KR101566706B1 - 원통체 성형용 수평 원심주조장치 및 이를 이용한 수평 원심주조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심주조를 위해 용탕을 원통 주형 내측으로 주입할 때 탕구의 주입관의 직경이 작더라도 용탕이 주입관을 통해 빠른 속도로 유동하여 원통 주형 내측으로 공급될 수 있도록 하는 원통체 성형용 수평 원심주조장치 및 이를 이용한 수평 원심주조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 원통체 성형용 수평 원심주조장치는, 일단부에 용탕이 주입되는 주입구가 형성되어 있으며, 수평한 축을 중심으로 회전하는 중공의 원통 주형과; 상기 원통 주형을 수평한 축을 중심으로 회전시키는 구동부와; 상기 원통 주형을 회전 가능하게 지지하는 지지부와; 상단부가 개방된 통형상으로 이루어지며, 일측부에 상기 주입구 내측으로 진입하는 주입관이 연장되게 형성되어, 래들(ladle)에 의해 공급된 용탕을 상기 주입관을 통해 원통 주형 내측 공간으로 주입하는 탕구와; 상기 탕구의 상단부에 설치되어 탕구의 내측 공간을 향해 하측으로 화염을 분사하여 탕구 내의 용탕을 가열함과 동시에 주입관 쪽으로 가압하는 주입보조 토치(torch)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

원통체 성형용 수평 원심주조장치 및 이를 이용한 수평 원심주조방법{ Horizontal Spin Casting Equipment for Forming Cylindrical Member and Horizontal Spin Casting Method Using the Same}

본 발명은 수평 원심주조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다이캐스팅 장치의 피스톤 링의 모재 등이 되는 원통체를 수평 원심주조 방식으로 성형하기 위한 원통체 성형용 수평 원심주조장치 및 이를 이용한 수평 원심주조방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이, 다이캐스팅 장치는 용융금속을 실린더에 주입하면 이를 피스톤 로드가 일정 압력으로 밀어 상기 실린더와 연결되는 금형에 주입하여 제품을 성형하는 장치이다.

따라서 상기와 같은 다이캐스팅 장치에서 실린더에 주입되는 용융금속을 용이하게 금형으로 주입시키기 위해서는 실린더 내에 장착되는 피스톤 로드의 피스톤이 일정 강도와 취성을 유지하여야 하고, 피스톤의 외면과 실린더 내주면 간에 기밀이 유지되면서 피스톤의 습동이 원활하게 이루어져야 한다.

따라서, 피스톤의 외주면에 금속 재질의 링(ring)을 장착하여 피스톤이 실린더 내부를 따라 이동할 때 상기 링이 실린더 내주면과 접촉하면서 슬라이딩하여 용융금속을 밀어내게 된다.

종래의 피스톤 링은 단조 방식으로 제작되는데, 이러한 단조 방식으로 피스톤 링을 제작할 경우 시간과 노력이 많이 소요되어 결과적으로 링의 제조 단가를 증가시키고, 링의 내구성 및 강도가 낮은 문제가 있었다.

이를 해결하기 위하여 본 출원인은 등록특허 제1340988호에 피스톤 링의 모재가 되는 원통체를 수평 원심주조 방식으로 제조하는 방법을 개발하여 제조가 용이하고 내구성 및 강도가 향상된 피스톤 링을 제조하고 있다.

그런데, 주조하고자 하는 원통체의 직경이 작아지게 되면, 원심주조장치의 원통 주형에 형성된 용탕 주입구의 크기도 작아지게 되므로 탕구의 주입관이 주입구 내측으로 완전히 인입되지 않으면 용탕이 원통 주형 밖으로 누출되어 재료의 손실과 안전 사고 등의 문제가 발생할 수 있다.

이에 따라 탕구를 용탕 주입관 내측으로 완전히 인입시켜 용탕을 주입할 수 있도록 탕구를 설계해야 하는데, 이 경우 탕구의 주입관의 직경이 작아지게 되어 용탕이 원통 주형 내측으로 원활하게 공급되지 못하는 현상이 발생한다.

