KR101825298B1 - 가변형 채널을 구비하는 연속 전단 변형용 분리형 금형 - Google Patents

가변형 채널을 구비하는 연속 전단 변형용 분리형 금형 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 상형 조립체(110); 및 상기 상형 조립체와 분리가능하게 결합되어서 전단가공을 위해 중간이 꺾인 가공 채널(173)을 형성하는 하형 조립체(150)를 포함하며, 상기 상형 조립체는 두 상형 몸체(120, 130)와, 두 상형 몸체의 사이에 위치하는 상부 코어 부재(140)를 구비하고, 상기 두 상형 몸체와 상부 코어 부재는 분리가능하게 결합되며, 상기 하형 조립체는 분리가능하게 결합되는 하형 몸체(160)와 하부 코어 부재(170)를 구비하며, 상기 상부 코어 부재와 상기 하부 코어 부재의 사이의 이격된 공간이 상기 가공 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 연속 전단 변형용 분리형 금형이 제공된다.

Description

가변형 채널을 구비하는 연속 전단 변형용 분리형 금형 {SEPARATION TYPE DIES FOR CONTINUOUS SHEAR DEFORMATION WITH VARIABLE CHANNEL}
본 발명은 금속 소재의 연속적인 전단변형을 가하기 위한 금형에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가변형 채널을 구비하는 분리형 금형에 관한 것이다.
금속소재의 특성을 향상시키는 방법으로는 결정립 미세화가 가장 유용한 것으로 알려져 있다. 결정립 미세화는 다양한 소성 가공 공정을 통해 이룰 수 있으며, 압출, 압연, 인발, 단조 등 전통적인 소성 가공에 의해 가능하다. 또한, 소성 가공을 통해 소재 내의 전위 밀도도 증가시킬 수 있으며, 결과적으로 결정립 미세화와 전위들의 상호작용으로 별도의 합금의 첨가없이 우수한 기계적 특성을 확보할 수 있게 된다. 특히 결정립을 나노크기로 미세화 시키면 강도와 연신율 등 기계적 특성을 향상시킬 뿐만 아니라, 높은 물리적 특성을 유지할 수 있는 것으로 알려져 있다. 하지만 전통적인 소성 가공 방법에 의해서는 결정립 미세화 및 강도 향상은 가능하지만, 가공에 의해 단면이 줄어들게 되어 가할 수 있는 변형량이 제한되기 때문에 결정립 미세화에는 한계가 있다.
이러한 한계를 극복하고자 개발된 기술이 극한 소성 가공(Severe Plastic Deformation, SPD) 기술이다. 극한 소성 가공 기술은 소재의 단면적 감소가 거의 없이 소상 가공이 가능하여 소재 내부에 보다 많은 소성변형 에너지 축적을 통해 결정립 미세화를 촉진시킬 수 있어서 고강도 선재 개발의 핵심시술이라 할 수 있다. 현재 등통로각압출(ECAP), 등통로각압연(ECAR), 반복겹침접합압연(ARB), 반복주름압연(RCS), 고압비틀림(HPT), 전단압연(SR), 반복가압압출(CEC) 등의 다양한 극한 소성 가공 기술이 존재하지만, 주로 판재 가공에 관한 기술이거나 가공된 소재의 길이에 한계가 있는 기술들로 선재 제조에 적용하기에는 어려움이 있다. 따라서, 소재 길이의 제한 없이 연속적으로 선재를 가공할 수 있는 극한 소성 가공 기술이 요구된다.
한편, 등통로각인발(Equal Channel Angular Drawing, ECAD)의 경우 등통로각압출(ECAP)을 응용한 가공방법으로 압출이 아닌 인발을 통해 소재를 연속적으로 가공할 수 있으며 꺾인 채널을 통해 소재에 더욱 많은 소성변형을 가할 수 있지만, 다단계 가공을 수행할 경우 각 단계에 맞는 채널을 구비한 금형이 단계별로 요구된다. 또한, 가공량의 변화를 주기 위해 채널의 꺾인 각을 수정하거나 부분적인 마모로 인해 금형을 교체할 경우, 일체형 금형에서는 금형 전체를 교체해야 하기 때문에 유지비용이 많이 든다. 그리고 소재를 금형에 삽입하기 위해서는 소재의 앞부분을 가늘게 가공하여 소재가 금형을 통과할 수 있도록 하는 포인팅(pointing) 공정을 먼저 거쳐야 하므로, 추가 공정으로 인한 생산성 저하 및 포인팅 부로 인한 소재 회수율이 낮다는 단점이 발생한다.
대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0833672 "ECAP 공정용 저하중 분리형 금형" (2008.05.29.) 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1271830 "다이 및 전단 신선 장치" (2013.06.07.)
