KR100358559B1 - 비판상 금속제품의 성형장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 비판상 금속제품의 성형장치에 관한 것으로서, 이제까지 알려진 바에 의하면 기존의 제품은 복잡한 공정과 소재 회수율이 낮은 열간단조나 또는 기계적 특성이 떨어지는 주조를 통하여 제조토록 함으로서, 이는 생산성이 저하되거나 제조과정에서 조직의 세밀화를 통한 강도보강은 거의 기대할 수가 없어 기계적 특성과 내구성이 강한 제품을 얻기 위하여는 가격이 비싼 고강도의 소재를 이용하여야 하므로 제품의 제조단가가 비싸 이용이 제한적 이였던 바, 본 발명은 조합형 금형(2)이 갖는 성형실(4) 상부에 소재 인입부(6)를 형성하고, 상기 소재 인입부(6)의 직상부에는 가압장치의 가압대(8)가 위치케 하여 상기 가압대(8)의 가압으로 소재(10)가 성형실(4) 내에 밀려들어가 성형되게 함으로서 단순공정 및 높은 소재 회수율로 생산성이 향상되고 특히 소재(10)는 가압대(8)의 가압으로 굴절되어 성형실의 내부 깊숙이 밀려들어가면서 조직이 미세하고 세밀하게 변화되므로 값싼 소재로 기계적 특성과 내구성이 우수한 제품을 제조할 수 있게 되는 것이다.

Description

비판상 금속 제품의 성형장치{Forming device of metal product}

본 발명은 저가의 소재가 성형과정에서 물성변화를 일으켜 고가의 특성을 갖도록 한 금속제품의 성형장치에 관한 것이다.

자동차부품과 같이 고강도가 요구되는 제품들은 대부분 무거운 철강재로 제조되고 있으며, 근래에는 연비개선을 위한 노력으로 각종 암(Arm)류를 비롯한 일부제품은 비중이 철강에 비해 각각 약1/3 내지는 1/4.5에 불과한 알루미늄 합금과 마그네슘 합금제품으로 대체되고 있으나 이들은 소재의 가격이 매우 비싸고 또 제조과정에서의 낮은 소재 회수율 및 복잡한 제조공정으로 인한 생산성 저하로 보편화되지 못하고 있는 실정이다.

또한 금속은 그 종류와 불순물의 한계 및 열처리 유무 등에 따라 강도나 연성, 내식성, 성형성 등이 결정되며 같은 계통의 금속이라도 강도가 강하고 내구성이 우수한 소재일수록 가격이 비싼 경향을 띄고 있다.

보통 블록화하여 거래되는 소재는 가격이 낮을수록 결정립은 통상 수백㎛이상으로 조대하다.이러한 조대한 조직을 미세하고 세밀하게 하기 위한 선행기술로서는 일본특개평 5-38543호를 예로 들수가 있다.즉 오픈된 상하금형 사이에 소재를 공급하여 상부금형을 통한 가압성형시 코어금형을 퇴피(退避)시켜서 디스크 성형부 내에 재료가 충만되게 하여 디스크 성형부의 강도가 보강되게 하는 열간단조로 최종형상으로 성형되도록 한 것이다.따라서 이는 상부금형의 가압시 소재가 성형실로부터 상하금형 사이로 밀려나 손실이 발생되고 밀려난 소재가 상하금형 사이에 끼어 상부금형의 하강을 방해하게 되므로 원하는 형태를 얻기 어렵고 이로 인하여 정밀제품의 제조시에는 전혀 이용될 수가 없으며 특히 특정 일부부위의 강도는 보강시켜 줄수가 있으나 단순히 상부금형의 가압력에 의존하는 전체적으로는 소재의 큰 물성변화를 기피할 수가 없어 자동차 암(Arm)과 같이 강한 기계적 특성 및 내구성이 요구되는 부품의 제조시에는 이용될 수가 없어 이러한 제품의 제조시에는 강도와 피로강도가 높으면서 내식성과 연성이 우수한 특성을 갖는 가격이 비싼 소재를 이용하여야 하므로 철강제 부품에 비해 상대적으로 높은 제조단가로 인하여 보편적으로 이용할 수가 없는 중대한 결점을 지니게 되는 것이다.

