KR20040100902A

KR20040100902A - 중력 이용 공급법을 이용한 수직 주입 기계

Info

Publication number: KR20040100902A
Application number: KR1020040032468A
Authority: KR
Inventors: 히라이긴지; 후카다히사유키; 오사다유지
Original assignee: 다카다 가부시키가이샤
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2004-05-08
Publication date: 2004-12-02
Also published as: CN1301168C; DE602004010452D1; EP1479465B1; TW200505609A; US20040231819A1; DE602004010452T2; JP2004344976A; US6951238B2; CN1572394A; EP1479465A1

Abstract

본 발명은 액체 금속을 주입하기 위한 수직 주입 기계 및 그 방법에 관한 것이다. 기계는 계량 챔버, 수직 주입 챔버, 및 계량 챔버를 주입 챔버에 연결하는 제 1 도관을 포함한다. 계량 챔버의 액체 금속의 높이는 주입 챔버의 금속의 부피를 결정한다.

Description

중력 이용 공급법을 이용한 수직 주입 기계{Vertical injection machine using gravity feed}

본 발명은 금속 부품들을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이고, 더욱 구체적으로 다이 캐스팅 방법들을 포함하여, 액체 금속을 몰드(mold)에 주입시키는 것을 포함하는 처리에 의해 금속 부품들을 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

통상의 다이 캐스팅 장치는 콜드 챔버 및 핫 챔버로 분류된다. 콜드 챔버 다이 캐스팅 장치에서, 용융된 금속은 다이 플레이트 상에 확보되고 그리고 몰드 공동으로 열려 있는 입구에 연결되는 슬리브로 쏟아진다. 용융된 금속은 다이로 플런저에 의해 주입된다. 슬리브 내의 용융된 금속은 플런저가 공기 또는 가스를 방출하기 위해 천천히 앞으로 움직임에 따라 슬리브의 바닥에서 퍼질 때 쉽게 냉각된다. 슬리브 내의 냉각된 용융된 금속은 냉각된 파편 및 반고체 또는 고체 입자들을 형성한다. 냉각된 파편 및 입자들은 몰딩 다이에 주입되어 몰딩(molding)된 부품들의 물리적 성질들이 악화되도록 한다.

냉각된 용융된 금속은 용융된 금속의 점성을 증가시키고 그리고 몰드 공동을 채우는 것을 어렵게 한다. 게다가, 그것은 몰딩된 부품의 표면 상에서 결점들(blemishes)을 일으킨다. 이것은 특히 응결의 잠열이 (알루미늄, 납 및 아연보다 더) 작은 마그네슘 배열에 중대한 문제이다. 응결의 작은 잠열때문에, 마그네슘이 더 낮은 온도를 가진 재료들과 접촉할 때 빨리 응결한다.

핫 슬리브들이 사용되어 왔지만, 슬리브는 온도가 금속의 고상선 온도 이하가 되어야하는 몰딩 다이에 연결되기 때문에 가열된 슬리브가 금속의 액상선 온도만큼 높지 않다. 몰딩 다이 온도는 적당한 응고율을 생성하기 위해 충분히 용융된금속의 고상선 온도 이하로 되어야 한다. 즉, 작동 사이클에 대한 필요한 시간을 반영하는 응고율이다. 슬리브로 쏟아진 용융된 금속은 금속의 액상선 온도보다 실질적으로 더 높은 온도를 가지고 슬리브 내의 냉각을 힘들게 한다. 이것은 가열에 대한 에너지 소비에서의 단점이다.

콜드 챔버 장치는 플런저 헤드 및 다이의 입구 사이의 슬리브 내에, 종종 비스킷(biscuit)이라 불리는 캐스팅의 일부로서 두꺼운 원판을 형성한다. 다이들이 열릴 때 캐스팅은 몰딩 다이들로부터 뽑아진 후에, 비스킷은 캐스팅으로부터 잘려지고 재생된다. 그러나, 때때로 비스킷은 생성물보다 더 크다. 이것은 실질적인 재생 비용을 가지는 금속의 불리한 사용이다.

핫 챔버 다이 캐스팅 장치에서, 주입 장치는 노(furnace) 안의 용융된 금속 내에 잠김다. 주입되는 용융된 금속의 온도는 액상선 온도 이상으로 유지된다. 주입 장치는 플런저, 구스넥 챔버(gooseneck chamber) 및 노즐을 끝에 가지고 짧은 실린더를 가진다. 용융된 금속은 비스킷을 형성하지 않고 구스넥(gooseneck) 통로 및 노즐을 통해 다이 공동으로 주입된다. 이것은 핫 챔버 다이 캐스팅 장치의 장점이다.

콜드 챔버 장치보다 나은 핫 챔버 장치의 또 다른 장점은 작동 사이클을 위한 시간이다. 상술한 바와 같이, 콜드 챔버 장치에서는 캐스팅은 닫혀진 다이들 사이에서 용융된 금속을 몰드 공동으로 주입시키고 캐스팅이 고체가 될 때까지 냉각시키는 것에 의해 형성된다. 다이들은 분리되고 몰딩된 부품이 뽑아지고, 윤활유가 열려진 다이들로 뿌려지고, 그리고 다이들은 다시 닫혀진다. 그 다음에, 다이들은다음의 작동 사이클을 시작할 수 있다. 몰딩 다이들이 닫혀질 때, 즉, 다이들이 다음 작동 사이클을 시작할 수 있을 때, 용융된 금속은 주입 슬리브로 부어지고, 주입 슬리브가 다이와 직접 통해 있기 때문에 용융된 금속은 다이의 입구로부터 넘치지 않는다.

