매치플레이트 조형기

조형기 및 조형방법{MOLDING MACHINE AND MOLDING METHOD}

본 발명은, 조형기 및 조형방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 매치플레이트 조형기(match-plate molding machine) 및 매치플레이트를 이용하는 조형방법에 관한 것이다.

종래의 상하 주형을 동시에 조형하기 위한 매치플레이트 조형기의 일예가, WO2005/058528호에 개시되어 있다. 이 조형기에 있어서, 먼저, 매치플레이트는 상부 주형틀(cope flask) 및 하부 주형틀(drag flask)에 끼워져 유지된다. 이어서, 상하 스퀴즈부재가 상기 매치플레이트에 마주보는 그들의 개구를 통하여 각각의 주형틀에 삽입되어, 상하 조형공간을 규정한다. 그리고 나서, 상기 규정된 조형공간이 주물사로 충전된다. 그 후, 상하 스퀴즈부재는 매치플레이트에 대하여 이동하여 상기 조형공간 내의 주물사를 가압함으로써 상부 주형 및 하부 주형을 조형한다. 이어서, 대응하는 상하 주형이 내재된 상하 주형틀이 매치플레이트로부터 제거된다. 이들 제거 공정은, 매치플레이트에 대하여 상하 주형틀을 왕복 이동시키는 실린더에 의해 달성된다.

이러한 종래의 조형기는, 매치플레이트가 상부 주형 또는 하부 주형에 부착되면 매치플레이트로부터 상하 주형틀을 제거하는 공정이 개시된다는 점에서 번거롭다. 즉, 매치플레이트가 어느 하나의 주형에 부착되면, 먼저 다른 하나의 주형(즉, 매치플레이트에 부착되지 않은 주형)과 상기 다른 하나의 주형이 내재된 대응하는 주형틀이 매치플레이트로부터 일제히 제거(즉, 발출(stripped))된다(제1 발출공정). 그리고 나서, 하나의 주형(즉, 매치플레이트에 부착되는 주형), 및 상기 하나의 주형이 내재된 대응하는 주형틀이 이어서 상기 매치플레이트로부터 일제히 제거된다(제2 발출공정). 제1 발출공정은 상기 다른 하나의 주형이 정지되어 있으면 개시되도록 한다. 그러나, 제2 발출공정은 그 시점 직전에 즉시 이동된 진행하는 매치플레이트가 정지되면 행해져야 하는 한편, 상기 매치플레이트에 부착된 주형(상기 하나의 주형)은 여전히 이동하고 있다. 이러한 이유로, 상기 하나의 주형은 매치플레이트로부터 제거될 때 상당한 충격을 받을 수 있다. 그러므로, 제2 발출공정은 결함을 초래할 수 있다.

따라서, 본 발명의 하나의 목적은, 주형 및 상기 주형이 내재되어 있는 대응하는 주형틀이 매치플레이트로부터 제거될 때 매치플레이트에 부착된 조형에 어떠한 결함도 방지하는 조형기 및 조형방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 그외의 목적과 이점은, 첨부된 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.

도 1은, 본 발명의 조형기를 개략적으로 도시하는 정면도이다.

도 2는, 도 1의 조형기의 개략적인 좌측면도이다.

도 3은, 도 1 및 도 2의 조형기를 구동하는 가압 유체 유닛(pressurizing fluidic unit)을 개략적으로 도시한다.

도 4는, 유압 파워 유닛(hydraulic power unit)의 다른 실시예를 개략적으로 나타낸다.

본 발명의 하나의 양상에 있어서, 상부 주형틀 및 하부 주형틀 사이에 매치플레이트를 유지하는 단계; 상기 매치플레이트에 대향하는 상하 주형틀의 개구에 상부 스퀴즈부재 및 하부 스퀴즈부재를 삽입하여 상부 조형공간 및 하부 조형공간을 각각 규정하는 단계; 주물사로 상기 규정된 조형공간을 충전하는 단계; 및 상기 상하 스퀴즈부재를 매치플레이트를 향하여 구동하여, 상하 조형공간 내의 주물사를 가압(squeeze)함으로써 상부 주형 및 하부 주형을 동시에 조형하는 단계를 포함하는, 하나의 조형방법을 제공한다.

