KR101628051B1 - 액체 단조용 성형 장치 - Google Patents

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KR101628051B1
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Abstract

본 발명은 용탕의 온도를 적정수준으로 유지하는 동시에 용탕을 금형내에 신속하게 주입할 수 있도록 함으로써, 성형제품의 품질을 크게 향상시킬 수 있도록 한 액체 단조용 성형 장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 금형 주변에 용탕이 채워진 두 개 이상의 흑연도가니를 최소 거리내에 배치하고, 흑연도가니와 금형 사이에 용탕주입용 로봇을 배치하여, 흑연도가니내의 용탕의 온도가 적정온도로 유지된 상태에서 용탕주입용 로봇이 흑연도가니내의 용탕을 금형내에 신속하게 주입할 수 있도록 함으로써, 용탕의 온도 저하에 따른 성형제품의 불량 현상을 용이하게 방지할 수 있고, 또한 금형으로부터 탈형된 성형제품이 후가공(예를 들어, 홀 가공)을 위하여 후가공 설비로 이송될 때, 성형제품을 후가공이 이루어지는 위치에 맞게 자동으로 뒤집어줄 수 있도록 함으로써, 작업공수 절감 및 작업성 향상을 도모할 수 있는 액체 단조용 성형 장치를 제공하고자 한 것이다.

Description

액체 단조용 성형 장치{Forging apparatus}
본 발명은 액체 단조용 성형 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용탕의 온도를 적정수준으로 유지하는 동시에 용탕을 금형내에 신속하게 주입할 수 있도록 함으로써, 성형제품의 품질을 크게 향상시킬 수 있도록 한 액체 단조용 성형 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 비교적 대형이면서 형상이 복잡한 자동차 부품(예를 들어, 알루미늄 휠)의 제조시, 중력주조 및 저압주조법을 사용하고 있는 바, 중력주조와 저압주조법은 완성된 제품의 밀도 하락과 기계적 성질의 하락을 수반하므로 고품질을 추구하는 여러 업계의 입장을 충족시키지 못하는 단점이 있고, 특히 대량생산에 적합하지 못한 문제점이 있다.
이러한 문제점에도 불구하고, 현재 국내외 자동차 부품 생산업체는 중력주조법과 저가압주조법에 의해 알루미늄 휠과 같은 대량의 비철금속품을 생산하고 있는 실정에 있다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여 용탕단조법(cast forging)을 이용한 단조장치가 사용될 수 있는 바, 이 용탕단조법을 이용한 단조장치는 용탕에 높은 압력을 가한 상태에서 응고시키는 방법으로서, 조직이 섬세하고 기계적 성질이 우수한 제품을 대량 생산할 수 있는 장점이 있다.
이러한 단조장치는 일종의 반응고 소재 성형장치로서, 비철금속의 소재를 반응고 성형하여 높은 품질의 제품을 연속적으로 생산할 수 있지만, 아래와 같이 몇 가지 문제점이 있다.
첫째, 단조작업 후 하부금형 및 사이드금형이 신속히 냉각되어야 다음 공정을 진행할 수 있는데, 고열의 용탕에의해 가열된 하부금형 및 사이드금형은 신속히 냉각되지 않으며, 이에 따라 단조 사이클이 그만큼 지연된다.
둘째, 상부금형이 하부금형의 내부에 진입되어서 용탕을 가압할 경우, 하부금형 내의 용탕이 하부금형의 상단둘레로 출렁이면서 넘치게 되며, 이때 출렁이면서 흘러 넘치는 용탕에 다량의 공기가 혼입되는 문제가 발생된다.
셋째, 하부금형 및 상부금형에 의해 용탕이 단조될 때에, 용탕 주변 및 용탕 내에 혼입된 기체가 외부로 원활히 배출되지 못하여, 단조된 제품의 표면이 매끄럽지 못하며 제품의 강도가 저하된다.
넷째, 상부금형의 상단 둘레는 열전달이 가장 늦고 가장 빨리 냉각되는 부분이다. 따라서 하부금형 내의 용탕을 상부금형으로 가압하면 용탕 전체가 동일한 속도로 냉각되는 것이 아니라 열전달이 가장 늦은 상부금형의 상단둘레 부분부터 먼저 냉각됨으로써, 가압된 용탕 전체가 동일한 속도로 냉각되는 것이 아니라 용탕의 상단 둘레에서 먼저 냉각되므로 그 부분의 물성이 저하되고 석출현상이 증가된다.