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 기술의 단점을 해소하여 유지 및 관리가 용이하고 생산성이 증가된 연속 전단 변형용 분리형 금형을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,
상형 조립체(110); 및 상기 상형 조립체와 분리가능하게 결합되어서 전단가공을 위해 중간이 꺾인 가공 채널(173)을 형성하는 하형 조립체(150)를 포함하며, 상기 상형 조립체는 두 상형 몸체(120, 130)와, 두 상형 몸체의 사이에 위치하는 상부 코어 부재(140)를 구비하고, 상기 두 상형 몸체와 상부 코어 부재는 분리가능하게 결합되며, 상기 하형 조립체는 분리가능하게 결합되는 하형 몸체(160)와 하부 코어 부재(170)를 구비하며, 상기 상부 코어 부재와 상기 하부 코어 부재의 사이의 이격된 공간이 상기 가공 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 연속 전단 변형용 분리형 금형이 제공된다.
상기 연속 전단 변형용 분리형 금형은 상기 가공 채널의 높이를 조절하기 위해 상기 상형 조립체와 상기 하형 조립체 사이에 위치하는 다수의 스페이서(181, 182)를 더 포함할 수 있다.
상기 상형 조립체에는 상기 상부 코어 부재에 의해 이격된 상기 두 상형 몸체의 사이에 형성되는 홈(149)이 마련되며, 상기 하부 코어 부재는 상기 하형 몸체로부터 돌출되어서 상기 홈에 끼워질 수 있다.
상기 상형 조립체와 상기 하형 조립체는 체결 볼트에 의해 분리가능하게 결합될 수 있다.
상기 두 상형 몸체와 상기 상부 코어 부재는 체결 볼트에 의해 분리가능하게 결합될 수 있다.
상기 하형 몸체와 상기 하부 코어 부재는 체결 볼트에 의해 분리가능하게 결합될 수 있다.
상기 하형 몸체에는 상기 하부 코어 부재가 슬라이드 방식으로 결합될 수 있다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 전체가 분리가능한 형태로 결합되므로 마모가 주로 발생하는 코어 부분 만을 쉽게 교체할 수 있어서, 유지 관리가 용이하고 비용 측면에서도 유리하다. 또한, 가공량의 변화를 주기 위해 꺾인 채널의 각을 수정할 경우 코어의 교체만으로도 구현이 가능하게 된다. 그리고 분리형 금형을 사용함으로써 종래의 포인팅 가공 없이 금형에 소재를 바로 삽입할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 전단 변형용 분리형 금형을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 연속 전단 변형용 분리형 금형의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 상형의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 하형의 분해 사시도이다.
도 5는 도 1에 도시된 연속 전단 변형용 분리형 금형의 측면도로서, 상형의 일측 몸체를 제거하여 소재가 가공되는 상태를 도시한 것이다.
도 6은 도 5에 도시된 금형에서 두꺼운 스페이서가 게재되는 경우 더 큰 채널을 형성하게 되는 것을 도시한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연속 전단 변형용 분리형 금형(100)은 상형 조립체(110)와, 상형 조립체(110)와 분리가능하게 결합되는 하형 조립체(150)와, 상형 조립체(110)와 하형 조립체(150)의 사이에 위치하는 다수의 스페이서를 포함한다.
상형 조립체(110)는 좌우 각각에 위치하는 제1 상형 몸체(120) 및 제2 상형 몸체(130)와, 두 상형 몸체(120, 130)의 사이에 위치하는 상부 코어 부재(140)를 구비한다. 두 상형 몸체(120) 및 상부 코어 부재(140)는 체결 볼트(미도시)와 같은 체결 수단에 의해 분리가능하게 결합된다.
제1 상형 몸체(120)는 제1 결합벽부(121)와, 제1 결합벽부(121)의 후단으로부터 측면 바깥 쪽(제2 상형 몸체(130)의 반대 쪽)으로 연장되어서 형성된 제1 연장벽부(125)를 구비한다. 제1 결합벽부(121)에는 제2 상형 몸체(130) 및 상부 코어 부재(140)와의 결합을 위한 체결 볼트(미도시)가 통과하는 두 볼트 구멍(122)이 높이방향을 따라서 위치한다. 제1 연장벽부(125)에는 하형 조립체(150)와의 결합을 위한 체결 볼트(미도시)가 통과하는 두 볼트 구멍(126)이 높이 방향을 따라서 위치한다. 제1 연장벽부(125)는 배면(127)이 아래를 향하는 경사면을 이루도록 기울어져 있다.
