KR20230134236A - 이형제 자동 도포장치 - Google Patents

Abstract

단조장치의 상형, 하형, 및 사이드 금형 등의 가압표면에 균일한 두께의 이형제 도포가 가능하고, 각각 다른 도막두께, 도포면적, 도포시간 등의 조건 설정이 가능한 제어 시스템을 갖는 이형제 자동도포장치가 제공된다. 단조 프레스에 본 발명의 장치를 부착하고 서보모터의 특성을 활용한 토크제어와 위치제어를 통해 분사부재의 최단거리 이동을 실현하여 금형 내에 삽입되어서 이형제의 도포량 및 도포방향을 쉽게 제어할 수 있다. 본 발명의 이형제 도포장치는 자동 제어 기술을 이용하여, 일정 점에서의 회전 도포 방식으로 매회 같은 조건으로 최적의 도포 두께와 면적의 설정 및 작업이 가능하며, 금형규격에 따른 셋팅이 용이하고, 회전하는 분사부재의 회전축 내부에 관로가 형성되어 상하부 금형 및 사이드 금형에의 도포를 각각 분리하여 다른 시간에 도포할 수 있는 등의 자유로운 설정이 가능하다.

Description

이형제 자동 도포장치 {Apparatus for automatic application of mold release agent}

본 발명은 단조장치 등에 사용되는 금형(예를 들어, 상부, 하부, 사이드 금형 등)에 이형제를 자동으로 도포해 주는 장치에 관한 것이다.

단조장치, 특히, 열간 단조장치의 금형 구성은 상부 금형과 하부 금형으로 크게 이루어진다. 상부 금형은 상부 플레이트에 고정되는 연결부재와, 이 연결부재에 결합 고정되는 상부 라이너와, 이 상부 라이너에 결합 고정되는 상부 금형으로 구성된다. 하부 금형은 하부의 넉아웃 실린더에 연결된 이젝터부와 하부 금형 인써트, 그리고 제품 외형을 결정짓는 사이드 금형으로 구성된다.

이와 같이 구성되는 열간 단조장치를 이용한 단조 작업의 예를 살펴보면 다음과 같다.

하부 금형에 예열된 빌렛(billet)이 투입되면, 상부 플레이트에 체결되어 있는 상부 금형이 직접적으로 빌렛을 가압하여 단조를 하게 되며, 위치 및 압력 제어하에 제품을 고압 성형한다. 그 후 메인 압력을 해제하여 상부 금형을 상승시키고, 하형 금형의 중앙에 위치한 이젝터를 넉아웃 실린더로 상승시켜 제품을 이탈시킨 후, 제품을 다관절 로봇으로 취출한다.

이상에서 설명한 열간 단조장치에서는, 단조작업을 하기 전에 상부 금형과 하부 금형 및 사이드 금형에 제품이 소착되지 않고 탈형이 용이하도록 각 금형의 가압표면에 이형제를 적정 두께로 도포하고 있다. 특히 열간 단조작업에서는 매우 높은 가압을 하기 때문에 이형제 도포공정은 매우 중요하다. 이형제 도포량이 부족하면 금형에 제품이 소착되고, 균일하게 도포되지 않으면 제품의 단조길이와 방향이 달라져 불량이 발생되기도 한다.

그러나, 종래에는 이러한 일련의 작업, 즉 상,하부금형 및 사이드 금형의 이형제 도포작업을 압송탱크와 핸드건 등을 이용하여 수작업으로 진행하고 있어서, 작업속도가 늦고 상하부 금형의 성형면에 균일한 도포두께와 매회 동일한 양의 도포가 이루어지지 않아 비효율적이다. 또한, 작업자의 피로가 누적되며, 도포 작업자마다 도포량 및 방법이 달라 일정한 이형제 도포 작업을 할 수 없는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 종래에 작업자가 수동으로 단조장치의 상부금형(상형)과 하부금형(하형) 및 사이드금형의 가압표면에 제품의 소착을 방지하기 위하여 도포하는 이형제를 자동으로 도포하는 장치를 제안하여 종래의 제반 문제점을 해소하고자 함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 금형(예를 들어, 단조장치의 상형, 하형, 및 사이드 금형)의 가압표면에 균일한 두께의 이형제 도포가 가능하고, 각각 다른 도막두께, 도포면적, 도포시간 등의 조건 설정이 가능한 제어 시스템을 갖는 이형제 자동도포장치가 제공된다.

