KR20080038839A - 적층 단면구조를 갖는 초경 소결체를 성형하기 위한프레스장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절삭용 컷터 등에 사용되는 초경 세그먼트를 가압 성형하기 위한 프레스 장치에 관한 것으로, 특히 서보모터의 회전력을 볼너트 및 볼스크류에 의해 직선운동으로 전환하여 이를 상부펀치와 하부펀치로 상,하 구분하여 각각 형성하고, 상부펀치와 하부펀치의 대향부에는 가압성형하고자 하는 제품의 형상을 갖는 성형몰드를 고정 형성함으로써,

서보모터의 회전력에 의해 고압으로 상,하 이동하는 펀치에 의해 초경입자 및 접합파우더의 균일한 가압성형이 이루어지게 함은 물론 서보모터 및 볼스크류에 의한 정확한 동력전달 및 동력제어가 가능하여 정밀한 치수의 확보 및 작은 크기의 가압성형물을 생산할 수 있는 것이며, 서보모터를 갖는 추가 하부펀치를 이중으로 구성하여 이에 의해 각기 상이한 경도 및 재질에 의한 가압성형부를 동시에 얻을 수 있는 특징을 갖는 적층 단면구조를 갖는 초경 소결체를 성형하기 위한 프레스장치에 대한 것이다.

초경입자, 프레스, 서보모터, 볼너트, 볼스크류, 성형홈

Description

적층 단면구조를 갖는 초경 소결체를 성형하기 위한 프레스장치 {Press device for forming ultra-hard sintered body having a layered section}

도 1은 본 발명에 따른 프레스장치의 전체사시도

도 2는 본 발명에 따른 프레스장치의 측단면도

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 프레스장치의 작동도로서,

도 3a는 하부펀치가 상승된 상태도

도 3b는 성형홈 내에 성형입자가 적층 충전된 상태도

도 3c는 상부펀치 및 하부펀치의 가압에 의해 압축 성형되는 상태도

도 4는 본 발명에 따른 프레스장치의 타실시예도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 베이스판 2,2' : 지지기둥

10 : 상부고정판 11 : 제1볼너트

12 : 제1회전풀리 13 : 제1구동풀리

14 : 제1서보모터 15 : 제1볼스크류

16 : 상부펀치

20 : 중간고정판 21 : 성형홈

30 : 하부고정판 31 : 제2볼너트

32 : 제2회전풀리 33 : 제2구동풀리

34 : 제2서보모터 35 : 제2볼스크류

36 : 하부펀치 37 : 삽입공

41 : 제3볼너트 42 : 제3회전풀리

43 : 제3구동풀리 44 : 제3서보모터

45 : 제3볼스크류 46 : 제2하부펀치

본 발명은 절삭용 컷터 등에 사용되는 초경 세그먼트를 가압 성형하기 위한 프레스 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서보모터에 의해 상,하 유동되는 볼스크류의 대향 단부에 각기 상부펀치 및 하부펀치를 형성하여 이들 펀치에 의해 중간고정판에 형성된 성형홈 내의 초경입자 및 접합파우더를 고중량으로 가압 성형할 수 있게 한 적층 단면구조를 갖는 초경 소결체를 성형하기 위한 프레스장치에 대한 것이다.

일반적으로 절삭용 컷터는 다양한 형태로 제작되는 것이 보편적이나 통상적 으로 가공성이 용이하고 다양한 형상의 구현이 가능한 다소 무른 재질의 섕크(Shank)와 가공성은 떨어지나 고강도를 갖는 세그먼트(Segment)로 이루어져 있다.

이와 같은 컷터는 도로를 절단하거나 기타 금속이나 수지, 목재 등을 절삭하고자 하는 경우에 사용되는 것으로 컷터는 원반 형태의 섕크와 그 섕크의 외주면을 따라 고정된 팁 형태의 세그먼트로 이루어져 있어, 고속 회전하는 컷터 및 그 팁에 의해 피절삭물이 절단되는 것이다.

또한, 공작기계에 사용되는 바이트 등의 절삭용 공구는 주지한 바와 같이 다소 무른 재질의 섕크와 세그먼트로 이루어져 있는 것으로, 공작기계에 상기한 섕크를 클램핑시킨 상태에서 고속으로 회전하는 피절삭물에 세그먼트를 근접시켜 고강도의 세그먼트에 의해 피절삭물이 원하는 형태로 절삭 가공되게 하는 것이다.

