KR102009741B1 - 티타늄 진공 원심 주조 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 티타늄 진공 원심 주조 시스템에 관한 것으로써, 본 발명은 내부 공간이 성형부와 냉각부로 구분되며 상측에는 이송수단이 구비되는 베이스프레임과, 상기 베이스프레임의 성형부에 설치되며 내부에 진공관로가 형성되고 하단에는 진공장치와 연결되는 진공접속부가 형성되며 상단에 도킹플레이트가 구비된 중공회전축과, 상기 중공회전축에 구동모터와 동력전달유닛을 통해 회전력을 제공하는 구동부와, 회전중심부가 상기 중공회전축의 도킹플레이트에 결합 되며 상기 중심부를 기준으로 대향된 양측에 제1챔버 및 제2챔버가 형성되고 진공단속밸브가 구비된 진공연결관의 일측은 상기 제1챔버 및 제2챔버의 내부와 연결되고 상기 진공연결관의 타측은 상기 중공회전축의 진공관로와 연결되며 상기 제1챔버 및 제2챔버의 내부 한쪽에서 도가니 수용부가 하향 돌출 형성되며 상기 이송수단을 통해 상기 성형부와 상기 냉각부를 이동하는 진공챔버와, 상기 진공챔버의 하부에 위치하며 승강장치의 상승에 따라 상기 도가니 수용부를 가열하는 가열유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

티타늄 진공 원심 주조 시스템{Titanium vacuum centrifugal casting system}

본 발명은 진공챔버의 성형과 냉각을 연속적으로 반복 수행함으로써, 생산성과 작업의 효율성을 배가시킬 수 있도록 한 티타늄 진공 원심 주조 시스템에 관한 것이다.

크기가 작고 정밀하며, 소형에 제품 또는 두께가 얇은 박육의 제품을 주조로 성형하는 경우 정밀주조방식을 사용하게 되며, 정밀주조방식의 하나로 원심 주조가 있다.

원심 주조는 일정속도 이상으로 회전되는 도가니에 용융물을 주입시키고, 원심력에 의해 도가니로부터 이탈되는 용융물을 주형 내부에 충전시킨 후 냉각시켜 제품을 성형하는 방식이다.

여기서, 정밀한 제품을 얻기 위해서는 원심력에 의해 도가니로부터 이탈된 용융물이 응고되기 전 주형 내부공간에 완전히 채워져야 한다.

그러나 용융물로 사용되는 재료 중 응고속도가 매우 빠른 티타늄이나 티타늄 합금과 같이 융점이 매우 높은 고융점 금속재료는 도가니로부터 이탈된 용융물의 응고속도가 매우 빨라 주형의 내부로 용융물이 완전히 채워지기 전에 용융물이 응고될 우려가 있다.

이러한 현상은 두께가 매우 얇은 정밀한 제품의 주조시에 더 많이 나타나기 때문에 일반적인 원심 주조 방식에 의해서는 티타늄이나 티타늄 합금과 같은 고융점 금속재료를 이용하여 두께가 얇은 박육의 제품이나 정밀한 제품을 성형하는데 한계가 있다.

이러한 한계를 극복하기 위해 제안된 원심 주조 방식이 주형을 고속으로 회전시킨 후 고속회전하는 주형의 위쪽으로 열리는 입구로 용융물을 주입하는 방식이 있다.

이는 주형의 입구를 회전중심으로 하여 주형을 회전시키는 구조인데, 용융물이 주형 회전 중심에 오차 없이 정확히 주입되어야 한다.

그러나 주형 입구의 회전중심으로 용융물이 정확히 주입되지 못하는 경우, 용융물은 회전하는 주형 내부 바닥면에 부딪힐 때 발생하는 반발력으로 인하여 주형 외부로 튀어나오게 되는 위험성이 존재한다.

또한, 주형의 구조에 따라 주형의 중심을 기준으로 정확히 대칭을 이루지 못하기 때문에 고속회전시 진동이 유발될 우려가 크며, 나아가 주형 자체의 파손을 야기할 우려가 크다.

따라서, 이와 같은 종래의 원심 주조 방식은 티타늄이나 티타늄 합금과 같은 고융점 금속재료를 이용하여 두께가 얇은 박육의 제품이나 정밀한 제품을 성형하는데 한계가 있다.

또한, 주형에 내부에 주입된 용융물이 완전히 식을 때까지 기다리는 시간이 필요함에 따라 생산성에 한계가 있었다.

한국등록특허 10-0581198호(2006년 05. 17. 공개)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 도가니에 용융물이 주입된 진공챔버를 회전시켜 성형한 후 진공챔버를 중공회전축으로부터 분리시킨 다음 어느 한쪽으로 이동시켜 냉각시키고, 냉각된 후 준비된 다른 진공챔버를 다시 중공회전축에 연결시켜 성형작업을 계속 진행함으로써, 성형과 냉각의 연속적인 작업을 통해 제품의 생산성을 높이고, 작업의 효율성을 향상시킬 수 있도록 한 티타늄 진공 원심 주조 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한될 필요는 없으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

바람직한 일 실시 예에 따른 본 발명은, 내부 공간이 성형부와 냉각부로 구분되며, 상측에는 이송수단이 구비되는 베이스프레임과,

상기 베이스프레임의 성형부에 설치되며, 내부에 진공관로가 형성되고, 하단에는 진공장치와 연결되는 진공접속부가 형성되며, 상단에 도킹플레이트가 구비된 중공회전축과,

상기 중공회전축에 구동모터와 동력전달유닛을 통해 회전력을 제공하는 구동부와,

회전중심부가 상기 중공회전축의 도킹플레이트에 결합되며, 상기 회전중심부를 기준으로 대향된 양측에 제1챔버 및 제2챔버가 형성되고, 진공단속밸브가 구비된 진공연결관의 일측은 상기 제1챔버 및 제2챔버의 내부와 연결되고, 상기 진공연결관의 타측은 상기 중공회전축의 진공관로와 연결되며, 상기 제1챔버 및 제2챔버의 내부 한쪽에서 도가니 수용부가 하향 돌출 형성되며, 상기 이송수단을 통해 상기 성형부와 상기 냉각부를 이동하는 진공챔버와,

상기 진공챔버의 하부에 위치하며, 승강장치의 상승에 따라 상기 도가니 수용부를 가열하는 가열유닛을 포함하여 구성된다.

