KR0175213B1 - 공기 토출기를 장착한 세라믹용 성형기 - Google Patents

공기 토출기를 장착한 세라믹용 성형기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구멍을 갖는 세라믹 제품 즉, 멀티홀 세라믹 제품의 성형에 사용되는 생산성을 획기적으로 개선시킬 수 있는 공기 토출기를 장착한 성형기를 제공하기 위한 것이다.
즉, 본 발명의 성형기는 상부 다이에 부착된 상펀치와 하부 다이에 부착된 하펀치에 의해 세라믹 분말을 성형할 때 상기 상펀치의 선단에 부착되어 누적되는 세라믹 분말을 제거하기 위하여 상기 상펀치 내부로 일정한 압력 공기를 투입시킬 수 있는 공기 토출기를 상기 상펀치에 추가로 설치한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공기 토출기가 장착된 세라믹용 성형기는 금형의 상펀치에 공기 토출기를 장착하여 스위칭을 성형 공정 주기에 포함시켜 매 성형시 마다 자동으로 상펀치 홀 내부의 분말을 제거하도록 함으로써 별도의 누적물 제거 작업이 불필요하고, 성형 생산성을 대폭 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

공기 토출기를 장착한 세라믹용 성형기
제1도는 본 발명에 따른 공기 토출기를 장착한 성형기의 단면도이다.
제2도는 본 발명의 실시예 1에서 8까지의 기계식 성형기를 사용하여 Ni-Zn 자석 세라믹 분말을 사용한 경우의 상펀치 내면 세척 주기 그래프이다.
제3도는 본 발명의 실시예 9에서 16까지의 기계식 성형기를 사용하여 지르코니아(ZrO2) 세라믹 분말을 사용한 경우의 상펀치 내면 세척 주기 그래프이다.
제4도는 본 발명의 실시예 17에서 24까지의 유압식 성형기를 사용하여 Ni-Zn 자석 세라믹 분말을 사용한 경우의 상펀치 내면 세척 주기 그래프이다.
제5도는 본 발명의 실시예 25에서 32까지의 유압식 성형기를 사용하여 지르코니아(ZrO2) 세라믹 분말을 사용한 경우의 상펀치 내면 세척 주기 그래프이다.
제6도는 종래의 세라믹용 성형기의 단면도이다.
제7도는 제6도에서 상펀치와 하펀치에 의한 세라믹 미분말의 가압 상태를 부분적으로 확대하여 나타낸 금형의 단면도이다.
제8도는 금형의 틈새에 의한 상펀치에 세라믹 미분말이 부착되는 현상을 나타낸 제7도의 A부분 확대 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 로타리 캠 2 : 리미트 스위치
3 : 솔레노이드 밸브 4 : 컴푸레셔
5,65 : 상부 다이 6,66 : 상펀치
7 : 공기 토출용 구멍 8,68 : 피더컵
9,69 : 세라믹 분말 10,70 : 금형 바디
11,71 : 하펀치 12,72 : 하부 코어
13,73 : 하부 다이
[발명의 목적]
본 발명은 멀티홀 세라믹 제품의 성형시 세라믹 미세분말이 상펀치 내면에 부착되는 것을 방지할 수 있는 공기 토출기를 장착하여 구멍을 갖는 세라믹 제품의 생산성을 획기적으로 개선시킬 수 있는 세라믹용 성형기를 제공하는데 그 목적이 있다.
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은 공기 토출기를 장착한 세라믹용 성형기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 구멍(hole)을 갖는 세라믹 제품(이하 멀티홀 세라믹 제품이라 칭함)의 성형에 사용되는 생산성을 획기적으로 개선시킬 수 있는 공기 토출기를 장착한 성형기에 관한 것이다.
세라믹 제품은 금속 제품과 대비하여 내열성, 내부식성이 우수하여 산업계에 널리 응용되고 있으며, 또한 세라믹 고유의 전기·자기적 특성을 응용한 전자기 부품으로도 광범위하게 사용되고 있다. 이렇게 응용 분야가 다양해짐에 따라 세라믹 제품도 기능에 맞게 복잡한 형상을 갖는 것이 요구되고 있는데 이중의 하나가 멀티홀(multihole) 세라믹 제품이다. 멀티홀 세라믹 제품은 최근 세라믹 시계용 밴드(band), 컴퓨터 D-서브 컨넥터(sub connector)용 EMI 제품 등 산업계에서 다량 요구되고 있다. 또한, 멀티홀 세라믹 제품의 구멍 크기도 점차 소형화 추세에 있는데, 예를 들면 컴퓨터 D-서브 컨넥터용 EMI 제품은 구멍의 외경이 0.7mmφ∼1.5mmφ인 제품이 요구되고 있다.
