KR910009368B1 - 압력 주조장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

압력 주조장치
제1도는 주조장치의 종방향 단면도.
제2도는 용기 및 도관으로의 가스공급을 위한 장치의 도식도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 하부 고정판 2 : 상부 이동판
3 : 주형 또는 다이 4 : 공동
5 : 주입 슬리브관 6 : 피스톤
7 : 로드 8 : 구멍
9 : 도관 10 : 금속욕
11 : 도가니 12 : 용기
13 : 가스 흡입관 14 : 덕트(duct)
15 : 주입지점(챔버) 16 : 차동 압력계
본 발명은 금속부품, 특히 섬유상 세라믹 물질을 함유할 수 있는 알루미늄과 리듐합금 또는 마그네슘 합금의 압력 주조장치에 관한 것이다.
영구 주형에서의 주조기술 분야의 당업자에게는 주형(또는 다이)에 고정되는 주입 슬리브관내에 수용된 액상 합금을 피스톤에 의해 비교적 단시간에 공동속으로 도입하여 특히 콜드 챔버(cold chamner)를 사용하여 금속부품을 압력 주조하는 방법이 잘 알려져 있다.
102MPa를 초과하는 압력을 작용시키면 액상 합금이 응고중의 금속부품에 공금될 수 있다.
상기와 같은 방법에 의하면 매우 양호한 표면상태의 높은 치수정밀도를 갖는 부품을 제조할 수 있으며, 그에 따라 비용이 드는 기계가공을 다시 재차하지 않아도 된다. 또한, 라이저(riser)와 게이트가 없으므로, 중력주조의 경우에서 보다 더 우수한 결과를 가져온다. 마지막으로 조괴 성분(crude cast components)에 의해 제공된 우수한 기계적 특성 덕택으로 열처리를 실시할 필요가 없다.
상기와 같은 장점에 기인하여 특히 알루미늄과 마그네슘과 같은 경금속을 주조하는 압력 주조 방법이 더욱 광범위하게 사용되게 되었다.
그러나, 상기 주조방법이 예로 알루미늄-리듐합금, 마그네슘 합금 및 상기 금속들 외에도 섬유상 세라믹 물질을 함유하는 복합제품과 같은 새로이 제조된 제품에 사용될시 문제점이 나타났다.
실제로, 알루미늄-리듐합금과 마그네슘 합금은 특히 산화에 민감할뿐만 아니라, 상기 복합제품내에서의 섬유- 금속결합이 분위기의 영향으로부터 발생하는 산화물 또는 다른 화합물의 금속내 존재로 인해 크게 약화될 수 있는 것이 알려져 있다.
하지만, 대부분의 콜드 챔버형 압력 주조장치는 지금까지 주조제품과 공기 사이의 상호작용을 고려하지 않았다.
예를들면 미합중국 특허 제4,088,178호에 기술된 압력 주조장치에 있어서, 상기 주입 슬리브관에 대한 금속의 주입은 상기 주형 또는 다이로부터 주입 시스템을 분리시키고, 그후 수직방향에 대해 레이들(ladle)을 경사시켜 상기 슬리브관을 충전함으로써 이루어진다. 상기 방법으로 작업할시 산화되기가 매우 쉬운 합금으로부터 적당한 부품을 제조하는 것이 불가능하다.
전술한 특허에 앞서, 미합중국 특허 제30,591,79호에서는, 완전히 다른 목적으로, 상호 작용의 문제점을 부분적으로 처리하는 장치가 설명된 바 있다. 사실상, 상기 장치의 경우, 주조될 액체상태의 금속을 수용하고, 상부에 불활성 가스 도입관을 구비한 밀폐용기에 침적된 도관을 통하여 공기가 차단된 상태에서 슬리브관에 대한 공급이 행해진다. 이 가스에 의해 액채상테의 금속의 표면에서 증가된 압력이 생성되며, 이것에 의해 액체가 슬리브관내로 도입된다. 상기 장치에 있어서, 상기 액상 금속과 외부 공기 사이의 접촉은 슬리브관이 충전되는 순간에 방지되나, 그러나 그것은 상호작용의 문제점을 해결하지 못한다. 실제로, 금속을 공동내로 압축시키기 위해 슬리브관내에서 상방으로 이동하는 피스톤에 있어서, 내부에서 피스톤이 미끄럼 이동되고 그리고 피스톤의 로드를 둘러싸는 실린더에 함유된 공기는 슬리브관내로 액체를 도입시키기 위한 도관과 연결된다. 그러한 시기에 도관내에 들어있는 금속은 다시 용기를 향해 역류하기 시작하고, 상기 공기를 흡수하여 산화된다.