더 바람직하게 상기 이송수단은 상기 베이스프레임의 상측에서 상기 성형부와 냉각부를 가로질러 길이방향으로 설치되는 이송가이드와,

상기 이송가이드에 수직방향으로 설치되어 상기 성형부 또는 상기 냉각부에 선택적으로 이동되면서 승강 작용이 가능하고, 하단에는 상기 진공챔버를 파지할 수 있는 핑거부가 구비된 이송로봇을 포함하여 구성될 수 있다.

더욱 바람직하게 상기 핑거부는 진공챔버의 회전중심부와 체결부재 또는 자력부재를 통해 탈착되도록 구성될 수 있다.

더 바람직하게 상기 중공회전축의 상단 중심에는 도킹포스트가 돌출 형성되고, 상기 진공챔버의 회전중심부에는 상기 도킹포스트가 관통되는 도킹공이 형성되며, 상기 회전중심부의 상면에는 상기 도킹공을 관통하여 돌출되는 상기 도킹포스트를 고정시켜주기 위한 고정부재가 더 구비될 수 있다.

더욱 바람직하게 상기 고정부재는 진공챔버의 회전중심부 상면에 고정되며, 중앙에 안내공이 형성된 가이드와,

중심을 기준으로 대향된 양쪽에 나선부와 비나선부가 형성되며, 상기 나선부의 끝단에는 조절핸들이 나사 결합되는 볼트와,

상기 볼트의 비나선부에 관통 설치되는 제1클램프와 상기 나선부에 관통 설치되는 제2클램프로 구성되며, 상기 조절핸들의 회전에 따라 상기 제1클램프와 상기 제2클램프의 내면 간격이 조절되고, 상기 제1클램프 및 제2클램프의 저면에는 안쪽을 향해 돌출된 걸림부가 각각 형성되어 상기 안내공을 통해 끼워지는 상기 도킹포스트 외주면의 걸림홈으로 끼워져 고정되는 고정클램프와,

상기 고정클램프의 제1클램프 및 제2클램프 사이에서 상기 볼트 외주면에 설치되어 상기 제1클램프 및 제2클램프간의 탄성력을 제공하는 텐션스프링을 포함하여 구성될 수 있다.

더 바람직하게 상기 중공회전축의 도킹플레이트는 중공회전축의 상단에 형성된 플랜지부와 결합되며, 내부에는 일측이 상기 중공회전축의 진공관로와 연결되고, 타측은 상기 진공연결관이 연결된 상기 진공챔버 회전중심부의 수직관로와 연결되는 고주파가열코일가 형성되고, 상면에는 복수의 위치고정핀이 형성되어 상기 진공챔버의 회전중심부 저면에 형성되는 핀공에 연결되도록 구성될 수 있다.

더 바람직하게 상기 진공챔버는 복수로 구성되어 상기 중공회전축을 중심으로 방사형으로 설치될 수 있다.

더 바람직하게 상기 냉각부는 상기 진공챔버를 파지한 이송로봇의 하강에 따라 상기 진공 챔버가 안착될 수 있도록 안착 테이블이 더 구비될 수 있다.

더욱 바람직하게 상기 안착 테이블은 상기 제1챔버 및 제2챔버의 저면 한쪽을 수평하게 지지할 수 있도록 서로 이격되어 마주하면서 소정 높이를 가지는 한 쌍의 받침부재로 구성될 수 있다.

더욱 바람직하게 상기 안착 테이블은 상기 이송로봇의 하강을 통해 안착되는 상기 진공챔버가 어느 한 방향으로 이동되어 다시 제자리로 복귀하는 순환방식의 인덱스타입으로 구성될 수 있다.

바람직한 일 실시 예에 따른 본 발명의 티타늄 진공 원심 주조 시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.

즉, 본 발명은 성형부와 냉각부로 구분되어 성형부에서 성형이 완료된 진공챔버가 진공상태를 유지한 상태로 냉각부로 이동되어 냉각과정이 이루어지고, 이전에 냉각되어 다시 준비된 다른 진공챔버는 연이어 성형부로 이동시켜 성형하고, 성형이 완료되면 다시 냉각부로 이동되어 냉각되는 일련의 과정을 반복하게 되면서, 성형작업의 시간을 단축시킬 수 있으며, 생산성을 높이고, 작업성을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

여기서, 이와 같이 기재된 본 발명의 효과는 발명자가 인지하는지 여부와 무관하게 기재된 내용의 구성에 의해 당연히 발휘되게 되는 것이므로 상술한 효과는 기재된 내용에 따른 몇 가지 효과일 뿐 발명자가 파악한 또는 실재하는 모든 효과를 기재한 것이라 인정되어서는 안 된다.

또한, 본 발명의 효과는 명세서의 전체적인 기재에 의해서 추가로 파악되어야 할 것이며, 설사 명시적인 문장으로 기재되어 있지 않더라도 기재된 내용이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 명세서를 통해 그러한 효과가 있는 것으로 인정할 수 있는 효과라면 본 명세서에 기재된 효과로 보아야 할 것이다.

