KR100841546B1 - 치형제품을 성형하는 주·단조 공법 및 그 금형장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스퍼기어, 헤리컬기어 등과 같이 톱니바퀴가 형성된 각종 치형제품을 생산하기 위한 치형제품을 성형하는 주·단조 공법 및 그 금형장치에 관한 것으로, 상,하로 왕복운동을 하도록 프레스장치의 상부 플래튼에 착탈가능하게 부착되는 가동금형판과, 상기 가동금형판 저부의 좌,우 양측에 부착된 상부 지지블럭에 의하여 상기한 가동금형판의 저부와는 일정간격으로 이격된 상태로 설치되는 가동금형홀더와, 상기 가동금형홀더의 저부에 가압면이 노출된 상태로 설치되는 가동금형코아와, 상기 가동금형판의 저부에 설치되는 상부 가압실린더와, 상기 상부 가압실린더에 의하여 상기한 가동금형홀더에 형성된 홀더중심공 및 상기한 가동금형코아에 형성된 금형중심공을 통해 승강작동하도록 설치되는 상부 플런저를 구비하고 있는 상부 가동금형장치;
상기 상부 가동금형유닛의 하측에 일정거리 이격된 상태로 위치하도록 프레스장치의 하부 플래튼에 고정 설치되는 고정금형판과, 상기 고정금형판 상부의 좌,우 양측에 부착된 하부 지지블럭에 의하여 상기 고정금형판의 상부와는 일정간격으로 이격 설치되는 고정금형홀더와, 상기 고정금형홀더의 상면에 상향을 향해 개구된 상태로 요입 형성된 금형설치부에 삽입 설치되는 쐐기링과, 상기 쐐기링의 중심에 캐비티가 상향으로 개구된 상태로 삽입 설치되는 제품성형금형과, 상기 고정금형판의 상면에 설치되는 하부 가압실린더와, 상기 하부 가압실린더에 의하여 상기한 고정금형코아에 형성된 홀더중심공을 통해 상기 제품성형금형의 캐비티에 투입 되는 소재를 받쳐주는 작용과 캐비티에서 성형이 완료된 치형제품을 탈형시킬 수 있도록 승강작동이 가능하게 설치되는 하부 플런저를 구비하고 있는 하부 고정금형장치;로 구성된 것을 특징으로 하는 발명이다.
치형제품, 스퍼기어, 헤리컬기어, 가동금형장치, 고정금형장치, 쐐기링, 제품성형금형, 캐비티
Description
도 1 내지 도 3은 본 발명의 치형제품 성형개념을 설명하기 위한 주·단조 금형장치의 작동상태도.
도 4는 본 발명의 제품성형금형의 평면도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제품성형금형의 쐐기링 작동상태도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 하부 플런저팁 실시예.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 상부 가동금형장치 200 : 하부 고정금형장치
11 : 가동금형판 12 : 상부 지지블럭
13 : 가동금형홀더 14 : 가동금형코아
15 : 상부 가압실린더 16 : 상부 플런저
16a : 상부 플런저팁 17 : 이젝트판
17a : 이젝트핀 18 : 이젝트실린더
21 : 고정금형판 22 : 하부 지지블럭
23 : 고정금형홀더 24a : 금형설치부
25a : 쐐기링 25b : 제품성형금형
251 : 외주면 252 : 가압경사면
253 : 피가압경사면 254,255 : 치형돌부 및 치형요부
26 : 하부 가압실린더 27 : 하부 플런저
27a : 하부 플런저팁 28 : 쐐기링작동판
29 : 쐐기링실린더 31 : 실린더지지블럭
32 : 치형두께제어블럭 4 : 형체력유지장치
41 : 유압실린더 42 : 쐐기
5 : 어댑터 6 : 금형설치부 덮개
B : 캐비티
본 발명은 스퍼기어(spur gear), 헤리컬기어(helical gear) 등과 같이 톱니바퀴가 형성된 각종 치형제품을 생산하기 위한 치형제품을 성형하는 주·단조 공법 및 그 금형장치에 관한 것이다.
좀더 상세하게는 알루미늄 합금재질로 된 반고상(반용융)소재 또는 액상소재를 제품성형금형의 캐비티에 투입하기 전에 미리 금속재질의 수축변형이 가능한 범위내로 제품성형금형에 압축력을 가하여 실질적으로 치형제품을 성형하는 캐비티를 수축변형시킨 상태에서 소재를 투입하여 치형제품의 성형을 완성토록 하며, 캐비티내에서 치형제품의 성형이 완료된 후에는 제품성형금형을 수축변형 이전 상태로 복 원되도록 팽창변형시켜서 캐비티내에서 성형이 완성된 치형제품의 외면과 제품성형금형의 캐비티 내면 사이에 극히 미세한 틈새로 벌어진 빼기구배가 형성되게 하므로서 제품성형금형에서 성형이 완료된 치형제품을 탈형할 수 있도록 하는데 특징이 있는 치형제품을 성형하는 주·단조 공법과 그 금형장치에 관한 것이다.