더욱 중요한 다른 문제점은 다음과 같다 : 피스톤의 높은 이동속도(0.5m/초 이상)를 고려할시, 상기 도관과 상기 실린더의 외기와의 연통이 매우 빠르므로, 처음에 상기 연통이 일어날시 상기 금속은 아직 용기를 향해 역류를 개시하지 못하였다. 이것은 이후 상기 피스톤의 적당한 작동을 방해하는 상기 실린더 내에서의 금속의 유동을 발생시키고, 그리고 대개의 경우에 있어 상기 장치의 정지를 가져온다. 본 출원은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 새로운 장치에 대한 것이다.
상기 장치는 미합중국 특허 제3,058,179호에서 설명된 것과 동일한 형식의 장치이다. 즉, 용기내에 침적된 도관을 통하여 금속이 공급되고, 가스압력(P2)의 작용에 의해 금속이 용기내로 역류하는 금속 공급장치와 압력 주조장치를 결합한 것이다. 특징적인 것은, 상기 도관에는 슬리브관 근처에서 불활성 가스덕트에 연결되며, 또한 피스톤의 위치와 가스압력(P2)에 의하여 결정되는 압력(P1)하에 챔버가 구비되는 것이다.
상기와 같은 조건하에서, 상기 주형 또는 다이가 공급받을 준비가 되어 있으면, 주조는 다음의 방식으로 일어난다. 불활성 가스가 압력(P1)하에서 상기 도관속으로 송풍되고, 그후 상기 피스톤의 하부위치에 있을 때, 상기 슬리브관과 상기 도관 사이의 연통이 발생하고, 그리고 상기 가스는 상기 다이의 공동속으로 유압되어, 상기 공동속에 존재하는 공기를 방출시킨다.
그후, 상기 용기내에 들어있는 금속욕의 표면에서 압력의 증가가 일어난다. 상기 금속이 도관내에서 상승하기 위하여, 상기 증가돈 압력(P2)은 압력(P1)보다 더 높아져야만 한다. 상기 금속이 상기 도관과 상기 슬리브관을 채울시, 상기 피스톤은 금속을 압축시키도록 급격히 상승한다. 상기 피스톤이 센서 또는 검출기에 의해 검지되는 상기 도관과 상기 슬리브관 사이의 연통구멍(orifice)을 차폐시키자마자, 상기 가스는 압력(P1)이 압력(P2)보다 더 높아지게 되는 방식으로 즉시 송풍된다. 상기 금속은 상기 슬리브관에 공급되고, 그리고 상기 실린더를 향한 금속의 흐름은 상기 피스톤의 로드가 상기 구멍의 높이에 도달하는 순간 방지된다. 상기 가스는 그후 상기 금속과 상기 실린더 사이에 남겨진 전체체적을 채우고, 그리고 그의 압력은 상기 피스톤의 실린더로부터 나오는 공기를 배출한다. 상기 피스톤의 길이는 상기 실린더와 상기 슬리브관을 연결시키는 구멍의 높이보다 더 커여만 한다는 것을 주목해야 한다. 다음에, 상기 피스톤이 다시 하부로 이동하고 그리고 상기 구멍을 개방할시, 금속의 역류를 용이하게 하도록 0까지 감소된 압력(P2)의 값이 새로운 주조 사이클을 시작하기 위하여 다시 증가할때까지, 저압하에서 송풍된 상기 가스는 상기 슬리브관 속으로 들어가고, 그리고 그후 개방되는 상기 다이로부터 공기가 유입하는 것을 방지한다.
더욱이, 상기 가스가 송풍되는 지점에, 상기 도관의 상단에 위치되는 일종의 챔버가 배치되고, 그리고 상기 챔버내에는 상기 가스를 주입하기 위한 상기 시스템 속으로 금속이 들어가는 것을 방지하도록 기체 쿠션(cushion)이 유지된다. 상기 챔버는 상기 기체 쿠션의 높이에서 비정상적인 압력의 감속를 탐지하여, 그후 상기 필요한 높이를 유지하는데 필요한 압력의 형상을 위하여 특정 밸브를 개방시키는 탐침(prove)을 구비하고 있다.
