KR101131433B1 - 주조기용 온도센서 및 주조기 - Google Patents

Abstract

선단부에 빼기구배가 형성되도록 테이퍼를 형성한 보호부재(22)를 갖는다. 이 보호부재(22)는 금형의 재료와 동등한 재료로 형성되어 있다. 이 보호부재(22)의 내부에 삽입되어 보호부재(22)의 선단부에 접속된 열전대를 구비한다. 상기 보호부재(22)는, 그 선단부가 금형 내의 주조 공간 내에 돌출하도록 금형에 설치된다.

Description

주조기용 온도센서 및 주조기{THERMOSENSOR FOR CASTING MACHINE AND CASTING MACHINE}

본 발명은, 용탕의 온도를 직접 검출하기 위해서 사용되는 주조기용 온도센서 및 이 온도센서를 사용한 주조기에 관한 것이다.

종래, 예컨대 자동이륜차용 엔진의 실린더 헤드는 저압 주조법에 의해 주조되어 있다. 이 저압 주조용 주조기로서는, 예컨대 일본 특허 제3201930호 공보에 개시된 것이 있다. 이 공보에 나타내어진 주조기는, 하측 금형과 상측 금형으로 이루어지는 금형의 하방에 도가니가 배치되고, 이 도가니에 저류된 용탕을 가압하여 스토크(stalk)를 통해서 밀어 올려, 하측 금형의 탕구에 공급하는 구성이 채용되어 있다.

이 주조기는, 생산성을 향상시키기 위해서, 용탕의 공급 개시로부터 금형 개방까지의 사이의 동작이 자동화되어 있다. 즉, 이 주조기는, 작업자에 의해 스타트 스위치가 ON 조작된 후에, 금형의 온도와 용탕의 온도에 기초하여 용탕을 공급하는 시간(이하, 이 시간을 가압 시간이라 함)을 연산에 의해 구하고, 이 가압 시간만큼 용탕을 가압하여 금형 내에 공급한다. 금형의 온도는, 금형 내에 매설된 온도센서에 의해 검출하고, 용탕의 온도는, 도가니에 설치된 온도센서에 의해 검출한다. 가 압 시간은, 가압 개시 후에 금형 안이 용탕으로 가득 차고, 또한, 금형의 상부로부터 하부로 나아가는 용탕의 응고 부분이 탕구 내에 도달하는 시간으로 설정되어 있다.

즉, 가압 시간이 경과한 후에 용탕의 가압을 종료함으로써, 용탕의 미응고 부분이 탕구 내로부터 스토크를 통해 도가니 내에 낙하하여 되돌려지고, 용탕의 응고된 부분만이 탕구 내에 잔존한다. 이 때에 금형 내에 있는 주조물은, 응고되어 있다고는 해도 유동성이 잃어버려진 정도의 연약한 상태이기 때문에, 이 시점에서 금형으로부터 취출하면 간단히 변형되어 버려, 형상ㆍ치수 정밀도가 현저하게 저하되게 된다. 이 때문에, 이 주조기는, 용탕의 가압을 종료하고나서 주조물이 변형되는 일이 없는 경도로 응고될 때까지 대기한 후에 금형 개방을 하는 구성이 채용되고 있다. 용탕의 가압을 종료했을 때부터 금형 개방을 할 때까지의 사이의 시간(이하, 이 시간을 응고 시간이라 함)은, 용탕의 가압을 종료했을 때의 금형의 온도에 기초하여 연산에 의해 구하고 있다.

상술한 바와 같이 구성된 종래의 주조기는, 주조 중에 주조물의 온도를 검출할 수 없기 때문에, 용탕이 실제로 응고되는 속도에 대응시켜 최적의 시기에 용탕의 가압을 종료하거나, 금형 개방을 행할 수는 없었다. 그 때문에, 종래의 주조기는, 용탕의 가압과 응고가 불완전한 상태에서 종료되는 일이 없도록, 가압 시간과 응고 시간이 안전율이 가미된 여유를 가진 시간으로 설정되어 있었다. 이 결과, 종래의 주조기에서는, 사이클 타임이 길어져 생산성이 저하되어 버린다.

이러한 문제는, 주조물의 온도를 온도센서에 의해 직접 검출할 수 있으면 해소할 수 있다. 그러나, 주조물의 온도를 검출하는 온도센서를 제작함에 있어서는, 주조물에 접촉하는 부위가 용탕의 열이나 압압력에 의해 파손되거나, 금형 개방 시나 이형시에 주조물에 의해 마모나 파손되어 버린다는 문제를 회피해야만 한다.

본 발명은 이러한 문제를 해소하기 위해서 이루어진 것으로, 용탕의 열이나 압압력에 의해 파손되는 일이 없음과 아울러, 주조물로부터 용이하게 떼어낼 수 있는 주조기용 온도센서를 제공하는 것을 제1목적으로 하고, 이 온도센서를 사용하여 주조기의 사이클 타임을 단축하는 것을 제2목적으로 한다.

본 발명에 따른 주조기용 온도센서는, 금형의 재료와 동등한 재료로 형성되고, 선단부에 빼기구배가 형성되도록 테이퍼를 형성한 보호부재와, 이 보호부재의 내부에 삽입되어 보호부재의 선단부에 접속된 열전대를 구비하고, 상기 보호부재의 선단부가 금형 내의 주조 공간 내에 돌출하도록 금형에 설치되어 있는 것이다.

