KR101767184B1 - 원심주조용 주입공정개선 자동화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원심주조용 주입공정개선 자동화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소형 주조 공장에서 생산의 효율성 및 품질의 균일성을 높이고 작업자의 작업환경을 개선 할 수 있는 기술을 확보하고자, 용해로에서 용융물의 이송부터 회전하는 주조형틀의 주입까지 자동으로 제어되는 원심주조용 주입공정개선 자동화 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 원심주조기에 용탕을 공급하는 원심주조용 주입공정개선 자동화 시스템에 있어서, 지면의 레일을 따라 이동 가능한 수탕대차; 상기 수탕대차의 일측에 고정되고, 일측부가 관통되어 상하 이동이 가능하도록 상하이동홀이 형성된 구동모터 지지대; 상기 구동모터 지지대의 상하이동홀에 결합되어 래들을 상하이동시키는 래들 상하구동모터; 상하구동모터에 결합되어 래들을 상하 이동시키기 위한 래들 아암; 상기 래들 아암의 일측단에 형성되어, 상기 래들에 수탕된 용탕을 상기 원심주조기에 공급하도록 래들이 회전가능하게 하는 래들 틸팅 구동모터; 상기 래들이 결합된 구동모터 지지대가 전후방향으로 운동하도록 하는 래들 전후구동 모터; 상기 받침대 위에 결합되어 용탕을 수탕하는 용기형상의 래들; 상기 수탕대차 또는 구동모터 지지대에 내설된 중량측정부; 상기 원심주조기에 공급되는 용탕의 중량을 조절하도록 상기 중량측정부에서 측정된 중량값을 입력받아 상기 래들 틸팅 구동모터의 틸팅 로테이션 포인트(Tilting rotation point), 상기 래들 상하구동모터와 래들 전후구동 모터의 스피드를 제어, 원심주조방식 및 금형 외경에 따른 래들 위치 조절 및 잔탕 및 슬래그 제거를 위한 래들의 상, 하 위치를 제어하고, 상기 원심주조기의 모델에 따라 주입 래들의 위치를 변경하는 제어부;를 포함한다.

Description

원심주조용 주입공정개선 자동화 시스템{Dispenser process improving auto system for centrifugal casting}

본 발명은 원심주조용 주입공정개선 자동화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소형 주조 공장에서 생산의 효율성 및 품질의 균일성을 높이고 작업자의 작업환경을 개선 할 수 있는 기술을 확보하고자, 용해로에서 용융물의 이송부터 회전하는 주조형틀의 주입까지 자동으로 제어되는 원심주조용 주입공정개선 자동화 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 주조산업 중 원심주조(centrifugal casting)산업은 고속으로 회전하는 원통금형 내부에 용융금속을 주입하여 원심력에 의해 용융금속이 금형의 내면에 응고되어 제품을 얻는 기술로써 관, 실린더 라이너 피스톤 링 브레이크 링, 차륜 등의 생산에 적용되는 기술이다.

도 1은 종래 발명에 따라 수작업에 의한 원심주조기에 쇳물 주입하는 과정(a)과 수작업에 의해 속도 제어되지 않아 제품 불량(b)이 생긴 것을 보여주는 도면이다.

원심주조기에 쇳물 주입하기 위해 중공원통 중자(core)를 쓰지 않고 주조하는 방법으로 주철관과 같이 중공주물을 얻는데, 원심력의 작용 하에서 응고되기 때문에 조직이 치밀하고 강도가 큰 특징이 있어 최근 그 중요성이 커지고 있다.

원심 주조법은 진원심주조법 (True centrifugal casting), 반원심주조법 (Semi centrifugal casting), 원심가압주조법 (Centrifugal casting)으로 분류된다.

원심주조의 가장 중요한 단계인 Pouring 단계에서는 회전장치, 주입장치, 용탕냉각장치, 제품을 꺼내는 장치 등이 필요하고, 대부분의 기업은 용융로에서 쇳물을 받아 이동하여 주조 장비에 투입하는 공정이 모두 수작업으로 이루어져, 용융로의 고열 및 유해 가스 분출 등으로 인한 작업 환경이 취약하여 안전성 확보가 시급하다.