이에 본 발명은 상술한 종래의 결점들을 시정하기 위하여 얻고자 하는 제품의 형상과 관계없이 높은 소재 회수율 및 단순한 공정으로 제조 가능토록 하여 생산성이 향상되게 하고 특히 주조 빌렛처럼 결정립이 조대한 값싼 소재를 이용하여 기계적 특성과 내구성이 우수한 제품을 제조할 수 있는 금속 제품의 성형장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적달성을 위하여 본 발명은 조합형 금형을 클램핑하는 클램핑수단과, 상하형의 접촉면에 갖는 방지턱과, 성형실 내부의 공기를 배출하는 공기배출수단을 구비하여 성형시 밀폐된 금형의 소재인입부를 통하여 공급된 소재가 가압대의 가압으로 굴절되어 성형실 내부로 밀려 들어가면서 조대한 값싼 재질의 소재가 미세하고 세밀한 조직으로 물성변화를 일으켜 기계적 특성과 내구성이 우수한 제품을 얻을 수 있도록 함을 특징으로 한다.

도 1 : 본 발명의 단면구성도

도 2 : 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 금형의 단면구성도

도 3 : 본 발명에 이용되는 상부금형의 일예를 나타낸 평면구성도

도 4 : 본 발명의 성형작업시 소재의 접힘방지를 위한 실시예의 단면구성도

도 5 : 본 발명의 성형작업시 소재의 접힘방지를 위한 다른 실시예의 평면구

성도

도 6 : 본 발명의 성형작업시 소재의 접힘방지를 위한 다른 실시예의 단면구

성도

<도면중 주요부분에 대한 부호의 설명>

(2)(2')--금형 (4)(4')--성형실

(6)(6')--소재 인입부 (8)--가압대

(10)--소재 (12)(14)--지지 유니트

(16)--방지턱 (18)--배출구

(20)(22)--외부지지형 (24)--작은 공간

(26)(28)--삽입막대 (30)(32)--가입봉

도 1은 본 발명의 단면구성도로서, 두 개 이상으로 분리 구성되는 조합형의 금형(2)에 얻고자 하는 제품의 형태에 따라 성형실(4)을 형성하고, 상기 성형실(4)의 상부에는 소재 인입부(6)를 수직으로 연장형성하며, 상기 소재 인입부(6)내에는 프레스기나 또는 유압 실린더등과 같은 가압장치에 연결되는 가압대(8)가 진입하여 승강 작동되게 한다.

상기에 있어 금형(2)은 기본적으로 상형과 하형으로 분리 구성되며, 상형에 형성되는 소재 인입부(6)는 얻고자 하는 제품이 대칭인 경우에는 전체적으로 보아 소재의 유입이 용이한 위치에 형성해 줄 수도 있으며, 그 직경은 가급적 준비된 소재(10)가 갖는 길이보다 작은 직경으로 형성하여 소재를 수직으로 세워서 공급하도록 하는 것이 바람직하다.

또한 금형(2)은 탈형을 위하여 두 개 이상으로 분리 구성됨에 따라 그 상하에 유압 유니트(12)(14)나 또는 클램프 등을 부설하여 성형시 상, 하형의 벌어짐을 방지하는 클램핑 수단을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

또한 상, 하형 사이의 틈새가 벌어질 염려가 있을 경우에는 성형실(4)을 피해 여러가지 형태로 방지턱(16)을 형성해 줄수도 있으며, 상기 방지턱(16)은 가압 성형시 소재(10)의 유출을 방지해 주게 된다.

또한 본 발명은 성형실(4)의 말단부나 또는 돌출부에 직경이 작은 배출구(18)를 형성하거나 상하형의 일부 틈새를 넓혀 성형실(4) 내부의 공기 및 여분의 소재(10)가 배출될 수 있는 배출수단을 갖게 할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시 예로서, 금형(2')은 상, 하형 이외에 그 양측면에 밀착 고정되는 외부지지형(20)(22)으로 구성하여 상기 외부지지형(20)(22)이 상, 하형의 틈새를 차단하는 밀폐기능을 갖도록 할 수도 있다.

