이에 용탕밸브체(162)는 용탕보온관(150)의 투입공을 개폐하도록 구성된다.
그리고, 용탕보온관(150)의 투입공에는 다양한 구조의 금형주조성형기가 연결되고, 이러한 금형주조성형기로는 본 발명자의 다이케스팅기(특허등록 제10-0578257호), 수직진공 스퀴즈 캐스팅기(특허등록 제10-0572583호), 수직진공 용탕단조기(특허등록 제10-0572589호), 진공중력 금형주조기(특허등록 제10-0572581호) 등이 참조될 수도 있다.
제1재료투입관(20)은 그 일단이 진공융해챔버(10)에 소통되게 연결되고, 제1재료투입관(20)의 타단에는 플랜지부가 형성되며, 이 플랜지부에는 진공밸브(30)의 밸브몸체(33)의 일측면이 밀봉적으로 결합된다.
제1재료투입관(20)의 타단에는 제2재료투입관(40)의 일단이 소통가능하게 연결되고, 제1재료투입관(20)의 타단과 제2재료투입관(40)의 일단 사이에는 진공밸브(30)가 설치되어 제1재료투입관(20)의 내부를 진공상태로 조성할 수 있다.
제2재료투입관(40)은 그 일단에 플랜지부가 형성되고, 이 플랜지부는 진공밸브(30)의 밸브몸체(33) 타측면에 밀봉적으로 결합된다. 제2재료투입관(40)의 일측 외주면에는 공기배출관(41)이 구비되며, 이 공기배출관(41)에는 공기배출밸브가 설치된다. 공기배출밸브 및 공기배출관(41)을 통해 제2재료투입관(40)의 내부는 진공상태가 된다.
제2재료투입관(40)의 타단에는 지지플레이트(50)가 일체로 구비되고, 지지플레이트(50)의 중심부에는 재료투입공(51)이 형성된다. 이에 지지플레이트(50)의 재료투입공(51)은 제2재료투입관(40)의 내부 통로와 소통하고, 지지플레이트(50)의 좌우 양측에는 가이드봉(13)이 관통하여 설치된다.
진공밸브(30)는 밸브몸체(33), 밸브몸체(33)의 상단에 설치된 구동실린더(35), 구동실린더(35)에 의해 상하 작동하는 작동로드(34), 작동로드(34)의 단부에 설치된 밸브체(31)를 구비한다.
밸브몸체(33)는 제1재료투입관(20)의 타단 및 제2재료투입관(40)의 일단 사이에 밀봉적으로 설치되고, 제1재료투입관(20)의 타단 및 제2재료투입관(40)의 일단에는 플랜지부가 각각 형성된다. 이에, 밸브몸체(33)은 제1재료투입관(20)의 타단 플랜지 및 제2재료투입관(40)의 일단 플랜지에 각각 밀봉적으로 결합된다.
구동실린더(35)에는 유압 또는 공압이 인가됨에 따라 작동로드(34)가 상하 작동하고, 이러한 작동로드(34)의 상하 작동에 의해 밸브체(31)는 제1재료투입관(20)의 타단과 제2재료투입관(40)의 일단을 개폐한다.
지지플레이트(50)의 일측면은 진공융해챔버(10)를 향하도록 배치되고, 지지플레이트(50)의 타측면은 이동플레이트(60)를 향하도록 배치된다. 특히, 지지플레이트(50)의 타측면에는 이동플레이트(60)의 일측면이 밀봉적으로 밀착되는 부분이므로, 지지플레이트(50)의 타측면은 매끈한 평탄도를 가짐이 바람직하다.
이동플레이트(60)는 지지플레이트(50)의 타측면에 대해 밀착되도록 전후진 이동하도록 설치된다. 이동플레이트(60)는 하나 이상의 구동실린더(90)에 의해 전후진이동하고, 이동플레이트(60)의 타측에는 일정간격으로 이격된 실린더 지지플레이트(70)가 설치되며, 이 실린더 지지플레이트(70)에는 상하 한 쌍의 구동실린더(90)가 고정되어 있다. 각 구동실린더(90)의 로드(91)는 그 단부가 이동플레이트(60)에 고정되어 있다. 이러한 구성에 의해, 구동실린더(90)에 유압 또는 공압이 인가될 경우 로드(91)가 전후진하고, 이에 이동플레이트(60)는 전후진 이동할 수 있다.
한편, 이동플레이트(60)는 좌우 양측에 한 쌍의 슬라이드부시(62)를 가지고, 각 슬라이드부시(62)에는 한 쌍의 가이드봉(13)이 관통하며, 이에 이동플레이트(60)는 한 쌍의 가이드봉(13)을 따라 그 전후진 이동이 정밀하게 안내될 수 있다. 그리고, 가이드봉(13)의 타단은 고정너트(14)에 의해 실린더 지지플레이트(70)측에 고정된다.
