KR102670337B1 - 중자를 갖는 용탕 충진 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 조형공정(Molding Process)이 수행된 다수개의 금형 캐비티(Mold Cavity, 110)가 컨베이어(Conveyor) 형태로 조립 및 배열되는 몰드 주입 라인 장치(Mold Assembling & Arrangement, 100)와; 전기로(Electric Furnace)와 용해 보온로(Melting & Holding Furnace)를 경유한 쇠물에 대해 용해공정(Melting Process)이 수행된 주형용 용탕을 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110) 각각에 정해진 타이밍과 양으로 연속하여 주입하기 위한 내열성을 갖는 몰드 주입기(Mold Injector, 200)와; 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110) 각각에 상기 몰드 주입기(200)를 통해 일정한 양의 용탕이 충진 된 후, 레진과 모래를 혼합 소성시킨 중자(Shell Sand Core, 310)를 정해진 타이밍(Timing)에 따라 수동 또는 자동으로 인서트 하여 가압시키는 중자 인서트 장치(Shell Sand Core Insert Apparatus, 300)와; 상기 몰드 주입기(200)를 통해 용탕을 주입하고, 상기 중자 인서트 장치(300)에 의해 중자(310)가 인서트 된 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110)를 스텝(Step) 단위로 이송 및 급속으로 냉각시키기 위하여 정해진 이송 타이밍에 따라 고속 냉각 시스템(400)으로 이송시키는 이송 컨베이어(Transfer Conveyor, 400)와; 상기 이송 컨베이어(400)에 의해 이송된 금형 캐비티(110)를 급속으로 냉각시키기 위해서는 상기 몰드 주입 라인 장치(100) 상에 로터리 킬른(Rotary Kiln) 타입으로 설치되는 고속 냉각 시스템(High Speed Cooling System, 500)이 포함되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 시스템을 구현함으로써, 금형제품의 불량률을 개선하고 금형제품의 대량 생산을 통해 제조 원가를 획기적으로 저감하며, 작업자의 안전과 편의를 제공할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 용탕 충진 시스템에 관한 것으로, 특히 종래 가스나 공기를 불어넣는 강제 방식과 달리, 중자를 자동으로 인서트 하는 장치와 대량 생산이 가능한 주조 시스템(Casting System)을 통해, 금형제품의 불량률을 개선하고 대량 생산을 통해 제조 원가를 획기적으로 저감하며, 작업자의 편의를 제공하도록 한 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 주조(Casting)란 금속을 융점보다 높은 온도에서 가열하여 액체로 만들어 거푸집에 부어 굳히는 가공 방법을 말하며, 주조에 사용되는 형식은 Fe이나 Cu, 황동(Brass Casting), SUS, Al 합금 등을 녹인 금속이나 가소성 재료를 유입시키는 금형 캐비티(Mold Cavity)를 주형(Mold)이라 하고 주조로 만들어진 제품을 주물(Cast-iron Product)이라고 한다.
주조 공정과 구조는 크게 주형의 분리선(Parting Line)을 기준으로 위쪽에 위치하는 틀의 상형(Cope)과 아래쪽에 위치하는 틀의 하형(Drag)으로 구분되며, 금속을 용융시킨 쇳물 또는 용탕(Molten Metal)의 주입구인 탕류(Pouring Basin) 및 공기와 같은 불순물의 유입을 방지하도록 하는 스프루(Sprue)를 통해 쇳물이 주입되면 게이트(Gate)와 러너 시스템(Runner System)을 경유하여 금형 캐비티(Mold Cavity)로 용탕이 들어가서 주물 제품을 성형하게 된다.
이때 가장 중요한 것은 용탕을 스프루(Sprue Unit)로부터 러너 시스템(Runner System)까지 가압 시 충분한 유동을 통해 공기와 불순물을 밀어냄과 동시에 역류를 방지하고 응고 및 수축에 의한 부족한 용탕(또는 쇳물)을 보충하는 압탕(Feeder Head)의 기능을 수행하는 수단이 강구되어야 한다. 이를 해소하기 위해 러너 시스템의 상부에 연결되는 라이저(Riser)나 스프루(Sprue)와 게이트(Gate) 사이에 가스와 공기를 공급하여 불순물을 강제로 배출시키는 고가의 배출용 자동밸브 등을 장착하고 있으나, 이 역시 용탕의 높은 온도에 의해 그 기능이 제대로 발휘되지 못하고 있다.
한편, [1]특개2015-404호(2015.01.05.)의 용탕 충진 장치 및 그 방법에 의하면, 용탕을 스프루(Sprue Unit)로부터 러너 시스템(Runner System)까지 유동시켜 역류를 방지하기 위한 핵심 수단으로 가스와 공기를 불어넣는 강제 방식이 채택되어 있다.
그러나 위 특허기술 [1]의 경우 가스와 공기(Air)를 불어 넣기 위한 마우스와 자동밸브 및 유량조절밸브 등의 추가적인 설비로 인해 용탕 충진 장치의 제작에 따른 비용이 높고 유지관리가 매우 복잡하며, 대량생산을 위한 기술적 해결수단이 개시되어 있지 않다.
또한, 본 출원인에 의해 특허가 등록된 바 있는 [2]대한민국등록특허 제10-2118208호(2020.06.02.)에는‘중자를 갖는 용탕 충진 장치’가 제안된 바 있다.
