KR101645023B1 - 테이퍼 진 결합부를 가지는 분말야금용 금형 - Google Patents

Abstract

외부금형의 테이퍼 진 공간에 테이퍼 진 벽면을 가지는 내부금형을 압입한 상태에서 고정하기 때문에 조립된 부품끼리 견고한 결합상태를 유지할 수 있고, 때에 따라 내부금형이 분할된 상태로 외부금형 내부에 장착되어 있기 때문에 금형이 깨지는 일이 거의 발생되지 않아서 수명이 매우 긴 분말야금용 금형이 개시된다. 상기 분말야금용 금형은 상하방향으로 한쪽으로 갈수록 점점 좁아지는 테이퍼 진 공간을 가지는 내부금형 결합부가 형성되어 있는 외부금형 및 상기 테이퍼 진 공간과 대응되는 테이퍼 진 외부벽면을 구비하여 상기 내부금형 결합부에 압입 결합되고, 상기 외부벽면 내측으로 제품성형에 필요한 내부공간을 제공하는 내부금형을 포함하는 구성을 한다.

Description

테이퍼 진 결합부를 가지는 분말야금용 금형{Powder metallurgy mold having a tapered joint portion}

본 발명은 분말야금용 금형의 개선에 대한 것으로, 특히 제품 성형 시 매우 높은 압력을 받는 분말야금용 금형의 개선에 대한 것이다.

분말야금용 금형(Powder Metallurgy Mold)은 금속 분말을 금형에 넣어 고압으로 원하는 형상의 제품을 성형하고, 이것을 용융점 이하로 가열 소결하여 제품을 만드는 데 사용되는 금형이다. 용융점이 높은 텅스텐이나 몰리브덴 등을 가공하는데 효과적인 방법으로서 일명 소결 금형이라고도 한다. 이러한 분말야금용 금형을 이용한 분말야금에 대한 종래기술은 등록번호 10-1248967호(발명의 명칭: 알루미늄 복합재의 제조방법, 발명자: 오카니와 시게루, 아오야마 시게키)의 등록특허공보 등에 개시되어 있다.

상기와 같은 분말야금용 금형에서의 성형은, 상부펀치와 하부펀치가 상부와 하부에서 금형 내부로 각각 삽입된 상태에서, 금형 내부에 채워진 금속 분말이 고압으로 압축되면서 제품형상으로 성형되는 과정을 거친다. 이에 따라 분말야금용 금형은 큰 압력에 견딜 수 있도록 하기 위해 두꺼운 재료로 일체형으로 만들어진다.

제품 성형과정에서 금형 내부에 투입된 성형재료인 금속분말은 매우 높은 압력을 받는다. 성형재료가 외부로 누출되지 않도록 하기 위해 분말야금용 금형은 아주 정밀하게 가공되어야 한다. 그런데, 종래의 일체형 분말야금용 금형은 내부공간의 제약으로 인해 정밀하게 가공하기 어렵다는 문제점이 있다.

뿐만 아니라, 분말야금용 금형은 매우 높은 압력을 자주 받기 때문에 오래 견디지 못하고 취약한 부분을 따라 깨지지는 현상이 종종 발생된다. 이에 따라 종래의 분말야금용 금형은 제품을 일, 이천 개 정도 찍고 나면 못쓰게 되는 경우가 종종 발생된다.

특히, 원형이 아닌 사각형 등 모서리가 있는 분말야금용 금형은 모서리 부위에서 깨지는 현상이 잘 생긴다.

뿐만 아니라 종래의 것은 일부에만 흠집이 생기더라도 이는 제품 불량으로 이어지기 때문에 금형 전체를 교체하여야 하는 문제점도 있다.

이에 따라 종래에는 값비싼 금형을 새로 제작하는 데 비용이 많이 들어갈 뿐만 아니라 금형을 새로 만들어서 교체할 때까지 제품을 생산할 수 없게 되어 완성품 제작에 많은 지장을 초래하는 문제점도 생긴다.

