KR20180042954A - 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 장치 - Google Patents

자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 장치 Download PDF

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KR20180042954A
KR20180042954A KR1020160135588A KR20160135588A KR20180042954A KR 20180042954 A KR20180042954 A KR 20180042954A KR 1020160135588 A KR1020160135588 A KR 1020160135588A KR 20160135588 A KR20160135588 A KR 20160135588A KR 20180042954 A KR20180042954 A KR 20180042954A
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Abstract

알루미늄 소재를 용해시키는 용해로(10)와; 상기 용해로(10)에서 용융된 용탕을 퍼서 주조금형(30) 내부로 공급하는 주입하는 주탕로봇(20)과; 상기 주탕로봇(20)으로부터 용탕을 공급받아 주조성형품(S1)을 주조하는 적오도 2개의 주조금형(30)들과; 상기 주조금형(30)들이 탑재된 상태에서 일정 시간 간격으로 회전했다 멈추는 것을 반복하는 턴 테이블(40)과; 상기 주조금형(30)에 의해 제작된 주조 성형품(S1)을 보온 및 가열하여 열간단조가 가능하도록 하는 가열로(50)과; 상기 주조 금형(30)에서 주조성형품(S1)을 취출하여 가열로(50)에 안착시키는 이송 로봇(60)과; 상기 가열로(50)에서 보온 가열된 주조 성형품(S1)을 자동으로 공급받아 열간 단조로 단조 성형품(S2)를 제조하는 단조 금형부(70); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템.

Description

자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 장치 { Continuous casting-forging manufacturing equipment }
본 발명은 공정 운용 및 공정간 이송을 전부 자동화한 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템에 관한 것이다.
자동차에는 엔진, 변속기, 조향장치 및 공조 장치 등에 다양한 크기와 형상을 가지는 무수히 많은 부품이 결합되어 이루어지는데, 이러한 자동차 부품들은 차량 경량화의 목적을 달성하면서도 적정의 강도를 유지하기 위해 주로 알루미늄 재질로 이루어지고, 이에 더해 절삭 가공보다는 주조 및 단조법에 의해 제조되고 있다.
이는 차량용 알루미늄재의 부품들은 절삭 가공 등에 의해 제조되면 가공 시간에 상당한 시간이 소요되어 생산성이 크게 떨어지는 것은 물론, 조직이 치밀하지 못하여 쉽게 균열이 생기는 등의 문제가 있고, 따라서 일반적으로 차량용 알루미늄재 부품을 제조할 때에는 주조 및 단조법에 의해 제조하여 조직을 치밀하게 함으로써 강도가 우수한 부품으로 제조하고 있다.
상기와 같은 종래의 알루미늄재 부품의 제조장치는, 먼저 융해로에서 알루미늄괴가 융해된 다음, 주조에 의해 1차 성형되고, 그런 다음, 주조 과정에서 필연적으로 생성되는 압탕구와 게이트 부분을 절단기를 통해 절단하게 되는데, 이때 절간기에서 절단할 수 있도록 상온으로 냉각되는 과정을 거치게 된다.
냉각된 성형품이 절단기에서 절단되고 나면, 가열로에 투입되어 400℃정도의 온도로 재가열되고, 그런 다음, 단조장치에 공급되어 열간 단조되어 최종 제품이 제조된다.
이와 같이 종래의 제조장치 및 방법에 따르면, 알루미늄괴를 융해시키기 위해 융해로에서 고온 가열된 다음, 냉각되고, 재차 열간 단조를 위해 가열로에서 재가열되는 과정을 거치게 되는데, 이 과정에서 많은 양의 열에너지가 소비되는 문제가 있다.
그리고 1차 성형된 제품의 압탕구와 게이트 부분을 절단하기 위해 상온으로 냉각된 다음, 재차 가열로에서 고온 재가열되는 데에 많은 시간이 소요되어 생산성이 크게 떨어지는 문제가 있다.
