KR101535798B1 - 레일 샤프트의 고주파 경화 자동화 장치 - Google Patents

레일 샤프트의 고주파 경화 자동화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레일 샤프트의 고주파 경화 자동화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레일 샤프트에 대한 공급에 자동으로 이루어지며, 열처리와 함께, 냉각 및 탬프링 공정이 하나의 라인에서 동시에 수행되는, 레일 샤프트의 고주파 경화 자동화 장치에 관한 것이다.
본 발명의 레일 샤프트의 고주파 경화 자동화 장치는 투입부(10), 제1 이송부(20), 제2 이송부(30), 제3 이송부(40), 고주파 열처리부(50), 냉각부(60), 및 탬퍼링부(70)로 이루어진다. 즉, 투입부(10)을 통해 제1 이송부(20)로 건내진 샤프트(1)은 제1 이송부(20), 제2 이송부(30), 제3 이송부(40)를 따라 지나가면서, 고주파 열처리, 냉각, 및 탬퍼링이 이루어진다. 제1 이송부(20)와 제2 이송부(30) 사이에 고주파 열처리용 유도코어(52)가 위치하여 고주파 열처리가 이루어지며, 제2 이송부(30)와 제3 이송부(40) 사이에 템퍼링용 유도코어(72)가 위치하여 고주파 탬퍼링이 이루어진다. 제1, 제2, 제3 이송부는 샤프트(1)가 지나갈 수 있도록 일직선 상에 위치하며, 상부의 양측에서 교대로 형성된 구동롤러에 의해 샤프트가 앞으로 전진해 나가며, 피동롤러는 샤프트를 안전하게 받치는 부분이다.

Description

레일 샤프트의 고주파 경화 자동화 장치{High frequency heat treatment apparatus for the rail shaft}
본 발명은 레일 샤프트의 고주파 경화 자동화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레일 샤프트에 대한 공급에 자동으로 이루어지며, 열처리와 함께, 냉각 및 탬프링 공정이 하나의 라인에서 동시에 수행되는, 레일 샤프트의 고주파 경화 자동화 장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에서는 엔진 내부의 흡기행정과 배기행정을 위하여 밸브를 개폐시킬 수 있는 밸브 개폐기구를 구비하고 있으며, 오버헤드 밸브기구의 경우에는 통상적으로 캠샤프트의 캠에 의하여 상하로 움직이는 푸시로드의 상단과 일측이
맞닿으며 타단은 밸브의 탑캡에 맞닿도록 형성된 로커암이 엔진의 실린더 블록의 상측에 고정 설치된 레일 샤프트를 중심으로 회동하면서 밸브의 개방이 이루어지게 되는 구조를 이루고 있다. 이러한 레일 샤프트는 로커암이 결합되는 부분의 표면경화를 위해 고주파 열처리 방법을 이용하여 부분적으로 열처리하고 있다.
그러나, 현재까지 레일 샤프트에 의한 고주파 열처리는 완전한 자동화가 이루어지지 않고 수작업에 의한 열처리 공정이 진행되고 있다. 이러한 수작업 공정은 설비 구조가 단순함에 따라 유지보수가 용이하며, 그로 인해 작업표준 수립이 용이하다는 장점이 있으나, 해당 제품 전량 100% 수작업에 의존하여 진행함에 따라 작업자의 피로도가 크게 발생함에 따라, 작업간 작업자 실수에 의한 중대 결함(공정누락)의 발생소지가 매우 크다는 단점이 있다. 수작업 진행시의 단점을 나열해 보면, 시간당 생산성이 매우 낮으며, 변형량이 커서 추가 변형 교정 공정이 추가되어야 하며, 경화층 깊이 산포가 커서 품질이 불균일하며, 불량 발생율이 높아서 대외 신뢰도가 하락한다는 단점이 있다.
이를 위해, 레일 샤트프의 고주파 열처리를 위한 다양한 자동화 장치가 제안되었으나, 아직까지 완전한 신뢰도를 확보하지 못하고 있는 실정이다.
