KR100551214B1 - 주물사 충전 장치 및 이를 이용한 주형 제조 방법 - Google Patents

주물사 충전 장치 및 이를 이용한 주형 제조 방법 Download PDF

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효준정밀(주)
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Abstract

본 발명은 주형틀 내에 주물사를 충전하여 추가의 후속 처리 없이 주형을 제조하기 위한 주물사 충전 장치 및 이를 이용한 주형 제조 방법에 관한 것으로서, 필요한 양의 주물사만을 사용하고 간단한 구성으로 작업 공정을 감소시켜 추가의 후속 처리 없이 주형을 제조하는 것을 목적으로 합니다. 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주물사 충전 장치는 열경화성 주물사를 보유하는 샌드 매거진과, 상기 샌드 매거진에 부착되어 주물사를 주형틀 내에 충전시키기 위해 주물사를 토출하는 주물사 토출 노즐과, 상기 주물사 토출 노즐의 외주연을 따라서 형성된 냉각재 토출구와 상기 냉각재 토출구와 유체 연통하는 냉각재 통로를 포함하고, 상기 냉각재 통로를 통하여 냉각재가 공급되는 냉각수단과, 상기 주물사 토출 노즐의 측부에는 부압을 인가하기 위한 통기구가 형성되고, 상기 통기구에는 통기구를 통하여 상기 주물사가 토출되는 것을 방지하기 위한 필터가 마련된다.
샌드 매거진, 주물사, 통기구, 부압, 주형, 주형틀

Description

주물사 충전 장치 및 이를 이용한 주형 제조 방법 {DEVICE FOR FILLING MOLDING SAND AND METHOD FOR FABRICATING MOLD USING THE SAME}
도1은 본 발명에 따른 주물사 충전 장치의 전체 개략도 및 주요부의 확대 부분 단면도.
도2a 내지 도2e는 본 발명에 따른 주물사 충전 장치를 이용한 주형 제조 공정을 단면도로 도시한 도면.
도3a 및 도3b는 본 발명에 따른 주물사 충전 장치의 주물사 토출 노즐에 냉각 분사기의 냉각재 토출구가 형성된 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면.
도4a 내지 도4e는 종래의 주물사 충전 장치를 이용한 주형 제조 공정을 단면도로 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 샌드 매거진
11: 샌드 매거진 바닥부
12, 12a, 12b, 12c: 주물사
13: 방사판
20: 주물사 토출 노즐
21: 통기구
22: 필터
23: 밀봉재
30: 냉각재 분사기
31, 33: 냉각재 토출구
32, 34: 냉각재 통로
40: 냉각재
50: 정형핀
51: 상부 주형틀
52: 하부 주형틀
53: 주물사 주입구
본 발명은 주형틀 내에 주물사를 충전하여 추가의 후속 처리 없이 주형을 제조하기 위한 주물사 충전 장치 및 이를 이용한 주형 제조 방법에 관한 것이다.
통상적으로 주형을 제작하는데 사용되는 주물사는 모래입자와 점결재와 기타 첨가제가 혼합된 것을 사용한다. 이러한 주물사는 주형틀 내에 충전되어 소정의 형상으로 만들어진 뒤, 건조, 가열 등의 다양한 방법으로 경화된다. 열경화 방식으로 조형된 주물사를 경화시키기 위하여, 점결제로서 열경화성 재료인 유기화합물을 모래를 섞어 조형 후 적절한 경화온도로 가열한다.
