KR102416902B1 - 감압제어가 가능한 냉간 등방압 성형장치 및 이를 이용한 냉간 등방압 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 냉간 등방압 성형장치는, 내부에 압력매체가 채워지는 압력용기; 내부에 원료분말이 장입된 후 밀폐되어 상기 압력용기의 내부에 인입되되, 상기 압력용기기 내측으로 공급되는 압력매체의 압력에 의해 변형 가능하도록 연성을 가지는 성형틀; 상기 압력용기 내부의 압력매체를 인출시키기 위한 인출라인; 상기 인출라인을 개폐시키는 메인 개폐밸브; 상기 인출라인으로부터 분기되는 1차 배출라인과 2차 배출라인과 3차 배출라인과 4차 배출라인; 상기 2차 배출라인과 3차 배출라인과 4차 배출라인을 각각 개폐시키는 2차 개폐밸브와 3차 개폐밸브와 4차 개폐밸브; 상기 1차 배출라인과 2차 배출라인과 3차 배출라인과 4차 배출라인으로부터 배출된 압력매체가 저장되는 충수탱크;를 포함하여 구성된다.

Description

감압제어가 가능한 냉간 등방압 성형장치 및 이를 이용한 냉간 등방압 성형방법{Cold isostatic pressing apparatus capable of decompression control and cold isostatic pressing methode using the same}

본 발명은 원료분말을 성형틀에 넣은 후 고압의 압력매체로 성형틀을 가압함으로써 제품을 성형하는 냉간 등방압 성형장치 및 이를 이용한 냉간 등방압 성형방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 성형틀을 가압하던 압력매체를 인출시키는 감압과정에서 압력매체의 감압이 일정한 비율로 이루어지도록 함으로써 성형틀 팽창에 따른 제품의 손상을 방지할 수 있는 냉간 등방압 성형장치 및 이를 이용한 냉간 등방압 성형방법에 관한 것이다.

냉간 등방압 성형장치는 주로 분말 상태인 세라믹이나 금속 등의 원료분말을 성형틀 내부에 장입한 후, 고압의 압력매체를 이용하여 상온에서 상기 성형틀에 압력을 가함으로써 상기 원료분말을 치밀한 구조의 성형체로 제조하도록 구성된다. 이때 상기 성형틀을 가압하는 압력매체는 물 또는 오일 등으로 사용되며, 1000bar 이상의 압력을 가하여 이론 밀도의 60~90%까지 얻을 수 있다.

제작자는 분말상태의 원료를 고무와 같은 신축성이 좋은 재질로 이루어진 성형틀에 넣고 가압한 후 일정 시간 유지한 뒤 가압을 해제하고 제품을 성형틀에서 꺼내는 공정을 통해 치밀한 구조의 성형체을 얻을 수 있게 된다.

세라믹 또는 금속 분말의 경우 낮은 압력을 가하고 있을 때는 일정한 형상을 유지하고 있지만, 압력을 해제하면 일정한 형상을 유지하기 힘들기 때문에 원료 배합 단계에서 바인더와 같은 유기물을 첨가하여 성형성을 높여주기도 한다. 그러나 유기물이 포함된 분말로 성형하여 소결하게 되면 제품 특성에 따라 불량 발생 및 제품의 질이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

따라서 근래 들어서는 유기물이 첨가되지 않은 분말을 고무와 같이 신축성이 좋은 재질로 이루어진 성형틀에 넣고 냉간 등방압 성형장치를 이용하여 초고압(1000bar 이상)으로 가압하는 방법이 제안된 바 있다. 이와 같은 방식으로 원료분말을 가압하여 성형하면 유기물이 첨가되지 아니한 원료분말로도 제품을 성형할 수 있다는 장점이 있지만, 성형틀을 가압하던 압력매체의 압력을 낮추는 과정에서 제품의 모서리 부분이 떨어지거나 크랙이 발생하는 현상이 발생된다.

