(19) 대한민국특허청 (KR) (12) 등록특허공보 (B1) (51) 국제특허분류 (Int. Cl.) B21C 25/02 (2006.01) B21C 31/00 (2006.01) (21) 출원번호 10-2011-0125153 (22) 출원일자 2011 년 11 월 28 일 심사청구일자 2011 년 11 월 28 일 (65) 공개번호 10-2013-0059056 (43) 공개일자 2013 년 06 월 05 일 (56) 선행기술조사문헌 JP11138210 A* KR1020080090810 A* JP06066811 U KR1019960010101 A * 는심사관에의하여인용된문헌 (45) 공고일자 2013년07월23일 (11) 등록번호 10-1287622 (24) 등록일자 2013년07월12일 (73) 특허권자 한국생산기술연구원 충청남도천안시서북구입장면양대기로길 89 (72) 발명자 차현록 광주광역시북구양산동호반리젠시빌 202-1107 호 임대영 전라남도무안군무안읍오리정길 25 (74) 대리인 특허법인리온 전체청구항수 : 총 5 항심사관 : 최인용 (54) 발명의명칭초음파압출장치 (57) 요약 본발명은초음파진동에의해서압출다이를공진시켜서압출다이와압출재료사이의마찰력을저감할수있는초음파압출장치에관한것으로, 압출피스톤과다이홀더사이에배치된보디 ; 상기보디의전, 후면에각각오목하게형성된전, 후방원추면 ; 상기전, 후원추면의중앙을횡으로관통하고, 실제압출이이루어지는제 1 내경부와, 상기제 1 내경부보다직경이확장되어제 1 내경부를통과한압출재료에마찰이이루어지지않는제 2 내경부를갖는압출공 ; 및상기보디의외주면에장착되어보디로초음파진동을부여하는다수의초음파가진자 ; 를포함하는구성으로이루어진다. 본발명에의하면다이에진동을가하는초음파가진자가다이의둘레방향을따라방사상으로다수배치되어다이의모든부분에균등한진동을가할수있음으로써압출다이에장착된초음파가진자로부터발생된진동을효과적으로압출다이에전달시켜서압출작업시금속재료사이의마찰력을최소화할수있고, 더욱더고밀도의고품질금속제품을높은생산속도로제조할수있는우수한효과를얻을수있게된다. 대표도 - 도 5-1 -
특허청구의범위청구항 1 초음파진동에의해서압출다이를공진시켜서압출재료를성형하도록된초음파압출장치에있어서, 압출피스톤과다이홀더사이에배치된보디 ; 상기보디의전, 후면에각각오목하게형성된전, 후방원추면 ; 상기전, 후원추면의중앙을횡으로관통하고, 실제압출이이루어지는제1 내경부와, 상기제1 내경부보다직경이확장되어제1 내경부를통과한압출재료에마찰이이루어지지않는제2 내경부를갖는압출공 ; 및상기보디의외주면에장착되어보디로초음파진동을부여하는다수의초음파가진자 ; 를포함하고, 상기보디는그외주면이압출공을중심으로직경방향으로대칭적인균형을이루고, 그외주면에방사상등간격으로모따기면이각각다수형성되며, 상기각각의모따기면의중앙에는장착공을형성하고, 초음파가진자를각각장착하여초음파진동이부여되는것임을특징으로하는초음파압출장치. 청구항 2 삭제청구항 3 제1항에있어서, 상기보디는그외주면에모따기면을 6개소형성하고, 6개의장착공을통하여 6개의초음파가진자를각각장착하여초음파진동을부여하는것임을구성된것임을특징으로하는초음파압출장치. 청구항 4 제1항에있어서, 상기보디는그전방원추면의전면에배치되는원통형의지그를추가포함하고, 상기지그의내부에압출피스톤이위치되어성형압력이형성됨으로써상기보디의전방원추면으로전달되는압출압력을감소시키도록구성된것임을특징으로하는초음파압출장치. 청구항 5 제1항에있어서, 상기보디는그후방원추면의배면과다이홀더의사이에배치되는진동차단수단을추가포함하고, 상기진동차단수단은서로마주한전, 후방원판과, 그내측에위치된콘넥터및, 상기전, 후방원판사이에배치된다수의스프링을포함하며, 상기전방원판과콘넥터전면은상기보디의배면에밀착고정되고, 상기후방원판과콘넥터후면은상기다이홀더의전면에밀착고정되며, 상기콘넥터의중앙에는상기압출공과다이홀더의내부공간을연결하는관통공이형성되어상기보디로부터다이홀더로전달되는진동을감쇠시키도록구성된것임을특징으로하는초음파압출장치. 