한국특허등록공보 제10-0752224호(2007년 8월 20일 등록)(발명의 명칭: 샤프트의 고주파 유도가열방식 열처리 장치)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 레일 샤프트의 공급 및 이동이 자동으로 이루어지며, 레일 샤프트가 수직방향으로 일렬로 이동하면서 고주파 열처리, 냉각 및 탬퍼링 작업이 이루어지는 자동화된 레일 샤프트의 고주파 열처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 자동화된 레일 샤프트의 고주파 열처리 장치는 측면으로 일렬로 나란히 정렬된 샤프트(1)를 하나씩 공급 투입하는 투입부(10); 상기 투입부에서 전달된 샤프트(1)를 안치시키도록 중앙에 안치홈(25)이 형성된 다수개의 피동롤러(24)가 일렬로 정렬되어 스프라킷(26)을 따라 회전하며, 상기 안치홈에 안치된 샤프트를 전진시키는 구동 롤러(22)가 상기 피동롤러(24)의 상부측에 다수개 형성된 제1 이송부(20); 상기 제1 이송부의 후단에 설치되어 상기 샤프트(1)의 외경보다 큰 내경을 가지는 링 형상의 고주파 열처리용 유도코어(52)에 의해 고주파 열처리가 이루어지는 고주파 열처리부(50); 상기 고주파 열처리부의 후단에 설치되며, 상기 제1 이송부의 안치홈(25)와 일직선 상에 위치하여 상기 고주파 열처리용 유도코어를 통과한 샤프트를 안치시키도록 중앙에 안치홈(35)이 형성된 다수개의 피동롤러(34)가 일렬로 정렬되어 스프라킷(36)을 따라 회전하며, 상기 안치홈(35)에 안치된 샤프트를 전진시키는 구동 롤러(32)가 상기 피동롤러(34)의 상부측에 다수개 형성된 제2 이송부(30); 상기 제2 이송부의 상부측에 설치되며, 상기 고주파 열처리부를 통화 열처리된 상기 샤프트(1)을 냉각시키도록 냉각수 분사관(62)을 통해 냉각수가 분사되는 냉각부(60); 상기 제2 이송부의 후단에 설치되어 상기 샤트프(1)의 외경보다 큰 내경을 가지는 링 형상의 탬퍼링용 유도코어에 의해 탬퍼링이 이루어지되, 고주파 탬퍼링시 전압은 상기 고주파 열처리부의 고주파 열처리 전압보다 낮은 전압에서 이루어지는 탬퍼링부(70); 및 상기 탬퍼링부(70)의 후단에 설치되며, 상기 제2 이송부의 안치홈(35)와 일직선 상에 위치하여 상기 탬퍼링용 유도코어를 통과한 샤프트를 안치시키도록 중앙에 안치홈(45)이 형성된 다수개의 피동롤러(44)가 일렬로 정렬되어 스프라킷(46)을 따라 회전하며, 상기 안치홈(46)에 안치된 샤프트를 전진시키는 구동 롤러(42)가 상기 피동롤러(44)의 상부측에 다수개 형성된 제3 이송부(40);를 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 투입부(10)는 상기 샤프트를 일렬로 정렬시켜 샤프트의 자중에 의해 차례로 하부측으로 내려가도록 경사진 경사안치대(11)와, 상기 경사 안치대의 하부측에 위치하는 샤프트를 미리정해진 높이만큼 위로 들어올리는 가이드 상승실린더(12)와, 및 상기 샤프트를 상기 가이드 상승실린더(12)로 넘겨받아, 이송부로 이송시키는 경사 투입대(13)을 포함한다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 냉각수 분사관은 냉각수가 외부로 퍼져 나가는 것을 방지하도록 차폐하는 차폐룸 내에 위치하여, 상기 차폐룸 내에서 냉각수의 분사가 이루어진다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 레일 샤프트의 고주파 경화 자동화 장치는 레일 샤프트의 공급 및 이동이 하나씩 일렬로 자동으로 이루어지며, 레일 샤프트가 수직방향으로 일렬로 이동하면서 고주파 열처리, 냉각 및 탬퍼링 작업이 순차적으로 동시에 자동으로 이루어진다. 하나의 시스템 내에서 고주파 열처리 공정 뿐만아니라 탬퍼링 공정도 동시에 일어남으로, 별도의 탬퍼링 공정이 필요없다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 레일 샤프트의 고주파 경화 자동화 장치의 평면 개략도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 레일 샤프트의 고주파 경화 자동화 장치의 정면 개략도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 레일 샤프트의 고주파 경화 자동화 장치의 측면 개략도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 레일 샤프트의 고주파 경화 자동화 장치의 평면 개략도이며, 도 2는 정면 개략도이며, 도 3은 측면 개략도이다.