한편, 핫 챔버 다이 캐스팅 장치는 주입 플런저를 필 업(fill up) 위치로 되돌리는 것에 의해 구스넥 및 짧은 실린더 시스템 내에 용융된 금속을 채운다. 용융된 금속은 짧은 실린더 상의 개구 또는 필 포트(fill port)를 통해 공급된다. 다이들 내의 주입된 용융된 금속을 냉각하는 동안, 노즐은 구스넥 챔버를 기울이는 것에 의해 배치된다. 노즐 구스넥 시스템 내의 용융된 금속은 짧은 슬리브의 필 포트를 통해 노 안으로 들어가는 경향이 있고, 다이들이 열릴 때 하이드로스태틱 레벨(hydrostatic level)에 도달한다. 구스넥 및 짧은 실린더 시스템으로 용융된 금속을 채우고 닫힌 다이들 내의 주입된 금속을 냉각하는 것에 의해, 핫 챔버 장치의 작동 사이클을 위한 시간은 콜드 챔버 다이 캐스팅 장치와 비교하여 감축된다.

그러나, 구스넥의 노즐부 내의 용융된 금속의 응고 및 노즐 및 캐스트 스푸르(cast sprue)로부터 용융된 금속이 떨어지는 것은 핫 챔버 다이 캐스팅 장치에 대한 문제들이다. 핫 챔버 다이 캐스팅 장치에서는, 플런저가 제거될 때 주입 장치 안이 진공이 된다. 그러나, 노가 대기압 하에 있기 때문에 플런저가 노로부터 용융된 금속을 제공하는 짧은 실린더의 개구 또는 필 포트를 통과할 때 진공이 즉시 사라진다. 그러므로, 용융된 금속은 짧은 실린더로 흡수되고, 그리고 구스넥 및 노즐은 캐스팅이 분리되고 다이들이 분리될 때 완전히 채워진다.

캐스팅이 냉각되는 시간의 대부분 동안 용융된 금속은 노즐 내에 있다. 노즐의 꼭대기의 냉각이 적당히 조절될 때, 노즐 꼭대기의 금속이 반고체가 된다는 것이 당해 산업분야에서 이해된다. 형성된 반고체 금속은 다이들이 분리될 때 용융된 금속이 노즐로부터 떨어지지 않도록 하는 플러그로서 기능한다. 냉각이 불충분하면, 노즐 및 캐스트 스푸르의 꼭대기의 금속은 다이들이 분리될 때 여전히 액체 상태에 있고 드리핑(dripping)이 일어난다. 한편, 너무 많은 냉각이 인가되면, 노즐 꼭대기 내의 금속은 캐스트 스푸르와 함께 응고하고 동결된다. 캐스팅은 다이들이 열린 후에 정지된 다이 내에 붙을 것이다.

미국 특허 제3123875호, 제3172174호, 제3270378호, 제3474875호 및 제3491827호는 플런저의 리턴(return) 또는 리버스 스트로크(reverse stroke)에 의해 구스넥의 진공을 생성시키고 노즐 및 스푸르의 꼭대기로부터 용융된 금속을 흡수하는 것을 제안한다. 이 특허들은 짧은 실린더 및 플런저 시스템에 부착된 장치들을 공개하고 다이들이 분리되고 응고된 캐스팅이 정지된 다이의 스푸르 개구로부터 제거될 때까지 생성된 진공은 온전하다.

무거운 주입 장치가 노 안의 용융된 금속 내에 잠기기 때문에 핫 챔버 다이 캐스팅 장치 내의 문제들이 일어난다. 구스넥 챔버 및 짧은 실린더 시스템을 가진 주입 장치는 청소하기에 어렵다. 낡은 플런저 링들 및 슬리브들을 대체하는 것도 또한 어렵다. 낡은 플런저 링 및 슬리브는 누설에 기인하여 주입 압력을 감소시키고 몰드 공동을 채우는 것과 일관되지 않은 샷 볼륨(shot volume)을 만든다. 일관되지 않은 샷 볼륨은 일관되지 않게 몰딩된 부품들을 생성한다.

다이 캐스팅 장치는 주입 시스템의 배열, 즉, 수평 및 수직에 따라 또한 분류된다. 수평 다이 캐스팅 장치에서, 주입 시스템은 용융된 금속을 몰딩 다이들로 수평으로 주입시키기 위하여 수평으로 배열된다. 수직 다이 캐스팅 장치는 용융된 금속의 수직 주입을 위하여 수직으로 배열된 주입 시스템을 가진다.

