KR102430293B1 - 컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템 - Google Patents

컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템은 컵-디퍼런셜 케이스를 공급하는 공급부; 상기 컵-디퍼런셜 케이스의 내면 열처리를 위한 내면열처리부; 상기 컵-디퍼런셜 케이스의 외면 열처리를 위한 외면열처리부; 상기 컵-디퍼런셜 케이스를 방청유에 침지하는 방청처리부; 상기 컵-다퍼런셜 케이스를 배출하는 배출부; 및 상기 공급부, 내면열처리부, 외면열처리부, 방청처리부 및 배출부로 상기 컵-디퍼런셜 케이스를 단계적으로 이송시키는 이송부;를 포함하고, 상기 이송부는 길이 방향의 레일; 및 상기 레일상의 일정 구간을 수평 이동 및 승강 이동 하는 다수개의 트랜스퍼암척;을 포함하며, 상기 트랜스퍼암척은 상기 공급부와 상기 내면열처리부 사이 구간을 수평 이동하는 제1척; 상기 내면열처리부와 상기 외면열처리부 사이 구간을 수평 이동하는 제2척; 상기 외면열처리부와 상기 방청처리부 사이 구간을 수평 이동하는 제3척; 및 상기 방청처리부에서 상기 배출부 사이 구간을 수평 이동하는 제4척;을 포함하고, 상기 제1척, 제2척, 제3척 및 제4척은 이격 거리가 유지된 상태로 수평 이동 및 승강 이동을 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다.

Description

컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템 {A CUP-DIFFERENTIAL CASE INNER AND OUTER INDUCTION HARDENING SYSTEM}
본 발명은 컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 컵-디퍼런셜 케이스의 내면 및 외면 고주파 열처리 작업 공정이 연속적으로 수행되도록 전라인 자동화 설비 시스템으로 구성되어 컵-디퍼런셜 케이스의 정밀도를 높여 균일한 품질을 유지할 뿐 아니라 관리비를 절감시켜 경제적인 컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 컵-디퍼런셜 케이스는 내부에 차륜기어가 내장되는 하우징으로 자동차의 동력원에서 발생되는 회전력을 자동차의 방향 전환에 대응하여 차륜에 분배 전달하는 자동차의 동력을 전달하는 차동기의 한 부품이다.
이러한 컵-디퍼런셜 케이스는 주물로 제작되므로 취성에 약하며, 입력축이 연결되는 부분에는 고정되어 있는 컵-디퍼런셜 케이스에 대해 상대적으로 입력축이 회전을 요함에 따라 내구성이 요구되는 부품으로 회전 마모에 대한 내구성을 만족할 수 있도록 표면 경도를 증대하기 위해서 고주파 열처리가 필수적이다.
한편, 상기 컵-디퍼런셜 케이스의 고주파 열처리를 위해 기존에 다양한 고주파 열처리 장치가 사용되고 있으나, 고주파 열처리 공정은 수작업으로 이루짐에 따라 생산성이 떨어지고 인건비 비중이 높으며 별도로 전수검사공정이 제공되지 않아 불량률이 증가되는 문제점이 있다.
즉, 종래의 컵-디퍼런셜 케이스의 열처리 공정을 살펴보면 컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 부를 별도의 공정으로 수행하고, 내면 열처리 공정을 마치면 작업자의 수작업에 의해 외면 열처리기로 이송시켜 외면 열처리 공정을 수행하게 되는데 이러한 공정은 이동 시간이 많이 걸려 생산성이 떨어지는 문제점이 있을 뿐 아니라 작업자의 숙련도나 작업 시간에 따라 열처리 부품의 정밀도가 달라져 품질의 편차가 발생하며, 공정누락, 균열, 유효 경화층 깊이 불량 및 열처리패턴 불일치등의 불량이 빈번하게 발생하게 된다.
이러한 문제점을 해결하고자 특허문헌 1이 제안되었으나, 작업자가 팔레트에 샤프트를 수작업으로 거치해야 하는 번거로움이 있으므로 작업의 효율성 및 생산성이 저하되며, 인건비가 증가되는 문제점이 있다.
따라서, 고주파 열처리 공정을 내ㆍ외면이 연속적으로 수행되는 자동화 고주파 열처리 공정으로 개선함으로써, 시간당 생산량을 증가 시키고 공정 누락, 열처리구간 불일치, 국부용융, 균열, 경화층 조직 불량, 경화층 경도 초과 및 미달, 유효 경화층 깊이 초과 및 미달 등 작업자의 실수로 인한 불량을 방지할 뿐 아니라 작업 인원 감소에 따른 인건비 절감 효과를 볼 수 있도록 하는 컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템의 개발이 요구되고 있다.
