KR102617536B1 - 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용해로의 용탕이 외부에 노출되지 않고 밀폐된 상태에서 금형의 캐비티로 공급될 수 있도록 하여 양질의 성형품을 얻을 수 있는 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치를 제공한다. 본 발명의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치는, 용탕을 용융 상태로 유지하고, 일측에 용탕을 공급하기 위한 압출구가 형성되어 있는 보온로와, 보온로의 일측에 배치되며, 압출구와 연통되는 캐비티가 내부에 마련되어 있는 금형과, 외부로부터 공급되는 용탕 소재를 용융시키고, 상기 보온로와 연통되는 용탕 공급관을 통해서 용융된 상태의 용탕을 상기 보온로로 공급하는 용해로와, 보온로 내의 용탕을 가압하여 압출구를 통해서 금형의 캐비티 내로 용탕을 공급하는 가압 수단을 포함한다.

Description

용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치{Melting furnace-Holding furance Integrated Type Casting Apparatus Using Pressure}
본 발명은 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치에 관한 것이다. 상세하게는 용탕이 외부로 노출되는 것으로 인한 성형품의 불량과 성형품 내의 기포 생성을 방지할 수 있는 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치에 관한 것이다.
가압 주조 장치는, 용해로 내에 용융 상태로 유지되는 용탕을 가압하여 금형의 캐비티 내로 주입하고, 응고시켜 소정 형상의 성형품을 얻는 장치이다. 일반적인 가압 주조 장치는 특허문헌 1에 개시되어 있는 것과 같이 용탕을 녹이고 용융 상태로 유지하는 용해로와 금형이 별체로 형성되며, 금형과 연통하는 슬리브를 마련하고, 용해로의 용탕을 퍼서 슬리브 내에 붓고, 슬리브 내를 이동하는 플런저 등을 이용하여 슬리브 내의 용탕을 금형으로 밀어 넣음으로써 금형의 캐비티 내로 용탕을 주입한다.
이러한 특허문헌 1의 가압 주조 장치는 용탕을 붓기 때문에 슬리브 내에 주입구를 형성해야 하며, 주입구를 통해서 슬리브 내의 용탕이 외부로 노출된다. 그 결과 금형으로 주입되는 용탕에 기포가 생길 수 있으며, 일부 산화되거나 부분적으로 응고가 이루어질 수 있으며, 이들 기포, 산화물 및 응고물 등이 걸러지지 않고 성형되는 경우 성형품에 불량이 생길 수 있다.
이를 방지하기 위해서 특허문헌 2과 같이 밀폐된 챔버 내에 용해로를 구비하고, 플런저에 의해서 용해로 내의 용탕을 가압함으로써 금형의 캐버티로 용탕을 공급하는 가압 주조 장치가 제안되었다.
하지만 특허문헌 2 개시된 가압 주조 장치는, 용탕을 보충하기 위해서 용해로 내로 와이어나 조각 모양의 용탕 소재를 공급하여 용해로 내에서 녹이도록 하고 있으며, 이때 용탕 소재를 공급하는 공급구를 통해서 용해로 내의 용탕이 외부로 노출될 가능성을 배제할 수 없고, 또한 용탕을 가압할 경우 공급구를 통해서 용탕이 유출될 가능성이 있다. 용해로 내의 용탕이 외부로 노출되는 경우 앞서 살펴본 바와 같이 기포, 산화물 및 응고물로 인해서 성형품에 불량이 발생할 수 있다.
특허문헌 1 : 한국 공개특허공보 제10-2014-0069835호 특허문헌 2 : 한국 공개특허공보 제10-2012-0005656호
본 발명은 위에서 살펴본 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 용해로의 용탕이 외부에 노출되지 않는 밀폐된 상태에서 금형의 캐비티로 공급될 수 있도록 하여 양질의 성형품을 얻을 수 있는 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치는, 용탕을 용융 상태로 유지하고, 일측에 용탕을 공급하기 위한 압출구가 형성되어 있는 보온로와, 상기 보온로의 일측에 배치되며, 상기 압출구와 연통되는 캐비티가 내부에 마련되어 있는 금형과, 외부로부터 공급되는 용탕 소재를 용융시키고, 상기 보온로와 연통되는 용탕 공급관을 통해서 용융된 상태의 용탕을 상기 보온로로 공급하는 용해로와, 상기 보온로 내의 용탕을 가압하여 상기 압출구를 통해서 상기 금형의 캐비티 내로 용탕을 공급하는 가압 수단을 포함하고, 상기 보온로와 상기 용해로가 상기 용탕 공급관을 매개로 하여 일체로 연결되어, 상기 용해로 내의 용탕이 상기 용탕 공급관을 통해서 상기 보온로로 공급되는 동안에 외부와 차단된 상태가 유지된다.
