KR101880293B1

KR101880293B1 - 소결성형제품 제조 장치 및 인출 방법

Info

Publication number: KR101880293B1
Application number: KR1020170021625A
Authority: KR
Inventors: 이종오
Original assignee: 이종오
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2018-07-23

Abstract

본 발명은 소결성형제품 제조 장치 및 인출 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 높이방향으로 어느 한 면의 일정 영역이 돌출 형성된 돌기부를 포함하는 소결성형제품 성형 시, 인출과정에서 하부펀치가 하강할 때 센터코어에 돌출 형성된 단턱부에 의해 소결성형제품이 임시적으로 지지되도록 함으로써, 돌기부 및 하부펀치가 분리될 수 있도록 한 소결성형제품 제조 장치 및 인출 방법에 관한 것이다.

Description

소결성형제품 제조 장치 및 인출 방법{manufacturing device for sintered product and method for taking out thereof}

일반적으로 소결이라 함은, 분말체(粉末體)를 적당한 형상으로 가압 등을 통하여 성형한 것을 고온으로 가열하측면 서로 단단히 밀착하여 고결(固結)하는 현상을 말하는 것으로, 분말체의 종류에 따라 세라믹 소결, 금속분말 소결 또는 이들의 혼합체 소결 등이 있을 수 있다.

이중 금속분말을 이용하여 성형하는 소결성형은 전통적인 주물성형 또는 롤포에 비하여 공정이 간단하측면서도 정밀도를 향상시킬 수 있고, 중량이 가벼우면서도 내구성이 좋아 근래에 들어서는 고정밀 제품에 많이 사용하고 있다.

상기와 같은 소결성형은 금속분말에 형성부여의 용이성과 더불어 탈형의 용이성을 제공할 수 있도록 고체윤활유를 첨가하여 혼합하는 배합공정과, 혼합 완료된 분말을 원하는 형상으로 금형을 이용하여 만드는 성형공정과, 성형공정에서 형성된 분말입자 간의 원자 확산 이동에 의한 화학적 결합을 이루도록 열을 가하여 물성을 부여하는 소결공정과, 소결공정에서 발생할 수 있는 변형을 바로잡아 전체적인 정밀도를 향상시키도록 재 가압하는 정형공정과 정형공정을 거친 제품의 정확한 치수를 가지도록 가공하는 가공공정 및 가공 후 품질향상을 위한 기타의 후공정으로 완성된다.

관련 특허로는 국내공개특허 제2009-0105385호(공개일 2009.10.07, 명칭 : 성형체 가공을 이용한 소결성형 방법)가 있다.

그런데, 일반적인 소결 공정은 형상이 단순한 제품에만 적용이 가능하며, 제품의 형상이 복잡한 경우, 밀도를 균일하게 맞추는 것이 어렵고, 완성 후 인출이 어렵다는 한계가 있었다.

특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 하측 또는 상측 일부 영역에 돌기부가 돌출 형성되는 제품은, 소결 공정 시, 상부 또는 하부펀치에 돌기부가 박혀있게 되어 다이가 분리된 후에도, 인출이 원활하게 이루어지지 않아 제품 성형이 불가능했다.

이에 따라, 다양하고 복잡한 형태의 소결제품 성형 및 이를 통해 제조된 소결제품의 인출이 가능한 소결성형 방법 및 장치의 개발이 필요하다.

국내공개특허 제2009-0105385호(공개일 2009.10.07, 명칭 : 성형체 가공을 이용한 소결성형 방법)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 목적은 제품의 형태에 상관없이, 소결로 성형된 제품의 인출이 용이하도록 형성되어 다양하고 복잡한 형태의 제품 성형이 가능한 소결성형제품 제조 장치 및 인출 방법을 제공하는 것이다.

