KR20100130302A - 대기주조를 위한 원심주조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공상태가 아닌 대기 중에서 원심주조법에 의해 복잡하고 정밀한 형상 또는 두께가 얇은 박판의 주조 제품을 만들 수 있고, 원심주조장치의 회전방향과 RPM을 자유롭게 조절할 수 있으며, 회전 중인 장치를 곧바로 정지시킬 수 있어서 주조 제품의 불량율을 현저하게 줄이고 회수율을 향상시킬 수 있는 원심주조장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 원심주조장치는, 원판 형상의 받침판; 받침판 위에 설치되며, 감속기가 구비된 브레이크 모터; 브레이크 모터를 감싸고, 받침판 위에 설치되는 프레임; 감속기와 샤프트를 통해 연결되며, 그 상부에 중공(中空)의 돌출부가 구비된 원판 형상의 턴테이블; 하면에 상기 턴테이블의 돌출부에 삽입되는 돌기를 구비하며, 상면에 주형을 고정시키게 되는 주형받침대; 프레임에 체결되어 설치되고, 가장자리에 상향 돌출되는 테두리가 형성되어 있는 링형상의 턴테이블프레임; 턴테이블프레임의 테두리 내측에 위치하는 원통형상의 측벽부재; 턴테이블의 작동을 제어하는 제어판넬을 포함하여 구성된다.

원심주조, 대기, 브레이크 모터, 주형

Description

대기주조를 위한 원심주조장치{Centrifugal casting apparatus}

본 발명은 대기(大氣)주조를 위한 원심주조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 진공상태가 아닌 대기 중에서 원심주조법에 의해 복잡하고 정밀한 형상 또는 두께가 얇은 박판의 주조 제품을 만들 수 있고, 원심주조장치의 회전방향과 RPM을 자유롭게 조절할 수 있으며, 회전 중인 장치를 곧바로 정지시킬 수 있어서 주조 제품의 불량율을 현저하게 줄이고 회수율을 향상시킬 수 있는 원심주조장치에 관한 것이다.

일반적으로 주물을 만들 때는 용융 금속을 중력의 작용에 의해 주형(鑄型)속에 흘려 보내는데, 이 방법으로는 박판(薄板)으로 된 복잡한 형상의의 주물을 제조하는데 한계가 있다. 이를 해소하기 위한 방안으로 주형에 쇳물을 부어 회전시켜 원심력을 이용해서 복잡하고 박판이 수반된 대형 제품의 주물을 얻는 원심주조법이 출현하였으며, 정밀한 소형제품 또는 두께가 매우 얇은 박판의 제품을 주조를 통해 성형하는 경우에는 정밀주조방식을 사용하게 되는데, 이러한 정밀주조방식의 하나 로 사용되고 있는 방식이 진공원심주조법이다.

진공원심주조법은 일정속도 이상으로 회전하는 도가니에 용융물을 주입시키고 원심력에 의해 도가니로부터 이탈되는 용융물을 주형 내부에 충전시켜 제품을 만드는 방식이다. 여기서, 의도한 정밀한 제품을 얻기 위해서는 주형 내 주입된 용융물이 응고하기 전에 주형 내부공간으로 용융물이 완전히 채워져야 한다. 즉, 원심력에 의해 도가니로부터 이탈된 용융물이 응고되기 전에 주형 내부공간을 모두 채워야 한다.

그런데, 용융물로 사용되는 재료 중 응고속도가 매우 빠른 금속, 예컨대, 티타늄이나 티타늄 합금과 같이 융점이 매우 높은 고융점 금속재료의 경우, 도가니로부터 이탈된 용융물이 응고되는 속도가 매우 빨라 주형의 내부공간에 용융물이 완전히 채워지기 전에 용융물이 응고될 우려가 크다. 이와 같은 현상은 두께가 매우 얇은 정밀한 제품의 주조시에 더 많이 나타나게 되는데, 이는 용융물이 주형 내로 침투하는 통로가 매우 좁아서 유동저항이 매우 크기 때문이다. 따라서, 통상의 원심주조방식에 의해서는 티타늄이나 티타늄 합금과 같은 고융점 금속재료를 이용하여 두께가 얇은 박판의 제품이나 정밀한 제품을 만드는 데 한계가 있다.

