KR101374831B1

KR101374831B1 - 용탕이 잔존하지 않는 진공원심주조장치의 용탕투입구조

Info

Publication number: KR101374831B1
Application number: KR1020120030242A
Authority: KR
Inventors: 송준호; 홍영근
Original assignee: 한국피아이엠(주)
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2014-03-17
Also published as: KR20130107999A

Abstract

본 발명은 용탕이 잔존하지 않는 진공원심주조장치의 용탕투입구조에 관한 것으로서, 본 발명에 따르면 진공원심주조장치에 있어서 금형으로 투입되는 용탕이 용탕투입구 및 용탕인입부의 관로상에 잔존하지 않게되어 용탕인입부에 잔존한 용탕을 제거하는 작업이 생략되어 시간 경제적이고 또한 잔존한 용탕이 없게됨에 따라 낭비되는 용탕이 거의 없게되어 재료의 손실이 적게되는 장점이 있다.

Description

용탕이 잔존하지 않는 진공원심주조장치의 용탕투입구조{MELT POURING MECHANISM FOR VACUUM CENTRIFUGAL CASTING APPARATUS}

본 발명은 용탕이 잔존하지 않는 진공원심주조장치의 용탕투입구조에 관한 것으로서 더욱 구체적으로는 진공 상태에서 원심력을 이용하여 금형에 용탕을 주입시킨 후 용탕이 냉각되는 시간을 기다리지 않고 현재의 금형을 배출하고 다음의 금형을 즉시 투입하여 주조에 소요되는 시간을 획기적으로 줄여 생산성을 향상시킨 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치에 적용되어 투입된 용탕이 용탕투입구 및 용탕인입부에 잔존하지 않도록 하는 진공원심주조장치의 용탕투입구조에 관한 것이다.

주조란 재료를 녹인 용탕을 금형에 주입하여 식힌 후 금형을 제거하여 원하는 형태의 제품을 만드는 작업을 말하며, 이러한 주조 작업을 효율적으로 진행하기 위해 다수의 주조 장치가 개발된 바 있으며 그 중에서 진공원심주조장치는 진공의 환경에서 용탕이 주입된 금형을 회전시킴으로써 주조가 이루어지는 장치이다.

이러한 진공원심주조장치는 일반적으로 진공원심주조장치의 내부에 투입된 재료를 용융시킨 후 용융된 재료를 금형에 주입하여 회전시킴으로써 주조를 수행하고 금형에 주입된 재료가 냉각되면 금형을 탈거하여 주조물을 꺼내는 방식이다. 그러나 이러한 종래의 원심주조장치는 재료가 냉각되는 시간을 기다려야 하므로 주조에 시간이 오래 소요되는 것이 단점으로 지적되어 왔다.

또한 주조방식에서 금형이 아닌 금형으로 연결되는 관로상에 용탕의 잔존물이 남으면 이 잔존물들을 제거하는 작업이 필요하게 되어 생산성의 저하의 하나의 원인이 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 진공원심주조장치에 있어서 용탕이 식을 때까지 기다리는 시간을 생략함으로써 진공원심주조의 생산성을 향상시킬 수 있는 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치에 적용되는 것으로서 금형에 주입되는 용탕이 용탕투입구 및 용탕인입부에 잔존하여 주조가 완료된 후 용탕 잔존물을 제거하는 번거로운 작업을 경감시킬 수 있는 진공원심주조장치의 용탕투입구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용탕투입구조는 내부의 공간에 용탕을 보유하고 있으며 하부에 용탕투입구가 형성되고 상기 용탕투입구를 선택적으로 개폐하는 개폐블록을 포함하는 개폐수단이 구비된 용탕투하준비부와, 위쪽에 상기 용탕투하준비부가 고정되며 상부에 상기 용탕투하준비부의 용탕투입구가 관통되어 인입되고 하부가 개방되며 상하방향으로 승강이 가능하게 설치되는 상부하우징과, 상기 용탕투하준비부로부터 용탕을 수취하기 위하여 위쪽으로 개방된 용탕수취구와 상기 용탕수취구의 하부에 상기 용탕수취구의 공간과 소통하도록 일측이 연결되어 횡방향으로 연장되고 타측이 주조를 위한 금형에 연결되는 복수의 분배관로들을 갖는 용탕인입부와, 상기 용탕인입부와 상기 금형들을 지지하며 회전력발생부에 결합되어 회전이 가능하게 설치되는 지지부 및 상기 지지부의 아래에서 설치되어 상기 상부하우징과 밀착시 상기 용탕인입부와 상기 금형 및 상기 지지부를 둘러싼 내부공간을 형성하는 하부하우징을 포함하여 구성되는 용탕투입구조에 의해 달성된다.

상기 목적을 달성하기 위해, 상기 상부하우징과 상기 하부하우징이 밀착한 경우 상기 용탕투입구는 상기 용탕인입부의 상기 용탕수취구의 내측공간으로 진입한 상태에서 상기 용탕투입구와 상기 용탕수취구는 상호간에 이격되어 위치하는 것이 바람직하다.

