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KR-20260060754-A - Hygroscopic quenching automated sand casting device using cooling channels and water vapor suction

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Abstract

본 발명은 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치에 관한 것이다. 이는, 용탕이 채워질 성형공간이 마련되어 있는 사형(沙型)과; 사형 내에 매립 설치되는 것으로서, 다수의 분사구멍을 가지고, 외부로부터 주입된 냉각수를 사형 내로 분출하는 냉각채널과; 용탕이 주입된 사형을 이송시키는 사형이송부와; 사형이송부에 의해 이송되는 사형을 통과시키며 사형 외부에 냉각수를 가하여 냉각을 수행하는 제1수냉부와; 제1수냉부에 의한 냉각이 진행되는 동안, 냉각채널에 냉각수를 주입하여 냉각을 수행하는 제2수냉부와; 상기 사형 내에 매립 설치되며, 상기 냉각채널에서 분사되는 냉각수를 통해 용탕 냉각 시 발생되는 수증기를 흡입하는 석션부를 포함한다. 상기와 같이 이루어지는 본 발명의 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치는, 주물이 복잡한 형상을 가진다 하더라도, 냉각채널을 통한 주물의 전체면에 대한 균일한 속도의 냉각이 가능하여, 양호한 조직 구조를 갖는 결과물을 얻을 수 있게 한다. 또한, 용탕이 주입된 사형(沙型)의 수냉과 해체를, 하나의 생산라인에서 연이어 진행하므로 생산성이 양호하고, 주물을 꺼내기 위해 작업자가 사형을 일일이 해체해야 하는 불편과 안전사고의 위험이 없다.

Inventors

  • 박정욱
  • 곽경민
  • 김상필
  • 권옥진

Assignees

  • 주식회사 픽스모티브

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (8)

  1. 용탕이 채워질 성형공간이 마련되어 있는 사형(沙型)과; 사형 내에 매립 설치되는 것으로서, 다수의 분사구멍을 가지고, 외부로부터 주입된 냉각수를 사형 내로 분출하는 냉각채널과; 용탕이 주입된 사형을 이송시키는 사형이송부와; 사형이송부에 의해 이송되는 사형을 통과시키며 사형 외부에 냉각수를 가하여 냉각을 수행하는 제1수냉부와; 제1수냉부에 의한 냉각이 진행되는 동안, 냉각채널에 냉각수를 주입하여 냉각을 수행하는 제2수냉부와; 상기 사형 내에 매립 설치되며, 상기 냉각채널에서 분사되는 냉각수를 통해 용탕 냉각 시 발생되는 수증기를 흡입하는 석션부를 포함하는, 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제1수냉부 및 제2수냉부에서 냉각된 사형을 전달받아, 사형에 냉각수를 충돌시켜 사형이 냉각수의 수압에 의해 해체되게 하는 사형해체부가 더 구비되는, 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1수냉부는; 도어에 의해 개폐되는 입구와 출구를 가지고, 냉각시킬 사형을 수용하는 제1케이스와, 제1케이스 내에 배치되며, 외부로부터 공급된 냉각수를, 사형을 향해 분사하여 사형을 외부로부터 냉각시키는 제1노즐부를 갖는, 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제2수냉부는; 제1케이스의 내부로 진입 가능하고 외부로부터 냉각수를 제공받는 급수헤드와, 급수헤드에 착탈 가능하도록 장착되며 냉각수를 분출하는 주입튜브와, 급수헤드의 위치를 조절하여, 주입튜브가 냉각채널에 삽입되게 함으로써, 냉각수가 냉각채널에 공급되게 하는 헤드위치조절기와, 헤드위치조절기의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하는, 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 헤드위치조절기는; 헤드를 전후좌우상하 방향으로 움직이는 3차원 모션출력부를 구비하는, 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 3차원모션출력부는; 제1수냉부의 측부에 설치되는 수직액추에이터와, 수직액추에이터에 지지되며 승강운동 하는 승강바디와, 승강바디에 설치되고 사형의 이동방향과 평행한 방향으로 왕복운동 하는 캐리어와, 캐리어에 지지되고 캐리어의 이동방향에 직교하는 방향으로 연장되며, 연장단부에 상기 급수헤드를 갖는 아암과, 아암을 연장방향으로 왕복 운동 시키는 아암구동부를 포함하는, 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 급수헤드에는; 냉각채널의 위치를 감지하여 상기 컨트롤러로 전달하는 채널감지센서가 설치된, 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치.
  8. 제2항에 있어서, 상기 사형해체부는; 도어에 의해 개폐되는 입구와 출구를 가지고, 제1,2수냉부에 의한 냉각을 마친 사형을 통과시키는 제2케이스와, 제2케이스 내에 배치되며 외부로부터 공급된 냉각수를 사형을 향해 분출하는 제2노즐부를 구비하는, 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치.

