KR102473120B1 - 소재 가공 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 링형상의 브레이징용 필러재 등의 소재를 가공할 수 있게 하는 소재 가공 장치 및 방법에 관한 것으로서, 소재를 링형상으로 단조 가공할 수 있도록 상기 소재의 제 1 면을 가압하는 적어도 일부분이 링형상인 적어도 하나의 제 1 금형; 상기 소재의 제 2 면을 가압하는 적어도 일부분이 링형상인 적어도 하나의 제 2 금형; 및 상기 소재가 다단 단조될 수 있도록 복수개의 상기 제 1 금형들 중 어느 하나를 선택하여 장착할 수 있고, 복수개의 상기 제 2 금형들 중 어느 하나를 선택하여 장착할 수 있도록 상기 제 1 금형과 상기 제 2 금형이 착탈 가능하게 설치되는 금형 착탈 장치;를 포함할 수 있다.

Description

소재 가공 장치 및 방법{Apparatus and method for forming materials}

본 발명은 소재 가공 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 링형상의 브레이징용 필러재 등의 소재를 가공할 수 있게 하는 소재 가공 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 고압의 가스나 기름 등이 흐르는 파이프의 이음새 부분은 나사 등 일반적인 고정구를 이용하는 방식은 누수가 쉽게 발생될 수 있다.

이러한 종래의 파이프 이음새 부분에는 파이프와 파이프 사이에 모재보다 낮은 용융점을 가진 삽입 금속인 링형상의 필러재를 용해하여 브레이징(Brazing) 접합시키면 누수를 방지할 수 있다.

산업현장에서 비철금속인 알루미늄을 접합하기 위한 방법으로 사용되는 다양한 공정들 중 하나인 이러한 브레이징 공정은 이종 또는 동종의 금속 모재(base metal)를 용해하지 않고 접합하는 기술로서, 복잡한 구조의 부품 접합이 가능하고 접합부의 기계적 열적 특성이 우수하며 마찰접합, 확산접합, 용융접합 등 다른 용접 방법들 보다 접합 공정이 비교적 간단하기 때문에 대량 생산에 적합한 공정으로 다양한 현장에서 널리 사용된다.

비철금속의 브레이징을 위한 알루미늄용 필러재에는 산화 피막 및 산화 분위기를 막는 역할을 하는 플럭스(Flux)가 필요하다 플럭스는 금속성분이 없는 화학성분으로 필러재는 금속분말과 비금속분말과의 이종혼합분말복합재로 간주 될 수가 있으며 이러한 이종혼합분말의 경우, 플럭스 분말이 금속 분말간의 메탈 본딩(Metal Bonding)을 방해하기 때문에 성형 및 가공이 매우 어려웠었다.

일반적인 단조 공정을 통한 이종혼합분말 성형 시, 이러한 플럭스 분말로 인해 금속분말의 결합이 정상적으로 일어나지 않아 품질 불량이 발생하며 성형이 되더라도 기공(Pore), 크랙(Crack) 등의 생성으로 인해 제품의 강도가 매우 낮아 단조 공정을 적용하는 것이 현재까지는 불가능했었다.

이러한 이유로 인하여 종래의 필러재는 압출과 인발 공정을 통해 도넛형 또는 선재형의 제한적인 형태로 생산되고 있었으나 압출과 인발 공정을 통한 제품 생산은 생산 공정의 증가 및 다량의 재료 손실 등의 많은 문제점들이 있었다.