위 특허 [2]는 종래기술과 달리 가스나 공기를 공급하는 강제방식 대신에 중자를 사용하고 있으나, 작업자의 안전과 정해진 타이밍에 따라 금형 캐비티의 스프루(Sprue, 200) 내부로 중자(500)를 자동으로 인서트(Insert)하는 장치와 대량 생산이 가능한 주조 시스템(Casting System)이 결여되어 있다.
따라서 본 발명은 특별히 고안된 중자를 통해 상기 문제점을 해소함과 동시에 작업자의 안전과 금형제품의 대량생산이 가능한 개선된 중자를 갖는 용탕 충진 시스템을 제안한다.
본 발명의 목적은 보다 상세하게는 종래 기술의 문제점을 해소함과 동시에 레진(Resin)과 모래(Sand)로 소성시킨 중자(Shell Sand Core)를 정해진 타이밍에 따라 금형 캐비티의 스프루(Sprue) 내부로 중자를 자동으로 인서트(Insert)하는 장치와 대량 생산이 가능한 주조 시스템(Casting System)을 구현함으로써, 금형제품의 불량률을 개선하고 대량 생산을 통해 제조 원가를 획기적으로 저감하며, 작업자의 안전과 편의를 제공하도록 한 중자를 갖는 용탕 충진 시스템을 제공한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 조형공정(Molding Process)이 수행된 다수개의 금형 캐비티(Mold Cavity, 110)가 컨베이어(Conveyor) 형태로 조립 및 배열되는 몰드 주입 라인 장치(Mold Assembling & Arrangement, 100)와; 전기로(Electric Furnace)와 용해 보온로(Melting & Holding Furnace)를 경유한 쇠물에 대해 용해공정(Melting Process)이 수행된 주형용 용탕을 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110) 각각에 정해진 타이밍과 양으로 연속하여 주입하기 위한 내열성을 갖는 몰드 주입기(Mold Injector, 200)와; 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110) 각각에 상기 몰드 주입기(200)를 통해 일정한 양의 용탕이 충진 된 후, 레진과 모래를 혼합 소성시킨 중자(Shell Sand Core, 310)를 정해진 타이밍(Timing)에 따라 수동 또는 자동으로 인서트 하여 가압시키는 중자 인서트 장치(Shell Sand Core Insert Apparatus, 300)와; 상기 몰드 주입기(200)를 통해 용탕을 주입하고, 상기 중자 인서트 장치(300)에 의해 중자(310)가 인서트 된 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110)를 스텝(Step) 단위로 이송 및 급속으로 냉각시키기 위하여 정해진 이송 타이밍에 따라 고속 냉각 시스템(400)으로 이송시키는 이송 컨베이어(Transfer Conveyor, 400)와; 상기 이송 컨베이어(400)에 의해 이송된 금형 캐비티(110)를 급속으로 냉각시키기 위해서는 상기 몰드 주입 라인 장치(100) 상에 로터리 킬른(Rotary Kiln) 타입으로 설치되는 고속 냉각 시스템(High Speed Cooling System, 500)이 포함되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 시스템을 제공한다.
본 발명의 다른 실시 예에 의하면, 상기 다수개의 금형 캐비티(Mold Cavity, 110)에 주입되는 용탕(혹은 쇠물)은, 전기로(Electric Furnace)에서 용융시킨 쇠물에 대해 1차 성분 검사를 실시하고, 이를 일정시간 보온하기 위한 용해 보온로(Melting & Holding Furnace) 이송시킨 후, 구상화 및 접종(Nodulizing & Inoculation)을 수행한 다음 2차 성분 검사가 실시되는 용해공정(Melting Process)이 선행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 의하면, 상기 몰드 주입기(Mold Injector, 200)는, 작업자의 필요에 따라 수직 & 수평 레일 상에서 상하 및 좌우 이동이 가능하고, 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110) 상부에 형성된 탕류(111)에 용탕을 정확하게 주입하기 위해 기울기(Inclination) 기능을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 의하면, 상기 중자 인서트 장치(300)는, 주조 작업 중에 작업자의 필요에 따라 레일(Rail, 390) 상에서 전후로 이동 및 정지가 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 의하면, 상기 중자 인서트 장치(300)는, 하기의 구성 수단들을 동작 및 제어시키기 위한 액추에이터(Actuator)와 제어부(Control Unit)가 구비되며, 상기 중자(Shell Sand Core, 310)를 예열시키는 중자 예열기(Shell Sand Core Pre-heater, 320)와, 상기 중자 예열기에서 예열된 중자를 가이드 레일(Guide Rail) 상에서 상하좌우 왕복 운동을 통해 캡처(Capture)하여 중자 홀딩 트레이로 이송시키는 한 쌍의 중자 캡처 척 실린더(Shell Sand Core Capture Chuck Cylinder, 330)과, 상기 중자 캡처 척으로부터 이송된 중자를 홀딩(Holding)하여 가이드 레일 상에서 상하좌우 왕복 운동을 통해 상기 중자 인서트 장치(300) 전면부와 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 상부 쪽으로 이송시키는 중자 홀딩 트레이(Shell Sand Core Holding Tray, 340)와, 상기 중자 홀딩 트레이를 통해 이송된 중자를 캡처(Capture)하며, 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110) 상부에 형성된 탕류(Pouring Basin, 111)와 스프루(Sprue, 112) 내의 중립 위치에 임시 퍼팅(Putting) 시키는 한 쌍의 퍼팅 척 실린더(Putting Chuck Cylinder, 350)와, 상기 척 실린더에 의해 인서트 된 중자를 가압하는 인서트 실린더(Insert Cylinder, 360)와, 상기 인서트 실린더의 하강으로 상기 중자를 가압시키는 압력 판(Press Plate, 370)과, 상기 중자 인서트 장치(300)를 조작하고 이송시키기 위한 사용자 조작부(User Operating Unit, 380) 및 이송용 레일(Rail for Transfer, 390)이 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 의하면, 상기 중자(Shell Sand Core, 310)는, 상기 금형 캐비티(110)의 상부에 형성된 스프루(Sprue, 112)에 인서트하기 전에 용탕면과 접촉 시 급속 냉각을 방지하기 위해 상기 중자 인서트 장치(300)의 중자 예열기(Shell Sand Core Preheater, 320)에 의해 사전에 일정한 온도로 예열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 