이와 같이 섕크는 통상적으로 탄소강으로 이루어지고 그 끝에는 세그먼트를 경납땜하여 고정하되, 상기한 세그먼트의 재료로는 탄소강이나 고속도강 또는 초경합금(超硬合金), 세라믹스(ceramics), 다이아몬드 등을 사용하는 것이다.

그러나, 상기한 바와 같은 재료에 의해 세그먼트를 제작하는 경우 그 세그먼트의 강도와 사용수명을 높이기 위해 보다 고강도의 재질을 사용하게 되는데, 다이아몬드와 같은 고강도의 재질은 단가가 매우 비싸면서도 수급이 용이치 못한 단점을 갖게 된다.

따라서, 일반적으로는 다이아몬드와 같은 고강도의 기계적 성질을 만족시키면서도 비교적 저렴한 생산이 가능한 초경 입자 소결체를 사용하게 되는데, 초경 입자로 된 소결체는 상기한 다이아몬드와 같은 고강도의 작은 입자를 결합 파우더와 함께 혼합하여 이를 일정한 몰드 내에 충전한 후 이를 가압하여 소결하는 제조방법을 갖고 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 혼합 소결체는 다이아몬드 등으로 된 초경 입자의 분포도가 균일치 못하여 절삭면이나 가공면의 표면강도가 달라 마모정도가 상이하며, 충격이나 진동에 의해 크랙의 발생율이 높은 문제점이 있는 것이다.

이를 극복하기 위해서는 상기한 초경 입자의 분포도가 균일한 제품을 생산하여야 하는 것인데, 대안으로 제시된 기술은 초경 입자와 접합 파우더를 순차적으로 다단 적층하여 이를 순차적 또는 일시에 가압하여 소결체로 제작하는 방법이 제안된 바 있으나,

상기한 초경 입자는 극히 작은 알갱이로 이루어져 있고 또한 이러한 알갱이로 된 입자를 균일하게 도포하거나 순차적으로 적층 하는 데에는 많은 기술적 어려움이 뒤따르고 있는 것이 사실이어서 수작업에 의한 극히 소량 생산만이 이루질 정도로 시험단계에 있으며, 수작업에 의해 생산된 제품 역시 정밀도가 크게 떨어져 균일하고 고른 분포도를 갖지 못하므로 기존의 제품에 비해 월등한 기술적 향상을 가져오지 못하고 있는 것이다.

특히, 상기와 같은 초경입자 및 접합파우더의 혼합체 또는 적층상태의 것을 가압하여 성형하고자 하는 경우에는 수십톤의 압축력이 가해져야 하는 것인데, 이때 사용되는 압축프레스는 매우 대형이면서도 취급이 까다로워 매우 불합리한 것으로서, 상기와 같은 세그먼트를 대량으로 생산하기에는 매우 곤란한 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 전기한 바와 같은 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서, 서보모터의 회전력을 볼너트 및 볼스크류에 의해 직선운동으로 전환하여 이를 상부펀치와 하부펀치로 상,하 구분하여 각각 형성하고, 상부펀치와 하부펀치의 대향부에는 가압성형하고자 하는 제품의 형상을 갖는 성형몰드를 고정 형성함으로써,

서보모터의 회전력에 의해 고압으로 상,하 이동하는 펀치에 의해 초경입자 및 접합파우더의 균일한 가압성형이 이루어지게 함은 물론 서보모터 및 볼스크류에 의한 정확한 동력전달 및 동력제어가 가능하여 정밀한 치수의 확보 및 작은 크기의 가압성형물을 생산할 수 있는 것이며, 서보모터를 갖는 추가 하부펀치를 이중으로 구성하여 이에 의해 각기 상이한 경도 및 재질에 의한 가압성형부를 동시에 얻을 수 있는 특징을 갖는 적층 단면구조를 갖는 초경 소결체를 성형하기 위한 프레스장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 프레스장치의 전체사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 프레스장치의 측단면도이다.