본 발명의 사상은, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 대각 단조, 밴딩 단조, 역대각 단조 등을 반복적으로 수행하여 충분하고 균일한 유효 변형률과 유효 응력과 시편 밀도를 얻을 수 있고, 공정을 단순화할 수 있으며, 재료의 손실을 방지할 수 있고, 재료를 재활용할 수 있으며, 조직을 미세화하여 누수성 등의 제품의 성능 및 접합 강도, 파괴 강도, 융점 등 물리적, 기계적 특성을 우수하게 할 수 있게 하는 소재 가공 장치 및 방법을 제공함에 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로서, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 소재 가공 장치는, 소재를 링형상으로 단조 가공할 수 있도록 상기 소재의 제 1 면을 가압하는 적어도 일부분이 링형상인 적어도 하나의 제 1 금형; 상기 소재의 제 2 면을 가압하는 적어도 일부분이 링형상인 적어도 하나의 제 2 금형; 및 상기 소재가 다단 단조될 수 있도록 복수개의 상기 제 1 금형들 중 어느 하나를 선택하여 장착할 수 있고, 복수개의 상기 제 2 금형들 중 어느 하나를 선택하여 장착할 수 있도록 상기 제 1 금형과 상기 제 2 금형이 착탈 가능하게 설치되는 금형 착탈 장치;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 금형 및 상기 제 2 금형은, 적어도 대각 단조 공정을 수행할 수 있는 대각 단조 금형 세트, 밴딩 단조 공정을 수행할 수 있는 밴딩 단조 금형 세트, 역대각 단조 공정을 수행할 수 있는 역대각 단조 금형 세트 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상의 금형 세트를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 대각 단조 금형 세트는, 소재 접촉면의 단면이 서로 제 1 각도를 이루는 대각(삼각홈) 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 제 1 대각 단조 금형; 및 소재 접촉면의 단면이 평면으로 이루어지는 플랫 금형;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 대각 단조 금형 세트는, 소재 접촉면의 단면이 서로 상기 제 1 각도 보다 큰 제 N 각도를 이루는 대각 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 제 N 대각 단조 금형; 및 소재 접촉면의 단면이 서로 상기 제 N 각도 보다 큰 제 N+1 각도를 이루는 대각 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 제 N+1 대각 단조 금형(N은 2이상의 자연수);을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 밴딩 단조 금형 세트는, 소재 접촉면의 단면이 위로 오목한 곡면홈을 이루는 오목 단조 금형; 소재 접촉면의 단면이 아래로 볼록한 곡면돌기를 이루는 볼록 단조 금형; 및 소재 접촉면의 단면이 평면으로 이루어지는 플랫 금형;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 역대각 단조 금형 세트는, 소재 접촉면의 단면이 역대각(삼각돌기) 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 역대각 단조 금형; 소재 접촉면의 단면이 대각(삼각홈) 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 대각 단조 금형; 및 소재 접촉면의 단면이 평면으로 이루어지는 플랫 금형;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 소재는, 제 1 파이프와 제 2 파이프 사이에 설치되어 브레이징 용접될 수 있도록 금속 분말과 플럭스(flux) 분말이 혼합된 이종 복합 분말 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 금형 착탈 장치는, 내측 금형의 역할을 할 수 있도록 상기 제 2 금형의 중공부와, 상기 소재의 중공부 및 상기 제 1 금형의 중공부를 관통하는 코어핀(Core pin); 상기 코어핀에 의해 관통된 상기 제 1 금형을 상기 소재 방향으로 가압할 수 있는 제 1 펀치; 상기 코어핀에 의해 관통된 상기 제 2 금형을 상기 소재 방향으로 가압할 수 있는 제 2 펀치; 및 외측 금형의 역할을 할 수 있도록 상기 제 1 펀치와, 상기 제 1 금형과, 상기 소재와, 상기 제 2 금형 및 상기 제 2 펀치의 적어도 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 히터가 설치되는 외부 금형;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 코어핀은 상기 소재 또는 상기 제 1 금형 및 상기 제 2 금형의 분리가 용이하도록 탄성 스프링에 의해 전후진이 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 1 금형과 상기 제 2 금형이 형개 또는 형합할 수 있도록 상기 제 1 펀치와 상기 제 2 펀치를 가압하는 프레스;를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 소재 가공 방법은, (a) 적어도 일부분이 링형상인 적어도 하나의 제 1 금형과 제 2 금형 사이에 소재를 투입하는 단계; 및 (b) 상기 소재의 제 1 면과 제 2 면을 가압할 수 있도록 상기 제 1 금형과 상기 제 2 금형을 프레스로 가압하여 상기 소재를 링형상으로 단조하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 (b) 단계에서, 상기 제 1 금형 및 상기 제 2 금형을 교체하거나 준비하여, 적어도 대각 단조 공정 단계, 밴딩 단조 공정 단계, 역대각 단조 공정 단계 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상의 공정을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 대각 단조 공정 단계는, (DF-1) 소재 접촉면의 단면이 서로 제 1 각도를 이루는 대각(삼각홈) 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 제 1 대각 단조 금형 또는 상기 제 1 각도 보다 큰 제 N 각도의 복수개의 제 N 대각 단조 금형을 이용하여 1차 또는 다차 대각 단조(Diagonal Forging)하는 단계; 및 (DF-2) 소재 접촉면의 단면이 평면으로 이루어지는 플랫 금형을 이용하여 플랫 단조(Flat Forging)하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 밴딩 단조 공정 단계는, (BF-1) 소재 접촉면의 단면이 위로 오목한 곡면홈을 이루는 오목 단조 금형 또는 소재 접촉면의 단면이 아래로 볼록한 곡면돌기를 이루는 볼록 단조 금형을 이용하여 밴딩 단조(Bending Forging) 또는 리벌스 밴딩 단조(Reverse Bending Forging)하는 단계; 및 (BF-2) 소재 접촉면의 단면이 평면으로 이루어지는 플랫 금형을 이용하여 플랫 단조(Flat Forging)하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 역대각 단조 공정 단계는, (RDF-1) 소재 접촉면의 단면이 역대각(삼각돌기) 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 역대각 단조 금형을 이용하여 역대각 단조(Reverse Diagonal Forging)하는 단계; (RDF-2) 소재 접촉면의 단면이 대각(삼각홈) 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 대각 단조 금형을 이용하여 대각 단조(Diagonal Forging)하는 단계; 및 (RDF-3) 소재 접촉면의 단면이 평면으로 이루어지는 플랫 금형을 이용하여 플랫 단조(Flat Forging)하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 대각 단조, 밴딩 단조, 역대각 단조 등을 반복적으로 수행하여 충분하고 균일한 유효 변형률과 유효 응력과 시편 밀도를 얻을 수 있고, 공정을 단순화할 수 있으며, 재료의 손실을 방지할 수 있고, 재료를 재활용할 수 있으며, 조직을 미세화, 균일화하여 누수성 등의 제품의 성능 및 접합 강도, 파괴 강도, 융점 등 물리적, 기계적 특성을 우수하게 할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치의 대각 단조 공정 중 제 1 금형, 제 2 금형 및 대각 단조 금형을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 소재 가공 장치의 대각 단조 공정 중 플랫 금형의 가공 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 소재 가공 장치에 의해 가공된 소재의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 1의 소재 가공 장치의 제 1 금형, 제 2 금형 및 소재를 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 5는 도 1의 소재 가공 장치의 대각 단조 공정 및 대각 단조 공정에 적용되는 대각 단조 금형 세트를 나타내는 개념도이다.
도 6은 도 5의 소재 가공 장치의 대각 단조 공정의 1 사이클 및 2 사이클을 나타내는 개념도이다.
도 7은 도 1의 소재 가공 장치의 밴딩 단조 공정 및 밴딩 단조 공정에 적용되는 밴딩 단조 금형 세트를 나타내는 개념도이다.
도 8은 도 1의 소재 가공 장치의 역대각 단조 공정 및 역대각 단조 공정에 적용되는 역대각 단조 금형 세트를 나타내는 개념도이다.
도 9는 도 8의 소재 가공 장치의 역대각 단조 공정의 1 사이클 및 2 사이클을 나타내는 개념도이다.
도 10은 도 1의 소재 가공 장치를 나타내는 단면도이다.
도 11은 도 10의 소재 가공 장치를 나타내는 사시도이다.
도 12는 도 10의 소재 가공 장치를 나타내는 사용 상태 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 방법을 나타내는 순서도이다.
도 14는 도 13의 소재 가공 방법의 (b) 단계를 나타내는 순서도이다.
도 15는 도 14의 소재 가공 방법의 대각 단조 공정을 나타내는 순서도이다.
도 16은 도 14의 소재 가공 방법의 밴딩 단조 공정을 나타내는 순서도이다.
도 17은 도 14의 소재 가공 방법의 역대각 단조 공정을 나타내는 순서도이다.
도 18 내지 도 31은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100) 및 방법을 이용한 소재의 성능을 나타내는 도면들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

이하, 본 발명의 여러 실시예들에 따른 소재 가공 방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100)의 대각 단조 공정 중 제 1 금형(M1), 제 2 금형(M2) 및 대각 단조 금형(11)(12)(13)(14)을 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 소재 가공 장치(100)의 대각 단조 공정 중 플랫 금형(15)의 가공 상태를 나타내는 단면도이다.

먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100)는, 크게 제 1 금형(M1)과 제 2 금형(M2) 및 금형 착탈 장치(40)를 포함할 수 있다.

예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 금형(M1)은, 소재(1)를 링형상으로 단조 가공할 수 있도록 상기 소재(1)의 제 1 면을 가압하는 적어도 일부분이 링형상인 적어도 하나의 금형 합금, 초경 합금 등 경질의 금속 구조체일 수 있다.

여기서, 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 금형(M1)은 상기 소재(1)의 상방에 설치되는 상형일 수 있다. 그러나, 이러한 상기 제 1 금형(M1)은 반드시 도면에만 국한되지 않고, 예컨대, 하형이나, 좌형이나, 우형 등 매우 다양한 형태 및 종류의 금형이 모두 적용될 수 있다.

또한, 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 금형(M2)은 상기 소재(1)의 제 2 면을 가압하는 적어도 일부분이 링형상인 적어도 하나의 금형 합금, 초경 합금 등 경질의 금속 구조체일 수 있다.

여기서, 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 금형(M2)은 상기 제 1 금형(M1)과 대응되도록 상기 소재(1)의 하방에 설치되는 하형일 수 있다. 그러나, 이러한 상기 제 2 금형(M2)은 반드시 도면에만 국한되지 않고, 예컨대, 상형이나, 우형이나, 좌형 등 매우 다양한 형태 및 종류의 금형이 모두 적용될 수 있다.

또한, 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 금형 착탈 장치(40)는, 상기 소재(1)가 다단 단조될 수 있도록 복수개의 상기 제 1 금형(M1)들 중 어느 하나를 선택하여 장착할 수 있고, 복수개의 상기 제 2 금형(M2)들 중 어느 하나를 선택하여 장착할 수 있도록 상기 제 1 금형(M1)과 상기 제 2 금형(M2)이 착탈 가능하게 설치되는 장치일 수 있다.

이러한, 상기 금형 착탈 장치(40)는, 상기 제 1 금형(M1)들 중 어느 하나를 선택하여 장착할 수 있고, 복수개의 상기 제 2 금형(M2)들 중 어느 하나를 선택하여 장착할 수 있도록 조립식 구조로 구성될 수 있다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 이러한 상기 금형 착탈 장치(40)는, 상기 제 1 금형(M1)과 상기 제 2 금형(M2)이 착탈 가능하도록 내부 금형의 역할을 하는 후술될 코어핀(41) 및 외부 금형의 역할을 하는 후술될 외부 금형(44) 등을 포함할 수 있다.

따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 소재(1)는 화살표 방향의 힘에 의해서 1차로 프레스 가공될 수 있고, 이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 금형을 교체한 이후에, 다시 한번, 2차로 프레스 가공될 수 있다.

여기서, 상기 제 1 금형(M1)과 상기 제 2 금형(M2)은, 상기 금형 착탈 장치(40)에 의해 교체될 수 있는 것으로서, 후술될 도 1의 상기 대각 단조 금형 세트(11)(12)(13)(14) 중 어느 하나 또는 그 이상을 조합하여 대각 단조 공정의 일부를 수행할 수 있고, 후술될 도 2의 플랫 금형(15)를 이용하여 대각 단조 공정의 다른 일부를 수행할 수 있다.

이 때, 상기 소재(1)는, 제 1 파이프와 제 2 파이프 사이에 설치되어 브레이징 용접될 수 있도록 금속 분말과 플럭스(flux) 분말이 혼합된 이종 복합 분말 재질의 필러재일 수 있다.

도 3은 도 1의 소재 가공 장치(100)에 의해 가공된 소재(1a)(1b)의 일례를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 1의 소재 가공 장치(100)의 제 1 금형(M1), 제 2 금형(M2) 및 소재(1)를 나타내는 부품 분해 사시도이다.

즉, 도 1과, 도 3의 (a) 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 소재 가공 장치(100)에 의해 가공된 소재(1a)는 단면이 육각형인 링형상으로 가공될 수 있고, 이어서, 도 2 및 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 소재 가공 장치(100)에 의해 가공된 소재(1b)는 단면이 사각형인 링형상으로 가공될 수 있다.

따라서, 단면이 육각형에서 사각형으로 반복되면서 다단 단조되는 동안에, 금속 분말과 플럭스 분말이 고온으로 혼합되어 조직이 미세화되고 균일화되면서 상기 소재(1)가 고성능, 고밀도, 고강도의 필러재로 가공될 수 있다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 제 1 금형(M1) 및 상기 제 2 금형(M2)은, 적어도 대각 단조 공정(DF)을 수행할 수 있는 도 5 및 도 6의 대각 단조 금형 세트(10), 도 7의 밴딩 단조 공정(BF)을 수행할 수 있는 밴딩 단조 금형 세트(20), 도 8 및 도 9의 역대각 단조 공정(RDF)을 수행할 수 있는 역대각 단조 금형 세트(30) 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상의 금형 세트를 포함할 수 있다.

