WO2013147444A1 - 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비 - Google Patents

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WO2013147444A1
WO2013147444A1 PCT/KR2013/002157 KR2013002157W WO2013147444A1 WO 2013147444 A1 WO2013147444 A1 WO 2013147444A1 KR 2013002157 W KR2013002157 W KR 2013002157W WO 2013147444 A1 WO2013147444 A1 WO 2013147444A1
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WO
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pressure vessel
cold isostatic
main frame
cap
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PCT/KR2013/002157
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장진숙
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에너진(주)
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    • B30B15/00—Details of, or accessories for, presses; Auxiliary measures in connection with pressing
    • B30B15/04—Frames; Guides
    • B30B15/042—Prestressed frames

Definitions

  • the present invention is a cold isostatic press and a general press composite equipment (CIP & cold press) that can simultaneously perform the cold isostatic molding function to form isostatic pressure by the pressure of the fluid and the general press function to form the pressure of the liquid applied to the cylindrical cylinder Press).
  • CIP & cold press a general press composite equipment
  • Mold press molding is composed of upper and lower punches and dies, and press-molded by filling powder in a space consisting of lower punches and molds and narrowing the gap between upper punches and lower punches. At this time, due to the friction between the powder and the mold, the density of the upper, middle, lower is molded differently.
  • CIP molding is named after the English Cold Isostatic Pressing method.
  • a molding mold with low form resistance such as a rubber bag
  • the surface of the molded body is equally applied to the hydraulic pressure.
  • compression molding without directivity
  • Conventional powder molding presses and cold isostatic pressing apparatuses are press units for performing powder press molding; A cold isotropic pressure unit for performing cold isostatic molding; A base frame on which the press unit and the cold isostatic unit are installed; It is installed on the base frame and is movable between the press unit and the cold isostatic unit, and acts as a frame for the press unit when aligned on the press unit side, and the cold when aligned on the cold isostatic unit side.
  • the press unit and the cold isotropic pressure unit are installed to easily perform press molding and cold isostatic pressure molding.
  • the conventional powder molding press and cold isostatic pressure forming apparatus has the following problems.
  • the mainframe must be moved for each process. This is difficult to maintain the precision compared to being in place, there is a time loss by transporting heavy objects.
  • manufacturing costs are increased by installing each of the cold isotropic unit for CIP operation and the hydraulic cylinder for mold molding, and the hydraulic components are also increased by changing the pressure medium to apply pressure to each.
  • the working level of the two-layer structure by changing the CIP working level for charging and unloading the work at the upper part of the pressure vessel and the mold forming working level for loading and unloading the raw materials and products at the mold mounting position.
  • the conventional invention has a three-layer structure of the mold forming work level on the Pit level, CIP work level thereon.
  • the present invention has been made to solve the above problems, the problem to be solved by the present invention by performing the pressure cylinder required for press molding and the pressure vessel required for cold isostatic pressure molding using the same pressure vessel
  • the production cost is low, and maintenance is easy in case of failure due to the relatively simple configuration
  • the operator using the present invention cold isostatic press and general press combined equipment performs both processes at the same working level at the same time, thereby improving the productivity of the product. It is to provide a combination of cold isostatic presses and general presses that can be improved.
  • Cold isostatic press and general press composite equipment for achieving the above object is the main frame of the form through the center, the fluid is supported by the penetrated portion of the main frame is injected into the interior
  • a pressure vessel for performing cold isostatic molding and an upper cap installed to slidably move up and down from the upper portion of the pressure vessel by a fluid filled in the pressure vessel to perform a piston function and to open or close the upper portion of the pressure vessel.
  • Topic lid a lower cap (Lower lid) for opening or closing the lower portion of the pressure vessel, and is provided between the upper cap and the main frame is pressed by the pressing force of the upper cap slidingly moved in the pressure vessel
  • It may include a press unit for performing the molding.
  • the press unit includes an upper bolster coupled to an upper portion of the penetrated portion of the main frame, a lower bolster coupled to an upper portion of the upper cap, and an upper bolster to support the lower bolster and simultaneously support the lower bolster. It may include a first drive mechanism for moving up and down.
  • the press unit is located between the upper bolster and the upper cap spaced apart cylinder portion to space between the upper cap in the lower bolster, and between the lower bolster and the upper cap spaced by the spaced cylinder portion
  • the upper cap may further include a release preventing block inserted to prevent separation from the pressure vessel.
  • the press unit may further include a block moving guide protruding to both sides of the lower bolster to guide the movement of the release preventing block.
  • the pressure vessel further includes a bottom plate to which the pressure vessel and the lower cap are coupled, and the main frame protrudes outward through the penetrated portion of the main frame so that the pressure vessel is separated and returned from the main frame. It may further include a cylinder movement guide for guiding the movement of the bottom plate.
  • the bottom plate may further include a second driving mechanism for opening or closing the pressure vessel by moving the lower cap up and down in the pressure vessel.
  • the bottom plate may include a traveling mechanism for moving the bottom plate in the cylinder movement guide.
  • the bottom plate may include a pinion for adjusting the position of the bottom plate
  • the cylinder movement guide may include a rack gear unit for engaging the pinion to guide the bottom plate to be positioned at the correct position
  • the pressure vessel may include a vessel wire wound around the pressure vessel to increase durability of the pressure vessel.
  • the main frame may include a half moon-shaped yoke disposed on the top and bottom of the main frame so as to face each other to distribute the pressing force transmitted to the main frame.
  • the mainframe may include a yoke wire wound around the mainframe to increase durability of the mainframe.
  • an isostatic press and general press composite equipment by fixing the main frame, which is the largest and heaviest and the reference point, and conveying the pressure vessel which is relatively light and has less influence on precision. Can be.
  • the operator performs the work level for performing the CIP molding and the work level for performing the normal press molding at the same level, there is an advantage that the productivity is increased, the mold installation, the production product transfer and the like is easy.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a cold isostatic press and a general press composite equipment according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a side view showing a cold isostatic press and the general press composite equipment according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view taken along the line A-A of FIG.
  • Figure 4 is a perspective view showing a cold isostatic press and the general press composite equipment according to an embodiment of the present invention, showing the initial state before molding.
  • Figure 5 is a side cross-sectional view showing a cold isostatic press and the general press composite equipment according to an embodiment of the present invention, showing the initial state before molding.
  • FIG. 6 is a side sectional view showing a cold isostatic press and a general press combined equipment according to an embodiment of the present invention, in which the pressure vessel is moved to perform molding, and the upper cap seals the pressure vessel. .
  • Figure 7 is a side cross-sectional view showing a cold isostatic press and the general press composite equipment according to an embodiment of the present invention, showing the state in which the separation prevention block is inserted to prevent the departure block.
  • FIG. 8 is a side sectional view showing a cold isostatic press and a general press combined equipment according to an embodiment of the present invention, showing a state in which cold isostatic pressure forming and press forming are being performed.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an accessory part including a cold isostatic press and a general press composite device according to an embodiment of the present invention together with a deck plate for forming a pressure generating unit, a mold washing tank, and a working level.
  • FIG. It is a figure which shows the auxiliary equipments, such as an inspection stairs, a water tank, and a filter unit, which go down from a level to a bit level.
  • bottom plate 126 second drive mechanism
  • driving mechanism 128 pinion
  • check valve 140 lower cap
  • press part 151 upper bolster
  • release prevention block 156 block movement guide
  • the cold isostatic press and the general press composite equipment 100 may include a main frame (110).
  • the main frame 110 supports the upper cap (Top lid, 130) and the lower cap (Lower lid, 140) for sealing the pressure vessel 120 to be described below, the upper cap 130 in the pressure vessel 120 And the lower cap 140 can be prevented from being separated.
  • the main frame 110 may have a center penetrating shape, and the pressure vessel 120 may be positioned at the penetrated portion.
  • the main frame 110 may include yokes 111 and 112 (see FIG. 3).
  • the yokes 111 and 112 may be formed in a half moon shape and may be provided in the main frame 110 so that the convex portions on the upper or lower portion of the main frame 110 face the outside facing each other.
