KR20100006345A - 복합 단조 초경핀 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단조 성형품을 제조하는 공정에 사용되는 단조용 초경핀에 관한 것으로 더욱 상세하게는 냉간, 열간 기타 단조 공정에서 단조 성형품을 만들기 위하여 구멍을 뚫는 피어싱 작업에 사용되는 단조용 피어싱 핀(piercing pin)을, 몸체는 고속도강(high speed steel)으로, 선단부는 초경합금(hard metal)으로 하면서도 피어싱 작업 과정에서 초경합금 부분이 몸체로부터 쉽게 떨어지지 않고, 경제적이며 오래 사용할 수 있는 복합 단조 초경핀에 관한 것이다.

본 발명인 복합 단조 초경핀은, 선단부의 외면에 나사 가공된 몸체(1)와; 상기 몸체(1)의 나사 가공된 선단부에 나사 결합되는 초경부(2)와; 상기 몸체(1)의 나사 가공된 선단부와 초경부(2)가 결합하는 결합부위에 형성된 홀에 삽입되어 고정시키는 고정핀(10)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 현저히 향상된 수준의 재료비 절감 효과를 거둘 수 있으면서도, 종래의 용접 복합핀과 달리 용접 부위가 쉽게 떨어지지 않아 장기간 사용이 가능하며, 초경부(2)의 경도가 강하므로 구멍을 뚫는 피어싱 작업시에도 늘어 붙는 소착 현상이 없고, 성형품의 치수와 조도의 정밀성이 향상되며, 또한 종래의 용접 복합핀 대비 4배 이상 오래 사용할 수 있어 단위당 성형품 생산량이 향상된다. 또한 단조핀 제조에 있어서도, 선단부에 나사산이 형성된 몸 체(1)와 여기에 결합될 초경부(2)를 다른 작업장에서 따로 가공하여 한곳에서 양자를 나사 결합하여 고정핀을 리베팅하면 되므로 단조핀 제조상의 효율성과 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 피어싱 공정에 본 발명의 복합 단조 초경핀을 사용하면 성형 소재의 깊은 곳까지 피어싱 가공이 가능하고, 동심도가 높은 가공 작업을 쉽게 할 수 있으면서도, 피어싱된 표면이 미려하게 가공되는 효과가 있다.

몸체, 초경부, 해머링부, 용접부, 성형용소재, 몸체선단부, 나사공간부

Description

복합 단조 초경핀 및 그 제조방법{A Complex Hard Metal Piercing Pin and Manufacturing Method thereof}

본 발명은 단조 성형품을 제조하는 공정에 사용되는 단조용 초경핀에 관한 것으로 더욱 상세하게는 냉간, 열간 기타 단조 공정에서 단조 성형품을 만들기 위하여 구멍을 뚫는 피어싱 작업에 사용되는 단조용 피어싱 핀(piercing pin)을, 몸체는 고속도강(high speed steel)으로, 선단부는 초경합금(hard metal)으로 하면서도 피어싱 작업 과정에서 초경합금 부분이 몸체로부터 쉽게 떨어지지 않고, 경제적이며 오래 사용할 수 있는 복합 단조 초경핀에 관한 것이다.

금속의 성형 방법은 크게 프레스 가공, 주조 가공 및 단조 가공으로 분류된다.

프레스 가공은 프레스 기계를 사용하여 금속판을 변형시켜서 여러 가지 모양의 제품을 만드는 금속 가공 방법이며, 주조 가공은 만들고자 하는 제품의 원형으 로 주형(鑄型)을 만들고 이 주형에 용해한 금속을 부어 주물을 만드는 금속 가공법이고, 단조 가공은 고체인 금속재료를 해머 등으로 두들기거나 가압하는 기계적 방법으로 일정한 모양을 만드는 금속 가공 방법이다.

본 발명은 상기한 금속 가공방법 중에서 단조 가공과 관련되어 있으며, 단조 성형에 있어 두들기는 온도는 상온(常溫)인 경우도 있으나, 녹는점이 높은 재료는 다소 가열해야 할 때가 많다. 일반적으로 그 재료에서 재결정(再結晶)이 진행되는 온도를 경계로 하여 그 이상의 온도에서 단조하는 것을 열간단조(熱間鍛造), 그보다 낮은 온도에서 단조하는 것을 냉간단조(冷間鍛造)라고 한다.

