KR101016614B1 - 단조금형의 이젝팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단조금형에 있어서 제품을 탈형시키기 위한 이젝팅 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 이젝팅 장치의 일 구성인 이젝터 핀이 합형 압력에 의해 후퇴되지 않도록 한 점과, 이젝터 핀을 외부 수냉방식에 의해 냉각한다는 것에 특징을 둔 단조금형의 이젝팅 장치에 관한 것이다.

본 발명의 주요 특징은,

하형의 핀홀에 관통 삽입되는 이젝터 핀을 구비한 단조금형의 이젝팅 장치에 있어서; 상기 이젝터 핀의 핀홀 삽입부는 하측에 비해 상측의 외경이 크고, 상측과 하측 사이에 소정각도로 구배진 경사면이 형성됨을 포함하며, 상기 핀홀은 상기 핀홀 삽입부와 상응하는 형태로 된 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단조금형의 이젝팅 장치이다.

금형, 이젝터 핀, 냉각장치, 외부냉각

Description

단조금형의 이젝팅 장치{Ejecting apparatus of forging mold}

본 발명은 단조금형에 있어서 제품을 탈형시키기 위한 이젝팅 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 이젝팅 장치의 일 구성인 이젝터 핀이 합형 압력에 의해 후퇴되지 않도록 한 점과, 이젝터 핀을 외부 수냉방식에 의해 냉각한다는 것에 특징을 둔 단조금형의 이젝팅 장치에 관한 것이다.

일반적으로 단조성형은 도 1에서와 같이 용탕상태의 용융금속을 단조금형의 캐비티(3)에 주입한 후 가압 및 냉각시킴으로써 단조금형의 캐비티(3)에 상당하는 성형물(M)을 만들어내는 성형방법으로서, 성형이 완료되면 이젝터 핀(ejector pin)(4)을 전진시켜서 성형물을 금형으로 부터 밀어내어 탈형되게 함에 따라 최종적으로 성형물을 얻게 된다.

상기한 이젝터 핀(4)은 하형(2)의 핀홀(2a)을 관통하여 캐비티(3)와 연통되어 있다. 이때, 이젝터 핀(4)의 구경은 이젝터 핀의 외경에 비해 공차 범위 내에서 약간 크게 되어 있어서 성형물의 탈형을 위해 전진하거나 또는 복귀를 위한 후퇴시 원활성이 확보되도록 하고 있다.

그러나, 종래의 이젝터 핀은 다음과 문제점이 지적된다.

첫 째, 하형(2)의 핀홀(2a)과 이를 관통하는 이젝터 핀(4)의 상부가 직선형으로 되어 있어서 상형(1)과 하형(2)이 합형될 때 상,하형에 의해 형성되는 캐비티 (3)내의 성형 압력에 의해 이젝터 핀(4)이 정위치를 이탈하여 도 2a와 같이 아래로 밀려나는 슬립현상이 발생한다.

이렇게 되면, 이젝터 핀(4)이 밀려난 공백만큼 용탕이 침투하여 성형물(M)에 버(burr)(b₁)가 발생하기 때문에 이를 제거하기 위한 후공정이 수반되어야 하므로 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

둘 째, 이젝터 핀(4)은 하형을 관통하고 있는 핀홀(2a)을 막고 있어서 하형의 일부 역할을 담당하고 있다. 그런데, 상기 이젝터 핀(4)은 고정된 하형(2)을 기준으로 상하로 직선운동이 가능하면서도 핀홀(2a)을 막아서 하형(2)으로서 일부 역할도 담당해야 하기 때문에 핀홀(2a)과 이젝터 핀(4) 사이의 공차를 극히 미세하게 함으로써 이젝터 핀의 유동을 허용하면서도 용탕이 이들 사이로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 하고 있다.

그러나, 이젝터 핀(4)과 핀홀(2a) 사이의 공차가 극히 미세하다 하더라도 어느 정도의 용탕유입은 감수할 수밖에 없는데, 이 경우 공차 내로 유입된 용탕이 응고되면서 이젝터 핀(4)의 승강운동을 방해하게 된다.

더욱이, 종래의 이젝터 핀(4)과 핀홀(2a)은 도 2b와 같이 모두 굴곡없는 스트레이트 형태를 취하고 있어서, 용탕이 핀홀(2a) 내면으로 유입되기 쉬운 구조를 취하고 있다. 따라서, 손쉬운 용탕유입으로 인해 용탕이 유입되는 면적이 매우 넓 어지게 되어 이젝터 핀(4)의 승강운동을 더욱 방해하는 결과를 초래하게 된다.

또한, 상기 이젝터 핀(4)과 핀홀(2a) 사이로 유입되는 용탕의 양이 많기 때문에 이로 인한 버(b₂)의 길이가 길어지게 되어 이를 제거하기 위한 후가공이 반드시 필요하고, 불필요하게 용탕 소모량도 많아져서 원가상승의 원인이 되고 있다.