Description

냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치{Hygroscopic quenching automated sand casting device using cooling channels and water vapor suction} 본 발명은 사형(砂型)을 이용하여 주물을 생산하는 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 용탕이 주입된 사형을 내부와 외부에서 동시 수냉시켜 주물의 급속 냉각을 유도함과 아울러 냉각이 완료된 후의 사형(沙型)을 물의 분출압력을 이용해 제거하며, 주물의 급속 냉각 시 발생되는 수증기를 제거하여 제품결함 및 불량을 미연에 방지할 수 있는, 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치에 관한 것이다. 주조(鑄造)는, 금속 재료를 녹는점보다 높은 온도로 가열 용융시키고, 용융된 금속을 형틀에 부어 굳히는 금속 가공 방법이다. 주조에 사용되는 형틀을 주형(鑄型)이라고 하고, 주형 내에서 만들어진 결과물을 주물(鑄物)이라 부른다. 또한, 주형의 재료로서 모래나 금속이 주로 사용되는데, 모래로 주형을 만드는 경우 사형 주조, 금속으로 만드는 경우 금형 주조라고 한다. 사형 주조는, 모래와 점결제를 믹싱하여 만든 주형에, 용융금속(용탕)을 주입한 후 응고시켜 원하는 모양의 제품을 얻는 것이다. 사형 주조는 금형 제작에 경제성이 있으며, 소량 생산품과 대형물 제작에 적합하다. 하지만, 금형 주조에 비해 정밀도가 떨어지고, 용탕 주입 후 용탕의 냉각을 컨트롤 할 수 있는 방법 및 조건이 금형 주조에 비해 어려워, 냉각지연으로 인한 응고 조직의 비대화를 효과적으로 차단하기 곤란하고, 그에 따라 생산된 주물의 기계적 특성이 떨어질 수 있다는 단점을 갖는다. 사형의 냉각과 관련된 배경이 되는 기술로서, 국내 등록특허공보 제10-0913283호를 통해, 사형 주조 공법에서 나선형 냉각채널을 구비한 중자가 개시된 바 있다. 개시된 중자는, 축대칭형 중공부를 가지는 주물의 중공부를 형성하는 중자에 있어서, 중자의 축을 기준으로 나선형을 이루는 나선형 냉각채널과, 나선형 냉각채널의 일측에 구비된 냉각수 주입구와 타측에 구비된 냉각수 배출구로 구성되며, 냉각수 주입구로 주입된 냉각수가 나선형 냉각채널을 통과하면서 중자를 냉각시키고 냉각수 배출구로 배출되되 나선형 냉각채널은, 냉각수 주입구 부분에서 냉각수 배출구 부분으로 갈수록 나선형 냉각채널의 나선 직경이 증가하여, 나선형 냉각채널과 중공형 중자의 이격 거리가 좁아지도록 구성한 구조를 갖는다. 그러나, 상기 중자는, 축대칭형 중공부를 가지는 주물만을 냉각시킬 수 있으므로 그만큼 사용 범위가 좁고, 또한 냉각채널을 통과하는 냉각수의 열량이 작아 냉각효과가 좋지 못하다. 그리고, 주물의 형상에 따라 부위별 냉각되는 속도가 상이하여 동일한 시점에 주물의 냉각이 이루어지지 않아 금형 수준 또는 그 이상의 물성치 구현이 어려워 개선의 필요성이 있다. 또한, 주물의 냉각 후 사형(沙型)으로부터 주물(鑄物)을 꺼내야 하는 과정도, 종래에는 작업자의 인력으로 진행되어 왔다. 가령, 삽을 이용해 사형을 부순 후 주물을 꺼내고 주물사를 털어내는 것이다. 그런데 이러한 작업은 매우 번거롭고 또한 화상의 위험이 있으며, 주물이 손상될 수도 있다. 