위 구성을 가지는 본 발명에 관한 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치에 의하면, 외부로부터 공급되는 용탕 소재를 용해로에서 용융시키고 용융 상태의 용탕을 용탕 공급관을 통해서 보온로로 공급하기 때문에, 보온로에 용탕을 공급하는 동안에 보온로의 용탕은 외부와 차단된 상태(밀폐 상태)를 유지할 수 있다. 따라서, 본 발명은 보온로 내의 용탕이 외부에 노출되어 산화되거나 부분적으로 응고되는 것을 방지하고, 용탕을 금형으로 충전(充塡)할 때 기포가 생기는 것을 방지하여 양질의 성형품을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치에서 주조를 행하기 전의 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치에서 주조를 행할 때의 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치에서 주조를 행하기 전의 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치에서 주조를 행할 때의 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치에서 주조를 행하기 전의 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치에서 주조를 행할 때의 상태를 나타내는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 도면은 설명의 편의상 각 구성에 대해서 단면으로 도시하였다.
< 제1 실시 형태 >
본 발명의 제1 실시 형태에 따르는 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10)는, 도 1에 도시된 것과 같이 용탕을 용융 상태로 유지하기 위한 보온로(100)와, 용탕이 공급되어 주조가 행하여지는 금형(200)과, 외부로부터 공급되는 용탕 소재(M)를 용융시키는 용해로(300)를 구비하고 있다. 보온로(100)와 용해로(300)는 용탕 공급관(320)을 통해서 연결되어 있다. 또한 보온로(100)와 용해로(300)는 하우징(1100) 내에 배치되어 있고, 금형(200)은 하우징(1100)에 연결되어 배치되는 챔버(400)에 의해 둘러싸여져 있다.
보온로(100)는, 대략 원기둥 형상이며, 내부에 용융 상태의 용탕이 채워지는 내부 공간(100S)을 가지고 있다. 내부 공간(100S)은 후술하는 금형(200)의 캐비티(210)를 채울 수 있는 용탕보다도 큰 부피를 가지고 있다.
보온로(100)의 외측에는 보온로(100)를 가열하기 위한 제1 가열 수단(110)이 배치되어 있다. 제1 가열 수단(110)은 외부의 전원으로부터 공급되는 전기 에너지에 의해서 열을 발생시키는 유도 가열 장치 또는 전기 히터 등이 사용될 수 있다. 보온로(100)는 제1 가열 수단(110)에 의해서 가열되어 소정의 온도로 유지되고, 내부 공간(100S)의 용탕을 용융 상태로 유지한다.
또한 보온로(100)의 하부에는 외부와 연통되는 출탕구(130)가 마련되어 있으며, 주조를 행하지 않을 경우 출탕구(130)를 통해서 보온로(100)(및 이와 연통되어 있는 용해로(300)) 내의 용탕이 외부로 배출된다. 출탕구(130)는 주조시에는 마개 등에 의해서 막혀져 있다. 출탕구(130)는 보온로(100)의 하부에서 횡방향으로 연장되어 있으나, 보온로(100)의 바닥면에서 종방향으로 연장되어 외부와 연통하도록 해도 된다.
하우징(1100) 내부는 단열재에 의해서 채워져 있다. 따라서 제1 가열 수단(110)은 단열재에 의해서 둘러 싸이게 되며, 단열재는 제1 가열 수단(110)에 의해서 가열된 열이 외부로 빠져 나가는 것을 방지한다.
보온로(100)의 일측(도 1에서 상측)에는 주조가 행하여지는 금형(200)이 장착되어 있다. 금형(200)은 앞서 설명한 바와 같이 챔버(400) 내에 배치되어 있다.
금형(200)은 상형(220)과 하형(230)이 형체결되는 것에 의해서 내부에 캐비티(210)가 형성된다. 하형(230)에는 캐비티(210)와 보온로(100)를 연통시키는 압출구멍(231)이 형성되어 있다. 또한 보온로(100)에는 하형(230)의 압출구멍(231)과 연통되도록 압출구(120)가 형성되어 있다. 보온로(100) 내의 용탕은 압출구(120) 및 압출구멍(231)을 거쳐 금형(200)의 캐비티(210) 내로 공급되어 캐비티(210)를 채우게 된다.
또한 금형(200)에는 캐비티(210)와 연통되는 에어 벤트(221)가 형성되어 있다. 금형(200)은 챔버(400)와 간격을 두고 배치되어 있고, 금형(200)을 둘러싸는 챔버(400)는 제1 감압 수단(500)에 연결되어 있다. 제1 감압 수단(500)은 챔버(400)에 연결되는 감압 배관(510)과, 감압 배관(510)에 연결되는 감압 탱크(520)와, 감압 탱크(520)로부터 기체를 흡입하여 외부로 빼내는 감압 펌프(미도시)를 구비하고 있다. 또한 감압 배관(510)에는 감압 배관(510)을 개폐하는 밸브(511)가 마련되어 있다.
또한 감압 탱크(520)는 도 1에는 도시되어 있지 않은 감압 펌프에 의해서 감압 상태로 유지될 수 있다. 감압 탱크(520)가 감압 상태(즉, 진공 상태)로 유지되는 경우 챔버(400)와 금형(200) 사이에 존재하는 기체 그리고 에어 벤트(221)를 통해서 캐비티(210) 내에 존재하는 기체(외부의 공기와 용탕 소재(M)의 용융시 발생한 가스를 포함함)가 감압 탱크(520)로 빠져 나가게 된다.
