KR100929159B1 - 금형 순환식 다중 주조방법 및 그 장치 - Google Patents

금형 순환식 다중 주조방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금형 순환식 다중 주조방법 및 그 장치에 관한 것으로, 그 목적은 종래의 중력 주조기(Gravity Casting)와 저압 주조기(Low-Pressure Casting)의 단점을 보완하여 적은 투자비로 높은 품질을 지니면서, 고효율의 생산성을 실현하기 위하여 하나의 주조기에 여러개의 금형을 주조할 수 있고, 또한 하나의 주조기에 동일 재질의 여러 주물제품 형상을 가진 금형을 사용할 수 있고, 또한 주조시 용탕 주입 외 공정이 단축된 턴오버 방식과 진공시스템을 이용하여 주물제품 박육화에 따른 경량화, 조직이 치밀하여 물성이 우수한 금형 순환식 저압 주조방법과 그 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 구성은 저압주조장치에 있어서,
공급된 금형에 용탕을 주입하는 진공저압주조기와; 상기 진공저압주조기가 금형에 용탕주입전에 진공저압주조기와 금형 사이에 장착되어 금형 내부를 진공흡인하는 진공챔버(Vacuum Chamber)와; 상기 진공저압주조기에 순차적으로 공급되는 복수개의 금형과; 상기 복수개의 금형을 진공저압주조기에 순차적으로 이,적재하는 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry); 및 상기 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)가 이송한 금형을 적재하여 순차적으로 이송시키면서 냉각 및 금형 내 주물제품을 취출하는 금형 이송 장치;로 구성된 것을 특징으로 하는 금형 순환식 다중 주조장치와 이를 이용한 다중주조방법을 그 기술적 사상의 특징으로 한다.
진공저압주조장치, 연속주조, 금형, 금형이송, 금형반전, 갠트리

Description

금형 순환식 다중 주조방법 및 그 장치{Mold rotation type multi casting method and apparatus thereof}
본 발명은 금형 순환식 다중 주조방법 및 그 장치에 관한 것으로, 하나의 주조기에 다수개의 금형을 순환식으로 주조하는 다중주조방법과 그 장치에 관한 것이다.
주조는 용해된 금속을 주형(鑄型) 속에 넣고 응고시켜서 원하는 모양의 금속제품으로 만드는 일, 또는 그 제품을 가리킨다. 뜨거운 쇳물을 견딜 수 있는 금속덩어리로 만든 주형에 중력, 압력, 원심력 등을 이용해 금속을 주입시켜 만든다. 사용하는 금속이나 주형의 종류, 용해된 금속의 유입법에 따라 분류할 수 있다.
이러한 주조방식 중 중력주조방식과 저압주조방식이 있는데, 도 6은 종래 중력 주조기(One on One Type)의 용탕 주입예를 보인 단면도이고, 도 7은 종래 저압 주조기(Low-pressure Casting)의 용탕 주입예를 보인 단면도이다.
먼저 중력주조(Gravity Casting) 방식을 도 6을 참조하여 설명하자면, 도시된 바와 같이 몰드(Mold) 형상 위에 주조기가 위치해 있고, 주조기의 구조는 용탕이 아래(중력)방향으로 흐르는 구조로 되어있어, 주입구(Pouring basin)로 용탕을 공급하는 구조로 이루어진다.
주조 과정은 주입구에서 용탕을 주입(Pouring)하게 되면 용탕이 중력방향으로 탕구(Sprue)를 지나 게이트(Gate)를 통해 주물제품(Casting)과 압탕부(Riser)를 채우게 한다. 이때 용탕은 압탕(Riser) 끝까지 채워 주물제품 내부 수축을 없애도록 한다. 최고 압탕 부분의 응고가 완료되면 이형을 시켜 주물제품을 취출한다. 주물제품이 취출된 금형은 냉각 또는 조립이 실시되고, 합형이 완료되면 다시 주입하게 된다.
또한 저압 주조(Low-pressure Casting)을 도 7을 참조하여 설명하면,
저압주조기의 구조는 하부에 위치한 주조기 위에 하형과 상형의 금형이 올려져 있도록 구성된다. 주조 과정은 저압을 통하여 하부 주조기에 저장된 용탕이 하형과 상형 사이의 공간부에 주입되어 이루어진다. 이후 제품이 응고가 완료 될 때까지 계속 주입이 이루어져야 하므로 하나의 제품을 생산 하는데 걸리는 시간은 실린더 헤드를 예로 들면 6~9분이 소요된다.
종래 중력주조방식의 문제점으로는 주물제품의 회수율이 나쁘고, 와류 발생에 의한 주조 결함이 생길 수 있으며, 복잡한 형상을 가진 주물제품 및 고강성의 물성이 요구되는 주물제품과 같은 경우는 한계가 있다. 또한 주물제품의 취출은 주물제품의 응고가 완료되어야 하므로 주물제품이 응고될 때까지 주조기는 대기해야 하므로 생산 Cycle Time이 길어지게 되어 생산성이 저하된다는 문제점이 있다.