상기 방법은, 주형틀이 정지되어 있을 때(stationary), 조형된 상기 상하 주형이 내재된 상하 주형틀을 상기 매치플레이트로부터 동시에 강제로 밀어내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 상부 주형틀이 하부 주형틀로부터 분리되는 속도가 상기 매치플레이트가 상기 하부 주형틀로부터 분리될 때 속도의 2배이며, 상기 상부 주형틀이 상기 매치플레이트로부터 분리되는 속도는 상기 하부 주형틀이 상기 매치플레이트로부터 분리되는 속도와 동일한 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 양상에 있어서, 상부 주형틀 및 하부 주형틀; 상기 주형틀 사이에 유지되는 매치플레이트; 상기 매치플레이트에 대향하며, 상기 상하 주형틀의 개구로 삽입가능한, 상부 스퀴즈부재 및 하부 스퀴즈부재; 상기 상부 주형틀, 매치플레이트 및 상부 스퀴즈부재에 의해 규정된 상부 조형공간 및 상기 하부 주형틀, 매치플레이트 및 하부 스퀴즈부재에 의해 규정된 하부 조형공간 내에 주물사를 충전하기 위한 수단; 및 상부 주형 및 하부 주형을 동시에 조형하기 위하여, 상기 상하 조형공간 내의 주물사를 가압하도록 상기 상하 스퀴즈부재를 상기 매치플레이트를 향하여 구동하는 구동수단을 포함하는, 매치플레이트 조형기를 제공한다.

상기 조형기는, 주형틀이 정지되어 있을 때 상기 매치플레이트로부터 상기 조형된 상하 주형이 내재된 상하 주형틀을 강제로 밀어내기 위한 상하 푸시수단(pushing means)을 더 포함하며, 상기 상부 푸시수단과 하부 푸시수단은 상기 상부 주형틀 및 하부 주형틀 양쪽 상에 장착되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 상부 푸시수단은 내부의 오일에 의해 신장되는 유압실린더이다. 상기 하부 푸시수단은 상기 상부 푸시수단보다 실린더 내부로 밀어넣어진 오일을 공급하기 위한 힘을 더 적게 갖는 유압실린더이거나, 또는 압축 공기에 의해 신장되는 에어실린더(air cylinder)이거나, 또는 탄성부재(elastic member)에 의해 신장되는 탄성수단이다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 상하 주형틀은 모래를 충전하기 위하여 그들의 측벽상에 모래충전구(sand-filling ports)를 갖는다.

바람직하게는, 상기 하부 주형틀은 수직 평면 내에서 하방 및 상방으로 회동되는 회동프레임(rotating frame) 상에 장착된다. 상기 상부 주형틀은 상기 회동프레임 상에 장착되어 상기 하부 주형틀에 대하여 전진하거나 퇴피할 수 있다.

상기 조형기는 상기 상하 주형틀 사이에서 상기 매치플레이트를 반입 및 반출시키기 위한 셔틀을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 매치플레이트를 상기 하부 주형틀에 대하여 전진 및 퇴피시키기 위한 기구를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 매치플레이트 조형기에서의 주형은 타이트플라스크 주형(tight-flasks molds) 또는 무틀식 주형(flaskless molds)일 수 있다.