세 째, 통상 성형물이 두꺼운 부분과 얇은 부분을 함께 갖는 형태라면 얇은 부분은 급냉되는데 반해, 두꺼운 부분은 상대적으로 서냉되기 때문에 이러한 냉각불균형으로 인해 성형물이 변형되는 현상이 발생하게 된다. 이를 조금이나마 방지하기 위해서, 하형으로서 일부 역할을 담당하는 이젝터 핀(4)에 냉각기능을 더해서 두꺼운 부분의 냉각이 보다 신속하게 이루어질 수 있도록 하고 있다.

하지만, 종래의 이젝터 핀(4)은 내부 냉각방식이면서 공랭방식을 취하고 있어서 냉각범위가 좁고 냉각효율도 떨어진다.

또한, 종래의 이젝터 핀(4)은 그 내부에 냉각유로가 형성되어 있어서 내부냉각이 우선적으로 진행되고, 냉각온도가 표면으로 전도되면서 비로소 표면 냉각이 이루어지게 된다. 그러나, 냉각온도가 이젝터 핀의 표면으로 전도되는데 시간이 걸리고, 외부온도에 의해 온도손실도 있어서 표면의 직냉방식에 비해 냉각효과가 떨어질 수 밖에 없다.

또한, 이젝터 핀(4)의 내부에 미세한 냉각유로를 형성하는 것도 매우 어려운 것이어서 제작비가 많이 소요되고, 냉각유로가 형성된 부위는 이젝터 핀의 내부가 비어있는 상태이므로 변형강도가 취약해 지는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 주요 목적은 이젝터 핀과 핀홀의 구조를 개선하여 상형과 하형의 형합시 캐비티의 압력에 의해 이젝터 핀이 정위치로 부터 후퇴되는 것을 방지할 수 있도록 한 단조금형의 이젝팅 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 하형에 이젝터 핀을 외부 수냉방식에 의해 냉각하는 핀 냉각장치를 부설하여 이젝터 핀의 냉각효과를 높일 수 있도록 하고 또한, 이젝터 핀의 내부에 냉각홀을 형성하지 않으므로 해서 이젝터 핀의 변형강도를 강화시킬 수 있는 단조금형의 이젝팅 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 구현하기 위하여 본 발명은, 하형의 핀홀에 관통 삽입되는 이젝터 핀을 구비한 단조금형의 이젝팅 장치에 있어서; 상기 이젝터 핀의 핀홀 삽입부는 하측에 비해 상측의 외경이 크고, 상측과 하측 사이에 소정각도로 구배진 경사면이 형성됨을 포함하며, 상기 핀홀은 상기 핀홀 삽입부와 상응하는 형태로 된 것을 더 포함하는 것이다.

또한, 본 발명은, 핀홀 삽입부의 경사면 상측과 하측은 설치상태를 기준으로 수직면인 것을 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은, 핀홀 삽입부의 상측과 핀홀 사이의 공차에 비해, 핀홀 삽입부의 하측과 핀홀 사이의 공차를 더 크게 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은, 하형의 밑면에 고정된 채, 상기 이젝터 핀의 외주면을 향해 냉각수를 분사하는 냉각장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 냉각장치는, 내부에 환형의 메인유로를 갖는 링체와, 상기 링체의 일측에 상기 메인유로와 연통되게 형성되는 냉각수 유입포트와, 상기 링체의 내주면에 상기 메인유로와 연통되게 형성되는 냉각수 토출포트로 구성된다.

또한, 본 발명은, 이젝터 핀의 하부에 결합되는 이젝터 핀 베이스와 상기 하형 사이에 설치되어, 이젝터 핀 베이스와 하형 사이의 간격을 이격시키는 방향으로 탄성력을 발휘하는 스프링체를 더 포함할 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

첫 째, 이젝터 핀에 스토퍼 역할을 하는 경사면이 있어서 금형의 형합시 방생되는 캐비티의 내부 압력에 의해 정위치로 부터 밀려나는 것을 방지할 수 있다.

둘 째, 이젝터 핀과 핀홀 사이로 용탕이 유입되는 길이 및 양이 기존 대비 줄었기 때문에 불필요한 용탕소모를 방지할 수 있고, 버의 길이가 짧아져서 후가공이 간편하다.

세 째, 이젝터 핀을 냉각함에 있어서 외부 냉각방식을 채택함으로써 냉각효과가 좋고, 이젝터 핀홀에 냉각홀을 형성하지 않으므로 해서 이젝터 핀의 강도를 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 3 내지 도 6을 참조하여 상세 히 설명한다.

