KR100810101B1

KR100810101B1 - Forging mold for minimizing burr

Info

Publication number: KR100810101B1
Application number: KR1020060091218A
Authority: KR
Inventors: 맹혁재
Original assignee: 맹혁재
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-03-06

Abstract

A forging die for minimizing burr is provided to reduce the generation amount of burr by changing the direction of burr generated during forging, and improve mechanical properties of a product, and increase actual yield and minimize loss of the workpiece accordingly by densifying the grain flow of a workpiece. In a forging die comprising a lower die(100) and an upper die(200) which has an upper punch(210) and is closely adhered onto a top face of the lower die to form a workpiece(300) in the form of a cavity formed by the engagement of the upper and lower dies, a forging die for minimizing burr is characterized in that edges of the top face of the lower die extend upward to form an extension part(110) such that a clearance space(400) is directly formed in the vertical direction as a gap between an outer peripheral surface of the upper punch inserted into the extension part and an inner peripheral surface of the extension part. The forging die has a stepped projection(120) projected from a point at which the lower die and the extension part join with each other such that the stepped projection corresponds with the inner peripheral surface of the extension part.

Description

Forging dies with minimal burr {FORGING MOLD FOR MINIMIZING BURR}

도 1은 종래 기술에 따른 단조금형을 통해 단조하는 과정을 보인 예시적인 요부 단면도,1 is an exemplary main sectional view showing a process of forging through a forging mold according to the prior art,

도 2는 종래 기술에 따라 단조된 직후의 단조품을 보인 예시적인 단면도,2 is an exemplary cross-sectional view showing a forging immediately after being forged according to the prior art;

도 3은 종래 기술에 따른 단조 제품의 예시적인 조직도,3 is an exemplary organization chart of a forged product according to the prior art,

도 4는 본 발명에 따른 단조금형을 통해 단조하는 과정을 보인 예시적인 단면도,Figure 4 is an exemplary cross-sectional view showing the process of forging through the forging die according to the present invention,

도 5a, 도 5b는 본 발명에 따른 단조금형의 실시예를 보인 예시적인 단면도,5a, 5b is an exemplary cross-sectional view showing an embodiment of the forging die according to the present invention,

도 6의 (a),(b)는 본 발명에 따라 단조된 직후의 단조품을 보인 예시적인 단면도 및 그 조직배열을 보인 조직도.Figure 6 (a), (b) is an exemplary cross-sectional view showing the forging immediately after forging according to the present invention and the organization chart showing the tissue arrangement thereof.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧♧ description of the symbols for the main parts of the drawing ♧

100....하부금형 110....연장부100 .... Lower mold 110 .... Extension

120....단턱 200....상부금형120 .... 200 step upper mold

210....상부펀치 300....소재210..Top Punch 300 .... Material

400....여유공간 500....버(burr)400 ... free space 500 ... burr

본 발명은 공작기계를 비롯한 각종 엔진용 베어링샤프트로 사용되는 스핀들 제조를 위한 단조금형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스핀들과 같이 형상이 복잡한 제품 제조를 위한 형단조시 금형의 여유공간을 수직으로 형성시켜 횡방향으로 발생되던 버의 양을 줄이고 조직의 치밀화를 통해 제품의 기계적특성을 향상시킬 수 있도록 한 버 발생을 최소화시킨 단조금형에 관한 것이다.The present invention relates to a forging die for manufacturing a spindle used as a bearing shaft for various engines, including machine tools, and more specifically, to form a free space of the mold vertically when forging a mold for manufacturing a complex product such as a spindle The present invention relates to a forging mold that minimizes the occurrence of burrs to reduce the amount of burrs generated laterally and to increase the mechanical properties of the product through densification of tissue.

통상적으로, 버(burr)는 소재의 기계가공시 가공날에 의해 절삭되어진 면, 또는 모서리로부터 불규칙하게 생성되는 부분을 말하는 것으로 부품의 가공정밀도를 나쁘게 할 뿐만 아니라 조립시에도 많은 문제점을 발생시키게 되는데, 이러한 버는 형단조의 경우에도 생기게 된다.Generally, the burr refers to a part that is irregularly generated from the surface or the edge cut by the cutting edge during machining of the material, which not only degrades the machining precision of the part but also causes many problems during assembly. Such burrs are also produced in the case of die forging.

