KR102703076B1 - 유로부가 형성된 주조품 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조되는 주조품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관형 파이프 내부에 충진재가 채워진 스마트 코어를 제조하는 단계, 제조할 주조품 형상에 대응하는 캐비티가 형성된 금형 내에 상기 스마트 코어를 삽입하는 단계, 상기 캐비티에 용탕을 주입하여 주조하는 단계 및 상기 스마트 코어 내의 충진재를 제거하는 단계를 포함하고, 상기 주조하는 단계는 고압주조 공법에 의한 것을 특징으로 하는 유로부가 형성된 주조품 제조 방법으로서, 본 발명에 의하면, 주조품을 보다 경제적으로 제조할 수 있고, 내부 유로부를 보다 강건화하여 제조할 수가 있다.

Description

유로부가 형성된 주조품 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조되는 주조품{CASTING METHOD FOR A PRODUCT FORMED AN INSIDE FLOW PASSAGE AND THE PRODUCT}

본 발명은 주조품을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 내부에 유로부가 형성된 주조품을 제조하기 위한 방법 및 그것에 의한 주조품에 관한 것이다.

최근에 전기차, 하이브리드 차량 등의 개발이 활발해지면서, 기존의 엔진/변속기 등의 내연기관이 구동 모터와 인버터, 컨버터와 같은 각종 전력 변환 부품들로 대체되고 있다.

이러한 전력 변환 부품은 전기를 충전하고 사용하는 전력을 변환하는 과정에서 기존의 부품들에 비해 보다 많은 열을 발생시키게 된다.

그래서, 열을 많이 발생시키는 다른 부품들도 그렇지만 이러한 전력 변환 부품에는 냉각을 위한 유로가 필수적으로 요구된다.

주조에 의해 제조되는 부품에 유로를 형성하기 위해서 기존에는, 도 1에 도시된 바와 같이 두 개의 부품을 별도로 유로가 형성되도록 주조를 통해 만들고, 볼트(3) 등에 의해 결합하며, 결합면 기밀을 위해서 가스켓(2)이 삽입하여 결합에 의해 유로부(4)가 형성된 주조품(1)을 제조한다.

이러한 기존 방식은 2 piece로 제조 및 기계적 결합을 하여야 하는 복잡한 과정에 의함은 물론, 주조품 내부에 결함이 있거나 가스켓이 손상이 되어 리크(leak)가 발생하면 전력 반도체에 물이 침투가 될 우려가 있고, 그러할 경우 시스템 fail은 물론, 차량에 화재를 발생시킬 수도 있어 전력 변환 부품의 유로부를 보다 강건화하는 기술의 개발도 요구되고 있다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국공개특허공보 제10-2000-0017994호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 보다 경제적으로 제조할 수 있고, 내부 유로부를 보다 강건화하여 제조할 수 있는 유로부가 형성된 주조품 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조되는 주조품을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 유로부가 형성된 주조품 제조 방법은, 관형 파이프 내부에 충진재가 채워진 스마트 코어를 제조하는 단계, 제조할 주조품 형상에 대응하는 캐비티가 형성된 금형 내에 상기 스마트 코어를 삽입하는 단계, 상기 캐비티에 용탕을 주입하여 주조하는 단계 및 상기 스마트 코어 내의 충진재를 제거하는 단계를 포함하고, 상기 주조하는 단계는 고압주조 공법에 의한 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 스마트 코어를 제조하는 단계는, 상기 관형 파이프 내부에 충진재를 채우는 단계, 상기 충진재가 채워진 관형 파이프를 인발 및 압출하는 단계 및 상기 관형 파이프를 상기 주조품에 형성시킬 유로부 형상에 대응하게 벤딩(bending)하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 용탕 및 상기 관형 파이프의 재질은 동종 재질인 것을 특징으로 하며, 보다 바람직하게는, 상기 관형 파이프는 알루미늄 재질인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 충진재는 솔트(salt), 모래, 철분말 및 모래와 레진(resin)이 혼합된 고용사 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 주조하는 단계는 고압주조 공법에 의한 것으로 특징으로 한다.

나아가, 상기 관형 파이프의 두께는 1.25mm 이상 4mm 미만인 것을 특징으로 한다.

다음, 본 발명의 주조품은 본 발명의 주조품은 유로부 형상으로 벤딩(bending)된 관형 파이프가 삽입되어 일체로 주조되며, 상기 관형 파이프의 재질은 주조 재질과 동종 재질인 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 주조품의 제조를 위한 용탕 및 관형 파이프의 재질은 알루미늄일 수 있다.

또한, 상기 관형 파이프의 두께는 1.25mm 이상 4mm 미만인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유로부가 형성된 주조품 제조 방법에 의하면, 기존과 같이 2 piece로 제조하는 대신 스마트 코어에 의해 1 piece로 일체 주조하기 때문에 보다 경제적이다.