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따라 티타늄 진공 원심 주조 시스템을 예시한 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따라 티타늄 진공 원심 주조 시스템의 작동상태를 예시한 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 따라 티타늄 진공 원심 주조 시스템의 진공챔버와 중공회전축의 분리상태를 예시한 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시 예에 따라 티타늄 진공 원심 주조 시스템의 진공챔버와 중공회전축의 분리상태를 예시한 다른 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시 예에 따라 티타늄 진공 원심 주조 시스템의 진공챔버를 예시한 평면도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시 예에 따라 티타늄 진공 원심 주조 시스템의 진공챔버와 중공회전축의 결합상태를 예시한 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시 예에 따라 진공챔버와 중공회전축의 결합상태를 확대하여 예시한 도면이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시 예에 따라 중공회전축의 하부를 확대하여 예시한 도면이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시 예에 따라 티타늄 진공 원심 주조 시스템을 예시한 평면도이다.
도 10 은 본 발명의 일 실시 예에 따라 티타늄 진공 원심 주조 시스템에 사용되는 고정부재와 중공회전축에 구비된 도킹포스트의 분리 상태를 예시한 도면이다.
도 11 은 본 발명의 일 실시 예에 따라 티타늄 진공 원심 주조 시스템에 사용되는 고정부재와 중공회전축에 구비된 도킹포스트의 결합상태를 예시한 도면이다.
도 12 는 본 발명의 일 실시 예에 따라 티타늄 진공 원심 주조 시스템에 사용되는 고정부재와 중공회전축에 구비된 도킹포스트의 분리상태를 예시한 도면이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 내용을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

우선, 본 발명에 따른 티타늄 진공 원심 주조 시스템은, 성형부와 냉각부로 구분되고 이송수단이 구비되는 베이스프레임과, 성형부에 위치하여 진공장치와 연결되는 중공회전축과, 그러한 중공회전축을 회전시키는 구동부와, 중공회전축에 설치되어 중공회전축에 의해 회전되는 진공챔버와, 진공챔버 내부의 도가니에 주입되는 재료를 용융시키는 가열유닛으로 크게 구분될 수 있으며, 이하 예시된 도면을 통해 더욱 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 베이스프레임(100)은,

진공상태에서 진공챔버(400)의 도가니 수용부(450)를 가열하여 내부의 재료를 용융시키고, 이후 회전을 통해 도가니 수용부(450)에 수용된 용융물을 주형 내부로 이동시켜 성형하는 공간인 성형부(110)와, 그러한 성형부(110)의 일측으로 성형이 완료된 진공챔버(400)가 중공회전축(200)으로부터 분리된 후 이동되어 진공분위기 상태에서 냉각되는 공간인 냉각부(120)를 포함한다.

베이스프레임(100)은 다수의 프레임을 이용하여 성형부(110)와 그러한 성형부(110)와 이웃하는 냉각부(120)를 포함한 개방된 공간의 형태로 구성될 수 있으며, 필요에 따라 판재를 이용한 폐쇄된 공간의 형태로 구성될 수도 있다.

베이스프레임(100)의 상부에는 중공회전축(200)으로부터 분리되는 진공챔버(400)를 성형부(110)에서 냉각부(120)로 또는 냉각부(120)에서 성형부(110)로 이동시키기 위한 이송수단(130)이 구비된다.

이송수단(130)은 일 예로, 베이스프레임(100)의 상측에는 성형부(110)와 냉각부(120)를 가로지르는 레일 형태의 이송가이드(131)가 설치될 수 있다.

이송가이드(131)에는 이송가이드(131)를 따라 양방향으로 이동될 수 있는 이송로봇(132)이 설치되며, 이송로봇(132)은 이송가이드(131)에 대하여 직각방향으로 설치될 수 있고, 이송로봇(132)의 하단에는 핑거부(133)가 구비되면서 이러한 핑거부(133)는 중공회전축(200)으로부터 분리 또는 결합 되는 진공챔버(400)를 균형을 유지한 상태로 파지할 수 있다.

핑거부(133)는 진공챔버(400)의 회전중심부(410) 외곽을 파지할 수도 있으며, 도면으로 예시되지 않았지만 진공챔버(400)의 회전중심부(410)에 핑거부(133)가 정확하게 파지할 수 있도록 핑거부(133)의 형상에 대응되는 고리나 홈이나 돌기 등의 연결부가 더 구비될 수 있으며, 핑거부(133)가 그러한 연결부에 단순하게 고정될 수도 있지만, 핑거부(133)와 연결부가 체결부재를 통한 체결형태로 결합 되거나, 전기적으로 자력이 제어되는 자력부재를 통한 체결형태로 결합될 수도 있다.

중공회전축(200)은,

전술한 베이스프레임(100)의 성형부(110)에 위치하며, 상측에 연결되는 진공챔버(400)를 회전시켜주며, 진공장치와 진공챔버(400)의 내부를 연결 시켜 진공장치(도면중 미도시)의 작동에 따라 진공챔버(400) 내부를 진공상태로 만들어준다.

중공회전축(200)은 하단에 진공장치와 연결되는 진공접속부(220)가 형성되고, 축방향 내부에는 진공접속부(220)와 연통되는 진공관로(210)가 형성되며, 중공회전축(200)의 상단에는 진공챔버(400)가 도킹 되기 위한 도킹플레이트(230)가 구비된다.

중공회전축(200)의 하부와 진공접속부(220)는 로타리 조인트(도면부호 미표기)와 같은 형태로 연결되어 진공을 위한 관로가 서로 연결되면서 중공회전축(200)의 회전에 진공접속부(220)가 영향을 받지 않도록 구성됨이 바람직하다.

중공회전축(200)의 상단에는 판형이면서 중심이 관통된 플랜지부(240)가 구비되고, 이러한 플랜지부(240)의 상면에는 도킹플레이트(230)가 체결부재를 통해 결합 된다.

도킹플레이트(230)는 내부에 중공회전축(200)의 진공관로(210)와 연결되면서 복수의 방향으로 분기되어 이후 상면에 결합되는 진공챔버(400)의 내부와 연결될 수 있도록 분기관로(231)가 형성된다.

즉, 중공회전축(200)의 플랜지부(240)에 도킹플레이트(230)가 결합 되면 중공회전축(200)의 진공관로(210)는 도킹플레이트(230)의 분기관로(231)와 연결되고, 분기관로(231)는 도킹플레이트(230)의 상면에 결합 되는 진공챔버(400)의 회전중심부(410) 내부에 구비된 수직관로(413) 하단과 연결되고, 수직관로(413)의 상단에는 진공연결관(440)의 하단이 연결되며, 진공연결관(440)의 상단은 진공챔버(400)의 어느 한쪽, 바람직하게는 투시부(414)를 통해 내부와 연결된다.