이러한 열경화 방식으로 주형을 만드는 통상의 방식이 도4a 내지 도4e에 도시되어 있다. 도4a에 도시된 바와 같이, 종래의 주물사 주입 장치는 열경화성 주물사(12)를 보유하고 있는 (도1에서 도면 부호 10으로 표시된) 샌드 매거진과, 샌드 매거진 바닥부(11)에 부착된 다수의 주물사 토출 노즐(20)을 포함한다. 주물사의 특성에 따라서 주물사 토출 노즐(20)의 내경을 적절히 작게 조절하게 되면, 샌드 매거진 내에 소정의 압력(P)이 가해질 때만 주물사 토출 노즐(20)을 통하여 주물사(12)가 외부로 토출되고, 샌드 매거진 내에 압력(P)이 인가되지 않을 때에는 주물사(12)가 외부로 토출되지 않는다. 그러나 이와 같이, 주물사 토출 노즐(20)의 내경이 작아지면 주물사(12)의 토출 속도가 느려져 작업 속도가 감소된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 샌드 매거진 내부의 주물사 토출 노즐(20) 구멍 상부에 방사판(13)을 형성한다. 이러한 방사판(13)은 샌드 매거진 내에 압력(P)이 인가되지 않을 때에 도4a에 도시된 바와 같이 주물사가 외부로 토출되는 것을 방지한다. 샌드 매거진의 각 주물사 토출 노즐(20)에 대응하여 노즐의 하부에 위치된 주형틀은 통상 상부 주형틀(51)과 하부 주형틀(52)로 이루어지고, 상부 주형틀의 상부에는 주물사의 주입을 위한 주물사 주입구(53)가 형성되어 있다. 도4b에 도시된 바와 같이, 주물사 토출 노즐(20)이 주형틀의 주물사 주입구(53) 내에 삽입된 다음, 샌드 매거진 내에는 압력(P)이 인가되어 주물사 주입구(53) 내에 삽입된 주물사 토출 노즐(20)을 통하여 주물사(12)가 주형틀(51, 52) 내에 충전된다. 주물사(12)의 충전이 완료되면, 샌드 매거진 내에 인가된 압력(P)은 해제되어, 주물사(12)의 주입은 정지된다. 주물사 토출 노즐(20) 주위에는 밀봉재(23)가 설 치되어 주형틀의 주물사 주입구(53) 주변을 밀봉하여, 주물사(12)가 주형틀(51, 52) 외부로 누출되는 것을 방지한다. 주형틀(51, 52) 내의 주물사(12)를 경화시키기 위하여, 주형틀(51, 52)은 통상 섭씨 250 내지 300도의 온도로 가열된다. 이때, 주형틀의 주물사 주입구(53) 내에 주물사 토출 노즐(20)이 삽입되어 있으므로, 주물사 토출 노즐(20) 내의 주물사(12b)도 많은 부분 경화가 진행된다. 도4c에 도시된 바와 같이, 주물사가 완전히 경화된 후에 샌드 매거진을 주형틀(51, 52)에서 후퇴시켜 주물사 토출 노즐(20)을 주형틀(51, 52)로부터 제거하면, 주형틀의 주물사 주입구(53) 내에는 주물사 토출 노즐(20) 내에서 경화된 주물사(12b)와 완전히 경화되지 않은 주물사(12c)가 잔류하게 된다. 도4d에 도시된 바와 같이, 주형틀(51, 52)을 제거한 다음, 도4e에 도시된 바와 같이, 불필요한 부분의 주물사(12c)를 절단하여 원하는 주형(12a)을 완성한다. 이 경우, 주물사가 완전히 경화될 때까지 주물사 토출 노즐(20)이 주형틀(51, 52) 내에 존재하고 있어야 하기 때문에, 주물사 토출 노즐(20)의 세척 등 다음 공정을 준비하기 어려워서 주형의 제작 시간이 길어지게 된다. 또한, 주물사 토출 노즐(20) 내에서 경화된 주물사(12b)를 제거하는 일 또한 번거로울 수 있다.
이러한 종래의 주형 제작시, 주형틀의 주물사 주입구(53)에 삽입된 주물사 토출 노즐(20) 내의 주물사(12b, 12c)는 낭비의 요인이 된다. 즉, 이는 주물사 토출 노즐(20) 내의 주물사(12b, 12c)가 어느 정도 또는 완전히 경화되어 재활용이 불가능하기 때문이다. 특히, 주물사 토출 노즐(20) 내의 경화된 주물사(12b)는 주형틀을 제거한 후에 절단하여야 하는 후처리 공정이 요구된다.
이러한 문제점을 피하기 위하여, 주형틀 내의 주물사가 경화되기 전에 주물사 토출 노즐(20)을 주형틀(51, 52)로부터 제거시킬 수 있으나, 주형틀의 주물사 주입구(53) 내에는 주물사가 여전히 잔류하게 된다. 이러한 주물사는 주물사의 경화 전후 어느 경우에도 제거하여야 하며 이러한 작업은 용이하지 않다.