본 발명의 목적은 분말야금용 금형을 외부금형과 내부금형을 조립하여 조립식으로 만들 수 있게 해주면서도 조립된 부품끼리 견고한 결합상태를 유지할 수 있는 분말야금용 금형을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 매우 큰 압력을 받더라도 쉽게 깨지거나 파손되지 않아서 수명이 긴 분말야금용 금형을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 큰 압력을 받는 금형 내부가 부분적으로 파손되더라도 파손된 부위만 교체하여 사용할 수 있는 분말야금용 금형을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 정밀도가 높은 분말야금용 금형을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 부품 호환성이 뛰어난 분말야금용 금형을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 위 목적들을 달성하기 위해 내부금형을 분할형으로 만드는 경우에도 이웃하는 내부금형 조각 간의 틈새를 최소화하여 양질의 제품을 생산할 수 있게 해주는 분말야금용 금형을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 분말야금용 금형은 상하방향으로 한쪽으로 갈수록 점점 좁아지는 테이퍼 진 공간을 가지는 내부금형 결합부가 형성되어 있는 외부금형; 및 상기 테이퍼 진 공간과 대응되는 테이퍼 진 외부벽면을 구비하여 상기 내부금형 결합부에 압입 결합되고, 상기 외부벽면 내측으로 제품성형에 필요한 내부공간을 제공하는 내부금형을 포함하는 구성을 한다.

상기 외부금형은 외주면을 따라 바깥으로 돌출된 걸림턱을 가지며, 일 단면을 따라 간격을 두고 제1체결공이 형성되어 있는 것이고, 상기 내부공간과 통하는 통공을 가지며, 상기 통공 바깥쪽을 따라 체결부재를 이용하여 상기 제1체결공에 결합할 수 있도록 하는 간격을 두고 설치된 제2체결공을 구비하여 상기 외부금형에 고정되어 상기 내부금형이 외부로 이탈되지 않도록 상기 내부금형의 넓은 쪽 단면을 지지하여주는 결합부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 내부금형 결합부는 상기 테이퍼 진 공간과 상기 테이퍼 진 공간에 인접하여 배치된 테이퍼지지 않은 평행공간을 가지는 것이고, 상기 내부금형의 외부벽면은 상기 테이퍼 진 외부벽면과 상기 테이퍼 진 외부벽면에 이웃하여 배치된 테이퍼지지 않은 평행한 외부벽면을 가지는 것이 바람직하다.

상기 테이퍼 진 공간의 높이는 상기 평행공간의 높이보다 큰 것이 좋다.

상기 내부금형은 상하방향으로 복수 개로 분할되어 있는 것임을 특징으로 한다.

내부금형은 상기 내부공간의 모서리 부위를 기점으로 하여 분할되어 있는 것이 더욱 좋다.

본 발명에 따르면, 외부금형의 테이퍼 진 공간에 테이퍼 진 벽면을 가지는 내부금형을 압입한 상태에서 고정하기 때문에 조립된 부품끼리 견고한 결합상태를 유지할 수 있다.

본 발명에 따르면 미리 분할된 상태로 외부금형 내부에 장착되어 있기 때문에 금형이 깨지는 일이 거의 발생되지 않아서 수명이 매우 길다. 종래에는 일, 이천 개 정도 제품을 찍어내고 나면 내부금형이 깨지는 일이 종종 발생되었지만, 본 발명에 따르면 수만 개 이상의 제품을 찍어내고 난 후에도 내부금형이 깨지는 일이 거의 발생되지 않는다.

기존의 분말야금용 일체형 내부금형은 내부 공간의 제약으로 내부표면을 정밀하게 가공하는 데 한계가 따랐지만, 본 발명에 따르면 분말야금용 내부금형을 조각으로 만들기 때문에 내부표면의 가공에 공간의 제약을 받지 않아서 내부표면을 정밀하게 가공할 수 있어 고압유지 및 제품의 정밀도를 높이는 데 유리하다.

기존의 분말야금용 일체형 금형은 한 부분이 파손되면 금형 전체를 사용하지 못하는 문제가 있었지만, 본 발명에 따르면 일부에 파손이 발생되더라도 파손이 생긴 내부금형조각만 교체하면 되므로 금형에 소요되는 비용을 줄일 수 있다.

본 발명에 따르면 금형의 제작 및 교체에 따른 제품생산 지연을 현저하게 줄일 수 있어 생산성이 향상된다.

