KR20160111764A - 다이캐스팅 장치 및 다이캐스팅 방법 - Google Patents

Abstract

다이캐스팅 장치 및 다이캐스팅 방법이 개시된다. 본 발명의 일측면에 따르면, 다이캐스팅에 의해 제조되는 제품에 대응하는 형상의 금형 캐비티가 사이에 형성되도록 금형 캐비티의 양측을 형성하는 제1 다이 및 제2 다이; 금형 캐비티로 연통되는 슬리브 공간이 내부에 형성된 샷슬리브; 및 샷슬리브 내에서 이동가능하도록 설치되며 슬리브 공간 내에 유입된 용융 재료를 금형 캐비티 안으로 압입시키도록 구성된 플런저를 포함하되, 샷슬리브의 상부에는 슬리브 공간 내부로 개방되는 개구부가 형성되어 있고, 샷슬리브의 내면에는 슬리브 공간의 상부에 대응하는 위치에 배기홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 장치가 제공된다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 간단한 구조 및 낮은 추가 비용으로 용융 재료 내의 기포 함유량을 감소시키는 다이캐스팅 장치 및 다이캐스팅 방법을 제공할 수 있다.

Description

다이캐스팅 장치 및 다이캐스팅 방법 {DIE CASTING APPARATUS AND DIE CASTING METHOD}

본 발명은 다이캐스팅 장치 및 다이캐스팅 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용융 재료 내의 기포 함유량을 감소시킬 수 있는 다이캐스팅 장치 및 다이캐스팅 방법에 관한 것이다.

다이캐스팅(die casting)은 용융된 재료를 금형 내부로 압입하여 제품을 성형하는 방법을 일컫는다. 일반적으로 두 개의 다이(die)가 그 사이에 금형을 위한 캐비티(cavity)를 형성하고, 용융된 재료는 고속고압 하에 금형 캐비티 내부로 주입된다. 다이캐스팅은 금속에 적용할 수 있어 매우 빠른 속도로 금속을 요구하는 형상으로 성형할 수 있다는 장점을 제공한다.

다이캐스팅에 의한 생산은 통상적으로 높은 비용을 수반하므로 불량률을 낮추는 것이 중요하다. 다이캐스팅의 적용시 발생할 수 있는 불량의 한 가지 형태로는 재료 내에 기포가 함유되는 경우를 들 수 있다. 즉, 용융 재료 내에 기포가 함유된 상태에서 재료가 경화하여 경화된 재료 내에도 기포에 해당하는 공극이 발생하는 경우이다. 이러한 재료 내의 기포는 제품의 강도를 저하시키고 제품의 표면에 위치하는 경우 외관을 해칠 수 있다.

한편, 금속 제품은 기계적 특성(예컨대, 높은 인장력 등)을 위해 사용되기도 하지만 전기적 특성(예컨대, 높은 전도율, 전파 차단 등)을 위해 사용되기도 한다. 후자의 경우, 금속 제품을 소형화하고 금속 부품의 두께 및 단면적을 작게 하는 것이 요구될 수 있는데, 비교적 무거운 금속의 성질로 인해 최종 제품의 중량이 커져 이를 다루는 작업이 어려워질 수 있기 때문이다. 그러나 금속 제품의 두께 및 단면적을 작게 형성하는 경우, 위에서 언급한 기포에 의한 불량이 더 큰 영향을 미치게 된다.

현재, 다이캐스팅에서 금형 캐비티의 기체를 배출하기 위한 수단으로서 진공장치 또는 칠벤트(chill vent) 등이 사용되고 있다. 슬리브 내에서 기체를 배출하는 방법들도 존재하지만, 이들은 가스 필터 및 전기 회로 등을 사용하고 별도의 제어를 요구하므로 상대적으로 높은 추가 비용을 초래할 수 있다.

본 발명의 일측면은 간단한 구조와 낮은 추가 비용으로 용융 재료 내의 기포 함유량을 감소시킬 수 있는 다이캐스팅 장치 및 다이캐스팅 방법을 제공하려는 것이다.