세라믹 제품의 생산 공정중에는 소위 성형 공정이 있는데, 이 공정은 제품의 칫수에 맞도록 설계된 금형(mold)을 이용하여 기계식 혹은 유압식의 성형기로 세라믹 분말에 압력을 인가하여 원하는 모양 및 크기의 성형체를 제조하는 과정이다.
성형 공정의 주기(cycle)는 통상적으로 캐비티(cavity) 형성 → 세라믹 분말 충진→가압→탈형→성형체 취출의 과정으로 이루어지는데 첨부 도면 중 제6도의 기계식 성형기를 이용한 캐비티 형성은 로타리 캠의 작동에 의하여 금형 바디(70)가 상승하여서 이루어지게 되고, 이때 상승하는 높이는 요구되는 성형체의 두께에 따라 결정되게 된다.
분말 충진 과정은 세라믹 분말을 담고 있는 피더 컵(feeder cup : 68)의 전후진 운동에 의해 이루어지는데, 피더 컵(68) 내에 세라믹 분말(69)의 공급 및 피더컵(68)의 전후진 운동은 성형기 내의 별도의 전원 장치(도면에는 표기 생략)에 의해 작동된다.
가압 과정은 캐비티 내에 세라믹 분말(69)을 피더컵(68)이 전후진 운동하여 충진시킨 후 피더컵(68)이 완전히 후진하면 로타리 캠의 작동으로 상부 다이(65)가 하강하게 된다. 이때 상부 다이(65)에 부착된 상펀치(66)에 의해 세라믹 분말(69)에 가압이 이루어진다. 가압시 인가되는 압력은 프레스에 부착된 별도의 압력 게이지(도면에는 표기 생략)에 의해 조절되며 인가되는 압력과 분말 충진고(즉, 캐비티 높이)에 의해 성형체의 두께가 조절된다.
가압이 완료되면 로타리 캠의 작동에 의해 상부 다이(65) 상승→금형 바디(70) 하강의 방식 또는 금형 바디(70) 하강→상부 다이(65) 상승의 방식으로 탈형 공정이 이루어지며 탈형이 완료되면 별도의 성형체 취출 장치를 이용하거나 피더 컵(68)을 전진 운동시켜 성형체를 취출하게 된다.
이와 같은 방식은 도면에는 도시하지 않았지만 유압식 성형기에 대해서도 동일하게 적용된다.
첨부 도면 중 제7도는 원하는 제품 칫수에 맞도록 성형체를 제작하는 금형의 조립도로서 금형은 통상 상펀치(66), 하펀치(71), 금형 바디(70), 하부 코어(72)로 구성되는데, 하부 코어(72)는 멀티홀 세라믹 제품 생산시 필수적으로 요구된다. 제8도에서 보면 상펀치(66)의 내경과 하부 코어(72)의 외경(out diameter)을 동일한 크기로 설계하지 않는 것이 통상적인 방법인데 이는 가압시 상펀치(66)가 금형 바디(70)내로 하강할 때와 탈형시 상펀치(66)가 금형 바디(70) 위로 상승할 때 상펀치(66)의 내면과 하부 코어(72)의 외면에 마찰이 발생되어 상호 마모가 생겨 멀티홀 세라믹 제품의 구멍 칫수 불균일, 금형 수명 저하 및 하부 코어 파손을 방지하기 위한 것이며, 또한 세라믹의 성형체는 소위 스프링 백(spring back) 현상(가압시 성형체 크기와 탈형시 성형체 크기가 다르게 되는 현상)에 의해 성형체의 탈형이 제대로 이루어지지 않으며 탈형이 되더라도 성형체가 파손되는 단점이 있다.
이러한, 문제점을 해소하기 위해 제8도에서와 같이 통상 틈새(clearance)가 있도록 하는데 틈새의 크기는 세라믹 분말의 입경에 따라 다르지만 경험적으로 0.02mm의 값을 갖는다. 그러나, 멀티홀 세라믹 제품 성형체를 제조함에 있어서는 이 틈새가 문제가 되어 왔다. 세라믹 분말은 통상적으로 평균입경이 1㎛ 이하를 갖는 아주 미세한 분말을 사용하여 성형해야만 세라믹 고유의 우수한 특성을 이용할 수 있는데 미세한 분말을 사용함에 따라 성형시 분말이 금형의 틈새에 의해 상펀치 내면에 부착되게 된다.
