KR20050042773A

KR20050042773A - 분말성형방법 및 분말성형장치

Info

Publication number: KR20050042773A
Application number: KR1020057000340A
Authority: KR
Inventors: 야노가츠히코; 사사가와가츠미; 마츠이마사키; 사사키마사오; 야마다헤이지; 고바야시마사루; 하나부사아키히토; 사토히데오
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤; 미쓰비시 마테리알 테크노 가부시키가이샤
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2005-05-10
Also published as: EP1541327A4; BR0212507A; CN1649722A; US20060127268A1; AU2002323943A8; CN100522586C; JP2004042126A; WO2004007184A1; AU2002323943A1; EP1541327A1

Abstract

본 발명은 원료분말의 가압성형시에, 상하 펀치의 간격을 일정하게 하여 가압성형을 행하여, 일정한 높이의 분압체를 얻기 위하여 이루어진 것이다. 본 발명의 분말성형방법에서는 캐비티내에 원료분말을 충전시키는 충전 공정 후, 이 캐비티내에 충전된 원료분말을 상 펀치와 하 펀치 사이에서 가압성형하는 펀치 구동 공정으로, 상하 펀치 사이에 형성되는 캐비티의 두께를 성형 목표두께보다 큰 상태가 될 때까지 어느 한쪽의 펀치를 구동하는 1차 구동 공정과, 상하 펀치의 간격을 측정하여 그 값이 성형 목표두께가 될 때까지 제어하면서 어느 한쪽의 펀치를 구동하는 2차 구동 공정을 행한다.

Description

분말성형방법 및 분말성형장치 {POWDER COMPACTING METHOD AND POWDER COMPACTING SYSTEM}

본 발명은 원료분말을 가압성형하는 분말성형방법 및 분말성형장치에 관한 것이다.

종래, 캐비티내에 충전된 원료분말을 상 펀치와 하 펀치 사이에서 가압성형하여 압분체를 형성하기 위한 성형장치로서, 상 펀치의 구동을 크랭크 등의 기구에 의해 실시하는, 소위 기계 프레스가 있다.

이 종류의 기계 프레스 (분말성형장치;110) 의 예를 도 8 에 나타낸다. 이 기계 프레스 (110) 는 원통 압분체를 성형하기 위한 장치로, 압분체의 하단면을 성형하는 원통 형상의 하 펀치 (115) 가 고정된 프레임 (111) 에 압분체의 외주면을 성형하는 다이 (112), 내주면을 성형하는 원주 형상의 코어 로드 (113) 및 상단면을 성형하는 원통 형상의 상 펀치 (114) 가 상하 이동 가능하게 유지된 구조를 갖고 있다.

또한, 도 8 은 상 펀치 (114) 가 소정의 거리만큼 하강하여 원료분말을 가압하면, 다이 (112) 및 코어 로드 (113) 가 상 펀치 (114) 와 일체로 하강을 시작하고, 원료분말의 가압성형이 종료되면, 상 펀치 (114) 가 상승하는 한편, 다이 (112) 및 코어 로드 (113) 가 더욱 하강하여 압분체의 발출이 행해지는, 소위 위드드로얼(withdrawl)법에 의한 기계 프레스 (110) 를 나타내고 있다.

상 펀치 (114) 의 상하 이동은 도 9 에 나타내는 바와 같은 크랭크 기구 (116) 에 의해 행하여진다. 이 크랭크 기구 (116) 에서는 상 펀치 (114) 가 하사점까지 하강했을 때, 상하 펀치 (114, 115) 의 간격이 얻고자 하는 압분체의 두께가 되도록 설정되어 있다. 요컨대, 이 기계 프레스 (110) 는 고정된 하 펀치 (1l5) 에 대하여, 상 펀치 (114) 의 움직임이 기계적으로 규제되어 소정위치까지 하강하기 때문에, 일정한 두께의 압분체가 얻어지기 쉽다는 특징을 갖고 있다.

그러나, 각 부재를 유지하는 프레임 (111) 의 신장, 휨, 원료분말의 충전량의 편차 등으로 인하여, 상 펀치 (114) 가 하사점까지 하강하고 있음에도 불구하고, 상하 펀치의 간격이 소정값이 되지 않고, 그 결과, 소정의 두께를 갖는 압분체가 얻어지지 않아, 압분체의 두께에 편차가 생기는 경우가 있다.

본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 상하 펀치의 간격을 일정하게 하고 가압성형을 행하여, 일정한 두께를 갖는 압분체를 얻는 것을 목적으로 한다.

도 1 은 본 발명의 일실시형태에 의한 분말성형장치의 요부를 나타내는 단면도로서, 충전 공정을 설명하는 도면이다.

도 2 는 도 1 에 나타내는 분말성형장치에 있어서, 슈박스의 퇴피공정에 있어서의 하 펀치 상승 공정을 나타내는 도면이다.

도 3 은 도 1 에 나타내는 분말성형장치에 있어서, 하 펀치를 하강시켜 원료분말의 충전이 완료된 상태를 나타내는 도면이다.