통상의 수직 다이 캐스팅 장치는 전형적으로 이상에서 기술된 콜드 챔버 장치와 같은 장점들 및 단점들을 가지는 수직으로 배열된 콜드 챔버 장치이다. 그러나, 수직 다이 캐스팅 장치의 특징은 용융된 금속의 입구가 수직 주입 챔버의 꼭대기에 있을 수 있는 것이다. 이 배열은 수평으로 배열된 장치에는 적용할 수 없다. 미국 특허 제4088178호 및 제4287935호에서, 우베(Ube)는 수직 다이 캐스팅 슬리브가 베이스로 회전축으로 실장되고 용융된 금속을 받기 위해 수직 위치로부터 기울어지는 기계들을 공개한다. 용융된 금속을 캐스팅 슬리브로 공급하는 대신에, 니산 모터스(Nissan Motors)는 수직 캐스팅 슬리브가 아래로 움직이고 고체 금속 블록이 삽입되는 수직 다이 캐스팅 기계를 미국 특허 제4347889호에서 공개한다. 삽입된 금속 블록은 고주파 유도 코일에 의해 슬리브 내에서 용융된다. 이들 장치와 관련된 문제는 구조가 복잡한 것이다.

본 발명의 특징들, 실시형태들 및 장점들은 이하의 발명의 상세한 설명, 특허청구범위 및 이하에서 간략하게 기술되는 도면들에 도시된 실시예들에서 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 멀티챔버 수직 주입 기계의 개요도이다.

도 2는 도 1의 멀티챔버 수직 주입 기계의 일부분의 세부도이다.

도 3a 내지 도 3c는 (a) 하나의 재생 포트, (b) 일련의 재생 포트들 및 (c) 왕복 조절 장치를 포함하는 발명의 실시형태들에 따른 액체 금속 조절 장치들을 도시한다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 멀티챔버 수직 주입 기계의 개요도이다.

도 5는 도 4의 멀티챔버 수직 주입 기계의 일부분의 세부도이다.

본 발명의 한 실시형태는 계량 챔버, 수직 주입 챔버 및 계량 챔버를 주입 챔버에 연결하는 제 1 도관을 포함하는, 액체 금속을 주입하기 위한 수직 주입 기계를 포함하고, 계량 챔버 내의 액체 금속의 높이는 주입 챔버 내의 금속의 부피를결정한다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 계량 챔버 내에서 금속을 액체 상태로 용융시키는 단계, 수직 주입 챔버 내의 개구를 노출시키기 위해 수직 주입 챔버 내의 주입 로드를 집어넣는 단계, 액체 금속의 일부분이 도관을 경유하여 개구를 통해 계량 챔버로부터 수직 주입 챔버로 흐르는 것을 허용하고, 주입 챔버 내의 액체 금속의 일부분의 부피가 계량 챔버 내의 액체 금속의 높이에 의해 결정되는 단계, 개구를 닫기 위해 주입 로드를 전진시키는 단계, 정지된 몰드를 향하여 주입 챔버를 상승시키는 단계, 및 액체 금속의 일부분을 노즐을 통해 주입 챔버로부터 몰드로 주입시키기 위해 상기 주입 로드를 전진시키는 단계를 포함하는 주입 몰딩 방법을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시형태는 멜트 공급기 내에 금속을 액체 상태로 용융시키는 단계, 액체 금속의 제 1 부분을 제 1 도관을 경유하여 계량 챔버로 통과시키는 단계, 수직 주입 챔버 내의 개구를 노출시키기 위해 수직 주입 챔버 내의 주입 로드를 집어넣는 단계, 액체 금속의 제 2 부분이 제 2 도관을 경유하여 개구를 통해 계량 챔버로부터 수직 주입 챔버로 흐르는 것을 허용하고, 주입 챔버 내의 액체 금속의 제 2 부분의 부피가 계량 챔버 내의 액체 금속의 높이에 의해 결정되는 단계, 개구를 닫기 위해 주입 로드를 전진시키는 단계, 정지된 몰드를 향하여 주입 챔버를 상승시키는 단계 및 액체 금속의 제 2 부분을 노즐을 통해 주입 챔버로부터 몰드로 주입시키기 위해 주입 로드를 전진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법을 포함한다.

(본 발명의 바람직한 실시형태들)

본 발명자들은 금속을 정확히 계량할 수 있는 몰딩된 금속 부품들을 제조하기 위한 향상된 기계를 발견하였다. 기계는 챔버 내의 용융된 금속의 높이가 주입 챔버에 들어가는 금속의 양을 결정하는 계량 챔버를 포함한다. 계량 챔버 내의 용융된 금속의 높이가 정확히 결정될 수 있기 때문에, 계량 챔버 내의 금속의 양이 정확히 결정될 수 있다. 이것은 통상의 주입 몰딩 기계들에 대한 향상된 계량 능력을 가진 주입 장치를 만든다.

도 1 및 2는 발명의 한 실시형태를 도시한다. 이 실시형태의 주입 기계(100)은 고체 금속 공급 소스(solid metal feed source)(107)로부터 충전되는 계량 챔버(120)를 포함한다. 고체 금속은 잉곳(ingot), 탄환, 분말 또는 다른 적합한 금속 소스일 수 있다. 고체 금속 공급 소스(107)는 호퍼(hopper), 와이어에 의해 지지된 잉곳, 컨베이어 벨트, 고체 금속을 공급하는 기술자의 손 또는 고체 금속을 공급하기에 적합한 방법일 수 있다. 바람직하게는, 금속을 용융시키기 위해 충분한 열을 공급하는 적어도 하나의 가열 소스(105)가 계량 챔버(120)에 인접해 있다.