KR 10-0201583 B1 KR 10-0403568 B1 KR 10-1190176 B1 KR 10-0446885 B1
본 발명은 상기와 같은 종래의 알루미늄재 자동차 부품을 제조하는 장치 및 방법이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 주조로 성형된 1차 성형품을 냉각하여 절단한 다음, 열간 단조를 위해 재가열함으로써 발생하는 열 에너지의 손실을 줄일 수 있고, 제품 제조에 소요되는 공정 시간을 대폭 단축할 수 있는 알루미늄재 자동차 부품 제조용 연속 주단조 장치 및 이를 이용한 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템은, 알루미늄 소재를 용해시키는 용해로와; 상기 용해로에서 용융된 용탕을 퍼서 주조금형 내부로 공급하는 주입하는 주탕로봇과; 상기 주탕로봇으로부터 용탕을 공급받아 주조성형품(S1)을 주조하는 적오도 2개의 주조금형들과; 상기 주조금형들이 탑재된 상태에서 일정 시간 간격으로 회전했다 멈추는 것을 반복하는 턴 테이블과; 상기 주조금형에 의해 제작된 주조 성형품(S1)을 보온 및 가열하여 열간단조가 가능하도록 하는 가열로과; 상기 주조 금형에서 주조성형품(S1)을 취출하여 가열로에 안착시키는 이송 로봇과; 상기 가열로(50)에서 보온 가열된 주조 성형품(S1)을 자동으로 공급받아 열간 단조로 단조 성형품(S2)를 제조하는 단조 금형부(70);를 포함하여 구성된다.
본 발명의 일실시예에 따른 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템에서, 이송 로봇은, 가열로에서 보온 가열된 주조 성형품(S1)을 인출하여 상기 단조 금형부로 공급하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따른 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템에서, 단조 성형품의 버(Burr)를 트리밍(Trimming)하는 트리밍 금형부와; 상기 단조 금형부에서 단조 성형품(S2)을 취출하여 트리밍 금형부로 공급하는 제2 이송 로봇;을 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따른 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템에서, 이송 로봇은 주조 성형품(S1)을 파지하는 집게부를 구비하고, 상기 집게부는, 선단에 오목홈이 형성된 고정부와, 상기 오목홈에 대응되게 제2 오목홈을 구비한 왕복식 가압부와, 상기 왕복식 가압부를 왕복 운동 시키는 구동부,로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따른 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템에서, 주탕로봇은, 회전에 의해 용해로에서 용탕을 담는 상부가 개구된 용기와, 용탕을 담을때 상기 용기를 하강시키고 수평 방향 이송을 위해 상기 용기를 상승시키는 상하 이송부와, 상승상태의 상기 용기를 주조금형 방향으로 수평 이송시키는 수평 이송부; 를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 용해로에서 용해된 알루미늄 용융물이 주조유닛에 공급되어 1차 성형품이 성형되고, 주조 과정에서 필연적으로 생성되는 압탕구 부분과 게이트 부분을 단조에 의해 절단되어 2차 성형품이 제조되고, 보온로를 통과시켜 단조유닛에 제공되고, 보온로에서 일정 온도로 유지되어 이송된 2차 성형품을 열간 단조하기 때문에 가열된 1차 성형품을 상온으로 냉각하고 재가열하는 데에 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 아울러 재가열을 위한 열 에너지가 절감된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템 배치도.
도 2는 본 발명의 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템 중 용해로 구성도.
도 3은는 본 발명의 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템 중 주탕로봇 구성도.
도 4a는 본 발명의 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템 중 주조금형 및 턴 테이블 구성도.
도 4b는 본 발명의 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템 중 주조금형 구성도.
도 5는 본 발명의 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템 중 이송로봇 구성도
도 6(a, b)는 본 발명의 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템 중 이송로봇 집게부 구성도
도 7은 본 발명의 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템 중 단조 금형 구성도.
