KR102431828B1 - 세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법에 있어, 가동 코어 핀이 이젝터 핀의 기능을 겸하는 성형 장치 및 성형품의 구조를 제시함으로써, 간소한 성형 장치 설계와 제품 원가 절감의 효과가 있다.

Description

세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법{Method for manufacturing a molded article using ceramic powder}

본 발명은 세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금형의 구조가 간단하여 제작 및 유지 비용을 감소시키고 분말을 압축한 성형품의 탈형이 용이하여 생산성을 증대시킬 수 있는 성형품의 제조방법에 관한 것이다.

압축성형법은 무기 및 유기 재료에 널리 응용되고, 응용분야 및 적용재료에 따라 프레스 성형, 가압 성형이라고도 한다. 무기 재료에 응용되는 가압 성형 가운데 분말 압축 성형이 있고 분말 압축 성형은 잘 깨지는 과립형태의 분말 원료에 압력을 가해 성형하는 방법이다.

최근에는 제품의 성형에서부터 적재까지 완전 자동화된 설비가 사용된다. 압축 성형기에 금형을 장치하고, 금형 안에 분말 원료를 넣어 압력 또는 열을 가하고 성형품을 금형에서 꺼내어 취출하는 모든 단계가 자동화되어 있다. 자동화 설비가 사용되는 오늘날에는 이형 불량을 방지하는 것이 공정의 경제성 측면에서 유리하다.

성형품을 금형에서 꺼내는 단계를 이형, 탈형으로 말할 수 있고, 제품의 표면에 이젝터 핀(ejector pin)의 자국이 남거나 제품이 금형으로부터 온전하게 나오지 않아서 제품이 손상되는 경우를 이형불량이라고 한다.

성형품이 금형으로부터 온전하게 나오지 않아서 금형의 성형 재료 수용부에 성형 재료가 남거나 붙어 있는 경우 다음 성형을 위해 금형의 수용부를 청소해야 하고 이 과정은 성형 주기를 불필요하게 증가시킨다. 이형 불량 현상을 방지하는 것은 성형품의 품질, 공정의 경제성을 향상시킨다.

이형 불량 현상의 원인으로는 부적합한 이젝터 핀, 재료특성에 부적합한 금형의 구조, 부적합한 온도 및 압력, 과충진 등을 들 수 있다.

이젝터 핀은 이젝터(ejector)에 고정되어 있어 성형품이 금형 밖으로 빠지도록 밀어내는 기능을 가진 핀으로, 금형의 개폐운동 만으로 성형품을 꺼낼 수 없을 때 유용하다. 이젝터 핀의 종류로는 단붙이형 이젝터 핀, 평행형 이젝터 핀, 이젝터 블레이드(ejector blade) 등이 있다. 이젝터 핀과 같은 기능을 하는 부품에는 녹아웃핀(knock out pin)-성형품을 펀치에서 떼어 주는 기능을 가진 핀-과 키커핀(kicker pin)-가공품을 금형에서 떼어 내는 기능을 가진 핀- 등이 있다.

이젝터 핀의 개수가 너무 적거나 이젝터 핀의 위치가 부적합한 경우 또는 이젝터 핀이 성형품을 밀어낼 때 닿는 유효면적이 너무 작은 경우에는 밀어내는 힘이 부족하기 때문에 성형품의 표면에 이젝터 핀의 자국이 발생할 수 있다.

즉 이젝터 핀의 자국이 남는 유형의 이형 불량은 사용되는 이젝터 핀의 개수를 늘리거나 이젝터 핀의 위치를 적절하게 옮김으로써 방지할 수 있다.

또 가능하다면 사용할 재료의 특성에 적합한 금형을 설계하거나 온도, 시간, 압력, 속도 등을 조절함으로써 이형 불량 현상을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 성형 방법은 금형의 구조에 따른 이형 불량 현상을 방지하는데 초점을 두고 있다. 금형의 각진 구조, 돌출되거나 오목하게 패인 구조 또는 측면에 구멍이 있는 구조는 제품의 이형을 방해한다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따른 성형품은 하부 돌출부가 존재하기 때문에 금형의 상부를 여는 것만으로 제품이 이형될 수 없다. 이 같은 구조를 소위 언더컷(under-cut)이라고 한다. 언더컷 구조로 인해 성형품의 긁힘, 변형, 균열 등의 불량 현상이 추가적으로 발생할 수 있다.

