KR101488723B1 - 디젤 엔진용 밸브시트 제조를 위한 분말성형장치 및 분말성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 엔진 부품인 소결 밸브시트를 다층 성형 방식으로 생산하는 구조 및 방법을 개선한 다층 성형을 위한 분말성형장치, 특정적으로 디젤 엔진용 밸브시트 제조를 위한 분말성형장치 및 분말 성형방법에 관한 것으로,
테이블에 설치된 금형 다이의 내부에 캐비티가 마련된 금형 유닛; 서로 다른 종류의 금속 분말 소재이 각각 충진되도록 제1, 2투입실이 마련되고, 상기 테이블 상에서 이동하며 캐비티에 금속 분말 소재를 순차적으로 투입하는 공급 박스로 구성된 공급 유닛; 지지틀의 안쪽에 안내틀이 고정 설치되고, 상기 안내틀에 형성된 축공에 공급 박스의 측면에 돌출된 회전축이 끼워져 조립되며, 상기 안내틀에 설치된 좌우 이동 실린더가 안내틀을 밀거나 당겨 공급 박스가 좌우로 이동할 수 있도록 하되, 상기 지지틀의 외측면 중앙에 설치된 상하 이동 실린더가 상기 회전축을 중심으로 지지틀의 후방측을 승하강시켜 공급 박스가 전후방향으로 이동하도록 하는 이동유닛; 상부 램과 연결되어 승강하는 상부 펀치를 구비하고, 하부 램과 연결되어 승강하는 하부 펀치 및, 상기 하부 펀치가 끼워지고 하부 펀치 위쪽에 충진된 금속 분말 소재를 상기 상부 펀치가 가압하여 성형이 이루어지도록 하는 금형 다이로 이루어진 가압 유닛;을 포함하는 기술적인 특징을 갖는 것으로 달성된다.

Description

디젤 엔진용 밸브시트 제조를 위한 분말성형장치 및 분말성형방법{Powder Compacting Apparatus For Valve Seat of Diesel engines and Method for Multilayer Compacting Using Thereof}

본 발명은 디젤 엔진용 밸브시트 제조를 위한 분말성형장치 및 분말성형방법에 관한 것이다.

더 상세하게는 자동차 엔진 부품인 소결 밸브시트를 다층 성형 방식으로 생산하는 구조 및 방법을 개선한 다층 성형을 위한 분말성형장치, 특정적으로 디젤 엔진용 밸브시트 제조를 위한 분말성형장치 및 분말 성형방법에 관한 것이다.

분말야금은 다양한 분말 상태의 원재료를 혼합하여 분말 공급장치에 원재료를 채우고 성형 프레스에 금형을 조립하여 금형의 빈공간에 원재료를 충진하고 가압하여 성형체를 얻는 제조방식이다.

이와 같은 분말야금은 이후에 소결 및 후처리 공정이 따르게 되어 각종 기계 구조용 부품 및 산업기기 부품들을 생산하는 데에 적용된다.

일반적으로 자동차 엔진부품인 소결 밸브시트는 경제성과 기능성 향상을 위하여 이종(異種)의 분말소재를 분말성형 장치에 의해 다층으로 성형시켜 제조하게 된다.

종래의 다층 성형을 위한 분말성형장치(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 하나의 캐비티(cavity)(21a)가 형성된 다이(Die)(21)가 승강가능하게 구비된 하나의 금형유닛(20)과, 다이(21)의 상부면을 따라 왕복되며 캐비티(21a)로 2종의 분말소재(1,3)를 공급하는 공급 본체(31)를 갖는 분말소재 공급유닛(30)과, 분말소재 공급유닛(30)에 연결 구비되어 왕복운동을 구동하는 공급 구동유닛(40)을 포함한다.

공급 구동유닛(40)은 모터(41)와, 모터(41)에 의해 회전되는 캠축(43)과, 캠축(43)에 결합되어 모터(41)의 구동에 의해 회전되는 캠(45)과, 캠(45)의 일측에 구비된 텐션부재(47)와, 텐션부재(47)의 텐션으로 캠(45)과 접촉되며 캠(45)이 회전됨에 따라 하단부에 체결된 힌지(49)를 기준으로 전후방으로 움직이는 작동링크(51)와, 작동링크(51)의 선단에서 또 다른 힌지(49)로 연결된 로드(53)를 포함한다.

