KR20130139589A - 완충패드를 이용한 압출금형 및 압출품 제조방법 - Google Patents

완충패드를 이용한 압출금형 및 압출품 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 완충패드를 이용한 압출금형 및 압출품 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피가공 소재와 다이 사이에 완충패드를 삽입하여 압출시 완충패드가 변형되어 최적의 다이반각을 형성하도록 하여 효율적으로 피가공 소재를 압출하기 위한 압출금형 및 압출품 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 피가공 소재를 압출하는 압출금형에 있어서, 상기 피가공 소재를 수용하는 컨테이너와; 상기 컨테이너 전방에 장착되고 중앙에 상기 피가공 소재가 압출되는 통로인 다이공이 형성된 다이와; 상기 피가공 소재와 상기 다이 사이에 삽입되는 완충 패드; 및 상기 피가공 소재를 가압하는 램을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출 금형이 제공된다.

Description

완충패드를 이용한 압출금형 및 압출품 제조방법{EXTRUSION MOLD AND MANUFACTURING METHOD OF EXTRUDED PRODUCT USING BUFFER PAD}
본 발명은 완충패드를 이용한 압출금형 및 압출품 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피가공 소재와 다이 사이에 완충패드를 삽입하여 압출시 완충패드가 변형되어 최적의 다이반각을 형성하도록 하여 효율적으로 피가공 소재를 압출하기 위한 압출금형 및 압출품 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 압출이란 피가공 소재를 컨테이너 내부에 장입하고, 유압 실리더 내부에 설치된 피스톤과 결합된 램에 의해 피가공 소재를 고압으로 가압하여, 컨테이너 전방의 다이공(die hole)를 통하여 밀어냄으로써 피가공 소재의 단면을 수축시키는 공정을 말한다. 이 같은 압출공정을 통하여 압출품의 기계적 특성을 개선시키고 봉재, 관재, 형재, 극세선 등의 다양한 제품을 성형할 수 있다. 나아가, 구리와 알루미늄 등의 단일소재 뿐만 아니라 구리 피복 알루미늄(CCA : Copper Clad Aluminum) 등의 이종소재를 압출 성형하는 방법이 개발되어 상용화되었다.
도 1(a)는 평면형 다이(flat faced die)를 도시한 단면도이고, 도 1(b)는 원추형 다이(conical faced die)를 도시한 단면도이다. 도 1(a) 및 (b)를 참조하면, 평면형 다이(120)는 피가공 소재의 압출방향인 수평축(X)와 직각을 이루는 내벽면(121)이 형성되며 다이반각은 90°이다. 한편, 원추형 다이(120)는 피가공 소재의 압출방향인 수평축(X)을 따라 가면서 폭이 좁아지는 원추형상의 내벽면(123)이 형성되며 다이반각은 α°이다.
도 2(a)는 평면형 다이를 통하여 이종소재를 압출하기 전 이종소재가 컨테이너(110)에 장입된 상태를 도시한 압출금형(130)의 개략적인 단면도이고, 도 2(b)는 평면형 다이(120)를 통하여 이종소재를 압출한 후 압출상태를 도시한 개략적인 단면도이다. 도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 이종소재(220)는 심재(200)와 심재 외측에 피복된 피복제(210)로 구성되고, 컨테이너(110)에 장입되고 램(100)에 의해 고압으로 가압되어 다이공(125)을 통하여 압출된다. 이 때 심재(core)(200)와 피복재(sleeve)(210)의 항복강도 차이에 따른 변형저항 차이가 적층경계면 결합력(또는 마찰력)보다 큰 경우에는 심재(200)와 피복제(210)가 분리되어 압출과정에서 심재(200)만 압출된다는 문제점이 있다.
도 3(a)는 원추형 다이를 통하여 이종소재를 압출하기 전 이종소재가 컨테이너에 장입된 상태를 도시한 압출금형의 개략적인 단면도이고, 도 3(b)는 원추형 다이를 통하여 이종소재를 압출한 후 이종소재의 압출상태를 도시한 개략적인 단면도이다. 도 2(a) 및 도 2(b)를 참조하면, 이종소재 압출과정에서 피복재(210)가 원추형상의 내벽면과 먼저 접촉되어 변형되고, 심재(200)와 피복재(210)가 분리되어 피복재(210)만 압출된다는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 피가공 소재와 다이 사이에 완충패드를 삽입하여 압출시 완충패드가 변형되어 최적의 다이반각을 형성하도록 하여 효율적으로 피가공 소재를 압출하기 위한 압출금형 및 압출품 제조방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 피가공 소재를 압출하는 압출금형에 있어서, 상기 피가공 소재를 수용하는 컨테이너와; 상기 컨테이너 전방에 장착되고 중앙에 상기 피가공 소재가 압출되는 통로인 다이공이 형성된 다이와; 상기 피가공 소재와 상기 다이 사이에 삽입되는 완충 패드; 및 상기 피가공 소재를 가압하는 램을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출금형이 제공된다.
상기 피가공 소재는 심재와 상기 심재 외측에 피복된 피복재로 이루어지고, 상기 완충 패드는 상기 심재와 상기 피복재의 항복강도 보다 낮은 항복강도를 가지는 재질로 이루어질 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일측면에 따르면, 피가공 소재를 압출하여 압출품을 제조하는 성형장치에 있어서, 상시 압출금형을 장작한 것을 특징으로 하는 압출품 성형장치가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일측면에 따르면, 피가공 소재를 압출하여 제품을 제조하는 방법에 있어서, 피가공 소재와 다이 사이에 완충 패드를 삽입하는 완충 패드 삽입 단계와; 상기 피가공 소재를 가압하여 다이공을 통하여 압출하는 압출 단계; 및 상기 다이공을 통하여 압출된 제품을 취출하는 제품 취출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출 방법이 제공된다.
상기 피가공 소재는 심재와 상기 심재 외측에 피복된 피복재로 이루어지고, 상기 완충 패드는 상기 심재 및 상기 피복재의 항복강도 보다 낮은 항복강도를 가지는 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다.
