KR102434507B1 - 가이드부싱 고주파 열처리 자동화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가이드부싱 고주파 열처리 자동화 시스템에 관한 것으로, 모터를 포함하는 베이스와, 상기 베이스의 상부에 원판 형상으로 형성되어 상기 모터의 구동에 의해 회전 작동하는 회전판을 포함하는 턴테이블과; 상기 회전판에 둘레를 따라 동일한 간격으로 구비되어 각각 개별적으로 회전 작동할 수 있으며, 피가공물이 각각 거치되는 거치지그와; 상기 턴테이블의 외측에 설치되어 상기 피가공물을 턴테이블 측으로 이송시키는 공급컨베이어와; 상기 턴테이블과 공급컨베이어의 사이에 2축 LM가이드로 설치되어 상기 공급컨베이어를 통해 공급되는 피가공물을 턴테이블의 거치지그에 픽업/시프트 방식으로 이동 안착시키는 공급유닛과; 상기 턴테이블의 회전 이송으로 정 위치된 피가공물의 표면을 고주파 열처리하는 열처리장치와; 상기 턴테이블의 회전 이송으로 고주파 열처리된 피가공물을 거치지그로부터 픽업/시프트 방식으로 이동 배출시키는 배출유닛과; 상기 배출유닛에 의해 턴테이블에서 배출된 피가공물을 출하 또는 외부로 이송시키는 배출컨베이어를 포함하는 구성으로 가이드부싱의 표면을 경화하기 위해서 자동으로 고주파 열처리를 수행할 수 있으며, 기존에 비해 생산성이 향상되는 가이드부싱 고주파 열처리 자동화 시스템에 관한 것이다.

Description

가이드부싱 고주파 열처리 자동화 시스템{Guide Bushing High Frequency Heat Treatment Automation System}

본 발명은 가이드부싱 고주파 열처리 자동화 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 가이드부싱의 표면을 경화하기 위해서 자동으로 고주파 열처리를 수행할 수 있으며, 기존에 비해 생산성이 향상되는 가이드부싱 고주파 열처리 자동화 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 가이드부싱은 자동차의 차륜 또는 그 밖에 회전수단에 대해 회전 중심을 따라 전력공급 또는 신호전달을 위해 케이블의 안전성을 확보하고자 설치되는 부품이다.

이러한, 가이드부싱는 원판형의 플랜지부와, 플랜지부의 중심에 돌출 형성된 샤프트부로 이루어진 형태로서, 상대적으로 회전을 요함에 따라 내구성이 요구되는 부품이며, 회전 마모에 내구성을 만족할 수 있도록 표면 경도를 증대하기 위해 고주파 열처리가 필요하다.

이를 위해 종래에는 많은 고주파 열처리를 위한 장치들이 사용되고 있으나, 종래의 장치들은 고주파열처리공정이 수작업으로 이루어짐에 따라 고주파 열처리, 배출공정으로 생산성이 떨어지고 인건비 비중이 높으며 별도로 전수검사공정이 없어, 불량률이 높은 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하고자 특허문헌 1이 제안되었으나, 작업자가 파레트에 샤프트를 수작업으로 거치해야 하는 번거로움이 있으므로 작업의 효율성 및 생산성이 저하되며, 인건비가 증가되는 문제점이 있다.

