KR960003710B1 - 와이어 절단장치 및 이를 구비한 코어피닝 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

와이어 절단장치 및 이를 구비한 코어피닝 장치

제1도는 본 발명의 코어피닝 장치의 도식도.

제1도는 본 발명의 와이어 절단장치의 횡단면도.

제3도는 제2도의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 취한 단면도.

제4도는 본 발명의 코어피닝 장치의 부분단면 입면도.

제5도는 제4도의 선 Ⅴ-Ⅴ를 따라 취한 단면도.

제6도는 종래의 코어피닝 장치의 횡단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 코오피닝 장치 2 : 제어수단

3 : 모터 4 : 와이어 틀

5 : 와이어 6 : 와이어 절단장치

7 : 왁스모형 8 : 세라믹 코어

9 : 지지수단 10 : 하우징

11 : 나사형성 단부 12 : 생크지지용 수납부

13 : 원통형 생크 14 : 구동단부

15 : 절단단부 16 : 생크의 종축선

17 : 와이어 안내통로 18 : 커터

19 : 너트

20 : 예리한 연부를 포함하는 오리피스

21 : 오리피스의 종축선 22 : 생크기어

23 : 기압식 회전작동기 24 : 구동기어

25 : 전열기

본 발명은 와이어 절단장치 특히 코어지지핀을 절단하여 정밀주조용 왁스모형(Wax pattern)내에 삽입시키기 위한 장치에 관한 것이다.

정밀 주조방법에 의하면 주물 제품의 치수허용 오차가 비교적 정확하고, 주물의 표면상태가 양호하며, 또 주물 제품내에 정확하게 홀, 즉 통로를 형성할 수가 있다. 정밀 주조는 주조하고자 하는 형태로 성형한 왁스모형 주위에 주형을 형성하는 소위 “로스트 왁스법(lost wax)”이 주류를 이룬다. 주조시 왁스모형은 용융금속과 대체되게 되고, 이 용융금속이 냉각되어 주물제품이 된다. 주물내의 홀이나 내부 통로는 용융금속에 의해 밀려나지 않는 실리카로 된 코어나 세라믹으로 된 코어를 왁스모형내에 정확하게 배치하고, 주조후 상기 코어를 화학적인 침출이나 기타의 방법으로 제거함으로써 원하는 홀이나 통로가 주물내에 형성된다.

정밀구조는 특히 내부냉각 통로가 필요한 개스터빈 엔진용 초합금 블레이드 및날개(vane)를 생산하는데 널리 이용된다. 공기 역학적으로 (냉각) 효과를 기대할 수 있는 임계 허용오차를 얻기 위해서는 왁스모형내에 정확하게 코어를 위치시켜야 하며, 왁스를 제거하여 용융금속을 주입할 때 상기 코어가 움직이지 않도록 견고하게 지지해주는 시스템이 필요하다. 비숍(Bishop)등에게 허여된 미합중국 특허 제3,662,816호에는 다수의 얇은 금속핀을 허용하여 세라믹 코어를 주형내에 지지할 수 있게 하는 주형 구조가 기재되어 있다. 상기 금속핀들은 와이어로부터 전달되어 가열된 후 수작업에 의해 왁스모형내에 삽입되는 것이 일반적이다. 이것에 의해 코어를 움직이지 않고 왁스모형을 제거할 수 있기는 하나 많은 작업시간과 노동력이 필요하다.