청구항 6 제5항에있어서, 상기콘넥터의관통공은상기보디의압출공보다큰직경으로형성된것임을특징으로하는초음파압출장치. 명세서 [0001] 기술분야본발명은초음파진동에의해서압출다이를공진시켜서압출다이와압출재료사이의마찰력을저감할수있는초음파압출장치에관한것으로, 보다상세히는압출다이의방사방향으로초음파가진자를증대시켜서고출력화함으로써금속소재, 예를들면마그네슘등의압출재료를압출함에있어서압출재료와압출다이사이의마찰력으로인한공정능력 ( 압출속도저감, 열발생, 제품의균열발생, 치수이상 ) 을개선한초음파압출장치에관한것이다. - 2 -
[0002] [0003] [0004] [0005] [0006] [0007] [0008] [0009] [0010] [0011] [0012] [0013] [0014] [0015] 배경기술일반적으로마그네슘과같은금속재료의성형은가공제와공구사이의마찰력을저감할수없어성형작업에어려움이있다. 이와같은금속성형작업은압출법에의해서이루어지는데, 이와같은압출법은일반적으로도 1a에도시된바와같이, 압출다이 (dies)(10) 를통하여용융상태의금속압출재료 (20) 를통과시켜원하는형태의금속제품 (22) 을얻게된다. 따라서이와같은압출법은고밀도의고품질제품을높은생산속도로제조하는방법이나, 이와같은종래의압출법에는압출다이 (10) 와압출재료 (20) 사이의마찰력때문에발생하는문제점들이많다. 이러한문제점을해결하기위해서도 1b에도시된바와같이, 금속재료가성형되는압출다이 (10) 에초음파가진자 (40) 를통해서초음파공진을부가시켜서마찰력을최소화함으로써공정능력을향상시키는기술이제안되어있다. 이와같은종래의초음파공진을압출다이 (10) 에부가시켜서압출재료 (20) 와압출다이 (10) 사이의마찰력을저감시켜봉재의성형성을높이는종래의초음파공진시스템 (50) 이도 2에제시되어있다. 이와같은종래의초음파공진시스템 (50) 은압출다이 (10) 의상하에각각한쌍의초음파가진자 (40) 를장착하고, 이와같은각각의초음파가진자 (40) 에는초음파생성부 (60), 제1 및제2 증폭부 (62,64), 압력제어부 (66), 계측부 (68) 및가열제어부 (70) 등이연결되어초음파가진자 (40) 에서초음파를발생시키도록되어있다. 즉, 상기초음파생성부 (60) 에서는초음파가진자 (40) 의작동을위하여 10V의전압을싸인파의형태로출력하고, 제1 및제2 증폭부 (62,64) 에서는각각초음파생성부 (60) 에서출력된전압을 10~100배증폭시켜서초음파가진자 (40) 에공급한다. 그리고, 압력제어부 (66) 에서는 0~500톤의압력으로복동식압출기의피스톤 (72) 압력을제어하고, 계측부 (68) 에서는초음파가진자 (40) 에가해지는전압과전류를계측하며, 가열제어부 (70) 에서는대략 200 로유지되는압출재료 ( 마그네슘 )(20) 가냉각되지않도록온도를유지시킨다. 따라서이와같은종래의초음파공진시스템 (50) 은도 3에도시된바와같이, 종래의초음파가진자를장착하지않은금속압출법에비하여압출다이 (10) 와압출재료 (20) 사이의마찰력을최소화함으로써더욱고밀도의고품질금속제품을높은생산속도로제조할수있는것이다. 그러나상기와같은종래의초음파공진시스템 (50) 에구비된압출다이 (10) 는도 4에단면으로도시된바와같이, 압출기히터 (82) 와다이홀더 (84) 사이에고정된보디 (12) 의양측면이각각평면을형성하고, 그중앙내부에는단일내경을갖는원기둥형또는다각기둥형태의압출공 (14) 이횡방향으로관통형성된구조이다. 또한이와같은보디 (12) 의외부면에는복수의장착공 (16) 이대향하여형성되고, 각각초음파가진자 (40) 가고정되어 2개소에서진동을부여하는구조이다. 