<발명의 효과>

청구항1 및 청구항2에 기재된 발명에 따른 주조기용 온도센서의 보호부재는, 금형과 동등한 내열성 및 강도를 갖고, 금형과 함께 주조물로부터 떨어진다. 따라서, 본 발명에 의하면, 용탕의 열이나 압력에 의해 파손되는 일이 없고, 또한 금형 개방시나 이형시에 주조물에 의해 마모나 파손되는 일없이 주조물로부터 용이하게 떼어낼 수 있는 주조기용 온도센서를 제공할 수 있다.

청구항3 및 청구항4에 기재된 발명에 의하면, 캐비티 내보다 늦게 응고되는 용탕의 온도를 온도센서에 의해 직접 검출할 수 있다. 이 때문에, 주조물의 온도가 용탕의 공급 정지나 금형 개방에 가장 알맞은 온도에 도달했을 때에 용탕의 공급을 정지시키거나 금형 개방을 행할 수 있다.

이 결과, 본 발명에 따른 주조기에 의하면, 용탕의 공급 시간 및 공급 정지로부터 금형 개방까지의 사이의 응고 시간을 주조물이 양품으로 되는 범위 내에서 가급적 단축시킬 수 있으므로, 주조의 사이클 타임이 단축되어 보다 한층 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 용탕의 내부의 온도를 검출할 수 있고, 온도센서의 보호부재를 주조 후에 주조물로부터 용이하게 떼어낼 수 있다. 이 때문에, 보호부재가 금형 개방시나 주조물의 이형시에 파손되는 것을 방지하면서, 용탕의 온도를 정밀도 좋게 검출할 수 있다.

도 1a는, 본 발명에 따른 온도센서가 설치된 금형을 나타내는 종단면도이다.

도 1b는, 본 발명에 따른 온도센서가 설치된 금형을 나타내는 횡단면도이다.

도 2는, 하측 금형의 온도센서 설치부분을 확대해서 나타내는 단면도이다.

도 3은, 온도센서를 확대해서 나타내는 단면도이다.

도 4는, 주조기의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.

도 5는, 러너 내의 용탕의 온도변화를 나타내는 그래프이다.

도 6a는, 중력 주조용 주조기에 사용하는 금형을 나타내는 횡단면도이다.

도 6b는, 중력 주조용 주조기에 사용하는 금형을 나타내는 종단면도이다.

도 7a는, 중력 주조용 주조기에 사용하는 금형을 나타내는 횡단면도이다.

도 7b는, 중력 주조용 주조기에 사용하는 금형을 나타내는 종단면도이다.

도 8은, 주조시의 동작을 설명하기 위한 플로우차트이다.

도 9는, 용탕의 온도변화를 나타내는 그래프이다.

(제1실시형태)

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 1a, 도 1b 내지 도 5에 있어서, 부호 1로 나타내는 것은 이 실시형태에 의한 온도센서(2)가 설치된 금형이다. 이 금형(1)은, 도시하지 않는 저압 주조용 주조기에 장착되는 것으로, 주조기의 플래튼에 상부 지지부재(3)에 의해 설치된 상측 금형(4)과, 주조기의 기초대에 하부 지지부재(5)를 통해서 지지된 하측 금형(6)으로 구성되어 있다. 이 주조기는, 플래튼을 구동함으로써 상측 금형(4)을 하측 금형(6)에 대하여 승강시키고, 금형 체결과 금형 개방을 행하는 구성이 채용되어 있다. 이 금형(1)에 의해 주조되는 금속재료는 알루미늄합금이다.

상측 금형(4)은, 하방을 향해 개구하는 캐비티(7)가 형성되고, 하측 금형(6)에는, 상방을 향해 개구하는 캐비티(8)가 형성되어 있다. 캐비티(7,8)는, 이 실시형태에 있어서는, 주조물의 제품부분을 성형하기 위한 오목부인 것을 말한다.

상측 금형(4)과 하측 금형(6)은, 이들을 주조 온도까지 예열하기 위한 히터(도시 생략)와, 주조시의 금형 온도를 일정하게 유지하기 위한 수냉식 냉각장치(도시 생략)가 설치되어 있다.

하측 금형(6)의 내측 저부에는, 도 1a, 도 1b 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 캐비티(8)의 일측부로부터 타측부에 걸쳐 연장되도록 러너(9)가 형성되어 있 다. 또한, 하측 금형(6)의 내측 저부에는, 러너(9)의 바닥으로부터 하방으로 연장되도록 탕구(10)가 형성되어 있고, 본 발명에 따른 온도센서(2)가 러너(9) 내에 면하는 상태로 설치되어 있다.

탕구(10)는, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 하측 금형(6)의 바닥에 상방으로부터 바라봐서 타원형상으로 형성되고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 상측을 향함에 따라 점차로 개구 지름이 넓어져 빼기구배를 형성하도록 뚫어 형성되어 있다.