제품 설계 시 언더컷 구조를 피하는 방향으로 설계가 되면 좋지만 부득이하게 언더컷 구조가 필요할 수 있다. 언더컷으로 인한 이형 불량 문제를 처리하기 위해 금형을 가열하는 방법, 이형제를 사용하는 방법 등을 사용할 수 있다. 그러나 이형제의 사용은 금형의 오염 및 성형품의 불량 현상을 유발하여 설비의 정지 시간을 증가시키고 생산성의 저하를 가져온다. 또한 성형 재료의 특성에 따라 이형제 사용이 제한될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 성형체의 성형 방법과 같이 분말 형태의 성형 재료를 압축하여 성형하는 공정에서는 제품의 물성이 나빠질 수 있어 이형제를 사용하지 않는다.

이형 불량 문제를 처리하는 다른 방법으로 금형의 언더컷 구조로 인한 이형 불량의 문제는 제품을 강제로 밀어내거나 캐비티를 분할하거나 분할 성형 방법이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 성형 장치는 수용 공간의 하부를 구획하는 제1 펀치 및 다이를 여러 개로 분할하는 것이 불가능한데, 이와 같이 캐비티를 여러 개로 분할하는 것이 불가능한 성형 장치의 경우에는 제품을 강제로 빼내는 방법이 필수적이다.

그리고 제품의 특성에 따라 이형을 위한 별도의 이형 장치가 필수적일 수 있다. 특히 세라믹 분말의 압축 성형품과 같이 제품의 경도는 높지만 탄성이 없는 제품의 경우 또는 언터컷 구조가 깊은 경우에는 별도의 이형 장치가 있어야만 효과적으로 이형이 가능하다.

이때 사용될 수 있는 별도의 이형 장치에는 에어 이젝션 장치, 이젝터 핀 등이 있다. 에어 이젝션은 압축 공기를 이용하여 성형품을 코어 또는 캐버티로부터 축출하는 이형 방법이다. 앞에서 설명한 바와 같이 이젝터 핀은 직접 성형품에 접촉한 상태로 이형시키는 방법에 사용된다.

금형의 구조로 인한 이형 불량을 방지하기 위해 이젝터 핀을 사용하는 경우, 간과하기 어려운 문제가 있다.

먼저 이젝터 핀을 추가함으로써 성형 장치의 구조가 복잡하게 된다. 이젝터 핀을 사용하려면 이젝터 핀을 몰드베이스에 설치하고 동작시키는데 필요한 수개의 다른 부품을 함께 구비해야 하기 때문이다.

추가되어야 하는 기본적인 부품에는 이젝터 볼트- 금형에서 성형 제품을 꺼낼 때 이젝터 로드 쪽에서 이젝터 판을 밀어내는 부품-, 이젝터 부시- 이젝터 핀을 보호하고 마찰을 줄일 때 사용되는 부시의 일종-, 이젝터 하우징- 이젝터 핀 고정판과 이젝터 핀 받침판을 조립한 것-, 이젝터 녹아웃 로드-녹아웃에 위쪽을 향하여 세워져 있는 봉으로 성형품이나 부스러기를 떨어지게 하는 방법으로 사용됨-, 이젝터 판-성형품을 밀어 내기 위해 사용되며 이젝터 핀과 스프루 로크 핀들이 고정됨-, 이젝터 핀 고정판, 이젝터 로드-금형의 이젝터 장치를 움직이기 위해서 성형기의 틀죔 쪽에 부착된 로드이며 이것에 의해 금형이 열릴 때 가동 쪽의 금형이 후퇴하면 이젝터 판을 밀어냄-, 리턴 핀 등이 있을 수 있다.

재료의 특성, 이젝터 핀의 종류에 따라 더 많은 종류, 개수의 부품이 필요할 수 있다. 그리고 부품의 추가는 성형 장치의 내구성을 떨어뜨리거나 외관 불량을 일으키는 주된 요인이다. 성형 장치의 구조가 복잡해지는 문제는 기구 설계, 제품 원가 상승 문제로 이어진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 성형 방법은 가동 코어 핀이 이젝터 핀의 역할을 겸하기 때문에 성형 장치의 구조를 간소화할 수 있다.

