KR100919644B1 - 원심 주조 금형용 베어링 장치 - Google Patents

원심 주조 금형용 베어링 장치

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KR100919644B1
KR100919644B1 KR1020047009056A KR20047009056A KR100919644B1 KR 100919644 B1 KR100919644 B1 KR 100919644B1 KR 1020047009056 A KR1020047009056 A KR 1020047009056A KR 20047009056 A KR20047009056 A KR 20047009056A KR 100919644 B1 KR100919644 B1 KR 100919644B1
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bearing
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annular
centrifugal casting
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리비오 아투로 라미레즈
안토니오 사르도
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월풀 에쎄.아.
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Abstract

상부 베어링(30)과 하부 베어링(40)에 각각 회전 가능하게 장착되어 있는 상부 금형부(10)와 하부 금형부(20)를 포함하는 원심 주조 금형용의 베어링 장치로서, 상기 하부 베어링(40)은, 기계 구조체(E)에 부착되고 내측에서 하부 금형부(20)에 대하여 반경방향 간극을 형성하는 평탄한 제1 링(41)과; 평탄한 제1 링(41) 상에 놓여지는 구체(44)를 지지하고, 외측 및 내측에서 기계 구조체(E)와 하부 금형부(20) 각각에 대하여 반경방향 간극을 형성하는 환형 케이지(42); 및 바로 아래의 환형 케이지(42)의 구체(44) 상에 놓여지고, 외측 및 내측에서 기계 구조체(E)와 하부 금형부(20) 각각에 대하여 반경방향 간극을 형성하는 평탄한 제2 링(45)을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심 주조 금형용 베어링 장치가 개시되어 있다. 하부 금형부(20)는 환형의 원추형 시트(25)를 구비하고, 금형(M)이 폐쇄된 때, 상기 환형의 원추형 시트(25) 상에, 상부 금형부(10)에 합체되어 있는 환형의 원추형 가이드(15)가 놓여진다.

Description

원심 주조 금형용 베어링 장치{BEARING ARRANGEMENT FOR A CENTRIFUGAL CASTING MOLD}
본 발명은, 전동기 회전자, 특히 소형 냉장 시스템의 밀폐형 압축기에 사용되는 것과 같은 소형 전동기의 회전자의 강제(鋼製) 적층체 더미 내에 알루미늄 또는 다른 적당한 재료로 형성되는 케이지(cage)의 원심 주조(centrifugal casting)에 사용되는 2 부품 금형(two-piece mold)을 위한 베어링 장치에 관한 것이다.
회전자의 알루미늄 케이지의 원심 주조는 종래 기술에 이미 알려져 있고, 그 회전자는, 더미(stack)의 단부 적층체들의 외면을 상호 연결하는 다수의 축방향 채널을 형성하기 위해 더미의 다른 적층체의 개구부와 길이방향으로 정렬되는 개구부를 구비한 중첩된 환형 강제 적층체들로 이루어진 더미에 의해 형성되고, 상기 다수의 축방향 채널은 적층체 더미의 종축선에 대하여 동심의 원형 정렬부를 따라 소정의 각도 간격을 가지고 서로 떨어져 있지만, 적층체 더미의 측면으로부터 반경방향 후방으로 떨어져 있다.
종축선이 수직 방향으로 배치된 적층체 더미는, 하단 적층체의 외면에 근접하는 하부 환형 공동(空洞)과, 상단 적층체의 외면에 근접하고 또한 금형 내로의 알루미늄의 도입을 위한 채널로 개방된 실질적으로 원통형 또는 절두 원추형의 상부 공동을 획정(劃定)하는 금형의 내부에 배치되어 있다.
알루미늄 주입 중에, 적층체 더미는, 후에 전동기의 샤프트가 장착되는 중앙 축방향 보어를 가지고, 이 보어에는 코어가 채워진다. 이 코어는 적층체 더미의 상단 적층체와 실질적으로 동일한 높이에 있는 상단부와, 적층체 더미의 중앙 축방향 구멍의 하단 확장부 및 금형의 하부 공동을 획정하는 부분에 놓여지는 상단 하부 확장부를 가진다.
알루미늄은 하부 공동 내로 주입되는데 있어서 적층체 더미의 축방향 채널을 통과하여 하부 공동에 이르고, 하부 공동, 축방향 채널, 상부 공동을 차례로 채우고, 금형이 그의 수직 축선을 중심으로 회전하고 금속이 냉각됨에 따라, 반경방향 내측 상향의 패턴으로 응고된다.
