WO2015093708A1

WO2015093708A1 - 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치와 이를 이용한 회전자 및 그 주조방법

Info

Publication number: WO2015093708A1
Application number: PCT/KR2014/007283
Authority: WO
Inventors: 강창석; 김영찬; 최세원
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2014-08-06
Publication date: 2015-06-25
Also published as: JP6117427B2; KR101551810B1; KR20150070526A; CN105073303B; CN105073303A; JP2016516588A

Abstract

이 발명의 회전자 주조장치(10)는 회전자(R)의 코어(C)가 삽입되어 용탕이 주입되는 금형 어셈블리(100)와, 금형 어셈블리(100) 내부로의 용탕주입 전에 금형 어셈블리(100)의 금형 캐비티 내부의 공기를 지렛대 방식으로 제어해 벤트시키는 벤트수단(200)과, 금형 어셈블리(100)에 충진된 용탕을 가압하는 가압부 어셈블리(300)를 포함하여 구성된다. 이 발명은 회전자의 주조를 위한 용탕주입 전에 금형 캐비티 내부의 공기를 지렛대 방식으로 제어해 벤트시킴으로써 회전자의 주조 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치와 이를 이용한 회전자 및 그 주조방법

이 발명은 회전자 주조장치 및 방법에 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 회전자의 주조를 위한 용탕주입 전에 금형 캐비티 내부의 공기를 지렛대 방식으로 제어해 벤트시킴으로써 회전자의 주조 품질을 향상시킬 수 있는 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치와 이를 이용한 회전자 및 그 주조방법에 관한 것이다.

회전자(Rotor)는 전동기 또는 발전기의 회전부분을 총칭하는 것으로서, 이러한 회전자에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 도 1은 일반적인 회전자의 코어를 도시한 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 코어에 알루미늄 용탕을 주조 기법으로 상하 엔드링을 형성한 회전자를 도시한 개념도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 코어(C)는 다수개의 슬롯(C2)이 형성된 철심(C1)이 다수개 적층되어 형성된다. 이와 같은 코어(C)를 소정의 금형(도시되지 않음)에 장치한 후 용탕을 주입하여 용탕이 슬롯(C2)을 통과하며 경화되어 도 2와 같은 회전자(R)를 형성한다. 이때, 회전자(R)는 도 2와 같이 철심(C1)의 상하부에 상부 엔드링(C3)과 하부 엔드링(C4)이 형성되는 형태를 갖거나, 상부 엔드링(C3) 및/또는 하부 엔드링(C4)이 없는 형태를 갖기도 한다.

회전자(R)를 주조하기 위한 종래의 기법으로는 원심 주조기를 이용한 원심 주조법, 수직형 주입 방법을 이용한 입형 고압 주조법, 수평형 주입 방식을 이용한 횡형 고압 주조법 등이 있다.

원심 주조법을 이용한 회전자 제작법은 높은 충전율 및 뛰어난 효율을 나타내고 있으나 범용적으로 적용할 수 없는 문제점이 있다.

그리고, 수직형 주입 방법을 이용하는 입형 고압 주조법은 높은 생산 능력을 가지고 있어 현재 많이 사용되고 있으나, 용탕이 주입되는 인게이트가 한쪽에 편중되어 회전자에서 인게이트가 없는 부분에 기포가 고립되어 분포함에 따라 회전자의 불균형이 발생하여 진동 소음이 발생하고 효율 저하를 야기하는 문제점이 있다. 또한, 런너의 양이 매우 크기 때문에 소모되는 알루미늄의 양이 많아 재용해하는 비용이 상승하는 등 생산단가가 높은 문제점이 있다.

한편, 수평형 주입 방식을 이용한 횡형 고압 주조법은 저가의 장비를 사용하고 소모되는 알루미늄의 양이 적어 낮은 생산단가로 회전자를 제작할 수 있으나, 다른 제작 방법에 비해 낮은 충전율을 갖는 문제점이 있다.