통상 작업방법은 ① 평탄한 공구 사이에 소재를 놓고 위치를 바꾸어 두들기면서 바라는 모양의 제품으로 만드는 자유단조(自由鍛造), ② 일정한 모양으로 요각(凹刻)한 금형(金型) 사이에 소재를 끼우고 두들겨서 바라는 모양의 제품을 만드는 형단조(型鍛造)의 두 가지가 대표적이다.

상기 형단조 과정에서 최종 성형품의 모양에 따라서는 소재의 중앙부에 구멍을 뚫는 피어싱 작업을 필요로 하는 경우가 많다. 이 경우에는 밑받침 위에 놓여진 소재를 해머가 바로 두들기기보다는 그 사이에 단조용 피어싱 핀 (piercing pin)을 놓고 통상 기계적인 해머로 가격하여 소재의 중앙에 구멍을 뚫게 된다. 피어싱 핀은 어느 정도의 높은 온도하에서도 강력한 충격에 견뎌야 하므로 고속도강 또는 초 경합금 등이 사용된다.

도 1은 종래 기술에 의한 단조용 피어싱 핀의 정면 단면도이다. 도 1에서 단조용 피어싱 핀의 상부(도면상 우측)는 하부보다 직경이 큰 원기둥의 형상을 하고 있고, 단조용 피어싱 핀의 상부 끝에는 직경이 하부보다 더 크고 길이는 짧은 원기둥 형상의 해머링부(3)가 형성되어 있다. 이 해머링부(3)를 해머가 가격하면 하부(도면상 좌측)의 초경부(2)가 성형용 소재(5)로 파고드는 피어싱 작업이 이루어지고, 이러한 작업을 반복하면 성형하고자 하는 소재에 구멍을 뚫을 수 있게 된다.

도 1과 같은 종래기술의 단조용 피어싱 핀은 해머링부(3)부터 초경부(2)가 일체로 단일하게 형성되어 있으며, 재질은 고속도강, SKD11강 또는 초경합금이 사용된다.

그러나 이와 같은 종래의 단조용 피어싱 핀은 다음과 같은 문제점을 가진다.

첫째, 전체가 고속도강 또는 SKD11강으로 만들어진 단조용 피어싱 핀 (이하 "하이스핀")은 천공 작업 중 마찰열이 발생하여 하이스 핀과 성형용 소재가 늘어 붙는 소착 현상이 자주 발생한다. 또한 고속도강은 초경합금보다 경도가 낮으므로 구멍을 뚫는 성형품의 동심도 및 치수의 정밀성이 떨어지고, 또한 내구성이 떨어지기 때문에 하이스 핀 단위당 성형품 생산량도 떨어지는 문제점이 있다.

둘째, 전체가 초경합금으로 만들어진 단조용 피어싱 핀 (이하 "초경핀")은 경도가 강하여 성형품의 치수가 비교적 정밀하고 마찰열로 인해 늘어 붙는 소착 현상도 적으나, 햇딩이 발생하면 쉽게 파손된다. 또한 초경합금은 재료 자체의 가격이 높아 성형품의 생산원가도 크게 올라가는 문제점이 있다.

도 2는 종래기술의 또다른 단조용 피어싱 핀의 정면 단면도이다. 도 2의 피어싱 핀은 상기한 도 1의 피어싱 핀의 단점을 보완하기 위하여 피어싱 핀의 중에서 작은 일부분을 차지하는 초경부(2)는 값비싼 초경합금을 사용하고, 나머지 몸체(1)는 고속도강 또는 SKD11강을 사용하여, 몸체(1)와 초경부(2)를 용접강으로 용접하여 만든 것 (이하 "용접 복합핀") 이다.

