KR101656387B1 - 분말사출성형용 금형 및 이를 이용한 분말사출성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 분말사출성형용 금형은 가상의 절단 경계선을 포함하는 제1파트를 포함하고, 상기 제1파트와 접촉하도록 형성되는 하우징 및 1상기 분말사출성형 대상물의 나머지 부분과 접촉하는 금형을 포함한다.

Description

분말사출성형용 금형 및 이를 이용한 분말사출성형방법{DIE FOR POWDER INJECTION MOLDING AND THE METHOD USING THE SAME}

본 발명은 분말사출성형용 금형 및 이를 이용한 분말사출성형방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 완성품의 형태가 하나 이상 결합된 하우징을 구비하여 분말사출성형을 하고, 하우징을 절단하여 완성품을 생산하는 분말사출성형용 금형 및 이를 이용한 분말사출성형방법에 대한 것이다.

금속 및 세라믹 분말을 이용하는 분말사출성형 공법(PIM: Powder Injectinon Molding)은 플라스틱 산업에서 사용되던 사출성형과 분말야금산업에서 발달한 분말의 소결 기술 양쪽의 이점을 융합시킨 기술로 3차원의 복잡한 형상의 부품을 대량생산하면서 원가절감 효과를 얻을 수 있는 공법이다.

분말사출성형은 미세한 재료분말(금속, 초경재료, 세라믹, 세라믹복합재료 등 고융점 분말)과 바인더(유기 결합제)를 혼합한 다음, 플라스틱 사출 성형기를 통하여 사출 성형체를 제조하고, 이를 고온에서 열처리(탈지 및 소결)하여 원하는 정밀부품을 제조하는 기술이다.

즉, 분말사출성형품은 미세분말을 바인더가 구속하면서 사출 후 성형품의 형상을 유지하고, 탈지 및 소ㅕㄹ공정을 통하여 내부 바인더를 태우거나 녹여내고, 이 후 고온으로 가열하여 미세 분말표면을 녹여주어 미세분말 입자들이 서로 표면장력의 효과로 서로 붙게 되는 현상으로 대상물을 얻게 된다.

그러나 사출성형 후의 1차 사출성형품은 바인더의 기계적 강성에 의하여 구조물의 형태를 유지하고 있어서, 파손이 되기 쉽다는 단점이 있다. 따라서 금형에서 성형품을 취출하는 경우 이젝팅에 의하여 성형품이 파손되는 문제점이 있다.

그리고 취출 후에 성형품을 자유 낙하하는 경우 성형품의 파손의 문제가 있어 작업자가 1회 성형 후, 수작업으로 성형품을 취출하거나, 로봇을 이용하여 성형품을 취출하여야 하는 등의 취출 과정의 불량품 발생률이 높다는 문제점이 있다.

또한, 취출 후의 탈지 및 소결 공정을 위하여 이송하는 과정에서 역시 파손의 위험이 있어 전체 생산공정이 길어진다는 문제점이 있다.

그리고 사출성형 후, 미세분말 및 바인더가 결합된 상태에서는 취성이 높아서 절삭 등의 이차 가공이 불가능하여 생산할 수 있는 형태의 제한 역시 많았다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 미세 완성품이 복수 개 결합된 형태의 하우징을 이용하여 분말사출성형 대상물을 사출성형하고, 하우징을 절단하여 완성품을 얻을 수 있는 분말사출성형용 금형 및 이를 이용한 분말사출성형방법을 제공함에 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 분말사출성형용 금형은 가상의 절단 경계선을 포함하는 제1파트를 포함하고, 상기 제1파트와 접촉하도록 형성되는 하우징 및 1상기 분말사출성형 대상물의 나머지 부분과 접촉하는 금형을 포함한다.

여기서 상기 하우징에는 상기 절단 경계선에 대응되도록 홈이 형성되고, 상기 금형에는 상기 홈에 삽입되는 돌기가 형성된다.

그리고 본 발명의 분말사출성형방법은 절단 경계선을 포함하는 제1파트를 포함하고, 금형에 하우징을 설치하는 하우징설치단계, 상기 성형공간 또는 상기 하우징에 의하여 형성된 공간에 성형재료를 공급하여 성형물을 성형하는 성형단계, 상기 금형에서 상기 성형물 및 상기 성형물의 적어도 일부를 감싸고 있는 상기 하우징을 함께 취출하는 하우징 분리 단계단계, 상기 하우징 및 상기 성형물이 결합된 상태에서 상기 성형물을 절단하여 가공하는 가공단계, 상기 하우징을 상기 성형물과 분리하여 상기 성형물을 회수하는 분리단계를 포함한다.