또한, 전력 변환 부품을 비롯하여 내부에 유로부가 형성되는 부품의 유로부를 기존에 비해 강건화할 수가 있어 차량 화재 등의 위험을 미연에 방지할 수가 있다.

도 1은 종래의 유로부가 형성된 주조품을 제조하는 방식을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 유로부가 형성된 주조품 제조 방법을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의해 제조된 주조품의 단면 형상과 비교예에 의한 단면 형상을 도시한 것이다.
도 4는 관형 파이프의 두께와 열전도 효율의 관계를 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 유로부가 형성된 주조품 제조 방법을 도시한 것으로서, 이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 유로부가 형성된 주조품 제조 방법 및 그 방법에 의해 제조되는 주조품을 설명하기로 한다.

본 발명은 기존과는 달리 유로부가 형성된 주조품을 소위 스마트 코어를 이용하여 1piece로 일체 주조 제조하여, 유로부 강건성을 확보하면서 보다 경제적일 수 있는 제조 방법을 제시한다.

이를 위한 본 발명의 제조 방법은 유로(flow passage)가 될 관형 파이프를 준비한다.

도시에는 알루미늄 파이프를 예시로 기재하였으나, 이에 한정되지는 않는다.

다만, 만들고자 하는 주조품이 알루미늄 소재일 경우에는 알루미늄 파이프를 적용하는 것이 보다 바람직할 수 있다.

그리고, 관형 파이프 내부에 피더(feeder)를 이용하여 충진재를 최소 80% 가량 채운다.

충진재는 최종 단계에서 제거시키게 되므로, 충진재는 솔트(salt) 입자 또는 모래와 같이 입자가 가는 파티클(particle)로 채우게 된다. 예를 들면, 솔트, 모래, 철분말 등일 수 있고, 모래와 레진이 혼합된 고용사일 수도 있다.

이와 같은 충진재를 채우는 것은 스마트 코어가 다이캐스팅(dis casting) 시 발생하는 압력을 견딜 수 있도록 하기 위함이다.

다음으로, 이렇게 충진재가 채워진 관형 파이프를 인발 및 압출에 의해서 단면적을 줄이고 길이 방향으로 늘림으로써 내부의 충진재가 최소 95% 가량 치밀해지도록 한다(compaction).

또한, 관형 파이프의 양 단에는 레진(resin) 등을 채움으로써 내부의 충진재가 새어나오지 않도록 할 수 있다.

그리고, 관형 파이프의 양 단에 레진을 채운 경우에는 이후 충진재의 제거 전에 레진이 채워진 관형 파이프 부분을 절단한 후 충진재를 제거하게 된다.

그런 다음, 주조품에 형성시킬 유로부의 실형상에 맞게 벤딩(bending)함으로써, 관형 파이프(11) 내부에 충진재(12)가 충진된 스마트 코어를 완성한다.

본 발명은 이상과 같이 제조된 스마트 코어를 제품 형상으로 제조된 금형 내에 삽입(insert)한 후 주조(die casting)함으로써, 제조하고자 하는 주조품의 형상을 구현시킨다.

본 발명에서의 스마트 코어는 유로부 형성을 위한 관형 파이프에 충진재를 치밀화시켜 채워졌기 때문에, 고압주조에 의한 고압으로 주입되는 용탕에 의해서도 변형 없이 주조가 가능하도록 한다.

그리고, 제조하고자 하는 주조품의 재질에 따라 관형 파이프의 재질은 달리 적용할 수 있다.

특히, 용탕이 알루미늄으로 적용되는 경우에는 관형 파이프 또한 알루미늄 파이프로 제작함으로써, 인서트 후 주조됨에 의해 관형 파이프는 주조품 내에 일체로 접합될 수 있고, 알루미늄에 의해 보다 열전도가 잘 이루어져 냉각 성능을 보다 높일 수가 있다. 접합 계면은 30㎛ 이내로 접합될 수 있고, 보다 바람직하게는 계면 없이 접합될 수 있다.

즉, 관형 파이프와 용탕은 동종 재질, 특히 알루미늄 재질일 수 있으나, 이는 합금의 주 성분(base material)이 동종임을 뜻하며, 합금을 구성하는 세부 구성은 다소 상이할 수 있다.

만약, 알루미늄 재질의 부품을 고압주조하여 주조품을 제조시에 본 발명의 스마트 코어를 스틸 소재의 관형 파이프를 적용한다면, 고압주조시에도 압착은 발생하지 않으나, 알루미늄과 300~500㎛의 계면을 형성하여 열전달 효율이 떨어질 수밖에 없다.

또한, 도 3과 같이 본 발명의 스마트 코어와 달리 충진재가 없는 알루미늄 소재의 관형 파이프(20)의 경우에는, 고압 주조시 도시와 같이 압착됨으로써 정상적인 주조품을 제조할 수가 없다.