더욱 상세하게, 본 발명의 목적은 높이방향으로 어느 한 면의 일정 영역이 돌출 형성된 돌기부를 포함하는 소결성형제품 성형 시, 인출과정에서 하부펀치가 하강할 때 센터코어에 돌출 형성된 단턱부에 의해 소결성형제품이 임시적으로 지지되도록 함으로써, 돌기부 및 하부펀치가 분리될 수 있도록 한 소결성형제품 제조 장치 및 인출 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 소결성형제품 제조 장치 및 인출 방법은 가운데가 축방향으로 관통 형성된 관통홀(110)과, 하측면에 하측 방향으로 돌출 형성된 돌기부(120)를 포함하는 소결성형제품(100)을 분말체로부터 제조하는 장치에 있어서, 상기 소결성형제품(100)의 외면부에 대응되도록 내주면이 형성된 다이(200); 상기 소결성형제품(100)의 상측면에 대응되는 형태로 형성되어 상측에서 하측 방향으로 압력을 가하는 상부펀치(300); 상기 소결성형제품(100)의 하측면에 대응되는 형태로 형성되어 하측에서 상측 방향으로 압력을 가하는 하부펀치(400); 및 상기 상부펀치(300) 및 하부펀치(400) 중앙에 삽입되어 상기 관통홀(110)이 형성되도록 하되, 상기 하부펀치(400)의 상측면과 상기 소결성형제품(100)의 돌기부(120) 하측면이 접하는 위치에 대응되는 영역이 외측으로 돌출되는 단턱부(600)가 형성된 센터코어(500); 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 하부펀치(400)는 상하방향으로 이동 가능한 단일 개수의 유동펀치일 수 있다.

또한, 상기 단턱부(600)는 상기 소결성형제품(100) 인출을 위해 상기 하부펀치(400) 하강할 때, 상기 소결성형제품(100)을 임시적으로 지지하는 역할을 한다.

상술한 소결성형제품 제조 장치(1)에서 소결성형제품(100)을 인출하는 방법은 a) 상기 다이(200)가 분리되는 외면 분리 단계(S100); b) 상기 상부펀치(300)가 상승하고, 상기 하부펀치(400)가 하강하는 상ㆍ하측면 분리 단계(S110); 및 c) 상기 센터코어(500)가 하강하면서 인출수단에 의해 소결성형제품(100)이 인출되는 인출 단계(S120); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 소결성형제품(100) 인출 방법은 상기 상ㆍ하측면 분리 단계에서 상기 소결성형제품(100)의 하측면이 분리된 후, 상기 인출 단계가 수행되기 전까지, 상기 소결성형제품(100)이 상기 센터코어(500)의 단턱부(600)에 의해 임시적으로 지지될 수 있다.

본 발명에 따른 소결성형제품 제조 장치 및 인출 방법은 제품의 형태에 상관없이, 소결로 성형된 제품의 인출이 용이하도록 형성되어 다양하고 복잡한 형태의 제품 성형이 가능하다는 장점이 있다.

특히, 본 발명은 높이방향으로 어느 한 면의 일정 영역이 돌출 형성된 돌기부를 포함하는 소결성형제품 성형 시, 인출과정에서 하부펀치가 하강할 때 센터코어에 돌출 형성된 단턱부에 의해 소결성형제품이 임시적으로 지지되도록 함으로써, 돌기부 및 하부펀치가 분리될 수 있도록 하여, 기존에 소결로 성형이 불가능했던 형태의 제품을 소결 성형이 가능하게 할 수 있다.

더욱 상세하게, 종래에는 성형하려는 제품의 높이방향으로 어느 한 면의 일정 영역에 돌기부가 형성되는 경우, 상부펀치 또는 하부펀치와 분리가 되지 않아 소결로 성형하는 것이 어려웠으나, 본 발명은 하부펀치로 유동펀치를 이용하고, 하부펀치가 하강할 때, 단턱부가 소결성형제품의 하단부를 임시적으로 지지하도록 함으로서, 하부펀치와 돌기부의 분리가 용이하다.

이에 따라, 본 발명은 기존에는 다이캐스팅으로 제조될 수밖에 없었던 형태의 제품을 소결로 제조함에 따라, 성형된 제품의 내구성을 향상시킬 수 있다.

아울러, 본 발명은 코어의 유무에 상관없이, 모두 적용이 가능하여 적용 제품을 다양화할 수 있다는 장점이 있다.