이 탕구(10)의 상단부의 개구 부분에는, 이물이 금형 내에 유입되는 것을 저지하는 필터(11)가 장착되고, 탕구(10)의 하단에는, 하부 지지부재(5)에 설치된 탕구 컵(12)의 상단부가 접속되어 있다. 이 탕구 컵(12)은, 하부 지지부재(5)를 상하방향으로 관통하고 있고, 이 하부 지지부재(5)의 하면에 접촉된 용탕공급용 스토크(도시 생략)의 상단부로부터 용탕(13)이 공급된다.

즉, 스토크의 하단은, 도시하지 않은 로체(爐體)에 수용된 도가니(도시 생략) 내의 용탕 중에 침지되어 있고, 주조시에 도가니 내의 용탕면을 가압함으로써, 용탕(13)은, 스토크로부터 탕구(10) 컵을 통해서 탕구(10)에 들어간다. 그리고, 이 용탕(13)은, 탕구(10) 내로부터 필터(11)를 통과하여 러너(9) 내에 들어가고, 또한 캐비티(7,8) 내에 공급된다. 이와 같이 금형(1) 내에 충전된 용탕(13)은, 캐비티(7,8) 내{제품부분(14)(도 2 참조)}로부터 응고되기 시작한다.

이 용탕(13)의 응고 부분은, 시간의 경과와 함께 캐비티(7,8) 내로부터 러너(9) 내에 이르고, 또한 탕구(10) 내로 진행된다. 이 실시형태에 의한 주조기는, 용탕(13)의 가압을 개시한 후에 후술하는 온도센서(2)에 의해 주조물의 일부가 되 는 러너부의 용탕(13)의 온도를 직접 검출한다. 용탕(13)의 응고 상태는 용탕(13)의 온도에 의해 검출할 수 있으므로, 이 주조기는, 탕구(10)와 러너(9)의 경계의 근방까지 응고 부분이 진행되었을 때에 용탕(13)의 가압을 종료한다. 이와 같이 용탕(13)의 가압을 종료함으로써, 응고되어 있지 않은 탕구 컵(12)이나 스토크 내의 용탕은 도가니에 흘러내린다. 그 후, 이 주조기는, 용탕(13)(주조물)의 온도가 금형 개방 가능한 온도까지 저하했을 때에 금형 개방을 행한다.

온도센서(2)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 상하방향으로 연장되는 보호부(2a)와, 이 보호부(2a)의 기단부에 형성된 지지부(2b)를 일체로 형성하여 내부에 축방향으로 관통하는 관통구멍(21)이 형성된 보호부재(22)를 구비하고 있다. 또한, 온도센서(2)는, 상술한 관통구멍(21)의 내부에 삽입된 열전대(23)를 구비하고, 하측 금형(12)에 뚫어 형성된 설치구멍(24)에 끼워넣어져 있다. 설치구멍(24)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 러너(9) 내에 개구하여 보호부(2a)가 끼워넣어지는 소경부(24a)와, 금형 외로 개구하여 지지부(2b)가 끼워맞춰지는 대경부(24b)로 형성되어 있다. 이 설치구멍(24)은, 하측 금형(6)에 있어서의 탕구(10)의 측방 근방에 금형 개방 방향(도 3에 있어서는 상하방향)으로 연장되어 하측 금형(6)을 관통하도록 뚫어 형성되어 있다.

보호부재(21)는, 지지부(2b)가 대경부(24b)에 끼워맞춰짐으로써, 도시의 위치로부터 그 이상 금형(1) 내에 삽입되는 일이 없도록 설치 위치가 규제된 상태에서 하측 금형(6)에 설치되어 있다. 이 보호부재(22)를 형성하는 재료는, 하측 금형(6)의 재료와 동등한 것으로, 이 실시형태에 있어서는 열간금형용 합금공구 강(SKD)이 이용되고 있다.

또한, 이 보호부재(22)의 보호부(2a)는, 설치구멍(24)에 지지부(2b)와 함께 끼워맞춰진 상태에서 선단측의 온도검출부(25)가 러너(9) 내로 돌출하는 길이로 형성되어 있다. 즉, 이 보호부재(22)는, 온도검출부(25)가 금형 내의 주조 공간(러너(9))에 돌출하는 상태에서 하측 금형(12)에 설치되어 있다. 이 보호부재(22)의 온도검출부(25)는, 선단을 향함에 따라 점차 외경치수가 작아지도록 형성되어 있다. 상기 주조 공간은, 러너(9) 이외에, 캐비티(7,8)나 탕구(10) 등, 금형(1) 내에서 용탕이 충전되는 다른 부위도 포함한다.

즉, 이 보호부재(22)의 온도검출부(25)는, 빼기구배를 구성하는 테이퍼가 형성되어 있다. 이 온도검출부(25)에 의해, 본 발명에서 말하는 온도센서의 선단부가 구성되어 있다. 이 실시형태에 있어서는, 온도검출부(25)의 꼭대기부(25a)는, 상방을 향해 볼록하게 되는 반구형상으로 형성되어 있고, 열전대(23)의 2종류의 도선(23a,23b)의 선단이 용접되어 있다. 즉, 관통구멍(24)에 삽입된 도선(23a,23b)의 선단을 꼭대기부(25a)의 개구에 면하게 한 상태에서 동일 열간금형용 합금공구강(SKD)으로 이루어지는 용접봉을 사용하여 이들을 용접해서 개구를 폐쇄하고, 그 후, 반구형상으로 연마하고 있다.