그러나 클램핑 수단을 이용한 상, 하형의 클램핑으로 그 틈새가 벌어질 염려가 없을 경우에는 밀폐기능은 전혀 필요치 않게 되나, 그 틈새가 벌어질 염려가 있을 경우에는 클램핑 수단 이외에 상술한 밀폐기능을 부여해 주면 되며, 이러한 밀폐기능 이외에도 다양한 실시 예를 들 수 있는바 본 발명은 틈새의 밀폐기능을 갖는 구조면 만족한다.

또한 본 발명은 성형 후 간단한 마무리공정으로 완제품을 얻게 되나 필요할 경우 본 발명을 통하여 예비 성형체를 얻고 이후 열간단조 및 마무리공정을 통하여 완제품을 얻도록 할 수도 있다.

또한 금형의 말단부나 돌출부에 소재가 충진되게 함에 있어서는 가압대(8)의 계속되는 가압으로 소재의 접힘이 예상될 경우 이에 대한 적절한 조치가 요구된다.

즉 이러한 경우에는 도 4에서와 같이 성형실의 말단부나 돌출부 끝에 소재의 얇은 선단부가 들어찰 수 있는 작은 공간(24)을 형성해 주게 되면 접힘결함을 방지해 줄수 있게 된다.

또한 도 5에서와 같이 성형실에 소재인입부를 피해 제지용 막대(26)(28)를 출몰가능케 설치하여 가압봉의 가압으로 유입되는 소재의 흐름을 선단부로부터 지체시켜 소재선단부의 두께를 증가시켜서 접힘을 방지해 줄수도 있다.

또한 도 6에서와 같이 성형실에 소재의 유입방향을 따라 작동하는 가압봉(30)(32)을 설치하여 상기 가압봉(30)(32)에 가압대보다 약한 가압력이 주어지게 되면 유입되는 소재의 선단부가 가압봉(30)(32)의 제지로 선단부의 두께가 두꺼워지게 되므로 이역시 접힘을 방지해 줄수 있게 된다.

본 발명은 금형(2)의 소재 인입부(6) 내에 블록화된 소재(알루미늄 빌렛)(10)를 수직으로 세워 삽입하고, 프레스기나 또는 유압실린더 등과 같은 가압장치에 연결된 가압대(8)를 하강작동 시켜주게 되면 소재(10)가 성형실(4)내에 강제삽입되어 성형이 이루어지게 된다.

이때 소재(10)는 그 결정립이 수백㎛이상으로 조대한 값싼 제품으로서 냉각상태에서의 가압 성형시에는 보다 큰 힘이 요구되므로 적정온도로 가열해 주게 되면 삽입이 더욱 용이하게 이루어질 수 있게 된다.

또한 가압대(8)가 소재 인입부(6)를 통하여 공급된 소재(10)를 가압하게 되면 소재가 수직의 소재인입부(6)와 직각을 이루고 있는 성형실(4)내에 수평으로 진입하면서 굴절되고 또 계속되는 가압력으로 성형실(4)의 말단부까지 진입하여 꽉 들어차게 되면 제품으로서의 완전한 형태를 갖게 된다.이러한 소재의 가압 및 굴절과정에서 성형전에는 그 결정립이 수백㎛이상으로 조대한 값싼 소재(10)가 수십㎛이하의 미세하고 세밀한 조직으로 물성변화를 일으켜 상온강도와 연성의 개선효과를 가져오게 되므로 완성품의 기계적 특성과 내구성이 훨씬 향상된다.

또한 소재(10)의 가압 성형시 소재(10)에 의해 소재 인입부(6)가 차단되면 성형실(4) 내부에 잔류한 공기와 여분의 소재(10)는 배출구(18)나 일부 넓혀준 틈새로 배출된다.