일반적으로 외주에 톱니바퀴가 형성된 스퍼기어나 헤리컬기어 등과 같은 치형제품은 액상소재를 주조형틀을 이용하여 주조하는 주물공법이나 또는 일정길이로 절단된 환봉소재를 선반을 이용하여 절삭가공하는 절삭공법으로 제조하고 있었는바, 전자의 경우는 수축공이나 기포공이 생기는 결함의 발생률이 많고 특히 정밀도가 떨어지는 문제가 있으며, 후자의 경우는 선반장치의 미세한 떨림 현상과 절삭용 바이트의 마모현상 등으로 인한 절삭치수의 오차가 생겨 정밀도가 떨어질 뿐 아니라 환봉소재를 일일이 절삭가공하여야 하므로 생산성이 떨어지고 생산단가가 비싸다는 것이 가장 큰 문제점으로 지적되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술에서 나타나는 제반 문제를 감안하여 제안된 것으로, 알루미늄 합금재질의 액상소재 또는 반고상소재(이하 '소재'로 약칭함)를 투입하기 전에는 치형제품을 성형하기 위한 캐비티가 형성된 제품성형금형 자체를 압축시키기 위한 압축력을 가하여 금속재질의 수축변형이 가능한 범위내에서 최대한으로 캐비티를 축소시킨 상태에서 상기한 소재를 축소된 캐비티에 투입하고 그 투입된 소재를 가압 성형하는 수단으로 수축공이나 기포공의 결함이 없고 치밀한 조직을 갖는 치형제품을 성형시킬 수 있도록 하며, 이어서 앞서 수축변형되었던 제 품성형금형이 수축되기 전 상태로 복원되도록 제품성형금형 자체를 팽창시키는 팽창력을 가하므로서 캐비티를 수축변형되기 이전 상태로 최대한 팽창변형시켜주는 수단으로 수축변형시 캐비티내에서 성형된 치형제품과 수축변형되기 이전의 원래 상태로 팽창복원된 캐비티 사이에 미세한 틈새로 이루어진 빼기구배가 형성되도록 하므로서 제품성형금형에서 성형된 치형제품의 탈형을 가능토록 하는데 주된 목적이 있으며, 또한 크랭크식 프레스, 토글식 프레스 유압식 프레스 등과 같은 기존의 각종 프레스장치에 장착하여 스퍼기어나 헤리컬기어와 같은 치형제품을 생산할 수 있도록 하는데 다른 목적을 두고 발명한 것이다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,
본 발명의 치형제품 주·단조 공법은,
하부 고정금형장치의 고정금형코아 내부에 장착된 제품성형금형을 금속재질의 특성상 수축작용이 일어날 수 있는 가능한 범위내에서 압축력을 가하여 상기 제품성형금형의 캐비티가 미세하게 수축변형되도록 하는 금형수축단계와;
상기 단계에서 수축변형된 상기 캐비티에 액상상태이거나 반고상(반용융)상태의 알루미늄 합금재질로 된 소재를 투입하는 소재충전단계와;
상기 단계에서 캐비티에 투입된 소재를 상부 가동금형장치의 가동금형코아 및 상부 플런저의 가압작동으로 가압하여 수축변형된 상기 캐비티내에서 치형제품을 성형하게 되는 제품성형단계와;
상기 단계에서 수축변형된 상기 캐비티내에서 성형이 완료된 치형제품을 탈 형시키기 위해 상부 가동금형장치를 하부 고정금형장치에서 이완시킨 다음 이어서 상기 제품성형금형에 팽창력을 작용시켜서 상기한 금형수축단계에서 수축변형되었던 상기 캐비티를 수축 전 상태로 복원시키므로서 수축변형시 캐비티에서 성형이 완료된 치형제품의 외면과 팽창된 캐비티의 내면과의 사이에 미세한 틈새의 빼기구배가 형성되게 하는 금형팽창단계와;
상기 단계에서 형성된 빼기구배에 의해 상기 캐비티와 이완된 치형제품을 하부 플런저의 탈형작동으로 제품성형금형에서 탈형시키는 제품탈형단계;
로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제품성형단계는 상부 가동금형장치의 가압작동으로 가동금형코아와 이에 장착된 상부 플런저가 동시에 상기한 제품성형금형의 캐비티에 투입된 소재를 가압하는 일차적인 가압단계와, 상기의 일차적인 가압단계가 완료된 직후 곧바로 상기한 상부 플런저만 재차 가압작동이 진행되게 하는 이차적인 가압단계를 더 포함하여 상기한 캐비티에서 충진 성형되는 치형제품에 존재하게 되는 수축공이나 기포공의 결함이 제거되고 치밀한 조직의 치형제품을 생산하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 주·단조 금형장치는,
상,하로 왕복운동을 하도록 프레스장치의 상부 플래튼에 착탈가능하게 부착되는 가동금형판과, 상기 가동금형판 저부의 좌,우 양측에 부착된 상부 지지블럭에 의하여 상기한 가동금형판의 저부와는 일정간격으로 이격된 상태로 설치되는 가동금형홀더와, 상기 가동금형홀더의 저부에 가압면이 노출된 상태로 설치되는 가동금 형코아와, 상기 가동금형판의 저부에 설치되는 상부 가압실린더와, 상기 상부 가압실린더에 의하여 상기한 가동금형홀더에 형성된 홀더중심공 및 상기한 가동금형코아에 형성된 금형중심공을 통해 승강작동하도록 설치되는 상부 플런저를 구비하고 있는 상부 가동금형장치;