이러한 문제점을 감안하여, 본원 발명인은 반응고 성형을 위한 단조장치 및 그 단조방법을 이미 특허출원하여 등록(대한민국 등록번호 10-0861414(2008.09.25)) 받은 바 있다.
그러나, 본원 발명인에 의하여 기등록된 특허의 경우, 용탕을 저장하는 보온로와 금형내에 용탕을 주입하는 용탕주입구 간의 거리가 멀어서 다음과 같은 문제점이 발생하고 있다.
첫째, 용탕을 저장하는 보온로와 금형내에 용탕을 주입하는 용탕주입구 간의 거리가 멀기 때문에 계절에 따라 보온로내의 용탕과 금형에 주입되는 용탕 간의 온도 편차가 발생하고, 그에 따라 보온로내의 용탕을 용탕주입구에 주입하는 시간 동안 용탕의 온도가 저하되어 성형제품에 불량이 발생하는 문제점이 있다.
예를 들어, 보온로내의 용탕온도에 비하여 용탕주입구를 통하여 금형내로 주립되는 용탕의 온도가 낮아지면, 용탕의 점성이 올라가서 금형의 캐비티내에 용탕이 서서히 주입되고, 이에 캐비티 공간의 각 부위에 대한 용탕의 주입속도도 편차가 발생하게 되어, 결국 단조 성형제품에 크랙이 발생하는 등의 불량이 발생하게 된다.
둘째, 용탕을 저장하는 보온로와 금형내에 용탕을 주입하는 용탕주입구 간의 거리가 멀기 때문에, 보온로내의 용탕을 용탕주입구로 이송하는 도중에 외부공기와 용탕(예를 들어, 알루미늄)이 접촉하는 시간이 증가함으로써, 알루미늄이 산화되어 산화알루미늄화되는 현상이 발생하고, 산화알루미늄은 성형제품의 크랙 및 내구성 저하의 요인이 되는 문제점이 있다.
셋째, 금형으로부터 탈형된 성형제품이 후가공(예를 들어, 홀 가공)을 위하여 후가공 설비로 이송될 때, 성형제품을 뒤집어주는 작업을 일일이 수작업으로 진행함에 따라, 작업공수 증가 및 제품 가공 시간이 늘어나고, 작업성이 크게 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 금형 주변에 용탕이 채워진 두 개 이상의 흑연도가니를 최소 거리내에 배치하고, 흑연도가니와 금형 사이에 용탕주입용 로봇을 배치하여, 흑연도가니내의 용탕의 온도가 적정온도로 유지된 상태에서 용탕주입용 로봇이 흑연도가니내의 용탕을 금형내에 신속하게 주입할 수 있도록 함으로써, 용탕의 온도 저하에 따른 성형제품의 불량 현상을 용이하게 방지할 수 있도록 한 액체 단조용 성형 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 금형으로부터 탈형된 성형제품이 후가공(예를 들어, 홀 가공)을 위하여 후가공 설비로 이송될 때, 성형제품을 후가공이 이루어지는 위치에 맞게 자동으로 뒤집어줄 수 있도록 함으로써, 작업공수 절감 및 작업성 향상을 도모할 수 있도록 한 점에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 상부금형부와 하부금형부와 사이드금형부를 포함하는 금형과; 금형내에 용탕을 주입하기 위한 입구 역할을 하는 용탕안내수단과; 금형내에서 성형된 성형제품을 취출하여 냉각하는 제품이송 및 냉각수단을 포함하는 액체 단조용 성형 장치에 있어서, 상기 하부금형부의 최근거리 위치에 용탕안내수단을 통하여 용탕을 공급하기 위한 용탕공급수단을 배치하되, 상기 용탕공급수단은: 하부금형부의 최근거리에 나란히 배치되는 제1흑연도가니 및 제2흑연도가니와; 제1흑연도가니 및 제2흑연도가니내에 저장된 용탕을 용탕안내수단을 통하여 하부금형부쪽으로 부어주는 로봇암으로 구성된 것을 특징으로 하는 액체 단조용 성형 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 제1 및 제2흑연도가니는 단열재로 이루어진 외부용기와, 이 외부용기의 내표면에 일정두께로 코팅된 흑연층으로 구성된 것을 특징으로 하며, 캐스타블과 같은 내화재로 시공된 보온로를 사용한다.