종래 저압주조방식의 문제점으로는 금형 하부를 냉각할 수 없기 때문에 주물제품의 금속조직이 성장하여 기계적 물성이 저하되는 단점이 생긴다. 또한 일정 규모 이상을 생산하고자 할 때 장비의 소요 대수가 증가하기 때문에 투자비 및 대규모의 공간이 필요하게 된다는 문제점이 있다.
또한 상기 중력주조방식과 저압주조방식은 공통적으로 하나의 주조기에 하나의 금형을 정치하는 방식(One on One)이어서 생산효율이 낮다는 단점과,
또한 금형에 주입이 완료되더라도 주입 외 공정 즉, 주물제품의 냉각, 금형 냉각, Mold 조립이 하나의 금형으로 이루어지기 때문에 시간이 오래 걸린다는 단점과,
또한 하나의 주조기에 하나의 재질을 가진 주물제품만을 주조해야 한다는 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 종래의 중력 주조기(Gravity Casting)와 저압 주조기(Low-Pressure Casting)의 단점을 보완하여 적은 투자비로 높은 품질을 지니면서, 고효율의 생산성을 실현하기 위하여 하나의 주조기에 여러 개의 금형을 주조할 수 있고, 또한 하나의 주조기에 공급되는 여러개의 금형이 동일한 재질을 가지면서 주물제품의 형상이 동일형상 또는 다른 형상을 갖는 여러 주물제품의 금형을 사용할 수 있고, 또한 주조시 용탕 주입 외 공정이 단축된 턴오버 방식과 진공시스템을 이용하여 주물제품 박육화에 따른 경량화, 조직이 치밀하여 물성이 우수한 금형 순환식 저압 주조방법과 그 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 저압주조 장치에 있어서,
공급된 금형에 용탕을 주입하는 진공저압주조기와;
상기 진공저압주조기가 금형에 용탕주입 전에 진공저압주조기와 금형 사이에 장착되어 금형 내부를 진공흡인하는 진공챔버(Vacuum Chamber)와;
상기 진공저압주조기에 순차적으로 공급되는 복수개의 금형과;
상기 복수개의 금형을 진공저압주조기에 순차적으로 이,적재하는 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry); 및
상기 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)가 이송한 금형을 적재하여 순차적으로 이송시키면서 냉각 및 금형 내 주물제품을 취출하는 금형 이송 장치;로 구성된 것을 특징으로 하는 금형 순환식 다중 주조장치를 제공함으로써 달성된다.
상기에서 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)는 금형 이송 장치와 진공저압주조기간을 수평 이동하는 수단 및 수직 승하강하는 수단과;
금형을 파지하는 수단과,
파지수단을 회전시켜 용탕을 공급받은 압탕(Riser)의 위치를 상부로 위치하도록 금형을 반전(Turn-over)하는 회전수단;을 구비한 것을 특징으로 한다.
상기에서 금형 이송 장치는 다수개의 금형을 각각 적재하도록 중앙부에 천공부가 형성되어 금형 분리 및 취출수단이 승하강 하도록 형성되고, 각각의 금형을 안치하기 위해 상부방향으로 돌출된 다수개의 돌출부로 이루어진 적재수단과;
적재수단을 이송하는 제 1이송수단과;
제 1 이송수단에 의해 이송된 적재수단으로부터 금형을 넘겨받는 제 2이송수단과;
적재된 금형을 분리하여 냉각된 주물제품을 취출하도록 승하강하는 금형 분리 및 취출수단과;
승하강 하는 적재수단의 돌출부 옆에 고정 형성되어 적재수단 하강시 금형을 안치하는 다수개의 고정안치부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 복수개의 금형은 동일한 재질과 동일한 주물제품형상으로 이루어진 금형 또는 동일한 재질로 이루어지되 서로 다른 주물제품형상으로 이루어진 금형인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 저압주조방법에 있어서,
상기에 따른 금형 순환식 다중 주조장치를 구비한 후,
진공챔버(Vacuum Chamber)와 금형에 용탕을 주입하는 하나의 진공저압주조기를 이용하여 다수개의 금형을 순차적으로 공급하여 공급 순서대로 금형에 용탕을 공급하는 단계와;
이후 순차적으로 이송되는 용탕이 주입된 금형을 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)를 이용하여 상승 시킨후 180˚회전하여 용탕을 공급받은 압탕(Riser)의 위치를 상부로 위치시켜 지향성 응고를 유도하도록 금형을 반전(Turn-over)시키는 단계와;
이후 반전되어 공급되는 다수개의 금형을 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)를 이용하여 순차적으로 금형 이송 장치에 적재하는 단계와;
이후 금형 이송 장치를 이용하여 순차적으로 공급되는 금형을 주물제품응고단계', '금형분리 및 주물제품 취출단계', '금형의 냉각 및 청소단계', '중자조립 및 금형 합형 후 주조대기 단계'를 순차적으로 거치게 하는 이송단계와;
이후 주물제품이 취출된 금형을 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)를 이용하여 상승시킨 후 180˚회전하여 순차적으로 진공저압주조기로 순환 이송하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 금형 순환식 다중 주조방법을 제공함으로써 달성된다.