단조 프레스에 본 발명의 장치를 부착하고 서보모터의 특성을 활용한 토크제어와 위치제어를 통해 분사부재의 최단거리 이동을 실현하여 금형 내에 삽입되어서 이형제의 도포량 및 도포방향을 쉽게 제어할 수 있다.

본 발명의 이형제 도포장치는 자동 제어 기술을 이용하여, 일정 점에서의 회전 도포 방식으로 매회 같은 조건으로 최적의 도포 두께와 면적의 설정 및 작업이 가능하며, 금형규격에 따른 셋팅이 용이하고, 회전하는 분사부재의 회전축 내부에 관로가 형성되어 상하부 금형 및 사이드 금형에의 도포를 각각 분리하여 다른 시간에 도포할 수 있는 등의 자유로운 설정이 가능하다.

구체적으로 본 발명에 따른 이형제 자동도포 장치는, 단조 장치에 부착되는 시스템 프레임; 금형에 이형제 도포를 위한 회전 분사수단; 상기 회전 분사수단의 금형 도포 위치를 결정하기 위해 상기 회전 분사수단을 상기 시스템 프레임에 대해서 승강시키는 승강수단; 상기 회전 분사수단의 금형 도포 위치를 결정하기 위해 상기 회전 분사수단을 상기 시스템 프레임에 대해서 횡방향으로 전진 및 후진시키는 전후진수단을 포함한다. 또한 상기 회전 분사수단의 도포 조건의 설정 및 실행을 수행하고, 상기 승강수단 및 전후진 수단의 실행을 수단하는 자동 제어 시스템을 추가로 포함한다.

여기서, 상기 회전 분사수단은 상기 승강수단의 승강 동작 및 상기 전후진수단의 전진 및 후진 동작에 의해 이형제 도포 대상 금형에 접근하여 이형제를 분사하며, 상기 금형에 이형제를 회전식으로 도포하는 회전수단을 포함할 수 있다.

상술한 본 발명의 개념은 이하에서 도면과 함께 설명하는 구체적인 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.

본 발명에 따르면, 기존에 수동으로 행해져 왔던 이형제 도포공정을 자동으로 시행함에 따라 작업자의 피로도를 최소화할 수 있고, 이형제 도포량을 상,하형 및 사이드 금형에 각각 효율적 정량을 설정할 수 있고, 복수의 분사노즐을 금형 표면에 근접시켜서 회전식으로 분사할 수 있어서 동시에 다른 위치에 균일 도포가 가능하여 결과적으로 최종 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이형제 자동도포장치의 분해 사시도
도 2는 본 발명에 따른 이형제 자동도포장치의 조립 상태 예시도
도 3은 분사헤드의 상세도
도 4는 본 발명에 따른 이형제 자동도포장치의 설치상태 측면도
도 5는 본 발명에 따른 이형제 자동도포장치의 이형제 분사 상태도

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하 설명에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한 명세서에 사용된 '포함한다(comprise, comprising 등)'라는 용어는 언급된 구성요소, 단계, 동작, 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용된 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이형제 자동도포장치의 분해 사시도이고, 도 2는 조립된 상태의 예시도이고, 도 3은 분사헤드의 상세도이다. 도 4는 본 실시예에 따른 이형제 자동도포장치의 설치상태 측면도이고 도 5는 이형제 분사 상태도이다.

본 실시예에 따른 이형제 자동도포장치(100)는 도 4의 설치상태도에 나타낸 것과 같이 단조장치(10)(예를 들어, 열간 단조프레스)에 부착 설치되어 단조장치(10)의 상부 금형(11) 및 하부 금형(12), 나아가 사이드 금형(미도시)에 이형제를 도포(도 5 참조)하도록 구성한 형태의 예시이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 실시예의 이형제 자동도포장치(100)는 시스템 프레임(110), 가이드 유닛(120), 승강블록(130), 및 이형제 분사유닛(140)을 포함한다.