바람직하게는, 상기 제1 및 제2흑연도가니의 외부용기의 내부에는 전기히팅라인이 내설된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 제1 및 제2흑연도가니가 배치되는 하부금형부의 최근거리 위치에 턴테이블이 회전 가능하거나 좌우로 이동 가능하게 배치되고, 턴테이블 위에는 제1 및 제2흑연도가니를 받쳐주는 한 쌍의 금속팔레트가 나란히 안착된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 로봇암은 제1 및 제2흑연도가니와 하부금형부 사이 위치에 배치되고, 로봇암의 일끝단부에는 용탕을 퍼올리거나 부어줄 수 있는 용탕용기가 회전 가능하게 장착된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제품이송 및 냉각수단의 출구위치와 후가공 설비를 향하는 이송컨베이어 사이에 성형 제품을 뒤집어줄 수 있도록 전후가 개방된 케이스와, 이 케이스의 측부에 장착되어 케이스를 상하로 회전시키는 모터 구동수단으로 구성된 뒤집기 장치가 배치된 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 금형 주변에 용탕이 채워진 두 개 이상의 흑연도가니를 최소 거리내에 배치하고, 흑연도가니와 금형 사이에 용탕주입용 로봇암을 배치하여, 흑연도가니내의 용탕의 온도가 적정온도로 유지된 상태에서 용탕주입용 로봇암이 흑연도가니내의 용탕을 금형내에 신속하게 주입할 수 있도록 함으로써, 기존에 용탕의 온도 저하에 따른 성형제품의 불량 현상을 용이하게 방지할 수 있다.
둘째, 금형으로부터 탈형된 성형제품(알루미늄 휠)이 후가공(예를 들어, 홀 가공)을 위하여 후가공 설비로 이송될 때, 성형제품을 후가공이 이루어지는 위치에 맞게 자동으로 뒤집어줄 수 있도록 함으로써, 작업공수 절감 및 작업성 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 액체 단조용 성형 장치를 도시한 정면도,
도 2는 본 발명에 따른 액체 단조용 성형 장치를 도시한 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 액체 단조용 성형 장치를 도시한 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 액체 단조용 성형 장치의 흑연도가니를 도시한 단면도
도 5는 본 발명에 따른 액체 단조용 성형 과정을 나타낸 공정도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 액체 단조용 성형 장치를 도시한 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 액체 단조용 성형 장치를 도시한 측면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 액체 단조용 성형 장치를 도시한 평면도이다.
본 발명의 액체 단조용 성형 장치는 자동차용 부품 중 알루미늄 휠을 성형 제작하기 위한 것으로서, 상부금형부(110)와 하부금형부(120)와 사이드금형부(130)를 포함하는 금형(100)과, 금형(100)내에 용탕을 주입하기 위한 입구 역할을 하는 용탕안내수단(140)과, 금형(100)내에서 성형된 성형제품을 취출하여 냉각하는 제품이송 및 냉각수단(300)을 포함하여 구성된다.
특히, 본 발명에 따르면 상기 금형(100)의 용탕안내수단(140)의 바로 외측 위치에는 금형(100)내에 용탕을 공급하기 위한 용탕공급수단(200)이 최근거리에 배치된다.
상기 금형(100)의 상부금형부(110)는 금형 전체를 지지하는 메인바디(150)의 상부 위치에 실린더 구동에 의하여 승하강 가능하게 장착되고, 상기 하부금형부(120)는 메인바디(150)의 하부 위치에 실린더 구동에 의하여 승하강 가능하게 장착되며, 상기 사이드금형부(130)는 하부금형부(120)의 둘레에 설치되어 성형될 제품(M)의 둘레를 성형하는 것으로서 링크부재에 의하여 하부금형부(120)가 상승될 때 외측으로 벌어짐 가능하게 장착된다.
상기 용탕안내수단(140)은 하부금형부(120) 후방의 메인바디(150)에 설치되어, 용탕을 하부금형부(120)쪽으로 부어지도록 안내하는 라이저튜브 및 주입관 구조로 구비된다.
상기 용탕공급수단(200)은 하부금형부(120)의 최근거리에 배치되는 제1 및 제2 흑연도가니(210,220)와, 제1 및 제2흑연도가니(210,220)내에 저장된 용탕을 용탕안내수단(140)을 통하여 하부금형부(120)쪽으로 부어주는 로봇암(240)을 포함하여 구성된다.
보다 상세하게는, 첨부한 도 4에서 보듯이 상기 제1 및 제2흑연도가니(210,220)는 단열재로 이루어진 외부용기(230)와, 이 외부용기(230)의 내표면에 일정두께로 코팅된 흑연층(232)이나 캐스타블 등의 내화재로 구성되며, 흑연층(232)은 표면이 매끈한 성질을 가지므로 용탕의 탈리가 매우 원활한 장점을 제공한다.
