KR100507892B1 - 금속제품의 성형방법과 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 금속재료(27)는 상부금형(6)과 하부금형(13) 사이에 위치되고, 불활성가스는 투명한 석영관(16)에 의해 한정된 성형체임버(17)내로 이송되며, 금형들(6,13)은 적외선 램프(20)에 의해 금속재료(27)와 함께 가열되고, 금형들(6,13)은 재료(27)를 성형하기 위해 폐쇄된다.

Description

금속제품의 성형방법과 그 장치 {Method and apparatus for forming metallic materials}

본 발명은 금속제품의 성형방법과 그 장치에 관한 것이다.

고온에서 금속제품을 단조가공하는 다양한 방법이 공지되어 있는 바, 전형적인 열간단조 공정에서, 금속재료는 유도가열과 같은 적당한 방법으로 가열되고 금형들에 전달되어 이 금형들에 의해 단조가공된다. 이러한 공정에서, 금속재료와 금형들의 온도는 간단히 조절되지는 않으며, 이에 따라 단조가공된 금속재료의 상태는 조절할 수 없게 된다. 따라서, 단조가공된 재료는 재료의 금속조성과 기계적 성질을 조절하기 위해 열처리되어야 한다.

또한, 종래의 열간단조 공정에서 분위기는 조절되지 않으므로, 단조가공된 재료의 표면은 산화되고 표면처리되어야 한다.

본 발명의 목적은 금속제품의 간단한 온도조절을 가능하게 하는 금속제품을 성형하는 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 두번째 목적은 산화층과 같은 바람직하지 않은 표면층의 형성을 방지하는 금속제품을 성형하는 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 세번째 목적은 상기 방법들을 수행할 수 있는 장치를 제공하는 데에 있다.

상기 목적들을 성취하기 위한 본 발명은 금속제품을 성형하는 방법을 제공하는 바, 이 방법은 금형들 사이에 금속재료를 위치시키는 단계;와, 금형들과 함께 금속재료를 가열하는 단계; 및, 금형들을 이용하여 금속재료를 성형하는 단계;를 포함한다.

바람직하게는, 가열단계는 금속재료와 금형들에서 떨어져 배치되어 있는 히터에 의해 금속재료와 금형들에 복사열을 가함으로써 수행된다. 일실시예에서, 히터는 다수의 적외선 램프를 포함하여 이루어진다.

바람직하게는, 가열단계와 성형단계에서 불활성가스 분위기가 금속재료와 금형들 주위에 형성된다.

한편, 불활성가스 분위기 대신에 진공의 분위기가 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은, 성형단계 후에 불활성가스를 이용하여 금속재료와 금형들을 냉각하는 단계;와, 냉각단계 후에 금형들에서 금속재료를 제거하는 단계;를 포함한다. 냉각단계에서, 바람직하게는 불활성가스나 진공의 분위기가 유지된다.

또, 본 발명은 금속재료를 성형하는 금형을 지지하도록 된 제 1 및 제 2금형지지부;와, 금속재료를 성형하기 위해 금형지지부들 사이에서 상대이동을 발생시키는 구동장치; 및, 금속재료와 함께 상기 금형들을 가열하도록 된 히터;를 포함하는 성형장치를 제공한다.

일실시예에서, 히터는 복사열을 가하도록 되어 있으며 금속재료와 금형들에서 떨어져 배치된다. 일실시예에서, 히터는 금속재료와 금형들 주위에 정렬된 다수의 적외선 램프를 포함하여 이루어진다.

일실시예에서, 장치는 금속재료가 성형되는 성형체임버를 형성하기 위해 금형들을 둘러싸도록 된 덮개를 구비하며, 이 덮개는 복사열을 투과시킨다.

본 장치는 바람직하게는 불활성가스를 성형체임버내로 공급하는 불활성가스 공급장치를 구비하고, 일실시예에서 금형지지대는 불활성가스가 금형들로 공급되는 가스통로를 구비한다.

도 1과 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 금속제품 성형장치의 바람직한 실시예가 설명된다. 이 성형장치는 프레임(1)을 구비하고, 고정축(2)은 프레임(1)의 상부빔에서 아래로 뻗으며, 상부금형조립체(4)는 볼트와 같은 고정수단을 이용함으로써 단열관(3)을 매개로 축(2)의 하단에 고정된다.

상부금형조립체(4)는 금속재료로 이루어진 금형판(5)과, 경금속(초경합금)이나 세라믹재료로 이루어진 상부금형(6) 및, 고정금형(7)을 구비한다. 고정금형(7)은 금형으로서 뿐만 아니라 금형판(5)에 상부금형(6)을 고정하는 고정부재로도 작용한다.

