KR101759271B1

KR101759271B1 - 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템

Info

Publication number: KR101759271B1
Application number: KR1020170044618A
Authority: KR
Inventors: 조인호
Original assignee: 주식회사 네오넌트
Priority date: 2017-04-06
Filing date: 2017-04-06
Publication date: 2017-07-18

Abstract

본 발명은 왁스패턴 즉, 만들고자 하는 제품의 모양대로 사출성형된 왁스모형을 왁스트리에 자동 접착함으로써 일정한 형상의 왁스패턴을 만들 수 있는 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템이다.

Description

정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템{Investment casting wax patten injection and assembly automation system}

왁스패턴(wax patten)은 정밀주조법의 하나인 로스트왁스법(lost wax process)에 의한 제품의 생산시에 사용되는 것으로써, 도 1과 같이 제품의 모양대로 형성된 왁스모형(2)과, 상기 왁스모형(2)을 고정해주기 위한 왁스트리(1)와, 왁스트리(1)의 일측에 형성되는 탕구(3)로 구성되며, 이러한 왁스패턴은 외부에 주물사를 입혀 건조시키고, 이후 고온, 고압의 스팀을 이용해 주물사 내부에 들어가 있는 왁스패턴을 녹여 제거한 뒤 그 공간(캐비티)에 주물을 부어서 공간의 형상대로 제품을 만들 때 사용된다.

종래의 왁스패턴의 경우 사출기에서 만들어진 왁스모형을 왁스트리에 부착할 때 수작업에 의해 부착시키게 되었으며, 이로써 왁스모형의 부착력이 일정하지 못하고 부착위치 역시 제품마다 편차가 심해 불량품의 발생율이 높은 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하고자 제안된 종래기술로서는 등록특허 제10-0912098호에 제안되어 있는 정밀주조 제품의 왁스패턴 조립을 위한 트리의 구조 및 조립방법이 있다.

상기 특허에는 정밀주조 제품의 왁스모형을 부착하는 왁스 트리(Wax Tree)에 있어서, 상기 왁스 트리는 용해한 금속이 주입되는 탕구; 상기 탕구로부터 분기되는 복수의 프레임; 상기 각 프레임에 요철(凹凸)이 형성된 결합부;로 구성되고, 상기 프레임의 앞면과 뒷면에는 1∼3개의 결합부가 각각 형성되고, 각 결합부에는 2∼4개의 모양과 크기가 서로 다른 요철이 형성되며, 왁스모형의 게이트 하부에도 요철이 형성되어 있어서 상기 프레임의 결합부에 형성된 요철과 서로 대응되면서 왁스모형이 프레임에 부착되도록 된 것을 특징으로 하는 정밀주조 제품의 왁스패턴 조립을 위한 왁스 트리의 구조가 제안되어 있는데, 왁스트리의 프레임에 요철을 형성하려면 일반적인 왁스트리 이외에 별도의 금형이 필요하고, 왁스모형 역시 요철을 형성하여야하므로 별도의 금형이 필요할 뿐만 아니라 재료의 낭비가 심하게 되어 결국 생산비용의 증대로 이어진다.

또한, 왁스트리와 왁스모형이 요철로 인해 복잡해지게 되는 단점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0912098호

따라서, 본 발명은 여러 개의 왁스모형을 한번에 이송시켜 열을 가해 일정량 녹인 뒤 왁스트리에 한번에 부착함으로써 생산속도를 향상시키고 작업자의 숙련도와 상관없이 일정한 수준의 제품을 생산할 수 있는 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 왁스트리를 고정해주는 고정부의 일측에 회동장치를 구성하여 왁스트리의 전면과 후면 즉, 양면 모두에 왁스모형을 부착함으로써 정밀주조에 의해 생산되는 제품의 생산량을 늘릴 수 있는 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 고정부의 일측에는 송풍팬을 설치하여 왁스모형을 왁스트리에 부착하는데 소요되는 시간을 줄임으로써 생산속도를 향상시킬 수 있는 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템은 사출기를 이용해 왁스모형과 왁스트리를 만드는 반제품 준비단계와, 준비된 왁스모형을 지그에 적재하는 왁스모형 적재단계와, 적재된 왁스모형을 고정부 쪽으로 이동하고 왁스트리를 고정하는 이송 및 고정단계와, 이송된 왁스모형과 왁스트리에 열을 가하는 히팅단계와, 히팅단계를 통해 일부분이 녹은 왁스모형과 왁스트리를 접합하는 접합단계와, 접합이 완료된 제품을 배출하는 배출단계;로 구성된다.