대한민국 등록특허 제10-0115042호(1997.05.08 등록) 대한민국 등록특허 제10-1791787호(2017.10.24 등록) 대한민국 공개특허 제10-2021-0078946호(2021.06.29 공개)

본 발명은 세라믹 성형을 위한 일축 가압 성형에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탈형 과정에서 이형 불량이 발생하지 않고, 고속 생산 및 정밀 성형이 가능한 일축 가압 성형에 관한 것이다.

내부에 가동축 방향의 관통부가 존재하는 성형체의 일축 가압 성형 시 성형체를 하부 펀치와 금형으로부터 이형시키는 과정을 빠르고 정확하게 수행하는데 목적이 있다. 본 발명은 종래의 가동 코어 핀과 이젝터 핀의 기능을 동시에 수행할 수 있는 성형 장치를 제공한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법은, 세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법에 있어서, 상기 성형품은 몸통부 및 상기 몸통부에서 하부로 돌출된 돌출부를 포함하고, 상기 몸통부 및 상기 돌출부를 상하 방향으로 관통하는 관통부가 형성되고, 상하로 관통된 개구가 형성된 다이, 상기 돌출부에 대응되는 수용부가 형성된 제1 펀치, 상기 제1 펀치의 상부에 위치하는 제2 펀치 및 적어도 일부가 상기 제1 펀치에 삽입되어 위치하는 코어핀을 포함하는 성형 장치를 준비하는 단계 - 상기 준비하는 단계에서 상기 다이, 상기 제1 펀치 및 상기 코어핀은 상부가 개방된 수용 공간을 형성함 -, 상기 수용 공간에 상기 세라믹 분말을 충진하는 단계, 상기 코어핀을 상부로 이동시켜 적어도 일부를 상기 수용 공간에 위치시키는 단계, 상기 제2 펀치를 하부로 이동시켜 상기 세라믹 분말을 압축하여 성형품을 성형하는 단계, 상기 제2 펀치를 상부로 이동시켜 상기 수용 공간을 개방하는 단계, 상기 코어핀을 상기 성형품에 대해 상대적으로 하부로 이동시키는 단계, 상기 코어핀을 상부로 이동시켜 상기 성형품을 상기 제1 펀치로부터 분리시키는 단계, 및 상기 성형품을 휘더로 밀어 취출하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 위치시키는 단계에서, 상기 코어핀의 상단은 상기 제2 펀치에 삽입될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 개방하는 단계에서, 상기 몸통부가 상기 다이의 상부에 위치할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이동시키는 단계에서, 상기 코어핀의 상단이 상기 제1 펀치 내부에 위치하도록 하부로 이동시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분리시키는 단계에서, 상기 코어핀의 상단은 상기 성형품의 하부를 상방으로 밀어내어 상기 성형품을 상기 제1 펀치로부터 분리시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분리시키는 단계에서, 상기 코어핀의 상단은 상부로 이동하면서 상기 성형품의 내부에 삽입될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분리시키는 단계에서, 상기 코어핀의 상단은 상기 성형품의 하부와 충돌하여 상기 성형품을 상기 제1 펀치로부터 분리시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이동시키는 단계에서, 상기 코어핀의 상단이 상기 성형품 내부에 위치하도록 하부로 이동시킬 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 세라믹 분말을 이용한 성형품의 성형장치는, 세라믹 분말을 이용한 성형품의 성형장치에 있어서, 상기 성형품은 몸통부 및 상기 몸통부에서 하부로 돌출된 돌출부를 포함하고, 상기 몸통부 및 상기 돌출부를 상하 방향으로 관통하는 관통부가 형성되고, 상하로 관통된 개구가 형성된 다이, 상기 돌출부에 대응되는 수용부가 형성된 제1 펀치, 상기 제1 펀치의 상부에 위치하는 제2 펀치 및 적어도 일부가 상기 제1 펀치에 삽입되는 코어핀을 포함하고, 상기 다이, 상기 제1 펀치 및 상기 코어핀은 상부가 개방된 수용 공간을 형성하고, 상기 수용 공간에 상기 세라믹 분말이 충진되면, 상기 제2 펀치는 하부로 이동하여 상기 세라믹 분말을 압축하여 성형품을 성형한 후, 상부로 이동하여 상기 상기 성형품의 적어도 일부를 외부로 노출시키고, 상기 코어핀은 상기 성형품에 대해 상대적으로 하부로 이동시킨 후 상기 코어핀을 상부로 이동시켜 상기 제1 펀치로부터 분리시킨 상기 성형품을 휘더로 밀어 취출한다.

