KR20040103922A - 분말 재료의 충격 압축에 의해 다중 레벨의 구성요소를생산하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분말 재료로부터 순응 목표 밀도를 가진 다중 레벨의 구성요소를 생산하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 분말 재료는 몰딩 다이 내에 충진되고, 복수의 하부 및 상대적으로 이동가능한 상부 펀치를 포함하고, 각각의 펀치 위의 칼럼의 충진 높이는 최종의 구성요소의 기하학적인 레벨과 관련이 있다. 이 재료는 각각의 펀치에 가해지는 개별적인 정적 압력에 의해 선택적으로 예비압착되고 적어도 한쪽 방향으로부터 적어도 하나의 충격 또는 충돌 장치에 의해 압축된다. 칼럼 사이의 분말 유동 및 밀도 구배에 대한 조정을 보정하는 것은 예비압착 및 충격 암축 동안 행해진다.

Description

분말 재료의 충격 압축에 의해 다중 레벨의 구성요소를 생산하기 위한 방법 및 장치{A METHOD AND AN APPARATUS FOR PRODUCING MULTI-LEVEL COMPONENTS BY SHOCK COMPRESSION OF POWDERED MATERIAL}

축방향 프레스 기술로, 단차 또는 다중 레벨을 포함하는 고밀도의 최종 구성요소 형상으로 분말 재료를 압착하는데 있어서, 각각의 레벨 또는 단차에 대한 충진 체적이 상대적으로 상이하다는 점이 고려되어야 한다. 분말 재료는 수직 칼럼에 있어서 압착되고 유체역학적 유동을 거의 발생시키지 않는 경향이 있기 때문에, 각각의 구성요소 레벨에 대한 칼럼은 구성요소의 최종 레벨 높이 목표 밀도에 대응하는 충진 체적으로 보정되어야 한다. 결과적으로 과도한 밀도 변화는 최종 구성요소의 크랙 발생 및 소결하는 동안의 구성요소의 왜곡을 야기할 수 있다.

SE-0200230-1은 분말 재료로부터 재료 생산체를 생산하기 위한 발명을 개시하고 있다. 이 재료는 예를 들면 분말, 펠릿, 그레인 등의 형태이고 몰드 내에 충진되고, 재료를 타격할 때 생산체를 형성하기에 충분한 운동 에너지를 발생시켜 재료의 융합을 야기하는 하나 이상의 타격 유닛을 사용하여, 동시에 하나 이상의 방향으로부터 적어도 1회의 스트로크에 의해 예비압착 및 압축된다.

PCT/SE01/01670, PCT/SE01/01671, PCT/SE01/01672, PCT/SE01/01673 및 PCT/SE01/01674 는 융합에 의해 금속, 폴리머, 다중 층, 세라믹 및 복합 생산체를 생산하는 방법을 개시하고 있는데, 이 방법은 상기 SE-0200230-1에 개시된 발명에 따른 단계를 포함하고 있다.

구성요소의 각각의 레벨에 대한 압착 체적에 있어서의 상대적인 차이를 보상하는 기술은 잘 알려져 있고 종래의 축방향 PM 프레스를 사용하여 순응 밀도의 다중 레벨 (단차진) 구성요소를 압착하는 분야에서 사용된다. 가능한한 거의 균질의 밀도 및 가능한한 높은 단차 높이를 가진 구성요소를 생산하기 위하여, 분말의 충진 높이는, 복수의 펀치, 바람직하게는 각각의 단계에 대하여 하나의 펀치를 사용함으로써, 개별적으로 조정된다.

각각의 펀치는, 개별적으로 제어되는 프레스 램을 사용하여, 서로에 대하여 상대적으로 변위된다.

분말을 고밀도의 다중 레벨의 구성요소로 압착하는 이들 방법은, 저속 운동 시퀀스에서 분말을 압착하는 축방향 프레스 기술에 관한 것이다. 충격(충돌) 압축 공정와 조합하여 각각의 단차에 대한 충진 높이를 수정하는 이들 방법은, 충격 압축 작동 동안, 임팩트 기계의 원리에 관하여, 펀치가, 각각의 하부 펀치의 상대적인 등거리 변위, 및/또는 각각의 상부 펀치의 상대적인 등거리 변위로 조작될 수 있는 것이 바람직하다는 점으로 인하여, 각각의 단차의 밀도를 보정하는데는 적용할 수 없다. 공지된 기술을 이용하면, 각각의 하부 펀치 표면 위의 재료에 있어서의 목표 밀도가 변하고 크래킹을 일으킬 수 있다.

SE-0202324-0은, 재료의 충격 압축과 정적 압착의 조합을 사용하여, 가공 재료를 원하는 형상으로 압축 및 압착하는 DFIER-기계를 개시하고 있다. 이 가공 재료는 예를 들면 분말, 펠릿, 그레인 등의 형태이고 몰딩 다이 캐버티 내에 충진되어, 고밀도의 생산체로 압착된다. 이 기계는 외부 시스템 및 내부 시스템을 포함한다. 외부 시스템은 적어도 하나 이상의 충돌 유닛, 즉 상부 및/또는 하부 유닛를 포함하는데, 각각은 충돌 램을 포함한다. 내부 시스템은 적어도 하나 이상의 정적 프레스 유닛을 포함하는데, 각각은 정적 프레스 램, 및 공구 유닛을 포함한다. 내부 및 외부 시스템의 하부 유닛은, 공통의 고정 앤빌 및 하부 펀치로 교환될 수 있다. 공구 유닛은 몰딩 다이 테이블 또는 캐리어에 장착된 몰딩 다이를 포함하고, 하나 이상의 상부 펀치는 위치 및 부하에 있어서 개별적으로 제어되고, 그리고 하나 이상의 하부 펀치는 위치 및 부하에 있어서 개별적으로 제어된다. 중앙의 시스템은 이동가능한 몰딩 다이 캐리어를 포함하고, 이는 몰딩 다이를 지지한다. 공구 유닛의 상부 펀치는 내부 시스템의 상부 정적 램에 제거가능하게 연결되고 그리고 공구 유닛의 하부 펀치는 내부 시스템의 하부 정적 램에 제거가능하게 연결된다.