또한 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 계량 챔버(120)는 센서(122) 및 액체 금속 조절 장치(121)를 포함한다. 본 발명의 한 실시형태에서, 센서(122)는 계량 챔버(120) 내의 액체 금속의 높이를 검출한다. 센서(122)는 컴퓨터 프로세서 또는 제어판을 실장한 작동기와 같은 제어 유닛(도시되지 않음)에 연결된다. 이 실시형태에서, 계량 챔버(120)의 길이와 폭이 정확히 공지된다. 그러므로, 계량 챔버(120) 내의 주어진 높이에 대한 금속의 부피가 쉽게 결정된다. 계량 챔버(120)내의 액체 금속의 높이가 특정 부분의 주입을 위해 필요한 높이를 초과한다면, 액체 금속 조절 장치(121)는 제어 유닛에 의해 열릴 수 있고 또는 손으로 과도한 액체 금속이 계량 챔버(120)로부터 나오는 것을 허용한다.

도 3a에 도시된 본 발명의 한 실시형태에서, 액체 금속 조절 장치(121)는 계량 챔버(120)의 측면의 미리 결정된 높이에 있는 재생 포트(160)이다. 캐스팅을 위한 적절한 부피의 금속이 계량 챔버(120)에 남아 있도록 높이가 결정된다. 이 실시형태에서, 센서(122)를 가지는 것은 필요하지 않다. 바람직하게는, 과도한 액체 금속을 재생 컨테이너(162)로 반환하는 재생 도관(161)이 재생 포트(160)에 부착된다.

도 3b는 본 발명의 또 다른 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에서, 액체 금속 조절 장치(121)는 계량 챔버(120)의 측면을 따라 미리 결정된 높이들에 있는 일련의 재생 포트(160)들을 포함한다. 이 실시형태에서, 재생 포트(160)들 모두는 캐스팅을 위한 적절한 부피의 금속이 계량 챔버(120) 내에 남아 있게 하는 하나의 포트(160)을 제외하고 캡(cap)들, 밸브들 또는 유사한 장치들(163)로 메워진다. 바람직하게는, 이전의 실시형태처럼, 재생 도관(161)은 과도한 액체 금속을 재생 컨테이너(162)로 반환하기 위해 재생 포트(160)들에 부착된다.

도 3c는 본 발명의 또 다른 실시형태를 도시한다. 이 실시형태에서, 액체 금속 조절 장치(121)는 계량 챔버(120) 내에 위치한다. 장치(121)는 슬라이딩 부재(164) 이내에서 채널(166)에 연결된 재생 포트(160)를 포함한다. 슬라이딩 부재(164)는 계량 챔버(120)의 벽에 부착된 정지된 부재(165) 내에 위치한다. 계량챔버(120) 내의 액체 금속의 요망된 높이는, 넘치는 과도한 액체 금속을 모으기 위해 재생 포트(160)를 높이거나 낮추는 슬라이딩 부재(164)를 높이거나 낮추는 슬라이딩 부재(164)를 높이거나 낮추는 것에 의해 쉽게 설정될 수 있다. 바람직하게는, 이전의 실시형태처럼, 재생 도관(161)은 과도한 액체 금속을 재생 도관(162)으로 반환하기 위해 조절 장치(121)로 연결된다. 슬라이딩 부재(164)와 정지 부재(stationary member; 165)는 적합한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 슬라이딩 부재는 도 3c에 도시된 것처럼, 실린더 모양의 정지 부재의 내부 표면 상에서 미끌어지는 실린더일 수 있다. 선택적으로, 슬라이딩 부재(164)는 정지 부재(165)보다 더 넓을 수 있고, 그리고 슬라이딩 부재는 정지 부재의 외부 표면에서 미끌어질 수 있다. 슬라이딩 부재 및 정지 부재는 다각형이나 다른 모양들과 같은 실린더 모양들이 아닌 모양들을 가질 수 있다. 게다가, 재생 포트(160)는 슬라이딩 부재(164)의 측면보다 더 높은 곳에 위치할 수 있다.

계량 챔버(120)는, 주입 챔버 및 도관이 금속을 액체 상태로 유지하기 위해 충분한 열을 제공하는, 도시되지 않은 가열 소스들과 절연체를 가지는 도관(125)을 경유하여 주입 챔버(130)에 연결된다. 구체적으로, 도관(125)은 주입 챔버(130)의 측벽에서 개구(139)에 연결되고, 주입 챔버는 수직으로 향한다. 주입 노즐(140)은 주입 챔버(130)의 상부 말단에 있다. 주입 로드(137)는 주입 챔버(130)의 하부 말단에 있다. 바람직하게는, 주입 로드(137)의 정면(131)은 실질적으로 평평하다. 그러나, 주입 로드(137)의 정면(131)은 사선 모양의 모서리를 가질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 주입 기계(100)는 리프팅 베이스(liftingbase; 159) 상에 실장된다. 리프팅 베이스(159)는 몰드 공동(155)을 가지는 정지 몰드(150)를 향하여 주입 기계(100) 전체를 들어 올리도록 구성된다. 선택적으로, 주입 기계(100)는 정지 상태로 유지될 수 있고 그리고 몰드(150)는 주입 기계(100)와 관련하여 움직이도록 구성될 수 있다.

