KR101880290B1 - 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템 - Google Patents

복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템에 관한 것으로, 상측이 개방되어 분말이 수용될 수 있는 수용 공간이 형성된 다이; 및 상기 다이의 상측에 배치되며 상기 다이의 수용 공간에 삽입되어 수용된 분말을 가압할 수 있으며, 하면에 성형하고자 하는 두께 및 형태로 요철 형상이 형성된 상부 펀치; 를 포함하여 이루어지며, 상기 다이의 상측 내주면에는 반경방향 바깥쪽으로 오목하게 분말 배출홈이 형성되되, 상부 펀치의 하면에서 하측으로 돌출 형성된 볼록한 돌기가 형성된 원주방향 위치에 대응되는 다이의 원주방향 위치에 상기 분말 배출홈이 형성되어, 다양한 두께 및 형태를 갖는 복잡한 형상으로 소결하여 제품을 제작함에 있어서 원하는 형상으로 성형되도록 할 수 있으며 균일한 밀도를 갖도록 분말을 가압 성형할 수 있는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템에 관한 것이다.

Description

복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템 {Powder filling system for sintering of complex shape workpiece}
본 발명은 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템에 관한 것으로, 다양한 두께 및 형태를 갖는 복잡한 형상으로 소결하여 제품을 제작함에 있어서, 원하는 형상으로 성형되도록 할 수 있으며 균일한 밀도를 갖도록 분말을 가압 성형할 수 있는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템에 관한 것이다.
분말야금은 금속 분말을 가압 성형한 후 소결하여 원하는 형태의 제품으로 만드는 것으로써, 주조나 단조와 같은 방법으로는 제조가 불가능하거나 매우 어려운 제품의 제조를 가능하게 하는 제조방법이다.
예를 들어, 용융온도가 높은 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈 등이나 내화물, 세라믹스 등의 고온 재료는 융해방법을 통한 제조가 매우 어렵지만 분말야금을 이용한 제조가 가능하다. 그리고 상호간에 비고용성을 보이는 금속들(텅스텐-구리, 철-팔라듐)의 합금이나, 초경합금(탄화텅스텐-코발트), 분산강화재료 등의 복합재료, 전기접점재료, 구리-흑연과 같은 금속-비금속의 복합재료, 치과용 아말감과 같이 층상조직을 가지는 재료 등도 분말야금을 통한 제조가 가능하다. 또한, 베어링, 필터 또는 스펀지상의 재료와 같은 다공성 재료는 주물로서 얻을 수 없으나 분말야금으로는 제조가 가능하다.
그런데 분말야금을 이용한 제조 기술은, 분말을 이용하여 성형체를 제작하기 위해서는 몰드 내에 투입된 각 분말층을 펀치와 같은 기구로 가압하여야 하는데, 특히 제품의 두께 및 형태가 다양하게 형성되는 경우에는 가압 시 밀도 편차가 수반되어 균일한 성형이 불가능하므로 복잡한 형상의 제품을 제조할 수 없었다.
이러한 분말야금 기술의 한계를 극복하기 위하여 분말사출성형 기술이 제안된 바 있다. 분말사출성형(Powder Injection Molding, PIM)은 플라스틱 분야에서 발전된 사출성형 기술과 분말야금 분야에서 발전된 금속 분말 소결 기술이 융합된 기술로서, 절삭가공, 정밀주조, 다이캐스팅, 분말야금 등과 같은 기존 기술로는 제조가 곤란하거나 고비용이 소요되는 고기능 복잡 형상의 정밀부품을 저비용으로 양산 가능하도록 해주는 첨단가공기술이다. 일반적인 분말사출성형은 분말과 바인더의 혼합공정(Mixing Process) 및 사출성형공정(Injection Molding Process), 탈지공정(Debinding Process), 소결공정(Sintering Process) 등으로 구성되며, 성형재료에 따라 금속사출성형(Metal Injection Molding, MIM) 또는 세라믹사출성형(Ceramic Injection Molding, CIM) 등으로 더욱 분류된다.
그러나 분말사출성형의 경우, 요구되는 성형물 형상을 얻기 위하여 사출성형용 금형을 제작해야 하는바, 성형물의 형상이 복잡한 경우에는 금형 제작의 곤란성 및 비용 증가의 문제가 발생되었다. 또한, 금형에 분말을 주입하기 위한 분말사출장치가 필요하고 분말의 주입시간이 길어 생산성 저하 및 제조 비용이 증가되는 단점이 있다.