본 발명에 따르면 내부금형을 분할형으로 만드는 경우에도 쐐기작용에 의해 이웃하는 부품간의 밀착도를 최대한 증가시킬 수 있고, 이웃 부품간의 틈새를 최대한 억제함으로써 양질의 표면을 자기는 제품을 만들 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 분말야금용 금형의 사시도,
도 2는 도 1 분말야금용 금형의 분리사시도,
도 3은 도 1의 A-A에 따른 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 분말야금용 금형을 이용하여 제품을 성형하는 상태를 나타낸 단면도,
도 5는 도 1 내지 4에 나타낸 분말야금형 금형의 변형 예를 나타낸 분리사시도,
도 6은 본 발명에 따른 분말야금용 금형의 또 다른 실시 예를 나타낸 분리사시도,
도 7은 도 6 분말야금용 금형의 조립상태의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 분말야금용 금형의 사시도이고, 도 2는 도 1 분말야금용 금형의 분리사시도이고, 도 3은 도 1의 A-A에 따른 단면도, 도 4는 본 발명에 따른 분말야금용 금형을 이용하여 제품을 성형하는 상태를 나타낸 단면도이다.

도 1 내지 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 분말야금용 금형(100)은 외부금형(110)을 갖추고 있다. 이 외부금형(110)의 내부에는 상하방향으로 한쪽으로 갈수록 점점 좁아지는 테이퍼 진 공간(111a)을 가지는 내부금형 결합부(111)를 구비한다. 이 내부금형 결합부(111)는 테이퍼 진 공간(111a)과 테이퍼 진 공간(111a)에 상하방향으로 인접하여 배치된 테이퍼지지 않은 평행공간(111b)을 모두 가지도록 구성되는 것이 바람직하다. 테이퍼 진 공간(111a)의 높이는 평행공간(111b)의 높이보다 높은 것이 바람직하다. 도 1 내지 4에 나타낸 실시 예에서, 테이퍼 진 공간(111a)의 높이와 평행공간(111b)의 높이의 비는 40:8 정도이다.

그리고 이 실시 예에서, 넓은 쪽의 테이퍼 진 공간(111a)과 좁은 쪽의 테이퍼 진 공간(111a)의 폭비는 140:138 정도이고, 다소 증감(바람직하게, 넓은 쪽을 기준으로 좁은 쪽의 폭이 1% 범위 내에서 증감)될 수 있다.

상기와 같은 외부금형(110)은 한쪽 끝의 외주면을 따라 바깥으로 돌출되게 걸림턱(113)을 가진다. 이 외부금형(110)의 일 단면을 따라서는 간격을 두고 제1체결공(115)이 형성되어 있고, 제1체결공(115) 반대편 단면에는 금형지지대 등에 결합하기 위한 결합공(117)이 간격을 두고 형성되어 있다.

본 발명에 따른 분말야금용 금형(100)은 내부금형(130)을 가진다. 이 내부금형(130)은 테이퍼 진 공간(111a)과 대응되는 테이퍼 진 외부벽면(131a)을 구비한다. 바람직하게, 테이퍼 진 외부벽면(131a)에 상하방향으로 이웃하여 평행한 외부벽면(131b)이 설치된다. 테이퍼 진 외부벽면(131a)과 평행한 외부벽면(131b) 간의 높이 비는 외부금형(110)의 테이퍼 진 공간(111a)의 높이와 평행공간(111b)의 높이의 비와 같이 40:8 정도로 한다. 그리고 테이퍼 진 외부벽면(131a)의 폭은 압입하여 고정하기 위해 최종 결합상태에서의 대응 부위의 테이퍼 진 공간(111a)의 폭보다 조금 크게, 바람직하게, 0.1 ~ 0.4%의 정도 크게 형성한다.

이 내부금형(130)의 외부벽면(131) 내측으로 제품성형에 필요한 내부공간(133)이 형성되어 있다. 이 실시 예에서, 내부공간(133)은 “ㅌ”모양의 단면을 가지고 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 분말야금용 금형(100)은 결합부재(150)를 가진다. 이 결합부재(150)는 내부금형(130)이 내부금형 장착부(111)에서 이탈되지 않도록 하기 위한 것으로, 중앙부에 내부공간(133)과 통하는 통공(151)을 가진다. 이 통공(151) 바깥쪽을 따라 체결부재(B)를 이용하여 제1체결공(115)에 결합할 수 있도록 하는 제2체결공(153)이 간격을 두고 설치되어 있다. 이러한 결합부재(150)는 외부금형(110)에 고정되어 내부금형(130)이 외부로 이탈되지 않도록 내부금형(130)의 넓은 쪽 단면을 지지하여준다.