또한 상기 용탕투입구는 하방으로 연장되어 있고 상기 용탕투입구의 상부에 상기 개폐수단의 상기 개폐블록에 의해 개폐되는 개폐구멍이 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 용탕이 잔존하지 않는 진공원심주조장치의 용탕투입구조에 의하면 금형으로 투입되는 용탕이 용탕투입구 및 용탕인입부의 관로상에 잔존하지 않게되어 용탕인입부에 잔존한 용탕을 제거하는 작업이 생략되어 시간 경제적이고 또한 잔존한 용탕이 없게됨에 따라 낭비되는 용탕이 거의 없게되어 재료의 손실이 적게되는 장점이 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 용탕이 잔존하지 않는 진공원심주조장치의 용탕투입구조가 적용된 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치를 설명하기 위한 사시도.
도2는 도1에 도시된 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치를 측면에서 바라본 도면.
도3은 도1에 도시된 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치를 후면에서 바라본 도면.
도4는 도1에 도시된 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치의 승강식용탕주입부의 일부 구성을 설명하기 위한 도면.
도5는 도1에 도시된 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치에 적용된 용탕투입구조의 용탕인입부와 금형을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 용탕투입구조의 용탕인입부를 도시한 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 용탕인입부의 절개면을 도시한 단면도.
도8 및 도9는 도1에 도시된 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치의 용탕투입구조의 작동을 설명하기 위한 도면.
도 10은 도 9에 도시된 상태의 진공원심주조장치에서 상부하우징과 하부하우징의 사이의 내부공간이 진공상태로 되었을 때의 용탕투입구에서 용탕이 내부공간의 음압(진공압)에 의해 외부로 배출되는 작용을 개략적으로 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 용탕투입구조에서 용탕인입부가 회전상태에 있을 때의 용탕이 금형으로 주입되는 상태를 개략적으로 도시한 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 용탕이 잔존하지 않는 진공원심주조장치의 용탕투입구조가 적용된 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도2는 도1에 도시된 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치를 측면에서 바라본 도면이고, 도3은 도1에 도시된 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치를 후면에서 바라본 도면이고, 도4는 도1에 도시된 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치의 승강식용탕주입부의 일부 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도5는 도1에 도시된 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치에 적용된 용탕투입구조의 용탕인입부와 금형을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 용탕투입구조의 용탕인입부를 도시한 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 용탕인입부의 절개면을 도시한 단면도이다.

도1 내지 도7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 용탕이 잔존하지 않는 진공원심주조장치의 용탕투입구조가 적용된 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치(1)는 크게 용탕공급부(100)와 주조부(200)로 구성된다.

용탕공급부(100)는 재료를 녹여 용탕(111)을 준비한 후 주조부(200)의 용탕투하준비부(222)로 공급하기 위한 것으로 용탕보관부(110), 가스공급부(120), 용탕이동관로(130) 및 용탕공급제어부(140)를 포함한다.

용탕보관부(110)는 전기저항로로서 가열수단(미도시)을 구비하여 내부에 공급되는 재료를 가열하여 용탕을 만들고 재료가 용융된 상태인 용탕(111)을 항상 보관하고 있다. 본 실시예에서는 용탕보관부(110)에 한 번에 대량의 재료를 투입하여 대량의 용탕(111)을 만들 수 있고 이 용탕(111)을 순차적으로 주조부(200)로 공급할 수 있다. 또한 본 발명은 도면에 도시하지는 않았지만 용탕공급부(100)에 진공펌프(미도시)를 연결시켜서 용탕보관부(110)의 내부를 진공상태로 만들어주어 용탕이 원천적으로 공기와 접촉하지 않도록 구성된다.

이러한 용탕보관부(110)에 보관된 용탕(111)은 가스 공급에 의해 주조부(200) 측으로 이송된다. 즉, 가스공급부(120)로부터 불활성가스가 공급되면 불활성가스의 압력에 의해 내부에 보관된 용탕(111)이 용탕이동관로(130) 측으로 밀려나게 되고, 용탕이동관로(130)를 따라 용탕(111)이 이동됨으로써 주조부(200)의 용탕투하준비부(222)에 용탕(111)을 공급할 수 있게 된다. 따라서 용탕투하준비부(222)에서는 매번 주조시마다 재료를 용융하여 용탕(111)을 만드는 과정을 생략할 수 있다.

이때 용탕이동관로(130)를 따라 용탕(111)이 이동하면서 용탕(111)이 식어 굳는 것을 방지하기 위해 용탕이동관로(130)에는 발열코일a(131)이 감겨 있다. 용탕이동관로(130)의 발열코일a(131)이 감겨지는 부분은 주조부(200)에 연결되는 단부의 소정의 길이부분을 제외되는데 용탕이동관로(130)의 주조부(200)에 연결되는 단부의 소정의 길이부분이는 후술할 덮개(260)의 상부관(261)과 용탕이동관로(130)의 사이의 상대이동시 슬라이드되는 부분이므로 슬라이드이동시 방해가 되지 않도록 하기 위해 발열코일a(131)을 형성하지 않는다. 발열코일a(131)에 의해 용탕이동관로(130)를 따라 용탕(111)이 이동하면서도 용탕(111)은 용융된 상태를 유지하게 된다.