도 5는 도 1의 소재 가공 장치(100)의 대각 단조 공정(DF) 및 대각 단조 공정(DF)에 적용되는 대각 단조 금형 세트(10)를 나타내는 개념도이이고, 도 6은 도 5의 소재 가공 장치(100)의 대각 단조 공정(DF)의 1 사이클(1 cycle) 및 2 사이클(2 cycle)을 나타내는 개념도이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 대각 단조 금형 세트(10)는, 소재 접촉면의 단면이 서로 제 1 각도(A1)를 이루는 대각(삼각홈) 형태의 2개의 경사면(F1)으로 이루어지는 제 1 대각 단조 금형(11)과, 소재 접촉면의 단면이 서로 제 2 각도(A2)를 이루는 대각(삼각홈) 형태의 2개의 경사면(F2)으로 이루어지는 제 2 대각 단조 금형(12)과, 소재 접촉면의 단면이 서로 제 3 각도(A3)를 이루는 대각(삼각홈) 형태의 2개의 경사면(F3)으로 이루어지는 제 3 대각 단조 금형(13)과, 소재 접촉면의 단면이 서로 제 4 각도(A4)를 이루는 대각(삼각홈) 형태의 2개의 경사면(F4)으로 이루어지는 제 4 대각 단조 금형(14) 및 소재 접촉면의 단면이 평면(F)으로 이루어지는 플랫 금형(15)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 소재(1)의 단조시 부분 파손이나 파괴가 이루어지는 것을 방지할 수 있게 점차적으로 대각 단조가 이루어질 수 있도록 바람직하기로는, 상기 제 1 각도(A1)는, 85도 내지 95도일 수 있고, 상기 제 2 각도(A2)는, 100도 내지 110도일 수 있고, 상기 제 3 각도(A3)는 115도 내지 125도일 수 있고, 상기 제 4 각도(A4)는 125도 내지 145도일 수 있는 것으로서, 더욱 바람직하기로는, 상기 제 1 각도(A1)는, 90도일 수 있고, 상기 제 2 각도(A2)는, 105도일 수 있고, 상기 제 3 각도(A3)는 120도일 수 있고, 상기 제 4 각도(A4)는 135도일 수 있다.

그러나, 이러한 상기 대각 단조 금형 세트(10)는 도면에 반드시 국한되지 않고, 상기 제 1 대각 단조 금형(11), 상기 제 2 대각 단조 금형(12), 상기 제 3 대각 단조 금형(13), 상기 제 4 대각 단조 금형(14) 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하고, 상기 플랫 금형(15)을 선택하여 이루어지는 것도 가능하다.

즉, 이러한 상기 대각 단조 금형 세트(10)는, 소재 접촉면의 단면이 서로 상기 제 1 각도(A1) 보다 큰 제 N 각도를 이루는 대각 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 제 N 대각 단조 금형 및 소재 접촉면의 단면이 서로 상기 제 N 각도 보다 큰 제 N+1 각도를 이루는 대각 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 제 N+1 대각 단조 금형(N은 2이상의 자연수)을 포함할 수 있다고 기재될 수 있다.

따라서, 상술된 상기 대각 단조 공정(DF)은 다양한 조합의 대각 단조 금형 세트(10)들을 조합하여 도 6에 도시된 바와 같이, 원하는 물성이 구현될 때까지 1 사이클은 물론이고, 적어도 2 사이클 이상 반복적으로 이루어질 수 있다.

또한, 도 5의 확대된 부분에 도시된 바와 같이, 경사면과 경사면 사이에는 곡률부(R)를 형성하여 대각 단조시 상기 소재(1)의 부분 균열이나 부분 파손을 최소화할 수 있다.

도 7은 도 1의 소재 가공 장치(100)의 밴딩 단조 공정(BF) 및 밴딩 단조 공정(BF)에 적용되는 밴딩 단조 금형 세트(20)를 나타내는 개념도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 밴딩 단조 금형 세트(20)는, 소재 접촉면의 단면이 위로 오목한 곡면홈(G)을 이루는 오목 단조 금형(21)과, 소재 접촉면의 단면이 아래로 볼록한 곡면돌기(T)를 이루는 볼록 단조 금형(22) 및 소재 접촉면의 단면이 평면(F)으로 이루어지는 플랫 금형(23)을 포함할 수 있다.

여기서, 두께 방향으로의 밴딩 단조 효과를 얻을 수 있도록 바람직하기로는, 상기 곡면홈(G)이나 상기 곡면돌기(T)의 곡면의 곡률 반경은 대략 소재의 두께의 50 퍼센트 내지 150 퍼센트일 수 있고, 더욱 바람직하기로는, 상기 곡면홈(G)이나 상기 곡면돌기(T)의 곡면의 곡률 반경은 대략 소재의 두께의 80 퍼센트 내지 120 퍼센트일 수 있다.

이러한, 상기 밴딩 단조 금형 세트(20)는, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 1차에서 상기 제 1 금형(M1)으로 상기 오목 단조 금형(21)이 적용되고, 상기 제 2 금형(M2)으로 상기 볼록 단조 금형(22)이 적용될 수 있으며, 2차에서 상기 플랫 금형(23)이 적용될 수 있다.

다른 한편으로, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 1차에서 상기 제 1 금형(M1)으로 상기 볼록 단조 금형(22)이 적용되고, 상기 제 2 금형(M2)으로 상기 오목 단조 금형(21)이 적용될 수 있으며, 2차에서 상기 플랫 금형(23)이 적용될 수 있다.

또 다른 한편으로, 도 7의 (c)에 도시된 바와 같이, 1차에서 상기 제 1 금형(M1)으로 상기 오목 단조 금형(21)이 적용되고, 상기 제 2 금형(M2)으로 상기 볼록 단조 금형(22)이 적용될 수 있으며, 2차에서 상기 제 1 금형(M1)으로 상기 볼록 단조 금형(22)이 적용되고, 상기 제 2 금형(M2)으로 상기 오목 단조 금형(21)이 적용될 수 있으며, 3차에서 상기 플랫 금형(23)이 적용될 수 있다.

그러나, 이러한 상기 밴딩 단조 공정(BF) 역시 다양한 조합의 밴딩 단조 금형 세트(20)를 조합하여 원하는 물성이 구현될 때까지 1 사이클은 물론이고, 적어도 2 사이클 이상 반복적으로 이루어질 수 있다.