의하면, 상기 중자(Shell Sand Core, 310)는, 상기 금형 캐비티(Cavity, 110)에 주입되는 용탕의 전체 중량과 상기 금형 캐비티의 상부에 형성된 (Sprue, 112)의 내경에 따라 제작되는 중자의 사이즈와 예열온도가 달라지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 의하면, 상기 중자를 갖는 용탕 충진 시스템은, 상기 몰드 주입 라인 장치(100) 상에 설치된 고속 냉각 시스템(500)에 의해 냉각된 금형제작물을 용이하게 탈사(Shot Blasting)하기 위하여 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 몰드 주입 라인을 분해 및 조립 가능하도록 하는 게이트 제거 유니트(Gate Removal Unit, 600)가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 의하면, 상기 중자를 갖는 용탕 충진 시스템은, 상기 게이트 제거 유니트(600)에서 분리 및 제거된 금형물을 후속처리 없이 열처리가 가능하도록 하는 트리밍 & N.C 그라인더(Trimming and N.C Grinder, 700)가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 중자를 갖는 용탕 충진 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명은 컨베이어(Conveyor) 형태로 조립 및 배열되는 몰드 주입 라인 장치(Mold Assembling & Arrangement)를 통해 용탕 주입이 연속적으로 가능하다.
(2) 본 발명은, 높은 내열성을 갖는 몰드 주입기(Mold Injector)를 통해 몰드 주입 라인 장치의 금형 캐비티 각각에 정해진 타이밍과 양으로 연속하여 주입이 가능하다.
(3) 본 발명은, 중자 인서트 장치(Shell Sand Core Insert Apparatus)를 통해 몰드 주입 라인 장치의 금형 캐비티 각각에 정해진 타이밍에 따라 신속 정확하게 중자의 인서트가 가능하여 금형 제품의 불량률을 줄이고 작업자의 안전과 편의를 제공할 수 있다.
(4) 본 발명은, 정해진 타이밍으로 구동되는 이송 컨베이어(Transfer Conveyor)를 통해 몰드 주입기를 통한 용탕 주입과 중자 인서트 장치에 의한 중자 인서트 타이밍의 최적화로 제품불량률을 획기적으로 줄일 수 있다.
(5) 본 발명은, 로터리 킬른(Rotary Kiln) 타입의 고속 냉각 시스템(High Speed Cooling System)을 통해 급속 냉각이 가능하여 금형제품의 후속처리작업을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1의 (가) 및 (나)항은 종래의 용탕 충진 장치를 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 전체 시스템을 개략적으로 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 중자 인서트 장치를 세부적으로 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 중자 인서트 장치를 보다 구체적으로 나타낸 도면
도 5는 상기 도 3 및 도 4에 대한 중자의 이동 및 위 조정을 설명하기 위한 도면
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 중자 인서트 장치의 중자 캡처 및 퍼팅 실린더를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템 구현에 따른 실물사진을 나타낸 도면
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 중자 인서트 장치의 사용자 조작부를 나타낸 실물사진
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 금형 캐비티의 실물사진과 중자가 인서되는 모습을 나타낸 도면
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 중자를 금형 캐비티에 인서트 되는 공정을 나타낸 실물사진
도 11은 상기 도 10에 대한 예열된 중자를 금형 캐비티 상부로 이송시키는 공정을 나타낸 실물사진
도 12는 상기 도 11에 대한 이송된 중자를 캡처하여 금형 캐비티에 인서트 시키는 공정을 나타낸 도면
도 13은 상기 도 12에 대한 금형 캐비티에 중자가 인서트 된 공정을 나타낸 실물사진
도 14는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 공정을 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 전체 시스템을 개략적으로 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 중자 인서트 장치를 세부적으로 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 중자 인서트 장치를 보다 구체적으로 나타낸 도면
도 5는 상기 도 3 및 도 4에 대한 중자의 이동 및 위 조정을 설명하기 위한 도면
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 중자 인서트 장치의 중자 캡처 및 퍼팅 실린더를 나타낸 도면
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템 구현에 따른 실물사진을 나타낸 도면
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 중자 인서트 장치의 사용자 조작부를 나타낸 실물사진
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 금형 캐비티의 실물사진과 중자가 인서되는 모습을 나타낸 도면
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 중자를 금형 캐비티에 인서트 되는 공정을 나타낸 실물사진
도 11은 상기 도 10에 대한 예열된 중자를 금형 캐비티 상부로 이송시키는 공정을 나타낸 실물사진
도 12는 상기 도 11에 대한 이송된 중자를 캡처하여 금형 캐비티에 인서트 시키는 공정을 나타낸 도면
도 13은 상기 도 12에 대한 금형 캐비티에 중자가 인서트 된 공정을 나타낸 실물사진
도 14는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 공정을 나타낸 도면
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 하며 비록 종래기술과 동일한 부호가 표시되더라도 종래기술은 그 자체로 해석하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템의 핵심 기술적 구성은, 몰드 주입 라인 장치(Mold Assembling & Arrangement, 100)와 몰드 주입기(Mold Injector, 200), 중자 인서트 장치(Shell Sand Core Insert Apparatus, 300), 이송 컨베이어(Transfer Conveyor, 400), 고속 냉각 시스템(High Speed Cooling System, 500)으로 이루어진다.