제 1 바람직한 방법에 따라 주입 기계(100)를 작동할 때, 고체 금속이 계량 챔버(120)에 충전된다. 고체 금속은 그것이 액체가 될 때까지 계량 챔버(120)에 보유된다. 본 발명의 실시형태에서, 계량 챔버(120)의 액체 금속의 높이는 주입 챔버(130)로 들어가는 금속의 양을 결정한다. 센서(122)가 계량 챔버(120) 내의 액체 금속의 양이 불충분하다는 것을 검출한다면, 더 많은 고체 금속이 추가된다. 그러나, 계량 챔버(120)가 과도한 액체 금속을 보유한다는 것을 센서(122)가 검출한다면, 액체 금속 조절 장치(121)는 수동적으로 또는 제어 유닛에 의해 자동적으로 열려서 과도한 액체 금속이 계량 챔버(120)로부터 빠져 나오도록 한다.

액체 금속의 적절한 양이 계량 챔버(120) 내에 있다는 것이 결정될 때, 주입 챔버(130) 내의 주입 로드(137)는 주입 챔버(130) 내의 개구(139)를 노출시키기 위해 상부 위치로부터 하부 위치로 이동된다. 이것은 도관(125) 내의 금속이 주입 챔버(130)로 흐르는 것을 허용한다. 액체 금속은 중력에만 기인하여 주입 챔버(130)로 흐른다. 이것은 계량 챔버(120) 내의 금속의 높이가 주입 챔버(130)의 개구(139)보다 더 높기 때문이다(도 1의 ΔY). 그러므로, 계량 챔버(120) 내의 요망된 금속 필 레벨(metal fill level)이 2개의 챔버들(120, 130)이 도관(125) 및 개구(139)를 통하여 연결된 이후에 주입 챔버(130) 내의 필 레벨(fill level)과 같은 높이가 되도록 계량 챔버(120)가 주입 챔버(130)로부터 측면으로 배치된다.

주입 챔버(130)가 채워질 때, 즉, 주입을 위한 액체 금속의 요망된 양이 주입 챔버(130) 내에 있을 때, 주입 로드(137)는 천천히 전진하여 주입 챔버(130) 내의 개구(139)를 닫고 그리고 주입 챔버(130) 내의 공기를 뺀다. 그 다음에, 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 주입 노즐(140)이 몰드(150)와 인접할 때까지 주입 기계(100) 전체가 몰드(150)로 들어 올려진다.

주입 로드(137)는 제 1 속도보다 더 빠른 제 2 속도로 위로 전진하여, 액체 금속을 몰드(150)로 넣는다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 몰드(150)는 주입 노즐(140)에 면하는 큰 개구(152)와 함께 대략 깔때기 모양을 가진 뒤집힌 스푸르(sprue; 154) 및 게이트(gate)(158)와 연결된 작은 개구(156)를 가진다(도 2). 캐스팅 및 게이트(158)가 응고될 때까지 주입 기계(100)는 상부 위치에 있다. 그 다음에 주입 로드(137)가 빨리 소정의 거리만큼 낮아진다. 스푸르(154) 및 노즐 꼭대기(140)에 남아 있는 용융된 또는 반고체 금속은 주입 챔버(130)로 흡수된다. 이런 방식의 작동에서, 고체 플러그는 주입 노즐(140)에 형성되고, 그리고 금속은 전체 사이클에 걸쳐서 노즐 내에서 액체 상태로 남아 있다.

마지막으로, 주입 기계(100)는 낮아진다. 동시에, 몰드(150)는 열리고 그리고 캐스팅이 제거된다. 추가적으로, 다음 캐스팅을 위해서 몰드(150)를 포함하는 다이들에 윤활유를 바른다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태를 도시한다. 이 실시형태의 주입 기계(200)는 고체 금속이 고체 금속 공급 소스(207)로부터 충전되는용융로(210)를 포함한다. 고체 금속은 잉곳, 탄환, 분말 또는 다른 적합한 금속 소스일 수 있다. 고체 금속 공급 소스(207)는 호퍼, 와이어에 의해 지지된 잉곳, 컨베이어 벨트, 고체 금속을 공급하는 기술자의 손 또는 고체 금속을 공급하기 위한 다른 적합한 방법을 포함한다. 용융로(210)는 금속을 용융시키기 위해 충분한 열을 제공하는 가열 소스(205)를 포함한다. 추가적으로, 펌프(208)는 용융로(210)에 위치한다. 펌프(208)는 금속을 도관을 통해 펌핑할 수 있는 플런저 펌프 또는 또 다른 적합한 유형의 펌프일 수 있다.

계량 챔버(220)는 분리되어 위치되고, 그리고 바람직하게는 용융로(210) 위에 위치한다. 금속을 액체 상태로 유지하기 위해 충분한 열을 제공하는 가열 소스를 갖춘 제 1 도관(215)은 용융로(210)와 계량 챔버(220)를 연결한다. 구체적으로, 제 1 도관(215)의 일단은 용융로(210) 내의 펌프(208)에 연결된다. 다른 일단은 계량 챔버(220)의 상부에 연결된다. 적어도 하나의 가열 소스(235)는 계량 챔버(220)에 인접하여 위치하고 그리고 금속을 액체 상태로 유지한다.