이러한 미세분말의 부착이 누적되면 부착물의 두께가 증가하여 틈새 크기 이상이 되는 경우 가압 및 탈형시 상펀치(66)의 상하 운동이 제대로 이루어지지 않으며, 또한 상펀치(66) 및 하부 코어(72) 파손 등의 심각한 문제가 야기되어 왔다.
또, 세라믹 미세분말의 누적을 방지하기 위한 종래의 성형기로는 일정한 양의 성형체를 제조하거나 혹은 일정시간 성형한 후 프레스용 오일을 금형 바디(70)내에 주입한 후 상펀치(66) 및 금형 바디(70)를 일정시간 상하 운동시켜 누적물을 제거하여 왔는데 이 경우 성형체를 제조하는데 소요한 성형기 가동 시간에 대비하여 누적물 제거를 위해 소요되는 시간이 무시 못할 정도로 커서 생산성이 매우 낮은 단점이 있어 왔으며, 또한 기계식 프레스는 스트록(1분당 성형체 생산 가능량)이 10∼30, 유압식 프레스는 5∼15인데 멀티홀 세라믹 제품의 성형시에는 프레스의 허용 스트록 보다 훨씬 낮게 되어 생산량이 매우 저하되는 단점이 있으며 특히, 세라믹 분말이 자성체인 경우와 구멍의 크기가 작을수록 미분말의 누적 속도가 비자성체 세라믹 분말의 경우와 구멍의 크기가 큰 경우 보다 훨씬 빨라서 누적물 제거에 소요되는 시간과 스트록 저하의 문제점은 더욱 심각하게 발생되어 왔다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
이에 본 발명자들은 이러한 종래의 성형기의 문제점을 획기적으로 개선하기 위해 연구한 결과 미세분말의 누적을 차단하기 위한 장치를 장착한 성형기를 완성하게 되었는 바, 즉, 본 발명은 멀티홀 세라믹 제품의 성형시 세라믹 미세분말이 상펀치 내면에 부착되는 것을 방지한 장치를 장착한 성형기를 제공하여 멀티형 세라믹 제품의 생산성을 획기적으로 개선시키는데 그 목적이 있다.
[발명의 구성 및 작용]
본 발명은 멀티홀 세라믹 제품의 성형시 상펀치 내면에 세라믹 분말의 부착을 방지하기 위한 수단으로서 상펀치에 일정한 압력 이상의 압축 공기를 투입할 수 있는 공기 토출기를 장착한 세라믹용 성형기인 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 세라믹 분말을 상하부에서 가압에 의해 성형체로 성형하기 위한 상펀치 및 하펀치, 상기 상펀치가 고정되게 부착되어 있으면서 로타리 캠에 의해 상승 또는 하강하는 상부 다이, 상기 하펀치가 고정되게 부착되어 있는 하부 다이, 상기 하부 다이에 설치되어 있으면서 상기 성형체에 홀을 형성할 수 있도록 상기 상펀치 방향으로 돌출된 부위를 갖는 하부 코어 및 상기 세라믹 분말을 공급하는 피더컵을 가지면서 상기 세라믹 분말에 대한 캐비티를 형성하게 되고 상기 성형체가 성형될 수 있는 부위를 제공하는 금형 다이로 이루어진 멀티홀 세라믹 제품을 성형하기 위한 성형기에서, 그 개선점은 상기 상펀치와 하펀치에 의해 상기 세라믹 분말이 성형될 때 상기 상펀치의 선단에 부착되는 세라믹 분말을 제거하기 위하여 상기 상펀치 내부로 일정한 압력 공기를 투입시킬 수 있는 수단이 상기 상펀치에 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 성형기를 이용한 성형 공정의 주기는 캐비티 형성→세라믹 분말 충진→가압→탈형→성형체 취출→상펀치 내에 압축공기 투입으로 이루어지며, 먼저 첨부 도면 중 제1도의 기계식 성형기를 이용한 캐비티 형성은 로타리 캠(1)의 작동에 의하여 금형 바디(10)가 상승하여서 이루어지게 되고, 이때 상승하는 높이는 요구되는 성형체의 두께에 따라 결정되게 된다.
분말 충진 과정은 세라믹 분말을 담고 있는 피더 컵(8)의 전후진 운동에 의해 이루어지는데, 피더컵(8) 내에 세라믹 분말(9)의 공급 및 피더컵(8)의 전후진 운동은 성형기 내의 별도의 전원 장치(도면에는 표기 생략)에 의해 작동된다.