도 4A 는 본 발명의 일실시형태에 의한 분말성형방법을 설명하는 도면으로서, 상 펀치를 하사점까지 하강시키는 기계 구동 공정을 나타내는 단면도이다.

도 4B 는 본 발명의 일실시형태에 의한 분말성형방법을 설명하는 도면으로서, 캐비티의 두께가 성형 목표두께가 될 때까지 하 펀치를 상승시키는 조정 공정을 나타내는 단면도이다.

도 4C 는 본 발명의 일실시형태에 의한 분말성형방법을 설명하는 도면으로서, 성형된 압분체를 다이로부터 발출하는 공정을 나타내는 단면도이다.

도 5 는 분말성형의 각 공정에 있어서의 상하 펀치 및 슈박스의 작동을 나타내는 작동선도이다.

도 6 은 본 발명의 다른 실시형태에 의한 분말성형장치의 요부를 나타내는 단면도이다.

도 7 은 도 6 에 나타내는 분말성형장치를 사용한 본 발명의 분말성형방법을 나타내는 작업 공정도이다.

도 8 은 종래의 분말성형장치의 개요를 나타내는 모식도이다.

도 9 는 분말성형장치에 있어서의 상 펀치 구동 기구의 일례를 나타내는 모식도이다.

발명의 요약

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 캐비티내에 원료분말을 충전시키는 충전 공정후, 이 캐비티내에 충전된 원료분말을 상 펀치와 하 펀치 사이에서 가압성형하는 펀치구동 공정을 행하는 분말성형방법에 있어서, 펀치구동 공정이 상하 펀치 사이에 형성되는 캐비티의 두께가 성형 목표두께보다 약간 큰 상태가 될 때까지 어느 한쪽의 펀치를 구동하는 1차 구동 공정과, 상하 펀치의 간격을 측정하고, 그 값이 성형 목표두께가 될 때까지 제어하면서 어느 한쪽의 펀치를 구동하는 2차 구동 공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

또는, 캐비티내의 원료분말을 성형하는 펀치구동 공정이 어느 한쪽의 펀치를 구동하여 상하 펀치를 접근시키는 1차 구동 공정과, 1차 구동 공정에 의해서 상하 펀치의 간격이 성형 목표두께보다도 큰 경우에, 상하 펀치의 간격이 성형 목표두께가 될 때까지 제어하면서, 상하 펀치의 적어도 어느 한쪽을 구동하는 2차 구동 공정을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

이 분말성형방법에 있어서, 1차 구동 공정에서는 상하 펀치 중 어느 한쪽의 펀치를 고정시키고 다른쪽 펀치를 구동하고, 2차 구동 공정에서는 1차 구동 공정에서 고정시킨 한쪽의 펀치를 구동하고 다른쪽 펀치를 고정시킬 수 있다. 또는, 양 공정에서 한쪽의 펀치를 구동하고, 다른쪽 펀치를 고정시킬 수 있다.

이 방법에 의하면, 상하 펀치의 간격을 측정하면서 원료분말을 성형 목표두께가 될 때까지 가압성형하기 때문에, 프레임의 신장이나 휨이 발생하더라도 상하 펀치 사이가 소정 간격이 되어, 일정한 두께를 갖는 압분체를 얻을 수 있게 된다.

또한, 1차 구동 공정에 있어서 상하 펀치의 간격을 성형 목표두께보다 약간 커지도록 설정한 경우에는, 반드시 2차 구동 공정에 있어서 상하 펀치의 간격을 조정하게 된다. 그 결과, 원하는 두께를 갖는 압분체를 확실히 성형할 수 있다.

또한, 1차 구동 공정에서 캐비티가 성형 목표두께가 되도록 상하 펀치의 간격을 설정한 경우에는, 1차 구동 공정에서는 장치의 휨 등으로 인하여 상하 펀치의 간격이 원하는 값이 되지 않았더라도, 2차 구동 공정에서 상하 펀치의 간격을 작게 하는 조정을 행할 수 있어, 그 결과, 압분체의 두께를 확실히 소정값 이하로 할 수 있다.

또한, 충전 공정에서 다이 상면에 슬라이드 가능하게 배치되고 하면이 개방된 슈박스를 캐비티상에 전진시키는 전진 공정에 이어서, 캐비티상에서 슈박스를 퇴피시키는 퇴피 공정을 행하는 구성으로 하고, 퇴피 공정 도중에 하 펀치를 다이에 대하여 상대적으로 상승시켜 캐비티내에 충전된 원료분말의 일부를 다이상으로 밀어 올리고, 다이상으로 밀어 올려진 원료분말의 일부를 퇴피되는 슈박스에 의해 긁어내게 하고, 퇴피 공정 종료시에는 다이에 대한 하 펀치의 상대위치를 퇴피 공정전의 위치로 되돌리는 것이 바람직하다.