상기에서 진공챔버(Vacuum Chamber)와 금형에 용탕을 주입하는 진공저압주조기를 이용하여 다수개의 금형이 순차적으로 공급되면 공급 순서대로 용탕을 공급하는 단계에서 순차적으로 공급되는 금형은 동일한 재질과 동일한 주물제품형상으로 이루어진 금형을 공급하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기에서 진공챔버(Vacuum Chamber)와 금형에 용탕을 주입하는 진공저압주조기를 이용하여 다수개의 금형이 순차적으로 공급되면 공급 순서대로 용탕을 공급하는 단계에서 순차적으로 공급되는 금형은 동일한 재질로 이루어지되 서로 다른 주물제품형상으로 이루어진 금형을 공급하는 단계인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 하나의 주조기에 여러 개의 금형이 순환하면서 주조됨으로써 기존 주조기 3~4대 또는 그 이상이 수행할 수 있는 생산량(Capacity)을 가진다는 장점과,
또한 본 발명은 주조시 주입 공정과 주입 외 공정이 한 금형으로 실시되는 중복을 피함으로써, 주물제품의 냉각, 취출, 중자 조립이 이루어지는 동안 다른 금형의 주입이 이루어지게 됨으로써 제조시간(Cycle Time)이 단축되고, 생산성이 3~4배 정도 향상(Cycle Time 기준) 된다는 장점과,
또한 본 발명은 하나의 주조기에 동일 재질의 동일 주물제품형상 또는 다른 주물제품형상을 가진 다수개의 금형에 각각 주입하여 작업할 수 있기 때문에 다중 주물제품 생산이 가능하다는 장점과,
또한 턴-오버(Turn-Over) 방식과 진공 시스템이 함께 가동되기 때문에 주물제품 박육화에 따른 경량화, 조직이 치밀하여 물성이 우수하다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1a는 본 발명의 개략적인 장치 구성을 보인 예시도이고, 도 1b는 본 발명의 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)와 금형 이송 장치를 보인 구성도이고, 도 2는 본 발명 주조시 용탕 주입시 금형의 형태(A)와 주입후 금형이 주조기에서 이재(Un-loading)될 때의 턴 오버(Turn-over)(B)를 보인 실시예도이고, 도 3 내지 5는 본 발명의 실시예 사진이다.
도 1a,b에 도시된 바와 같이 본 발명의 장치구성은 진공저압주조기(8)와; 진공저압주조기(8)에서 용탕이 주입된 금형의 순환을 위한 자동 이,적재 시스템인 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)(6)와 금형 이송 장치(9); 상기 진공저압주조기(8)가 금형에 용탕 주입 전에 진공저압주조기(8)와 금형 사이에 장착되어 금형 내부를 진공흡인하는 진공챔버(Vacuum Chamber, 7); 그리고 하나의 주조기에서 사용되는 복수개의 금형(1a, 1b, 1c, 1d)으로 구성된다.
상기 다수개의 금형 중 금형(1a)는 진공저압주조기(8)에서 용탕 주입중인 금형으로 주입이 끝나면 용탕 주입 후 최초 이송된 금형의 주물제품응고 위치(2)로 금형이송 및 금형반전 갠트리(6)에 의해 이송될 금형이고, 또 다른 금형(1b)은 용탕 주입 후 최초 이송된 금형의 주물제품응고 위치(2)에서 금형분리 및 주물제품 취출 위치(3)로 이송된 금형이고, 또 다른 금형(1c)는 금형의 냉각 및 청소 위치(4)에 위치한 금형이고, 또 다른 금형(1d)은 중자조립 및 금형 합형 후 주조대기 위치(5)에 있는 금형이다. 이와 같이 본 발명은 하나의 진공저압주조기(8) 한 대에 금형(1a, 1b, 1c, 1d) 4벌이 용탕 주입 후 각각의 위치(2, 3, 4, 5)에서 위치하고 있음을 알 수 있다.
상기 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)(6)는 금형 이송 장치(9)와 진공저압주조기(8)간을 수평이동하는 수평이동수단(61) 및 수직 승하강하는 수직승하강수단(62)과; 금형을 파지하는 파지수단(63)과, 파지수단을 회전시켜 용탕을 공급받은 압탕(Riser)의 위치를 상부로 위치하도록 금형을 반전(Turn-over)하는 회전수단(64);을 구비한다.