대한민국 공개특허 제2013-0024198호에는 용강의 주입 전에 용강이 주입되는 주입관을 버너를 이용하여 가열하여 예열함으로써 용강의 응고를 방지하는 수평 원심주조기의 용강 주입관용 예열거치대가 개시되어 있다.

그러나 상기 공개특허의 예열거치대는 용강의 주입 전에 주입관만 예열하도록 구성되어 있기 때문에 용강의 주입이 진행되는 도중에 탕구의 주입관의 직경이 작음으로 인해 발생하는 용강의 주입 속도 저하는 막을 수 없는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 제2013-0024198호 (공개일자 2013년03월08일)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 원심주조를 위해 용탕을 원통 주형 내측으로 주입할 때 탕구용기의 주입관의 직경이 작더라도 용탕이 주입관을 통해 빠른 속도로 유동하여 원통 주형 내측으로 공급될 수 있도록 하는 원통체 성형용 수평 원심주조장치 및 이를 이용한 수평 원심주조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 원통 주형 내에 용탕을 주입하고 원통 주형를 고속으로 회전시켜 수평 원심 주조를 수행할 때 제조 공정이 신속하고 용이하게 이루어질 수 있는 원통체 성형용 수평 원심주조장치 및 이를 이용한 수평 원심주조방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 원통체 성형용 수평 원심주조장치는, 일단부에 용탕이 주입되는 주입구가 형성되어 있으며, 수평한 축을 중심으로 회전하는 중공의 원통 주형과; 상기 원통 주형을 수평한 축을 중심으로 회전시키는 구동부와; 상기 원통 주형을 회전 가능하게 지지하는 지지부와; 상단부가 개방된 통형상으로 이루어지며, 일측부에 상기 주입구 내측으로 진입하는 주입관이 연장되게 형성되어, 래들(ladle)에 의해 공급된 용탕을 상기 주입관을 통해 원통 주형 내측 공간으로 주입하는 탕구용기와; 상기 탕구용기의 상단부에 설치되어 탕구용기의 내측 공간을 향해 하측으로 화염을 분사하여 탕구용기 내의 용탕을 가열함과 동시에 주입관 쪽으로 가압하는 주입보조 토치(torch)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기와 같은 본 발명에 따른 원통체 성형용 수평 원심주조장치를 이용한 수평 원심주조방법은, (a) 원통 주형을 회전시키면서 원통 주형 내부에 이형제를 분사하여 원통 주형의 공간 내측에 이형제를 도포하는 단계와; (b) 상기 탕구용기의 주입관을 원통 주형의 주입구 내측으로 삽입하는 단계와; (c) 상기 원통 주형을 설정된 속도로 회전시키면서 상기 탕구용기에 용탕을 공급하여 주입관을 통해 원통 주형 내측 공간으로 용탕을 주입하는 단계와; (d) 상기 주입관을 통해 용탕이 원통 주형 내측으로 공급되는 동안 상기 토치가 탕구용기 내측으로 화염을 분사하는 단계와; (e) 원통 주형 내로의 용탕 주입이 완료되면, 토치의 작동을 중지시키고, 탕구용기를 원통 주형에서 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 탕구용기에서 원통 주형 내측으로 용탕을 주입하는 과정에서 탕구용기의 상측에서 용탕 쪽으로 토치가 고압으로 화염을 분사하여 용탕을 가열 및 가압하는 작용을 하게 되므로, 주입관의 내경이 작더라도 용탕이 주입관 쪽을 밀려서 신속하고 원활하게 원통 주형 내로 주입될 수 있게 된다.