도 8은 도 1의 소재 가공 장치(100)의 역대각 단조 공정(RDF) 및 역대각 단조 공정(RDF)에 적용되는 역대각 단조 금형 세트(30)를 나타내는 개념도이고, 도 9는 도 8의 소재 가공 장치(100)의 역대각 단조 공정(RDF)의 1 사이클(1 cycle) 및 2 사이클(2 cycle)을 나타내는 개념도이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 역대각 단조 금형 세트(30)는, 소재 접촉면의 단면이 서로 제 5 각도(A5)를 이루는 역대각(삼각돌기) 형태의 2개의 경사면(F5)으로 이루어지는 역대각 단조 금형(31)과, 소재 접촉면의 단면이 서로 제 6 각도(A6)를 이루는 대각(삼각홈) 형태의 2개의 경사면(F6)으로 이루어지는 대각 단조 금형(32) 및 소재 접촉면의 단면이 평면(F)으로 이루어지는 플랫 금형(33)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 소재(1)의 단조시 부분 파손이나 파괴가 이루어지는 것을 방지할 수 있게 점차적으로 역대각 단조가 이루어질 수 있도록 바람직하기로는, 상기 제 5 각도(A5)는, 125도 내지 145도일 수 있는 것으로서, 더욱 바람직하기로는, 상기 제 5 각도(A5)는 135도일 수 있고, 이와 대칭될 수 있도록 상기 제 6 각도(A6) 역시, 125도 내지 145도일 수 있는 것으로서, 더욱 바람직하기로는, 상기 제 6 각도(A6)는 135도일 수 있다.

그러나, 이러한 상기 역대각 단조 금형 세트(30)는 도면에 반드시 국한되지 않고, 상기 역대각 단조 금형(31)과, 상기 대각 단조 금형(32) 모두 그 각도가 다양하게 다단으로 형성되는 것도 가능하다.

따라서, 상술된 상기 역대각 단조 공정(RDF)은 다양한 조합의 역대각 단조 금형 세트(30)들을 조합하여 도 9에 도시된 바와 같이, 원하는 물성이 구현될 때까지 1 사이클은 물론이고, 적어도 2 사이클 이상 반복적으로 이루어질 수 있다.

그러므로, 대각 단조, 밴딩 단조, 역대각 단조 등을 반복적으로 수행하여 충분하고 균일한 유효 변형률과 유효 응력과 시편 밀도를 얻을 수 있고, 공정을 단순화할 수 있으며, 재료의 손실을 방지할 수 있고, 재료를 재활용할 수 있으며, 조직을 미세화, 균일화하여 누수성 등의 제품의 성능 및 접합 강도, 파괴 강도, 융점 등 물리적, 기계적 특성을 우수하게 할 수 있다.

도 10은 도 1의 소재 가공 장치(100)를 나타내는 단면도이고, 도 11은 도 10의 소재 가공 장치(100)를 나타내는 사시도이고, 도 12는 도 10의 소재 가공 장치(100)를 나타내는 사용 상태 단면도이다.

도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100)의 상기 금형 착탈 장치(40)는, 내측 금형의 역할을 할 수 있도록 상기 제 2 금형(M2)의 중공부와, 상기 소재(1)의 중공부 및 상기 제 1 금형(M1)의 중공부를 관통하여 상기 소재(1)의 내경면과 접촉되는 코어핀(41)(Core pin)과, 상기 코어핀(41)에 의해 관통된 상기 제 1 금형(M1)을 상기 소재(1) 방향으로 가압할 수 있는 파이프 형상의 제 1 펀치(42)와, 상기 코어핀(41)에 의해 관통된 상기 제 2 금형(M2)을 상기 소재(1) 방향으로 가압할 수 있는 파이프 형상의 제 2 펀치(43) 및 외측 금형의 역할을 할 수 있도록 상기 제 1 펀치(42)와, 상기 제 1 금형(M1)과, 상기 소재(1)와, 상기 제 2 금형(M2) 및 상기 제 2 펀치(43)의 적어도 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 히터(H)가 설치되며, 상기 소재(1)의 외경면과 접촉되는 외부 금형(44)을 포함할 수 있다.

여기서, 예컨대, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 코어핀(41)은 상기 소재(1) 또는 상기 제 1 금형(M1) 및 상기 제 2 금형(M2)의 분리가 용이하도록 탄성 스프링(C)에 의해 전후진이 가능하게 설치될 수 있다.

따라서, 상기 코어핀(41)은 가공을 마친 후에 후진되면서 상기 제 1 금형(M1) 및 상기 제 2 금형(M2)의 분리를 용이하게 함으로써 상기 제 1 금형(M1) 및 상기 제 2 금형(M2)의 교체를 용이하게 하는 것은 물론이고, 상기 소재(1)의 분리를 용이하게 할 수 있다.

또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100)는, 상기 제 1 금형(M1)과 상기 제 2 금형(M2)이 형개 또는 형합할 수 있도록 상기 제 1 펀치(42)와 상기 제 2 펀치(43)를 가압하는 프레스(50)를 더 포함할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 상기 프레스(50)로부터 상기 제 1 펀치(42)와 상기 제 2 펀치(43)를 쉽게 분리할 수 있고, 상기 제 1 금형(M1) 및 상기 제 2 금형(M2)의 교체하여 다단 단조를 용이하게 할 수 있고, 가공 후, 상기 소재(1)의 분리를 용이하게 할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 방법을 나타내는 순서도이다.

도 1 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 방법은, (a) 적어도 일부분이 링형상인 적어도 하나의 제 1 금형(M1)과 제 2 금형(M2) 사이에 소재(1)를 투입하는 단계 및 (b) 상기 소재(1)의 제 1 면과 제 2 면을 가압할 수 있도록 상기 제 1 금형(M1)과 상기 제 2 금형(M2)을 프레스(50)로 가압하여 상기 소재(1)를 링형상으로 단조하는 단계를 포함할 수 있다.

도 14는 도 13의 소재 가공 방법의 (b) 단계를 나타내는 순서도이다.

예를 들면, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 (b) 단계에서, 상기 제 1 금형(M1) 및 상기 제 2 금형(M2)을 교체하거나 준비하여, 적어도 대각 단조 공정 단계(DF), 밴딩 단조 공정 단계(BF), 역대각 단조 공정 단계(RDF) 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상의 단계를 수행할 수 있다.