상기에서는 한실시예에 의한 수평이동하는 수단 및 수직 승하강하는 수단, 금형을 파지하는 수단, 및 회전수단을 도시하엿으나, 본 발명에서는 이와 같은 수단을 구성할 수 있으면 족하므로 다양한 변형예가 실시될 수 있다.
즉, 수평이동하는 수단 및 수직 승하강하는 수단은 수평이송을 위한 거더 및 이송롤러를 구현하면 족하고, 수직 이송은 LM가이드 및 LM롤러와 이를 구동시키는 공압 또는 유압실린더로 구성하면 족하고,
파지장치는 금형의 형상에 따라 이를 파지하여 승하강하여 이,적재할 수 있 으면 족하다.
또한 회전수단은 파지장치를 회전시킬 수 있는 회전모터, 감속기어 등의 직접 또는 간접 회수단이면 족하다.
상기 나열에 의한 수단이 아니더라도 본원발명의 수평 이동하는 수단 및 수직 승하강하는 수단, 금형을 파지하는 수단, 및 회전수단을 본원발명의 기술적 사상에 따라 유기적으로 결합하면 본원발명의 권리에 속하게 된다.
상기 금형 이송 장치(9)는 다수개의 금형을 각각 적재하는 적재수단(91)과, 적재수단을 이송하는 제 1이송수단(92) 및 제 1 이송수단(92a)에 의해 이송된 적재수단(91)으로부터 금형을 넘겨받는 제 2이송수단(92b)과 적재된 금형을 분리하여 냉각된 주물제품을 취출하는 금형 분리 및 취출수단(93);을 포함한다.
구체적으로 하나의 예를 들어 설명하자면 본원발명에 사용되는 금형(1a, 1b, 1c, 1d)은 금형이송장치(9)의 상부에서 가운데 천공부(도 5참조)를 가지는 하나의 판 형상으로 된 적재수단(91)에 의해 각각 안착되게 되어 유압실린더(도시없음)에 의해 승하강하거나, 좌우이송하게 된다.
또한 천공부에는 금형 분리 및 취출수단(93)이 유압실린더(931)의 작용에 의해 승하강하여 금형을 분리하고 취출하는 이젝트핀(도시없음)을 상승시켜 하형을 통과한 이젝트 핀이 주물제품을 들어올리고 상형을 분리하게 한다. 금형을 이루는 나머지 측면의 금형들은 도시되지 않은 공지의 파지수단들이 걸어서 추출하게 되고, 주물제품은 별도의 로봇이나 파지수단이 인양 후 이송하게 된다.
하지만 상기 각 이송수단은 모터 또는 유압시린더에 의해 레일을 움직이는 독립 이송수단 또는 체인이나 벨트에 의한 간접 이송 수단 어느 것을 사용해도 된다.
또한 상기 취출수단 역시 금형의 상형을 분리 후 내부에 위치한 주물제품을 취출할 수만 있으면 어떤 수단이라도 상관없다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 주조 순서는 다음과 같다.
먼저 진공저압주조기(8) 일측으로 금형 이송 장치(9)가 있고, 금형이송장치(9)의 일측 가장자리 부분에는 금형(1d)가 조립 및 합형 되어 주입 대기상태에 있음을 알 수 있다.
상기 금형(1d)은 금형이송 및 금형반전 갠트리(6)에 의해 상승 후 180˚회전하여 턴-오버(Turn-over)된 상태에서 진공저압주조기(8)로 이동되고, 주입 이전에 진공챔버(Vacuum Chamber, 7)가 장착이 되면 주입이 시작된다.
주입시 흡인(Vacuum)과 가압(Pressure)이 진공저압주조기(8)의 컨트롤 시스템(Control System)에 의해 조정이 되고, 주입이 완료되면 진공챔버(Vacuum Chamber, 7)가 분리된다.
주입이 완료된 금형은 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry, 6)에 의해 진공저압주조기(8)에서 분리되어 턴-오버(Turn-over)를 실시한 다음 금형 이송장치(9)의 왼쪽 가장자리 부분인 용탕 주입 후 최초 이송된 금형의 주물제품응고 위치(2)로 이송된다.
금형 이송 장치(9)는 각 금형이 위치하는 하단에 유압실린더에 의해 업-다운(Up-Down) 방식으로 승하강 하도록 설치되어 금형을 적재하는 적재수단, 이 적재수단을 레일을 따라 움직여 금형분리 및 주물제품 취출 위치(3), 금형의 냉각 및 청소 위치(4), 중자조립 및 금형 합형 후 주조대기 위치(5)로 위치 이동하도록 하는 이송수단으로 구성된다.