히긴보탐(Higginbotham)등에게 허여된 미합중국 특허 제4,474,224호에는 왁스모형내에 코어지지핀을 삽입하는 장치가 기재되어 있다. 이것은 수작업에 의한 것보다 상당히 개량된 것이기는 하지만 이 역시 많은 문제점이 있다. 이 코어지지핀 삽입장치에는 피스톤 절단기형태(미합중국 특허 제4,474,224호의 제3도, 본 발명에서는 제6도 참조)의 자동절단 수단이 구비되어 있다. 와이어가 생크 지지용 수납부내로 삽입되면 이 와이어에 수직으로 배치된 예리한 날을 가진 피스톤 절단기가 와이어를 절단하여 핀을 만들고, 이 핀을 홀더로 이동시킨다. 이어서 제2피스톤은 홀더내의 핀을 밀어내어 왁스모형내에 삽입시킨다. 그런데 이 이중 피스톤으로된장치는 절단용 피스톤의 직경과 동일한 길이의 핀밖에 생산하지 못하며, 또한 왁스모형내로 핀이 삽입되는 깊이는 제2피스톤이 행정(stroke) 거리에 해당하는 깊이로 제한되는 문제점이 있다. 따라서 이 코어지지핀 삽입장치를 적용할 수 있는 왁스모형의 두께는 매우 제한되며, 다양한 왁스모형에 본 장치를 적용하기 위해서는 장치를 재조정해야 하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 장치를 재정비하지 않고도 다양한 길이의 코어지지핀을 생산할 수 있는 코어피닝 장치(core pinning apparatus : 와이어로 코어지지용 핀을 절단 형성하여 그 핀을 왁스모형내에 삽입하는 장치)를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 하나의 목적은 코어피닝 장치에 설치된 복잡한 절단장치 및 삽입장치를 단순화시켜 설비의 신뢰성을 향상시키는 것이다.

본 발명의 회전식 와이어 절단장치는 하우징, 이 하우징내에 배치된 회전이 가능한 원통형 생크(shank : 자루형태의 축부(軸部)를 의미함), 이 생크의 중심축선과 일치하지 않고 평행하게 배치된 생크내의 와이어 안내통로를 포함한다. 생크의 단부에는 그 연부가 예리하게 형성된 오리피스(orifice) : 출구부분을 의미함)를 구비하는 커터가 부착되어 있으며, 상기 생크가 회전되는 것을 통해 상기 오리피스는 상기 와이어 안내통로와 동일하게 정렬된다.

코어피닝 장치에 있어서, 상기 회전식 와이어 절단장치는 와이어 공급설비와 동일선상에 정렬되어 왁스모형을 조준하는 형태로 배치되어 있다. 상기 하우징은 본 코어피닝 장치에 부착되며, 이 하우징에는 하우징, 생크 및 커터를 가열시키는 가열자켓이 설치되어 있다. 작동시 와이어 안내통로와 상기 오리피스는 일렬로 정렬하며, 와이어는 소정의 길이만큼 상기 오리피스를 통과하게 된다. 상기 오리피스를 통과한 와이어는 왁스의 융점 이상으로 가열된 후 왁스모형내에 삽입된다. 와이어의 공급이 정지되면 생크를 회전시키고, 이에 의해 상기 와이어 안내통로는 커터로부터 임의의 호(arc)만큼 구동되어 상기 예리한 연부를 포함하는 오리피스에 의해 와이어가 절단된다. 와이어 절단후 생크는 원래의 위치로 회전되어 와이어 안내통로와 오리피스는 다시 일렬로 정렬되어 다음 작업을 위해 대기한다. 이와 같이 회전식 와이어 절단장치를 설치한 코어피닝 장치는 장치를 개조하지 않고도 왁스모형의 두께에 관계없이 어떠한 주형에도 사용할 수 있는 다양한 길이의 핀을 생산할 수 있으며, 전술한 이중 피스톤 설비가 필요없게 된다.

제1도는 코어피닝 장치(1)의 도식으로서, 본 코어피닝 장치(1)에는, 연속되는 와이어(5)가 감겨져 있는 와이어틀(4)을 회전시키는 모터(3)를 제어할 수 있는 제어수단(2)이 구비되어 있다. 와이어(5)는 와이어 절단장치(6)을 통해 세라믹 코어(8)를 포함하고 있는 왁스모형(7)내에 삽입된다. 왁스모형(7)은 죔쇠나 고정장치와 같은 적절한 지지수단(9)에 의해 지지되어 있다. 본 명세서에서는 코어피닝 장치를 예로하여 기재하였으나 와이어를 절단하는 장치에는 어느것에나 본 발명이 적용될 수 있다.