또한 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 계량 챔버(220)는 센서(222) 및 액체 금속 조절 장치(221)를 포함한다. 본 발명의 한 실시형태에서, 센서(222)는 계량 챔버(220)의 액체 금속의 높이를 검출한다. 센서(222)는 컴퓨터 프로세서 또는 제어판을 실장한 작동기와 같은 제어판(도시되지 않음)에 연결된다. 이 실시형태에서, 계량 챔버(220)의 길이와 폭은 정확히 알려진다. 그러므로 계량 챔버(220) 내의 주어진 높이에서 금속의 부피는 쉽게 결정된다. 계량 챔버(220) 내의 액체 금속의 높이가 특정 부품의 주입을 위해 필요한 높이를 초과한다면, 액체 금속 조절 장치(221)는 제어판에 의해 열려질 수 있거나 수동적으로 과도한 액체 금속이 계량 챔버(220)로부터 빠져 나오는 것을 허용한다. 액체 금속의 높이를 측정하는 대신에, 본 발명의 또 다른 실시형태는 용융로(210)로부터 계량 챔버(220)로의 금속의 흐름을 측정하는 센서(222)를 사용한다.

본 발명의 이전의 실시형태들처럼, 조절 장치(221)는 단일 재생 포트(160), 일련의 재생 포트들(160) 또는 슬라이더블 부재(slidable member; 164) 내의 재생 포트를 포함할 수 있다(도 3a 내지 도 3c 참조). 바람직하게는, 재생 포트들(160)은 재생 컨테이너(162) 또는 용융로(210)에 재생 도관(161)을 이용하여 연결되고 계량 챔버(220)로부터 제거된 과도한 액체 금속의 재생을 돕는다.

제 2 도관(225)은 주입 챔버(230)의 측벽 내의 개구(239)에 연결되고, 주입 챔버는 수직으로 향한다. 제 2 도관(225) 및 주입 챔버(220)는 금속을 액체로 유지하기 위해 충분한 열을 제공하는, 도시되지 않은 가열 소스들을 또한 가진다. 주입 챔버(230)의 상부 말단에 주입 노즐(240)이 있다. 주입 로드(237)는 주입 챔버(230)의 하부 말단에 있다. 바람직하게는, 주입 로드(237)의 정면(231)이 사선 모양의 모서리들을 가질 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 주입 기계(200)는 리프팅 베이스(259) 상에 실장된다. 리프팅 베이스(259)는 주입 기계(200) 전체를 몰드 공동(255)을 가지는 정지 몰드(250)를 향하여 들어 올리도록 구성된다. 선택적으로, 주입 기계(200)는 정지 상태로 유지될 수 있고 그리고 몰드(250)는 주입 기계(200)와 관련되어 움직이도록 구성될 수 있다.

제 2 바람직한 방법에 따라 주입 기계(200)를 작동할 때, 고체 금속은 고체 금속 공급 소스(207)로부터 용융로(210)로 충전된다. 고체 금속은 그것이 용융될 때까지 가열 소스(205)에 의해 가열된다. 액체 금속의 제 1 부분은 그 다음에 펌프(208)에 의해 제 1 도관(215)을 경유하여 용융로(210)로부터 계량 챔버(220)로 펌핑된다.

본 발명의 이 실시형태에서, 계량 챔버(220)의 액체 금속의 높이는 주입 챔버(230)로 흐르는 금속의 양을 결정한다. 센서(222)가 계량 챔버(220) 내의 액체 금속의 양이 불충분하다는 것을 검출한다면, 더 많은 액체 금속은 계량 챔버(220)로 펌핑된다. 그러나, 계량 챔버(220)가 과도한 액체 금속을 함유하는 것을 센서(222)가 검출한다면, 액체 금속 조절 장치(221)가 열려서 과도한 액체 금속이 계량 챔버(220)로부터 빠져 나오도록 한다. 바람직하게는, 펌프(208) 및 센서(222)가 액체 금속의 요망된 양을 계량 챔버(220)로 제공하기 위해 펌프 작동을 제어하는 같은 제어기에 연결된다. 펌프 작동은 제어판을 이용하여 컴퓨터 및/또는 작동기에 의해 자동적으로 제어될 수 있다.

선택적인 실시형태에서, 센서(222)는 계량 챔버(220)에 제공된다. 펌프(208)는 정확한 액체 금속의 양을 계량 챔버(220)로 제공하기 위해 작동된다.

액체 금속의 적합한 양이 계량 챔버(220) 내에 있는 것(제 1 부분이 조절을 필요로 한다면 제 1 부분과 전형적으로 같은 제 2 부분이 변화할 수 있다)이 결정될 때, 주입 챔버(230) 내의 주입 로드(237)는 주입 챔버(230) 내의 개구(239)를 노출시키기 위해 상부 위치로부터 오그라든다. 이것은 제 2 도관(225) 내의 금속이주입 챔버(230)로 흐르는 것을 허용한다. 액체 금속은 중력에만 기인하여 주입 챔버(230)로 흐른다. 이것은 계량 챔버(220) 내의 금속의 높이가 주입 챔버(230) 내의 개구(239)보다 더 높기 때문이다(도 4의 ΔY). 그러므로, 계량 챔버(220) 내의 요망된 금속 필 레벨(metal fill level)이 2개의 챔버들(220, 230)이 도관(225) 및 개구(239)를 통하여 연결된 이후에 주입 챔버(230) 내의 필 레벨(fill level)과 같은 높이가 되도록 계량 챔버(220)가 주입 챔버(230)로부터 측면으로 배치된다.