또한 도시된 금형(1b)은 금형분리 및 주물제품 취출 위치(3)에서 금형 이송 장치(9)에 내장된 금형 분리장치인 이젝트 핀 상승용 유압실린더에 의해 금형이 분리되고 주된 주물제품의 취출이 실시된다. 이와 같이 금형에서 유압핀을 상승시켜 금형의 상형과 주물제품을 취출하는 방식 자체는 공지의 기술이라 자세한 설명은 생략한다.
단지 참고적으로 간략하게 설명하자면, 금형을 이루는 상형과 하형 그리고 이를 4면에서 지지하는 측면 금형들, 그리고 코어(중자) 및 용탕에 의해 형성된 주물제품이 응고되면 이러한 금형을 하부방향에서 이젝트핀을 상승시켜 금형과 주물제품을 들어올리고, 각 사이드에 있는 측면지지 금형들을 측면에 위치한 취출수단이 잡아 빼어 분리하며, 주물제품은 파지수단이나 로봇등에 의해 취출시키고, 이후 각 금형들은 다시 청소하는 것이 일반적이다.
하지만 본 발명에서 이러한 금형분리 및 주물제품 취출과정이 금형을 연속적으로 순환시키는 과정 중에 유기적으로 결합구성한 것은 공지의 기술이 아니고 본원발명만의 기술적 사상이다.
주물제품이 취출된 금형(1b)은 금형 이송 장치(9)에 의해 금형의 냉각 및 청소 위치(4)로 이송된 후, 냉각 및 내부 금형을 청소하게 된다.
이후 금형의 냉각 및 청소가 끝난 금형(1c)은 금형 이송 장치(9)에 의해 이웃한 중자조립 및 금형 합형 후 주조대기 위치(5)로 금형을 이송한다. 이송된 금형(1d)은 중자가 조립된 후 금형은 합형되어 주입대기가 되면 중자조립 및 금형반전용 갠트리(6)에 의해 상승 후 180˚회전한 후 금형을 진공저압주조기(8)로 이송하여 다시 주조가 실시된다.
위와 같은 방식으로 금형(1a, 1b, 1c, 1d)이 순환(Rotation)하여 종래의 주조방식과 차별된 연속주조가 이루어진다.
본 발명의 용탕주입은 진공 챔버(Vacuum Chamber, 7)에 의한 진공 용탕 흡인과 진공저압주조기(8)에 의한 압력으로 실시되고, 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry & Turn-over, 6)로 주입이 완료된 금형이 반전(Turn-over)하여 하부에 위치한 압탕이 상부로 위치하게 되어 지향성 응고를 가능하게 하여 주물제품의 수축결함을 방지함과 동시에 종래의 주조방식에서의 문제점인 주물제품 응고가 완료될때까지 금형을 주조기에 대기할 필요없이 이동시켜 주조 순환시간(Cycle Time) 단축되어 생산성을 극대화하게 된다.
상기와 같이 본원 발명의 핵심은 하나의 진공저압주조기로 여러 개의 금형을 순환시켜 주조 시간(Cycle time)을 단축함으로써 종래 기술의 고정관념을 탈피, 작업성을 우수하게 하고 생산성을 극대화하는 신개념의 주조방식이다.
도 2는 본 발명 주조시 용탕 주입시 금형의 형태(A)와 주입후 금형이 주조기에서 이재(Un-loading)될 때의 턴 오버(Turn-over)(B)를 보인 실시예도인데, 도시된 바와 같이 (A)는 금형 상형에 진공 챔버(Vacuum Chamber, 7)를 밀착시키고 흡인으로는 몰드 내에 용탕을 채우는 것이고, (B)는 용탕 주입 후 도 1에 도시된 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)(6)에 의해 금형을 뒤집어(Turn-Over) 상부에 위치한 압탕(Riser)이 지향성 응고의 역할과 주물제품 내부 수축을 없애도록 한 것을 도시하고 있다.
이와 같이 본 발명은 진공타입(Vacuum Type)으로 주조함으로써 박육 주물이 가능하기 때문에 흡인과 저압을 함께 적용시켜 용탕을 몰드 내에 채우게 된다. 따라서 주입이 완료되면 도 1에 도시된 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)(6)에 의해 반전(Turn-over)이 실시되고, 하부에 있던 압탕(Riser)이 상부로 옮겨짐으로써 지향성 응고가 진행된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예이다.
(실시예)
이하 설명될 실시예에서는 첨부된 도 3내지 5에 따라 본 발명의 다중 주조방법을 설명한다. 먼저 도5를 보면 도 1에 도시되지 못한 본 발명의 금형이송장치(9) 의 상부 부분이 상세히 나타나 있는데, 금형이송장치(9)는 다수개의 금형을 각각 적재하는 적재수단(91) 중앙부에 천공부(911)가 형성되어 금형 분리 및 취출수단(93)이 승하강 하도록 형성된다.