구동장치(8)는 프레임(1)의 바닥에 구비되어 있으며, 서보모터(8a)와 이 서보모터(8a)의 회전이동을 선형이동으로 변환시키는 스크루잭(도시되지 않음)을 포함한다. 이동축(9)은 위로 뻗어 고정축(2)과 정렬되며, 서보모터(8a)를 이동시킴으로써 이동축(9)이 수직방향으로 이동하게 된다. 이동축(9)의 위치와 이동속도는 제어프로그램이 저장되는 제어장치(26)에 의해 제어된다. 서보모터(8a)의 토크에 대응되는 금속재료(27)상에 작용하는 압력도 제어장치(26)에 의해 제어된다.

하부금형조립체(11)는 단열관(3)과 유사한 단열관(10)을 매개로 이동축(9)의 상단에 부착된다. 하부금형조립체(11)는 상부금형조립체(4)와 유사하며 금형판(12)과 하부금형(13) 및 이동금형(14)을 구비한다.

브래킷(15)은 고정축(2)에 부착되고, 이 브래킷(15)은 구동장치(도시되지 않음)를 매개로 고정축(2)에 대해 수직이동이 가능하게 되어 있다. 상부금형조립체(4)와 하부금형조립체(11)를 둘러싸는 투명한 석영관(16)은 브래킷(15)에 부착된다. 석영관(16)의 바닥단은 성형체임버(17)를 형성하기 위해 중앙판(1a)에 밀봉가능하게 접촉되며, 이에 의해 성형체임버(17)가 체임버(17) 외부의 분위기와 분리된다.

석영관(16)을 둘러싸는 외관(18)은 브래킷(15)에 부착되고, 램프장치(19)는 외관(18)의 내면에 장착된다. 램프장치(19)는 적외선 램프(20)와 반사장치(21;거울) 및 이 반사장치(21)를 냉각시키는 수관(도시되지 않음)을 포함한다. 램프장치(19)는 상부금형조립체(4) 및 하부금형조립체(11)와 함께 금속재료(27)를 가열시킬 수 있다.

가스통로(22,23)는 고정축(2)과 이동축(9)에 각각 형성되어 있으며, 이 가스통로(22,23)는 금형판(5,12)내에 형성된 연통홀(29) 및 슬릿(30,31)에 연결된다. 가스통로(22,23)로 이송된 불활성가스는 홀(29)과 슬릿(30,31)을 매개로 성형체임버(17)내로 안내된다. 가스통로(22,23)로 이송된 불활성가스의 유량은 유동제어장치(도시되지 않음)에 의해 제어된다. 상부금형(6)과 하부금형(13) 각각은 금속재료(27)가 금형의 표면에 부착되는 것을 방지하도록 피막(도시되지 않음)으로 씌워진다. 불활성가스는 금속재료(27)와, 금형의 피막, 금형판(5,12), 고정금형(7) 및, 이동금형(14)의 산화를 방지한다. 또한, 불활성가스는 상부금형조립체(4)와 하부금형조립체(11)를 냉각시키고, 성형체임버(17)내로 이송된 불활성가스는 배기포트(24)로부터 배출된다.

열전쌍(25)은 하부금형조립체(11)에 부착되는 한편, 이 열전쌍(25)은 하부금형(13)의 온도를 직접 탐지하기 위해 하부금형(13)에 부착될 수 있다. 또, 열전쌍(25)은 상부금형조립체(4)에도 부착될 수 있다.

상기 설명된 장치를 이용하는 성형공정은 도 1과 도 2를 참조하여 설명될 것이다.

도 2a에 도시된 것과 같이 금속재료(27)가 준비되는 바, 이 금속재료(27)는 본 발명에 따른 성형공정을 받기 전에 단조나 기계가공과 같은 잘 알려진 공정에 의해 적당한 형상으로 예비성형된다. 바람직하게는 금속재료(27)는 최종제품과 동일한 무게와 체적을 갖는다. 또한, 금속재료(27)의 형상도 최종제품과 유사하게 하는 것이 바람직하다.

금속재료(27)는 상부금형조립체(4)의 상부금형(6)과 하부금형조립체(11)의 하부금형(13) 사이에 위치된다. 일실시예에서, 재료(27)는 도 2b에 도시된 것과 같이 하부금형(13)상에 위치된다.

불활성가스는 불활성가스 분위기가 성형체임버(17)내에 형성되도록 성형체임버(17)내로 안내된다. 그 다음, 상부금형조립체(4)와 하부금형조립체(11) 및 그 사이에 위치된 금속재료(27)는 램프장치(19)에 의해 동시에 가열된다.

하부금형조립체(11)의 온도는 열전쌍(25)에 의해 탐지되며, 제어장치(26)는 탐지된 하부금형조립체(11)의 온도를 근거로 금속재료(27)의 온도를 추정한다. 결국, 금속재료(27)와 하부금형조립체(11)의 온도 사이의 관계를 나타내는 실험식이 제어장치(26)내에 저장된 제어프로그램에 포함된다.