따라서 제1 실시 형태에서는 제1 감압 수단(500)에 의해서, 금형(200)과 챔버(400) 사이에 존재하는 기체 및 금형(200)의 캐비티(210)와 보온로(100) 내에 존재하는 기체를 제거할 수 있으므로, 보온로(100)의 용탕이 산화되거나 부분적으로 응고되는 것을 방지할 수 있으며, 또한 금형(200) 내가 진공 상태로 유지되므로 금형(200) 내로 용탕이 충전되는 중에 용탕 내에 기포가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 캐비티(210) 내에 존재하는 기체는 보온로(100)의 용탕에 노출되어 있기 때문에 고온의 상태이다. 감압 배관(510)에는 감압 배관(510)을 통해서 빠져 나가는 고온의 기체를 냉각시키기 위한 냉각 수단(530)이 마련되어 있다. 냉각 수단(530)은 도 1에 도시된 것과 같이 감압 배관(510)을 감싸는 코일 형상의 배관일 수 있으며, 통상의 냉동 장치에 의해서 냉각된 유체가 이 코일 형상의 배관을 흐르면서 감압 배관(510)을 흐르는 고온의 기체와 열교환하여 냉각시킨다.
용해로(300)는, 외부로부터 공급되는 용탕 소재(M)를 수용하고, 용융시키는 내부 공간(300S)을 가지고 있다. 용탕 소재(M)는 금속으로 형성된 펠렛 등 크기가 작은 조각 형태이다.
용해로(300)의 외측에는 제2 가열 수단(310)이 마련되어 있다. 제2 가열 수단(310)은 외부의 전원으로부터 전기 에너지를 공급받아 열을 발생시키는 유도 가열 장치 또는 전기 히터일 수 있으며, 발생된 열에 의해서 내부 공간(300S)에 수용되어 있는 용탕 소재(M)를 용융시켜 용융 상태의 용탕이 되도록 한다. 용해로(300)는 앞서 설명한 바와 같이 하우징(1100) 내에 배치된다. 용해로(300)의 외측에는 단열재가 싸여져 있다. 단열재는 가열된 용해로(300)의 열이 외부로 빠져 나가는 것을 방지한다.
용해로(300)의 용융 상태의 용탕은 용탕 공급관(320)을 통해서 보온로(100)로 공급된다. 또한 용탕 공급관(320)에는 용탕 공급관(320)을 감싸는 제3 가열 수단(321)이 마련되어 있다. 제3 가열 수단(321)은 외부의 전원으로부터 전기 에너지를 공급받아 용탕 공급관(320)을 가열하는 유도 가열 장치 또는 전기 히터일 수 있으며, 용탕 공급관(320)을 흐르는 용탕을 용융 상태로 유지한다.
제1 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10)는 보온로(100)에 직접 용탕 소재(M)가 공급되지 않고, 용해로(300)에서 용융되어 용융 상태의 용탕이 된 후, 용탕 공급관(320)을 통해서 보온로(100)로 공급된다. 이로 인해서 보온로(100)와 용탕 공급관(320)의 연결 부분은 용융 상태의 용탕으로 채워져 밀봉이 되는 액밀(液密) 상태로 유지된다. 그 결과 보온로(100)에 용탕을 공급하는 동안에 보온로(100) 내의 용탕은 외부와 차단된 상태가 되어 외부에 노출되지 않는다. 즉 제1 실시 형태는 종래의 가압 주조 장치에서, 용해로에 조각 형태의 용탕 소재(M)가 직접 공급되기 때문에 액밀 상태를 만들 수 없는 것으로 인해서 용해로의 용탕이 외부에 노출되어 산화되거나 부분적으로 응고되는 문제점, 가압시 용탕이 누출되는 문제점, 그리고 용탕을 금형에 충전할 때 기포가 발생되는 문제점을 해결할 수 있다.
용해로(300)는 용탕 소재(M)를 저장하는 공급통(600)과 연결되어 있다. 공급통(600)은 덮개(610)를 구비하고 있다. 공급통(600)의 하부에는 공급통(600)과 용해로(300) 사이의 연결관을 개폐하는 개폐 부재(620)가 마련되어 있다. 개폐 부재(620)는 메쉬 구조를 가질 수 있으며, 이때 단위 메쉬의 크기는 용탕 소재(M)가 통과하지 않는 크기일 수 있다. 사용자는 덮개(610)를 열고 로드 모양의 용탕 소재(M)를 공급통(600)에 넣을 수 있으며, 개폐 부재(620)를 개방하여 용탕 소재(M)를 용해로(300)로 공급할 수 있다.
또한 용탕 소재(M)를 공급할 때 탈산 작용을 할 수 있는 재료, 예를 들면 탄소로 이루어지는 가루나 작은 조각을 함께 투입할 수 있다. 이 경우 공급된 탄소는 용해로(300)에서 태워지면서 산소를 흡수하여 용해로(300) 내의 산소를 제거할 수 있다. 따라서 용해로(300)의 용탕이 산화되는 것을 방지할 수 있다.