제2도의 회전식 왁스모형 절단장치(6)에는 나사형성단부(11) 및 생크지지용 수납부(12)를 가지는 하우징(10)이 포함되어 있다. 이 하우징(10)의 수납부(12)내에 배치된 원통형 생크(13)는 생크(13)의 종축선(16)을 중심으로 회전할 수 있게 되어 있다. 생크(13)에는 구동단부(14)와 절단단부(15)가 구비되어 있으며, 편심위치된 와이어 안내통로(17)는 상기 구동단부(14)로부터 절단단부(15)까지 연장된다. 상기 와이어 안내통로(17)는 생크(13)의 종축선(16)과 일치하지 않지만 서로 나란히 연장한다. 생크(13)의 절단단부(15)에는 커터(18)가 구비되어 있으며, 이것은 하우징(10)의 나사단부(11)에 결합된 너트(19)에 의해 지지된다. 이 커터(18)에는 예리한 연부를 포함하고 있는 오리피스(20)가 존재하며, 이 오리피스(20)의 직경은 와이어의 직경과 거의 동일하다. 제3도는 제2도의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 취한 단면도로, 오리피스의 중심종축선(21)은 생크축선(16)과 평행한데, 이때 와이어 안내통로(17)는 오리피스(20)와 축방향으로 일치되지만,생크(13)의 회전시 상기 안내 통로(17)는 오리피스(20)와 축방향으로 완전히 불일치됨으로써 생크(13)의 종축선(16)으로부터 편심되어 있음을 보여준다. 생크(13)의 회전시 와이어 통로(17)와 오리피스(20) 사이가 완전히 불일치되어야 와이어를 확실하게 전달할 수 있다.

제2도를 재차 참조하면, 작동시 생크(13)는 회전하여 통로(17)와 오리피스(20)가 서로 일치되었을때 그 사이로 와이어(5)가 공급된다. 본 와이어 절단장치를 통해 와이어의 공급을 용이하게 하기 위해 와이어 안내통로(17)의 형상은 구동단부(14)로부터 절단단부(15)쪽을 향해 테이퍼진 형상으로 하고 절단단부(15)에서의 통로(17)의 직경이 오리피스(20)의 직경과 같아지도록 한다.

본 발명의 실시예의 와이어 안내통로(17)는 와이어의 진입이 용이하도록 입구부가 큰 직경으로 되어 있으며, 중간부는 테이퍼진 형태를 이루며, 오리피스(20)로 연장되어 와이어 지지부는 와이어(5)의 직경과 거의 동일하게 되어 있다.

와이어(5)는 예로써 직경이 0.020인치인 백금 와이어를 사용할 수 있으나 생크(13) 및 커터(18)를 치수가 다른 것으로 교환해 줌으로써 적용할 수 있는 와이어의 치수에는 제한이 없다. 상기 생크(13) 및 커터(18)의 교환작업은 매우 용이하여, 생산성에 중요한 영향을 미치지는 않는다.

상기 오리피스(20)를 통해 소정 길이의 와이어가 통과하면 와이어 공급이 중단되면서 생크(13)는 축선(16)을 중심으로 회전하고, 이 회전에 의해 와이어 안내통로(17)와 오리피스(20) 사이가 어긋나게 됨으로써 와이어(5)는 오리피스(20)의 예리한 연부에 의해 절단된다. 와이어(5)를 절단시킨 후에 생크(13)를 회전시켜 통로(17)와 오리피스(20)를 다시 일치시킴으로써 다음 작업에 대비한다.

제4도의 와이어 절단장치(6)는 코오피닝 장치(1)상에 종방향으로 위치되어 있으며, 피닝 와이어(5)는 와이어틀(4)로부터 왁스모형(7)내로 공급된다(제1도 참조). 하우징(10)은 본 코어피닝 장치(1)에 고정 장착되며, 생크(13)의 구동단부(14)에는 생크기어(22)가 끼워져 있다. 이 생크기어(22)와 맞물리는 구동기어(24)는 기압식 회전작동기(23)를 이용하여 회전시킨다. 제5도에 도시된 바와 같이, 상기 구동기어(24)는 예로써 45° 회전하는 쐐기형태이며, 이것의 회전에 의해 생크(13)는 역회전된다. 이와같은 구동기어(24)의 배열에 의해 통로(17)와 오리피스(20)는 용이하게 일치될 수 있다. 그러나 360° 회전하는 구동기어와 그 작동 시스템을 사용할 수도 있다.

