KR810001713Y1 - 등온 단조기용 공구 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

등온 단조기용 공구

제1도 반경 분할된 반분 다이의 종단면도.

제2도 반경 분할된 반분 다이의 횡단면도.

제3도 분할된 반분 다이의 사시도.

제4도 원호로 분할된 반분 다이도.

제5도 상하 반분 다이의 종단면도.

제6도 분할된 반분다이의 궁형 같은 각각의 부분품의 투시도.

본 고안은 두개의 반분다이로 이루어져 있는 등온 단조기용 공구에 관한 것으로, 이 반분 다이중 적어도 한개는 1회이상 분리되어 있다.

등온 단조기용 공구는 초가소성(超可塑性)의 온도범위 내의 비교적 느린 소성 변형에 사용된다. 이 공구는 실제로 가공될 공작물과 똑같이 높은 작업온도에까지 노출되고, 전자 및 후자 모두 한결같이 가열되는 것은 모든 경우에서 확실히 필요하다. 유도 가열장치는 통상적으로 공구 및 공작물의 일부를 가열하는데, 작업온도를 일정하게 유지하는데 적용되어 있다.

지금까지 공구는 두개의 반분다이가 각각 몰리브덴 또는 니켈로 된 합금으로 만들어지도록 설계되었다.

종종 복잡한 형태는 대부분 경우 전해침식을 사용하여 많은 공구없이 수행되어야 했다.

등온 단조용 이런 종류의 장치는 공보에 기재되었다.(예를 들면, D.J앱손, F.J.구르네이, ＂개량된 수압단조 프레스에 대한 단조 및 마찰용 가열 다이＂, 금속과 재료, 1973년 12월 : 영국특허 699687; 미국특허3698219).

통상적인 방법으로 제조된 등온 단조용 공구는 때때로 작업하기에 어려운 고온합금을 사용하여야 하기 때문에 비싸다.

깊은 홈, 곡률이 적은 반경 및 날카로운 모서리 및 내향 코너로 이루어진 복잡한 모양은 통상의 가공방법으로는 제조될 수 없으므로 전해침식과 같은 매우 값비싼 공법에 의지해야 할 필요가 있다. 더욱이 작업물과 다이 사이에 국부 용접의 결과로 쓸모없게 된 공구는 변질부가 방해되기 때문에 수선하는데 많은 비용이 들며, 종종 수선조차 할 수 없다. 이러한 경우에 전체공구의 전체적인 손실은 복잡한 제품을 만드는데 필수적인 경비요소를 결정하는 것을 나타낸다.

본 고안의 목적은 등온 단조기용 공구를 제공하는데 있으며, 이 공구는 복잡한 형태를 만들때라도 통상적인 공법에 의해 간단하게 제조할 수 있다. 이 공구는 작업수명이 길며, 간단한 방법으로 유지 및 수선되며, 가능한한 긴 공구의 수명을 지녔다. 더욱이 유도가열에 의하여 공장내에서 공구를 모든 단면적내에 가능한한 신속하고 균일하게 작업온도까지 및 그 온도를 유지할 수 있어야 한다.

본 고안에 따라서, 처음 정의된 형태의 공구에서 분할된 반분 다이는 각개의 부분품, 즉 단조될 작업물에 향한 각각의 부분품은 적어도 접촉면 또는 전면에 얇고 전기적으로 절연층을 갖는 부분품으로 조립되어 있다.

특별히 유익한 실시예에서 전기적으로 절연층을 가지며, 단조된 작업물과 대면하는 부분품은 높은 열강도와 단조될 공작물로부터 멀리 떨어져 대향하는 부분의 내마멸성보다 높은 내마멸성을 갖는 물질로 이루져어 있다.

본 고안이 기초로 된 결정 안내 개론은 각 부가 용이하게 작업될 수 있는 공구의 설계로 구성되어 있으며, 이것은 최적 조건에서 특별한 작업조건에 물질을 적용시킬 수 있고, 각 부분품에 절연층을 제공하므로서 유도 가열시 국부 용접되는 위험과 불균일한 온도분포의 위험이 없다.

더욱 본 고안의 상세한 설명은 첨부한 도면을 상세히 설명한 예시적인 실시예로부터 알 수 있다.