제1 실시 형태에서, 공급통(600)과 용해로(300) 사이의 연결관(630)은 제2 감압 수단(700) 및 가압 수단(800)과 연통되어 있다. 제2 감압 수단(700)은 연결관(630)과 연통되는 감압 배관(710)과, 감압 배관(710)에 연결되는 감압 탱크(720)와, 감압 탱크(720)로부터 기체를 흡입하여 외부로 빼내는 감압 펌프(미도시)를 구비하고 있다. 또한 감압 배관(710)에는 감압 배관(710)을 개폐하는 밸브(711)가 마련되어 있다.
또한 감압 탱크(720)는 도 1에는 도시되어 있지 않은 감압 펌프에 의해서 감압 상태로 유지될 수 있다. 감압 탱크(720)가 감압 상태(즉, 진공 상태)로 되는 경우 공급통(600)과 공급통(600)에 연통되는 용해로(300) 내에 존재하는 기체(용탕 소재(M)의 투입시 함께 들어온 공기와 용탕 소재(M)가 융융될 때 발생하는 가스를 포함함)가 감압 탱크(520)로 빠져 나가게 된다.
따라서 제1 실시 형태에서는 제2 감압 수단(700)에 의해서 공급통(600)과 용해로(300) 내에 존재하는 기체를 제거하여 용해로(300)의 용탕이 산화되거나 부분적으로 응고되는 것을 방지한다.
한편 용해로(300) 내에 존재하는 기체는 용해로(300)의 용융 상태의 용탕에 노출되어 있기 때문에 고온의 상태이다. 감압 배관(720)에는 감압 배관(720)을 통해서 빠져 나가는 고온의 기체를 냉각시키기 위한 냉각 수단(730)이 마련되어 있다. 냉각 수단(730)은 도 1에 도시된 것과 같이 감압 배관(720)을 감싸는 코일 형상의 배관일 수 있으며, 통상의 냉동 장치에 의해서 냉각된 유체가 코일 형상의 배관을 흐르면서 감압 배관(720)을 흐르는 고온의 기체와 열교환하여 고온의 기체를 냉각한다.
가압 수단(800)은 연결관(630)과 연통되는 가압 배관(810)과, 가압 배관(810)에 연결되는 가압 탱크(820)과, 가압 탱크(820)에 외부로부터 기체를 공급하여 가압하는 가압 펌프(미도시)를 구비하고 있다. 가압 배관(810)에는 가압 배관(810)을 개폐하는 밸브(811)가 마련되어 있다. 가압 탱크(820)는 질소, 아르곤 등의 불활성 기체로 채워져 있다.
가압 펌프를 작동하여 가압 탱크(820)의 내부에 불활성 기체를 공급하는 것에 의해서 가압 탱크(820)를 가압 상태(즉, 고압 상태)로 하는 경우 연결관(630)과 연결관(630)에 연통되는 용해로(300) 내의 압력이 증가하여, 용해로(300)의 용탕이 보온로(100)로 공급된다. 그 결과 보온로(100) 내의 압력이 증가하여 보온로(100) 내의 용탕이 금형(200)의 캐비티(210) 내로 주입된다. 이때 용해로(300) 내의 용탕과 접하는 기체는 불활성 기체이므로 용해로 내의 용탕이 산화되거나 응고되지는 않는다.
이하 도 2 및 도 3를 참조하여 제1 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10)의 동작에 대해서 설명한다.
도 2에 도시된 것과 같이 공급통(600)에 용탕 소재(M)를 공급하고 제2 가열 수단(310)에 의해서 용해로(300)를 가열하여 용해로(300)의 내부 공간(300S)에 용융 상태의 용탕을 생성한다. 생성된 용탕은 용탕 공급관(320)을 통해서 보온로(100)의 내부 공간(100S)에 채워지게 된다. 이때 제1 가열 수단(110) 및 제3 가열 수단(321)이 작동되어 보온로(100) 및 용탕 공급관(320)의 용탕이 용융 상태를 유지하도록 한다. 용탕은 보온로(100)의 내부 공간(100S)을 채우고 금형(210)의 캐비티(210) 내로 유입되지 않도록 한다.
이와 함께, 제1 감압 수단(500)의 감압 펌프를 작동시켜 보온로(100)의 내부 공간(100S)에서 용탕의 상부 부분, 금형(200)과 챔버(400) 사이의 공간 및 금형(200)의 캐비티(210) 내에 존재하는 기체(외부의 공기와 용탕 소재(M)의 용융시 발생한 가스를 포함함)를 빨아 들여 외부로 배출하고 밸브(511)를 잠그어 감압 상태를 유지한다. 또한 제2 감압 수단(700)의 감압 펌프를 작동시켜 용해로(300)의 내부 공간(300S)에서 용탕의 상부 부분 및 공급통(600) 내의 기체(외부의 공기와 용탕 소재(M)의 용융시 발생한 가스를 포함함)를 빨아 들여 외부로 배출하고 밸브(711)를 잠그어 감압 상태를 유지한다. 한편 이 때, 가압 수단(800)의 밸브(811)는 폐쇄되어 있다. 이로 인해서 제1 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10)에서 용탕 이외의 공간의 기체는 모두 외부로 배출된 상태가 된다.