[특허 문헌] KR 10-2065757호 (등록일자 2020년 01월 07일)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 공급부, 내면열처리부, 외면열처리부, 방청처리부 및 배출부로 컵-디퍼런셜 케이스를 단계적으로 이송시키는 이송부를 포함하여 내면열처리 공정 후 외면열처리 공정이 연속적으로 수행되는 자동화 고주파 열처리 시스템으로 구성됨으로써, 시간당 생산량을 증가 시키고 작업자의 실수로 인한 불량을 방지할 뿐 아니라 작업 인원 감소에 따른 인건비 절감 효과를 볼 수 있도록 하는 컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템은 컵-디퍼런셜 케이스를 공급하는 공급부; 상기 컵-디퍼런셜 케이스의 내면 열처리를 위한 내면열처리부; 상기 컵-디퍼런셜 케이스의 외면 열처리를 위한 외면열처리부; 상기 컵-디퍼런셜 케이스를 방청유에 침지하는 방청처리부; 상기 컵-다퍼런셜 케이스를 배출하는 배출부; 및 상기 공급부, 내면열처리부, 외면열처리부, 방청처리부 및 배출부로 상기 컵-디퍼런셜 케이스를 단계적으로 이송시키는 이송부;를 포함하고, 상기 이송부는 길이 방향의 레일; 및 상기 레일상의 일정 구간을 수평 이동 및 승강 이동 하는 다수개의 트랜스퍼암척;을 포함하며, 상기 트랜스퍼암척은 상기 공급부와 상기 내면열처리부 사이 구간을 수평 이동하는 제1척; 상기 내면열처리부와 상기 외면열처리부 사이 구간을 수평 이동하는 제2척; 상기 외면열처리부와 상기 방청처리부 사이 구간을 수평 이동하는 제3척; 및 상기 방청처리부에서 상기 배출부 사이 구간을 수평 이동하는 제4척;을 포함하고, 상기 제1척, 제2척, 제3척 및 제4척은 이격 거리가 유지된 상태로 수평 이동 및 승강 이동을 동시에 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 내면열처리부는 원주를 따라 이격 배치되는 4개의 제1거치부재를 포함하고, 일정 각도 회전하는 제1턴테이블; 및 상기 제1턴테이블 상측에 배치되고 승강 이동하는 내면열처리지그;를 포함하고, 상기 내면열처리지그는 상기 컵-디퍼런셜 케이스에 관통 삽입되어 상기 컵-디퍼런셜 케이스의 내면을 고주파 가열하는 이동식 내면유도코일; 및 냉각수가 토출되는 다수개의 제1냉각수노즐;을 포함하며, 상기 외면열처리부는 원주를 따라 이격 배치되는 4개의 제2거치부재를 포함하고, 일정 각도 회전하는 제2턴테이블; 및 상기 제2턴테이블 상측에 배치되고 승강 이동하는 외면열처리지그;를 포함하고, 상기 외면열처리지그는 상기 컵-디퍼런셜 케이스의 외면에 대응되는 링 형상으로 구성되어 상기 컵-디퍼런셜 케이스의 외면을 고주파 가열하는 고정식 외면유도코일; 및 냉각수가 토출되는 다수개의 제2냉각수노즐;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 내면열처리지그는 고주파 발진용량이 100kW이고, 주파수는 100kHz이며, 출력이 6.3이고, 내면유도코일의 하강거리는 85mm, 내면유도코일의 하강속도는 70mm/sec, 내면유도코일의 상승지연시간은 0.3sec, 내면유도코일의 상승속도 25mm/sec, 냉각시간 1sec로 고주파 열처리 조건이 제공되고, 상기 외면열처리지그는 고주파 발진용량이 100kW이고, 주파수는 100kHz이며, 출력이 8.0이고, 외면유도코일의 하강거리는 64mm, 내면유도코일의 하강속도는 70mm/sec, 내면유도코일의 가열지연시간은 0.2sec, 내면유도코일의 가열시간 2.7sec, 냉각시간 5sec로 고주파 열처리 조건이 제공되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템에 의하면, 공급부, 내면열처리부, 외면열처리부, 방청처리부 및 배출부로 컵-디퍼런셜 케이스를 단계적으로 이송시키는 이송부를 포함하여 내면열처리 공정 후 외면열처리 공정이 연속적으로 수행되는 자동화 고주파 열처리 시스템으로 구성됨으로써, 시간당 생산량을 증가 시키고 작업자의 실수로 인한 불량을 방지할 뿐 아니라 작업 인원 감소에 따른 인건비 절감 효과를 볼 수 있도록 하는 효과가 있다.
아울러, 컵-디퍼런셜 케이스의 내면 열처리 공정 후 외면 열처리 공정을 수행할 수 있어 종래에 비해 내구성이 향상되는 효과를 볼 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 컵-디퍼런셜 케이스의 전반적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 내면열처리부의 전반적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 외면열처리부의 전반적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 외면열처리지그의 세부적인 구성을 나타내는 일부 확대도이다.
도 5는 본 발명에 따른 내면열처리지그의 세부적인 구성을 나타내는 일부 확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 컵-디퍼런셜 케이스의 전반적인 구성을 나타내는 구성도이다.
본 발명에 따른 컵-디퍼런셜 케이스 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 공급부(100), 내면열처리부(200), 외면열처리부(300), 방청처리부(400), 배출부(500), 이송부(600) 및 제어부(700)를 포함할 수 있다.
