KR100598464B1 - 자동 원심 주조 장치 및 그것의 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 자동 원심 주조 장치는, 인덱스 모터에 의해 일정 각도씩 회전 구동되는 금형 테이블과; 상기 금형 테이블 위에 일정 간격마다 배치되어 원심 주조 방식으로 실을 제조할 수 있는 금형이 위치되는 복수개의 금형 베이스와; 상기 복수개의 금형 베이스 중 일정 위치로 이동한 하나 이상의 금형 베이스를 회전 구동시키도록 설치된 하나 이상의 금형회전모터와; 상기 금형 베이스가 상기 금형회전모터가 위치한 일정 위치로 이동하면 회전력을 전달하는 양쪽 기어가 바로 결합되도록 하는 기어결합수단과; 상기 금형 테이블의 실 취출 위치에 구비되어 상기 금형에서 제조된 원심 주조된 실을 취출하여 이송하는 실취출/이송 장치를 포함하여 구성됨으로써, 금형회전모터와 금형 베이스 사이의 동력 전달 구조가 간단하면서도 상호 결합 시간이 단축되어 전체적으로 실 생산 능력이 향상될 수 있는 효과가 있다.

Description

자동 원심 주조 장치 및 그것의 금형{Automatic centrifugal casting apparatus and its mold}

도 1은 본 발명에 따른 자동 원심 주조 장치가 포함된 실 자동 생산 시스템이 도시된 도면,

도 2는 본 발명에 따른 자동 원심 주조 장치가 도시된 정단면도,

도 3은 본 발명에 따른 자동 원심 주조 장치가 도시된 평면 구성도,

도 4는 도 2의 "A" 부분 상세도,

도 5는 본 발명에 따른 자동 원심 주조 장치의 기어 치합 구조가 도시된 주요부 개략도,

도 6은 도 2의 "B" 부분 상세도,

도 7은 본 발명에 따른 자동 원심 주조 장치에 사용되는 금형이 도시된 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 용해로 2 : 용탕주입장치

3 : 원심 주조 장치 4 : 금형

4A : 상형 4B : 하형

4C : 삽입형 5 : 금형 테이블

6 : 실취출/이송장치 7 : 중량 측정장치

9 : 디버링 장치 12 : 컨베이어

13 : 실 냉각장치 15 : 사상 가공기

17 : 연삭 가공기 19 : 실 세척부

20 : 랩핑 가공기 23 : 컨베이어

31 : 베이스 41 : 금형 베이스

42 : 회전축 43, 46 : 기어

45 : 금형회전모터 51 : 인덱스 모터

61 : 상형 분리기구 62 : 클램프 기구

63 : 수직 이송기구 64 : 유압 실린더

65 : 클램프 이송기구 66 : 클램프 기구

68 : 수평 이송기구

본 발명은 궤도 차량의 트랙 롤러 등에 사용되는 플로팅 실(floating seal)을 제작하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 기존의 쉘 몰드(shell mold) 주조 방식이 아닌 원심력을 이용한 원심주조 방식으로 복수개의 금형을 연속 회전시키면서 자동으로 플로팅 실을 생산할 수 있는 원심 주조 장치 및 그것의 금형에 관한 것이다.

일반적으로 무한궤도는 포크레인이나 불도저와 같이 농업용, 토목용 차량 등에 사용되며, 군사적으로는 전차, 장갑차 등에 사용되고 있다.

무한궤도차량에는 바퀴 역할을 하는 체인벨트가 회전하도록 지지하는 트랙 롤러가 구비된다. 이 트랙 롤러에는 회전 마찰을 감소시켜 마모를 줄일 수 있도록 내부에 윤활유가 충진되어 있는데, 이 윤활유가 외부로 누출되거나 외부에서 이물질이 유입되는 것을 방지하도록 플로팅 실(floating seal)이 장착된다.

상기 플로팅 실을 제조하는 방법은 용탕을 원심 주조 금형에 주입한 다음, 원심 주조 방식으로 원형링 형상의 실을 제작하고, 사상 공정, 연삭 공정, 래핑 공정을 거치면서 원형링 형상의 실을 정밀하게 가공하여 생산하게 된다.