즉, 형단조란 일정한 모양으로 요각(凹刻)한 금형 사이에 소재를 놓고 두들겨서 원하는 모양의 제품을 만드는 것을 말하며, 이때 상형과 하형이 만나는 부분에서는 소재가 거대한 압력을 받으면서 접촉부의 여유공간으로 밀려나면서 필연적으로 버(혹은 일명 '플래쉬(Flesh)')가 발생되게 된다.In other words, mold forging refers to making a product of the desired shape by placing the material between the molds in the shape of a certain shape and striking. At this time, the part where the upper mold and the lower mold meet is pushed into the free space of the contact while receiving a huge pressure. Inevitably, a burr (or 'Flesh') is generated.

예컨대, 공작기계를 비롯한 각종 엔진용 베어링샤프트로 단조 성형되는 스핀들(spindle)의 경우 도 1의 도시와 같은 단조금형에 의해 순차 해머링(타격)되어 가공되게 된다.For example, in the case of a spindle forged into various bearing shafts for an engine including a machine tool, the spindle is hammered (hit) by a forging die as shown in FIG.

즉, 하형(12)에 소재(20)가 안치된 다음 상부펀치(14)가 1차, 2차에 걸쳐 해머링함으로써 형단조하고, 이어 도 2에서와 같이 단조시 성형품(50)에 발생된 버(40)를 제거하기 위한 트리밍 및 실제품 크기에 맞게 사이징함으로써 최종 제품 을 완성하게 된다.That is, after the material 20 is placed in the lower die 12, the upper punch 14 is forged by hammering the first and second rounds, and as shown in FIG. 2, a burr generated in the molded product 50 during forging. Trimming to remove (40) and sizing to actual product size complete the final product.

이때, 상기 버(40)는 소재(20)의 단조시 도 1의 확대 도시된 바와 같이, 하형(12)과 상부펀치(14)가 접하는 부위에 치수의 정밀도를 높이고 결육(소재가 금형 캐비티 내부로 충분히 충진되지 못함에 따라 발생되는 불량)을 방지하기 위해 마련된 여유공간(30)으로 소재(20)의 일부가 밀려나면서 발생되게 된다.At this time, the burr 40 is enlarged as shown in FIG. 1 at the time of forging of the raw material 20, the lower mold 12 and the upper punch 14 to increase the precision of the dimension and the finish (material is inside the mold cavity) As a part of the material 20 is pushed into the free space 30 provided in order to prevent the defect caused by not being sufficiently filled with.

그런데, 상기 버(40)가 발생되는 부분에서는 소재(20)내 조직배열(Grain Flow)(G)이 도 3과 같이 버(30)가 생기는 쪽으로 퍼지면서 배열되기 때문에 조직이 치밀하지 못하고 불균일하게 되어 기계적 성질이 저하되는 문제가 발생되고, 이로 인해 기계가공(기어 성형 등)이 곤란하며, 가공된다고 할지라도 그 수명이 급격히 단축되는 문제가 있었다.By the way, in the part where the burr 40 is generated, the tissue flow (Grain Flow) (G) in the material 20 is arranged while spreading toward the burr 30 as shown in Figure 3 the tissue is not dense and unevenly There is a problem that the mechanical properties are deteriorated, which makes it difficult to machine (gear forming, etc.), and even if processed, there is a problem that the life is sharply shortened.

뿐만 아니라, 조직이 치밀하지 못하기 때문에 원하는 기계적 성질을 얻지 못하는 불량이 많아 실수율이 급격히 저하되는 단점도 있었다.In addition, because the tissue is not dense, there are many defects that do not achieve the desired mechanical properties, the error rate is sharply reduced.