열전대(23)는, 종래부터 잘 알려져 있는 알루멜-크로멜형의 것이 사용되고 있고, 보호부재(22)의 온도검출부(25)에 용접되어 서로 도통된 2종류의 도선(23a,23b)으로 구성되어 있다. 이와 같이 열전대(23)가 설치됨으로써, 이 온도센서(2)는, 보호부재(22)(보호부(2a))의 꼭대기부(25a)(열전대(23)가 용접되어 있는 부위)에 접촉하는 용탕(13)의 온도를 검출한다.

2개의 도선(23a,23b)은, 보호부재(22) 내로부터 지지부(2b)를 관통하여 하측 금형(6) 외측으로 도출되고, 지지부(2b)에 용접된 스테인레스제의 도관(26)의 내부를 통과하여 주조기의 제어장치(31)(도 1a 및 도 1b 참조)에 접속되어 있다. 이 실시형태에 의한 온도센서(2)는, 관통구멍(21) 내이며 도선(23a,23b)의 주위에 내열성 절연분말(27)이 충전되어 있다. 이 내열성 절연분말(27)로서는, 예컨대 디젤엔진용 글로우 플러그에 이용되고 있는 마그네시아(MgO)를 들 수 있다.

제어장치(31)는, 상술한 금형(1)을 갖는 주조기의 동작을 제어하기 위한 것으로, 용탕온도 조절계와, 금형온도 조절계와, 가압압력 제어기와, 주조조건 설정기 등으로 구성되어 있다.

용탕온도 조절계는, 도가니 내의 용탕(13)이 설정 온도로 가열되도록 로체의 히터의 온도를 제어한다. 용탕(13)의 설정 온도는, 후술하는 주조조건 설정기에 의해 사용하는 금형마다 설정된다.

금형온도 조절계는, 금형(1)이 설정 온도로 가열되도록 금형(1) 내의 히터와 냉각 장치의 온도를 제어한다. 금형(1)의 설정 온도는, 후술하는 주조조건 설정기에 의해 사용할 때마다 설정된다.

가압압력 제어기는, 도가니 내의 용탕(13)을 가압하는 가압장치(도시 생략)의 작동ㆍ정지를 스위칭함과 아울러, 도가니로부터 금형(1) 내에 공급되는 용탕(13)의 속도가 설정 속도로 되도록 가압장치의 가스 공급량을 제어한다. 설정 속도는, 후술하는 주조조건 설정기에 의해 사용하는 금형마다 설정된다.

주조조건 설정기는, 주조에 이용하는 금형마다 대응하는 금형 온도ㆍ용탕 온도ㆍ가압 시간ㆍ응고 시간ㆍ용탕(13)의 공급속도 등의 주조 조건을 갖는 데이터를 용탕온도 조절계, 금형온도 조절계 및 가압압력 제어기에 송출한다. 또한, 이 주조조건 설정기는, 가압압력 제어기에 용탕(13)의 가압을 개시시키기 위한 개시신호와, 용탕(13)의 가압을 종료시키기 위한 정지신호를 소정의 시기에 출력한다. 이와 함께, 주조조건 설정기는, 구동장치(13)에 상측 금형(4)을 하강시키기 위한 금형 체결 신호와, 상측 금형(4)을 상승시키기 위한 금형 개방 신호를 소정의 시기에 송출한다.

이들 개시ㆍ정지신호와 금형 체결ㆍ금형 개방 신호 중, 정지신호와 금형 개방 신호는, 온도센서(2)에 의해 검출한 온도가 미리 규정한 온도(T1), 온도(T2)(도 5 참조)에 도달했을 때에 송출된다. 온도(T1)는, 용탕(13)의 가압을 종료한 후에 최적인 온도에서, 용탕(13)의 응고에 의해 제품부, 러너부와 탕구 상부의 용탕(13)의 유동성이 잃어버려져 탕구 상부보다 스토크측의 용탕(13)의 유동성이 유지되는 온도로 설정되어 있다.

즉, 이 온도(T1)는, 가압장치에 의한 가압이 정지되었더라도 탕구 상부로부터 스토크측의 용탕(13)만이 도가니측으로 흘러내리는 최대의 온도로 설정되어 있다. 이 실시형태에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 필터(11)의 상부가 주조물 안에 잔류되도록 온도(T1)가 설정되어 있다. 온도(T2)는, 금형 개방을 행함에 있어서 최적의 온도이고, 온도(T1)보다 낮은 온도이며, 금형을 개방하여도 주조물의 형상ㆍ치수가 바뀌는 일이 없는 경도까지 용탕(13)이 응고되는 최대의 온도로 설정되어 있다.

또한, 이 실시형태에 의한 주조조건 설정기는, 온도센서(2)의 기능이 어떠한 원인으로 손상되어, 상기 온도(T1,T2)를 온도센서(2)에 의해 검출할 수 없어졌더라도 양품을 주조할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 이 주조조건 설정기는, 온도센서(2)가 불량으로 된 경우에는, 온도센서(2)에 의해 검출된 온도를 이용하는 일 없이, 시간(가압 시간과 응고 시간)에 따라 용탕(13)의 가압을 종료하는 시기와 금형 개방 시기를 설정하는 구성이 채용되어 있다. 상세하게 설명하면, 이 주조조건 설정기는, 온도센서(2)가 어떠한 사정으로 불량품이거나 또는 불량으로 된 경우에는, 용탕(13)의 가압을 개시했을 때부터 미리 정한 가압 시간이 경과했을 때에 용탕(13)의 가압을 종료시킨다. 또한, 이 주조조건 설정기는, 용탕(13)의 가압을 종료했을 때부터 미리 정한 응고 시간이 경과했을 때에 금형 개방을 행하도록 구성되어 있다.