이러한 한계를 극복하기 위해 출현한 원심주조방식이 주형을 고속으로 회전시킨 후 고속회전하는 주형의 위쪽으로 형성된 탕구로 용융물을 주입하는 방식이 다. 이와 같은 원심주조방식은 주형의 탕구를 회전중심으로 하여 주형을 회전시키는 구조인데, 도가니의 용융물을 주형의 회전 중심에 오차 없이 정확히 부어야 한다. 그렇지만, 주형의 탕구의 회전중심으로 용융물을 정확히 진입시키지 못할 경우 1000℃ 이상의 용융물이 회전하는 주형의 측면에 부딪혀 주형 외부로 튀어나오게 되어 매우 위험하다.

또한, 원심주조법에 있어서 주형에 주입되는 용탕의 온도, 주입용량, 주형의 회전속도, 냉각속도 등은 최종 제작되는 주물의 품질에 지대한 영향을 끼친다. 그중에서도 주물의 냉각속도는 주물 조직의 치밀성 및 결함의 발생빈도에 직접적으로 관여하는 매우 중요한 요소인데, 지금까지는 진공원심주조법으로 주물을 제조하고 난 다음 주형을 대기중에 방치시키는 자연냉각방법이 주로 이용되어 왔다.

따라서 종래 진공원심주조기에 의한 대기 냉각방식은 주물 전체에 걸친 균일한 대기접촉 및 그에 따른 냉각이 유지되지 못하는 관계로, 냉각시 주물 중심을 향한 수축현상이 발생하고, 그에 따라 크랙(Crack)이 발생하는 등 주조 시 불량율이 매우 높고, 진공원심주조기 자체가 구조가 복잡할 뿐만 아니라 진공원심주조기 자체가 매우 고가(高價)라는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 진공상태가 아닌 대기 중에서 원심주조법에 의해 복잡하고 정밀한 형상 또는 두께가 얇은 박판의 주조 제품을 만들 수 있고, 원심주조장치의 회전방향과 RPM을 자유롭게 조절할 수 있으며, 회전 중인 장치를 곧바로 정지시킬 수 있어서 주조 제품의 불량율을 현저하게 줄이고 회수율을 향상시킬 수 있는 원심주조장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 과제 해결을 위하여 본 발명에 따른 원심주조장치는, 원판 형상의 받침판; 상기 받침판 위에 설치되며, 감속기가 구비된 브레이크 모터; 상기 브레이크 모터를 감싸고, 상기 받침판 위에 설치되는 프레임; 상기 감속기와 샤프트를 통해 연결되며, 그 상부에 중공(中空)의 돌출부가 구비된 원판 형상의 턴테이블; 하면(下面)에 상기 턴테이블의 돌출부에 삽입되는 돌기를 구비하며, 상면(上面)에 주형을 고정시키게 되는 주형받침대; 상기 프레임에 체결되어 설치되고, 가장자리에 상향 돌출되는 테두리가 형성되어 있는 링형상의 턴테이블프레임; 상기 턴테이블프레임의 테두리 내측에 위치하는 원통형상의 측벽부재; 상기 턴테이블의 작동을 제어하는 제어판넬을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 주형받침대는 가장자리에 상향 돌출되는 테두리가 형성되어 있는 원반이고, 상기 테두리의 내측으로는 지그(jig)를 설치하여 주형을 고정시킨다.

바람직하게는, 턴테이블프레임의 테두리 내측에는, 주형의 탕구에 용융물을 주입하거나, 주형이 회전할 때 용융물이 튀기더라도 작업자에게까지 튀지 않도록 막아 주는 보호부재를 더 삽입하는데, 보호부재는 측면은 원통형상이고, 상부는 중앙이 뚫린 원추대 형상인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 원심주조장치는, 진공상태가 아닌 대기 중에서 원심주조법에 의해 복잡하고 정밀한 형상 또는 두께가 얇은 박판의 주조 제품을 만들 수 있고, 원심주조장치의 회전방향과 RPM을 자유롭게 조절할 수 있기 때문에 일정한 방향으로 기울기를 갖는 제품은 주조시 원심주조장치의 회전방향을 달리해 주고, 회전 중인 장치를 원하는 시점에 곧바로 정지시킬 수 있어서 주조 제품의 불량율을 현저하게 줄이고 회수율을 향상시킬 수 있다.