제2 상형 몸체(130)는 상부 코어 부재(140)를 사이에 두고 제1 상형 몸체(120)의 반대편에 위치하며, 제1 상형 몸체(120)와 대칭인 형태이다. 제2 상형 몸체(130)는 제2 결합 벽부(131)와, 제2 결합벽부(131)의 후단으로부터 측면 바깥쪽(제1 상형 몸체(120)의 반대쪽)으로 연장되어서 형성된 제2 연장벽부(135)를 구비한다. 제2 결합벽부(131)는 상부 코어 부재(140)를 사이에 두고 제1 상형 몸체(120)의 제1 결합벽부(121)와 대향한다. 제2 결합벽부(131)에는 제1 상형 몸체(120) 및 상부 코어 부재(140)와의 결합을 위한 체결 볼트(미도시)가 결합되는 암나사 구멍(미도시)이 높이방향을 따라서 위치한다. 제2 연장벽부(135)에는 하형 조립체(150)와의 결합을 위한 체결 볼트(미도시)가 통과하는 두 볼트 구멍(136)이 높이 방향을 따라서 위치한다. 제2 연장벽부(135)는 배면(137)이 아래를 향하는 경사면을 이루도록 기울어져 있다.
상부 코어 부재(140)는 소재(M)와 접촉하여 가공하는 것으로서, 제1 상형 몸체(120)의 제1 결합벽부(121)와 제2 상형 몸체(130)의 제2 결합벽부(131)의 사이에 끼워져서 위치하는 판상의 부재이다. 상부 코어 부재(140)의 연결된 하단과 후단은 제1 가공면(140a)을 형성한다. 제1 가공면(140a)은 상부 코어 부재(140)의 하단이 후방으로 갈수록 높아지도록 경사져서 직선으로 연장되는 제1 경사면(141)과, 상부 코어 부재(140)의 후단이 제1 경사면(141)의 후단으로부터 꺾여 상방으로 연장되는 제1 연장면(142)을 구비한다. 제1 경사면(141)과 제1 연장면(142)이 연결된 부분(143)에서 가공 시 주로 마모가 발생한다. 상부 코어 부재(140)에는 제1 상형 몸체(120) 및 제2 상형 몸체(130)와의 결합을 위한 체결 볼트(미도시)가 통과하는 두 볼트 구멍(145)이 높이방향을 따라서 위치한다. 마모된 상부 코어 부재(140)는 체결 볼트(미도시)를 풀어서 상형 조립체(110)를 분해하여 용이하게 교체된 후 다시 조립될 수 있다. 상부 코어 부재(140)에 의해 이격된 두 상형 몸체(120, 130) 사이의 공간이 홈(149)이 형성하게 된다.
하형 조립체(150)는 다수의 스페이서를 사이에 두고 상형 조립체(110)와 분리가능하게 결합된다. 하형 조립체(150)는 하형 몸체(160)와, 하형 몸체(160)에 분리가능하게 결합되는 하부 코어 부재(170)를 구비한다.
하형 몸체(160)는 상방을 향하는 편평한 수평 받침면(161)과, 수평 받침면(161)의 후단으로부터 연장되어서 위를 향하도록 경사진 경사 받침면(165)과, 하부 코어 부재(170)가 삽입되는 결합 슬롯(167)을 구비한다.
수평 받침면(161)는 수평으로 연장되어서 상방을 향하는 편평한 면으로서, 수평 받침면(161) 상에 다수의 스페이서가 놓인다. 수평 받침면(161)은 결합 슬롯(167)에 의해 좌우 두 영역으로 분리되며, 두 스페이서가 두 영역에 각각 하나씩 위치한다. 도시되지는 않았으나, 수평 받침면(161) 상에는 스페이서가 안착될 수 있는 안착 홈이 마련되는 것이 바람직하다. 수평 받침면(161)은 스페이서를 사이에 두고 상형 조립체(110)의 하면과 대향한다.
경사 받침면(165)은 수평 받침면(161)의 후단으로부터 연장되어서 위를 향하도록 경사지며, 경사 받침면(165) 상에 다수의 스페이서가 놓이게 된다. 경사 받침면(165)은 다수의 스페이서를 사이에 두고 상형 조립체(110)의 각 연장벽부(125, 135)의 배면(127, 137)과 대향한다. 경사 받침면(165)은 결합 슬롯(167)에 의해 좌우 두 영역으로 분리되며, 두 스페이서가 두 영역에 각각 하나씩 위치한다. 도시되지는 않았으나, 경사 받침면(165) 상에는 스페이서가 안착될 수 있는 안착 홈이 마련되는 것이 바람직하다. 경사 받침면(165)에는 상형 조립체(110)와의 결합을 위한 체결 볼트(미도시)에 대응하는 암나사 구멍(168)이 마련된다.