DFIER-기계의 공정 사이클은 고밀도로 재료를 처리하는데 있어서 2가지의 주요 작동을 포함하고 있다. 제 1 작동은 예비압착 작동이고 여기에서 재료는 예비압축의 대충의 형상으로 고밀화된다. 제 2 작동은 충격 압축 작동이다. 상기 압축 작동은, 적어도 1회 이상 충돌 램의 가속에 의한 충돌의 발생과 동시에, 내부 시스템상에 그리고 이에 따라 가공 재료에 정적 압력을 유지함으로써 수행된다. 충격파가 생성되고 프레스 램 및 펀치를 통하여 가공 재료에 전달되는 한편 프레스 램으로부터의 압력은 유지된다. 충돌 유닛은 재료를 타격할 때 재료를 생산체로 형성하기에 충분한 운동 에너지를 전달하여, SE-0200230-1에 개시되어 있는 방법에 따른, 융합 또는 고밀도 재료를 소정의 고밀도의 최종 생산체로 만든다.

GB 2265567A는, 몰딩 다이의 캐버티 내에 충진되어 있는 분말 재료로부터 단차진 프레스된 구성요소를 생산하는 공정을 개시하고 있는데, 각각의 펀치 표면이 단차진 구성요소의 각각의 레벨에 대응하는, 상대적으로 이동가능한 하부 펀치와 하부 펀치에 대하여 적어도 하나의 이동가능한 상부 펀치 사이에서 재료를 압축하고, 조정된 충진 레벨의 비가, 제 1 대략 정도에서, 프레스된 아티클의 각각의 관련 단차의 원하는 높이의 비에 대응하도록, 몰딩 다이 정상부 에지로부터의 바닥부 램의 펀치 표면의 거리인 충진 레벨을 개별적으로 조정함으로써, 몰딩 다이 캐버티의 충진 체적을 변경함으로써, 단차가 대략 동일한 밀도를 갖도록, 원하는 값으로부터 재료의 충진량의 벗어남을 모니터한다. 각각의 단차의 충진 레벨을 조정하는 방법은 각각의 바닥부 펀치를 개별적으로 수정함으로써 수행된다. 적어도 제 1 대략 정도 상태에 있어서의 개별적인 충진 레벨은 서로 관계가 있고, 이는 프레스된 구성요소의 레벨의 원하는 높이의 관계에 대응하는데, 이는 원하는 관련 단차의 원하는 높이가 높으면 높을 수록, 개별적인 수정량도 많다는 것을 의미한다.

설명된 특허는 단차진 구성요소를 생산하는 방법을 개시하고 있는데, 여기에서, 이 발명에 따라 수행된 재료를 프레스하는 것이 공정의 최종 상태에 도달한 후에 대략의 균질의 밀도가 구성요소에 얻어진다. 그러나, 이 방법은 낮은 프레스 변위 속도(정적 프레스)를 갖는 종래의 분말 프레스기에 의존한다.

그러므로, 각각의 펀치가, 생산된 최종 재료 생산체의 각각의 관련된 단차에 대응하는, 몰딩 다이의 상부 또는 하부측에 2개 이상의 펀치를 포함하는 공구 시스템에 대한 프레스력 및 위치에 있어서의 개별적인 펀치 제어를 위한 장치 및 방법을 갖고 있지 않은 기계적 솔루션인, WO9700751 및 WO0222289에 개시되어 있는 방법 및 기계로 분말을 고밀화하는 것은, 불가능할 수 있다.

WO9700751 및 WO0222289에 있어서, 다중 레벨의 구성요소를 생산하기 위하여 몰딩 다이 캐버티 내의 재료를 어떻게 예비압착하는지에 관하여 발명의 상세한 설명 또는 청구의 범위에 기재되어 있지 않고 실시예도 기재되어 있지 않다. 분말을 압축하는 충격(충돌)에 의해 단차진 구성요소를 생산하기 위하여, 몰딩 다이 캐버티에 있어서 충진 체적을 어떻게 보정하는지에 관하여 어떠한 솔루션 또는 청구항도 기재되어 있지 않고 실시예도 기재되어 있지 않다. 이들은, 생산된 최종 생산체의 모든 단차진 섹션에 있어서 균질의 밀도를 달성하기 위하여 필요한, 충격 압축된 재료 생산체의 각각의 대응하는 그리고 관련된 단차에 대한 분말 칼럼의 분말 밀도를 보정하는 방법 및 장치를 포함하고 있지 않다.

그러므로, 상기 기계는, 개별적인 펀치 제어 및 그에 따른 보정의 부족으로 인하여, 구성요소의 단차진 섹션에 걸쳐서, 균질의 목표 밀도의 다중 레벨의 구성요소를 생산할 수 없다.