요컨대, 캐비티에 충전되는 원료분말의 밀도가 슈박스의 진퇴방향 전후에 있어서 다르기 때문에, 충전 공정에 연동시켜 하 펀치를 상하로 구동하여 캐비티의 깊이를 변경함으로써, 캐비티내의 원료분말의 체적을 슈박스의 진퇴방향 전후에서 달리 하여, 캐비티내에 충전되는 원료분말의 양을 균일하게 할 수 있다. 따라서, 캐비티 전체에서 원료분말의 충전량이 균일해지므로, 상하 펀치의 간격을 일정하게 하여 프레스함으로써, 전체가 균일한 밀도ㆍ두께의 압분체를 안정적으로 제조할 수 있게 된다.

또한, 본 발명과 관련된 분말성형장치는 캐비티내에 충전된 원료분말을 상 펀치와 하 펀치 사이에서 가압성형하는 분말성형장치로서, 상하 펀치의 어느 한쪽을 상하 구동하는 1차 구동 장치와, 상하 펀치의 어느 한쪽의 상하 위치를 미세조정 구동하는 2차 구동 장치와, 상하 펀치의 간격을 구하기 위한 측정수단과, 이 측정수단의 측정결과를 피드백하여, 측정결과가 목표값이 될 때까지 2차 구동 장치를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명에 의하면, 상하 펀치의 간격을 측정하여, 원료분말을 성형 목표두께가 될 때까지 가압성형할 수 있기 때문에, 프레임의 신장이나 휨이 발생하더라도 상하 펀치 사이가 소정 간격이 되어, 일정한 두께의 압분체를 얻을 수 있게 된다.

이 분말성형장치에 있어서, 상하 펀치 중 한쪽이 1차 구동 장치에 구동되고 다른쪽이 2차 구동 장치에 구동되는 구성을 채용할 수 있다. 또는, 1차 구동 장치 및 2차 구동 장치에 의해서 어느 한쪽의 펀치만이 구동되는 구성을 채용할 수 있다.

이 경우, 2차 구동 장치에 의해서 상 펀치가 구동되는 구성으로 하면, 하 펀치가 고정되어 다이가 상하 이동 가능한 구조의 장치를 형성하기 쉬워지므로, 위드드로얼법을 행하는 분말성형장치를 용이하게 형성할 수 있게 된다.

또한, 2차 구동 장치에 의해서 하 펀치가 구동되는 구성으로 하면, 슈박스에 의한 충전시에 하 펀치를 구동하여 캐비티내의 분말 충전량을 균일하게 하는 공정을 2차 구동 장치를 사용하여 행할 수 있으므로, 장치의 간략화를 실현할 수 있게 된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 관해서 설명한다.

도 1∼도 4 는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 분말성형장치 (1) 의 요부를 나타내고, 부호 10 은 상 펀치, 부호 20 은 하 펀치, 부호 30 은 코어 로드, 부호 40 은 다이, 부호 50 은 슈박스, 부호 60 은 상하 펀치 사이의 거리 (L) 를 측정하는 측정수단 (하사점 보정용 리니어 스케일), P 는 원료분말이다.

다이 (40) 에는 성형용 구멍 (40a) 이 형성되고 있고, 이 성형용 구멍 (40a) 의 중심에 코어 로드 (30) 가 배치되어 있다. 성형용 구멍 (40a) 과 코어 로드 (30) 사이에 형성되는 원통 형상의 공간은 하방으로부터 끼워맞춰진 원통 형상의 하 펀치 (20) 및 상방으로부터 끼워맞춰지는 원통 형상의 상 펀치 (10) 에 의해 폐쇄되어, 캐비티 (C) 를 형성하고 있다. 이 캐비티 (C) 내에서 원료분말 (P) 을 가압하고, 캐비티 (C) 를 따른 형상의 압분체 (Z) 를 성형한다.

캐비티 (C) 내에 원료분말 (P) 을 충전시키는 슈박스 (50) 는 하면이 개방된 상자형으로 형성되고, 하면을 다이 (40) 상면에 접한 상태에서 앞뒤 (도면의 좌우방향) 로 왕복 슬라이딩된다. 슈박스 (50) 에는 도시하지 않은 호퍼로부터 원료분말 (P) 이 공급되고, 도 1 에 나타내는 위치로 전진하여 캐비티 (C) 상에 위치함으로써, 내부에 유지한 원료분말 (P) 을 캐비티 (C) 내에 낙하시켜 충전시킬 수 있다.

상 펀치 (l0) 는 프레임 (70) 을 통하여 기반 (100) 에 대하여 상하 이동 가능하도록 유지된 상 펀치 유지부재 (10A) 에 고정되고, 상 펀치 유지부재 (10A) 와 일체로 상하 이동할 수 있는 원통 형상의 부재이다. 상 펀치 (10) 가 고정된 상 펀치 유지부재 (10A) 는 예를 들어, 도 8 에 나타내는 바와 같은크랭크 기구나, 너클 프레스, 캠 기구 등의 기구 (1차 구동 장치) 에 의해 기계적으로 상하 구동된다. 그리고, 하사점까지 상 펀치 (10) 를 하강시킴으로써, 캐비티 (C) 내에 충전된 원료분말 (P) 을 가압할 수 있다.