본 발명의 세라믹 성형품의 제조방법은 성형품의 이형 방법이 간단하고, 성형 장치의 구조가 단순하여 성형 장치의 내구성은 향상시키고 공정의 비용은 절감시키는 효과가 있다.

또 효과적인 탈형을 위한 성형품의 구조 및 이젝션 방법을 제공함으로써 설비의 정지 시간을 최소한으로 줄이고 생산성을 높이는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 장치를 준비하는 단계를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형품을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 장치가 닫혔을 때의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 장치에 세라믹 분말을 충진하는 단계를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 장치의 수용 공간에 코어핀을 위치시키는 단계를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축 성형 단계를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수용 공간을 개방하는 단계를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 코어핀을 하부로 이동시키는 단계를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형품을 분리시키는 단계를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 성형품을 분리시키는 단계를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 코어핀을 하부로 이동시키는 단계를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 장치의 단면도를 도시하는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, 설명되는 각 단계들은 특별한 인과관계에 의해 나열된 순서에 따라 수행되어야 하는 경우를 제외하고, 나열된 순서와 상관없이 수행될 수 있다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법의 순서도이다.

도 1을 참조하면, 세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법은 성형 장치를 준비하는 단계(S110), 세라믹 분말을 충진하는 단계(S120), 코어핀을 수용 공간에 위치시키는 단계(S130), 세라믹 분말에 가압하여 성형하는 단계(S140), 수용공간을 개방하는 단계(S150), 코어핀을 하부로 이동시키는 단계(S160), 성형품을 분리시키는 단계(S170), 성형품을 취출하는 단계(S180)를 포함한다.

상술한 각 단계는 이하에서 도 2 내지 도 12를 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.

이하, 도 2를 참조하여 성형 장치를 준비하는 단계에 대해 설명하도록 한다.

성형 장치를 준비하는 단계(S110)는 도 2에 도시된 성형품을 제조하는 성형 장치를 준비하는 단계이다.

성형 장치(1)는 다이(10), 제1 펀치(20), 코어핀(30), 제2 펀치(40)를 포함한다. 성형 장치(1)는 도 2에 도시된 점선을 가동축으로 하는 일축 가압 장치이다. 제1 펀치(20), 코어핀(30), 제2 펀치(40)는 위 가동축을 기준으로 이동한다.

다이(10)는 상하로 관통된 개구와 성형부(12)가 형성되어 있다. 제1 펀치(20), 코어핀(30), 제2 펀치(40)는 다이(10)의 내부에서 가동축을 따라 이동할 수 있다.

제1 펀치(20)는 성형부(23)와 코어핀 수용부(22)를 포함한다. 제1 펀치는 다이(10)의 하부 개구에 위치하고 가동축을 따라 이동할 수 있다. 제1 펀치의 성형부(23)는 함몰부와 상단(21)으로 구성된다.

코어핀(30)은 다이(10) 및 제1 펀치(20) 내부에 삽입되어 위치하고 가동축을 따라 이동할 수 있다. 성형품에 구멍을 만들기 위해서 사용되는 코어 핀이 가동축에 설치된 것을 가동 코어 핀(moving core pin)이라고 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 코어핀(30)은 이 가동 코어 핀을 의미한다. 코어핀(30)의 성형부(32)는 코어핀(30)의 외주면에 속하고 가압 성형 시 세라믹 분말이 닿게 되는 부분이다.

제2 펀치(40)는 다이(10)의 개구의 상부에 위치하고 가동축을 따라 이동할 수 있다. 제2 펀치(40)가 다이 밖에 존재할 때 다이, 제1 펀치(20) 및 코어핀(30)은 상부가 개방된 수용 공간을 형성한다. 세라믹 분말의 수용공간은 다이(10), 제1 펀치(20) 및 코어핀(30)으로 둘러싸인 공간에 해당한다. 제2 펀치(40)는 가동축을 따라 하강하여 수용 공간에 충진된 세라믹 분말에 압력을 가할 수 있다. 제2 펀치(40)의 성형부(43)도 제1 펀치(30)와 마찬가지로 함몰부와 하단으로 구성된다.

도 3을 참조하여 상술한 성형품에 대해 설명하도록 한다.