상기한 구성을 가지는 본 발명의 분말사출성형용 금형 및 이를이용한 분말사출성형방법은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 성형대상물의 일부를 둘러싸고 있는 하우징을 구비하며, 하우징을 포함한 형태로 금형에서 분리되어, 사출성형 이후 공정에서의 파손을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

둘째, 복수 개의 완성품의 형태를 포함하는 하우징을 이용하여 절단공정시 사출성형대상물의 파손의 최소화할 수 있고, 이에 따라 하나의 공정을 통하여 다수의 제품을 생산할 수 있다.

셋째, 분말사출성형에서 필수적인 탈지 및 소결 공정을 통하여 제거될 수 있는 재질의 하우징을 이용하여 기존의 공정에 새로 추가되는 공정을 최소화하여 대상물을 생산할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 마이크로 기어를 분말사출성형을 통하여 생산하는 방법을 개략적으로 나타낸 도면;
도2는 본 발명의 분말사출성형대상물을 나타내는 사시도;
도3은 본 발명의 분말사출성형 완성품을 나타내는 사시도;
도4는 본 발명의 분말사출성형 대상물의 다른 예를 나타내는 도면;
도5는 본 발명의 분말사출성형 대상물의 또 다른 예를 타나내는 도면;
도6은 본 발명의 분말사출성형 대상물의 하우징을 나타내는 사시도;
도7은 본 발명의 분말사출성형용 금형의 단면, 하우징 및 대상물이 결합된 상태를 나타내는 도면;
도8은 본 발명의 분말사출성형용 금형의 단면,, 하우징 및 대상물이 결합된 변형예를 나타내는 도면;
도9은 본 발명의 분말사출성형용 금형의 단면,, 하우징 및 대상물이 결합된 또 다른 변형예를 나타내는 도면;
도10은 본 발명의 분말사출성형용 하우징의 절단 공정을 개략적으로 나타내는 도면

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

본 발명은 하우징이 설치된 금형에서 하우징을 포함하는 분말사출성형 대상물을 절단, 탈지 및 소결 공정을 거쳐 완제품을 만들기 위한 금형에 대한 발명이다.

분말사출성형 대상물(P: 이하 “대상물”이라 한다.)은 가상의 절단 경계선(L)을 포함하는 제1파트(100)를 포함한다. 구체적으로 가상의 절단 경계선(L)은 후술하는 대상물이 절단이 되는 라인이고, 제1파트(100)는 절단 경계선(L)을 포함하는 대상물의 표면으로 정의된다.

대상물(P) 및 절단경계선(L)은 완제품의 형태 등에 따라 다양하게 형성될 수 있다.

예를 들어 도3을 참조하면, 완제품(P) 외관에 특정면(S)이 평면인 경우 해당면(S)을 기준으로 2개의 완제품이 접한 형태의 대상물(P)을 결정하고, 해당면을 따라 절단경계선(L)을 설정하여 생산을 하는 경우 1회의 공정으로 복수 개의 제품을 생산할 수 있다.

또한 완제품(P)의 외관에 2개의 면이 서로 대향되게 평면으로 형성되는 경우 복수 개의 완제품(P)이 상, 하 방향으로 접하는 형태로 대상물(P)를 형성한 후, 절단공정을 통하여 복수 개의 완제품(P1)을 생산할 수 있을 것이다.

그리고 완제품의 특정 방향의 단면이 동일한 경우, 대상물을 단면이 동일한 방향으로 길게 생산하고, 절단 공정에 의하여 다수의 완제품을 생산할 수 있을 것이다.

구체적으로 도2 및 도3을 참조하면, 본 실시예에서는 완제품이 마이크로 기어인 경우를 기준으로 설명한다. 도시된 것과 같이 완제품(P1)은 상, 하 방향으로 단면이 동일한 마이크로 기어이고, 대상물(P)는 2개의 마이크로 기어가 상, 하 방향으로 접한 형태로 형성된다. 그리고 절단경계선(L)은 대상물의 중간 높이의 둘레를 따라 형성된다.

