KR20000064930A - 망형태의 주형 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
금속파우더로 주형(금형)을 제조하는 방법이 개시된다. 이 방법은 주형동공배열을 이루기 위해 요구되는 형상의 패턴을 제공하는 단계; 캐니스터를 제공하는 단계; 캐니스터내에 패턴을 재치하고 그 캐니스터를 선택된 금속파우더로 채우는 단계; 상기 캐니스터와 금속파우더를 고온 평형가압하여 압축되고 조밀화된 압축물을 만드는 단계; 및
상기 패턴을 제거하고 완전히 조밀화된 금속파우더 주형내에 필요한 주형동공을 제공하도록 일평면을 따라 상기 압축물을 구획시키는 단계;를 포함한다.
Description
도 1은 본 발명에 따라 파우더로 채워진 패턴과 캐니스터 사이의 공간을 갖는 패턴을 보여주는 캐니스터의 중심선을 통한 단면도
도 2는 고온 평형 가압후 도 1의 캐니스터를 보여주는 단면도
도 3은 도 1 및 도 2의 패턴이 제거된 주형을 보여주는 도면
도 4는 본 발명의 방법에 사용된 패턴과 분리플레이트를 보여주는 분리후 압축된 주형의 사시도이다.
본 발명은 금속파우더로부터 직접 주형(dies 및 molds)을 제조하는 것에 관한 것이다.
본 발명에 의한 주형은 필요한 주형 동공 형상을 갖는 특별히 형성된 패턴을 캐니스터에 재치시키고 이를 캐니스터 내부의 적절한 위치에 고정시켜 제조된다. 그후 상기 패턴과 캐니스터 사이의 공간은 선택된 금속파우더로 채워지고 진공화된 다음 밀폐된다. 그후 고온 평형 압압법(Hot Isostatic Pressing, HIP)를 이용하여 금속파우더를 아주 고밀도로 고화시킨다. 적절한 평면을 따라 그 압축물을 분리함으로서 상기 패턴을 제거하게 하며 이에따라 상기 다져진 금속 파우더내에 이루어 진 요구되는 주형 동공을 나타내게 된다.
주형 제조를 위한 오늘날의 기술은 압연 및/또는 단조에 의해 그 크기가 감소되어야 하는 주형재료의 주조 잉고트를 포함한다. 이들 단계들의 결과 재료의 손실이 크고 그 미세구조의 거칠은 성질로 인하여 보다 덜 이상적인 기계적 성질을 산출한다. 압연 또는 단조후 상기 동공을 주형으로 가공하는 것이 필요하다.
이같은 과정은 시간이 많이 소요될 뿐만아니라 공수가 많이 소요되어 결과적으로 비용이 상승되고 재료소모가 과다하게 되는 문제점이 있는 것이다.
[발명의 요약]
본 발명은 다미캐스팅, 사출성형에 의한 것과 같이, 형상을 갖는 부품의 제조에 사용하기 위한 주형(거푸짐 및 성형틀)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 가공된 형틀 또는 주형동공 배열을 이루기 위해 필요한 형상을 갖는 패턴을 제공하고; 그 패턴을 캐니스터내에 재치하고;
캐니스터 내부를 선택된 금속파우더로 채워 상기 패턴을 둘러싸게 한 다음; 상기 패턴을 둘러싼 금속파우더를 다지고 조밀하게 하기 위해 열 및 압력을 가하여 상기 캐니스터와 금속파우더를 고온 평형 가압하고, 상기 패턴을 제거하기 위해 평면을 따라 캐니스터와 조밀해진 금속을 구분하고 이 같이하여 조밀해진 금속부에 요구되는 형상의 주형 동공을 제공하는 단계를 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같은 본 발명에 의한 방법은 전통적인 가공기술에 의한 강철패턴 4를 제조함을 포함한다. 이 패턴은 가공된 주형에서 생성되는 요구되는 동공의 크기 및 형태이다. 상기 패턴은 고정용접부 9에 의해 캐니스터 8의 저부에 고정되어 있다. 패턴 4의 표면에는 산화 이트륨 피막이 적용된다. 별도의 조작에 있어서, 충진/진공튜브 1, 캐니스터 10의 상부 2와 중앙부는 함께 용접된다. 이 조립체는 그후 캐니스터의 저부 세그멘트 8에 용접된다.