본 발명의 목적은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 필요한 양의 주물사만을 사용하여 주형을 제조하기 위한 주물사 충전 장치 및 이를 이용한 주형 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 간단한 구성으로 작업공정을 감소시켜 추가의 후속 처리 없이 주형을 제조하기 위한 주물사 충전 장치 및 이를 이용한 주형 제조 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주물사 충전 장치는 열경화성 주물사를 보유하는 샌드 매거진과, 상기 샌드 매거진에 부착되어 주물사를 주형틀 내에 충전시키기 위해 주물사를 토출하는 주물사 토출 노즐과, 상기 주물사 토출 노즐의 외주연을 따라서 형성된 냉각재 토출구와 상기 냉각재 토출구와 유체 연통하는 냉각재 통로를 포함하고, 상기 냉각재 통로를 통하여 냉각재가 공급되는 냉각수단과, 상기 주물사 토출 노즐의 측부에는 부압을 인가하기 위한 통기구가 형성되고, 상기 통기구에는 통기구를 통하여 상기 주물사가 토출되는 것을 방지하기 위한 필터가 마련된다.
상기 냉각 수단은 상기 주물사 토출 노즐의 외부에 냉각재를 분사하는 냉각재 분사기를 포함하거나, 통기구를 통하여 상기 주물사 토출 노즐의 내부에 냉각재를 분사하는 냉각재 분사기를 포함할 수 있다.
또한, 전술된 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주형 제조 방법은 전술된 주물사 충전 장치를 이용하여 열경화성 주물사를 주형틀 내에 충전하여 주형을 제조하는 방법에 있어서, 주물사를 토출시키는 주물사 토출 노즐을 주형틀의 주물사 주입구 내에 삽입하는 단계와, 상기 주물사 토출 노즐을 통하여 주물사를 주형틀 내에 삽입하는 단계와, 상기 주물사 토출 노즐에 부압을 인가하여 상기 주물사 토출 노즐 내에 주물사를 보유하는 단계와, 상기 주물사 주입구에서 주물사 토출 노즐을 제거하는 단계를 포함하고, 늦어도 상기 주물사 토출 노즐을 제거하는 단계 전에는 상기 주물사 토출 노즐을 냉각시키는 단계를 포함한다.
상기 주물사 토출 노즐을 냉각시키는 단계는 상기 주물사 토출 노즐을 주형틀의 주물사 주입구 내에 삽입하는 단계 전에 이루어질 수 있다. 상기 주물사 토출 노즐을 제거하는 단계 후에는 주형틀의 주물사 주입구 내에 잔류하는 주물사를 다지는 단계를 포함할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 주물사 충전 장치의 전체 개략도 및 주요부의 확대 부분 단면도이다. 도4a 내지 도4e를 참고로 설명된 종래 기술에서와 유사하게, 본 발명에 따른 주물사 주입 장치는 열경화성 주물사(12)를 보유하고 있는 샌드 매거 진(10)과, 샌드 매거진 바닥부(11)에 부착된 다수의 주물사 토출 노즐(20)을 포함한다. 주물사 토출 노즐(20)의 측부에는 통기구(21)가 형성되고, 상기 통기구(21)에는 부압(NP)이 인가되어 주물사 토출 노즐(20) 내에 주물사(12)가 보유되도록 한다. 부압 인가시 통기구에는 통기구(21)를 통하여 주물사(12)가 외부로 누출되는 것을 방지하기 위한 필터(22)가 마련되어 있다. (이는 아래에서 다시 설명된다.) 상기 통기구(21)의 외측 내주연에는 부압 인가에 필요한 파이프 등을 연결하기 위한 나사산이 형성되어 있다. 주물사(12)의 토출 및 보유를 용이하게 하기 위하여 샌드 매거진 내부의 주물사 토출 노즐(20) 구멍 상부에 형성된 방사판(13)을 포함할 수 있다.
도2a 내지 도2e는 본 발명에 따른 주물사 충전 장치를 이용한 주형 제조 공정을 단면도로 도시한 도면이다. 도2a 내지 도2e에 도시된 본 발명에 따른 주형 제조 공정 앞서 도4a 내지 도4e를 참고로 설명한 종래의 공정과 다르지만 기본적으로, 주형틀 내에 충전된 주물사를 경화하기 위하여 주형틀의 온도는 대략 섭씨 250 내지 300도로 가열되고 이러한 온도는 통상 유지되고, 주물사 토출 노즐(20)은 이러한 온도의 주형틀의 주물사 주입구(53) 내에 삽입된 상태로 주물사를 주형틀 내에 충전하게 된다. 또한, 도2a 내지 도2e에 도시된 주형 제조 공정은 통상 반복적으로 이루어지기 때문에, 주물사 토출 노즐(20)이 주형틀의 주물사 주입구(53) 내에 삽입되기 전에도 주물사 토출 노즐(20)은 어느 정도 가열되어 있는 상태이다. 따라서, (아래에서 설명되겠지만) 주물사 토출 노즐(20) 내에 존재하게 될 주물사가 경화되지 않도록 주물사 토출 노즐(20)을 냉각 시키는 것이 바람직하다. 즉, 도2a에 도시된 바와 같이, 주물사 토출 노즐(20)을 주형틀의 주물사 주입구(53) 내에 삽입하기 전에, 주물사 토출 노즐(20)의 외부에는 냉각재 분사기(30)에 의해 냉각재(40)가 분사되어 주물사 토출 노즐(20)이 냉각된다. 주물사 토출 노즐(20)을 냉각시키기 위한 냉각 수단으로서 이러한 냉각재 분사기(30) 이외에 실온에서의 공냉 등 다양한 방법으로 주물사 토출 노즐(20)을 냉각시킬 수 있다. 이러한 방법에 대해서는 아래에서 다시 설명하고자 한다.