결국 본 발명에서는 후술하는 비하므로, 제조방법의 특성상 절단이 어려운 일반적인 분말사출성형공정에서 절단공정을 추가할 수 있다. 따라서 1회의 금형에서의 작업에 의하여 다수개의 제품을 생산할 수 있게 된다.

한편, 본 실시예에서는 상, 하 방향으로 2개의 마이크로 기어가 접합한 상태로 대상물을 설정하였지만, 길이 방향으로 길게 형성한 다음 원하는 높이로 절단을 함에 따라 다양한 두께의 마이크로 기어를 생산할 수도 있을 것이다.

하우징(10)은 대상물(P)의 제1파트(100)과 접촉하도록 형성된다. 일반적으로 금형에서 분리된 분말사출성형품은 금속분말 또는 세라믹 분말이 바인더에 의해 기계적으로 결합이 된 상태이다. 따라서 절삭 등의 가공을 하는 경우 기계적 결합 깨어지면서 전체 성형품이 파손되는 문제점이 있어 금형에서 분리한 다음 절삭 등의 가공공정 없이 소결 및 탈지 공정을 한다.

그러나 본 발명에서는 절삭이 되어야 하는 부분을 포함한 제1파트(100)를 하우징(10)이 둘러싸고 있음에 따라 절삭 공정시 성형품의 절삭부위의 파손을 방지할 수 있다. 나아가 절삭 공정시 성형품의 엣지부 및 측면부 등에 발생하는 버(burr)가 발생하는 것 역시 방지할 수 있게 된다.

도5를 참조하면, 대상물(P)의 제1파트(100)은 절단경계선(L)을 포함하는 둘레부의 면적으로 정의된다. 그리고 하우징(10)의 내부에는 공간이 형성되고, 상기 공간의 내측면이 제1파트(100)와 접촉을 하면서 대상물(P)의 일부는 하우징(10)의 내부에 위치하게 된다.

즉, 하우징(10)의 형상은 대상물(P)과 완제품(P1)의 관계에 있어서 절단경계선(L)이 어떻게 정의되느냐에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 도6을 참조하면 구체적으로 본 실시예에서의 하우징(10)은 마이크로 기어 형태의 대상물(P)의 내부에 삽입될 수 있는 중공이 형성되고, 중공의 내측면은 대상물의 둘레부의 외측면의 형상에 대응하도록 형성된다.

그리고 하우징(10)에는 절단 경계선(L)의 위치를 사용자가 확인할 수 있도록 절삭경계선(L)의 위치에 대응하는 홈(10c)이 형성될 수 있다. 따라서 사용자는 금형(20)에서 하우징(10)을 취출한 다음, 홈(10c)의 위치를 따라 절단 작업을 진행할 수 있게 된다.

그리고 홈(10c)는 절단 경계선의 위치를 나타내는 다양한 형태로 형성될 수 있고, 본 발명에서는 하우징(10)의 원주방향으로 따라 홈이 형성된다. 그리고 금형(20)의 돌기(20b)와 결합이 용이하도록 원주 발향의 일부에만 형성될 수도 있을 것이다.

한편, 제1파트(100)가 정의되는 면적의 크기에 따라 같은 대상물에서도 하우징(10)의 크기는 다르게 형성될 수 있고, 이에 대한 구체적인 내용은 후술한다.

금형(20)은 분말사출성형 대상물의 나머지 부분과 접촉을 한다. 구체적으로 제1파트(100)을 제외한 부분과 접촉을 하면서 대상물(P)의 전체 형상을 결정하게 된다.

도7을 참조하면, 본 실시예에서는 마이크로 기어 형태의 대상물의 둘레부는 하우징(10)에 의하여 결정되고, 상면 및 하면은 금형(20)에 의하여 결정된다. 그러나 이는 대상물의 재질 등에 따라 다양하게 결정될 수 있다.

예를 들어 도8과 같이 제1파트가 둘레부의 일부만으로 결정되는 경우 제1하우징(10a)는 제1파트와 접촉을 하도록 결정되고, 둘레부의 나머지 부분은 제2하우징(10b)이 둘러싸면서 형태를 결정하게 할 수 있을 것이다.

이 경우 추후 절삭공정을 하여야 하는 제1하우징(10a)의 경우 절삭공정을 고려한 재질로 형성되고, 절삭공정 없이 대상물의 외관만을 결정하기 위한 제2하우징(10b)의 경우 상대적으로 재료비가 싼 재질 등으로 결정될 수 있을 것이다.