또한, 상기 제1 및 제2흑연도가니(210,220)의 외부용기(230)의 내부에는 전기히팅라인(234)이 내재되는 바, 이 전기히팅라인(234)의 가열에 의하여 제1 및 제2흑연도가니(210,220)내의 용탕이 적정온도로 유지될 수 있다.
이렇게 흑연도가니를 두 개 이상 배열시키는 이유는 제1흑연도가니(210)내의 용탕이 하부금형부(120)로 모두 주입 완료되면, 곧바로 제2흑연도가니(220)내의 용탕을 하부금형부(120)로 곧바로 주입하는 등 용탕 공급의 연속성 및 제품 성형의 연속성을 제공하기 위함에 있다.
상기 로봇암(240)은 통상의 설계기법을 이용하여 X,Y,Z 축을 따라 직선 및 회전운동 가능하게 구비될 수 있고, 제1 및 제2흑연도가니(210,220)와 하부금형부(120) 사이 위치에서 메인바디 등에 장착되며, 로봇암(240)의 일끝단부에는 용탕을 퍼올리거나 부어줄 수 있는 용탕용기(242)가 회전 또는 좌우 이동되도록 장착된다.
이때, 상기 제1 및 제2흑연도가니(210,220)의 교체를 위하여 제1 및 제2흑연도가니(210,220)의 각 저면에는 지게차에 의하여 들어올림 가능한 금속팔레트(236)가 배치되고, 또한 제1 및 제2흑연도가니(210,220)의 위치 전환을 위하여 금속팔레트(236)는 턴테이블(238)이 배치된다.
좀 더 상세하게는, 상기 제1 및 제2흑연도가니(210,220)가 배치되는 위치 즉, 하부금형부(120)의 최근거리 위치에 턴테이블(238)이 구동모터에 의하여 회전 가능하게 장착된 상태에서, 턴테이블(238) 위에 한 쌍의 금속팔레트(236)가 나란히 안착되고, 각 금속팔레트(236) 위에 제1 및 제2흑연도가니(210,220)가 올려지게 된다.
따라서, 용광로에서 용해된 용탕을 탈가스를 제거한 후, 제1흑연도가니(210) 및 제2흑연도가니(220)내에 충진한 다음, 제1 및 제2흑연도가니(210,220)를 받쳐주고 있던 금속팔레트(236)를 지게차가 들어올려서 턴테이블(238) 위에 배치하게 된다.
이때, 상기 제1흑연도가니(210)가 금형(100)의 하부금형부(120)와 동일선상에 배치된다.
이어서, 상기 로봇암(240)이 제1흑연도가니(210)내의 용탕을 퍼올려서 하부금형부(120)쪽으로 이송한 후, 라이저튜브 및 주입관 구조로 구비된 용탕안내수단(140)에 부어줌으로써, 용탕이 하부금형부(120)내에 신속하게 부어지게 된다.
기존에는 용탕을 저장하는 보온로와 금형내에 용탕을 주입하는 용탕안내수단 간의 거리가 멀기 때문에 계절에 따라 보온로내의 용탕과 금형에 주입되는 용탕 간의 온도 편차가 발생하고, 그에 따라 보온로내의 용탕을 하부금형부에 주입하는 시간 동안 용탕의 온도가 저하되어 성형제품에 불량이 발생하는 문제점이 있었다,
반면, 본 발명에서는 제1흑연도가니(210)가 금형(100)의 하부금형부(120)와 최소거리를 유지하며 동일선상에 배치된 상태에서 상기와 같이 제1흑연도가니(210)와 하부금형부(120) 사이에 배치된 로봇암(240)이 제1흑연도가니(210)내의 용탕을 곧바로 하부금형부(120)쪽으로 부어주게 되므로, 항상 용탕의 온도 변화없이 적정 온도의 용탕을 하부금형부(120)로 용이하게 공급할 수 있다.
더욱이, 상기 제1흑연도가니(210)의 외부용기(230)내에 내설된 전기히팅라인(234)이 작동하여, 전기히팅라인(234)의 가열에 의하여 제1 및 제2흑연도가니(210)(220)내의 용탕이 적정온도로 유지됨으로써, 적정 온도의 용탕을 하부금형부(120)로 더욱 용이하게 공급할 수 있다.
이어서, 상기 제1흑연도가니(210)내의 용탕이 모두 소모되면, 상기 턴테이블(238)을 180°회전 구동시켜서 제2흑연도가니(220)가 금형(100)의 하부금형부(120)와 동일선상에 배치되도록 하여, 곧바로 로봇암(240)이 제2흑연도가니(220)내의 용탕을 용탕안내수단(140)을 통하여 하부금형부(120)로 공급하게 되므로, 용탕 공급의 연속성 및 제품 성형의 연속성을 실현할 수 있다.