그러나이와같은종래의압출다이 (10) 는보디 (12) 의전면이평면형태로압출재료 (20) 에직접노출되어마그네슘을압축시키기위한약 90~150 톤의압출압력이그대로전달되고, 그후면또한평면으로서다이홀더 (8 4) 의전면에밀착하여강력하게일체로고정된구조이다. 따라서이와같은종래의압출다이 (10) 에서는초음파가진자 (40) 로부터진동이가해져도압출재료 (20) 의높은압출압력에의해서방해되고, 다이홀더 (84) 를통해서외부로분산되어진동자체가압출다이 (10) 에효과적으로전달되지못함으로써원하는진동압출효과를얻기가어려웠으며, 진동모드또한찾을수없는영역으로벗어나는현상이발생하였다. 뿐만아니라, 단지 2개의초음파가진자 (40) 가보디 (12) 의상하에서서로대향하여진동을부여하기때문에, 다이 (10) 내부의성형공간전체에걸쳐서균일한진동이가해지지못하고, 상하국소적으로진동이가해져서실질적인초음파진동효과를크게감쇄시키는문제점이있었다. 발명의내용 해결하려는과제 - 3 -
[0016] [0017] 본발명의목적은상기와같은종래의문제점을해소시키기위한것으로서, 압출다이에장착된초음파가진자로부터발생된진동을효과적으로압출다이에전달시켜서압출작업시금속재료사이의마찰력을최소화함으로써더욱더고밀도의고품질금속제품을높은생산속도로제조할수있도록개선된초음파압출장치를제공함에있다. 또한본발명의다른목적은, 압출다이의전면에가해지는금속재료의성형압력을최소화하고, 초음파가진자로부터압출다이로전달되는진동의외부분산을최소화함으로써초음파가진자로부터발생된진동을더욱효과적으로압출다이에전달시켜서압출작업을실시할수있도록개선된초음파압출장치를제공함에있다. [0018] [0019] [0020] [0021] [0022] [0023] [0024] [0025] [0026] [0027] 과제의해결수단상기와같은목적을달성하기위하여본발명은, 초음파진동에의해서압출다이를공진시켜서압출재료를성형하도록된초음파압출장치에있어서, 압출피스톤과다이홀더사이에배치된보디 ; 상기보디의전, 후면에각각오목하게형성된전, 후방원추면 ; 상기전, 후원추면의중앙을횡으로관통하고, 실제압출이이루어지는제1 내경부와, 상기제1 내경부보다직경이확장되어제1 내경부를통과한압출재료에마찰이이루어지지않는제2 내경부를갖는압출공 ; 및상기보디의외주면에장착되어보디로초음파진동을부여하는다수의초음파가진자 ; 를포함하는것임을특징으로하는초음파압출장치를제공한다. 그리고본발명은바람직하게는상기보디는그외주면이압출공을중심으로직경방향으로대칭적인균형을이루고, 그외주면에방사상등간격으로모따기면이각각다수형성되며, 상기각각의모따기면의중앙에는장착공을형성하고, 초음파가진자를각각장착하여초음파진동이부여되는것임을특징으로하는초음파압출장치를제공한다. 또한본발명은바람직하게는상기보디는그외주면에모따기면을 6개소형성하고, 6개의장착공을통하여 6 개의초음파가진자를각각장착하여초음파진동을부여하는것임을구성된것임을특징으로하는초음파압출장치를제공한다. 그리고본발명은바람직하게는상기보디는그전방원추면의전면에배치되는원통형의지그를추가포함하고, 상기지그의내부에압출피스톤이위치되어성형압력이형성됨으로써상기보디의전방원추면으로전달되는압출압력을감소시키도록구성된것임을특징으로하는초음파압출장치를제공한다. 또한본발명은바람직하게는상기보디는그후방원추면의배면과다이홀더의사이에배치되는진동차단수단을추가포함하고, 상기진동차단수단은서로마주한전, 후방원판과, 그내측에위치된콘넥터및, 상기전, 후방원판사이에배치된다수의스프링을포함하며, 상기전방원판과콘넥터전면은상기보디의배면에밀착고정되고, 상기후방원판과콘넥터후면은상기다이홀더의전면에밀착고정되며, 상기콘넥터의중앙에는상기압출공과다이홀더의내부공간을연결하는관통공이형성되어상기보디로부터다이홀더로전달되는진동을감쇠시키도록구성된것임을특징으로하는초음파압출장치를제공한다. 