KR102399620B1 - 다이캐스팅용 로봇 암 - Google Patents

다이캐스팅용 로봇 암 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른, 다이캐스팅용 로봇 암은 다이캐스팅 주물을 클램핑하여 이송시키는 로봇 암에 있어서, 복수의 관절을 갖는 암부; 상기 암부의 일단에 설치되어 상기 다이캐스팅 주물을 클램핑하는 핸드부; 및 상기 다이캐스팅 주물의 표면에 냉각수를 분사할 수 있도록, 상기 핸드부에 설치된 복수의 냉각 노즐을 포함하되, 상기 복수의 냉각 노즐은 개별적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 냉각부;를 포함한다.

Description

다이캐스팅용 로봇 암{ROBOT ARM FOR DIE CASTING}
본 발명은 다이캐스팅 주물을 추출 및 이송시키는 로봇 암에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 금형으로부터 다이캐스팅 주물을 추출하여 이송시키는 과정에서 부분적으로 냉각시켜 제조된 다이캐스팅 주물의 변형을 방지하면서 강도를 향상시킬 수 있는 다이캐스팅용 로봇 암에 관한 것이다.
일반적으로 다이캐스팅(Die Casting)은 다이 주조라고도 하며, 필요한 주조형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계 가공된 강제(鋼製)의 금형(金型)에 용융금속을 주입하여 금형과 똑같은 주물을 얻는 정밀 주조 방법의 하나로서, 다이캐스팅으로 제조된 제품을 다이캐스팅 주물이라 한다.
다이캐스팅 주물은 치수가 정확하고 기계적 성질이 우수하며, 대량생산이 가능한 장점을 가지고 있어 자동차 부품 제조 등에 주로 사용되고 있으며, 다이캐스팅에 이용되는 금속으로는 아연, 알루미늄, 주석, 구리 마그네슘 등의 합금이 주로 사용된다.
특히, 최근 차량의 경량화 추세에 따라 알루미늄 합금을 이용한 다이캐스팅 주물의 사용량이 증가되고 있다.
알루미늄 합금을 다이캐스팅하여 제조되는 5㎜ 이하의 얇은 두께를 갖는 자동차 부품은 금형에서 빠른 냉각이 가능하여 추가적인 열처리 공정이 없이도 높은 강도를 갖는 장점이 있다.
그러나 10㎜ 이상, 특히 20㎜ 내외의 두꺼운 두께를 갖는 부품 제조시, 금형에서 충분히 냉각되지 못한 상태로 추출됨에 따라 5㎜ 이하의 두께를 갖는 부품에 비하여 상대적으로 강도가 저하되는 문제점을 가지고 있었다.
이에, 다이캐스팅 주물의 후육부 강도를 향상시키기 위해 다이캐스팅 후 금형에서 추출한 다이캐스팅 주물을 수조에서 급냉시킨 후 시효 열처리를 실시하는 방법이 개발되었다.
그러나 상기와 같은 방법은 다이캐스팅 주물 전체를 냉각시키게 되는 바, 냉각 과정에서 다이캐스팅 주물의 뒤틀림 등 결함을 유발하는 문제점을 가지고 있었다.
도 1은 주철 재질의 인서트를 삽입하여 주조된 다이캐스팅 주물의 크랙 발생을 보여주는 사진이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 주철 등 이종 재질의 인서트(insert)를 삽입하여 일체로 주조하는 경우, 알루미늄 합금과 주철의 열팽창 차이로 인한 잔류 응력이 발생되거나, 인서트가 파손되는 문제점을 가지고 있었다.
KR 10-1431310 (2014. 08. 11.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 10㎜ 이상 두께의 후육부를 갖는 알루미늄 합금 재질의 다이캐스팅 주물 제조시 부분적으로 냉각하여 제조되는 다이캐스팅 주물의 강도를 향상시킬 수 있는 다이캐스팅용 로봇 암을 제공한다.