종래기술에 따르면, 분말 성형장치(10)는 캠(45)이 시계방향을 따라 회전됨에 따라 로드(53)에 연결된 공급 본체(31)가 왕복되며 원점, 충진, 성형, 배출의 과정을 수행하면서 다층 성형체(5)를 제조하게 된다. 예를 들어, 캠(45)이 시계방향으로 12시의 0°위치(상사점)에 있는 경우 공급 본체(31)에 단순한 블록 형상으로 구비된 성형체 푸쉬부(31c)가 다층 성형이 완료된 다층 성형체(5)를 배출위치로 밀어낸 상태(원점)에서, 캠이 45°의 회전 위치로 회전됨에 따라 공급 본체(31)의 1층 분말소재 주입부(31a)가 캐비티(21a)의 상부에 배치되어 캐비티(21a)의 내부로 1층 분말소재(1)를 주입하는 위치에서 공급 본체(31)의 2층 분말소재 주입부(31b)가 캐비티(21a)의 상부에 배치되어 캐비티(21a)에 주입된 1층 분말소재(1) 위로 2층 분말소재(3)를 주입하는 위치로 공급본체(31)는 점차 후진되고, 캠(45)이 90°의 회전 위치로 회전되면 모든 충진이 완료된다(충진). 이때, 다이(21)의 하부를 통해 내부로 삽입되어 하부 펀치(27)와 함께 캐비티(21a)를 형성하는 코어부재(23)가 다이(21)와 함께 공압에 의해 상승되며 캐비티(21a) 내부에서 1층 분말소재(1) 위로 2층 분말소재(3)가 적층될 수 있는 여유공간을 형성하게 된다(언더 필(Under fill 기능). 그리고, 캠(45)이 180°의 회전 위치(하사점)로 회전되면 공급 본체(31)는 후퇴되며 금형유닛(20) 상부의 상부 펀치(25)가 캐비티(21a)의 하부에 고정 배치된 하부 펀치(27)를 향해 하강되어 캐비티(21a)의 내부에서 적층된 1층 분말소재(1) 및 2층 분말소재(3)를 가압 성형하고(성형), 캠(45)이 270°의 회전 위치로 회전되면 공급 본체(31)는 더욱 후퇴되며 가압 성형되어 완성된 다층 성형체(5)가 상부로 배출되도록 다이(21)와 코어부재(23)는 하강하게 된다(배출).

그러나 이러한 종래의 분말성형장치(10)는 구조가 복잡하고, 동작이 정확하지 않은 단점이 있다. 다시 말해, 이 장치를 동작시키기 위해서는, 필수적으로 모터와, 캠 그리고 스프링 및 링크가 필요한 복잡한 구성으로 이루어진다.

특히, 캠은 각도에 따라 링크가 이동할 수 있도록 캠 곡선에 의해 설계 제작되는데, 가공의 정밀도가 요구되는 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 구조가 간단하면서도 정확한 동작으로 이종 분말이 순차적으로 투입되어 성형이 이루어지도록 하는 분말성형장치 및 분말성형방법을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명은 양산시 이종의 분말소재가 성형성이 떨어지는 소재라고 해도 성형밀도가 향상될 수 있고, 제1분말층과 제2분말층의 성분 차이에 의해 비중 및/또는 비중의 차이를 극복하고 층간 구분이 명확하면서도 일직선을 잘 유지하여 다층 성형체의 균일도가 균질해짐으로써 제품의 품질이 향상될 수 있는 분말성형장치 및 분말성형방법을 제공하는 것이다.

이종 분말을 적층 성형하는 성형장치로써, 테이블에 관입된 금형 다이의 내부에 캐비티가 마련된 금형 유닛; 내부에 제1, 2투입실이 마련된 공급 박스를 구비하며, 상기 제1 투입실에는 제1 공급 호퍼에 투입된 제1 분말소재가 공급되고, 제2 투입실에는 제2 공급 호퍼에 투입된 제2 분말소재가 공급되어, 이 공급 박스가 이동하며 순차적으로 제1, 2분말 소재를 캐비티에 투입하는 공급 유닛; 지지틀의 안쪽 전방측에 안내틀이 구비되고, 이 안내틀의 전방에 상기 공급 박스가 설치되며, 지지틀의 중앙에 설치된 상하 이동 실린더가 지지틀의 후단부를 경사지게 승강시켜 공급 박스가 전후방으로 이동하도록 하며, 상기 안내틀에는 공급 박스를 좌우측으로 이동시키는 좌우 이동 실린더가 구비된 이동유닛; 상부 램과 연결되어 승강하는 상부 펀치를 구비하고, 하부 램과 연결되어 승강하는 하부 펀치가 갖추어지며, 상기 하부 펀치가 끼워지고 하부 펀치 위쪽에 상기 공급 유닛에서 공급된 제1, 2분말 소재를 상부 펀치가 가압하여 성형이 이루어지도록 하는 금형 다이로 이루어진 가압 유닛;을 포함하는 것을 기술적인 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 이동 유닛은 2개의 지지틀이 간격을 두고 설치되고, 이 지지틀의 안쪽으로 안내틀을 구비하되, 안내틀 사이에 설치된 실린더의 피스톤이 안내틀을 관통하여 지지틀에 고정된 특징이 있다.