본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템은 여러 개의 왁스모형을 한번에 이송시켜 열을 가해 일정량 녹인 뒤 왁스트리에 한번에 부착함으로써 생산속도를 향상시키고 작업자의 숙련도와 상관없이 일정한 수준의 제품을 생산할 수 있는 현저한 효과가 있으며, 왁스트리를 고정해주는 고정부의 일측에 회동장치를 구성하여 왁스트리의 전면과 후면 즉, 양면 모두에 왁스모형을 부착함으로써 정밀주조에 의해 생산되는 제품의 생산량을 늘릴 수 있는 효과와 함께, 고정부의 일측에는 송풍팬을 설치하여 왁스모형을 왁스트리에 부착하는데 소요되는 시간을 줄임으로써 생산속도를 향상시킬 수 있는 현저한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 왁스패턴의 구성도
도 2는 본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템의 전체구성도
도 3은 본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템 중 파팅기의 구성도
도 4는 본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템 중 적재기의 구성도
도 5와 6은 본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템 중 부품공급기의 구성도
도 7은 본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템 중 고정부의 구성도
도 8은 본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템 중 히팅부의 구성도
도 9는 본 발명의 구성블록도

이하, 첨부된 도면에 의해 본 발명에 의한 왁스패턴 제작장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템의 전체구성도이고, 도 3은 본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템 중 파팅기의 구성도이며, 도 4는 본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템 중 적재기의 구성도이고, 도 5와 6은 본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템 중 부품공급기의 구성도이며, 도 7은 본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템 중 고정부의 구성도이고, 도 8은 본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템 중 히팅부의 구성도로써, 본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템은 왁스패턴의 제작을 위한 자동화시스템에 있어서, 만들고자하는 제품의 모양과 일치하도록 왁스모형(2)을 만드는 사출기(10)와, 사출이 끝난 왁스모형(2)을 지그(31)에 안착하는 적재기(30)와, 적재가 끝난 왁스모형(2)을 이송하는 부품공급기(40)와, 왁스트리(1)를 고정해주는 고정부(50)와, 이송된 왁스모형(2)과 왁스트리(1)에 열을 가하는 히팅부(60)로 구성된 것이 특징이다.

먼저, 사출기(10)는 만들고자 하는 제품의 모양대로 왁스모형(2)을 만드는 장치이며, 겔 상태의 왁스를 이용해 금형에 주입하여 냉각시키는 과정을 통해 왁스모형(2)을 제작하며, 이때 만들어지는 왁스모형(2)은 만들고자 하는 제품에서 왁스트리(1)와의 부착을 위해 별도의 부착부분이 형성되고, 이러한 부착부분은 왁스패턴에 의한 주형이 만들어진 뒤 왁스를 제거하고 주형에 주물을 부어 제품이 생산되면 추후 절단기를 통해 제품에서 제거되는 부분이다.

또한, 사출기(10)를 통해 만들어지는 제품은 제품의 크기나 모양에 따라 여러 개의 제품이 동시에 만들어질 수 있는데, 이러한 제품들은 생산속도를 높이기 위해 겔 상태의 왁스가 흐르는 통로인 런너나 게이트(4)의 형상이 남아 있을 수 있으며, 이러한 부분은 도 3에 나타나 있는 파팅기(20)를 통해 제거된다.

상기 파팅기(20)는 왁스모형(2)의 재료가 왁스이므로, 절삭톱날에 의한 절삭방식이나 열에 의한 분리방식을 사용할 수 있는데, 도시된 실시예는 히터(21)가 구비되어 왁스모형(2)에 남아있는 게이트(4) 부분을 열에 의해 절단해주는 방식이다.

상기 사출기(10)를 통해 만들어지고 파팅기(20)에 의해 파팅된 왁스모형(2)은 도 4에 나타나 있는 것과 같은 적재기(30)에 안착되는데, 상기 적재기는 턴테이블(32)이 형성되어 사출기(10)에서 나온 제품의 적재가 완료되면 일정각도 회전되어 비어있는 지그(31)가 사출기 쪽으로 향하게 된다.

따라서, 한쪽의 지그(31)에 제품을 안착한 뒤 안착된 제품을 모두 이송하게 되면 비어있는 지그(31)가 인덱스모터(33)에 의해 사출기(10) 쪽으로 회전되게 되고, 이러한 과정이 반복되면서 왁스모형(2)의 적재 및 이송이 이루어지게 된다.

상기 적재기(30)에 적재된 왁스모형(2)은 부품공급기(40)를 통해 고정부(50) 쪽으로 이송하게 되는데, 상기 부품공급기(40)는 도 5와 6에 나타나 있다.