상기 공급부(100)는 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 공급하도록 구비된다.
구체적으로, 상기 공급부(100)는 열처리하고자 하는 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 공급하는 길이 방향의 컨베이어 밸트로 구성되어 올려진 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 상기 내면열처리부(200)로 투입되는 위치까지 정확하게 이송한 후 멈출 수 있도록 선단에 V자형의 스톱퍼(Stopper)(미도시)와 센서(미도시)를 부착하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 공급부(100)는 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 상기 내면열처리부(200)로 이동하면 컨베이어가 작동을 멈추고 정지할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 공급부(100)는 이송 속도 및 높이를 조정하도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 내면열처리부의 전반적인 구성을 나타내는 구성도이다.
본 발명에 따른 내면열처리부(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 내면 열처리를 위하여 구성된다.
구체적으로, 상기 내면열처리부(200)는 후술할 제1척(621)에 의해 공급부(100)에서 이송된 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 내면의 고주파 열처리를 위한 구성으로, 원주를 따라 이격 배치되는 4개의 제1거치부재(211)를 포함하고 간혈적으로 일정 각도 회전하는 제1턴테이블(210) 및 상기 제1턴테이블(210) 상측에 배치되고 상승 및 하강하여 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 내면의 열처리를 수행하는 내면열처리지그(220)를 포함할 수 있다.
상기 제1턴테이블(210)은 4등분 분할된 인덱스를 사용하여 공급부분의 제1위치, 고주파 열처리를 위한 제2위치, 배출부분의 제3위치, 공급대기를 위한 제4위치로 분할하여 각각의 위치에 제1거치부재(211)를 설치하고 상기 제1거치부재(211)에 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 장입하도록 구성된다.
구체적으로, 상기 제1턴테이블(210)은 4개로 분할된 제1위치, 제2위치, 제3위치 및 제4위치 각각에 제1거치부재(211)를 구비하고 정확하게 90°씩 반 시계 방향으로 회전한 후 정지하고 회전 속도를 36∼46°/Sec로 조정할 수 있도록 한다.
따라서, 상기 제1턴테이블(210)은 상기 제1척(621)에 의해 장입된 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 제1위치의 제1거치부재(211)에 배치되면 반시계방향으로 90°회전하여 고주파 열처리를 위한 제2위치로 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 배치되고 이 때 제2위치 상측에 구비된 상기 내면열처리지그(220)가 하강하여 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 내면 열처리 과정이 수행된 후 다시 90°회전하여 제3위치로 컵-디스펜셜 케이스(10)가 이송되면 후술할 제2척(622)이 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 취출하여 상기 외면열처리부(300)로 이송시킬 수 있도록 한다.
또한, 상기 제1거치부재(211)는 고주파 열처리시 균일 가열을 위하여 삽입된 컵-디퍼런셜 케이스를 고정하고 회전시킬 수 있도록 구성되며, 회전시 편심이 생기지 않도록 정밀하게 가공됨이 바람직할 수 있다.
상기 제1거치부재(211)가 정밀하지 않게 가공될 경우 열처리 도중 변형이 발생하기 쉽고 코일 접촉에 의해 국부적으로 컵-디퍼런셜 케이스가 녹는 불량이 다수 발생하게 된다.
따라서, 상기 제1거치부재(211)는 하단에 상기 제1거치부재(211)를 회전시키는 회전장치(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 회전장치는 공지의 것을 제한 없이 적용 실시할 수 있다.
또한, 상기 회전장치(미도시)는 외주면에 밸트가 커버되어 회전하도록 구성되는 밸트식 회전 구조로, 회전시 충격에 대한 완충력이 작용하여 흔들림이 완화되고 편심이 발생하지 않도록 구성된다.
도 5는 본 발명에 따른 내면열처리지그의 세부적인 구성을 나타내는 일부 확대도이다.
본 발명에 따른 상기 내면열처리지그(220)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1턴테이블(210) 상측에 배치되어 상기 제1턴테이블(210)의 고주파 열처리 부분 즉, 제2위치로 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 배치되면 하강하여 상기 컵-디퍼런셜 케이스의 내면의 고주파 열처리 공정을 수행하게 된다.
또한, 상기 내면열처리지그(220)는 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)에 승강식으로 접근하여 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 내면에 고주파 가열 함과 동시에 냉각수를 분사하여 냉각 처리를 수행함으로써 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10) 내면의 가열 및 냉각을 동시에 수행할 수 있도록 한다.
따라서, 상기한 구성으로 균열을 방지할 수 있는 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 내면열처리지그(220)를 설계할 수 있다.
또한, 상기 내면열처리지그(220)는 내면유도코일(221) 및 제1냉각수노즐(222)을 포함할 수 있다.