  • the yoke 111 positioned at the upper portion of the main frame 110 supports the upper cap 130 positioned at the upper portion of the pressure vessel 120 positioned at the penetrated portion of the main frame 110 and the main frame 110.
  • the yoke 112 positioned at the lower portion of the 110 may be configured to support the lower cap 140 positioned at the lower portion of the pressure vessel 120.
  • the support caps of the upper cap 130 and the lower cap 140 supporting the pressure vessel 120 are not driven to any one, and are uniformly dispersed, thereby the upper cap 130. ) And the support force for supporting the lower cap 140 can be further improved.
  • the mainframe 110 may include a yoke wire 113.
  • the yoke wire 113 may be wound around the main frame 110 on which the yoke 111 and 112 are installed, thereby reinforcing the bearing force of the main frame 110.
  • the internal pressure of the pressure vessel 120 installed in the penetrated portion of the main frame 110 may have a pressure of approximately 1000 bar to 7000 bar, when the main frame 110 is formed only as a frame, it may not withstand the pressure. Can be broken.
  • the supporting force of the main frame 110 supporting the pressure vessel 120 can be further firmly.
  • the yoke wire 113 may be applied to a hard steel wire, aramid (polyamide), carbon fiber, glass fiber, basalt fiber, etc. having a high tensile strength, and has a flat steel by rolling a piano wire. It is preferably implemented in a strip (steel strip).
  • the main frame 110 may further include a cylinder moving guide 115, which may be one of the penetrating portions of the main frame 110 in the penetrating portion of the main frame 110. It is provided in a form extending horizontally to the side can be moved by guiding the pressure vessel 120 positioned in the penetrating portion of the main frame 110 to the side of the main frame (110).
  • a cylinder moving guide 115 which may be one of the penetrating portions of the main frame 110 in the penetrating portion of the main frame 110. It is provided in a form extending horizontally to the side can be moved by guiding the pressure vessel 120 positioned in the penetrating portion of the main frame 110 to the side of the main frame (110).
  • the lower portion of the cylinder movement guide 115 extending to the side of the main frame 110, the pedestal 117 to maintain the level with the end of the cylinder movement guide 115 installed in the penetrating portion of the main frame 110 ) May be installed, and the cylinder movement guide 115 may be installed in a form in which the pair is spaced apart from each other in the shape of a rail.
  • the rack movement guide 115 may be formed with a rack gear portion 116 in which a rack gear is partially formed (see FIGS. 2 and 4).
  • the rack gear part 116 is formed at the end of the cylinder moving guide 115 and more specifically at the end positioned at the penetrated portion of the main frame 110 and at the center of the cylinder moving guide 115. Description of the gear unit 116 will be described in detail below.
  • main frame 110 may be provided with a staircase 114 that allows an operator to easily move to the penetrated portion of the main frame 110.
  • Cold isostatic press and general press composite equipment 100 may include a pressure vessel (120).
  • the pressure vessel 120 is formed in a cylindrical shape, and fluid is injected into the cylinder, and the workpiece injected into the pressure vessel 120 is moved in all directions by the pressure of the fluid injected into the pressure vessel 120.
  • Cold isostatic pressing may be performed to pressurize at the same pressure.
  • the fluid injected into the pressure vessel 120 may be water or oil, and it is preferable to use water including a rust inhibitor and a lubricant.
  • cold isostatic molding is a method in which a workpiece in powder form, for example, ceramic powder is pressurized by a fluid in all directions to be molded into an arbitrary shape, and a workpiece having a dense structure having a density of 60% to 95% is formed. It can be molded.
  • the vessel wire 121 may be wound around the pressure vessel 120 to withstand a high fluid pressure.
  • the vessel wire 121 may be applied to hard steel wire, aramid (polyimide), carbon fiber, glass fiber, basalt fiber, etc., which has a high tensile strength, similar to the yoke wire 113 provided in the main frame 110. It is preferable to implement a steel strip having a flat surface by rolling a piano wire.
  • the pressure vessel 120 may include a bottom plate 125.
  • the bottom plate 125 may be provided at a lower portion of the pressure vessel 120, and a traveling mechanism 127 is installed at the bottom plate 125 so that the bottom plate 125 travels along the cylinder movement guide 115.
  • the pressure vessel 120 provided in the bottom plate 125 may be moved along the cylinder movement guide 115.
  • the driving mechanism 127 may be implemented as a wheel, the wheel including the motor, the bottom plate 125 is moved by the driving force of the motor, or the driving mechanism 127 is the bottom plate 125 and the main frame (
  • the bottom plate 125 may be implemented in the main frame 110 by a known hydraulic cylinder or pneumatic cylinder connecting the 110.
  • the bottom plate 125 may be provided with a second drive mechanism 126, the second drive mechanism 126 has a lower cap 140 located below the pressure vessel 120 to be described later
  • the lower portion of the pressure vessel 120 may be opened or closed in a form of moving up and down from the bottom of the bottom plate 125.
  • the second driving mechanism 126 may be implemented with a known pneumatic cylinder or a hydraulic cylinder, a plurality of second driving mechanism 126 may be installed around the bottom plate 125.
  • the bottom plate 125 is formed in a rectangular shape, and the second drive mechanism 126 is provided at each corner portion of the bottom plate 125.
  • the pressure vessel 120 may include a pinion 128 (see FIGS. 2 and 4).
  • the pinion 128 may be installed on the pressure vessel 120, more specifically, the bottom plate 125 supporting the pressure vessel 120, and meshes with the rack gear portion 116 of the cylinder movement guide 115.
  • the pressure vessel 120 may be positioned at an accurate position.
  • the pinion 128 can be rotated by a motor, the motor provided in the pinion 128 is the pressure vessel 120 in the main frame 110 in the correct position by the sensor provided in the bottom plate 125 Can be controlled to be positioned.
  • Cold isostatic press and general press composite equipment 100 may include an upper cap (130).
  • the upper cap 130 may be positioned above the pressure vessel 120 to open or close the upper portion of the pressure vessel 120.
  • the upper cap 130 is inserted into the upper end of the pressure vessel 120 is installed so as to slide up and down by the pressure of the fluid injected into the pressure vessel 120 from the upper portion of the pressure vessel 120
  • the upper cap 130 may be formed to perform a function of the piston, and an upper locking jaw 131 protrudes outward from the upper cap 130 to cover the upper end of the pressure vessel 120.
  • the upper cap 130 may be formed with an injection hole 133 which can be injected into the pressure vessel 120 from the outside in a state in which the upper cap 130 is coupled to the pressure vessel 120, and the injection hole ( 133 may be provided with a check valve 135 to prevent the back flow of fluid from 1000bar to 7000bar.
  • a portion of the upper cap 130 inserted into the pressure vessel 120 may be provided with a seal member 132 for hermetic sealing between the pressure vessel 120 and the upper cap 130.
  • Cold isostatic press and general press composite equipment 100 may include a lower cap 140.
  • the lower cap 140 may be positioned below the pressure vessel 120 to open or close the lower portion of the pressure vessel 120.
  • the lower cap 140 is configured to be partially inserted into the lower end of the pressure vessel 120, and protrudes outward from the lower cap 140 around the lower cap 140 to the lower end of the pressure vessel 120.
  • the lower locking jaw 141 may be formed.
  • the lower cap 140 may be provided with a discharge port 143 for discharging the fluid injected into the pressure vessel 120 to the outside in a state in which the lower cap 140 is coupled to the pressure vessel 120, the discharge station ( 143 may be provided with a discharge valve 145 for discharging the fluid injected into the pressure vessel 120 to the outside by opening or closing the discharge station 143.
  • the discharge valve 145 may be a known discharge valve 145 for opening or closing the discharge station 143 by pneumatic or hydraulic pressure, the outlet 143, the discharge valve 145 and the discharge pipe 147 is a fluid
  • the role of injecting fluid may also be combined.
  • the discharge station 143 may be provided with a discharge pipe 147 for discharging the fluid discharged to the discharge station 143 to the outside, the discharge pipe 147 is the pressure vessel 120 along the cylinder movement guide 115 Because of the movement, a plurality of pipes may be of a type in which a joint is connected like a joint, or a flexible pipe.