알루미늄 주입과 응고가 완료되면, 금형이 개방되고, 형성된 회전자는, 입구 채널을 제거하고, 적층체 더미의 중앙 축방향 보어의 인접 단부를 차단하지 않게 하고, 또한 알루미늄 케이지의 상부 링을 위한 정확한 내부 윤곽을 획정하는 하나 이상의 공정을 거친다. 상기 알루미늄 케이지는, 금형에 의해 이미 형성된 단일체의 하부 링과, 적층체 더미의 축방향 채널의 내부에 형성된 다수의 바(bar)를 더 포함한다.
회전자의 원심 주조에 있어서는, 금형의 상부 및 하부 공동과 적층체 더미 자체가 가열되어, 알루미늄이 응고하는 일 없이 상부 공동과 적층체 더미의 축방향 채널을 통과하여, 중력에 의해 하부 공동에 도달하여 하부 공동을 채우고, 금형이 회전함에 따라 외측으로부터 내측으로 그리고 바닥으로부터 위쪽으로 응고하기 시작한다.
적층체 더미를 내포하고 적층체 더미의 위아래를 고정하는 주조 금형이 그의 수직 종축선을 중심으로 회전하도록 하기 위해, 금형의 상부 공동과 하부 공동 각각이 주조장치의 구조체에 의해 지지되어 있는 상부 베어링 및 하부 베어링 상에 장착되어 있다.
상기한 타입의 베어링 장치에서는, 상부 공동의 축선과 하부 공동의 축선의 동심성 및 평행도에 있어서의 편차의 발생이 금형의 회전 중에 금형과 적층체 더미 모두의 진동을 야기하고, 이 진동은 상부 공동과 하부 공동 내에서 응고되는 금속 재료에 작용한다.
알루미늄의 응고 중의 회전하는 금형의 상기한 진동에 의해 야기되는 주된 문제는, 적층체 더미의 축방향 채널의 내부에 형성되는 케이지의 바 뿐만 아니라 링에도 균열이 발생하기 쉽고, 그 바는 완성된 회전자의 시각적 외관 검사에 의해서는 전혀 인지할 수 없는 양태로 적층체 더미 내에서 횡방향으로 파단된다는 것이다. 하나 이상의 바 또는 케이지의 상부 링 또는 하부 링의 파손 또는 균열은 회전자의 품질을 크게 손상시키고, 그 결과, 형성되는 전동기의 효율을 크게 저하시킨다.
알루미늄 응고 중 금형의 과도한 진동에 의한 품질 저하를 최소로 하거나 또는 완전히 배제하는 가능성들 중 하나는, 금형의 양쪽 공동을 단지 하나의 하부 베어링에 장착하는 것이고, 이것에 의해, 금형의 양 부품의 샤프트가 일체화된다. 그러나, 이 해결책에서는, 금형의 상부 공동과 하부 공동은 하부 공동에 부착된 지주에 의해 안내된다. 상부 공동은 축방향으로 변위 가능하고, 지주에 의해 안내되어, 금형을 개폐한다. 이것에 의해, 상부 공동은 지주에 미끄럼 가능하게 보유되어, 동심성 및 회전자 타격의 문제 외에도, 금형 내에 적층체 더미를 공급하는 공정의 자동화 및 원심분리된 회전자의 제거의 자동화를 크게 제한한다.
삭제
도 1은 본 발명의 베어링 장치를 사용하고 폐쇄된 상태에 있는 원심 주조 금형의 개략적인 수직 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 금형에 사용되는 자동 중심 조정(self-aligning)의 하부 베어링의 확대 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 금형의 일부의 확대도로서, 환형의 원추형 가이드가 환형의 원추형 시트에 대하여 놓여진 상태를 나타내는 도면, .
종래 기술에 의해 제안된 원심 주조 금형용 베어링 장치의 결점을 해소하는 것을 목적으로 하여, 본 발명은, 적층체 더미 내에서의 케이지의 응고 중에 금형의 균형 잡힌 회전을 확보하여, 케이지의 구성 부품, 특히 그의 바(bar)의 진동 및 파열을 회피하는 동시에, 동심성 및 회전자 타격의 문제를 크게 최소화하는데 효과적인 비교적 간단한 구조의 베어링 장치를 제안한다.