따라서 원통체의 수평 원심주조 공정이 신속하고 원활하게 진행될 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있고, 제품의 품질도 균일하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통체 성형용 수평 원심주조장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 원통체 성형용 수평 원심주조장치의 평면도이다.
도 3은 도 1의 원통체 성형용 수평 원심주조장치의 정면도이다.
도 4는 도 1의 원통체 성형용 수평 원심주조장치의 단면도이다.
도 5는 도 1의 원통체 성형용 수평 원심주조장치의 원통 주형을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통체 성형용 수평 원심주조방법을 개략적으로 설명하는 순서도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 원통체 성형용 수평 원심주조장치 및 이를 이용한 수평 원심주조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통체 성형용 수평 원심주조장치의 구성을 나타낸 것으로, 이 실시예의 원통체 성형용 수평 원심주조장치는 일단부에 용탕이 주입되는 주입구(12)가 형성되어 있으며 수평한 축을 중심으로 회전 운동하는 중공의 원통 주형(10)과, 상기 원통 주형(10)을 수평한 축을 중심으로 회전시키는 구동부(20)와, 상기 원통 주형(10)을 회전 가능하게 지지하는 지지부와, 일측부에 상기 주입구(12) 내측으로 진입하는 주입관(41)이 연장되게 형성되어 래들(ladle)(미도시)에 의해 공급된 용탕을 상기 주입관(41)을 통해 원통 주형(10) 내측 공간으로 주입하는 탕구용기(40)와, 상기 탕구용기(40)의 상단부에 설치되는 토치 마운트프레임(55)과, 상기 토치 마운트프레임(55)에 고정되게 설치되어 탕구용기(40)의 내측 공간을 향해 하측으로 화염을 분사하여 탕구용기(40) 내의 용탕을 가열함과 동시에 주입관(41) 쪽으로 가압하는 주입보조 토치(50)(torch)를 포함한다.

상기 원통 주형(10)은 양단부가 개방된 중공의 원통으로 이루어지며, 성형하고자 하는 원통체의 형태와 대응하는 원통 형태와 크기를 갖는 공간(15)을 구비한다. 상기 공간(15) 내측으로는 용탕이 공급되어 원심력에 의해 내주면에 부착되면서 성형된다.

상기 원통 주형(10)의 일단부에는 주입구(12)가 중앙에 관통되게 형성되어 있는 링 형태의 엔드커버(11)가 탈착 가능하게 설치된다. 상기 엔드커버(11)의 주입구(12)는 성형하고자 하는 원통체의 내경보다 작은 직경을 갖도록 되어 성형 과정에서 용탕이 엔드커버(11)의 주입구(12) 외측으로 이탈되지 않는다.

상기 원통 주형(10)은 전후 및 좌우로 배열된 복수개(이 실시예에서 4개)의 하부롤러(31)로 이루어진 지지부에 의해 회전이 가능하게 지지된다. 상기 복수개의 하부롤러(31) 중 일측 하부롤러(31)는 상기 구동부(20)와 연결되어 회전하면서 원통 주형(10)에 회전력을 전달한다.

또한 상기 원통 주형(10)은 구동부(20)에 의해 수평한 축을 중심으로 설정된 속도로 회전 운동하게 되는데, 이 실시예에서 구동부(20)는 모터(21)와, 상기 모터(21)의 동력을 일측 하부롤러(31)로 전달하여 하부롤러(31)를 회전시킴으로써 원통 주형(10)을 회전시키는 동력전달벨트(22)를 포함하여 구성된다.

상기 탕구용기(40)는 상부면이 개방된 통형상으로 이루어지며, 내부에는 공급된 용탕을 주입관(41) 쪽으로 안내하는 런너(42)(runner)가 깔때기 형태로 형성되어 있다. 상기 탕구용기(40)는 공지의 탕구용기(40)와 동일하게 하부에 바퀴가 설치되어 바닥면을 따라 구르면서 원통 주형(10)에 접근하거나 원통 주형(10)과 멀어지게 구성될 수도 있지만, 이 실시예에서와 같이 원통 주형(10)의 일단부 외측에 지지프레임(44)이 설치되고, 탕구용기(40)가 상기 일측 지지프레임(44)에 지면(地面)에 대해 수직하게 설치된 회전축(43)을 중심으로 회전 운동 가능하게 설치되어, 탕구용기(40)가 회전 운동하면서 원통 주형(10)에 접근하거나 원통 주형(10)과 멀어지게 구성될 수도 있다. 이와 같이 탕구용기(40)를 측방향으로 회전 운동 가능하게 구성하면, 작업자가 탕구용기(40)를 밀거나 당기면서 이동할 필요없이 현 위치에서 간편하게 탕구용기(40)를 원통 주형(10)과 접속하거나 분리시킬 수 있는 이점이 있다.