가압 시간은, 용탕(13)의 공급 개시로부터 용탕(13)의 응고 부분이 탕구(10)에 도달할 때까지의 시간이며, 용탕(13)의 공급 개시시의 금형(1)의 온도와 도가니 내의 용탕(13)의 온도에 기초하여, 사용하고 있는 금형(1)의 종류에 대응시켜 연산에 의해 구한다. 응고 시간은, 용탕(13)의 가압 종료로부터 금형(1) 내의 주조물이 용이하게 변형되는 일이 없는 경도로 응고될 때까지 요하는 시간이다. 즉, 이 응고 시간은, 용탕(13)의 가압을 종료했을 때의 금형(1)의 온도에 기초하여 금형(1)의 종류에 대응시켜 연산에 의해 구한다. 또한, 이들 가압 시간과 응고 시간은, 미리 맵으로서 메모리(도시 생략)에 기억시켜 두고, 이 메모리로부터 읽어내는 구성을 채용할 수도 있다.

다음에, 상술한 주조기의 동작을 제어장치(31)의 더욱 상세한 구성의 설명 과 아울러 도 4 및 도 5에 의해 설명한다. 여기서는, 반복 실시되는 주조 작업의 1회분(1숏(shot)분)의 동작에 대해서만 설명한다. 이를 위해, 주조조건 설정기에는 금형(1)마다의 주조 조건이 이미 입력되고, 금형(1)이나 용탕(13)이 주조 온도까지 이미 승온되어 있는 것으로 한다. 또한, 주조 조건의 입력은, 금형(1)마다 정해진 실행 프로그램의 번호를 입력하는 것에 의해 행한다.

이 주조기에 있어서 주조 작업은, 금형(1)이 금형 체결된 상태에서 예컨대 도시하지 않은 스타트 스위치를 ON 조작함으로써 개시한다. 이 스위치 조작에 의해, 우선, 도 4의 스텝S1에 나타내는 바와 같이, 주조조건 설정기가 현재의 금형(1)의 온도와 용탕(13)의 온도가 양품 범위에 들어가 있는지의 여부를 판정한다. 이 양품 범위는, 주조물이 양품으로 되는 온도의 범위로, 금형마다 설정되어 있다. 이 판정의 결과가 아니오, 즉 온도가 양품 범위 외에 있는 경우에는, 스텝S2로 진행되고, 주조조건 설정기가 온도 이상(異常)을 조작자에게 알리는 알람 처리를 실시하고, 이 이후의 주조 동작을 정지시킨다.

판정의 결과가 예인 경우에는, 주조조건 설정기는, 온도센서(2)의 기능이 손상되어 있던 경우의 주조 프로그램을 실시할 때에 필수로 되는 용탕(13)의 가압 시간을 연산한다(스텝S3). 그 후, 주조조건 설정기는, 스텝S4에서 가압압력 제어기에 개시신호를 용탕(13)의 공급 속도를 나타내는 데이터와 함께 송출한다. 이와 같이 개시신호가 가압압력 제어기에 보내짐으로써, 가압장치에 의해 로체 내에 불활성가 스가 공급된다.

이 결과, 용탕(13)이 가압되어 스토크 내에서 탕구 컵(12)과 탕구(10) 및 필터(11)를 통해서 금형(1) 내에 공급된다. 캐비티(7,8) 내를 가득 찬 용탕(13)은, 캐비티(7,8) 내의 제품부분(14)에서부터 응고된다. 이 용탕(13)의 응고 부분은, 시간의 경과와 함께 내려가고, 러너(9) 내로부터 탕구(10) 내로 나아간다. 한편, 상술한 바와 같이 가압장치가 가압을 개시했을 때에는, 이와 동시에 도시하지 않은 타이머가 시간 측정을 개시한다.

그 후, 주조조건 설정기는, 스텝S5에서 하측 금형(6)의 온도센서(2)에 의해 러너(9) 내의 용탕(13)의 온도를 검출한다. 온도센서(2)가 검출하는 온도는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 주조 개시후(용탕(13)의 공급 개시후)에 급상승하고, 일정 기간만큼 변화되지 않는 상태(러너(9) 내를 용탕(13)이 흐르는 상태)를 거친 후에 서서히 저하한다. 주조조건 설정기는, 스텝S6에 있어서, 온도센서(2)에 의해 검출된 온도의 최고값과 미리 정한 온도 범위를 비교하여, 최고 온도가 설정 온도범위 내에 들어 있는 경우에 온도센서(2)가 정상인 것으로 판정한다. 또한, 주조조건 설정기는, 최고 온도가 설정 온도범위 외에 있을 때에는 온도센서(2)가 정상으로 기능하고 있지 않는(이상인) 것으로 판정한다.