본 발명은, 충격(충돌) 압축, 또는 정적 압착과 충격 압축의 조합을 통하여, 고밀도로 압축된 다중 레벨 또는 단차진 구성요소를 생산하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1A는 충진위치에 있을 때의, 몰딩 다이(1), 3개의 하부 펀치(2,3,4), 코어 로드(5), 상부 펀치(6), 및 비압착 분말(7)을 포함하고 있는 공구 시스템의 단면도,

도 1B는 예비압착 후의 위치에서의 공구 시스템(1,2,3,4,5,6)을 도시한 도면,

도 1C는 최종 예비압착 조정 후의 위치에서의 공구 시스템(1,2,3,4,5,6)을 도시한 도면,

도 1D는 충격 압축 작업 후의 공구 시스템(1,2,3,4,5,6)을 도시한 도면,

도 2A는 충진위치에 있을 때의, 몰딩 다이(1), 3개의 하부 펀치(2,3,4), 코어 로드(5), 상부 펀치(6), 및 비압착 분말(7)을 포함하고 있는 공구 시스템의 단면도,

도 2B는 예비압착 후의 위치에서의 공구 시스템(1,2,3,4,5,6)을 도시한 도면,

도 2C는 최종 예비압착 후의 위치에서의 중간 펀치 조정 장치(10)를 포함하고 있는 공구 시스템(1,2,3,4,5,6)을 도시한 도면,

도 2D는 충격 압축 작업 후의, 중간 펀치 조정 장치(10)를 포함하고 있는 공구 시스템(1,2,3,4,5,6)을 도시한 도면,

도 3은 제1 실시예 공구 부재 거동 대 시간 및 하부 펀치 프레스 표면 위의 분말 칼럼 각각에 대한 대응 밀도를 도시한 도면.

다중 레벨의 구성요소 어프로치

다중 레벨의 구성요소의 제작을 위한 3가지의 상이한 어프로치가 있다. 이들은, 밀도 구배에 대한 보정에 있어서의 어려움으로 인한 기술적인 한계 때문에, 성공 정도가 상이하다.

다중 레벨의 구성요소를 생산하는 하나의 어프로치는 단차진 다이, 슬롯이 형성되어 있는 펀치 또는 고정된 단차진 펀치에 의해 수행될 수 있고, 그러나 결과적으로 이들 모두는 균일의 밀도 및 크래킹을 야기한다. 이들 방식은 각각의 레벨 사이에서 단차 높이를 제한하거나 또는 생산된 최종 생산체에 있어서 균일의 밀도 분포를 결과적으로 야기하고, 각각의 구성요소 단차의 등거리의 절대적인 압축 변위로 인하여, 단차진 또는 슬롯이 형성되어 있는 하부 펀치 위의 보다 높은 분말 칼럼에 대하여 단차진 또는 슬롯이 형성되어 있는 하부 펀치 위의 보다 짧은 분말 칼럼에 있어서 고밀도가 결과적으로 야기된다.

제 2 어프로치는 예비압착 작동없이 충격 압축에 의해 직접 충격 압축을 수행하는 것이다. 이것은 각각의 개별적인 펀치를 차례로 충격 압축함으로써 수행될 수 있다. 최종 구성요소의 하부 단차는 보다 높은 압축비 및 이에 따른 보다 높은 펀치를 필요로 한다. 충돌 램은 가장 높은, 즉 충돌 장치와 가장 가까운 펀치 베이스로 시작할 때 하나의 펀치를 압착할 수 있다. 충돌시 압축은 그 결과로서 가장 높은 램 베이스가 두번째로 높은 펀치 베이스와 동일 높이에서 끝나도록 변위된다. 가장 높은 펀치 및 두번째로 높은 펀치상의 제 2 또는 동일 충격 스트로크는그 펀치 베이스가 세번째로 높은 펀치와 끝이 동일 높이에서 끝나도록 2개의 펀치를 변위시키고, 그리고 충격 시퀀스는 관련된 펀치 사이의 모든 분말 칼럼이 고밀도로 압축될 때까지 반복된다.

단차진 구성요소를 생산하는 제 3 어프로치는 다음과 같이 수행될 수 있다:

분말은 몰딩 다이 캐버티 내에 충진된다. 몰딩 다이 캐버티는 몰딩 다이 및 하부측으로부터 안으로 삽입되는 하나 이상의 하부 펀치를 포함한다. 하부 펀치는 프레스 표면이 서로에 대하여 상대적으로 오프셋되도록 단차지거나 또는 위치결정될 수 있다. 몰딩 다이는 하나 이상의 정상부 다이를 삽입함으로써 폐쇄된다. 정상부 펀치는, 분말쪽으로 프레스될 때, 상이한 압착비가 개별적인 펀치하에 얻어지도록, 길이가 상이할 수 있다. 펀치의 높이는, 펀치 프레스 표면 사이의 상대적인 오프셋 거리가 최종 구성요소의 관련된 단차의 단차 높이에 대응하고, 모든 펀치 베이스가 동일 높이가 되도록 되어 있다.

분말 재료를 단차진 표면을 포함하는 최종의 재료 생산체로 충격 압축하는 절차는, 펀치가 적어도 한쪽으로부터 프레스되는 예비압착에 의해 수행된다. 길이가 상이한 상부 펀치는 분말 표면상에 위치된다. 먼저, 프레스 램은 가장 높은 펀치와 접촉하게 되고, 상기 펀치 베이스가 두번째로 높은 펀치의 베이스와 동일 높이가 될 때까지 분말쪽으로 프레스한다. 그리고 나서 프레스 장치는 평행 운동으로 2개의 펀치를 분말쪽으로 계속해서 프레스한다. 예비압착은 모든 펀치 베이스 끝이 서로 동일 높이가 될 때 종료한다.

