KR20130096478A - 소결제품 외면 치밀화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정원형상의 소결제품은 물론 비원형 형상의 다양한 소결제품의 외면을 치밀화 함과 동시에 치밀화 효율성을 높여 생산시간과 원가를 절감할 수 있도록 한 소결제품 외면 치밀화 장치에 관한 것으로서,
장치베이스에 정원형상 또는 비정원형상의 소결성형제품을 유지할 수 있도록 구비하는 센터코어와, 상기 센터코어의 상측에 설치되어 치밀화 작업을 위한 소결성형제품을 가압하여 하강시키는 상펀치와, 상기 센터코어의 하측에 설치하여 하강된 소결성형제품을 인출할 수 있도록 하면서 인출과정에서 소결성형제품을 한번 더 가압하는 하펀치와, 상기 센터코어의 외측에 치밀화하고자 하는 소결성형제품의 외면부과 동일한 형상의 작동홀을 가지고 설치되는 치밀금형과, 상기 치밀금형의 작동홀에 형성하여 상펀치와 하펀치에 의하여 센터코어를 따라 하강하고 상승하는 과정에서 소결성형제품의 외면부 표면 조직을 치밀화하기 위한 치밀림을 포함하는 것이 특징이다.

Description

소결제품 외면 치밀화 장치{OUTSIDE SURFACE DENSIFICATION DEVICE FOR SINTERED PARTS}

본 발명은 소결제품 외면 치밀화 장치에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 소결에 의하여 제조된 제품의 외표면 조직을 치밀화하여 내구성과 내마모성을 향상시킬 수 있도록 하는 개선된 장치의 제공에 관한 것이다.

금속분말을 이용한 소결성형은 주물성형이나 롤포밍과 같은 종래의 기술에 비하여 공정의 간결화와 정밀도의 향상, 중량 및 원가절감에 뛰어난 특성으로 인하여 근자에 들어 많이 애용되고 있는 공법이다.

이러한 소결공법은 소결의 재료가 되는 철(Fe) 분말이나 동(Cu) 분말 및 합금 분말과 같은 다양한 금속분말에 형상부여의 용이성과 금형이탈의 용이성을 위하여 고체윤활유를 첨가하여 혼합하는 배합공정과;

혼합완료된 분말을 원하는 형상의 금형에 급분하여 압력을 가하여 형상을 만드는 성형공정과;

상기 성형공정에서 형성된 형상체를 분말입자 간의 원자확산 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 거친 제품의 품질과 내구성 향상을 위한 열처리나 정삭 및 피막처리등의 과정을 거치는 후처리공정으로 완성된다.

상기와 같은 소결공법으로 각종의 산업용 부품을 완성할 경우에는 높은 정밀도를 얻을 수 있어 품질의 향상은 물론, 전체적인 제조비용을 절감할 수 있는 등의 효과를 얻을 수 있다.

상기와 같이 소결성형 되는 제품이 서로 맞물려 회전하는 기어 등과 같은 제품은 맞물리는 외표면의 표면밀도를 높이도록 하는 정형공정을 통하여 조직을 치밀화하여 내구성을 향상시키도록 하고 있다.

종래기술이 적용된 소결제품의 외면 치밀화를 위한 내용을 도 5,6을 통하여 살펴보면 다음과 같다.

종래에는 소결제품의 외면을 치밀화하기 위한 치밀화장치(1)는, 중앙에 치밀화하기 위한 소결제품(2)을 유지하기 위한 제품유지구(3)를 설치하고, 상기 제품유지구(3)의 어느 한 측방에는 고정베이스(4)를 다른 측방에는 가동수단(5)에 의하여 제품유지구(3)와 근접 및 이탈되는 가동베이스(6)를 설치한다.

상기 제품유지구(3)에 설치된 소결제품(2)은 고정베이스(4)와 가동베이스(6)에 설치되는 롤링다이(8)와 연접되어 가동수단(5)에 의하여 가압되면서 소결제품(2)의 외면을 치밀화 하는 구성이다.