때에 따라 이러한 결합부재(150) 없이 최종 결합상태에서 외부금형(110)과 내부금형(130)의 단부를 서로 용접하여 본 발명에 따른 분말야금용 금형을 구성할 수 있다.

도 5는 도 1 내지 4에 나타낸 분말야금형 금형의 변형 예를 나타낸 분리사시도이다.

때에 따라, 도 1 내지 4를 통해 설명한 내부금형(130)을 도 5에 나타낸 바와 같이, 상하로 복수 개로 분할하여 만들 수 있다. 이 실시 예에서는 내부금형(130)을 4개로 분할한 것을 보여주고 있다. 내부금형(130)의 분할은 바람직하게, 금이 가거나 깨지기 쉬운 모서리 부위를 기점으로 각각 분할되어 있다. 분할된 각각의 금형조각(130a ~ 130d)의 외주면은 테이퍼 진 외주면 형성을 위해 경사지게 형성되어 있고, 내주면은 수직한 방향을 따라 직선으로 형성되어 있다.

도 5에 나타낸 바와 같이 내부금형(130)을 분할하여 만드는 경우, 매우 큰 압력을 받는 내부금형(130)이 특히 모서리 부근에서 깨지거나 파손되는 것을 획기적으로 줄일 수 있다.

그리고 테이퍼 진 외부벽면(131a)을 가지는 각각의 금형조각(130a~130d)들이 외부금형(110)의 테이퍼 진 내부벽면(111a)을 따라 압입되어 결합되기 때문에 이웃하는 금형조각(130a~130d) 간에 큰 힘으로 밀착될 수 있고, 금형조각(130a~130d) 간에 틈새가 생기는 것을 최소화할 수 있고 견고한 결합상태를 유지할 수 있다.

그리고 제품성형 시, 내부금형(130)은 매우 높은 압력을 받는다. 내부공간(133)에서 높은 압력을 받는 금속분말이 외부로 누출되지 않도록 하기 위해서는, 내부금형(130)의 내면과 상부펀치(UP) 및 하부펀치(LP)의 외주면은 매우 정밀하게 그리고 매끈하게 만들어져야 하는 데, 내부금형(130)을 상하로 분할하여 구성하면 가공 시 공간의 제약을 적게 받기 때문에 내부표면을 정밀하게 가공할 수 있다.

나머지는 도 1 내지 4를 통해 설명한 것과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 분말야금용 금형의 또 다른 실시 예를 나타낸 분리사시도, 도 7은 도 6 분말야금용 금형의 조립상태의 단면도이다.

도 6과 7에 나타낸 바와 같이, 내부공간(133)이 직사각 기둥형상인 경우에도, 내부금형(130)을 상하방향으로 복수의 조각으로 분할하여 구성할 수 있다.

이 실시 예의 경우도, 내부공간(133)의 모서리 부위를 기점으로 하여 내부금형(130)을 4조각으로 분할한 것으로 보여주고 있다.

이 실시 예에서, 내부금형(130)의 외부벽면(131)과 외부금형(110)의 내부에 공간으로 형성되는 내부금형장착부(111)의 테이퍼 진 구간과 테이퍼지지 않은 구간의 높이 비는 30:15 정도이고, 다소 증감될 수 있다. 그렇지만 테이퍼진 구간의 높이가 테이퍼지지 않은 구간의 높이보다는 높은 것이 바람직하다. 그리고 내부금형장착부(111)의 넓은 쪽의 폭과 좁은 쪽 폭의 비율은 140:138 정도이다.

바람직하게 내부금형(130)의 내부공간(133)의 일부 내부면에서부터 결합부재(150)의 통공(151) 내주면은 약 2.9도 정도의 구배를 주어 바깥으로 갈수록 점점 넓어지게 하여, 펀치와 성형제품을 원활하게 는 것이 좋다.