제1도에 반경 분할된 반분 다이를 통한 종단면도가 도시되어 있다. 이 반분 다이는 상부 다이 및 하부 다이로 사용될 수 있다. 공작물로서 선택된 실시예는 반경방향으로 배치된 날개를 갖는 중심-대칭체(콤프레셔 바퀴)이다. 각각의 세그멘트(2)로 구성되고 작업 위치에서 직접 단조될 공작물에 대면하는 내고온(耐高溫) 및 내피복성 부분품은 그들의 측면에 홈을 갖는다.

세그멘트(2)는 모든면이 절연층으로 되어 그들은 서로 전기적 접촉을 갖지 않는다. 세그멘트(2)는 링(1)으로 함께 잡고 있다. 절연층(3)은 또한 세그멘트(2)의 상호 접촉면에 한정되어 있고, 링(1)으로 그들에 한정되어 있다. 작동시 유도된 전류에 의해 스스로 가열되고, 용접에 해로운 브릿지가 없을 때 각각의 세그멘트는 공구의 인접 부분품 사이 또는 부분품과 공작물 사이에 형성되는 것이 단 한가지 조건이다. 이와 같은 용접은 공구 및 간접적으로 공작물의 불균일한 가열의 결과가 된다. 단조시 공작물에의 공격은 모든 주위 환경하에서 피하여져야 한다.

제2도는 부분 횡단면도로 제1도에 상응하는 것이다. (4)는 인접 세그멘트(2)의 반경 접촉면이다. 다른 참고번호는 제1도와 같다. 세그멘트(2)는 서로 같아서는 안되고, 또한 예를 들면 다른 중심각을 가져야 한다. 또한 반경 접촉면(4)는 축방향으로 설계되어 인접 세그멘트(2)의 겹침은 탄젠트 방향의 결과가 된다.

반분 다이의 분할은 각 경우 요구될 수 있고 최적방법으로 다이 내에 공작물의 모양에 적용될 수 있다.

제3도 및 제4도는 분할된 반분다이의 구체적인 실시예의 도면이다. 세그멘트(2)는 경사 위치에서 또는 원호의 연장된 측면을 가져 각각 같은 종류의 접촉면(4)와 (5)를 이루게 된다. 예를 들면 이런 종류의 모양은 반경으로 연장되지 않는 칼날을 갖는 터빈 바퀴와 콤프레셔 바퀴의 경우에 일어난다. 이것은 복제밀링과 윤곽밀링에서 똑같은 방법으로 제조될 수 있다.

인접 세그멘트(2)의 접촉면의 특별한 이점은 그들이 차동 열팽창의 경우에 재밍(Jamming)이 생기지 않고 더욱 자유롭게 움직인다는 것이다.

제5도는 상하 반분다이를 통한 종단면도이다.

콤프레샤 바퀴의 상당히 복잡한 네가티브 모양을 나타내는 상부 반분다이는 반경방향 및 축진행 방향으로 수회 분할되었다.

세그멘트(2)의 외부 가장자리는 링(1)에 의해 함께 붙잡고 있다. 이 때 허브(hub)부분은 스리브(7)과 분출기(8)에 의해 결합되어 있다. 축방향으로 붙은 다이 캐리어(상세히 나타나 있지 않음)는 분리될 수 있으며, 요구된 절연에 비추어 이 관계에 흥미없는 여러 물질이 사용된다. 공작물의 단순 평면 주변면에 상응하여 하부 반분다이는 램(ram)(10)에 지지된 싱글 피이스로 이루어져 있다. 물론 하부 반분 다이는 필요하면 분할될 수 있다.

제6도는 제5도에 따라서 분할된 반분 다이에 상응하는 세그멘트 같은 각각의 부분품의 투시도이다. 측면에 반경 위치에서 평면 접촉면(4)는 콤프레샤 바퀴의 단면 칼날 표면(11)(네가티브 형태)으로 병진운동을 한다. 인접 세그멘트(2)의 이런 타잎의 두개의 표면(11)은 각 경우에 홈을 형성하여 공작물의 물질이 단조공정중 흐른다.