이 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 회전자의 주조를 위한 용탕주입 전에 금형 캐비티 내부의 공기를 지렛대 방식으로 제어해 벤트시킴으로써 회전자의 주조 품질을 향상시킬 수 있는 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치와 이를 이용한 회전자 및 그 주조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 이 발명은, 회전자의 코어가 삽입되어 용탕이 주입되는 금형 어셈블리와, 상기 금형 어셈블리 내부로의 용탕주입 전에 상기 금형 어셈블리 내부의 공기를 지렛대 방식으로 제어해 벤트시키는 벤트수단, 및 상기 금형 어셈블리에 충진된 용탕을 가압하는 가압부 어셈블리를 포함하는 회전자의 주조장치로서, 상기 벤트수단은 상기 금형 어셈블리 내부의 공기를 외부로 배출시키는 진공펌프와, 상기 금형 어셈블리의 내부와 상기 진공펌프의 연통라인을 선택적으로 밀폐시키는 벤트밸브와, 상기 벤트밸브에 결합되는 결합부재, 및 일측은 상기 결합부재에 연결되고 타측은 상기 금형 어셈블리의 내부로 용탕을 주입하는 용탕 주입부에 자유단으로 위치하여 용탕의 주입압에 의해 이동하여 지렛대 원리로 상기 결합부재 및 상기 벤트밸브를 이동시키는 로드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 금형 어셈블리는 상기 코어가 삽입되는 중공의 금형 본체와, 상기 금형 본체의 일측에 설치되어 상기 회전자의 일측면을 형성하는데 이용되는 제1 단부 형성부, 및 상기 금형 본체의 타측에 설치되어 상기 벤트밸브의 작동에 따라 이동하여 상기 회전자의 타측면을 형성하는데 이용되는 제2 단부 형성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 가압부 어셈블리는 주조가 완료된 회전자를 밀어 취출하는 취출 실린더와, 상기 취출 실린더를 구동하는 구동부를 포함하고, 상기 제2 단부 형성부는 상기 벤트밸브의 일부분이 삽입되는 벤트밸브 삽입홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 벤트밸브는 상기 벤트밸브 삽입홀에 끼워지는 외경을 갖되, 상기 벤트밸브 삽입홀 밖으로 연장되고 상기 코어의 타측면과 밀착되어 둘레면에 상기 회전자의 상부 엔드링을 형성하기 위한 일정 공간을 형성하는 테이퍼부와, 상기 취출 실린더가 삽입될 수 있는 통로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 벤트밸브는 상기 결합부재의 일측 단부가 끼워져 결합될 수 있는 끼움홈을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 결합부재는 상기 끼움홈에 끼워져 고정되는 한 쌍의 다리와, 상기 로드의 일측 단부가 삽입되는 삽입부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 로드는 일측 단부가 상기 삽입부에 끼워진 상태에서 힌지핀에 의해 힌지결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 삽입부와 상기 로드는 서로 간에 구면 접촉하는 형태를 각각 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 제1 단부 형성부는 상기 코어의 일측면과 밀착되는 밀착부분에 상기 회전자의 하부 엔드링을 형성하기 위한 일정 공간을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 제2 단부 형성부는 상기 코어의 타측면과 밀착되는 밀착부분에 상기 회전자의 상부 엔드링을 형성하기 위한 일정 공간을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 가압부 어셈블리는 상기 구동부에 의해 구동되어 상기 상부 엔드링의 충진율을 향상시키기 위해 가압하는 다수개의 스퀴즈 실린더를 더 포함하고, 상기 제2 단부 형성부는 상기 다수개의 스퀴즈 실린더가 삽입되는 다수개의 스퀴즈 실린더 삽입홀을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 이 발명에 따르면, 상기 제1 단부 형성부는 상기 금형 본체의 일측 끝부분을 밀봉하는 밀봉부재와, 상기 밀봉부재를 관통하여 용탕이 상기 금형 본체측으로 주입되도록 하는 주입홀, 및 공기 배출홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 이 발명의 회전자는, 상기와 같이 구성된 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치에 의해 주조되는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 이 발명의 회전자의 주조방법은, 상기 제2 단부 형성부를 상기 금형 본체의 타측과 일정 간격으로 이격시킴에 따라 형성된 상기 금형 어셈블리의 내부와 상기 진공펌프의 연통라인을 통해 상기 금형 어셈블리 내부의 공기를 벤트시키는 단계와, 상기 용탕의 주입압에 의해 작동하는 상기 벤트수단을 이용해 상기 금형 본체의 타측을 상기 제2 단부 형성부로 밀봉하는 단계와, 상기 금형 어셈블리 내부에 용탕을 주입하고 가압해 상기 회전자를 주조하는 단계, 및 상기 취출 실린더가 전진하여 상기 회전자를 취출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 발명은 회전자의 주조를 위한 용탕주입 전에 금형 캐비티 내부의 공기를 지렛대 방식으로 제어해 벤트시킴으로써 회전자의 주조 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 회전자의 코어를 도시한 개념도이고,

도 2는 도 1에 도시된 코어에 알루미늄 용탕을 주조 기법으로 상하 엔드링을 형성한 회전자를 도시한 개념도이고,

도 3은 이 발명에 따른 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치를 갖는 주조기기의 외관을 도시한 사시도이고,

도 4 및 도 5는 이 발명의 한 실시예에 따른 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치의 구성관계를 도시한 결합 사시도 및 분해 사시도이고,

도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 벤트수단의 구성관계를 도시한 사시도 및 단면도이고,