본 발명에 따른 단조금형(10)은 도 3, 4에서와 같이 크게 상형(20)과 하형(30)으로 구성되며, 이들 사이에는 성형공간인 캐비티(40)가 구성된다.

또한, 상기 단조금형(10)에는 성형이 완료된 성형물을 금형으로 부터 탈형시키기 위한 이젝팅 장치(50)가 설치된다.

상기 이젝팅 장치(50)는, 상기 하형(30)의 캐비티(40) 영역 내에 수직상으로 천공된 핀홀(32)을 관통하게 설치되어 성형물을 탈형시켜주는 수 개의 이젝터 핀(52)과; 상기 이젝터 핀(52)을 냉각시키기 위한 냉각장치(54)와; 이에 더하여, 탈형 후에 이젝터 핀(52)이 원위치로 복귀되는 것을 도와주는 스프링체(56)로 크게 구성된다.

상기한 이젝터 핀(52)은 수직상의 원기둥 형상을 이루고 있으며, 하부는 이젝터 핀 베이스(60)에 나사결속되어 있다. 이때, 상기 이젝터 핀(52)은 이젝터 핀 베이스(60)와 함께 하부로드(70)에 의해 승강 동작이 가능하다.

또한, 상기 이젝터 핀(52)의 상측은 상기 핀홀(32)에 삽입되는데, 이를 핀홀 삽입부(520)가 칭하기로 한다.

상기 핀홀 삽입부(520)는 하측(이하 '소경부(524)'라 함)에 비해 상측(이하 '대경부(522)'라 함)의 외경이 크고, 상측과 하측 사이에는 소정각도로 구배진 경사면(526)이 형성된다. 물론, 상기 핀홀 삽입부(520)가 삽입되는 핀홀(32)도 핀홀 삽입부와 상응하는 형태로 됨은 당연하다.

이때, 상기 핀홀 삽입부(520)의 대경부(522)와 소경부(524)는 설치상태를 기 준으로 수직면을 이루고 있다.

그리고, 상기 대경부(522)와 핀홀(32) 사이의 공차(d₁)는 상대적으로 작고, 상기 소경부(524)와 핀홀(32) 사이의 공차(d₂)는 상대적으로 크게 설계된다.

그 이유는 상기 대경부(522)와 핀홀(32) 사이는 하형(30)의 캐비티(40)와 연통되어 있기 때문에 성형시 용탕이 대경부(522)와 핀홀(32) 사이로 유입될 수 있으므로 이를 최소화하기 위한 것이다. 하지만, 앞서 종래의 문제점에서도 언급한 바 있듯이 아주 미세한 공차라 하더라도 액상의 용탕이 유입되는 것은 어쩔 수 없을 것이다. 허나 상기 대경부(522)의 수직길이가 짧기 때문에 용탕 유입량이 작고 이젓이 응고되어 형성되는 버(burr)의 크기가 미미하여 후속가공이 간단할 뿐만 아니라 이젝터 핀(52)의 승강운동에 그다지 영향을 주지 않으므로 이젝터 핀의 원활한 승강운동이 가능하게 된다.

반면, 상기 소경부(524)와 핀홀(32) 사이의 공차(d₂)는 상대적으로 크게 설계되기 때문에 이젝터 핀(52)의 원활한 승강운동이 가능하다.

한편, 상기 경사면(526)은 도면에서 보듯이 대경부(522)로 부터 소경부(524)로 갈수록 점차 좁아지는 형태의 깔때기 형상을 이루고 있으므로 이젝터 핀(52)이 하강(복귀)할 때 경사면(526)이 핀홀(32)의 경사면(320)에 안착된 채 더 이상 하강되는 것을 방지하게 되므로 이젝터 핀(52)이 정상적인 복귀위치로 부터 밀리는 현상을 방지할 수 있을 것이다.

아울러, 성형시 상기 이젝터 핀(52)의 경사면(526)과 핀홀(32)의 경사 면(320)이 밀착되면서 용탕이 아래로 침투되는 것을 차단하는 작용을 하게 되므로 결국 용탕의 침투는 대경부(522)와 핀홀(32) 사이의 공간으로 제한된다.

이로써, 버의 크기를 최소한으로 줄일 수 있고, 이젝터 핀(52)의 승강운동시 제약을 상당히 저감시키게 된다.

다른 실시예로서, 경사면이 아닌 수평면을 생각할 수도 있겠으나, 수평면의 경우에는 수평면 상에 이물질이 쌓일 경우 이것이 배출되지 않은 채 남아있게 되어 이젝터 핀(52)의 후퇴위치가 틀려지게 할 우려가 있으므로 배제되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 냉각장치(54)는 도 5, 6에서 보듯이 하형(30)의 밑면에 고정된 채, 상기 이젝터 핀(52)의 외주면을 향해 냉각수를 분사하여 줌으로써 이젝터 핀(52)을 냉각시키기 위한 장치이다. 이를 구체적으로 보면 다음과 같다.