또한 적재수단(91)은 각각의 금형을 안치하기 위해 상부방향으로 돌출된 다수개의 돌출부(912)를 가진다.
또한 금형 이송 장치(9)는 승하강 하는 적재수단(91)의 돌출부(912) 옆으로는 적재수단(91)이 하강시 다수개의 금형을 그 위치에서 지지하도록 금형의 위치 각각에 다수개의 고정안치부(94)가 형성된다.
상기와 같이 구성된 금형이송장치(9)에 의한 금형의 위치 이동을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저 금형을 적재하여 이송하는 적재수단(91) 상부 돌출부(912)에 다수개의 금형을 안치한다. 이후 '주물제품응고단계', '금형분리 및 주물제품 취출단계', '금형의 냉각 및 청소단계', '중자조립 및 금형 합형 후 주조대기 단계'에 따라 순차적으로 금형을 이송하기 위해 적재수단(91)을 상승시켜 안치된 금형을 들어올린 후, 이로부터 금형을 넘겨받는 제 2이송수단(92b) 쪽으로 적재수단(91)을 이동시킨다. 이후 제 2이송수단(92b)쪽으로 이동한 적재수단(91)의 위치 중 금형의 냉각 및 청소 위치(4)에 있는 금형 부분이 제 2이송수단(92b)과 겹치는 위치에 다다르면 적재수단(91)은 이동을 멈추고 하강한다. 적재수단(91)이 하강하게 되면 적재수단(91)의 돌출부(912)에 안치되었던 금형은 제 2이송수단(92b)에 걸쳐지면서 안착하게 되고, 이에 따라 적재수단(91)은 금형을 제 2이송수단(92b)에 넘겨주게 된다. 이와 같이 넘겨주게 되는 이유는 적재수단(91)과 제 2이송수단(92b)간의 폭이 달라 어느 한쪽이 다른쪽으로 진행하여도 간섭이 없게 구성되었기 때문이다.
상기 작동에 따라 금형의 냉각 및 청소 위치(4)에 있던 금형을 제 2이송수단(92b)에 넘겨준 적재수단(91)은 다시 제자리로 돌아온다. 이후 적재수단(91)의 상부 돌출부(912)에 안치되어 남아 있는 나머지 금형을 상기 작동에 따라 비어 있는 금형의 냉각 및 청소 위치(4)에 순차적으로 이동시키는 작업을 해야 한다. 이를 위해 적재수단(91)은 하부로 하강한다. 이러한 하강에 따라 적재수단(91) 상부 돌출부(912)에 안치되었던 금형들은 고정안치부(94)에 걸려 하강하지 못하고, 고정안치부(94)에 안치된 상태로 남아있게 되고, 적재수단(91)은 제 1이송수단(92a)에 의해 한칸 이동한 후 다시 상승하여 고정안치부(94)에 안치되었던 금형들을 돌출부(912)로 들어올림으로써 금형들의 위치를 한칸씩 전진시키게 된다.
상기와 같은 도 5 설명을 바탕으로 이하 실시예의 단계를 설명한다.
(1단계)
중자조립 및 금형 합형 후 주조대기 위치(5)에서 조립완료된 몰드(금형)가 금형이송 및 금형반전 갠트리(6)에 의해서 파지되어 상승 후 180˚회전된 후 진공저압주조기(8)로 이송되었다. 이로써 주입 준비가 완료된 상태이다.
(2단계)
진공저압주조기(8)에서 금형에 용탕 주입이 완료되면 금형이송 및 금형반전 갠트리(6)에 의해서 금형의 이송 및 반전이 실시된다. 쉽게 설명하자면 금형은 금형이송 및 금형반전 갠트리(6)에 의해 진공저압주조기(8) 상부로 이격되고 금형 하부의 주입구로부터 용탕이 세어나오지 못하도록 180˚ 회전이 이루어진다. 그리고는 주입 후 최초 이송된 금형 위치(2)로 이동하여 탈형 대기상태가 된다. 이때 180˚ 회전시 하부는 에어를 토출하는 장치수단(도시 없음)에 의해 압탕부가 순간적으로 냉각되어 압탕부 하부로 용탕이 흐르지 않도록 한다.
(3단계)
용탕 주입 후 최초 이송된 금형의 주물제품응고 위치(2)에 있는 금형은 금형 이송 장치(9)에 의해서 금형의 금형분리 및 주물제품 취출 위치(3)로 이동하기 전까지 금형 내의 주물제품이 계속해서 냉각이 진행되는 상태에 놓인다.
(4단계)
금형분리 및 주물제품 취출 위치(3)에 있는 금형은 금형분리를 위해 이젝트핀 상승용 유압실린더에 의해 금형의 내부에 응고된 주물제품 및 상형이 분리되어 주물제품은 취출되게 된다. 이후 금형의 분리 및 주물제품 취출이 이루어지면 금형 이송 장치(9)에 의해서 금형의 냉각 및 청소 위치(4)로 이동하게 된다.