본 발명의 일측면에 따르면, 다이캐스팅에 의해 제조되는 제품에 대응하는 형상의 금형 캐비티가 사이에 형성되도록 금형 캐비티의 양측을 형성하는 제1 다이 및 제2 다이; 금형 캐비티로 연통되는 슬리브 공간이 내부에 형성된 샷슬리브; 및 샷슬리브 내에서 이동가능하도록 설치되며 슬리브 공간 내에 유입된 용융 재료를 금형 캐비티 안으로 압입시키도록 구성된 플런저를 포함하되, 샷슬리브의 상부에는 슬리브 공간 내부로 개방되는 개구부가 형성되어 있고, 샷슬리브의 내면에는 슬리브 공간의 상부에 대응하는 위치에 배기홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 장치가 제공된다.

배기홈은 금형 캐비티로부터 이격된 소정의 시작점으로부터 개구부까지 연장될 수 있다. 이 경우, 배기홈은 개구부에 도달하는 위치에서의 깊이가 시작점에서의 깊이보다 클 수 있다. 배기홈은 상측에 정점을 갖는 삼각형 형상으로 형성될 수도 있다.

본 발명의 다른 일측면에 따르면, 금형 캐비티를 형성하는 제1 다이와 제2 다이 및 금형 캐비티로 연통되는 슬리브 공간이 내부에 형성되고 내면에 배기홈이 형성된 샷슬리브를 포함하는 다이캐스팅 장치를 이용하는 다이캐스팅 방법으로서, 슬리브 공간에 용융 재료를 주입하는 단계; 용융 재료를 금형 캐비티 안으로 압입시키고 용융 재료 내의 기체가 배기홈을 통해 배출되도록 슬리브 공간 내에서 플런저를 이동시키는 단계; 금형 캐비티 안의 용융 재료를 경화시키는 단계를 포함하는 다이캐스팅 방법이 제공된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 간단한 구조 및 낮은 추가 비용으로 용융 재료 내의 기포 함유량을 감소시키는 다이캐스팅 장치 및 다이캐스팅 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다이캐스팅 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다이캐스팅 장치의 샷슬리브를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다이캐스팅 방법을 나타내는 순서도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 자세히 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

"제1", "제2" 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다이캐스팅 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다이캐스팅 장치는 제1 다이(101)와 제2 다이(102), 유입구(120)에 의해 제1 다이(101)와 제2 다이(102)에 의해 형성되는 금형 캐비티(150)로 연통하는 슬리브 공간(250)을 포함하는 샷슬리브(shot sleeve)(200) 및 슬리그 공간(250) 내에서 이동가능하게 설치된 플런저(plunger)(300)를 포함할 수 있다.

제1 다이(101)와 제2 다이(102)는 다이캐스팅에 의해 제조되는 최종 제품에 대응하는 형상으로 금형 캐비티(150)가 구획되도록 금형 캐비티(150)의 양측을 형성할 수 있다. 제1 다이(101)와 제2 다이(102)는 서로에 대해 상대적으로 이동가능하게 구성될 수 있으며, 제1 다이(101) 및 제2 다이(102) 중 적어도 하나를 이동시키기 위한 구동부(미도시)가 더 포함될 수 있음은 물론이다.

본 명세서에서 언급되는 다이캐스팅은 위와 같이 제1 다이(101)와 제2 다이(102)에 의해 구성되는 금형을 이용한 성형 방법으로서, 금속 재료뿐만이 아니라 고분자, 플라스틱 합성수지 등을 포함한 다양한 재료를 이용한 성형 방법을 포괄하는 개념이다.

통상적으로 제1 다이(101)와 제2 다이(102) 중 하나를 커버 다이(cover die), 다른 하나를 이젝터 다이(ejector die)라 칭하기도 하는데, 커버 다이는 금형 캐비티(150)와 연통하는 유입구(120)를 포함하고 이젝터 다이는 재료가 경화되어 형성된 제품을 용이하게 분리시키기 위한 이젝터 수단을 포함하는 것이 일반적이다.