스텝S6에서 온도센서(2)가 이상인 것으로 판정된 경우에는, 타이머가 시간 계측하고 있는 경과 시간이 스텝S3에서 구한 가압 시간에 도달하였을 때에, 주조조건 설정기가 가압압력 제어기에 정지신호를 송출한다. 정지신호가 가압압력 제어기에 보내짐으로써, 가압장치가 불활성가스의 공급을 정지하고, 용탕(13)의 가압이 종료된다(스텝S7). 이와 같이 용탕(13)의 공급이 정지되면 대략 동시에, 주조조건 설정기는, 그 때의 금형(1)의 온도에 기초하여 응고 시간을 연산한다(스텝S8).

스텝S7에서 용탕(13)의 공급이 정지됨으로써, 금형 내의 용탕(13) 중 응고되지 않은 용탕(13)은, 탕구(10)로부터 탕구 컵(12)과 스토크를 통해서 도가니 내에 낙하하여 되돌려진다. 금형(1) 내에 잔존하고 있는 용탕(13)(유동성을 잃어버린 용탕)은, 열의 공급이 끊어졌기 때문에, 경도가 증대하고자 더욱 응고가 진행된다(스텝S9). 또한, 용탕(13)의 가압이 종료되었을 때에는, 도시하지 않은 타이머가 시간 측정을 개시한다. 그 후, 주조조건 설정기는, 타이머에 의해 시간 계측된 시간이 응고 시간에 도달한 후, 구동장치(13)에 금형 개방 신호를 송출한다. 구동장치(13)에 금형 개방 신호가 보내짐으로써, 구동장치(13)에 의해 상측 금형(4)이 상승하여, 금형이 개방된다(스텝10→스텝11).

스텝S6의 판정결과가 예인 경우, 즉 온도센서(2)가 정상으로 기능하고 있는 것으로 판정된 경우에는, 스텝S12에서 주조조건 설정기가 온도센서(2)에 의해 러너(9) 내의 용탕(13)의 온도를 검출한다. 이 때 온도센서(2)에 의해 검출되는 온도는, 도 5에 나타내는 바와 같이 변화되고, 최고 온도에 도달한 후에 용탕(13)의 응고가 진행됨에 따라 서서히 저하한다. 주조조건 설정기는, 온도센서(2)에 의해 검출된 온도가 미리 규정한 온도(T1)까지 저하했을 때(스텝S13)에, 가압압력 제어기에 정지신호를 송출한다. 이 정지신호가 가압압력 제어기에 보내짐으로써, 가압장치가 불활성가스의 공급을 정지하여, 용탕(13)의 가압이 종료된다(스텝S14).

용탕(13)의 가압이 종료되면, 용탕(13)의 미응고 부분은 도가니에 낙하하여 되돌려지고, 유동성이 잃어버려진 용탕(13)이 금형(1) 내에 잔존한다. 이 잔존하는 용탕(13)은, 열의 공급이 끊어지기 때문에 온도가 더욱 저하해 응고가 진행된다. 주조조건 설정기는, 스텝S15 및 스텝S16에 나타내는 바와 같이, 러너부의 용탕(13)의 온도를 온도센서(2)에 의해 항상 검출한다. 그리고, 주조조건 설정기는, 온도센서(2)에 의해 검출된 용탕(13)의 온도가 미리 정한 온도(T2)까지 저하되면, 응고 종료인 것으로 판단하여 구동장치(13)에 금형 개방 신호를 송출한다.

이와 같이 구동장치(13)에 금형 개방 신호가 보내짐으로써, 구동장치(13)에 의해 상측 금형(4)이 상승하여 금형이 개방되고(스텝S11), 1회분의 주조 작업이 종료된다. 금형 개방 시에 주조물이 상측 금형(4)과 함께 상승하는 경우나, 금형 개방시에 주조물이 하측 금형(6)에 남는 경우이여도 주조물을 하측 금형(6)으로부터 이형시킬 때에는, 이 온도검출부(25)를 주조물로부터 용이하게 뺄 수 있다. 이것은, 온도센서(2)의 온도검출부(25)에 빼기구배를 구성하는 테이퍼가 형성되어 있기 때문이다. 또한, 온도검출부(25)를 포함하는 보호부재(22) 및 열전대 용접부는, 상술한 바와 같이 금형과 동일한 재료이며 내마모성에도 우수하므로, 그 때의 주조물과의 마모가 억제된다.

따라서, 상술한 바와 같이 구성된 저압 주조용 주조기에 있어서는, 온도센서(2)를 금형(1)에 설치하여 주조를 행함으로써, 용탕(13)이 하측 금형(6)의 탕구(10)로부터 러너(9) 내에 들어가고, 온도센서(2)의 보호부재(22)에 접촉한다. 이와 같이 용탕(13)이 보호부재(22)에 접촉함으로써, 주조물의 일부가 되는 러너부의 용탕(13)의 온도를 온도센서(2)에 의해 직접 검출할 수 있다.

이 때문에, 이 온도센서(2)가 설치된 주조기는, 주조 중에 주조물의 온도를 직접 검출할 수 있게 되기 때문에, 용탕(13)이 실제로 응고되는 속도에 대응시켜 최적의 시기에 용탕(13)의 가압을 종료하거나, 금형 개방을 행할 수 있어, 사이클 타임의 단축을 할 수 있다.

