KR102285503B1 - 모래 주입 장치 - Google Patents

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KR102285503B1
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Abstract

본 발명은 모래 주입 장치에 관한 것으로, 하부 금형(220)과 상부 금형(210)이 형합된 상태에서 상기 상부 금형(210)의 상부면으로 하강하여 상기 상부 금형(210)의 상부면에 밀착되고, 상기 상부 금형(210)의 브로잉홀과 연통되어 상기 상부 금형(210)과 상기 하부 금형(220)이 형성하는 캐비티(C)에 모래를 주입하는 주입홀(310)이 형성된다. 본 발명은 금형 캐비티 내에 모래의 충진이 용이하며, 모래의 낭비가 없도록 하여 중자 제조 효율을 높이는 이점이 있다.

Description

모래 주입 장치{Sand injection device}
본 발명은 모래 주입 장치에 관한 것으로, 주물용 중자 제조용 금형에 모래를 주입하기 위한 모래 주입 장치에 관한 것이다.
주물 중공부를 만들기 위하여 주형과는 별도로 하나의 주형을 만들어 주형의 중공부에 끼워 넣는데, 이러한 주형을 중자, 또는 코어(core)라고 한다.
중자의 제조방법은 콜드 몰드(cold box)법이나 셀 몰드(shell mold)법을 주로 사용한다. 콜드 몰드(cold box)법은 페놀레진을 배합한 주물사를 주형(core box)에 취입하여 성형한 후 아민가스를 통과시켜 경화시켜 중자를 제조하고, 셀 몰드(shell mold)법은 레진을 배합한 주물사(RCS)를 가열금형에 취입하여 경화시켜 중자를 제조한다.
이 중, 콜드 몰드(cold box)법은 금형을 가열하지 않으므로 작업환경이 개선되고 상온 경화로 형의 변화없이 금형의 치수정도가 높고 셀 몰드(shell mold)법에 비하여 조형속도가 빨라 생산성이 높은 이점이 있다.
그러나 콜드 몰드(cold box)법은 혼련 후 경화반응이 일어나므로 가사시간이 존재하여 사용시간에 제한이 있다.
또한, 콜드 몰드법에서 중자는 상부 금형에 형성한 브로잉홀을 통해 상부 금형과 하부 금형의 사이에 모래를 충진한 다음 압을 가하여 성형하게 되는데, 모래가 주입되는 브로잉홀의 개수가 많은 경우, 모래의 손실이 많이 발생하고 브로잉홀로 에어가 주입되므로 미충진 문제, 미형상 문제가 발생하는 문제가 있었다.
등록특허공보 제1151362호(2012.02.23 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 중자의 제조에 있어 모래의 낭비가 없도록 모래 구멍과 공기 구멍을 분리하여 금형의 캐비티 내에 모래의 충진이 용이하도록 하며, 모래의 투입량 제어가 가능하도록 한 모래 주입 장치를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 모래 주입 장치는 모래 주입 장치에 있어서, 하부 금형과 상부 금형이 형합된 상태에서, 상기 상부 금형의 상부면으로 하강하여 상기 상부 금형의 상부면에 밀착되고, 상기 상부 금형의 브로잉홀과 연통되어 상기 상부 금형과 상기 하부 금형이 형성하는 캐비티에 모래를 주입하는 주입홀이 형성된다.
상기 주입홀과 연통되는 투입관을 포함하고, 상기 투입관은 모래가 투입되는 모래 투입관과 상기 모래 투입관의 외경을 이격되게 감싸는 형상으로 되고 공기가 주입되는 공기 주입관을 포함한다.
상기 모래 투입관의 외경과 상기 공기 주입관의 내경 사이를 연결하는 하나 이상의 보강살을 더 포함한다.
상기 모래 투입관과 상기 보강살을 일체로 형성되고, 상기 보강살은 상기 공기 주입관의 내면에 형성된 끼움돌기에 끼워져 고정된다.
상기 모래 투입관으로 투입되는 모래의 입도는 40~70mesh이고, 상기 공기 주입관을 통해 열풍이 주입되고, 상기 열풍은 3~7kg/sec의 압력으로 2sec 이상의 속도로 주입된다.
상기 모래 주입 장치의 일측에 부착되어 상기 모래 투입관을 통해 모래를 투입하도록 동작하는 투입실린더와 상기 투입실린더의 동작을 모래의 투입시간으로 제어하여 투입량을 제어하는 타이머를 더 포함한다.