샷슬리브(200)에는 금형 캐비티(150)로 연통하는 슬리브 공간(250)이 내부에 형성되어 있으며, 샷슬리브(200)의 상부에는 슬리브 공간(250) 내부로 개방되는 개구부(360)가 형성되어 있다. 개구부(360)를 통해 용융 상태의 재료가 슬리브 공간(250) 내부로 인입될 수 있다.

슬리브 공간(250) 내에는 또한 플런저(300)가 이동가능하게 설치된다. 플런저(300)의 단부를 이루는 플런저 팁(320)은 슬리브 공간(250)의 직경에 대응하는 직경을 가지며, 따라서 플런저(300)가 슬리브 공간(250) 내에서 금형 캐비티(150)를 향하는 방향으로 이동하면 플런저 팁(320)이 슬리브 공간(250) 내에 유입된 용융 재료를 유입구(120)를 통해 금형 캐비티(150) 내부로 압입시킬 수 있다. 유입구(120) 부분의 부피는 금형 캐비티(150) 및 슬리그 공간(250)의 부피에 비해 현저히 작도록 구성될 수 있다.

샷슬리브(200)의 내면에는 슬리브 공간(250)의 상부에 대응하는 위치에 배기홈(260)이 형성되어 있다. 배기홈(260)은 슬리브 공간(250)의 상부에서 샷슬리브(200)의 내면 중 어느 특정 지점으로부터 샷슬리브(200)의 연장 방향을 따라 개구부(360)까지 이어질 수 있다.

슬리브 공간(250)에 용융 재료가 주입되면, 플런저(300)가 이동하면서 플런저 팁(320)이 재료를 금형 캐비티(150)의 방향으로 이동시킨다. 이 때, 용융 재료에 혼입된 기체는 배기홈(260)을 통해 배출될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 다이캐스팅 장치에서는 제1 다이(101)와 제2 다이(102) 사이에 금형 캐비티(150)가 형성되어 있고, 샷슬리브(200)의 내부에 형성된 슬리브 공간(250)이 유입구(120)를 통해 금형 캐비티(150)와 연결된다. 슬리브 공간(250) 내에 용융 상태의 재료가 인입되면, 샷슬리브(200) 내의 플런저(300)는 고압으로 이에 가압하여 용융 재료가 금형 캐비티(150) 내에 진입하도록 한다. 금형 캐비티(150) 내의 재료는 곧이어 경화되며 생산 제품을 형성하게 된다.

위와 같은 공정은 매우 빠른 속도로 이루어지고, 이에 따라 용융 재료에 기체가 혼입될 수 있다. 슬리브 공간(250)으로 개방되는 개구부(360)를 통해 용융 재료가 주입되면서 기체가 함께 혼입될 가능성이 있는 것이다.

본 발명의 일실시예와 달리 배기홈(260)이 포함되지 않은 경우를 가정하면, 도 1에서 x로 표시된 부분 이후로는 혼입된 기체가 배출될 여지가 없어 제품 내에 기포를 형성할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 최종 제품이 기포 혹은 공극을 포함하는 것은 심각한 결함이다.

그러나 본 발명의 일실시예와 같이 배기홈(260)이 포함된 경우, 개구부(360)부터 y로 표시된 부분까지 기체가 배출될 수 있는 구간이 형성된다. 용융 재료가 플런저 팁(320)으로 가압되어 용융 재료 내의 기포가 자극되므로, 용융 재료 내의 기포가 위로 상승하여 배기홈(260)을 통과해 개구부(360)로 배출될 수 있다.