그러나 이와 같은 종래기술의 용접 복합핀 또한, 초경합금과 고속도강을 용접 사용함으로써 값비싼 초경합금의 사용을 줄여 재료비는 절감되었으나, 단조 공정 중 구멍을 뚫는 피어싱 작업시 용접 부위가 열과 충격에 견디지 못하고 쉽게 떨어지는 현상이 자주 발생한다. 따라서 이러한 용접 복합핀은 단조 공정중 완성된 성형품을 밀어내는 핀으로 사용하거나, 소재를 짧게 눌러 주는 핀으로만 사용이 가능하다는 문제점이 있어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 단조용 피어싱 핀의 몸체(1)는 고속도강 또는 SKD11 강으로 하고, 초경부(2)는 초경합금을 사용하면서도, 몸체(1)와 초경부(2) 양자를 견고히 나사 결합하고 결합 부위에는 고정핀을 리베팅하여 고정함으로써, 종래의 용접 복합핀과 같은 수준의 재료비 절감 효과를 거두면서도 용접 복합핀과 달리 용접 부위가 쉽게 떨어지지 않고, 피어싱 작업시에도 늘어 붙는 소착 현상이 없으며, 성형품의 치수와 조도의 정밀성도 현저히 향상되고, 또한 장기간 사용할 수 있어 단위당 성형품 생산량이 많은 우수한 복합 단조 초경핀을 제공하는 것은 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명인 복합 단조 초경핀은, 선단부의 외면에 나사 가공된 몸체(1)와; 상기 몸체(1)의 나사 가공된 선단부에 나사 결합되는 초경부(2)와; 상기 몸체(1)의 나사 가공된 선단부와 초경부(2)가 결합하는 결합부위에 형성된 홀에 삽입되어 고정시키는 고정핀(10)으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서, 상기 몸체(1)의 재질은, 고속도강이나 SKD11 강인 것을 특징으로 하고, 상기 고정핀(10)은 몸체(1)의 재질보다 연한 금속재질로 이루어진 것을 특징으로 하며, 상기 결합부위에 형성된 홀은, 상부에서 하부로 가면서 직경이 작아지도록 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명인 복합 단조 초경핀의 제조 방법은, 몸체(1)의 선단부 외경에 나사 가공하는 단계와; 상기 몸체(1) 선단부에 형성된 나사산(8)에 치합되도록 초경부(2)의 내면에 나사산을 형성하는 단계와; 상기 몸체(1)의 선단부에 상기 초경부(2)를 나사 결합하는 단계와; 상기 몸체(1)의 선단부와 상기 초경부(2)가 나사 결합하는 결합부위에 홀을 형성하는 단계와; 상기 홀에 고정핀(10)을 삽입시켜 고정하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 초경부(2)에 형성되는 나사산은, 기계가공에 의하거나, 소결시 나사산이 형성된 상태로 성형되는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 현저히 향상된 수준의 재료비 절감 효과를 거둘 수 있으면서도, 종래의 용접 복합핀과 달리 용접 부위가 쉽게 떨어지지 않아 장기간 사용이 가능하며, 초경부(2)의 경도가 강하므로 구멍을 뚫는 피어싱 작업시에도 늘어 붙는 소착 현상이 없고, 성형품의 치수와 조도의 정밀성이 향상되며, 또한 종래의 용접 복합핀 대비 4배 이상 오래 사용할 수 있어 단위당 성형품 생산량이 향상된다.

또한 단조핀 제조에 있어서도, 선단부에 나사산이 형성된 몸체(1)와 여기에 결합될 초경부(2)를 다른 작업장에서 따로 가공하여 한곳에서 양자를 나사 결합하여 고정핀을 리베팅하면 되므로 단조핀 제조상의 효율성과 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한 피어싱 공정에 본 발명의 복합 단조 초경핀을 사용하면 성형 소재의 깊은 곳까지 피어싱 가공이 가능하고, 동심도가 높은 가공 작업을 쉽게 할 수 있으면서도, 피어싱된 표면이 미려하게 가공되는 효과가 있다.

이하 본 발명의 구성과 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 복합 단조 초경핀의 단면도이다. 도 4는 본 발명의 복합 단조 초경핀의 분해도이다.