도 8 내지 도 13은 이 발명의 주조장치에 의해 회전자를 주조하는 순서를 나타내는 개념도로서,

도 8은 금형 캐비티 내부의 공기 벤트가 가능한 벤트수단의 작동 전 상태를 나타내고,

도 9는 용탕의 주입압에 의한 벤트수단의 작동으로 주조 가능한 상태를 나타내며,

도 10은 용탕이 주입됨에 따라 충진되는 상태를 나타내고,

도 11은 충진율 향상을 위해 스퀴즈 실린더가 작동하는 상태를 나타내고,

도 12는 용탕 주입부가 분리된 상태를 나타내고,

도 13은 취출 실린더로 주조된 회전자를 추출하는 과정을 나타낸 것이며,

도 14 및 도 15는 각각 종래의 주조 방법과 이 발명의 주조 방법에 의해 주조된 회전자의 상부 엔드링의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 이 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 이 발명에 따른 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치를 갖는 주조기기의 외관을 도시한 사시도이다. 이 실시예에 따른 회전자 주조장치는 도 3에 도시된 바와 같이 다수개의 분할 금형으로 이루어진 주조기기(1)의 내부에 설치 구성된다. 그런데, 이러한 주조기기(1)는 일반화된 구조이므로 이에 대한 설명을 생략하고, 그 내부에 설치 구성되는 회전자 주조장치의 구성관계를 위주로 설명한다.

도 4 및 도 5는 이 발명의 한 실시예에 따른 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치의 구성관계를 도시한 결합 사시도 및 분해 사시도이고, 도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 벤트수단의 구성관계를 도시한 사시도 및 단면도이다.

도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 회전자 주조장치(10)는 회전자(R)의 코어(C)가 삽입되어 용탕이 주입되는 금형 어셈블리(100)와, 금형 어셈블리(100) 내부로의 용탕주입 전에 금형 어셈블리(100)의 금형 캐비티 내부의 공기를 지렛대 방식으로 제어해 벤트시키는 벤트수단(200)과, 금형 어셈블리(100)에 충진된 용탕을 가압하는 가압부 어셈블리(300)를 포함하여 구성된다.

금형 어셈블리(100)는 코어(C)가 삽입되는 중공의 원통형상인 금형 본체(110)와, 금형 본체(110)의 일측에 설치되어 회전자(R)의 일측면을 형성하는데 이용되는 제1 단부 형성부(120), 및 금형 본체(110)의 타측에 설치되어 회전자(R)의 타측면을 형성하는데 이용되는 제2 단부 형성부(130)로 구성된다.

상기 제1 단부 형성부(120)는 금형 본체(110)의 일측을 밀봉하면서 코어(C)의 일측면에 밀착되어 회전자(R)의 일측면을 형성하는데 이용되는 것으로서, 그 밀착부분에 일정 공간을 갖도록 구성할 경우 회전자(R)의 하부 엔드링(C4)을 형성하는 용도로도 활용된다. 즉, 제1 단부 형성부(120)는 하부 엔드링 형성부의 역할도 한다.

그리고, 제2 단부 형성부(130)는 금형 본체(110)의 타측을 선택적으로 밀봉하면서 코어(C)의 타측면에 밀착되어 회전자(R)의 타측면을 형성하는데 이용되는 것으로서, 그 밀착부분에 일정 공간을 갖도록 구성할 경우 회전자(R)의 상부 엔드링(C3)을 형성하는 용도로도 활용된다. 즉, 제2 단부 형성부(130)는 상부 엔드링 형성부의 역할도 한다.

따라서, 이 실시예에서는 하부 엔드링(C4) 및 상부 엔드링(C3)을 갖는 회전자(R)를 주조할 수 있는 구성관계에 대해 일례로 설명한다.

이를 위해, 가압부 어셈블리(300)는 제2 단부 형성부(130)에 삽입되는 다수개의 스퀴즈 실린더(320)와, 주조된 회전자(R)를 밀어 취출하는 취출 실린더(330)와, 취출 실린더(330) 및 다수개의 스퀴즈 실린더(320)를 구동하는 구동부(310)를 포함하여 구성된다.

이러한 구성에 의해 회전자(R)의 일부 영역(이 실시예에서는 상부 엔드링)에 스퀴즈 바를 돌출 형성시킨 후 스퀴즈 바를 스퀴즈 실린더(320)가 가압하여 용탕의 충진효율을 향상시키게 된다. 이를 위해 스퀴즈 실린더(320)가 제2 단부 형성부(130)를 관통하는 것이 아닌 일부 영역에만 삽입되도록 하고 그 나머지 영역에 충진되는 용탕이 주입되어 스퀴즈 바를 형성하게 한다. 이후, 스퀴즈 바를 스퀴즈 실린더(320)가 가압하게 된다. 이에 대해서는 나중에 다시 설명한다.

한편, 제2 단부 형성부(130)는 금형 본체(110)의 타측 끝부분을 밀봉하는 원통 형상의 삽입부 본체(131)와, 삽입부 본체(131)의 중앙부를 관통하도록 형성되어 후술할 벤트수단(200)의 벤트밸브(210)의 일부분이 삽입될 수 있도록 하는 벤트밸브 삽입홀(133)과, 삽입부 본체(131)의 중앙부 주변에 삽입부 본체(131)를 관통하도록 형성되어 다수개의 스퀴즈 실린더(320)가 삽입될 수 있도록 하는 다수개의 스퀴즈 실린더 삽입홀(132)을 포함한다.