이때, 상기 제2흑연도가니(220)가 용탕 주입을 하는 위치에 있을 때, 제1흑연도가니(210)는 지게차에 의하여 들어올려져 용광로에서 용해된 용탕을 재충진받게 된다.
이러한 제1 및 제2흑연도가니(210,220)에 의한 용탕 주입이 상기와 같이 반복된다.
이와 같이, 상기 제1 및 제2흑연도가니(210,220)의 위치 전환에 의하여 용탕을 하부금형부에 연속적으로 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 제1 및 제2흑연도가니(210,220)가 하부금형부(120)와 최소거리를 유지하며 배치된 상태에서 로봇암(240)의 반복 운동에 의하여 흑연도가니내의 용탕을 하부금형부쪽으로 최소시간내에 신속하게 부어줄 수 있으므로, 항상 용탕의 온도 변화없이 적정 온도의 용탕을 하부금형부로 용이하게 공급할 수 있다.
결국, 상기와 같이 용탕의 온도 변화없이 적정 온도의 용탕을 금형에 공급할 수 있으므로, 기존에 용탕 온도 변화에 따른 성형제품(예를 들어, 알루미늄 휠)의 불량 현상을 용이하게 방지할 수 있다.
한편, 상기와 같이 제1 및 제2흑연도가니(210,220)내의 용탕이 하부금형부(120)에 부어지면, 금형(100)에 의한 제품 성형 단계가 진행된다.
즉, 상기 하부금형부(120)의 둘레부에 사이드금형부(130)가 체결된 상태에서 하부금형부(120)에 용탕이 충진된 후, 상부금형부(110)가 하측으로 이동하여 하부금형부(120)내의 용탕을 가압하는 가압단조단계가 이루어진다.
연이어, 상기 가압단조단계를 통해 하부금형부(120)내의 용탕이 가압되어 제품 단조가 이루어진 후, 하부금형부(120)를 상승시키는 동시에 사이드금형부(130)를 외측으로 벌려지게 하여 사이드금형부(130)을 성형제품의 둘레부로부터 분리시키는 단계와, 상부금형부(110)가 하부금형부(120)로부터 승강하여 분리되는 단계와, 하부금형부(120)로부터 성형제품을 취출하는 단계가 차례로 진행된다.
이렇게 성형완료된 제품(예를 들어, 알루미늄 휠)은 제품이송 및 냉각수단(300)으로 이송된다.
상기 제품이송 및 냉각수단(300)은 성형 완료된 제품을 하부금형부(120)로부터 픽업하여 냉각시키는 수단으로서, 첨부한 도 1에서 보듯이 성형제품 픽업을 위하여 이송레일(302)을 따라 이송하는 홀더부(304)와, 홀더부(304)에서 픽업된 성형제품을 냉각부로 이송시키기 위한 컨베이어(306)와, 컨베이어(306)를 통하여 이송된 성형제품을 수냉 방식으로 냉각시키는 냉각부(308)를 포함하여 구성된다.
이에, 상기 홀더부(304)에서 성형제품을 픽업하여 이송레일(302)을 따라 이송하는 컨베이어(306)로 이송되는 단계와, 컨베이어(306)에 안착된 성형제품이 냉각부(308)로 이동하여 수냉 방식으로 냉각되는 단계가 이루어진다.
이렇게 상기 제품이송 및 냉각수단(300)에서 냉각까지 완료된 성형제품 즉, 알루미늄 휠은 림부의 끝단에 묻은 버어 등을 수작업으로 제거하는 공정을 더 거친 다음, 후가공(홀가공 공정)으로 이송된다.
참고로, 도 3에서 보듯이 알루미늄 휠(500)은 차량의 외부로 표출되는 수직바디부(510)와, 타이어가 장착되는 림부(520)로 구분된다.
이때, 상기 성형제품인 알루미늄 휠의 림부에 대한 버어를 작업자가 직접 제거할 때, 작업의 편의성을 위하여 작업다이에 수직바디부가 안착되고, 림부가 위쪽으로 돌출되는 식으로 배치된 상태에서, 작업자가 림부의 끝단에 묻은 버어를 제거하게 된다.
이러한 버어 제거후, 후가공(예를 들어, 수직바디부에 대한 홀 가공)을 위하여 성형제품을 후가공 설비로 이송시켜야 하는데, 후가공 공정에서의 작업 편의성을 위하여 작업자가 다시 알루미늄 휠을 뒤집어주어야 한다.