상기 탕구용기(40)의 상측에는 상기 토치(50)를 설치하기 위한 토치 마운트프레임(55)이 힌지축(56)을 중심으로 회전 운동 가능하게 설치된다. 따라서 탕구용기(40)에 용탕을 공급할 때에는 토치 마운트프레임(55)을 회전시켜 토치(50)가 용탕 공급을 방해하지 않게 하고, 탕구용기(40) 내로 용탕 공급이 완료되면 토치 마운트프레임(55)을 회전시켜 탕구용기(40)의 상단부에 토치(50)가 배치되게 할 수 있다.

물론 이 실시예에서 상기 토치 마운트프레임(55)은 탕구용기(40)의 상단부 일측에 상하 또는 측방향으로 회전 운동할 수 있게 구성되었지만, 이와 다르게 토치 마운트프레임(55)이 탕구용기(40)의 일측에 고정되게 배치되고, 토치(50)가 토치 마운트프레임(55)에 회전 가능하게 설치될 수도 있을 것이다.

그리고 토치 마운트프레임(55)을 탕구용기(40)에 설치하지 않고, 탕구용기(40)의 외측에 별도의 토치 거치대를 설치하고, 토치 거치대에 토치(50)를 설치하거나, 작업자가 직접 토치(50)를 잡고 토치(50)를 작동시킬 수도 있을 것이다.

상기 토치(50)는 압축가스를 분사하며 화염을 방출하기 때문에 토치(50)에 의해 분사된 화염이 탕구용기(40) 내의 용탕을 가열하는 작용과 함께 하측으로 밀어내는 작용을 하게 된다. 따라서 탕구용기(40) 내의 용탕이 주입관(41) 쪽으로 가압되면서 유동하게 되고, 주입관(41) 내의 용탕 또한 후방의 용탕에 의해 밀리게 되어 신속하고 원활하게 원통 주형(10) 쪽으로 주입될 수 있게 된다.

다음으로 상기와 같이 구성된 수평 원심주조장치를 이용하여 수평 원심주조를 수행하는 방법에 대해 도 1 내지 도 4 및 도 6을 참조하여 설명한다.

먼저, 원통 주형(10)을 소정의 속도로 회전시키면서 원통 주형(10)의 내측 공간(15)에 이형제 도포 노즐(미도시)을 삽입하여 이형제를 분사하여 원통 주형(10)의 공간 내측에 이형제를 도포한다(단계 S1). 상기 이형제는 원통체의 원심주조가 완료된 후 주조된 원통체를 원통 주형(10)의 내주면에서 용이하게 분리시킬 수 있도록 하는 작용을 하게 된다.

이형제 도포가 완료되면, 탕구용기(40)를 회전시켜 탕구용기(40)를 원통 주형(10)의 일단부에 접근시켜 탕구용기(40)의 주입관(41)이 원통 주형(10)의 주입구(12) 내측으로 삽입되도록 한다(단계 S2).

상기 원통 주형(10)을 설정된 속도로 회전시키고, 래들(laddle)(미도시)을 통해 상기 탕구용기(40)에 용탕을 공급하여 주입관(41)을 통해 원통 주형(10) 내측 공간으로 용탕을 주입한다(단계 S3).

이 때, 상기 주입관(41)을 통해 용탕이 원통 주형(10) 내측으로 공급되는 동안 상기 토치(50)를 작동시켜 토치(50)에서 하측으로 화염이 분사되도록 한다(단계 S4). 전술한 것과 같이 토치(50)에서 탕구용기(40) 내측으로 분사된 화염은 탕구용기(40) 내측의 용탕을 가열하여 응고를 방지함과 동시에 용탕을 하측으로 가압하여 주입관(41)을 통해 용탕이 신속하고 원활하게 원통 주형(10) 내측으로 주입되도록 하는 작용을 하게 된다.