크랙이 발생하는 원인으로 성형 시 압축되었던 성형틀이 감압 시 성형체를 잡아당기는 현상에 의해 발생된다. 이는 성형틀의 부분적인 경도의 차, 두께의 차 또는 분말 충진 시 불규칙 충진에 의해 발생할 수 있다. 성형틀을 가압하면 직경 방향뿐만 아니라 길이 방향에서도 수축이 일어나고 감압 과정에서 직경 방향의 복원보다도 길이 방향의 복원이 빨라서 성형틀이 성형체를 길이 방향으로 잡아당기는 결과로 이어져 성형체의 길이 방향으로 절단이나 크랙이 발생되기 쉽다. 성형 후 육안으로 확인되는 크랙이 발생되지 않더라도 성형틀에 의해 길이 방향으로 잡아당기는 힘으로 성형체 내부에 응력이 발생해 소결 시 크랙이 발생될 수 있다.

또한, 압력용기 내부의 압력매체가 하나의 유로를 통해 충수탱크로 배출되도록 구성되면, 압력매체 배출유로가 개방되는 시점에는 압력용기 내부의 압력 감소가 급격하게 이루어지지만, 압력매체가 어느 정도 배출된 이후에는 압력용기 내부의 압력 감소가 완만해지게 된다. 즉, 압력용기 내부의 감압 그래프는 지수함수 형태로 곡선을 띄게 되는바, 감압이 급격하게 일어나는 구간에서 성형체와 성형틀 간의 팽창 속도의 차이에 의해 성형체에 크랙이 발생하거나 성형체 내부에 응력이 발생하는 문제가 발생된다. 이러한 현상은 성형체의 두께 및 크기가 증가할수록 더욱 심하게 나타난다.

이에 따라 압력용기 내부의 감압 그래프가 지수함수 형태가 아닌 일차함수 형태로 나타날 수 있도록 즉, 압력용기 내부의 압력이 일정한 비율로 감압됨이 바람직한데, 현재까지는 압력용기 내부의 감압비율이 일정하게 유지되는 냉간 등방압 성형장치가 개발되고 있지 아니하는 실정이다.

KR 10-1857336 B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 성형틀을 가압하던 압력매체를 인출시키는 감압과정에서 압력매체의 감압이 일정한 비율로 이루어지도록 함으로써 성형틀 팽창에 따른 제품의 손상을 방지할 수 있는 냉간 등방압 성형장치 및 이를 이용한 냉간 등방압 성형방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 냉간 등방압 성형장치는, 내부에 압력매체가 채워지는 압력용기; 내부에 원료분말이 장입된 후 밀폐되어 상기 압력용기의 내부에 인입되되, 상기 압력용기기 내측으로 공급되는 압력매체의 압력에 의해 변형 가능하도록 연성을 가지는 성형틀; 상기 압력용기 내부의 압력매체를 인출시키기 위한 인출라인; 상기 인출라인을 개폐시키는 메인 개폐밸브; 상기 인출라인으로부터 분기되는 1차 배출라인과 2차 배출라인과 3차 배출라인과 4차 배출라인; 상기 2차 배출라인과 3차 배출라인과 4차 배출라인을 각각 개폐시키는 2차 개폐밸브와 3차 개폐밸브와 4차 개폐밸브; 상기 1차 배출라인과 2차 배출라인과 3차 배출라인과 4차 배출라인으로부터 배출된 압력매체가 저장되는 충수탱크;를 포함하여 구성된다.

상기 1차 배출라인과 2차 배출라인과 3차 배출라인과 4차 배출라인으로부터 배출되는 압력매체를 모아 충수탱크로 전달하는 통합라인을 더 포함하되, 상기 통합라인의 내부유로 단면적은, 상기 1차 배출라인의 단면적과 상기 2차 배출라인의 단면적과 상기 3차 배출라인의 단면적과 상기 4차 배출라인의 단면적을 합한 크기 이상으로 형성된다.

1차 배출라인과 2차 배출라인과 3차 배출라인과 4차 배출라인 각각에는, 내부유로 단면적을 증감시키는 1차 유량제어밸브와 2차 유량제어밸브와 3차 유량제어밸브와 4차 유량제어밸브가 설치된다.

상기 인출라인 중 상기 메인 개폐밸브가 장착된 지점의 전단과 상기 1차 배출라인을 연결하는 비상배출라인과, 상기 비상배출라인을 개폐시키는 비상배출밸브를 더 포함한다.