(5단계)
금형의 냉각 및 청소 위치(4)에서는 분리된 금형에 다시 용탕이 주입되도록 냉각하고, 그 표면을 청소하여 용탕 주입시 표면 상태가 깨끗하도록 하고, 이후 금형 이송 장치(9)에 의해서 중자조립 및 금형 합형 후 주조대기 위치(5)로 이동하게 된다.
(6단계)
금형의 냉각 및 청소 위치(4)의 금형이 금형 이송 장치(9)에 의해서 중자조립 및 금형 합형 후 주조대기 위치(5)로 이동하여 중자조립 및 금형 합형이 이루어져 주조 대기 상태에 놓이게 된다.
상기에서 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry, 6)는 중자조립 및 금형 합형 후 주조대기 위치(5)에서 조립이 완료된 금형을 진공저압주조기(8)로 이송 후 로딩(Loading)을 실시하고, 주입이 완료된 금형을 들어올려 금형을 180˚ 회전시켜 주입 후 최초 이송된 금형 위치(2)로 이동하는 역할을 한다.
상기에서 진공저압주조기(8)가 금형에 용탕을 주입하기 전에 진공챔버(Vacuum Chamber, 7)는 진공저압주조기(8)로 로딩된 금형을 덮어 주입이 실시함과 동시에 금형 주위를 진공(Vacuum) 분위기로 만들어준다. 주입이 완료되면 금형에서 자동 분리가 이루어진다.
상기에서 주입이 완료된 금형은 금형 이송 및 금형반전 갠트리(6)에 의해서 주입 후 최초 이송된 금형 위치(2)로 이동되지만, 주입 후 최초 이송된 금형 위치(2)에서 중자조립 및 금형 합형 후 주조대기 위치(5)까지는 금형 이송 장치(9)에 의해서 이동하게 된다.
상기와 같은 본 발명의 연속주조방법에 의해 제조된 주물제품은 주로 자동차 엔진 실린더 헤드/블럭(Engine Cylinder Head/ Block)에 적합하다.
특히 진공흡인시스템(Vacuum & Low Pressure System)으로 주물제품의 조직 미세화와 박육화가 가능해져, 자동차 샷시 부품 등 우수한 물성과 경량화가 요구되는 주물제품 개발 및 생산에 적합하다. 대표적인 개발 제품으로는 리어 서브 프레임(Rear Sub Frame), 프론트 서브 프레임(Front Sub Frame), 크로스 멤버(Cross Member) 등이 있다.
일례를 들자면, 실린더헤드는 일반적으로 가솔린용은 금형 저압주조 방식, 디젤헤드는 실린더헤드의 연소실부위에 작용하는 폭발압력이 크기 때문에 금속조직 미세화에 적합한 금형중력 주조 방식이 일반적으로 사용된다. 그러나 전술한 바와 같이 종래의 방식은 생산 싸이클 타임이 길고, 용탕의 회수율도 낮아 궁극적으로 설비 투자비가 많이 들고, 생산성이 낮기 때문에 원가 절감에는 한계가 있으나 본 발명의 기술을 적용할 경우 종래의 방식 대비 최소한 10% 이상 원가 절감이 가능한 신개념의 주조방식이어서 자동차 파워트레인용 실린더헤드 시장에 혁신적인 공법이다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1a는 본 발명의 개략적인 장치 구성을 보인 예시도이고,
도 1b는 본 발명의 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)와 금형 이송 장치 를 보인 구성도이고,
도 2는 본 발명 주조시 용탕 주입시 금형의 형태(A)와 주입후 금형이 주조기에서 이재(Un-loading)될 때의 턴 오버(Turn-over)(B)를 보인 실시예도이고,
도 3 내지 5는 본 발명의 실시예 사진이고,
도 6은 종래 중력 주조기(One on One Type)의 용탕 주입예를 보인 단면도이고,
도 7은 종래 저압 주조기(Low-pressure Casting)의 용탕 주입예를 보인 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1a, 1b, 1c, 1d) : 금형
(2) : 용탕 주입 후 최초 이송된 금형의 주물제품응고 위치
(3) : 금형분리 및 주물제품 취출 위치
(4) : 금형의 냉각 및 청소 위치
(5) : 중자조립 및 금형 합형 후 주조대기 위치
(6) : 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)
(7) : 진공챔버(Vacuum Chamber)
(8) : 진공저압주조기
(9) : 금형 이송 장치
(61) : 수평이동수단
(62) : 수직승하강수단
(63) : 파지수단
(64) : 회전수단
(91) : 적재수단
(92a) : 제 1 이송수단
(92b) : 제 2 이송수단
(93) : 금형분리 및 취출수단
(94) : 고정안치부
(911) : 천공부
(912) : 돌출부
(931) : 유압실린더

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 저압주조장치에 있어서,