또한 도9를 참조하면, 도8에서와 같이 하우징(10')이 대상물의 둘레의 일부만을 둘러싸는 경우 나머지 부분의 형태는 금형(20') 자체에서 결정을 하도록 형성될 수도 있을 것이다.

한편, 금형(20)에는 상기 하우징(10)의 홈(10c)에 대응하는 돌기(20b)가 형성될 수 있고, 금형(20)에 하우징(10)을 설치하는 경우 상기 홈(10c)에 돌기가 끼워지면서 하우징(10)이 금형(20)에 고정될 수 있을 것이다.

이하, 본 발명의 금형성형장치에 따른 분말사출성형과정을 설명하도록 한다.

본 발명의 분말사출성형용 금형을 이용한 분말사출성형방법은 금형(20)의 내부에 하우징(10)을 설치한다. 그리고 상기 금형 및 하우징에 의하여 결정되는 공간에 성형재료를 공급하여 대상물(P)을 성형한다.

그리고 금형(20)에서 하우징(10)이 대상물의 적어도 일부와 접촉을 하고 있는 상태에서 하우징(10) 및 대상물을 금형(20) 밖으로 취출한다.

이때 상기 설명한 것과 같이 대상물의 재질 등에 따라 하우징의 형태에 따라 금형에서 취출되는 하우징(10)이 결합된 대상물의 형상은 다르게 구성될 수 있을 것이다(도7~도9 참조).

그리고 하우징(10) 및 대상물(P)을 절단하고, 도10에서와 같이 분리된 하우징(10)은 완제품(P1)을 둘러싸고 있는 형태를 구성하게 된다. 한편 이때, 상기 설명한 것과 같이 작업자는 하우징(10)의 표면에 형성된 홈(10c)을 따라 절단 작업을 정확하게 할 수 있을 것이다.

그리고 하우징을 상기 완제품(P1)과 분리하여 완제품을 얻게 된다.

한편, 하우징(10)을 분리하는 단계는 하우징(10)과 완제품(P1)의 분리가 용이하도록 하우징(10)의 내측면에 이형필름 또는 이형제 등을 처리할 수 있을 것이다.

또한, 완제품의 이후 공정인 탈지 소결과정에서 완제품의 부피가 줄어드는 경우 자동적으로 하우징에서 분리될 수도 있을 것이고, 하우징이 플라스틱 등의 소재로 구성되는 경우 탈지공정을 통하여 제거될 수 있을 것이다. 그리고 하우징(20) 제거 후의 대상물의 표면의 잔류물 등은 소결 공정을 통하여 제거될 수 있을 것이다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

P: 분말사출성형 대상물 P1: 분말사출성형 완성품
10: 하우징 10a: 홈
20: 금형 20b: 돌기

Claims (4)

1. 외관에 특정면이 형성된 복수 개의 완제품이 상기 특정면을 기준으로 서로 접합된 형태이며, 표면에 상기 특정면을 형성하는 가상의 절단 경계선을 포함하는 제1파트가 형성된 분말사출성형 대상물용 금형에 있어서,
   상기 대상물의 상기 제1파트와 접촉하도록 형성되며, 상기 절단 경계선에 대응되도록 홈이 형성되는 하우징; 및
   상기 제1파트를 제외한 상기 대상물의 나머지 부분과 접촉하도록 형성되며, 상기 홈에 삽입되는 돌기가 형성되는 금형;
   을 포함하는 분말사출성형용 금형.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항의 분말사출성형용 금형을 성형하기 위한 분말사출성형방법에 있어서,
   내부 공간이 형성된 상기 금형을 설치하는 금형설치단계;
   상기 금형의 내부에 상기 하우징을 설치하는 하우징설치단계;
   상기 하우징에 의하여 형성된 공간에 성형재료를 공급하여 대상물을 성형하는 성형단계;
   상기 하우징을 상기 대상물과 함께 상기 금형으로부터 취출하는 하우징 분리단계단계;
   상기 하우징 및 상기 대상물이 결합된 상태에서 상기 대상물을 절단하여 가공하는 가공단계;
   상기 하우징을 상기 대상물로부터 분리하여 완제품을 회수하는 분리단계;
   를 포함하는 절단공정을 이용한 분말사출성형방법.
   
   

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