KR 2006-0068807 A (2006.06.21)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다양한 두께 및 형태를 갖는 복잡한 형상으로 소결하여 제품을 제작함에 있어서 원하는 형상으로 성형되도록 할 수 있으며 균일한 밀도를 갖도록 분말을 가압 성형할 수 있는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템은, 상측이 개방되어 분말이 수용될 수 있는 수용 공간이 형성된 다이; 및 상기 다이의 상측에 배치되며 상기 다이의 수용 공간에 삽입되어 수용된 분말을 가압할 수 있으며, 하면에 성형하고자 하는 두께 및 형태로 요철 형상이 형성된 상부 펀치; 를 포함하여 이루어지며, 상기 다이의 상측 내주면에는 반경방향 바깥쪽으로 오목하게 분말 배출홈이 형성되되, 상부 펀치의 하면에서 하측으로 돌출 형성된 볼록한 돌기가 형성된 원주방향 위치에 대응되는 다이의 원주방향 위치에 상기 분말 배출홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다이의 분말 배출홈은 분말 수용 공간의 상측에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다이의 분말 배출홈은 다이의 상단에 형성되며 상측이 다이의 외부와 연통되도록 개방되게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 펀치의 하면에서 돌출 형성된 돌기는 상부 펀치의 외경의 범위 내에서 반경방향 최외측에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 펀치의 하면에서 돌출 형성된 돌기는 원주방향 하측으로 경사지도록 경사면이 형성되며, 상기 다이의 분말 배출홈에는 상기 돌기의 경사면에 대응되도록 다이의 원주방향 하측으로 경사지게 경사부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다이의 분말 배출홈 높이(HD)는 대응되는 상기 상부 펀치의 돌기 높이(h1)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다이의 분말 배출홈 높이(HD)는 대응되는 상기 상부 펀치의 돌기 높이(h1)에 비례하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분말은 상기 다이의 분말 배출홈 하단의 높이보다 높게 채워지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다이의 관통홀 내에 삽입되어 상측이 상기 관통홀이 형성된 다이의 내주면에서 이격되어 배치되며, 상기 관통홀이 형성된 다이의 내주면과 이격된 공간이 분말이 수용되는 수용 공간으로 형성되도록 하는 코어를 더 포함하여 이루어지며, 상기 코어는 외주면에 내측으로 오목하게 분말 배출홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코어의 분말 배출홈은 코어의 상단에 형성되어, 상기 코어의 분말 배출홈 상측이 코어의 외부로 개방되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 펀치의 하면에서 돌출 형성된 돌기는 상부 펀치의 내경의 범위 바깥쪽으로 반경방향 최내측에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 펀치의 하면에서 돌출 형성된 돌기는 원주방향 하측으로 경사지도록 경사면이 형성되며, 상기 코어의 분말 배출홈에는 상기 돌기의 경사면에 대응되도록 코어의 원주방향 하측으로 경사지게 경사부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코어의 분말 배출홈 높이(HC)는 대응되는 상기 상부 펀치의 돌기 높이(h2)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코어의 분말 배출홈 높이(HC)는 대응되는 상기 상부 펀치의 돌기 높이(h2)에 비례하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코어의 상단은 다이의 상단과 동일한 높이에 배치되며, 상기 분말은 상기 다이의 분말 배출홈 하단 및 코어의 분말 배출홈 하단의 높이보다 높게 채워지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코어에는, 반경방향으로 중앙부에 위치하며 상면에서 오목하게 중앙홈이 형성되어, 상기 중앙홈이 분말 배출홈과 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템은, 다이 및 펀치 등으로 구성되는 기존의 가압 성형장치를 이용해 다양한 두께 및 형태를 갖는 복잡한 형상의 제품을 원하는 형상으로 제조할 수 있으며 균일한 밀도를 갖도록 성형할 수 있는 장점이 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템을 이용한 분말 가압 성형 과정을 나타낸 정면 단면도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템을 이용한 분말 가압 성형 과정을 나타낸 정면 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 상부 펀치의 돌기 및 다이의 분말 배출홈의 형태를 나타낸 정면도.
도 8은 본 발명에 따른 상부 펀치의 돌기 높이와 다이 및 코어의 분말 배출홈의 높이를 나타낸 정면 단면도.
도 9는 본 발명에 따른 코어를 나타낸 상측 평면도.