진공연결관(440)은 설치공간에 따라 어느 한쪽으로 구부러져 형성되거나, 어느 한 부위에 신축 또는 변형 가능한 변형부위를 포함하여 구성될 수 있다.

도킹플레이트(230)의 상면에는 복수의 위치고정핀(232)이 형성되며, 이러한 도킹플레이트(230)의 상면으로 결합 되는 진공챔버(400)의 회전중심부(410) 저면 에는 도킹플레이트(230)의 위치고정핀(232)과 상응한 핀공(412)이 형성됨에 따라 도킹플레이트(230)에 진공챔버(400)의 회전중심부(410)가 결합될 때 위치고정핀(232)과 핀공(412)의 결합을 통해 서로 정확하게 결합될 수 있다.

도킹플레이트(230)의 상면에는 실림홈(도면부호 미표기)에 실링부재(도면부호 미표기)가 내재 됨에 따라 도킹플레이트(230)에 진공챔버(400)의 회전중심부(410)가 결합될 때 실링부재를 통해 결합부위에서의 진공 누설을 방지할 수 있다.

도킹플레이트(230)의 상면 중심부위에는 도킹포스트(250)가 소정 길이로 돌출 형성되며, 이러한 도킹포스트(250)에는 진공챔버(400)의 회전중심부(410)가 도킹 된다.

구동부(300)는,

성형부(110)에 위치하여 전술한 중공회전축(200)과 구동모터(340)가 동력전달유닛을 통해 연결된 상태에서 중공회전축(200)의 회전을 제어한다.

동력전달유닛은 일 예로 중공회전축(200)의 외주연에 설치되는 종동풀리(310)와, 서보모터와 같은 구동모터(340)의 축에 설치되는 구동풀리(320)와, 전술한 구동풀리(320)와 종동풀리(310)를 서로 연결시켜주는 구동벨트(330)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 전술한 풀리와 벨트의 조합은 스프로킷과 체인의 조합 또는 다수의 기어 조합을 통해 구성될 수도 있다.

진공챔버(400)는,

중앙의 회전중심부(410)를 사이에 두고 대향된 양쪽에 수평하게 제1챔버(420)와 제2챔버(430)가 각각 형성되며, 제1챔버(420)와 제2챔버(430)의 상측에는 덮개와 함께 투시창을 가지는 투시부(414)가 형성되며, 진공챔버(400)의 내부에는 재료가 투입되는 도가니 수용부(450)와 함께 도가니 수용부(450)에서 가열되어 용융된 용융물이 원심력에 의해 이동되어 채워지는 주형(도면중 미도시)이 구비되고, 도가니 수용부(450)는 그 하부가 제1챔버(420) 및 제2챔버(430)의 한쪽 저면으로부터 하향 돌출된다.

제1챔버(420)와 제2챔버(430)의 투시부(414) 한쪽에는 진공연결관(440)의 한쪽이 연결되고, 진공연결관(440)의 다른 한쪽은 회전중심부(410)의 대향된 양쪽에 위치한 수직관로(413)와 연결되며, 이러한 수직관로(413)는 전술한 도킹플레이트(230)의 분기관로(231)와 연결되면서 결국 중공회전축(200)의 진공관로(210)와 연결된다.

진공연결관(440)의 관로상에는 진공단속밸브(441)가 설치되며, 이러한 진공단속밸브(441)는 수동으로 조작될 수 있지만, 솔레노이드밸브를 이용하여 전기적으로 제어될 수도 있다.

진공단속밸브(441)의 작동은 진공챔버(400)가 중공회전축(200)으로부터 분리되는 경우, 진공단속밸브(441)를 미리 작동시켜 진공연결관(440)을 폐쇄시킴으로써 중공회전축(200)으로부터 분리된 제1챔버(420) 및 제2챔버(430)의 내부가 진공분위기를 그대로 유지한 상태에서 이후 냉각이 이루어지도록 한 것이다.

진공챔버(400)는 전술한 베이스프레임(100)에 설치된 이송수단(130)의 이송로봇(132)을 통해 성형부(110)에서 냉각부(120)로 또는 냉각부(120)에서 성형부(110)로 이동될 수 있다.

진공챔버(400)의 회전중심부(410)는 마주하여 대향된 제1챔버(420) 및 제2챔버(430)를 연결해주며, 진공챔버(400)가 하나로 구성되는 경우, 회전중심부(410)는 일자형태를 가지게 되고, 진공챔버(400)가 두개로 구성되는 경우, 회전중심부(410)는 십자형태가 되고, 네개의 챔버가 서로 마주하여 대칭을 이루며, 이와 같이 회전중심부(410)를 중심으로 다수개의 진공챔버(400)가 방사형태로 배열되면 챔버는 두개 또는 네개 또는 여섯개 또는 여덟개가 대칭을 이루면서 구성될 수 있고, 바람직하게는 여섯개의 대칭을 이루는 챔버를 가질 수 있도록 진공챔버(400)는 세개로 구성될 수 있다.

진공챔버(400)의 회전중심부(410)는 전술한 바와 같이 중공회전축(200)의 도킹플레이트(230)에 구비된 도킹포스트(250)에 고정된다.

즉, 진공챔버(400)의 회전중심부(410)에는 도킹포스트(250)가 삽입되어 관통될 수 있는 도킹공(411)이 형성되며, 회전중심부(410)의 저면에는 전술한 도킹플레이트(230)의 위치고정핀(232)이 끼워져 고정될 수 있도록 핀공(412)이 형성된다.

진공챔버(400)의 회전중심부(410) 상면에는 도킹공(411)을 통해 관통되는 중공회전축(200)의 도킹포스트(250)에 선택적으로 결합 되는 고정부재(460)가 설치된다.

고정부재(460)는 바람직한 실시 예로 중앙에 안내공(462)을 가지는 가이드(461)가 구성되며, 가이드(461)의 안내공(462)은 진공챔버(400)의 회전중심부(410)에 형성된 도킹공(411)과 일치된다.

