KR20200082336A

KR20200082336A - 형단조용 금형

Info

Publication number: KR20200082336A
Application number: KR1020180172830A
Authority: KR
Inventors: 이유형
Original assignee: 이유형
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2020-07-08
Also published as: KR102187388B1

Abstract

본 발명은 형단조용 금형에 관한 것으로, 단조품(F)의 외형선과 동일한 형태로 내주면이 형성된 공동(C)을 갖는 하부금형(3); 및 적어도 일부분이 상기 공동(C)에 삽입된 예비 단조품(P)을 충격하여 상기 공동(C) 내에서 상기 단조품(F)을 형성하는 상부금형(5);을 포함하여 이루어지되, 상기 하부금형(3)은, 중심선을 포함하는 평면을 따라 적어도 제1 코어(21)와 제2 코어(23)로 이분되어 있는 코어부(11); 및 상기 제1 코어(21)와 상기 제2 코어(23)를 상호 정합된 상태로 둘러싸 고정하는 둘레부(13);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하며, 따라서 예비 단조품을 상부금형에 의해 충격하여 공동 안으로 열박음할 때 코어부 더 나아가 하부금형에 가해지는 충격을 효과적으로 분산시켜 하부금형의 내충격 성능을 일층 향상시킬 수 있게 되고, 따라서 하부금형의 가용수명 연장을 기대할 수 있게 된다.

Description

형단조용 금형{Mold For Die Forging}

본 발명은 형단조용 금형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 요크와 같은 금속 재질의 단품을 단조에 의해 제조함에 있어, 하부금형의 공동 부분이 둘 이상으로 나누어짐으로써, 예비 단조품을 공동에 열박음할 때 금형에 발생하는 충격을 완화시켜 금형의 내충격성과 가용수명을 향상시키고자 한 형단조용 금형에 관한 것이다.

일반적으로, 요크와 같이 머리부와 몸통부 다른 형태를 가지는 부품을 제작할 때, 비교적 형태가 복잡한 머리부는 열간 단조에 의해 제조하고, 형태가 단순한 몸통부는 절삭가공에 의해 제조한 다음, 머리부와 몸통부를 용접 등에 의해 부착하여 완제품을 생산하도록 되어 있다.

그러나, 이러한 제조방법은 머리부와 몸통부를 제조하기 위한 장비를 별도로 구비하여야 하므로, 제조 공정이 증대되고, 따라서 제조 단가가 증대하는 문제점이 있었다.

또한, 별도로 제조된 머리부와 몸통부를 용접에 의해 부착하므로, 접합 부위에 뒤틀림과 같은 열변형이 발생할 수 있으며, 접합 부위의 강도가 떨어지는 문제점도 있었다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위해, 종전에는 도 1에 도시된 바와 같은 단조방법(특허 제10-1029220호)이 제안된 바 있다.

이 방법은 도 1에 도시된 것처럼, 소재 선단을 가열한 뒤, 펀치금형(115,125,135,145,155)과 그립금형(110,120,130,140,150)에 의해 제1 단계에서 제4 단계까지 4 회 연속해서 다지는 공정을 순차적으로 거침으로써, 완성된 요크를 제조할 수 있게 된다.

그런데, 이와 같은 종래의 형단조는 4 차례에 걸쳐 열박음 공정을 반복하는 바, 형단조에 사용할 단조금형의 수가 많아지므로, 전체 공정의 설비에 따른 비용이 크게 증가하고, 이에 따라 공정회수와 공정시간이 늘어나는 문제점이 있었다.

이에, 열박음 공정 회수를 줄이게 되면, 금형의 수가 감소하기 때문에 단 번의 충격에 의한 소재의 변형량을 크게 늘려야 하므로, 각각의 금형에 가해지는 충격량이 증대되고, 따라서 금형이 쉽게 파손되는 등 금형의 가용수명이 크게 감소되고, 더 나아가 단조품의 완성도도 저하되는 문제점이 있었다.