도 10은 도 9의 AA'방향 단면도.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템을 이용하여 가압 성형한 제품을 나타낸 사시도.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
[실시예 1]
도 1 내지 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템을 이용한 분말 가압 성형 과정을 나타낸 정면 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템은, 상측이 개방되어 분말이 수용될 수 있는 수용 공간(111)이 형성된 다이(100); 및 상기 다이(100)의 상측에 배치되며 상기 다이(100)의 수용 공간(111)에 삽입되어 수용된 분말을 가압할 수 있으며, 하면에 성형하고자 하는 두께 및 형태로 요철 형상이 형성된 상부 펀치(400); 를 포함하여 이루어지며, 상기 다이(100)의 상측 내주면에는 반경방향 바깥쪽으로 오목하게 분말 배출홈(120)이 형성되되, 상부 펀치(400)의 하면(401)에서 하측으로 돌출 형성된 볼록한 돌기(402)가 형성된 원주방향 위치에 대응되는 다이(100)의 원주방향 위치에 상기 분말 배출홈(120)이 형성될 수 있다.
우선, 다이(100)는 두께가 두꺼운 판으로 형성되어 블록 형태로 형성될 수 있으며, 내부가 중공되어 상하로 관통된 관통홀(110)이 형성될 수 있다. 이때, 다이(100)는 다이 플레이트(101)의 관통된 중앙에 다이스(102)가 삽입되어 고정될 수 있으며, 다이스(102)는 다이 플레이트(101)에 압입되어 견고하게 고정될 수 있다. 또한, 다이스(102)의 내부가 중공되어 상하로 관통된 관통홀(110)이 형성될 수 있다. 그리고 다이(100)의 관통홀(110) 하측에는 하부 펀치(200)가 삽입되어, 관통홀(110)이 형성된 다이(100)의 상측 내주면과 하부 펀치(200)의 상면에 의해 수용 공간(111)이 형성되어 수용 공간(111)에 제품을 가압 성형하기 위한 분말이 수용될 수 있다. 이때, 분말은 금속 분말이 될 수 있고 다른 재료들과 금속 분말이 균일하게 혼합된 혼합 분말이 사용될 수도 있으며, 이외에도 다양한 분말이 사용될 수 있다. 또한, 하부 펀치(200)는 분말이 새어나가지 않도록 삽입되는 외주면 전체가 관통홀(110)의 내주면에 접하도록 삽입되어 다이(100)에 결합될 수 있다. 또한, 다이(100)는 프레임 등에 견고하게 고정되어 있을 수 있으며, 하부 펀치(200)는 다이(100)의 하측에서 상측방향으로 삽입될 수 있도록 상하방향으로 이동 가능하게 형성될 수 있으며, 다이(100)에 하부 펀치(200)가 삽입된 상태에서 하부 펀치(200)의 위치가 고정되어 견고하게 지지되도록 형성될 수 있다.
상부 펀치(400)는 수용 공간(111)에 채워진 분말을 눌러 가압하여 분말 성형체인 제품을 만들 수 있도록 하는 부분으로써, 다이(100)의 상측에 이격된 위치에 상부 펀치(400)가 배치된 상태에서 하측방향으로 이동하여 상부 펀치(400)의 하측이 수용 공간(111)에 삽입되어 채워져 있는 분말을 가압함으로써 분말이 압축된 형태의 제품을 만들 수 있다. 이때, 상부 펀치(400)는 삽입되는 외주면 전체가 관통홀(110)의 내주면에 접하도록 형성되어 분말이 상측으로 새어나갈 수 없도록 형성될 수 있다. 또한, 상부 펀치(400)는 하면이 성형하고자 하는 제품의 두께 및 형태로 요철 형상이 형성될 수 있으며, 상부 펀치(400)의 하면(401)을 기준으로 하측으로 돌출된 형태의 돌기(402)가 형성되어 요철 형상으로 형성될 수 있다.
여기에서 다이(100)에 형성된 분말 배출홈(120)은 관통홀(110)이 형성된 다이의 상측 내추면에서 반경방향 바깥쪽으로 오목하게 형성될 수 있으며, 상부 펀치(400)의 하면(401)에서 하측으로 볼록하게 돌출 형성된 돌기(402)가 형성된 원주방향 위치에 대응되는 다이(100)의 원주방향 위치에 분말 배출홈(120)이 형성될 수 있다.
