KR20220087787A - 고무 백을 이용한 등방 압축 성형 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 고무 백을 이용한 등방 압축 성형 방법은, 원료 분말을 정량으로 계량하여 건조 챔버 내에서 소정 시간 보온하는 단계; 원료 분말을 일체형 고무 백의 내부에 충전하는 단계; 상기 고무 백을 진공 챔버에 넣고 진공 환경을 조성하는 단계; 진공이 형성된 상기 고무 백의 입구부를 막는 단계; 상기 고무 백을 압력용기의 압력유체 내부에 배치하는 단계; 및 상기 압력용기 내 압력유체가 상기 고무 백을 가압하여 제품을 성형하는 단계를 포함한다.

Description

고무 백을 이용한 등방 압축 성형 방법{METHOD FOR ISOSTATIC PRESSING FORMING USING RUBBER BAG}

본 발명은 고무 백을 이용한 등방 압축 성형 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제품의 형상과 유사한 일체형 고무 백을 이용하여 원료 분말을 다양한 형상으로 등방 압축 성형하는 방법에 관한 것이다.

등방 압축 성형은 탄성력을 갖는 성형틀 내부에 분말 형태의 화약물질을 주입하고, 압력용기에 넣은 후 유체를 이용하여 수행하는 성형 공법이다.

고폭 화약을 무기에 충전하는 방법으로는 화약을 녹여서 충전하는 용융충전방법 또는 주조형 방법, 화약을 정량 계량한 후 1축 또는 2축으로 하중을 가함으로써 펠릿을 성형한 다음 무기에 압축 충전하는 방법, 높은 성형 압력으로 등방 압축한 후 제품 형상으로 기계 가공하여 충전하는 방법 등이 있다.

압축형 복합 화약은 HMX(옥토겐), RDX(헥소겐)의 원료화약 등에 고분자 결합제와 가소제 등을 코팅한 후 높은 성형 압력으로 가압하여 고체상태의 화약 성형체를 만드는 것을 의미한다. 특히, 체적이 큰 화약 성형체의 경우 균일한 밀도를 갖기 위해 등방 압축 성형법이 주로 사용된다.

일반적으로 등방 압축은 고무, 우레탄 등과 같이 탄성이 우수한 재료로 만들어진 고무 백과 금속 몰드를 체결한 후, 내부에 분말 화약을 채운다. 그리고 유체를 이용하여 압력용기 내에서 무한 다축 방향으로 압력(정수압)을 가하여 성형한다. 이러한 성형 공정은 요철이 심한 형상도 용이하게 성형할 수 있다는 장점이 있으나, 성형 후 제품과 동일한 형상을 제작하기 위해 기계 가공을 해야 한다. 기계 가공시, 화약 가공량이 많아 원료화약의 손실이 크다는 단점도 있다.

그리고, 금속 몰드와 결합되는 체결형 고무 백을 적용하여 등방 압축 성형을 진행하면, 분말과 금속 몰드 표면 간 압력 손실과 불균일한 압력 전달이 우려된다. 이는 화약 성형체의 비틀림, 변형, 깨짐 등과 같은 결점을 초래할 수 있으며, 성형체 내부 불균일한 응력 분포로 인하여 부분적으로 성형 밀도 차이가 발생하는 문제점이 있다.

등록특허공보 제10-1220107호

본 발명은 최종 제품 형상과 유사하게 성형 후 기계 가공하여 충전되는 원료화약 분말의 소요량과 성형 후 화약 가공량을 줄일 수 있고, 금속 몰드로 인하여 발생하는 압력 손실과 불균일한 압력 전달을 개선하며 성형된 제품의 형상 유지 및 밀도 향상에 효과적인 고무 백을 이용한 등방 압축 성형 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고무 백을 이용한 등방 압축 성형 방법은, 원료 분말을 정량으로 계량하여 건조 챔버 내에서 소정 시간 보온하는 단계; 원료 분말을 일체형 고무 백의 내부에 충전하는 단계; 상기 고무 백을 진공 챔버에 넣고 진공 환경을 조성하는 단계; 진공이 형성된 상기 고무 백의 입구부를 막는 단계; 상기 고무 백을 압력용기의 압력유체 내부에 배치하는 단계; 및 상기 압력용기 내 압력유체가 상기 고무 백을 가압하여 제품을 성형하는 단계를 포함한다.