압력(P2)과 압력(P1)의 적합한 압력치는 임의의 센서 또는 위치탐지기에 의해 제어되며, 적당한 밸브의 개폐를 제어하는 차동압력계(manometer)에 의해 얻어진다.
압력(P2)의 값은 적어도 금속이 상기 공동을 채울시 상기 금속에 의해 발생되는 금속의 정적 압력(metallostatic prossure)이상이어야 한다. 압력차(P1-P2)는 0.01MPa 범위 이내이다.
이하, 본 발명을 첨부도면을 참조로 하여 보다 상세히 설명하겠다.
제1도에는 수직형 압력주조 장치의 하부고정판(1)과 상부이동판(2)이 도시되어 있다. 공동(4)을 갖는 주형 또는 다이(3)는 상기와 같은 판사이에 배치된다. 상기 하부고정판에는 잭(18)에 의해 왕복 이동되는 로드(7)로 지지되는 피스톤(6)이 미끄럼 이동되는 주입 슬리브관(5)으로 형성된 주입장치가 고정된다. 상기 슬리브관(5)은 구멍(8)을 통해 금속욕(10)속에 담궈진 도관(9)과 연결되는데, 상기 금속욕은 상기 도관(9)을 통해 상기 슬리브관(5)으로 금속을 이동시키도록 도가니(11)내에 들어있다. 본 발명에 따르면, 불활성 가스는 센서(17)에 의해 탐지된 상기 피스톤의 위치에 따라 상기 용기내에서 얻어지는 압력과 연결된 압력에 따라 상기 도관(9)위에 주입지점(챔버)(25)에 연결된 덕트(14)내에 주입되고, 한편 상기 압력은 차동 조절 압력계(16)에 의해 제어될 수 있다.
제2도는 제1도의 요소들, 즉 상기 슬리브관(5), 피스톤(6), 로드(7), 구멍(8), 도관(9), 금속욕(10), 도가니(11), 용기(12), 가스 흡입관(13), 덕트(14), 주입지점(챔버)(15), 차동압력계(16) 및 센서(17)를 도시한다.
상기와 같은 요소들 외에도, 상기 설비가 작동되도록 허용해주는 요소들이 또한 도시되어 있다. 상기 기체의 순환방향으로부터 차례로 설명하면, 이들 요소는 다음과 같다 : 상기 가스흡입관(13)에는 고압압력감소기(20), 저압 압력감소기(21), 용기에의 가스유입 또는 용기와 외기와의 연통을 제공하는 전기작동식 밸브(22), 유량조정기(23), 역지밸브(24)가 배치되며, 덕트(14)에는 고압압력감소기(25), 저압 압력감소기(26), 전기작동식 이방향 밸브(27), 일방통로가 대기와 연통하는 전기작동식 삼방향 밸브(28)가 배치되어 있다. 이 두 개의 밸브가 차동압력계(16)를 통하여 용기내 압력(P2)에 대한 도관내의 압력(P1)을 조정한다. 즉 압력(P1)이 적정한 값인 경우, 2개의 밸브는 폐쇄되어 있고, 입력(P1)이 낮은 경우에는 밸브(27)는 개방되고, 통기밸브(28)는 폐쇄되며, 압력(P1)이 높은 경우에는 통기밸브(28)가 개방된다.
덕트(14)에는 또한, 주입되는 가스의 유량을 크기하기 우해 개방되는 전기작동식 밸브(29), 유량조절기(30), 역지밸브(31), 유량계(32), 주입지점(15)을 향해 주입되는 가스를 공급하던가 또는 차단하는 전기작동식 밸브(33), 주입가스 회로의 고장 이후에 주입지점(15)높이에서 금속이 상승하는 것과 덕트의 봉쇄 위험을 탐침(36)이 표시하는 경우에만 개방되는 유량조절기(35)를 구비한 전기작동식 밸브(34)가 설치되어 있다. 주조 사이클 동안, 상기 장치는 다음과 같이 작동한다 ;
1. 상기 다이가 부품을 방출하도록 개방되면, 상기 용기는 밸브(22)에 의해 대기압 이하로 유지되고, 피스톤은 하부위치에 있고, 밸브(28)가 닫혀지고, 그리고 차동압력계(16)는 유량조절기(30)와 밸브(33)를 통해 저유량의 가스가 주입지점(15)에 도달하도록 P1＞ P2의 상태에 있다.
2. 상기 다이는 다시 닫혀지고, 새로운 주입작업을 위해 준비된다. 전술한 요소들의 상황은 동일하게 유지되므로 상기 가스는 공동에 주입되어 그로부터 공기를 추방한다.