하 펀치 (20) 는 하 펀치 유지부재 (20A) 에 고정된 원통 형상의 부재로서, 기반 (100) 에 고정된 유체압 실린더 (2차 구동 장치;80) 의 피스톤 (81) 에 의해, 하 펀치 유지부재 (20A) 와 일체로 상하 이동할 수 있다. 이 하 펀치 (20;하 펀치 유지부재 (20A)) 와 기반 (100) 사이에는, 기반 (100) 에 대한 하 펀치 (20) 의 위치를 검출하기 위한 충전량 보정용 리니어 스케일 (61) 이 장착되어 있다. 이 충전량 보정용 리니어 스케일 (6l) 로부터의 검출신호를 받은 제어부 (90) 가 유체압 실린더 (80) 의 유량을 제어함으로써, 피스톤 (81), 즉 하 펀치 (20) 를 임의의 위치로 이동시킬 수 있다.

하사점 보정용 리니어 스케일 (측정수단;60) 은 상 펀치 유지부재 (10A) 와 하 펀치 유지부재 (20A) 사이에 장착되고, 상 펀치 유지부재 (10A) 와 하 펀치 유지부재 (20A) 와의 거리, 즉 상 펀치 (10) 와 하 펀치 (20) 와의 간격을 측정한 측정값을 신호로서 출력한다. 이 신호가 입력되는 제어부 (90) 에는 미리 목표값이 설정되어 있고, 측정값이 이 목표값이 되도록 유체압 실린더 (80) 의 유량을 제어할 수 있다. 목표값은 상 펀치 (l0) 와 하 펀치 (20) 사이에서, 캐비티 (C) 의 두께가 성형 목표두께가 되는 값이다.

또한, 제어부 (90) 에는 도시하지 않은 슈박스 위치 검출센서로부터 출력되어 슈박스 (50) 의 위치를 나타내는 슈박스 위치 검출신호도 입력된다.

다음에, 이상과 같이 구성된 분말성형장치를 사용한 분말성형방법에 관해서 도 5 를 참조하여 설명한다. 또한, 도 5 에 나타내는 작동선도에 있어서, 가로축은 상 펀치 (10) 를 기계 구동하는 크랭크의 각도, 세로축은 상하 펀치 및 슈박스의 위치를 나타내고, 세로축의 상방이 슈박스 (50) 의 전진측 및 상하 펀치의 상방이다.

가압성형시에는, 우선 상 펀치 (10), 하 펀치 (20) 및 다이 (40) 를 각각 초기 위치에 배치한다.

〔충전 공정〕

슈박스 (50) 를 전진시키고 (전진 공정), 도 1 에 나타내는 바와 같이 캐비티 (C) 상에 개구시켜 (도 5a), 원료분말 (P) 을 충전시킨다. 이 때, 슈박스 (50) 는 후방 (도 1 의 오른쪽) 으로부터 전방 (도 1 의 왼쪽) 으로 전진하여, 도 1 에 나타내는 위치로 이동하기 때문에, 처음에 캐비티 (C) 의 후방측상에 개구하고 나서, 전방측상에 개구한다. 따라서, 캐비티 (C) 에는 후방측에서 상대적으로 장시간 슈박스 (50) 가 개구하여, 원료분말 (P) 이 공급되기때문에, 후방측일수록 원료분말 (P) 이 고밀도로 충전된다.

다음에, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 슈박스 (50) 를 후퇴시켜 캐비티 (C) 로부터 대피시키는 (대피 공정) 동시에, 이 대피 공정의 초기에 있어서 하 펀치 (20) 를 다이 (40) 에 대하여 상승시키는 (도 5b), 요컨대 슈박스 (50) 를 후퇴시켜, 다이 (40) 및 코어 로드 (30) 상에 놓여진 여분의 원료분말 (P) 을 슈박스 (50) 의 앞측의 벽부에 의해서 긁어내는 것인데, 벽부가 캐비티 (C) 의 전방측보다 후퇴하고나서 하 펀치 (20) 를 상승시킴으로써, 캐비티 (C) 의 후방측에 충전된 원료분말 (P) 의 일부를 다이 (40) 상에 밀어 올리는 동시에 슈박스 (50) 에 의해 긁어내게 하여, 캐비티 (C) 에 충전되는 원료분말 (P) 의 양을 전후부에서 보정한다. 이로써, 캐비티 (C) 전방측에서는 원료분말 (P) 의 체적이 크고, 캐비티 (C) 후방측에서는 원료분말 (P) 의 체적이 작아진다.

또한, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 슈박스 (50) 가 완전히 캐비티 (C) 상에서 퇴피한 후, 상승시킨 하 펀치 (20) 를 다이 (40) 에 대하여 하강시켜, 초기 위치로 되돌린다 (도 5c). 이로써, 다이 (40) 상에 밀어 올려진 캐비티 (C) 전방측의 원료분말 (P) 이 캐비티 (C) 내 (다이 (40) 내) 로 되돌려지고, 원료분말 (P) 은 캐비티 (C) 내에 그 충전 높이가 전방측에서 높고, 후방측에서 낮아지도록 충전된다.