그리고본발명은바람직하게는상기콘넥터의관통공은상기보디의압출공보다큰직경으로형성된것임을특징으로하는초음파압출장치를제공한다. [0028] [0029] [0030] 발명의효과본발명에따른초음파압출장치에의하면압출피스톤과다이홀더사이에배치된보디의전, 후면에각각오목하게형성된전, 후방원추면을형성하고, 전방원추면의전면에는원통형의지그를설치하여보디의전면으로전달되는압출압력을크게감소시킨다. 또한본발명은상기보디의후방원추면배면과다이홀더의사이에진동차단수단을설치하고, 상기보디로부터다이홀더로전달되는진동을크게감쇠시킨다. 뿐만아니라, 본발명은다이에진동을가하는초음파가진자가다이의둘레방향을따라방사상으로 6개소배치되어다이의모든부분에균등한진동을가할수있음으로써압출다이에장착된초음파가진자로부터발생된진동을효과적으로압출다이에전달시켜서압출작업시금속재료사이의마찰력을최소화할수있다. 따라서본발명에따른초음파압출장치에의하면기존의초음파압출장치에비하여더욱더고밀도의고품질금 - 4 -
속제품을높은생산속도로제조할수있는우수한효과를얻을수있게된다. [0031] 도면의간단한설명 도 1a 는종래의일반적인압출법을도시한단면도이다. 도 1b는종래의초음파가진자를이용하여진동을부여하면서압출하는방법을도시한단면도이다. 도 2는일반적인초음파공진시스템을전체적으로도시한구성도이다. 도 3은종래의일반적인압출법과, 종래의초음파가진자를이용한압출법을비교하여도시한그래프도이다. 도 4는종래의초음파압출장치를도시한단면도이다. 도 5는본발명에따른초음파압출장치를도시한단면도이다. 도 6a는본발명에따른초음파압출장치에구비된압출다이를도시한정면도이다. 도 6b는본발명에따른초음파압출장치에구비된압출다이를도시한단면도이다. 도 7은본발명에따른초음파압출장치에서초음파가진자가방사상으로다수장착된구조를도시한사시도이다. 도 8a 및도 8b는본발명에따른초음파압출장치에서다이의반지름변화에따른진동모드변위변화를관찰하고그결과를도시한설명도이다. 도 9a 및도 9b는본발명에따른초음파압출장치에서다이의높이변화에따른진동모드변화를관찰하고그결과를도시한설명도이다. 도 10a 및도 10b는본발명에따른초음파압출장치에서다이의압출공크기변화에따른진동모드변화를관찰하고그결과를도시한설명도이다. 도 11a 및도 11b는본발명에따른초음파압출장치에서다이의원추면크기변화에따른진동모드변화를관찰하고그결과를도시한설명도이다. 도 12a 및도 12b는종래의압출다이에대해일련의진동전달시뮬레이션을실행하고, 그결과를도시한설명도이다. 도 13a 및도 13b는본발명에따른초음파압출장치에구비된압출다이에대해일련의진동전달시뮬레이션을실행하고, 그결과를도시한설명도이다. [0032] [0033] [0034] [0035] [0036] [0037] [0038] 발명을실시하기위한구체적인내용이하, 본발명의바람직한실시예를도면을참조하여보다상세히설명한다. 본발명에따른초음파압출장치 (100) 는압출다이 (110) 를공진시켜서초음파진동에의해서압출재료를성형하는초음파공진시스템에적용되는것으로서, 도 5에단면으로도시된바와같이, 압출피스톤 (120) 과다이홀더 (122) 사이에배치된보디 (130) 를갖는다. 이와같은보디 (130) 는압출다이 (110) 의몸체를형성하며그전, 후면에는각각오목하게전, 후방원추면 (132,134) 이형성된다. 이와같은보디 (130) 는도 6a 및도 6b에도시된바와같이, 판형의구조로이루어지고, 그, 전후면에는각각전, 후방원추면 (132,134) 이대향으로형성되며, 상기전, 후방원추면 (132,134) 의중앙을횡으로관통하도록압출공 (140) 이형성된다. 이와같은압출공 (140) 은실제압출이이루어지는제1 내경부 (142) 와, 상기제1 내경부 (142) 보다직경이확장되어제1 내경부 (142) 를통과한압출재료에마찰이이루어지지않는제2 내경부 (144) 를형성한것으로서, 도 4에도시된바와같은기존의구조에비하여그크기가크게축소된형태임을알수있다. 또한본발명에따른초음파압출장치 (100) 는상기보디 (130) 의외주면에장착되어보디 (130) 로초음파진동을부여하는다수의초음파가진자 (150) 를포함한다. 이와같은초음파가진자 (150) 는상기보디 (130) 의외주면에방사상등간격으로형성된장착공 (138) 에각각고 - 5 -