한편, 금형(200) 및 용해로(300)가 함께 감압되기 때문에 금형(200)의 내부와 용해로(300)의 내부가 압력 평행을 유지하게 되므로, 압력차이로 인해서 보온로(100)의 용탕이 금형(200)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이 상태에서 도 3에 도시된 가압 수단(800)의 가압 펌프를 작동시켜 가압 탱크(820)로 불활성 기체를 충전하면서 내부의 압력을 상승시키고, 이후 밸브(811)를개방하여 소정의 압력으로 가압 탱크(820)의 불활성 기체가 용해로(300)로 공급되도록 한다. 용해로(300)의 상부에 채워지는 불활성 기체의 압력에 의해서 용해로(300)의 용탕이 보온로(100)로 공급되고, 이로 인해서 보온로(100) 내의 용탕이 가압되어 압출구(120)를 통해서 금형(200)의 캐비티(210) 내로 충전된다.
이상과 같이 제1 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10)에서는 용탕 이외의 공간의 기체가 모두 외부로 배출된 상태에서 불활성 기체를 공급하여 보온로(100) 내의 용탕을 가압함으로써 금형(200) 내로의 충전이 이루어지기 때문에, 금형 내로 용탕을 충전하는 과정에서 기포가 생기는 것을 방지하여 양질의 성형품을 얻을 수 있다.
< 제2 실시 형태 >
이하 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따르는 제2 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10A)에 대해서 설명한다. 설명의 편의상 제1 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다.
제1 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10)와 대비하면, 제2 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10A)는 제1 실시 형태에서 불활성 기체의 압력을 이용하여 보온로(100) 내의 용탕을 금형(200)의 캐비티(210)에 충전하는 가압 수단(800) 대신에 플런저(910)의 이동에 의해서 보온로(100)의 용탕을 가압하여 금형(200)의 캐비티(210)에 충전하는 가압 수단(900)을 구비한다는 점에서 차이를 가진다.
구체적으로, 도 4에 도시된 것과 같이 제2 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10A)의 가압 수단(900)은 보온로(100)에 대해서 내측으로 전진, 후퇴하는 플런저(910)와, 하우징(1100)의 외측에 배치되어 플런저(910)를 구동하는 구동 장치(920)를 구비한다.
또한 플런저(910)는 전진, 후퇴 이동시 보온로(100)와 용해로(300)를 연결하는 용탕 공급관(320)을 개폐하도록 마련된다. 구체적으로, 플런저(910)는 보온로(100)의 내측으로 전진하는 것에 의해서 보온로(100)와 용해로(300)를 연결하는 용탕 공급관(320)을 폐쇄하며, 보온로(100)로부터 후퇴하는 것에 의해서 용탕 공급관(320)을 개방하는 위치에 배치된다.
이하 도 5 및 도 6을 참조하면서, 제2 실시 형태에 따르는 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10A)의 동작에 대해서 설명한다.
먼저, 도 5에 도시된 것과 같이 공급통(600)에 용탕 소재(M)를 공급하고 제2 가열 수단(310)에 의해서 용해로(300)를 가열하여 용해로(300)의 내부 공간(300S)에 용탕을 생성한다. 생성된 용탕은 용탕 공급관(320)을 통해서 보온로(100)의 내부 공간(100S)에 채워지게 된다. 이때 제1 가열 수단(110) 및 제3 가열 수단(321)이 작동되어 보온로(100) 및 용탕 공급관(320)의 용탕이 용융 상태를 유지하도록 한다. 용탕은 보온로(100)의 내부 공간(100S)을 채우고 금형(210)의 캐비티(210) 내로 유입되지 않는 상태로 유지된다.
이와 함께 제1 감압 수단(500)의 감압 펌프를 작동시켜 보온로(100)의 내부 공간(100S)에서 용탕의 상부 부분, 금형(200)과 챔버(400) 사이의 공간 및 금형(200)의 캐비티(210) 내에 존재하는 기체(외부의 공기와 용탕 소재(M)의 용융시 발생한 가스를 포함함)를 빨아 들여 외부로 배출하고 밸브(511)를 잠그어 감압 상태를 유지한다. 또한 제2 감압 수단(700)의 감압 펌프를 작동시켜 용해로(300)의 내부 공간(300S)에서 용탕의 상부 부분 및 공급통(600) 내의 기체(외부의 공기와 용탕 소재(M)의 용융시 발생한 가스를 포함함)를 빨아 들여 외부로 배출하고 밸브(711)를 잠그어 감압 상태를 유지한다. 이로 인해서 제2 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10)에서 용탕 이외의 공간의 공기는 모두 외부로 배출된 상태가 된다.