한편, 이 실시예에서는 금형 본체(110)가 중공의 원통형상을 구비하되 좌우측 끝부분이 개방된 파이프 형상을 갖는 것을 도시한 것이다. 또한, 제2 단부 형성부(130)는 금형 본체(110)의 도면상 우측 개방부를 덮는 삽입부 본체(131)를 갖는 것을 도시한 것이다. 이때, 스퀴즈 실린더 삽입홀(132) 및 벤트밸브 삽입홀(133)이 삽입부 본체(131)를 관통하게 된다.

그런데, 제2 단부 형성부(130)는 상술한 바와 같은 스퀴즈 실린더(320) 및 취출 실린더(330)가 삽입되도록 하는 한편 금형 본체(110)의 일측면을 막는 것을 목적으로 하는 바, 이러한 목적을 달성하는 한 제2 단부 형성부(130)가 금형 본체(110)에 일체로 형성되는 경우나 혹은 다른 형상을 구비하는 경우라도 모두 이 발명의 범주에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 이 실시예에서는 삽입부 본체(131)에서 금형 본체(110)측 방향으로 돌출되어 금형 본체(110)의 내부에 삽입되는 단턱(131a)을 형성한 후 스퀴즈 실린더 삽입홀(132) 및 벤트밸브 삽입홀(133)이 단턱(131a)을 관통하도록 형성한 것을 도시한 것이다.

이때, 스퀴즈 실린더(320)는 상술한 바와 같이 스퀴즈 실린더 삽입홀(132)의 전 영역(다시 말해서 삽입홀(132)의 금형 본체(110)측 끝부분까지)에 삽입되는 것이 아니고 일부 영역(예를 들어 중간지점)까지만 삽입되어 나머지 영역은 비어있도록 한다. 여기서, 비어있는 나머지 영역에 용탕이 주입되어 스퀴즈 바가 형성되며, 형성된 스퀴즈 바를 스퀴즈 실린더(320)가 가압하게 된다.

그리고, 제1 단부 형성부(120)는 금형 본체(110)의 일측 끝부분을 밀봉하는 밀봉부재(121)와, 밀봉부재(121)를 관통하여 용탕이 금형 본체(110)측으로 주입되도록 하는 주입홀(122), 및 공기 배출홀(123)을 포함하여 구성된다. 이때, 밀봉부재(121)는 그 내측부분이 일정 내부공간을 갖도록 구성되어, 그 곳에 충진되는 용탕에 의해 회전자(R)의 하부 엔드링(C4)이 형성된다. 그런데, 하부 엔드링(C4)이 필요 없는 회전자(R)의 경우에는 밀봉부재(121)를 원판 형상의 디스크로 구성하면 된다.

이 실시예에서는 제1 단부 형성부(120)의 밀봉부재(121)가 금형 본체(110)의 도면상 좌측 개방부를 덮는 것을 도시한 것이다. 또한, 6개의 주입홀(122)과 1개의 공기 배출홀(123)이 밀봉부재(121)에 관통되어 형성된 것을 예시한 것이다.

그런데, 제1 단부 형성부(120)는 상술한 바와 같이 용탕이 금형 본체(110)측으로 주입되고 또한 회전자(R)의 일측면이 형성되도록 하는 것을 목적으로 하는 바, 이러한 목적을 달성하는 한 제1 단부 형성부(120)의 밀봉부재(121)가 예시된 바와 같이 금형 본체(110)와 별개로 형성되거나, 금형 본체(110)에 일체로 형성되는 경우라도 모두 이 발명의 범주에 속함은 당연하다. 한편, 주입홀(122)은 4개 내지 12개로 형성할 수도 있다.

상기 벤트수단(200)은 금형 어셈블리(100) 내부로의 용탕주입 전에 금형 어셈블리(100)의 금형 캐비티 내부의 공기를 외부로 벤트시키는 것으로서, 금형 어셈블리(100)의 내부에 있는 공기를 외부로 배출시키는 진공펌프(도시안됨)와, 금형 어셈블리(100)의 내부와 진공펌프의 연통라인을 선택적으로 밀폐시키는 벤트밸브(210)와, 벤트밸브(210)에 결합되는 결합부재(220), 및 일측은 결합부재(220)에 연결되고 타측은 금형 어셈블리(100)의 내부에 용탕을 주입하는 용탕 주입부(240)에 자유단으로 위치하여 용탕의 주입압에 의해 이동하여 지렛대 원리로 벤트밸브(210)를 이동시키는 로드(230)로 구성된다.