이상의 주조를 마치면 에어(air) 등의 수단을 이용하여 스마트 코어 내에 충진된 충진재를 제거시킴으로써 제조하고자 하는 주조품(30)의 형상으로 제조하는데, 충진재의 제거는 사용된 충진재에 따라 달라질 수 있다.

즉, 충진재가 솔트와 같이 결정화되는 파티클인 경우에는, 관형 파이프에 200bar 이상의 워터젯을 통한 물리적 제거가 바람직하다.

그리고, 충진재가 모래와 같이 결정화되지 않는 파티클인 경우에는, 관형 파이프에 200bar 이상의 워터젯 또는 2bar 이상의 에어를 주입하여 제거할 수가 있다.

또한, 충진재로서 모래와 레진이 혼합된 고용사가 전체 또는 부분적으로 사용된 경우에는, 400℃ 이상의 열처리를 통해 고용사에 포함된 레진을 태운 후에 200bar 이상의 워터젯 또는 2bar 이상의 에어를 주입하여 제거할 수가 있다.

이와 같이 본 발명에 의해 제조된 주조품(30)은 스마트 코어의 형상대로 유로부가 내부에 형성되고, 1 piece로 한 번의 주조 공정에 의해 제조할 수가 있다.

그에 따라, 주조품에 형성된 유로부의 강건화 및 원가 절감이 가능하게 된다.

나아가, 본 발명의 스마트 코어의 관형 파이프는 고압주조시 인써트되기 때문에 그 두께(t)가 최소 1.25mm로 한정될 필요가 있다.

두께가 1.25mm 이하일 경우에는 주조시 600℃ 이상의 알루미늄 용탕에 녹을 수가 있다.

일반적으로, 다이캐스팅 공법에서 평균적인 부품 제조 시간은 45~100초가 되며, 이 시간의 80%에 해당하는 시간이 제품을 냉각시키는 데 소요가 된다.

즉, 660~680℃의 뜨거운 용탕이 파이프와 접하여 200~250℃로 냉각되기까지 대략 35~80초 정도 걸리게 된다. 이때 파이프는 고온의 용탕을 견뎌야 하는데, 두께가 1.25mm 이하인 경우에는 용탕에 의해 국부적으로 용융되어 파이프의 기능을 상실할 수가 있다.

따라서, 고압주조 공법에 사용되는 본 발명의 스마트 코어의 파이프 두께는 최소 1.25mm 인 것이 바람직하다.

그리고, 도 4에서 참조되는 바와 같이 파이프의 두께가 4mm 이상에서는 열전도 효율이 50W/(m·K) 미만으로 떨어지기 때문에, 열전도 효율 상 파이프의 두께는 4mm 미만인 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

11 : 파이프
12 : 충진재
30 : 주조품

Claims (9)

1. 관형 파이프 내부에 충진재가 채워진 스마트 코어를 제조하는 단계;
   제조할 주조품 형상에 대응하는 캐비티가 형성된 금형 내에 상기 스마트 코어를 삽입하는 단계;
   상기 캐비티에 용탕을 주입하여 주조하는 단계; 및
   상기 스마트 코어 내의 충진재를 제거하는 단계를 포함하고,
   상기 주조하는 단계는 고압주조 공법에 의한 것을 특징으로 하며,
   상기 스마트 코어를 제조하는 단계는,
   상기 관형 파이프 내부에 충진재를 채우는 단계;
   상기 충진재가 채워진 관형 파이프를 인발 및 압출하여 상기 충진재를 치밀화(compaction)하는 단계; 및
   상기 관형 파이프를 상기 주조품에 형성시킬 유로부 형상에 대응하게 벤딩(bending)하는 단계를 포함하는,
   유로부가 형성된 주조품 제조 방법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 용탕 및 상기 관형 파이프의 재질은 동종 재질인 것을 특징으로 하는,
   유로부가 형성된 주조품 제조 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 관형 파이프는 알루미늄 재질인 것을 특징으로 하는,
   유로부가 형성된 주조품 제조 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 충진재는 솔트(salt), 모래, 철분말 및 모래와 레진(resin)이 혼합된 고용사 중 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
   유로부가 형성된 주조품 제조 방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 관형 파이프의 두께는 1.25mm 이상 4mm 미만인 것을 특징으로 하는,
   유로부가 형성된 주조품 제조 방법.
7. 청구항 1의 제조 방법에 의해 제조되며,
   상기 관형 파이프의 재질은 주조 재질과 동종 재질인 것을 특징으로 하는,
   주조품.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 용탕 및 상기 관형 파이프의 재질은 알루미늄인 것을 특징으로 하는,
   주조품.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 관형 파이프의 두께는 1.25mm 이상 4mm 미만인 것을 특징으로 하는,
   주조품.

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