특히, 이종재질의 인서트가 삽입된 다이캐스팅 주물 제조시, 크랙 등 결함을 방지할 수 있는 다이캐스팅용 로봇 암을 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른, 다이캐스팅용 로봇 암은 다이캐스팅 주물을 클램핑하여 이송시키는 로봇 암에 있어서, 복수의 관절을 갖는 암부; 상기 암부의 일단에 설치되어 상기 다이캐스팅 주물을 클램핑하는 핸드부; 및 상기 다이캐스팅 주물의 표면에 냉각수를 분사할 수 있도록, 상기 핸드부에 설치된 복수의 냉각 노즐을 포함하되, 상기 복수의 냉각 노즐은 개별적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 냉각부;를 포함한다.
상기 냉각부는, 상기 핸드부의 온도를 조절하도록, 상기 핸드부 내부에 설치되어 냉각수가 유동되는 메인 냉각유로; 및 상기 메인 냉각유로에서 분기되어 각각의 상기 냉각 노즐에 연결된 복수의 분기 냉각유로;를 더 포함할 수 있다.
상기 메인 냉각유로는, 상기 핸드부 내부에 폭 방향으로 지그재그 형상으로 설치된 것이 바람직하다.
상기 메인 냉각유로는, 상기 핸드부 작동에 대응하여 가변될 수 있도록, 플랙시블(Flexible)한 재질로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
보다 바람직하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅용 로봇 암은 상기 메인 냉각유로와 연결되어 냉각수를 공급하는 냉각 탱크;를 더 포함할 수 있다.
상기 다이캐스팅 주물은, 두께가 10㎜ 이상인 후육부가 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 냉각부는, 상기 후육부에 냉각수를 분사하도록 상기 복수의 냉각 노즐을 개폐하는 것이 바람직하다.
각각의 상기 냉각 노즐은, 상기 후육부 방향으로 냉각수를 분사할 수 있도록, 상기 핸드부에 회동 가능하게 설치된 것이 바람직하다.
또한, 각각의 상기 냉각 노즐은, 분사되는 냉각수 유량을 조절할 수 있도록 개폐 정도가 가변되는 것을 특징으로 할 수 잇다.
본 발명의 실시예에 따르면, 10㎜ 이상의 두께를 갖는 후육부 부위만을 급냉시킴으로써, 결함을 방지하면서 강도를 향상시켜 제조되는 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 별도의 냉각 공정을 생략할 수 있어 제조시간을 단축시킬 수 있으며, 나아가 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 주철 재질의 인서트를 삽입하여 주조된 다이캐스팅 주물의 크랙 발생을 보여주는 사진이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅용 로봇 암을 보여주는 사시도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드부를 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅용 로봇 암을 이용하여 제조된 실시예 및 비교예들의 강도를 측정하여 나타낸 표이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅용 로봇 암을 보여주는 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핸드부를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅용 로봇 암은 복수의 관절을 갖는 암부(100)와 암부(100)의 일단에 설치되어 다이캐스팅 주물을 클램핑 하는 핸드부(200) 및 핸드부(200)에 설치되어 냉각수를 분사하는 냉각부(300)를 포함한다.
암부(100)는 핸드부(200)를 이용하여 클램핑한 다이캐스팅 주물을 원하는 장소로 이동시킬 수 있도록, 복수의 관절을 갖는 것이 바람직하다.
핸드부(200)는 암부(100)의 일단에 설치되며 다양한 크기를 갖는 고온의 다이캐스팅 주물을 클램핑 할 수 있도록, 다이캐스팅 주물과 접촉되는 복수의 핑거는 그 폭이 가변될 수 있도록 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각부(300)는 핸드부(200)에 클램핑된 다이캐스팅 주물의 표면에 냉각수를 분사하여 냉각시킬 수 있도록 핸드부(200)에 설치된다.