시스템 프레임(110)은 이형제 자동도포장치(100)를 단조장치(10)에 부착하여 설치하기 위한 구조물로서, 단조장치(10)의 일 표면에 부착되도록 구성된다. 도면에서와 같이 개구가 형성되어 있는 오픈(open)형 프레임으로 제작할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

가이드 유닛(120)은 승강블록(130)이 상하 방향으로 이동할 수 있도록 안내하는 역할을 하는 것으로, 수직으로 세워진 제1 가이드 레일(121)을 포함한다. 이 제1 가이드 레일(121)은 한 쌍이 횡으로 나란하게 배열될 수 있다. 이 경우 상기 한 쌍의 제1 가이드 레일(121)은 상,하부에 마련된 상부 및 하부 체인 스프라켓(122,123)에 의해 일체화된다.

여기서, 도 1의 하부에 있는 확대도를 보면, 상기 가이드 유닛(120)에는 승강블록(130)을 승강시키기 위한 승강 구동수단(150)이 설치될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 승강 구동수단(150)은 도 1에서와 같이, 상기 상부 체인 스프라켓(122)과 하부 체인 스프라켓(123)에 의해 연결되는 스프라켓 체인(151)과, 상부 체인 스프라켓(122)을 회전시키는 승강용 모터(152)로 구성될 수 있다.

또한 상기 승강블록(130)은 상기 승강 구동수단(150)에 의해 상기 가이드 유닛(120)을 따라 상승 및 하강되는 구조물이다. 도 2에 나타낸 것은 가이드 유닛(120)에 승강블록(130)이 조립된 상태의 한 예에 불과한 것으로, 당업자에 의해 다양한 방식으로 가이드 유닛(120)을 따라 승강블록(130)이 상승 및 하강되는 구조를 설계할 수 있을 것이다.

예로서 한 실시형태에 따르면, 도 1에서와 같이 승강블록(130)은 대략 ㄱ자형 판형으로 제작되며, 그 배면에는 상기 제1 가이드 레일(121)과 결속되는 가이드 블록(131)이 마련되고, 일 측면에는 이형제 분사유닛(140)을 전진 및 후진 동작하도록 하기 위해 링크블록(134)이 상하로 슬라이드 동작하도록 하기 위한 제2 가이드 레일(132)이 마련된다. 링크블록(134)은 이후에 설명하겠지만 이형제 분사유닛(140)의 일부 요소에 힌지 결합된다. 한편 상기 승강블록(130)의 타 측면에는 상기 스프라켓 체인(151)과 치합되는 샤프트 블록(133)이 마련된다. 따라서, 상기 승강블록(130)은, 스프라켓 체인(151)의 회전에 의해 샤프트 블록(133)이 스프라켓 체인(151)의 상하 방향을 따라 이동함에 따라 상하 방향으로 이동된다.

마지막으로, 이형제 분사유닛(140)은 도 5에 나타낸 것과 같이, 상기 승강블록(130)에 지지된 채 상기 상부금형(11) 및 하부금형(12)의 사이로 진입하여 각 금형의 가압표면에 이형제를 분사한다.

도 1을 참조하면, 이형제 분사유닛(140)은 메인링크(141), 연결링크(142), 및 분사부재(143)로 구성된다.

메인링크(141)의 일단은 상기 승강블록(130)의 상기 제2 가이드 레일(132)을 따라 승강 이동되는 제1 링크블록(134)에 힌지 결합되고, 타단에는 제2 링크블록(144)이 힌지 결합된다. 제2 링크블록(144)은 분사부재(143)의 일부 요소가 결합된다(도 1, 2에서 143a로 표시된 요소. 후술함).