또한, 보호부재를 설치했기 때문에 주형의 탕구에 용융물을 주입하거나, 주형이 회전할 때 또는 주형이 파손되더라도 용융물이 작업자에게까지 튀지 않아서 작업 중에 발생하는 산업재해를 예방할 수도 있다.

도 1 내지 3을 참조하여 본 발명에 따른 대기주조를 위한 원심주조장치에 대하여 설명하면, 원심주조장치는, 원판 형상의 받침판(10); 상기 받침판(10) 위에 설치되며, 감속기(21)가 구비된 브레이크 모터(20); 상기 브레이크 모터(20)를 감싸고, 상기 받침판(10) 위에 용접을 하거나 체결수단에 의해 고정 설치되는 프레임(11); 상기 감속기(21)와 샤프트(23)를 통해 연결되며, 그 상부에 중공(中空)의 돌출부(31)가 구비된 원판 형상의 턴테이블(30); 하면(下面)에 상기 턴테이블의 돌출부(31)에 삽입되는 돌기(34)를 구비하며, 상면(上面)에 주형을 고정시키게 되는 주형받침대(33); 상기 프레임(11)에 체결되어 설치되고, 가장자리에 상향 돌출되는 테두리가 형성되어 있는 링형상의 턴테이블프레임(13); 상기 턴테이블프레임(13)의 테두리 내측에 위치하는 원통형상의 측벽부재(14); 상기 턴테이블(30)의 작동을 제어하는 제어판넬(40)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

턴테이블(30)의 상면(上面)에 구비된 중공(中空)의 돌출부(31)와 주형받침대(33)의 하면(下面)에 구비된 돌기(34)는, 상기 돌출부(31)에 돌기(34)가 삽입됨으로써 턴테이블(30)과 주형받침대(33)가 일체가 되어 회전할 수 있도록 각각 3∼5개씩 형성되는데, 각 돌출부(31)에는 스프링(32)을 더 삽입하여 턴테이블(30)이 회전을 시작할 때와 정지할 때 돌출부(31)와 돌기(34) 사이의 충격 또는 턴테이블(30)과 주형받침대(33) 사이의 충격을 완화해 주는 것이 바람직하다.

주형받침대(33)는 가장자리를 따라 상향 돌출되는 테두리가 형성되어 있는 원반이고, 상기 테두리의 내측으로는 지그(35)를 설치하여 주형을 고정시키게 되는데, 주형의 형상에 따라 지그(35)의 형상도 달라져야 할 것이다.

턴테이블프레임(13)은, 프레임(11)에 형성된 체결부(12)를 통해 볼트 등과 같은 체결수단에 의해 프레임(11)에 고정 체결되는데, 가장자리를 따라 상향 돌출되는 테두리가 형성(단면 형상은 』임)되어 있는 링(Ring) 형상으로 구성되어, 수평인 부분에 상기 측벽부재(14)와 보호부재(15)가 얹혀지게 된다.

본 발명에 따른 원심주조장치는 진공상태에서 작업을 하는 것이 아니라 대기 중에서 작업을 하기 때문에 1,000℃ 이상의 뜨거운 용융물(쇳물)로부터 작업자의 안전을 지키는 것도 중요하다. 따라서 턴테이블프레임(13)의 가장자리를 따라 상향 돌출된 테두리 내측에는, 측벽부재(14)를 위치시켰지만, 턴테이블(30) 상에 위치한 주형의 탕구에 뜨거운 용융물을 주입하거나, 주형이 회전할 때 또는 주형의 파손으로 인하여 용융물이 튀기더라도 작업자에게까지 튀지 않도록 막아 주는 보호부재(15)를 더 삽입시키는 것이 바람직하다. 도면에 도시한 것과 같이 보호부재(15)는 하부는 뚫려 있고, 측면은 원통 형상이며, 상부는 중앙이 뚫린 원추대 형상으로 하는 것이 바람직하다.

받침판(10) 상에는, 지금까지 설명한 것과 같은 원심주조장치를 3∼5개 정도 설치하고, 받침판(10) 자체가 360°회전할 수 있도록 하는 것이 바람직하고, 제어판넬(40)은 각 원심주조장치에 설치되어 있는 브레이크 모터(20)의 작동을 제어하여 턴테이블(30)의 회전방향, RPM, 정지 및 작동시간 등을 각각 제어하도록 구성되어 있으며, 턴테이블(30)과 주형받침대(33) 및 그 위에 고정된 주형만 회전하게 된다.