배기홈(260)은 샷슬리브(200)의 상부의 내면에서 소정의 시작점(y)으로부터 개구부(360)까지 연장될 수 있다. 배기홈(260)의 시작점(y)은 금형 캐비티(150)로부터 소정 거리 이격되는 것이 유리할 수 있는데, 배기홈(260)의 시작점(y)이 샷슬리브(200) 내에서 지나치게 금형 캐비티(150)에 혹은 유입구(120)에 가까우면 기체뿐만이 아니라 용융 재료 자체가 배기홈(260) 내에 진입할 수 있기 때문이다.

본 발명의 일실시예에 따른 다이캐스팅 장치에서 금형 캐비티(150)의 크기, 슬리브 공간(250)의 크기, 1회의 샷(shot)에 사용되는 용융 재료의 양, 플런저(300)의 작동 속도 등을 고려하여 배기홈(260)의 위치 및 길이 등을 조절할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다이캐스팅 장치의 샷슬리브를 개략적으로 나타내는 단면도이다. 구체적으로는, 도 2의 (a)는 도 1의 일점쇄선 A-A'에 걸친 단면도이고, 도 2의 (b)는 도 1의 일점쇄선 B-B'에 걸친 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 다이캐스팅 장치의 배기홈(260)은 개구부(360)에 도달하는 위치에서의 깊이가 시작점(y)에서의 깊이보다 크게 구성될 수 있다. 도 1에는 시작점(y)에서 배기홈(260)의 깊이가 0에 가깝고, 개구부(360)를 향해 연장되면서 배기홈(260)의 깊이가 선형적으로 증가하는 예가 도시되어 있다.

이와 같이, 배기홈(260)의 깊이를 시작점(y)으로부터 서서히 증가하게 할 수 있다. 배기홈(260)의 깊이가 서서히 증가하지 않고 특정 위치에서 급격히 변화하는 경우, 플런저 팁(320)이 슬리브 공간(250) 내에서 이동할 때 배기홈(260)이 있는 구간에서 배기홈(260)이 없는 구간으로 급작스럽게 전환되면서 이 부분에서 오히려 기체가 혼입될 가능성이 증가될 수 있기 때문이다.

배기홈(260)의 깊이가 시작점(y)으로부터 개구부(360)까지 서서히 증가하게 함으로써, 기체가 존재할 수 있는 부분(즉, 배기홈(260) 내의 공간)의 부피가 서서히 감소하게 되고, 배기홈(260)을 통해 기체의 배출을 가능하게 하면서도 용융 재료 내로 다시 혼입될 수 있는 기체의 양을 서서히 감소시킬 수 있다.

이와 비슷한 이유로, 배기홈(260)은 상측에 정점을 갖는 삼각형 형상으로 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 것과 같이 배기홈(260)을 삼각형 형상으로 형성함으로써, 배기홈(260)이 있는 구간에서 배기홈(260)이 없는 구간으로 급작스럽게 전환되는 부분이 발생하지 않게 할 수 있다.

물론, 본 발명이 반드시 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 일부 다른 실시예에 따른 다이캐스팅 장치에서는 배기홈(260)이 시작부터 끝까지 동일한 깊이를 가지도록 구성될 수도 있고, 깊이가 서서히 증가하더라도 시작점(y)에서 배기홈(260)의 깊이가 0에 가까운 값이 아닐 수도 있으며, 배기홈(260)의 깊이가 선형적으로 증가하지 않을 수도 있다. 예컨대, 배기홈(260)의 깊이가 포물선을 따라 증가하는 실시예도 가능할 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다이캐스팅 방법을 나타내는 순서도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 다이캐스팅 방법은 금형 캐비티(150)를 형성하는 제1 다이(101)와 제2 다이(102) 및 금형 캐비티(150)로 연통되는 슬리브 공간(250)이 내부에 형성되고 내면에 배기홈(260)이 형성된 샷슬리브(200)를 포함하는 다이캐스팅 장치를 이용하는 다이캐스팅 방법이다.