한국등록특허 제0598464호 한국등록실용 제0320152호 일본공개특허 제01122646호 미국등록특허 제4844142호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 소형 주조 공장에서 용융로 쇳물을 받아 주조 설비까지 이동하여 용탕을 원심주조 몰드에 자동으로 정위치하고 원심 주조기 등 장비에 일정 속도 및 정량으로 용탕을 투입하기 위해 직선3축, 회전 1축의 운동이 가능한 자동주입 용탕이송 시스템을 통하여 열손실 없이 안전하게 받을 수 있는 최적의 위치에서 용융로 쇳물을 받아 주조 설비까지 이동하는 데 용탕의 무게에 따라 대차 이송 speed를 자동제어하고, 원심 주조기 등 장비에 적정 주입량 조절 및 Tilting 속도 제어, Tilting rotation point 자동제어 등을 통해 일정 속도 및 정량으로 투입하고, 용탕을 원심주조 몰드에 자동으로 정위치하고 생산 제품의 요건에 따라 용탕을 자동으로 주입하는 원심주조용 주입공정개선 자동화 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

정해진 온도 범위 내에서 열손실을 최적화하여 적정 주입량 조절, 용융물 무게에 따라 래들(Ladle)의 각도 설정 및 틸팅 속도 제어를 통한 용탕 주입속도 제어, 수동 작업과 동일한 조건의 Tilting rotation point & Speed 제어, 원심주조방식 및 금형 외경에 따른 래들 위치 조절 및 잔탕 및 슬래그 제거를 위한 래들의 상, 하 위치 조절을 자동화함으로써, 공정 효율과 생산제품의 균일도를 높이며, 작업자의 안전성을 향상시키는데 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 원심주조기에 용탕을 공급하는 원심주조용 주입공정개선 자동화 시스템에 있어서, 지면의 레일을 따라 이동 가능한 수탕대차; 상기 수탕대차의 일측에 고정되고, 일측부가 관통되어 상하 이동이 가능하도록 상하이동홀이 형성된 구동모터 지지대; 상기 구동모터 지지대의 상하이동홀에 결합되어 래들을 상하이동시키는 래들 상하구동모터; 상하구동모터에 결합되어 래들을 상하 이동시키기 위한 래들 아암; 상기 래들 아암의 일측단에 형성되어, 상기 래들에 수탕된 용탕을 상기 원심주조기에 공급하도록 래들이 회전가능하게 하는 래들 틸팅 구동모터; 상기 래들이 결합된 구동모터 지지대가 전후방향으로 운동하도록 하는 래들 전후구동 모터; 상기 받침대 위에 결합되어 용탕을 수탕하는 용기형상의 래들; 상기 수탕대차 또는 구동모터 지지대에 내설된 중량측정부; 상기 원심주조기에 공급되는 용탕의 중량을 조절하도록 상기 중량측정부에서 측정된 중량값을 입력받아 상기 래들 틸팅 구동모터의 틸팅 로테이션 포인트(Tilting rotation point), 상기 래들 상하구동모터와 래들 전후구동 모터의 스피드를 제어, 원심주조방식 및 금형 외경에 따른 래들 위치 조절 및 잔탕 및 슬래그 제거를 위한 래들의 상, 하 위치를 제어하고, 상기 원심주조기의 모델에 따라 주입 래들의 위치를 변경하는 제어부;를 포함한다.

본 발명은 메인패널을 통해 원심주조기의 모델과 주입 래들의 위치에 따라 상기 제어부에 작업을 지시하고, 생산된 원심주조물의 품질을 통합관리하는 메인서버부;를 더 포함한다.