지금까지 설명한 것과 같은 대기주조를 위한 원심주조장치는 제어판넬(40)에서 모터를 작동시키면 브레이크 모터(20)가 작동하게 되는데, 주조 제품이 블레이드와 같이 일정한 방향으로 기울기가 져 있는 경우, 턴테이블(30)을 회전시키는 방향에 따라 블레이드의 끝부분까지 쇳물이 도달하지 않아 미스런(miss run)이 발생하여 불량이 발생하거나, 직경이 큰 샤프트의 경우에는 쇳물의 주입이 끝난 다음에는 원심력에 의해 중심부분에 있는 쇳물이 밖으로 쏠려 중앙부분에 불량이 발생하는 경우가 많기 때문에, 이러한 불량을 줄이기 위하여는 턴테이블의 회전방향과 RPM 및 정지시키는 시간의 선정이 매우 중요하다. 본 발명에 따른 원심주조장치는 이러한 턴테이블의 작동과 정지, 회전방향 및 RPM 등을 자유롭게 제어할 수 있다는 것이 큰 기술적 특징 중의 하나이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따 라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 원심주조장치의 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 원심주조장치의 분해도이다.

도 3은 본 발명에 따른 원심주조장치의 단면도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 받침판 11 : 프레임

12 : 체결부 13 : 턴테이블프레임

14 : 측벽부재 15 : 보호부재

20 : 브레이크 모터 21 : 감속기

23 : 샤프트 30 : 턴테이블

31 : 돌출부 32 : 스프링

33 : 주형받침대 34 : 돌기

35 : 지그 40 : 제어판넬

Claims (9)

1. 대기(大氣) 중에서 주조하는 원심주조장치로서, 상기 원심주조장치는,

   원판 형상의 받침판;

   상기 받침판 위에 설치되며, 감속기가 구비된 브레이크 모터;

   상기 브레이크 모터를 감싸고, 상기 받침판 위에 고정 설치되는 프레임;

   상기 감속기와 샤프트를 통해 연결되며, 그 상부에 중공(中空)의 돌출부가 구비된 원판 형상의 턴테이블;

   하면(下面)에 상기 턴테이블의 돌출부에 삽입되는 돌기를 구비하며, 상면(上面)에 주형을 고정시키게 되는 주형받침대;

   상기 프레임에 체결되어 설치되고, 가장자리를 따라 상향 돌출되는 테두리가 형성되어 있는 링형상의 턴테이블프레임;

   상기 턴테이블프레임의 테두리 내측에 위치하는 원통형상의 측벽부재;

   상기 턴테이블의 작동을 제어하는 제어판넬;

   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대기주조를 위한 원심주조장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 턴테이블에 구비된 돌출부와 상기 주형받침대에 구비된 돌기는, 서로 대응되는 위치에 각각 3∼5개씩 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 대기주조를 위 한 원심주조장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 각 돌출부에는 스프링을 더 삽입하여 충격을 완화해 주는 것을 특징으로 하는 대기주조를 위한 원심주조장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 주형받침대는 가장자리를 따라 상향 돌출되는 테두리가 형성되어 있는 원반이고, 상기 테두리의 내측으로는 지그(jig)를 설치하여 주형을 고정시키는 것을 특징으로 하는 대기주조를 위한 원심주조장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 턴테이블프레임의 테두리 내측에는, 주형의 탕구에 용융물을 주입하거나, 주형이 회전할 때 용융물이 튀기더라도 작업자에게까지 튀는 것을 막아 주는 보호부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 대기주조를 위한 원심주조장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 보호부재는 측면은 원통형상이고, 상부는 중앙이 뚫린 원추대 형상인 것을 특징으로 하는 대기주조를 위한 원심주조장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 받침판 상에는, 3∼5개의 원심주조장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 대기주조를 위한 원심주조장치.
8. 제1항 또는 제7항에 있어서,

   상기 제어판넬은, 브레이크 모터의 작동과 정지, 회전방향 및 RPM을 각각 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 대기주조를 위한 원심주조장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 받침판은 360°회전할 수 있는 것을 특징으로 하는 대기주조를 위한 원심주조장치.

Images