KR 10-2065757 B1

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 연속적으로 공급되는 피가공물을 일정하게 정렬하여 용이하게 픽업 이동시킬 수 있고, 피가공물의 길이에 대응하여 표면을 순차적으로 열처리하여 표면을 경화하기 위해서 자동으로 고주파 열처리를 수행할 수 있으며, 기존에 비해 생산성이 향상되는 가이드부싱 고주파 열처리 자동화 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모터를 포함하는 베이스와, 상기 베이스의 상부에 원판 형상으로 형성되어 상기 모터의 구동에 의해 회전 작동하는 회전판을 포함하는 턴테이블과; 상기 회전판에 둘레를 따라 동일한 간격으로 구비되어 각각 개별적으로 회전 작동할 수 있으며, 피가공물이 각각 거치되는 거치지그와; 상기 턴테이블의 외측에 설치되어 상기 피가공물을 턴테이블 측으로 이송시키는 공급컨베이어와; 상기 턴테이블과 공급컨베이어의 사이에 2축 LM가이드로 설치되어 상기 공급컨베이어를 통해 공급되는 피가공물을 턴테이블의 거치지그에 픽업/시프트 방식으로 이동 안착시키는 공급유닛과; 상기 턴테이블의 회전 이송으로 정 위치된 피가공물의 표면을 고주파 열처리하는 열처리장치와; 상기 턴테이블의 회전 이송으로 고주파 열처리된 피가공물을 거치지그로부터 픽업/시프트 방식으로 이동 배출시키는 배출유닛과; 상기 배출유닛에 의해 턴테이블에서 배출된 피가공물을 출하 또는 외부로 이송시키는 배출컨베이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 가이드부싱 고주파 열처리 자동화 시스템을 제공한다.

여기서, 상기 공급컨베이어의 단부에는 상기 공급컨베이어에 의해 이송되는 피가공물이 두 개씩 정렬될 수 있도록 피가공물의 이동 방향을 안내하는 가이더가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 거치지그는 피가공물이 삽입 거치되는 거치핀과; 상기 거치핀의 하단에 회전기어가 일체로 형성되며, 두 개의 거치지그의 각각의 회전기어가 상호 치합되어 상기 턴테이블에 회전 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 열처리장치는 상기 거치지그에 거치된 피가공물이 관통되는 가열공이 형성되며, 유도코일을 갖는 가열지그와; 상기 가열지그에 전원을 공급하는 CT박스와; 상기 CT박스의 하부에 구비되어 상기 CT박스를 승강시키는 리프트본체를 포함하여 구성되며, 상기 리프트본체에 의해 상기 CT박스와 가열지그가 함께 승강되어 상기 가열지그의 가열공에 상기 피가공물이 관통된 상태에서 CT박스의 전력공급으로 가열지그가 피가공물에 고주파 열처리할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 리프트본체는 상기 피가공물의 길이에 따라 소정의 간격으로 승강시켜 상기 가열지그에 의해 단계별로 피가공물의 표면을 연속적으로 열처리하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 불필요한 파레트를 제거하여 코스트가 감소될 수 있으며, 인건비를 절감할 수 있어 생산성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가이드부싱 고주파 열처리 자동화 시스템을 나타내는 평면도.
도 2는 본 발명에 따른 가이드부싱 고주파 열처리 자동화 시스템을 나타내는 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 가이드부싱 고주파 열처리 자동화 시스템에 적용되는 가열지그를 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 가이드부싱 고주파 열처리 자동화 시스템에 적용되는 열처리장치를 타나내는 측면도.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 가이드부싱 고주파 열처리 자동화 시스템에 적용되는 거치지그를 나타내는 실제 제품 사진.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 가이드부싱 고주파 열처리 자동화 시스템은 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이,

차량의 차륜 또는 세탁기의 드럼 등에 적용되는 가이드부싱과 같은 피가공물(10)을 고주파 열처리하여 표면강도를 향상시킬 수 있으며, 기존에 비해 자동화에 따라 인건비를 절감할 수 있는 시스템이다.

우선, 모터(110)를 포함하는 베이스(120)와, 상기 베이스(120)의 상부에 원판 형상으로 형성되어 상기 모터(110)의 구동에 의해 회전 작동하는 회전판(130)을 포함하는 턴테이블(100)이 제공된다.

상기 턴테이블(100)의 회전판(130) 둘레에는 한 쌍의 거치지그(200)가 둘레를 따라 동일한 간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

이때, 한 쌍의 거치지그(200)는 상기 회전판(130)에 각각 개별적으로 회전될 수 있도록 자유회전 가능하게 설치되며, 상부에 피가공물(10)이 안착 거치될 수 있다.