연결링크(142)는 상기 승강블록(130)에 일단이 힌지 결합되고, 타단은 상기 메인링크(141)의 중간부분에 힌지 결합된다. 연결링크(142)는 구동부재(160)의 동력에 의해 상기 메인링크(141)를 변위시켜준다. 여기서 구동부재(160)는 상기 승강블록(130)의 하단에 설치되는 모터(161)와, 이 모터(161)의 동력을 상기 연결링크(142)로 전달하는 기어박스(162)로 구성될 수 있다.

분사부재(143)는 상기 메인링크(143)의 타단에 힌지 결합되어 있는 제2 링크블록(144)에 결합되어 있으며, 메인링크(141)의 승강 및 회전 동작에 의해 전진 및 후진되면서 상기 상부 및 하부 금형(11,12)에 접근하여 이형제를 분사하는 역할을 한다. 여기서, 분사부재(143)는 상기 메인링크(141)의 말단에 링크되는 지지바(143a)와, 이 지지바(143a)의 선단에 설치되는 분사헤드(143b)로 구성될 수 있고, 상기 분사헤드(143b)는 상기 지지바(143a)의 말단에 마련되는 브라켓(143c)과, 상기 브라켓(143c)에 지지되는 모터(143d)와, 상기 브라켓(143c)에 회전 가능하게 지지되는 로터(143e)와, 상기 로터(143e)의 상부 및 하부에 각각 마련되는 분사노즐(143f)과, 상기 모터(143d)와 로터(143e)를 연결하는 동력전달체(143g)로 구성될 수 있다. 분사부재(143)는, 이형제를 상부 금형(11) 및 하부 금형(12)에 각각 다른 조건(예를 들어, 시간)으로 회전식으로 분사할 수 있도록 상기 로터(143e)의 회전축 내부에 관로를 형성하여 로터(143e)의 회전에 방해없이 상부 및 하부의 분사노즐(143f)에서 다양한 방향으로 이형제 분사가 가능하도록 구성된다.

이형제 분사에 관련하여, 본 발명에 따른 이형제 자동도포장치에는 다양한 도막두께, 도포면적, 도포시간 등의 조건 설정이 가능하고 이를 실행하는 자동 제어 시스템이 필요하다. 구체적으로, 단조 프레스에 부착된 상태에서 서보모터의 특성을 활용한 토크제어와 위치제어를 통해 분사부재(143)를 도포대상 금형으로 이동시키는 제어, 그리고 금형 규격에 적응하여 회전 도포 방식으로 매회 동일한 설정 조건으로 최적의 도포 두께(도포량), 면적, 도포방향의 최적화를 위한 제어가 필요하다.

또한, 본 실시예에 따른 이형제 자동도포장치(100)는, 상기 가이드부재(120)에 지지된 채, 상기 승강블록(130)의 승강동작시 완충 역할을 하는 제1 완충실린더(171)와, 상기 승강블록(130)에 지지된 채, 상기 메인링크(141)의 승강동작시 완충 역할을 하는 제2 완충실린더(172)를 더 포함할 수 있다.

이상의 구성을 갖는 본 발명은 이형제 도포 공정시에, 도 4의 초기 위치로 부터, 도 5에서와 같이, 상기 승강용 모터(152)의 구동에 따라 스프라켓 체인(151)이 회전하고, 이에 치합된 샤프트 블록(133)이 하강하게 된다. 따라서, 샤프트 블록(133)이 결합되어 있는 승강블록(130)이 일정 위치까지 하강하게 된다.

이후, 상기 구동부재(160)의 모터(161)가 구동되면 기어박스(162)를 통해 연결링크(142)가 도 5와 같이 시계방향으로 회전하게 되고, 이에 연결된 메인링크(141)의 하단이 전진하게 되어 메인링크(141)의 하단에 연결된 분사부재(143)가 단조장치(10)의 상금형(11)과 하금형(12) 사이로 진입할 수 있게 된다.

이후에는 분사부재(143)에 포함된 모터(143d)가 로터(143e)를 회전시키고 이에 따라 상부 및 하부 분사노즐(143f)를 회전시켜서 이형제가 각 분사노즐(143f)를 통해 상금형(11)과 하금형(12)에 각각 분사된다. 분사노즐(143f)이 회전하기 때문에 이형제는 원형의 궤적을 그리며 금형 가압표면의 전체 면적에 걸쳐 균일하게 도포될 수 있다.