도 2를 참조하여, 상기 몰드 주입 라인 장치(Mold Assembling & Arrangement, 100)는, 금형 캐비티에 용탕을 주입하기 위한 수단으로, 조형공정(Molding Process)이 수행된 다수개의 금형 캐비티(Mold Cavity, 110)가 컨베이어(Conveyor) 형태로 조립 및 배열된다.
여기서 본 발명의 실시 에에 따른 상기 조형공정(Molding Process)은, 인베스트먼트법(Investment Method) 또는 인베스트먼트법의 변형 주조법(Deformation Casting Method of Investment Method) 중에서 어느 하나를 선택할 수 있다. 상기 인베스트먼트법(Investment Method)의 조형공정(Molding Process)은, 주물과 동일한 모형을 주형재에 묻고 다진 다음 가열로에서 주형을 경화시킴과 동시에 모형재인 왁스나 파라핀을 유출시켜 주형(혹은 금형틀)을 완성하는 것을 말한다. 이때 주물사가 배합되는데 배합된 주물사는 성분 분석이 사전에 먼저 이루어진다. 또한, 상기 금형 캐비티(Mold Cavity)는, 몰드베이스(Mold Base) 안에 위치하여 메인 코어(Main Core)의 캐비티(Cavity)로 구성된 금형 제품이 성형되는 공간을 의미한다. 금형 메인코어에 하나의 제품을 생산할 경우 단일 캐비티라고 하며, 하나의 제품을 한번에 2~4개로 생산하는 방식을 다중 캐비티라 한다. 그리고 상기 금형 캐비티(Mold Cavity, 110) 각각에는 금속을 용융시킨 용탕(Molten Metal)을 주입시키는 나팔관 형상의 탕류(Pouring Basin, 111)와 상기 탕류로 주입 시 공기와 같은 불순물의 유입을 방지하도록 하는 스프루(Sprue, 112)가 구비되는데, 상기 탕류와 스프루는 서로가 일체화되며, 상기 금형 캐비티(Mold Cavity, 110)의 상형(Cope)에 각각 성형(Molding) 된다.
도 2와 도 7, 도 10, 도 12를 참조하여, 상기 몰드 주입기(Mold Injector, 200)는, 정해진 타이밍(Timing)과 양(Quantity)으로 연속하여 용탕을 주입하기 위한 수단으로, 전기로(Electric Furnace)와 용해 보온로(Melting & Holding Furnace)를 경유한 쇠물에 대해 성분 분석기(Ingredient Analyzer, 210)를 통해 용해공정(Melting Process)이 수행된 주형용 용탕을 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110) 각각에 정해진 타이밍(Timing)과 양(Quantity)으로 연속하여 주입하기 위해서는 1,200℃(1,700℃)의 충분한 내열성을 갖도록 제작된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 몰드 주입기(Mold Injector, 200)는, 작업자의 필요에 따라 수직 & 수평 레일 상에서 상하 및 좌우 이동이 가능하고, 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110) 상부에 형성된 탕류(111)에 용탕을 정확하게 주입하기 위해서는 일정한 기울기(Inclination) 기능을 갖도록 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 다수개의 금형 캐비티(Mold Cavity, 110)에 주입되는 용탕(혹은 쇠물)은, 전기로(Electric Furnace)에서 용융시킨 쇠물에 대해 1차 성분 검사를 실시하고, 이를 일정시간 보온하기 위한 용해 보온로(Melting & Holding Furnace) 이송시킨 후 구상화 및 접종(Nodulizing & Inoculation)을 수행한 다음 2차 성분 검사가 수행된다.
상기 전기로(Electric Furnace)에서 용융시킨 쇠물에 대해서는 성분 분석기(Ingredient Analyzer)를 통해 표 1과 같이 1차 성분검사를 실시한다.
상기 1차 성분 검사가 실시된 쇠물은 일정시간 보온하기 위한 용해 보온로(Melting & Holding Furnace)로 이송시킨 후, 장입되는 쇠물 혼합의 용이성과 흑연 결절 및 용융 셀(Shell)의 양을 크게 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 매트릭스(Matrix) 구조를 개선하고 철의 형상을 바꾸는 합금화 효과가 있도록 하기 위해서는 구상화 및 접종(Nodulizing & Inoculation)을 수행한다. 상기 구상화 및 접종을 수행한 쇠물은 용강분석(Ladle analysis, heat analysis)으로 사용되는 주업 레들(Pouring-Ladle)로 이송시켜 2차 성분 검사가 자동으로 수행 가능하도록 하는 용해공정(Melting Process)이 선행 된다. 용해공정에 따른 성분 검사는 표 2와 같다.