모든 경우 전기적으로 절연층(3)은 바람직하기로는 알루미늄, 마그네슘, 실리콘, 세륨 또는 이트륨 등의 산화물 또는 적어도 이들 산화물의 두가지로 이루어져 있으며, 0.01 내지 500μ의 두께를 갖는다. 절연층(3)은 플라즈마 스프레이, 불꽃 스프레이 또는 양극 스퍼터(sputter)에 의하여 각각의 성분(예,세그멘트(2))에 적용된다.

링(1)이 다이의 형삭부(形削部)에 속한 경우에는 세그멘트(2)와 같은 물질로 제조하여 모든 부분품이 똑같은 물질로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 그러나 만일 다이가 복잡한 모양을 갖고 단지 보지하는 부분품과 실제형삭을 수행하는 부분품 사이에 일의 분할이 있다면 단조될 공작물로부터 멀리 떨어진 부분품의 재료보다 형삭하는 부분품이 높은 내열성과 내마모성을 갖는 재료를 선택하는 것이 유익하다.

가장 높은 열 및 기계적 충격을 갖는 부분품은 TZM 타잎의 몰리브덴 합금으로 제조하는 것이 바람직하다. 이와 같은 합금은 대부분 0.4∼0.55%의 Ti, 0.06∼0.12%의 Zr 및 0.01∼0.04%의 C, 잔부 Mo을 포함한다.

또한, 티타늄 고함유 합금도 사용될 수 있는데 예를 들면 1.0∼1.4%의 Ti, 0.25∼0.35%의 Zr 및 0.07∼0.13%의 C, 잔부 Mo이다. 1.0∼1.12%의 Hf, 0.06∼0.067%의 C 및 잔부 Mo로 된 합금이 또한 이 목적에 적합하다. 몰리브덴이 높은 온도에서 산화되기 쉽기 때문에 이러한 종류의 공구는 예외없이 산소가 적거나 없는 기압에서 사용된다. 사용된 가스는 아르곤이 바람직하다.

또한 높은 크리프 한계나 긴 수명의 니켈 합금은 값이 싸기 때문에 TZM 대신에 공구의 높은 충격 부분품에 사용된다. 이와같은 IN 100 또는 7BLC의 니켈합금은 예를 들면 다음 조성을 갖는다.

0.18%C 0.05%C

10.0%Cr 12.0%Cr

3.0%Mo 4.5%Mo

15.0%Co 2.0%Nb

4.7%Ti 0.6%Ti

5.5%Al 5.9%Al

0.014%B 0.01%B

0.06%Zr 0.1%Zr

1.0%V 잔부 Ni

잔부 Ni

단조될 공작물로부터 멀리 떨어져 있는 다이 및 적은 마모 및 낯은 특정 기계적 충격을 받는 다이의 이러한 부분품을 위해 다음의 조성을 갖는 Ni115 또는 INC625 타잎의 니켈 합금은 더 엄격하게 요구되는 곳에 바람직하게 사용된다.

0.15%C 0.05%C

15%Cr 0.15%M

15%Co 0.3%Si

3.5%Mo 22%Cr

4.0%Ti 9%Mo

5.0%Al 4%Nb

잔부Ni 3%Fe

0.2%Ti

0.2%Al

잔부 Ni

덜 엄격한 요구와 낯은 단조 온도에 작물로부터 멀리 떨어져 있는 다이의 부분품은 Cr/W, Cr/Mo 또는 Cr/Ni 타잎의 고열 작업공구강 또는 스텐레스 오오스테나이트나 페라이트(ferrite)강으로 구성될 수 있다.

바람직한 스텐레스 강의 조성의 예는 아래와 같다.

오오스테나이트강 페라이트 강

최대한 0.1%의 C 0.2∼0.26%의 C

최대한 1.0%의 Si 0.1∼0.5%의 Si

최대한 2.0%의 Mn 0.3∼0.8%의 Mn

최대한 0.045%의 P 최대한 0.035%의 P

최대한0.030%의 S 최대한 0.035%의 S

17∼19%의 Cr 11∼12.5%의 Cr

9∼11.5%의 Ni 0.3∼0.8%의 Ni

최대한 5X%의 C%의 Ti 0.8∼1.2%의 Mo

0.25∼0.35%의 V

최대한 8X%의 C%의 Nb 최대한 0.6%의 W

잔부 Fe 최대한 0.05%의 Nb

잔부 Fe

다음 조성은 Cr/Mo그룹의 고열작업 공구강의 예로 들 수 있다.