구체적으로, 완충패드 변형과정에서 피복재에 추가적인 변형저항을 제공함으로써 심재와 피복재의 분리 현상을 미연에 방지하고 심재와 피복재가 일정한 단면비를 가지고 균일하게 다이공을 통하여 압출되도록 하여 압출품 결함을 방지할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 완충패드가 변형되면서 원추형상의 비유동영역을 채워 최적의 다이반각을 형성함으로써 이종소재 압출을 위한 압출하중을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 나아가, 완충패드는 다이와 피복재 사이에 마찰을 줄이는 윤활제 역할을 하여 압출품의 품질 및 가공성을 향상시킨다.
특히, 원추형 다이를 제작하여 컨테이너에 장착할 필요없이, 기존의 평면형 다이를 그대로 이용하면서도 이종소재를 효율적으로 압출할 수 있다는 점에서 비용절감 및 작업편의성을 제고할 수 있는 효과도 있다.
도 1(a)는 평면형 다이(flat faced die)를 도시한 단면도이고, 도 1(b)는 원추형 다이(conical faced die)를 도시한 단면도이다.
도 2(a)는 평면형 다이를 통하여 이종소재를 압출하기 전 이종소재가 컨테이너에 장입된 상태를 도시한 압출금형의 개략적인 단면도이고, 도 2(b)는 평면형 다이를 통하여 이종소재를 압출한 후 압출상태를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 3(a)는 원추형 다이를 통하여 이종소재를 압출하기 전 이종소재가 컨테이너에 장입된 상태를 도시한 압출금형의 개략적인 단면도이고, 도 3(b)는 원추형 다이를 통하여 이종소재를 압출한 후 이종소재의 압출상태를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 4(a)는 본 발명의 일실시예에 따른 압출금형를 도시한 도면으로 이종소재와 다이 사이에 완충패드가 삽입된 상태를 도시한 계략적인 단면도이고, 도 4(b)는 이종소재를 압출한 후에 이종소재의 유동상태를 도시한 계략적인 단면도이다.
도 5(a)는 이종소재를 간접 압출하는 장치를 도시한 계략적인 단면도이고, 도 5(b)는 이종소재를 정수압 압출하는 장치를 도시한 계략적인 단면도이다.
도 6는 본 발명의 일실시에 따른 완충 패드를 이용한 압출방법을 도시한 공정순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 실시예를 상세히 설명한다.
도 4(a)는 본 발명의 일실시예에 따른 압출금형를 도시한 도면으로 이종소재와 다이 사이에 완충패드가 삽입된 상태를 도시한 계략적인 단면도이고, 도 4(b)는 이종소재를 압출한 후에 이종소재의 유동상태를 도시한 계략적인 단면도이다. 도 4(a) 및 도 4(b)를 참조하면, 본 발명에 따른 압출금형(130)는 컨테이너(110)와, 다이(120)와, 완충패드(230) 및 램(100)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이하, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 설명하고 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략한다.
구체적으로, 컨테이너(110)는 전후가 개방된 구조로 내부에 피가공 소재인 이종소재(220)와 완충패드(230)를 수용할 수 있도록 형성된다. 일반적으로, 이종소재(220)는 심재(200)와 심재 외측에 피복된 피복재(210)로 구성된다. 이 경우, 심재 재질은 알루미늄 또는 그 합금일 수 있으며, 피복재 재질은 구리 또는 그 합금일 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되 것은 아니며 다른 재질의 소재가 적용될 수 있다. 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
다이(120)는 이종소재 유동방향과 수직을 이루는 내벽면(121)을 가지며, 중앙에 이종소재가 압출되는 다이공(125)이 마련되고, 다이공 내주면에는 압출품의 직진도를 향상시키기 위한 랜드구간(122)이 형성된다.
완충패드(230)는 다이(120)와 이종소재(220) 사이에 삽입된다. 램(100)의 가압에 의한 압출과정에서 압출에너지를 최소화하도록 완충패드(230)가 변형되며 원추 형상의 비유동영역(dead metal zone)을 채워 최적의 다이반각을 형성한다. 그에 따라, 이종소재 압출에 필요한 압출하중을 최소화할 수 있다. 아울러, 완충 소재(230)가 변형하여 최적의 다이반각을 형성하는 과정에서 피복재(200)에 추가적인 변형저항을 제공함으로써 심재(200)와 피복재(210)의 분리 현상을 미연에 방지할 수 있다. 이 경우, 완충패드(230)는 심재(200)와 피복재(210)의 항복강도에 비하여 낮은 항복강도를 가지는 재질로 이루어진 소재로 구성하는 것이 바람직하다.
램(100)은 유압에 의해 구동되는 유압실린더(미도시)의 피스톤(미도시)과 결합하고, 컨테이너(110)의 내면과 밀착하여 전방으로 이동하면서 이종소재(220)를 고압으로 가압하여 다이공을 통하여 밀어낸다. 본 발명에서는 직접 압출법에 의해 피가공 소재를 가압하는 것을 일실시예로 제시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 램(100)과 결합된 다이(120)의 진행 방향과 반대 방향으로 피가공 소재를 압출하는 간접 압출법(도 5(a)참조) 및 피가공 소재(220)를 둘러싼 유체(240)의 압력을 임계압력까지 도달시켜 피가공 소재를 압출하는 정수압 압출법(도 5(b)참조) 등도 본 발명의 권리범위에 포함된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 완충 패드를 이용한 압출품 제조방법을 도시한 공정순서도이다. 도 6을 참조하면, 완충 패드를 이용한 압출품 제조방법은 완충패드 삽입단계(S100)와, 압출단계(S200) 및 제품 취출 단계(S300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 완충패드 삽입단계(S100)는 컨테이너 내부에 이종소재를 장입하고 이종소재 전방에 완충 패드를 밀착 배치한 후 컨테이너 전방에 다이를 결합시키는 것을 특징으로 한다. 압출단계(S200)는 직간접 압출법 또는 정수압 압출법 등에 의해 이종소재를 가압하여 다이공을 통하여 압출하는 것을 특징으로 한다. 제품 취출 단계(S300)는 다이공을 통하여 압출된 제품을 압출금형(130)으로부터 취출하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 당업자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
100 : 램 110 : 컨테이너
120 : 다이 200 : 심재
210 : 피복재 220 : 이종소재
230 : 완충패드