가압 과정은 캐비티 내에 세라믹 분말(9)을 피더컵(8)이 전후진 운동하여 충진시킨 후 피더컵(8)이 완전히 후진하면 로타리 캠(1)의 작동으로 상부 다이(5)가 하강하게 된다. 이때 상부 다이(5)에 부착된 상펀치(6)에 의해 세라믹 분말(9)에 가압이 이루어진다. 가압시 인가되는 압력은 프레스에 부착된 별도의 압력 게이지(도면에는 표기 생략)에 의해 조절되며 인가되는 압력과 분말 충진고(즉, 캐비티 높이)에 의해 성형체의 두께가 조절된다.
가압이 완료되면 로타리 캠(1)의 작동에 의해 상부 다이(5) 상승→금형 바디(10) 하강의 방식 또는 금형 바디(10) 하강→상부 다이(5) 상승의 방식으로 탈형 공정이 이루어지며 탈형이 완료되면 별도의 성형체 취출 장치를 이용하거나 피더 컵(8)을 전진 운동시켜 성형체를 취출하게 된다.
본 발명에 따른 상펀치 내로 압축 공기를 투입하기 위한 공기 토출기는 첨부 도면 중 제1도에 나타낸 바와 같이 일정 이상의 압축 공기를 제조하기 위한 컴푸레셔(compressor :4), 일정한 양의 압축공기가 투입되도록 하기 위한 솔레노이드 밸브(solenoid valve : 3), 압축공기가 유입되도록 하는 공기 토출용 구멍(7)으로 구성된다.
본 발명에 의한 미세분말의 누적을 방지하기 위한 장치의 동작순서는 다음과 같다. 먼저 로타리 캠(1)이 작동되어 리미트 스위치(limit switch : 2)에 온(on) 신호가 전달되면 솔레노이드 밸브(3)가 개방되어 컴푸레셔(4)로부터 압축 공기(압축 공기의 압력은 컴푸레셔에 별도로 부착된 조절기에 의해 조절 가능)가 솔레노이드 밸브(3)를 통해 상펀치(6)에 있는 구멍(7)에 전달되고 전달된 압축 공기는 상펀치(6) 하부면을 통해 대기로 빠져나가게 된다. 이때 상펀치(6) 내면에 부착된 미세분말은 압축 공기와 함께 대기로 빠져나가게 되어 미세분말의 누적을 방지하게 된다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1∼8(비교예 1∼4)]
실시예 1 내지 8은 세라믹 분말 재질로 공히 컴퓨터 D-서브 컨넥터용 EMI제품에 응용되고 있는 자성체인 Ni-Zn 자석(니켈, 아연, 철 화합물)를 사용하여 본 발명의 기계식 프레스로서 멀티홀 세라믹 제품을 성형한 것으로서 세라믹 분말의 평균 입도는 공히 0.5㎛를 사용하였으며 상펀치 내면에 부착되는 미세분말을 제거하기 위한 압축 공기의 공급 시간(솔레노이드 밸브의 개방 시간)은 공히 1초로 하였다. 또한, 제품의 홀 직경은 0.7mmφ로 공히 일정하게 하였다. 그 외의 성형시 조건은 다음 표 1에 나타내었다. 다음 표 1에 나타낸 바와 같이 성형압은 세라믹 제품이 통상적인 조건인 1∼2ton/㎠로 하였으며, 스트록은 15∼20으로 선정하였으며, 압축공기의 압력은 3∼6kfg/㎠로 하였고, 이러한 조건 변화에 따른 상펀치 내명의 세척 주기를 제2도에 나타내었다. 여기서, 상펀치 내면의 세척주기는 금형의 틈새(본 실시예에서는 공히 0.02mm로 고정)이상으로 미세분말이 누적될 때까지 제조된 성형체 수량을 의미한다. 예를 들어, 세척주기가 5만타라면 성형체를 5만개 제조하면 미세분말의 상펀치 내면에 부착된 누적 두께가 금형 틈새와 동일하게 되어 상펀치 내면의 누적물 제거를 필요로 하는 시점을 의미한다. 제2도에서 알 수 있는 바와 같이 압축 공기 압력이 클수록 세척 주기가 길어지게 되어 가능한 압축 공기 압력이 큰 것이 좋으며, 종래의 성형기 사용할 때에는 성형압 및 스트록이 증가할수록 세척주기가 짧아지는 단점이 있어 왔으나 본 발명의 프레스를 사용하는 경우에는 이러한 단점이 완전히 개선됨을 알 수 있다. 또한, 종래의 기계식 성형기를 이용한 비교예 1에서 4와 대비하여 세척주기가 획기적으로 개선됨을 알 수 있으며, 성형기의 스트록도 종래의 방법으로는 성형기가 발현할 수 있는 양을 충분히 사용치 못하는 단점이 있었으나 본 발명에 의한 성형기를 사용하면 스트록도 획기적으로 개선됨을 알수 있다. 즉, 종래의 방법과 대비하여 상펀치 내면의 세척주기 개선 및 스트록 사용 개선을 통하여 생산성이 획기적으로 개선됨을 알 수 있다.