그리하여 도시된 바와 같이 상부 펀치(400)가 다이(100)의 상측에 이격되어 있고 분말이 다이(100)의 수용 공간(111)에 채워진 상태에서, 상부 펀치(400)로 채워져 있는 분말을 누르기 시작하면 상부 펀치(400)의 돌기(402)에 의해 먼저 분말이 눌리게 되고 이때, 상부 펀치(400)의 돌기에 의해 눌리는 부분 주변의 분말은 반경방향으로 퍼지게 되며, 분말의 일부가 밀려 다이(100)의 분말 배출홈(120)을 통해 유동되어 수용 공간(111)의 외부로 배출되게 된다. 그리고 상부 펀치(400)가 하측으로 더 이동하여 분말 배출홈(120)이 상부 펀치(400)에 의해 압축되는 분말이 수용된 공간과 차단되면 분말이 배출되지 않는 상태에서 압축이 이루어져 특정한 압축비가 되도록 압축되어 분말 성형체인 제품으로 가압 성형이 완료될 수 있다.
즉, 상부 펀치(400)의 돌기(402)에 의해 분말이 눌리는 부분은 제품에서 두께가 상대적으로 얇게 형성되는 부분이므로 분말이 압축될 때 분말의 일부가 제거되도록 함으로써, 제품에서 상대적으로 두께가 얇게 형성되는 부분과 두께가 두껍게 형성되는 부분의 압축된 밀도가 같아지도록 형성할 수 있다. 또한, 이에 따라 분말의 유동성이 향상되어 상부 펀치(400)에 복잡한 형태의 요철 형상이 형성되어 있더라도 상부 펀치(400)의 요철 형상 그대로 제품이 가압 성형될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템은, 다이 및 펀치 등으로 구성되는 기존의 가압 성형장치를 이용해 다양한 두께 및 형태를 갖는 복잡한 형상의 제품을 원하는 형상으로 제조할 수 있으며 균일한 밀도를 갖도록 성형할 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 다이(100)의 분말 배출홈(120)은 분말 수용 공간(111)의 상측에 형성될 수 있다.
즉, 다이(100)에 형성된 분말 배출홈(120)은 분말이 채워지는 수용 공간(111)의 상측에 형성되어, 분말이 압축되기 시작하는 초기에 상부 펀치(400)의 돌기(402)에 의해 눌리는 부분에서 분말이 일부 배출될 수 있도록 함으로써, 분말이 압축되기 전에 용이하게 배출될 수 있다.
또한, 상기 다이(100)의 분말 배출홈(120)은 다이(100)의 상단에 형성되며 상측이 다이(100)의 외부와 연통되도록 개방되게 형성될 수 있다.
즉, 다이(100)에 형성된 분말 배출홈(120)은 다이(100)의 최상측인 상단에 형성되어, 분말 배출홈(120)은 다이(100)의 상면쪽으로 개방되게 형성되고 다이(100)의 내주면쪽으로도 개방되게 형성되어, 다이(100)의 외부 내부가 연통되도록 형성될 수 있다. 그리하여 상측 및 내측방향으로 개방된 분말 배출홈(120)에 의해 상부 펀치(400)의 돌기(402)에 눌려 배출되는 분말이 보다 원활하게 수용 공간(111)의 외부로 배출될 수 있다.
또한, 상기 상부 펀치(400)의 하면에서 돌출 형성된 돌기(402)는 상부 펀치(400)의 외경의 범위 내에서 반경방향 최외측에 위치할 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이 돌기(402)는 상부 펀치(400)의 외경 범위 내에서 하측 방향으로 돌출 형성되되, 상부 펀치(400)의 반경방향 최외측에 위치하여 형성될 수 있다. 이에 따라 돌기(402)에 의해 눌리는 부분의 바로 옆인 수평 방향으로 분말이 유동되어 다이(100)에 형성된 분말 배출홈(120)을 통해 즉시 배출될 수 있다.
또한, 상기 상부 펀치(400)의 하면에서 돌출 형성된 돌기(402)는 원주방향 하측으로 경사지도록 경사면(403)이 형성되며, 상기 다이(100)의 분말 배출홈(120)에는 상기 돌기(402)의 경사면(403)에 대응되도록 다이(100)의 원주방향 하측으로 경사지게 경사부(121)가 형성될 수 있다.