베이스판(1)의 상측에 사방으로 입설된 지지기둥(2)(2')을 구성하고, 그 지 지기둥(2)(2')에는 각각 상부고정판(10)과 중간고정판(20) 및 하부고정판(30)을 각각 결합하며,

상부고정판(10)에는, 제1볼너트(11)를 갖는 제1회전풀리(12)와 그 제1회전풀리(12)와 밸트 연결되는 제1구동풀리(13)를 갖는 제1서보모터(14)를 장착하고, 상기 제1볼너트(11)에는 하단에 상부펀치(16)를 갖는 제1볼스크류(15)를 삽입 형성하며,

중간고정판(20)에는 상부펀치(16)가 삽입되는 성형홈(21)이 관통 형성되고,

하부고정판(30)에는, 제2볼너트(31)를 갖는 제2회전풀리(32)와 그 제2회전풀리(32)와 밸트 연결되는 제2구동풀리(33)를 갖는 제2서보모터(34)를 장착하고, 상기 제2볼너트(31)에는 선단에 하부펀치(36)를 갖는 제2볼스크류(35)를 삽입 형성하여,

상기 제1서보모터(14) 및 제2서보모터(34)의 작동에 의해 상,하 이동하는 상부펀치(16)와 하부펀치(36)에 의해 그 성형홈(21) 내의 초경입자와 접합파우더가 가압 성형되게 구성한 것이다.

또한 하부고정판(30)의 하측에는, 제3볼너트(41)를 갖는 제3회전풀리(42)와 그 제3회전풀리(42)와 밸트 연결되는 제3구동풀리(43)를 갖는 제3서보모터(44)를 장착하고, 상기 제3볼너트(41)에는 선단에 제2하부펀치(46)를 갖는 제3볼스크류(45)를 삽입 형성하되,

상기 제2볼스크류(35)에는 수직의 삽입공(37)을 형성하여 이를 통해 상기 제3볼스크류(45)가 그 삽입공(37) 내에서 승강되게 구성할 수도 있는 것이다.

이상과 같은 구성에 의한 본 발명 적층 단면구조를 갖는 초경 소결체를 성형하기 위한 프레스장치의 작용을 첨부도면에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도시와 같이 본 발명 프레스장치는 비교적 두꺼운 중량체인 베이스판(1)의 상측에 수직 입설된 네 개의 지지기둥(2)(2')을 갖고 있고 그 지지기둥(2)(2')의 상측과 중간부 및 하측에는 각각 상부고정판(10)과 중간고정판(20) 및 하부고정판(30)이 고정되어 있다.

여기서 상부고정판(10)의 중앙에는 제1볼너트(11)를 갖는 제1회전풀리(12)가 자유회전할 수 있도록 결합되어 있고 그 제1회전풀리(12)에는 제1구동풀리(13)를 갖는 제1서보모터(14)가 밸트 연결 형성되어 있어 상기 제1서보모터(14)가 회전을 하게 되면 그 제1회전풀리(12)의 회전에 따라 제1볼너트(11)가 상부고정판(10) 내에서 회전을 하게 된다.

이때 상기 제1볼너트(11)에는 제1볼스크류(15)가 결합되어 있으므로 상기 제1볼너트(11)가 자유회전을 하게 되면 이와 결합된 상기 제1볼스크류(15)가 상,하측으로 승강하게 되는 것이며, 상기 제1볼스크류(15)의 하단에는 상부펀치(16)가 형성되어 있는 것이다.

또한, 상기한 하부고정판(30)의 일측에는 상기와 마찬가지로 제2구동풀리(33)를 갖는 제2서보모터(34)가 형성되어 있는데, 제2서보모터(34)가 구동하게 되면 제2구동풀리(33)와 밸트 연결되어진 제2회전풀리(32) 및 제2볼너트(31)가 회 전하게 되므로, 제2볼너트(31)에 결합되어 있는 제2볼스크류(35)가 상하방향으로 승강하게 되는 것이며, 상기 제2볼스크류(35)의 선단에는 하부펀치(36)가 형성되어 있는 것이다.

특히, 상기한 중간고정판(20)에는 상부펀치(16)와 하부펀치(36)가 각각 삽입되는 성형홈(21)이 형성되어 있어 상,하방향으로 승강되는 상부펀치(16) 및 하부펀치(36)가 동시에 그 성형홈(21) 내에 위치하면서 그 사이에 충전되어진 초경입자 및 접합파우더를 가압하여 성형하는 것이다.