보다 구체적으로, 냉각부(300)는 다이캐스팅 주물의 표면에 냉각수를 분사하는 복수의 냉각 노즐(310)와 냉각수가 유동되는 메인 냉각유로(320) 및 메인 냉각유로(320)에서 분기되어 각각의 냉각 노즐(310)에 연결되는 복수의 분기 냉각유로(330)로 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅용 로봇 암은 냉각 노즐(310)에서 분사되는 냉각수가 저장되는 냉각 탱크(400)를 더 포함할 수 있으며, 메인 냉각유로(320)가 냉각 탱크(400)에 연결되어 펌프 등을 통해 냉각 탱크(400)로부터 냉각수를 공급된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 메인 냉각유로(320)는 지그재그 형상을 갖도록 핸드부 내부에 설치되는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 핸드부(200)와 메인 냉각유로(320)의 접촉면적을 증가시킴으로써 고온의 다이캐스팅 주물을 클램핑 함에 따라 상승된 핸드부(200)와 메인 냉각유로(320) 간 열교환을 원활히 함으로서, 핸드부(200)의 온도를 낮춰 핸드부(200)의 오작동 및 변형을 방지할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 메인 냉각유로(320)는 예를 들어 고무관과 같은 플랙시블(Flexible)한 재질로 형성되는 것이 바람직한데, 그 이유는, 복수의 핑거가 그 사이 폭을 가변시키면서 다이캐스팅 주물을 클램핑 하는 과정에서 크랙 및 단절 등 파손발생을 최소화할 수 있기 때문이다.
또한, 메인 냉각유로(320)는 각각의 핑거의 작동에 대응되도록 각각의 핑거로 분기되는 지점은 그 길이가 가변될 수 있는 주름관 형태로 제공될 수 있다.
바람직하게, 본 발명은 두께가 10㎜ 이상인 후육부를 갖는 다이캐스팅 주물을 클램핑하여 이송시키는 과정에서 금형 내에서 충분히 냉각되지 못하는 후육부에만 냉각수를 분사하여 다이캐스팅 주물의 부분냉각을 가능하게 한 것을 특징으로 할 수 있다.
이에, 상기와 같이 마련된 메인 냉각유로(320)에서 각각의 냉각 노즐(310)로 분기되는 각각의 분기 냉각유로(330)는 그 내부를 개폐하는 개폐밸브를 더 포함하여 금형에서 추출된 다이캐스팅 주물에서 냉각시키고자 하는 부위 즉, 후육부 방향으로 냉각수를 분사하는 냉각 노즐(310)과 연결된 분기 냉각유로(330)의 개폐밸브만 오픈 함으로써, 각각의 냉각 노즐(310)의 작동을 개별적으로 제어하여 후육부만 냉각시킬 수 있다.
복수의 냉각 노즐(310)은 다이캐스팅 주물의 형상 등 제조 조건 등에 따라 전체가 일체로 연결되어 일괄로 개폐가 제어되도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 냉각 노즐(310)은 다양한 형태를 갖는 다이캐스팅 주물의 형상에 대응하여 후육부 방향으로 냉각수를 분사할 수 있도록, 회동부에 볼 조인트 등을 매개로 회동 가능하게 설치될 수 있다.
이에, 복수의 냉각 노즐(310)에서 분사되는 냉각수를 후육부 방향으로 집중시킴으로써 다이캐스팅 주물의 후육부 냉각 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 냉각 노즐(310)에서 분사되는 냉각수가 후육부에 닿지 않는 경우 각각의 냉각 노즐(310)의 분사 방향을 조절하여 후육부에 냉각수를 분사하여 후육부의 냉각을 원활히 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 각각의 냉각 노즐(310)은 개폐 정도가 가변될 수 있어 각각의 냉각 노즐(310)에서 분사되는 냉각수 유량을 개별적으로 조절하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 후육부에 냉각수를 분사하는 냉각 노즐(310)에서 분사되는 냉각수 유량을 후육부 이외의 부위로 냉각수를 분사하는 냉각 노즐(310)에 비하여 많게 제어하여 후육부의 냉각 효율을 향상시킬 수 있기 때문이다.