그러나, 종래 플로팅 실을 제조하는 장치는 각 금형을 회전시키는 금형 베이스가 금형 테이블의 회전에 따라 특정 위치로 이동할 경우에 금형회전모터의 구동력을 전달받아 회전하도록 구성되어 있는데, 금형 테이블이 회전하여 이동을 멈춘 상태에서 상기 금형 베이스 밑에 있는 구동부와 상기 금형회전모터가 체인으로 연결되어 회전동력을 전달하게 되므로, 상기 금형회전모터에서 상기 금형 베이스로의 동력 전달 구조가 복잡하고, 체인 연결 시간 동안 일정시간 멈춘 후 동력 전달이 이루어지므로 실을 제조하는 시간도 많이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 종래 플로팅 실을 제조하는 장치에 사용되는 금형은 하형과 상형으로 구성되어 그 안에서 실이 형성되는데, 장시간 사용하게 되면 상형의 내부가 변형되어 상형 전체를 교체해 주어야 하므로 금형 교체 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 금형 베이스가 금형회전모터가 위치되는 위치로 이동하면 바로 금형회전모터의 회전동력을 전달받을 수 있도록 구성함으로써 동력 전달 구조가 간단하면서도 상호 결합 시간이 단축되어 실 생산성이 향상될 수 있도록 하는 자동 원심 주조 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상형과 하형 사이에 교체 가능한 삽입형을 장착함으로써 금형 교체 비용을 절감할 수 있는 자동 원심 주조 장치의 금형을 제공하는 데 목적이 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 자동 원심 주조 장치는, 인덱스 모터에 의해 일정 각도씩 회전 구동되는 금형 테이블과; 상기 금형 테이블 위에 일정 간격마다 배치되어 원심 주조 방식으로 실을 제조할 수 있는 금형이 위치되는 복수개의 금형 베이스와; 상기 복수개의 금형 베이스 중 일정 위치로 이동한 하나 이상의 금형 베이스를 회전 구동시키도록 설치된 하나 이상의 금형회전모터와; 상기 금형 베이스가 상기 금형회전모터가 위치한 일정 위치로 이동하면 회전력을 전달하는 양쪽 기어가 바로 결합되도록 하는 기어결합수단과; 상기 금형 테이블의 실 취출 위치에 구비되어 상기 금형에서 제조된 원심 주조된 실을 취출하여 이송하는 실취출/이송 장치를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 자동 원심 주조 장치의 금형은, 상기 금형 베이스에 결합되어 회전되는 하형과, 상기 하형의 상측에 결합되는 상형과, 상기 상형 내측에 결합되어 상기 하형과의 사이에서 플로팅 실이 형성되도록 하는 교체 가능한 삽입형을 포함한 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 자동 원심 주조 장치가 포함된 플로팅 실을 제작하기 위한 자동 생산 시스템이 도시된 구성 도면이다.

본 발명의 자동 원심 주조 장치가 포함된 플로팅 실을 제작하기 위한 자동 생산 라인은, 도 1에 도시된 바와 같이, 용해로(1)로부터 플로팅 실을 형성하기 위한 용탕을 금형(4)에 일정량씩 공급하는 용탕주입장치(2)와, 금형 테이블(5) 위에 서 회전하는 상기 금형(4)이 구비되어 원심 주조 방식으로 실을 형성하는 자동 원심 주조 장치(3)와, 상기 원심 주조 장치(3)에서 취출된 실의 중량을 측정하는 중량 측정장치(7)와, 상기 중량측정장치(7)에서 중량측정이 끝난 실의 내외경에 잔존하는 버를 제거하는 디버링 장치(9)와, 상기 원심 주조장치(3), 중량 측정장치(7), 디버링장치(9)의 순서대로 실을 이송하는 실 취출/이송장치(6)가 구성된다.

그리고, 상기 디버링 장치(9)에서 버 제거를 마친 실을 이송하는 컨베이어(12)와, 상기 컨베이어(12)를 통과하는 실을 공냉 방식으로 냉각시키기 위해 블로워가 구비된 실 냉각장치(13)와, 상기 컨베이어(12)를 통해 상기 실 냉각장치(13)를 통과한 상기 실의 내주면을 가공하는 사상 가공기(15)와, 상기 사상 가공기(15)와 나란히 위치되어 사상 가공된 실의 일면을 가공하는 연삭 가공기(17)와, 상기 연삭 가공기(17)에서 가공된 실을 정밀 가공하는 랩핑 가공기(20)와, 상기 연삭 가공부(17)와 랩핑 가공부(20) 사이에 위치되어 상기 연삭 가공된 실을 세척하기 위한 실 세척부(19)와, 상기 랩핑 가공기(20)에서 배출된 실을 배출하는 컨베이어(23)를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 플로팅 실을 제작하기 위한 자동 생산 시스템에 구비되는 본 발명에 따른 자동 원심 주조 장치를 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

도 2는 자동 원심 주조 장치가 도시된 정단면도이고, 도 3은 원심 주조 장치가 도시된 평면 구성도이며, 도 4는 도 2의 "A" 부분 상세도, 도 5는 기어 결합 구조가 도시된 개략도, 도 6은 도 2의 "B" 부분 상세도이다.