용탕공급제어부(140)는 주조부(200)의 용탕투하준비부(222)를 촬영하는 카메라(227)와 연동하여 용탕(111) 공급을 제어한다. 즉, 카메라(227)는 용탕투하준비부(222)를 촬영하여 용탕(111)의 수위를 감지하는데, 카메라(227)를 통해 용탕투하준비부(222)의 용탕(111)수위가 일정 수위 이하로 떨어지는 것을 감지하면 용탕공급제어부(140)는 용탕보관부(110) 내부로 불활성가스를 공급토록 하여 용탕(111)이 용탕투하준비부(222)로 배출되도록 제어하는 것이다.

주조부(200)는 금형(233)에 일정량의 용탕(111)을 주입하기 위한 일련의 작업을 수행하는 장치이며, 이러한 주조부(200)는 메인프레임(210), 승강식용탕주입부(220), 이동식주조부(230), 진공펌프(240) 및 레일(250)을 포함한다.

메인프레임(210)의 상부에는 지지플레이트(221)가 구비되어 승강식용탕주입부(220)를 지지한다. 메인프레임(210)의 내측 바닥에는 한쌍의 레일(250)이 구비되어 있으며, 레일(250) 상에 이동식주조부(230)가 올려진채로 이송된다.

승강식용탕주입부(220)는 용탕투하준비부(222), 발열코일b(223), 투입구개폐수단(224), 카메라(227), 상부하우징(226) 및 승강수단(225)을 포함한다.

용탕투하준비부(222)는 용탕공급부(100)의 용탕보관부(110)와 연결된 용탕이동관로(130)를 통해 용탕(111)을 공급받아 금형(233) 측으로 공급하기 전 일시적으로 용탕(111)을 보관하는 구성이며, 상부는 용탕이동관로(130)에서 공급되는 용탕(111)이 유입되도록 개방되어 있고 그 개방된 상부를 덮개(260)가 막고 있으며, 하부에는 이동식주조부(230)의 용탕인입부(232) 측으로 용탕(111)을 투하시키기 위한 개폐구멍(222b) 및 아래로 소정의 길이만큼 연장된 구조의 용탕투입구(222a)가 형성되어 있다. 또한 용탕투하준비부(222)에서 용탕(111)이 보관되어 있는 동안 용탕(111)이 식어 굳는 현상을 방지하기 위해 용탕투하준비부(222) 둘레에는 발열코일b(223)이 구비되어 있다.

투입구개폐수단(224)은 용탕투하준비부(222) 하부에 형성된 용탕투입구(222a)를 개폐하기 위한 수단이다. 투입구개폐수단(224)은 도8에 도시된 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치(1)의 작동을 설명하기 위한 도면에 더욱 상세히 도시되어 있는데, 도8을 참조하면, 투입구개폐수단(224)은 개폐블록(224a), 개폐바(224b) 및 개폐실린더(224c)를 포함한다.

용탕투하준비부(222) 내측 하부에 위치하는 개폐블록(224a)은 하강하여 용탕투입구(222a)의 위쪽에 위치한 개폐구멍(222b)를 막아 용탕(111)이 용탕투입구(222a)를 통해 배출되는 것을 차단하거나, 상승하여 용탕투입구(222a)의 위쪽에 위치한 개폐구멍(222b)을 개방하여 용탕(111)이 용탕투입구(222a)를 통해 배출될 수 있도록 한다. 이러한 개폐블록(224a)의 상부에 개폐바(224b)가 결합되어 있으며, 개폐바(224b)는 개폐실린더(224c)와 연결되어 있다. 따라서 개폐실린더(224c)가 작동하여 개폐바(224b)를 상승 또는 하강시킴으로써 개폐블록(224a)이 용탕투입구(222a)의 위쪽에 위치한 개폐구멍(222b)을 개방시키거나 폐쇄시킬 수가 있다.

카메라(227)는 공지된 기술을 사용하여 고온의 사용환경에서 작동이 가능하도록 용탕투하준비부(222)의 내면 일측에 노출되어 용탕투하준비부(222) 내측을 촬영하고 있다. 이러한 카메라(227)는 용탕투하준비부(222) 내측에 보관되는 용탕(111)수위를 감시하며, 카메라(227)에서 감시하는 용탕(111) 수위가 일정 수위까지 내려가면 용탕공급부(100)의 용탕공급제어부(140)가 가스공급부(120)를 통해 용탕보관부(110) 내측으로 불활성가스를 공급함으로써 용탕보관부(110) 내의 용탕(111)이 용탕이동관로(130)를 따라 이동하여 용탕투하준비부(222)에 공급되도록 한다. 카메라(227)를 통한 용탕의 수위의 확인은 사람이 카메라(227)에 연결된 모니터(미도시)를 통해서 확인할 수도 있고 또는 컴퓨터(제어부)가 화상분석프로그램(미도시)을 사용하여 자동으로 수위를 확인하도록 구성할 수도 있다.