나아가, 상기 여유공간(30)은 통상 소재(20)의 길이방향과 수직된 방향으로 수평연장된 형태이기 때문에 단조시 밀려나가는 소재(20)이 양이 많게 되고, 이는 재료의 손실(loss)을 극대화시켜 제조비용을 상승시키는 요인으로 작용하게 되며, 또한 불량율을 낮추기 위한 일환으로 1000~1200℃ 범위까지 고온가열하고 있음에도 불구하고 불량율은 여전하고, 오히려 그에 따른 연료비만 가중시키는 문제도 있었다.Furthermore, since the free space 30 is generally extended horizontally in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the material 20, the amount of the material 20 pushed out during forging becomes large, which causes loss of material. In order to maximize the manufacturing cost to act as a factor, and also in order to lower the defective rate, even though the high temperature heating to 1000 ~ 1200 ℃ range was still defective, there was also a problem of increasing the fuel costs accordingly.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 한계점을 감안하여 이를 해결하 고자 창출한 것으로, 단조시 발생되는 버의 방향을 전환하여 버의 발생량도 줄이면서 조직배열을 치밀하게 하여 제품의 기계적 성질을 향상시킴은 물론 그에 따른 실수율도 증대시키면서 소재의 손실을 최소화시킬 수 있도록 한 버 발생을 최소화시킨 단조금형을 제공함에 그 주된 목적이 있다.The present invention was created in view of the limitations of the prior art as described above, to solve this problem, by changing the direction of the burr generated during forging, while reducing the amount of burr generated by densifying the tissue arrangement to improve the mechanical properties of the product Its main purpose is to provide forging dies that minimize the occurrence of burrs to minimize material loss while increasing the error rate.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 하부금형 및 상부펀치에 의해 형성된 캐비티의 형상대로 소재를 성형하는 단조금형에 있어서; 상기 하부금형과 상부펀치 사이에 여유공간이 수직방향으로 형성되도록 상기 하부금형의 상단면에 연장부를 형성시킨 것에 그 특징이 있다.The present invention provides a forging die for molding the material in the shape of the cavity formed by the lower mold and the upper punch, in order to achieve the above technical problem; An extension part is formed on an upper surface of the lower mold such that a clearance is formed vertically between the lower mold and the upper punch.

이때, 상기 여유공간의 폭인 상기 상부펀치의 외주면으로부터 상기 연장부의 내주면에 이르는 이격거리는 1~3mm로 유지함이 바람직하다.At this time, the distance from the outer circumference of the upper punch which is the width of the free space to the inner circumference of the extension is preferably maintained at 1 to 3mm.

또한, 상기 하부금형과 연장부가 만나는 지점에는 상기 상부펀치의 외주면과 일치되게 단턱이 돌출형성될 수 있다.In addition, at the point where the lower mold and the extension meet, the stepped portion may be formed to coincide with the outer circumferential surface of the upper punch.

그리고, 상기 단턱은 상기 하부금형의 상단으로부터 하부펀치의 하단에 이르는 거리의 2/3까지 돌출형성됨이 바람직하다.The stepped jaw is preferably formed to protrude up to two thirds of the distance from the upper end of the lower mold to the lower end of the lower punch.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 단조금형을 통해 단조하는 과정을 보인 예시적인 단면도이고, 도 5a, 도 5b는 본 발명에 따른 단조금형의 실시예를 보인 예시적인 단면도이며, 도 6의 (a),(b)는 본 발명에 따라 단조된 직후의 단조품을 보인 예시적 인 단면도 및 그 조직배열을 보인 조직도이다.Figure 4 is an exemplary cross-sectional view showing a forging process through the forging mold according to the present invention, Figure 5a, Figure 5b is an exemplary cross-sectional view showing an embodiment of the forging mold according to the present invention, Figure 6 (a), (b) is an exemplary cross-sectional view showing the forging immediately after being forged according to the present invention and the organization chart showing the tissue arrangement thereof.

즉, 도 4 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 단조금형은 기존처럼 하부금형(100)과 상부금형(200)으로 이루어지며, 소재(300)가 최종 성형될 때에 치수의 정밀도를 높이고 결육을 방지하기 위해 형성하는 여유공간(400)을 수평방향이 아닌 수직방향으로 형성시켜서 이루어진다.That is, as shown in Figures 4 and 5a, the forging mold according to the present invention is made of a lower mold 100 and the upper mold 200 as conventional, and the precision of the dimensions when the material 300 is finally molded It is made by forming the free space 400 to increase the height and to prevent the formation of the vertical direction rather than the horizontal direction.