즉, 도 7과 같이 상부 펀치(400)에 형성된 돌기(403)의 측면이 수직으로 형성되는 경우에는 다이(100)에 형성되는 분말 배출홈(120)도 측면이 수직으로 형성될 수 있으며, 상기한 바와 같이 상부 펀치(400)의 돌기(402) 측면이 원주방향 하측으로 경사지도록 경사면(403)이 형성되는 경우에는 다이(100)의 분말 배출홈(120)에도 돌기(402)의 경사면(403)에 대응되도록 다이(100)의 원주방향 하측으로 경사지게 경사부(121)가 형성되는 것이다. 그리하여 상부 펀치(400)에 형성된 돌기(402)의 형태대로 분말이 배출될 수 있도록 할 수 있어, 보다 정확한 형상으로 제품의 제조가 가능하며 밀도도 균일해질 수 있다.
또한, 상기 다이(100)의 분말 배출홈(120) 높이(HD)는 대응되는 상기 상부 펀치(400)의 돌기(402) 높이(h1)보다 크게 형성될 수 있다.
즉, 상부 펀치(400)의 돌기(402)에 의해 분말이 눌리면서 옆으로 밀려나가 분말 배출홈(120)을 통해 배출될 때, 상부 펀치(400)의 돌기(402)가 형성되지 않는 나머지 부분에 의해 분말이 눌리기 시작한 후에 분말 배출홈(120)을 통한 분말 배출이 차단되도록 함으로써, 돌기(402)의 높이(h1)에 해당하는 부분만큼 분말이 눌리는 동안 분말을 배출할 수 있다.
또한, 상기 다이(100)의 분말 배출홈(120) 높이(HD)는 대응되는 상기 상부 펀치(400)의 돌기(402) 높이(h1)에 비례하여 형성될 수 있다.
즉, 도 2, 3, 7 및 8을 참조하면 상부 펀치(400)에 형성된 돌기의 높이에 비례하여 다이(100)의 분말 배출홈(120)의 높이가 형성됨으로써, 상기한 바와 같이 돌기(402)의 높이(h1)에 해당하는 부분만큼 분말이 눌리는 동안 분말을 배출할 수 있으며, 또한 최종적으로 압축되어 형성되는 제품에서 두께가 두꺼운 부분과 얇은 부분의 압축비를 균일하게 할 수 있다.
또한, 상기 분말은 상기 다이(100)의 분말 배출홈(120) 하단의 높이보다 높게 채워질 수 있다.
이때, 분말은 도 1과 같이 다이(100)의 상면 높이와 동일하게 평평한 형태로 채워져 있는 상태에서 상부 펀치(400)에 의해 눌려 압축되는 것이 바람직하다. 여기에서 분말은 다이(100)의 상측에서 수용 공간(111)으로 공급되어 수용 공간(111)을 채운 후 다이(100)의 상면보다 위쪽까지 채워진 후 스크레이퍼 장치 등으로 다이(100) 상면 위쪽에 채워진 분말을 제거하여 다이(100)의 상면 높이까지 평평한 형태로 수용 공간(111)에 분말이 채워질 수 있다. 또는 다른 별도의 장치나 방법을 이용해 분말이 수용 공간(111)에 채워지되 분말 배출홈(120)의 하단 높이보다 높게 채워질 수도 있다. 그리하여 상부 펀치(400)에 형성된 돌기(402)에 의해 먼저 눌리게 되는 분말이 다이(100)의 분말 배출홈(120)을 통해 외부로 배출되어, 가압 성형되어 완성된 제품이 정확한 형상 및 균일한 밀도로 형성될 수 있다.
[실시예 2]
도 4 내지 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템을 이용한 분말 가압 성형 과정을 나타낸 정면 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템은, 상기 다이(100)의 관통홀(110) 내에 삽입되어 상측이 상기 관통홀(110)이 형성된 다이(100)의 내주면에서 이격되어 배치되며, 상기 관통홀(110)이 형성된 다이(100)의 내주면과 이격된 공간이 분말이 수용되는 수용 공간(111)으로 형성되도록 하는 코어(300)를 더 포함하여 이루어지며, 상기 코어(300)는 외주면에 내측으로 오목하게 분말 배출홈(320)이 형성될 수 있다.
즉, 가압 성형되어 만들어지는 제품의 중앙이 상하로 관통 형성된 링 형태로 형성되는 경우 다이(100)의 내측에 삽입되어 배치되는 코어(300)가 사용될 수 있다. 그리고 코어(300)는 외주면이 다이(100)의 내주면에서 이격되도록 배치될 수 있으며, 코어(300)의 상면이 다이(100)의 상면과 높이가 일치하도록 배치될 수 있다. 그리하여 다이(100), 코어(300) 및 하부 펀치(200)에 의해 형성된 다이(100)와 코어(300) 사이의 공간이 분말이 수용될 수 있는 수용 공간(111)으로 형성될 수 있다. 이때, 코어(300)는 외주면에 내측으로 오목하게 분말 배출홈(320)이 형성될 수 있으며, 코어(300)에 형성된 분말 배출홈(320) 역시 상기 다이(100)에 형성된 분말 배출홈(320)과 같이 상부 펀치(400)의 돌기(402)에 의해 먼저 눌려지는 부분의 분말이 유동되어 배출될 수 있도록 하는 것이다.