여기서, 상기 거치지그(200)는 피가공물(10)이 삽입 거치되는 거치핀(210)과; 상기 거치핀(210)의 하단에 회전기어(220)가 일체로 형성될 수 있고, 상기 회전판(130)을 기준으로 상호 대응하여 체결 결합할 수 있다.

그리고, 한 쌍의 거치지그(200)에 각각의 회전기어(220)가 상호 치합되어 상기 턴테이블(100)의 회전판(130) 위에서 자전할 수 있도록 회전 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 턴테이블(100)의 외측에는 상기 피가공물(10)을 턴테이블(100) 측으로 이송시키는 공급컨베이어(300)가 설치된다.

이때, 상기 공급컨베이어(300)의 단부에는 상기 공급컨베이어(300)에 의해 이송되는 피가공물(10)이 두 개씩 정렬될 수 있도록 피가공물(10)의 이동 방향을 안내하는 가이더(310)가 더 구비될 수 있다.

즉, 상기 공급컨베이어(300)의 초입에 작업자가 피가공물(10)을 무작위로 올리거나, 다른 이송수단에 의해 피가공물(10)을 이송시켜 배열이 흐트러지더라도 상기 가이더(310)에 의해 두 개의 피가공물(10)을 일정하게 정렬시킬 수 있다.

그리고, 상기 턴테이블(100)과 공급컨베이어(300)의 사이에는

상기 공급컨베이어(300)를 통해 공급되는 피가공물(10)을 턴테이블(100)의 거치지그(200)에 픽업/시프트 방식으로 이동 안착시킬 수 있는 공급유닛(400)이 2축 LM가이드 구조로 설치될 수 있다.

상기 공급유닛(400)에 대응되는 턴테이블(100)의 반대 측에는 상기 턴테이블(100)의 회전 이송으로 정 위치된 피가공물(10)의 표면을 고주파 열처리하는 열처리장치(700)가 구비된다.

그리고, 상기 턴테이블(100)의 일측에는 상기 턴테이블(100)의 회전판(130)이 회전에 의해 고주파 열처리된 피가공물(10)을 회전 이송시킨 후 에 거치지그(200)로부터 픽업/시프트 방식으로 이동 배출시키는 배출유닛(500)이 구비된다.

상기 배출유닛(500) 또한 상기 공급유닛(400)과 같이 2축 LM가이드 구조로 설치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 배출유닛(500)에 의해 턴테이블(100)에서 배출된 피가공물(10)을 출하 또는 외부로 이송시키는 배출컨베이어(600)를 포함한다.

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한편, 상기 열처리장치(700)는 상기 피가공물(10)에 직접적으로 고주파 열처리 작업을 수행하는 가열지그(730)와, 상기 가열지그(730)에 전원을 공급하는 CT박스(710)와, CT박스(710)를 승강 시키는 리프트본체(720)를 포함한다.

상기 가열지그(730)는 상기 거치지그(200)에 거치된 피가공물(10)이 각각 관통되는 한 쌍의 가열공(731)이 형성될 수 있으며, 한 쌍의 유도코일(733)이 내장될 수 있다.

그리고, 상기 리프트본체(720)에 의해 상기 CT박스(710)와 가열지그(730)가 함께 승강되어 상기 가열지그(730)의 가열공(731)에 상기 피가공물(10)이 각각 관통된 상태에서 CT박스(710)의 전력공급으로 가열지그(730)가 피가공물(10)에 고주파 열처리할 수 있다.

이때, 상기 리프트본체(720)는 상기 피가공물(10)의 길이에 따라 가열지그(730)를 소정의 간격으로 승강시켜 상기 가열지그(730)에 의해 단계별로 피가공물(10)의 표면을 연속적으로 열처리할 수 있다.