요구되는 주형재료의 파우더가 그후 충진/진공 튜브 1내의 개구부 7을 통해 캐니스터내로 도입된다. 본 실시예에서 파우더 6은 M4 공구강이며 패턴과 캐니스터의 내표면 사이의 공간을 채운다. 충진/진공화 튜브 1을 통해 캐니스터로부터 공기가 배출되며 그후 튜브는 용접 폐쇄된다. 패턴과 파우더를 함유한 캐니스터는 그후 15000 PSI 압력에서 5시간동안 2175℉로 고온 평형가압된다.
이 과정은 파우더를 고화시켜 패턴주위에 견고한 압축물을 생성한다.
상기 패턴을 제거하기 위하여, 상기 고화된 캐니스터는 도2에 도시된 바와같이 절단된다. 압축물로부터 패턴 반쪽을 제거시 요구되는 주형 동공이 나타나게 된다(도 3참조).
본 발명의 바람직한 실시예를 도 4에 나타내었다. 이 실시예에서는, 분리판 11이 패턴 12의 반쪽들 사이에 위치한다. 분리판 11은 예를들어 ½ 인치 두께의 탄소강 일 수 있다. 상기 분리판은 패턴 12와 일체이거나 패턴 12에 핀 고정되거나 용접될 수 있다. 상기 패턴은 분리판의 두께를 수용하도록 분리판의 각측면에 약간 크게 만들어진다. 이 조립된 패턴과 분리판은 질화붕소(boron nitride)와 같은 분리제로 코팅된 다음 캐니스터 13 내부에 재치된다. 상기 패턴/분리판을 캐니스터의 내부에 부착하기 위하여 접합용접(tack welding)혹은 기계적 파스너가 사용된다. 그후 캐니스터는 충진튜브와 함께 용접 밀폐된다. 본 실시예에서는 H13 파우더를 그 충진튜브를 통해 캐니스터 내부로 도입한 다음 그 캐니스터를 진공화 및 밀폐시킨다. 15000 PSI에서 5시간동안 2175℉로 고온 평형 가압함으로써 파우더를 고체로 압축시킨다.
상기 패턴의 제거는 분리판의 가장자리를 노출시키기 위해 캐니스터의 가장자리를 절단하거나 밀링함으로서 이루어진다. 그후 주형 절반들은 패턴 및 분리판으로부터 분리된다. 상기 패턴 조립체는 그후 다른 주형을 제조하는데 사용될 수 있다.
상기한 바는 현재 바람직한 접근이나 이 분야에서 숙련된자는 여러 가지 변형이 가능하다. 예를들어 이들은 주형을 위해 사용되는 파우더 물질을 바꾸는 것이다. 분명히, 이 선택은 최종 주형이 요구하는 성질에 따라 결정될 것이다.
공구강, 니켈합금, 코발트 합금 및 구리합금과 같은 일반적인 재질등이 사용될 수 있을 것이다. 그후 사용되어지는 합금에 대한 압축 매개변수들이 선택될 것이다.
패턴을 제조하는데 이용되는 기술로는 단조, 주조 또는 선택된 층소결등을 포함할 수 있다. 본 발명에 의해 제조된 주형으로 앞서 만들어진 부품을 사용할 수도 있다.
압축과정동안 파우더가 패턴에 부착되는 것을 방지하기 위하여 산화이트륨을 이형제 피막으로 작용하도록 패턴에 적용하였다. 이형제 또는 확산차단제의 다른 선택 역시 효과적일 것이다. 이들로는 산화알루미늄, 산화지르코늄, 이산화규소, 산화 마그네슘, 산화티타늄, 산화토륨, 탄화티타늄(titanium carbide), 질화티타늄 및 질화붕소등을 포함할 수 있다. 산화 또는 질화 분위기에서 상기 패턴을 열처리함으로서 상기 패턴에 이형층을 만드는 것도 가능할 것이다.
상기한 바와같은 본 발명의 내용을 근거로 이 분야에서 숙련된자는 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 그 변형이 가능할 것이다.