요컨대, 원료분말은 슈박스로부터 자연낙하에 의해 캐비티내로 충전되기때문에, 슈박스가 장시간 개구하고 있는 캐비티 후방측에서는 상대적으로 고밀도로 되어있다. 따라서, 전체적으로 동일한 높이로 충전되면, 밀도가 높은 캐비티 후방측일수록 다량의 원료분말이 충전되어, 이러한 충전 상태의 원료분말 (P) 을 가압성형한 압분체의 밀도는 불균일하게 된다.

이에 대하여, 본 실시형태에서는 원료분말의 충전 높이를 저밀도인 전방측에서 높고, 고밀도인 후방측에서 낮게 함으로써, 슈박스의 진퇴방향을 따른 충전량의 불균일을 없애, 캐비티 (C) 의 전체에 균일하게 원료분말 (P) 을 충전시키고 있다.

〔펀치 구동 공정〕

도 4A∼C 에, 상하 펀치를 구동하여 행하는 가압성형의 과정을 나타낸다.

(1차 구동 공정)

우선, 도 4A 에 나타내는 바와 같이, 하 펀치 (20) 를 고정시킨 상태에서, 상 펀치 (10) 를 하사점 (기계적 이동 한계위치) 까지 하강시켜, 캐비티 (C) 내의 원료분말 (P) 을 압축한다. 이 장치에서는, 상 펀치 (10) 가 도 5(d) 에 나타내는 2점 쇄선의 위치 (이상(理想) 하사점) 까지 하강하도록 설계되어 있으나, 장치의 휨 등으로 인하여 실제로는 예를 들어, 도 5(e) 에 나타내는 실선의 위치까지밖에 하강할 수 없다.

이 상 펀치 (10) 의 (설계상의) 이상 하사점은 초기 위치에 고정된 하 펀치 (20;도 5f) 와의 사이에, 압분체의 성형 목표두께보다 예를 들어 약 1㎜ 정도 큰 두께의 캐비티 (C) 를 형성하도록 설정되어 있다. 요컨대, 만일 장치의 휨이나 신장이 발생하지 않고 상 펀치 (10) 가 이상 하사점까지 하강한 경우에도 캐비티 (C) 의 두께는 성형 목표두께보다 큰 상태가 되어, 성형 목표두께보다 두께가 작은 압분체가 성형되는 일은 없다.

(2차 구동 공정)

다음에, 도 4B 에 나타내는 바와 같이, 상 펀치 (10) 를 기계 구동하는 크랭크를 정지시키고 상 펀치 (10) 를 하사점에서 고정시킨 상태에서, 유체압 실린더 (80) 를 구동하여 하 펀치 (20) 를 초기 위치로부터 캐비티 (C) 의 두께가 성형 목표두께가 될 때까지 상승시킨다 (도 5(g)). 이 때의 하 펀치 (20) 의 이동은 하사점 보정용 리니어 스케일 (60) 에 의한 측정값을 피드백하여 행해진다.

즉, 충전량 보정용 리니어 스케일 (61) 로부터의 검출신호를 받은 제어부 (90) 가 유체압 실린더 (80) 의 유량을 제어하는 동시에, 하사점 보정용 리니어 스케일 (60) 로 상하 펀치의 간격을 측정하고, 그 값이 성형 목표두께가 될 때까지 제어부 (90) 에 의해 유체압 실린더 (80) 를 구동 제어하여, 하 펀치 (20) 를 상승시킨다.

이 때, 하 펀치 (20) 가 상승함으로써 상 펀치 (10) 가 약간 밀어 올려지는 경우도 있는 (도 5(e')) 데, 상하 펀치의 간격의 측정값을 피드백하여 하 펀치 (20) 를 상승시키기 때문에, 결국 캐비티 (C) 의 두께가 성형 목표두께가 될 때까지 하 펀치 (20) 가 구동되어 상 펀치 (10) 의 하강 부족분이 보정되고, 압분체의 두께를 목표값으로 할 수 있다.

그리고, 도 4C 에 나타내는 바와 같이, 상 펀치 (10) 를 상승시키는 (도 5(h)) 동시에, 코어 로드 (30) 및 다이 (40) 를 하 펀치 (20) 에 대하여 하강시켜, 성형된 압분체 (Z) 를 다이 (40) 로부터 발출한다. 또한, 2차 구동 공정에 있어서 상승시킨 하 펀치 (20) 는 초기 위치로 되돌아가고 (도 5(i)), 다음의 압분체를 성형할 준비 상태가 된다.

이상과 같이 하여, 전체에 균일한 밀도로 성형 목표두께로 성형된 압분체 (Z) 를 얻을 수 있다.