이때, 상기한 성형홈(21)의 형상은 제작하고자 하는 세그먼트나 팁의 평면 형상과 동일한 형태를 갖고 이와 대응되는 상부펀치(16)와 하부펀치(36)의 형상 역시 평면상 상기한 성형홈(21)과 동일한 형태를 갖게 되는 것이며, 상기한 성형홈(21)을 중간고정판(20) 상에 복수개로 배열 형성하여 이와 대응의 개수를 갖는 상부펀치(16) 및 하부펀치(36)에 의해 일시에 다수개의 가압성형물을 생산할 수 있는 것이다.

이와 같은 본 발명 프레스장치에 의한 가압성형물의 제조과정을 개략적으로 살펴보면, 도 3a 내지 도 3c의 도시와 같이 우선 제2볼스크류(35)를 상승시켜 하부펀치(36)가 성형홈(21) 내에서 상승된 상태를 유지하게 한 상태에서 그 성형홈(21) 내에 초경입자 또는 접합파우더를 일차 충전한다.

이렇게 일차 피압축물이 충전되면 상기 제2볼스크류(35)을 소폭 하강시켜 초경입자 또는 접합파우더를 2차 충전할 수 있게 하는 것으로서 이와 같은 충전 및 하강과정을 반복하여 다층의 초경입자 및 접합파우더 층이 형성되게 한 후, 상기한 상부펀치(16)을 하강시켜 상부펀치(16)의 하강력과 하부펀치(36)의 상승력에 의한 고중량의 압력에 의해 그 성형홈(21) 내의 초경입자 및 접합파우더가 그 압력에 의해 소결 성형되는 것이다.

이와는 다르게 상기한 바와 같이 일차적인 충전이 완료된 후 상부펀치(16)를 하강시켜 일차 프레싱이 이루어진 상태에서 상부펀치(16)를 상승시키고, 2차 충전과정이 종료되면 상부펀치(16)에 의해 재차 가압 성형하는 과정을 반복함으로써 일시에 모든 층을 가압 성형하지 아니하고 충전단계에 따라 순차적으로 가압 성형하는 과정으로 작업하여도 무방하다.

이에 따라 비교적 작고 합리적인 작동구조를 갖는 프레스장치에 의해 절삭용 세그먼트나 팁 등을 고속으로 대량 생산할 수 있게 된다.

또한, 일반적인 세그먼트나 팁 등은 섕크와 부착하고자 하는 경우 용접을 통해 작업이 이루어지는 것인데, 이들을 용접하기 위해서는 그 용접부가 다소 무른 재질의 금속으로 되어 있어야 작업성이 우수하므로 이때에는 본 발명 프레스장치에 의해 초경입자로 된 절삭부와 다소 무른 입자로 된 용접부를 동시에 가압 성형할 수도 있어 매우 합리적인 것인데,

이중 재질로 된 세그먼트를 생산하기 위해서는 하부고정판(30)의 일측에 또다른 서보모터와 볼너트 및 볼스크류를 장착하여 이들의 개별 제어를 통해 이중 재질의 세그먼트를 완성할 수 있게 되는 것이다.

즉, 도 4의 도시와 같이 상기한 제2볼스크류(35)의 내측에 수직 관통상의 삽입공(37)을 형성하여 그 삽입공(37)의 내측에 제3볼스크류(45)를 삽입하고, 상기 제3볼스크류(45)의 선단에는 제2하부펀치(46)를 형성하여 상기한 하부펀치(36)와는 개별적인 승강이 이루어질 수 있도록 한다.

이때 상기 제3볼스크류(45)는 하부고정판(30)의 하측에 위치한 제3볼너트(41)에 삽입되어 있는 것으로, 제3볼너트(41)에 장착된 제3회전풀리(42)는 제3서보모터(44)의 제3구동풀리(43)와 벨트 연결되어 있어 제3서보모터(44)의 구동에 의해 상기 제3볼스크류(45)가 승강하게 되는 것이다.