한편, 금형(200) 및 용해로(300)가 함께 감압되기 때문에 금형(200)의 내부와 용해로(300)의 내부가 압력 평행을 유지하게 되므로, 압력차이로 인해서 보온로(100)의 용탕이 금형(200)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이 상태에서 도 6에 도시된 가압 수단(900)의 구동 장치(920)를 작동시켜 플런저(910)을 보온로(100) 내로 전진시킨다. 플런저(910)는 전진하면서 보온로(100)와 용해로(300)를 연결하는 용탕 공급관(320)을 폐쇄하고, 보온로(100) 내의 용탕을 가압하여 압출구(120)를 통해서 금형(200)의 캐비티(210) 내로 용탕을 충전시킨다.
이상과 같이 제2 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10A)는 제1 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10)와 마찬가지로, 보온로(100)에 직접 용탕 소재(M)가 공급되지 않고, 용해로(300)에서 용융되어 용융 상태의 용탕이 된 후, 용탕 공급관(320)을 통해서 보온로(100)로 공급되기 때문에, 보온로(100)에 용탕을 공급하는 동안에 보온로(100)의 용탕은 외부와 차단된 상태가 되어 외부에 노출되지 않는다. 따라서 보온로가 액밀 상태가 되지 않음으로 인해서 보온로의 용탕이 외부에 노출되어 산화되거나 부분적으로 응고되는 문제점을 해결할 수 있다.
또한 제2 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10A)에서는 용탕 이외의 공간의 기체가 모두 외부로 배출된 상태에서 플런저(910)를 보온로(100) 내로 전진시킴으로써 금형(200)의 캐비티(210)로의 용탕의 충전이 이루어지기 때문에, 금형 내로 용탕을 충전하는 과정에서 기포가 생기는 것을 방지하여 양질의 성형품을 얻을 수 있다.
또한 제2 실시 형태에서는 플런저(910)는 구동 장치(920)에 의해서 이동되고 압축 및 팽창에 따른 압력의 변화가 없기 때문에 이동량을 정밀하게 제어할 수 있어서 플런저(910)의 전진에 의해서 금형(200) 내로 충전되는 용탕의 양을 정확하게 조절할 수 있다.
그리고 제2 실시 형태에서는 플런저(910)가 전진하여 보온로(100)와 용해로(300)를 연결하는 용탕 공급관(320)을 폐쇄한 후 금형(200)의 캐비티(210) 내로 용탕을 충전시키기 때문에, 캐비티(210)에 용탕을 충전하는 동안에 용탕 공급관(320)을 통해서 용탕이 유입되지 않는다. 그 결과 캐비티(210)에 용탕을 충전하는 동안에 보온로(100) 내의 용탕의 양이 일정하게 유지되어 플런저(910)의 이동에 의해서 캐비티(210)로 유입되는 용탕의 양을 보다 정확하게 조절할 수 있다.
< 제3 실시 형태>
이하 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명에 따르는 제3 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10B)에 대해서 설명한다. 설명의 편의상 제2 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 설명을 생략한다.
제2 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10)와 대비하면, 제3 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10B)는 가압 수단(1000)이 보온로(100)와 용해로(300)과의 사이의 용탕 공급로에 마련되어 있다는 점에서, 가압 수단(900)이 보온로(100)에 마련되어 있는 제2 실시 형태와 차이를 가진다.
구체적으로, 도 7에 도시된 것과 같이 제3 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10B)는 용해로(300)의 용탕을 보온로(100)로 공급하는 용탕 공급관(320a, 320b)의 중간에 용탕이 저장되는 중간 저장 공간(330)이 마련되어 있으며, 가압 수단(1000)은 중간 저장 공간(330)의 상부에 마련되며 중간 저장 공간(330)의 내측으로 상하 이동 가능한 플런저(1010)와, 플런저(1010)를 구동시키는 구동 장치(1020)를 구비한다.
또한 제3 실시 형태 역시 제2 실시 형태와 마찬가지로, 플런저(1010)의 전진, 후퇴 이동시 용해로(300)와 연결되는 용탕 공급관(320)을 개폐하도록 마련된다. 구체적으로, 중간 저장 공간(330)을 중심으로 용해로(300) 측의 용탕 공급관(320a)의 높이는 보온로(100) 측의 용탕 공급관(320b)의 높이보다 높게 되었으며, 플런저(1010)가 하부로 전진함에 따라서 용해로(300)와 연결되는 용탕 공급관(320a)를 폐쇄하고, 상부로 후퇴함에 따라서 용해로(300)와 연결되는 용탕 공급관(320a)를 개방하도록 되어 있다.
플런저(1010)가 하부로 전진함에 따라서 용해로(300)와 연결되는 용탕 공급관(320a)를 폐쇄한 상태에서, 플런저(1010)가 하부로 더 이동하면, 도 8에서와 같이 중간 저장 공간(330)에 저장된 용탕이 가압되어, 중간 저장 공간(300) 내의 용탕이 용탕 공급관(320b)를 통해서 보온로(100)로 이동하며, 이로 인해서 보온로(100) 내의 용탕이 가압되어 금형(200)의 캐피티(210) 내로 충전된다.