상기 내면유도코일(221)은 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)에 관통 삽입되어 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 내면을 고주파 가열하는 것으로 이동식으로 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 내면유도코일(221)은 고주파 열처리의 가장 중요한 핵심 부품으로 형상에 따라 경화 패턴, 유효 경화층 깊이 및 표면경도가 상이하게 나타날 수 있는 것으로, 상기 컵-디퍼런셜 케이스가 균일하게 가열 또는 냉각될 수 있도록 냉각수 분사각도, 냉각수 흐름, 열처리 부품과의 적정거리를 유지하도록 구성될 수 있다
따라서, 상기 내면유도코일(221)은 단권으로 구성되며 인덕턴스(Inductance, 자기유도작용)의 변화를 최소화 할 수 있고 냉각지연 시간을 조정할 수 있도록 이동식으로 구성됨이 바람직할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 컵-디퍼런셜 케이스(1)는 열처리가 요구되는 높이(H)와 직경(D)의 비인
Figure 112020127767668-pat00001
가 상기 컵-디퍼런셜 케이스(1)의 외면 열처리의 경우
Figure 112020127767668-pat00002
로 나타나 고정식으로 구성될 수 있으나, 내면 열처리의 경우
Figure 112020127767668-pat00003
로 나타나므로 내면유도코일(221)을 이동식으로 구성하여 내면 열처리의 효율을 증대시킬 수 있도록 구성된다.
내면 열처리와 같이
Figure 112020127767668-pat00004
로 나타나는 경우에 고정식으로 열처리를 수행하게 되면 열효율이 떨어질 뿐 아니라 경화패턴이 중심부가 볼록하게 형성되는 불균일한 패턴이 나타나게 된다.
따라서, 이를 방지하기 위하여 본 발명의 내면유도코일(221)은 이동식으로 구성되어 컵-디퍼런셜 케이스(1)의 균일한 패턴의 열처리가 가능할 수 있도록 구성된다.
상기 제1냉각수노즐(222)은 냉각수가 토출되는 다수개로 구성될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 외면열처리부의 전반적인 구성을 나타내는 구성도이다.
본 발명에 따른 상기 외면열처리부(300)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 컵-디퍼런셜 케이스의 외면 열처리를 위하여 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 외면열처리부(300)는 상기 제2척(622)에 의해 상기 내면열처리부(200)에서 이송된 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 외면의 고주파 열처리를 위한 구성으로, 원주를 따라 이격 배치되는 4개의 제2거치부재(311)를 포함하고 간혈적으로 일정 각도 회전하는 제2턴테이블(310) 및 상기 제2턴테이블(310) 상측에 배치되고 상승 및 하강하여 상기 컵-디퍼런셜 케이스의 외면의 열처리를 수행하는 외면열처리지그(320)를 포함할 수 있다.
상기 제2턴테이블(310)은 4등분 분할된 인덱스를 사용하여 공급부분의 제5위치, 고주파 열처리를 위한 제6위치, 배출부분의 제7위치 및 공급대기를 위한 제8위치로 분할하여 각각의 위치에 제2거치부재(311)를 설치하고 상기 제2거치부재(311)에 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 투입하도록 구성된다.
구체적으로, 상기 제2턴테이블(310)은 4분할된 부분 각각에 제2거치부재(311)를 구비하고 정확하게 90°씩 반 시계 방향으로 회전한 후 정지하고 회전속도를 36∼46°/Sec로 조정할 수 있도록 한다.
따라서, 상기 제2턴테이블(310)은 상기 제2척(622)에서 장입된 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 제5위치의 제2거치부재(311)에 배치되면 90°의 각도로 반시계방향으로 회전하여 고주파 열처리가 가능한 제6위치에 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 배치되고 이 때 상측에 구비된 상기 외면열처리지그(320)가 하강하여 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 외면 열처리 과정이 수행된 후 다시 90°회전하여 제7위치로 이송한 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 후술할 제3척(623)이 취출하여 상기 방청처리부(400)로 이송시킬 수 있도록 한다.
또한, 상기 제2거치부재(311)는 고주파 열처리시 균일 가열을 위하여 제2거치부재(311)에 삽입한 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 고정하여 회전시킬 수 있고, 회전시 편심이 생기지 않도록 정밀하게 가공됨이 바람직할 수 있다.
따라서, 상기 제2거치부재(311)는 하단에 상기 제2거치부재(311)를 회전시키는 회전장치(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 회전장치는 공지의 것을 제한 없이 적용 실시할 수 있다.
또한, 상기 회전장치(미도시)는 외주면에 밸트가 커버되어 회전하도록 구성되는 밸트식 회전 구조로, 회전시 충격에 대한 완충력이 작용하여 흔들림이 완화되고 편심이 발생하지 않도록 구성된다.
도 4는 본 발명에 따른 외면열처리지그의 세부적인 구성을 나타내는 일부 확대도이다.
본 발명에 따른 상기 외면열처리지그(320)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제2턴테이블(310) 상측에 배치되어 상기 제2턴테이블(310)의 제6위치에 컵-디퍼런셜 케이스가 배치되면 하강하여 상기 컵-디퍼런셜 케이스의 외면의 고주파 열처리 공정을 수행하게 된다.