이 온도센서(2)는, 보호부재(22)가 하측 금형(6)의 재료와 동등한 재료로 형성되어 있으므로, 금형(1)과 동등한 내열성과 기계적 강도를 갖는 것으로 된다. 이 때문에, 이 온도센서(2)는, 용탕(13)의 열이나 압력에 의해 파손되는 일은 없다. 또한, 보호부재(22)는, 금형(1)과 동등한 재료로 형성되는 것과 더불어 온도검출부(25)에 빼기구배를 형성하도록 테이퍼가 형성되어 있다. 이 때문에, 이 보호부재(22)는, 용탕(13)이 접촉하면서 응고하여 주조물이 성형됨에도 불구하고, 금형 개방시나 이형시에 주조물에 의해 마모나 파손되는 일없이 금형(1)과 함께 주조물로부터 용이하게 떨어지게 된다.

이 실시형태에 의한 온도센서(2)는, 보호부재(22)의 온도검출부(25)가 러너(9) 내에 면하는 상태에서 하측 금형(6)에 설치되어 있고, 이 온도검출부(25)의 꼭대기부(25a)의 온도를 검출한다. 이 때문에, 이 온도센서(2)에 있어서는, 러너(9) 내에 위치하는 용탕(13)의 내부의 온도, 즉 제품부분(14)에 가장 가까운 용탕(13)의 온도를 검출할 수 있다. 이 때문에, 제품부분에 온도센서(2)의 흔적이 형성되는 것을 방지하면서, 주조물의 온도를 높은 정밀도로 검출할 수 있다. 또한, 이 실시형태에 있어서는, 온도센서(2)를 온도검출부(25)가 러너(9) 내에 면하는 위치에 설치하는 예를 나타내었지만, 본 발명에 따른 온도센서를 설치하는 위치는 러 너(9)에 한정되는 것은 아니고, 캐비티(7,8)나 탕구(10) 등 적절하게 변경할 수 있다.

(제2실시형태)

중력 주조용 주조기에 본 발명을 적용하는 경우의 실시형태를 도 6a, 도 6b 내지 도 9에 의해 상세하게 설명한다.

도 6a, 도 6b 및 도 7a, 도 7b는 중력 주조용 주조기에 사용하는 금형을 나타내는 도면으로, 이들 도면에 있어서 a도는 횡단면 평면도, b도는 종단면도이다. 도 8은 주조시의 동작을 설명하기 위한 플로우차트, 도 9는 용탕의 온도변화를 나타내는 그래프이다.

도 6a, 도 6b 및 도 7a, 도 7b에 나타내는 중력 주조용 금형(41)은, 금형 개방 방향이 수평방향으로 되도록 형성된 제1금형(42)과 제2금형(43)으로 구성되고, 캐비티(44,45) 상에 압탕부(46,47)가 형성되어 있다. 제1금형(42)과 제2금형(43)은, 도시하지 않는 금형용 구동장치에 장착되고, 이 구동장치에 의해 금형 체결ㆍ금형 개방이 실시된다.

도 6a, 도 6b에 나타내는 금형(41)은, 압탕부(46,47)로부터 용탕(13)이 캐비티(44,45) 내에 공급된다. 도 7a 및 도 7b에 나타내는 금형(41)은, 압탕부(46,47)의 측방에 상방을 향해 개구하는 상태로 탕구(48)가 형성되고, 이 탕구(48)로부터 탕도(49)를 통해서 캐비티(44,45)의 저부에 용탕(13)이 공급되는 구조가 채용되어 있다. 이들 금형(41)은, 압탕부(46,47)에 온도센서(2)가 설치되어 있다.

이 온도센서(2)는, 제1실시형태에서 이용한 것과 동등한 것으로, 온도검출 부(25)가 압탕부(46)의 내벽면으로부터 금형 내이며 금형 개방 방향으로 돌출하는 상태에서 제1금형(42)에 설치되어 있다. 즉, 이 경우도 캐비티(44,45)보다 용탕(13)이 늦게 응고되는 부위에 온도센서(2)가 설치되어 있다. 또한, 도 7a 및 도 7b에 나타내는 금형(41)과 같이 탕구(48)와 탕도(49)를 이용하여 캐비티(44,45)의 저부에 용탕(13)을 공급하는 경우에는, 동 도면 중에 2점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 탕구(48)에 온도센서(2)를 설치할 수 있다.

이와 같이 구성된 금형(41)을 구비한 중력 주조용 주조기는, 도시하지 않은 제어장치에 의해 도 8에 나타내는 바와 같이 제어된다. 즉, 우선, 도 8에 나타내는 플로우차트의 스텝P1에 있어서, 제어장치가 현재의 금형(41)의 온도와 용탕(13)의 온도가 양품 범위에 들어가 있는지의 여부를 판정한다. 이 양품 범위는, 주조물이 양품으로 되는 온도의 범위로, 금형마다 설정되어 있다. 이 판정의 결과가 아니오, 즉 온도가 양품 범위 외에 있는 경우에는, 스텝P2로 진행되고, 제어장치가 온도 이상을 조작자에게 알리는 알람 처리를 실시하고, 이 이후의 주조 동작을 정지시킨다.