본 발명에 따른 상기 이동유닛은 지지틀의 후방측에 고정봉이 설치되고, 이 고정봉에는 지지틀 안쪽으로 연장된 연결바에 구비되며, 이 연결바에 지지틀의 후방측 상하 이동을 안내하는 포스트가 연결된 것을 포함한다.

또 본 발명은 이종 분말을 성형하는 방법으로써, 제1 공급 호퍼와 제 2공급 호퍼 각각에 서로 다른 금속 분말 소재를 투입하고, 하부 펀치를 금형 다이의 중간 부위까지 이동시켜 성형을 준비하는 준비 단계; 공급 박스의 내부에 마련된 제1, 2투입실과 상기 제1, 2공급 호퍼가 각각 연결되어 금속 분말 소재가 공급되도록 하고, 이 공급 박스가 금형 다이가 설치된 테이블 상에서 이동하며 제1투입실에 공급된 금속분말소재를 금형 다이의 캐비티에 공급하는 제1분말 소재 투입단계; 상하 이동 실린더의 피스톤을 동작시켜 지지틀과 상기 공급 박스가 설치된 안내틀의 후방을 상부로 이동시켜 공급 박스가 후방으로 이동하도록 하고, 상부 펀치를 하강시켜 상기 금형 다이에 투입된 제1분말 소재를 가압하여 1차 성형이 이루어지도록 하는 1차 성형 단계; 상기 상하 이동 실린더의 피스톤을 하강시켜 공급 박스를 전진시키고, 이 공급 박스와 연결된 좌우 이동 실린더를 동작시켜 제2투입실에 공급된 금속분말소재를 1차 성형이 이루이진 성형물 위쪽에 공급하는 제 2 분말 소재 투입 단계; 좌우 이동 실린더가 동작하여 공급 박스를 복원시키고, 상하 이동 실린더가 작동하여 지지틀과 안내틀의 후방측을 상승시켜 공급 박스를 후방으로 이동시킨 다음 다시 상부 펀치를 하강시켜 2차 성형이 이루어지도록 하는 2차 성형 단계;로 구성된 성형 방법에 특징이 있다.

본 발명은 지지틀과 안내틀을 구비하여 금속의 분말 소재가 순차적으로 투입되도록 하는 것으로, 구조가 간단하면서도 제작이 편리하고 정확한 동작으로 분말 소재가 금형 다이에 투입될 수 있도록 하는 발명이다.

본 발명은, 금속 분말 소재가 투입되는 공급 박스를 전,후진 및 좌우로 이동시켜 금속 분말 소재가 투입될 수 있도록 함으로써, 이동 거리가 짧고 협소한 공간에서도 동작이 가능한 발명이다.

또한 본 발명은, 양산시 이종의 분말소재가 제1 분말층과 제 2분말층의 성분 차이에 의해 비중 및/또는 비중 차이를 극복하고 균일하게 층간 구분이 명확하면서도 일직선을 잘 유지하여 층간 분리가 없도록 하여 제품의 품질이 향상될 수 있다.

도 1은 종래 성형 장치의 일 예를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 성형 장치의 일부를 절개한 정면도
도 3a, b는 본 발명에 적용되는 이동 유닛의 평면도,
도 4a, b는 본 발명에 따른 이동 유닛의 일측면도,
도 5는 본 발명에 따른 블록도,

이하에서는 본 발명의 실시 예가 개시된다.