이동플레이트(60)는 그 일측면의 중심부에 수용홈을 가지고, 이 수용홈에는 장입플런저(81)가 수용될 수 있으며, 이 수용홈에 인접한 하부측에는 재료받침대(65)가 설치되고, 재료받침대(65)의 주변에는 환형의 밀봉부재(63)가 설치된다. 재료받침대(65)는 원호상의 단면으로 이루어지고, 이동플레이트(60)의 일면이 지지플레이트(50)의 타측면에 밀봉적으로 접촉할 경우 재료받침대(65)는 제2재료투입관(40) 내로 진입하도록 구성된다. 그리고, 밀봉부재(63)의 축선은 지지플레이트(50)의 재료투입공(51)의 축선과 일치하고, 밀봉부재(63)의 외경이 재료투입공(51)의 외경 보다 크게 형성됨으로써 이동플레이트(60)의 일면이 지지플레이트(50)의 타측면에 밀봉적으로 접촉할 경우 환형의 밀봉부재(63)는 지지플레이트(50)의 재료투입공(51) 주변을 확실하게 밀폐할 수 있다.
장입플런저(81)는 이동플레이트(60)의 중심부에서 전후진가능하도록 설치되고, 이동플레이트(60)의 타측면에는 장입플런저(81)를 구동시키는 장입실린더(80)가 설치된다. 장입실린더(80)의 로드(82)는 이동플레이트(60)를 관통하여 연장되고, 로드(82)의 단부에 장입플런저(81)가 고정된다. 장입실린더(80)에 유압 또는 공압이 인가되면 로드(82)가 전후진하고, 이에 장입플런저(81)는 전후진 작동하여 금속재료(1)를 진공융해챔버(10) 내로 장입시킬 수 있다.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 진공융해용 금속재료 장입장치의 작동 관계 및 이를 참조하여 본 발명의 금속재료 장입방법을 상세히 설명한다.
S1: 진공융해챔버 및 제1재료투입관의 진공단계
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 진공밸브(30)를 폐쇄작동시킨 후에 진공융해챔버(10)의 상측 공기배출관(11)의 공기배출밸브를 개방시킴으로써 진공융해챔버(10) 및 제1재료투입관(20)의 내부를 소정의 진공상태로 조성한다.
S2: 제2재료투입관의 진공단계
그런 다음, 도 4와 같이 재료받침대(65)에 금속재료(1)를 위치시킨 후에 도 5와 같이 구동실린더(90)에 의해 이동플레이트(60)를 제2재료투입관(40)의 지지플레이트(50)측으로 전진시킴으로써 이동플레이트(60)의 일측면을 지지플레이트(50)의 타측면측에 밀봉적으로 밀착시킨다. 이때, 이동플레이트(60)의 재료받침대(65)는 제2재료투입관(40) 내에 위치한다. 이런 상태에서 제2재료투입관(40)의 일측 공기배출관(41)의 공기배출밸브를 개방함으로써 제2재료투입관(40)의 내부공간을 진공상태로 조성한다.
S3: 금속재료의 장입단계
그 후에, 도 6과 같이 제2재료투입관(40)의 공기배출관(41)의 공기배출밸브를 폐쇄한 후에 제2재료투입관(40)의 진공도가 진공융해챔버(10)와 제1재료투입관(20)의 진공도와 일치하면 진공밸브(30)를 개방한다.
도 7과 같이, 장입실린더(80)의 구동에 의해 개방된 진공밸브(30)를 통과시켜 장입플런저(81)를 전진작동시킴으로써 재료받침대(65) 위의 금속재료(1)를 밀어 내고, 이에 금속재료(1)가 진공융해챔버(10) 내로 장입된다. 이어서, 도 8과 같이 장입실린더(80)를 반대로 구동시켜 장입플런저(81)를 제2재료투입관(40)까지 후진작동시킨다.
S4: 초기화단계
도 9와 같이 진공밸브(30)를 폐쇄한 후에 도 10과 같이 구동실린더(90)의 구동에 의해 이동플레이트(60)를 후진시켜 이동플레이트(60)와 지지플레이트(50)를 서로 이격시킴으로써, 제2재료투입관(40)과 지지플레이트(50)의 재료투입공(51)을 개방시킨다.
이후, 제2재료투입관의 진공단계(S2) 내지 초기화단계(S4)를 반복함으로써 진공융해챔버(10)의 진공환경을 유지한 상태에서 금속재료(1)의 장입을 연속적으로 수행한다.