이에, 알루미늄 합금 재질로 제조된 다이캐스팅 주물의 후육부를 급냉시킴으로써, 후육부에 강화상이 석출되도록 유도함으로써 제조되는 다이캐스팅 주물의 강도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅용 로봇 암을 이용하여 제조된 실시예와 및 비교예들의 강도를 측정하여 나타낸 표이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 급냉 처리를 실시하지 않은 비교예 1의 다이캐스팅 주물의 강도에 비하여 수조를 이용하여 급냉 처리를 실시한 비교예 2의 인장강도 및 항복강도가 증가됨을 알 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 다이캐스팅용 로봇 암을 이용하여 후육부가 부분 냉각되어 제조된 다이캐스팅 주물은 비교예 2에 비해 인장강도 및 항복강도가 약 5%가량 향상되었으며, 비교예 1에 비해서는 약 19% 가량 향상됨을 알 수 있다.
이는, 종래 수조에 담긴 냉각수에 침수시켜 냉각시킨 비교예 2에 비하여 냉각 속도가 10~30초 정도 단축됨으로써, 후육부 조직 내에 알루미늄 합금의 강화상인 구리(Cu)와 마그네슘(Mg)을 더 많이 고용시켜 Al2Cu 및 Mg2Si 등의 강화상 생성을 극대화함으로써, 후육부의 강도를 향상되었기 때문이다.
또한, 후육부를 갖는 다이캐스팅 주물 냉각시 소모되는 냉각수의 양을 절반수준으로 감소시킬 수 있으며, 냉각을 위한 수조 등 냉각 설비를 별도로 구비할 필요가 없어 시설 투자비 및 제조원가를 절감시킬 수 있고, 제조시간이 단축됨에 따라 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 암부 200: 핸드부
300: 냉각부 310: 냉각 노즐
320: 메인 냉각유로 330: 분기 냉각유로
400: 냉각 탱크

Claims (9)

  1. 다이캐스팅 주물을 클램핑하여 이송시키는 로봇 암에 있어서,
    복수의 관절을 갖는 암부;
    상기 암부의 일단에 설치되어 상기 다이캐스팅 주물을 클램핑하는 핸드부; 및
    상기 다이캐스팅 주물의 표면에 냉각수를 분사할 수 있도록, 다이캐스팅 주물을 클램핑하는 핸드부에 설치된 복수의 냉각 노즐을 포함하되, 상기 복수의 냉각 노즐은 개별적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 냉각부;를 포함하고,
    상기 냉각부는,
    상기 핸드부 내부에 설치되어 냉각수가 유동되는 메인 냉각유로;를 더 포함하되, 상기 메인 냉각유로는 핸드부 내부에 폭 방향으로 지그재그 형상으로 설치됨으로써, 핸드부와 메인 냉각유로의 접촉면적을 증가시켜 핸드부와 메인 냉각유로 간 열교환을 원활하게 하도록 구성하며,
    각각의 냉각 노즐은,
    상기 다이캐스팅 주물에 일정 두께 이상으로 형성된 후육부 방향으로 냉각수를 분사할 수 있도록, 상기 핸드부에 회동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는, 다이캐스팅용 로봇 암.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각부는,
    상기 메인 냉각유로에서 분기되어 각각의 상기 냉각 노즐에 연결된 복수의 분기 냉각유로;를 더 포함하는, 다이캐스팅용 로봇 암.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인 냉각유로는,
    상기 핸드부 작동에 대응하여 가변될 수 있도록, 플랙시블(Flexible)한 재질로 형성된 것을 특징으로 하는, 다이캐스팅용 로봇 암.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 메인 냉각유로와 연결되어 냉각수를 공급하는 냉각 탱크;를 더 포함하는, 다이캐스팅용 로봇 암.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 다이캐스팅 주물은,
    두께가 10㎜ 이상인 후육부가 형성된 것을 특징으로 하는, 다이캐스팅용 로봇 암.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 냉각부는,
    상기 후육부에 냉각수를 분사하도록, 상기 복수의 냉각 노즐을 개폐하는 것을 특징으로 하는, 다이캐스팅용 로봇 암.
  8. 삭제
  9. 청구항 7에 있어서,
    각각의 상기 냉각 노즐은,
    분사되는 냉각수 유량을 조절할 수 있도록 개폐 정도가 가변되는 것을 특징으로 하는, 다이캐스팅용 로봇 암.
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