이제, 본 발명의 매치플레이트 조형기의 일실시예에 대하여, 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 조형기는, 실질적으로 수직으로 연장되는 회동프레임(2)을 포함한다. 상기 회동프레임(2)은 지지축(1) 주위로 수직 평면 내에서 상하로 이동될 수 있도록 지지축(1)상에 피봇식으로(pivotally) 장착된다. 측벽에 모래충전구를 가지는 하부 주형틀(4)은 지지부재(3)를 통하여 회동프레임(2)의 하부단에 장착된다. 회동프레임(2)의 좌측에는, 한쌍의 가이드로드(5)가 앞뒤로 소정의 간격을 사이에 두고 부착되어, 실질적으로 수직으로 연장된다. 가이드로드(5)상에는, 매치플레이트(7)가 가이드홀더(6)를 통하여 슬라이드가능하게 수직으로 장착된다. 가이드로드(5)의 가이드홀더 바로 위에는, 측벽에 모래충전구를 가지는 상부 주형틀이 가이드홀더(8)를 통하여 슬라이드 가능하게 수직으로 장착되어 있다. 상기 회동프레임(2)의 좌측에는, 하방으로 향하는 수직 실린더(10)의 피스톤로드 말단이 부착되어 있다.

상기 매치플레이트(7)는 공지된 임의의 셔틀(미도시)에 의해 상부 주형틀(9) 및 하부 주형틀(4) 사이에서 반입 및 반출될 수 있다. 상기 매치플레이트(7)는, 신장 및 수축된 상태에서 회동프레임(2) 상에 장착된 상방으로 향하는 실린더(미도시)에 의해 하부 주형틀(4)에 대하여 전진 및 퇴피되도록 이동할 수 있다.

상기 상부 주형틀(9)은 실린더(10)에 장착되어 상기 실린더(10)의 신장 및 수축 동작에 의해 상, 하방으로 이동함으로써, 상기 매치플레이트에 대하여 전진 및 퇴피된다. 상기 매치플레이트(7)로부터 상기 상부 주형틀(9)을 밀어내기 위한 4개의 하향 유압실린더(상부 푸시수단)가, 상기 상부 주형틀(9) 외주의 4개 모서리부 근처에 장착되어 있다. 유사하게는, 상기 매치플레이트(7)로부터 상기 하부 주형틀(4)을 밀어내기 위한 4개의 상향 에어실린더(하부 푸시수단)(12)이 상기 하부 주형틀(4) 외주의 4개 모서리부 근처에 장착되어 있다.

도 3에서와 같이, 조형기에는, 4개의 유압실린더(11)로 오일을 공급하고, 4개 에어실린더(12)에 압축공기를 공급하는 가압 유체 유닛(13)이 설치되어 있다. 상기 가압 유체 유닛(13)은 오일을 생성하기 위한 유압펌프를 가지는 유압 유닛(14)과, 상기 압축공기를 발생시키기 위한 압축기(15)를 포함한다. 상기 유압 유닛(14)의 유압펌프는, 방향 제어밸브(directional control valve, 17)와 차단밸브(shut-off valve, 18)를 통하여 하향하는 유압 실린더(16)의 상부 포트(upper port) 및 하부 포트(lower port)에 연결된다.

상기 유압실린더(16)의 피스톤로드의 하부단에, 푸셔판(pusher plate)이 고정된다. 푸셔판(19) 아래에는, 4개의 파이프(20)를 통하여 4개의 유압실린더(11)의 각각의 상부 포트에 대하여 오일을 추출하고 공급하기 위한, 4개의 유압푸셔(21)가 설치되어, 그들 상부단이 푸셔판(19)에 맞닿는다(abut). 각각의 유압푸셔(21)는 상방으로 향하는 유압실린더 구조를 포함한다. 4개의 파이프(20)는 각각의 4개의 차단밸브(22)를 통하여 유압 유닛(14)의 유압펌프에 연결된다. 4개의 유압실린더(11)의 각각의 하부 포트는 방향 제어밸브(17)를 통하여 유압 유닛(14)에 연결된다. 4개의 에어실린더(12)는 방향 제어밸브(23)를 통하여 압축기(15)에 연결된다.