Claims (13)
- 하나의 주형(금형, die 혹은 mold) 동공을 이루기 위해 필요한 형상을 갖는 패턴을 제공하는 단계;중공내부를 갖는 캐니스터를 제공하는 단계;상기 캐니스터의 중공내부에 상기 패턴을 재치하는 단계;상기 패턴을 둘러싸도록 금속파우더로 상기 캐니스터를 충진시키는 단계;상기 금속파우더를 압축하고 조밀화시키기 위해 상기 캐니스터를 고온 평형 가압(hot isostatic pressing) 하는 단계; 및상기 패턴을 제거하기 위해 상기 압축되고 조밀화된 금속파우더를 구획(sectioning)하여 하나의 주형동공을 제공하는 단계;를 포함하여 구성되는 주형 제조방법.
- 1항에 있어서, 상기 충진단계후 상기 캐니스터로부터 공기를 배출시키는 진공화 단계 및 상기 진공화단계후 상기 고온평형가압 단계전에 용접에 의해서와 같이 상기 캐니스터를 밀폐시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 1항에 있어서, 상기 재치단계전에 상기 패턴주위에 평탄한 플레이트를 제공하는 단계를 포함하며, 상기 플레이트는 상기 패턴으로부터 캐니스터로 외측으로 신장하여 상기 가압단계후 상기 플레이트에 의해 구획선이 생김을 특징으로 하는 방법.
- 1항에 있어서, 상기 고온평형 가압단계 동안 상기 금속파우더가 상기 패턴에 부착하는 것을 방지하기 위해 이형제로서 상기 패턴을 코팅하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
- 4항에 있어서, 상기 이형제(release agent)는 산화이트륨, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 이산화실리콘, 산화마그네슘, 산화티타늄, 산화토륨, 탄화티타늄, 질화티타늄 및 질화붕소로 구성되는 그룹에서 선택된 한가지임을 특징으로 하는 방법.
- 4항에 있어서, 상기 이형제는 산화분위기 혹은 질화분위기중 한가지에서 상기 패턴을 열처리하여 생성됨을 특징으로 하는 방법.
- 1항에 있어서, 고온평형 가압단계는 약 15000 PSI 압력 및 약 2175℉ 온도에서 5시간동안 수행됨을 특징으로 하는 방법.
- 1항에 있어서, 상기 금속파우더 공구강, 니켈합금, 코발트합금 및 구리합금으로 구성되는 그룹에서 선택된 한가지를 포함하여 구성된 주형재료로 사용되는 금속파우더임을 특징으로 하는 방법.
- 주형동공(die 혹은 mold cavity)을 이루도록 필요한 형상을 갖는 패턴을 제공하는 단계;중공내부를 갖는 캐니스터를 제공하는 단계;상기 캐니스터의 중공내부에 상기 패턴을 재치하고 그 패턴을 캐니스터에 고정시키는 단계;산화이트륨 층으로 상기 패턴을 코팅하는 단계;상기 패턴과 상기 캐니스터의 내면과의 사이의 공간을 채우기 위해 상기 캐니스터를 분말 M4 공구강으로 충진시키는 단계;상기 캐니스터로부터 공기를 배출시켜 진공화한 단계;상기 진공화된 캐니스터를 용접으로 밀폐시키는 단계;상기 캐니스터와 함유된 파우더를 15000 PSI 압력 및 2175℉ 온도로 5시간동안 고온평형 가압하여 상기 M4 공구강 파우더를 압축 및 조밀화시키는 단계; 및상기 압축 및 조밀화된 금속파우더를 분할(sectioning)하고 그로부터 패턴을 제거하여 한가지 주형 동공을 제공하는 단계;를 포함하여 구성되는 주형제조방법.
- 9항에 있어서, 상기 재치단계전에 상기 패턴주위에 평탄플레이트를 제공하는 단계로 포함하며, 상기 플레이트는 상기 패턴으로부터 상기 캐니스터까지 외측으로 신장하여 이에따라 상기 가압단계후 상기 플레이트에 의해 구획선이 생성됨을 특징으로 하는 방법.
- 상기 고온평형 가압금속 파우더로 만들어진 주형 셋트를 포함하고, 상기 고온 평형가압 단계동안 내부에 형성된 필요한 배열의 주형동공을 갖는 주형(금형).
- 11항에 있어서, 상기 금속파우더는 공구강, 니켈합금, 코발트 합금 및 구리합금으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나임을 특징으로 하는 주형.
- 11항에 있어서, 상기 금속파우더는 M4 공구강임을 특징으로 하는 주형.
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