이에 따라 코어(300)의 분말 배출홈(320)을 통해서도 분말이 배출될 수 있도록 함으로써 보다 정확한 형상 및 균일한 밀도로 제품이 가압 성형될 수 있다.
여기에서도 다이(100)의 관통홀(110) 하측에는 하부 펀치(200)가 삽입될 수 있으며, 하부 펀치(200)는 중앙이 상하로 관통 형성되어 중공관 형태로 형성될 수 있다. 그리고 하부 펀치(200)를 중공된 내부를 관통하도록 코어(300)가 삽입되어, 코어(300)의 외주면 전체가 하부 펀치(200)의 내주면에 접하도록 형성될 수 있으며, 상부 펀치(400)도 중앙이 상하로 관통 형성되어 중공관 형태로 형성될 수 있다. 또한, 코어(300)는 하부 펀치(200)를 관통하도록 삽입된 상태에서 코어(300) 및 하부 펀치(200)의 위치가 고정되어 견고하게 지지되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 코어(300)의 분말 배출홈(320)은 코어(300)의 상단에 형성되어, 상기 코어(300)의 분말 배출홈(320) 상측이 코어(300)의 외부로 개방되도록 형성될 수 있다.
이는 상기한 다이(100)에 형성되는 분말 배출홈(120)과 마찬가지로, 코어(300)에 형성되는 분말 배출홈(320)도 코어(300)의 최상측인 상단에 형성되어, 분말 배출홈(320)은 코어(300)의 상면쪽과 외주면쪽이 개방된 형태로 형성될 수 있다. 그리하여 분말의 배출이 용이할 수 있다.
또한, 상기 상부 펀치(400)의 하면에서 돌출 형성된 돌기(402)는 상부 펀치(400)의 내경의 범위 바깥쪽으로 반경방향 최내측에 위치할 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이 돌기(402)는 상부 펀치(400)의 내경 범위 바깥쪽에 위치하되, 상부 펀치(400)의 반경방향 최내측에 위치하여 형성될 수 있다. 이때, 코어(300)에 형성된 분말 배출홈(320)을 통해 돌기(402)에 의해 눌린 부분의 분말이 일부 배출되도록 함으로써, 보다 효과적으로 분말이 배출되도록 할 수 있다. 여기에서 상기한 바와 같이 상부 펀치(400)에 형성된 돌기가 반경방향 최외측에 위치하여 외경측 돌기(410)로 형성되는 경우에는 대응되는 위치의 다이(100)에 분말 배출홈(120)을 형성하여 분말이 배출되도록 하고, 상부 펀치(400)에 형성된 돌기가 반경방향 최내측에 위치하여 내경측 돌기(420)로 형성되는 경우에는 대응되는 위치의 코어(300)에 분말 배출홈(320)을 형성하여 분말이 배출되도록 함으로써, 돌기가 형성된 반경방향 위치에 따라 다이의 분말 배출홈과 코어의 분말 배출홈을 통해 용이하게 분말이 배출되도록 할 수 있다. 또는 상부 펀치(400)의 반경방향 최외측과 최내측 전체에 걸쳐 돌기가 형성되는 경우(상부 펀치 일측의 수평방향으로의 두께와 돌기의 수평방향으로의 폭이 같게 형성되는 경우)에는 다이(100)에 분말 배출홈(120)을 형성하거나 코어(300)에 분말 배출홈(320)을 형성하거나 둘 모두에 분말 배출홈이 형성될 수도 있다.
또한, 상기 상부 펀치(400)의 하면에서 돌출 형성된 돌기(402)는 원주방향 하측으로 경사지도록 경사면(403)이 형성되며, 상기 코어(300)의 분말 배출홈(320)에는 상기 돌기(402)의 경사면에 대응되도록 코어(300)의 원주방향 하측으로 경사지게 경사부가 형성될 수 있다.