이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템 배치도, 도 2는 본 발명의 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템 중 용해로 구성도, 도 3은는 본 발명의 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템 중 주탕로봇 구성도, 도 4a는 본 발명의 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템 중 주조금형 및 턴 테이블 구성도, 도 4b는 본 발명의 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템 중 주조금형 구성도, 도 5는 본 발명의 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템 중 이송로봇 구성도, 도 6(a, b)는 본 발명의 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템 중 이송로봇 집게부 구성도, 도 7은 본 발명의 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템 중 단조 금형 구성도이다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템은 용해로(10)와 주탕로봇(20)과 주조금형(30)들과 턴 테이블(40)과 가열로(50)와 이송 로봇(60)과 단조 금형부(70)를 포함하여 구성된다. 용해로(10)는 알루미늄 소재를 용해시키면 종래에 공지된 형상을 갖는다. 재료의 투입과 장치의 효율적 운행을 위하여 두개가 구비되는 것이 바람직하다. 주탕로봇(20)은 용해로(10)에서 용융된 용탕을 퍼서 주조금형(30) 내부로 공급하는 주입한다. 주조금형(30)들은 주탕로봇(20)으로부터 용탕을 공급받아 주조성형품(S1)을 주조하는 적어도 2개 이상으로 구비된다. . 턴 테이블(40)은 주조금형(30)들이 탑재된 상태에서 일정 시간 간격으로 회전했다 멈추는 것을 반복한다.
가열로(50)는 주조금형(30)에 의해 제작된 주조 성형품(S1)을 보온 및 가열하여 열간단조가 가능하도록 한다. 이송 로봇(60)은 주조 금형(30)에서 주조성형품(S1)을 취출하여 가열로(50)에 안착시킨다. 단조 금형부(70)는 가열로(50)에서 보온 가열된 주조 성형품(S1)을 자동으로 공급받아 열간 단조로 단조 성형품(S2)를 제조한다.
주조금형(30)은, 턴 테이블(40)의 상부에 방사상으로 복수 개 설치되는 금형프레임(32)과; 상기 금형프레임(32)에 각각 설치되며, 상기 주조 성형품(S1)의 형상에 맞추어 설치되는 한 쌍의 상, 하부금형(33, 34) 및; 상기 상, 하부금형(33, 34)에 각각 설치되며, 상기 상, 하부금형(33, 34)을 각각 관통하여 복수 개의 이젝트핀(35A)이 설치되는 이젝트플레이트(35)로 구성된다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템에 있어서, 이송 로봇(60)은, 가열로(50)에서 보온 가열된 주조 성형품(S1)을 인출하여 상기 단조 금형부(70)로 공급한다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템에 있어서, 단조 성형품(S2)의 버(Burr)를 트리밍(Trimming)하는 트리밍 금형부(80)와; 상기 단조 금형부(70)에서 단조 성형품(S2)을 취출하여 트리밍 금형부(80)로 공급하는 제2 이송 로봇(90);를 더 포함하여 구성된다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템에 있어서, 이송 로봇(60)은 주조 성형품(S1)을 파지하는 집게부(150)를 구비하고, 상기 집게부(150)는, 선단에 오목홈(151)이 형성된 고정부(150)와, 상기 오목홈(151)에 대응되게 제2 오목홈(161)을 구비한 왕복식 가압부(160)와, 상기 왕복식 가압부(160)를 왕복 운동 시키는 구동부(170)로 구성된다. 구동부(170)는 공압실린더와 피스톤으로 구성될 수 있으며 파지힘을 조절하거나 감지하는 파지힘 조절 수단을 구비할 수 있다. 고정부(150)는 이송 로봇(60)의 집게부 고정판(140)에 고정된다. 집게부 고정판(140)은 이송 로봇(60)의 로봇팔에 의해 위치이동 회전 가능하게 구비된다. 제2 이송 로봇(90)의 구성은 이송 로봇(60)의 구성과 같게 구비될 수 있다.