도 1, 2 3을 참조하면, 본 발명의 레일 샤프트의 고주파 경화 자동화 장치는 투입부(10), 제1 이송부(20), 제2 이송부(30), 제3 이송부(40), 고주파 열처리부(50), 냉각부(60), 및 탬퍼링부(70)로 이루어진다. 즉, 투입부(10)을 통해 제1 이송부(20)로 건내진 샤프트(1)은 제1 이송부(20), 제2 이송부(30), 제3 이송부(40)를 따라 지나가면서, 고주파 열처리, 냉각, 및 탬퍼링이 이루어진다. 제1 이송부(20)와 제2 이송부(30) 사이에 고주파 열처리용 유도코어(52)가 위치하여 고주파 열처리가 이루어지며, 제2 이송부(30)와 제3 이송부(40) 사이에 템퍼링용 유도코어(72)가 위치하여 고주파 탬퍼링이 이루어진다. 제1, 제2, 제3 이송부는 샤프트(1)가 지나갈 수 있도록 일직선 상에 위치하며, 상부의 양측에서 교대로 형성된 구동롤러에 의해 샤프트가 앞으로 전진해 나가며, 피동롤러는 샤프트를 안전하게 받치는 부분이다.
각 부분에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다.
투입부(10)는 샤프트(1)를 제1 이송부(20)에 공급하기 전에, 샤프트를 측면으로 일렬로 정렬시키고, 하나씩 제1 이송부로 공급 투입시키는 부분이다.
투입부(10)는 경사 안치대(11)와, 가이드 상승실린더(12) 및 경사 투입대대(13)로 이루어진다. 경사안치대(11)는 샤프트(1)를 일렬로 정렬시켜 샤프트의 자중에 의해 차례로 하부측으로 내려가도록 형성된 부분이다. 가이드 상승실린더(12)는 경사안치대(12)의 제일 하부측에 위치하는 샤프트(1)를 하나씩 미리정해진 높이만큼 들어올려, 측면의 경사 투입대(13)로 넘겨주는 부분이다. 경사 투입대(13)은 가이드 상승실린더에 의해 올려진 샤프트를 하나씩 제1 이송부로 전달하는 분이다.
경사 안치대(11)가 경사져 있음으로, 샤프트의 자중에 의해 하나씩 하부측으로 내려갈 것이며, 가이드 상승실린더(12)에 의해 미리정해진 높이만큼 올려진 샤프트(1)는 경사 투입대(3)에 올려지고, 경사 투입대(13) 또한 경사져 있음으로 샤프트의 자중에 의해 아래로 굴러서 내려가, 제1 이송부(20)의 피동롤러(24) 상에 안치된다.
제1 이송부(20)는 투입부(10)에서 공급된 샤프트(1)를 길이방향으로 연속적으로 전달하는 부분이다. 샤프트(1)는 다수개 일렬로 형성된 피동롤러(24)에 안치되어 길이방향으로 전진하게 된다. 피동롤러(24)는 샤프트가 안치 고정될 수 있도록 중앙에 안치홈(25)이 형성되어 있다. 샤프트가 전진하는 힘은 상부의 구동롤러(22)에 의해서이다. 즉, 상부의 구동롤러(22)는 샤프트의 전진력 및 속도를 조절하게 된다. 상부의 구동롤러(22) 또한 도시되지는 않았으나, 피동롤러와 같이 중앙에 요홈이 형성되어 샤프트와의 마찰력을 증대시킬 수 있음은 물론이다. 피동롤러(24)는 체인에 의해 서로 연결되어 있으며, 상기 체인은 다수개 형성된 스프라킷에 맞물려 회전하게 된다. 즉, 다수개의 피동롤러는 스프라킷(26)을 따라 회전하게 된다.