또한, 상기 실시형태에 있어서 나타낸 각 구성 부재의 제형상이나 조합 등은 일례이고, 본 발명의 취지에서 일탈하지 않는 범위에서, 설계 요구 등에 근거하여 다양한 변경이 가능하다. 도시한 것에서는 1차 구동 공정에서 상 펀치 (10) 를 기계 구동하고, 2차 구동 공정에서 하 펀치 (20) 를 유체압 실린더 (80) 에 의해 구동하였으나, 반대로 하 펀치를 1차 구동 공정에서 기계 구동하고 상 펀치를 2차 구동 공정에서 구동하는 구성으로 해도 된다. 또한, 상기 실시형태에서는 2차 구동 장치로서 유체압 실린더 (80) 를 사용하였지만, 전기 서보 모터 등 다양한 구동장치를 사용할 수도 있다.

또한, 상기 실시형태에서는 1차 구동 공정에서 형성되는 캐비티 (C) 의 두께를 성형 목표두께보다 커지도록 하였으나, 1차 구동 공정에서 캐비티의 두께가 성형 목표두께가 되도록 상하 펀치 위치를 설정해 놓으면, 장치의 휨 등이 발생하여 캐비티의 두께가 성형 목표두께로 되어 있지 않을 때만 2차 구동 공정을 행하면 되므로, 장치의 제어를 간략화할 수 있다. 이러한 성형방법에서는, 1차 구동 공정에서 캐비티의 두께가 성형 목표두께보다도 작아지면 원하는 두께보다 작은 압분체가 성형되지만, 예를 들어 압분체의 두께가 일정 이하이면 정밀도적으로 충분한 경우 등에는 유효하다.

다음에, 본 발명의 제 2 실시형태에 관해서 도 6 및 도 7 을 참조하여 설명한다. 도 6 에 나타내는 CNC 프레스 장치 (201) 에서는, 원료분말 (P) 이 충전되는 캐비티 (C) 를 갖는 다이 (205) 및 상 펀치 (208) 가 각각 상하 구동되고, 하 펀치 (209) 는 항상 고정되어 있다.

다이 (205) 는 하방 램 (204) 을 통하여 하방 가이드 (202) 내를 미끄러지는 하방 슬라이더 (203) 에 장착되고, 볼 나사 기구 등의 구동수단 (도시하지 않음) 의 구동에 의해 상하로 이동된다. 다이 (205) 의 하방에는 고정판 (213) 에 고정된 하 펀치 (209) 가 캐비티 (C) 내에 하방으로부터 끼워맞춰지도록 배치되어 있다.

하 펀치 (209) 의 상방에는 캐비티 (C) 내에 출입 가능한 상 펀치 (208) 가 하 펀치 (209) 에 대향하여 동일 축에 배치되어 있다. 이 상 펀치 (208) 는 상 펀치 플레이트 (223) 가 장착된 유압 피스톤 (222) 및 유압 실린더 (201) 로 이루어지는 상방 램 (207) 을 통하여, 상방 슬라이더 (206) 내를 미끄러지는 상방 가이드 (210) 에 장착되어 있다. 상방 슬라이더 (206) 는 구동 모터 (M;1차 구동 장치) 에 의해서 회전되는 크랭크축 (212) 에 링크기구 (211) 를 통하여 연결되어 있다. 구동모터 (M) 는 컴퓨터 (제어부;220) 에 기억되어 있는 프로그램을 따라 구동, 정지 제어되는 서보 모터이다.

상방 램 (207) 은 상방 가이드 (210) 에 고정된 유압 실린더 (221) 와, 상 펀치 플레이트 (223) 에 장착된 유압 피스톤 (222) 을 갖고 있다. 유압 실린더 (221) 에는 유압 공급구 (221a) 가 형성되고, 여기에 접속된 유압 공급관 (25) 을 통하여 유압 유닛 (26;2차 구동 장치) 으로부터 유압이 공급된다. 유압의 제어는 유압 공급관 (25) 에 구비되고 컴퓨터 (220) 에 의해서 구동되는 유압 서보 밸브 (224) 에 의해 행하여진다.

즉, 상방 램 (207) 에 있어서는, 전체가 구동 모터 (1차 구동 장치;M) 에 의해서 상하 구동되는 동시에, 유압 피스톤 (222) 이 유압 유닛 (2차 구동 장치;226) 에 의해서 상하로 구동된다.

또한, CNC 프레스 장치 (201) 에는 상 펀치 (208) 가 고정된 상 펀치 플레이트 (223) 와, 하 펀치 (209) 가 고정된 고정판 (213) 사이에, 상 펀치 플레이트 (223) 와 고정판 (213) 과의 간격을 측정하기 위한 리니어 스케일 (측정수단;214) 이 형성되어 있다. 이 리니어 스케일 (214) 의 측정값은 컴퓨터 (220) 에 입력되어 있고, 이 측정값이 입력된 컴퓨터 (220) 는 프로그램에 따라 구동모터 (M) 의 구동신호 및 유압 서보 밸브 (224) 의 구동신호를 출력한다.