덮개(260)는 용탕투하준비부(222)의 개방된 상부를 덮는 것으로서 중앙 상면에 상방으로 연장된 상부관(261)이 형성되고 중앙 하면에 하방으로 연장된 하부관(262)(하부관(262)이 덮개(260)에서 하방으로 연장됨으로써 용탕을 중앙으로 투하시키는 것이 용이함)이 형성되며 가장자리 일측에 투입구개폐수단(224)의 개폐바(224b)가 관통되는 통과공(265)이 형성된다. 상부관밀폐부(270)는 덮개(260)의 상부관(261)의 상단과 상부관(261)의 상단에 연결되는 용탕이동관로(130)의 주변을 감싸서 상부관(261)과 용탕이동관로(130)의 연결부분을 밀폐하고, 개폐바밀폐부(275)는 덮개(260)의 통과공(265)의 위쪽에서 개폐바(224b)의 사이를 밀폐한다. 상부관밀폐부(270)와 개폐바밀폐부(275)는 고온에 견딜 수 있는 형태의 것을 사용하며 이러한 고온에 견디는 상부관밀폐부(270)와 개폐바밀폐부(275)는 당업자가 공지기술을 적용하여 구현할 수 있다. 따라서 상부관밀폐부(270)는 승강작동하는 승강식용탕주입부(220)의 상부관(261)의 내측으로 슬라이드되는 용탕이동관로(130)와 상부관(261)의 사이를 밀폐하며 개폐바밀폐부(275)는 개폐바(224b)의 작동시에 상대이동하는 덮개(260)와 개폐바(224b)의 사이를 밀폐하여 용탕투하준비부(222)의 내측으로 공기가 침투하는 것을 차단한다.

상부하우징(226)은 용탕투하준비부(222) 아래에 결합되어 있다. 용탕투하준비부(222)의 용탕투입구(222a)는 상부하우징(226)의 중앙으로 인입되어 있다. 따라서 용탕투입구(222a)는 상부하우징(226)의 상부 중앙의 아래 방향으로 연장되어 있다. 또한 상부하우징(226)은 하부가 개방된 상태이며, 이하 설명하는 승강수단(225)에 의해 용탕투하준비부(222)와 함께 승강하게 된다.

승강수단(225)은 용탕투하준비부(222) 및 상부하우징(226)을 승강시키기 위한 수단으로 실린더(225a), 실린더바(225b), 샤프트(225c) 및 샤프트홀더(225d)로 구성된다.

유압 작용으로 실린더바(225b)를 승강시키는 실린더(225a)는 지지플레이트(221) 하단에 결합 고정되어 있으며, 지지플레이트(221)의 상방향으로 실린더바(225b)가 오르내리게 된다. 이러한 실린더바(225b) 상단은 샤프트홀더(225d)와 결합되어 있으며, 샤프트홀더(225d)에 상부하우징(226)과 연계되어 있는 샤프트(225c)가 고정되어 있다. 따라서 실린더(225a)의 유압 작용으로 실린더바(225b)가 승강하면 샤프트홀더(225d)와 샤프트(225c)도 함께 승강하게 되고, 상부하우징(226) 상단에 샤프트(225c)가 고정되어 있기 때문에 상부하우징(226)도 함께 승강하게 되며, 상부하우징(226)에 결합되어 있는 용탕투하준비부(222)도 함께 승강할 수 있는 것이다.

이동식주조부(230)는 레일(250) 위에서 이송함으로써 메인프레임(210) 내측의 승강식용탕주입부(220) 아래에 위치되거나 밖으로 꺼내어질 수 있다. 이러한 이동식주조부(230)는 이동식케이싱(231), 용탕인입부(232), 금형(233), 지지부(234), 회전력발생부(235) 및 하부하우징(236)을 포함한다.

이동식케이싱(231)에는 이동식주조부(230)의 다른 구성들인 용탕인입부(232), 금형(233), 지지부(234), 회전력발생부(235) 및 하부하우징(236)이 탑재되어 있으며, 하부에 이송수단(231a)이 구비되어 레일(250) 위에서 이동식케이싱(231)이 이동될 수 있도록 한다. 따라서 이동식케이싱(231)의 이송에 의해 이동식주조부(230)의 모든 구성들이 한꺼번에 이송될 수 있다. 이송수단은 유압실린더를 사용한 이송방식이 적용될 수 있으며 이외에도 공지된 다양한 형태의 이송수단들이 적용될 수 있다.

이동식케이싱(231) 상에 위치하고 있는 금형(233)에 용탕(111)을 주입하기 위해 이동식주조부(230)가 메인프레임(210) 내측으로 이송된 상태라면 용탕인입부(232)가 용탕투하준비부(222)의 용탕투입구(222a) 아래에 위치하게 된다.

이러한 용탕인입부(232)와 금형(233)은 도5 내지 도 8에 자세히 도시되어 있는데, 용탕인입부(232)의 상부에는 상단이 개방되어 용탕투입구(222a)로부터 용탕(111)이 유입될 수 있는 용탕수취구(232a)가 형성되어 있으며, 횡방향으로는 복수의 금형(233)들에 연결되는 분배관로(232b)가 마련되어 있다. 이러한 분배관로(232b) 끝단에 각각의 금형(233)들이 연결된다. 즉 용탕인입부(232) 상단의 용탕수취구(232a) 측으로 용탕(111)이 유입되면 용탕(111)은 분배관로(232b)를 따라 각각의 금형(233)들로 주입될 수 있다.