즉, 후가공 작업의 편의성을 위하여 림부가 아래쪽으로 향하고, 수직바디부가 위쪽으로 향하도록 다시 뒤집어서 후가공을 향하는 컨베이어에 안착시키게 된다.
이렇게 성형제품을 후가공이 이루어지는 위치에 맞게 일일이 수작업으로 뒤집어줌에 따라, 작업공수가 늘어나고, 작업자의 손가락 등에 부상을 입는 등 작업성이 현저히 저하되는 문제점이 따른다.
이에, 본 발명에 따르면 제품이송 및 냉각수단(300)의 출구위치와 후가공 설비를 향하는 이송컨베이어(410) 사이에 알루미늄 휠을 자동으로 뒤집어줄 수 있는 뒤집기 장치(400)가 장착된다.
이때, 상기 뒤집기 장치(400)는 전후가 개방된 케이스(402)와, 이 케이스(402)의 측부에 장착되어 케이스(402)를 상하로 회전시키는 모터 구동수단(404)을 포함하여 구성된다.
따라서, 상기 제품이송 및 냉각수단(300)에서 냉각 완료된 성형제품 즉, 알루미늄 휠의 림부에 묻은 버어를 작업자가 제거한 다음, 수작업으로 알루미늄 휠을 뒤집지 않고 그대로 뒤집기 장치(400)의 케이스(402)내로 밀어 넣는다.
이어서, 상기 모터 구동수단(404)의 구동에 의하여 케이스(402)가 상하방향으로 180°각회전되도록 함으로써, 후가공 작업의 편의성을 위하여 알루미늄 휠(500)의 림부(520)가 아래쪽으로 향하고, 홀가공 대상인 수직바디부(510)가 위쪽으로 향하는 상태가 된다.
연이어, 상기 알루미늄 휠(500)이 이송컨베이어(410)를 따라 수직바디부에 홀을 가공하기 위한 후가공설비(600)로 이송된다.
이와 같이, 금형으로부터 탈형된 성형제품인 알루미늄 휠이 후가공(예를 들어, 홀 가공)을 위하여 후가공 설비로 이송될 때, 후가공이 이루어지는 위치에 맞게 자동으로 뒤집어줄 수 있도록 함으로써, 작업공수 절감 및 작업성 향상을 도모할 수 있다.
한편, 턴테이블(238)의 외면에는 마모방지코팅층이 코팅될 수 있다.
여기서, 마모방지코팅층은, 산화크롬(Cr2O3) 96∼98중량% 및 이산화티타늄(TiO2) 2∼4중량%가 혼합되어 이루어진 분말이 턴테이블(238) 외면에 용사되어서 이루어지고, 50∼600㎛의 두께로 이루어지며, 경도는 900∼1000HV를 유지하도록 플라즈마 코팅된다.
이 마모방지코팅층은 산화크롬(Cr2O3) 96∼98중량% 및 이산화티타늄(TiO2) 2∼4중량%가 혼합되어 이루어진 분말이 용사되어서 이루어진다.
턴테이블(238)의 외면에 세라믹 코팅을 하는 이유는 마모 방지 및 부식 방지가 주목적이다. 세라믹 코팅은 크롬도금 또는 니켈크롬도금에 비해 내부식성, 내스크래치성, 내마모성, 내충격성 및 내구성이 뛰어나다.
산화크롬(Cr2O3)은, 금속 내부로 침입하는 산소를 차단시키는 부동태피막(Passivity Layer)의 역할을 함으로써 녹이 잘 슬지 않도록 하는 역할을 한다.
이산화티타늄(TiO2)은, 물리화학적으로 매우 안정적이고 은폐력이 높아서 백색안료로 많이 된다. 또한 굴절율이 높아서 고굴절율의 세라믹스에도 많이 이용되고 있다. 그리고 광촉매적 특성과 초친수성의 특성을 갖는다. 이산화티타늄(TiO2)은, 공기정화 작용, 항균작용, 유해물질 분해작용, 오염방지 기능, 변색 방지기능의 역할을 수행한다. 이러한 이산화티타늄(TiO2)은, 마모방지코팅층이 턴테이블(238)의 외면에 확실하게 피복되도록 하며, 마모방지코팅층에 부착된 이물질을 분해, 제거하여 마모방지코팅층의 손상을 방지시킨다.
여기서, 산화크롬(Cr2O3)과 이산화티타늄(TiO2)을 혼합하여서 사용할 경우, 이들의 혼합 비율은, 산화크롬(Cr2O3) 96∼98중량%에 이산화티타늄(TiO2) 2∼4중량%가 혼합되는 것이 바람직하다.