충격 압축은 펀치상에 충돌하는 충격(충돌 램) 장치로 수행된다. 펀치는 최종 생산체의 기하학적 형상이 충족될 때까지 평행하게 그리고 등거리 운동으로 변위된다. 또한, 충격 압축은, 정적 예비압착 작동을 수행하는 수단 또는 장치가 없는 기계에 대하여, 예비압착 작동없이 설명된 셋업에 따라 수행된다. 이 경우에 있어서, 펀치의 초기 위치는, 모든 펀치 베이스 끝이 동일 높이가 되도록, 분말로부터 후퇴된다. 충격 압축은 펀치 베이스상에 충돌하는 충격 압축 장치로 수행된다. 펀치는 구성요소의 최종 형상이 충족되는 크기의 충격 에너지로 분말쪽으로 변위된다.

그러나, 설명된 어프로치는 최종 구성요소의 상이한 단차진 섹션에 균질의 밀도 분포를 제공하는 동시에 원하지 않는 분말이 각각의 하부 펀치 위의 분말 칼럼 사이에 유동하게 한다. 더욱이, 충진동안의 펀치의 위치결정, 충격 압축 스트로크전의 펀치의 고정 및 배출후의 펀치의 후퇴와 같은 기술적인 어려움이 있다. 더욱이, 이들 방법은 또한 크랙 발생과 같은 내부 충격파의 결과로서의 제어되지 않는 효과로부터 문제점이 발생한다.

발명의 개시

본 발명의 개시는, 충격(충돌) 압축 또는 충격 압축과 조합한 정적 압착의 수단으로 생산된, 분말 재료로부터 순응 또는 소정의 목표 밀도를 가진 다중 레벨 또는 단차진 구성요소를 생산하는 방법 및 장치를 포함한다.

이 방법은:

a) 분말 재료로, 몰딩 다이 및 몰딩 다이의 하부 섹션을 폐쇄하는 적어도 2개의 상대적으로 이동가능한 하부 펀치를 포함하는 몰딩 다이 캐버티를 충진하는단계를 포함한다. 충진 체적은 하부 펀치 프레스 표면 및 몰딩 다이의 정상부 표면 각각의 위의 체적으로 구성된다.

b) 각각의 분말 칼럼에 있어서의 임의의 분말 구배, 임의의 분말 구배 및 분말 칼럼 사이에서 발생할 수 있는 임의의 가능한 분말 유동을 위하여 또한 각각의 분말 칼럼의 충진 체적이 각각의 관련된 단차 및 최종 프레스된 구성요소의 목표 밀도에 대응하도록, 하부 펀치의 개별적인 상대적인 변위에 의하여, 칼럼 높이를 조정함으로써, 각각의 하부 펀치 프레스 표면 위의 각각의 분말 칼럼의 충진 체적을 보정하는 단계를 포함한다.

c) 하부 펀치 및 적어도 하나의 상대적으로 이동가능한 상부 펀치를 개별적으로 그리고 상대적으로 변위시킴으로써, 각각의 하부 펀치 프레스 표면 사이에서 분말 칼럼을, 소정의 그리고 개별적인 예비압착된 밀도의 각각의 분말 칼럼으로 예비압착(정적 압착)하는 단계를 포함하는데, 여기에서 예비압착된 밀도는, 각각의 분말 칼럼이, 생산된 최종 생산체(구성요소)의 목표 밀도, 예비압착 및 충격 압축 작동 동안 발생할 수 있는 각각의 분말 칼럼 사이의 가능한 분말 유동과 밀도 구배 그리고 충격 압축 동안 모든 하부 펀치의 등거리 변위 및 모든 상부 펀치의 등거리 변위에 관하여 서로 관계가 있도록, 보정된다.

d) 하부 펀치 변위에 대한 것과 동일할 필요는 없는 하나 이상의 상부 펀치의 등거리 변위에 대한 모든 하부 펀치의 등거리 변위에 의하여 예비압착된 생산체를 충격 압축하는 단계를 포함하는데, 이에 대하여, 소정의 목표 밀도는, 생산된 재료 생산체를 통하여 순응 및 소정의 목표 밀도로 되는 각각의 하부 펀치 프레스표면 위의 모든 분말 칼럼에 대하여 얻어진다. 충격 압축은 한쪽 방향 또는 여러 방향에서 수행될 수 있다.

e) 최종 구성요소의 단차진 섹션에 있어서의 균질의 밀도를 얻는데 필요한, 분말 밀도의 보정은, 충격 압축 동안 수행될 수 있다. 이것은 분말에 전달되는 에너지가 제어되도록 개별적으로 펀치 운동을 제어함으로써 수행된다. 이것은 3가지의 상이한 어프로치에 의해 수행될 수 있다:

i) 각각의 펀치는 충격 압축 동안 가해지는 추가적인 정적 압력을 받을 수 있다. 이것은 펀치 프레스 표면 아래 또는 위의 분말 칼럼쪽으로의 펀치의 가속 변위를 강화시킨다. 각각의 펀치는, 각각의 펀치가 개별적인 압력을 받도록, 즉 보다 높은 정적 압력이 펀치 프레스 표면 아래 또는 위의 분말 칼럼의 고밀화비를 강화시키도록, 개별적으로 제어될 수 있다. 또한 정적 압력은 충격 압축 전에 가해지거나 및/또는 충격 압축 후에 유지될 수 있다.

ii) 임의의 펀치상의 정적 압력은 충격 압축 방향에 대하여 반대 방향으로 작용될 수 있고, 이것은, 제동된 펀치가 펀치 프레스 표면 아래 또는 위의 분말 칼럼에 보다 낮은 압축 에너지를 전달하도록, 임의의 다른 펀치에 대한 펀치 운동을 제동하는 것을 의미한다. 임의의 펀치의 제동 수단은 반드시 반대 방향 정적 압력에 의해 수행될 필요는 없다.

iii) 펀치의 질량은 서로에 대하여 상대적으로 조정될 수 있다. 상대적으로 큰 질량을 가진 펀치는 낮은 속도 그리고 이에 따라 감소된 에너지로 펀치 프레스 표면쪽을 향하는 분말 칼럼을 압축하고, 결과적으로 작은 질량의 펀치로 압축된 분말 칼럼에 비하여 분말 칼럼의 밀도가 감소된다.