도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치에서의 사형의 수냉방식을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치의 전체 구성을 나타내 보인 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치의 사시도이다. 도 4는 도 3에 도시한 생산 장치의 정면도이다. 도 5는 도 3의 생산 장치의 평면도이다. 도 6은 도 3의 이송대차의 구동 방식을 설명하기 위한 도면이다. 도 7은 제1수냉부 및 제2수냉부의 캐비닛을 따로 도시한 사시도이다. 도 8 및 도 9는 도 3의 제2수냉부의 내부 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 10a 및 도 10b는 냉각채널에 대한 급수튜브의 삽입 과정을 나타내 보인 도면이다. 도 11는 도 10a의 급수헤드와 급수튜브의 분해 사시도이다. 도 12는 도 10a의 급수헤드에 다른 형태의 급수튜브가 장착된 모습을 도시한 도면이다. 도 13은 제2수냉부의 캐비닛의 변형 예를 도시한 도면이다. 도 14은 제2수냉부 캐비닛의 단면도이다. 도 15는 도 14에 도시한 주물사리시버의 사시도이다. 이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치(20)에서의 사형(11)의 구조를 나타내 보인 도면이다. 도시한 사형(11)은 후술하는 이송대차(도 3의 25)에 로딩되는 모래로 만든 주형(鑄型)이다. 사형(11)의 내부에는 용탕이 채워질 성형공간(11a)이 마련되어 있다. 성형공간(11a)에 주입된 용탕은 냉각된 후 주물(13)이 된다. 주물은 사형(11) 내에서 만들어진 결과물이다. 또한, 상기 사형(11)의 내부에는 냉각채널(15)이 내장되어 있다. 도 1a의 사형에는 하나의 냉각채널(15)이, 도 1b에는 두 개의 냉각채널(15)이 장착되어 있다. 냉각채널(15)은 사형의 수냉(水冷) 보다 효과적으로 진행하기 위한 부재이다. 사형의 수냉과 관련한 설명을 하면 다음과 같다. 알려진 바와 같이, 사형 내에 용탕을 주입한 후 외부에서 물을 뿌리면, 물이 사형의 공극 내부로 스며들며 사형을 냉각시킨다. 사형이 냉각되면 용탕도 냉각되는 것이므로, 결국 사형에 물을 분사하여 용탕을 더욱 빠르게 냉각시킬 수 있다. 용탕이 빠르게 응고되면, 공정비용이 절감되고 생산성을 향상시킬 수 있으며, 양호한 물성의 주물을 얻을 수 있게 된다. 도 1 및 도 2에 도시한 냉각채널(15)은 용탕의 냉각을 보다 더 신속하게 진행하기 위해 추가된 것이다. 종전에는 사형의 외부 면에만 냉각수를 가하였지만, 도시한 냉각채널(15)을 적용함으로써, 냉각수를 사형의 외부와 내부에 동시에 가할 수 있다. 상기 냉각채널(15)은 주물의 모양을 반영하여 구부러진 형상을 취하며 다수의 분사구멍(15a)을 갖는다. 분사구멍(15a)은 외부로부터 주입된 냉각수를 분출하는 구멍이다. 분사구멍은 성형공간(11a)을 향하여 형성된다. 제작하는 주물의 모양에 따라 냉각채널(15)의 모양이나 사이즈는 얼마든지 달라질 수 있다. 가령, 냉각채널(15)이 파이프의 형태를 취하거나, 판상의 형상을 취할 수 있다. 