상기 부품공급기(40)는 왁스모형(2)의 파지를 위한 그리퍼(41)와, 상기 그리퍼(41)의 이동을 위한 이동장치로 구성되며, 상기 이동장치는 히팅부(60) 쪽으로 왁스모형(2)을 이송하고 상기 왁스모형(2)이 히팅부(60)에 의해 가열되고 나면 왁스트리(1) 쪽으로 이송시켜 왁스모형(2)과 왁스트리(1)를 서로 접합시키게 된다.

즉, 상기 그리퍼(41)는 적재기(30)의 지그(31)에 안착되어 있는 제품들을 파지하기 위한 부분이며, 실린더(45)나 서보모터(44)에 의해 그리퍼(41)가 이동되면서 제품을 파지하게 되는데, 경우에 따라 진공방식 즉, 진공흡착방식을 이용해 제품을 파지하도록 만들 수도 있다.

상기 그리퍼(41)의 일측에는 수직가이드(42)와 수평가이드(43)가 설치되어 있어 그리퍼(41)의 이동경로를 안내해주며, 도시된 실시예는 LM가이드를 사용하여 그리퍼(41)의 이동에 대한 정확성을 높이고 비교적 동력소모를 줄이며 이동할 때 진동이 발생하는 것을 방지하도록 구성하였다.

상기 이동장치는 그리퍼(41)에 의해 왁스모형(2)을 파지한 뒤 왁스모형(2)을 히팅부(60) 쪽으로 이동시키는 장치이며, 히팅부(60)는 열에 의해 왁스모형(2)을 가열해주는 장치로써, 도 8에 도시되어 있다.

상기 히팅부(60)는 왁스트리의 가지 수대로 히터(63)가 설치되며, 상기 히터(63)의 열은 왁스트리(1)를 가열해주는 하부쪽과 왁스모형(2)을 가열해주는 상부쪽으로 전달해주게 된다.

즉, 히팅부(60)는 왁스트리(1)의 가지 수대로 히터(63)가 설치되어 있으며, 히터(63)에서 발생된 열은 왁스트리(1)를 가열해주기 위한 하부쪽과 왁스모형(2)을 가열해주기 위한 상부쪽으로 동시에 전달되어, 왁스트리(1)의 가열과 왁스모형의 가열을 동시에 수행하게 된다.

상기 히팅부(60)에 의해 왁스트리(1)와 왁스모형(2)이 가열되어 일부가 녹으면, 히팅부(60)가 고정부(50)에서 빠져나오고, 이후 부품공급기(40)의 그리퍼(41)가 왁스트리(1) 쪽으로 이동되어 그리퍼(41)에 파지된 왁스모형(2)이 왁스트리(1)와 접합되게 된다.

상기 고정부(50)는 도 7에 나타나 있듯이, 왁스트리(1)를 받쳐주기 위한 받침대(52)가 설치되어 있으며, 일측에는 왁스트리(1)를 회동시키기 위한 회동장치(51)가 설치되어 있어 왁스트리(1)의 한쪽 면에 왁스모형(2)이 부착되고 나면 회동장치(51)에 의해 왁스트리를 180° 회전시킴으로써 왁스트리(1)의 비어있는 다른 쪽 면에도 왁스모형(2)을 부착시킬 수 있는 상태로 만들어준다.

또한, 상기 고정부(50)의 일측에는 왁스모형(2)과 왁스트리(1)의 접착시간을 줄이기 위해 별도로 송풍팬(도시하지 않음)이 설치될 수 있다.

즉, 상기 송풍팬은 왁스모형(2)과 왁스트리(1)가 히팅부(60)에 의해 일부가 녹은 뒤 접착과정에서 왁스가 고형화되려면 시간이 많이 걸릴 수 있는데, 송풍팬에 의해 왁스의 고형화를 빠르게 진행시킴으로써 접착에 필요한 시간을 줄일 수 있다.

미설명부호는 이송로봇(70) 및 컨베이어(80)로서, 이송로봇(70)은 사출이 끝난 왁스모형을 집어서 파팅기(20) 쪽으로 이동시켜 게이트(4) 부분을 절단한 뒤 컨베이어(80) 쪽으로 이동시켜주는 구성이며, 컨베이어(80)는 왁스모형의 이송을 위한 구성이다.