즉, 상기 여유공간(400)은 소재(300)의 길이방향과 동일한 방향으로 형성되는 것으로, 이를 위해 하부금형(100)의 상단을 기존에 비해 훨씬 더 길게 상방향으로 연장하여 연장부(110)를 구성한다.That is, the free space 400 is formed in the same direction as the longitudinal direction of the material 300, and for this purpose, the upper end of the lower mold 100 extends in a longer direction than the conventional extension 110. Configure

따라서, 상부금형(200)의 상부펀치(210)는 상기 하부금형(100)의 연장부(110) 내부로 삽입되는 형태를 갖게 되며, 이때 상기 여유공간(400)의 크기, 즉 상기 상부펀치(210)의 외주면으로부터 상기 연장부(110)의 내주면에 이르는 거리(d)는 1~3mm가 바람직하다.Therefore, the upper punch 210 of the upper mold 200 has a shape that is inserted into the extension 110 of the lower mold 100, the size of the free space 400, that is, the upper punch ( The distance d from the outer circumferential surface of 210 to the inner circumferential surface of the extension part 110 is preferably 1 to 3 mm.

이는 실험에 따르면 이 크기가 버(burr)(500) 발생을 극소화시키면서 결육 및 조직치밀화를 극대화시킬 수 있는 가장 이상적이기 때문이다.This is because, according to experiments, this size is the most ideal for maximizing the texture and densification of the tissue while minimizing the occurrence of burrs 500.

한편, 다른 예로 도 5b에서와 같이, 상기 여유공간(400)을 통한 소재(300)의 손실(Loss)을 더욱 최소화시키기 위해 상기 하부금형(100)의 연장부(110) 내주면 하단에는 단턱(120)이 구비될 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 5b, in order to further minimize the loss (Loss) of the material 300 through the free space 400, the stepped portion 120 at the lower end of the inner peripheral surface of the extension 110 of the lower mold 100 ) May be provided.

상기 단턱(120)은 상기 연장부(110)와 일체로 형성됨이 바람직하며, 결육방지를 위해 하부금형(100)의 상단과 상부금형(200)의 상부펀치(210) 하단에 이르는 거리(h)의 대략 2/3까지 상향돌출되게 하여 턱지게 구성함이 바람직하다.The stepped portion 120 is preferably formed integrally with the extension 110, the distance (h) to the upper end of the lower mold 100 and the lower end of the upper punch 210 of the upper mold 200 in order to prevent coking It is preferable to make it protrude upward to approximately 2/3 of the jaw.

이는 버(500) 발생을 더욱 극소화시킴과 동시에 버(500) 생성시 여유공간(400)으로 빠져나오는 손실분의 시간을 지연시켜 결육도 제거하면서 손실분도 더욱 줄일 수 있도록 하기 위함이다.This is to minimize the occurrence of burr 500 and at the same time delay the time of loss coming out of the free space 400 when generating burr 500 so that the loss can be further reduced while eliminating flesh.

따라서, 상기 버(500)는 상기 단턱(120)에 의해 상기 거리(h)의 1/3 크기의 지극히 협소한 공간만을 통해 잠시 빠져나오다가 순간적으로 90°방향전환한 후 수직방향으로 형성되어야 하므로 앞서 설명하였듯이 손실분의 극소화, 신장되는 재료가 제품의 모서리 곳곳까지 충실하게 채워져 결육도 제거됨으로써 보다 고품위의 단조품을 만들수 있게 된다.Therefore, the burr 500 should be formed in the vertical direction after briefly exiting through the extremely narrow space of 1/3 of the distance h by the stepped part 120 and turning it at an instant by 90 °. As described above, the loss is minimized, and the elongated material is faithfully filled to the edges of the product to remove the texture, thereby making a higher quality forging product.