이러한 용탕인입부(232) 및 금형(233)은 지지부(234)에 지지되어 있으며, 지지부(234)는 회전력발생부(235)와 연계되어 있다. 따라서 회전력발생부(235)가 작동하면 지지부(234)가 회전하게 되고, 이에 따라 용탕인입부(232)와 금형(233)이 함께 회전할 수 있게 된다. 이러한 회전력발생부(235)는 모터, 다수의 기어, 벨트 등으로 구성될 수 있다.

하부하우징(236)은 상부가 개방된 상태로 용탕인입부(232)와 금형(233)들을 둘러싸고 있다. 또한 하부하우징(236)의 측면에는 진공펌프연결관(236a)이 마련되어 있다. 이러한 진공펌프연결관(236a)은 이동식주조부(230) 외부에 위치하고 있는 진공펌프(240)의 진공라인(241)과 연결 가능하며, 이에 따라 진공펌프(240)의 작동으로 하부하우징(236)의 내측공간(236b)의 대기가 빠져나와 진공 상태를 이룰 수 있다. 진공라인(241)이 진공펌프연결관(236a)과 결합되는 부분인 이동식연결관(243)은 일측이 진공라인에 가까운 부분의 내측으로부터 출몰이 가능한 구조로서 직선이동수단인 유압실린더(242)에 일측이 고정되어 직선이동이 가능하여 진공펌프연결관(236a)에 탈착이 가능하다. 이 때 밀폐를 위해 진공펌프연결관(236a)과 이동식연결관(243)에는 밀폐수단(미도시)이 구비된다. 따라서 이동식주조부(230)가 교체될 때마다 이동식연결관(243)이 진공펌프연결관(236a)에 탈착되면서 상부하우징(226)과 하부하우징(236)으로 둘러싸인 공간을 진공상태로 만들어 주게 된다. 이동식연결관(243)은 위 형태 이외에도 자바라구조의 연결부를 구비한 형태를 포함하여 직선이동이 가능한 다양한 형태의 것들이 사용될 수 있다.

물론 하부하우징(236) 내측공간(236b)을 진공상태로 만들기 위한 과정은 승강식용탕주입부(220)가 하강하여 상부하우징(226)의 하부가 하부하우징(236)의 상부와 밀착한 상태가 되었을 때 이루어진다.

이하에서는 도8 및 도9를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치(1)의 작동 과정을 설명토록 한다.

먼저 용탕공급부(100)의 용탕보관부(110)에는 재료가 투입되어 용융되면서 용탕(111)이 준비되고, 용탕투하준비부(222)의 내부를 감시하고 있는 카메라(227)에 의해 용탕투하준비부(222) 내부의 용탕(111) 수위가 일정 수위 아래에 있는 것이 확인되면 용탕공급제어부(140)는 가스공급부(120)를 통해 용탕보관부(110) 내부로 불활성가스를 유입시킨다. 이에 따라 불활성가스의 압력으로 용탕(111)이 밀려나와 용탕이동관로(130)를 따라 이동하여 용탕투하준비부(222) 내부로 용탕(111)이 공급된다. 불활성 가스를 사용하는 이유는 용탕의 재료가 반응하여 성질이 변화되는 것을 방지하기 위한 것이다. 따라서 주조에 사용되는 재료에 알맞은 적합한 불활성가스를 선택하여 사용한다.

또한 이동식케이싱(231) 하부의 이송수단(231a)이 작동하면서 금형(233)이 장착된 이동식주조부(230)가 승강식용탕주입부(220) 아래에 위치하게 되며, 이때의 승강식용탕주입부(220)와 이동식주조부(230)의 일부 구성을 나타낸 것이 도 8이다. 즉 용탕투하준비부(222) 하단의 용탕투입구(222a)와 용탕인입부(232)의 용탕수취구(232a)가 수직선 상으로 정렬된 상태가 된다. 이 때 진공펌프(240)의 진공라인(241)에 연결된 이동식연결관(243)은 이동식주조부(230)의 하부하우징(236)의 진공펌프연결관(236a)으로 접근하여 결합된다.

이후 용탕인입부(232)에 용탕(111)을 주입하기 위하여 승강식용탕주입부(220)가 하강한다. 즉 실린더(225a)가 유압 작동하면서 실린더바(225b)를 하강시키면, 샤프트홀더(225d)와 샤프트(225c)가 하강하게 되고, 샤프트(225c) 하단에 결합된 상부하우징(226)과 상부하우징(226)에 고정되어 있는 용탕투하준비부(222)가 함께 하강하게 된다. 이렇게 승강식용탕주입부(220)가 하강한 상태를 도9에 도시하였다.

도9를 참조하면, 승강식용탕주입부(220)가 하강한 상태에서는 상부하우징(226)의 둘레와 하부하우징(236)의 둘레가 맞닿아 밀착한 상태를 유지한다. 또한 용탕투하준비부(222)의 용탕투입구(222a) 하단이 용탕인입부(232) 상단의 용탕수취구(232a) 내에 인입된 상태가 된다.