한편, 상기 가열지그(730) 및 거치지그(200)가 일치되는 동일선 상에 맞추어 상기 베이스(120)의 상부에는 한 쌍의 거치지그(200)가 서로 치합에 의해 자전으로 회전할 수 있도록 보조모터 또는 보조구수단을 더 구비할 수 있다.

그리고, 상기 CT박스에 적용되는 고주파 발진 용량 및 주파수 최적화에 대해서 3가지 계산을 통해 적절한 용량을 파악할 수 있다.

(1) 가열중량 계산

[수식 1]

(2) 소요전력 계산

[수식 2]

즉, 이론적 고주파 열처리에 필요한 소요 전력은 전경화깊이를 1mm, 가열시간을 1sec (Working 이동속도를 20mm/sec)로 할 경우 5.3kW가 필요하다.

그리고, 열손실, 전도도 등을 감안하여 실제 필요한 소요 전력은 이론치의 5배 정도 필요함으로 5.3 Х 5 = 26. 5kW의 용량이 필요하다.

따라서, 고주파 출력은 100단계로 조정 가능함에 따라 50kW로 결정되는 것이 바람직하다.

(3) 주파수 계산

[수식 2]

한편, 일반적으로 계산에 의한 전류 침투 깊이보다 실제는 더 깊게 들어가게 되면, 주파수 변화에 따른 계산에 의한 전류 깊이와 실제 전류 깊이를 비교하여 주파수를 산출해야 한다.

또한, 표면 경화층 깊이는 가열 시간도 영향을 미치므로 경험적 데이터와 실험적 데이터를 근거로 하여 200 kHz를 선정하는 것이 적합하다.

그리고, 냉각 제어조건 설정으로는 고주파 열처리할 때, 균일한 마르텐사이트 조직을 얻기 위하여 임계구역을 상부임계 냉각속도 이상 빠르게, 위험구역은 변태응력에 의한 균열을 방지하기 위하여 느리게 냉각해야 한다.

한편, 소입수 온도가 냉각속도에 미치는 영향을 나타낸 것으로 20 ~ 30℃ 범위에서 임계구간의 냉각속도와 위험구간의 냉각속도가 크게 차이가 나지 않으므로 실험적 데이터와 경험적 데이터를 근거로 아래 표 1과 같은 냉각 제어 조건을 설정할 수 있다.

[표 1]

결과적으로, 가이드부싱의 경화층 경도 및 유효경화 측 깊이의 측정결과는 아래 시험성적서를 통해 확인할 수 있다.

[열처리 검사 성적서]

검사 결과는 첫번째. 경화층경도가 HV 612 ~ HV 651로 수요기업 SPEC HV500 ~ 700을 충족한다.

두 번째. 유효경화층 깊이는 1.10mm로 수요기업 SPEC 0.3mm MIN(HV400)를 충족한다.

이상의 결과에 따라, 가이드부싱의 부품 수요기업 고주파열처리 스팩은 아래 표 2와 같이 달성된다.

[표 2]

한편, 가이드부싱의 고주파 열처리 표준작업에 대해 표준작업조건으로 시제품을 제작하여 검사한 결과 수요기업의 가이드부싱을 고주파 열처리하는 스팩은 아래 표 3과 같이 모두 충족할 수 있다.

[표 3]

따라서, 가이드부싱의 고주파 열처리 후 경화부의 표면경도는 HV612 ~ 651로 그 차이가 크지 않아 매우 안정적이나 경화패턴에서 아래 부분의 전경화 층 깊이가 깊게 관찰됨으로 아랫부분의 전경화층 깊이를 줄일 수 있도록 가열지연시간을 조금 짧게 설정하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 불필요한 파레트를 제거하여 코스트가 감소될 수 있으며, 인건비를 절감할 수 있어 생산성이 향상되는 효과가 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.