  • the lower cap 140 is connected to the second drive mechanism 126 provided on the bottom plate 125 of the pressure vessel 120 to lower the pressure vessel 120 by the operation of the second drive mechanism 126. Up and down in the pressure vessel 120 may be opened or closed.
  • a seal member 142 may be installed at a portion of the lower cap 140 inserted into the pressure vessel 120 to prevent the fluid from leaking out.
  • Cold isostatic press and the general press composite equipment 100 may include a press unit 150.
  • the press unit 150 is located between the upper cap 130 and the main frame 110 and more specifically, the yoke 111 located above the main frame 110 to move up and down in the pressure vessel 120. Press molding may be performed by the pressing force of the upper cap 130.
  • the press unit 150 may include an upper bolster 151 and a lower bolster 152.
  • the upper bolster 151 may be formed in the shape of a plate having an arbitrary thickness and may be coupled to an upper portion of the penetrated portion of the main frame 110.
  • the upper bolster 151 may be formed in a shape in which the shape of the workpiece to be formed is formed, or a mold having a shape of the workpiece to be formed in the upper bolster 151 is installed.
  • the upper mold among the molds divided into upper and lower portions is installed on the upper bolster 151.
  • the lower bolster 152 is formed in the shape of a plate having an arbitrary thickness, the upper cap 130 is coupled to the upper portion of the upper cap 130 when the upper cap 130 is moved up and down by the pressure of the fluid of the pressure vessel 120 The cap 130 may move up and down.
  • the lower bolster 152 may be formed with a shape forming the workpiece with the upper bolster 151, it may be configured in the form that the mold is formed in the shape of the workpiece on the lower bolster 152. have.
  • the lower mold of the mold divided into two vertically is installed in the lower bolster 152, of course.
  • the press unit 150 may include a first driving mechanism 159.
  • the first driving mechanism 159 is installed on the upper bolster 151 to move the upper mold 130 coupled to the lower mold in the form of moving the lower mold located in the lower portion of the upper bolster 151 up and down.
  • the upper portion of the pressure vessel 120 sealed by the upper cap 130 can be opened or closed.
  • the first driving mechanism 159 may be implemented by a known hydraulic cylinder or a pneumatic cylinder, and a plurality of first driving mechanisms 159 may be installed in the upper bolster 151.
  • the upper bolster 151 and the lower bolster 152 is formed in a square shape
  • the first drive mechanism 159 is installed in each corner portion of the upper bolster 151 to move the lower bolster 152 up and down Can be.
  • the press unit 150 may include a space cylinder 153.
  • the spaced cylinder part 153 may drive the lower bolster 152 and the upper cap 130 to be spaced apart or in contact with the upper cap 130 and the lower bolster 152 coupled to the lower bolster 152. Can be.
  • the spaced cylinder portion 153 forms a cylinder groove 153b in the upper bolster 151 and a piston 153a is installed in the lower bolster 152 to insert the piston 153a into the cylinder groove 153b. It may be configured to move up and down by pneumatic or hydraulic pressure provided in the cylinder groove (153b).
  • the press unit 150 may include a departure prevention block 155.
  • the release preventing block 155 may be inserted between the lower bolster 152 and the upper cap 130 to prevent the upper cap 130 is separated from the pressure vessel 120.
  • the upper cap 130 when the departure prevention block 155 is removed between the lower bolster 152 and the upper cap 130, the upper cap 130 is the lower bolster 152 is located as much as the thickness of the separation prevention block 155. Since the upper cap 130 may move further in the direction in which the lower bolster 152 is located, the upper cap 130 may be separated from the pressure vessel 120.
  • the release preventing block 155 when the release preventing block 155 is located between the lower bolster 152 and the upper cap 130, the upper cap 130 is limited to move upward by the thickness of the release preventing block 155, the pressure The upper cap 130 may be prevented from being separated from the vessel 120.
  • the departure prevention block 155 is formed in a rectangular block shape (block) may be a pair may be located on both sides of the upper cap (130).
  • the press unit 150 may include a block movement guide 156.
  • the block movement guide 156 prevents the departure prevention block 155 to be moved between the upper cap 130 and the lower bolster 152 or separated outward between the upper cap 130 and the lower bolster 152. The movement of block 155 may be guided.
  • the block movement guide 156 is provided to protrude to both sides of the lower bolster 152 from the bottom surface of the lower bolster 152, the departure prevention block 155 is suspended in both sides of the block movement guide 156, respectively.
  • the separation prevention block 155 moves to gather to the center of the block movement guide 156, it is positioned between the lower bolster 152 and the upper cap 130, and the separation prevention block 155 is a block movement guide ( Moving to both sides of the 156 may be configured to be separated between the lower bolster 152 and the upper cap 130.
  • the lower bolster 152 is provided with a third drive mechanism 157 may be configured to move the departure prevention block 155 along the block movement guide 156 by the third drive mechanism (157).
  • the third drive mechanism 157 may be implemented with a known pneumatic cylinder or hydraulic cylinder.
  • the cold isostatic press and the general press composite equipment 100 according to an embodiment of the present invention, the main cap in the open state of the upper cap 130 in the pressure vessel 120 It is separated from the penetrating portion of the frame 110 and is located in the portion protruding outward of the cylinder movement guide 115.
  • the upper bolster 151 and the lower bolster 152 is in close contact with each other by the first drive mechanism 159, the separation prevention block (located between the upper cap 130 and the lower bolster 152 ( 155 is separated between the upper cap 130 and the lower bolster 152 is located on both sides of the block movement guide 156, the upper cap 130 is in close contact with the upper surface of the lower bolster 152 do.
  • the lower cap 140 is moved upward to seal the lower end of the pressure vessel 120 by the second driving mechanism 126.
  • the pinion 128 provided on the bottom plate 125 is provided with a rack gear unit (105) provided in the cylinder movement guide 115 ( 116 and the gear to adjust the exact position by the drive of the pinion 128, more specifically the position where the upper cap 130 can be inserted into the pressure vessel 120 by the sensor (see FIG. 2). ).
  • the first driving mechanism 159 operates so that the upper cap 130 seals the pressure vessel 120, thereby lowering the upper bolster 151.
  • the bolster 152 is lowered and a workpiece to be press-formed is spaced between the spaced upper bolster 151 and the lower bolster 152.
  • the upper bolster 151 and the lower bolster 152 may be installed so that the upper mold and the lower mold, respectively, and the workpiece is located between the upper mold and the lower mold.
  • the fluid may be injected into the pressure vessel 120 through the high pressure pump to increase the pressure of the pressure vessel 120.
  • the pressure of the press unit 150 to pressurize the workpiece is a much larger pressure of 1000bar to 7000bar than the conventional known hydraulic press device having a similar size to the pressure applied to the pressure cylinder to operate at a pressure of less than 350bar Because pressure is applied, it is possible to form a workpiece having a denser structure than a conventional press.
  • the cold isotropic pressure press and the general press composite apparatus 100 do not perform cold isostatic pressure and press molding at the same time, but may perform only one of cold isostatic pressure molding or press molding. Of course it can.
  • the discharge valve 145 is opened to discharge the fluid injected into the pressure vessel 120 through the discharge pipe 147 to the outside. Then, each component is operated in the reverse order to the operation sequence of each component that has been operated to perform molding, and is returned to the initial state.
  • the second driving mechanism 126 may operate to open the lower cap 140 to completely discharge the fluid remaining in the pressure vessel 120 to the outside.
  • the cold isostatic press and the general press composite equipment 100 has a deck plate (Deck plate, 210) around the upper portion of the pressure vessel 120 Is installed.
  • the deck plate 210 partitions the work level at which the worker performs the work.
  • the lower part of the deck plate 210 includes a pressure generating unit, a mold washing tank, a water tank, a filter unit, and a hydraulic component.
  • the pit level and the deck plate 210 are divided into a ground level at which the worker performs work.
  • (Unexplained reference numeral 250 denotes a check for entering the pit level from the ground level.) Dragon stairs.)
  • the cold isostatic press and the general press combined equipment 100 is ground level (Ground) for all the operations required for the cold isostatic press and the general press, for example, charging and unloading the workpiece, except for special maintenance. level), it can improve the productivity of the product by minimizing the worker's movement.