정되는데, 이와같은장착공 (138) 은바람직하게는 6 개소에걸쳐서방사상등간격으로형성되고, 6 개의초음파 가진자 (150) 를각각고정하여초음파진동을보디 (130) 에부여하도록구성된것이다. [0039] [0040] [0041] [0042] [0043] [0044] [0045] [0046] [0047] [0048] [0049] [0050] [0051] [0052] [0053] [0054] [0055] [0056] [0057] 이와같은초음파가진자 (150) 의장착을위하여상기보디 (130) 는그외주면이압출공 (140) 을중심으로직경방향으로대칭적인균형을이루고, 그외주면에방사상등간격으로모따기면 (136) 이각각다수형성된다. 그리고상기각각의모따기면 (136) 의중앙에는장착공 (138) 을형성하고, 초음파가진자 (150) 를각각장착하여초음파진동을부여한다. 이와같은초음파가진자 (150) 의장착구조가도 7에상세히도시되어있다. 이와같이본발명에따른초음파압출장치 (100) 는다이 (110) 의보디 (130) 외주면둘레방향을따라방사상으로초음파가진자 (150) 가 6개소배치되어다이 (110) 의모든부분에균등한진동을가할수있다. 그리고본발명에따른초음파압출장치 (100) 는상기보디 (130) 의전방원추면 (132) 전면에배치되는원통형의지그 (160) 를추가포함한다. 이와같은지그 (160) 는도 5에단면으로도시된바와같이, 원통형구조를갖고, 그배면이상기보디 (130) 의전방원추면 (132) 전면에선 ( 線 ) 접촉하는것으로써, 기존의도 4에도시된바와같이, 보디 (130) 의전면이평면형태로압출재료에직접면 ( 面 ) 접촉으로노출되어접촉하는것과는매우다르고, 그접촉면적이크게축소된것이다. 그리고상기지그 (160) 는그내부에압출피스톤 (120) 이위치되며, 그외주면에는히터 (162) 가장착된구조이다. 이와같은지그 (160) 는압출작업시, 원통형구조의내부에서압출피스톤 (120) 이동작하게됨으로써그내부에성형압력이형성되고, 상기보디 (130) 의전방원추면 (132) 으로전달되는압출압력을크게감소시킨다. 또한본발명에따른초음파압출장치 (100) 는상기보디 (130) 의후방원추면 (134) 의배면과, 다이홀더 (122) 의사이에서진동차단수단 (170) 을추가포함한다. 이와같은진동차단수단 (170) 은서로마주한전, 후방원판 (172a,172b) 과, 그내측에위치된콘넥터 (176) 및, 상기전, 후방원판 (172a,172b) 사이에배치된다수의스프링 (178) 을포함한다. 이와같은진동차단수단 (170) 의전방원판 (172a) 과콘넥터 (176) 의전면은상기보디 (130) 의배면에밀착고정되고, 상기후방원판 (172b) 과콘넥터 (176) 의후면은상기다이홀더 (122) 의전면에밀착고정된다. 또한상기콘넥터 (176) 의중앙에는상기압출공 (140) 과다이홀더 (122) 의내부공간 (122a) 을연결하는관통공 (176a) 이형성되며, 이와같은콘넥터 (176) 의관통공 (176a) 은상기보디 (130) 의압출공 (140) 보다큰직경으로형성된것이다. 이와같은진동차단수단 (170) 은상기보디 (130) 로부터다이홀더 (122) 로전달되는진동을감쇠시켜서효과적으로차단하게된다. 상기와같이구성된본발명에따른초음파압출장치 (100) 는그구조적인설계시, 여러인자 (factors) 들을고려하여시뮬레이션을실행하고최적의진동모드를구한것이다. 즉, 도 8a 및도 8b에도시된바와같이, 다이 (110) 의반지름 (r) 변화에따른진동모드변위변화를관찰하였다. 원하는진동모드의변위 ( 이하, 주파수 ) 는 20.5[kHz] 이다. 