도 3과 도 4를 참조하면, 본 발명의 복합 단조 초경핀은 단차가 있는 원기둥 형상으로 일직선을 이룬다. 본 발명의 복합 단조 초경핀은 몸체(1)와 초경부(2)로 구성되고, 상기 몸체(1)의 윗부분에는 해머링부(3)가 상부 몸체(1)와 일체로 구성 되어 있다. 몸체(1)와 해머링부(3)의 재질은 모두 고속도강 또는 SKD11 강으로 구성된다. 몸체(1)의 중간 부분은 윗부분보다 직경이 작은 원기둥으로 형성되고, 이 중간 부분의 직경은 초경부(2)와 같은 직경을 가진다. 몸체(1)의 밑부분에 해당하는 몸체 선단부(6)는 몸체(1)의 중간 부분보다 작은 직경의 원기둥 형상이면서 그 외면에는 몸체 나사산(8)이 가공된다.

상기와 같이 선단부 외면이 나사 가공된 몸체(1)와 나사 결합되는 것이 초경부(2)이다. 초경부(2)는 상기 나사 가공된 몸체 선단부(6)와 같은 길이를 가지며 몸체(1) 쪽 벽면의 중앙 부분은 상기 몸체 선단부(6)와 나사 결합이 가능토록 나사 공간부(7)가 형성되어 있고 그 내벽에 초경 나사산(9)이 가공되어 있다.

도 3은 상기 몸체(1)와 초경부(2)가 나사 결합된 형태를 보여주고 있다. 몸체(1)와 초경부(2)가 나사 결합된 결합 부위(이하 "결합부위")에는, 도 3과 같이 고정핀(10)을, 초경부(2) 상단에서부터 몸체 선단부(6)를 지나 다시 초경부 하단까지 관통하도록 강하게 두들겨 박는다. 이를 위하여 초경부(2)에는 도 3과 같이 고정핀(10)의 리베팅을 위하여 초경부 홀(hole)(11)이 상하로 관통하도록 구비되어 있고, 몸체 선단부(6)에도 몸체 홀(12)이 미리 구비되어 있다. 상기 결합 부위에 형성되는 홀(hole)은 상부에서 하부로 가면서 직경이 작아지도록 가공하는 것이 바람직하다.

고정핀(10)은 몸체(1)의 재질보다 연한 재질의 금속을 사용한다. 구리(Cu)와 같이 고속도강보다 연한 재질이면 모두 가능하다. 왜냐하면 강한 재질의 금속은 초경합금 및 고속도강으로 된 결합부위의 홀과 원만히 정합되지 않을뿐더러 밀착이 곤란하고, 또한 강한 금속을 사용하면 홀과 핀 사이에 틈이 생기고 장시간에 걸쳐 나사풀림 현상도 생길 수 있기 때문이다.

고정핀(10)은 상기 결합 부위에 형성된 홀에 리베트 역할을 하도록 두들겨 박으면 정합 가능한 크기로 가공된다. 상기 결합 부위의 홀이 상부에서 하부로 가면서 직경이 작아지도록 가공된 경우에는, 고정핀(10)도 이에 맞도록 상부는 직경이 크고 하부로 가면서 직경이 작아지게 가공되어야 한다.

상기와 같이 고정핀을 리베팅하는 이유는, 복합 단조 초경핀을 몸체(1)와 초경부(2)의 나사 결합만으로 만드는 경우, 피어싱 작업 도중 몸체(1)와 초경 선단부(2) 간에 유격이 생기거나 나사 풀림 현상이 생길 수 있기 때문이다. 또한 고정핀(10)의 재질을 몸체(1)의 재질보다 연한 금속으로 하는 이유는, 연한 금속의 고정핀(10)을 결합 부위의 홀에 두들겨 박아야만 초경핀 전체가 전혀 유격 없이 틈이 발생하지 않아, 몸체(1)와 초경부(2)의 나사 결합을 보강하면서도 유연하고 단단하게 결합 가능하기 때문이다.

본 발명의 복합 단조 초경핀의 제조 방법을 설명한다. 우선 원재료로서 해머 링부(3)의 직경에 상당하는 원기둥 형상이고 전체가 고속도강 또는 SKD11 강으로 이루어진 몸체 자재를 준비한다. 이 자재를 이용하여, 해머링부(3)를 제외하고 몸체(1)의 윗부분, 중간 부분, 그리고 밑부분의 나사 가공할 선단부를 각각의 굵기에 맞는 직경으로 깎아내는 기계 가공을 행한다. 그 후 몸체(1)의 선단부 외경에 나사산(8)을 가공한다.