도 1 및 종래의 소결장치의 일예를 나타낸 개략적인 종단면도.
도 2는 제조하려는 소결성형제품의 일예를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 소결성형제품 제조 장치의 일실시예를 나타낸 개략적인 종단면도.
도 4는 본 발명에 따른 소결성형제품 제조 장치의 일실시예에서 종단면을 나타낸 사시도.
도 5는 도 4의 소결성형제품 제조 장치에서 종단면을 나타낸 부분 분해사시도.
도 6은 도 4의 소결성형제품 제조 장치에서 센터코어를 나타낸 사시도.
도 7은 도 4의 소결성형제품 제조 장치를 나타낸 종단면도.

이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 소결성형제품 제조 장치 및 인출 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 제품의 형태에 상관없이, 소결로 성형된 제품의 인출이 용이하도록 형성되어 다양하고 복잡한 형태의 제품 성형이 가능한 소결성형제품 제조 장치 및 인출 방법에 관한 것으로, 실시예 1 및 실시예 2에서는 센터코어가 필요한 소결성형제품을 제조하기 위한 소결성형제품 제조 장치 및 이의 인출 방법에 대해 설명하고, 실시예 3 및 실시예 4에서는 센터코어가 필요하지 않은 중실형 소결성형제품을 제조하기 위한 소결성형제품 제조 장치 및 이의 인출 방법에 대해 설명하기로 한다.

실시예 1.

실시예 1은 가운데가 축방향으로 관통 형성된 관통홀(110)과, 하측면에 하측 방향으로 돌출 형성된 돌기부(120)를 포함하는 소결성형제품(100)을 분말체로부터 제조하는 장치에 관한 것으로, 크게 다이(200), 상부펀치(300), 하부펀치(400) 및 센터코어(500)를 포함하여 형성된다.

먼저, 상기 다이(200)는 제조하고자 하는 소결성형제품(100)의 외면부에 대응되도록 내주면이 형성되며, 상기 상부펀치(300)는 상기 소결성형제품(100)의 상측면에 대응되는 형태로 형성되어 상측에서 하측 방향으로 압력을 가하는 역할을 한다.

다음으로, 상기 하부펀치(400)는 상기 소결성형제품(100)의 하측면에 대응되는 형태로 형성되어 하측에서 상측 방향으로 압력을 가한다. 즉, 상기 하부펀치(400)는 상기 돌기부(120)에 대응되는 영역이 내측으로 함입되어 형성된다.

특히, 본 발명의 소결성형제품 제조 장치(1)에서 상기 센터코어(500)는 상기 상부펀치(300) 및 하부펀치(400) 중앙에 삽입되어, 상기 관통홀(110)이 형성되도록 하되, 상기 하부펀치(400)의 상측면과 상기 소결성형제품(100)의 돌기부(120) 하측면이 접하는 위치에 대응되는 영역이 외측으로 돌출되는 단턱부(600)가 형성된다.

이때, 상기 하부펀치(400)는 상하방향으로 이동 가능한 단일개수의 유동펀치가 사용된다.

종래에는, 도 2에 도시된 형태의 제품을 제조하기 위해서 일반적으로 다이(200)캐스팅 공정이 사용되었다.

만약, 하측으로 돌출된 돌기가 없는 제품을 도 1과 같은 소결 장치로 제조할 경우에는 하부펀치(400′)가 고정펀치이기 때문에, 상부펀치(300′) 및 다이(200′)를 먼저 분리시킨 다음, 제품의 측면에서 힘을 가해 인출하게 된다.

하지만, 하측으로 돌출된 돌기가 있는 경우, 상기와 같이 측면에서 힘을 가해 인출할 경우, 돌기가 분리 또는 일부 파손되거나, 아예 인출이 이루어지지 않게 된다.

따라서 본 발명에서는 하부펀치(400)로 유동펀치를 사용하여 하측면이 분리될 수 있도록 하였다. 그런데, 상기 상부펀치(300) 및 다이(200)가 분리된 후, 제품의 하측면과 하부펀치(400)가 분리되기 위해서는, 상기 하부펀치(400)가 유동펀치이어야 하는 것뿐만 아니라, 제품이 일정 위치에서 고정되어야 하부펀치(400)만 하측으로 이동하여 제품의 하측면과 하부펀치(400)가 분리될 수 있다.