Claims (5)

  1. 피가공 소재를 압출하는 압출금형에 있어서,
    상기 피가공 소재를 수용하는 컨테이너;
    상기 컨테이너 전방에 장착되고 중앙에 상기 피가공 소재가 압출되는 통로인 다이공이 형성된 다이;
    상기 피가공 소재와 상기 다이 사이에 삽입되는 완충 패드; 및
    상기 피가공 소재를 가압하는 램을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출 금형.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 피가공 소재는 심재와 상기 심재 외측에 피복된 피복재로 이루어지고, 상기 완충 패드는 상기 심재와 상기 피복재의 항복강도 보다 낮은 항복강도를 가지는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 압출 금형.
  3. 피가공 소재를 압출하여 압출품을 제조하는 성형장치에 있어서,
    청구항 1에 따른 압출금형을 장작한 것을 특징으로 하는 압출품 성형장치.
  4. 피가공 소재를 압출하여 제품을 제조하는 방법에 있어서,
    피가공 소재와 다이 사이에 완충 패드를 삽입하는 완충 패드 삽입 단계;
    상기 피가공 소재를 가압하여 다이공을 통하여 압출하는 압출 단계; 및
    상기 다이공을 통하여 압출된 제품을 취출하는 제품 취출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압출 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 피가공 소재는 심재와 상기 심재 외측에 피복된 피복재로 이루어지고, 상기 완충 패드는 상기 심재 및 상기 피복재의 항복강도 보다 낮은 항복강도를 가지는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 압출 방법.
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