본 발명의 보다 특정의 목적은, 금형의 상부 공동과 하부 공동이 각각의 대응하는 베어링에 회전 가능하게 장착된, 상기한 바와 같은 베어링 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 베어링 장치는, 예를 들어, 밀폐형 압축기에 사용되는 전동기 회전자의 케이지와 같은 각종 부품을 형성하기에 적절한 알루미늄 또는 다른 금속 합금으로 이루어진 원심 주조 금형에 적용된다.
이 금형은, 금형 개방 위치와 금형 폐쇄 위치 사이에서 축방향으로 상대적으로 변위 가능하고, 원심 주조기의 기계 구조체에 설치된 상부 베어링과 하부 베어링에 각각 회전 가능하게 설치된 상부 금형부와 하부 금형부를 포함하는 타입으로 되어 있다.
본 발명에 따르면, 하부 베어링은, 하부 금형부의 축선에 대하여 직교하는 상태로 기계 구조체에 부착되고 하부 금형부에 대하여 반경방향 간극을 형성하는 평탄한 제1 링과; 상기 평탄한 제1 링 상에 놓이는 구체(球體)를 지지하는 축방향 관통 하우징을 가지고, 기계 구조체와 하부 금형부 각각에 대하여 반경방향 간극을 형성하는 환형 케이지; 및 하부 금형부를 축방향으로 지지하기 위해 바로 아래의 환형 케이지의 구체 상에 놓여지고, 기계 구조체와 하부 금형부 각각에 대하여 반경방향 간극을 형성하는 평탄한 제2 링을 포함한다.
이러한 구조적 배치에 의해, 구체를 구비한 환형 케이지 자체가 2개의 평행한 평탄한 링들 사이에서 반경방향으로 자유롭게 조정되면서 하부 금형부와 기계 구조체 사이의 소정의 상대적 반경방향 변위가 가능하게 된다.
따라서, 하부 금형부는 그의 축선이 상부 금형부의 축선과 정렬되도록 변위될 수 있다.
하부 금형부가 상부 금형부와 정렬된 작동 위치에 이르게 하기 위해, 하부 금형부는, 그의 축선에 대하여 직교하고 또한 동심을 이루는 환형의 원추형 시트(seat)를 구비하고, 금형이 폐쇄된 때, 상기 환형의 원추형 시트 상에, 상부 금형부의 축선에 대하여 직교하고 또한 동심을 이루는 상태로 상부 금형부에 합체되어 있는 환형의 원추형 가이드가 놓여진다.이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
첨부 도면은, 종래 기술에 잘 알려져 있는 구성을 가지는 전동기 회전자의 적층체 더미에 합체되는 알루미늄 케이지의 원심 주조 금형에 적용되는 베어링 장치를 나타낸다. 그러나, 본 발명의 베어링 장치는, 가열 사출된 금속의 응고 중에 금형 부품들 사이의 오정렬에 의해 악영향을 받을 수 있는 다른 부품들의 원심 주조를 위한 금형에 적용될 수도 있음을 이해하여야 한다.
도시된 금형(mold)(M)은 상부 금형부(10)와 하부 금형부(20)로 이루어져 있고, 상부 금형부(10)와 하부 금형부(20)는, 상부 공동(空洞)(11)을 획정(劃定)하는 상부 금형부(10)의 위치와, 액체 금속 공급을 위한 상부 관형 돌출부(12)를 합체시키는 상부 금형부(10)의 위치 사이에서 축방향으로 상대적으로 변위 가능하다. 상부 금형부(10)는, 금형(M)의 내측에서의 응고 단계에서의 액체 금속의 원심분리 중에 그 상부 금형부의 축선을 중심으로 회전할 수 있도록 하기 위해, 2개의 구름 베어링(rolling bearing)을 포함하는 상부 베어링(30)을 통해 원심 주조기의 지지체(S)에 설치되어 있다.
액체 금속이 채워지는 플리넘(plenum)을 획정하기 위해 금형(M)을 폐쇄한 때, 하부 금형부(20)는 상부 공동(11)과 작동 가능하게 연관되는 하부 공동(21)을 획정한다. 도시된 예에서는, 상하부 공동 모두는, 형성되는 회전자의 적층체 더미(L)의 2개의 서로 반대측의 끝면과 각각 연관되어 있다. 하부 금형부(20)는, 전술한 바와 같이, 자동 중심 조정(self-aligning) 특징을 제공하는 하부 베어링(40)에 의해 기계 구조체(E)에 설치되어 있다.