이때, 상기 단턱(120)은 상부펀치(210)의 외주면과 일치되게 배치되어 일종의 댐(dam) 역할을 수행하게 되는 것이다.In this case, the step 120 is disposed to match the outer circumferential surface of the upper punch 210 to serve as a kind of dam.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 동작관계를 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation relationship of the present invention made of such a configuration as follows.

먼저, 도 4에서와 같이 제품화(예. 베어링샤프트용 스핀들)될 소재(300)가 1차, 2차에 걸쳐 하부금형(100)과 상부금형(200)이 이루는 캐비티내에서 제품 형상으로 가공된 후 최종 마무리 단조과정, 즉 정타과정을 거치게 된다.First, as shown in FIG. 4, a material 300 to be commercialized (eg, a spindle for a bearing shaft) is processed into a product shape in a cavity formed by the lower mold 100 and the upper mold 200 over the first and second stages. After the final finishing forging process, that is, the process of hitting.

상기 정타과정은 상부금형(200)이 하강하면서 상부펀치(210)가 캐비티내에 장입된 소재(300)를 타격하면서 가압하게 되고, 이에 따라 상기 소재(300)는 상기 캐비티내에 구속된 상태로 최종 성형되게 된다.The hitting process is pressed while the upper mold 200 is hit while the upper punch 210 hits the material 300 loaded in the cavity, and thus the material 300 is finally molded in a state of being restrained in the cavity. Will be.

이때, 상기 상부펀치(210)의 하단 일부는 도 5a, 도 5b에서와 같이 하부금형(100)의 연장부(110) 속으로 완전히 삽입되면서 소재(300)에 타격과 압력을 동시에 가하게 되므로 그 순간 소재(300)중 캐비티내에 구속되지 않은 부분, 즉 여유공 간(400)과 인접한 부위가 변형되면서 1차 수평하게 신장되려고(밀려나려고) 하다가 상기 연장부(110)의 내벽면에 부딪혀 더 이상 수평신장이 불가능하게 되므로 그 신장방향이 수직방향으로 전환된 후 여유공간(400) 내부로 밀려들어가게 된다.At this time, the lower part of the upper punch 210 is completely inserted into the extension 110 of the lower mold 100, as shown in Figure 5a, 5b, and at the same time to apply a blow and pressure to the material 300 at the same time The portion of the material 300, which is not constrained in the cavity, that is, the portion adjacent to the free space 400 is deformed to try to be extended horizontally (push out) first and then hit the inner wall surface of the extension 110 and is no longer horizontal. Since it is impossible to stretch, the stretch direction is changed to the vertical direction and then pushed into the free space 400.

따라서, 수직방향으로의 방향전환에 따른 정체시간만큼 나머지 부위, 이를테면 제품의 모서리부위 등이 충분히 신장되어 캐비티내에 꽉 차게 되므로 결육발생이 없어지게 되고, 또한 조직배열(G)의 경우에도 버(500)가 형성되는 방향으로 진행하다가 더이상 진행하지 못하고 순간적으로 방향을 전환하여 원래 방향, 즉 소재(300)의 길이방향으로 되돌아가게 되므로 도 6의 (b)와 같은 형태로 배열되게 되어 조직의 치밀화가 이루어지게 된다.Therefore, the remaining portion, such as the corner of the product is sufficiently extended and filled in the cavity by the stagnation time according to the change of direction in the vertical direction is eliminated from the occurrence of coagulation, also in the case of the tissue array (G) Bur 500 ) Proceeds in the direction in which is formed, but can not proceed any more and the direction is instantaneously changed back to the original direction, that is, the longitudinal direction of the material 300, so that the densification of the tissue is arranged as shown in FIG. Will be done.

여기에서, 도 5b에서와 같은 단턱(120)을 구비한 경우에는 버(500)의 발생량을 더욱 줄일 수 있게 되고, 신장되는 폭이 협소하므로 조직배열(G)을 더욱 치밀하게 할 수 있게 된다.Here, when the stepped portion 120 is provided as shown in FIG. 5B, the amount of burr 500 can be further reduced, and the width of the burr 500 is narrower, thereby making the tissue array G more compact.