상기 투입관과 상기 주입홀은 이격되고 그 사이에 투입공간이 형성되어, 상기 투입관을 통해 공급된 모래와 열풍이 상기 투입공간을 통해 상기 주입홀으로 공급되고 상기 상부 금형의 브로잉홀로 주입된다.
또한, 상기 모래 투입관은 상기 공기 주입관에 비해 상기 투입공간으로 더 돌출되어 있다.
본 발명은 모래 투입 구멍인 모래 투입관과 공기 공급 구멍인 공기 주입관이 분리 형성되어 금형 캐비티 내에 모래의 충진이 용이하여 미충전이 방지되고, 투입실린더와 타이머가 더 구비되어 모래의 투입량을 투입시간으로 제어하므로 모래의 낭비를 방지할 수 있다. 따라서 본 발명은 제품 생산 효율을 향상시킬 수 있고 신뢰성이 우수한 중자 제품을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 중자 제조용 금형 및 모래 주입 장치를 이용하여 제조한 중자를 보인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 중자 제조용 금형 및 모래 주입 장치를 이용하여 제조한 중자에서 브로잉 기둥을 제거하기 전 모습을 보인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 중자 제조용 금형의 상부 금형을 보인 저면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 중자 제조용 금형의 하부 금형을 보인 상면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 중자 제조용 금형을 보인 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 중자 제조용 금형을 이용하여 중자를 제조하는 모습을 보인 과정도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 중자 제조용 금형에 모래를 주입하는 모래 주입 장치를 보인 도면이다.
도 10은 도 9의 B-B 단면을 보인 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 B-B 단면의 실제 적용예를 보인 사진이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 모래 주입 장치의 실제 적용예를 보인 사진이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 중자 제조용 금형 및 모래 주입 장치를 이용하여 제조한 중자를 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 중자 제조용 금형 및 모래 주입 장치를 이용하여 제조한 중자에서 브로잉 기둥을 제거하기 전 모습을 보인 사시도이다.
도 1에 도시된 바에 의하면, 본 발명의 실시예에 의한 중자 제조용 금형을 이용하에 제조한 중자(100)는 차량용 디스크 주조용 중자이며, 원판형 본체(110)와 본체(110)의 상면에 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 형성된 브로잉 흔적부(120)를 포함한다. 중자(100)는 내부가 텅빈 주물을 만들 경우 주물 내부공간을 텅빈 상태로 유지하기 위하여 제작하며, 형틀 안쪽에 고정시켜 주는 코어(core) 이다.
중자(100)를 구성하는 원판형 본체(110)는 중심부(112), 내각부(113), 원판부(114), 허브부(115) 및 외각부(116)를 포함하는 형상으로 된다.
중심부(112)는 중심 부분을 관통하는 중심공(111)을 기준으로 제1열의 동심원을 형성하고, 내각부(113)는 중심부(112)의 외측에 이격되게 제2열의 동심원을 형성하고, 원판부(114)는 내각부(113)의 외측에 이격되게 제3열의 동심원을 형성하고, 허브부(115)는 원판부(114)의 외측에 이격되게 제4열의 동심원을 형성하고, 외각부(116)는 허브부(115)의 외측에 이격되게 제5열의 동심원을 형성한다.
원판형 본체(110)의 중심부(112)는 음각 형상이고, 내각부(113)는 양각 형상이며, 내각부(113)는 원판부(114)에 비해 더 돌출된 형상이다. 허브부(115)는 원판부(114)에서 단차지고 반경방향으로 가면서 하향 경사진 곡면형태로 형성된다.
중자(100)는 브로잉 흔적부(120)가 내각부(113)에 형성되고, 4개로 된다. 브로잉 흔적부(120)는 중자(100)를 제조할 때, 모래가 충진되는 구멍에 채워져 형성된 브로잉 기둥(130)을 제거하고 남은 흔적이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 중자(100)는 제조시 모래가 충진되는 구멍 형상에 대응되게 브로잉 기둥(130)이 형성되며, 이러한 중자(100)는 브로잉 기둥(130)을 제거하고 사용하는데, 브로잉 기둥(130)을 제거한 부분에 브로잉 흔적부(120)가 남게 된다.