도 8b에도시된그래프에서보는바와같이, 다이 (110) 의반지름 (r) 이 70[mm], 높이 50[mm] 일때원화는변위를찾을수있었다. 그러나반지름 (r) 이 80[mm] 와 90[mm] 로늘었을때는진동주파수가 18.3[kHz], 16.6[kHz] 로줄어들었으며, 원하는진동모드에벗어나는것을확인하였다. 따라서다이 (110) 의반지름 (r) 이진동모드변화에영향이있음을확인하였다. 또한본발명에따른초음파압출장치 (100) 에대해, 도 9a 및도 9b에도시된바와같이, 다이 (110) 의높이 (h) 변화에따른진동모드변화를관찰하였다. 원하는진동모드는상기와동일한 20.5[kHz] 이다. 다이 (110) 의높이 (h) 를 50[mm], 60[mm], 70[mm] 로높여가면서시뮬레이션해석을진행하였다. 상기다이 (110) 의높이 (h) 가 50[mm] 인경우원하는 20.5[kHz] 이지만, 60[mm], 70[mm] 는 19.8[kHz], 18.7[kHz] - 6 -
로변하는것을확인할수있었다. [0058] [0059] [0060] [0061] [0062] [0063] [0064] [0065] [0066] [0067] [0068] [0069] [0070] [0071] [0072] 또한높이 (h) 가 60[mm] 는높이가높아지면서안쪽으로오므라드는형상으로진동모드가변화하였으며, 70[mm] 의경우밖으로뒤집히는형태로변화하였다. 그리고본발명에따른초음파압출장치 (100) 에대해, 도 10a 및도 10b에도시된바와같이, 다이 (110) 의압출공 (140) 크기변화에따른진동모드변화를관찰하였다. 도 10a에도시된바와같은다이 (110) 는, 단면으로반경 10[mm] * 높이 5[mm] 의제1 내경부 (142) 와, 반경 11.5[mm] * 높이15[mm] 의제2 내경부 (144) 의 2단홀로구성되어있다. 상기제1 내경부 (142) 의반경 10[mm] 의 1단홀은압출을위해고정된크기이다. 본실험에서는제2 내경부 (14 4) 의홀크기를수정하며시뮬레이션해석을수행하였다. 상기제2 내경부 (144) 의반경크기를 11.5[mm], 15.5[mm], 19.5[mm] 로변화시키며시뮬레이션을수행한결과, 진동모드의주파수가 20.5[kHz], 19.8[kHz], 19.2[kHz] 로홀의크기에비해진동모드의변화는크지않았다. 또한본발명에따른초음파압출장치 (100) 에대해, 도 11a 및도 11b에도시된바와같이, 다이 (110) 의압출공 (140) 을중심으로전, 후방원추면 (132,134) 에대해원추면크기를각각 70[mm], 100[mm] 로다르게하고시뮬레이션을수행하였다. 이러한전, 후방원추면 (132,134) 의크기에따라서진동모드변화가클것으로예상하였지만 20.7[kHz] 로크게변하지는않았다. 따라서전, 후방원추면 (132,134) 의크기는진동모드의변화에크게영향이없음을확인하였다. 이와같이본발명에따른초음파압출장치 (100) 에대해여러인자 (factors) 들을고려하여시뮬레이션을실행한결과, 다이 (110) 의반지름 (r) 에따라진동모드변화가가장크게변화하였고, 다음으로는다이 (110) 의높이 (h) 였으며, 압출공 (140) 의반경의경우, 진동모드미세조정이가능함을확인할수있었다. 그리고도 12a 및도 12b에도시된바와같이, 종래의압출다이 (10) 에대해일련의진동전달시뮬레이션을실행하고, 그결과를해석하였다. 그해석결과를통해알수있듯이종래의압출다이 (10) 는진동이중앙으로향하지만양쪽모퉁이와아래쪽에쏠리는현상을볼수있다. 이는초음파가진자 (40) 에서발생한진동이아래와옆으로퍼지는형상으로진동의정확하게성형중심으로전달되지않는형태이다. 또한, 종래의압출다이 (10) 는진동이가해지는경우, 상단의작은홀로모여야마찰력을줄여서압출할때뒤에서미는압력을줄일수있지만, 단순히중앙으로모이는현상이발생하여실제압출을할경우, 효과가저하되는것으로판명되었다. 