또한, 본 발명은, 예비압착 작동의 최종 단계 동안, 하부 펀치를 제어하는 모든 하부 램의 등거리 변위 및 하부 램 변위에 대한 것과 동일할 필요는 없는 상부 펀치를 제어하는 모든 상부 램의 반대 방향의 등거리 변위를 포함하는 추가적인 정적 프레스 작동을 또한 포함한다. 추가적인 정적 프레스 작동을 포함하는 경우에 있어서 예비압착 동안의 펀치의 상대적인 변위는, 가능한 밀도 변화를 보정하고, 상기 작동은, 대응하는 상부 및 하부 펀치 각각의 사이의 각각의 분말 칼럼에 가해진다. 상기의 추가적인 정적 프레스 작동은, 각각의 펀치가 충격 압축 작동 동안 충격 압축 장치와 강한 기계적 접촉을 가지고 모든 펀치에 충격 충돌 에너지를 전달하는 것을 보장한다.

하부 펀치는, 펀치의 각각의 베이스가 동일 평면 내에서 정확하게 끝나거나, 또는 펀치 베이스 사이에 강한 기계적 접촉을 허용하는 방식으로 서로에 대하여 적층되도록, 생산된 최종 생산체의 하부측의 각각의 관련된 단차에 대응하는 단차 높이에 관하여, 서로에 관하여 특정의 길이를 가진다. 상부 펀치는, 펀치의 각각의 베이스가 동일 평면 내에서 정확하게 끝나거나, 그리고 펀치 베이스 사이에 강한 기계적 접촉을 허용하는 방식으로 서로에 대하여 적층되도록, 생산된 최종 생산체의 상부측의 각각의 관련된 단차에 대응하는 단차 높이에 관하여, 서로에 관하여 특정의 길이를 가진다. 이 배열은 충격 압축 작동 및 가능한 추가적인 정적 프레스 작동 동안 펀치의 정확한 등거리 변위를 허용한다.

개별적인 분말 칼럼의 밀도의 수정은 이전의 공정 사이클의 대응하는 분말칼럼의 하부 및 상부 펀치상에서의 위치 및 프레스력 측정에 기초한 피드백 작동에서 수행될 수 있다. 기준 프레스력 및 위치 측정은 예비압착 작동의 끝부분에서 수행되는 것이 바람직하다.

이 장치의 개시는, 분말 재료로부터 단차진 구성요소를 생산하기 위한 프레스 기계를 포함하고, 이 기계는 예비압착 작동 동안 개별적인 펀치 위치결정을 위한 프레스 장치 및 예비압착된 재료의 충격 압축을 위한 장치를 포함한다. 예비압착은, 충격 압축만이 수행되도록, 생략될 수 있다.

프레스 장치는 하나 이상의 펀치에 연결된 하나 이상의 정적 프레스 램을 포함한다. 프레스 램은 연결된 펀치(들)의 위치를 제어하고, 또한 분말을 압착하기 위하여 펀치에 프레스력을 가한다. 프레스 장치는 한쪽면 방식 또는 여러쪽면 방식일 수 있다. 프레스 장치는, 임의의 또는 모든 하부 및 상부 펀치의 개별적인 위치, 속도, 가속도, 및 힘 구동 조정을 허용한다. 프레스 장치는, 분말의 한쪽 방향의 모든 펀치가 압축 작동 동안 충격 압축 장치와 강한 기계적 접촉을 갖도록, 펀치를 위치결정할 수 있다.

충격 또는 충돌 압축 장치는, 몰딩 다이 내의 재료에 프레스 장치 및 펀치를 통하여 충격 펄스가 전달되도록, 프레스 장치로의 충돌 스트로크를 통하여 운동 에너지를 생성한다. 또한 충돌 스트로크는 프레스 장치의 관여없이 펀치에 직접적으로 수행될 수 있다. 충격 압축 장치는, 그 양쪽에서 펀치와 축방향으로 위치되는 상부 및 하부 충격 램을 포함한다. 충격 압축 장치의 하부측은 정적 앤빌로 대체될 수 있고, 이에 따라 충격 압축은 한쪽 방향으로부터 수행된다. 충격 압축이 한쪽 방향으로부터 수행될 때, 충진 및 예비압착 수정을 포함하는 예비압착은, 앞에서 설명한 방식과 동일한 방식으로 수행되는데, 그 예외는, 하부 프레스 장치가 앤빌상에 위치하고 또는 프레스 장치가 생략된 경우에 있어서는 펀치가 앤빌상에 위치하는 상태로 마지막 작동에 있어서의 내부 시스템의 전체 패키지가 위치결정된다는 점이다. 이것은, 모든 상부 및 하부 펀치 그리고 몰딩 다이를 포함하는 프레스 장치가, 펀치 또는 몰딩 다이 운동에 있어서 또는 상부 및 하부 펀치 사이에서의 프레스력에 있어서의 임의의 변경없이 하방으로의 축방향 운동을 수행한다는 것을 의미한다.