상기 메인서버부는 원심 주물 몰드에 따라 달라지는 주입 패턴을 저장하고, 제어부의 요청에 따라 전달하여 상기 래들 틸팅 구동모터의 틸팅 로테이션 포인트(Tilting rotation point), 상기 래들 상하구동모터와 래들 전후구동 모터의 상하좌우 위치, 스피드를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 메인서버부는 열손실 없이 받을 수 있는 최적의 위치를 저장하고, 제어부의 요청에 따라 최적의 위치를 전달하여, 상기 래들 상하구동모터와 래들 전후구동 모터의 상하좌우 위치를 제어하여, 용융로 쇳물을 받아 상기 래들이 열손실 없이 전달 받을 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 소형 주조 공장에서 용해로부터 주조기까지의 원심주조공정을 3축의 운동이 가능한 자동주입 용탕이송 시스템 개발하여 원심 주조 몰드에 용탕 주입과정을 자동으로 제어하여 주입량 및 속도를 조절함으로써 균일한 고품질의 제품을 생산하여 공정 효율을 높인다.

또한 본 발명은 용탕 이송 및 주입의 자동화를 통한 작업자 안전 확보 및 인건비 절감할 뿐 아니라 작업자 안전을 고려한 최적의 운전상태가 유지될 수 있다.

또한 본 발명은 원심주조 공정에서 용탕의 자동이송과 주입 시스템을 적용하여 기존 공정대비 최대 10%이상의 생산효율을 높이고 주조과정에서 발생되는 각종 분진과 고온의 용융물로부터 작업자의 안전성을 최대로 높인다.

도 1은 종래 발명에 따라 수작업에 의한 원심주조기에 쇳물 주입하는 과정(a)과 수작업에 의해 속도 제어되지 않아 제품 불량(b)이 생긴 것을 보여주는 도면이다.
도 2는 지면의 레일을 따라 이동 가능한 수탕대차와 래들 등이 결합된 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 원심주조기를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 래들 아암을 통해 래들이 상하좌우, 틸팅 운동하는 것을 도식화해 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 제어부와 메인패널에서 작업을 지시하고 생산제품의 품질을 통합관리하는 것을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 래들 아암을 통해 래들이 틸팅 운동하는 것을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 모터를 통해 래들이 좌우 운동하는 것을 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 모터를 통해 래들이 상하 운동하는 것을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 레일 위에서 수탕대차를 이송시키는 모터 등을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 서버와의 연결관계를 보여주는 도면이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 2는 지면의 레일을 따라 이동 가능한 수탕대차와 래들 등이 결합된 전체적인 구성을 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 원심주조기를 보여주는 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 래들 아암을 통해 래들이 상하좌우, 틸팅 운동하는 것을 도식화해 보여주는 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 제어부와 메인패널에서 작업을 지시하고 생산제품의 품질을 통합관리하는 것을 보여주는 도면이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 생산의 효율성 및 품질의 균일성을 높이고 작업자의 작업환경을 개선 할 수 있도록 용해로에서 용융물의 이송부터 회전하는 원심주조기의 주조형틀의 주입까지 자동으로 제어하기 위해, 수탕대차(110), 구동모터 지지대(215), 래들 상하구동모터(220), 래들 아암(314), 래들 틸팅 구동모터(230), 래들 전후구동 모터(210), 용기형상의 래들(310), 중량측정부(601); 제어부(602), 메인서버부(605)를 포함한다.

수탕대차(110)는 지면의 레일(105)을 따라 이동 가능한 장치로서, 주로 일반 I 자형 레일을 사용한다.

구동모터 지지대(215)에는 상기 수탕대차의 일측에 고정되고, 일측부가 관통되어 상하 이동이 가능하도록 상하이동홀이 형성된다.

래들 상하구동모터(220)는 상기 구동모터 지지대(215)의 상하이동홀에 결합되어 래들을 상하이동시키는 모터이다.

래들 아암(314)은 상하구동모터(220)에 결합되어 래들을 상하 이동시키기 위한 장치로서, 잔탕 및 슬래그(Slag) 제거를 위한 래들의 상, 하 위치 조절이 가능하도록 한다.

래들 틸팅 구동모터(230)는 상기 래들 아암(314)의 일측단에 형성되어, 상기 래들에 수탕된 용탕을 상기 원심주조기에 공급하도록 래들(310)이 회전가능하게 하는 장치이다.

래들 전후구동 모터(210)는 상기 래들(310)이 결합된 구동모터 지지대(215)가 전후방향으로 운동하도록 하는 장치이다.