즉, 상부 펀치(400)에 형성된 돌기(403)의 측면이 수직으로 형성되는 경우에는 코어(300)에 형성되는 분말 배출홈(320)도 측면이 수직으로 형성될 수 있으며, 상기한 바와 같이 상부 펀치(400)의 돌기(402) 측면이 원주방향 하측으로 경사지도록 경사면(403)이 형성되는 경우에는 코어(300)의 분말 배출홈(320)에도 돌기(402)의 경사면(403)에 대응되도록 코어(300)의 원주방향 하측으로 경사지게 경사부가 형성될 수 있다. 그리하여 상부 펀치(400)에 형성된 돌기(402)의 형태대로 분말이 배출될 수 있도록 할 수 있어, 보다 정확한 형상으로 제품의 제조가 가능하며 밀도도 균일해질 수 있다.
또한, 상기 코어(300)의 분말 배출홈 높이(HC)는 대응되는 상기 상부 펀치(400)의 돌기(402) 높이(h2)보다 크게 형성될 수 있다.
즉, 다이에 형성되는 분말 배출홈과 마찬가지로 상부 펀치(400)의 돌기(402)가 형성되지 않는 나머지 부분에 의해 분말이 눌리기 시작한 후에 코어(300)의 분말 배출홈(320)을 통한 분말 배출이 차단되도록 함으로써, 돌기(402)의 높이(h1)에 해당하는 부분만큼 분말이 눌리는 동안 분말을 배출할 수 있다.
또한, 상기 코어(300)의 분말 배출홈 높이(HC)는 대응되는 상기 상부 펀치(400)의 돌기 높이(h2)에 비례하여 형성될 수 있다.
즉, 상부 펀치(400)에 형성된 돌기의 높이에 비례하여 코어(300)의 분말 배출홈(320)의 높이가 형성됨으로써, 이에 따라 최종적으로 압축되어 형성되는 제품에서 두께가 두꺼운 부분과 얇은 부분의 압축비를 균일하게 할 수 있다.
또한, 상기 코어(300)의 상단은 다이(100)의 상단과 동일한 높이에 배치되며, 상기 분말은 상기 다이(100)의 분말 배출홈(120) 하단 및 코어(300)의 분말 배출홈(320) 하단의 높이보다 높게 채워질 수 있다.
이때, 분말은 다이(100) 및 코어(300)의 상면 높이와 동일하게 평평한 형태로 채워져 있는 상태에서 상부 펀치(400)에 의해 눌려 압축되는 것이 바람직하다. 그리하여 상부 펀치(400)에 형성된 돌기(402)들에 의해 먼저 눌리게 되는 분말이 다이(100)의 분말 배출홈(120)과 코어(300)의 분말 배출홈(320)을 통해 외부로 배출되어, 가압 성형되어 완성된 제품이 정확한 형상 및 균일한 밀도로 형성될 수 있다.
또한, 하부 펀치(200)의 상면에서 돌출된 형태로 돌기가 형성되어, 하부 펀치(200)의 상단도 요철 형태로 형성될 수 있으며, 마찬가지로 하부 펀치(200)의 상면에서 상측으로 돌출 형성된 돌기에 따라 다이나 코어에 분말 배출홈이 형성될 수 있으며, 하부 펀치(200)에 돌출 형성된 돌기에 높이나 위치 등에 따라 분말 배출홈이 형성될 수 있다. 또한 하부 펀치(200)와 상부 펀치(400)에 모두 동일한 원주방향 위치에 돌기가 형성되어 있는 경우에는 두 돌기의 높이를 감안하여 분말 배출홈의 높이가 비례하도록 형성될 수도 있다.
또한, 상기 코어(300)에는, 반경방향으로 중앙부에 위치하며 상면에서 오목하게 중앙홈(330)이 형성되어, 상기 중앙홈(330)이 분말 배출홈(320)과 연결되도록 형성될 수 있다.