상술한 조형기에 있어서, 도 1 및 도 2에 나타낸 장치의 상태 이전에, 매치플레이트(7)는 조형 스테이션(molding station, 미도시)에서 상부 주형틀(9) 및 하부 주형틀(4) 사이에서 끼워 유지된다. 이어서, 상하 스퀴즈부재(미도시)가 상기 상부 주형틀(9) 및 하부 주형틀(4)의, 매치플레이트(7)에 마주보는 대응하는 개구에 삽입되어, 상하 조형공간을 규정한다. 그리고 나서, 상기 상부 주형틀(9), 하부 주형틀(4), 매치플레이트(7) 및 상기 조형공간을 규정하는 그들의 관련 부재가 그들의 수직 자세 또는 수평 자세로 회전되어, 주물사가 상기 상하 주형틀(9, 4)의 모래충전구를 통하여 상기 조형공간 내에 불어넣어 충전된다. 그 후, 상기 상하 스퀴즈부재는 상기 매치플레이트(7)를 향하여 구동 이동되어, 상기 상하 조형공간 내의 주물사를 가압함으로써, 상부 주형 및 하부 주형을 동시에 제조한다. 결과적으로, 상기 조형기는 도 1 및 도 2에 나타낸 상태에 있다.

이와 동시에, 상기 차단밸브(18)는 사전에 개방되어, 실린더(16)의 하부 포트 및 4개의 유압푸셔(21)의 상부 포트에 대하여 오일을 공급함으로써, 실린더(16)를 수축하고 4개의 유압푸셔(21)를 신장시킨다. 이어서, 차단밸브(18)가 폐쇄되고 4개의 차단밸브(22)는 개방되어, 상기 유압 유닛(14)의 유압펌프로부터의 오일을 4개의 파이프(20), 및 4개의 유압푸셔(21)의 하부 포트에 공급한다. 또한, 상기 유압펌프로부터의 오일은, 4개의 유압실린더(11)의 상부 포트에 공급되어 그들을 수축시킨다. 이어서, 4개의 파이프(20)와 유압 유닛(14) 사이에 위치된 상기 4개의 차단 밸브(22)가 차단된다.

도 1 및 도 2에 나타낸 상태로부터, 실린더(10)는 신장되어 상부 주형틀(9)을 상승시키는 한편, 다른 실린더(미도시)는 수축되어 상기 매치플레이트(7)를 상승시킨다. 이 경우, 상승할 때 상부 주형틀(9)의 속도는, 상기 매치플레이트(7) 속도의 2배인 것이 바람직하다. 이어서, 방향 제어밸브(17)가 상기 실린더(16)를 신장시키도록 회전하여 상기 푸셔판(19)을 통하여 4개의 유압푸셔(21)를 수축시킴으로써 4개의 유압실린더(11)의 상부 포트에 오일을 공급하여 그들을 신장시킨다. 이와 동시에, 상기 방향 제어밸브(23)가 회전되어 4개의 에어실린더(12)에 대하여 압축기(15)로부터의 압축공기를 공급함으로써 그들을 신장시킨다. 따라서, 4개의 유압실린더(11)는 상기 매치플레이트(7)를 밀어내리는 한편, 동시에 4개의 에어실린더(12)는 상기 매치플레이트(7)를 밀어올린다. 이것은 상하 주형이 내재된 상하 주형틀(9, 4)이 상기 매치플레이트(7)로부터 서로 동시에 밀어내지도록 한다. 그리하여, 종래의 2단계 발출공정과 대조적으로, 상부 주형틀(9) 및 하부 주형틀(4)은 동시에 빼내진다. 따라서, 이것은 종래의 제2 발출공정(주형틀 내에 내재된 주형이 부착된 매치플레이트로부터 하나의 주형틀을 제거하는)에 관련된 주형 내의 결함의 원인이 될 수 있는 바람직하지 않은 충격을 방지한다.

이 경우, 상승할 때의 상부 주형틀(9)의 속도를 매치플레이트(7) 속도의 2배로 설정함으로써, 그 다음의 공정에서, 상기 상하 주형틀(9, 4)이 상기 매치플레이트(7)로부터 서로 동시에 밀어내질 수 있는 충분한 공간이 존재하게 된다.