상기와 같은 종래 기술의 경우에는, 장치의 구성이 복잡하기 때문에 초기에 많은 비용이 소요되므로 치밀화 비용이 상승하는 원인이 되고, 그로 인해 대외적인 경쟁력이 취약하게 되는 원인이 되고 있다.

그리고, 치밀화를 수행하는 과정에서 소결제품을 수십 회전 이상 회전시켜야 하기 때문에 직경이 큰 제품의 경우에는 치밀화에 따르는 시간이 많이 소요되는 것은 물론, 치밀화를 위한 롤링다이의 크기가 커지게 되므로 준비 작업에 많은 시간과 비용이 소요되는 단점이 있다.

특히 소결제품의 특성이나 치밀화하고자 하는 내용에 따라 가동수단을 유효적절하게 제어하여야 가동베이스에 설치된 롤링다이가 소결제품의 외표면에 가하는 압력이 달라지기 때문에 최종적인 치밀화가 결정되므로 작업자의 결정에 따라 치밀화상태가 가변 될 수 있어 최종품질에 지대한 영향을 미치게 된다.

또한, 종래 기술에서는 소결제품과 롤링다이를 서로 맞물리거나 연접된 상태에서 회전시키면서 가압하여 치밀화를 수행하기 때문에 소결제품이 항상 정원형태의 제품일 경우에만 수행할 수 있게 되므로, 정원형태가 아닌 비원형 외경 또는 외면을 가지는 소결제품의 외면을 치밀화 하는 것은 불가능하게 된다.

이러한 이유에 의하여 고면압 및 고내구성이 요구되는 자동차의 캠과 같은 비원형 제품이나 비원형기어와 같은 제품의 경우에는 전조공정을 통하여 제조하지 못하고 다른 방법으로 제조하여 열처리 과정을 거쳐야 하기 때문에 불필요하게 많은 비용을 소모하여야 하는 불편이 따르는 등 여러 문제점이 발생하고 있는 실정이다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 장치베이스에 정원형상 또는 비정원형상의 소결성형제품을 유지할 수 있도록 구비하는 센터코어와, 상기 센터코어의 상측에 설치되어 치밀화 작업을 위한 소결성형제품을 가압하여 하강시키는 상펀치와, 상기 센터코어의 하측에 설치하여 하강된 소결성형제품을 인출할 수 있도록 하면서 인출과정에서 소결성형제품을 한번 더 가압하는 하펀치와, 상기 센터코어의 외측에 치밀화하고자 하는 소결성형제품의 외면부과 동일한 형상의 작동홀을 가지고 설치되는 치밀금형과, 상기 치밀금형의 작동홀에 형성하여 상펀치와 하펀치에 의하여 센터코어를 따라 하강하고 상승하는 과정에서 소결성형제품의 외면부 표면 조직을 치밀화하기 위한 치밀림을 포함하여, 정원형상의 소결제품은 물론 비원형 형상의 다양한 소결제품의 외면을 치밀화할 수 있으며 치밀화 효율성을 높이면서 생산시간의 단축과 원가절감에 기여할 수 있는 목적 달성이 가능하다.

본 발명은 정원형상의 소결제품은 물론 비원형 형상의 다양한 소결제품의 외면을 치밀화할 수 있도록 하면서도 비원형 소결제품의 외면의 치밀화 상태가 정원형태의 소결제품을 치밀화하는 전조타입 치밀화장치와 동일 또는 그 이상의 밀도를 가질 수 있도록 함으로서 치밀화 품질을 높이면서 균일하게 유지할 수 있고, 치밀화 효율성을 높이면서 생산시간의 단축과 원가절감을 통하여 대외적인 경쟁력 우위에 있을 수 있는 등 다양한 효과를 가지는 발명이다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 소결제품이 만들어지는 과정을 도시한 공정 블록도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 소결제품 외면 치밀화 장치를 도시한 종단면 구성도.
도 3은 본 발명의 기술이 적용된 소결제품 외면 치밀화 장치를 도시한 횡단면 구성도.
도 4는 본 발명의 기술이 적용된 소결제품 외면 치밀화 장치의 다른 예를 도시한 구성도.
도 5는 종래 기술이 적용된 소결제품 외면 치밀화 방법이 적용된 공정 블록도.
도 6은 종래 기술이 적용된 소결제품 외면 치밀화 장치를 도시한 간략적인 구성도.