그러므로, 소재(300)중 버(500)가 생기는 부분의 조직상태가 기존에 비해 현저하게 치밀해지고, 불량이 없어지게 되며, 그에 따라 기계적 특성이 향상되게 된다.Therefore, the tissue state of the portion where the burr 500 occurs in the material 300 is significantly more dense than the conventional one, and defects are eliminated, thereby improving mechanical properties.

특히, 이러한 단조금형 구조를 사용하게 되면 버(500) 생성부위의 조직 치밀화와 기계적특성 향상을 위해 기존과 같이 1000~1200℃ 까지 소재(300)를 고온가열할 필요가 없으며, 단지 800~900℃ 정도로만 가열하여도 충분히 치밀한 조직의 단조제품을 생산할 수 있게 된다.In particular, the use of such a forging mold structure does not need to heat the material 300 at a high temperature up to 1000 ~ 1200 ℃ as conventional, in order to increase the density of the structure and mechanical properties of the bur (500) generation site, only 800 ~ 900 ℃ Only enough heating can produce a forged product of a sufficiently dense structure.

나아가, 버(500)를 생성시키는 여유공간(400)이 수직방향, 즉 소재(300)의 길이방향과 동일방향으로 형성되어 있고, 또 그 중간에는 단턱(120)이 가로막기 때문에 단조시 버(500) 생성량이 더욱 줄어들게 되어 소재(300)의 손실율이 급격히 저하되게 되므로 제조비용을 절감할 수 있게 된다.Furthermore, the free space 400 for generating the burr 500 is formed in the vertical direction, that is, in the same direction as the longitudinal direction of the material 300, and in the middle thereof, the stepped portion 120 is blocked, thereby forging the burr ( 500) the production amount is further reduced, so that the loss rate of the material 300 is sharply lowered, thereby reducing the manufacturing cost.

이후, 도 6의 (a)에서와 같이, 성형된 단조제품(600)의 버(500)를 그 절단선(510)을 따라 트리밍함으로써 최종 단조품으로 제품화하게 된다.Thereafter, as shown in (a) of FIG. 6, the burr 500 of the molded forged product 600 is trimmed along the cutting line 510 to produce a final forged product.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 단조시 발생되는 버의 방향을 수직방향으로 전환하여 버의 발생량도 줄이면서 조직배열을 치밀하게 하여 불량발생율은 낮추면서 제품의 기계적 성질은 향상시킬 수 있게 됨은 물론 그에 따른 실수율도 증대시키면서 소재의 손실을 최소화시키는 효과를 제공한다.As described in detail above, the present invention is to change the direction of the burr generated during forging in the vertical direction to reduce the amount of burr generated, and to precisely arrange the tissue arrangement to lower the defect rate while improving the mechanical properties of the product Of course, it also increases the error rate, thereby minimizing material loss.

Claims

A lower mold 100; An upper mold (200) having an upper punch (210) and in close contact with an upper surface of the lower mold (100); In the forging mold for molding the material 300 in the shape of the cavity formed by the meshing of these;

The upper edge of the lower mold 100 is extended upward to form an extension 110, the outer peripheral surface of the upper punch 210 inserted into the extension 110 and the inner peripheral surface of the extension 110. Forging mold minimizes the occurrence of burr, characterized in that the vertical space formed immediately perpendicular to the space 400 between.

The method according to claim 1;

The forging mold minimizes the occurrence of burr, characterized in that the separation distance from the outer peripheral surface of the upper punch 210, the width of the free space 400 to the inner peripheral surface of the extension 110 is 1 ~ 3mm.

The method according to claim 1 or 2;

At the point where the lower mold 100 and the extension portion 110 meet, the forging mold minimizes burr generation, characterized in that the stepped protrusion 120 is formed to coincide with the outer circumferential surface of the upper punch 210.

The method according to claim 3;

The stepped 120 is forged to minimize the occurrence of burr, characterized in that protruding to two-thirds of the distance from the upper end of the lower mold 100 to the lower end of the lower punch (210).