그러나도 13a 및도 13b에도시된바와같은본발명의초음파압출장치 (100) 를해석한결과, 진동모드가성형중앙으로모이고, 압출공 (140) 의실제압출크기의제1 내경부 (142) 측으로진동이전달되는것을확인할수있었다. 이는위, 아래의균형이일정하고전, 후방원추면 (132,134) 을통해진동이중앙을모일수있는구조이기때문에가능한것으로해석되었다. 따라서, 본발명의초음파압출장치 (100) 를해석한결과, 다이 (110) 를설계할때최대한형상이균형을이루도록하는것이가장중요하고, 또한다이 (110) 의크기와진동자의부착개수에따라다이 (110) 의크기를설계해야하는것으로판명되었다. 상기와같이본발명에따른초음파압출장치 (100) 에의하면압출피스톤 (120) 과다이홀더 (122) 사이에배치된보디 (130) 의전, 후면에각각오목하게형성된전, 후방원추면 (132,134) 을형성하고, 전방원추면 (132) 의전면에는원통형의지그 (160) 를설치하여보디 (130) 의전면으로전달되는압출압력을크게감소시킨다. 또한본발명은상기보디 (130) 의후방원추면 (134) 배면과다이홀더 (122) 의사이에진동차단수단 (170) 을설치하고, 상기보디 (130) 로부터다이홀더 (122) 로전달되는진동을크게감쇠시킨다. 뿐만아니라, 본발명은다이 (110) 에진동을가하는초음파가진자 (150) 가다이 (110) 의둘레방향을따라방사상으로 6개소배치되어다이 (110) 의모든부분에균등한진동을가할수있다. 따라서본발명은압출다이 (110) 에장착된초음파가진자 (150) 로부터발생된진동을효과적으로압출다이 (110) 에전달시켜서압출작업시압출재료사이의마찰력을최소화할수있고, 결과적으로기존의초음파압출 - 7 -
장치에비하여더욱더고밀도의고품질금속제품을높은생산속도로제조할수있는것이다. [0073] 본발명은상기에서도면을참조하여특정실시예에관련하여상세히설명하였지만본발명은이와같은특정구조에한정되는것은아니다. 당업계의통상의지식을가진자라면이하의특허청구범위에기재된본발명의기술사상및권리범위를벗어나지않고서도본발명을다양하게수정또는변경시킬수있을것이다. 예를들면상기보디 (130) 는그외주면에모따기면 (136) 을 6개소형성하고, 6개의장착공 (138) 을통하여 6개의초음파가진자 (150) 를각각장착하는구성에대해서설명되었지만이와는다르게 4개내지 12개다르게장착할수도있을것이다. 그렇지만그와같은단순한설계적인수정또는변형구조들은모두명백하게본발명의권리범위내에속하게됨을미리밝혀두고자한다. [0074] 부호의설명 10: 압출다이 12: 보디 14: 압출공 16: 장착공 20: 압출재료 22: 금속제품 40: 초음파가진자 50: 초음파공진시스템 60: 초음파생성부 62,64: 제1 및제2 증폭부 66: 압력제어부 68: 계측부 70: 가열제어부 72: 피스톤 82: 압출기히터 84: 다이홀더 100: 본발명에따른초음파압출장치 110: 압출다이 120: 압출피스톤 122: 다이홀더 130: 보디 132,134: 전, 후방원추면 136: 모따기면 138: 장착공 140: 압출공 142: 제1 내경부 144: 제2 내경부 150: 초음파가진자 160: 지그 162: 히터 170: 진동차단수단 172a,172b: 전, 후방원판 176: 콘넥터 176a: 관통공 178: 스프링 h: 높이 r: 반지름 - 8 -
도면 도면 1 도면 2-9 -
도면 3 도면 4-10 -
도면 5 도면 6-11 -
도면 7 도면 8-12 -
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도면 11 도면 12-15 -
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