제4도를 재차 참조하면, 전열기(25)는 하우징(10) 주변에 하우징 및 하우징내에 위치하는 생크를 가열시킨다. 상기 전열기(25)는 에너지 효율 및 작업자 보호를 위해 유리섬유 절연재로 피복되는 하우징둘레에 감기는 코일 권선으로 이루어질 수 있다. 절연부싱(26)은 가열된 조립체와 생크기어(22) 사이를 절연시킨다. 와이어(5)는 와이어 안내통로(17)를 통해 공급되는 동안에 왁스의 융점 이상으로 가열되어 왁스모형(7)내로 삽입되며, 제어수단(2)은 와이어 공급모터(3)을 정지시킴으로써 핀의 삽입 깊이를 제어한다. 핀이 삽입된 후, 제어수단(2)은 회전작동기(23)에 신호를 보내서 생크(13)를 회전시키고, 이에 의해 와이어(5)는 절단된다. 와이어가 절단되면 상기 제어수단은 기작동기에 신호를 보내서 생크를 역회전시키고, 이에 의해 와이어 안내통로와 오리피스를 재일치시킨다. 이렇게 하여 코어피닝 장치는 다음 작업을 위해 대기하게 된다.

왁스모형에 대한 상기 코어피닝 장치의 위치를 제어하는 데에도 이용할 수 있는 상기 제어수단은 마이크로프로세서와 같은 아날로그 제어시스템 또는 디지탈 제어시스템으로 구성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 와이어 삽입압력을 정확하게 하기 위해 압력 조절장치를 이용하여 공급에 대한 저항력이 삽입 압력보다 커질때까지 왁스모형내로 와이어를 공급할 수 있게 한다. 이러한 경우는 코어와 접촉될때 혹은 돌출된 제동부와 맞닿을 때에 발생한다. 조정 가능한 타이머는 와이어 공급을 중단하도록 조절됨으로써 일정시간 유지된 후에 회전식 작동기에 신호를 보내 와이어를 절단시킨다.

본 발명의 코어피닝 장치의 회전식 와이어 절단장치에 의하면 장치를 개조하지 않고도 다양한 두께의 왁스모형내에서 코어를 피닝(pinning)시킬 수 있고, 마모될 수 있는 부품은 용이하게 갈아끼울 수 있는 커터외에는 없으므로 정비가 간단하다. 또한, 핀의 길이를 다양하게 제공할 수 있으므로 타이머를 적절하게 제어 셋팅하거나 왁스모형의 끝단면에 적절한 제동부를 설치함으로써 왁스모형을 관통하는 작업에 영향을 미칠 수 있다.

본 발명의 코어피닝 장치를 사용함으로써 종래의 복잡한 기압식 피스톤 커터, 그리고 그에 수반되는 시일(seal) 및 밸브등을 생략할 수 있고, 설비의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이상 코어피닝 장치에 대해서만 기술하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도내에서 기계형태, 장치내의 조정, 와이어 형태, 구성 혹은 제어수단등에 있어서 다양한 변경 및 개조가 가능하다.