각각의 펀치의 프레스력 및 위치를 개별적으로 모니터하고 모니터된 힘 및 위치 데이터를 제어 시스템에 전달하는 이 장치의 시스템은, 대응하여 할당된 소정의 값과 이 데이터를 비교하고, 그리고 이 제어 시스템은, 모니터되는 데이터가 할당된 소정의 값을 벗어날 때, 대응하는 하부 펀치 위의 개별의 분말 칼럼의 충진 체적이 적절하게 수정되도록 배열된다.

아래의 본 발명의 실시예의 설명에서, 2개의 바람직한 실시예가 첨부도면을 참조하여 설명될 것이다.

도 1에 따른 실시예

본 발명의 제1 실시예가 도 1 및 도 3을 참조하는 하나의 예로서 설명될 것이다. 도면은 본 발명에 의한 정적 압착 및 충격 압축의 조합으로 다중 레벨의 구성요소를 생산하는 공정중 4가지 상이한 공정 스테이션(A,B,C,D)에서 몰딩 다이(1), 3개의 하부 펀치(2,3,4), 코어 로드(5), 및 상부 펀치(6)를 포함하고 있는 분말 압축을 위한 공구를 도시하고 있다.

몰딩 다이(1), 코어 로드(5) 및 상기 3개의 하부 펀치는 함께 몰딩 다이 캐버티를 구성한다. 내측 하부 펀치(4)는 몰딩 다이(1)의 상부 표면과 동일한 높이에서 끝나는 상기 내측 하부 펀치와 동축으로 상기 코어 로드를 안내하는 보어를 가지고 있고 최종 생산체(9)내에 관통구멍을 생성한다.

3개의 하부 펀치는 축선방향으로 서로 상대적으로 분할되어 동축으로 배열되어 있다. 도 1A는 충진위치에 있는 공구를 도시하고 있다. 하부 펀치(2,3,4)는, 각각의 펀치 프레스 표면과 상부 몰딩 다이 표면 위의 비압착 분말(7)의 충진 체적이 최종 생산체의 단차 높이 및 목표 밀도에 상응하게 되도록 소정의 위치에 위치된다. 최종 생산체의 각각의 해당 단차와 연관한 각 하부 펀치 프레스 표면 위의 분말 칼럼의 충진 높이는:

로 설명될 수 있고, 여기서target이라는 표시는 최종 생산체를 의미하고,apparent라는 표시는 충진 분말 밀도를 의미한다. 충진 높이는 또한 최종 생산체(1)를 성형하는 데 포함되는 임의의 공정중에 분말 칼럼 내에 또는 분말 칼럼들 사이에 발생할 수 있는 분말 유동 내에 생기는 밀도구배에 대비하여 수정될 수도 있다. 몰딩 다이(1)는 상부 펀치(6)를 그것 내로 삽입함으로써 폐쇄된다.

프레싱 공정은 모든 하부 펀치를 상향 상대운동으로 상기 몰딩 다이 상부 표면을 향해 이동시키는 동시에 상부 펀치(6)를 방대방향 운동(d)으로 이동시키는 예비압착 작업을 시작한다. 예비압착중의 하부 펀치(a,b,c)의 상대 운동은 예비압착의 끝에서의 펀치 베이스들이 평행하고 압축시에 충격 압착 장치와 강한 기계적 접촉을 가지게 되도록 실시된다.

상부 펀치에 대한 각각의 하부 펀치의 상대 운동과 각 하부 펀치의 펀치 높이는 예비압착 밀도가 하나의 분말 칼럼에서 얻어지도록 된다. 2개의 다른 분말 칼럼의 높이는 제1 분말 칼럼 밀도, 최종 구성요소 관련 단차 높이, 최종 생산체(9)의 목표 밀도, 및 등거리 펀치 운동(e)의 함수로 된다. 각각의 상기 하부 펀치 표면에 대한 예비압착시의 펀치 변위는 도 1에서의 변위 단차(a~c)로서 설명된다. 도 1B는 예비압착 작업이 완료된 후의 하부 및 상부 펀치의 위치를 도시하고 있다. 예비압착된 분말 칼럼들이 8-2, 8-3 및 8-4로서 표시되어 도시되어 있다. 가장 짧은 분말 칼럼(8-3)이 충격 압축시에 가장 큰 압축율을 가질 것이므로, 예비압착된 칼럼(8-3)은 틀림없이 더 높은 분말 칼럼(8-4, 8-2)보다 낮은 밀돌 보정될 것이다. 그러므로 가장 높은 분말 칼럼(8-4) 아래의 하부 펀치(4)의 상대운동은 틀림없이 가장 긴 예비압착 변위를 실시할 것이다.

소정의 예비압착된 밀도에 대한 임의의 분말 칼럼(예컨대 8-4)의 높이는 최종 생산체의 목표 밀도와 최종 생산체(9)의 상응하는 해당 단차와 같은 높이의 구성요소의 높이의 함수로 다음의 식:

을 따르며, 여기서 h_8-4와 ρ_8-4는 하부 펀치(4) 위의 분말 칼럼의 예비압착된 높이와 밀도를 의미하고, h_target(8-4)는 최종 생산체내의 펀치(4) 프레스 표면 위의 최종 구성요소 높이이다. 등거리 펀치 운동(e)은 관력식:

로 주어진다.

2개의 다른 분말 칼럼의 높이는 최종 생산체(9)의 상응하는 해당 단차에 등거리 변위(e)를 더함으로써 주어진다.