  • the cold isostatic pressure press and the general press composite apparatus 100 simultaneously perform cold isostatic pressure molding and general press molding, thereby reducing the time required for molding, and the structure is relatively simple. Can reduce the production cost.
  • the present invention can be used in a manufacturing field for manufacturing a dense and uniform product having a structure such as a semiconductor, an optical lens and a tool.

Abstract

본 발명은 유체의 압력에 의해 성형하는 냉간등방압 성형과 기계적인 압력에 의해 성형하는 프레스 성형을 동시에 수행할 수 있는 냉간등방압 성형기에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비는 중앙이 관통된 형태의 메인프레임, 상기 메인프레임의 관통된 부분에 지지되어 내부로 주입되는 유체에 의해 냉간등방압 성형을 수행하는 압력베셀, 상기 압력베셀에 채워지는 유체에 의해 상기 압력베셀의 상부에서 상하로 슬라이딩 이동가능하게 설치되어 피스톤의 기능을 수행하고 상기 압력베셀의 상부를 개방 또는 폐쇄하는 상부캡, 상기 압력베셀의 하부를 개방 또는 폐쇄하는 하부캡, 및 상기 상부캡과 상기 메인프레임의 사이에 구비되어 상기 압력베셀에서 슬라이딩 이동하는 상기 상부캡의 가압력에 의해 프레스 성형을 수행하는 프레스부를 포함할 수 있다. 따라서, 제품의 생산성을 향상시킬 수 있으며, 소모되는 유체의 량 및 제작비용을 감소시킬 수 있다.

Description

냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비
본 발명은 유체의 압력에 의해 등방압으로 성형하는 냉간 등방압 성형기능과 원통형 실린더에 가해진 액체의 압력으로 성형하는 일반 프레스 기능을 동시에 수행할 수 있는 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비(CIP & Press)에 관한 것이다.
분말재료를 일정한 형상으로 성형하고자 할 때는 크게 두 가지의 방법이 있는데 금형프레스성형과 CIP성형이 있다.
금형프레스성형은 상/하의 펀치와 금형(Die)으로 이루어져 있고 하펀치와 금형으로 이루어진 공간에 분말을 충진하고 상펀치와 하펀치의 간격을 좁혀서 가압 압축 성형한다. 이때 분말과 금형의 마찰력으로 인하여 상, 중, 하의 밀도가 다르게 성형된다.
CIP성형은 영어의 Cold Isostatic Pressing(냉간등방압가공법)의 머리글자를 딴 것으로 분말재료를 고무봉지와 같은 형태 저항이 적은 성형 몰드 안에 밀봉해서 액압을 가하면 성형체 표면은 균일하게 그 액압에 동등한 가압력을 받고, 방향성이 없이 압축 성형된다.
이 두 성형법은 일반적으로 각기 다른 설비에서 시행한다. 필요에 의해서 각각의 설비를 갖추어야 하는 경우 비용과 설치면적이 커지게 된다. 특히 대형화된 최근의 반도체용 구조세라믹을 생산하기 위해서는 선 금형프레스성형, 후 CIP성형으로 작업해야하는 경우가 빈번하고, 대형 구조세라믹을 생산하기위해 이 두 설비를 모두 갖추기 위해서는 막대한 비용을 투자해야한다.
이와 같이, 등방압 성형과 프레스 성형을 함께 에 수행하기 위해 종래에는 한국공개특허 제10-2011-0120129호의 "파우더 성형용 프레스 및 냉간등방압 성형장치"가 개시된 바가 있다.
종래의 파우더 성형용 프레스 및 냉간등방압 성형장치는 파우더 프레스 성형을 수행하는 프레스 유니트; 냉간등방압 성형을 수행하는 냉간등방압 유니트; 상기 프레스 유니트 및 상기 냉간등방압 유니트가 설치되는 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임상에 설치되어서 프레스 유니트와 상기 냉간등방압 유니트와 사이에서 이동가능하며, 상기 프레스 유니트측에 정렬될 때에는 프레스 유니트용 프레임으로 작용하고, 상기 냉간등방압 유니트측에 정렬될 때에는 상기 냉간등방압 유니트용 프레임으로 작용하는 메인 프레임; 및 상기 메인 프레임이 상기 프레스 유니트측에 정렬될 때에는 상기 프레스 유니트에 압력을 공급하고, 상기 메인 프레임이 상기 냉간등방압 유니트측에 정렬될 때에는 상기 냉간등방압 유니트에 압력을 공급하는 공통의 하나의 가압수단을 포함하여 구성되었다.
이러한 구성의 종래의 파우더 성형용 프레스 및 냉간등방압 성형장치는 프레스 유니트와 냉간등방압 유니트가 설치되어 프레스 성형 및 냉간등방압 성형을 용이하게 수행할 수 있었다.
하지만, 종래의 파우더 성형용 프레스 및 냉간등방압 성형장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 각각의 공정으로 사용하기 위해 메인프레임이 이동해야한다. 이는 정위치에 있는 것에 비해 정밀도를 유지해야하는 하는데 어려움이 있으며, 중량물을 이송함으로서 시간적인 손실이 있다.
둘째, CIP 작업을 행하는 냉간등방압 유니트측과 금형성형을 행하는 유압실린더를 각각 설치함으로서 제작비용이 증대되며, 각각에 압력을 가하는 압력 매체가 달라짐으로서 유압부품 구성 역시 많아지게 된다.
셋째, 압력용기의 상부에서 작업물을 장입(裝入), 장출(裝出)하는 CIP 작업레벨과 금형장착 위치에서 원료와 제품을 장입 장출하는 금형성형 작업레벨이 달라짐으로서 2층 구조의 작업레벨을 갖게 된다. 이는 작업자의 작업동선이 적합하지 않을 뿐만 아니라 금형 및 제품이송용 운반 장치의 사용이 어려워진다. 또한 장비의 특성상 작업을 행하는 Ground level 아래로 피트를 형성하여 유압 구성부품 등을 매립하게 되는데, 종래의 발명은 Pit level 위에 금형성형작업 레벨, 그 위에 CIP 작업 레벨의 3층 구조로 되어 진다.
결론적으로 구조가 복잡하여 고장 발생 시 보수가 난해하고, 제작비용이 비싸고 운용환경이 좋지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 프레스 성형 시 필요로 하는 압력실린더와 냉간등방압 성형 시 필요로 하는 압력베셀을 동일한 압력용기를 이용하여 수행함으로써, 제작비용이 저렴할 뿐만 아니라, 비교적 간단한 구성으로 고장 시 보수가 용이하며, 본 발명 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비를 사용하는 작업자가 동일한 작업레벨에서 두 공정을 동시에 수행함으로써, 제품의 생산성을 향상시킬 수 있는 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비는 중앙이 관통된 형태의 메인프레임, 상기 메인프레임의 관통된 부분에 지지되어 내부로 주입되는 유체에 의해 냉간등방압 성형을 수행하는 압력베셀, 상기 압력베셀에 채워지는 유체에 의해 상기 압력베셀의 상부에서 상하로 슬라이딩 이동가능하게 설치되어 피스톤 기능을 수행하고 상기 압력베셀의 상부를 개방 또는 폐쇄하는 상부캡(Top lid), 상기 압력베셀의 하부를 개방 또는 폐쇄하는 하부캡(Lower lid), 및 상기 상부캡과 상기 메인프레임의 사이에 구비되어 상기 압력베셀에서 슬라이딩 이동하는 상기 상부캡의 가압력에 의해 프레스 성형을 수행하는 프레스부를 포함할 수 있다.
상기 프레스부는 상기 메인프레임의 관통된 부분의 상부에 결합되는 상부 볼스터(Bolster), 상기 상부캡의 상부에 결합되는 하부 볼스터, 및 상기 상부 볼스터에 구비되어 상기 하부 볼스터를 지지하는 동시에 상기 하부 볼스터를 상하로 이동시키는 제1 구동기구를 포함할 수 있다.