KR 10-1069636

본 발명은 위와 같은 종래의 형단조용 금형이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 형단조에 사용되는 상부 및 하부 금형 중 하부금형의 공동 주위 부분을 적어도 둘 이상으로 분할하여 형성으로써, 예비 단조품(P)을 상부금형에 의해 하부금형의 공동으로 열박음할 때 하부금형에 발생하는 충격을 감소시켜 형단조 금형의 내충격 성능 및 가용 수명을 크게 향상시키고자 하는 데 그 목적이 있다.

또한, 하부금형의 공동을 형성하는 코어부 즉, 하부금형의 통기성을 높임으로써, 형단조 금형의 내충격 성능 및 가용 수명을 더욱 향상시키고자 하는 데 다른 목적이 있다.

또한, 제1 및 제2 코어를 코어부로 잡아주는 둘레부를 둘 이상의 관체로 제작함으로써, 이들 관체의 상호 작용을 통해 코어부의 통기성과 내충격성을 더욱 향상시킬 수 있도록 하는 데 또 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 단조품의 외형선과 동일한 형태로 내주면이 형성된 공동을 갖는 하부금형; 및 적어도 일부분이 상기 공동에 삽입된 예비 단조품을 충격하여 상기 공동 내에서 상기 단조품을 형성하는 상부금형;을 포함하여 이루어지되, 상기 하부금형은, 중심선을 포함하는 평면을 따라 제1 코어와 제2 코어로 양분되어 있는 코어부; 및 상기 제1 코어와 상기 제2 코어를 상호 정합된 상태로 둘러싸 고정하는 둘레부;를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 코어 또는 상기 제2 코어는 상기 하부금형으로 합체된 때 상호 맞닿음되는 접촉면 상에 상기 공동으로부터 상기 둘레부 내주면에 이르는 통기홈을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1 코어 및 상기 제2 코어는 상기 접촉면의 외측 축방향 모서리에 절결면이 형성되어, 상기 하부금형으로 합체된 때 상기 통기홈과 이어지도록 상기 절결면과 상기 둘레부 내주면에 의해 통기로를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 둘레부는 적어도 둘 이상의 관체가 동축 상으로 겹치도록 상호 접촉하여 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 형단조용 금형에 따르면, 하부금형이 둘 이상으로 분리될 수 있는 복수의 코어로 이루어지며 각각의 코어는 조립 상태에서 상호 정합되어 둘레부에 의해 구속됨으로써 코어부를 형성하므로, 예비 단조품을 상부금형에 의해 충격하여 공동 안으로 열박음할 때 코어들 사이의 간격이 순간적으로 벌어지고, 따라서 코어부 더 나아가 하부금형에 가해지는 충격을 효과적으로 분산시켜 하부금형의 내충격 성능을 일층 향상시킬 수 있게 되고, 따라서 하부금형의 가용수명 연장을 기대할 수 있게 된다.

또한, 열박음할 때 코어들 사이의 간격이 위와 같이 순간적으로 벌어지므로, 열박음되는 예비 단조품에 의해 공동 내에서 압축되는 공기가 쉽게 외부로 방출될 수 있으므로, 형단조 시 압축공기로 인한 충격이나 소음을 크게 감소시킬 수 있고, 따라서 형단조의 가용수명 연장 및 작업환경 개선도 기대할 수 있게 된다,

더욱이, 조립 시 정합되는 제1 및 제2 코어 사이에 통기홈이나 통기로가 형성되어 있으므로, 예비 단조품의 열박음 시 형단조 시 공동 내에 발생하는 압축공기를 하부금형 외부로 원활하게 방출할 수 있게 되고, 따라서 마찬가지로 형단조 시 압축공기로 인한 충격이나 소음을 크게 감소시킬 수 있고, 따라서 형단조의 가용수명 연장과 작업환경 개선을 도모할 수 있게 된다,

또한, 하부금형의 둘레부도 둘 이상의 관체에 의해 겹층으로 제작되므로, 내외측 각각의 관체들 사이의 열전달이 일시적으로 단절된다. 이에 따라, 코어부와 내접하여 먼저 가열된 내측 관체가 외측 관체보다 먼저 팽창하게 되며, 따라서 가열 팽창하는 내측 관체를 덜 팽창하는 외측 관체가 죄어 구속하는 상태로 되며, 이에 따라 둘레부는 예비 단조품이 공동에 열박음 될 때 발생하는 강력한 압력을 외겹일 때 즉, 하나의 관체로 이루어진 때보다 더 견고하고 효과적으로 견딜 수 있게 된다.