상기 고무 백은 원료 분말을 충전하고 클램프에 의해 밀폐 가능한 입구부와, 최종 제품 형상과 유사한 형상을 가지고 상기 입구부와 일체로 밀폐되도록 형성된 본체부를 포함할 수 있다.

상기 고무 백의 본체부는 수축률을 고려하여 성형 제품 치수에 비해 40~70% 크게 제작될 수 있다.

상기 가압 성형 단계에서, 상기 압력유체는 90~120℃의 온도로 가열될 수 있다.

상기 가압 성형 단계에서, 상기 압력유체는 200~250MPa의 압력으로 가압될 수 있다.

상기한 본 발명의 고무 백을 이용한 등방 압축 성형 방법에 의하면, 최종 제품 형상과 유사하게 제작되어, 충전되는 원료화약 분말의 소요량과 성형 후 화약 가공량 절감 및 기계 가공 공정 시간 단축을 할 수 있는 장점이 있으며, 이는 제품을 생산함에 있어, 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 등방 압축 성형 방법에 의하면, 금속 몰드를 제거함으로써, 금속 몰드로 인하여 발생하는 압력 손실과 불균일한 압력 전달을 개선할 수 있으며, 이는 원료화약 분말이 등방 압축 성형을 통하여 형상 유지가 우수함과 동시에, 밀도 향상에 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 챔버에 원료 분말을 보온 건조하는 것을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고무 백을 나타내는 사시도이다.
도 3은 진공 챔버 내에서 원료 분말을 충전한 고무 백 내부를 진공화하는 것을 나타내는 일부 절개 사시도이다.
도 4는 고무 백의 입구부를 클램프로 밀폐하는 것을 나타내는 사시도이다.
도 5는 압력용기의 압력유체 내에 고무 백을 침지하는 것을 나타내는 일부 절개 사시도이다.
도 6은 압력유체에 의해 고무 백이 등방 압축 성형되는 것을 나타내는 개념도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 관한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 챔버에 원료 분말을 보온 건조하는 것을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고무 백을 나타내는 사시도이며, 도 3은 진공 챔버 내에서 원료 분말을 충전한 고무 백 내부를 진공화하는 것을 나타내는 일부 절개 사시도이고, 도 4는 고무 백의 입구부를 클램프로 밀폐하는 것을 나타내는 사시도이며, 도 5는 압력용기의 압력유체 내에 고무 백을 침지하는 것을 나타내는 일부 절개 사시도이고, 도 6은 압력유체에 의해 고무 백이 등방 압축 성형되는 것을 나타내는 개념도이다.

본 발명의 고무 백을 이용한 등방 압축 성형 방법은, 원료 분말(10)을 정량으로 계량하여 건조 챔버(20) 내에서 소정 시간 보온하는 단계, 원료 분말을 일체형 고무 백(30)의 내부에 충전하는 단계, 고무 백(30)을 진공 챔버(40)에 넣고 진공 환경을 조성하는 단계, 진공이 형성된 고무 백(30)의 입구부(34)를 막는 단계, 고무 백(30)을 압력용기(60)의 압력유체(62) 내부에 배치하는 단계, 및 압력용기(60) 내 압력유체(62)가 고무 백(30)을 가압하여 제품을 성형하는 단계를 포함한다.

원료 분말(10)은 주로 화약 분말이지만, 가압(등방 압축) 성형될 수 있는 것이라면 금속 재료 또는 세라믹 재료의 분말에도 본 발명이 적용될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 건조 챔버(20)는 상면이 개방된 사각 박스 또는 원통형 박스 형태일 수 있다. 건조 챔버(20)는 개방된 상면을 덮는 커버(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 벽면들이 단열 재질로 이루어질 수 있다. 건조 챔버(20)의 바닥에는 보관되는 원료 분말(10)을 소정 온도로 보온하기 위한 건조 히터(22)가 구비될 수 있다. 건조 히터(22)는 건조 챔버(20)의 바닥뿐만 아니라 측벽에도 구비될 수 있다. 건조 히터(22)는 온수와 같은 고온의 유체가 내부로 유동하는 파이프라인으로 구성될 수 있다.