상기 프레스부는 상기 상부 볼스터와 상기 상부캡의 사이에 위치되어 상기 하부 볼스터에서 상기 상부캡의 사이를 이격시키는 이격실린더부, 및 상기 이격실린더부에 의해 이격된 상기 하부 볼스터와 상기 상부캡의 사이에 삽입되어 상기 상부캡이 상기 압력베셀에서 이탈을 방지하는 이탈방지블럭을 더 포함할 수 있다.
상기 프레스부는 상기 하부 볼스터의 양측으로 돌출되어 상기 이탈방지블럭의 이동을 가이드하는 블럭이동가이드를 더 포함할 수 있다.
상기 압력베셀은 상기 압력베셀과 상기 하부캡이 결합되는 바닥판을 더 포함하고, 상기 메인프레임은 상기 메인프레임의 관통된 부분의 외측으로 돌출되어 상기 압력베셀을 상기 메인프레임에서 이탈 및 복귀되도록 상기 바닥판의 이동을 가이드하는 실린더이동가이드를 더 포함할 수 있다.
상기 바닥판은 상기 압력베셀에서 상기 하부캡을 상하로 이동시켜 상기 압력베셀을 개방 또는 폐쇄하는 제2 구동기구를 더 포함할 수 있다.
상기 바닥판은 상기 실린더이동가이드에서 상기 바닥판을 이동시키는 주행기구를 포함할 수 있다.
상기 바닥판은 상기 바닥판의 위치를 조절하는 피니언을 포함하고, 상기 실린더이동가이드는 상기 피니언과 맞물려 상기 바닥판이 정확한 위치에 위치될 수 있도록 가이드하는 랙기어부를 포함할 수 있다.
상기 압력베셀은 상기 압력베셀에 권취되어 상기 압력베셀의 내구성을 증대시키는 베셀와이어를 포함할 수 있다.
상기 메인프레임은 상기 메인프레임의 상부 및 하부에 서로 대향되도록 배치되어 상기 메인프레임에 전달되는 가압력을 분산시키는 반달형상의 요크(Yoke)를 포함할 수 있다.
상기 메인프레임은 상기 메인프레임에 권취되어 상기 메인프레임의 내구성을 증대시키는 요크와이어를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 구성부품 중, 가장 크고 무거우며 기준점 역할을 하는 메인 프레임을 고정시키고 상대적으로 가볍고 정밀도에 영향을 덜 주는 압력베셀을 이송시킴으로서 정교하고 견고하게 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비를 제작할 수 있다.
또한, 하나의 압력베셀에 주입되는 유체의 압력으로 프레스 성형과 냉간등방압성형을 동시에 수행하는 단순한 구조로 고장 시 보수가 용이하며, 제작비용을 감소시킬 수 있다.
또한, 작업자가 CIP 성형을 수행하는 작업레벨과 일반 프레스 성형을 수행하는 작업레벨을 동일한 레벨에서 수행함으로써, 생산성이 증대되고 금형설치, 생산제품 이송 등이 용이한 이점이 있다.
또한, 냉간등방압 성형을 수행하기 위해 압력베셀에 주입되는 유체로 프레스 성형을 동시에 진행함으로써, 유압을 제공하기 위한 구성부품의 수를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비를 도시한 측면도이다.
도 3은 도 2의 A-A선을 따라 절개한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비를 도시한 사시도로서, 성형 전 초기 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비를 도시한 측단면도로서, 성형 전 초기 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비를 도시한 측단면도로서, 성형을 수행하기 위해 압력베셀이 이동하여 상부캡이 압력베셀을 밀폐한 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비를 도시한 측단면도로서, 이격실린더부가 작동하여 이탈방지블럭이 삽입된 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비를 도시한 측단면도로서, 냉간등방압 성형 및 프레스 성형을 수행중인 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비를 비롯한 부속 부분품 등을 함께 도시한 사시도로서 압력발생유니트, 몰드세척조, 작업레벨을 형성하는 데크플레이트(Deck Plate), 작업레벨에서 비트레벨로 내려가는 점검용 계단, 저수조, 필터유니트 등의 부대 설비를 함께 도시한 도면이다.
[부호의 설명]
100: 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비 110: 메인프레임
111,112: 요크 113: 요크와이어
114: 계단 115: 실린더이동가이드
116: 랙기어부 117: 받침대
120: 압력베셀 121: 베셀와이어
125: 바닥판 126: 제2 구동기구
127: 주행기구 128: 피니언
130: 상부캡 131: 상부걸림턱
132,142: 씰부재 133: 주입구
135: 체크밸브 140: 하부캡
141: 하부걸림턱 143: 배출구
145: 배출밸브 147: 배출관
150: 프레스부 151: 상부 볼스터
152: 하부 볼스터 153: 이격실린더부
153a: 피스톤 153b: 실린더홈
155: 이탈방지블럭 156: 블럭이동가이드
157: 제3 구동기구 159: 제1 구동기구
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비(100)는 메인프레임(110)을 포함할 수 있다.
이 메인프레임(110)은 하기에 설명될 압력베셀(120)을 밀폐하는 상부캡(Top lid,130) 및 하부캡(Lower lid, 140)을 지지하여 압력베셀(120)에서 상부캡(130) 및 하부캡(140)이 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 메인프레임(110)은 중앙이 관통된 형태로 형성되어 이 관통된 부분에 압력베셀(120)이 위치될 수 있다.
한편, 메인프레임(110)은 요크(Yoke,111,112)를 포함할 수 있다(도 3 참조).
이 요크(111,112)는 반달형상으로 형성되어 메인프레임(110)의 상부 또는 하부에 볼록한 부분이 서로 대향된 외측을 향하도록 메인프레임(110)에 구비될 수 있다.
즉, 메인프레임(110)의 상부에 위치되는 요크(111)는 메인프레임(110)의 관통된 부분에 위치되는 압력베셀(120)의 상부에 위치되는 상부캡(130)을 지지하고, 메인프레임(110)의 하부에 위치되는 요크(112)는 압력베셀(120)의 하부에 위치되는 하부캡(140)을 지지하도록 구성될 수 있다.
여기서, 요크(111,112)은 반달형상으로 형성되기 때문에 압력베셀(120)을 지지하는 상부캡(130) 및 하부캡(140)의 지지력이 어느 한곳으로 몰리지 않고, 균등하게 분산됨으로써, 상부캡(130) 및 하부캡(140)을 지지하는 지지력을 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고, 메인프레임(110)은 요크와이어(113)를 포함할 수 있다. 이 요크와이어(113)는 즉, 요크(111,112)이 설치되는 메인프레임(110)의 둘레에 권취되어 메인프레임(110)의 지지력을 보강할 수 있다.
즉, 메인프레임(110)의 관통된 부분에 설치되는 압력베셀(120)의 내부압력은 대략 1000bar 내지 7000bar의 압력을 가질 수 있기 때문에 메인프레임(110)을 골조로만 형성할 경우, 압력을 견디지 못해 파손될 수 있다.
따라서, 메인프레임(110)에 요크와이어(113)를 권취함으로써, 압력베셀(120)을 지지하는 메인프레임(110)의 지지력을 더욱 견고히 할 수 있다.
이때, 요크와이어(113)는 인장강도가 큰 경강선, 아라미드(폴리아디미드), 카본파이버, 글라스파이버, 바살트파이버 등을 적용할 수 있으며, 피아노선(piano線)을 압연하여 평면을 가지는 스틸스트립(steel strip)으로 구현되는 것이 바람직하다.
메인프레임(110)은 실린더이동가이드(115)를 더 포함할 수 있으며, 이 실린더이동가이드(115)는 메인프레임(110)의 관통된 부분에서 메인프레임(110)의 관통된 부분의 어느 한쪽의 측면으로 수평하게 연장되는 형태로 구비되어 메인프레임(110)의 관통된 부분에 위치되는 압력베셀(120)을 메인프레임(110)의 측면으로 가이드하여 이동시킬 수 있다.
이때, 메인프레임(110)의 측면으로 연장된 실린더이동가이드(115)의 하부에는 메인프레임(110)의 관통된 부분에 설치되는 실린더이동가이드(115)의 끝단과 수평을 유지하기 위해 받침대(117)가 설치될 수 있으며, 실린더이동가이드(115)는 레일의 형상으로 한 쌍이 서로 이격되는 형태로 설치될 수 있다.