본 발명에 따른 자동 원심 주조 장치(3)는, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같 이, 전체를 지지하는 베이스(31)와, 상기 베이스(31)의 상측에 회전 가능하게 설치되는 금형 테이블(5)과, 상기 금형 테이블(5)을 일정 각도씩 회전 구동시키는 인덱스 모터(51)와, 상기 금형 테이블(5) 위에 플로팅 실을 제조할 수 있는 금형(4)이 위치되도록 일정 간격마다 배치되는 복수개의 금형 베이스(41)와, 상기 금형 테이블(5) 하측에 복수개 설치되어 상기 복수개 금형 베이스(41)를 회전 구동시키는 금형회전모터(45)와, 상기 복수개의 금형 베이스(41)가 상기 금형회전모터(45)가 설치된 위치로 회전되면 상기 금형 베이스(41)가 회전되도록 회전력을 전달하는 기어(43)가 상기 금형회전모터(45)의 기어에 자동으로 치합되도록 하는 기어결합기구와, 상기 금형 테이블(5)에서 실을 취출하는 위치에 구비되어 상기 금형(4)에서 제조된 원심 주조된 실을 취출할 수 있도록 이루어진 실 취출/이송 장치(6)를 포함하여 구성된다.

상기 금형 테이블(5) 위에는 도 3에서와 같이 상기 금형 베이스(41)가 60도 간격으로 6개가 배치된다. 여기서 41A는 금형(4)이 회전하면서 용탕이 주입되는 위치이고, 41C는 금형(4)을 예열하고 상형(4A)을 냉각하는 위치이며, 41D는 실이 취출됨과 아울러 금형(4) 냉각 및 에어 클리닝이 이루어지는 위치이고, 41F는 상형(4A) 냉각 및 금형(4)에 아세틸렌 도포가 이루어지는 위치이다.

물론, 상기 각각의 위치에는 금형(4)을 예열 냉각하는 장치 및 에어 클리닝 및 아세틸렌 도포 기구 등이 설치된다.

상기 금형 베이스(41)는 도 4에 도시된 바와 같이 금형(4)의 하형(4B)이 결합되도록 구성되고, 상기 금형회전모터(45)로부터 회전력을 전달받는 기어(43)로부 터 회전축(42)으로 연결되어 회전하도록 구성된다. 물론, 상기 회전축(42)의 둘레에는 상기 금형 테이블(5)에 설치되는 베어링에 의해 지지된다.

상기 금형회전모터(45)는 도 3에서와 같이 용탕 주입 위치(41A), 금형 예열 및 냉각 위치(41C), 아세틸렌 가스 도포 위치(41F)에 3 개가 설치된다.

여기서, 상기 금형회전모터(45)와 상기 금형 베이스(41)의 기어(43)(46)를 결합하는 기어결합기구는 도 5에서와 같이 상기 금형 베이스(41)측 기어(43)와 금형회전모터(45)측 기어(46)가 상호 접촉시 충돌하지 않고 결합되도록 기어치(43G)(46G)의 센터 라인(L₁)(L₂)을 중심으로 양측으로 챔퍼(C) 가공되어 형성된다.

상기 실취출/이송 장치(6)는 도 6에 상세히 도시된 바와 같이 상기 금형(4)의 상형(4A)을 상하 이동시키는 상형 분리기구(61)와, 상기 하형(4B) 위에 원심 주조되어 형성된 실을 들어 올려 이동시키는 클램프 이송기구(65)로 구성된다.

상기 상형 분리기구(61)는 상기 상형(4A)을 잡아주는 클램프 기구(62)와, 상기 베이스(31)에 설치되어 상기 클램프 기구(62)를 상하 이동시키는 수직 이송기구(63)로 구성된다. 상기 수직 이송기구(63)는 유압 실린더(64)에 의해 상하로 작동되도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 클램프 이송기구(65)는 상기 하형(4B)에 위치된 실(S)을 잡아주는 클램프 기구(66)와, 상기 클램프 기구(66)가 설치되어 수직 및 수평 이동되면서 상기 중량 측정 장치(7)와 디버링 장치(9)로 연속하여 이송할 수 있도록 구성된 수평 이송기구(68)로 구성된다.