이러한 성형작업시 경질의 소재(10)가 성형실(4) 내부에 압입됨에 따른 상, 하형의 벌어짐 현상은 유압 유니트(12)(14)나 클램프 등을 이용한 상, 하형의 클램핑으로 방지되고 또 조합형으로 구성함에 따라 상, 하형 사이에 갖는 틈새는 방지턱(16)이나 또는 도 2에서와 같이 외부지지형(20)(22)이 차단해 주도록 하게 되면 성형과정에서 소재(10)의 손실이 거의 없어 무게비로 산출해 볼때 약95%이상의 소재 회수율을 기대할 수 있게 된다.

또한 가압대(8)를 통한 가압시 가압대(8)의 하단부는 소재 인입부(6)의 하부에 이르러 성형실(4)을 연장하는 연장선상을 최대 하강점으로 할 경우 성형물은 거의 완전한 외형을 갖게 되고 이는 탈형 후 블랭킹(Blanking)등을 통한 후공정만으로 완제품을 얻을 수 있게 된다.

또한 본 발명을 이용한 제품의 성형시 성형실의 형상이나 유입되는 소재의 두께등에 따라 접힘이 우려될 경우에는 도 4에서와 같이 성형실의 말단부나 돌출부 끝에 작은 공간(24)을 형성해 주게 되면 유입되는 소재의 얇은 선단부가 작은 공간(24)에 들어차 접힘이 방지된다.

또한 이러한 접힘방지 수단으로서는 도 5에서와 같이 막대(26)(28)를 성형실에 출몰가능케 설치하여 유입되는 소재의 흐름을 일시차단해 주게 되면 소재선단부의 두께가 두꺼워져 접힘현상을 방지해 줄수 있게 된다.

또한 도 6에서와 같이 성형실에 소재의 유입반대방향으로 가압대보다 약한 지지력을 갖는 가압봉(30)(32)을 설치해 주게 되면 유입되는 소재의 선단부가 가압봉(30)(32)의 제지로 두께가 두꺼워져 접힘현상을 방지해 줄수 있게 된다.

또한 본 발명은 일반적인 형태의 제품성형시에는 성형 후 간단한 공정으로 완제품을 얻게 되나, 형태가 복잡하거나 또는 정밀성이 요구될 경우에는 본 발명을 통하여 예비 성형체를 얻은 뒤 열간단조 및 마무리공정을 통하여 완제품을 얻도록 할 수도 있다.

이와 같이 본 발명은 자동차의 부품들중 암(Arm)과 같이 길고 복잡한 형상의 제품도 가압대(8)의 가압을 통한 단순공정으로 제조되고 또 제조과정에서 재료의 손실이 거의 없어 무게비로 볼 때 약 95%에 이르는 소재 회수율을 기대할 수가 있어 생산성이 향상되며, 특히 성형과정에서 수백㎛이상으로 조직이 조대한 값싼 소재(10)를 이용하여 수십㎛이하의 미세하고도 세밀한 조직으로 변화시켜 강도나 연성등 기계적 특성과 내구성이 훨씬 배가된 제품을 얻을 수 있도록 함으로서 제조단가를 현저히 낮출 수 있는 유용한 발명인 것이다.

Claims (6)

1. 조합형 금형과 상기 금형이 갖는 소재인입부 직상부에 가압대를 설치하여서 된 비판상 금속제품의 성형장치에 있어서, 성형시 상기 조합형 금형(2)을 클램핑하는 유압유니트 내지는 클램프와, 상하형의 접촉면에 갖는 방지턱(16)과, 성형실(4)의 말단부나 돌출부등으로부터 외부로 연장형성되는 배출구(18)로 구성하여서 된 비판상 금속제품의 성형장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 성형실의 말단부나 돌출부 끝에 소재의 얇은 선단부가 들어갈 수 있는 작은 공간(24)을 형성하여서 된 성형장치.
5. 제1항에 있어서, 성형실 내에 유입되는 소재를 일시 차단하는 막대 (26)(28)를 수직으로 출몰가능케 설치하여서 된 비판상 금속제품의 성형장치.
6. 제1항에 있어서, 성형실의 말단부로부터 가압봉(30)(32)을 수평으로 설치하여서 된 비판상 금속제품의 성형장치.