도 1은 종래의 형단조 공정을 순차 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형단조용 금형을 단조품과 함께 형개방 상태로 도시한 사시도.
도 3은 도 2의 금형을 분해하여 도시한 분해사시도.
도 4는 도 2에 도시된 제1 및 제2 코어의 접촉면을 따라 절단한 다른 실시예에 따른 하부금형의 종단면도.
도 5는 도 4의 평면도.
도 6은 예비 단조품에 의해 단조품을 형단조하는 과정을 순차적으로 보인 도면.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 형단조용 금형을 첨부 도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명의 형단조용 금형은 도 2에 도면부호 1로 도시된 바와 같이, 예컨대 요크와 같은 단조품(F)을 형단조하는 장비로, 크게 하부금형(3)과 상부금형(5)으로 이루어진다.

여기에서, 먼저 상기 하부금형(3)은 형단조가 일어나는 형단조용 금형(1)의 몸통으로서, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 위로 열린 공동(C)이 중심 부분에 오목하게 형성되는 바, 이 공동(C)은 도 3 내지 도 5에 도시된 것처럼, 내주면이 단조품(50)의 외형선과 동일한 형태를 갖도록 되어 있다. 즉, 공동(C)의 내주면은 예컨대 도시된 바와 같이 요크를 형단조할 경우, 좌우 한 쌍의 러그(55)로 이루어진 머리부(51) 외면으로부터 어깨부(57)를 거쳐 타원 또는 원통형의 몸통부(53)까지 이어지는 단조품(F) 즉, 요크의 외형선과 동일한 형태를 갖도록 가공된다.

특히, 본 발명의 하부금형(3)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 코어부(11)와 둘레부(13)로 이루어지는 바, 코어부(11)는 다시 중심선을 포함하는 평면을 따라 도면 상 좌우로 등분된 제1 코어(21)와 제2 코어(23)로 이루어진다.

다만, 제1 및 제2 코어(21,23) 2 조각으로 양분된 코어부(11)는 형단조시 하부금형(3)에 가해지는 충격의 크기에 따라 또는 코어부(11)나 둘레부(13)의 강도에 따라 코어부(11)는 3 조각 이상으로 등분될 수도 있다.

따라서, 제1 및 제2 코어(21,23)는 하부금형(3)으로 합체된 때, 코어부(11) 중심 부분에 위와 같은 공동(C)을 형성하게 되며, 이 상태에서 상호 맞닿음되는 제1 코어(21) 및/또는 제2 코어(23)의 접촉면(31) 상에는 도 4에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 통기홈(33)이 형성된다. 이때, 통기홈(33)은 공동(C)으로부터 코어부(11)의 반경방향으로 연장되어 코어부(11) 외주면까지 즉, 둘레부(13) 내주면(14)에 이르기까지 매우 얕은 깊이로 형성되는 바, 이 통기홈(33)은 형단조 시 도 6에 도시된 것처럼, 하부금형(3)의 공동(C)에 일부 삽입된 예비 단조품(P)을 상부금형(5)에 의해 충격하여 열박음할 때 공동(C) 내에서 압축되는 공기를 하부금형(3) 외부로 방출시킨다.

또한, 제1 및 제2 코어(21,23)는 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 위 접촉면(31)의 외측 축방향 모서리를 따라 절결면(35,37)이 형성될 수 있다. 따라서, 절결면(35,37)은 도 2에 도시된 것처럼, 하부금형(3)이 조립된 때, 둘레부(13) 내주면(14)과 함께 코어부(11) 높이방향으로 통기로(35)를 형성한다. 이때, 통기로(35)는 도 4에서 알 수 있듯이 통기홈(33)과 이어지므로, 위와 같이 공동(C)에 일부 삽입된 예비 단조품(P)을 상부금형(5)으로 충격할 때 공동(C) 내에서 압축되는 공기를 보다 원활하게 방출시킨다.