상기 용해공정(Melting Process)은 전기로(Electric Furnace)에서 용융시킨 쇠물에 대해 성분 분석기(Ingredient Analyzer)를 통해 1차 성분검사를 실시하고 이를 보온로(Holding Furnace, 110)에 이송시킨 후, 구상화 및 접종(Nodulizing & Inoculation)을 통해 주업 레들(Pouring-Ladle)로 이송시켜 2차 성분 검사가 이루어지는 공정을 말한다. 용해공정에 따른 특수 접종제는 접종력이 강하고 접종기간이 길며, 구상흑연주철에 적용하여 구상화 수준을 효과적으로 개선하고 구상화 및 접종의 부패 시간을 연장해주는 특징이 있다. 특히 구상흑연주철의 경우 석출하는 흑연을 구상화시키기 위한 특수 접종제의 선택이 중요한데 Mg 13.5%, Ca 25% 정도 첨가(혹은 접종)하면 산소와 황과의 친화력이 강해져 탈산 및 탈황 작용이 커지는 효과가 있다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 상기 성분 분석기(Ingredient Analyzer)를 통해 성분 검사를 실시하는 이유는, 중자(Shell Sand Core, 310)를 삽입하기 전에 용융시킨 용탕에 대해 1차 및 2차 성분검사를 통해 금형 캐비티(혹은 주형)로 주입된 전체 용탕을 가압시켜 공기와 불순물을 밀어냄과 동시에 역류를 방지하고 주형의 일부를 담당하는 레진과 모래를 혼합 소성시킨 중자(Shell and Core)의 사이즈를 결정하게 되는 특징이 있다.
도 2 내지 도 8과 도 10 내지 도 13을 참조하여, 상기 중자 인서트 장치(Shell Sand Core Insert Apparatus, 300)는, 주형 형상을 담당하는 역할을 수행하여 주물의 후처처리 과정을 줄임과 동시에 용탕의 역류를 방지하는 중자(Shell Sand Core)를 인서트 하기 위한 수단으로, 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110) 각각에 상기 몰드 주입기(200)를 통해 일정한 양의 용탕이 충진 된 후, 레진과 모래를 혼합 소성시킨 중자(Shell Sand Core, 310)를 정해진 타이밍(Timing)에 따라 수동 또는 자동으로 인서트(Insert) 하여 가압시키는 수단이다.
여기서 중자(Shell Sand Core)란 모래와 점결제를 혼합한 뒤 가스로 열을 가하여 딱딱한 형상으로 굳힌 것을 말한다. 주로 레진(Resin)이라 불리는 원료를 점결제와 모래(Sand)를 일정 비율로 혼합하여 고온으로 열을 가하면 레진이 녹으면서 모래와 결합되어 단단한 형상을 만들어 낼 수 있다. 이러한 중자는 주로 복잡한 형상의 주물 제품을 만들 때 사용하게 된다. 또한, 높은 온도의 쇳물에 녹은 중자의 일부가 금형 캐비티(혹은 주형)의 내부로 들어가 부분적으로 주형 형상을 담당하게 되는 역할을 수행할 수 있으며, 금형 캐비티로 주입된 용탕이 역류하는 것을 방지할 수 있는 특징이 있다. 그리고 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 중자(Shell Sand Core, 310)는, 전기로(Electric Furnace) 등에서 쇠를 녹여 주물을 제작하는 주형뿐만 아니라 구리, 알루미늄, 스테인레스 등 모든 용융금속의 주형에 모두 적용 가능한 특징이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 중자 인서트 장치(300)는, 주조 중에 작업자의 필요에 따라 레일(Rail, 390) 상에서 전후로 이동 및 정지가 가능하도록 제작된다.
여기서 상기 중자 인서트 장치(300)를 작업자의 필요에 따라 레일(Rail, 390) 상에서 전후로 이동 및 정지가 가능하도록 하는 것은, 중자 인서트 중에 에러가 발생하거나 상기 몰드 주입기(200)로부터 용탕 공급에 문제가 발생할 경우 작업자가 수동 조작을 통해 강제 이동 및 정지가 이루어지도록 함으로써 제품 불량률을 줄일 수가 있다.