도2b에 도시된 바와 같이, 주물사 토출 노즐(20)은 주형틀의 주물사 주입구(53) 내에 삽입된 다음, 샌드 매거진 내에 압력(P)이 인가되어 주물사 주입구(53) 내에 삽입된 주물사 토출 노즐(20)을 통하여 주물사(12)가 주형틀(51, 52) 내에 충전된다. 주물사(12)의 충전이 완료되면, 샌드 매거진 내에 인가된 압력(P)은 해제되고, 통기구(21)에는 부압(NP)이 인가된다. 이러한 부압(NP)에 의해 통기구(21)에 설치된 필터(22)에 의해 주물사는 통기구(21)를 빠져나오지 못하고 주물사들 사이의 공기만이 통기구(21)를 빠져나오게 되어, 주물사 토출 노즐(20) 내의 주물사(12b)는 주물사 토출 노즐(20) 내에 보유되도록 한다. 통기구(21)에 부압(NP)이 인가된 상태로 주물사 토출 노즐(20)이 주형틀(51, 52)에서 후퇴하게 되면, 도2c에 도시된 바와 같이, 주물사 토출 노즐(20) 내에는 경화되지 않은 소량의 주물사(12c)만이 잔류하게 된다. 이때, 주물사 토출 노즐(20) 내의 주물사에 경화가 진행되기 전에, 주물사 토출 노즐(20)은 주형틀(51, 52)에서 가능한 신속히 후퇴하여야 한다.
도2d에 도시된 바와 같이, 주형틀(51, 52)에서 후퇴된 샌드 매거진(10)은 옆 으로 이동하고 정형핀(50)을 주형틀의 주물사 주입구(53) 내에 삽입하여 잔류된 소량의 주물사(12c)를 가압함으로써 주물사(12C)는 다져지게 된다. 이때, 주형틀에는 주물사가 경화가 진행되고, 통기구(21)에 인가된 부압(NP)은 제거되어 주물사 토출 노즐(20) 내에의 경화되지 않은 주물사는 별도로 준비된 용기에 수집되어 재활용된다. 이와 같이 주형 제작이 완료되면, 다음 주형의 제작을 위해 도2a에 도시된 단계로 되돌아간다. 이때, 도2a에 도시된 바와 같이, 냉각재 분사기(30)에 의해 주물사 토출 노즐(20)의 외부에 냉각재(40)를 분사시켜 주물사 토출 노즐(20)을 냉각시키는 대신, 도2e에 도시된 바와 같이, 부압(NP) 인가를 위한 통기구(21) 내에 냉각재(40)를 분사시켜 주물사 토출 노즐(20)의 내부를 냉각시킬 수 있다. 이러한 방식의 주물사 토출 노즐(20) 냉각은 냉각과 동시에 주물사 토출 노즐(20) 내에 잔류할 수 있는 경화된 주물사를 세척하는 기능도 함께 한다.
이상의 설명에서는 주물사 토출 노즐(20)을 주형틀의 주물사 주입구(53)에 주입되지 않은 상태에서 냉각 수단에 의해 주물사 토출 노즐(20)을 냉각하였으나, 주물사 토출 노즐(20)의 구성을 일부 변형하여 주물사 토출 노즐(20)의 냉각을 보다 더 용이하게 할 수 있다. 도3a 및 도3b는 본 발명에 따른 주물사 충전 장치의 주물사 토출 노즐에 냉각재 분사기(30)의 냉각재 토출구가 형성된 본 발명의 다른 실시예를 도시한다.