결합 슬롯(167)은 수평 받침면(161)과 경사 받침면(165)의 중심부를 가로지르도록 연장되며, 결합 슬롯(167)에 하부 코어 부재(170)가 슬라이드 방식으로 끼워진다.
하부 코어 부재(170)는 결합 슬롯(167)을 통해 슬라이드 방식으로 하형 몸체(160) 끼워진다. 하부 코어 부재(170)는 체결 볼트(미도시)와 같은 분리가능한 결합 수단에 의해 하형 몸체(160)에 견고하게 고정된다. 이를 위해 하형 몸체(160)에는 체결 볼트(미도시)에 대응하는 암나사 구멍(미도시)이 형성된다. 하부 코어 부재(170)는 결합부(171)와 결합부(171)로부터 벽형태로 위로 연장되어서 형성되는 가공부(175)를 구비한다. 결합부(171)에는 체결 볼트가 통과할 수 있는 볼트 구멍(172)이 마련된다. 가공부(175)는 결합부(171)로부터 벽형태로 위로 연장되어서 형성되며, 결합 슬롯(167)으로부터 돌출되어서 돌출 끝단부의 연장면에 형성되는 제2 가공면(178)은 상부 코어 부재(140)의 제1 경사면(141)과 대향하도록 경사지게 연장되는 제2 경사면(171a)과, 상부 코어 부재(140)의 제1 연장면(142)과 대향하도록 연장되는 제2 연장면(172a)을 구비한다. 가공부(175)에서 결합 슬롯(167)으로부터 돌출된 부분은 상형 조립체(110)의 홈(149)에 끼워지게 된다. 제1 가공면(140a)와 제2 가공면(178)에 의해 소재가 통과하는 채널(173)을 형성하며, 두 가공면(140a, 178) 사이의 거리인 채널(173)의 높이는 다수의 스페이서에 의해 조절된다.
다수의 스페이서는 상형 조립체(110)와 하형 조립체(150)의 상호 대향하는 면 사이에 게재되어서 채널(173)의 높이를 조절한다. 다수의 스페이서는 수평 받침면(161) 상에 놓이는 두 제1 스페이서 부재(181)와, 경사 받침면(165) 상에 놓이는 두 제2 스페이서 부재(182)를 구비한다. 다수의 스페이서(181, 182)는 판상의 부재로서, 채널(173) 조절을 위해 다양한 두께가 선택되어서 조립된다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 보다 두꺼운 스페이서(281, 282)가 게재되는 경우 더 큰 채널(273)을 형성하게 된다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 연속 전단 변형용 분리형 금형
110 : 상형 조립체
120 : 제1 상형 몸체
130 : 제2 상형 몸체
140 : 상부 코어 부재
150 : 하형 조립체
160 : 하형 몸체
170 : 하부 코어 부재
181, 182 : 스페이서

Claims (7)

  1. 상형 조립체(110); 및
    상기 상형 조립체와 분리가능하게 결합되어서 전단가공을 위해 중간이 꺾인 가공 채널(173)을 형성하는 하형 조립체(150)를 포함하며,
    상기 상형 조립체는 두 상형 몸체(120, 130)와, 두 상형 몸체의 사이에 위치하는 상부 코어 부재(140)를 구비하고, 상기 두 상형 몸체와 상부 코어 부재는 분리가능하게 결합되며,
    상기 하형 조립체는 분리가능하게 결합되는 하형 몸체(160)와 하부 코어 부재(170)를 구비하며,
    상기 상부 코어 부재와 상기 하부 코어 부재의 사이의 이격된 공간이 상기 가공 채널을 형성하고,
    상기 상형 조립체에는 상기 상부 코어 부재에 의해 이격된 상기 두 상형 몸체의 사이에 형성되는 홈(149)이 마련되며,
    상기 하부 코어 부재는 상기 하형 몸체로부터 돌출되어서 상기 홈에 끼워지는 것을 특징으로 하는 연속 전단 변형용 분리형 금형.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가공 채널의 높이를 조절하기 위해 상기 상형 조립체와 상기 하형 조립체 사이에 위치하는 다수의 스페이서(181, 182)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 전단 변형용 분리형 금형.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 상형 조립체와 상기 하형 조립체는 체결 볼트에 의해 분리가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 연속 전단 변형용 분리형 금형.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 두 상형 몸체와 상기 상부 코어 부재는 체결 볼트에 의해 분리가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 연속 전단 변형용 분리형 금형.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하형 몸체와 상기 하부 코어 부재는 체결 볼트에 의해 분리가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 연속 전단 변형용 분리형 금형.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 하형 몸체에는 상기 하부 코어 부재가 슬라이드 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 연속 전단 변형용 분리형 금형.
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