상기 상부 가동금형유닛의 하측에 일정거리 이격된 상태로 위치하도록 프레스장치의 하부 플래튼에 고정 설치되는 고정금형판과, 상기 고정금형판 상부의 좌,우 양측에 부착된 하부 지지블럭에 의하여 상기 고정금형판의 상부와는 일정간격으로 이격 설치되는 고정금형홀더와, 상기 고정금형홀더의 상면에 상향을 향해 개구된 상태로 요입 형성된 금형설치부에 삽입 설치되는 쐐기링과, 상기 쐐기링의 중심에 캐비티가 상향으로 개구된 상태로 삽입 설치되는 제품성형금형과, 상기 고정금형판의 상면에 설치되는 하부 가압실린더와, 상기 하부 가압실린더에 의하여 상기한 고정금형코아에 형성된 홀더중심공을 통해 상기 제품성형금형의 캐비티에 투입되는 소재를 받쳐주는 작용과 캐비티에서 성형이 완료된 치형제품을 탈형시킬 수 있도록 승강작동이 가능하게 설치되는 하부 플런저를 구비하고 있는 하부 고정금형장치;로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 쐐기링은 고정금형코아의 금형설치부 안에서 상,하 수직적인 승강작동이 가능하도록 그 외면이 상기한 금형설치부의 내면과 같이 수직단면으로 형성되어 있는 한편, 상기 쐐기링의 중심에 형성된 금형안착부는 그 상단 내경이 가장 크고 하단으로 갈수록 점차로 좁아지도록 경사진 내경을 가지는 가압경사면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 쐐기링 중심의 금형안착부에 삽입 설치되는 상기 제품성형금형은 그 중심에 치형제품을 성형하기 위한 캐비티가 마련되어 있으며, 또한 그 외면은 상기한 쐐기링의 가압경사면에 긴밀하게 밀접되는 경사각도를 가지도록 상단 외경이 가장 크고 하단으로 갈수록 외경이 점차로 작아지는 경사면으로 된 피가압경사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 쐐기링과 제품성형금형 사이에는 쐐기링의 가압경사면과 제품성형금형의 피가압경사면을 밀착된 상태로 결속시킴과 동시에 상기 쐐기링이 제품성형금형에 대하여 외경이 가장 큰 피가압경사면의 상단방향으로의 상승이동시에는 쐐기링의 가압경사면과 함께 상기 제품성형금형 자체를 중심 방향으로 압축시켜서 캐비티를 수축변형시키는 한편, 상기 쐐기링이 제품성형금형에 대하여 외경이 가장 작은 피가압경사면의 하단방향으로의 하강이동시에는 제품성형금형 자체를 외측 방향으로 팽창시켜서 캐비티를 팽창변형시키는 어댑터가 일정간격으로 다수 개재되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 어댑터는 제품성형금형의 피가압경사면과 같은 경사각도를 가진 채 상기한 피가압경사면의 상단에서부터 하단까지 이르는 길이로 설치되며, 또한 상기 쐐기링과 제품성형금형을 결속시키기 위해 그들의 각 내부에 끼워지는 양단의 두께는 넓고 쐐기링의 가압경사면과 제품성형의 피가압경사면의 경계부위에 위치하는 중간부분의 두께는 좁게 형성되는 실패모양의 단면 형상으로 형성된 것임을 특징으로 한다.
또한, 상기 쐐기링은 하부 고정금형유닛의 고정금형판 상면에 설치된 복수의 쐐기링실린더에 의하여 고정금형홀더의 금형설치부안에서 승강작동을 하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부 고정금형유닛의 하부 가압실린더는 고정금형판 상면에 고정 설치된 실린더 지지블럭에 의하여 지지되어 있으며, 상기 고정금형판과 하부 가압실린더 사이에는 하부 플런저의 하단이 상기한 하부 가압실린더의 저부측으로 하강하게 되는 하강작동폭을 제어하여 제품성형금형의 캐비티에서 성형되는 치형제품의 두께를 조절하기 위한 치형두께제어블럭이 삽탈가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제품성형금형의 캐비티 내주면에 교대적으로 형성된 다수의 치형돌부 및 치형요부들은 스퍼기어나 헤리컬기어와 같이 직선형이나 사선형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부 플런저의 상단에는 하부 플런저팁이 교체가능하게 장착되어 있으며, 또한 상기 하부 플런저팁의 외주면에는 제품성형금형의 캐비티에서 성형하고자 하는 스퍼기어나 헤리컬기어와 같은 치형제품과 동일한 규격을 갖는 돌부와 요부들이 교대적으로 형성되어 상기한 제품성형금형의 캐비티 내주면에 직선형이나 사선형으로 형성된 다수의 치형돌부 및 치형요부와 슬라이딩 이동이 가능하도록 치합된 상태로 상기한 캐비티에 삽입 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부 플런저의 도중에는 제품성형금형의 캐비티에서 헤리컬기어와 같은 치형제품을 성형하게 될 때 그 성형이 완료된 치형제품을 탈형시키기 위한 하부 플런저팁이 상기한 캐비티 내주면에 형성된 사선형의 치형돌부와 치형요부를 따라 회전하면서 상승이동되게 하는 베어링이 개재되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 치형제품 성형개념을 설명하기 위한 주·단조 금형장치의 작동상태도이며, 도 4는 본 발명의 제품성형금형의 평면도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 제품성형금형의 쐐기링 작동상태도이며, 도 7 및 도 8은 본 발명의 하부 플런저팁 실시예를 도시한 것이다.
상기 도면에서 부호 100은 상부 가동금형장치, 200은 하부 고정금형장치를 나타낸다.
상기 상부 가동금형장치(100)와 하부 고정금형장치(200)는 수직적인 프레싱작동으로 제품을 성형하는데 사용되는 장치 예를 들면, 크랭크식 프레스, 토글링크식 프레스, 유압프레스 등의 각종 프레스장치에 착탈가능하게 장착되어 알루미늄 합금재질의 반고상(반용융) 상태 또는 액상 상태의 소재를 이용하여 스퍼기어 및 헤리컬기어를 성형하도록 구성되어 있다.
상기 상부 가동금형장치(100)는 프레스장치에서 상,하로 왕복운동을 하는 상부 플래튼(도시 생략)에 장착되어 있으며, 상기 하부 고정금형장치(200)는 프레스장치에서 상부 플래튼의 하측에 고정 상태로 설치된 하부 플래튼(도시 생략)에 설치되어 있다.