브로잉 흔적부(120)는 브로잉 기둥(130)을 제거하는 과정에서 잔여 모래가 떨어지지 않아 불균일 돌부 형상으로 형성되고 그 표면이 매끄럽지 않다. 이러한 브로잉 흔적부(120)는 주물 제품의 품질에 영향을 미칠 수 있고 주물 제품 형상이 바뀔 수 있어 로스율에도 영향을 미친다. 따라서 브로잉 흔적부(120)가 최소로 되도록 중자(100)를 제조하는 것이 중요하다.
이를 위해, 중자(100)는 내각부(113) 부분에만 브로잉 기둥(130)이 형성되도록, 내각부(113)에 대응되는 부분에 모래가 충진되는 구멍이 위치되게 하여 중자(100)를 제조한다.
일 예로, 중자(100)는 내각부(113)뿐 아니라 외각부(116)에 대응되는 부분에도 모래가 충진되는 구멍을 위치시켜 중자(100)의 내각부(113)와 외각부(116)에 각각 브로잉 기둥(130)이 형성되게 제조할 수 있으나, 이 경우 모래의 충진 및 제조 시간에서는 효과적이나 브로잉 흔적부(120)가 외각부(116)에도 생기므로 주물 제품의 로스율에 더 큰 영향을 미치게 되어 바람직하지 않다.
따라서 실시예에서는 브로잉 기둥(130)이 중자(100)의 내각부(113)에만 형성되도록 중자(100)를 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 브로잉 기둥(130)이 균일한 간격을 두고 4개가 형성되도록 한 것은 모래의 균일 충진에 나쁜 영향을 최소화하면서 브로잉 흔적부(120)도 최소화하는 최적의 조건이다.
따라서 실시예는 중자(100)의 외각부(116)에 브로잉 흔적부(120)가 없다. 이를 위해 후술할 중자 제조용 금형(200)의 상부 금형(210)은 중자(100)의 외각부(116)에 해당하는 부분의 브로잉홀은 막은 형상을 채용한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 중자 제조용 금형 및 이를 이용한 중자 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 중자 제조용 금형의 상부 금형을 보인 저면도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 중자 제조용 금형의 하부 금형을 보인 상면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 중자 제조용 금형을 보인 단면도이고, 도 6 내지 도 8은 중자 제조용 금형을 이용하여 중자를 제조하는 모습을 보인 과정도이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바에 의하면, 중자(100)는 상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 형성하는 캐비티(C) 내에 모래를 충진한 다음 열과 압을 가하여 성형한다.
상부 금형(210)은 중자(100)의 상부면 형상과 대응되는 캐비티를 형성하고, 하부 금형(220)은 중자(100)의 하부면 형상과 대응되는 캐비티를 형성한다. 상부 금형(210)에는 상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 형성하는 캐비티(C)로 모래를 주입하기 위한 브로잉홀(230)이 형성된다. 브로잉홀(230)은 후술할 모래 주입 장치(300)의 주입홀(310)과 연통되어 모래를 공급받을 수 있다.
상부 금형(210)은 중자(100)의 외각부(116)의 브로잉위치부(117)에 대응되는 외각브로잉홀(213)이 더 형성될 수 있으나, 상부 금형(210)의 외각브로잉홀(213)은 차폐하여 중자(100)의 내각부(113)에 대응하는 브로잉홀(230)로만 모래를 주입할 수 있도록 한다.
중자(100)의 내각부(113)에 대응하는 브로잉홀(230)로만 모래를 주입하면 상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 형성하는 캐비티(C) 내에 주입되는 모래의 1회 주입량을 차폐된 외각브로잉홀(213)의 부피만큼 감소시키므로 모래의 소모량을 줄일 수 있고 이는 원가 절감에도 기여할 수 있다.
또한, 중자(100)의 외각부(116)에 브로잉 기둥(130)이 형성되지 않으므로 중자(100)의 외각부(116)의 형상을 축소하거나 다양한 형상으로 변경 가능하다.
참고로, 도면에서 중자(100)의 외각부(116)에 브로잉위치부(117)는 중자(100)의 외각부(116)에 형성한 외각브로잉홀(213)을 차폐한 재료의 형상으로 인해 생긴 원형 자국이다.