제1 이송부(20)는 제2 이송부(30)와 이격되어 인접하며, 제1 이송부(20)와 제2 이송부(30) 사이에 고주파 전력이 공급되어 고주파 가열이 일어나는 고주파 열처리용 유도코어(52)가 형성된 고주파 열처리부(50)가 형성된다. 간략화를 위해 고주파 열처리용 유도코어(52) 이외의 고주파 열처리부에 대해서는 생략 도시하였다. 고주파 열처리용 유도코어(52)는 샤프트(1)가 통과하여 지나갈 수 있도록 샤프트(1)의 외경보다 큰 내경을 가지는 링 형상으로 제작된다. 고주파 열처리용 유도코어는 제어부의 제어신호에 따른 고주파 전류의 공급에 따라 가열된다.
제1 이송부(20)와 제2 이송부(30)를 분리한 이유는 그 사이에 고주파 열처리용 코어(52)가 위치하여야 하기 때문이다. 즉, 샤프트(1)가 고주파 열처리용 코어(52)를 통과하여야 함으로, 이를 위해 제1 이송부(20)와 제2 이송부(30)를 분리한 것이다.
제2 이송부(30)는 고주파 열처리부(50)에서 고주파 열처리된 샤프트(1)를 길이방향으로 연속적으로 전달하는 부분이다. 샤프트(1)는 다수개 일렬로 형성된 피동롤러(34)에 안치되어 길이방향으로 전진하며, 피동롤러(34)는 샤프트가 안치 고정될 수 있도록 중앙에 안치홈(35)이 형성되어 있다. 상부의 구동롤러(32)는 샤프트의 전진력 및 속도를 조절하게 된다. 피동롤러(34)는 체인에 의해 서로 연결되어 있으며, 상기 체인은 다수개 형성된 스프라킷(36)에 맞물려 회전함에 따라, 다수개의 피동롤러(34)는 스프라킷(36)을 따라 회전하게 된다.
제2 이송부의 상부측에는 냉각수 분사관(62)가 설치되어, 상기 고주파 열처리부에서 열처리된 상기 샤프트(1)을 냉각수에 의해 냉각시킨다. 간략화를 위해 고주파 열처리용 유도코어(52) 이외의 고주파 열처리부에 대해서는 생략 도시하였다. 도시되지는 않았으나, 바람직하게는 상기 냉각수 분사관은 냉각수가 외부로 퍼져 나가는 것을 방지하도록 차폐하는 차폐룸 내에 위치하여, 상기 차폐룸 내에서 냉각수의 분사가 이루어진다.
제2 이송부(30)는 제3 이송부(40)와 이격되어 인접하며, 제2 이송부(30)와 제3 이송부(40) 사이에 고주파 전력이 공급되어 고주파 가열이 일어나는 탬퍼링용 유도코어(72)가 형성된 탬퍼링부(70)가 형성된다.
본 발명에서는 탬퍼링 또한 고주파 유도가열에 의해 이루어진다. 즉, 고주파 열처리 및 탬퍼링이 일직선 상에서 연속적으로 이루어지는 것이다. 탬퍼링은 상기 고주파 열처리부의 전압보다 낮은 전압에서 이루어진다. 탬퍼링은 온도와 시간만이 다를 뿐 동일한 고주파 열처리와 동일한 고주파 유도가열 방식에 의해 이루어진다. 간략화를 위해 탬퍼링 유도코어(72) 이외의 도면은 생략하였다. 탬퍼링용 유도코어(72)는 샤프트(1)가 통과하여 지나갈 수 있도록 샤프트(1)의 외경보다 큰 내경을 가지는 링 형상으로 제작된다.
제2 이송부(30)와 제3 이송부(40)를 분리한 이유는 그 사이에 탬퍼링용 유도코어(72)가 위치하여야 하기 때문이다. 즉, 샤프트(1)가 탬퍼링용 유도코어(52)를 통과하여야 함으로, 이를 위해 제2 이송부(30)와 제3 이송부(40)를 분리한 것이다.