이하 도 7 및 도 8을 참조하면서, 제2 실시 형태에 따르는 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10A)의 동작에 대해서 설명한다.
먼저, 도 7에 도시된 것과 같이 공급통(600)에 용탕 소재(M)를 공급하고 제2 가열 수단(310)에 의해서 용해로(300)를 가열하여 용해로(300)의 내부 공간(300S)에 용탕을 생성한다. 생성된 용탕은 용탕 공급관(320a, 320b)과 중간 저장 공간(330)을 통해서 보온로(100)의 내부 공간(100S)에 채워지게 된다. 또한 생성된 용탕은 중간 저장 공간(330)도 채우게 된다. 이때 제1 가열 수단(110) 및 제3 가열 수단(321)이 작동되어 보온로(100) 및 용탕 공급관(320a, 320b)과 중간 저장 공간(330)의 용탕이 용융 상태를 유지하도록 한다. 용탕은 보온로(100)의 내부 공간(100S)을 채우고 금형(210)의 캐비티(210) 내로 유입되지 않는 상태로 유지된다.
이와 함께 제1 감압 수단(500)의 감압 펌프를 작동시켜 보온로(100)의 내부 공간(100S)에서 용탕의 상부 부분, 금형(200)과 챔버(400) 사이의 공간 및 금형(200)의 캐비티(210) 내에 존재하는 기체(외부의 공기와 용탕 소재(M)의 용융시 발생한 가스를 포함함)를 빨아 들여 외부로 배출하고 밸브(511)를 잠그어 감압 상태를 유지한다. 또한 제2 감압 수단(700)의 감압 펌프를 작동시켜 용해로(300)의 내부 공간(300S)에서 용탕의 상부 부분 및 공급통(600) 내의 기체(외부의 공기와 용탕 소재(M)의 용융시 발생한 가스를 포함함)를 빨아 들여 외부로 배출하고 밸브(711)를 잠그어 감압 상태를 유지한다. 이로 인해서 제3 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10)에서 용탕 이외의 공간의 공기는 모두 외부로 배출된 상태가 된다.
한편, 금형(200) 및 용해로(300)가 함께 감압되기 때문에 금형(200)의 내부와 용해로(300)의 내부가 압력 평행을 유지하게 되므로, 압력차이로 인해서 보온로(100)의 용탕이 금형(200)으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이 상태에서 도 8에 도시된 가압 수단(1010)의 구동 장치(1020)를 작동시켜 플런저(1010)를 중간 저장 공간(330) 내측으로 전진시킨다. 플런저(1010)는 전진하면서 용해로(300)를 연결하는 용해로(300) 측의 용탕 공급관(320a)을 폐쇄하고, 중간 저장 공간(330) 내의 용탕을 가압한다. 이로 인해서 중간 저장 공간(330) 내의 용탕이 용탕 공급관(320b)를 통해서 보온로(100)로 이동하게 되며, 그 결과 보온로(100) 내의 용탕이 가압되어 압출구(120)를 통해서 금형(200)의 캐비티(210) 내로 충전된다.
이상과 같이 제3 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10B)는 제1 및 제2 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10)와 마찬가지로, 보온로(100)에 직접 용탕 소재(M)가 공급되지 않고, 용해로(300)에서 용융되어 용융 상태의 용탕이 된 후, 용탕 공급관(320a, 302b)을 통해서 보온로(200)로 공급되기 때문에, 보온로(100)에 용탕을 공급하는 동안에 보온로(100)의 용탕은 외부와 차단된 상태가 되어 외부에 노출되지 않는다. 따라서 보온로가 액밀 상태가 되지 않음으로 인해서 보온로의 용탕이 외부에 노출되어 산화되거나 부분적으로 응고되는 문제점을 해결할 수 있다.
또한 제3 실시 형태의 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치(10B)에서는 용탕 이외의 공간의 기체가 모두 외부로 배출된 상태에서 플런저(1010)를 중간 저장 공간(330) 내측으로 전진시킴으로써 금형(200)의 캐비티(210)로의 용탕의 충전이 이루어지기 때문에, 금형 내로 용탕을 충전하는 과정에서 기포가 생기는 것을 방지하여 양질의 성형품을 얻을 수 있다.
또한 제3 실시 형태에서는 플런저(1010)는 구동 장치(1020)에 의해서 이동되고 압축 및 팽창에 따른 압력의 변화가 없기 때문에 이동량을 정밀하게 제어할 수 있어서 플런저(1010)의 전진에 의해서 금형(200) 내로 충전되는 용탕의 양을 정확하게 조절할 수 있다.