예비압착 작업은 특허 GB 2265567A에 개시된 바와 같은 종래의 PM 프레스에 상응하게 설명될 수 있는 느린 정적 프레스 운동으로 실시된다. 설명되는 실시예 전체에 걸쳐, 몰딩 다이(1)는 고정되어 있고 모든 펀치 운동은 제어된 운동으로 몰딩 다이에 상대적으로 실시된다. 펀치들의 운동은, 압축되는 분말이 충진 체적과 예비압착된 체적에 관련하여 가능한한 균일하게 압착되도록, 서로에 대해 상대적으로 다른 가속도 및 속도로 실시된다.

충격 압축 작업시에, 펀치 측면과 대면하는 충격 및 정적 프레스 램들은 모두가 표면에 의해 동일한 충격 에너지에 노출되어 에너지를 등거리 변위의 형태로분말 칼럼에 전달하고 결과적으로 구성요소 전체에 걸쳐 동일한 목표 밀도로 개개의 분말 기둥의 고밀화를 가져다 주도록 배열되어져야 한다. 충격 압축 에너지는 하부 펀치들이 등거리(e)로 변위되고 상부 펀치가 거리(f)로 변위되도록 하는 크기로 된다. 거리(e)와 거리(f)는 동일할 수 있다.

도 1C는 예비압착 조정 작업에 있어서의 공구와 예비압착된 분말을 도시하고 있다. 상부 펀치(6)는 거리(f')로 하향 변위되고, 하부 펀치(2,3,4)는 등거리(e')로 변위된다. 이 작업은 모든 베이스의 표면들이 충격 압축에 앞서 동일한 높이에 위치되는 것을 보장할 것이다. 예비압착 조정 작업이 실시되면, 압축 거리(e,f)는 각각 거리(e',f')로 감소된다. 충진, 예비압착 및 충격 압축 공정에 걸친 밀도 수정이 도 3에 도시되어 있다.

도 2에 따른 실시예

본 발명의 제2 실시예는 모든 펀치들의 평행 운동이 성취되도록 펀치들의 베이스측을 정렬하는 것에 의한 제1 실시예의 변경예이다. 충격 압축 장치에 의해 발생된 동적 충격 에너지를 분말에 전달하기 위해, 충격 압축 장치와 몰딩 다이의 각각의 상부측 또는 하부측에 해당하는 모든 펀치들 사이에 강한 기계적 결합이 존재한다. 제1 실시예에서는 이는 펀치들이 공정 사이클 중 그것들의 최종 위치에 있을 때 펀치들의 베이스들이 동일 높이로 끝나도록 펀치 길이를 최종 생산체의 단차 높이에 맞춤으로써 실시된다. 펀치(2,3,4)의 이 위치에서 정적 압착 램 또는 충격 압축 램은 모든 상기 펀치들의 평행하고 등거리의 운동을 발생시킨다.

펀치들과 충격 압축 장치 사이에 강한 결합을 제공하기 위한 제2 실시예에따른 배열은 펀치들의 베이스에 중간 펀치 조정 장치(10)를 삽입함으로써 성취된다. 중간 펀치 조정 장치(10)는 펀치(2,3,4) 각각이 위치되는 단차들을 포함하는 펀치들과 대면하는 인터페이스 표면을 가지고 있다. 상기 중간펀치 조정 장치 표면의 양 측면은 편평하고 충격 압축 램에 평행하다. 중간 펀치 조정 장치(10)의 각 단차 사이의 상대 높이는 최종 생산체의 상대 단차 높이에 상응한다. 이는 모든 펀치(2~4)가 동일한 길이로 이루어지고 중간 펀치 조정 장치(10)의 단차들상에 위치될 때, 상기 펀치들의 프레스 표면들의 상대 위치가 최종 생산체의 단차들과 일치한다는 것을 의미한다. 모든 공정 작업과 장치 수단은 제1 실시예와 동일하다.

Claims (26)