이후 진공펌프(240)가 작동하면 진공라인(241)과 진공펌프연결관(236a)을 따라 상부하우징(226)과 하부하우징(236)이 밀착하여 형성된 내측공간(236b)으로부터 공기가 빠져나와 내측공간(236b)이 진공상태가 된다. 이때 용탕인입부(232)의 용탕수취구(232a) 안쪽공간과 용탕투입구(222a)의 안쪽 공간도 모두 진공상태가 된다.

이후 회전력발생부(235)를 구동하여 금형(233)이 안착된 지지부(234)를 회전시킨 상태에서 투입구개폐수단(224)의 개폐실린더(224c)가 작동하여 개폐바(224b)가 상승하면서 개폐블록(224a)도 상승시킨다. 따라서 개폐블록(224a)에 의해 막혀 있던 용탕투입구(222a)의 위쪽의 개폐구멍(222b)이 개방되면서 용탕(111)이 용탕투입구(222a)를 따라 용탕수취구(232a) 안쪽으로 투입될 수 있는 상태가 된다.

이때 용탕투입구(222a) 내측과, 용탕수취구(232a) 내측 및 하부하우징(236)과 상부하우징(226)으로 이루어진 내측공간(236b)은 모두 진공상태이다. 따라서 용탕투입구(222a) 내측과 용탕수취구(232a) 내측에는 강한 음압 상태이기 때문에 용탕투하준비부(222) 내에 준비되어 있는 용탕(111)이 압력차로 인해 강하게 용탕투입구(222a)를 통해 빠져나와 용탕수취구(232a)로 주입된다.

따라서 용탕투입구(222a) 하단으로 배출되어 용탕수취구(232a)로 주입된 용탕(111)은 용탕인입부(232) 안에서 강한 원심력을 받아 각각의 분배관로(232b)를 따라 회전중심의 바깥에 위치하는 금형(233) 측으로 주입된다.

여기서 본 발명의 실시예에 따른 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치(1)에서는 진공압력 및 원심력을 이용하여 금형(233)에 용탕(111)을 주입하는 방식이기 때문에 용탕(111)이 이동하는 경로 상에서 막힘 현상이 발생하지 않는다. 즉, 기존의 다이캐스팅 방식에서는 용탕(111)이 이동하는 관로가 연속적으로 연결되어 끊어짐이 없으므로, 그 경로상에서 용탕(111)이 일부 잔존하면 용탕(111)에 의해 관로가 막히는 현상이 빈번하게 발생하였다. 하지만 본 실시예에서는 용탕투하준비부(222)의 용탕투입구(222a)와 용탕인입부(232)의 용탕수취구(232a)가 이격되어 있고, 진공압력에 의해 용탕투하준비부(222)의 용탕(111)이 빠르게 빠져나와 용탕수취구(232a)로 유입되고, 또한 용탕수취구(232a)로 유입된 용탕(111)은 강한 원심력에 의해 금형(233) 측으로 주입됨으로써 용탕(111)의 이동 경로상에서 용탕(111)이 잔존할 여지가 없는 것이다.

설정된 양만큼의 용탕(111)이 용탕투입구(222a)를 통해 용탕수취구(232a)로 유입되면 투입구개폐수단(224)의 개폐실린더(224c)가 작동하여 개폐바(224b)를 하강시키고, 이에 따라 개폐블록(224a)이 용탕투하준비부(222)의 용탕투입구(222a) 상단을 다시 폐쇄시킨다. 따라서 용탕(111)의 배출은 중단된다.

용탕이 주입된 상태에서 용탕인입부(232)가 회전하면서 용탕이 모두 금형(233)으로 주입되면 용탕인입부의 회전이 중단된다.

이후 승강수단(225)의 실린더(225a)가 작동하면서 실린더바(225b), 샤프트홀더(225d) 및 샤프트(225c)를 상승시키고, 이에 따라 상부하우징(226)과 용탕투하준비부(222)도 상승하게 된다.

이때 상부하우징(226)과 하부하우징(236)으로 이루어진 내측공간(236b)은 여전히 대기압보다 낮은 진공상태를 유지하고 있기 때문에 상부하우징(226)이 쉽게 상승할 수가 없다. 따라서 본 실시예에서는 금형(233)에 용탕(111) 주입이 완료되고 개폐블록(224a)에 의해 용탕투입구(222a)가 폐쇄된 이후 진공라인(241)에 연결된 이동식연결관(243)을 이동시켜서 진공펌프연결관(236a)과 이동식연결관(243)을 분리시키면 진공펌프연결관(236a)을 통해서 상부하우징(226)과 하부하우징(236)으로 이루어진 내측공간(236b)으로 대기가 유입되어 내측공간(236b)의 압력이 대기압이 된 이후 승강식용탕주입부(220)의 상승이 용이하게 이루어질 수 있다.

이후 이동식케이싱(231)의 하부에 마련된 이송수단(231a)이 구동되면서 이동식주조부(230) 전체가 레일(250)을 따라 메인프레임(210) 밖으로 배출되고, 새로운 금형(233)이 탑재된 이동식주조부(230)가 다시 레일(250)을 따라 메인프레임(210) 내측으로 이동하여 다시 새로운 금형(233)에 용탕(111)을 주입시키는 작업을 진행시킬 수 있다.