그리고 제3 실시 형태에서는 플런저(1010)가 전진하여 용해로(300)를 연결하는 용탕 공급관(320a)을 폐쇄한 후 중간 저장 공간(330)의 용탕을 가압하여 금형(200)의 캐비티(210) 내로 용탕을 충전시키기 때문에, 캐비티(210)에 용탕을 충전하는 동안에 용탕 공급관(320a)을 통해서 용탕이 유입되지 않는다. 그 결과 캐비티(210)에 용탕을 충전하는 동안에 보온로(100) 내의 용탕의 양이 일정하게 유지되어, 플런저(910)의 이동에 의해서 캐비티(210)로 유입되는 용탕의 양을 보다 정확하게 조절할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 상세하게 설명하였다. 앞서 설명한 제1 내지 제3 실시 형태는, 모두 본 발명을 실시하는데 있어서 구체적인 예를 나타낸 것에 지나지 않는다. 제1 내지 제3 실시 형태의 내용은, 본 발명의 기술적 범위를 한정하는 것이 아니고, 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위에서, 구성 요소의 변경, 추가, 삭제 등이 많은 설계 변경이 가능하다.
예를 들면, 제1 내지 제3 실시 형태에서의 제2 감압 수단(700)은 용탕 소재(M)의 연결관(630)에 연결되어 있으나, 공급통(600) 및 용해로(300) 내에 기체를 빼내는 작용을 하는 것이라면, 용해로(300)에 연결되어 있어도 된다.
마찬가지로 제1 실시 형태에서의 가압 수단(800)은 용탕 소재(M)의 공급통(600)에 연결되어 있으나, 공급통(600) 및 용해로(300) 내에 불활성 기체를 공급하는 작용을 하는 것이라면, 용해로(300)에 연결되어 있어도 된다.
또한 제1 내지 제3 실시 형태에서의 제1 감압 수단(500)의 감압 배관(510) 및 제2 감압 수단(700)의 감압 배관(710)은 각각 감압 탱크(520) 및 감압 탱크(720)를 매개로 하여 도시하지 않은 감압 펌프와 연결되어 있는데, 감압 탱크(520) 및 감압 탱크(720)를 매개로 하지 않고 감압 펌프와 연결되어도 된다.
마찬가지로 제1 실시 형태에서의 가압 수단(800)의 가압 배관(810)은 가압 탱크(820)을 매개로 하고 도시하지 않은 가압 펌프와 연결되어 있는데, 가압 탱크(820)을 매개로 하지 않고 가압 펌프와 연결되어도 된다.
또한 제1 내지 제3 실시 형태에서는 가압 수단(800, 900, 1000)에 의해서 보온로(100) 내의 용탕을 가압하여 금형(200)의 캐비티(210)로 충전할 때 챔버(400)는 감압 상태로 유지되어 있는데, 챔버(400) 내에 지속적으로 불활성 가스를 투입하도록 하여도 된다.
10, 10A, 10B : 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치
100 : 보온로 120 : 압출구
110 : 제1 가열 수단 200 : 금형
210 : 캐비티 300 : 용해로
310 : 제2 가열 수단 320, 320a, 320b : 용탕 공급관
330 : 중간 저장 공간 400 : 챔버
500 : 제1 감압 수단 510 : 감압 배관
530 : 냉각 수단 600 : 공급통
700 : 제2 감압 수단 710 : 감압 배관
730 : 냉각 수단 800, 900, 1000 : 가압 수단
810 : 가압 배관 910, 1010 : 플런저
920 , 1020: 구동 장치 M : 용탕 소재

Claims (9)

  1. 용탕을 용융 상태로 유지하고, 일측에 용탕을 공급하기 위한 압출구가 형성되어 있는 보온로와,
    상기 보온로의 일측에 배치되며, 상기 압출구와 연통되는 캐비티가 내부에 마련되어 있는 금형과,
    외부로부터 공급되는 용탕 소재를 용융시키고, 상기 보온로와 연통되는 용탕 공급관을 통해서 용융된 상태의 용탕을 상기 보온로로 공급하는 용해로와,
    상기 보온로 내의 용탕을 가압하여 상기 압출구를 통해서 상기 금형의 캐비티 내로 용탕을 공급하는 가압 수단과,
    상기 보온로에 연결되어 있고 내측에 상기 금형이 배치되어 있으며, 감압에 의해서 상기 금형을 진공 상태로 유지하는 챔버와,
    상기 챔버 내의 기체를 빼내기 위한 제1 감압 수단과,
    상기 용해로와 연통되고, 상기 용해로 내의 기체를 빼내기 위한 제2 감압 수단을 포함하고,
    상기 보온로와 상기 용해로가 상기 용탕 공급관을 매개로 하여 일체로 연결되어 하나의 하우징 내에 마련되며, 상기 용해로 내의 용탕이 상기 용탕 공급관을 통해서 상기 보온로로 공급되는 동안에 외부와 차단된 상태가 유지되고,
    상기 제1 감압 수단에 의해서 상기 챔버 내의 기체를 제거하고, 상기 제2 감압 수단에 의해서 상기 용해로 내에 기체를 제거한 상태에서, 상기 가압 수단을 통해서 상기 용해로에 불활성 가스를 공급하여 상기 용해로의 용탕을 가압하는 것에 의해서 상기 금형의 캐비티에 용탕을 공급하는 것을 특징으로 하는 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 용해로에 용탕 소재를 공급할 때, 탈산 작용을 할 수 있는 재료가 함께 투입되는 것을 특징으로 하는 용해로-보온로 일체형 가압 주조 장치.
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