한편, 상기 금형(4)은 도 7에 도시된 바와 같이 상기 금형 베이스(41)의 상에 설치되어 고정되는 하형(4B)과, 상기 하형(4B)의 상측에 결합되는 상형(4A)과, 상기 상형(4A) 내측에 삽입되어 상기 하형(4B)과의 사이에서 원심 주조 실(S)이 형성되도록 하는 삽입형(4C)을 포함하여 구성된다.

상기 삽입형(4C)은 장시간 사용에 따라 실이 형성되는 부분이 변형되거나 마모될 경우에 쉽게 교체할 수 있도록 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 자동 원심 주조 장치 및 그것의 금형의 작용을 설명하면 다음과 같다.

플로팅 실을 형성하기 위해 용탕주입장치(2)의 작동으로 용탕 주입컵(2a)이 용해로(1)로부터 용탕을 떠와서 원심 주조 장치(3)의 용탕 주입 위치(41A)에 도달하게 되면, 용탕 주입 위치(41A)에 위치된 금형 베이스(41)가 500 ~ 3000rpm의 적절한 속도로 회전하면서 금형(4)을 회전시키게 된다. 이와 같은 상태에서 용탕 주입컵(2a)이 기울어지면, 용탕이 회전하는 금형(41)에 주입되면서 원심 주조를 하게 된다.

즉, 주입된 용탕은 금형(4)의 원심력으로 외경방향으로 퍼져나가게 되어 외경은 금형(4)의 형상과 동일하고, 내경은 원형으로 파여 있는 플로팅 실을 만들 수 있게 된다.

여기서 원심주조로 실을 효과적으로 주조하기 위해서는 적절한 두께의 아세틸렌 그을음 도포가 필요하며, 금형(4) 온도가 적당한 범위 내에 있게 하기 위해 금형 온도를 지속적으로 체크하여 금형 온도가 낮거나 높을 경우, 금형 예열 및 냉각 작업을 통해 금형(4)이 최적의 상태를 유지하도록 해야 한다.

이를 위해 도 3에 도시된 바와 같이 다음의 공정들이 상기 금형 테이블(5) 위에서 이루어진다. 상기 용탕 주입 위치(41A) 다음의 위치(41B)에서 상형(4A)의 온도를 체크하고 상형(4A)의 온도가 높으면 냉각을 한다. 이후 41C 위치에서는 금형(4) 예열 및 냉각을 할 수 있게 만들어 41B 위치에서의 상형(4A) 온도 체크 결과에 따라 금형(4)을 예열 또는 냉각해 준다. 41E 위치에서는 금형 예열, 상형(4A)과 하형(4B) 냉각 및 하형의 온도를 측정할 수 있다. 따라서, 41B 위치에서 상형(4A)의 온도를 41E 위치에서 하형(4B)의 온도를 비접촉식 온도계를 이용하여 측정된 결과를 토대로 상형(4A)과 하형(4B)을 예열하거나 냉각시키게 된다.

41F 위치에서는 상형(41A)의 냉각 및 아세틸렌 그을음을 도포하는 곳으로 아세틸렌 그을음은 실과 금형(4)이 서로 붙지 않게 만들며 실의 외관을 향상시켜 주는 매우 중요한 역할을 하고 있으며, 아세틸렌 그을음은 얇고 균일하게 도포될수록 우수한 특성을 나타낸다.

상기와 같은 금형 테이블(5)에서 원심 주조된 실은 41D 위치에서 상기 실취출/이송 장치(6)에 의해 취출되며, 취출 후 금형(4)의 냉각 및 금형 위의 잔류 버를 제거하기 위해 압축 공기를 불어 금형 내부를 청소하게 된다.

한편, 상기 실취출/이송 장치(6)에서 상형 분리기구(61)의 클램프 기구(62)에는 상형(4A)을 들어올릴 때 가운데에 상형(4A)을 눌러줄 수 있는 스프링이 장착되어 있어 보다 안정적으로 상형(4A)을 잡아 탈착이 용이하게 이루어진다.