도 3a, 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템에 있어서, 주탕로봇(20)은, 회전에 의해 용해로(10)에서 용탕을 담는 상부가 개구된 용기(21)와, 용탕을 담을때 상기 용기(21)를 하강시키고 수평 방향 이송을 위해 상기 용기(21)를 상승시키는 상하 이송부(23)와, 상승상태의 상기 용기(21)를 주조금형(30) 방향으로 수평 이송시키는 수평 이송부(25)와; 를 포함하여 구성된다.
도 3a, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상하 이송부(23)는 지면에 수직한 방향으로 상향 연장된다. 용기(21)는 상하 이송부(23)를 타고 승강할 수 있게 구비된다. 상하 이송부(23)에는 용기(21)의 용탕을 금형에 주입 할 수 있게 하기 위하여 용기(21)를 적어도 90 이상 회전시켜 뒤집을 수 있는 용기 회전수단이 구비된다. 상하 이송부(23)는 수평 이송부(25)를 타고 턴 테이블(40)의 상부 일측에 위치한 주조금형(30)에 용탕을 주입한다.
도시된 바와 같이, 가열로(50)의 내부에는 상기 주조성형품(S1)이 단조금형부(70)으로 이송되는 동안에 450 ~ 520℃의 온도가 유지되도록 간헐적으로 재가열하는 고주파 가열 수단 또는 히터가 설치되는 것이 바람직하다. 알루미늄 450 ~ 520℃ 재료의 경우 이 온도 범위에서 열간 단조에 의한 좋은 성형성을 얻을 수 있다.
먼저, 용해로(10)는 일반적으로 알루미늄괴(소재)를 용해시키기 위한 고온로로서 본 발명에서는 작업의 효율성을 감안하여 2개의 용해로(10)가 사용되고, 후술하는 주탕로봇(R1)은 2개의 용해로(10) 중에서 자동 선택하여 일정량의 용융물을 자동으로 버킷에 담아 주조유닛(20)으로 이송 및 주입하게 된다.
한편, 상기와 같은 주탕로봇(R1)에 대한 예로서, 본 발명에서는 용해로(10)와 주조유닛(20)을 따라 이송레일이 설치되며, 이 이송레일을 따라 왕복이송되는 이송블록이 설치되고, 이송블록에는 2개 한 쌍의 버킷이 설치된 주탕로봇(R1)이 사용되는 것으로 실시된다.
주조금형(30)들은 원판 형상의 턴 테이블(40)에 방사상으로 복수 개가 설치되어 턴 테이블(40)이 회전 동작되어 주탕로봇(20)의 이송 경로에 차례로 위치되고, 이에 의해 복수 개의 금형프레임(32)에 용융물이 주입되는 것으로 실시된다. 한편, 본 발명의 금형프레임(32)은 주조 성형품(S1)의 형상에 맞추어 설치되는 한 쌍의 상, 하부금형(33, 34) 및 상, 하부금형(33, 34)에 각각 설치되어 상, 하부금형(33, 34)을 각각 관통하여 복수 개의 이젝트핀(35A)이 설치되는 이젝트플레이트(35)로 구성된다.
상기와 같은 구성에 의해 상, 하부금형(32, 34)이 서로 밀착된 상태에서 상부로 노출되는 압탕구(도면부호 없음)를 이용하여 주탕로봇(20)이 버킷을 기울여 이송된 용융물을 자동 주입하게 되면, 회전플레이트(31)가 일정 반경 회전 동작됨과 동시에 주탕로봇(20)은 다시 용해로(10)로 이송되어 일정량의 용융물을 다시 버킷에 담은 다음, 복귀하여 다른 금형프레임(32)의 압탕구에 용융물을 주입하게 된다.
이와 같이 금형프레임(32)에 용융물이 주입된 채 턴 테이블(40)의 회전 동작에 의해 일정 반경 회전 동작되고 나면, 상, 하부금형(33, 34)이 유압장치(도면부호 없음)에 의해 서로 이격되고, 이 과정에서 이젝트플레이트(35)가 상, 하부금형(33, 34)에 각각 밀착되도록 이송되면서 이젝트핀(25A)에 의해 주조 성형품(S1)이 탈형된다.