상기 상부 가동금형장치(100)는 프레스장치의 상부 플래튼 저부에 착탈가능하게 부착되는 가동금형판(11), 상기 가동금형판 저부의 좌,우 양측에 하향으로 돌출되도록 부착되는 복수의 상부 지지블럭(12), 상기 상부지지블럭(12)들의 하단에 부착되는 가동금형홀더(13), 상기 가동금형홀더의 저부에 하향으로 돌출되도록 장착되는 가동금형코아(14), 상기 가동금형판(11)의 저부 중심에 장착된 상부 가압실린더(15), 상기 상부 가압실린더에 장착되어 가동금형홀더(13)의 중심을 관통하는 홀더중심공(13a)을 통해 왕복운동을 하는 상부 플런저(16), 상기 상부 플런저의 하측 끝단에 부착되어 상기 가동금형코아(14)의 금형중심공(14a)을 왕복운동하는 상부 플런저팁(16a)으로 이루어져 있으며, 여기에 상기 가동금형판(11)과 상부 가압실린더(15) 사이에 장착된 이젝트판(17)과 상기 이젝트판을 승강작동시키기 위하여 상기 가동금형판(11)의 저부 양측에 부착된 복수의 이젝트실린더(18) 및 상기한 이젝트판에 상단이 고정 장착되고 하단은 가동금형홀더(13)와 가동금형코아(14)를 관통하도록 설치되어 상기 이젝트판(17)과 함께 승강작동을 하는 복수의 이젝트핀(17a)을 더 포함하고 있다.
상기 하부 고정금형장치(200)는, 프레스장치의 하부 플래튼의 상면에 착탈가능하게 설치되는 고정금형판(21), 상기 고정금형판의 상면 양측에 하단이 부착된 상태에서 상향으로 돌출되어 있는 복수의 하부 지지블럭(22), 상기 하부 지지블럭의 상단에 지지된 상태로 설치되는 고정금형홀더(23), 상기 고정금형홀더에 상면이 노출된 상태로 삽입 형성되는 고정금형코아(24), 상기 고정금형코아의 상부에 개구된 상태로 요입 형성된 금형설치부(24a)의 내측으로 삽입 설치되는 쐐기링(25a) 및 제품성형금형(25b), 상기 고정금형판(21)과 고정금형홀더(23) 사이에 설치되어 있는 하부 가압실린더(26), 상기 하부 가압실린더에 장착되어 고정금형홀더(23)의 홀더중심공(23a)을 왕복운동하도록 설치되는 하부 플런저(27), 상기 하부 플런저의 상단에 부착되어 제품성형금형(25b)의 캐비티(B) 내부를 왕복운동하도록 설치되는 하부 플런저팁(27a)으로 이루어져 있으며, 여기에 상기 고정금형홀더(23)와 하부 가압실린더(26) 사이에 장착된 쐐기링작동판(28)과 상기 쐐기링작동판을 승강작동시키기 위하여 상기 고정금형판(21)의 저부 양측에 부착된 복수의 쐐기링실린더(29) 및 상기한 쐐기링작동판(28)에 하단이 고정 장착되고 상단은 고정금형홀더(23)와 고정금형코아(24)를 관통하여 상기한 쐐기링(25a)에 계합되어 그 쐐기링을 승강작동시키게 되는 복수의 연결봉(28a)을 더 포함하고 있다.
또한 상기 하부 고정금형장치(200)에는 고정금형판(21)의 상면에서 하부 가압실린더(26)가 일정 높이로 이격되도록 지지하는 복수의 실린더지지블럭(31), 상기 하부 가압실린더(26)의 저부를 관통하도록 형성된 하부 플런저(27)의 하단(27b)과 고정금형판(21) 상면 사이에 삽탈가능하게 설치되어 상기 하부 플런저(27)의 하강작동을 제어하므로서 생산하고자 하는 치형제품의 두께를 조절하기 위한 치형두께제어블럭(32), 상기 고정금형홀더(23)의 양측에는 상기 상부 가동금형장치(100)의 하강작동으로 가동금형코아(14)가 하부 고정금형장치(200)의 고정금형코아(24)에 형합되었을 때 가동금형코아(14)와 고정금형코아(24)를 형폐작동된 상태의 형체력을 유지시키기 위한 형체력유지장치(4)가 설치되어 있다.
그리고, 상기에서 하부 가동금형장치(200)의 고정금형코아(24)에 요입 형성된 금형설치부(24a)에 삽입되는 쐐기링(25a)은 그 외면(251)이 상기한 금형설치부(24a)에 수직단면으로 형성된 내면에 긴밀하게 밀착된 상태에서 상,하로 이동가능하게 설치되어 있으며, 상기 쐐기링(25a)은 금형설치부(24a) 내측에서 상,하로 이동함에 따라 쐐기링의 중심에 형성된 가압경사면(252) 내측에 삽입 설치된 제품성형금형(25b) 자체에 압축력을 가하여 수축변형이 일어나도록 하므로서 캐비티(B)를 수축시키거나 또는 수축변형되었던 제품성형금형(25b) 자체가 수축되기 이전 상태로 복원시켜 수축되었던 캐비티(B)를 원래의 상태로 팽창시키는 작용을 하게 된다.
이를 위해, 상기 쐐기링(25a)의 내면 즉, 가압경사면(252)은 그 상단 내경이 가장 넓고 하단으로 갈수록 내경이 점차로 좁아지는 경사면으로 형성되어 있으며, 상기 쐐기링(25a)의 가압경사면(252) 내측으로 삽입 설치되는 제품성형금형(25b)의 외면은 상기한 쐐기링의 가압경사면(252)에 긴밀하게 밀착될 수 있도록 상기한 가압경사면(252)과 같은 경사각도를 가지도록 상단 외경이 가장 크고 하단으로 갈수로 외경이 좁아지는 경사면으로 된 피가압경사면(253)으로 형성되어 있으며, 또한 상기 쐐기링(25a)과 제품성형금형(25b) 각각은 서로 경사진 상태로 면접촉하는 가압경사면(252)과 피가압경사면(253)의 경계부위를 기준하여 쐐기링(25a) 및 제품성형금형(25b) 각각의 내부에 끼워진 상태로 조립되는 어댑터(5)에 의하여 결속되어 있으며, 상기 어댑터(5)는 도 4의 도시와 같이 쐐기링(25a)과 제품성형금형(25b) 내부로 삽입된 양단은 넓은 폭 또는 두꺼운 두께로 형성되어 있는 한편, 가압경사면(252)과 피가압경사면(253)이 면접촉하는 경계부위는 좁은 폭 또는 얇아진 두께로 형성되어 마치 실패모양의 형상으로 형성된 채 상기 쐐기링(25a)과 제품성형금형(25b)의 경계부위에 일정간격으로 다수 형성되어 있으며, 또한 상기 어댑터(5)는 도 5 및 도 6의 도시와 같이 상기 제품성형금형(25b)의 상단에서부터 하단까지 이르는 길이로 형성되어 상기 쐐기링(25a)이 상,하로 이동됨에 따라 제품성형금형(25b)을 외측에서 중심을 향해 압축력을 발생시켜 제품성형금형(25b) 자체에 수축변형이 일어나 캐비티(B)를 수축되게 하거나 또는 외측을 향해 팽창력을 발생시켜 제품성형금형(25b) 자체에 팽창변형이 일어나 캐비티(B)가 수축되기 이전 상태로 복원시키는 작용을 담당하게 된다.