개시되는 실시 예들은 본 발명의 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 다른 형태로 변형될 수 있다. 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다. 본 명세서에서 다른 구성요소 '상에' 위치한다는 것은 일 구성요소 상에 다른 구성요소가 직접 위치한다는 의미는 물론, 상기 일 구성요소 상에 제 3의 구성요소가 더 위치할 수 있다는 의미도 포함한다. 본 명세서 각 구성요소 또는 부분 등을 제1, 제2 등의 표현을 사용하여 지칭하였으나, 이는 명확한 설명을 위해 사용된 표현으로 이에 의해 한정되지 않는다. 도면에 표현된 구성요소들의 두께 및 상대적인 두께는 본 발명의 실시 예들을 명확하게 표현하기 위해 과장된 것일 수 있다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

본 발명은 이종의 금속 분말 소재를 가압하여 디젤 엔진용 밸브시트를 제조하는 성형 장치 및 그 성형 방법에 관한 것으로, 도면과 같이 하나 또는 2개 이상의 금형 다이에 제1, 2분말 소재를 순차적으로 투입하여 적층 성형물 즉 밸브 시트가 성형되도록 하는 것으로,

첨부된 도 1은 종래 성형 장치의 일 예를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 성형 장치의 일부를 절개한 정면도이며, 도 3a, b는 본 발명에 적용되는 이동 유닛의 확대 단면도를 도시한 것이다.

첨부된 도 4a, b는 본 발명에 따른 이동 유닛의 일측면도이고, 도 5는 본 발명의 동작 과정을 설명하기 위한 블록도이다.

본 발명은 앞서 살펴본 바와 같이, 디젤 엔진용 밸브 시트를 제작하기 위한 것으로, 금형 다이에 투입된 금속 분말 소재를 성형하되, 이 금속 분말 소재는 이종(異種) 혼합 분말로 구성되어 상하 적층으로 성형되도록 한다.

본 발명에 사용되는 상기 금속 분말 소재는 제 1분말 소재(1)와, 제2분말 소재(2)로 구성되며, 각각이 공급 호퍼(121)(122)에 담아진 상태로 공급된다.

상기 금속 분말 소재는, 임의로 철 60 내지 80중량%, 몰리브덴 2 내지 8중량%, 니켈 0.1 내지 3중량%, 크롬 0.1 내지 8중량%, 구리 5 내지 20중량%, 주석 0.1 내지 1중량% 및 탄소 0.3 내지 2중량%가 포함된 분말소재를 제1분말소재(1)로 하며, 구리 80 내지 90중량%, 철 0.5 내지 10중량%, 탄소 0.2 내지 10중량%가 포함된 분말 소재를 제2분말소재(3)로 구성한다.

본 발명에서 상기 몰리브덴은 고속도강에 쓰이는 합금원소로 절삭성, 고온 인장강도 및 경도를 증가시키기 위한 것으로서, 그 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 추천하기로는 제1분말소재(1) 전체 중량 기준으로 2 내지 8중량%인 것이 좋다.

본 발명에 따른 니켈은 강도가 높지는 않지만, 쉽게 깨지지 않아 기지조직의 인성을 향상시키기 위한 것으로서, 그 사용량은 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 제1분말소재(1) 전체 중량 기준으로 0.1 내지 3중량%인 것이 좋다.

본 발명에 따른 크롬은 고속도강에 쓰이는 합금원소로 내마멸성 및 절삭성을 증가시키기 위한 것으로서, 그 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 추천하기로는 제1분말소재(1) 전체 중량 기준으로 0.1 내지 8중량%인 것이 좋다.

본 발명에 따른 구리는 열전도성을 증가시키기 위한 것으로서, 그 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 추천하기로는 제1분말소재(1) 전체 중량 기준으로 5 내지 20중량%, 제2분말소재(3) 전체 중량 기준으로 80 내지 90중량%인 것이 좋다.

본 발명에 따른 주석은 성형되는 밸브 시트의 윤활 특성 향상을 위해 첨가하며 0.1중량% 이상이 되어야 그 효과가 발생한다. 그러나 과잉으로 첨가하면 재질이 취약해지고 제품의 치수 안정성이 떨어지기 때문에 1중량% 미만으로 사용하는 것이 좋다.

이에, 본 발명에 따른 주석의 사용량은 제1분말소재(1) 전체 중량 기준으로 0.1 내지 1중량%인 것이 좋다.