특히, 상기 금형 테이블(5)은 인덱스 모터(51)를 이용하여 정해진 각도만큼 움직이게 되는데, 금형 테이블(5)이 회전하면서 금형 베이스(41)가 도 3에서와 같이 용탕 주입 위치(41A), 금형 예열 및 냉각 위치(41C), 아세틸렌 가스 도포 위치(41F)에 위치되면, 금형 베이스(41)의 각각의 기어(43)가 상기 금형회전모터(45)의 각각의 기어(46)에 바로 치합되어 결합되면서 바로 회전할 수 있게 된다.

이는 종래에 인덱스 모터가 정지한 다음, 체인을 금형 베이스 밑에 있는 구동부에 맞춘 다음, 회전력을 전달할 수 있도록 구성되어 있었지만, 본 발명에서는 도 5에서와 같이 기어치(43G)(46G)의 양측에 챔퍼(C)가 형성되어 금형 베이스(41)가 금형회전모터(46)가 위치된 곳으로 이동하면 바로 양측 기어(43G)(46G)가 치합되면서 금형회전모터(46)의 회전력을 전달받아 회전할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같은 원심 주조 장치에 사용되는 금형(4)은 도 7에 도시된 바와 같이 실(S)의 윗부분(u) 형상이 내측으로 들어간 부분이 있으므로 상형(4A)을 분리할 때 용이하게 분리될 수 있도록 상형(4A)의 열팽창률이 실의 소재보다 작은 소재로 된 금형을 사용해야 되므로 금형의 비용이 증가하게 된다.

따라서 본 발명에서는 상형(4A)의 가운데 부분에 분리하여 교체 가능한 삽입형(4C)을 설치하여, 삽입형(4C)의 수명이 다하면 수명이 다한 부분을 가공하여 보다 큰 내경을 가지는 실 제품의 금형을 만들 수 있으며, 이와 같이 새로운 금형을 만들더라도 가운데 부분에 위치된 삽입형(4C)만 가공하여 만들면 되므로 금형 유지 비용을 절감할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 자동 원심 주조 장치는, 금형회전모터와 금형 베이스 사이에 상호 걸리지 않는 챔퍼 가공된 기어를 사용하기 때문에 금형회전모터와 금형 베이스 사이의 동력 전달 구조가 간단하면서도 상호 결합 시간이 단축되어 전체적으로 실 생산 능력이 향상될 수 있는 이점이 있다.

상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명에 따른 자동 원심 주조 장치의 금형은, 상형과 하형 사이에 교체 가능한 삽입형이 장착되기 때문에 금형 교체 비용을 절감할 수 있는 이점도 있다.

Claims (6)

1. 인덱스 모터에 의해 일정 각도씩 회전 구동되는 금형 테이블과;

   상기 금형 테이블 위에 일정 간격마다 배치되어 플로팅 실을 제조할 수 있는 금형이 위치되는 복수개의 금형 베이스와;

   상기 복수개의 금형 베이스 중 일정 위치로 이동한 하나 이상의 금형 베이스를 회전 구동시키도록 설치된 하나 이상의 금형회전모터와;

   상기 금형 베이스가 상기 금형회전모터가 위치한 일정 위치로 이동하면 회전력을 전달하는 양쪽 기어가 바로 결합되도록 하는 기어결합수단과;

   상기 금형 테이블의 실 취출 위치에 구비되어 상기 금형에서 제조된 원심 주조된 실을 취출하여 이송하는 실취출/이송 장치를 포함한 것을 특징으로 하는 자동 원심 주조 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 금형 테이블에는 상기 금형을 예열 및 냉각시키는 기구가 구비된 것을 특징으로 하는 자동 원심 주조 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 기어결합수단은 상기 금형 베이스 측 기어와 금형회전모터 측 기어가 상호 접촉시 충돌하지 않고 결합되도록 기어치의 센터를 중심으로 양측으로 챔퍼 가공되어 형성된 것을 특징으로 하는 자동 원심 주조 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 실취출/이송수단은 상기 금형의 상형을 상하 이동시키는 상형 분리기구와, 상기 하형 위에 위치된 플로팅 실을 들어 올려 이동시키는 클램프 이송기구를 포함한 것을 특징으로 하는 자동 원심 주조 장치.
6. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 금형은 상기 금형 베이스에 결합되어 회전되는 하형과, 상기 하형의 상측에 결합되는 상형과, 상기 상형 내측에 결합되어 상기 하형과의 사이에서 플로팅 실이 형성되도록 하는 교체 가능한 삽입형을 포함한 것을 특징으로 하는 자동 원심 주조 장치.

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