도 3을 참조하면, 상부 금형(210)은 제1 코어(c1), 제1 히팅부(211) 및 가이드핀(212)을 포함한다. 제1 코어(c1)는 중자(100)의 형상 일부를 구성한다. 제1 코어(c1)와 연통되게 브로잉홀(230)이 형성된다. 브로잉홀(230)은 모래가 주입되는 구멍이며, 브로잉홀(230)을 통해 제1 코어(c1)와 제2 코어(c2)가 형성하는 캐비티(C)에 모래가 주입된다. 제1 히팅부(211)는 상부 금형(210)에 열을 전달하며 히팅 파이프로 구성된다. 가이드핀(212)은 하부 금형(220)과 접합면인 상부 금형(210)의 네 모서리에서 하부로 돌출되게 형성된다.
도 4를 참조하면, 하부 금형(220)은 제2 코어(c2), 제2 히팅부(221), 가이드홈(222) 및 편차홈(223)을 포함한다. 제2 코어(c2)는 제1 코어(c1)와 형합하여 중자(100)의 형상에 대응되는 캐비티(C)를 형성한다. 제2 히팅부(221)는 하부 금형(220)에 열을 전달하며 히팅 파이프로 구성된다. 가이드홈(222)은 하부 금형(220)의 상부 금형(210)의 접합면인 네 모서리에 구비되고 가이드핀(212)이 삽입된다. 가이드핀(212)과 가이드홈(222)은 상부 금형(210)이 하부 금형(220)에 형합할 때 상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 형합 위치를 가이드하는 역할을 한다.
하부 금형(220)에서 편차홈(223)은 상부 금형(210)과의 접합면 중 적어도 일부에 요입 형성된다. 편차홈(223)은 하부 금형과 상부 금형의 갭(도 5의 도면부호 m)이 0.1mm~0.5mm가 되게 한다. 구체적으로, 편차홈(223)은 제2 코어(c2)의 외각 테두리와 이 외각 테두리의 상하좌우 중심에서 외측으로 연장되어 제2 코어(c2)와 외부를 연통시키는 홈 형상으로 된다. 이러한 편차홈(223)은 공기가 외부로 빠져나갈 수 있도록 유도하므로 금형 캐비티(C) 내에 모래의 충진이 용이하도록 한다.
중자(100)는 모래 입도가 40mesh~70mesh인 조건과 상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 합형시 접합면이 접합된 상태에서 열풍을 공급할 경우 공기가 외부로 빠져나가지 못하여 금형의 캐비티(C) 내에 모래가 100% 충진되지 못하는 현상이 발생할 수 있다. 따라서 상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 접합면을 0.1mm~0.5mm 정도로 편차 가공하여 공기가 외부로 빠져나갈 수 있도록 유도하여 금형 캐비티(C) 내에 모래의 충진이 용이할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상부 금형(210)은 가동측에 설치되어 하부 금형(220)에 대해 상하 이동 가능하고, 하부 금형(220)은 레일(R) 상에 설치되어 레일(R)을 따라 이동 가능하다. 하부 금형(220)이 레일(R)을 따라 이동 가능하도록 한 구성은 하부 금형(220)에 상부 금형(210)이 형합된 상태에서 모래 주입 장치(300) 또는 취출장치(400)로 이송하기 용이하도록 하기 위함이다.
한편, 도 5 내지 도 8 도시된 바에 의하면, 중자(100)는 상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 형성하는 캐비티(C) 내에 모래를 충진한 다음, 열과 압을 가하여 성형한다.
모래는 상부 금형(210)에 형성된 브로잉홀(230)을 통해 캐비티(C) 내에 충진하며, 브로잉홀(230)은 모래 주입 장치(300)와 연결되어 모래를 공급받는다. 상부 금형(210)에 형성한 브로잉홀(230)은 중자(100)의 내각부(113)에 형성된 브로잉 흔적부(120)와 대응된다.
상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 형성하는 캐비티(C) 내에 충진되는 모래는 작열감량이 3.0%~3.8%이고, 입도가 40mesh~70mesh, 바람직하게는 54~64mesh이며, 항절각도가 80~100kg/㎠인 것이 바람직하다.
상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 캐비티(C) 내에서 열과 압에 의해 성형된 중자 제품(100)은 상부 금형(210)에서 하부 금형(220)을 분리한 다음, 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)에 취출핀(411)을 삽입하여 취출한다.