이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 예를 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기술이 적용된 소결제품이 만들어지는 과정을 도시한 공정 블록도, 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 소결제품 외면 치밀화 장치를 도시한 종단면 구성도, 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 소결제품 외면 치밀화 장치를 도시한 횡단면 구성도로서 함께 설명한다.

소결제품은 소결의 재료가 되는 철(Fe) 분말이나 동(Cu) 분말 및 합금 분말과 같은 다양한 금속분말에 형상부여의 용이성과 금형이탈의 용이성을 위하여 고체윤활유를 첨가하여 혼합하는 배합공정(100)과;

혼합완료된 분말을 원하는 형상의 금형에 급분하여 압력을 가하면서 형상을 만드는 성형공정(101)과;

상기 성형공정에서 형성된 형상체를 분말입자 간의 원자확산 이동에 의한 화학적 결합이 이루어지도록 열을 가하여 물성을 부여하는 소결공정(102)과;

상기 소결공정에서 발생할 수 있는 치수변형이나 뒤틀림 등에 의한 변형 등을 바로잡아 전체적인 정밀도를 향상시키면서 외표면을 강사이징을 통하여 치밀화 시키는 정형공정(103)과;

상기 정형공정을 거친 제품의 품질과 내구성 향상을 위한 열처리나 정삭 및 피막처리등의 과정을 거치는 후처리공정(104)으로 소결성형이 완성된다.

본 발명에서는 상기 정형공정(103)에서 소결성형제품(105)의 외면부(106) 조직을 치밀화하여 내구성을 향상시키기 위한 개선된 치밀화장치(110)를 제공하여 정원형상은 물론 비정원형상의 원형을 가지는 소결성형제품(105)의 외면의 치밀화를 수행할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 치밀화장치(110)는, 장치베이스(111)에 정원형상 또는 비정원형상의 소결성형제품(105)을 유지할 수 있도록 센터코어(112)를 구비하고, 상기 센터코어(112)의 상측에는 치밀화 작업을 위한 소결성형제품(105)을 가압하여 하강시키기 위한 상펀치(113)를 설치하고, 상기 센터코어(112)의 하측에는 하강 된 소결성형제품(105)을 인출할 수 있도록 하펀치(114)를 설치한다.

상기 센터코어(112)의 외측에는 치밀화하고자 하는 소결성형제품(105)의 외면부(106)와 동일한 형상의 작동홀(115)을 가지는 치밀금형(116)을 설치하여, 소결성형제품(105)이 상펀치(113)와 하펀치(114)에 의하여 하강하고 상승하는 데 지장이 없도록 한다.

상기 치밀금형(116)에 형성되는 작동홀(115)에는 상펀치(113)와 하펀치(114)에 의하여 센터코어(112)를 따라 하강하고 상승하는 과정에서 소결성형제품(105)의 외면부의 표면 조직을 치밀화하기 위한 치밀림(120)을 소결성형제품(105) 방향으로 돌출되게 일체 또는 착탈 가능하게 형성한다.

상기 치밀림(120)의 내주면은 소결성형제품(105)의 외주면보다 작은 크기를 가지도록 하고, 상기 치밀림(120)의 상,하측에는 진입유도면(121)을 형성하여 소결성형제품(105)의 외면부(106)와의 결합을 용이하게 할 수 있도록 한다.