내부에 환형의 메인유로(542)를 갖는 링체(540)와, 상기 링체(540)의 일측에 상기 메인유로(542)와 연통되게 형성되는 냉각수 유입포트(544)와, 상기 링체(540)의 내주면에 상기 메인유로(542)와 연통되게 형성되는 냉각수 토출포트(546)로 구성된다. 상기 냉각수 토출포트(546)에는 냉각수의 토출압력을 강력하게 하기 위해 노즐을 설치할 수도 있다.

상기 냉각장치(54)는 이젝터 핀(52)의 외면을 향해 냉각수를 분사함에 따라 내부 냉각에 비해 냉각효과가 크고, 냉각효과가 크면 이젝터 핀과 접하고 있는 성 형물의 두꺼운 부분을 신속하게 냉각시킬 수 있으므로 성형물의 얇은 부분과의 냉각속도 발란스를 맞출 수 있는 장점이 있으며, 이젝터 핀(52)의 내부에 별도로 냉각유로를 형성하지 않아도 되므로 이젝터 핀(52)의 강도 향상에도 일조하게 된다.

미 설명부호 540a는 링체(540)를 하형(30)에 볼트 체결하기 위한 고정편이고, 549는 냉각수가 저장되어 있는 냉각수 탱크이며, 548은 냉각수 탱크의 냉각수를 링체(540)로 공급해 주는 펌프이다.

한편, 상기 스프링체(56)는 하형(30)과 이젝터 핀 베이스(60) 사이에서 이젝터 핀(52)의 외주에 감김 설치되어 있되, 탄성력 방향이 하형(30)과 이젝터 핀 베이스(60)를 이격시키는 방향으로 작용하고 있으므로 이젝터 핀(52)의 하강시 이젝터 핀(52)이 핀홀(32)에 완전하게 안착되지 않은 상태라 하더라도 스프링체(56)의 탄성력에 의해 강제로 안착되므로 이젝터 핀(52)의 안착위치를 교정해 주는 역할을 한다.

도 1은 종래 단조금형에 있어서 이젝팅 장치의 전체 구성도

도 2a는 종래 이젝팅 장치에 있어서 이젝터 핀이 후퇴된 상태도

도 2b는 종래 이젝팅 장치에 있어서 이젝터 핀과 핀홀 사이로 용탕이 인입된 상태도

도 3은 본 발명에 따른 단조금형에 있어서 이젝팅 장치의 전체 구성도

도 4는 본 발명에 따른 도 3의 분해단면도

도 5는 본 발명에 따른 이젝팅 장치에 있어서 냉각장치의 상세 단면도

도 6은 도 5의 분해 사시도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

30 : 하형

32 : 핀홀

50 : 이젝팅 장치

52 : 이젝터 핀

520 : 핀홀 삽입부 522 : 대경부

524 : 소경부 526 : 경사면

54 : 냉각장치

540 : 링체 542 : 메인유로

544 : 냉각수 유입포트 546 : 냉각수 토출포트

56 : 스프링체

Claims (6)

1. 하형의 핀홀에 관통 삽입되는 이젝터 핀을 구비한 단조금형의 이젝팅 장치에 있어서;

   상기 이젝터 핀의 핀홀 삽입부는 하측에 비해 상측의 외경이 크고, 상측과 하측 사이에 소정각도로 구배진 경사면이 형성됨을 포함하며,

   상기 핀홀은 상기 핀홀 삽입부와 상응하는 형태로 된 것을 더 포함하고,

   상기 하형의 밑면에 고정된 채, 상기 이젝터 핀의 외주면을 향해 냉각수를 분사하는 냉각장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단조금형의 이젝팅 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 핀홀 삽입부의 경사면 상측과 하측은 설치상태를 기준으로 수직면인 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단조금형의 이젝팅 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 핀홀 삽입부의 상측과 핀홀 사이의 공차에 비해, 핀홀 삽입부의 하측과 핀홀 사이의 공차가 더 큰 것을 특징으로 하는 단조금형의 이젝팅 장치.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉각장치는, 내부에 환형의 메인유로를 갖는 링체와, 상기 링체의 일측에 상기 메인유로와 연통되게 형성되는 냉각수 유입포트와, 상기 링체의 내주면에 상기 메인유로와 연통되게 형성되는 냉각수 토출포트로 구성된 것을 특징으로 하는 단조금형의 이젝팅 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 이젝터 핀의 하부에 결합되는 이젝터 핀 베이스와 상기 하형 사이에 설치되어, 이젝터 핀 베이스와 하형 사이의 간격을 이격시키는 방향으로 탄성력을 발휘하는 스프링체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단조금형의 이젝팅 장치.

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