본 발명의 조형기 및 조형방법이 그 바람직한 실시예에 대하여 설명되었지만, 본 발명은 첨부된 클레임의 정신 및 범위 내에 포함될 수 있는 모든 다양한 변경 및 변형을 커버하도록 의도된 것임을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명이 적용될 수 있는 매치플레이트 조형기의 배치 및 작동을 여기에 나타내고 설명된 내용으로 한정하는 것은 아니다. 예컨대, 상기 매치플레이트, 상부 주형틀 및 하부 주형틀은 상기 매치플레이트가 상하 주형틀 사이에 유지된 후에 회전될 수 있다. 선택적으로, 상기 매치플레이트는 상기 주형틀이 회전된 후에 상기 상부 주형틀 및 하부 주형틀 사이에 유지될 수 있다. 그러므로, 매치플레이트를 유지하고 주형틀을 회전시키는 타이밍은 본 발명을 제한하지 않는다. 본 발명의 조형기 및 조형방법에 의해 조형된 상하 주형은 타이트플라스크 주형 또는 무틀식 주형일 수 있다.

또한, 본 발명 조형기의 유압 파워 유닛(13)은 도 3에 나타낸 실시예로 한정되는 것은 아니다. 도 3의 유압 파워 유닛(13)은, 예컨대 도 4의 다른 유압 파워 유닛(13A)으로 대체될 수 있다. 도 4의 다른 유압 파워 유닛(13A)은, 유압실린더(16)와 차단밸브(18)가 제거되어 있는 한편, 유압푸셔(21)의 상부 포트가 방향 제어밸브(17)에 연결되어 있다는 점에서, 도 3의 상술한 유압 파워 유닛(13)과 다르다. 도 4의 다른 유압 파워 유닛(13A)의 그외 구성요소는 도 3의 유압 파워 유닛(13)의 동일한 참조부호로 지시된 것과 동일하므로, 그 설명은 생략한다.

이제, 다른 유압 파워 유닛(13A)을 채용하는 조형기의 작동을 설명하기로 한다. 우선, 상기 조형기는 상술한 실시예에서와 같은 방식으로, 동시에 상하 주형을 조형한다. 결과적으로, 상기 조형기는 도 1 및 도 2에 나타낸 상태에 있다. 이어서, 4개의 차단밸브가 개방되어 4개의 파이프(20) 및 4개의 유압푸셔(21)의 하부 포트에 오일을 공급한다. 또한, 상기 오일은 4개의 실린더(11)의 상부 포트에 공급되어 그들을 수축시킨다. 그리고나서, 4개의 차단밸브가 폐쇄되어 상기 4개의 파이프(20)와 유압 유닛(14) 사이의 유체 연통(fluid communication)을 차단한다.

도 1 및 도 2에 나타낸 상태로부터, 이어서 실린더(10)가 신장되어 상부 주형틀을 상승시키는 한편, 다른 실린더(미도시)는 수축되어 매치플레이트(7)를 상승시킨다. 이 경우, 상승될 때의 상부 주형틀(9)의 속도는 상기 매치플레이트(7)의 2배인 것이 바람직하다. 그리고 나서, 방향 제어밸브(17)가 푸셔판(19)을 통하여 유압푸셔(21)를 수축하도록 회전되어, 4개의 유압실린더(11)의 상부 포트에 오일을 공급함으로써, 그들을 신장시킨다. 이와 동시에, 방향 제어밸브(23)가 회전되어 4개의 에어실린더(12)에 대하여 압축기(15)로부터의 압축공기를 공급하여, 그들을 신장시킨다. 그러므로, 4개의 유압실린더(11)는 매치플레이트(7)를 밀어내리는 한편, 4개의 에어실린더(12)는 매치플레이트(7)를 밀어올린다. 이것은 상하 주형이 내재된 상부 주형틀(9) 및 하부 주형틀(4)을, 동시에 상기 매치플레이트(7)로부터, 그리고 서로에 대하여 밀어내지도록 한다. 그리하여, 상부 주형틀(9) 및 하부 주형틀(4)은, 상술한 실시예에서와 같이, 동시에 빼내진다.