즉, 도 9 및 도 10과 같이 중앙홈(330)은 코어(300)의 상면에서 하측으로 오목하게 형성되어 상측이 개방되도록 형성될 수 있으며, 분말 배출홈(320)들은 반경방향 중앙을 향해 연장 형성되어 상기 중앙홈(330)과 연결되도록 형성될 수 있다. 그리하여 분말 배출홈(320)을 통해 배출되는 분말이 중앙홈(330)을 통해 보다 용이하게 배출될 수 있다. 이때, 중앙홈(330)의 하단 높이가 분말 배출홈(320)들의 하단 높이보다 낮거나 같게 형성되어, 분말이 보다 원활하게 배출되도록 할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템을 이용해 분말을 가압 성형하면, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이 두께가 다양하고 형태가 복잡한 제품(500)의 형상을 정밀하게 제작할 수 있으며 가압 성형된 제품의 밀도가 균일하게 형성될 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 다이
101 : 다이 플레이트 102 : 다이스
110 : 관통홀 111 : 수용 공간
120 : 분말 배출홈 121 : 경사부
200 : 하부 펀치
300 : 코어
320 : 분말 배출홈 330 : 중앙홈
400 : 상부 펀치
401 : 하면 402 : 돌기
403 : 경사면
410 : 외경측 돌기 420 : 내경측 돌기
500 : 제품

Claims (16)

  1. 상측이 개방되어 분말이 수용될 수 있는 수용 공간이 형성된 다이; 및
    상기 다이의 상측에 배치되며 상기 다이의 수용 공간에 삽입되어 수용된 분말을 가압할 수 있으며, 하면에 성형하고자 하는 두께 및 형태로 요철 형상이 형성된 상부 펀치; 를 포함하여 이루어지며,
    상기 다이의 상측 내주면에는 반경방향 바깥쪽으로 오목하게 분말 배출홈이 형성되되,
    상기 분말 배출홈은 상부 펀치의 하면에서 하측으로 돌출 형성된 볼록한 돌기의 원주방향 위치에 대응되는 다이의 원주방향 위치에 형성되되,
    상기 상부 펀치의 하면에서 하측으로 돌출 형성된 볼록한 돌기는 일측이 원주방향 하측으로 경사지도록 경사면이 형성되며,
    상기 다이의 분말 배출홈에는 상기 돌기의 경사면에 대응하여 일측이 다이의 원주방향 하측으로 경사진 경사부가 형성되는 것을 특징으로 하는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다이의 분말 배출홈은 분말 수용 공간의 상측에 형성되는 것을 특징으로 하는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다이의 분말 배출홈은 다이의 상단에 형성되며 상측이 다이의 외부와 연통되도록 개방되게 형성되는 것을 특징으로 하는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 펀치의 하면에서 돌출 형성된 돌기는 상부 펀치의 외경의 범위 내에서 반경방향 최외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 다이의 분말 배출홈 높이(HD)는 대응되는 상기 상부 펀치의 돌기 높이(h1)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 다이의 분말 배출홈 높이(HD)는 대응되는 상기 상부 펀치의 돌기 높이(h1)에 비례하여 형성되는 것을 특징으로 하는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분말은 상기 다이의 분말 배출홈 하단의 높이보다 높게 채워지는 것을 특징으로 하는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 다이의 관통홀 내에 삽입되어 상측이 상기 관통홀이 형성된 다이의 내주면에서 이격되어 배치되며, 상기 관통홀이 형성된 다이의 내주면과 이격된 공간이 분말이 수용되는 수용 공간으로 형성되도록 하는 코어를 더 포함하여 이루어지며,
    상기 코어는 외주면에 내측으로 오목하게 분말 배출홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코어의 분말 배출홈은 코어의 상단에 형성되어, 상기 코어의 분말 배출홈 상측이 코어의 외부로 개방되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 상부 펀치의 하면에서 돌출 형성된 돌기는 상부 펀치의 내경의 범위 바깥쪽으로 반경방향 최내측에 위치하는 것을 특징으로 하는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 상부 펀치의 하면에서 돌출 형성된 돌기는 원주방향 하측으로 경사지도록 경사면이 형성되며,
    상기 코어의 분말 배출홈에는 상기 돌기의 경사면에 대응되도록 코어의 원주방향 하측으로 경사지게 경사부가 형성되는 것을 특징으로 하는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 코어의 분말 배출홈 높이(HC)는 대응되는 상기 상부 펀치의 돌기 높이(h2)보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 코어의 분말 배출홈 높이(HC)는 대응되는 상기 상부 펀치의 돌기 높이(h2)에 비례하여 형성되는 것을 특징으로 하는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 코어의 상단은 다이의 상단과 동일한 높이에 배치되며, 상기 분말은 상기 다이의 분말 배출홈 하단 및 코어의 분말 배출홈 하단의 높이보다 높게 채워지는 것을 특징으로 하는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 코어에는,
    반경방향으로 중앙부에 위치하며 상면에서 오목하게 중앙홈이 형성되어, 상기 중앙홈이 분말 배출홈과 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 복잡 형상 소결을 위한 파우더 충진 시스템.
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