상기 탄소는 경도를 증가시키고, 표면 특성 및 절삭성을 향상시키기 위한 것으로서, 사용량에 따라 성형되는 밸브시트의 기계적 성질이 현저하게 변화되므로, 제1분말소재(1)를 기준으로 0.3 내지 2중량%, 제2분말소재(3)를 기준으로 0.2 내지 10중량%를 사용하는 것이 좋다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 제1분말소재(1)는 최종적으로 제조되는 밸브시트의 인장강도, 인성, 경도, 표면특성 등을 향상시키기 위해 사용자의 선택에 따라 실리콘, 텅스텐 및/또는 코발트를 분말 형태로 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 실리콘, 텅스텐 및/또는 코발트는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 그 사용량은 특별히 한정되지 않지만 제1분말소재(1) 전체 중량부 기준으로 0.1 내지 20중량부 더 포함되는 것이 바람직하다.

상기 제1, 2분말 소재가 투입되어 성형이 이루어지도록 하는 본 발명의 성형 장치는, 성형 틀을 구성하는 금형 유닛(110)과, 상기 제1, 2분말 소재로 구성된 금속 분말 소재를 저장-공급하는 공급 유닛(120)과 상기 공급 유닛(120)을 성형 공정에 따라 순차적으로 이동시키는 이동 유닛(130)과, 상기 이동 유닛(130)은 물론 장치 전체를 제어하는 제어부(140)로 구성되며, 상기 공급 유닛에서 투입된 금속 분말 소재를 압착시키는 가압 유닛(150)은 물론 여기에 감지부가 더 구비될 수 있다.

한편, 본 발명에서 성형 장치(100)는 금형 유닛(110)과 가압 유닛(150)이 단독으로 설치된 것으로 도시되고 설명되고 있으나, 후술하는 금형 유닛(150)의 테이블에 복수, 바람직하게는 2개 이상의 금형 다이를 연속으로 배치하고, 이 금형 다이에 각각에 공급된 금속 분말 소재를 가압 성형하는 가압 유닛도 복수로 배치될 수 있으며, 당연히 공급 유닛 및 이동 유닛 또한 복수로 설치되어 순차적으로 동작될 수 있다.

금형 유닛(110)

본 발명에 따른 상기 금형 유닛(110)은 테이블(110a)과 이 테이블(110a)에 설치되는 금형 다이(111)로 구성되며, 이 금형 다이(111)의 내측에는 성형이 이루어지는 공간인 캐비티(113)가 마련되도록 하되, 이 캐비티(113)는 상하부가 관통된 구성으로, 하부측에는 하부 펀치(153)가 끼워지고, 상부측에는 상부 펀치(151)가 승강 출납하며 이들 사이에서 성형이 이루어지도록 한다.

여기서 상기 테이블(110a)에는 앞서 살펴본 보와 같이, 복수의 금형 다이가 설치될 수 있다.

또한, 상기 금형 다이(111)는 테이블(110a)에 관입된 형태로 설치되어 있으나, 다른 형태 예를 들어 테이블의 상면 또는 저면에 융착되는 형태로도 구성될 수 있다.

도면 중 미 설명 부호 117은 코어 부재로써, 링체를 성형하기 위한 것으로, 이 코어부재가 하부 펀치의 중앙을 관통하여 설치됨으로써, 성형품이 링 형상으로 구성될 수 있다.

공급 유닛(120)

상기 공급 유닛(120)은 상기한 제1, 2 분말 소재를 상기 금형 유닛(110)의 금형 다이(111)에 공급한다. 이를 위해 본 발명의 공급 유닛(120)은 제1, 2 공급 호퍼(121)(122)와 공급관(123)과, 공급된 금속 분말 소재를 상기 캐비티에 주입하는 공급 박스(125)로 구성된다.

상기 공급 호퍼(121)(122)는 하부가 경사진 구성으로 2개의 호퍼가 연속으로 배치되어 제1공급 호퍼(121)에는 제1분말 소재가, 제2공급 호퍼(122)에는 제2분말 소재가 넣어진다.

상기 제1, 2공급 호퍼(121)(122)의 하부 각각에는 공급관(123)이 연결되고, 각 공급관은 공급 박스(125)의 상면과 연결되어 공급 박스에 제1, 2분말 소재를 공급한다.

상기 공급 박스(125)는 내부에 설치된 격벽(126)을 통해 2개의 투입실로 구성되며, 당연히 제 1투입실(127)은 상기 제1공급 호퍼(121)와, 제 2투입실(128)은 제2공급 호퍼(129)와 각각 공급관에 의해 연결된다.