원통 주형(10) 내로의 용탕 주입이 완료되면, 토치(50)의 작동을 중지시키고, 탕구용기(40)를 원통 주형(10)에서 분리시키고, 일정 시간 동안 원통 주형(10)을 고속으로 회전시켜 원심 주조를 수행한다(단계 S5).

이와 같은 본 발명에 따르면, 탕구용기(40)에서 원통 주형(10) 내측으로 용탕을 주입하는 과정에서 탕구용기(40)의 상측에서 용탕 쪽으로 토치(50)가 고압으로 화염을 분사하여 용탕을 가열 및 가압하는 작용을 하게 되므로, 주입관(41)의 내경이 작더라도 용탕이 주입관(41) 쪽을 밀려서 신속하고 원활하게 원통 주형(10) 내로 주입될 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

10 : 원통 주형 11 : 엔드커버
12 : 주입구 15 : 공간
20 : 구동부 21 : 모터
22 : 동력전달벨트 31 : 하부롤러
40 : 탕구용기 41 : 주입관
42 : 런너 43 : 회전축
44 : 지지프레임 50 : 토치
55 : 토치 마운트프레임 56 : 힌지축

Claims (6)

1. 일단부에 용탕이 주입되는 주입구(12)가 형성되어 있으며, 수평한 축을 중심으로 회전하는 중공의 원통 주형(10)과;
   상기 원통 주형(10)을 수평한 축을 중심으로 회전시키는 구동부(20)와;
   상기 원통 주형(10)을 회전 가능하게 지지하는 지지부와;
   상단부가 개방된 통형상으로 이루어지며, 일측부에 상기 주입구(12) 내측으로 진입하는 주입관(41)이 연장되게 형성되어, 래들(ladle)에 의해 공급된 용탕을 상기 주입관(41)을 통해 원통 주형(10) 내측 공간으로 주입하는 탕구용기(40)와;
   상기 탕구용기(40)의 상단부에 설치되는 토치 마운트프레임(55)과;
   상기 토치 마운트프레임(55)에 설치되어 탕구용기(40)의 내측 공간을 향해 하측으로 화염을 분사하여 탕구용기(40) 내의 용탕을 가열함과 동시에 주입관(41) 쪽으로 가압하는 주입보조 토치(50)(torch)를 포함하는 것을 특징으로 하는 원통체 성형용 수평 원심주조장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 토치 마운트프레임(55)은 탕구용기(40)의 상단부에 힌지축(56)을 중심으로 회전 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 원통체 성형용 수평 원심주조장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 원통 주형(10)의 일단부에는 상기 주입구(12)가 중앙에 관통되게 형성되어 있는 링 형태의 엔드커버(11)가 탈착 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 원통체 성형용 수평 원심주조장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 탕구용기(40)는 원통 주형(10)의 일단부 외측에 설치되는 지지프레임(44)에 지면(地面)에 대해 수직한 축을 중심으로 회전 운동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 원통체 성형용 수평 원심주조장치.
6. 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 원통체 성형용 수평 원심주조장치를 이용하여 원통체를 성형하는 수평 원심주조방법으로서,
   (a) 원통 주형(10)을 회전시키면서 원통 주형(10) 내부에 이형제를 분사하여 원통 주형(10)의 공간 내측에 이형제를 도포하는 단계와;
   (b) 상기 탕구용기(40)의 주입관(41)을 원통 주형(10)의 주입구(12) 내측으로 삽입하는 단계와;
   (c) 상기 원통 주형(10)을 설정된 속도로 회전시키면서 상기 탕구용기(40)에 용탕을 공급하여 주입관(41)을 통해 원통 주형(10) 내측 공간으로 용탕을 주입하는 단계와;
   (d) 상기 주입관(41)을 통해 용탕이 원통 주형(10) 내측으로 공급되는 동안 상기 토치(50)가 탕구용기(40) 내측으로 화염을 분사하는 단계와;
   (e) 원통 주형(10) 내로의 용탕 주입이 완료되면, 토치(50)의 작동을 중지시키고, 탕구용기(40)를 원통 주형(10)에서 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수평 원심주조방법.
   

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