나머지 사항은 도 1 내지 5를 통해 설명한 것과 같다.

위와 같은 분말야금용 금형(100)을 형틀에 고정한 상태에서, 하부펀치를 내부공간으로 삽입하고, 성형하기 위한 재료인 금속분말을 내부공간으로 투입하고, 상부펀치를 내부공간으로 삽입하여 상, 하부펀치가 서로 가까워지는 방향으로 상부펀치 또는 상부펀치와 하부펀치를 이동시키면서 가압하여 제품을 성형할 수 있고, 이렇게 성형된 제품은 금형에서 이탈된 후 소결과정을 거쳐 최종 제품으로 완성된다.

본 발명은 매우 큰 압력을 받는 분말야금용 금형을 만드는 데 이용될 가능성이 있다.

100: 분말야금용 금형 110: 외부금형
111: 내부금형장착부 111a: 테이퍼 진 공간
111b: 평행공간 130: 내부금형
131: 외부벽면 131a: 테이퍼 진 외부벽면
131b: 평행한 외부벽면 133: 내부공간
150: 결합부재 131: 통공

Claims (6)

1. 상하방향으로 한쪽으로 갈수록 점점 좁아지는 테이퍼 진 공간을 가지는 내부금형 결합부가 형성되어 있는 외부금형; 및
   상기 테이퍼 진 공간과 대응되는 테이퍼 진 외부벽면을 구비하여 상기 내부금형 결합부에 압입 결합되고, 상기 외부벽면 내측으로 제품성형에 필요한 내부공간을 제공하는 내부금형을 포함하고,
   상기 내부금형은 상기 내부공간의 모서리 부위를 기점으로 하여 상하방향으로 복수 개의 내부금형 조각들로 분할되어 있고,
   상기 외부금형은 외주면을 따라 바깥으로 돌출된 걸림턱을 가지며, 일 단면을 따라 간격을 두고 제1체결공이 형성되어 있는 것이고,
   상기 내부공간과 통하는 통공을 가지며, 상기 통공 바깥쪽을 따라 체결부재를 이용하여 상기 제1체결공에 결합할 수 있도록 하는 간격을 두고 설치된 제2체결공을 구비하여 상기 외부금형에 고정되어 상기 내부금형이 외부로 이탈되지 않도록 상기 내부금형의 넓은 쪽 단면을 지지하여주는 결합부재를 더 포함하는 분말야금용 금형에 있어서,
   상기 내부금형 결합부는 상기 테이퍼 진 공간과 상기 테이퍼 진 공간에 인접하여 배치된 테이퍼지지 않은 평행공간을 가지는 것이고,
   상기 내부금형의 외부벽면은 상기 테이퍼 진 외부벽면과 상기 테이퍼 진 외부벽면에 이웃하여 배치된 테이퍼지지 않은 평행한 외부벽면을 가지는 것이고,
   상기 테이퍼 진 외부벽면의 폭은 상기 압입 결합된 상태에서의 대응 부위의 상기 테이퍼 진 공간의 상기 압입 결합되기 전 상태에서의 폭보다 크게 형성되고,
   상기 결합부재는 상기 내부금형의 넓은 쪽 단면을 좁은 쪽 단면 쪽으로 가압하여 상기 내부금형을 상기 내부금형 결합부에 압입되게 함으로써 상기 내부금형 조각들끼리 가압되게 하여 상기 내부금형 조각들 간의 틈새를 줄이면서 상기 압입 결합된 상태를 유지할 수 있게 하고,
   상기 결합부재의 통공은 바깥으로 갈수록 내부가 점점 넓어지게 형성된 것을 특징으로 하는 분말야금용 금형.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에서,
   상기 테이퍼 진 외부벽면의 폭은 상기 압입 결합된 상태에서의 대응 부위의 상기 테이퍼 진 공간의 상기 압입 결합되기 전 상태에서의 폭보다 0.1 ~ 0.4% 크게 형성되고,
   상기 테이퍼 진 공간의 높이와 상기 평행공간의 높이 비는 30:15이고,
   상기 내부금형 결합부의 넓은 쪽의 폭과 좁은 쪽 폭의 비율은 140:138인 것을 특징으로 하는 분말야금용 금형.
5. 삭제
6. 삭제

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