구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 금형(210)과 하부 금형(220)은 상부 금형(210)이 하부 금형(220) 방향으로 이동하여 그 사이에 캐비티(C)를 형성한다. 다음으로, 상부 금형(210)과 하부 금형(220)은 모래 주입 장치(300)로 이송하여 모래를 공급받는다. 상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 모래 주입 장치(300)로의 이송은 레일(R) 상에 설치된 하부 금형(220)이 레일(R)을 따라 이송되어 수행될 수 있다.
상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 모래 주입 장치(300)의 하부로 이송되면, 모래 주입 장치(300)가 하강하여 상부 금형(210)의 상부면에 밀착된 다음, 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)로 모래를 주입하여 캐비티(C) 내에 모래를 충진하게 된다. 이를 위해 모래 주입 장치(300)에도 브로잉홀(230)에 대응되는 주입홀(310)이 형성된다.
실시예에서 모래 주입 장치(300)는 하부면이 상부 금형(210)의 상부면의 면적에 대응되며, 주입홀(310)의 위치도 브로잉홀(230)의 위치에 대응된다.
한편, 상부 금형(210)과 하부 금형(220)은 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)을 통해 모래를 공급받아 캐비티(C) 내에 모래를 충진한 다음 모래를 가열 소결한다. 이를 위해, 상부 금형(210)과 하부 금형(220)은 내부와 외부에 히팅코일 또는 히팅파이프가 설치된 이중 히팅방식의 구조로 되고, 캐비티(C)에 충진된 모래를 충진 소결시킴으로써 중자(100)를 일체형으로 성형한다.
상부 금형(210)과 하부 금형(220)은 270℃~330℃로 가열된 상태에서 60초~80초 동안 캐비티(C)에 충진된 모래를 가압 소결할 수 있다. 상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 캐비티(C)에 모래를 충진함과 동시에 가압 소결하는데, 모래의 충진은 열풍 분사를 통해 수행하며, 상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 서로 합형된 상태이므로 캐비티(C)의 내로 분사되는 열풍이 캐비티(C) 내에 충진된 모래를 가압하게 된다.
이때, 캐비티(C)에 충진된 모래의 가압을 위한 열풍 분사 압력은 3~7kg/㎠ 이고, 열풍 분사 시간은 2sec 이상이 된다. 캐비티(C)에 충진되고 가열 가압에 의해 소결된 중자(100)의 소성 두께는 5mm 이상이다.
또한, 이때, 하부 금형(220)에 편차홈(223)이 형성되므로, 상부 금형(210)의 중앙의 브로잉홀(230)을 통해서 모래를 주입하여도 모래를 주입하는 열풍의 공기가 편차홈(223)을 통해 캐비티(C)의 외각테두리를 순환하면서 금형 외부로 빠져나가게 되므로 캐비티(C) 내에 모래가 100% 충진될 수 있고, 중자 제품의 신뢰도가 높아지게 된다.
이후, 상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 캐비티(C)에 내에서 열과 압에 의해 성형된 중자 제품(100)은 취출장치(400)로 이송한다. 다음으로, 상부 금형(210)을 하부 금형(220)에서 분리하고, 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)에 취출핀(411)을 삽입하여 중자(100)를 취출한다(도 7 참조). 이 과정에서, 중자 제품(100)은 브로잉 기둥(130)이 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)에 위치한 상태이므로, 상부 금형(210)을 하부 금형(220)에서 분리하면 중자 제품(100)은 상부 금형(210)에 위치되어 상승하게 되고, 취출핀(411)을 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)에 삽입하면 중자 제품(100)이 상부 금형(210)의 하부로 취출된다.
그리고, 상부 금형(210)의 하부에는 이송레일(500)이 위치되어, 상부 금형(210)에서 취출된 중자(100)를 받아 설정된 위치로 이송시킬 수 있다. 이때, 이송레일(500)은 취출장치(400)의 취출핀(411)이 브로잉홀(230)에 삽입됨에 동시에 상부 금형(210)의 하부로 이동되어 상부 금형(210)에서 취출된 중자(100)를 받고, 중자(100)가 받아지면 원위치로 이동하여 중자(100)를 설정된 위치로 다시 이동시킬 수 있다.