또한, 상기 외면열처리지그(320)는 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)에 승강식으로 접근하여 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)에 고주파 가열 함과 동시에 냉각수를 분사하여 냉각처리를 수행함으로써 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10) 외면의 가열 및 냉각을 동시에 수행할 수 있도록 한다.
따라서, 상기한 구성으로 균열을 방지할 수 있는 컵-디스펜셜 케이스(10)의 외면열처리지그(320)를 설계할 수 있다.
또한, 상기 외면열처리지그(320)는 외면유도코일(321) 및 제2냉각수노즐(322)을 포함할 수 있다.
상기 외면유도코일(321)은 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 외면에 대응되는 링 형상으로 구성되어 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 외면을 고주파 가열하는 것으로 고정식으로 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 외면유도코일(321)은 고주파 열처리의 가장 중요한 핵심 부품으로 형상에 따라 경화 패턴, 유효 경화층 깊이 및 표면경도가 상이하게 나타날 수 있는 것으로, 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 균일하게 가열 또는 냉각될 수 있도록 냉각수 분사각도, 냉각수 흐름, 열처리 부품과의 적정거리 등에 맞게 구성될 수 있다.
따라서, 상기 외면유도코일(321)은 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 둘러싸는 원형으로 구성되며 인덕턴스(Inductance, 자기유도작용)의 변화를 최소화 할 수 있고 냉각지연 시간을 조정할 수 있도록 고정식으로 구성됨이 바람직할 수 있다.
상기 제2냉각수노즐(322)은 냉각수가 토출되는 다수개로 구성될 수 있다.
상기 방청처리부(400)는 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 방청유(440)에 첨지하여 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 방청처리하도록 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 방청처리부(400)는 방청유(440)가 내장될 수 있는 일정 공간을 갖고 상면이 개방된 함체 형상의 방청유조(410), 상기 방청유조(410) 내부에 구비되고 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 배치되는 고정지그(420) 및 상기 고정지그(420)를 승하강시키는 유압식 상하 이송 피스톤(430)을 포함하여 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 방청처리부(400)는 내면 및 외면 고주파 열처리 공정을 마친 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 후술할 제3척(623)에 의해 상기 외면열처리부(300)에서 취출되어 상기 고정지그(420)로 이송되면 상기 상하 이송 피스톤(430)의 하강 이동에 의해 상기 고정지그(420)가 하강하여 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 상기 방청유(440)에 침지되어 방청 처리될 수 있도록 구성된다.
상기 배출부(500)는 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 배출하도록 구비된다.
구체적으로, 상기 배출부(500)는 상기 내면열처리부(200), 외면열처리부(300) 및 방청처리부(400)를 거친 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 외부로 배출되도록 하는 길이 방향의 컨베이어 밸트로 구성될 수 있다.
또한, 상기 배출부(500)는 양쪽 선단에 V자형 스톱퍼(Stopper)(미도시)를 설치하여 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 떨어지지 않도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 배출부(500)는 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 일정 구간 이동하면 작동을 멈추고 정지할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 배출부(500)는 이송 속도 및 높이를 조정하도록 구성될 수도 있다.
상기 이송부(600)는 상기 공급부(100), 내면열처리부(200), 외면열처리부(300), 방청처리부(400) 및 배출부(500)로 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 단계적으로 이송시키도록 구비된다.
구체적으로, 상기 이송부(600)는 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 각각의 단계로 이송시키기 위해 4개의 척과 상기 척을 동시에 이동시킬 수 있는 이송피스톤으로 구성된 갠트리 타입으로 컵-디퍼런셜 케이스를 장입, 이송 및 취출하는 로봇 시스템으로 구성될 수 있다.
따라서, 상기 이송부(600)는 길이 방향의 레일(610) 및 상기 레일(610) 상을 이동하는 다수개의 트랜스퍼암척(620)을 포함할 수 있다.
상기 트랜스퍼암척(620)은 상기 레일(610) 상의 일정 구간을 반복적으로 수평 이동하고, 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 장입 및 취출을 위해 승강 이동하는 다수개로 구성될 수 있다.
또한, 상기 트랜스퍼암척(620)은 제1척(621), 제2척(622), 제3척(623) 및 제4척(624)을 포함할 수 있다.
상기 제1척(621)은 상기 공급부(100)와 상기 내면열처리부(200) 사이 구간을 수평이동하도록 구비된다.
구체적으로, 상기 제1척(621)은 상기 공급부(100)에 배치된 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 장입한 후 상승하고 상승된 위치에서 상기 제1턴테이블(210)의 제1위치 상측까지 수평 이동 후 하강하여 상기 제1위치의 제1거치부재(211)에 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 장입하여 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 상기 내면열처리부(200)에 배치될 수 있도록 구성된다.
상기 제2척(622)은 상기 내면열처리부(200)와 상기 외면열처리부(300) 사이 구간을 수평 이동하도록 구비된다.