아울러, 실린더이동가이드(115)에는 랙기어가 일부 형성된 랙기어부(116)가 형성될 수 있다(도 2 및 도 4 참조). 실시예에서는 랙기어부(116)를 실린더이동가이드(115)의 끝단 더 구체적으로는 메인프레임(110)의 관통된 부분에 위치되는 끝단 및 실린더이동가이드(115)의 중앙부분에 형성하였으며, 랙기어부(116)에 대한 설명은 하기에서 상세하게 설명한다.
그리고, 메인프레임(110)에는 작업자가 메인프레임(110)의 관통된 부분으로 용이하게 이동할 수 있는 계단(114)이 설치될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비(100)는 압력베셀(120)을 포함할 수 있다.
이 압력베셀(vessel, 120)은 실린더 형상으로 형성되어 내부에 유체가 주입되고, 압력베셀(120)의 내부에 투입된 피가공물을 압력베셀(120)의 내부에 주입된 유체의 압력에 의해 모든 방향에서 동일한 압력으로 가압하는 냉간등방압 성형을 수행할 수 있다.
이때, 압력베셀(120)에 주입되는 유체는 물(water) 또는 기름(oil)이 될 수 있으며, 방청제 및 윤활제를 포함하는 물을 사용하는 것이 바람직하다.
여기서, 냉간등방압 성형은 분말형태의 피가공물 예컨대, 세라믹 파우더를 모든 방향에서 유체에 의해 가압하여 임의의 형상으로 성형하는 방법으로, 밀도가 60% 내지 95%를 가지는 치밀한 구조를 가지는 피가공물을 성형할 수 있다.
한편, 압력베셀(120)의 둘레에는 높은 유체의 압력을 견디기 위해 베셀와이어(121)가 권취될 수 있다. 이때, 베셀와이어(121)는 메인프레임(110)에 구비되는 요크와이어(113)와 마찬가지로 인장강도가 큰 경강선, 아라미드(폴리이미드), 카본파이버, 글라스파이버, 바살트파이버 등을 적용할 수 있으며, 피아노선(piano線)을 압연하여 평면을 가지는 스틸스트립으로 구현되는 것이 바람직하다.
그리고, 압력베셀(120)은 바닥판(125)을 포함할 수 있다. 이 바닥판(125)은 압력베셀(120)의 하부에 구비될 수 있으며, 바닥판(125)에는 주행기구(127)가 설치되어 바닥판(125)이 실린더이동가이드(115)를 따라 주행함으로써, 바닥판(125)에 구비된 압력베셀(120)을 실린더이동가이드(115)를 따라 이동시킬 수 있다.
이때, 주행기구(127)는 바퀴로 구현될 수 있으며, 바퀴는 모터를 포함하여 모터의 구동력에 의해 바닥판(125)이 이동하거나, 주행기구(127)는 바닥판(125)과 메인프레임(110)을 연결하는 공지된 유압실린더 또는 공압실린더에 의해 메인프레임(110)에서 바닥판(125)이 이동하도록 구현될 수도 있다.
한편, 바닥판(125)에는 제2 구동기구(126)가 구비될 수 있으며, 이 제2 구동기구(126)는 하기에 설명될 압력베셀(120)의 하부에 위치되는 하부캡(140)을 바닥판(125)의 하부에서 상하로 이동시키는 형태로 압력베셀(120)의 하부를 개방 또는 폐쇄할 수 있다.
여기서, 제2 구동기구(126)는 공지된 공압실린더 또는 유압실린더로 구현될 수 있으며, 제2 구동기구(126)는 바닥판(125)의 둘레에 복수 개가 설치될 수 있다.
실시예에서는 바닥판(125)을 사각형상으로 형성하고, 바닥판(125)의 각 모서리 부분에 제2 구동기구(126)를 설치하였다.
또한, 압력베셀(120)에는 피니언(128)을 포함할 수 있다(도2 및 도 4 참조). 이 피니언(128)은 압력베셀(120), 더 구체적으로 압력베셀(120)을 지지하는 바닥판(125)에 설치될 수 있으며, 실린더이동가이드(115)의 랙기어부(116)와 맞물려 메인프레임(110)에서 압력베셀(120)을 정확한 위치에 위치시킬 수 있다.
이때, 피니언(128)은 모터에 의해 회전할 수 있으며, 피니언(128)에 구비되는 모터는 바닥판(125)에 구비되는 센서에 의해 메인프레임(110)에서 압력베셀(120)이 정확한 위치에 위치되도록 제어될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비(100)는 상부캡(130)을 포함할 수 있다.
이 상부캡(130)은 압력베셀(120)의 상부에 위치되어 압력베셀(120)의 상부를 개방 또는 폐쇄할 수 있다.
한편, 상부캡(130)은 압력베셀(120)의 상단의 내부에 삽입되어 압력베셀(120)의 상부에서 압력베셀(120)의 내부로 주입되는 유체의 압력에 의해 상하로 슬라이딩 이동 가능하도록 설치되어 피스톤의 기능을 수행할 수 있으며, 상부캡(130)의 둘레에는 상부캡(130)의 외측으로 돌출되어 압력베셀(120)의 상단에 걸쳐지는 상부걸림턱(131)이 형성될 수 있다.
그리고, 상부캡(130)에는 압력베셀(120)에 상부캡(130)을 결합한 상태에서 외부에서 압력베셀(120)의 내부로 주입할 수 있는 주입구(133)가 형성될 수 있으며, 이 주입구(133)에는 1000bar 내지 7000bar에 이르는 유체의 역류를 방지하는 체크밸브(135)가 설치될 수 있다.
그리고, 압력베셀(120)의 내부에 삽입되는 상부캡(130)의 부분에는 압력베셀(120)과 상부캡(130)의 사이를 기밀하는 씰부재(132)가 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비(100)는 하부캡(140)을 포함할 수 있다.
이 하부캡(140)은 압력베셀(120)의 하부에 위치되어 압력베셀(120)의 하부를 개방 또는 폐쇄할 수 있다.
한편, 하부캡(140)은 압력베셀(120)의 하단의 내부로 일부 삽입되도록 구성되며, 하부캡(140)의 둘레에는 하부캡(140)의 외측으로 돌출되어 압력베셀(120)의 하단에 걸쳐지는 하부걸림턱(141)이 형성될 수 있다.
그리고, 하부캡(140)에는 압력베셀(120)에 하부캡(140)을 결합한 상태에서 압력베셀(120)에 주입된 유체를 외부로 배출하는 배출구(143)가 형성될 수 있으며, 이 배출국(143)에는 배출국(143)를 개방 또는 폐쇄하여 압력베셀(120)에 주입된 유체를 외부로 배출하는 배출밸브(145)가 설치될 수 있다.
이때, 배출밸브(145)는 공압 또는 유압에 의해 배출국(143)를 개방 또는 폐쇄하는 공지된 배출밸브(145)일 수 있으며, 배출구(143), 배출밸브(145) 및 배출관(147)은 유체를 배출하는 역활을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 유체를 주입하는 역활도 병행할 수 있다.
한편, 배출국(143)에는 배출국(143)로 배출되는 유체를 외부로 배출하는 배출관(147)이 구비될 수 있으며, 이 배출관(147)은 압력베셀(120)이 실린더이동가이드(115)를 따라 이동하기 때문에 복수 개의 관이 관절과 같이 연결되는 형태의 관이거나, 유연하게 휘어지는 관으로 구성될 수 있다.
아울러, 하부캡(140)은 압력베셀(120)의 바닥판(125)에 구비되는 제2 구동기구(126)와 연결되어 제2 구동기구(126)의 작동에 의해 압력베셀(120)의 하부에서 상하로 이동하여 압력베셀(120)을 개방 또는 폐쇄할 수 있다.
그리고 압력베셀(120)의 내부로 삽입되는 하부캡(140)의 부분에는 유체의 유출을 방지하는 씰부재(142)가 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비(100)는 프레스부(150)를 포함할 수 있다.