성형품(5)은 몸통부(51), 하부 돌출부(52), 관통부(53), 상부 돌출부(54)를 포함한다. 몸통부(51)는 중심에 관통부(53)가 형성된 원기둥 형상을 한다. 하부 돌출부(52)는 몸통부(51)에서 하부로 돌출된 부분이다. 상부 돌출부(54)는 몸통부(51)에서 상부로 돌출된 부분이다. 관통부(53)는 성형품(5)에서 몸통부(51), 하부 돌출부(52) 및 상부 돌출부(54)를 상하 방향으로 관통하도록 형성된다.

성형품(5)에는 언더컷 구조가 존재할 수 있다. 특히 몸통부(51)의 측면과 몸통부(51)의 밑면이 이어지는 각진 구조, 몸통부(51)의 밑면과 상부 및 하부 돌출부(52, 51)가 이어지는 오목한 구조, 상부 및 하부 돌출부(52, 54)의 밑면 등은 언더컷 구조에 해당한다. 언더컷 구조에서는 성형품(5)가 금형에서 분리되지 않는 이형 불량 현상이 발생할 가능성이 크다.

성형품(5)은 세라믹 분말을 압축 성형하여 만든 것으로 탄성이 부족하고 제품의 크기 또한 작다. 또한, 하부 돌출부(2)의 높이가 몸통부(51)의 높이와 큰 차이가 없어 언더컷 구조가 깊은 편에 속한다. 따라서 이형제를 사용하는 것은 부적절하고 이젝터 핀과 같은 이형 장치를 사용하지 않은 채 강제로 빼내려는 시도 또한 부적절하다. 이 경우에는 별도의 이젝션 장치가 필요하다.

도 4는 성형 장치(1)가 닫혔을 때의 단면도이다. 제2 펀치(40)가 하부로 이동하여 다이(10) 내부에 삽입된다. 코어핀(30)은 상부로 이동하여 제2 펀치의 코어 수용부(42)에 삽입된다. 성형품(5)의 몸통부(51)는 다이의 성형부(12)에 의해 구획되는 공간의 형상대로 형성된다. 즉, 다이(10)의 성형부(12)는 성형품(5)의 몸통부(51)에 대응된다. 마찬가지로 제1 펀치(20)의 성형부(23)는 성형품(5)의 하부 돌출부(52)에 대응된다. 제2 펀치(30)의 성형부(43)는 성형품(5)의 상부 돌출부(54)에 대응된다. 코어핀(30)의 성형부(32)는 성형품의 관통부(53)에 대응된다.

도 5를 참조하여, 세라믹 분말을 충진하는 단계(S120)에 대해 설명한다.

단계(S120)는 수용 공간에 세라믹 분말을 충진한다. 성형 재료는 금형 내 분말 공급 장치를 통해 투입될 수 있다. 분말의 충진이 부족하면 성형품의 일부가 성형되지 않는 성형 불량이 발생할 수 있다. 따라서 분말을 도 2에 도시된 것과 같이, 수용 공간에 넘치게 충진되는 것이 바람직하다. 그러나 분말이 수용 공간에 넘치게 충진되지 않더라도 도 3에서 후술하는 것과 같이, 코어핀(30)이 제1 펀치(20)의 내부에 있다가 충전을 마친 후 수용 공간으로 이동하기 때문에 성형 재료의 충전이 부족하지 않을 수도 있다.

도 6를 참조하여, 코어핀을 수용 공간에 위치시키는 단계(S130)에 대해 설명하도록 한다.

단계(S130)는 코어핀(30)을 상부로 이동시켜 수용 공간에 위치시킨다. 이때 코어핀(30)의 성형부(32)는 다이(10)에 삽입되고 코어핀(30)의 외주면은 성형품(5)의 관통부(53)가 형성되게 한다. 이때 코어핀(30)의 상단이 하강 동작을 대기하고 있는 제2 펀치(40)의 코어핀 수용부(42)에 삽입되는 것도 가능하다. 코어핀(30)이 코어핀 수용부(42)에 삽입되기 위해서 코어핀(30)이 수용 공간에 위치하는 과정에서 수용 공간에 미세한 진동을 일으킬 수 있다.

도 7을 참조하여 성형품을 성형하는 단계(S140)에 대해 설명하도록 한다.