상기 벤트밸브(210)는 금형 어셈블리(100)의 제2 단부 형성부(130)에 끼워진 상태로 일체로 작동한다. 따라서, 벤트밸브(210)는 제2 단부 형성부(130)의 벤트밸브 삽입홀(133)에 끼워지는 외경을 갖되, 그 단부 쪽에 테이퍼부(211)를 가질 뿐만 아니라, 그 내부에 취출 실린더(330)가 이동할 수 있는 통로(212)를 갖도록 구성된다. 또한, 벤트밸브(210)는 결합부재(220)의 일측 단부가 끼워져 결합될 수 있는 끼움홈(213)을 그 표면에 갖는다.

여기서, 테이퍼부(211)는 벤트밸브 삽입홀(133)의 끝단부에서 코어(C)측 방향으로 연장되어 코어(C)를 고정하게 된다. 따라서, 테이퍼부(211)의 둘레에는 용탕이 채워져 회전자(R)의 상부 엔드링(C3)을 형성하는 공간이 형성된다.

한편, 이 실시예에서는 벤트밸브(210)의 단부 쪽에 벤트밸브 삽입홀(133)의 끝단부에서 연장하여 형성되는 테이퍼부(211)를 구비함에 따라, 테이퍼부(211)의 단부가 코어(C)의 타측면에 밀착된다. 그런데, 테이퍼부(211)를 구비하지 않을 경우에는 제2 단부 형성부(130)의 단부가 코어(C)의 타측면에 밀착되어 코어(C)를 고정하게 된다.

상기 테이퍼부(211)는 상술한 바와 같이 코어(C)를 가압하여 고정하는 한편 그 둘레에 회전자(R)의 상부 엔드링(C3)을 형성하기 위한 공간을 제공하는 것을 목적으로 하는 바, 이러한 목적을 달성하는 한 테이퍼부(211)가 다른 형상을 구비하는 경우라도 모두 이 발명의 범주에 속함은 당연하다.

상기 결합부재(220)는 벤트밸브(210)의 끼움홈(213)에 끼워져 고정되는 한 쌍의 다리(221)와, 로드(230)의 일측 단부가 삽입되는 삽입부(222)를 갖도록 구성된다. 여기서, 삽입부(222) 및 로드(230)는 서로 간에 구면 접촉할 수 있는 형태를 각각 갖는 것이 바람직하다. 이 실시예에서는 로드(230)의 단부가 삽입부(222)에 끼워진 상태에서 힌지핀에 의해 힌지결합되어 연결되는 형태로 구성한 것이다.

한편, 결합부재(220)는 용탕의 주입압에 의해 이동하는 로드(230)에 반응하여 이동하면서 지렛대 원리로 벤트밸브(210)를 이동시키는 것을 목적으로 하는 바, 이러한 목적을 달성하는 한 결합부재(220)가 다른 형상을 구비하는 경우라도 모두 이 발명의 범주에 속함은 당연하다. 또한, 로드(230)의 일측 단부와 결합부재(220) 간의 연결부위가 삽입부(222)를 통한 연결방식 이외에도 다양한 방식으로 구성할 수 있음은 당연한 것이다.

상기 로드(230)는 그 일측은 결합부재(220)의 삽입부(222)에 삽입된 상태에서 힌지핀에 의해 힌지 결합되고 타측은 용탕 주입부(240)에 자유단으로 위치한다. 이때, 로드(230)의 타측 단부는 용탕 주입부(240)에 일정 길이만큼 삽입된다. 따라서, 로드(230)는 용탕 주입부(240)에 삽입된 타측 단부의 길이에 해당하는 거리만큼 이동이 가능하고, 이러한 이동에 의해 결합부재(220)가 이동하게 된다. 그리고, 결합부재(220)의 이동에 의해 벤트밸브(210) 및 제2 단부 형성부(130)가 동시에 이동해, 제2 단부 형성부(130)가 금형 본체(110)에 밀착되어 금형 본체(110)의 타측부분을 밀봉하고, 벤트밸브(210)의 단부가 코어(C)의 타측면에 밀착되어 코어(C)를 고정하게 된다.

한편, 이 실시예에 따른 금형 어셈블리(100) 내부의 벤트는 진공펌프에 의해 이루어진다. 여기서, 진공펌프의 벤트라인은 제1 단부 형성부(120)의 공기 배출홀(123), 코어(C) 중앙의 관통홀 및 금형 본체(110)와 제2 단부 형성부(130) 사이의 틈새에 의해 형성된다. 따라서, 진공펌프에 의한 벤트는 금형 어셈블리(100)의 내부로 용탕이 주입되기 전, 즉 금형 본체(110)와 제2 단부 형성부(130)가 서로 간에 밀착되지 않은 상태에서 이루어지고, 용탕이 주입됨에 따라 상기와 같은 작동원리에 의해 금형 본체(110)와 제2 단부 형성부(130)가 서로 간에 밀착된 상태에서는 이루어지지 않는다. 즉, 이 발명은 금형 어셈블리(100)의 내부로 용탕이 주입되기 전에 내부에 있는 공기를 벤트시키고, 용탕 주입 시점에 지렛대 원리를 이용해 주조가 가능한 형태로 각 구성요소를 밀착시킨 것이다.