이 프레스부(150)는 상부캡(130)과 메인프레임(110) 더 구체적으로는 메인프레임(110)의 상부에 위치되는 요크(111)의 사이에 위치되어 압력베셀(120)에서 상하로 이동하는 상부캡(130)의 가압력에 의해 프레스 성형을 수행할 수 있다.
한편, 프레스부(150)는 상부 볼스터(Bolster, 151)와 하부 볼스터(Bolster 152)를 포함할 수 있다. 상부 볼스터(151)는 임의의 두께를 가지는 판의 형상으로 형성되어 메인프레임(110)의 관통된 부분의 상부에 결합될 수 있다.
이때, 상부 볼스터(151)에는 성형될 피가공물의 형상이 형성되거나, 상부 볼스터(151)에 성형될 피가공물의 형상이 형성된 금형이 설치되는 형태로도 구성될 수 있다.
여기서, 상부 볼스터(151)에 금형이 설치되도록 구성된 경우에는, 금형 더 구체적으로는 상하로 양분된 형태의 금형 중 상부 금형이 상부 볼스터(151)에 설치됨은 물론이다.
하부 볼스터(152)는 임의의 두께를 가지는 판의 형상으로 형성되고, 상부캡(130)의 상부에 결합되어 상부캡(130)이 압력베셀(120)의 유체의 압력에 의해 상하로 이동 시 상부캡(130)과 함께 상하로 이동할 수 있다.
한편, 하부 볼스터(152)에는 상부 볼스터(151)와 함께 피가공물의 형상을 이루는 형상이 형성될 수 있으며, 하부 볼스터(152)에 피가공물의 형상이 형성된 금형이 설치되는 형태로도 구성될 수 있다.
여기서, 하부 볼스터(152)에 금형이 설치되도록 구성된 경우에는, 금형 더 구체적으로는 상하로 양분된 형태의 금형 중 하부 금형이 하부 볼스터(152)에 설치됨은 물론이다.
프레스부(150)는 제1 구동기구(159)를 포함할 수 있다. 이 제1 구동기구(159)는 상부 볼스터(151)에 설치되어 상부 볼스터(151)의 하부에 위치되는 하부금형을 상하로 이동시키는 형태로 하부금형에 결합된 상부캡(130)을 상하로 이동시켜 상부캡(130)에 의해 밀폐된 압력베셀(120)의 상부를 개방 또는 폐쇄할 수 있다.
한편, 제1 구동기구(159)는 공지된 유압실린더 또는 공압실린더로 구현될 수 있으며, 제1 구동기구(159)는 상부 볼스터(151)에 복수 개가 설치될 수 있다.
이때, 상부 볼스터(151)와 하부 볼스터(152)는 사각 형태로 형성되고, 제1 구동기구(159)는 상부 볼스터(151)의 각 모서리 부분에 설치되어 하부 볼스터(152)를 상하로 이동시킬 수 있다.
프레스부(150)는 이격실린더부(153)를 포함할 수 있다. 이 이격실린더부(153)는 하부 볼스터(152)에 결합된 상부캡(130)과 하부 볼스터(152)의 사이를 이격시키거나 서로 접촉하도록 하부 볼스터(152)와 상부캡(130)을 구동할 수 있다.
한편, 이격실린더부(153)는 상부 볼스터(151)에 실린더홈(153b)을 형성하고, 하부 볼스터(152)에는 피스톤(153a)을 설치하여 실린더홈(153b)에 삽입된 피스톤(153a)이 실린더홈(153b)에 제공되는 공압 또는 유압에 의해 상하로 이동하도록 구성될 수 있다.
프레스부(150)는 이탈방지블럭(155)을 포함할 수 있다. 이 이탈방지블럭(155)는 하부 볼스터(152)와 상부캡(130)의 사이에 삽입되어 상부캡(130)이 압력베셀(120)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 이탈방지블럭(155)은 하부 볼스터(152)와 상부캡(130)의 사이에서 제거될 경우, 이탈방지블럭(155)의 두께만큼 상부캡(130)이 하부 볼스터(152)가 위치되는 상부캡(130)이 하부 볼스터(152)가 위치되는 방향으로 더 이동할 수 있기 때문에 압력베셀(120)에서 상부캡(130)이 이탈될 수 있다.
반대로, 이탈방지블럭(155)이 하부 볼스터(152)와 상부캡(130)의 사이에 위치될 경우, 이탈방지블럭(155)의 두께만큼 상부캡(130)이 상부로 이동되는 것이 제한되어 압력베셀(120)에서 상부캡(130)이 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 이탈방지블럭(155)은 사각의 블럭(block)형상으로 형성되어 한 쌍이 상부캡(130)의 양측에 위치될 수 있다.
프레스부(150)는 블럭이동가이드(156)를 포함할 수 있다. 이 블럭이동가이드(156)는 이탈방지블럭(155)이 상부캡(130)과 하부 볼스터(152)의 사이로 이동되거나 상부캡(130)과 하부 볼스터(152)의 사이에서 외측으로 이탈되도록 이탈방지블럭(155)의 이동을 가이드 할 수 있다.
한편, 블럭이동가이드(156)는 하부 볼스터(152)의 바닥면에서 하부 볼스터(152)의 양측으로 돌출되도록 구비되고, 이탈방지블럭(155)이 블럭이동가이드(156)의 양측에 각각 매달리는 형태로 구비되어 이탈방지블럭(155)이 블럭이동가이드(156)의 중앙으로 모이도록 이동하면 하부 볼스터(152)와 상부캡(130)의 사이로 위치되고, 이탈방지블럭(155)이 블럭이동가이드(156)의 양측으로 각각 이동하면 하부 볼스터(152)와 상부캡(130)의 사이에서 이탈되도록 구성될 수 있다.
이때, 하부 볼스터(152)에는 제3 구동기구(157)가 설치되어 제3 구동기구(157)에 의해 이탈방지블럭(155)이 블럭이동가이드(156)를 따라 이동하도록 구성될 수 있다.
여기서, 제3 구동기구(157)는 공지된 공압실린더 또는 유압실린더로 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 각 구성 간의 작용과 효과를 설명한다.
먼저, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비(100)는 압력베셀(120)에서 상부캡(130)이 개방된 상태로 메인프레임(110)의 관통된 부분에서 이탈되어 실린더이동가이드(115)의 외측으로 돌출된 부분에 위치된다.
그리고, 상부 볼스터(151)와 하부 볼스터(152)는 제1 구동기구(159)에 의해 서로 밀착된 상태가 되며, 상부캡(130)과 하부 볼스터(152)의 사이에 위치되는 이탈방지블럭(155)은 상부캡(130)과 하부 볼스터(152)의 사이에서 이탈되어 블럭이동가이드(156)의 양측에 위치하게 되고, 상부캡(130)은 하부 볼스터(152)의 상면에 밀착된 상태가 된다.
이때, 하부캡(140)은 제2 구동기구(126)에 의해 압력베셀(120)의 하단을 밀폐하도록 상부로 이동된 상태가 된다.
이러한 초기 상태에서 압력베셀(120)의 개방된 상부를 통하여 압력베셀(120)의 내부로 냉간등방압 성형을 수행할 피가공물을 투입한다.
피가공물이 압력베셀(120)에 투입되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 바닥판(125)에 구비된 주행기구(127)를 작동시켜 압력베셀(120)이 실린더이동가이드(115)를 따라 메인프레임(110)의 관통된 부분 즉, 상부캡(130)의 하부에 위치되도록 이동시킨다.
이때, 압력베셀(120)이 메인프레임(110)의 관통된 부분의 근처에 위치하게 되면, 바닥판(125)에 구비된 피니언(128)이 실린더이동가이드(115)에 구비된 랙기어부(116)와 기어 맞물림되어 피니언(128)의 구동에 의해 정확한 위치, 더 구체적으로는 상부캡(130)이 압력베셀(120)의 내부로 삽입될 수 있는 위치를 센서에 의해 조절한다(도 2 참조).