주물사 토출 노즐(20)의 외부 일 측면을 향하도록 냉각재 분사기(30)의 냉각재 토출구가 주물사 토출 노즐(20)에 부착될 수 있다. 통상의 경우, 샌드 매거진에는 복수개의 주물사 토출 노즐(20)이 부착되어 있으므로, 도3a에 도시된 바와 같 이, 각각의 냉각재 토출구(31)는 냉각재 통로(32)에 의해 서로 연결되어 냉각재 통로(32)의 일 단부에서 냉각 분사기(30)로부터 냉각재를 공급받을 수 있다. 또한, 냉각재 토출구(31)는 도3b에 도시된 바와 같이 냉각재 토출구(33)는 주물사 토출 노즐(20)의 외주연을 따라 형성되어, 냉각재(40)가 주물사 토출 노즐(20)의 전체를 고르게 냉각시킬 수 있다. 이때에도, 각각의 냉각재 토출구(33)는 냉각재 통로(34)에 의해 서로 연결되어 냉각재 통로(34)의 일 단부에서 냉각 분사기(30)에 의해 냉각재를 공급받을 수 있다. 전술된 바와 달리, 이러한 구성에 의해서는 주물사 토출 노즐(20)이 주형틀의 주물사 주입구(53)에 삽입된 상태에서도 주물사 토출 노즐(20)의 냉각이 가능하여 주물사 토출 노즐(20) 내에 있는 주물사의 경화를 보다 더 효과적으로 방지할 수 있다.
전술된 상기 구성에 따라서, 본 발명의 주물사 충전 장치는 필요한 양의 주물사만을 사용하여 주형을 제조하기 때문에, 불필요한 주물사의 낭비를 제거하여, 주형의 제작 비용을 낮출 수 있다.
더욱이, 본 발명의 주물사 충전 장치는 주형틀의 주물사 주입구 내에 주물사가 잔류하지 않게 되어, 주형에 부착된 불필요한 주물사를 제거해야 하는 후속 공정이 제거되어, 제작 공정이 짧아진다. 특히, 주물사의 경화 중에 주물사 토출 노즐이 주형틀 외부에 존재하게 되어, 주물사의 경화 중에도 다음 공정을 위한 준비가 가능하여 주형의 제작 시간이 단축된다.

Claims (8)

  1. 열경화성 주물사를 보유하는 샌드 매거진과,
    상기 샌드 매거진에 부착되어 주물사를 주형틀 내에 충전시키기 위해 주물사를 토출하는 주물사 토출 노즐과,
    상기 주물사 토출 노즐의 외주연을 따라서 형성된 냉각재 토출구와 상기 냉각재 토출구와 유체 연통하는 냉각재 통로를 포함하고, 상기 냉각재 통로를 통하여 냉각재가 공급되는 냉각수단과,
    상기 주물사 토출 노즐의 측부에는 부압을 인가하기 위한 통기구가 형성되고, 상기 통기구에는 통기구를 통하여 상기 주물사가 토출되는 것을 방지하기 위한 필터가 마련된 것을 특징으로 하는 주물사 충전 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 냉각 수단은 상기 주물사 토출 노즐의 외부에 냉각재를 분사하는 냉각재 분사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 주물사 충전 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 냉각 수단은 통기구를 통하여 상기 주물사 토출 노즐의 내부에 냉각재를 분사하는 냉각재 분사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 주물사 충전 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1 내지 청구항 3에 따른 주물사 충전 장치를 이용하여 열경화성 주물사를 주형틀 내에 충전하여 주형을 제조하는 방법에 있어서,
    주물사를 토출시키는 주물사 토출 노즐을 주형틀의 주물사 주입구 내에 삽입하는 단계와,
    상기 주물사 토출 노즐을 통하여 주물사를 주형틀 내에 삽입하는 단계와,
    상기 주물사 토출 노즐에 부압을 인가하여 상기 주물사 토출 노즐 내에 주물사를 보유하는 단계와,
    상기 주물사 주입구에서 주물사 토출 노즐을 제거하는 단계를 포함하고,
    늦어도 상기 주물사 토출 노즐을 제거하는 단계 전에는 상기 주물사 토출 노즐을 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주형 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 주물사 토출 노즐을 냉각시키는 단계는 상기 주물사 토출 노즐을 주형틀의 주물사 주입구 내에 삽입하는 단계 전에 이루어지는 것을 특징으로 하는 주형 제조 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 주물사 토출 노즐을 제거하는 단계 후에는 주형틀의 주물사 주입구 내에 잔류하는 주물사를 다지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주형 제조 방법.
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