도시된 구조에서, 하부 공동(21)은, 하부 금형부(20)가 상부 금형부(10)에 대하여 탄성적으로 압축되는 것을 가능하게 하도록 하부 금형부(20)에 의해 지지된 스프링(23) 상에 놓이는 하부 금형 블록(22)에 의해 형성된다.
본 발명에 따르면, 하부 베어링(40)은, 일반적으로 강으로 만들어진 평탄한 제1 링(41)을 포함하고, 이 제1 링(41)은 하부 금형부(20)의 축선에 대하여 직교하는 위치에서 기계 구조체(E)에 부착되고, 하부 금형부(20)의 인접 면에 대하여 내측으로 소정의 반경방향 간극을 형성하도록 배치되어, 금형(M)의 상부 금형부(10)의 축선과 하부 금형부(20)의 축선의 오정렬을 제거하기에 충분한 범위에서 하부 금형부(20)를 임의의 방향으로 반경방향으로 변위시키는 것을 가능하게 한다.
제1 링(41) 상에는, 평탄한 링 형태의 환형 케이지(42)가 장착되어 있다. 이 환형 케이지(42)에는, 2개의 동심원형 배치형태를 이루는 축방향 관통 하우징(43)이 제공되어 있고, 이들 축방향 관통 하우징은, 평탄한 제1 링(41) 상에 놓여지고 환형 케이지의 두께보다 큰 직경을 가지는 구체(球體)(44)를 보유 및 지지하고 있다. 환형 케이지(42)는 외측 및 내측에서 기계 구조체(E)와 하부 금형부(20) 각각에 대하여 반경방향 간극을 형성하도록 하는 치수를 가진다. 따라서, 환형 케이지(42)는, 상하부 금형부의 자동 중심 조정(self-aligning) 과정에서 기계 구조체(E)와 하부 금형부(20)의 상대적 반경방향 변위 시에, 평탄한 제1 링(41) 위에서 상대적으로 반경방향으로 변위될 수 있다. 환형 케이지(42)는 1개 또는 2개 이상의 동심원형 또는 나선형 배치형상을 이루는 축방향 관통 하우징(43)을 구비할 수도 있음을 이해하여야 한다.
하부 베어링(40)은 평탄한 제2 링(45)을 더 포함하고 있다. 이 제2 링(45)은, 바로 아래의 환형 케이지(42)의 구체(44) 상에 놓여져 하부 금형부(20)를 축방향으로 지지하기 위해 하부 금형부(20)의 축선에 대하여 직교하고 또한 동심을 이루는 위치에 배치되고, 외측 및 내측에서 기계 구조체(E)와 하부 금형부(20) 각각에 대하여 반경방향 간극을 형성한다.
평탄한 제2 링(45)의 외측 및 내측의 반경방향 간극에 의해, 제2 링(45)은 구체(44) 상에 놓여진 상태에서 반경방향으로 변위되는 것이 가능하게 되어, 상하부 금형부의 축선들이 정렬된 상태에 이르게 될 수 있도록 한다. 금형(M)의 상하부 금형부의 축선들이 정렬된 상태에 이르게 하기 위해, 하부 금형부(20)는, 하부 금형부(20)의 축선에 대하여 직교하고 또한 동심을 이루는 상태로 배치되어 있는 환형의 원추형 시트(seat)(25)를 구비하고 있다. 금형(M)이 폐쇄된 때, 환형의 원추형 시트(25)상에, 상부 금형부(10)의 축선에 대하여 직교하고 또한 동심을 이루는 상태로 상부 금형부(10)에 합체되어 있는 환형의 원추형 가이드(15)가 놓여진다.
상부 금형부(10)와 하부 금형부(20)의 직접적 또는 간접적 상호 맞닿음에 의해 이루어지는 금형(M)의 폐쇄는 환형의 원추형 가이드(15)가 환형의 원추형 시트(25) 상에 놓여지기 전에 일어나는데, 그 이유는, 협동하는 2개의 원추형 표면의 작용에 의한 상하부 금형부의 접근 및 축방향으로의 기하학적 정렬의 종료시까지, 하부 금형 블록(22)을 지지하고 있는 스프링(23)이 압축되기 때문이다.