원료 분말(10)이 특히 화약일 경우 폭발의 위험이 있으므로, 성형에 필요한 정량만을 계량하여 건조 챔버(20) 내에서 소정 시간 보온함으로써, 원료 분말(10)을 소정 온도로 만들 수 있다.

다음에, 원료 분말(10)을 일체형 고무 백(30)의 내부에 충전한다. 고무 백(30)은 내부에 분말이 충전될 수 있는 공간이 형성되고 전체가 가압 성형될 수 있도록 일체로 형성된다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 고무 백(30)은 원료 분말(10)을 충전하고 클램프(50)에 의해 밀폐 가능한 입구부(34)와, 성형 제품과 유사한 형상을 갖고 입구부와 일체로 밀폐되도록 형성된 본체부(32)를 포함할 수 있다. 도 2에서 본체부(32)는 원뿔대 형태로 형성되어 있으나, 성형 제작하려는 제품의 형상에 대응하여 다양한 형태로 형성될 수 있다. 종래의 고무 백은 고무로 형성된 측벽부와 금속으로 형성된 바닥부를 결합하여 구성되었으나, 본 발명의 고무 백(30)은 본체부(32)와 입구부(34) 모두가 동일한 고무 재질로 일체로 형성될 수 있으며, 최종 제품 형상과 유사하게 제작된다.

다음에, 도 3에 도시된 바와 같이, 고무 백(30)을 진공 챔버(40)에 넣고 진공 환경을 조성한다. 진공 챔버(40)는 원통형 박스 형태를 가지고 상면이 개방된 챔버본체(41)와, 챔버본체(41)의 상면 개구부를 덮어 밀폐하는 덮개(43)를 포함할 수 있다. 챔버본체(41)의 상단 테두리부는 단차가 지도록 형성되고, 그 모서리 내측에 덮개(43)에 의해 압착되는 실링부재(44)를 구비할 수 있다. 또한, 챔버본체(41)의 일측에는 에어 펌프(미도시)에 연결되어 진공 챔버(40) 내부의 공기를 배출하기 위한 진공라인(45)이 연결될 수 있다. 작업자는 덮개(43)를 열고 원료 분말(10)이 충전된 고무 백(30)을 챔버본체(41) 바닥에 놓은 다음 덮개(43)를 닫아 밀폐할 수 있다. 그런 후, 진공 챔버(40) 내부의 공기를 빼내어 진공 환경을 조성하면, 입구부(34)가 열려 있는 고무 백(30) 내부도 진공 상태가 될 수 있다.

다음에, 도 4에 도시된 바와 같이, 진공이 형성된 고무 백(30)의 입구부(34)를 클램프(50)를 이용하여 막아서 밀폐한다. 클램프(50)는 서로의 간격을 좁힘으로써 고무 백(30)의 입구부(34)를 가압하여 입구부(34)를 밀폐할 수 있게 형성되는 고정판(51)과 가동판(52)을 포함하고 있다. 고정판(51)과 가동판(52) 사이를 좁히거나 넓힐 수 있도록, 고정판(51)과 가동판(52)은 볼트(53)와 너트(54)에 의하여 체결된다. 조작의 용이함을 위하여 볼트(53)는 고정판(51)에 고정되어 있으며, 너트(54)는 공구가 없어도 신속하게 조일 수 있도록 연장된 손잡이를 구비할 수 있다. 다만, 도 4에 보인 것과 달리, 클램프는 전환 조작에 의해 잠금 상태를 얻는 래치 형태, 풀(pull) 또는 푸시(push) 조작에 의해 잠금 상태를 얻는 형태 등 다양한 메커니즘에 의하여 구현될 수 있다.

다음에, 도 5에 도시된 바와 같이, 클램프(50)에 의해 밀폐된 고무 백(30)을 압력용기(60)의 압력유체(62) 내부에 배치한다. 압력용기(60)는 상면이 개구된 직육면체 박스 형태로 이루어지고, 내부에 물과 같은 압력유체(62)가 채워질 수 있다. 압력용기(60)의 상측에는 고무 백(30)이 출입할 수 있는 개구부가 형성되고, 그 개구부에 커버(미도시)를 결합하여 밀폐될 수 있다. 압력용기(60)는 한꺼번에 다수개의 고무 백(30)을 투입하여 압축 성형할 수 있도록 충분한 크기로 형성될 수 있다.