한편, 가압부 어셈블리(300)의 구동부(310)는 취출 실린더(330) 및 스퀴즈 실린더(320)를 구동하는 액추에이터(도시되지 않음)와, 액추에이터를 수용하는 하우징(311)을 포함할 수 있다. 여기서, 액추에이터는 취출 실린더(330) 및 스퀴즈 실린더(320)가 전후진 작동될 수 있도록 하는 것을 총칭한다. 예를 들어, 일반적으로 사용되는 유압 또는 공압의 실린더 액추에이터를 사용할 수 있다. 또는 각 실린더(320, 330)와 치차 결합하여 실린더(320, 330)를 전후진시킬 수 있는 기어와 같은 기계적 액추에이터를 사용할 수 있다. 또는 모터와 같은 전기적 액추에이터를 사용할 수 있다.

따라서, 이 발명의 액추에이터는 각 실린더(320, 330)를 전후진시킬 수 있는 한 그 종류에 관계없이 모두 이 발명의 범주에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

이 실시예에서는 액추에이터가 두께가 두꺼운 원판 형상의 하우징(311) 내에 내장된 것을 도시한 것이다. 그러나, 이는 이 발명을 설명하기 위한 일예에 불과한 것으로서, 예를 들어 액추에이터가 하우징(311)에 내장된 방식이 아닌 하우징(311)의 외측에 장치되는 경우라도 모두 이 발명의 범주에 속함은 당연하다.

이상 설명한 바와 같은 이 발명의 주조장치(10)에 의해 금형 어셈블리(100) 내부의 공기를 벤트시킨 상태에서 회전자(R)를 주조하여 제작할 수 있다.

이하, 이 발명의 주조장치(10)를 이용하여 회전자(R)를 주조하는 방법에 대해 도 8 내지 도 13을 참조하여 설명한다.

도 8 내지 도 13은 이 발명의 주조장치에 의해 회전자를 주조하는 순서를 나타내는 개념도로서, 도 8은 금형 캐비티 내부의 공기 벤트가 가능한 벤트수단의 작동 전 상태를 나타내고, 도 9는 용탕의 주입압에 의한 벤트수단의 작동으로 주조 가능한 상태를 나타내며, 도 10은 용탕이 주입됨에 따라 충진되는 상태를 나타내고, 도 11은 충진율 향상을 위해 스퀴즈 실린더가 작동하는 상태를 나타내고, 도 12는 용탕 주입부가 분리된 상태를 나타내며, 도 13은 취출 실린더로 주조된 회전자를 추출하는 과정을 나타낸 것이다.

이 발명의 회전자 주조방법은 앞서 설명한 이 발명의 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치(10)를 이용하여 회전자를 주조하는 방법이다. 한편, 이 발명의 회전자 주조장치(10)는 초기에 금형 본체(110)와 제2 단부 형성부(130)가 서로 간에 밀착되지 않은 상태에서 이루어진다.

이 발명은 금형 어셈블리(100)의 내부로 용탕이 주입되기 전에 내부에 있는 공기를 벤트시키는 벤트단계를 포함한다(도 8 참조). 이를 위해, 제1 단부 형성부(120)의 공기 배출홀(123), 코어(C) 중앙의 관통홀 및 금형 본체(110)와 제2 단부 형성부(130) 사이의 틈새로 이어지는 벤트라인을 통해 진공펌프로 공기를 벤트시킨다.

그러다가, 용탕 주입부(240)로 용탕이 주입되는 신호가 진공펌프에 전달되면 진공펌프는 더 이상의 작동을 중지하게 된다. 또한, 용탕 주입부(240)에 주입되는 용탕의 주입압에 의해 로드(230)가 이동하고, 이러한 이동에 의해 결합부재(220)가 이동하게 된다. 그리고, 결합부재(220)의 이동에 의해 벤트밸브(210) 및 제2 단부 형성부(130)가 동시에 이동해, 제2 단부 형성부(130)가 금형 본체(110)에 밀착되어 금형 본체(110)의 타측부분을 밀봉하고, 벤트밸브(210)의 단부가 코어(C)의 타측면에 밀착되어 코어(C)를 고정하게 된다(도 9 참조). 즉, 벤트단계 이후에 상기와 같은 밀봉단계를 수행한다.

한편, 벤트단계를 수행하기 전 코어(C)를 금형 본체(110)에 삽입하는 예비단계를 수행할 수 있다. 또한, 진공펌프로 공기를 벤트시키는 벤트단계를 수행하기 전에 용탕을 제조하는 용탕 제조단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 용탕은 순도 99.5% 이상인 알루미늄을 사용하며 용융된 알루미늄의 용탕 온도는 700℃ 내지 750℃인 것이 많은 실험 결과 바람직한 것으로 판명되었다.