도면 중 부호 (102)는 브라켓트로써, 여기에 상기 공급 호퍼(121)(122)가 걸쳐지도록 한다. 즉 상기 공급 호퍼(121)(122)는 2개가 융착 또는 성형 방법으로 2개가 일체로 구성되고, 양측면에 걸이봉(106)이 형성되어 상기 브라켓트(102)에 절취된 걸이홈(104)에 끼워져 설치되도록 하는 것이다.

이러한 구성은, 걸이홈이 절개된 형식으로 공급 호퍼(121)(122)를 쉽게 빼내 제1,2분말 소재의 투입을 용이하게 할 수 있다.

또한, 상기 공급 호퍼의 저면에 마련된 투입구에는 수동 또는 자동 밸브가 설치될 수 있으며, 이 자동 밸브는 솔레노이드 밸브로서, 하기의 제어부의 신호에 따라 투입구를 개방 또는 폐쇄하여 제1,2 분말 소재가 캐비티에 투입될 수 있도록 한다.

이동 유닛(120)

상기 이동 유닛(120)은 2개의 지지틀 사이에 상기 공급 박스(125)가 설치되어, 좌우 이동하는 안내틀(132)이 갖추어진 구성으로, 상기 안내틀(132) 사이에 수평 이동시키는 실린더(133)가 설치된다.

상기 지지틀(131)은 도면과 같이 2개의 지지틀이 간격을 두고 배치되며, 일단은 고정봉(136)이 설치되고, 중앙 부위에 설치되는 상이 이동바(134)에 의해 간격이 유지된다.

여기서 지지틀과 다음에 설명되는 안내틀 각각은 막대 형식으로 구성되며, 상기 이동바(134)와 고정봉(136)은 환봉 형태로 구성된다.

상기 안내틀(132)은 지지틀보다 작은 간격을 두고 배치된 2개의 안내틀로 구성되며, 선단은 연장되어 지지틀의 안쪽에 위치하고 후방측은 지지틀 안쪽에 배치되는 구성이다.

상기 안내틀(132)의 후단부와 중앙 부위 각각에는 가이드(138)가 설치되며, 이 가이드(138)는 유체 또는 가스 실린더로 구성되어, 실린더 본체는 안내틀(132) 사이에 배치되고, 작동봉은 안내틀(132)을 관통하여 지지틀(131)과 연결된 구성이다.

또한, 상기 가이드(138) 사이에는 안내틀(132) 전체를 수평 즉 좌우로 이동시키는 실린더(133)가 배치되며, 이 실린더 역시 실린던 본체는 안내틀 사이에 설치되고, 피스톤은 안내틀을 관통하여 지지틀에 고정된 구성으로, 실린더가 동작하면 안내틀이 좌우로 이동하되, 이때 가스 또는 유체 실린더로 구성된 가이드는 실린더가 원활하게 동작하도록 하는 것이다.

한편, 상기 안내틀(132)의 선단에는 축공(132a)이 형성된다. 이 축공(132a)은 공급 박스(125)의 양측면에 돌출된 회전축(120a)이 축설되도록 하는 것으로, 지지틀과 안내틀이 이 축공을 중심으로 상하 회동되고, 이 회동에 따라 공급 박스(125)가 진퇴하도록 한다.

다시 말해, 본 발명의 지지틀(131) 중앙에 구비된 이동바(134)의 양단 각각에는 상하 이동 실린더(160)가 설치되고, 고정봉(136)에 구비된 연결바(135)에는 포스트(162)가 연결된 구성이다.

이러한 구성의 본 발명은 상하 이동 실린더(160)의 피스톤이 상방으로 이동하며, 안내틀(132)과 지지틀(131)이 축공을 중심으로 후방측이 세워지는데, 이때 세워지는 경사각에 따라 공급 박스(125)가 후방으로 이동하고, 다시 안내틀과 지시틀이 하향으로 이동하면 공급 박스가 전방으로 이동하는 것이다.

도면 중 미 설명 부호 137은 고정 뭉치로써, 고정봉(136)에 연결바(135)를 고정시키는 것이다.