또한, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 중자 인서트 장치(300)는, 하기의 구성 수단들(Means of Construction)을 동작 및 제어시키기 위한 액추에이터(Actuator, 미도시)와 제어부(Control Unit, 미도시)가 구비된다. 또한, 상기 중자(Shell Sand Core, 310)를 예열시키는 중자 예열기(Shell Sand Core Pre-heater, 320)와, 상기 중자 예열기에서 예열된 중자를 가이드 레일(Guide Rail) 상에서 상하좌우 왕복 운동을 통해 캡처(Capture)하여 중자 홀딩 트레이로 이송시키는 한 쌍의 중자 캡처 척 실린더(Shell Sand Core Capture Chuck Cylinder, 330)과, 상기 중자 캡처 척으로부터 이송된 중자를 홀딩(Holding)하여 가이드 레일 상에서 상하좌우 왕복 운동을 통해 상기 중자 인서트 장치(300) 전면부와 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 상부 쪽으로 이송시키는 중자 홀딩 트레이(Shell Sand Core Holding Tray, 340)와, 상기 중자 홀딩 트레이를 통해 이송된 중자를 캡처(Capture)하며, 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110) 상부에 형성된 탕류(Pouring Basin, 111)와 스프루(Sprue, 112) 내의 중립 위치에 임시 퍼팅(Putting) 시키는 한 쌍의 퍼팅 척 실린더(Putting Chuck Cylinder, 350)와, 상기 척 실린더에 의해 인서트 된 중자를 가압하는 인서트 실린더(Insert Cylinder, 360)와, 상기 인서트 실린더의 하강으로 상기 중자를 가압시키는 압력 판(Press Plate, 370)과, 상기 중자 인서트 장치(300)를 조작하고 이송시키기 위한 사용자 조작부(User Operating Unit, 380) 및 이송용 레일(Rail for Transfer, 390)이 각각 구비된다.
여기서 본 발명의 실시 예에 따른 상기 중자 인서트 장치(300)는, 상기 금형 캐비티(Mold Cavity, 110)로부터 용탕이 역류하는 것을 방지하고 용탕의 유동성을 보존시켜 급냉으로 인한 압력의 손실을 줄이고, 금형제품의 불량률을 줄이기 위해서는 상기 중자 인서트 장치(300)의 기계적 압력을 가해 기밀 상태로 인서트(Insert)할 필요가 있다. 따라서 본 발명의 실시 예에서는 상기 중자 인서트 장치(300)내에 구비된 인버터(미도시)를 사용하여 상기 금형 캐비티(110)의 상부에 형성된 스프루(Sprue, 112)의 내경과 중자(310)의 사이즈에 따라 기계적 압력(1~5kg/cm2 )을 조정하면서 용탕의 응고속도에 따라 가압하게 된다. 이와 같이 상기 금형 캐비티(110) 내부로 주입시킨 용탕에 상기 중자 인서트 장치(300)를 통해 중자를 인서트 및 가압시킴으로써, 용탕 주입 시 스프루(Sprue, 112) 내의 주변 공기와 주변 공기로 인한 용탕이 식으면서 생성된 불순물을 용이하게 제거 가능하고, 상기 금형 캐비티(110)로 가압된 용탕이 스프루(112)를 통해 역류되는 것을 방지할 수 있다. 이는 종래 기술과 같이 역류를 방지하기 위해 가스 및 공기를 강제로 불어 넣는 별도의 주변장치들 대신에 상기 중자 인서트 장치(300)를 통해 중자를 보다 용이하고 안정적으로 인서트 가능하기 때문에 금형제품의 품질향상은 물론 작업자의 안전사고와 제조비용을 획기적으로 줄이고 유지관리가 용이하여 제품의 대량 생산이 가능하다. 또한 중자를 인버터를 통해 주입된 용탕을 서서히 가압시킴으로써, 금형 캐비티(Mold Cavity) 내부에 주입된 용탕의 수축율 증가로 인해 주물 제품은 더욱 단단해져 후가공처리가 용이하며 제품의 불량률을 크게 개선시킬 수 있다. 그리고 주조 과정에서 유입된 공기와 불순물로 주물에 기포나 크랙이 발생하여 추가적인 쇳물의 주입량을 줄여주기 때문에 제품의 불량률을 개선할 수 있는 독특한 특징이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 중자(Shell Sand Core, 310)는, 상기 금형 캐비티(110)의 상부에 형성된 스프루(Sprue, 112)에 인서트하기 전에 용탕면과 접촉 시 급속 냉각을 방지하기 위해서는 상기 중자 인서트 장치(300)의 중자 예열기(Shell Sand Core Pre-heater, 320)에 의해 사전에 일정한 온도로 예열될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 중자(Shell Sand Core, 310)는, 상기 금형 캐비티(Cavity, 110)에 주입되는 용탕의 전체 중량과 상기 금형 캐비티(110)의 상부에 형성된 스프루(Sprue, 112)의 내경에 따라 제작되는 중자의 사이즈와 예열온도가 달라질 수 있다.
여기서 상기 중자 예열기(320)를 통해 중자(Shell Sand Core, 310)를 예열시키는 것은, 상기 금형 캐비티(110)에 용탕을 주입하는 주입구인 탕류(Pouring Basin, 111)가 나팔관 형상을 갖고 있으며, 상기 스프루(Sprue, 112)는 상부가 넓고 하부는 좁아지도록 성형되어 있어, 용탕의 중량과 중력에 의해 상기 금형 캐비티(110) 내부로 가압될 수 있도록 형성되어 있기 때문에 주입 시 용탕이 주변 공기로 인해 냉각되면서 불순물이 생성될 수 있다. 이를 방지하기 위해서는 상기 스프루(Sprue, 112) 내부로 인서트 되는 중자가 용탕면과 접촉 시 급속으로 냉각되는 것을 방지하기 위해 상기 중자(Shell Sand Core, 310)를 사전에 예열하게 되는 것이다. 이때 예열되는 온도는 스프루(Sprue, 112)의 내경에 따라 제작되는 중자의 사이즈에 따라 달라질 수 있다.