도 15는 도 14의 소재 가공 방법의 대각 단조 공정(DF)을 나타내는 순서도이다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 대각 단조 공정 단계(DF)는, (DF-1) 소재 접촉면의 단면이 서로 제 1 각도(A1)를 이루는 대각(삼각홈) 형태의 2개의 경사면(F1)으로 이루어지는 제 1 대각 단조 금형(11) 또는 상기 제 1 각도(A1) 보다 큰 제 N 각도의 복수개의 제 N 대각 단조 금형을 이용하여 1차 또는 다차 대각 단조(Diagonal Forging)하는 단계 및 (DF-2) 소재 접촉면의 단면이 평면(F)으로 이루어지는 플랫 금형(15)을 이용하여 플랫 단조(Flat Forging)하는 단계를 포함할 수 있다.

도 16은 도 14의 소재 가공 방법의 밴딩 단조 공정(BF)을 나타내는 순서도이다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 밴딩 단조 공정 단계(BF)는, (BF-1) 소재 접촉면의 단면이 위로 오목한 곡면홈(G)을 이루는 오목 단조 금형(21) 또는 소재 접촉면의 단면이 아래로 볼록한 곡면돌기(T)를 이루는 볼록 단조 금형(22)을 이용하여 밴딩 단조(Bending Forging) 또는 리벌스 밴딩 단조(Reverse Bending Forging)하는 단계 및 (BF-2) 소재 접촉면의 단면이 평면(F)으로 이루어지는 플랫 금형(23)을 이용하여 플랫 단조(Flat Forging)하는 단계를 포함할 수 있다.

도 17은 도 14의 소재 가공 방법의 역대각 단조 공정(RDF)을 나타내는 순서도이다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 역대각 단조 공정 단계(RDF)는, (RDF-1) 소재 접촉면의 단면이 역대각(삼각돌기) 형태의 2개의 경사면(F5)으로 이루어지는 역대각 단조 금형(31)을 이용하여 역대각 단조(Reverse Diagonal Forging)하는 단계와, (RDF-2) 소재 접촉면의 단면이 대각(삼각홈) 형태의 2개의 경사면(F6)으로 이루어지는 대각 단조 금형(32)을 이용하여 대각 단조(Diagonal Forging)하는 단계 및 (RDF-3) 소재 접촉면의 단면이 평면(F)으로 이루어지는 플랫 금형(33)을 이용하여 플랫 단조(Flat Forging)하는 단계를 포함할 수 있다.

도 18 내지 도 31은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100) 및 방법을 이용한 소재의 성능을 나타내는 도면들이다.

도 18은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100)의 대각 단조 공정에 의해 가공된 소재의 유효변형률의 해석 결과를 나타내는 유효변형률 분포도이다.

도 18에 도시된 바와 같이, 예컨대, 대각 단조 공정(DF)을 2 사이클을 반복한 결과, 공정 후 더 높은 변형률이 인가되는 것으로 분석되었다. 내부의 변형률은 모서리나 금형이 맞닿는 부분에 비해 상대적으로 낮은 변형률 분포를 보였다. 금형의 각도가 작을수록 최대 변형률 값이 커지는 것으로 분석되었다. 또한 금형의 각도가 작아질수록 내부의 변형률도 크게 분포하는 것으로 해석되었다.

도 19는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100)의 대각 단조 공정에 의해 가공된 소재의 유효응력의 해석 결과를 나타내는 유효응력 분포도이다.

도 19에 도시된 바와 같이, 금형의 각도가 가장 작은 A-1 조건에서 내부의 유효 응력이 가장 높게 나타났으며, A-3 조건의 내부 유효 응력이 가장 낮게 해석되었다.

도 20은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100)의 대각 단조 공정에 의해 가공된 소재의 소재밀도의 분석 결과를 나타내는 소재밀도 분포도이다.

도 20에 도시된 바와 같이, 2 사이클의 최종 형상 성형 단계에서는 금형의 각도에 상관없이 동등한 소재 밀도를 갖는 것으로 해석되었다.

따라서, 이러한 결과치를 토대로 볼 때, 대각 단조 공정 사이클의 반복에 의해 금형의 각도와는 상관없이 소재의 변형률, 응력, 밀도 등 각종 물리적, 기계적 특성이 모두 우수해짐으로 알 수 있었다.

도 21은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100)의 밴딩 단조 공정에 의해 가공된 소재의 유효변형률의 해석 결과를 나타내는 유효변형률 분포도이다.

도 21에 도시된 바와 같이, 해석 결과에 따르면, 밴딩 공정 직후에는 재료 내부에 변형이 균일하나 복귀 단조 후에는 내부의 변형률이 불균일해지는 것을 볼 수 있다. 또한, 조건 A와 동일하게 금형의 모서리 부분에서 가장 높은 변형률 분포를 가지는 것을 볼 수 있었다. B-1과, B-2 조건과 다르게 B-3과 같이 해석을 진행했을 경우 더 높은 변형률을 갖는 것으로 분석되었다.

도 22는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100)의 밴딩 단조 공정에 의해 가공된 소재의 유효응력의 해석 결과를 나타내는 유효응력 분포도이다.

도 22는 조건 B의 유효 응력 분포를 해석한 결과이다. 해석 결과에 따르면 조건 B가 조건 A에 비해 재료 내부에 상대적으로 낮은 응력 분포를 가지는 것으로 분석되었다.

도 23은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100)의 밴딩 단조 공정에 의해 가공된 소재의 소재밀도의 분석 결과를 나타내는 소재밀도 분포도이다.

도 23에 도시된 바와 같이, 조건 B의 공정을 마친 후, 소재 내부의 밀도가 부분적으로 불균일한 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 이러한 밴딩 단조 공정 2 사이클을 반복했고, 그 결과 소재 내부의 밀도가 균일해지는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과치를 토대로 볼 때, 밴딩 단조 공정 사이클의 반복에 의해 금형의 소재의 변형률, 응력, 밀도 등 각종 물리적, 기계적 특성이 모두 우수해짐으로 알 수 있었다.