주입 챔버(230)가 채워질 때, 즉, 주입을 위한 액체 금속의 요망된 양이 주입 챔버(230) 내에 있을 때, 주입 로드(237)는 천천히 전진하여 주입 챔버(230) 내의 개구(239)를 닫고 그리고 주입 챔버(230) 내의 공기를 뺀다. 그 다음에, 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 주입 노즐(240)이 몰드(250)와 인접할 때까지 주입 기계(200) 전체가 몰드(250)로 들어 올려진다.

주입 로드(237)가 전진되고, 액체 금속을 갭(gap)을 지나서 몰드(250)로 넣는다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 몰드(250)는 주입 노즐(240)에 면하는 큰 개구(252)와 게이트(258)에 연결된 작은 개구(256)를 가진 대략 깔때기 모양을 가진 뒤집혀진 스푸르(254)를 가진다(도 5). 캐스팅 및 게이트(258)가 응고될 때까지 주입 기계(200)는 상부 위치에 남아 있다. 그 다음에 주입 로드(237)는 낮아진다. 스푸르(254) 및 노즐 꼭대기(240)에 남아 있는 용융된 또는 반고체 금속은 주입 챔버(230)로 흡수된다. 이런 방식의 작동에서, 고체 플러그는 주입 노즐(240)에 형성되고, 그리고 금속은 전체 사이클에 걸쳐서 노즐 내에서 액체 상태로 남아 있다.

마지막으로, 주입 기계(200)는 낮아진다. 동시에, 몰드(250)는 열리고 그리고 캐스팅이 제거된다. 추가적으로, 다음 캐스팅을 위해서 몰드(250)를 포함하는 다이들에 윤활유를 바른다. 주입 기계들(100, 200)은 바람직하게는 마그네슘 및 마그네슘 합금을 주입한다. 그러나, 기계들(100, 200)은 알루미늄, 아연, 납 합금들 또는 세라믹과 같은 보강재를 함유하는 비철재료들과 같은 다른 금속들을 주입하는 데 사용될 수 있다.

본 발명의 상술한 설명은 실시예 및 설명의 목적을 위해 제시되었다. 본 발명은 공개된 것과 똑같은 형태로 제한되지 않으며, 변형예들이 상술한 내용에서 가능하고 본 발명의 실시로부터 얻어질 수 있다. 도면들 및 상세한 설명은 본 발명의 원리들 및 실제적인 응용을 설명하기 위해서 선택되었다. 본 발명의 범위는 여기에 청부된 청구항들 및 그것들의 균등물에 의해 정의된다.

Claims

계량 챔버;

수직 주입 챔버; 및

상기 계량 챔버를 상기 주입 챔버에 연결하는 제 1 도관을 포함하는, 액체 금속을 주입하기 위한 수직 주입 기계에 있어서,

상기 계량 챔버 내의 액체 금속의 높이는 상기 주입 챔버 내의 금속의 부피를 결정하는 것을 특징으로 하는 수직 주입 기계.
제 1 항에 있어서, 고체 금속을 상기 계량 챔버로 공급하기 위한 고체 금속 공급 소스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 주입 기계.
제 2 항에 있어서, 상기 고체 금속 공급 소스는 호퍼, 와이어에 의해 매달린 잉곳, 컨베이어 벨트 또는 손으로 공급된 고체 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 주입 기계.
제 1 항에 있어서, 상기 계량 챔버에 인접한 적어도 하나의 가열기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 주입 기계.
제 1 항에 있어서, 상기 계량 챔버 내에 액체 금속 조절 장치를 더 포함하는것을 특징으로 하는 수직 주입 기계.
제 5 항에 있어서, 상기 조절 장치는 적어도 하나의 재생 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 주입 기계.
제 6 항에 있어서, 슬라이더블 부재(slidable member) 내에 적어도 하나의 재생 포트를 가지는 슬라이더블 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 주입 기계.
제 5 항에 있어서, 적어도 하나의 재생 포트에 유동적으로 연결된 일단 및 재생 컨테이너에 유동적으로 연결된 다른 일단을 가지는 재생 도관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 주입 기계.
제 5 항에 있어서, 상기 계량 챔버 내의 금속의 양을 결정하는 상기 계량 챔버 내에 위치된 레벨 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 주입 기계.
제 2 항에 있어서, 상기 주입 챔버 내에 주입 로드를 더 포함하고, 상기 주입 로드는, 상기 주입 로드가 상부 위치에 있을 때 피드 홀을 상기 제 1 도관으로부터 상기 주입 챔버로 덮고 그리고 하부 위치에 있을 때 상기 피드 홀을 열기에 적합하고, 피드 홀이 열려 있을 때 상기 계량 챔버 내의 액체 금속의 높이가 상기주입 챔버 내의 금속의 부피를 결정하는 것을 특징으로 하는 수직 주입 기계.
제 10 항에 있어서, 상기 주입 챔버 및 상기 계량 챔버를 정지된 몰드를 향하여 들어올리기에 적합한 베이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 주입 기계.
제 11 항에 있어서, 상기 주입 챔버의 꼭대기 부분에 주입 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 주입 기계.
제 1 항에 있어서, 멜트 공급기 및 제 2 도관을 더 포함하고, 상기 제 2 도관은 상기 멜트 공급기를 상기 계량 챔버로 연결하는 것을 특징으로 하는 수직 주입 기계.
제 13 항에 있어서, 상기 멜트 공급기에 인접한 적어도 하나의 가열기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 주입 기계.
제 13 항에 있어서, 상기 멜트 공급기는 상기 계량 챔버 밑의 레벨에 위치하는 것을 특징으로 하는 수직 주입 기계.
제 13 항에 있어서, 상기 제 2 도관에 부착되고 그리고 액체 금속을 상기 멜트 공급기로부터 상기 계량 챔버로 펌핑하기에 적합한 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 주입 기계.
계량 챔버 내에서 금속을 액체 상태로 용융시키는 단계;