또한, 본 발명은 상기 제품성형금형(25b)의 캐비티(B)를 통해 스퍼기어 및 헤리컬기어와 같은 치형제품을 성형 및 생산할 수 있도록 하기 위하여 상기한 캐비티(B)의 내면에는 스퍼기어 및 헤리컬기어와 같은 치형돌부(254)와 치형요부(255)가 교대적으로 연속하도록 다수 형성되어 있는데, 상기한 치형돌부(254)와 치형요부(255) 각각은 생산하고자 하는 치형제품이 스퍼기어일 경우에는 직선형으로 형성된 것이 사용되며, 헤리컬기어일 경우에는 사선형으로 형성된 것이 사용된다.
또한, 본 발명의 하부 플런저팁(27a)은 상기 제품성형금형(25b)의 캐비티(B) 및 그 내면에 형성된 치형돌부(254)와 치형요부(255) 등과 동일한 규격 및 모양을 갖도록 형성되어 상기한 캐비티(B)에 투입되는 소재가 누설되지 않고 캐비티에서 성형될 수 있도록 하였는데, 상기한 캐비티(B)에서 성형되는 치형제품이 스퍼기어일 경우에는 치형돌부(254)와 치형요부(255)가 직선형으로 형성되어 있으므로 하부 플러저팁(27a)이 캐비티(B) 내측에서 수직적으로 상,하 이동하면서 성형이 완료된 치형제품을 탈형시킬 수 있게 되지만, 상기한 캐비티(B)에서 성형되는 치형제품이 헤리컬기어일 경우에는 치형돌부(254)와 치형요부(255)가 사선형으로 형성되어 있기 때문에 상기한 하부 플런저팁(27a)을 수직적으로 상,하 이동시키는 작동으로는 탈형시킬 수 없다. 따라서 이 경우에는 상기한 하부 플런저팁(27a)을 캐비티(B)에 사선형으로 형성된 치형돌부(254)와 치형요부(255)를 따라 사선방향으로 회전되게 하면서 탈형시켜야 하며, 또 원위치로 복귀시킬 때에도 탈형시와는 반대방향으로 회전되면서 복귀되어야 한다.
이를 위해, 본 발명의 하부 플런저(27)가 승강작동될 때 하부 가압실린더(26) 내부로는 침입하지 않는 위치에 해당하는 하부 플런저(27)의 중간부분은 베어링(27c)에 의하여 연결된 구조로 형성되어 하부 플런저팁(27a)이 사선형으로 된 치형돌부(254)와 치형요부(255)가 형성된 캐비티(B)를 상,하로 이동될 때 상기한 치형돌부(254)와 치형요부(255)를 따라 회전될 수 있도록 구성되어 있다.
상기에서의 베어링(27c)은 트러스트 베어링이 사용된다.
그리고, 상기 제품성형금형(25b)의 캐비티(B)를 통해 성형하고자 하는 치형제품의 두께는 하부 가압실린더(26)에 설치된 하부 플런저(27)의 하강하는 작동거리를 조절하므로서 그 두께를 조절할 수 있는데, 이를 위해 상기 하부 플런저(27)의 하단(27b)에 삽탈가능하게 설치되는 치형두께제어블럭(32)은 성형하고자 하는 치형제품 두께의 치수에 따라 여러 규격(두께)으로 미리 제작된 치형두께제어블럭(32)들 중에서 선택하여 하부 플런저(27)의 하단(27c)을 지지토록 한다.
한편, 상기 하부 고정금형장치(200)의 고정금형홀더(23)의 상단에는 쐐기링(25a)의 상,하 작동폭을 제어함과 동시에 제품성형금형(25b) 상단을 지지하기 위한 금형설치부 덮개(6)가 고정 설치되어 있다.
또한 상기 형체력유지장치(4)는 치형제품을 성형하기 위해 상부 가동금형장 치(100)의 하강작동으로 가동금형코아(14)가 하부 고정금형장치(200)의 고정금형코아(24)에 장착된 제품성형금형(25b)에 형합되었을 때 유압실린더(41)가 작동하여 쐐기(42)를 출현작동시키게 되면 상기한 쐐기(42)의 상,하부 돌기가 형합된 가동금형홀더(13) 및 고정금형홀더(23) 각각의 양측에 형성된 요홈에 삽입되면서 가동금형코아(14)와 고정금형코아(24)의 형체력을 유지시키도록 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명으로 치형제품을 성형하는데 따른 작용을 설명한다.
도 1의 도시는 상부 가동금형장치(100)가 상승이동된 상태이며, 또한 하부 고정금형장치(200)의 쐐기링실린더(29)가 쐐기링작동판(28)을 상승이동시켜서 쐐기링(25a)이 제품성형금형(25b)의 상단으로 이동된 상태(도 6 참조)가 되어 제품성형금형(25b)이 그 내부 중심을 향해 수축변형된 상태이며, 이에 따라 제품성형금형(25b)의 캐비티(B)가 수축된 상태가 되는데, 이와 같이 쐐기링(25a)의 상승작동으로 제품성형금형(25b)을 수축변형시킨 상태로서의 수축된 캐비티(B)가 바로 성형하고자 하는 치형제품을 성형하기 위한 치수가 된다.