성형하는 단계(S140)는 제2 펀치(40)를 하부로 이동시켜 세라믹 분말을 압축 성형하는 단계이다. 제2 펀치(40)가 가동축을 따라 아래 방향으로 압력을 가하고 다이(10), 제1 펀치(20), 코어핀(30)은 고정된다.

도 8을 참조하여 수용 공간을 개방하는 단계(S150)에 대해 설명하도록 한다.

수용 공간을 개방하는 단계(S150)는 가압 성형이 종료된 후 제2 펀치(40)를 상부로 이동시키는 단계이다. 이때 펀치(40)는 다이(10)로부터 분리되고 다이(10)의 수용 공간이 개방된다. 이때 성형품(5)과 제2 펀치(40)도 분리되기 때문에 성형품(5)의 일부가 노출된다.

단계(S150)에서 제1 펀치(20)가 가동축을 따라 상부로 이동할 수 있다. 이때 성형품(5)의 몸통부(51)가 다이의 상단(11)보다 높게 위치하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 몸통부(51)의 외주면이 다이(10)와 접촉하는 면적이 작아지므로 후술할 분리시키는 단계(S170)에서 마찰을 줄일 수 있기 때문이다. 또 몸통부(51)가 다이(10)의 상단(11)보다 높게 위치하면 단계(S170)에서 제1 펀치(20)로부터 이탈한 성형품(5)이 다이(10)의 상단(11) 위에 떨어지므로 수용 공간에 다시 들어오지 못하기 때문이다.

도 9를 참조하여 코어핀을 하부로 이동시키는 단계(S160)에 대해 설명하도록 한다.

코어핀을 하부로 이동시키는 단계(S160)는 코어핀(30)을 성형품(5)에 대해 상대적으로 하부로 이동시키는 단계이다. 여기서, 코어핀(30)은 성형품(5)에 대해 완전히 하부로 나올 수 있다. 코어핀(30)을 성형품(5)에 대해 상대적으로 하부로 이동시킴으로써 후술할 단계(S170)에서 코어핀(30)이 충분한 속도를 가질 수 있다. 이때 코어핀(30)의 상단(31)이 제1 펀치의 함몰부 밑면보다 낮게 위치할 수 있다.

도 10을 참조하여 성형품을 제1 펀치로부터 분리시키는 단계(S170)에 대하여 설명한다.

단계(S170)는 코어핀(30)을 상부로 이동시켜 성형품(5)을 제1 펀치(20)의 성형부(23)로부터 분리시키는 단계이다. 코어핀(30)의 상단(31)이 제1 펀치(20)의 함몰부의 밑면보다 하부에 위치하면 이후 코어핀(30)을 상부로 이동시킬 때 코어핀(30)의 상단이 성형품(5)의 하부를 상방으로 밀어낼 수 있다. 보다 상세하게는 코어핀(30)의 상단(31)이 하부 돌출부(52)의 하단(522)에 충돌함으로써 성형품(5)이 제1 펀치(20)의 성형부(23)로부터 분리될 수 있다.

도 10을 참조하여 성형품을 휘더로 밀어 취출하는 단계(S180)에 대하여 설명한다.

단계(S180)는 다이(10)의 상단(11)에 떨어진 성형품(5)을 휘더로 밀어내는 단계이다. 도 10에서 휘더가 도시되지는 않았지만 성형품(5)는 휘더에 의해 다이(10)의 외부로 밀려 이동하게 된다. 성형품(5)이 다이에서 이동한 후, 다시 상술한 단계(S110)부터 단계(S170)이 반복되게 된다.

도 11을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법에 대하여 설명한다.

도 11은 성형품을 제1 펀치로부터 분리시키는 단계(S170)를 도시하고 있다. 본 실시예에서 단계(S110) 내지 단계(S160)은 도 2 내지 도 9를 참조하여 설명한 것과 동일하게 동작한다.

도 2 내지 도 10을 참조하여 설명한 실시예에서는 도 10과 같이, 코어핀(30)의 상단(31)이 하부 돌출부(52)의 하단(522)에 충돌하여 성형품(5)의 하부를 상방으로 밀어내는 것이다. 그러나 도 11을 참조하여 설명하는 다른 실시예에서는 코어핀(30)의 상단(31)이 성형품의 하부 돌출부(52)의 관통부에 삽입된다는 점에서 도 10이 도시하는 실시예와 차이가 있다. 코어핀(30)의 상부 외주면이 성형품(5)의 하부 돌출부의 내주면(521)과 마찰을 일으킴으로써 성형품(5)을 상방으로 밀어낼 수 있다.