또한, 이 발명은 스퀴즈 실린더(320)를 제2 단부 형성부(130)의 일부 영역까지만 삽입하는 삽입단계를 포함한다(도 9 참조). 이때, 제2 단부 형성부(130)의 스퀴즈 실린더 삽입홀(132)의 일부 영역까지만 스퀴즈 실린더(320)를 삽입하여 나머지 공간을 이용하여 스퀴즈 바를 형성할 수 있음은 설명한 바와 같다.

한편, 도 9에서는 스퀴즈 실린더(320)가 스퀴즈 실린더 삽입홀(132)의 일부 영역까지만 삽입되어 있고 나머지 영역(130a)이 비어있음이 도시되어 있다. 나머지 영역(130a)에 용탕이 주입되어 후술하는 스퀴즈 바가 형성된다.

삽입단계를 수행한 후 금형 본체(110)에 용탕을 충진하여 하부 엔드링(C4)과 상부 엔드링(C3)을 형성하는 엔드링 형성단계를 수행한다(도 10 참조). 이러한 엔드링 형성단계를 수행한 후 충진된 용탕이 제2 단부 형성부(130) 중 스퀴즈 실린더(320)가 삽입되고 남은 영역(130a)에 주입되어 상부 엔드링(C3) 상에 스퀴즈 바(SB)를 형성하는 스퀴즈 바 형성단계를 수행한다(도 11 참조).

상술한 바와 같이 제2 단부 형성부(130)의 스퀴즈 실린더 삽입홀(132)의 일부 영역만이 스퀴즈 실린더(320)가 삽입되고 나머지 영역(130a)은 비어있으므로(도 10 참조) 나머지 영역(130a)에 용탕이 충진되어 결국 스퀴즈 바(SB)가 형성된다(도 11 참조). 그런 다음, 용탕 주입부를 분리하고, 스퀴즈 실린더(320)를 전진하여 스퀴즈 바(SB, 도 11 참조)를 가압하여 회전자(R)를 주조하는 단계를 수행한다(도 12참조). 다시 말해서, 스퀴즈 바를 원래의 회전자(R) 체적보다 더 형성한 후 스퀴즈 바를 가압함에 의해 일반적으로 발생하는 냉각 압축을 보상할 수 있게 되어 주조 품질을 향상할 수 있게 된다.

한편, 스퀴즈 바(SB) 형성 후 0.05초 내지 3초 후 스퀴즈 실린더(320)를 전진시켜 스퀴즈 바(SB)를 가압하는 것이 많은 실험결과 바람직한 것으로 판명되었다. 그리고, 스퀴즈 바(SB)는 회전자(R)의 상부 엔드링(C3, 도 11 참조)에 형성하되 상부 엔드링(C3)으로부터 2mm 내지 10mm의 높이와 1mm 내지 15mm의 직경을 구비하는 원통형상을 구비할 수 있다.

그리고, 스퀴즈 바를 가압하는 단계를 수행한 후 취출 실린더(330)가 전진하여 회전자(R)를 취출하는 취출단계를 수행한다. 이때, 취출 실린더(330)가 전진할 때 앞서 설명한 벤트밸브(210)의 통로(212)를 통과한 후 회전자(R)를 밀어내어 회전자(R)가 금형 본체(110)로부터 이탈되도록 하여 취출할 수 있도록 한다.

이상 설명한 바와 같은 이 발명의 회전자 주조방법에 의해 용탕의 충진율을 향상시켜 주조 품질을 용이하게 향상시킬 수 있다.

이하 이 발명에 의해 주조된 경우와 종래의 주조 방법에 의해 주조된 경우를 대비하여 살펴본다.

도 14는 종래 기술에 의해 주조된 상부 엔드밀의 단면 사진이고, 도 15는 이 발명에 의해 주조된 상부 엔드밀의 단면 사진이다. 도 14와 같이 종래 기술에 의해 주조된 경우에는 배출되지 못한 공기로 인해 용탕의 충진율이 약 79%로 조직이 치밀하지 못하고 군데군데 기공이 발생하는 것을 알 수 있다. 그런데, 도 15와 같이 이 발명에 의해 주조된 경우에는 용탕주입 전에 금형 캐비티 내부의 공기를 벤트시킴에 따라 용탕의 충진율이 약 98%로 조직이 치밀함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 것은 이 발명에 따른 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치와 이를 이용한 회전자 및 그 주조방법을 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 이 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 이 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 이 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

이 발명은 회전자의 주조를 위한 용탕주입 전에 금형 캐비티 내부의 공기를 지렛대 방식으로 제어해 벤트시킴으로써 회전자의 주조 품질을 향상시킬 수 있으므로, 가전 및 산업용으로 사용되는 AC 유도전동기 회전자 등을 제작하는데 매우 유용하다.