10: 피가공물
100: 턴테이블
110: 모터
120: 베이스
130: 회전판
200: 거치지그
210: 거치핀
220: 회전기어
300: 공급컨베이어
310: 가이더
400: 공급유닛
500: 배출유닛
600: 배출컨베이어
700: 열처리장치
710: CT박스
720: 리프트본체
730: 가열지그
731: 가열공
733: 유도코일

Claims (5)

1. 모터(110)를 포함하는 베이스(120)와, 상기 베이스(120)의 상부에 원판 형상으로 형성되어 상기 모터(110)의 구동에 의해 회전 작동하는 회전판(130)을 포함하는 턴테이블(100)과;
   상기 회전판(130)의 둘레를 따라 동일한 간격으로 구비되어 각각 개별적으로 회전 작동할 수 있으며, 피가공물(10)이 각각 거치되는 한 쌍의 거치지그(200)와;
   상기 턴테이블(100)의 외측에 설치되어 상기 피가공물(10)을 턴테이블(100) 측으로 이송시키는 공급컨베이어(300)와;
   상기 턴테이블(100)과 공급컨베이어(300)의 사이에 2축 LM가이드로 설치되어 상기 공급컨베이어(300)를 통해 공급되는 피가공물(10)을 턴테이블(100)의 거치지그(200)에 픽업/시프트 방식으로 이동 안착시키는 공급유닛(400)과;
   상기 턴테이블(100)의 회전 이송으로 정 위치된 피가공물(10)의 표면을 고주파 열처리하는 열처리장치(700)와;
   상기 턴테이블(100)의 회전 이송으로 고주파 열처리된 피가공물(10)을 거치지그(200)로부터 픽업/시프트 방식으로 이동 배출시키는 배출유닛(500)과;
   상기 배출유닛(500)에 의해 턴테이블(100)에서 배출된 피가공물(10)을 출하 또는 외부로 이송시키는 배출컨베이어(600)를 포함하고,
   상기 공급컨베이어(300)의 단부에는,
   상기 공급컨베이어(300)에 의해 이송되는 피가공물(10)이 두 개씩 정렬될 수 있도록 피가공물(10)의 이동 방향을 안내하는 가이더(310)가 더 구비되며,
   한 쌍의 상기 거치지그(200)는,
   상기 회전판(130)에 각각 개별적으로 회전될 수 있도록 자유회전 가능하게 설치되고,
   상기 열처리장치(700)는,
   상기 거치지그(200)에 거치된 피가공물(10)이 각각 관통되는 한 쌍의 가열공(731)이 형성되며, 한 쌍의 유도코일(733)을 갖는 가열지그(730)와;
   상기 가열지그(730)에 전원을 공급하는 CT박스(710)와;
   상기 CT박스(710)의 하부에 구비되어 상기 CT박스(710)를 승강시키는 리프트본체(720)를 포함하여 구성되고,
   상기 리프트본체(720)에 의해 상기 CT박스(710)와 가열지그(730)가 함께 승강되어 상기 가열지그(730)의 가열공(731)에 상기 피가공물(10)이 각각 관통된 상태에서 CT박스(710)의 전력공급으로 가열지그(730)가 피가공물(10)에 고주파 열처리할 수 있도록 구성되며,
   상기 리프트본체(720)는,
   상기 피가공물(10)의 길이에 따라 가열지그(730)를 소정의 간격으로 승강시켜 상기 가열지그(730)에 의해 단계별로 피가공물(10)의 표면을 연속적으로 열처리하고,
   상기 거치지그(200)는,
   피가공물(10)이 삽입 거치되는 거치핀(210)과;
   상기 거치핀(210)의 하단에 회전기어(220)가 일체로 형성되며,
   두 개의 거치지그(200)의 각각의 회전기어(220)가 상호 치합되어 상기 턴테이블(100)에 회전 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 가이드부싱 고주파 열처리 자동화 시스템.
   
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