3. 주입 명령이 주어지면, 상기 밸브(33)는 닫혀지며, 주입지점(15)를 고립시키고, 그에 의해 밸브(29)를 개방시키면서 상기 P1＞P2상태를 무효화 한다. 밸브(22)는 가스를 용기내로 유입시키고, 액상금속을 슬리브관을 향해 상승시킨다. 피스톤이 상방으로 이동하기 시작하면, 상기 밸브(29)는 개방되고, 상기 주입지점(15)에서 가스쿠션이 형성되어 가스주입 회로 속으로 금속이 들어가는 것을 방지하기에 충분한 가스압력 P1＞P2을 확보한다.
4. 피스톤이 구멍(8)을 패쇄시킬 때, 상기 밸브(33)는 개방되며 그 결과 압력(P1)이 압력(P2)보다 높게되고, 그리고 상기 구멍(8)의 위치에 피스톤 로드가 구멍(8)가까이 접근할 경우 금속이 상기 실린더속으로 들어가는 것을 방지하고 그리고 상기 실린더로부터의 공기의 흡입을 방지하도록 상기 용기를 향하는 금속의 역류를 가속화 시킨다.
5. 피스톤은 부품의 응고중에 상방으로 이동을 계속하고, 한편 밸브(22)는 외기와 연통되는 압력(P2)을 저하시킨다. 압력(P1)은 계속적으로 P1＞P2가 되도록 압력(P2)에 대해 조정된다.
6. 밸브들은 동일한 상태로 유지되고, 다이가 열려지고 그리고 상승하는 피스톤에 의해 주입펠릿이 배출된다.
7. 피스톤은 하부위치로 복귀한다. 피스톤이 구멍(8)을 개방할 때, 밸브(29)는 닫혀지고, 그 결과 가벼운 저압이 상기 슬리브관의 배기를 위해 유량조절기(30)에 의해 발생된다. 상기 주입 사이클은 여기에서 다시 시작된다. 상기와 같은 모든 작업은 본 기술 분야의 당업자들에게 공지된 조절 및 제어장치를 사용하여 자동화 될 수 있음은 명확하다.

Claims (4)

  1. 하부 고정판(1)과, 상부 이동판(2) 및, 그 사이에 배치되며 주조될 부품형상의 공동(4)을 갖는 다이(3)를 포함하며, 상기 하부 고정판에는 로드(7)에 의해 지지되는 피스톤(6)이 내부에서 미끄럼 이동가능한 슬리브관(5)으로 형성된 주입장치가 구비되며, 상기 슬리브관은 구멍(8)에 의해 밀폐된 용기(12)내에 들어있는 주조될 액체 금속욕(10)속에 담궈지는 도관(9)에 연결되고, 상기 용기는 상기 금속을 상기 슬리브관을 향해 이동시키도록 가스 흡입관(13)을 통해 압력(P2)하에 놓여질 수 있으며, 섬유상 세라믹 물질을 함유할 수 있는 금속부품을 제조하기 위한 콜드챔버를 가지는 압력 주조장치에 있어서, 상기 피스톤 로드 주위로 액체 금속이 유출되는 것과 상기 도관(9)속으로의 공기의 유입을 방지하기 위해, 상기 도관은 상기 슬리브관 근처에 피스톤의 위치와 압력(P2)에 따라 결정되는 압력(P1)은 가지며, 불활성 가스 덕트(14)에 연결된 챔버(15)를 구비하는 것을 특징으로 하는 압력 주조장치.
  2. 제1항에 있어서, 압력(P2)은 금속을 상기 슬리브관과 공동에 공급하는 기간동안 압력(P1) 보다 더 높고, 압력(P1)은 상기 피스톤이 상방 이동상태에서 상기 구멍(8)을 차폐시킬 때 압력(P2)보다 더 높게 되는 것을 특징으로 하는 압력 주조장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압력(P1)의 값은 하강 이동상태의 상기 피스톤이 상기 구멍(8)을 개방시키는 시기에 용기를 향한 금속의 역류를 촉진하기 위해 0으로 감속된 압력(P2)이 새로운 주조 사이클을 시작하기 위하여 증가할때까지 감소되는 것을 특징으로 하는 압력 주조장치.
  4. 제1항에 있어서, 압력(P1)과 압력(P2) 사이의 압력차는 센서(17)에 의해 제어되는 차동압력계(16)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 압력 주조장치.
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