Claims

회전자의 코어가 삽입되어 용탕이 주입되는 금형 어셈블리와, 상기 금형 어셈블리 내부로의 용탕주입 전에 상기 금형 어셈블리 내부의 공기를 지렛대 방식으로 제어해 벤트시키는 벤트수단, 및 상기 금형 어셈블리에 충진된 용탕을 가압하는 가압부 어셈블리를 포함하는 회전자의 주조장치로서,

상기 벤트수단은 상기 금형 어셈블리 내부의 공기를 외부로 배출시키는 진공펌프와, 상기 금형 어셈블리의 내부와 상기 진공펌프의 연통라인을 선택적으로 밀폐시키는 벤트밸브와, 상기 벤트밸브에 결합되는 결합부재, 및 일측은 상기 결합부재에 연결되고 타측은 상기 금형 어셈블리의 내부로 용탕을 주입하는 용탕 주입부에 자유단으로 위치하여 용탕의 주입압에 의해 이동하여 지렛대 원리로 상기 결합부재 및 상기 벤트밸브를 이동시키는 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치.
청구항 1에 있어서,

상기 금형 어셈블리는 상기 코어가 삽입되는 중공의 금형 본체와, 상기 금형 본체의 일측에 설치되어 상기 회전자의 일측면을 형성하는데 이용되는 제1 단부 형성부, 및 상기 금형 본체의 타측에 설치되어 상기 벤트밸브의 작동에 따라 이동하여 상기 회전자의 타측면을 형성하는데 이용되는 제2 단부 형성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치.
청구항 2에 있어서,

상기 가압부 어셈블리는 주조가 완료된 회전자를 밀어 취출하는 취출 실린더와, 상기 취출 실린더를 구동하는 구동부를 포함하고,

상기 제2 단부 형성부는 상기 벤트밸브의 일부분이 삽입되는 벤트밸브 삽입홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치.
청구항 3에 있어서,

상기 벤트밸브는 상기 벤트밸브 삽입홀에 끼워지는 외경을 갖되, 상기 벤트밸브 삽입홀 밖으로 연장되고 상기 코어의 타측면과 밀착되어 둘레면에 상기 회전자의 상부 엔드링을 형성하기 위한 일정 공간을 형성하는 테이퍼부와, 상기 취출 실린더가 삽입될 수 있는 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치.
청구항 4에 있어서,

상기 벤트밸브는 상기 결합부재의 일측 단부가 끼워져 결합될 수 있는 끼움홈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치.
청구항 5에 있어서,

상기 결합부재는 상기 끼움홈에 끼워져 고정되는 한 쌍의 다리와, 상기 로드의 일측 단부가 삽입되는 삽입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치.
청구항 6에 있어서,

상기 로드는 일측 단부가 상기 삽입부에 끼워진 상태에서 힌지핀에 의해 힌지결합되는 것을 특징으로 하는 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치.
청구항 6에 있어서,

상기 삽입부와 상기 로드는 서로 간에 구면 접촉하는 형태를 각각 갖는 것을 특징으로 하는 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치.
청구항 3에 있어서,

상기 제1 단부 형성부는 상기 코어의 일측면과 밀착되는 밀착부분에 상기 회전자의 하부 엔드링을 형성하기 위한 일정 공간을 갖는 것을 특징으로 하는 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치.
청구항 3에 있어서,

상기 제2 단부 형성부는 상기 코어의 타측면과 밀착되는 밀착부분에 상기 회전자의 상부 엔드링을 형성하기 위한 일정 공간을 갖는 것을 특징으로 하는 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치.
청구항 4에 있어서,

상기 가압부 어셈블리는 상기 구동부에 의해 구동되어 상기 상부 엔드링의 충진율을 향상시키기 위해 가압하는 다수개의 스퀴즈 실린더를 더 포함하고,

상기 제2 단부 형성부는 상기 다수개의 스퀴즈 실린더가 삽입되는 다수개의 스퀴즈 실린더 삽입홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치.
청구항 3에 있어서,

상기 제1 단부 형성부는 상기 금형 본체의 일측 끝부분을 밀봉하는 밀봉부재와, 상기 밀봉부재를 관통하여 용탕이 상기 금형 본체측으로 주입되도록 하는 주입홀, 및 공기 배출홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치.
청구항 1 내지 청구항 12 중에서 어느 한 항에 기재된 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치에 의해 주조된 것을 특징으로 하는 회전자.
청구항 3에 기재된 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조장치를 이용하여 회전자를 주조하는 방법으로서,

상기 제2 단부 형성부를 상기 금형 본체의 타측과 일정 간격으로 이격시킴에 따라 형성된 상기 금형 어셈블리의 내부와 상기 진공펌프의 연통라인을 통해 상기 금형 어셈블리 내부의 공기를 벤트시키는 단계와,

상기 용탕의 주입압에 의해 작동하는 상기 벤트수단을 이용해 상기 금형 본체의 타측을 상기 제2 단부 형성부로 밀봉하는 단계와,

상기 금형 어셈블리 내부에 용탕을 주입하고 가압해 상기 회전자를 주조하는 단계, 및

상기 취출 실린더가 전진하여 상기 회전자를 취출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지렛대 제어식 벤트 기능을 갖는 회전자 주조방법.