이를 위해, 본 발명에서는 상기 소결성형제품(100) 인출을 위해 상기 하부펀치(400)가 하강할 때, 상기 소결성형제품(100)을 임시적으로 지지할 수 있도록 상기 센터코어(500)에 단턱부(600)가 형성된다.

상기 단턱부(600)는 상기 센터코어(500)에서 외측방향으로 돌출 형성되어 상기 소결성형제품(100)을 임시적으로 지지할 수 있도록 형성되되, 제품 자체의 형태가 변경될 만큼 돌출 높이가 크지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.

도 3 내지 도 5에 도시된 도면을 참조로 본 발명에 따른 소결성형제품 제조 장치(1)에 대해 전체적으로 설명하면,

본 발명은 제조하고자 하는 소결성형제품(100)의 외주면에 대응되도록 형성된 다이(200)와, 소결성형제품(100)의 하측면에 대응되도록 형성된 하부펀치(400)와, 상측면에 대응되도록 형성된 상부펀치(300), 및 관통홀(110)이 형성되도록 상기 상부펀치(300) 및 하부펀치(400) 중앙에 삽입되는 센터코어(500)를 포함하며, 상기 다이(200) 내측면에서 상기 센터코어(500) 및 하부펀치(400)에 의해 형성된 공간에 투입된 분말체가 투입되고, 상기 분말체가 상부펀치(300) 및 하부펀치(400)의 상하 이동에 의해 압착될 수 있도록 형성된다.

이때, 상기 상부펀치(300) 및 하부펀치(400)는 상기 센터코어(500)를 따라 상기 다이(200) 내측을 통과하여 높이방향으로 이동되도록 형성된다. 따라서 상기 상부펀치(300) 및 하부펀치(400)의 일부 영역은 상기 다이(200)의 내경과, 외경이 같거나 작게 형성되어, 상기 다이(200) 내측으로 높이방향으로의 이동이 가능하도록 형성된다.

실시예 2.

실시예 2는 가운데가 축방향으로 관통 형성된 관통홀(110)과, 하측면에 하측 방향으로 돌출 형성된 돌기부(120)를 포함하는 소결성형제품(100)을 분말체로부터 제조하는 장치에서 소결성형제품(100)을 인출하는 방법에 관한 것이다.

소결성형제품(100) 인출 방법에 대해 설명하기 전, 소결 공법의 전 공정을 간략하게 설명하면,

소결 공법은 소결의 재료가 되는 철(Fe) 분말이나 동(Cu) 분말 및 합금 분말과 같은 다양한 금속분말에 형상부여의 용이성과 금형이탈의 용이성을 위하여 고체윤활유를 첨가하여 혼합하는 배합공정과, 혼합 완료된 분말을 원하는 형상의 금형에 투입한 후 압력을 가하여 형상을 만드는 성형공정과, 상기 성형공정에서 형성된 분말체를 분말입자 간의 원자 확산 이동에 의한 화학적 결합이 이루어지도록 열을 가하여 물성을 부여하는 소결공정과, 상기 소결공정에서 발생할 수 있는 치수변형이나 뒤틀림 등에 의한 변형 등을 바로잡아 전체적인 정밀도를 향상시킬 수 있도록 재 가압하는 정형공정과, 상기 정형공정을 거쳐 인출된 제품의 품질과 내구성 향상을 위한 열처리나 정삭 및 피막 처리 등의 과정을 거치는 후처리공정으로 완성된다.

상술한 바와 같이, 소결공정 및 정형공정을 거친 소결성형제품(100)을 인출할 때, 본 발명에서는 외면 분리 단계, 상ㆍ하측면 분리 단계 및 인출 단계를 거치게 된다.

먼저, 상기 외면 분리 단계에서는 소결성형제품(100)의 외면과 상기 다이(200)의 내면이 분리된다.

다음으로, 상기 상ㆍ하측면 분리 단계에서는 상기 상부펀치(300)가 상승하여 상측면이 분리되고, 상기 하부펀치(400)가 하강하여 하측면이 분리된다.

이때, 상기 소결성형제품(100)은 상기 센터코어(500)의 단턱부(600)에 의해 하측면이 임시적으로 지지되고 있기 때문에, 하측면과 상기 하부펀치(400)의 분리가 이루어질 수 있다.