상부 금형(210)에서 취출된 중자(100)는 브로잉 기둥(130)이 중앙의 내각부(113)에 형성된 상태이고, 이러한 브로잉 기둥(130)은 이송레일(500)로 낙하하는 과정에서 중자(100)로 부터 분리되거나, 이송레일(500)에 설치된 진동장치의 진동에 의해 중자(100)로부터 분리되고 제거될 수 있다.
상술한 본 발명은 모래 손실을 최소화할 수 있고, 모래 투입량의 제어가 가능하며, 브로잉 흔적부인 버(burr) 부위를 최소화할 수 있다. 이는 주물 제품의 품질에 영향을 미치는 요소를 최소화하여 주물 제품의 품질을 향상시킬 수 있도록 한다.
상술한 방법에 의해 제조된 중자는 브로잉 흔적부(120)가 0.5mm 이하가 되도록 제거하는 사상 과정을 수행하고, 불량 유무를 확인하기 위한 사상 검사를 수행한 다음 중자에 도형제를 코팅할 수 있다. 도형제는 주물 제작시 주물에서 중자의 분리를 용이하게 하기 위한 것이다.
한편, 중자 제조방법은 상부 금형(210)과 하부 금형(220)을 270℃~330℃의 온도범위로 가열하는 단계와, 상부 금형(210)을 하부 금형(220) 방향으로 이동하여 상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 사이에 캐비티(C)를 형성하는 단계와, 캐비티(C)를 형성한 상부 금형(210)과 하부 금형(220)을 모래 주입 장치(300)의 하부로 이송시키는 단계와, 모래 주입 장치(300)를 하강시켜 상부 금형(210)의 상부면에 모래 주입 장치(300)를 밀착시키는 단계와, 모래 주입 장치(300)의 모래를 열풍을 이용하여 주입홀(310)과 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)을 통해 캐비티(C)에 충진하는 단계와, 캐비티(C)에 충진된 모래를 열풍으로 가압하여 소결 성형하는 단계와, 상부 금형과 하부 금형(220)을 취출장치(400)의 하부로 이송시키는 단계와, 상부 금형(210)을 상승시켜 상부 금형(210)을 하부 금형(220)에서 분리시키는 단계와, 상부 금형(210)의 상부면에 취출장치(400)를 하강시켜 취출장치(400)의 취출핀(411)이 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)에 삽입되게 하는 단계와, 취출핀(411)의 브로잉홀(230) 삽입에 의해 상부 금형(210)에서 중자(100)를 취출시키는 단계를 포함한다. 상부 금형(210)에서 취출된 중자(100)는 이송레일(500)이 받아 설정위치로 이송시키는 단계를 수행할 수 있다.
특히, 중자 제조방법은 하부 금형(220)에 편차홈(223)을 형성하여 상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 합형시 상부 금형(210)과 하부 금형(220)의 사이에 0.1mm~0.5mm의 갭이 형성되게 한다. 이는 캐비티(C)에 모래를 충진 과정에서 공기가 캐비티(C)의 외각 테두리를 순환하여 외부로 배출되게 함으로써 캐비티(C) 내에 모래의 100% 충진이 가능하게 한다.
이하에서는 모래 주입 장치에 대해 자세히 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 중자 제조용 금형에 모래를 주입하는 모래 주입 장치를 보인 도면이고, 도 10은 도 9의 B-B 단면을 보인 도면이다.
도 6 및 도 9에 도시된 바에 의하면, 모래 주입 장치(300)는 하부 금형(220)과 상부 금형(210)이 형합된 상태에서, 상부 금형(210)의 상부면으로 하강하여 상부 금형(210)의 상부면에 밀착되고, 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)과 연통되어 상부 금형(210)과 하부 금형(220)이 형성하는 캐비티(C)에 모래를 주입한다.
모래 주입 장치(300)는 하부면에 주입홀(310)이 형성되며, 주입홀(310)은 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)과 대응된다.
모래 주입 장치(300)는 하부면의 주입홀(310)과 연통되는 투입관(320)을 포함한다.
투입관(320)과 주입홀(310)은 이격되고 그 사이에 투입공간(330)이 형성되어, 투입관(320)을 통해 공급된 모래와 열풍이 투입공간(330)을 통해 주입홀(310)으로 배출되고, 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)로 주입될 수 있다.
투입공간(330)은 투입관(320)에서 하부측으로 갈수록 점차적으로 넓어지는 형상으로 형성되어, 투입관(320)을 통해 투입공간(330)으로 투입된 모래가 주입홀(310)을 통해 상부 금형(210)의 브로잉홀(230)로 빠르고 원활하게 주입될 수 있다.