래들(310)은 상기 받침대 위에 결합되어 용탕을 수탕하는 용기형상으로서, 소형 주조 공장에서 용융로 쇳물을 받아 주조 설비까지 이동하여 원심 주조기 등 장비에 일정 속도 및 정량으로 용탕을 투입한다.

도 5의 중량측정부(601)는 상기 수탕대차(110) 또는 구동모터 지지대(215)에 내설되어 용탕 등의 중량을 측정하면, 이에 따라 제어부(602)가 용탕의 무게에 따라 대차 이송 스피드를 자동제어하고, 원심 주조기 등 장비에 적정 주입량 조절 및 틸팅(Tilting) 속도 제어, 틸팅 로테이션 포인트(Tilting rotation point) 자동제어 등을 지시한다. 왜냐하면, 용탕 주입시 용탕의 움직임을 제어하기가 쉽지 않고, 래들을 기울이는 동안 용탕 줄기의 위치가 움직이기 때문이다.

또한 설비가 멈출 경우 래들 내의 용탕을 비우기 위해 주입 래들이 빠지도록 전동식 드라이브를 수동으로 제어할 수도 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 제어부(602)는 상기 원심주조기에 공급되는 용탕의 중량을 조절하도록 상기 중량측정부(601)에서 측정된 중량값을 입력받아 상기 래들 틸팅 구동모터(230)의 틸팅 로테이션 포인트(Tilting rotation point), 상기 래들 상하구동모터(220)와 래들 전후구동 모터(210)의 스피드(Speed)를 제어, 원심주조방식 및 금형 외경에 따른 래들 위치 조절 및 잔탕 및 슬래그 제거를 위한 래들의 상, 하 위치를 제어하고, 상기 원심주조기의 모델에 따라 주입 래들의 위치를 변경한다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 래들 아암을 통해 래들이 틸팅 운동하는 것을 보여주는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 모터를 통해 래들이 좌우 운동하는 것을 보여주는 도면이며, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 모터를 통해 래들이 상하 운동하는 것을 보여주는 도면이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 레일 위에서 수탕대차를 이송시키는 모터 등을 보여주는 도면이며, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 서버와의 연결관계를 보여주는 도면이다.

도 6의 래들(310)은 힌지 고정축(232)과 유압 실린더 피스톤(231)에 의해 틸팅 각도가 정해질 수 있다.

도 7의 구동모터 지지대(215)는 리니어 모터(2151)에 의하여 좌우 운동(a,b)이 가능하며, 도8의 구동모터 지지대(215)도 래들 상하구동모터(220)에 의해 상항 운동이 가능하고, 도 9의 수탕대차(110)는 레일(105) 위에서 이동가능하도록 레일 이동 모터(1101)가 연결 결합된다.

도 10의 메인서버부(605)는 메인패널(10)을 통해 원심주조기의 모델과 주입 래들의 위치에 따라 상기 제어부에 작업을 지시하고, 생산된 원심주조물의 품질을 통합관리하는 서버이다.

또한 상기 메인서버부(605)는 원심 주물 몰드(Mold)에 따라 달라지는 주입 패턴(patten)을 저장하고, 제어부(602)의 요청에 따라 전달하여 상기 래들 틸팅 구동모터(230)의 틸팅 로테이션 포인트(Tilting rotation point), 상기 래들 상하구동모터(220)와 래들 전후구동 모터(210)의 상하좌우 위치, 스피드(Speed)를 제어한다.

또한 상기 메인서버부(605)는 열손실 없이 받을 수 있는 최적의 위치를 저장하고, 제어부의 요청에 따라 최적의 위치를 전달하여, 상기 래들 상하구동모터(220)와 래들 전후구동 모터(210)의 상하좌우 위치를 제어하여, 용융로 쇳물을 받아 상기 래들이 열손실 없이 전달 받을 수 있도록 한다.

상술한 구성에 의하여 본 발명은 용해로부터 주조기까지의 원심주조공정을 3축의 운동이 가능한 래들 상하구동모터(220), 래들 틸팅 구동모터(230), 래들 전후구동 모터(210) 등을 이용해 자동주입 용탕이송 시스템 개발하여 원심 주조 몰드에 용탕 주입과정을 자동으로 제어하여 주입량 및 속도를 조절함으로써 균일한 고품질의 제품을 생산하여 공정 효율을 높인다.