즉, 금형(233)에 용탕(111)이 모두 주입되면 용탕(111)이 식을 때까지 기다릴 필요 없이 이동식주조부(230)가 레일(250)을 타고 배출된 이후, 다시 새로운 금형(233)이 탑재된 이동식주조부(230)를 승강식용탕주입부(220) 아래에 위치시켜 용탕(111) 충전 작업을 신속히 진행시킴으로써 작업 효율을 극대화할 수가 있는 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 용탕투입구(222a)조의 작용효과에 대하여 설명한다.

도 8 및 도 9는 도1에 도시된 레일을 통한 금형(233) 교체식 진공원심주조장치의 용탕투입구(222a)조의 작동을 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 도 9에 도시된 상태의 진공원심주조장치에서 상부하우징(226)과 하부하우징(236)의 사이의 내측공간(236b)이 진공상태로 되었을 때의 용탕투입구(222a)에서 용탕이 내측공간(236b)의 음압(진공압)에 의해 외부로 배출되는 작용을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상부하우징(226)과 하부하우징(236)이 밀착한 상태에서 진공펌프(240)에 의해 내측공간(236b)이 진공상태에 있기 때문에 용탕투하준비부(222)의 용탕투입구(222a)의 위쪽의 개폐구멍(222a)을 개폐블록(224a)이 열어주면 용탕투하준비부(222)에 있던 용탕(111)이 즉각적으로 용탕인입부(232)로 투하되고 설정된 양만큼의 투하가 이루어지면 개폐블록(224a)을 하강시켜서 용탕투입구(222a)의 위쪽의 개폐구멍(222a)을 막아준다. 개폐구멍(222a)을 막아주면 개폐블록(224a)의 아래의 용탕투입구(222a)의 내측공간(236b)은 상부하우징(226)과 하부하우징(236)의 사이의 내측공간(236b)에 연결되어 있기 때문에 역시 진공상태가 된다. 따라서 개폐블록(224a)의 아래에 있던 용탕투입구(222a)에 잔존한 용탕들이 용탕투입구(222a)의 아래로 모두 빨려들어가게 된다. 즉 용탕투입구(222a)에 잔존한 용탕들이 용탕투입구(222a)의 아래로 모두 빨려들어가는 것은 용탕투입구(222a)의 외부가 진공상태이기 때문에 용탕투입구(222a)의 내부에 있던 용탕들이 외부로 흡입되는 결과가 되는 것이다. 따라서 개폐블록(224a)의 아래에서부터 즉 개폐구멍(222a)의 아래쪽으로 길게 연장된 구조의 용탕투입구(222a)의 내부의 용탕이 아래로 빨려내려가서 잔존하지 않게되므로 용탕투입구(222a)의 길게 연장된 관로상에 용탕이 남지 않고 깨끗하게 제거된다. 따라서 용탕투입구(222a)의 관로상에 용탕이 잔존하여 용탕투입구(222a)가 막히는 일이 없다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 용탕투입구(222a)조에서 용탕인입부(232)가 회전상태에 있을 때의 용탕이 금형(233)으로 주입되는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 용탕투하준비부(222)의 용탕투입구(222a)와 이동식주조부(230)의 용탕인입부(232)의 용탕수취구(232a)는 상호간에 이격된 상태로 되어 있다. 즉 용탕투하준비부(222)의 용탕투입구(222a)에서 용탕인입부(232)의 용탕수취구(232a)로 용탕이 투하되는 것이므로 용탕투입구(222a)와 용탕수취구(232a)의 사이는 빈 공간이어서 용탕투입구(222a)와 용탕수취구(232a)의 사이에 용탕이 잔존할 여지가 없어진다. 또한 용탕인입부(232)로 투하되는 용탕의 양은 용탕인입부(232)에 연결된 금형(233)의 용량에 맞게 제어되며(예를 들면 제어부에서 개폐블록(224a)을 상승하였다가 하강시키는 시간을 제어함으로써 용탕의 투하량을 제어함) 또한 용탕인입부(232)는 원심주조방식에 의해 회전하기 때문에 용탕인입부(232)로 투하된 용탕은 분배관로(232b)를 거쳐서 금형(233)내부로 주입되고 용탕수취구(232a) 및 분배관로(232b)상에는 용탕이 거의 잔존하지 않게된다. 용탕수취구(232a)로 투하된 용탕은 자중에 의해 아래로 하강하고 용탕수취구(232a)의 아래로 하강한 용탕은 원심력에 의해 분배관로(232b)를 따라 이동하여 금형(233)으로 주입된다.

따라서 용탕투입구(222a)에서부터 용탕인입부(232)의 용탕수취구(232a) 및 분배관로(232b)까지 용탕이 잔존하는 경우가 발생하지 않기 때문에 용탕의 잔존물이 없어서 낭비되는 용탕이 거의 없어서 경제적이며 용탕인입부(232)에서 잔존한 용탕을 제거하는 작업이 생략되므로 작업공정이 줄어드는 장점이 있다.