상기 압력용기의 내부 압력이 3000bar에 이르러 원료분말의 성형이 완료되었을 때 상기 메인 개폐밸브가 개방되고, 상기 압력용기의 내부 압력이 1500bar로 감압되었을 때 상기 2차 개폐밸브가 추가로 개방되며, 상기 압력용기의 내부 압력이 900bar로 감압되었을 때 상기 3차 개폐밸브가 추가로 개방되고, 상기 압력용기의 내부 압력이 500bar로 감압되었을 때 상기 4차 개폐밸브가 추가로 개방되며, 상기 압력용기의 내부 압력이 200bar로 감압되었을 때 상기 3차 개폐밸브와 4차 개폐밸브가 폐쇄되고, 상기 압력용기의 내부 압력이 1bar로 감압되었을 때 상기 메인 개폐밸브와 2차 개폐밸브가 추가로 폐쇄된다.

본 발명에 의한 냉간 등방압 성형방법은 상기와 같이 구성되는 냉간 등방압 성형장치를 이용하여 원료분말을 성형하는 방법으로서, 원료분말이 장입된 성형틀을 상기 압력용기 내부에 인입시키는 제1 단계; 상기 압력용기의 내부 압력이 3000bar에 이르도록 상기 압력용기 내부에 압력매체를 공급하는 제2 단계; 상기 성형틀 내부에 장입된 원료분말의 성형이 완료되면, 상기 메인 개폐밸브를 개방하는 제3 단계; 상기 압력용기의 내부 압력이 1500bar로 감압되면, 상기 2차 개폐밸브를 추가로 개방하는 제4 단계; 상기 압력용기의 내부 압력이 900bar로 감압되면, 상기 3차 개폐밸브를 추가로 개방하는 제5 단계; 상기 압력용기의 내부 압력이 500bar로 감압되면, 상기 4차 개폐밸브를 추가로 개방하는 제6 단계;를 포함한다.

상기 압력용기의 내부 압력이 200bar로 감압되면, 상기 3차 개폐밸브와 4차 개폐밸브를 폐쇄시키는 제7 단계; 상기 압력용기의 내부 압력이 1bar로 감압되면, 상기 메인 개폐밸브와 2차 개폐밸브를 추가로 폐쇄시키는 제8 단계;를 더 포함한다.

본 발명에 의한 냉간 등방압 성형장치 및 이를 이용한 냉간 등방압 성형방법을 이용하면, 성형틀을 가압하던 압력매체를 인출시키는 감압과정에서 압력매체의 감압이 일정한 비율로 이루어지도록 함으로써 성형틀 팽창에 따른 제품의 손상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 냉간 등방압 성형장치의 개략도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명에 의한 냉간 등방압 성형장치의 사용상태도이다.
도 7은 본 발명에 의한 냉간 등압압 성형장치를 이용하였을 때 압력용기 내부의 압력변화를 도시하는 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 냉간 등방압 성형장치의 개략도이다.

본 발명에 의한 냉간 등방압 성형장치는 세라믹 또는 금속 분말 등의 원료분말이 장입된 성형틀(110)을 압력용기(100)에 넣은 후, 상기 압력용기(100) 내부로 고압의 압력매체(10)를 공급함으로써 성형틀(110)의 외측면 각 부위를 동일한 압력으로 가압하여 제품을 성형하는 제조장치이다. 이때 본 발명에 의한 냉간 등방압 성형장치는, 제품 성형이 완료된 이후 압력용기(100) 내부의 압력매체(10)를 인출하는 과정에서 압력용기(100)의 내부의 압력이 급격하게 감소되는 현상을 방지함으로써 제품과 성형틀(110) 간의 마찰로 인해 제품의 손상을 방지할 수 있도록 구성된다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다.

즉, 본 발명에 의한 냉간 등방압 성형장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 압력매체(10)가 채워지는 압력용기(100)와, 내부에 원료분말이 장입된 후 밀폐되어 상기 압력용기(100)의 내부에 인입되되 상기 압력용기(100)기 내측으로 공급되는 압력매체(10)의 압력에 의해 변형 가능하도록 연성을 가지는 성형틀(110)과, 상기 압력용기(100) 내부의 압력매체(10)를 인출시키기 위한 인출라인(200)과, 상기 인출라인(200)을 개폐시키는 메인 개폐밸브(210)와, 상기 인출라인(200)으로부터 분기되는 복수 개의 배출라인(1차 배출라인(310)과 2차 배출라인(320)과 3차 배출라인(330)과 4차 배출라인(340))과, 상기 2차 배출라인(320)과 3차 배출라인(330)과 4차 배출라인(340)을 각각 개폐시키는 2차 개폐밸브(324)와 3차 개폐밸브(334)와 4차 개폐밸브(344)와, 상기 1차 배출라인(310)과 2차 배출라인(320)과 3차 배출라인(330)과 4차 배출라인(340)으로부터 배출된 압력매체(10)가 저장되는 충수탱크(500)를 포함하여 구성된다.