본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.
아래의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.
10 : 용해로
20 : 주탕로봇
30 : 주조금형
40 : 턴 테이블
50 : 가열로
60 : 이송 로봇
70 : 단조 금형부
80 : 트리밍 금형부
90 : 제2 이송 로봇
140 : 집게부
150 : 고정부
151 : 오목홈
160 : 왕복식 가압부
161 : 제2 오목홈
170 : 구동부

Claims (6)

  1. 알루미늄 소재를 용해시키는 용해로(10)와;
    상기 용해로(10)에서 용융된 용탕을 퍼서 주조금형(30) 내부로 공급하는 주입하는 주탕로봇(20)과;
    상기 주탕로봇(20)으로부터 용탕을 공급받아 주조성형품(S1)을 주조하는 적어도 2개의 주조금형(30)들과;
    상기 주조금형(30)들이 탑재된 상태에서 일정 시간 간격으로 회전했다 멈추는 것을 반복하는 턴 테이블(40)과;
    상기 주조금형(30)에 의해 제작된 주조 성형품(S1)을 보온 및 가열하여 열간단조가 가능하도록 하는 가열로(50)과;
    상기 주조 금형(30)에서 주조성형품(S1)을 취출하여 가열로(50)에 안착시키는 이송 로봇(60)과;
    상기 가열로(50)에서 보온 가열된 주조 성형품(S1)을 자동으로 공급받아 열간 단조로 단조 성형품(S2)를 제조하는 단조 금형부(70);
    를 포함하여 구성되고,

    상기 주조금형(30)은,
    상기 턴 테이블(40)의 상부에 방사상으로 복수 개 설치되는 금형프레임(32)과;
    상기 금형프레임(32)에 각각 설치되며, 상기 주조 성형품(S1)의 형상에 맞추어 설치되는 한 쌍의 상, 하부금형(33, 34) 및;
    상기 상, 하부금형(33, 34)에 각각 설치되며, 상기 상, 하부금형(33, 34)을 각각 관통하여 복수 개의 이젝트핀(35A)이 설치되는 이젝트플레이트(35)로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이송 로봇(60)은,
    가열로(50)에서 보온 가열된 주조 성형품(S1)을 인출하여 상기 단조 금형부(70)로 공급하는 것을 특징으로 하는 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단조 성형품(S2)의 버(Burr)를 트리밍(Trimming)하는 트리밍 금형부(80)와;
    상기 단조 금형부(70)에서 단조 성형품(S2)을 취출하여 트리밍 금형부(80)로 공급하는 제2 이송 로봇(90);
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 이송 로봇(60)은 주조 성형품(S1)을 파지하는 집게부(140)를 구비하고,
    상기 집게부(150)는,
    선단에 오목홈(151)이 형성된 고정부(150)와,
    상기 오목홈(151)에 대응되게 제2 오목홈(161)을 구비한 왕복식 가압부(160)와,
    상기 왕복식 가압부(160)를 왕복 운동 시키는 구동부(170),
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주탕로봇(20)은,
    회전에 의해 용해로(10)에서 용탕을 담는 상부가 개구된 용기(21)와,
    용탕을 담을때 상기 용기(21)를 하강시키고 수평 방향 이송을 위해 상기 용기(21)를 상승시키는 상하 이송부(23)와,
    상승상태의 상기 용기(21)를 주조금형(30) 방향으로 수평 이송시키는 수평 이송부(25)와;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가열로(50)의 내부에는 상기 주조성형품(S1)이 상기 단조금형부(70)으로 이송되는 동안에 450 ~ 520℃의 온도가 유지되도록 간헐적으로 재가열하는 고주파 가열 수단 또는 히터가 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차 부품용 무인 자동화 연속 주단조 시스템.
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