한편, 본 발명에서 상하 이동 실린더(160)와 포스트(162) 각각은 경사지게 구성되어 공급 박스(125)의 이동 거리를 증가시킬 수 있다. 예컨대, 상하 이동 실린더의 하단은 성형 장치에 근접되게, 피스톤은 성형 장치와 멀게 위치시켜 이동바와 연결되도록 함으로써, 공급 박스(125)의 이동 거리를 증가시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예로, 상기 지지틀에 랙 기어를 설치하고, 이 랙 기어와 맞물려 회전하는 피니언 기어를 구비하여 이들 기어를 모터로 회전시켜 전후 방향으로 이동시키는 방법도 가능하다.

또한, 상기한 랙 기어와 피니언 기어 방식 이외에 벨트 등의 감아걸기 전동 방식으로도 공급 호퍼를 이동시킬 수 있다.

가압 유닛(150)

상기 가압 유닛(150)은 상부 및 하부 펀치(151)(153)와, 이들을 승강시키는 상, 하부 램(155)(157)으로 구성된다.

상기 상,하 부 펀치(151)(153) 각각은 성형되는 제품 예컨대 밸브 시트과, 가이드에 따라 교체 시공되며, 각각은 램에 장착된다.

상기 램은 상부 램(155)과 하부 램(157)으로 구성되며, 상기 상, 하부 램(155)(157)은 유압식으로 구성되며, 경우에 따라서는 공압 또는 크랭크 방식의 유압식이 적용될 수도 있다.

한편 상기 상,하부 펀치 각각은 경우에 따라 중앙이 관통되어 코어 부재(117)가 끼워질 수 있도록 한다.

제어부(140)

상기 제어부(140)는 상기 상,하부 램과 코어 부재, 이동 유닛은 물론 공급 유닛을 제어한다.

즉, 상기 제어부(140)는 상, 하부 램과 코어 부재를 제어하여 가압을 통한 성형이 이루어지도록 하고, 공급 유닛과 이동 유닛을 제어하여 제1, 2분말 소재가 공급되도록 하며, 장치에 설치된 감지부의 신호에 따라 장치를 멈추거나 또는 연속 동작을 가능하게 하는 것으로, 상세한 설명은 성형 과정을 통해 설명한다.

한편, 본 발명에 따른 감지부는, 제1, 2분말 소재 공급 감지부와, 정량 공급 감지부로 구성될 수 있다. 이에 대해서도 후술한다.

도면 중 미설명 부호 159는 가이드 서포트로써, 하부 펀치의 이동을 안내하는 것이다.

다음은 이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 성형 과정을 살펴보면 다음과 같다.

준비 단계

먼저 본 발명의 성형 장치(100)의 제1, 2공급 호퍼(121)(122)에 제1, 2분말 소재가 각각 투입된다.

공급 호퍼에 분말 소재가 투입되면, 제어부(140)는 하부 펀치(153)를 이동시켜 금형 다이(111)의 하부측에 끼워지도록 한다.

제 1분말 소재 공급 단계

하부 펀치가 끼워지면, 제어부(140)는 상하 이동 실린더(160)를 동작시켜 상하 이동바(134)를 하향으로 이동시켜 지지틀(131)과 안내틀(132)이 수평 이동하도록 함으로써, 공급 박스(125)가 전진하도록 하여 제1분말 소재가 공급되도록 한다. (도 3a 참조)

물론 상기 제어부(140)는 제1투입실(127) 하부에 마련된 밸브를 동작시켜 투입실 내부의 제1분말 소재를 투입하는 것이다.

1차 성형 단계

제 1분말 소재가 투입되면 제어부(140)는 상기 상하 이동 실린더(160)의 피스톤을 동작시켜 지지틀과 안내틀의 후방측으로 상부로 이동시키도록 하되, 이때 상기 지지틀은 축공(132a)을 중심으로 상부로 이동하고, 더불어 공급 박스(125)는 후방으로 이동한다. 이 상태에서, 상부 펀치(151)가 하강하여 금형 다이에 투입된 제1분말 소재를 가압하여 1차 성형이 이루어지도록 한다.

제 2 분말 소재 투입 단계

1차 성형 후, 제어부(140)는 다시 상하 이동 실린더(160)를 하강시켜 공급 박스(125)가 전진하도록 하도록, 이 상태에서 좌우 이동 실린더(133)가 동작하여 안내틀(132)을 이동시켜 제2투입실(128)이 금형 다이의 캐비티와 맞춰지도록 함으로써, 제2분말 소재가 1차 성형이 이루어진 제1분말 소재 상부에 투입되도록 한다.