상기 치밀림(120)과 진입유도면(121)이 만나는 지점에는 소결성형제품(105)의 외면부와의 결합 용이성을 제공하면서 외면부(106)의 손상을 최소화할 수 있도록 라운드 처리하는 것이 바람직하다.

상기 라운드는 0.3 ∼ 2.0㎜가 바람직한데, 0.3㎜보다 작을 경우에는 라운드의 의미가 없어지며, 2.0㎜보다 클 경우에는 소결성형제품(105)과의 초기 결합은 용이할 수 있으나 외면부(106)의 조직을 치밀화 하는 데 소결성형제품(105)의 시작위치 또는 끝 위치(도면상 상,하측)가 완전 치밀화가 되지 않는 문제점이 발생하므로 바람직하지 못하다.

상기 진입유도면(121)의 경사는 치밀림(120)이 소결성형제품(105)의 시작위치와 끝 위치가 용이하게 진입할 수 있도록 5 ∼ 45°의 각도 범위가 바람직한데, 진입유도면(121)의 각도가 너무 작으면 진입에 어려움이 있고 너무 클 경우에는 가압력이 외면부에 미치지 않아 치밀화가 어렵게 되는 폐단이 있다.

상기 치밀림(120)의 내주면과 소결성형제품(105)의 외면부(106)와 가지는 갭(Gap)은 상펀치(113)과 하펀치(114)에 의하여 치밀림(120)의 상,하 방향으로 이동하는 소결성형제품(105)의 외면부를 가압하여 조직을 충분하게 치밀화 할 수 있도록 ―0.6 ∼ ―0.05㎜를 가지도록 한다.

상기 갭이 마이너스(―)가 아니고 플러스(＋)일 경우에는 이론상으로 치밀림(120)의 내주면이 소결성형제품(105)의 외면부(106)와 연접되지 않거나 단순하게 연접되는 형태가 되므로 소결성형제품(105)의 외면부(106)를 가압하지 못하는 결과를 초래하므로 결국에는 치밀화가 이루어지지 않음을 의미하게 된다.

상기 치밀림(120)은 앞서 언급한 형상 외에도 도 4는 본 발명의 기술이 적용된 소결제품 외면 치밀화 장치의 다른 예를 도시한 구성도를 통하여 알 수 있듯이,

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 중앙부위가 돌출된 라운드타입, (b)에 도시된 바와 같이 라운드형상의 요철부를 다수 개 형성한 타입, (c)에 도시된 바와 같이 직선형상의 요철부를 형성한 타입, (d)에 도시된 바와 같이 정방향으로 구배를 형성한 타입, (e)에 도시된 바와 같이 역방향으로 구배를 형성한 타입 등 다양한 형상으로 구성할 수 있을 것이다.

물론, 소결성형제품(105)의 크기와 형상에 따라 치밀림(120)과 진입유도면(121)의 크기 등이 달라지는 것은 당연할 것이며, 치밀화장치(110)와 결합시켜 가압하는 가압력 또한 달리할 수 있음은 자명하다 할 것이다.

상기와 같은 본 발명은 치밀화장치(110)를 구성하는 센터코어(112)에 소결성형제품(105)을 결합한 후, 상펀치(113)를 이용하여 가압력을 발생시키면서 하강시키면, 치밀금형(116)의 내경면에서 소결성형제품(105) 방향으로 돌출되게 형성된 치밀림(120)에 의하여 소결성형제품(105)의 외면부(106)를 가압하여 치수를 정밀화하면서 조도를 정밀하게 유지할 수 있게 되는 것이다.

물론, 상펀치(113)에 의하여 하강이 완료된 후 하펀치(114)에 의하여 상승하는 과정에서도 하강과정과 동일한 치밀화를 한번 더 거치게 되므로 더욱 정밀하고 높은 밀도를 유지할 수 있게 된다.