상기와 같이 상부 가동금형장치(100)가 상승이동되면 하부 고정금형장치(200)의 고정금형코아(24)에 설치된 제품성형금형(25b)의 캐비티(B)는 개구된 상태가 되므로서 상기한 캐비티(B)에 소재를 투입시키게 되며, 소재의 투입이 완료되면 곧바로 상부 가동금형장치(100)의 하강작동하여 가동금형홀더(13)에 장착된 가동금형코아(14)가 하부 고정금형장치(200)의 제품성형금형(25b)에 형합될 때에는 상기한 캐비티(B)에 투입된 소재는 가동금형코아(14)에 의해 일차적으로 가압되는 상태가 되어 소재는 캐비티(B) 내부에 일차적으로 충전되어지며, 이어서 형체력유지장치(4)의 유압실린더(41)가 작동하여 쐐기(42)를 출현작동시켜서 상기한 쐐기(42)에 형성된 상,하부 돌기가 가동금형홀더(13)의 하단 및 고정금형홀더(23)의 상단 각각의 양측에 형성된 요홈에 삽입되므로서 가동금형홀더(13)는 고정금형홀더(23)에 형합된 상태로서의 형체력을 그대로 유지하게 된다.(도 2 참조)
따라서 상기와 같이 형체력유지장치(4)의 쐐기(42)가 가동금형홀더(13)와 고정금형홀더(13)의 형합상태를 견고히 고정시키게 되는 형체력유지작동이 완료된 상태에서는 상부 가동금형장치(100)의 상부 가압실린더(15)가 작동하여 상부 플런저(16)를 하강작동시켜 상부 플러저팁(16a)이 캐비티(B)에 충전되어 있는 소재를 다시 한번 더 가압하게 되더라도 소재에 가해진 압력에 의해 상기한 가동금형코아(14)가 순간적으로 들뜨는 현상이 일어나지 않게 되는 한편, 캐비티(B)에 충전된 소재는 상부 플런저팁(16a)의 가압작동에 의해 이차적으로 단조가공되어 캐비티(B)에서 성형되는 치형제품에는 수축공이나 기포공의 결함이 제거됨과 동시에 조직이 치밀한 상태로 성형되는 것이다.
상기와 같이 가동금형홀더(13)와 고정금형홀더(23)의 형체력을 유지시킨 상태에서 캐비티(B)에서 치형제품의 성형작동이 완료되면, 먼저 양측 형체력유지장치(4)의 쐐기(42)를 후퇴작동시켜 형체력을 해제시킨 상태에서 캐비티(B)에서 성형이 완료된 치형제품을 도 3의 도시와 같이 탈형시키게 되는데, 치형제품의 탈형작동을 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상부 가동금형장치(100)를 상승작동시킴과 동시에 이젝트실린더(18)를 작동시켜 이젝트판(17)을 하강시키게 되면 이젝트핀(17a)이 캐비티(B)에서 성형된 치형제품(300)을 가동금형코아(14) 및 상부 플런저팁(16a)에서 이완시키게 되므로서 상부 가동금형장치(100)가 상승작동될 때에는 치형제품(300)은 캐비티(B)에서 성형된 상태 그대로 있게 되는데, 이때 캐비티(B)는 앞에서 설명한 바와 같이 쐐기링(25a)에 의해 수축된 상태이며, 또한 수축된 캐비티(B)에서 성형된 치형제품(300)이 캐비티의 내면에 교대적으로 연속해서 형성된 치형돌부(254)와 치형요부(255)들에 접촉되어 있는 상태에서는 치형제품(300)을 손상시키지 않고 안전하게 탈형시킬 수 없게 된다.
따라서 본 발명에서는 상부 가동금형장치(100)가 상승작동을 개시하여 가동금형코아(14) 및 상부 플런저팁(16a)이 캐비티(B)에서 성형된 치형제품(300)에서 이완되면 곧바로 쐐기링실린더(29)의 작동으로 쐐기링작동판(28)을 하강시키게 되면 이에 따라 연결봉(28a)이 쐐기링(25a)을 도 6의 도시와 같이 하강시키게 되는데, 이때 상기 쐐기링(25a)의 외주면(251)은 금형설치부(24a)의 내주면에 수직단면상으로 당접된 상태에서 수직적으로 하강하게 됨에 따라 가압경사면(252)이 제품성형금형(25b)의 피가압경사면(253)을 압축시켰던 가압력을 해제시키게 되며, 이와 동시에 어댑터(5)를 외측방향으로 당겨주면서 하강하게 되므로서 제품성형금형(25b)은 수축변형되기 이전 상태로 팽창복원되며, 이에 따라 캐비티(B)도 팽창복원되므로서 수축상태의 캐비티(B)에서 성형된 치형제품(300)은 팽창복원된 캐비티(B)의 치형돌부와 치형요부 각각에서 이완되어 미세한 틈새를 발생시키게 되며, 이러한 미세한 틈새는 곧 치형제품(300)을 용이하게 탈형시킬 수 있게 하는 빼기구배가 되는 것이다.