냉각채널(15)의 일단부는 냉각수를 받아들이는 입구이고 반대편 타단부는 막혀 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치(20)의 전체 구성을 나타내 보인 도면이다. 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 냉각 채널 및 수증기 흡입을 이용한 흡습 급냉 자동화 사형 주조 장치(20)는, 사형(11), 냉각채널(15), 사형이송부, 제1수냉부(30), 제2수냉부(40), 사형해체부(60), 순환펌프(79), 회수펌프(73), 물탱크(75), 필터(77), 컨트롤러(21)를 포함한다. 사형(11)은 도 1을 통해 설명한 바와 같이, 성형공간(11a)을 제공하고, 또한 냉각채널(15)을 수용한다. 사형(11)과 냉각채널(15)에 대한 설명은 도 1을 통해 설명한 바와 같다. 사형(11)은 성형공간(11a)에 용탕을 수용한 상태로 이송대차(25)에 적재된다. 이송대차(25)는 사형이송부의 일부이다. 이송대차(25)는, 사형(11)을 지지하는 수평면을 제공하며 하부에 휠을 갖는다. 휠은 레일(도 3의 24)을 따라 구름운동 한다. 사형이송부는, 이송대차(25)를 이동시켜, 이송대차(25)가 제1수냉부(30), 사형해체부(60)에 일정 시간 동안 머무르게 한다. 사형이송부에 대한 설명은 후술한다. 제1수냉부(30)는, 이송대차(25)를 받아들이며 사형의 외측면에 냉각수를 분사하여 사형을 냉각시킨다. 사형을 냉각시킨다는 것은 사형 내부의 용융금속을 냉각시킨다는 의미이다. 사형에 물을 분사하면, 물이 사형 내 공극으로 침투하여 증발한다. 물이 증발하면 주변의 열을 흡수하므로 용융금속(용탕)의 냉각을 가속화 시킨다. 결국, 용융금속은 물 자체의 온도와 증발열을 받아 응고되어 주물(13)로 변모한다. 사형을 향해 물을 분사하도록 제1수냉부(30)에는 제1노즐부(29a)가 설치되어 있다. 제1노즐부(29a)는 사형을 향해 물을 분사한다. 제2수냉부(40)는 제1수냉부(30)와 동시에 작동하여 냉각채널(15)에 냉각수를 주입한다. 냉각채널(15)에 주입된 냉각수는 분사구멍(15a)을 통해 분사되 사형 내의 공극에 침투한다. 냉각채널(15)로부터 분사되는 냉각수는 용탕과 사형의 냉각을 촉진시킨다. 제2수냉부(40)에 관한 설명은 도 6 내지 도 10을 통해 상세히 후술하기로 한다. 사형해체부(60)는, 제1수냉부(30) 및 제2수냉부(40)에서 냉각된 사형을 전달받아, 사형에 냉각수를 충돌시켜 사형이 냉각수의 수압에 의해 해체되게 한다. 말하자면, 물을 이용하여 사형을 깨뜨리는 것이다. 사형을 제거하면 이송대차(25)에는 완성된 주물(13)과 냉각채널(15)만이 남는다. 사형해체부(60)에는 제2노즐부(29b)가 구비된다. 제2노즐부(29b)를 통해 분출하는 냉각수가 사형을 깨뜨리는 것이다. 회수펌프(73)는, 제1수냉부(30), 제2수냉부(40), 사형해체부(60)에서 배출되는 물, 즉 폐수를 펌핑하여 물탱크(75)로 전달한다. 상기 '폐수'는 사형을 냉각시킨 물과 사형을 해체한 물을 의미한다. 물탱크(75)에 모인 폐수는 필터(77)를 통과하며 정화 처리된 후, 순환펌프(79)에 의해 제1수냉부(30), 제2수냉부(40), 사형해체부(60)로 전달되며 상기한 동작을 반복한다. 제1,2수냉부(30,40)와 사형해체부(60)로 공급되는 물의 공급은 밸브(81)에 의해 제어된다. 컨트롤러(21)는