이후, 상기 인출 단계에서는 상기 센터코어(500)가 하강하면서 로봇 팔과 같은 인출수단에 의해 소결성형제품(100)이 인출된다.

다시 한 번 정리하면, 본 발명은 하부펀치(400)로 유동펀치를 이용하고, 하부펀치(400)가 하강할 때, 단턱부(600)가 소결성형제품(100)의 하단부를 임시적으로 지지하도록 함으로서, 하부펀치(400)와 돌기부(120)의 분리가 용이하다는 장점이 있다.

이에 따라, 본 발명은 기존에는 다이(200)캐스팅으로 제조될 수밖에 없었던 형태의 제품을 소결로 제조함에 따라, 성형된 제품의 내구성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1 : 소결성형제품 제조 장치
100: 소결성형제품
110 : 관통홀 120 : 돌기부
200 : 다이
300 : 상부펀치
400 : 하부펀치
500 : 센터코어
600 : 단턱부

Claims

가운데가 축방향으로 관통 형성된 관통홀(110)과, 하측면에 하측 방향으로 돌출 형성된 돌기부(120)를 포함하는 소결성형제품(100)을 분말체로부터 제조하는 장치에 있어서,
상기 소결성형제품(100)의 외면부에 대응되도록 내주면이 형성된 다이(200);
상기 소결성형제품(100)의 상측면에 대응되는 형태로 형성되어 상측에서 하측 방향으로 압력을 가하는 상부펀치(300);
상기 소결성형제품(100)의 하측면에 대응되는 형태로 형성되어 하측에서 상측 방향으로 압력을 가하는 하부펀치(400); 및
상기 상부펀치(300) 및 하부펀치(400) 중앙에 삽입되어 상기 소결성형제품(100)의 관통홀(110)이 형성하기 위한 센터코어(500); 를 포함하고,
상기 하부펀치(400)는 상하방향으로 이동 가능한 단일개수의 유동펀치로 형성되어, 상기 상부펀치(300) 및 다이(200)가 분리된 후 소결성형제품(100)의 하측면과 하부펀치(400)가 분리될 수 있도록 구성되며,
상기 센터코어(500)에는 상기 하부펀치(400)의 상측면과 상기 소결성형제품(100)의 돌기부(120) 하측면이 접하는 위치에 대응되는 영역이 외측으로 경사지게 돌출되는 단턱부(600)가 형성되고,
상기 단턱부(600)는 상기 소결성형제품(100)의 내주면과 접하는 센터코어(500)의 외주면과, 상기 하부펀치(400)의 내주면과 접하는 센터코어(500)의 외주면을 연결하도록 경사지게 형성되어, 상기 하부펀치(400)가 상기 소결성형제품(100) 인출을 위해 소결성형제품(100)의 하측면에서 분리되어 하강할 때 상기 단턱부(600)를 통해 소결성형제품(100)을 임시적으로 지지할 수 있도록 구성되어,
상기 하부펀치(400)와 소결성형제품(100)의 돌기부(120)를 쉽게 분리할 수 있는 것을 특징으로 하는 소결성형제품 제조 장치.
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제 1항에 의한 소결성형제품 제조 장치(1)에서 소결성형제품(100)을 인출하는 방법에 있어서,
a) 상기 다이(200)가 분리되는 외면 분리 단계(S100);
b) 상기 상부펀치(300)가 상승하고, 상기 하부펀치(400)가 하강하는 상ㆍ하측면 분리 단계(S110); 및
c) 상기 센터코어(500)가 하강하면서 인출수단에 의해 소결성형제품(100)이 인출되는 인출 단계(S120); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 소결성형제품(100) 인출 방법.
제 4항에 있어서,
상기 소결성형제품(100) 인출 방법은
상기 상ㆍ하측면 분리 단계에서 상기 소결성형제품(100)의 하측면이 분리된 후, 상기 인출 단계가 수행되기 전까지, 상기 소결성형제품(100)이 상기 센터코어(500)의 단턱부(600)에 의해 임시적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 소결성형제품(100) 인출 방법.