구체적으로, 상기 제2척(622)은 상기 내면열처리부(200)의 제3위치에서 하강하여 제3위치에 배치된 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 취출한 후 상승하고 상승된 위치에서 상기 제2턴테이블(310)의 제5위치 상측까지 수평 이동한 후 하강하여 상기 제2턴테이블의 제5위치에 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 장입하여 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 상기 외면열처리부(300)에 배치될 수 있도록 구성된다.
상기 제3척(623)은 상기 외면열처리부(300)와 상기 방청처리부(400) 사이 구간을 수평 이동하도록 구비된다.
구체적으로, 상기 제3척(623)은 상기 외면열처리부(300)의 제7위치에서 하강하여 제7위치에 배치된 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 취출한 후 상승하고 상승된 위치에서 상기 방청처리부(400) 상측까지 수평 이동 후 하강하여 상기 방청처리부(400)의 고정지그(420)에 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 장입하여 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 상기 방청처리부(400)에 배치될 수 있도록 구성된다.
상기 제4척(624)은 상기 방청처리부(400)에서 상기 배출부(500) 사이 구간을 수평 이동하도록 구비된다.
구체적으로, 상기 제4척(624)은 상기 방청처리부(400)에서 하강하여 방청처리부(400)의 고정지그(420)에 배치된 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 취출한 후 상승하고 상승된 위치에서 상기 배출부(500) 상측까지 수평 이동 후 하강하여 상기 배출부(500)에 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 장입하여 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 상기 배출부(500)에 배치될 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 제1척(621), 제2척(622), 제3척(623) 및 제4척(624)은 일정 간격 이격되어 배치되고, 이격 거리가 유지된 상태에서 4개의 척이 동시에 좌우 수평 이동하고, 이동된 거리에서 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 장입 및 취출할 수 있도록 구성된다.
상기 제어부(700)는 상기 공급부(100), 내면열처리부(200), 외면열처리부(300), 방청처리부(400), 배출부(500) 및 이송부(600)의 작동을 제어하도록 구비된다.
구체적으로, 상기 제어부(700)는 작업 조건이 입력되면 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 투입, 이송, 고주파열처리 및 방청처리의 모든 과정이 단계적으로 수행될 수 있도록 각각의 구성을 제어하는 것으로, 공급부(100)에 공급된 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 내면열처리, 외면열처리 후 방청처리 후 배출될 수 있도록 제어한다.
보다 구체적으로, 상기 제어부(700)는 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 상기 공급부(100)의 투입 위치로 이송되면 제1척(621)이 하강하여 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 취출 한 후 상승한 다음 제1턴테이블(210)의 제1위치에 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 배치될 수 있도록 제어한다.
또한, 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 상기 제1턴테이블(210)의 제1위치에 배치되면 상기 제1턴테이블(210)이 90°회전 하여 상기 컵-디퍼런셜 케이스가 제2위치로 배치되고 이 때 상기 내면열처리지그(220)가 하강하여 이송된 컵-디퍼런셜 케이스의 내면 고주파 열처리 공정을 수행하도록 제어한다.
또한, 상기 내면열처리지그(220)의 작동이 완료되면 제1턴테이블(210)이 90°회전하여, 열 처리가 완료된 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 제1턴테이블(210)의 제3위치로 이송시킨다.
또한, 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 제1턴테이블(210)의 제3위치로 이송되면 상기 제2척(622)이 하강하여 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 취출하여 상승한 후 수평 이동으로 제2턴테이블(310)의 제5위치까지 전진하고 하강하여 제2턴테이블(310)의 제5위치의 제2거치부재(311)로 상기 컵-디퍼런셜 케이스를 장입하도록 제어한다.
또한, 상기 제5위치에 컵-디퍼런셜 케이스가 배치되면 제2턴테이블(310)이 90°회전하여, 외면 열처리를 위한 제6위치로 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 이송되고 이송된 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 외면 고주파 열처리가 수행될 수 있게 한다.
또한, 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 외면 고주파 열처리가 완료되면 제2턴테이블(310)이 90°회전 하여 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 제2턴테이블(310)의 제7위치로 이송시킨다.
또한, 내ㆍ외면 고주파 열처리를 완료한 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 제2턴테이블(310)의 제7위치에 이송되면 제3척(623)이 하강하여 취출한 후 상승한 다음 상기 방청처리부(400) 상측 까지 수평이동하고, 수평 이동한 제3척(623)이 하강하여 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 방청 장치의 고정지그(420)에 투입하도록 제어한다.
또한, 상기 방청처리부(400) 고정지그(420)에 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 투입되면, 상기 고정지그(420)가 하강하여 방청유(440) 속에 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 침지되어 방청 처리를 수행한 후 상승하게 된다.
또한, 방청처리를 완료한 컵-디퍼런셜 케이스(10)가 원위치로 상승하면 제4척(624)이 하강하여 방청이 완료된 컵-디퍼런셜 케이스(10)를 취출한 후 상승한 다음 상기 배출부(500) 상측으로 수평이동한 후 하강하여 모든 공정이 완료된 컵-디퍼런셜 케이스를 배출부(500)가 이송하여 수거할 수 있도록 제어한다.
본 발명에 따른 컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템(1)은 열처리본체(800)를 더 포함할 수 있다.