금속재료(27)는 이 금속재료(27)가 연화되고 비교적 낮은 가압력에 의해 바람직한 형상으로 성형될 수 있는 계획된 온도까지 가열될 때, 하부금형조립체(11)는 도 2c에 도시된 것과 같이 상부금형(6)과 하부금형(13)에 의해 금속재료(27)를 압축성형하도록 상승된다. 상기 작용 동안, 하부금형(13)의 이동속도와 위치 및 가압력은 제어장치(26)내에 저장된 제어프로그램에 의해 제어되고, 이에 따라 금속재료의 간단한 성형을 성취하게 된다.

그 다음, 적외선 램프(20)는 꺼지게 되고, 상부금형조립체(4)와 하부금형조립체(11) 및 금속재료(27)는 가스통로(22,23)와 연통홀(29) 및 슬릿(30,31)을 통과하여 흐르는 불활성가스에 의해 냉각된다. 그 다음, 하부금형조립체(11)는 하강되어 도 2d에 도시된 형상으로 성형된 금속재료(27)는 상부금형(6)과 하부금형(13)에서 제거된다. 상기 공정단계에 따르면, 금속재료(27)가 최종제품이 된다.

바람직하게는, 냉각공정 동안 금속재료(27)의 온도가 방온도와 같이 충분히 낮은 온도로 떨어질 때, 하부금형(13)은 시간에 따라 상부금형(6)에 대해 연속적으로 압축됨에 따라, 최종제품의 바람직한 형상과 크기를 얻을 수 있다. 만일 금속재료(27)의 온도가 충분히 낮은 온도에 도달하기 전에 금속재료(27)가 상부금형(6)과 하부금형(13)에서 제거된다면, 금속재료(27)가 냉각될 때 금속재료(27)의 불만족스러운 변형이 발생할 수 있다.

상기 실시예에 따르면, 금속재료(27)와 금형들(6,13)은 성형체임버(17)내에 수용되어 동시에 가열되므로 금속재료(27)와 금형들(6,13)의 온도는 간단하게 제어될 수 있다. 또한, 성형체임버(17)의 분위기가 제어되므로, 산화층과 같은 바람직하지 않은 표면층의 형성이 방지될 수 있다.

앞의 실시예에서, 가열단계와 성형단계 및 냉각단계는 불활성가스 분위기에서 실시되지만, 이들 단계는 진공의 분위기에서도 실시될 수 있다.

성형될 재료는 알루미늄과 구리 및 금과 같은 다양한 형태의 금속재료로 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 온도조절이 간단하게 이루어지고 바람직하지 않은 표면층의 형성을 방지하면서 금속제품을 성형할 수 있으며, 다양한 금속을 재료로 하여 금속제품의 성형이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 성형장치의 단면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 성형공정을 나타낸 도면이다.

Claims (11)

1. 금형들 사이에 금속재료를 위치시키는 단계;와,

   상기 금속재료와 금형들을 수용하는 성형체임버를 형성하도록 밀봉가능하면서 투명한 덮개로 상기 금속재료와 금형들을 둘러싸는 단계;

   상기 투명한 덮개의 바깥에 배치된 적외선 램프로 상기 금형들과 함께 상기 금속재료를 가열하는 단계; 및,

   상기 금형들을 이용하여 상기 금속재료를 성형하는 단계;로 이루어진 금속제품의 성형방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 가열단계와 성형단계에서, 불활성가스 분위기가 상기 금속재료와 금형들 주위에 형성되도록 되어 있는 금속제품의 성형방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 성형단계 후에 불활성가스를 이용하여 상기 금속재료와 금형들을 냉각하는 단계;와,

   상기 냉각단계 후에 금형들에서 금속재료를 제거하는 단계;를 더 포함하여 이루어진 금속제품의 성형방법.
6. 각각이 금속재료를 성형하는 금형을 지지하도록 된 제 1 및 제 2금형지지부;와,

   상기 금속재료를 성형하기 위해 상기 금형지지부들 사이에서 상대이동을 발생시키는 구동장치;

   상기 금속재료와 함께 상기 금형들을 가열하도록 된 적외선 램프; 및

   상기 적외선 램프를 바깥쪽에 구비하고 상기 지지부를 수용하는 밀폐된 성형체임버를 형성하도록 된 투명한 덮개;를 포함하되,

   상기 금형지지부에 의해 지지된 금형과 금형 사이에 배치된 금속재료가 상기 적외선 램프에 의해 방출되고 투명 덮개를 통해 전달되는 적외선에 의해 총체적으로 가열되도록 이루어진 성형장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제 6항에 있어서, 불활성가스를 상기 성형체임버내로 공급하는 불활성가스 공급장치를 더 포함하여 이루어진 성형장치.
11. 제 10항에 있어서, 상기 금형지지부는 불활성가스가 금형들로 공급되는 가스통로를 구비하는 성형장치.