산화크롬(Cr2O3)의 혼합비율이 96∼98%보다 적을 경우, 고온 등의 환경에서 산화크롬(Cr2O3)의 피복이 파괴되는 경우가 종종 발생되었으며, 이에 따라 턴테이블(238)의 외면의 녹방지 효과가 급격이 저하되었다.
이산화티타늄(TiO2)의 혼합비율이 2∼4중량%보다 적을 경우, 이를 산화크롬(Cr2O3)에 혼합하는 목적이 퇴색될 정도로 이산화티타늄(TiO2)의 효과가 미미하였다. 즉, 이산화티타늄(TiO2)은 턴테이블(238)의 외면 둘레에 부착되는 이물질을 분해, 제거하여서 턴테이블(238)의 외면이 부식되거나 손상되는 것을 방지시키는데, 그 혼합비율이 2∼4중량%보다 작을 경우, 부착된 이물질을 분해하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.
이러한 재료들로 이루어진 코팅층은, 턴테이블(238)의 외면의 둘레에 50∼600㎛의 두께로 이루어지고, 경도는 900∼1000HV, 표면조도는 0.1∼0.3㎛를 유지하도록 플라즈마 코팅된다.
이러한 마모방지코팅층은, 상기의 분말가루와 1400℃의 가스를 마하 2정도의 속도로 턴테이블(238)의 외면의 둘레에 제트분사하여서 50∼600㎛으로 용사한다.
마모방지코팅층의 두께가 50㎛ 미만일 경우, 상술한 세라믹 코팅층에 의한 효과가 보장되지 못하게 되며, 마모방지코팅층의 두께가 600㎛을 초과할 경우, 상술한 효과의 증대는 미미한 반면 과다한 세라믹코팅에 의해 작업시간 및 재료비가 낭비되는 문제점이 있다.
턴테이블(238)의 외면에 마모방지코팅층이 코팅되는 동안 턴테이블(238)의 외면의 온도는 상승되는데, 가열된 턴테이블(238)의 외면의 변형이 방지되도록 턴테이블(238)의 외면이 냉각장치(미도시)로 냉각되어서 150∼200℃의 온도를 유지하도록 된다.
마모방지코팅층의 둘레에는 금속계 유리 석영 계통으로 이루어진 무수크롬산(CrO3)으로 이루어진 실링재가 더 도포될 수 있다. 무수크롬산은 무기실링재로써 크롬니켈 분말로 이루어진 코팅층 둘레에 도포된다.
무수크롬산(CrO3)은, 높은 내마모, 윤활성, 내열성, 내식성, 이형성을 필요로 하는 곳에 사용되며, 대기중에서 변색이 안되고, 내구성이 크며, 내마모성과 내식성이 좋다. 실링재의 코팅 두께는 0.3∼0.5㎛ 정도가 바람직하다. 실링재의 코팅두께가 0.3㎛ 미만이면 약간의 스크래치홈에도 실링재가 쉽게 파이면서 벗겨지게 되므로 상술한 효과를 얻을 수 없게 된다. 실링재의 코팅두께가 0.5㎛를 초과할 정도로 두껍게 하면 도금면에 핀홀(pin hole), 균열 등이 많게 된다. 따라서 실링재의 코팅두께는 0.3∼0.5㎛ 정도가 바람직하다.
따라서 턴테이블(238)의 외면의 둘레에 내마모성 및 내산화성이 뛰어난 코팅층이 형성되므로 턴테이블(238)의 외면이 마모되거나 산화되는 것이 방지되고, 이에 따라 제품의 수명이 연장된다.