도 12를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법에 대하여 설명한다.

도 12는 코어핀을 상기 성형품에 대해 상대적으로 하부로 이동시키는 단계(S160)를 도시하는 도면이다. 본 실시예에서 단계(S110) 내지 단계(S150)은 도 2 내지 도 8을 참조하여 설명한 것과 동일하게 동작한다.

도 2 내지 도 10을 참조하여 설명한 실시예에서는 도 9와 같이, 코어핀(30)이 성형품(5)의 하부로 완전히 나오도록 이동하게 된다. 그러나 도 12를 참조하여 설명하는 다른 실시예에서는 코어핀(30)의 상단(31)이 성형품(5)에서 완전히 나오지 않고, 일부가 삽입된 상태가 유지된다는 점에서 상술한 실시예와 차이가 있다. 이 경우 성형품을 분리시키는 단계(S170)는 코어핀(30)의 상단(31)이 성형품(5)의 하부 돌출부(52)의 관통부에 삽입된 채로 진행된다.

이러한 경우, 단계(S170)에서 코어핀(30)이 성형품(5)의 하부에 충돌하여 성형품(5)을 분리시키는 방법은 수행되기 어렵고, 코어핀(30)의 상부 외주면이 성형품(5)의 하부 돌출부의 내주면(521)과 마찰을 일으킴으로써 성형품(5)을 상방으로 밀어내는 방법이 수행될 수 있다.

도 10 및 도 11에서 도시된 코어핀(30)은 성형품(5)에 구멍을 만드는 기능과 함께 성형품(5)을 제1 펀치(20)로부터 분리하는 이젝터 핀의 기능도 수행한다. 따라서 이젝터 핀 및 이젝터 핀을 보조하는 이젝터 볼트, 이젝터 부시, 이젝터 하우징, 이젝터 녹아웃 로드 등을 구비할 필요가 없다. 코어핀(30)이 이젝터 핀의 기능을 겸하면서 성형 장치의 구조 및 동작을 간소화할 수 있다. 이것은 성형 장치의 내구성을 향상시키고 제품 원가를 감소시킨다. 또한 언더컷 구조로 인한 성형 공정의 비용을 크게 절약할 수 있다.

도 11 및 도 12에서 도시된 코어핀(31)의 외주면이 성형품(5)의 하부 내주면(21)을 밀어낼 때 닿는 유효면적이 비교적 넓고, 가동축 방향으로 성형품(5)의 중심을 밀어내므로 핀 자국이 발생하지 않는다. 또한 하부 돌출부의 내주면에 이형력이 작용하기 때문에 언더컷 구조가 깊은 세라믹 분말의 압축 성형품도 효과적으로 이형시킬 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 장치의 단면도를 도시하는 도면이다. 도 13의 성형 장치(1)는 3개의 다이(10)를 구비하고 있다. 각각의 다이(10)는는 제1 펀치(20), 코어핀(30), 제2 펀치(40)와 한 벌을 이루고 있다.

본 발명의 각 실시예에 개시된 기술적 특징들은 해당 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 서로 양립 불가능하지 않은 이상, 각 실시예에 개시된 기술적 특징들은 서로 다른 실시예에 병합되어 적용될 수 있다.

따라서, 각 실시예에서는 각각의 기술적 특징을 위주로 설명하지만, 각 기술적 특징이 서로 양립 불가능하지 않은 이상, 서로 병합되어 적용될 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1: 성형장치
10: 다이
11: 다이의 상단
12: 다이의 성형부
20: 제1 펀치
21: 제1 펀치의 상단
22: 제1 펀치의 코어핀 수용부
23: 제1 펀치의 성형부
30: 코어핀
31: 코어핀의 상단
32: 코어핀의 성형부
40: 제2 펀치
41: 제2 펀치의 다이 삽입부
42: 제2 펀치의 코어핀 수용부
43: 제2 펀치의 성형부
5: 성형품
51: 성형품의 몸통부
52: 성형품의 하부 돌출부
521: 하부 돌출부의 내주면
522: 하부 돌출부의 하단
53: 관통부
54: 상부 돌출부

Claims (9)