상기와 같이 팽창복원된 캐비티(B)와 치형제품(300) 사이에 미세한 틈새로 된 빼기구배를 형성시키는 작동이 완료된 후 하부 고정금형장치(300)의 하부 가압실린더(26)를 작동시켜서 하부 플런저(27)를 상승작동시키게 되면 하부 플런저팁(27a)은 빼기구배에 의해 팽창복원된 캐비티(B)의 내면에서 이완된 치형제품(300)을 상향으로 탈형시키게 되는데, 이때 캐비티(B) 내면에 형성된 치형돌부(254)와 치형요부(255)들이 스퍼기어와 같이 직선형으로 형성된 경우에는 하부 플런저팁(27a)은 도 7의 도시와 같이 그 외면에 형성되는 치형돌부 및 치형요부들이 직선형으로 형성되어 있으므로서 하부 플런저(27)의 상승작동에 따라 상부 플런저팁(27a)은 캐비티(B) 하측에서 상측을 향해 직선상(도 3의 직선상태로 표시된 화살표 참조)으로 상승이동하면서 치형제품(300)을 탈형시키게 되며, 상기한 캐비티(B) 내면에 형성된 치형돌부(254)와 치형요부(255)들이 사선형으로 형성된 경우에는 하부 플런저팁(27a)은 도 8의 도시와 같이 치형돌부와 치형요부들이 사선형으로 형성되어 있으며, 또 하부 플런저(27)의 중간부분에서 베어링(27c)으로 계합된 상태이므로 회전이 가능한 상태이다. 따라서 상기 하부 플런저팁(27a)이 캐비티(B)의 하측에서 상측으로 상승이동될 때에는 치형제품(300)과 함께 사선형으로 된 치형돌부와 치형요부의 기울기 방향으로 회전(도 3의 회전상태로 표시한 화살표 참조)하면서 치형제품(300)을 안전하게 탈형시키게 된다.
상기와 같이 하부 플런저팁(27a)의 상승작동으로 캐비티(B)에서 탈형된 치형제품(300)은 로버트팔과 같은 자동취출장치를 이용하여 취출하게 되며, 치형제품의 취출작동이 완료된 후에는 하부 플런저팁(27a)을 캐비티(B)에 삽입시킨 다음 앞에 서 설명한 소재를 투입시키는 과정에서부터 치형제품을 취출하게 되는 연속작동을 반복하여 치형제품을 생산하게 되는 것이다.
상기와 같은 본 발명은 반고상(반용융) 상태 또는 액상 상태의 알루미늄 합금재질의 소재를 상,하 수직적인 왕복운동을 하는 기존의 프레스장치를 이용하여 스퍼기어 및 헤리컬기어 등의 치형제품을 생산할 수 있도록 하는 효과를 제공하며, 치형제품을 성형하는 캐비티에 소재를 투입하기 전에 먼저 상기한 캐비티가 형성된 제품성형금형 자체에 외력을 가하여 수축변형시킬 수 있는 허용범위내로 압축시켜서 캐비티를 수축시킨 상태에서 소재를 투입하여 치형제품을 성형토록 하며, 치형제품의 성형을 완료한 후에는 상기한 제품성형금형에 가하던 압축력을 해제시킴과 동시에 그 제품성형금형 자체를 외측방향으로 확장시키는 방법으로 제품성형금형 및 그 내측의 캐비티를 수축되기 이전 상태로 팽창복원시키므로서 수축된 캐비티에서 성형이 완료된 치형제품과 수축되기 이전 상태로 팽창복원된 캐비티와의 사이에 미세한 틈새로 이완된 빼기구배가 형성되도록 하여 성형이 완료된 치형제품을 안전하고 용이하게 탈형시킬 수 있도록 하는 효과가 있으며, 또한 캐비티에 투입된 소재를 하부 가동금형장치의 하강작동으로 가동금형코아와 상부 플런저팁을 하부 고정금형장치에 장착된 제품성형금형에 형합시킬 때 소재를 가압하게 되는 일차적인 가압작동으로 소재를 캐비티에 충전시킨 다음 이어서 상부 플런저가 하강작동하여 하부 플런저팁으로 하여금 캐비티에 충전된 소재를 한번 더 가압하는 이차적인 가압작동으로 캐비티에서 성형되는 소재는 수축공이나 기포공의 결함이 없고 치밀한 조직을 갖는 우수한 품질의 치형제품을 생산할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
Claims (11)
- 하부 고정금형장치의 고정금형코아 내부에 장착된 제품성형금형을 금속재질의 특성상 수축작용이 일어날 수 있는 가능한 범위내에서 압축력을 가하여 상기 제품성형금형의 캐비티가 미세하게 수축변형되도록 하는 금형수축단계와;상기 단계에서 수축변형된 상기 캐비티에 액상상태이거나 반고상(반용융)상태의 알루미늄 합금재질로 된 소재를 투입하는 소재충전단계와;상기 단계에서 캐비티에 투입된 소재를 상부 가동금형장치의 가동금형코아 및 상부 플런저의 가압작동으로 가압하여 수축변형된 상기 캐비티내에서 치형제품을 성형하게 되는 제품성형단계와;상기 단계에서 수축변형된 상기 캐비티내에서 성형이 완료된 치형제품을 탈형시키기 위해 상부 가동금형장치를 하부 고정금형장치에서 이완시킨 다음 이어서 상기 제품성형금형에 팽창력을 작용시켜서 상기한 금형수축단계에서 수축변형되었던 상기 캐비티를 수축 전 상태로 복원시키므로서 수축변형시 캐비티에서 성형이 완료된 치형제품의 외면과 팽창된 캐비티의 내면과의 사이에 미세한 틈새의 빼기구배가 형성되게 하는 금형팽창단계와;상기 단계에서 형성된 빼기구배에 의해 상기 캐비티와 이완된 치형제품을 하부 플런저의 탈형작동으로 제품성형금형에서 탈형시키는 제품탈형단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 치형제품을 성형하는 주·단조 공법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제품성형단계는 상부 가동금형장치의 가압작동으로 가동금형코아와 이에 장착된 상부 플런저가 동시에 상기한 제품성형금형의 캐비티에 투입된 소재를 가압하는 일차적인 가압단계와, 상기의 일차적인 가압단계가 완료된 직후 곧바로 상기한 상부 플런저만 재차 가압작동이 진행되게 하는 이차적인 가압단계를 더 포함하여 상기한 캐비티에서 충진 성형되는 치형제품에 존재하게 되는 수축공이나 기포공의 결함이 제거되고 치밀한 조직의 치형제품을 생산하는 것을 특징으로 하는 치형제품을 성형하는 주·단조 공법.