가이드(461)의 안내공(462)에는 길이방향 양쪽에 제1클램프(467a)와 제2클램프(467b)가 이격된 상태로 위치하여 안내공(462)을 따라 각각 양방향 이동되는 고정클램프(467)가 설치된다.

고정클램프(467)의 제1클램프(467a)와 제2클램프(467b)의 저면에는 각각 안쪽을 향하여 걸림부(468)가 돌출 형성되고, 제1클램프(467a)와 제2클램프(467b)는 볼트(463)에 수평 하게 관통 설치되며, 이때 볼트(463)의 한쪽 끝단에는 조절핸들(466)이 나사 결합 되고, 다른 한쪽 끝단에는 로드스크류(도면부호 미표기)가 설치된다.

볼트(463)는 한쪽에 나선부(464)가 형성되고, 다른 한쪽에는 나선이 없는 비나선부(465)가 형성됨에 따라 제1클램프(467a)는 볼트(463)의 비나선부(465)에 관통 설치되며, 제2클램프(467b)는 볼트(463)의 나선부(464)에 관통 설치된다.

서로 이격된 제1클램프(467a)와 제2클램프(467b) 사이에는 길이방향으로 관통하고 있는 볼트(463)의 외주면에 감싸지도록 텐션스프링(469)이 설치되고, 이러한 텐션스프링(469)의 양단은 제1클램프(467a)와 제2클램프(467b)의 내면과 접면된다.

따라서, 도킹공(411) 저면으로부터 도킹포스트(250)가 삽입되어 도킹포스트(250)의 선단부가 도킹공(411)의 상면으로부터 돌출된 후 전술한 고정부재(460)의 조절핸들(466)을 정회전시켜주면 정회전되는 조절핸들(466)에 의해 볼트(463)가 점차적으로 조절핸들(466)쪽으로 이동하게 되고, 상대적으로 제2클램프(467b)는 도킹포스트(250)쪽으로 이동하게 되며, 동시에 볼트(463)의 이동에 의해 제1클램프(467a) 또한 도킹포스트(250)쪽으로 이동하게 되어 제1클램프(467a)와 제2클램프(467b)는 도킹포스트(250)를 향하여 모여지게 된다.

여기서, 도킹포스트(250)의 선단부 외주면에는 환형의 걸림홈(251)이 형성되어 있고, 제1클램프(467a)와 제2클램프(467b)의 저면에는 도킹포스트(250)를 향하여 걸림부(468)가 형성됨에 따라 조절핸들(466)의 정회전으로 제1클램프(467a)와 제2클램프(467b)가 도킹포스트(250)를 향하여 모여지게 되면 각각의 걸림부(468)가 도킹포스트(250)의 걸림홈(251)에 걸리게 되어 중공회전축(200)의 도킹플레이트(230)와 진공챔버(400)의 회전중심부(410)간의 결합을 견고하게 할 수 있으며, 회전중심부(410)와 도킹플레이트(230)의 연결부위 또한 실링부재를 통해 기밀이 견고하게 유지되면서 도킹플레이트(230)의 분기관로(231)와 진공챔버(400)의 회전중심부(410)에 형성된 수직관로(413)의 기밀이 효과적으로 유지될 수 있다.

한편, 조절핸들(466)의 정회전에 의해 제1클램프(467a)와 제2클램프(467b)가 도킹포스트(250)를 향하여 모여지게 되면 제1클램프(467a)와 제2클램프(467b)의 사이에 설치된 텐션스프링(469)은 압축됨에 따라 조절핸들(466)을 역회전시킬 때 텐션스프링(469)의 복원력에 의해 제1클램프(467a)와 제2클램프(467b)의 간격이 효과적으로 벌어질 수 있는 것이다.

조절핸들(466)은 사용자에 의해 수동으로 조작될 수 있으며, 필요에 따라 솔레노이드밸브 등을 이용하여 전기적으로 제어될 수도 있다.

가열유닛(500)은,

성형부(110)의 아래쪽에 위치하여 승강장치(510)의 작동에 따라 상하방향으로 이동되는 고주파가열코일(520)을 포함하며, 이러한 고주파가열코일(520)이 상승 되면 고주파가열코일(520)이 진공챔버(400)의 도가니 수용부(450) 외주면을 감싸게 되면서 유도가열을 통해 도가니 수용부(450)에 수용된 재료를 용융시키게 된다.

중공회전축(200)을 통해 회전되는 진공챔버(400)는 고주파가열코일(520)의 상승을 통해 도가니 수용부(450)를 가열시키기 위하여 그 회전 위치가 정확하게 제어될 필요가 있으며, 도가니 수용부(450)의 가열이 완료된 후 고주파가열코일(520)의 하강이 정확하게 확인된 다음 중공회전축(200)의 회전에 의한 진공챔버(400)의 회전이 이루어지도록 구성됨이 바람직하다.

냉각부(120)는,

베이스프레임(100)의 한쪽에 구비되어 성형부(110)에서 성형이 완료된 진공챔버(400)를 냉각시켜준다.

성형부(110)에서 성형이 완료된 진공챔버(400)는 이송수단(130)을 통해 중공회전축(200)으로부터 분리된 후 냉각부(120)로 이동된 상태에서 안착 테이블(121)에 안착 되며, 진공챔버(400)는 진공부위기에서 자연적인 냉각이 이루어진다.

냉각이 완료된 진공챔버(400)는 다시 이송수단(130)을 통해 성형부(110)로 이동된 후 중공회전축(200)에 다시 결합 되어 성형이 이루어진 후 다시 냉각부(120)로 이동되어 냉각되는 과정이 반복될 수 있다.

안착 테이블(121)은 도가니 수용부(450)를 제외한 제1챔버(420)와 제2챔버(430)의 저면이 각각 안착될 수 있도록 상면이 수평한 면을 이루고, 서로 마주하여 이격된 상태에서 소정의 높이를 가지는 한 쌍의 받침부재로 구성될 수 있다.

안착 테이블(121)은 컨베이어로 구성되어 안착 테이블에 안착된 진공챔버(400)가 어느 한 방향으로 이동되어 다시 제자리로 순환되는 인덱스타입으로 구성될 수 있다.