2차 성형 단계

제 2분말 소재가 투입되면, 제어부는 이전과 마찬가지로, 좌우 이동 실린더를 동작시켜 안내틀(132)을 복원시키고, 상하 이동 실린더(160)를 동작시켜 지지틀(131)과 안내틀(132)이 축공(132a)을 중심으로 후방측이 세워지면서 공급 박스(125)를 후방으로 이동시키고, 공급 박스가 이동하면 다시 상부 펀치가 하강하여 2차 성형이 이루어짐으로써, 적층의 금속 분말 성형 즉, 밸브 시트 또는 가이드가 성형되는 것이다.

한편, 상기 코터 부재는 하부 펀치와 함께 승강하며, 2차 성형 후 하부 펀치가 금형 다이의 상부까지 승강하여 성형물이 빠지도록 한다.

제어 단계

본 발명에서 상기 제어부(140)는 공급 유닛과 이동 유닛을 제어하는 것이 이외에 감지부(142)의 신호에 따라 장치를 제어할 수도 있다.

즉 본 발명의 성형 장치에는 제1, 2분말 소재가 투입되는 공급 호퍼 또는 공급 박스에 감지부가 설치되어 제1, 2분말 소재가 공급되었는가에 따라 상하부 램을 제어하여 성형 작업을 멈출 수 있다.

여기에 본 발명은 정량 공급 감지부가 설치될 수 있다. 이 정량 공급 감지부는 공급 박스에 공급된 분말의 무게를 측정하여 정량이 공급되었는가를 산출하고, 그 산출된 측정값이 기 설정된 값보다 많거나 적으면 상하부 램의 동작을 멈추게 하여 점검이 이루어지도록 하는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 성형 장치 110 : 금형 유닛
111 : 금형 다이 113 : 캐비티
120 : 공급 유닛 121, 122 : 제1, 2공급 호퍼
130 : 이동 유닛 140 : 제어부
150 : 가압 유닛

Claims (6)

1. 이종 분말을 적층 성형하는 성형장치로써,
   테이블에 설치된 금형 다이의 내부에 캐비티가 마련된 금형 유닛;
   서로 다른 종류의 금속 분말 소재가 각각 충진되도록 제1, 2투입실이 마련되며, 상기 테이블 상에서 이동하며 제1, 2투입실에 공급된 금속 분말 소재를 순차적으로 캐비티에 투입하는 공급 박스로 구성된 공급 유닛;
   지지틀의 안쪽에 안내틀이 고정 설치되고, 상기 안내틀에 형성된 축공에 공급 박스의 측면에 돌출된 회전축이 끼워져 조립되며, 상기 안내틀에 설치된 좌우 이동 실린더가 안내틀을 밀거나 당겨 공급 박스가 좌우로 이동할 수 있도록 하되, 상기 지지틀의 외측면에 설치된 상하 이동 실린더가 상기 회전축을 중심으로 지지틀의 후방측을 승하강시켜 공급 박스가 전후방향으로 이동하도록 하는 이동유닛;
   상부 램과 연결되어 승강하는 상부 펀치를 구비하고, 하부 램과 연결되어 승강하는 하부 펀치 및, 상기 하부 펀치가 끼워지고 하부 펀치 위쪽에 충진된 금속 분말 소재를 상기 상부 펀치가 가압하여 성형이 이루어지도록 하는 금형 다이로 이루어진 가압 유닛;을 포함하는 분말성형 장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 이동 유닛은 2개의 지지틀이 간격을 두고 설치되고, 이 지지틀의 안쪽으로 안내틀을 구비하되, 안내틀 사이에 설치된 실린더의 피스톤이 안내틀을 관통하여 지지틀에 고정된 것을 포함하는 분말성형장치.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 지지틀의 후방측에 고정봉이 설치되고, 이 고정봉에는 지지틀 안쪽으로 연장된 연결바에 구비되며, 이 연결바에 지지틀의 후방측 상하 이동을 안내하는 포스트가 연결된 것을 포함하는 분말성형장치.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 공급 박스는 내부에 격벽이 설치되어 제1, 2투입실이 마련되고, 각각의 투입실 저면에 밸브가 구비되어 개폐되는 것을 포함하는 분말성형장치.
   
5. 제 2항에 있어서, 상기 안내틀에 설치된 좌우 이동 실린더의 양측에 가이드가 구비된 것을 포함하는 분말성형장치.
   
6. 삭제

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