투입관(320)은 모래의 낭비가 없도록 모래 구멍과 공기 구멍을 분리한 구조로 된다.
구체적으로, 도 9 및 도 10에 도시된 바에 의하면, 투입관(320)은 모래가 투입되는 모래 투입관(321)과 모래 투입관(321)의 외경을 이격되게 감싸는 형상으로 되고 공기가 주입되는 공기 주입관(322)을 포함한다. 모래 투입관(321)은 모래 구멍에 해당하고, 공기 주입관(322)은 공기 구멍에 해당한다. 공기 구멍을 통해 상온의 공기 또는 열풍이 공급될 수 있으나, 열풍이 공급되는 것이 모래의 빠른 소결에 보다 유리하므로 열풍이 공급되는 것이 바람직하다.
모래 투입관(321)의 외경과 공기 주입관(322)의 내경 사이를 연결하는 하나 이상의 보강살(323)을 더 포함한다. 보강살(323)은 모래 투입관(321)과 일체로 형성되며, 공기 주입관(322)의 내면에 형성된 끼움돌기(324)에 끼워져 고정된다. 보강살(323)은 공기 주입관(322)의 내부에 모래 투입관(321)을 배치한 이중 구조의 관으로 형성하되 모래 투입관(321)이 공기 주입관(322)의 내측에서 안정적으로 위치되도록 하는 역할을 한다.
끼움돌기(324)는 공기 주입관(322)의 단부측에만 형성되어 모래 투입관(321)의 단부를 공기 주입관(322)과 이격되는 위치에 고정할 수 있다. 모래 투입관(321)으로 투입되는 모래의 입도는 40~70mesh인 것이 바람직하다.
공기 주입관(322)을 통해 열풍이 주입되고, 열풍은 3~7kg/sec의 압력으로 2sec 이상의 속도로 주입되는 것이 바람직하다.
모래 투입관(321)은 공기 주입관(322)에 비해 투입공간(330)으로 돌출된 길이가 더 긴 것이 바람직하다. 이는 모래 투입관(321)을 공기 주입관(322)에 비해 상대적으로 더 길게 형성하여 투입공간(330)에 투입되는 모래량을 조절하기 용이하도록 하기 위함이다.
모래가 투입되는 모래 투입관(321)과 공기 또는 열풍이 주입되는 공기 주입관(322)을 분리 형성하면, 하나의 구멍으로 모래와 열풍을 동시에 공급하는 경우 대비 금형의 캐비티에 모래의 미충전으로 인한 중자의 미형성 문제를 방지할 수 있다. 실험결과, 하나의 구멍으로 모래와 열풍을 동시에 공급하여 금형의 캐비티에 모래를 충진하는 경우 모래의 미충진 및 이로 인한 중자의 미형상 문제가 발생하였으나, 모래 투입관(321)과 공기 주입관(322)을 이중관으로 분리 형성하고, 모래 투입관(321)을 공기 주입관(322)에 비해 상대적으로 길게 형성한 경우 금형의 캐비티(C)에 모래의 미충전 문제가 방지되고 중자의 미형상 문제가 나타나지 않았다.
한편, 모래 주입 장치(300)는 일측에 투입실린더(350)가 장착된다. 투입실린더(350)는 모래 투입관(321)을 통해 모래를 일정량 투입하도록 동작하는 역할을 하며, 투입실린더(350)의 동작을 모래의 투입시간으로 제어하여 투입량을 제어할 수 있다. 일 예로, 투입실린더(350)의 동작 시간을 제어하는 타이머(360)를 포함하여, 모래의 투입시간을 제어하여 투입량을 제어할 수 있다. 이는 조작판넬에서 투입실린더(350)의 동작시간을 제어하는 타이머의 동작을 설정하는 것으로 수행될 수 있다.
모래의 투입 동작을 가능하게 하는 투입실린더(350)와 모래의 투입시간으로 모래의 투입량을 제어하는 타이머(360)를 구비하는 경우, 모래의 투입량을 정확하게 제어할 수 있어 모래의 낭비가 없도록 하는 것이 가능하여 생산 단가를 절약할 수 있는 이점이 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 의한 B-B 단면의 실제 적용예를 보인 사진이고, 도 12는 본 발명의 실시예에 의한 모래 주입 장치의 실제 적용예를 보인 사진이다.