제3 이송부(40)는 탬퍼링부에서 탬퍼링된 샤프트(1)를 길이방향으로 연속적으로 전달하는 부분이다. 샤프트(1)는 다수개 일렬로 형성된 피동롤러(44)에 안치되어 길이방향으로 전진하며, 피동롤러(44)는 샤프트가 안치 고정될 수 있도록 중앙에 안치홈(45)이 형성되어 있다. 상부의 구동롤러(42)는 샤프트의 전진력 및 속도를 조절하게 된다. 피동롤러(44)는 체인에 의해 서로 연결되어 있으며, 상기 체인은 다수개 형성된 스프라킷(46)에 맞물려 회전함에 따라, 다수개의 피동롤러(44)는 스프라킷(46)을 따라 회전하게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 레일 샤프트
10: 투입부 11: 경사 안치대
12: 가이드 상승실린더 13: 경사 투입대
20: 제1 이송부 22: 구동롤러
24: 피동롤러 25: 안치홈
26: 스프라킷
30: 제2 이송부 32: 구동롤러
34: 피동롤러 35: 안치홈
36: 스프라킷
40: 제3 이송부 42: 구동롤러
44: 피동롤러 45: 안치홈
46: 스프라킷
50: 고주파 열처리부 52: 고주파 열처리용 유도코어
60: 냉각부 62: 냉각수 분사관
70: 탬퍼링부 72: 탬퍼링용 유도코어
80: 취출부

Claims (3)

  1. 측면으로 일렬로 나란히 정렬된 샤프트(1)를 하나씩 공급 투입하는 투입부(10);
    상기 투입부에서 전달된 샤프트(1)를 안치시키도록 중앙에 안치홈(25)이 형성된 다수개의 피동롤러(24)가 일렬로 정렬되어 스프라킷(26)을 따라 회전하며, 상기 안치홈에 안치된 샤프트를 전진시키는 구동 롤러(22)가 상기 피동롤러(24)의 상부측에 다수개 형성된 제1 이송부(20);
    상기 제1 이송부의 후단에 설치되어 상기 샤프트(1)의 외경보다 큰 내경을 가지는 링 형상의 고주파 열처리용 유도코어(52)에 의해 고주파 열처리가 이루어지는 고주파 열처리부(50);
    상기 고주파 열처리부의 후단에 설치되며, 상기 제1 이송부의 안치홈(25)와 일직선 상에 위치하여 상기 고주파 열처리용 유도코어를 통과한 샤프트를 안치시키도록 중앙에 안치홈(35)이 형성된 다수개의 피동롤러(34)가 일렬로 정렬되어 스프라킷(36)을 따라 회전하며, 상기 안치홈(35)에 안치된 샤프트를 전진시키는 구동 롤러(32)가 상기 피동롤러(34)의 상부측에 다수개 형성된 제2 이송부(30);
    상기 제2 이송부의 상부측에 설치되며, 상기 고주파 열처리부를 통화 열처리된 상기 샤프트(1)을 냉각시키도록 냉각수 분사관(62)을 통해 냉각수가 분사되는 냉각부(60);
    상기 제2 이송부의 후단에 설치되어 상기 샤트프(1)의 외경보다 큰 내경을 가지는 링 형상의 탬퍼링용 유도코어에 의해 탬퍼링이 이루어지되, 고주파 탬퍼링시 전압은 상기 고주파 열처리부의 고주파 열처리 전압보다 낮은 전압에서 이루어지는 탬퍼링부(70); 및
    상기 탬퍼링부(70)의 후단에 설치되며, 상기 제2 이송부의 안치홈(35)와 일직선 상에 위치하여 상기 탬퍼링용 유도코어를 통과한 샤프트를 안치시키도록 중앙에 안치홈(45)이 형성된 다수개의 피동롤러(44)가 일렬로 정렬되어 스프라킷(46)을 따라 회전하며, 상기 안치홈(46)에 안치된 샤프트를 전진시키는 구동 롤러(42)가 상기 피동롤러(44)의 상부측에 다수개 형성된 제3 이송부(40);를 포함하고,
    상기 투입부(10)는 상기 샤프트를 일렬로 정렬시켜 샤프트의 자중에 의해 차례로 하부측으로 내려가도록 경사진 경사안치대(11)와, 상기 경사 안치대의 하부측에 위치하는 샤프트를 미리정해진 높이만큼 위로 들어올리는 가이드 상승실린더(12)와, 및 상기 샤프트를 상기 가이드 상승실린더(12)로 넘겨받아, 이송부로 이송시키는 경사 투입대(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레일 샤프트의 고주파 경화 자동화 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각수 분사관은 냉각수가 외부로 퍼져 나가는 것을 방지하도록 차폐하는 차폐룸 내에 위치하여, 상기 차폐룸 내에서 냉각수의 분사가 이루어지는 것을 특징으로 하는 레일 샤프트의 고주파 경화 자동화 장치.
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