즉, 안착 테이블(121)에 안착된 진공챔버(400)는 어느 한 방향으로 이동되고, 이전에 안착 테이블(121)에 안착 되어 냉각이 완료된 다른 진공챔버는 재료투입 후 다시 성형부(110)로 이동되어 성형 되고, 다른 진공챔버는 성형 후 냉각을 위하여 안착 테이블(121)로 이동되며, 이전에 냉각된 또 다른 진공챔버는 이송수단(130)을 통해 다시 성형부(110)로 이동되는 과정이 반복되도록 구성될 수도 있다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 티타늄 진공 원심 주조 시스템을 이용한 티타늄 주조의 중요 성형과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 중공회전축(200)에 설치된 진공챔버(400) 내부의 각 도가니 수용부(450)로 재료를 투입하고, 제1챔버(420)와 제2챔버(430)의 기밀을 유지한 상태에서 중공회전축(200)의 진공접속부(220)와 연결된 진공장치를 작동시켜주면 중공회전축(200)의 진공관로(210)와 진공연결관(440)을 통해 제1챔버(420)와 제2챔버(430)의 내부에는 진공이 만들어진다.

이후, 제1챔버(420)의 도가니 수용부(450)가 가열유닛(500)의 고주파가열코일(520) 상부에 위치하도록 구동부(300)가 구동되어 진공챔버(400)의 회전 위치가 조정된 상태에서 가열유닛(500)의 승강장치(510) 작동에 따라 고주파가열코일(520)이 상승 되면 고주파가열코일(520)에 감싸지게 되는 제1챔버(420)의 도가니 수용부(450)가 유도 가열되어 내부의 재료는 용융된다.

설정된 시간이 지나 용융이 완료된 후에는 승강장치(510)의 다른 작동에 따라 고주파가열코일(520)이 하강 되고, 구동부(300)의 구동에 따라 진공챔버(400)의 회전 위치가 변경되면서 제2챔버(430)의 도가니 수용부(450)가 가열유닛(500)의 고주파가열코일(520) 상부에 위치하게 되며, 이러한 상태에서 가열유닛(500)의 승강장치(510) 작동에 따라 고주파가열코일(520)이 상승 되면 고주파가열코일(520)에 감싸지게 되는 제2챔버(430)의 도가니 수용부(450)가 유도 가열되어 내부의 재료가 용융된다.

이와 같이 제1챔버(420) 및 제2챔버(430)의 도가니 수용부(450)에 투입된 재료가 적절한 용융상태가 되면 가열유닛(500)의 고주파가열코일(520)이 하강 되고, 이를 인식한 구동부(300)는 진공챔버(400)가 설정된 원심력을 가지면서 도가니 수용부(450)의 용융물이 제1챔버(420) 및 제2챔버(430)의 내부에 위치한 주형의 내부로 이동되도록 중공회전축(200)을 회전시킨다.

중공회전축(200)의 설정된 회전수 및 회전시간에 따라 진공챔버(400)가 고속 회전되어 진공챔버(400) 내의 주형에 용융물이 완전히 채워져 성형이 완료되면 진공챔버(400)는 냉각을 위해 중공회전축(200)으로부터 분리된 후 인접한 냉각부(120)로 이동된다.

여기서, 진공챔버(400)를 중공회전축(200)으로부터 분리하기 전 선행되어야 할 작업은 진공챔버(400)의 회전중심부(410)가 중공회전축(200)의 도킹플레이트(230)로부터 분리될 때 중공회전축(200)의 진공관로(210)와 연결된 도킹플레이트(230)의 분기관로(231)와 진공챔버(400)의 회전중심부(410)에 형성된 수직관로(413)가 분리되면서 진공챔버(400)의 진공이 파괴될 수 있으므로 진공챔버(400)를 중공회전축(200)으로부터 분리하기 전에는 반드시 진공장치의 작동을 멈추고, 진공챔버(400)의 각 진공연결관(440)에 구비된 진공단속밸브(441)를 이용하여 진공연결관(440)을 폐쇄 시킨 상태에서 진공챔버(400)를 중공회전축(200)으로부터 분리해야만 진공챔버(400) 내부의 진공분위기를 그대로 유지시킬 수 있다.

이와 같이 진공챔버(400)의 성형이 완료된 후에는 진공단속밸브(441)를 제어하여 진공연결관(440)을 단속한 상태에서 진공챔버(400)를 중공회전축(200)으로부터 분리시켜야 하며, 그 분리방법은 고정부재(460)의 조절핸들(466)을 역회전시켜주면 볼트(463)로부터 조절핸들(466)이 풀어지면서 이전에 압축되어 있던 텐션스프링(469)의 복원력에 따라 제1클램프(467a)와 제2클램프(467b)가 벌어지게 되고, 이에 따라 제1클램프(467a)와 제2클램프(467b)의 걸림부(468)가 중공회전축(200)의 도킹포스트(250)에 형성된 걸림홈(251)으로부터 분리되면서 진공챔버(400)의 회전중심부(410)는 도킹포스트(250)부터 분리가 가능해진다.

고정부재(460)의 해제에 따라 중공회전축(200)에서 분리될 수 있는 진공챔버(400)는 이송수단(130)에 의해 파지 되어 냉각부(120)로 이동된다. 즉, 이송가이드(131)를 따라 성형부(110)로 이동된 이송로봇(132)의 핑거부(133)가 하강 되면서 중공회전축(200)에서 분리될 수 있는 진공챔버(400)의 회전중심부(410) 외곽을 파지한 후, 다시 상승하여 중공회전축(200)으로부터 진공챔버(400)의 회전중심부(410)를 완전히 분리시킬 수 있으며, 이송로봇(132)은 이송가이드(131)를 따라 냉각부로 이동되면서 진공챔버(400)는 냉각부(120)로 이동하게 된다.