상기 열처리본체(800)는 상기 내면열처리지그(220) 및 상기 외면열처리지그(320)를 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)에 승강식으로 접근시킬 수 있으며, 상기 내면열처리지그(220) 및 상기 외면열처리지그(320)에 고주파 전원 및 냉각수를 공급하도록 구비된다.
즉, 상기 열처리본체(800)는 리프트와 같은 승강수단과 LM가이드와 같은 전/후진 이동수단을 포함하여 상기 내면열처리지그(220) 및 상기 외면열처리지그(320)를 상기 컵-디퍼런셜 케이스(10)에 접근시킬 수 있으며, 고주파 열처리를 수행하는 동안 내면열처리지그(220) 및 외면열처리지그(320)를 고정 시킬 수 있도록 한다.
한편, 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 조직 GCD 600은 탄소 함유량이 2.5%정도 함유된 구상흑연 주철이며 흑연 + Pearlite + Ferrite로 구성될 수 있다.
본 발명에서 고주파 열처리하고자 하는 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 소재 조직은 구상 흑연 주위에 Ferrite가 둘러싼 bull's eye 조직, 그 주위에 Pearlit와 Ferrite로 구성되어 있고, 구상화율이 높을수록 bull's eye 조직과 그 주위의 Pearlite조직으로 구성될 수 있다.
GDC 600 소재를 사용한 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 고주파 열처리 방법은 AC1+50℃로 가열 유지하여 구상흑연의 일부와 Ferrite 및 Ferrite를 Austenite조직으로 변태 시킨 후 급냉에 의하여 Martensite기지에 구상흑연이 분포한 조직으로 고주파 열처리하는 것이 바람직하다.
한편, Pearlite와 Ferrite를 전부 Austenite조직으로 변태시키기 위하여 주파수를 낮게, 출력을 낮게 하여 AC1+50℃이상 너무 높게 가열되지 않도록 가열시간을 조정하는 것이 바람직하다.
따라서, 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 외면 열처리에 필요한 고주파 발진 용량 및 주파수 최적화할 수 있다.
1) 가열중량 계산
[식 1]
Figure 112020127767668-pat00005
2) 소요전력 계산
[식 2]
Figure 112020127767668-pat00006
따라서, 열손실, 전도도 등을 감안하여 실제 필요한 소요 전력은 이론치의 5배 정도이면 충분함으로 100 kW용량이 적절하다.
3) 주파수 계산
[식 3]]
Figure 112020127767668-pat00007
즉, 유효 경화층의 깊이는 가열시간으로 조정이 가능함으로 100KHz로 결정되는 것이 바람직하다.
한편, 컵-디퍼런셜 케이스(10)의 내면 열처리에 필요한 고주파 발진 용량 및 주파수 최적화할 수 있다.
1) 가열중량 계산
[식 4]
Figure 112020127767668-pat00008
2) 소요전력 계산
[식 5]
Figure 112020127767668-pat00009
따라서, 열손실, 전도도 등을 감안하여 실제 필요한 소요 전력은 이론치의 5배 정도이면 충분함으로 21.12 × 5 = 105.6 kW용량이 적절하며, 고주파 출력은 100 kW로 결정할 수 있다.
3) 주파수 계산
[식 6]
Figure 112020127767668-pat00010
따라서, 유효경화층 깊이는 이론치보다 실제로 더 깊게 들어가며 가열시간으로 조정이 가능함으로 100KHz로 결정될 수 있다.
한편, 고주파 열처리 시 균일한 Martensite조직을 얻기 위하여 임계구역(고주파 열처리 온도∼S곡선의 Nose점)은 상부임계 냉각속도 이상 빠르게, 위험구역(Ms∼Mf)은 변태응력에 의한 균열을 방지하기 위하여 느리게 냉각하여야 한다.
또한, 연구보고에 의하면 냉각제 PVA(polyvinyl alcohol)농도가 8∼12%일 때 균열을 방지할 수 있다고 보고되어 있으며, 예비실험 데이터와 경험적 데이터를 분석하여 표1과 같이 냉각 제어 조건 설정 값을 도출할 수 있다.
Figure 112020127767668-pat00011
앞서 개발한 고주파 발진기 전력, 주파수 및 출력 설정값 및 냉각제어 조건 설정값으로 설정한 후 수차례에 걸쳐 실험을 통하여 고주파 열처리 작업공정 제어값을 개발한다.
표 2는 본 과제에서 개발한 컵-디퍼런셜 케이스의 고주파열처리 공정제어 설정값을 나타낸 것이다.
Figure 112020127767668-pat00012
또한, 컵-디퍼런셜 케이스의 고주파열처리 표준 작업조건 설정값은 표 3과 같다.