Claims (9)

  1. 상측에 공기배출관을 가지는 진공융해챔버;
    일단이 상기 진공융해챔버의 일측에 연결되는 제1재료투입관;
    일단이 상기 제1재료투입관의 타단에 연결되고, 일측에 공기배출관을 가지는 제2재료투입관;
    상기 제1 및 제2 재료투입관 사이에 개재된 진공밸브;
    상기 제2재료투입관의 타단에 일체로 구비되고, 상기 제2재료투입관의 내부통로와 소통하는 재료투입공을 가지는 지지플레이트;
    상기 지지플레이트에 밀착되도록 전후진 이동가능하게 설치된 이동플레이트; 및
    이동플레이트에 설치되어 제1 및 제2 재료투입관 내로 전후진하도록 설치된 장입플런저;를 포함하는 것을 특징으로 하는 진공융해용 금속재료 장입장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진공융해챔버에는 하나 이상의 가이드봉이 외측으로 연장되고, 상기 가이드봉에 의해 상기 이동플레이트는 그 이동이 정밀하게 안내되는 것을 특징으로 하는 진공융해용 금속재료 장입장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지플레이트의 일측면은 상기 진공융해챔버를 향하도록 배치되고, 상기 지지플레이트의 타측면은 이동플레이트를 향하도록 배치되며, 상기 지지플레이트의 타측면은 상기 이동플레이트의 일측면과 밀봉적으로 밀착되고, 상기 지지플레이트의 타측면은 매끈한 평탄도를 가지는 것을 특징으로 하는 진공융해용 금속재료 장입장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이동플레이트는 하나 이상의 구동실린더에 의해 전후진이동하고, 상기 이동플레이트의 타측에는 일정간격으로 이격된 실린더 지지플레이트가 설치되어 있으며, 상기 실린더 지지플레이트에는 구동실린더가 고정되고, 상기 구동실린더의 로드는 그 단부가 이동플레이트에 고정되는 것을 특징으로 하는 진공융해용 금속재료 장입장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이동플레이트는 그 일측면의 중심부에 수용홈을 가지고, 상기 수용홈에는 장입플런저가 수용되며, 상기 수용홈에 인접한 하부측에는 재료받침대가 설치되고, 상기 재료받침대의 주변에는 환형의 밀봉부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 진공융해용 금속재료 장입장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 재료받침대는 원호상의 단면으로 이루어지고, 상기 이동플레이트의 일면이 상기 지지플레이트의 타측면에 밀봉적으로 접촉할 경우 상기 재료받침대는 상기 제2재료투입관 내로 진입하고, 상기 밀봉부재의 축선은 상기 지지플레이트의 재료투입공의 축선과 일치하며, 상기 밀봉부재의 외경이 상기 재료투입공의 외경 보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 진공융해용 금속재료 장입장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 장입플런저는 상기 이동플레이트의 중심부에서 전후진가능하도록 설치되고, 상기 이동플레이트의 타측면에는 상기 장입플런저를 구동시키는 장입실린더가 설치되는 것을 특징으로 하는 진공융해용 금속재료 장입장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1재료투입관의 타단에는 플랜지부가 형성되고, 상기 제2재료투입관의 일단에는 플랜지부가 형성되며, 상기 제1재료투입관의 타단 플랜지부 및 제2재료투입관의 일단 플랜지부에는 상기 진공밸브의 양측면이 밀봉적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 진공융해용 금속재료 장입장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중에서 어느 한항에 의한 진공융해용 금속재료 장입장치를 이용한 장입방법으로,
    진공밸브를 폐쇄작동시킨 후에 진공융해챔버의 상측 공기배출관의 공기배출밸브를 개방시킴으로써 진공융해챔버 및 제1재료투입관의 내부를 진공상태로 조성하는 진공융해챔버 및 제1재료투입관의 진공단계(S1);
    금속재료를 재료받침대에 위치시킨 후에 구동실린더에 의해 이동플레이트를 제2재료투입관의 지지플레이트측으로 전진시킴으로써 이동플레이트의 일측면과 지지플레이트의 타측면을 밀봉적으로 밀착시키고, 제2재료투입관의 일측 공기배출관의 공기배출밸브를 개방함으로써 제2재료투입관의 내부공간을 진공상태로 조성하는 제2재료투입관의 진공단계(S2);
    제2재료투입관의 진공도가 진공융해챔버와 제1재료투입관의 진공도와 일치하면 진공밸브를 개방하고, 장입플런저를 전진작동시킴으로서 금속재료를 진공융해챔버 내로 장입시킨 후에 장입플런저를 제2재료투입관까지 후진작동시키는 금속재료의 장입단계(S3);
    진공밸브를 폐쇄한 후에 구동실린더의 구동에 의해 이동플레이트를 후진시켜 제2재료투입관과 지지플레이트의 재료투입공을 개방시키는 초기화단계(S4)를 포함하고,
    이후 제2재료투입관의 진공단계(S2) 내지 초기화단계(S4)까지를 반복하는 것을 특징으로 하는 진공융해용 금속재료의 장입방법.
PCT/KR2009/005483 2009-09-03 2009-09-25 진공융해용 금속재료 장입장치 및 그 방법 WO2011027928A1 (ko)

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