이상과 같이 구성된 CNC 프레스 장치 (201) 를 사용한 분말성형방법에 대하여 도 7 을 참조하여 설명한다. 또한, 도 7 에 나타내는 작동선도에 있어서, 가로축은 상 펀치 (208) 를 기계 구동하는 크랭크축 (212) 의 회전각도, 세로축은 상하 펀치 (208, 209) 및 다이 (205) 의 상하 방향을 나타내고 있다.

〔펀치 구동 공정〕

우선, 가압성형시에, 상 펀치 (208), 하 펀치 (209) 및 다이 (205) 는 각각 초기 위치에 배치해 놓는다.

(1차 구동 공정)

우선, 하 펀치 (209) 및 다이 (205) 를 고정 (가) 시킨 상태에서, 상방 램 (207) 을 하사점 (기계적 이동 한계위치;D) 까지 하강시켜, 원료분말 (P) 이 충전된 캐비티 (C) 를 폐쇄한다 (ⅰ).

(2차 구동 공정)

크랭크 각도가 상방 램 (207) 이 하사점 (D) 에 도달하는 180°가 되면, 컴퓨터 (220) 의 프로그램에 의해, 상방 램 (207) 을 기계 구동하는 구동 모터 (M) 가 정지하고, 상방 램 (207) 의 하강에 의한 상 펀치 (208) 의 하강이 정지한다 (ⅱ). 그리고, 상방 램 (207) 의 하강 정지와 동시에 유압 서보 밸브 (224) 를 구동하여, 리니어 스케일 (214) 로부터의 측정값이 설정값 (캐비티 (C) 의 두께가 성형 목표두께가 되는 값) 이 될 때까지 유압 실린더 (221) 에 유압을 공급하여, 유압 피스톤 (222), 즉 상 펀치 (208) 를 하강시킨다 (ⅲ). 또한, 유압에 의해 상 펀치 (208) 를 하강시키는 동시에, 상 펀치 (208) 의 하강 스트로크의 절반만큼 다이 (205) 를 하강시킴 (나) 으로써, 캐비티 (C) 내의 원료분말 (P) 이 상하 양측에서 가압되어, 균일한 가압력을 받아 상하 방향으로 균일한 밀도로 압축된다.

그리고, 리니어 스케일 (214) 의 측정값이 설정값이 되면, 컴퓨터 (220) 에 의하여 유압 서보 밸브 (224) 가 제어되고, 유압 피스톤 (222) 이 상승하여 상 펀치 (208) 가 상승하고, 구동모터 (M) 의 회전이 재개되어 상방 램 (207) 과 함께 상 펀치 (208) 가 상승하고 (ⅳ), 다이 (205) 가 하강한다 (다). 이로써, 성형 목표두께로 성형된 제품 (압분체;Z₀) 이 다이 (205;캐비티 (C)) 로부터 발출되어 하 펀치 (209) 상에 놓여진다.

이상과 같이 하여, 성형 목표두께로 성형된 압분체 (Z₀) 를 얻을 수 있다. 또한, 상기 실시형태에 있어서 나타낸 각 구성 부재의 제형상이나 조합 등은 일례이고, 본 발명의 취지에서 일탈하지 않는 범위에 있어서, 설계 요구 등에 근거하여 다양한 변경이 가능하다. 도시한 것에서는, 하 펀치 (209) 를 고정시키고, 1차 구동 공정 및 2차 구동 공정에서 상 펀치 (208) 를 구동하였으나, 반대로 하 펀치를 양 구동 공정에서 구동하고 상 펀치를 고정시키는 구성으로 해도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는 1차 구동 공정에서 형성되는 캐비티의 두께를 성형 목표두께보다 커지도록 하였으나, 1차 구동 공정에서 캐비티의 두께가 성형 목표두께가 되도록 상하 펀치 위치를 설정해 놓으면, 장치의 휨 등이 발생하여 캐비티의 두께가 성형 목표두께가 되어 있지 않을 때만 2차 구동 공정을 행하면 되므로, 장치 제어의 간략화 및 제조시간의 단축을 실현할 수 있다. 이러한 성형방법에서는, 1차 구동 공정에서 캐비티의 두께가 성형 목표두께보다 작아지면 원하는 두께보다 작은 압분체가 성형되는데, 예를 들어 압분체의 두께가 일정 이하이면 정밀도적으로 충분한 경우 등에는 유효하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 상하 펀치의 간격을 측정하면서 원료분말을 성형 목표두께가 될 때까지 가압성형하기 때문에, 원료분말의 충전량에 편차가 생기거나, 프레임의 신장이나 휨이 발생하더라도, 원하는 두께의 압분체를 안정적으로 제조할 수 있게 된다.

또한, 캐비티 전체에 원료분말을 균일량으로 충전하여, 상하 펀치의 간격을 일정하게 하여 프레스함으로써, 전체가 균일한 두께ㆍ밀도의 압분체를 안정적으로 제조할 수 있게 된다.