본 발명의 일실시예에 따른 다이캐스팅 방법은 우선 슬리브 공간(250)에 용융 재료를 주입하는 단계를 포함할 수 있다(S410). 슬리브 공간(250) 내에 설치된 플런저(300)를 이동시켜 도 1에서와 같이 플런저 팁(350)이 슬리브 공간(250)의 종단에 위치하도록 한 후, 정해진 양의 용융 재료가 슬리브 공간(250) 내로 주입되게 할 수 있다.

샷슬리브(200)의 용융 재료가 개구부(360)를 통해 슬리브 공간(250) 내에 주입되면, 플런저를 이동시킬 수 있다(S420). 플런저(300)의 단부를 이루는 플런저 팁(320)은 슬리브 공간(250)의 직경에 대응하는 직경을 가지며, 따라서 플런저(300)가 슬리브 공간(250) 내에서 금형 캐비티(150)를 향하는 방향으로 이동하면 플런저 팁(320)이 슬리브 공간(250) 내에 유입된 용융 재료를 유입구(120)를 통해 금형 캐비티(150) 내부로 압입시킬 수 있다. 이 때, 용융 재료 내에 혼입되어 있던 기체는 배기홈(260)을 통해 개구부(360)로 배출된다.

용융 재료가 금형 캐비티(150)에 압입된 후, 재료를 경화(S430)시켜 최종 제품을 생산할 수 있다. 제1 다이(101) 또는 제2 다이(102)에는 제품을 분리시키기 위한 이젝터 수단이 구비될 수 있다.

전술한 본 발명의 일실시예에 따르면, 샷슬리브(200) 내에 배기홈(260)을 형성함으로써 용융 상태의 재료가 플런저 팁(320)에 의해 가압될 때 재료로부터 기체가 배출될 수 있는 구간을 마련할 수 있다. 이와 같이 큰 비용이 수반되지 않는 간단한 구조를 적용하여 다이캐스팅에 의한 제품 생산시에 기포 함유량을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 불량률을 낮추고 수율을 높일 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

101: 제1 다이 102: 제2 다이
120: 유입구 150: 금형 캐비티
200: 샷슬리브 250: 슬리브 공간
260: 배기홈 300: 플런저
320: 플런저 팁 360: 개구부

Claims (5)

1. 다이캐스팅에 의해 제조되는 제품에 대응하는 형상의 금형 캐비티가 사이에 형성되도록 상기 금형 캐비티의 양측을 형성하는 제1 다이 및 제2 다이;
   상기 금형 캐비티로 연통되는 슬리브 공간이 내부에 형성된 샷슬리브; 및
   상기 샷슬리브 내에서 이동가능하도록 설치되며 상기 슬리브 공간 내에 유입된 용융 재료를 상기 금형 캐비티 안으로 압입시키도록 구성된 플런저를 포함하되,
   상기 샷슬리브의 상부에는 상기 슬리브 공간 내부로 개방되는 개구부가 형성되어 있고,
   상기 샷슬리브의 내면에는 상기 슬리브 공간의 상부에 대응하는 위치에 배기홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 배기홈은 상기 금형 캐비티로부터 이격된 시작점으로부터 상기 개구부까지 연장되는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 배기홈은, 상기 개구부에 도달하는 위치에서의 깊이가 상기 시작점에서의 깊이보다 큰 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 배기홈은 상측에 정점을 갖는 삼각형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅 장치.
   
5. 금형 캐비티를 형성하는 제1 다이와 제2 다이 및 상기 금형 캐비티로 연통되는 슬리브 공간이 내부에 형성되고 내면에 배기홈이 형성된 샷슬리브를 포함하는 다이캐스팅 장치를 이용하는 다이캐스팅 방법으로서,
   상기 슬리브 공간에 용융 재료를 주입하는 단계;
   상기 용융 재료를 상기 금형 캐비티 안으로 압입시키고 상기 용융 재료 내의 기체가 상기 배기홈을 통해 배출되도록 상기 슬리브 공간 내에서 플런저를 이동시키는 단계;
   상기 금형 캐비티 안의 상기 용융 재료를 경화시키는 단계를 포함하는 다이캐스팅 방법.
   

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