도 24는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100)의 역대각 단조 공정에 의해 가공된 소재의 유효변형률의 해석 결과를 나타내는 유효변형률 분포도이다.

도 24는 조건 C의 유효 변형률을 분석한 결과이다. A와 B조건보다 내부에 상대적으로 변형이 많이 인가되는 것으로 해석되었다. 공정이 진행됨에 따라서 금형과 맞닿는 면의 유효 변형률이 가장 높게 나타나는 것으로 해석되었다. 역대각 단조 가공은 다른 조건에 비해서 상대적으로 내부에 많은 변형이 인가되는 것을 해석을 통해 확인할 수 있었다.

도 25는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100)의 역대각 단조 공정에 의해 가공된 소재의 유효응력의 해석 결과를 나타내는 유효응력 분포도이다.

도 25는 조건 C의 유효 응력을 해석한 결과이다. 유효 변형률 분포와 유사하게 다른 조건에 비해서 내부에 상대적으로 높은 유효 응력이 형성되는 것으로 해석되었으며 공정이 진행됨에 따라 금형과 닿는 부분에서 높은 응력이 인가되는 것으로 분석되었다.

도 26은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100)의 역대각 단조 공정에 의해 가공된 소재의 소재밀도의 분석 결과를 나타내는 소재밀도 분포도이다.

도 26은 조건 C의 밀도를 해석한 결과이다. 대각 공정 이후부터 매우 균일한 밀도를 보이는 것으로 해석되었다.

따라서, 이러한 역대각 단조 공정 결과 소재 내부의 밀도가 균일해지는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과치를 토대로 볼 때, 밴딩 단조 공정 사이클의 반복에 의해 금형의 소재의 변형률, 응력, 밀도 등 각종 물리적, 기계적 특성이 모두 우수해짐으로 알 수 있었다.

도 27은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100)의 일례를 나타내는 사진이다.

도 27에 나타난 바와 같이, 히터가 설치된 외부 금형을 코어핀이 관통하고, 이러한 외부 금형은 프레스 상에 설치되어 상기 히터에 의한 고온의 환경하에서 프레스에 의해 내부의 소재가 가압될 수 있다.

도 28은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치(100)에서 가공된 소재(1)의 일례를 나타내는 사진이다.

도 28에 도시된 바와 같이, 먼저, 분말 형태의 소재가 1차로 평평하게 다져지고(Compaction), 이어서, 2차로 대각 단조 금형을 이용하여 대각 단조(Diagonal forging)되어 다이아몬드 형태가 되었다가, 3차로 플랫 금형을 이용하여 평단조(Plane forging)될 수 있다.

즉, 3차 성형 후에도 소재에 크랙이나 깨지는 현상 없이, 사진과 같이, 매우 양호하게 성형이 된 것을 확인할 수 있었다.

도 29는 종래의 다져진(Compaction) 상태의 소재와, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 방법에 의해 가공된 소재의 에지(Edge), 센터(Center), 표면(Face)의 결정립 크기를 비교한 그래프이다.

도 29에 도시된 바와 같이, 종래의 다져진(Compaction) 상태의 소재와 비교하여, 본 발명의 대각 단조 공정 2 사이클(DF-2 cycle), 밴딩 단조 공정의 CBF(Compaction-Bending Forging-Flat Forging), 밴딩 단조 공정의 CBBF(Compaction-Bending Forging-Reverse Bending Forging-Flat Forging)은 에지, 표면의 결정립의 크기가 모두 상대적으로 작아진 것을 확인할 수 있었다.

특히, 대각 단조 공정 2 사이클의 경우, 모든 부위의 결정립의 크기가 작아짐을 확인할 수 있었다.

도 30은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치에 의해 가공된 소재를 이용하여 브레이징 접합된 시험용 파이프의 사진이다.

도 30에 도시된 바와 같이, 1번 내지 5번 빨간색 점선 박스 부분에 소재가 브레이징 접합된 것으로서, 이를 이용하여 물 또는 공기가 새어나오는지를 확인하는 Leak 시험을 한 결과, 1번에서 5번까지 모두 "누설 없음"으로 통과되었고, 알루미늄 접합이 잘 이루어졌다는 것을 확인할 수 있었다.

도 31은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 소재 가공 장치에 의해 가공된 소재의 파괴 하중 시험 방법을 나타내는 사진이다.

도 31에 도시된 바와 같이, 링형 소재를 세로로 놓고, 1mm/min의 속도로 압축 하중을 가하여 파괴되는 최대 하중을 측정한 결과, 평균 파괴 하중은 약 8.8 kgf(87.7 N)으로, 이는 목표치인 8 kgf 보다 약 9 퍼센트 높은 값으로 측정되었다.

이외에도, 결론적으로, 본 발명에 의하면, 융점 테스트 결과 용접 할 때 모재로 사용되는 알루미늄의 융점 섭씨 600도 보다 낮은 평균 섭씨 583.1가 측정되었고, Leak 시험, 접합 강도, 파괴 강도에 대한 공인 인증을 받았으며, Leak 시험은 누설 없음으로 모두 통과하였고, 접합 강도는 평균 117.2 MPa로 목표치 대비 약 49 퍼센트 높게 나왔으며, 파괴 강도는 평균 8.8 kgf로 목표치 대비 약 9 퍼센트 높게 나오는 효과를 얻을 수 있었다.