Claims

캐비티내에 원료분말을 충전하는 충전 공정 후, 이 캐비티내에 충전된 원료분말을 상 펀치와 하 펀치 사이에서 가압성형하는 펀치 구동 공정을 행하는 분말성형방법으로서,

상기 펀치 구동 공정이 상하 펀치 사이에 형성되는 캐비티의 두께가 성형 목표두께보다 약간 큰 상태가 될 때까지 어느 한쪽의 펀치를 구동하는 1차 구동 공정과, 상하 펀치의 간격을 측정하여, 그 값이 상기 성형 목표두께가 될 때까지 제어하면서 어느 한쪽의 펀치를 구동하는 2차 구동 공정을 갖는 분말성형방법.
캐비티내에 원료분말을 충전하는 충전 공정 후, 이 캐비티내에 충전된 원료분말을 상 펀치와 하 펀치 사이에서 가압성형하는 펀치 구동 공정을 행하는 분말성형방법으로서,

상기 펀치 구동 공정이 어느 한쪽의 펀치를 구동하여 상하 펀치를 접근시키는 1차 구동 공정과, 상기 1차 구동 공정에 의해서 상기 상하 펀치의 간격이 성형 목표두께보다 큰 경우에, 상기 상하 펀치의 간격이 성형 목표두께가 될 때까지 제어하면서 상기 상하 펀치의 적어도 어느 한쪽을 구동하는 2차 공정을 갖는 분말성형방법.
제 1 항에 있어서, 상기 펀치 구동 공정에 있어서, 상기 상하 펀치 중 어느 한쪽의 펀치를 상기 1차 구동 공정 및 상기 2차 구동 공정에서 구동하고, 다른쪽의 펀치를 상기 1차 구동 공정 및 상기 2차 구동 공정에서 고정시키는 분말성형방법.
제 2 항에 있어서, 상기 펀치 구동 공정에 있어서, 상기 상하 펀치 중 어느 한쪽의 펀치를 상기 1차 구동 공정 및 상기 2차 구동 공정에서 구동하고, 다른쪽의 펀치를 상기 1차 구동 공정 및 상기 2차 구동 공정에서 고정시키는 분말성형방법.
제 1 항에 있어서, 상기 펀치 구동 공정에 있어서, 상기 상하 펀치 중 상기 1차 구동 공정에서 어느 한쪽의 펀치를 고정시키는 동시에, 이 펀치를 상기 2차 구동 공정에서 구동하고, 상기 1차 구동 공정에서 다른쪽의 펀치를 구동하는 동시에, 이 펀치를 상기 2차 구동 공정에서 고정시키는 분말성형방법.
제 2 항에 있어서, 상기 펀치 구동 공정에 있어서, 상기 상하 펀치 중 상기 1차 구동 공정에서 어느 한쪽의 펀치를 고정시키는 동시에, 이 펀치를 상기 2차 구동 공정에서 구동하고, 상기 1차 구동 공정에서 다른쪽의 펀치를 구동하는 동시에, 이 펀치를 상기 2차 구동 공정에서 고정시키는 분말성형방법.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 충전 공정을 상기 다이 상면에 슬라이딩 가능하도록 배치되고 하면이 개방된 슈박스를 캐비티상에 전진시키는 전진 공정에 이어서, 상기 캐비티상에서 상기 슈박스를 퇴피시키는 퇴피 공정을 행하는 구성으로 하고, 상기 퇴피 공정 도중에 상기 하 펀치를 상기 다이에 대하여 상대적으로 상승시켜, 상기 캐비티내에 충전된 원료분말의 일부를 상기 다이상으로 밀어 올리고, 이 다이상에 밀어 올려진 원료분말의 일부를 퇴피하는 상기 슈박스에 의해 긁어내게 하고, 상기 퇴피 공정 종료시에는 상기 다이에 대한 상기 하 펀치의 상대 위치를 퇴피 공정 전의 위치로 되돌리는 분말성형방법.
캐비티내에 충전된 원료분말을 상 펀치와 하 펀치 사이에서 가압성형하는 분말성형장치로서,

상기 상하 펀치의 어느 한쪽을 상하 구동하는 1차 구동 장치와,

상기 상하 펀치의 어느 한쪽의 상하 위치를 미세조정 구동하는 2차 구동 장치와,

상기 상하 펀치의 간격을 구하기 위한 측정수단과,

이 측정수단의 측정결과를 피드백하여, 이 측정결과가 목표값이 될 때까지 상기 2차 구동 장치를 제어하는 제어부를 구비하는 분말성형장치.
제 8 항에 있어서, 상기 상하 펀치 중 한쪽이 상기 1차 구동 장치 및 상기 2차 구동 장치에 구동되는 분말성형장치.
제 8 항에 있어서, 상기 상하 펀치 중 한쪽이 상기 1차 구동 장치에 구동되고, 다른쪽이 상기 2차 구동 장치에 구동되는 분말성형장치.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 구동 장치에 의해서 상기 상 펀치가 구동되는 분말성형장치.
제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2차 구동 장치에 의해서 상기 하 펀치가 구동되는 분말성형장치.