Claims (10)

1. 와이어 절단장치에 있어서, 하우징(10) ; 상기 하우징(10)내에 회전 자재하게 배설되면서, 중심 종축선(16), 절단단부(15), 및 상기 종축선(16)에 평행하게 동 종축선(16)으로부터 편의되어 종방향으로 관통 연장되는 와이어 안내통로(17)를 포함하는 원통형 생크(13) ; 상기 생크(13)의 절단단부(15)에 접지되면서 날카로운 연부로 된 오리피스(20)를 갖는 커터(18) ; 상기 하우징(10)내의 생크(13)를 회전시켜 상기통로(17)가 회전 자재하게 되어 상기 오리피스(20)와 정렬되게 되어 와이어(15)가 관통할 수 있도록 하는 수단 ; 으로 구성되고, 상기 생크(13)를 회전시킴으로써 상기 통로(17)와 상기 오리피스(20)를 전체적으로 어긋나게 하여 내부의 상기 와이어(5)를 절단하게 되는 것을 특징으로 하는 와이어 절단장치.
2. 왁스모형(7)내에 가변적인 길이의 코어지지용 와이어핀을 삽입시키기 위해 사용되는 코어피닝 장치에 있어서, 와이어(5)를 연속적으로 공급하기 위한 수단 ; 상기 왁스모형(7)내로 삽입하기 전에 와이어(5)를 가열하기 위한 수단(25) ; 및 상기 와이어(5)를 절단하기 위한 수단(6) ; 으로 구성되며, 상기 와이어(5) 절단수단(6)은, 하우징(10) ; 상기 하우징(10)내에서 회전 자재하게 배설되면서 중심 종축선(10), 절단단부(15) 및 상기 중심 종축선(16)에 평행하게 동 종축선(16)으로부터 편의되어 관통 연장되는 와이어 안내통로(17)를 포함하는 원통형 생크(13) ; 상기 생크(13)의 절단단부(15)에 접지되면서 날카로운 연부로 된 오리피스(20)를 갖는 커터(18) ; 상기 하우징(10)내의 생크(13)를 회전시켜 상기 통로가 회전 자재하게 되어 상기 오리피스(20)와 정렬되게 됨으로써 와이어(5)가 관통 통과할 수 있도록 하는 수단 ; 으로 구성되고, 상기 생크(13)를 회전시켜 상기 통로(17)와 상기 오리피스(20)가 전체적으로 어긋나게 함으로써 그 내부의 상기 와이어(15)를 절단하게 되는 것을 특징으로 하는 코어피닝 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 와이어 안내통로(17)의 직경이 와이어(5)의 직경과 동일하게 되도록 하방을향하여 테이퍼지는 것을 특징으로 하는 코어피닝 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 와이어 안내통로(17)가 와이어(5)를 용이하게 진입시키기 위한 대직경부, 통로 직경을 좁히기 위한 중간부, 및 상기 와이어의 직경과 동일한 직경을 갖는 와이어(5) 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 코어피닝 장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 회전수단이 기입식 회전 작동기(23)를 포함하여, 상기 기입식 회전 작동기는 상기 생크(13)에 부착된 생크기어(22)와 맞물리는 구동기어(24)에 결합되는 것을 특징으로 하는 코오피닝 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 와이어(5)가 코어(8) 또는 제동부와 접촉될 때 와이어 공급수단(3)을 정시시키고 회전작동기(23)를 작동시키는 것으로써 와이어의 절단 길이를 제어하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 코어피닝 장치.
7. 제6항에 있어서, 와이어(5)의 길이를 제어하기 위한 상기 수단이 정확한 와이어 삽입압력을 제공하는 압력 조절장치로 구성되어, 공급저항이 삽입압력을 초과할때까지 왁스모형(7)내로 와이어(5)를 공급시키게 되는 것을 특징으로 하는 코어피닝 장치.
8. 제7항에 있어서, 와이어 공급이 정지되도록 조절되며, 제어가능한 지연시간이 경과후에 회전작동기(23)로 하여금 와이어(5)를 절단하도록 신호를 보내는 조절자개한 타이머를 포함하는 것을 특징으로 하는 코어피닝 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 안내통로(17)의 직경은 절단될 와이어(5) 직경으로 하방을 향하여 테이퍼지는 것을 특징으로 하는 와이어 절단장치.
10. 제9항에 이어서, 상기 와이어 안내통로(17)가 와이어(5)를 용이하게 진입시키기 위한 대직경부, 통로 직경을 좁히기 위한 중간부, 및 상기 와이어의 직경과 동일한 직경을 갖는 와이어(5) 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 와이어 절단장치.

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