상기 둘레부(13)는 하부금형(3) 조립 시 코어부(11)를 둘러싸는 부분으로, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 두께가 두꺼운 중공 원통형 통체로 이루어지는 바, 코어부(11)가 형단조 시 상부금형(5)에 의해 가해지는 충격에도 불구하고 제1 및 제2 코어(21,23)로 분리되지 않고 견딜 수 있도록 잡아주는 역할을 한다. 이때, 하부금형(3) 조립 시 상호 접촉하는 둘레부(13) 내주면과 코어부(11) 외주면은 도 3에 도시된 것처럼 상하면에 대해 직각으로 수직하게 형성되나, 도 4에 도시된 것처럼, 아래에서 위로 점차 가늘어지도록 테이퍼진 형태를 가질 수 있으며, 이 형태가 충격 흡수를 고려할 때 좀 더 바람직하다.

한편, 둘레부(13)는 형단조 시 발생하는 충격을 보다 효과적으로 흡수할 수 있도록, 적어도 둘 이상의 관체(25,27)로 구성되는 것이 바람직하다. 이때, 각각의 관체(25,27)도 또한, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 두께가 두꺼운 중공 원통형의 통체로 이루어지며, 하부금형 조립 시 가 동축 상으로 겹치도록 상호 접촉하여 배치됨으로써, 제1 코어(21)와 상기 제2 코어(23)를 상호 정합된 상태로 둘러싸 코어부(11)를 유지하도록 고정한다. 이와 같이, 둘레부(13)는 관체(25,27)에 의해 이중 구조를 가지므로, 형단조 시 발생하는 열에 의한 열팽창을 단절시킴으로써, 코어부(11)에 대한 구속력을 더욱 높이게 된다. 즉, 형단조 시 코어부(11)에 발생한 열은 코어부(11)와 맞닿은 제1 관체(25)로 이동하여 제1 관체(25)를 팽창시키려 하며, 이때 제1 관체(25)보다 덜 가열된 제2 관체(27)는 제1 관체(25)보다 덜 팽창하므로 반대로 제1 관체(25)를 구속하려 하며, 이 과정에서 제1 관체(25)에 대한 구속력을 발생시킨다. 따라서, 이러한 이중 구조의 둘레부(13)는 둘레부(13)가 하나의 관체로 이루어진 경우에 비해, 코어부(11)에 대한 구속력을 더 높일 수 있게 된다. 이때, 상호 접촉하는 제1 관체(25)의 외주면과 제2 관체(27)의 내주면은 코어부(11) 외주면 및 제1 관체(25) 내주면과 마찬가지로 상하면에 대해 직각인 도 3과 달리 도 4에 도시된 것처럼, 아래에서 위로 점차 가늘어지도록 테이퍼진 형태를 가질 수 있으며, 이 형태도 또한 충격 흡수를 고려할 때 좀 더 바람직하다.

상기 상부금형(5)은 위에서 언급한 바 있듯이, 형단조를 위해 예비 단조품(P)을 직접 충격하는 부분으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 일반 단조의 해머나 펀칭 가공의 펀치와 같이 소재 즉, 예비 단조품(P)을 강하게 충격하는 바, 1회의 충격에 의해 예비 단조품(P)을 단조품(F)으로 완성한다. 다만, 단조품(F)인 도시된 것처럼 요크인 경우, 상부금형(5)은 하단의 충격면(41)이 요크의 U자형 머리부(51) 상면과 동일한 외형선을 갖도록 아래로 길게 연장되도록 형성된다. 이때, 예비 단조품(P)은 아래 부분이 하부금형(3)의 공동(C)에 삽입된 채로 상부금형의 충격을 대기한다.

이제, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 형단조용 금형(1)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 형단조용 금형(1)에 의해 요크 등의 단조품을 가공하기 위해서는 먼저, 소재를 예비 단조 등의 공정을 통해 예비 가공하여 예비 단조품(P)을 준비한다.

그 다음, 도 6에 도시된 것처럼, 하부금형(3)의 공동(C)에 예비 단조품(P)을 삽입하는 등 형단조 공정의 준비를 마친다.