1. 몰딩 다이 캐버티를 분말 재료로 충전하고, 몰딩 다이내에 삽입된 하나 이상의 상대이동가능한 하부 펀치와 몰딩 다이내에 삽입된 적어도 하나 이상의 상대이동가능한 상부 펀치 사이에서 분말 재료를 압축시킴으로써 분말 재료로부터 단차진 또는 다중 레벨의 구성요소를 생산하는 방법에 있어서, 압축은 하나 이상의 방향으로 운동 에너지를 발휘하여 상이한 수단에 의해 밀도 변화 및 구배를 조절함으로써 보다 높고 균일한 밀도의 다중 레벨 재료체를 형성하는 충격 또는 충돌 압축 장치에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 단일 레벨의 구성요소가 하나 이상의 하부 펀치와 하나 이상의 상부 펀치 사이에서 생산되어질 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 예비압착 및/또는 충격 압축시에, 분말 밀도는 최종 생산체의 각각의 해당 단차의 소정의 단차 높이와 목표 밀도에 도달되도록 보정되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 펀치는 충격 압축시에 가해지는 추가적이고 개별적으로 제어된 정적 압력을 받을 수 있어 펀치의 가속 변위를 향상시키는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 정적 압력은 충격 압축 이전에 가해지고 및/또는 충격 압축 후에 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 임의의 펀치상의 정적 압력은 충격 압축방향과 반대방향으로 작용할 수 있어, 임의의 다른 펀치에 대해 해당 펀치 운동을 제동하여, 제동된 펀치는 분말 칼럼에 보다 작은 압축 에너지를 전달하며, 제동은 반드시 반대방향 작용 정적 압력에 의해 실시되는 것은 아닐 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 펀치의 질량은 밀도 보정이 충격 압축 작업시에 실시될 수 있도록 서로에 대해 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 대응하는 하부 펀치 프레스 표면과 대응하는 상부 펀치 프레스 표면 사이의 개별의 분말 칼럼이 최종 구성요소의 단차들과 관련되고, 각각의 분말 칼럼이 서로에 대해 칼럼 높이-밀도비를 가지고, 모든 하부 펀치의 평행한 등거리 변위 및 모든 상부 펀치의 반대방향의 평행한 등거리 변위시에 최종적인 소정의 목표 밀도가 각각의 해당 구성요소 단차내에 얻어지도록 분말 재료를 프레스 장치로 예비압착하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 펀치의 예비압착 속도는 펀치들이 그것들의 개별의 최종 프레스 위치에 도달하는 방식으로 동시에 이전의 프레스 사이클의 충진 레벨 수정 전과 같이 맞추어지는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 펀치의 예비압착 프레스 속도는 분말 칼럼들 사이의 가능한 분말 유동이 보상되는 방식으로 맞추어지는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 예비압착의 최종 단계는 모든 펀치와 정적 램 사이의 기계적 접촉을 확보하기 위해 하향 방향으로의 상부 펀치의 등거리 운동 및/또는 상향 방향으로의 모든 하부 펀치의 등거리 운동으로 실시되어지는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 대응하는 하부 펀치 위의 분말 칼럼의 충진 높이와 하부 펀치의 프레스 표면의 몰딩 다이 상부 표면까지의 거리를 개별적으로 조정하여, 조정된 충진 높이의 비가 최종 생산체의 개별적인 해당 단차의 소정의 높이와 목표 밀도의 비에 상응하게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 최종 구성요소의 단차와 관련되는 대응하는 하부 펀치 프레스 표면 위의 개별적인 분말 칼럼의 충진 높이는 하부 펀치의 개별적인 상대 변위에 의해 충진시와 압착시에 분말 칼럼내에 발생할 수 있는 분말 칼럼들 사이의 가능성 있는 분말 유동과 가능성 있는 분말 밀도구배에 대해 보정되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 개별적인 상부 및 하부 펀치의 프레스력 및 펀치 위치가 측정되고 원하는 소정의 값과 비교되고, 소정의 값으로부터의 임의의 펀치의 편차를 검출했을 때 충진 레벨이 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 충진 레벨 및 예비압착 보정은 임의의 수의 공정 사이클에 걸쳐 반복적으로 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 예비압착된 분말 칼럼은 적어도 하나의 충격 또는 충돌 스트로크에 의해 압축되고, 타격 유닛이 생산체를 형성하도록 충분한 운동 에너지를 발휘하고, 타격 수단으로 몰딩 다이내에 삽입된 재료를 타격할 때, 재료의 높은 밀도를 야기하고, 모든 하부 펀치가 모든 상부 펀치에 대해 평행한 등거리 변위를 수행하고, 모든 상부 펀치는 재료가 그것의 목표 밀도에 도달했을 때 반드시 하부 펀치와 동일한 거리일 필요는 없는 평행한 등거리의 반대방향 변위를 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제 1 항 또는 제 16 항에 있어서, 충격 또는 충돌 스트로크는 예비압착 없이 실시될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 몰딩 다이 캐버티, 분말 재료로 몰딩 다이 캐버티를 충진시키는 충진 장치, 서로에 대해 상대이동가능한 적어도 하나의 상부 펀치 및 적어도 하나의 하부 펀치, 및 충격 에너지를 발생시켜 그것을 하나 이상의 방향으로부터 충격 펄스로 재료에 전달하여 높은 밀도의 재료 생산체를 생성시키는 충격 또는 충돌 압축 장치를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 다중 레벨의 구성요소를 생산하기 위한 장치.
19. 제 18 항에 있어서, 단일 레벨의 구성요소가 생산되어질 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
20. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서, 하나의 이상의 방향으로부터의 제어를 포함할 수 있는 정적 프레스 운동으로 각 펀치를 개별적으로 제어하는 프레스 장치를 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
21. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 프레스 장치로부터의 모든 개별 펀치상의 정적 압력은 유지되고 위치 및 프레스력에 있어 개별적으로 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
22. 제 18 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 프레스 장치는 상부 펀치와 하부 펀치 사이의 분말 칼럼의 예비압착 및 보정 작업을 실시하는 것을 특징으로 하는 장치.
23. 제 18 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 충격 또는 충돌 압축 작업은 프레스 장치로 또는 프레스 장치 없이 실시될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
24. 제 18 항에 있어서, 하나의 시스템이 개별적인 펀치 위치를 모니터하고, 제어 시스템이 모니터된 값에 응답하여 작동하여 다이 캐버티 체적에 대응하는 하부 펀치 위의 개별적인 조정에 의해 충진 체적을 개별적으로 조정하여, 조정된 충진 체적의 비는 최종 생산체의 각각의 해당 단차의 소정의 높이와 밀도의 비에 상응하는 것을 특징으로 하는 장치.
25. 제 18 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 모니터 시스템은 각각의개별적인 하부 펀치 및 각각의 개별적인 상부 펀치의 프레스력과 위치를 개별적으로 모니터하고 모니터된 데이터를 제어 시스템으로 보내고, 제어 시스템은 그것을 대응하는 원하는 소정의 값과 비교하고, 전자 제어 시스템이 배열되어, 모니터 데이터가 원하는 값과 편차가 있을 때, 각각의 대응하는 하부 펀치 위의 개별적인 분말 칼럼의 충진 체적이 적합하게 수정되어지는 것을 특징으로 하는 장치.
26. 제 18 항 내지 제 22 항, 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 시스템은 상부 펀치 및 하부 펀치의 예비압착 프레스 속도와 가속도를 개별적으로 조정하는 것을 특징으로 하는 장치.