이후, 이송로봇(132)의 핑거부(133)가 하강 되어 안착 테이블(121)에 진공챔버(400)를 내려놓게 되면 제1챔버(420)와 제2챔버(430)의 저면 한쪽이 각각 안착 테이블(121)의 받침부재(122) 상면에 놓이게 되며, 진공챔버(400)의 회전중심부(410)를 파지하고 있던 핑거부(133)는 진공챔버(400)의 회전중심부(410)로부터 분리된 후 다시 상승하게 되고, 진공챔버(400)는 진공이 유지된 상태에서 정해진 시간 동안 냉각이 이루어진다.

정해진 시간 동안 냉각이 완료되면 진공연결관(440)에 구비된 진공단속밸브(441)를 개방시켜 제1챔버(420)와 제2챔버(430)의 진공을 파괴한 다음 덮개를 열고 완성된 제품을 수거하면 되는 것이다.

그리고 연속된 작업을 위해서 제품이 수거된 진공챔버(400)의 내부 상태를 점검 및 마무리한 후, 제1챔버(420)와 제2챔버(430)의 도가니 수용부(450)에 용융될 새로운 소재를 집어넣고 덮개를 닫아 기밀을 유지시킨 다음 이송로봇(132)의 핑거부(133)를 다시 하강시켜 진공챔버(400)의 회전중심부(410)를 파지하도록 하고, 상승 후 이송가이드(131)를 따라 성형부(110)로 진공챔버(400)를 이동시킨다.

이후, 진공챔버(400)의 회전중심부(410)에 형성된 도킹공(411)과 중공회전축(200)의 도킹포스트(250)를 일치시킨 상태에서 핑거부(133)를 다시 하강시켜 회전중심부(410)의 도킹공(411)에 도킹포스트(250)가 끼워지도록 함으로써, 중공회전축(200)에 진공챔버(400)를 1차 결합시킬 수 있으며, 이후 이송로봇(132)의 핑거부(133)는 상승 된다.

중공회전축(200)에 진공챔버(400)가 1차 결합된 후, 완전한 결합을 위해 고정부재(460)의 조절핸들(466)을 정회전시켜주면 볼트(463)에 조절핸들(466)이 체결되어 이동되면서 텐션스프링(469)은 압축되고 제1클램프(467a)와 제2클램프(467b)는 도킹포스트(250)를 향하여 모이게 되며, 이에 따라 제1클램프(467a)와 제2클램프(467b)의 걸림부(468)가 중공회전축(200)의 도킹포스트(250)에 형성된 걸림홈(251)에 걸리게 되어 2차 결합이 완료된다.

이후, 진공연결관(440)의 진공단속밸브(441)를 개방시킨 상태에서 진공장치를 작동시키면 중공회전축(200)의 진공관로(210)와 진공연결관(440)을 통해 제1챔버(420) 및 제2챔버(430)의 내부가 진공상태가 되며, 이후 가열유닛(500)을 이용하여 도가니 수용부(450)에 수용된 재료를 용융시키고, 중공회전축(200)의 회전에 의해 진공챔버(400)에 발생되는 원심력을 통해 용융된 재료가 주형으로 충분히 주입되도록 하여 성형을 하면 된다.

이후에는 이전에 설명한 바와 같이 진공장치를 멈추고 진공단속밸브(441)를 폐쇄시킨 상태에서 고정부재(460)를 작동시켜 도킹포스트(250)로부터 진공챔버(400)의 회전중심부(410)가 분리될 수 있도록 하고, 이후 이송수단(130)을 이용하여 진공챔버(400)를 중공회전축(200)으로부터 완전 분리 후, 냉각부(120)로 이동시켜 냉각시키는 과정이 이루어짐에 따라 진공챔버(400)를 이용한 성형과 냉각의 반복적인 공정이 연속적으로 이루어질 수 있는 것이다.

여기서, 냉각부(120)는 고정된 받침부재(122)의 구조를 가지면서 성형부(110)에서 이동된 진공챔버(400)가 냉각이 완료되도록 기다린 후 진공챔버(400)로부터 제품을 회수하고 진공챔버(400)에 다시 재료를 넣고 성형부(110)로 이동시키는 방식으로 구성될 수 있다.

냉각부(120)는 다른 예로 안착 테이블(121)을 컨베이어와 같은 이동수단을 통해 어느 한 방향으로 회전되다가 다시 제자리로 오는 순환구조의 인덱스타입으로 구성될 수 있다.

즉, 성형 후 냉각을 위해 이송수단(130)을 통해 냉각부(120)로 이동된 진공챔버(400)는 회전되는 안착 테이블(121)에 올려져 어느 한쪽으로 이동되면서 냉각이 이루어지고, 이송수단(130)은 이전에 성형 후 냉각부(120)로 이동되어 냉각이 완료되고, 제품이 회수된 상태에서 재료가 투입되어 성형 준비가 완료된 상태에서 회전되는 안착 테이블(121)에 놓여진 다른 진공챔버를 파지한 후 성형부(110)로 이동시켜 다른 진공챔버의 성형이 이루어지도록 하고, 다른 진공챔버의 성형이 완료된 후에는 다른 진공챔버를 냉각부로 이동시켜 회전되는 안착 테이블(121)에 안착시켜 냉각되도록 하고, 이전에 냉각부로 이동되어 냉각이 완료되고, 제품이 회수된 후 재료가 투입되어 성형 준비가 완료된 상태에서 회전되는 안착 테이블(121)에 놓여진 또 다른 진공챔버를 파지한 후 성형부(110)로 이동시켜 성형이 또 다른 진공챔버의 성형이 이루어지도록 하는 과정이 반복되는 방식으로 구성될 수도 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 베이스프레임 110 : 성형부
120 : 냉각부 121 : 안착 테이블
122 : 받침부재 130 : 이송수단
131 : 이송가이드 132 : 이송로봇
133 : 핑거부 200 : 중공회전축
210 : 진공관로 220 : 진공접속부
230 : 도킹플레이트 231 : 분기관로
232 : 위치고정핀 240 : 플랜지부
300 : 구동부 340 : 구동모터
400 : 진공챔버 410 : 회전중심부
411 : 도킹공 412 : 핀공
413 : 수직관로 414 : 투시부
420 : 제1챔버 430 : 제2챔버
440 : 진공연결관 441 : 진공단속밸브
450 : 도가니 수용부 460 : 고정부재
461 : 가이드 462 : 안내공
463 : 볼트 464 : 나선부
465 : 비나선부 466 : 조절핸들
467 : 고정클램프 467a : 제1클램프
467b : 제2클램프 468 : 걸림부
469 : 텐션스프링 500 : 가열유닛
510 : 승강장치 520 : 고주파가열코일