[실시예 9∼16(비교예 5∼8)]
실시예 9 내지 16은 세라믹 분말 재질로 공히 비자성체인 지르코니아(ZrO2)을 사용하여(분말 평균 입경:0.8㎛) 홀 직경이 0.7mmφ인 멀티홀 세라믹 제품을 기계식 성형기로 성형한 것으로서 성형압은 세라믹 제품이 통상적인 조건인 1∼2 ton/㎠로 하였으며 스트록은 20∼25로 하였으며 압축공기의 압력은 3∼6kgf/㎠로 하였다. 이러한 조건변화에 따른 상펀치 내면의 세척주기는 제3도에 나타내었다. 제3도에서 알 수 있는 바와 같이 실시예 1 내지 8에서 서술한 효과와 동일하게 본 발명의 성형기를 사용하면 비교예 5 내지 8의 종래 성형기의 단점이 획기적으로 개선되어 생산성이 증가됨을 알 수 있다.
[실시예 17∼24(비교예 9∼12)]
실시예 17 내지 24는 공히 본 발명에 의한 유압식 성형기를 사용한 것으로서 실시 조건은 실시예 1∼8에서와 동일하며 스트록은 5∼10으로 하였다. 이에 대한 결과는 제4도에 나타내었으며 비교예 9 내지 12의 종래 방법과 대비하여 생산성이 획기적으로 증가됨을 알 수 있다.
[실시예 25∼32(비교예 13 내지 16)]
실시예 25 내지 32는 공히 본 발명에 의한 유압식 성형기를 사용한 것으로서 실시조건은 실시예 9 내지 16에서는 동일하나 다만 스트록은 5∼10으로 하였다. 이에 대한 결과는 제5도에 나타내었으며 비교예 13 내지 16의 종래 방법과 대비하여 생산성이 획기적으로 증가됨을 알 수 있다.
[발명의 효과]
본 발명에 따른 공기 토출기가 장착된 세라믹용 성형기는 금형의 상펀치에 공기 토출기를 장착하여 스위칭을 성형 공정 주기에 포함시켜 매성형시마다 자동으로 상펀치 홀 내부의 분말을 제거하도록 함으로써 별도의 누적물 제거 작업이 불필요하고, 성형 생산성을 대폭 향상시킴은 물론 누적물을 매성형시마다 제거하여 불량 발생 가능성이 현저히 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 세라믹 분말(9)을 상하부에서 가압에 의해 성형체로 성형하기 위한 상펀치(6) 및 하펀치(11), 상기 상펀치(6)가 고정되게 부착되어 있으면서 로타리 캠(1)에 의해 상승 또는 하강하는 상부 다이(15), 상기 하펀치(11)가 고정되게 부착되어 있는 하부 다이(13), 상기 하부 다이(11)에 설치되어 있으면서 상기 성형체에 홀을 형성할 수 있도록 상기 상펀치(6) 방향으로 돌출된 부위를 갖는 하부 코어(12) 및 상기 세라믹 분말을 공급하는 피더컵(8)을 가지면서 상기 세라믹 분말에 대한 캐비티를 형성하게 되고 상기 성형체가 성형될 수 있는 부위를 제공하는 금형 다이(10)로 이루어진 멀티홀 세라믹 제품을 성형하기 위한 성형기에 있어서, 상기 상펀치(6)와 하펀치(11)에 의해 상기 세라믹 분말이 성형될 때 상기 상펀치(6)의 선단에 부착되는 세라믹 분말을 제거하기 위하여 상기 상펀치(6) 내부로 일정한 압력 공기를 투입시킬 수 있는 수단이 상기 상펀치(6)에 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 토출기를 장착한 세라믹용 성형기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압력 공기를 투입하는 수단은 압력 공기를 생산하기 위한 컴푸레셔(4), 상기 압력 공기의 공급량을 조절하기 위한 솔레노이드 밸브(3), 상기 압력 공기가 상펀치(6) 내로 유입시키기 위한 구멍(7) 및 상기 솔레노이드 밸브(3)의 계폐 시점을 조절하기 위한 리미트 스위치(2)로 구성된 것을 특징으로 하는 공기 토출기를 장착한 세라믹용 성형기.
KR1019960045626A 1996-10-14 1996-10-14 공기 토출기를 장착한 세라믹용 성형기 KR0175213B1 (ko)

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