또한, 상펀치(113)에 의한 하강동작으로 치밀화를 끝낼 경우에는 소결성형제품(105)의 하측은 밀도가 높고 상측은 밀도가 낮은 하향 구배현상이 발생하고, 반대로 상승동작으로 치밀화를 끝낼 경우에는 소결성형제품(105)의 상측은 밀도가 높고 하측은 밀도가 낮은 상향 구배현상이 일어나 소결성형제품(105)의 치밀화가 균일하게 일어나지 않게 될 수 있으나, 본 발명에서는 상펀치(113)에 의하여 하강한 후 소결성형제품(105)을 인출하기 위하여 하펀치(114)를 작동시켜 치밀화가 한번 더 이루어지도록 함으로서 상,하 방향으로 구배가 발생하는 현상을 방지할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 기술이 적용된 치밀화장치(110)를 이용하여 코어밀도 6.9 ∼ 7.5정도의 소결성형제품(105) 5개를 각각 외면치밀화를 수행한 후 치밀화 상태를 테스트한 결과, 소결성형제품(105)의 외면 표면밀도는 진밀도(7,84ｇ/㎤)의 97％인 7.6ｇ/㎤이상이 나왔으며, 치밀화 두께는 0.05 ∼ 1.0㎜까지 고르게 분포됨을 알 수 있었다.

상기와 같은 본 발명은 치밀화장치를 간단하게 구성하면서 정원형상은 물론 비정원형상의 소결성형제품의 외면 조직을 치밀화 할 수 있어 제품의 외면부 조도 및 치수정밀화가 가능하게 되고, 고면압을 요구하는 산업 전반에 사용되는 다양한 종류의 부품에 적용하여 활용할 수 있는 장점을 가진다.

105; 소결성형제품
110; 치밀화장치
112; 센터코어
113; 상펀치
114; 하펀치
116; 치밀금형
120; 치밀림
121; 진입유도면

Claims (5)

1. 소결성형제품의 외면부 조직의 치밀화를 수행하기 위한 치밀화장치에 있어서;
   상기 치밀화장치는, 장치베이스에 정원형상 또는 비정원형상의 소결성형제품을 유지할 수 있도록 구비하는 센터코어와;
   상기 센터코어의 상측에 설치되어 치밀화 작업을 위한 소결성형제품을 가압하여 하강시키는 상펀치와;
   상기 센터코어의 하측에 설치하여 하강된 소결성형제품을 인출할 수 있도록 하면서 인출과정에서 소결성형제품을 한번 더 가압하는 하펀치와;
   상기 센터코어의 외측에 치밀화하고자 하는 소결성형제품의 외면부외 동일한 형상의 작동홀을 가지고 설치되는 치밀금형과;
   상기 치밀금형의 작동홀에 형성하여 상펀치와 하펀치에 의하여 센터코어를 따라 하강하고 상승하는 과정에서 소결성형제품의 외면부 표면 조직을 치밀화하기 위한 치밀림을 포함하는 것을 특징으로 하는 소결제품 외면 치밀화 장치.
2. 제 1 항에 있어서;
   상기 치밀림의 상,하측에는 소결성형제품의 외면부와의 결합을 용이하게 할 수 있도록 진입유도면을 형성하고;
   상기 치밀림과 진입유도면이 만나는 지점에는 소결성형제품의 외면부와 결합 용이성을 제공하면서 외면부의 손상을 최소화할 수 있도록 라운드 처리하는 것을 특징으로 하는 소결제품 외면 치밀화 장치.
3. 제 1 항에 있어서;
   상기 치밀림의 내주면과 소결성형제품의 외면부가 가지는 갭은 ―0.6 ∼ ―0.05㎜인 것을 특징으로 하는 소결제품 외면 치밀화 장치.
4. 제 2 항에 있어서;
   상기 라운드는 0.3 ∼ 2.0㎜인 것을 특징으로 하는 소결제품 외면 치밀화 장치.
5. 제 2 항에 있어서;
   상기 진입유도면의 경사는 5 ∼ 45°의 범위인 것을 특징으로 하는 소결제품 외면 치밀화 장치.

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