    공급된 금형에 용탕을 주입하는 진공저압주조기와; 상기 진공저압주조기가 금형에 용탕을 주입하기 전에 금형 내부를 진공흡인하도록 진공저압주조기와 금형 사이에 장착된 진공챔버(Vacuum Chamber)와; 상기 진공저압주조기에 순차적으로 공급되는 복수개의 금형과; 상기 복수개의 금형을 진공저압주조기에 순차적으로 이,적재하도록 진공저압주조기 및 금형이송장치 상부쪽에 위치하여 이동하는 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry); 및 상기 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)가 이송한 금형을 적재하여 순차적으로 이송시키면서 금형을 냉각하고 금형 내 주물제품을 취출하도록 진공저압주조기 일측에 설치된 금형 이송 장치;로 구성하되,
    상기 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)는 금형 이송 장치와 진공저압주조기간을 수평 이동하는 수단 및 수직 승하강하는 수단과; 승하강 수단에 설치되어 금형을 파지하는 파지수단과; 파지수단을 회전시켜 용탕을 공급받은 압탕(Riser)의 위치를 상부로 위치하도록 금형을 반전(Turn-over)하는 회전수단;을 구비하고,
    상기 금형 이송 장치는 다수개의 금형을 각각 적재하도록 중앙부에 천공부가 형성되어 금형 분리 및 취출수단이 승하강 하도록 형성되고, 각각의 금형을 안치하기 위해 상부방향으로 돌출된 다수개의 돌출부로 이루어진 적재수단과; 적재수단을 이송하도록 적재수단 하부에 설치된 제 1이송수단과; 제 1 이송수단에 의해 이송된 적재수단으로부터 금형을 넘겨받도록 제 1 이송수단 일측에 설치된 제 2이송수단과; 적재된 금형을 분리하여 냉각된 주물제품을 취출하도록 상기 천공부를 승하강하는 금형 분리 및 취출수단과; 승하강 하는 적재수단의 돌출부 바깥쪽에 고정되게 형성되어 적재수단 하강시 금형을 안치하는 다수개의 고정안치부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 금형 순환식 다중 주조장치.
  3. 삭제
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 복수개의 금형은 동일한 재질과 동일한 주물제품형상으로 이루어진 금형인 것을 특징으로 하는 금형 순환식 다중 주조장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 복수개의 금형은 동일한 재질로 이루어지되 서로 다른 주물제품형상으로 이루어진 금형인 것을 특징으로 하는 금형 순환식 다중 주조장치.
  6. 저압주조방법에 있어서,
    상기 제 2항, 4항, 5항 중 어느 한항에 따른 금형 순환식 다중 주조장치를 구비한 후,
    진공챔버(Vacuum Chamber)와 금형에 용탕을 주입하는 하나의 진공저압주조기를 이용하여 다수개의 금형을 순차적으로 공급하여 공급 순서대로 금형에 용탕을 공급하는 단계와;
    이후 순차적으로 이송되는 용탕이 주입된 금형을 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)를 이용하여 상승 시킨후 180˚회전하여 용탕을 공급받은 압탕(Riser)의 위치를 상부로 위치시켜 지향성 응고를 유도하도록 금형을 반전(Turn-over)시키는 단계와;
    이후 반전되어 공급되는 다수개의 금형을 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)를 이용하여 순차적으로 금형 이송 장치에 적재하는 단계와;
    이후 금형 이송 장치를 이용하여 순차적으로 공급되는 금형을 '주물제품응고단계', '금형분리 및 주물제품 취출단계', '금형의 냉각 및 청소단계', '중자조립 및 금형 합형 후 주조대기 단계'를 순차적으로 거치게 하는 이송단계와;
    이후 주물제품이 취출된 금형을 금형이송 및 금형반전 갠트리(Gantry)를 이용하여 상승시킨 후 180˚회전하여 순차적으로 진공저압주조기로 순환 이송하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 금형 순환식 다중 주조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 진공챔버(Vacuum Chamber)와 금형에 용탕을 주입하는 진공저압주조기를 이용하여 다수개의 금형이 순차적으로 공급되면 공급 순서대로 용탕을 공급하는 단계에서 순차적으로 공급되는 금형은 동일한 재질과 동일한 주물제품형상으로 이루어진 금형을 공급하는 단계인 것을 특징으로 하는 금형 순환식 다중 주조방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 진공챔버(Vacuum Chamber)와 금형에 용탕을 주입하는 진공저압주조기를 이용하여 다수개의 금형이 순차적으로 공급되면 공급 순서대로 용탕을 공급하는 단계에서 순차적으로 공급되는 금형은 동일한 재질로 이루어지되 서로 다른 주물제품형상으로 이루어진 금형을 공급하는 단계인 것을 특징으로 하는 금형 순환식 다중 주조방법.
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