Claims (10)

1. 내부 공간이 성형부와 냉각부로 구분되며, 상측에는 이송수단이 구비되는 베이스프레임;
   상기 베이스프레임의 성형부에 설치되며, 내부에 진공관로가 형성되고, 하단에는 진공장치와 연결되는 진공접속부가 형성되며, 상단에 도킹플레이트가 구비된 중공회전축;
   상기 중공회전축에 구동모터와 동력전달유닛을 통해 회전력을 제공하는 구동부;
   회전중심부가 상기 중공회전축의 도킹플레이트에 결합되며, 상기 회전중심부를 기준으로 대향된 양측에 제1챔버 및 제2챔버가 형성되고, 진공단속밸브가 구비된 진공연결관의 일측은 상기 제1챔버 및 제2챔버의 내부와 연결되고, 상기 진공연결관의 타측은 상기 중공회전축의 진공관로와 연결되며, 상기 제1챔버 및 제2챔버의 내부 한쪽에서 도가니 수용부가 하향 돌출 형성되며, 상기 이송수단을 통해 상기 성형부와 상기 냉각부를 이동하는 진공챔버; 및
   상기 진공챔버의 하부에 위치하며, 승강장치의 상승에 따라 상기 도가니 수용부를 가열하는 가열유닛;을 포함하며,
   상기 중공회전축의 도킹플레이트는,
   중공회전축의 상단에 형성된 플랜지부와 결합되며, 내부에는 일측이 상기 중공회전축의 진공관로와 연결되고, 타측은 상기 진공연결관이 연결된 상기 진공챔버 회전중심부의 수직관로와 연결되는 분기관로가 형성되고, 상면에는 복수의 위치고정핀이 형성되어 상기 진공챔버의 회전중심부 저면에 형성되는 핀공에 연결되는 것을 특징으로 하는 티타늄 진공 원심 주조 시스템.
2. 청구항 1 에 있어서,
   상기 이송수단은,
   상기 베이스프레임의 상측에서 상기 성형부와 냉각부를 가로질러 길이방향으로 설치되는 이송가이드; 및
   상기 이송가이드에 수직방향으로 설치되어 상기 성형부 또는 상기 냉각부에 선택적으로 이동되면서 승강 작용이 가능하고, 하단에는 상기 진공챔버를 파지할 수 있는 핑거부가 구비된 이송로봇;
   이 포함되는 것을 특징으로 하는 티타늄 진공 원심 주조 시스템.
3. 청구항 2 에 있어서,
   상기 핑거부는 진공챔버의 회전중심부와 체결부재 또는 자력부재를 통해 탈착되는 것을 특징으로 하는 티타늄 진공 원심 주조 시스템.
4. 청구항 1 에 있어서,
   상기 중공회전축의 상단 중심에는 도킹포스트가 돌출 형성되고,
   상기 진공챔버의 회전중심부에는 상기 도킹포스트가 관통되는 도킹공이 형성되며, 상기 회전중심부의 상면에는 상기 도킹공을 관통하여 돌출되는 상기 도킹포스트를 고정시켜주기 위한 고정부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 티타늄 진공 원심 주조 시스템.
5. 청구항 4 에 있어서,
   상기 고정부재는,
   상기 진공챔버의 회전중심부 상면에 고정되며, 중앙에 안내공이 형성된 가이드;
   중심을 기준으로 대향된 양쪽에 나선부와 비나선부가 형성되며, 상기 나선부의 끝단에는 조절핸들이 나사 결합되는 볼트;
   상기 볼트의 비나선부에 관통 설치되는 제1클램프와 상기 나선부에 관통 설치되는 제2클램프로 구성되며, 상기 조절핸들의 회전에 따라 상기 제1클램프와 상기 제2클램프의 내면 간격이 조절되고, 상기 제1클램프 및 제2클램프의 저면에는 안쪽을 향해 돌출된 걸림부가 각각 형성되어 상기 안내공을 통해 끼워지는 상기 도킹포스트 외주면의 걸림홈으로 끼워져 고정되는 고정클램프; 및
   상기 고정클램프의 제1클램프 및 제2클램프 사이에서 상기 볼트 외주면에 설치되어 상기 제1클램프 및 제2클램프간의 탄성력을 제공하는 텐션스프링;
   이 포함되는 것을 특징으로 하는 티타늄 진공 원심 주조 시스템.
6. 삭제
7. 청구항 1 에 있어서,
   상기 진공챔버는 복수로 구성되어 상기 중공회전축을 중심으로 방사형으로 설치되는 것을 특징으로 하는 티타늄 진공 원심 주조 시스템.
8. 청구항 1 에 있어서,
   상기 냉각부는,
   상기 진공챔버를 파지한 이송로봇의 하강에 따라 상기 진공 챔버가 안착될 수 있도록 안착 테이블이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 티타늄 진공 원심 주조 시스템.
9. 청구항 8 에 있어서,
   상기 안착 테이블은,
   상기 제1챔버 및 제2챔버의 저면 한쪽을 수평하게 지지할 수 있도록 서로 이격되어 마주하면서 소정 높이를 가지는 한 쌍의 받침부재로 구성되는 것을 특징으로 하는 티타늄 진공 원심 주조 시스템.
10. 청구항 8 에 있어서,
    상기 안착 테이블은,
    상기 이송로봇의 하강을 통해 안착되는 상기 진공챔버가 어느 한 방향으로 이동되어 다시 제자리로 복귀하는 순환방식의 인덱스타입으로 구성된 것을 특징으로 하는 티타늄 진공 원심 주조 시스템.

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