도 11에 도시된 바에 의하면, 모래 투입 장치(300)는 모래 투입관(321)과 공기 주입관(322)이 분리된 것이 확인되며, 모래 투입관(321)이 공기 주입관(322)의 내측의 끼움돌기(324)에 결합된 보강살(323)에 의해 이격되게 위치될 수 있고, 모래 투입관(321)은 공기 주입관(322)에 비해 상대적으로 더 길게 형성됨이 확인된다.
또한, 도 12에 도시된 바에 의하면, 모래 투입 장치(300)는 투입실린더(①)의 부착으로 모래의 투입량을 제어할 수 있으며, 조작판넬(②)에서 모래의 투입량을 시간으로 설정할 수 있으며, 설정된 투입시간만큼 투입실린더(350)를 동작시키는 것에서 모래의 투입량이 제어될 수 있다.
상술한 모래 투입 장치(300)는 모래 구멍인 모래 투입관(321)과 공기 구멍인 공기 주입관(322)이 분리 형성되어 금형 캐비티(C) 내에 모래의 충진이 용이하며, 투입실린더(350)와 타이머(360)가 더 구비되어 모래의 투입량을 투입시간으로 제어하므로 모래의 낭비를 방지할 수 있어 보다 효율적으로 신뢰성이 높은 중자 제품을 제조할 수 있도록 하는 이점이 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 해당 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100: 중자 110: 본체
111: 중심공 112: 중심부
113: 내각부 114: 원판부
115: 허브부 116: 외각부
120: 브로잉 흔적부 130: 브로잉 기둥
200: 금형 210: 상부 금형
211: 제1 히팅부 212: 가이드핀
220: 하부 금형 221: 제2 히팅부
222: 가이드홈 223: 편차홈
230: 브로잉홀 300: 모래 주입 장치
310: 주입홀 320: 투입관
321: 모래 투입관 322: 공기 주입관
323: 보강살 324: 끼움돌기
330: 투입공간 350: 투입실린더
360: 타이머 400: 취출장치
411: 취출핀 C: 캐비티
c1: 제1 코어 c2: 제2 코어
R: 레일 500: 이송레일

Claims (2)

  1. 모래 주입 장치에 있어서,
    하부 금형과 상부 금형이 형합된 상태에서, 상기 상부 금형의 상부면으로 하강하여 상기 상부 금형의 상부면에 밀착되고, 상기 상부 금형의 브로잉홀과 연통되어 상기 상부 금형과 상기 하부 금형이 형성하는 캐비티에 모래를 주입하는 주입홀이 형성되며,
    상기 주입홀과 연통되는 투입관을 포함하고,
    상기 투입관은,
    모래가 투입되는 모래 투입관과,
    상기 모래 투입관의 외경을 이격되게 감싸는 형상으로 되고 공기가 주입되는 공기 주입관을 포함하고,
    상기 모래 투입관의 외경과 상기 공기 주입관의 내경 사이를 연결하는 하나 이상의 보강살을 더 포함하며,
    상기 모래 투입관과 상기 보강살을 일체로 형성되고,
    상기 보강살은 상기 공기 주입관의 내면에 형성된 끼움돌기에 끼워져 고정되며,
    상기 모래 투입관으로 투입되는 모래의 입도는 40~70mesh이고,
    상기 공기 주입관을 통해 열풍이 주입되고,
    상기 열풍은 3~7kg/sec의 압력으로 2sec 이상의 속도로 주입되며,
    상기 모래 주입 장치의 일측에 부착되어 상기 모래 투입관을 통해 모래를 투입하도록 동작하는 투입실린더와,
    상기 투입실린더의 동작을 모래의 투입시간으로 제어하여 투입량을 제어하는 타이머를 더 포함하며,
    상기 투입관과 상기 주입홀은 이격되고 그 사이에 투입공간이 형성되어,
    상기 투입관을 통해 공급된 모래와 열풍이 상기 투입공간을 통해 상기 주입홀으로 공급되고 상기 상부 금형의 브로잉홀로 주입되며,
    상기 모래 투입관은 상기 공기 주입관에 비해 상기 투입공간으로 더 돌출되어 있는,
    모래 주입 장치.
  2. 삭제
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