이하, 도 9를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템은 왁스패턴 제작을 위한 시스템에 있어서, 사출기를 이용해 왁스모형과 왁스트리를 만드는 반제품 준비단계(S 10)와, 준비된 왁스모형을 지그에 적재하는 왁스모형 적재단계(S 20)와, 적재된 왁스모형을 고정부 쪽으로 이동하고 왁스트리를 고정하는 이송 및 고정단계(S 30)와, 이송된 왁스모형과 왁스트리에 열을 가하는 히팅단계(S 40)와, 히팅단계를 통해 일부분이 녹은 왁스모형과 왁스트리를 접합하는 접합단계(S 50)와, 접합이 완료된 제품을 배출하는 배출단계(S 60);로 구성된 것이 특징이다.

먼저, 반제품 준비단계(S 10)는 만들고자 하는 제품의 모양과 일치하는 형태의 왁스모형(2)을 제작하고, 상기 왁스모형(2)을 일정한 위치로 고정해주기 위한 왁스트리(1)를 제작하는 단계를 말하며, 통상적인 왁스모형(2)과 왁스트리(1)는 사출기(10)를 이용해 만들 수 있다.

상기 왁스모형 적재단계(S 20)는 사출기(10)를 통해 만들어진 왁스모형(2)을 지그(31)에 적재하는 단계로써, 왁스모형(2)의 모양과 크기에 따라 지그(31)의 형상이 결정되며, 도시된 형태는 턴테이블(32) 위에 4개의 구역으로 지그를 배치하여 인덱스모터(33)에 의해 턴테이블(32)이 90°씩 회전되면서 하나의 구역씩 왁스모형이 적재되는 구조이다.

즉, 상기 왁스모형 적재단계(S 20)는 턴테이블(32) 상부에 고정되어 있는 지그(31)에 왁스모형(2)을 적재하며, 적재된 제품이 이송된 이후에는 비어있는 지그가 인덱스모터(33)에 의해 사출기(10) 쪽으로 회전됨으로써 사출기(10)에서 만들어지는 제품은 항상 비어있는 지그(31) 쪽으로 적재될 수 있다.

상기 이송 및 고정단계(S 30)는 지그(31)에 적재된 왁스모형(2)을 고정부(50) 쪽으로 이송하고, 반제품 준비단계(S 10)에서 만들어진 왁스트리(1)를 고정부(50)에 고정하는 단계로써, 왁스트리(1)의 고정은 왁스모형 적재단계(S 20)와 동시에 이루어질 수도 있다.

즉, 상기 이송 및 고정단계(S 30)는 그리퍼(41)에 의해 왁스모형(2)을 파지한 뒤 왁스모형(2)을 히팅부(60) 쪽으로 이송시키며, 왁스트리(1)는 왁스모형(2)을 부착할 면이 위쪽으로 향하도록 고정부(50)에 고정되게 된다.

상기 히팅단계(S 40)는 이송 및 고정단계(S 30)를 통해 이송되고 고정된 왁스모형(2)과 왁스트리(1)에 히터(63)를 이용해 열을 가해주는 단계이며, 왁스모형(2)과 왁스트리(1)를 동시에 가열해주는 것이 바람직하다.

즉, 왁스모형(2)과 왁스트리(1) 중 어느 한쪽에만 열을 가해준 상태로 접합할 수도 있으나, 이러한 경우 접합력이 떨어질 수 있으므로, 양쪽 모두 열을 가해주어 표면에서 일정한 부분을 녹인 뒤 서로 접합해주게 되면 강한 접합상태를 유지할 수 있다.

또한, 상기 접합단계(S 50)는 왁스트리(1)의 한쪽 면에 왁스모형(2)을 접합한 뒤 왁스트리(1)를 상하 반전시켜 왁스트리(1)의 반대쪽 면에도 왁스모형(2)을 부착할 수 있다.

즉, 왁스트리(1)에 최대한 많은 왁스모형(2)을 부착할수록 제품의 생산속도가 빨라지고 이로써 생산비용이 줄어들 수 있으므로, 왁스트리(1)의 위쪽과 아래쪽 면에 왁스모형(2)을 모두 부착하여 제품의 생산시간과 비용을 줄일 수 있다.

접합이 완료된 왁스모형(2)과 왁스트리(1)는 배출단계(S 60)를 통해 로봇이나 컨베이어 등에 의해 외부로 배출되게 된다.

상기 반제품 준비단계(S 10)와 왁스모형 적재단계(S 20) 사이에는 왁스모형(2)에 남아있는 런너나 게이트(4)를 제거하여 개별 왁스모형으로 분리하는 파팅단계(S 15)가 부가될 수 있다.