또한 본 발명은 래들 상하구동모터(220), 래들 아암(314), 래들 틸팅 구동모터(230), 래들 전후구동 모터(210) 등을 통해 용탕 이송 및 주입의 자동화를 이루고, 작업자 안전 확보 및 인건비 절감할 뿐 아니라 작업자 안전을 고려한 최적의 운전상태가 유지될 수 있다.

본 발명은 산업상 원심주조기 뿐만 아니라 모든 주조 업체에 적용되는 기술이므로 일반 주조에 이용이 가능하다.

예를 들어, 원심 주조 몰드에 용탕 주입과정을 자동으로 제어하여 주입량 및 속도를 조절하기 때문에 균일한 고품질의 제품을 생산할 수 있다. 또한 슬래그의 혼입, 용탕주입의 부족, 단락주입등과 같은 주입불량을 줄일 수 있어 전체공정에 2~3%를 차지하는 불량률을 낮출 수 있어 생산량을 높일 수 있다.

또한 고력황동 원심 주조법의 용탕 자동주입 및 이송기술은 대부분 해외에서 개발된 기술로서 다품종 소량생산이 주를 이루는 국내 실정에는 맞지 않는 부분이 발생하는 데, 본 발명은 이를 해결할 뿐 아니라, 기술개발 후 여러 단계의 test를 통해 국내에서 많이 사용되는 원심 주물 Mold에 대한 주입 patten을 적용하여 생산효율성을 높일 수 있게 한다.

또한 본 발명은 원심주조공정을 위한 자동 이송 및 주입 시스템으로 개발되었으나 주조사업의 용탕이송 및 주입은 유사한 조건을 가지고 있어 개선을 통해 사업화 영역을 넓힐 수 있다.

110 : 수탕대차
210 : 래들 전후구동 모터
215 : 구동모터 지지대
220 : 래들 상하구동모터
230 : 래들 틸팅 구동모터
310 : 용기형상의 래들
314 : 래들 아암
601 : 중량측정부
602 : 제어부
605 : 메인서버부

Claims (4)

1. 원심주조기에 용탕을 공급하는 원심주조용 주입공정개선 자동화 시스템에 있어서,
   지면의 레일을 따라 이동 가능한 수탕대차;
   상기 수탕대차의 일측에 고정되고, 일측부가 관통되어 상하 이동이 가능하도록 상하이동홀이 형성된 구동모터 지지대;
   상기 구동모터 지지대의 상하이동홀에 결합되어 래들을 상하이동시키는 래들 상하구동모터;
   상하구동모터에 결합되어 래들을 상하 이동시키기 위한 래들 아암;
   상기 래들 아암의 일측단에 형성되어, 상기 래들에 수탕된 용탕을 상기 원심주조기에 공급하도록 래들이 회전가능하게 하는 래들 틸팅 구동모터;
   상기 래들이 결합된 구동모터 지지대가 전후방향으로 운동하도록 하는 래들 전후구동 모터;
   받침대 위에 결합되어 용탕을 수탕하는 용기형상의 래들;
   상기 수탕대차 또는 구동모터 지지대에 내설된 중량측정부;
   상기 원심주조기에 공급되는 용탕의 중량을 조절하도록 상기 중량측정부에서 측정된 중량값을 입력받아 상기 래들 틸팅 구동모터의 틸팅 로테이션 포인트(Tilting rotation point)와 용탕의 중량에 따라 대차 이송 스피드를 자동제어하는 제어부; 및
   메인패널을 통해 원심주조기의 모델에 따라 상기 제어부에 주입 공정 작업을 지시하고, 생산된 원심주조물의 품질을 통합관리하는 메인서버부;를 포함하되,
   상기 메인서버부는 원심 주물 몰드에 따라 달라지는 주입 패턴을 저장하고, 제어부의 요청에 따라 전달하여 상기 래들 틸팅 구동모터의 틸팅 로테이션 포인트(Tilting rotation point)를 제어하여, 용융로 쇳물을 받아 상기 래들이 열손실 없이 전달 받을 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 원심주조용 주입공정개선 자동화 시스템.
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