판정의 결과가 예인 경우, 이 주조기는, 예컨대 용탕 공급장치(도시 생략) 등에 의해 금형(41) 내에 용탕(13)을 금형(41) 안이 용탕(13)으로 가득 차도록 공급(주탕)한다(스텝P3). 이 주탕시에 제어장치는, 온도센서(2)의 기능이 손상되어 있던 경우의 주조 프로그램을 실시할 때에 필수로 되는 용탕(13)의 응고 시간을 연산한다. 또한, 이 때에는, 타이머가 시간 측정을 개시한다.

상술한 바와 같이 용탕(13)을 금형(41) 내에 공급한 후, 제어장치는, 스텝P4 에 나타내는 바와 같이, 온도센서(2)에 의해 압탕부분(46,47) 내 또는 탕구(48) 내의 용탕(13)의 온도를 검출한다. 온도센서(2)가 검출하는 온도는, 도 9에 나타내는 바와 같이, 주조 개시(주탕 개시) 후에 급상승하고, 일정 기간만큼 변화하지 않는 상태를 거친 후에 서서히 저하한다. 그 후, 제어장치는, 스텝P5에 있어서, 온도센서(2)에 의해 검출된 온도의 최고값이 소정의 온도범위 내에 있는 경우에 온도센서(2)가 정상인 것으로 판정하고, 최고값이 온도범위 외에 있을 때에는 온도센서(2)가 정상으로 기능하고 있지 않다라고(이상이다) 판정한다.

스텝P5에서 온도센서(2)가 이상인 것으로 판정된 경우에는, 제어장치는, 타이머가 시간 계측하고 있는 경과 시간이 스텝P3에서 구한 응고 시간에 도달하는 것을 대기하고(스텝P6), 그 후에 금형용 구동장치에 금형 개방 신호를 송출한다. 이와 같이 금형용 구동장치에 금형 개방 신호가 보내짐으로써 금형이 개방된다(스텝P7).

스텝P5의 판정결과가 예인 경우, 즉 온도센서(2)가 정상으로 기능하고 있는 경우에는, 제어장치는, 스텝P8에서 온도센서(2)에 의해 용탕(13)의 온도를 검출한다.

이 온도센서(2)에 의해 검출되는 온도는, 도 9에 나타내는 바와 같이 변화되고, 최고 온도에 도달한 후에 용탕(13)의 응고가 진행됨에 따라 저하된다. 이 온도센서(2)에 의해 검출된 온도가 미리 정한 온도(T3)까지 저하했을 때(스텝P9)에, 제어장치는 금형용 구동장치에 의해 금형 개방을 행한다(스텝P7). 온도(T3)는, 금형을 개방하여도 주조물의 형상ㆍ치수가 바뀌는 일이 없는 경도까지 용탕(13)이 응고 되는 최대의 온도로 설정되어 있다. 이와 같이 금형을 개방함으로써 1회분의 주조 작업이 종료된다. 주조 후에 주조물을 제1금형으로부터 이형시킬 때에는, 온도센서(2)의 온도검출부(25)에 빼기구배를 구성하는 테이퍼가 형성되어 있기 때문에, 이 온도검출부(25)를 주조물로부터 용이하게 떼어낼 수 있다.

따라서 이 실시형태에 의한 금형(41)을 구비한 중력 주조용 주조기에 있어서는, 용탕(13)의 온도를 온도센서(2)에 의해 직접 검출하고, 이 온도에 의해 금형 개방 시기를 정할 수 있다. 이 결과, 이 중력 주조용 주조기에서는, 주조 개시시의 금형(41)의 온도에 편차가 있더라도, 주조물의 상태에 대응시켜 최적의 시기에 금형(41)을 개방할 수 있다.

이 때문에, 용탕(13)의 응고 시간이 불필요하게 길어지거나 부족하게 되는 일이 없고, 응고 시간을 주조물이 양품으로 되는 필요 최소한의 범위로 단축시킬 수 있기 때문에, 보다 한층 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은, 차량용 엔진이나, 선박용 엔진이나, 그 밖의 범용 엔진의 실린더 헤드 등의 부품을 주조함에 있어서 이용할 수 있다.

Claims (4)

1. 금형의 재료와 동등한 재료로 형성되고, 선단부에 빼기구배가 형성되도록 테이퍼를 형성한 보호부재와, 이 보호부재의 내부에 삽입되어 보호부재의 선단부에 접속된 열전대를 구비하고,

   상기 보호부재의 선단부가 금형의 내벽면으로부터 금형 내의 주조 공간 내이며, 금형 개방 방향으로 돌출하도록 금형에 설치되어 있는 주조기용 온도센서에 있어서,

   상기 온도센서는 금형에 있어서의 캐비티보다 용탕이 늦게 응고되는 부위에 배치되는 것을 특징으로 하는 주조기용 온도센서.
2. 삭제
3. 제1항에 기재된 온도센서와, 이 온도센서에 의해 검출된 온도에 기초하여 용탕의 공급 정지 시기를 제어하는 제어장치를 구비한 주조기.
4. 제1항에 기재된 온도센서와, 이 온도센서에 의해 검출된 온도에 기초하여 금형 개방 시기를 제어하는 제어장치를 구비한 주조기.

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