100 : 금형 110 : 상부금형부
120 : 하부금형부 130 : 사이드금형부
140 : 용탕안내수단 150 : 메인바디
200 : 용탕공급수단 210 : 제1흑연도가니
220 : 제2흑연도가니 230 : 외부용기
232 : 흑연층 234 : 전기히팅라인
236 : 금속팔레트 238 : 턴테이블
240 : 로봇암 242 : 용탕용기
300 : 제품이송 및 냉각수단 302 : 이송레일
304 : 홀더부 306 : 컨베이어
308 : 냉각부 400 : 뒤집기 장치
402 : 케이스 404 : 모터 구동수단
500 : 알루미늄 휠 510 : 수직바디부
520 : 림부

Claims (6)

  1. 상부금형부(110)와 하부금형부(120)와 사이드금형부(130)를 포함하는 금형(100)과; 금형(100)내에 용탕을 주입하기 위한 입구 역할을 하는 용탕안내수단(140)과; 금형(100)내에서 성형된 성형제품을 취출하여 냉각하는 제품이송 및 냉각수단(300)을 포함하는 액체 단조용 성형 장치에 있어서,
    상기 하부금형부(120)의 최근거리 위치에 용탕안내수단(140)을 통하여 용탕을 공급하기 위한 용탕공급수단(200)을 배치하되,
    상기 용탕공급수단(200)은:
    하부금형부(120)의 최근거리에 나란히 배치되는 제1흑연도가니(210) 및 제2흑연도가니(220)와;
    제1흑연도가니(210) 및 제2흑연도가니(220)내에 저장된 용탕을 용탕안내수단(140)을 통하여 하부금형부(120)쪽으로 부어주는 로봇암(240)으로 구성되고;
    상기 제1 및 제2흑연도가니(210,220)는 단열재로 이루어진 외부용기(230)와, 이 외부용기(230)의 내표면에 일정두께로 코팅된 흑연층(232)이나 캐스타블 등의 내화재로 구성되며;
    상기 제1 및 제2흑연도가니(210,220)의 외부용기(230)의 내부에는 전기히팅라인(234)이 내설되고;
    상기 제1 및 제2흑연도가니(210,220)가 배치되는 하부금형부(120)의 최근거리 위치에 턴테이블(238)이 회전 가능하게 배치되고, 턴테이블(238) 위에는 제1 및 제2흑연도가니(210,220)를 받쳐주는 한 쌍의 금속팔레트(236)가 나란히 안착되며;
    상기 로봇암(240)은 제1 및 제2흑연도가니(210,220)와 하부금형부(120) 사이 위치에 배치되고, 로봇암(240)의 일끝단부에는 용탕을 퍼올리거나 부어줄 수 있는 용탕용기(242)가 회전 또는 좌우 이동되도록 장착되며;
    상기 제품이송 및 냉각수단(300)의 출구위치와 후가공 설비를 향하는 이송컨베이어(410) 사이에 성형 제품을 뒤집어줄 수 있도록 전후가 개방된 케이스(402)와, 이 케이스(402)의 측부에 장착되어 케이스(402)를 상하로 회전시키는 모터 구동수단(404)으로 구성된 뒤집기 장치(400)가 배치되고;
    제1흑연도가니(210)내의 용탕이 모두 소모되면, 상기 턴테이블(238)을 180°회전 구동시켜서 제2흑연도가니(220)가 금형(100)의 하부금형부(120)와 동일선상에 배치되도록 하고, 로봇암(240)이 제2흑연도가니(220)내의 용탕을 용탕안내수단(140)을 통하여 하부금형부(120)로 공급하며, 제2흑연도가니(220)가 용탕 주입을 하는 위치에 있을 때, 제1흑연도가니(210)는 지게차에 의하여 들어올려져 용광로에서 용해된 용탕을 재충진받게 되어서, 용탕 공급 및 제품 성형이 연속적으로 이루어지도록 구비되고;
    상기 제품이송 및 냉각수단(300)은, 성형제품 픽업을 위하여 이송레일(302)을 따라 이송하는 홀더부(304)와, 홀더부(304)에서 픽업된 성형제품을 냉각부로 이송시키기 위한 컨베이어(306)와, 컨베이어(306)를 통하여 이송된 성형제품을 냉각시키는 냉각부(308)를 포함하여서 이루어지며;
    턴테이블(238)의 외면에는 마모방지코팅층이 코팅되되, 상기 마모방지코팅층은, 산화크롬(Cr2O3) 96∼98중량% 및 이산화티타늄(TiO2) 2∼4중량%가 혼합되어 이루어진 분말가루와 1400℃의 가스를 마하 2정도의 속도로 턴테이블(238)의 외면의 둘레에 제트분사하여서 50∼600㎛의 두께로 턴테이블(238) 외면에 용사되어서 이루어지고, 경도는 900∼1000HV를 유지하며, 표면조도는 0.1∼0.3㎛를 유지하도록 플라즈마 코팅되고, 턴테이블(238)의 외면에 마모방지코팅층이 코팅되는 동안 턴테이블(238)의 외면이 냉각장치로 냉각되어서 150∼200℃의 온도를 유지하며,
    마모방지코팅층의 둘레에는 무수크롬산(CrO3)으로 이루어진 실링재가 도포되고, 상기 실링재의 코팅 두께는 0.3∼0.5㎛인 것을 특징으로 하는 액체 단조용 성형 장치.
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