즉, 왁스모형(2)의 경우 제품의 크기나 모양에 따라 여러 개의 제품이 동시에 만들어질 수 있으며, 이러한 경우 왁스모형(2)을 제작하기 위한 사출금형에 하나의 런너를 통해 사출재료가 유입된 다음 다수의 게이트를 통해 각각의 캐비티로 들어가는 형태가 보통인데, 이러한 런너와 게이트에 들어가 있던 사출재료는 금형의 탈형 후 제품과 붙어있는 상태로 배출되고, 이러한 부분은 왁스트리(1)와의 접합을 위해서는 분리해주어야 하므로 기구적인 분리방식 즉, 절살톱날을 이용할 수도 있고, 가열된 히터를 이용해 분리할 부분을 분리할 수도 있다.

결국, 본 발명에 의한 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템은 여러 개의 왁스모형을 한번에 이송시켜 열을 가해 일정량 녹인 뒤 왁스트리에 한번에 부착함으로써 생산속도를 향상시키고 작업자의 숙련도와 상관없이 일정한 수준의 제품을 생산할 수 있는 현저한 효과가 있으며, 왁스트리를 고정해주는 고정부의 일측에 회동장치를 구성하여 왁스트리의 전면과 후면 즉, 양면 모두에 왁스모형을 부착함으로써 정밀주조에 의해 생산되는 제품의 생산량을 늘릴 수 있는 효과와 함께, 고정부의 일측에는 송풍팬을 설치하여 왁스모형을 왁스트리에 부착하는데 소요되는 시간을 줄임으로써 생산속도를 향상시킬 수 있는 현저한 효과가 있다.

1. 왁스트리 2. 왁스모형
3. 탕구 4. 게이트
10. 사출기
20; 파팅기 21. 히터
30; 적재기 31. 지그
32. 턴테이블 33. 인덱스모터
40; 부품공급기
41. 그리퍼 42. 수직가이드
43. 수평가이드 44. 서보모터
45. 실린더 46. 프레임
50; 고정부
51. 회동장치 52. 받침대
60; 히팅부
61. 수직가이드 62. 수평가이드
63. 히터
70. 이송로봇 80. 컨베이어
S 10; 반제품 준비단계 S 15; 파팅단계 S 20; 왁스모형 적재단계
S 30; 이송 및 고정단계 S 40; 히팅단계
S 50; 접합단계 S 60; 배출단계

Claims

왁스패턴을 제작을 위한 시스템에 있어서,
사출기를 이용해 왁스모형과 왁스트리를 만드는 반제품 준비단계(S 10)와, 준비된 왁스모형을 지그에 적재하는 왁스모형 적재단계(S 20)와, 적재된 왁스모형을 고정부 쪽으로 이동하고 왁스트리를 고정하는 이송 및 고정단계(S 30)와, 이송된 왁스모형과 왁스트리에 열을 가하는 히팅단계(S 40)와, 히팅단계를 통해 일부분이 녹은 왁스모형과 왁스트리를 접합하는 접합단계(S 50)와, 접합이 완료된 제품을 배출하는 배출단계(S 60);로 구성되며,
상기 이송 및 고정단계(S 30)는 그리퍼(41)에 의해 왁스모형(2)을 파지한 뒤 왁스모형(2)을 히팅부(60) 쪽으로 이송시키며, 왁스트리(1)는 고정부(50)에 고정하는 것이 특징인 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템.
제1항에 있어서,
상기 반제품 준비단계(S 10)와 왁스모형 적재단계(S 20) 사이에는 왁스모형(2)에 남아있는 런너나 게이트(4)를 제거하여 개별 왁스모형으로 분리하는 파팅단계(S 15)가 부가되는 것이 특징인 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템.
제1항에 있어서,
상기 왁스모형 적재단계(S 20)는 턴테이블(32) 상부에 고정되어 있는 지그(31)에 왁스모형(2)을 적재하며, 적재된 제품이 이송된 이후에는 비어있는 지그가 인덱스모터(33)에 의해 사출기(10) 쪽으로 회전되는 것이 특징인 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 히팅단계(S 40)는 히터(63)에 의해 왁스모형(2)과 왁스트리(1)를 동시에 가열해주는 것이 특징인 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템.
제1항에 있어서,
상기 접합단계(S 50)는 왁스트리(1)의 한쪽 면에 왁스모형(2)을 접합한 뒤 왁스트리(1)를 상하 반전시켜 왁스트리(1)의 반대쪽 면에도 왁스모형(2)을 부착하는 것이 특징인 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템.
제1항에 있어서,
상기 접합단계(S 50)는 히터(63)의 일측에 송풍팬을 구성하여 히팅이 완료된 왁스모형(2)과 왁스트리(1)에 바람을 불어넣어 빠른 속도로 냉각시켜 접합시간을 줄인 것이 특징인 정밀주조 왁스 사출 및 조립 자동화시스템.