- 상,하로 왕복운동을 하도록 프레스장치의 상부 플래튼에 착탈가능하게 부착되는 가동금형판과, 상기 가동금형판 저부의 좌,우 양측에 부착된 상부 지지블럭에 의하여 상기한 가동금형판의 저부와는 일정간격으로 이격된 상태로 설치되는 가동금형홀더와, 상기 가동금형홀더의 저부에 가압면이 노출된 상태로 설치되는 가동금형코아와, 상기 가동금형판의 저부에 설치되는 상부 가압실린더와, 상기 상부 가압실린더에 의하여 상기한 가동금형홀더에 형성된 홀더중심공 및 상기한 가동금형코아에 형성된 금형중심공을 통해 승강작동하도록 설치되는 상부 플런저를 구비하고 있는 상부 가동금형장치;상기 상부 가동금형유닛의 하측에 일정거리 이격된 상태로 위치하도록 프레스장치의 하부 플래튼에 고정 설치되는 고정금형판과, 상기 고정금형판 상부의 좌,우 양측에 부착된 하부 지지블럭에 의하여 상기 고정금형판의 상부와는 일정간격으 로 이격 설치되는 고정금형홀더와, 상기 고정금형홀더의 상면에 상향을 향해 개구된 상태로 요입 형성된 금형설치부에 삽입 설치되는 쐐기링과, 상기 쐐기링의 중심에 캐비티가 상향으로 개구된 상태로 삽입 설치되는 제품성형금형과, 상기 고정금형판의 상면에 설치되는 하부 가압실린더와, 상기 하부 가압실린더에 의하여 상기한 고정금형코아에 형성된 홀더중심공을 통해 상기 제품성형금형의 캐비티에 투입되는 소재를 받쳐주는 작용과 캐비티에서 성형이 완료된 치형제품을 탈형시킬 수 있도록 승강작동이 가능하게 설치되는 하부 플런저를 구비하고 있는 하부 고정금형장치;로 구성된 것을 특징으로 하는 치형제품을 성형하는 주·단조 금형장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 쐐기링은 고정금형코아의 금형설치부 안에서 상,하 수직적인 승강작동이 가능하도록 그 외면이 상기한 금형설치부의 내면과 같이 수직단면으로 형성되어 있는 한편, 상기 쐐기링의 중심에 형성된 금형안착부는 그 상단 내경이 가장 크고 하단으로 갈수록 점차로 좁아지도록 경사진 내경을 가지는 가압경사면으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 치형제품을 성형하는 주·단조 금형장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 쐐기링 중심의 금형안착부에 삽입 설치되는 상기 제품성형금형은 그 중심에 치형제품을 성형하기 위한 캐비티가 마련되어 있으며, 또한 그 외면은 상기한 쐐기링의 가압경사면에 긴밀하게 밀접되는 경사각도를 가지도록 상단 외경이 가장 크고 하단으로 갈수록 외경이 점차로 작아지는 경사면으로 된 피가압경사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 치형제품을 성형하는 주·단조 금형장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 쐐기링과 제품성형금형 사이에는 쐐기링의 가압경사면과 제품성형금형의 피가압경사면을 밀착된 상태로 결속시킴과 동시에 상기 쐐기링이 제품성형금형에 대하여 외경이 가장 큰 피가압경사면의 상단방향으로의 상승이동시에는 쐐기링의 가압경사면과 함께 상기 제품성형금형 자체를 중심 방향으로 압축시켜서 캐비티를 수축변형시키는 한편, 상기 쐐기링이 제품성형금형에 대하여 외경이 가장 작은 피가압경사면의 하단방향으로의 하강이동시에는 제품성형금형 자체를 외측 방향으로 팽창시켜서 캐비티를 팽창변형시키는 어댑터가 일정간격으로 다수 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 치형제품을 성형하는 주·단조 금형장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 어댑터는 제품성형금형의 피가압경사면과 같은 경사각도를 가진 채 상기한 피가압경사면의 상단에서부터 하단까지 이르는 길이로 설치되며, 또한 상기 쐐기링과 제품성형금형을 결속시키기 위해 그들의 각 내부에 끼워지는 양단의 두께는 넓고 쐐기링의 가압경사면과 제품성형의 피가압경사면의 경계부위에 위치하는 중간부분의 두께는 좁게 형성되는 실패모양의 단면 형상으로 형성된 것임을 특징으로 하는 치형제품을 성형하는 주·단조 금형장치.
- 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,상기 쐐기링은 하부 고정금형유닛의 고정금형판 상면에 설치된 복수의 쐐기링실린더에 의하여 고정금형홀더의 금형설치부안에서 승강작동을 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 치형제품을 성형하는 주·단조 금형장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 하부 고정금형유닛의 하부 가압실린더는 고정금형판 상면에 고정 설치된 실린더 지지블럭에 의하여 지지되어 있으며, 상기 고정금형판과 하부 가압실린더 사이에는 하부 플런저의 하단이 상기한 하부 가압실린더의 저부측으로 하강하게 되는 하강작동폭을 제어하여 제품성형금형의 캐비티에서 성형되는 치형제품의 두께를 조절하기 위한 치형두께제어블럭이 삽탈가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 치형제품을 성형하는 주·단조 금형장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 제품성형금형의 캐비티 내주면에 교대적으로 형성된 다수의 치형돌부 및 치형요부들은 스퍼기어나 헤리컬기어와 같이 직선형이나 사선형으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 치형제품을 성형하는 주·단조 금형장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 하부 플런저의 도중에는 제품성형금형의 캐비티에서 헤리컬기어와 같은 치형제품을 성형하게 될 때 그 성형이 완료된 치형제품을 탈형시키기 위한 하부 플런저팁이 상기한 캐비티 내주면에 형성된 사선형의 치형돌부와 치형요부를 따라 회전하면서 상승 및 하강 이동되게 하는 베어링이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 치형제품을 성형하는 주·단조 금형장치.
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