이와 같이 압력베셀(120)이 상부캡(130)의 하부에 위치되면, 상부캡(130)이 압력베셀(120)을 밀폐하도록 제1 구동기구(159)가 작동하여 상부 볼스터(151)에서 하부 볼스터(152)를 하향시키고, 이격된 상부 볼스터(151)와 하부 볼스터(152)의 사이에 프레스 성형을 수행할 피가공물을 위치시킨다.
이때, 상부 볼스터(151)와 하부 볼스터(152)에 각각 상부 금형 및 하부 금형을 설치하고 이 상부 금형 및 하부 금형의 사이에 피가공물이 위치되도록 구성될 수도 있음은 물론이다.
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 상부캡(130)과 하부 볼스터(152)의 사이에 구비된 이격실린더부(153)를 작동시켜 상부캡(130)에서 하부 볼스터(152)가 상부로 이격시키고, 제3 구동기구(157)를 작동하여 이격된 상부캡(130)과 하부 볼스터(152)의 사이에 이탈방지블럭(155)이 위치되도록 블럭이동가이드(156)의 양측에 위치된 이탈방지블럭(155)을 이동시킨다.
상기한 바와 같이, 피가공물의 성형이 준비되면, 상부캡(130)의 주입구(133)를 통해 압력베셀(120)의 내부로 냉간등방압 성형을 수행할 유체를 주입한다.
이때, 유체는 고압펌프를 통해 압력베셀(120)의 내부로 주입되어 압력베셀(120)의 압력을 상승시킬 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 압력베셀(120)에 공급되는 유체에 의해 압력베셀(120)의 압력이 높아지면 압력베셀(120)의 내부에서는 피가공물의 냉간등방압 성형이 수행되는 동시에 압력베셀(120)의 상부캡(130)이 상부로 이동하여 상부 볼스터(151)와 하부 볼스터(152)의 사이에 위치되는 피가공물을 가압하는 형태로 일반프레스 성형을 수행한다.
이때, 프레스부(150)가 피가공물을 가압하는 압력은 유사한 크기를 가지는 통상의 공지된 유압프레스장치는 압력실린더에 가해지는 압력이 350bar 미만의 압력으로 작동하는데 비해 1000bar 내지 7000bar에 이르는 훨씬 더 큰 압력이 작용되기 때문에 통상의 프레스보다 더 치밀한 조직을 가지는 피가공물을 성형할 수 있다.
여기서, 본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비(100)는 냉간등방압 성형 및 프레스 성형을 동시에 수행하지 않고, 냉간등방압 성형 또는 프레스 성형 중 어느 하나의 성형만 수행할 수 있음은 물론이다.
아울러, 성형을 종료한 후에는 압력베셀(120)을 가압하는 유체의 가압력을 해제하기 위해 배출밸브(145)를 개방하여 배출관(147)을 통해 압력베셀(120)에 주입된 유체를 외부로 배출하고, 성형을 수행하기 위해 작동하였던 각 구성의 작동순서와는 역순으로 각 구성이 동작하여 초기 상태로 복귀된다.
그리고, 초기 상태에서 제2 구동기구(126)가 작동하여 하부캡(140)을 개방하여 압력베셀(120)에 잔류된 유체를 완벽히 외부로 배출할 수도 있다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비(100)는 압력베셀(120)의 상단부분을 중심으로 데크플레이트(Deck plate, 210)가 설치된다.
이 데크플레이트(210)는 작업자가 작업을 수행하는 작업레벨을 구획하는 데, 데크플레이트(210)의 하부로는 압력발생유니트, 몰드세척조, 저수조, 필터유니트, 및 유압 구성품 등이 수용되어 정비가 이뤄지는 피트레벨(Pit level)과 데크플레이트(210)의 상부로는 작업자가 작업을 수행하는 그라운드레벨(Ground level)로 구획된다.(미설명 도면부호 250은 그라운드레벨에서 피트레벨로 진입하기 위한 점검용 계단이다.)
여기서, 본 발명에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비(100)는 특별한 정비 외에는 냉간 등방압 프레스와 일반프레스에 필요한 모든 작업 예컨대, 피가공물의 장입 및 장출과 같은 작업을 모두 그라운드레벨(Ground level)에서 수행할 수 있기 때문에 작업자의 동선을 최소화하여 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비(100)는 냉간 등방압 성형과 일반프레스 성형을 동시에 수행함으로써, 성형에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있으며, 비교적 구조가 간단하여 제작비용을 절감시킬 수 있다.
또한, 종래의 프레스 성형 시의 압력(대체적으로 350bar 미만)보다 더 높은 압력(1000bar 내지 7000bar)으로 프레스 성형을 수행함으로써, 더 치밀한 조직을 가지는 피가공물을 성형할 수 있다.
또한, 냉간등방압 성형 시의 사용되는 유체으로 프레스 성형을 수행함으로써, 유체의 소모량을 최소화할 수 있다.
또한, 냉간 등방압 성형과 일반 프레스 성형에 필요한 모든 작업을 그라운드레벨에서 수행할 수 있기 때문에 작업자의 동선을 최소화하여 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
본 발명은 반도체, 광학렌즈, 공구 등 조직이 치밀하고 균일한 제품을 제조하는 제조분야에 이용 가능하다.

Claims (11)

  1. 중앙이 관통된 형태의 메인프레임,
    상기 메인프레임의 관통된 부분에 지지되어 내부로 주입되는 유체에 의해 냉간등방압 성형을 수행하는 압력베셀,
    상기 압력베셀에 채워지는 유체에 의해 상기 압력베셀의 상부에서 상하로 슬라이딩 이동가능하게 설치되어 피스톤의 기능을 수행하고 상기 압력베셀의 상부를 개방 또는 폐쇄하는 상부캡,
    상기 압력베셀의 하부를 개방 또는 폐쇄하는 하부캡, 및
    상기 상부캡과 상기 메인프레임의 사이에 구비되어 상기 압력베셀에서 슬라이딩 이동하는 상기 상부캡의 가압력에 의해 프레스 성형을 수행하는 프레스부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레스부는
    상기 메인프레임의 관통된 부분의 상부에 결합되는 상부 볼스터,
    상기 상부캡의 상부에 결합되는 하부 볼스터, 및
    상기 상부 볼스터에 구비되어 상기 하부 볼스터를 지지하는 동시에 상기 하부 볼스터를 상하로 이동시키는 제1 구동기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프레스부는
    상기 상부 볼스터와 상기 상부캡의 사이에 위치되어 상기 하부 볼스터에서 상기 상부캡의 사이를 이격시키는 이격실린더부, 및
    상기 이격실린더부에 의해 이격된 상기 하부 볼스터와 상기 상부캡의 사이에 삽입되어 상기 상부캡이 상기 압력베셀에서 이탈을 방지하는 이탈방지블럭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프레스부는
    상기 하부 볼스터의 양측으로 돌출되어 상기 이탈방지블럭의 이동을 가이드하는 블럭이동가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 압력베셀은
    상기 압력베셀과 상기 하부캡이 결합되는 바닥판을 더 포함하고,
    상기 메인프레임은
    상기 메인프레임의 관통된 부분의 외측으로 돌출되어 상기 압력베셀을 상기 메인프레임에서 이탈 및 복귀되도록 상기 바닥판의 이동을 가이드하는 실린더이동가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 바닥판은
    상기 압력베셀에서 상기 하부캡을 상하로 이동시켜 상기 압력베셀을 개방 또는 폐쇄하는 제2 구동기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 바닥판은
    상기 실린더이동가이드에서 상기 바닥판을 이동시키는 주행기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 바닥판은
    상기 바닥판의 위치를 조절하는 피니언을 포함하고,
    상기 실린더이동가이드는 상기 피니언과 맞물려 상기 바닥판이 정확한 위치에 위치될 수 있도록 가이드하는 랙기어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 압력베셀은
    상기 압력베셀에 권취되어 상기 압력베셀의 내구성을 증대시키는 베셀와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 메인프레임은
    상기 메인프레임의 상부 및 하부에 서로 대향되도록 배치되어 상기 메인프레임에 전달되는 가압력을 분산시키는 반달형상의 요크를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 메인프레임은
    상기 메인프레임에 권취되어 상기 메인프레임의 내구성을 증대시키는 요크와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 등방압 프레스와 일반프레스 복합장비.
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