또한 본 발명은 용탕공급부(100)에서 용탕이동관로(130)를 거쳐 용탕투하준비부(222)에 이르는 경로상에 용탕과 공기의 접촉을 차단하는 구조로 되어 있다. 상부하우징(226)과 하부하우징(236)이 분리되어 떨어진 상태에서도 용탕투하준비부(222)의 개폐구멍(222b)을 개폐블록(224a)이 막고 있는 상태에서는 용탕은 공기와의 접촉이 원천적으로 차단된다. 이후 상부하우징(226)과 하부하우징(236)이 서로 밀착한 이후에는 하부하우징(236)에 연결된 진공펌프(240)가 상부하우징(226)과 하부하우징(236)의 사이의 내측공간(236b)을 진공상태로 만들어 준 다음에 용탕이 용탕인입부(232)로 투입되어 금형(233)으로 주입되기 때문에, 본 발명은 용탕공급부(100)에서부터 금형(233)으로 용탕이 주입될 때까지 용탕과 공기의 접촉은 이루어지지 않게 된다. 금형(233)으로 용탕주입이 완료된 후 상부하우징(226)과 하부하우징(236)이 서로 이격되어 용탕인입부(232)가 공기에 노출된다 하더라도 분배관로(232b)와 금형(233)이 연결되는 부분에만 공기가 용탕과 접촉할 것이고 공기와 접촉하는 부분은 매우 일부이며 이 부분은 최종제품에서는 제거되는 잉여 여유부분으로서 나중에 용탕이 냉각되어 굳어진 후 간단한 작업에 의해 제거될 수 있으므로 문제가 되지 않는다. 따라서 결국 본 발명은 금형(233)을 교체하는 방식을 사용하면서도 용탕이 공기와 접촉하는 것을 막아주어 품질이 우수한 제품을 제조할 수 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

1 : 레일을 통한 금형 교체식 진공원심주조장치
100 : 용탕공급부
110 : 용탕보관부
111 : 용탕
120 : 가스공급부
130 : 용탕이동관로
131 : 발열코일
140 : 용탕공급제어부
200 : 주조부
210 : 메인프레임
220 : 승강식용탕주입부
221 : 지지플레이트
222 : 용탕투하준비부
222a : 용탕투입구
223 : 발열코일
224 : 투입구개폐수단
224a : 개폐블록
224b : 개폐바
224c : 개폐실린더
225 : 승강수단
225a : 실린더
225b : 실린더바
225c : 샤프트
225d : 샤프트홀더
226 : 상부하우징
227 : 카메라
230 : 이동식주조부
231 : 이동식케이싱
231a : 이송수단
232 : 용탕인입부
232a : 용탕수취구
232b : 분배관로
233 : 금형
234 : 지지부
235 : 회전력발생부
236 : 하부하우징
236a : 진공펌프연결관
236b : 내측공간
240 : 진공펌프
241 : 진공라인
250 : 레일

Claims

재료를 가열하여 용탕을 만든 후 보관하며, 불활성가스 공급을 통해 상기 용탕을 용탕이동관로 측으로 밀어내는 용탕보관부;
개방된 상부가 상기 용탕이동관로와 연통되어 있고, 상기 용탕이동관로를 통해 상기 용탕보관부에 보관된 용탕을 공급받아 내부 공간에 일시적으로 보관하며, 하부에 용탕투입구가 형성되고 상기 용탕투입구를 선택적으로 개폐하는 개폐블록을 포함하는 개폐수단이 구비된 용탕투하준비부;
상기 용탕이동관로의 주변을 감싸는 형태로 상기 용탕투하준비부의 개방된 상부를 덮어 상기 용탕투하준비부의 내측으로 공기가 침투하는 것을 차단하는 덮개;
위쪽에 상기 용탕투하준비부가 고정되며 상부에 상기 용탕투하준비부의 용탕투입구가 관통되어 인입되고 하부가 개방되며 상하방향으로 승강이 가능하게 설치되는 상부하우징;
상기 용탕투하준비부로부터 용탕을 수취하기 위하여 위쪽으로 개방된 용탕수취구와 상기 용탕수취구의 하부에 상기 용탕수취구의 공간과 소통하도록 일측이 연결되어 횡방향으로 연장되고 타측이 주조를 위한 금형에 연결되는 복수의 분배관로들을 갖는 용탕인입부;
상기 용탕인입부와 상기 금형들을 지지하며 회전력발생부에 결합되어 회전이 가능하게 설치되는 지지부; 및
상기 지지부의 아래에서 설치되어 상기 상부하우징과 밀착시 상기 용탕인입부와 상기 금형 및 상기 지지부를 둘러싼 내부공간을 형성하는 하부하우징;을 포함하되,
상기 용탕보관부, 용탕이동관로 및 용탕투하준비부는 밀폐된 상태로 연결되어 공기 침투가 차단되는 것을 특징으로 하는 용탕투입구조.
제1항에 있어서,
상기 상부하우징과 상기 하부하우징이 밀착한 경우 상기 용탕투입구는 상기 용탕인입부의 상기 용탕수취구의 내측공간으로 진입한 상태에서 상기 용탕투입구와 상기 용탕수취구는 상호간에 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 용탕투입구조.
제1항에 있어서,
상기 용탕투입구는 하방으로 연장되어 있고 상기 용탕투입구의 상부에 상기 개폐수단의 상기 개폐블록에 의해 개폐되는 개폐구멍이 위치하는 것을 특징으로 하는 용탕투입구조.