도 2와 도 7을 참조하여, 상기 이송 컨베이어(Transfer Conveyor, 400)는, 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110)를 이송하기 위한 수단으로, 상기 몰드 주입기(200)를 통해 용탕을 주입하고, 상기 중자 인서트 장치(300)에 의해 중자(310)가 인서트 된 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110)를 스텝(Step) 단위로 이송 및 급속으로 냉각시키기 위하여 정해진 이송 타이밍에 따라 고속 냉각 시스템(400)으로 이송시키는 수단이다.
여기서 상기 이송 컨베이어(Transfer Conveyor, 400)는, 상기 몰드 주입기(200)와 중자 인서트 장치(300)는 고정 설치되고, 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110)만 정해진 타이밍에 따라 자동으로 이송되며, 제품생산 중에 에러나 사용자의 필요에 따라 수동으로도 이송 가능하다.
도 2를 참조하여, 상기 고속 냉각 시스템(High Speed Cooling System, 500)은, 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110)를 급속으로 냉각시키기 위한 수단으로, 상기 이송 컨베이어(400)에 의해 이송된 금형 캐비티(110)를 금속하게 냉각시키기 위해서는 상기 몰드 주입 라인 장치(100) 상에 로터리 킬른(Rotary Kiln) 타입으로 설치된다.
여기서 상기 로터리 킬른(Rotary Kiln) 타입의 고속 냉각 시스템(High Speed Cooling System, 500)은 고온 재료의 금속 냉각용으로 사용되며, 냉각기는 고품질 탄소강으로 가공된 압연 강판의 다중 세그먼트로 용접된 쉘(Shell)과 상기 쉘을 지지하는 지지수단 및 구동 장치로 구성된다. 구동 원리는 쿨러 회전(Cooler Rotation)을 통해 낮은 양(Low Amount)의 송풍기를 이용한 공기 가열 교환 후 소성 재료의 온도가 1500℃에서 100℃ 이하로 빠른 냉각을 통해 금형제품의 품질과 금형 캐비티(110)의 분쇄 능력을 보다 쉽게 향상시킬 수 있다.
한편, 도 14를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중자를 갖는 용탕 충진 시스템에 대한 공정을 나타낸다.
도 14에 의하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 중자를 갖는 용탕 충진 시스템은, 상기 몰드 라인 장치(100) 상에 설치된 고속 냉각 시스템(500)에 의해 냉각된 금형물을 용이하게 탈사(Shot Blasting)하기 위하여 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 몰드 주입 라인을 분해 및 조립 가능하도록 하는 게이트 제거 유니트(Gate Removal Unit, 600)가 더 포함될 수 있다.
여기서 상기 게이트 제거 유니트(Gate Removal Unit, 600)는 고속 냉각 시스템(500)에 의해 냉각된 금형물을 용이하게 탈사(Shot Blasting)하기 위하여 해머드릴이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상기 중자를 갖는 용탕 충진 시스템은, 상기 게이트 제거 유니트(600)에서 분리 및 제거된 금형물을 후속처리 없이 열처리가 가능하도록 하는 트리밍 & N.C 그라인더(Trimming and N.C Grinder, 700)가 더 포함될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 몰드 주입 라인 장치 110 : 금형 캐비티
111 : 탕류 112 : 스프루
200 : 몰드 주입기 300 : 중자 인서트 장치
310 : 중자 320 : 중자 예열기
330 : 중자 캡처 척 실린더 340 : 중자 홀딩 트레이
350 : 퍼팅 척 실린더 360 : 인서트 실린더
370 : 압력 판 380 : 사용자 제어부
390 : 이송용 레일 400 : 이송 컨베이어
500 : 고속 냉각 시스템 600 : 게이트 제거 유니트
700 : 트리밍 & N.C 그라인더
111 : 탕류 112 : 스프루
200 : 몰드 주입기 300 : 중자 인서트 장치
310 : 중자 320 : 중자 예열기
330 : 중자 캡처 척 실린더 340 : 중자 홀딩 트레이
350 : 퍼팅 척 실린더 360 : 인서트 실린더
370 : 압력 판 380 : 사용자 제어부
390 : 이송용 레일 400 : 이송 컨베이어
500 : 고속 냉각 시스템 600 : 게이트 제거 유니트
700 : 트리밍 & N.C 그라인더
Claims (9)
- 조형공정(Molding Process)이 수행된 다수개의 금형 캐비티(Mold Cavity, 110)가 컨베이어(Conveyor) 형태로 조립 및 배열되는 몰드 주입 라인 장치(Mold Assembling & Arrangement, 100)와;
전기로(Electric Furnace)와 용해 보온로(Melting & Holding Furnace)를 경유한 쇠물에 대해 용해공정(Melting Process)이 수행된 주형용 용탕을 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110) 각각에 정해진 타이밍과 양으로 연속하여 주입하기 위한 내열성을 갖는 몰드 주입기(Mold Injector, 200)와;
상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110) 각각에 상기 몰드 주입기(200)를 통해 일정한 양의 용탕이 충진 된 후, 레진과 모래를 혼합 소성시킨 중자(Shell Sand Core, 310)를 정해진 타이밍(Timing)에 따라 수동 또는 자동으로 인서트 하여 가압시키는 중자 인서트 장치(Shell Sand Core Insert Apparatus, 300)와;
상기 몰드 주입기(200)를 통해 용탕을 주입하고, 상기 중자 인서트 장치(300)에 의해 중자(310)가 인서트 된 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110)를 스텝(Step) 단위로 이송 및 급속으로 냉각시키기 위하여 정해진 이송 타이밍에 따라 고속 냉각 시스템(500)으로 이송시키는 이송 컨베이어(Transfer Conveyor, 400)와;