그러므로, 본 발명의 소재 가공 장치 및 방법에 의하면, 기존의 링형태의 브레이징용 필러재 보다 모든 면에서 우수한 물리적, 기계적 특성을 갖는 링형태의 소재를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1, 1a, 1b: 소재
M1: 제 1 금형
M2: 제 2 금형
10: 대각 단조 금형 세트
11: 제 1 대각 단조 금형
12: 제 2 대각 단조 금형
13: 제 3 대각 단조 금형
14: 제 4 대각 단조 금형
15, 23, 33: 플랫 금형
A1: 제 1 각도
A2: 제 2 각도
A3: 제 3 각도
A4: 제 4 각도
F1, F2, F3, F4, F5, F6: 경사면
F: 평면
20: 밴딩 단조 금형 세트
21: 오목 단조 금형
22: 볼록 단조 금형
G: 곡면홈
T: 곡면돌기
30: 역대각 단조 금형 세트
31: 역대각 단조 금형
32: 대각 단조 금형
40: 금형 착탈 장치
41: 코어핀
42: 제 1 펀치
43: 제 2 펀치
44: 외부 금형
H: 히터
C: 탄성 스프링
50: 프레스
100: 소재 가공 장치

Claims (15)

1. 소재를 링형상으로 단조 가공할 수 있도록 상기 소재의 제 1 면을 가압하는 적어도 일부분이 링형상인 적어도 하나의 제 1 금형;
   상기 소재의 제 2 면을 가압하는 적어도 일부분이 링형상인 적어도 하나의 제 2 금형; 및
   상기 소재가 다단 단조될 수 있도록 복수개의 상기 제 1 금형들 중 어느 하나를 선택하여 장착할 수 있고, 복수개의 상기 제 2 금형들 중 어느 하나를 선택하여 장착할 수 있도록 상기 제 1 금형과 상기 제 2 금형이 착탈 가능하게 설치되는 금형 착탈 장치;를 포함하고,
   상기 제 1 금형 및 상기 제 2 금형은,
   소재 접촉면의 단면이 역대각(삼각돌기) 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 역대각 단조 금형;
   소재 접촉면의 단면이 서로 제 1 각도를 이루는 대각(삼각홈) 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 대각 단조 금형; 및
   소재 접촉면의 단면이 평면으로 이루어지는 플랫 금형;
   을 포함하는, 소재 가공 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 금형 및 상기 제 2 금형은,
   소재 접촉면의 단면이 서로 상기 제 1 각도 보다 큰 제 N 각도를 이루는 대각 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 제 N 대각 단조 금형; 및
   소재 접촉면의 단면이 서로 상기 제 N 각도 보다 큰 제 N+1 각도를 이루는 대각 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 제 N+1 대각 단조 금형(N은 2이상의 자연수);
   을 더 포함하는, 소재 가공 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 금형 및 상기 제 2 금형은,
   소재 접촉면의 단면이 위로 오목한 곡면홈을 이루는 오목 단조 금형; 및
   소재 접촉면의 단면이 아래로 볼록한 곡면돌기를 이루는 볼록 단조 금형;
   을 더 포함하는, 소재 가공 장치.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 소재는,
   제 1 파이프와 제 2 파이프 사이에 설치되어 브레이징 용접될 수 있도록 금속 분말과 플럭스(flux) 분말이 혼합된 이종 복합 분말 재질로 이루어지는, 소재 가공 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 금형 착탈 장치는,
   내측 금형의 역할을 할 수 있도록 상기 제 2 금형의 중공부와, 상기 소재의 중공부 및 상기 제 1 금형의 중공부를 관통하는 코어핀(Core pin);
   상기 코어핀에 의해 관통된 상기 제 1 금형을 상기 소재 방향으로 가압할 수 있는 제 1 펀치;
   상기 코어핀에 의해 관통된 상기 제 2 금형을 상기 소재 방향으로 가압할 수 있는 제 2 펀치; 및
   외측 금형의 역할을 할 수 있도록 상기 제 1 펀치와, 상기 제 1 금형과, 상기 소재와, 상기 제 2 금형 및 상기 제 2 펀치의 적어도 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 히터가 설치되는 외부 금형;
   을 포함하는, 소재 가공 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 코어핀은 상기 소재 또는 상기 제 1 금형 및 상기 제 2 금형의 분리가 용이하도록 탄성 스프링에 의해 전후진이 가능하게 설치되는, 소재 가공 장치.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 금형과 상기 제 2 금형이 형개 또는 형합할 수 있도록 상기 제 1 펀치와 상기 제 2 펀치를 가압하는 프레스;
    를 더 포함하는, 소재 가공 장치.
11. (a) 적어도 일부분이 링형상인 적어도 하나의 제 1 금형과 제 2 금형 사이에 소재를 투입하는 단계; 및
    (b) 상기 소재의 제 1 면과 제 2 면을 가압할 수 있도록 상기 제 1 금형과 상기 제 2 금형을 프레스로 가압하여 상기 소재를 링형상으로 단조하는 단계;를 포함하고,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 제 1 금형 및 상기 제 2 금형을 교체하거나 준비하여, 역대각 단조 공정 단계를 수행하고,
    상기 역대각 단조 공정 단계는,
    (RDF-1) 소재 접촉면의 단면이 역대각(삼각돌기) 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 역대각 단조 금형을 이용하여 역대각 단조(Reverse Diagonal Forging)하는 단계;
    (RDF-2) 소재 접촉면의 단면이 대각(삼각홈) 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 대각 단조 금형을 이용하여 대각 단조(Diagonal Forging)하는 단계; 및
    (RDF-3) 소재 접촉면의 단면이 평면으로 이루어지는 플랫 금형을 이용하여 플랫 단조(Flat Forging)하는 단계;
    를 포함하는, 소재 가공 방법.
12. 삭제
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 역대각 단조 공정 단계는,
    (DF-1) 소재 접촉면의 단면이 서로 제 1 각도를 이루는 대각(삼각홈) 형태의 2개의 경사면으로 이루어지는 제 1 대각 단조 금형 및 상기 제 1 각도 보다 큰 제 N 각도의 복수개의 제 N 대각 단조 금형을 이용하여 다차 대각 단조(Diagonal Forging)하는 단계;
    를 더 포함하는, 소재 가공 방법.
14. 제 11 항에 있어서,
    상기 역대각 단조 공정 단계는,
    (BF-1) 소재 접촉면의 단면이 위로 오목한 곡면홈을 이루는 오목 단조 금형 또는 소재 접촉면의 단면이 아래로 볼록한 곡면돌기를 이루는 볼록 단조 금형을 이용하여 밴딩 단조(Bending Forging) 또는 리벌스 밴딩 단조(Reverse Bending Forging)하는 단계;
    를 더 포함하는, 소재 가공 방법.
15. 삭제

Images