수직 주입 챔버 내의 개구를 노출시키기 위해 상기 수직 주입 챔버 내의 주입 로드를 집어넣는 단계;

액체 금속의 일부분이 도관을 경유하여 상기 개구를 통해 상기 계량 챔버로부터 상기 수직 주입 챔버로 흐르는 것을 허용하고, 상기 주입 챔버 내의 상기 액체 금속의 일부분의 부피가 상기 계량 챔버 내의 액체 금속의 높이에 의해 결정되는 단계;

상기 개구를 닫기 위해 상기 주입 로드를 전진시키는 단계;

정지된 몰드를 향하여 상기 주입 챔버를 상승시키는 단계; 및

상기 액체 금속의 일부분을 노즐을 통해 상기 주입 챔버로부터 상기 몰드로 주입시키기 위해 상기 주입 로드를 전진시키는 단계를 포함하는 주입 몰딩 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 금속의 일부분이 상기 계량 챔버 내의 액체 금속 및 상기 주입 챔버 내의 개구 사이의 초기 높이 차이에 기인한 중력 하에 상기 계량 챔버로부터 상기 주입 챔버로 흐르는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 계량 챔버 내의 액체 금속의 레벨을 감지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
제 19 항에 있어서, 센서가 상기 계량 챔버 내의 과도한 액체 금속을 탐지하면 조절 장치를 여는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
제 20 항에 있어서, 재생 컨테이너 내에서 상기 과도한 액체 금속을 모으는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
제 17 항에 있어서, 액체 금속의 일부분이 상기 계량 챔버로부터 상기 수직 주입 챔버로 도관을 경유하여 상기 개구를 통해 흐르는 것을 허용하는 단계 이후에 상기 주입 챔버 내의 액체 금속의 높이가 상기 계량 챔버 내의 액체 금속의 높이와 같은 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 금속을 주입시키기 위해 상기 주입 로드를 전진시키는 것보다 더 느리게, 상기 주입 챔버 내의 공기를 몰아 내기 위해 상기 주입 로드를 전진시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 주입 로드를 집어넣는 단계는 상기 몰드의 스푸르 또는 주입 노즐로부터 상기 주입 챔버로 용융된 또는 반고체 금속을 흡수하고; 그리고 상기 주입 챔버를 상승시키는 단계는 상기 주입 챔버를 상기 계량 챔버와 함께 상승시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
제 17 항에 있어서, 상기 금속은 Mg를 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
멜트 공급기 내에 금속을 액체 상태로 용융시키는 단계;

액체 금속의 제 1 부분을 제 1 도관을 경유하여 계량 챔버로 통과시키는 단계;

수직 주입 챔버 내의 개구를 노출시키기 위해 수직 주입 챔버 내의 주입 로드를 집어넣는 단계;

액체 금속의 제 2 부분이 제 2 도관을 경유하여 상기 개구를 통해 상기 계량 챔버로부터 상기 수직 주입 챔버로 흐르는 것을 허용하고, 상기 주입 챔버 내의 액체 금속의 제 2 부분의 부피가 상기 계량 챔버 내의 액체 금속의 높이에 의해 결정되는 단계;

상기 개구를 닫기 위해 상기 주입 로드를 전진시키는 단계;

정지된 몰드를 향하여 상기 주입 챔버를 상승시키는 단계; 및

액체 금속의 제 2 부분을 노즐을 통해 상기 주입 챔버로부터 상기 몰드로 주입시키기 위해 상기 주입 로드를 전진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 금속의 일부분이 상기 계량 챔버 내의 액체 금속 및 상기 주입 챔버 내의 개구 사이의 초기 높이 차이에 기인한 중력 하에 상기 계량 챔버로부터 상기 주입 챔버로 흐르는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 멜트 공급기는 상기 계량 챔버 밑에 위치하고 그리고 액체 금속은 펌프에 의해 상기 멜트 공급기로부터 상기 계량 챔버로 펌핑되는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
제 28 항에 있어서, 상기 펌프는 기어 펌프인 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
제 28 항에 있어서, 상기 계량 챔버 내의 액체 금속의 레벨을 감지하는 단계 및 센서가 상기 계량 챔버 내의 과도한 액체 금속을 탐지하면 조절 장치를 여는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
제 26 항에 있어서, 액체 금속의 제 2 부분은 액체 금속의 제 1 부분과 같은 것을 특징으로 하는 주입 몰딩 방법.
제 26 항에 있어서, 상기 개구가 노출될 때 상기 주입 챔버 내의 액체 금속의 높이가 계량 챔버 내의 액체 금속의 높이와 같은 것을 특징으로 하는 주입 몰딩방법.