도시된 실시형태에서는, 평탄한 제2 링(45) 상에 또 다른 환형 케이지(46)에 의해 형성되는 한 쌍 이상의 베어링이 놓여져 있다. 이 환형 케이지(46)는 첫번째의 환형 케이지(42)와 동일한 것이고, 그 환형 케이지(46) 위에는 또 다른 평탄한 링(47)이 놓여 있다. 이 링(47)은 내측에서 하부 금형부(20)에 부착되어 있고, 외측에서는 기계 구조체(E)에 대하여 반경방향 간극을 형성하고 있다. 본 발명은, 하부 금형부에 부착된 평탄한 상부 링과 환형 케이지에 의해 각각 형성되고 또한 기계 구조체에 부착된 평탄한 제1 링 상에 놓여지는 2쌍의 베어링에 한정되는 것은 아님을 이해하여야 한다.

Claims (5)

  1. 금형 개방 위치와 금형 폐쇄 위치 사이에서 축방향으로 상대적으로 변위 가능하고, 또한, 원심 주조기의 지지체(S) 및 기계 구조체(E)에 각각 설치된 상부 베어링(30)과 하부 베어링(40)에 각각 회전 가능하게 장착되어 있는 상부 금형부(10)와 하부 금형부(20)를 포함하는 원심 주조 금형용의 베어링 장치에 있어서,
    상기 하부 베어링(40)은,
    상기 하부 금형부(20)의 축선에 대하여 직교하는 위치에서 상기 기계 구조체(E)에 부착되고 상기 하부 금형부(20)에 대하여 반경방향 간극을 형성하는 평탄한 제1 링(41)과;
    상기 평탄한 제1 링(41) 상에 놓여지는 구체(球體)(44)를 지지하는 적어도 하나의 원형 또는 나선형 배치형태를 이루는 축방향 관통 하우징(43)을 구비하고, 상기 기계 구조체(E)와 상기 하부 금형부(20) 각각에 대하여 반경방향 간극을 형성하는 환형 케이지(42); 및
    상기 하부 금형부(20)를 축방향으로 지지하기 위해 바로 아래의 상기 환형 케이지(42)의 상기 구체(44) 상에 놓여지고, 상기 기계 구조체(E)와 상기 하부 금형부(20) 각각에 대하여 반경방향 간극을 형성하는 평탄한 제2 링(45)을 포함하고,
    상기 하부 금형부(20)는, 상기 하부 금형부(20)의 축선에 대하여 직교하고 또한 동심을 이루는 환형의 원추형 시트(seat)(25)를 구비하고, 금형(M)이 폐쇄된 때, 상기 환형의 원추형 시트(25) 상에, 상기 상부 금형부(10)의 축선에 대하여 직교하고 또한 동심을 이루는 상태로 상기 상부 금형부(10)에 합체되어 있는 환형의 원추형 가이드(15)가 놓여지도록 된 것을 특징으로 하는 원심 주조 금형용 베어링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 환형 케이지(42)는, 상기 구체(44)의 직경보다 작은 두께를 가지는 평탄한 링의 형태를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 원심 주조 금형용 베어링 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 환형 케이지(42)는, 2개의 동심원형 또는 나선형 배치형태를 이루는 축방향 관통 하우징(43)을 가지는 것을 특징으로 하는 원심 주조 금형용 베어링 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원심 주조 금형용 베어링 장치는 적어도 하나의 추가의 베어링 조립체를 더 포함하고,
    상기 추가의 베어링 조립체는, 내측에서는 상기 하부 금형부(20)에 부착되고 외측에서는 상기 기계 구조체(E)에 대하여 반경방향 간극을 형성하는 다른 평탄한 링(47)을 지지하는 다른 환형 케이지(46)에 의해 형성되고,
    각각의 상기 추가의 베어링 조립체는 바로 아래의 베어링 조립체 상에 놓여지고, 최하측의 베어링 조립체는 상기 평탄한 제1 링(41) 상에 놓여진 상기 환형 케이지(42)와 평탄한 제2 링(45)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 원심 주조 금형용 베어링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 각각의 베어링 조립체의 상기 환형 케이지(42, 46)는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 원심 주조 금형용 베어링 장치.
KR1020047009056A 2001-12-13 2002-12-09 원심 주조 금형용 베어링 장치 KR100919644B1 (ko)

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