이에 따라 상부펀치(16) 및 성형홈(21)이 1:1의 크기 면적을 갖고 성형되는 반면, 상기한 하부펀치(36) 및 제2하부펀치(46)는 그 성형홈(21)의 면적으로부터 고강도부와 다소 무른 용접부로 분할되어 각각 분할 형성되는 것이다.

따라서, 하부펀치(36)와 제2하부펀치(46)가 동시에 성형홈(21)의 내측으로 삽입된 상태에서 하부펀치(36) 만을 다소 하강시켜 그 제2하부펀치(46)와의 단차부에만 초경입자 및 접합파우더를 단계적으로 적층하여 충전하고, 적층된 초경입자 및 접합파우더를 일차적으로 가압 성형한 상태에서 상기 제2하부펀치(46) 만을 하강시켜 그 하강된 성형홈(21)에 다소 무른 재질의 금속 입자를 충전한 후 역시 상부펀치(16)의 하강 및 하부펀치(36)와 제2하부펀치(46)의 상승력에 의해 무른 재질의 충전입자가 일측 초경부와 함께 고중량의 압력으로 가압 성형되는 것이다.

그러므로, 개별 제어가 가능한 각각의 서보모터를 통해 목적하는 두께 및 크기의 세그먼트를 대량으로 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 이중 재질로 된 세그먼트를 생산할 수도 있어 매우 효과적이고 합리적인 것이다.

이상과 같은 본 발명 적층 단면구조를 갖는 초경 소결체를 성형하기 위한 프레스장치는, 서보모터의 회전력에 의해 고압으로 상,하 이동하는 펀치에 의해 초경입자 및 접합파우더의 균일한 가압성형이 이루어지게 함은 물론 서보모터 및 볼스크류에 의한 정확한 동력전달 및 동력제어가 가능하여 정밀한 치수의 확보 및 작은 크기의 가압성형물을 생산할 수 있는 것이며, 서보모터를 갖는 추가 하부펀치를 이중으로 구성하여 이에 의해 각기 상이한 경도 및 재질에 의한 가압성형부를 동시에 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 베이스판(1)의 상측에 사방으로 입설된 지지기둥(2)(2')을 구성하고, 그 지지기둥(2)(2')에는 각각 상부고정판(10)과 중간고정판(20) 및 하부고정판(30)을 각각 결합하며,

   상부고정판(10)에는, 제1볼너트(11)를 갖는 제1회전풀리(12)와 그 제1회전풀리(12)와 밸트 연결되는 제1구동풀리(13)를 갖는 제1서보모터(14)를 장착하고, 상기 제1볼너트(11)에는 하단에 상부펀치(16)를 갖는 제1볼스크류(15)를 삽입 형성하며,

   중간고정판(20)에는 상부펀치(16)가 삽입되는 성형홈(21)이 관통 형성되고,

   하부고정판(30)에는, 제2볼너트(31)를 갖는 제2회전풀리(32)와 그 제2회전풀리(32)와 밸트 연결되는 제2구동풀리(33)를 갖는 제2서보모터(34)를 장착하고, 상기 제2볼너트(31)에는 선단에 하부펀치(36)를 갖는 제2볼스크류(35)를 삽입 형성하여,

   상기 제1서보모터(14) 및 제2서보모터(34)의 작동에 의해 상,하 이동하는 상부펀치(16)와 하부펀치(36)에 의해 그 성형홈(21) 내의 초경입자와 접합파우더가 가압 성형되게 구성함을 특징으로 하는 적층 단면구조를 갖는 초경 소결체를 성형하기 위한 프레스장치.
2. 제 1항에 있어서,

   하부고정판(30)의 하측에는, 제3볼너트(41)를 갖는 제3회전풀리(42)와 그 제3회전풀리(42)와 밸트 연결되는 제3구동풀리(43)를 갖는 제3서보모터(44)를 장착하고, 상기 제3볼너트(41)에는 선단에 제2하부펀치(46)를 갖는 제3볼스크류(45)를 삽입 형성하되,

   상기 제1볼스크류(35)에는 수직의 삽입공(37)을 형성하여 이를 통해 상기 제3볼스크류(45)가 그 삽입공(37) 내에서 승강되게 구성함을 특징으로 하는 적층 단면구조를 갖는 초경 소결체를 성형하기 위한 프레스장치.

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