다음은 초경부(2)의 나사 공간부(7) 쪽에, 몸체 선단부(6)에 가공된 몸체 나사산(8)과 상응하여 치합될 수 있는 초경 나사산(9)을 가공한다. 초경부(2)는 물론 초경합금 재질을 사용하여 만들어진다. 초경부(2)의 나사산은 기계 가공에 의하여 형성할 수도 있으나, 소결 공정에서 미리 초경 나사산(9)이 형성된 상태로 제작될 수도 있다.

이상과 같이 제작된 몸체(1)와 초경부(2)를 나사 결합한 후에는 몸체 선단부(6)와 초경부(2)가 나사 결합한 결합부위에는 고정핀(10)을 삽입하기 위한 홀(hole)을 가공한다. 이 홀은 슈퍼 드릴(Super Drill) 방식으로 가공되며, 상부에서 하부로 가면서 직경이 작아지도록 가공하는 것이 바람직하다. 이 홀에 리베팅되는 고정핀도 이 홀에 알맞게 정합되도록 상부에서 하부로 가면서 직경이 작아지도록 가공하는 것이 바람직하다. 고정핀(10)은 몸체보다 연한 재질의 금속을 사용하여야 하는 것은 앞서 설명한 바와 같다.

이 고정핀(10)을 상기한 홀 전체에 단단하게 두들겨 박아 초경부(2)의 둥근 외주면과 고정핀(10)이 리베팅된 부분의 동심도가 같아지도록 매끈하게 마무리 가공하면 본 발명의 복합 단조 초경핀이 완성된다.

도 1은 종래 기술에 의한 단조용 피어싱 핀의 정면 단면도이다.

도 2는 종래기술의 또다른 단조용 피어싱 핀의 정면 단면도이다.

도 3은 본 발명의 복합 단조 초경핀의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 복합 단조 초경핀의 분해 단면도이다.

♠도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1: 몸체 2: 초경부 3: 해머링부 4:용접부 5: 성형용 소재

6: 몸체 선단부 7: 나사 공간부 8: 몸체 나사산 9: 초경 나사산

10: 고정핀 11: 초경부 홀 12: 몸체 홀

Claims (6)

1. 선단부의 외면에 나사 가공된 몸체(1)와;

   상기 몸체(1)의 나사 가공된 선단부에 나사 결합되는 초경부(2)와;

   상기 몸체(1)의 나사 가공된 선단부와 초경부(2)가 결합하는 결합부위에 형성된 홀에 삽입되어 고정시키는 고정핀(10)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 복합 단조 초경핀
2. 청구항 1에 있어서, 상기 몸체(1)의 재질은,

   고속도강이나 SKD11 강인 것을 특징으로 하는 복합 단조 초경핀
3. 청구항 1에 있어서, 상기 고정핀(10)은

   몸체(1)의 재질보다 연한 금속재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 복합 단조 초경핀
4. 청구항 1에 있어서, 상기 결합부위에 형성된 홀은,

   상부에서 하부로 가면서 직경이 작아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 복합 단조 초경핀
5. 몸체(1)의 선단부 외경에 나사 가공하는 단계와;

   상기 몸체(1) 선단부에 형성된 나사산(8)에 치합되도록 초경부(2)의 내면에 나사산을 형성하는 단계와;

   상기 몸체(1)의 선단부에 상기 초경부(2)를 나사 결합하는 단계와;

   상기 몸체(1)의 선단부와 상기 초경부(2)가 나사 결합하는 결합부위에 홀을 형성하는 단계와;

   상기 홀에 고정핀(10)을 삽입시켜 고정하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 단조 초경핀의 제조방법
6. 청구항 5에 있어서, 상기 초경부(2)에 형성되는 나사산은,

   기계가공에 의하거나, 소결시 나사산이 형성된 상태로 성형되는 것을 특징으로 하는 복합 단조 초경핀의 제조방법

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