Figure 112020127767668-pat00013
상기와 같은 본 발명에 따른 컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템에 의하면, 공급부, 내면열처리부, 외면열처리부, 방청처리부 및 배출부로 컵-디퍼런셜 케이스를 단계적으로 이송시키는 이송부를 포함하여 내면열처리 공정 후 외면열처리 공정이 연속적으로 수행되는 자동화 고주파 열처리 시스템으로 구성됨으로써, 시간당 생산량을 증가 시키고 작업자의 실수로 인한 불량을 방지할 뿐 아니라 작업 인원 감소에 따른 인건비 절감 효과를 볼 수 있도록 한다.
아울러, 컵-디퍼런셜 케이스의 내면 열처리 공정 후 외면 열처리 공정을 수행할 수 있어 종래에 비해 내구성이 향상되는 효과를 볼 수 있다.
이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
1 : 컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템
10 : 컵-디퍼런셜 케이스 100 : 공급부
200 : 내면열처리부 210 : 제1턴테이블
211 : 제1거치부재 220 : 내면열처리지그
221 : 내면유도코일 222 : 제1냉각수노즐
300 : 외면열처리부 310 : 제2턴테이블
311 : 제2거치부재 320 : 외면열처리지그
321 : 외면유도코일 322 : 제2냉각수노즐
400 : 방청처리부 410 : 방청유조
420 : 고정지그 430 : 상하 이송 피스톤
440 ; 방청유 500 : 배출부
600 : 이송부 610 : 레일
620 : 트랜스퍼암척 621 : 제1척
622 : 제2척 623 : 제3척
624 : 제4척 700 : 제어부
800 : 열처리본체

Claims (3)

  1. 컵-디퍼런셜 케이스를 공급하는 공급부;
    상기 컵-디퍼런셜 케이스의 내면 열처리를 위한 내면열처리부;
    상기 컵-디퍼런셜 케이스의 외면 열처리를 위한 외면열처리부;
    상기 컵-디퍼런셜 케이스를 방청유에 침지하는 방청처리부;
    상기 컵-디퍼런셜 케이스를 배출하는 배출부; 및
    상기 공급부, 내면열처리부, 외면열처리부, 방청처리부 및 배출부로 상기 컵-디퍼런셜 케이스를 단계적으로 이송시키는 이송부;를 포함하고,
    상기 이송부는,
    길이 방향의 레일; 및
    상기 레일상의 일정 구간을 수평 이동 및 승강 이동 하는 다수개의 트랜스퍼암척;을 포함하며,
    상기 트랜스퍼암척은,
    상기 공급부와 상기 내면열처리부 사이 구간을 수평 이동하는 제1척;
    상기 내면열처리부와 상기 외면열처리부 사이 구간을 수평 이동하는 제2척;
    상기 외면열처리부와 상기 방청처리부 사이 구간을 수평 이동하는 제3척; 및
    상기 방청처리부에서 상기 배출부 사이 구간을 수평 이동하는 제4척;을 포함하고,
    상기 제1척, 제2척, 제3척 및 제4척은,
    이격 거리가 유지된 상태로 수평 이동 및 승강 이동을 동시에 수행하는 것을 특징으로 하는 컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 내면열처리부는,
    원주를 따라 이격 배치되는 4개의 제1거치부재를 포함하고, 일정 각도 회전하는 제1턴테이블; 및
    상기 제1턴테이블 상측에 배치되고 승강 이동하는 내면열처리지그;를 포함하고
    상기 내면열처리지그는,
    상기 컵-디퍼런셜 케이스에 관통 삽입되어 상기 컵-디퍼런셜 케이스의 내면을 고주파 가열하는 이동식 내면유도코일; 및
    냉각수가 토출되는 다수개의 제1냉각수노즐;을 포함하며,
    상기 외면열처리부는,
    원주를 따라 이격 배치되는 4개의 제2거치부재를 포함하고, 일정 각도 회전하는 제2턴테이블; 및
    상기 제2턴테이블 상측에 배치되고 승강 이동하는 외면열처리지그;를 포함하고,
    상기 외면열처리지그는,
    상기 컵-디퍼런셜 케이스의 외면에 대응되는 링 형상으로 구성되어 상기 컵-디퍼런셜 케이스의 외면을 고주파 가열하는 고정식 외면유도코일; 및
    냉각수가 토출되는 다수개의 제2냉각수노즐;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 내면열처리지그는,
    고주파 발진용량이 100kW이고, 주파수는 100kHz이며, 출력이 6.3이고, 내면유도코일의 하강거리는 85mm, 내면유도코일의 하강속도는 70mm/sec, 내면유도코일의 상승지연시간은 0.3sec, 내면유도코일의 상승속도 25mm/sec, 냉각시간 1sec로 고주파 열처리 조건이 제공되고,
    상기 외면열처리지그는,
    고주파 발진용량이 100kW이고, 주파수는 100kHz이며, 출력이 8.0이고, 외면유도코일의 하강거리는 64mm, 내면유도코일의 하강속도는 70mm/sec, 내면유도코일의 가열지연시간은 0.2sec, 내면유도코일의 가열시간 2.7sec, 냉각시간 5sec로 고주파 열처리 조건이 제공되는 것을 특징으로 하는 컵-디퍼런셜 케이스의 내ㆍ외면 고주파 열처리 시스템.
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