1. 세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법에 있어서,
   상기 성형품은 몸통부 및 상기 몸통부에서 하부로 돌출된 돌출부를 포함하고, 상기 몸통부 및 상기 돌출부를 상하 방향으로 관통하는 관통부가 형성되고,
   상하로 관통된 개구가 형성된 다이, 상기 돌출부에 대응되는 수용부가 형성된 제1 펀치, 상기 제1 펀치의 상부에 위치하는 제2 펀치 및 적어도 일부가 상기 제1 펀치에 삽입되어 위치하는 코어핀을 포함하는 성형 장치를 준비하는 단계 - 상기 준비하는 단계에서 상기 다이, 상기 제1 펀치 및 상기 코어핀은 상부가 개방된 수용 공간을 형성함 -;
   상기 수용 공간에 상기 세라믹 분말을 충진하는 단계;
   상기 코어핀을 상부로 이동시켜 적어도 일부를 상기 수용 공간에 위치시키는 단계;
   상기 제2 펀치를 하부로 이동시켜 상기 세라믹 분말을 압축하여 성형품을 성형하는 단계;
   상기 제2 펀치를 상부로 이동시켜 상기 돌출부를 밀어내도록 함으로써 상기 수용 공간을 개방하는 단계;
   상기 코어핀을 상기 성형품에 대해 상대적으로 하부로 이동시키는 단계;
   상기 코어핀을 상부로 이동시켜 상기 성형품을 상기 제1 펀치로부터 분리시키는 단계; 및
   상기 성형품을 휘더로 밀어 취출하는 단계;
   를 포함하고,
   상기 이동시키는 단계 이후 및 상기 분리시키는 단계 이전에, 상기 돌출부는 상기 수용부에 삽입된 상태가 유지되어 상기 성형품이 상기 제1 펀치에 결합된 상태가 유지되고,
   상기 분리시키는 단계에서, 상기 코어핀이 상부로 이동함에 따라 상기 성형품에 외력을 가하여 상기 결합된 상태를 해제시키는 세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 위치시키는 단계에서,
   상기 코어핀의 상단은 상기 제2 펀치에 삽입되는 세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 개방하는 단계에서,
   상기 몸통부가 상기 다이의 상부에 위치하는
   세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 이동시키는 단계에서,
   상기 코어핀의 상단이 상기 제1 펀치 내부에 위치하도록 하부로 이동시키는
   세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 분리시키는 단계에서,
   상기 코어핀의 상단은 상기 성형품의 하부를 상방으로 밀어내어 상기 성형품을 상기 제1 펀치로부터 분리시키는
   세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 분리시키는 단계에서,
   상기 코어핀의 상단은 상부로 이동하면서 상기 성형품의 내부에 삽입되는
   세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법.
7. 제4 항에 있어서,
   상기 분리시키는 단계에서,
   상기 코어핀의 상단은 상기 성형품의 하부와 충돌하여 상기 성형품을 상기 제1 펀치로부터 분리시키는
   세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 이동시키는 단계에서,
   상기 코어핀의 상단이 상기 성형품 내부에 위치하도록 하부로 이동시키는
   세라믹 분말을 이용한 성형품의 제조방법.
9. 세라믹 분말을 이용한 성형품의 성형장치에 있어서,
   상기 성형품은 몸통부 및 상기 몸통부에서 하부로 돌출된 돌출부를 포함하고, 상기 몸통부 및 상기 돌출부를 상하 방향으로 관통하는 관통부가 형성되고,
   상하로 관통된 개구가 형성된 다이;
   상기 돌출부에 대응되는 수용부가 형성된 제1 펀치;
   상기 제1 펀치의 상부에 위치하는 제2 펀치; 및
   적어도 일부가 상기 제1 펀치에 삽입되는 코어핀을 포함하고,
   상기 다이, 상기 제1 펀치 및 상기 코어핀은 상부가 개방된 수용 공간을 형성하고,
   상기 수용 공간에 상기 세라믹 분말이 충진되면, 상기 제2 펀치는 하부로 이동하여 상기 세라믹 분말을 압축하여 성형품을 성형한 후, 상부로 이동하여 상기 성형품의 적어도 일부를 외부로 노출시키고,
   상기 코어핀은 상기 성형품에 대해 상대적으로 하부로 이동시킨 후 상기 코어핀을 상부로 이동시켜 상기 제1 펀치로부터 분리시킨 상기 성형품을 휘더로 밀어 취출하는
   세라믹 분말을 이용한 성형품의 성형장치.
   

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