그리고 나서, 상부금형을 예비 단조품(P)에 대해 강하게 충격함으로써, 최종 단조품(F)을 제작하게 된다.

이때, 코어부(11)는 제1 및 제2 코어(21,23) 두 개의 코어로 이루어져 있기 때문에, 상부금형(5)에 의한 충격에 의해 예비 단조품(P)을 하부금형(3)의 공동(C)에 열박음할 때, 순간적으로 벌어지면서 공동(C) 내에서 압축되는 공기를 외부로 빼내고, 충격을 분산시키므로, 열박음 시 가해지는 강력한 충격에도 불구하고 내충격성은 물론, 내구강도를 유지할 수 있게 된다.

또한, 제1 및 제2 코어(21,23)의 통기홈(33) 및/또는 통기홈(33)은 위와 같이 상부금형(5)에 의해 예비 단조품(P)을 하부금형(3)의 공동(C)에 열박음할 때, 공동(C)으로부터의 압축공기 방출 및 제1 및 제2 코어(21,23)에 가해지는 충격 완화가 더욱 효과적으로 이루어지도록 한다.

더욱이, 코어부(11)는 초경 분말합금 또는 이보다 내부 인장력이 우수한 분말철 합금 등으로 제작되는 바, 위와 같은 충격을 반복적으로 받아도 장수명을 유지할 수 있다.

또한, 예비 단조품(P)이 상부금형(5)에 의해 충격될 공동(C) 내에서 압축되는 공기는 통기홈(33)을 통해 또는 통기홈(33)과 통기로(35)를 통해 하부금형 외부로 방출되며, 둘레부(13)가 제1 및 제2 관체(25,27)에 의해 두 겹으로 이루어진 경우, 제1 관체(25)와 제2 관체(27) 사이의 열전달에 일시적으로 단절이 발생하므로, 가열된 제1 관체(25)가 팽창하려할 때 덜 가열된 제2 관체(27)가 제1 관체(25)를 구속하게 되어, 둘레부(13)가 한 겹으로 되어 있을 때보다 효과적으로 코어부(11)를 구속할 수 있게 된다.

1 : 형단조용 금형 3 : 하부금형
5 : 상부금형 11 : 코어부
13 : 둘레부 21 : 제1 코어
23 : 제2 코어 25 : 제1 관체
27 : 제2 관체 31 : 접촉면
33 : 통기홈 35 : 통기로
41 : 충격면 C : 공동
F : 단조품 P : 예비 단조품

Claims

단조품(F)의 외형선과 동일한 형태로 내주면이 형성된 공동(C)을 갖는 하부금형(3); 및
적어도 일부분이 상기 공동(C)에 삽입된 예비 단조품(P)을 충격하여 상기 공동(C) 내에서 상기 단조품(F)을 형성하는 상부금형(5);을 포함하여 이루어지되,
상기 하부금형(3)은,
중심선을 포함하는 평면을 따라 적어도 제1 코어(21)와 제2 코어(23)로 이분되어 있는 코어부(11); 및
상기 제1 코어(21)와 상기 제2 코어(23)를 상호 정합된 상태로 둘러싸 고정하는 둘레부(13);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 형단조용 금형.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 코어(21) 또는 상기 제2 코어(23)는 상기 하부금형(3)으로 합체된 때 상호 맞닿음되는 접촉면(31) 상에 상기 공동(C)으로부터 상기 둘레부(13) 내주면(14)에 이르는 통기홈(33)을 포함하는 것을 특징으로 하는 형단조용 금형.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 코어(21) 및 상기 제2 코어(23)는 상기 접촉면(31)의 외측 축방향 모서리에 절결면(35,37)이 형성되어, 상기 하부금형(3)으로 합체된 때 상기 통기홈(33)과 이어지도록 상기 절결면(35,37)과 상기 둘레부(13) 내주면(14)에 의해 통기로(35)를 형성하는 것을 특징으로 하는 형단조용 금형.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 둘레부(13)는 적어도 둘 이상의 관체(25,27)가 동축 상으로 겹치도록 상호 접촉하여 배치되는 것을 특징으로 하는 형단조용 금형.