상기 이송 컨베이어(400)에 의해 이송된 금형 캐비티(110)를 급속으로 냉각시키기 위해서는 상기 몰드 주입 라인 장치(100) 상에 로터리 킬른(Rotary Kiln) 타입으로 설치되는 고속 냉각 시스템(High Speed Cooling System, 500)이 포함되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 다수개의 금형 캐비티(Mold Cavity, 110)에 주입되는 용탕(혹은 쇠물)은, 전기로(Electric Furnace)에서 용융시킨 쇠물에 대해 1차 성분 검사를 실시하고, 이를 일정시간 보온하기 위한 용해 보온로(Melting & Holding Furnace) 이송시킨 후, 구상화 및 접종(Nodulizing & Inoculation)을 수행한 다음 2차 성분 검사가 실시되는 용해공정(Melting Process)이 선행되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 몰드 주입기(Mold Injector, 200)는, 작업자의 필요에 따라 수직 & 수평 레일 상에서 상하 및 좌우 이동이 가능하고, 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110) 상부에 형성된 탕류(111)에 용탕을 정확하게 주입하기 위해 기울기(Inclination) 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 중자 인서트 장치(300)는, 주조 작업 중에 작업자의 필요에 따라 레일(Rail, 390) 상에서 전후로 이동 및 정지가 가능한 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 중자 인서트 장치(300)는, 하기의 구성 수단들을 동작 및 제어시키기 위한 액추에이터(Actuator)와 제어부(Control Unit)가 구비되며,
상기 중자(Shell Sand Core, 310)를 예열시키는 중자 예열기(Shell Sand Core Pre-heater, 320)와,
상기 중자 예열기에서 예열된 중자를 가이드 레일(Guide Rail) 상에서 상하좌우 왕복 운동을 통해 캡처(Capture)하여 중자 홀딩 트레이로 이송시키는 한 쌍의 중자 캡처 척 실린더(Shell Sand Core Capture Chuck Cylinder, 330)과,
상기 중자 캡처 척으로부터 이송된 중자를 홀딩(Holding)하여 가이드 레일 상에서 상하좌우 왕복 운동을 통해 상기 중자 인서트 장치(300) 전면부와 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 상부 쪽으로 이송시키는 중자 홀딩 트레이(Shell Sand Core Holding Tray, 340)와,
상기 중자 홀딩 트레이를 통해 이송된 중자를 캡처(Capture)하며, 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 금형 캐비티(110) 상부에 형성된 탕류(Pouring Basin, 111)와 스프루(Sprue, 112) 내의 중립 위치에 임시 퍼팅(Putting) 시키는 한 쌍의 퍼팅 척 실린더(Putting Chuck Cylinder, 350)와,
상기 척 실린더에 의해 인서트 된 중자를 가압하는 인서트 실린더(Insert Cylinder, 360)와,
상기 인서트 실린더의 하강으로 상기 중자를 가압시키는 압력 판(Press Plate, 370)과,
상기 중자 인서트 장치(300)를 조작하고 이송시키기 위한 사용자 조작부(User Operating Unit, 380) 및 이송용 레일(Rail for Transfer, 390)이 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 중자(Shell Sand Core, 310)는, 상기 금형 캐비티(110)의 상부에 형성된 스프루(Sprue, 112)에 인서트하기 전에 용탕면과 접촉 시 급속 냉각을 방지하기 위해 상기 중자 인서트 장치(300)의 중자 예열기(Shell Sand Core Pre-heater, 320)에 의해 사전에 일정한 온도로 예열되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 중자(Shell Sand Core, 310)는, 상기 금형 캐비티(Cavity, 110)에 주입되는 용탕의 전체 중량과 상기 금형 캐비티의 상부에 형성된 스프루(Sprue, 112)의 내경에 따라 제작되는 중자의 사이즈와 예열온도가 달라지는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 중자를 갖는 용탕 충진 시스템은, 상기 몰드 주입 라인 장치(100) 상에 설치된 고속 냉각 시스템(500)에 의해 냉각된 금형제작물을 용이하게 탈사(Shot Blasting)하기 위하여 상기 몰드 주입 라인 장치(100)의 몰드 주입 라인을 분해 및 조립 가능하도록 하는 게이트 제거 유니트(Gate Removal Unit, 600)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 시스템.
- 제8항에 있어서,
상기 중자를 갖는 용탕 충진 시스템은, 상기 게이트 제거 유니트(600)에서 분리 및 제거된 금형물을 후속처리 없이 열처리가 가능하도록 하는 트리밍 & N.C 그라인더(Trimming and N.C Grinder, 700)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 중자를 갖는 용탕 충진 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220180748A KR102670337B1 (ko) | 2022-12-21 | 2022-12-21 | 중자를 갖는 용탕 충진 시스템 |
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| KR (1) | KR102670337B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2002079353A (ja) * | 2000-09-07 | 2002-03-19 | Sintokogio Ltd | 造型ライン及び鋳造ライン |
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2022
- 2022-12-21 KR KR1020220180748A patent/KR102670337B1/ko active IP Right Grant
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