이상에서 본 발명의 사상을 구체적으로 구현한 실시예를 설명하였다. 그러나 본 발명의 기술적 범위는 이상에서 설명한 실시예 및 도면에 한정되는 것이 아니라 특허청구범위의 합리적 해석에 의해 정해지는 것이다.

100: 이형제 자동도포장치, 110: 시스템 프레임, 120: 가이드 유닛, 130: 승강블록, 140: 이형제 분사유닛, 143: 분사부재, 150: 승강 구동수단, 160: 분사유닛 전후진 구동부재, 171: 제1 완충실린더, 172: 제2 완충실린더

Claims (6)

1. 단조 장치에 부착되는 시스템 프레임;
   금형에 이형제 도포를 위한 회전 분사수단;
   상기 회전 분사수단의 금형 도포 위치를 결정하기 위해 상기 회전 분사수단을 상기 시스템 프레임에 대해서 승강시키는 승강수단;
   상기 회전 분사수단의 금형 도포 위치를 결정하기 위해 상기 회전 분사수단을 상기 시스템 프레임에 대해서 횡방향으로 전진 및 후진시키는 전후진수단을 포함하되,
   상기 회전 분사수단은 상기 승강수단의 승강 동작 및 상기 전후진수단의 전진 및 후진 동작에 의해 이형제 도포 대상 금형에 접근하여 이형제를 분사하며, 상기 금형에 이형제를 회전식으로 도포하는 회전수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이형제 자동도포 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 승강수단은 수직으로 세워진 가이드 유닛과, 이 가이드 유닛에 안내되어 상하로 이동하는 승강블록을 포함하되,
   상기 가이드 유닛은
   수직으로 세워진 적어도 하나의 가이드 레일(121)과, 상기 승강블록을 승강시키기 위한 승강용 모터(152)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이형제 자동도포 장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 승강수단은 수직으로 세워진 가이드 유닛과, 이 가이드 유닛에 안내되어 상하로 이동하는 승강블록을 포함하되,
   상기 승강블록은 ㄱ자형 판형이며, 그 배면에는 상기 가이드 유닛에 결속되는 가이드 블록(131)이 포함되고, 일 측면에는 상기 회전 분사수단을 전진 및 후진시키는 전후진수단에 결합되어, 이 전후진수단을 상하로 승강시키는 것을 특징으로 하는 이형제 자동도포 장치.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 전후진수단은
   상기 승강수단에 힌지 결합되는 메인링크(141)와, 상기 메인링크의 중간부에 힌지 결합되는 연결링크(142)와, 상기 연결링크(142)를 회전시켜 상기 메인링크(141)를 변위시키는 구동부재(160)를 포함하되,
   상기 메인링크(141)의 상기 승강수단에 힌지 결합된 반대 단에 상기 회전 분사수단이 결합되어서, 상기 구동부재(160)에 의한 상기 메인링크(141)의 변위에 의해 상기 회전 분사수단이 전진 및 후진 이동하는 것을 특징으로 하는 이형제 자동도포 장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 회전 분사수단은, 상기 전후진수단에 결합되는 지지바(143a)와, 이 지지바(143a)의 선단에 설치되는 분사헤드(143b)를 포함하되,
   상기 분사헤드(143b)는 모터에 의해 회전하는 로터(143e)와, 이 로터(143e)의 양단에 각각 마련되는 분사노즐(143f)을 포함하되,
   상기 로터(143e)는 이형제를 다른 위치에 있는 금형에 상이한 도포조건으로 회전식으로 분사할 수 있도록, 내부에 관로를 포함하여 로터(143e)의 회전에 방해없이 다방향으로 상기 분사노즐(143f)에서 이형제가 분사되도록 하는 것을 특징으로 하는 이형제 자동도포 장치.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 회전 분사수단의 도포조건의 설정 및 실행을 수행하는 자동 제어 시스템을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이형제 자동도포 장치.

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