0.4% C

1.0% Si

5.3% Cr

1.4% Mo

1.0% V

제조방법의 예 :

Ti6Al4V 타잎의 티타늄 합금으로 된 콤프레셔 바퀴의 등온 단조용 제5도에 상응하는 다이는 다음과 같이 제조될 수 있다.

다음 조성을 갖는 TZM 타잎의 몰리브덴 합금이

0.5% Ti

0.8% Zr

0.02% C

잔부 Mo

고열 및 기계적 충격을 받는 다이의 상부의 모든 부분품 용으로 선택되었다.

링(1)과 스리브(7)은 선반에 의해서 기계 가공되고, 세그멘트(2)는 선반과 밀링에 의해 기계 가공된다.

특별히 윤곽칼날면(11) (제6도)는 복제(Copy)-밀링에 의해 제조된다. 세그멘트(2)는 반경 위치에서 표면(4)와 접촉한다. (제2도 및 제6도).

종료후에 부분품의 표면은 폴리싱되어지고 이어서 구리스를 없애고 초음파욕에서 알콜 세척되어진다.

세그멘트 표면에 접촉되고 절연되는 링(1)과 슬리브(7)의 표면 및 세그멘트(2)의 전체표면은 절연층(3)으로 부여된다. (제1도 및 제2도).

이 공정 단계는 알루미나의 양극 스퍼터에 의해 수행된다. 이론치의 98%의 밀도를 갖는 99.98% Al₂O₃의 고순도의 타게트는 타게트 면적의 0.17K㎾/㎠의 밀도에서 10^-4㎜Hg의 압력하 및 아르곤 기체하 양극 스퍼터 단위 내에서 스퍼터시킨다. 타게트로부터 피복될 부분품의 표면의 거리는 30㎝이다.

한시간 후 사용된 Al₂O₃절연층 3의 두께는 0.1μ이었다. 예를 들면 1μ와 같은 두꺼운 층도 이 방법으로 얻을 수 있으며, 이것은 10시간의 스퍼터가 요구된다. 요구되는 층 두께는 형상과 조립정밀도 및 다이의 각 부분품의 얻어지는 표면 재질에 의존된다. 절연층(3)의 적용이 완전히 끝난 후 각 부분은 더 이상 표면처리할 필요없이 공구의 조립 및 사용을 할 수 있다.

공구의 형태는 제1도 내지 제6도에 나타낸 예시적 실시예에 제한되는 것은 아니다. 다른 기하학적 다이가 또한 이 원리에 따라 만들어질 수 있다.

특별히 사면형, 장방형, 6각형 및 8각형 외형을 갖는 공구도 제조될 수 있다. 더욱이 단조될 생성물은 중심 대칭적이어서는 안된다.

원칙적으로 이 공구는 초가소성 상태 및 온도범위를 갖는 모든 금속재료와 경제적으로 등온 성형될 수 있는 모든 금속재료에 사용될 수 있다. 이것은 티타늄합금에 매우 특별한 정도까지 적용되며, 또한 고온내성 닉켈 합금에 적용된다. 그러나, 알루미늄 합금과 같은 경금속 합금은 전술한 공구로 등온 단조될 수 있다.

본 고안에 따라 등온 단조용 공구는 산업에서 매우 널리 요구되는 열간성형 금속 재료용으로 제공된다.

공구와 작업물 양쪽의 균일 열간 통행은 반분 다이의 최적분할, 각 부분품용으로 요구되는 재료의 적당한 정도 및 이들 표면에 전기적으로 절연층의 적용에 의해 보증된다. 본 고안에 따라 공구의 제작은 경비절감, 간단한 제조, 공장에서 인접 공구 부분품에의 공격방지 및 용접의 파괴방지, 간단한 유지, 경제적 수선, 긴 작업기간 및 긴 수명을 보장한다.

Claims (1)

1. 분할된 반분다이가 각각의 부분품(2)으로 조립되고, 적어도 단조될 작업물에 대면하는 각각의 부분품이 그들의 접촉 표면에 얇고 전기적으로 절연된 층(3)을 구비하는 것을 특징으로 하는 두개의 반분다이로 이루어진 등온 단조용 공구.