압력용기(60)의 바닥에는 압력유체(62)를 소정 온도로 가열하기 위한 압력 히터(64)가 설치될 수 있다. 압력 히터(64)는 고온의 유체가 유동하는 파이프라인으로 구성될 수도 있고, 전열선으로 구성될 수도 있다.

마지막으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 압력용기(60) 내 압력유체(62)가 고무 백(30)을 가압하여 제품을 등방 압축 성형할 수 있다. 압력유체(62)에 펌프 등으로 압력을 가하면, 고무 백(30)은 모든 방향에서 소정의 압력이 가해져서 수축되면서 분말이 압축되어 소결된 제품을 성형할 수 있다.

고무 백(30)은 등방 압축에 의해 수축되므로, 고무 백(30)의 본체부(32)는 성형 제품 치수에 비해 40~70% 크게 제작될 수 있다. 다시 말해서, 고무 백(30)의 내부 공간 부피가 등방 압축 성형되는 제품 부피의 140~170%로 되도록 제작될 수 있다.

가압 성형 단계에서, 압력유체(62)는 90~120℃의 온도로 가열될 수 있다. 압력 히터(64)가 압력유체(62)를 가열하여 가압 성형하는 동안 압력유체(62)의 온도를 90~120℃의 온도 범위로 유지할 수 있다. 이를 위해, 압력용기(60)는 압력유체(62)의 온도를 감지하는 온도센서(미도시)를 구비하여, 압력유체(62)의 온도에 따라 압력 히터(64)의 작동을 제어할 수 있다.

또한, 가압 성형 단계에서, 압력유체(62)는 200~250MPa의 압력으로 가압될 수 있다. 압력용기(60)는 압력유체(62)를 가압하는 펌프(미도시)에 연결되고, 압력유체(62)의 압력을 감지하는 압력센서(미도시)를 구비할 수 있다. 제어부는 압력유체(62)의 압력에 따라 펌프의 작동을 제어할 수 있다.

본 발명의 고무 백을 이용한 등방 압축 성형 방법에 의하면, 최종 제품 형상과 유사하게 제작되어 충전되는 원료화약 분말의 소요량과 성형 후 화약 가공량을 줄일 수 있고, 금속 몰드로 인하여 발생하는 압력 손실과 불균일한 압력 전달을 개선하며 성형된 제품의 형상 유지 및 밀도 향상에 효과적이다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10: 원료 분말
20: 건조 챔버
22: 건조 히터
30: 고무 백
32: 본체부 34: 입구부
40: 진공 챔버
41: 챔버본체 43: 덮개
44: 실링부재 45: 진공라인
50: 클램프
51: 고정판 52: 가동판
53: 볼트 54: 너트
60: 압력용기
62: 압력유체 64: 압력 히터

Claims (5)

1. 원료 분말을 정량으로 계량하여 건조 챔버 내에서 소정 시간 보온하는 단계;
   원료 분말을 일체형 고무 백의 내부에 충전하는 단계;
   상기 고무 백을 진공 챔버에 넣고 진공 환경을 조성하는 단계;
   진공이 형성된 상기 고무 백의 입구부를 막는 단계;
   상기 고무 백을 압력용기의 압력유체 내부에 배치하는 단계; 및
   상기 압력용기 내 압력유체가 상기 고무 백을 가압하여 제품을 성형하는 단계를 포함하는 고무 백을 이용한 등방 압축 성형 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고무 백은 원료 분말을 충전하고 클램프에 의해 밀폐 가능한 입구부와, 성형 제품 형상에 대응하는 형상을 갖고 상기 입구부와 일체로 밀폐되도록 형성된 본체부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고무 백을 이용한 등방 압축 성형 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 고무 백의 본체부는 성형 제품 치수에 비해 40~70% 크게 제작되는 것을 특징으로 하는 고무 백을 이용한 등방 압축 성형 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가압 성형 단계에서, 상기 압력유체는 90~120℃의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 고무 백을 이용한 등방 압축 성형 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 가압 성형 단계에서, 상기 압력유체는 200~250MPa의 압력으로 가압되는 것을 특징으로 하는 고무 백을 이용한 등방 압축 성형 방법.

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