상기 압력용기(100)와 성형틀(110)은 종래의 냉간 등방압 성형장치에도 동일하게 적용되고 있는바, 상기 압력용기(100)와 성형틀(110)에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이때 본 발명에 의한 냉간 등방압 성형장치는 압력용기(100) 내부의 압력매체(10)를 충수탱크(500)로 전달하는 유로가 하나의 유로로 이루어지는 것이 아니라 4개의 배출라인으로 분기된 후 충수탱크(500)와 연결되도록 구성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다. 이와 같이 압력매체(10)의 유로가 4개의 배출라인으로 분기되도록 구성되면, 사용자는 개방되는 배출라인의 개수를 증감시킴으로써 압력용기(100) 외부로 배출되는 압력매체(10)의 유량을 조절할 수 있고, 이에 따라 압력용기(100) 내부압력이 급격하게 감소하는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다. 이와 같이 각 배출라인의 개폐여부를 조절함으로써 압력매체(10) 배출유량을 제어하는 과정에 대해서는 이하 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.

이때, 본 발명에 의한 냉간 등방압 성형장치는, 상기 4개의 배출라인 즉, 1차 배출라인(310)과 2차 배출라인(320)과 3차 배출라인(330)과 4차 배출라인(340)이 각각 개별적으로 충수탱크(500)와 연통되도록 구성될 수도 있고, 본 실시예에 도시된 바와 같이 상기 1차 배출라인(310)과 2차 배출라인(320)과 3차 배출라인(330)과 4차 배출라인(340)의 배출측이 하나의 통합라인(400)으로 모아진 후 충수탱크(500)와 연통되도록 구성될 수 있다.

상기 통합라인(400)은 1차 배출라인(310)과 2차 배출라인(320)과 3차 배출라인(330)과 4차 배출라인(340)으로부터 배출되는 압력매체(10)를 모아 충수탱크(500)로 전달하는 역할을 하게 되는데, 상기 통합라인(400)의 직경이 각 배출라인의 직경과 동일하게 제작되면 각 배출라인을 통해 배출되는 압력매체(10)가 상기 통합라인(400)을 빠르게 지나가지 못하게 되는 병목현상이 발생될 수 있다. 따라서 상기 통합라인(400)의 내부유로 단면적은, 상기 1차 배출라인(310)의 단면적과 상기 2차 배출라인(320)의 단면적과 상기 3차 배출라인(330)의 단면적과 상기 4차 배출라인(340)의 단면적을 합한 크기 이상으로 형성됨이 바람직하다.

한편, 1차 배출라인(310)과 2차 배출라인(320)과 3차 배출라인(330)과 4차 배출라인(340)이 각각 개방되었을 때 각 배출라인을 통과하는 압력매체(10)의 단위시간당 유량이 일정하게 설정될 수 있도록, 상기 1차 배출라인(310)과 2차 배출라인(320)과 3차 배출라인(330)과 4차 배출라인(340) 각각에는 각 배출라인의 내부유로 단면적을 증감시키는 1차 유량제어밸브(312)와 2차 유량제어밸브(322)와 3차 유량제어밸브(332)와 4차 유량제어밸브(342)가 설치됨이 바람직하다.

상기 1차 유량제어밸브(312)와 2차 유량제어밸브(322)와 3차 유량제어밸브(332)와 4차 유량제어밸브(342)는 각각 1차 배출라인(310)과 2차 배출라인(320)과 3차 배출라인(330)과 4차 배출라인(340)의 내부유로 단면적 크기를 증감시킴으로써, 각 배출라인을 통해 배출되는 압력매체(10)의 유량을 설정할 수 있게 된다. 예를 들어 2차 유량제어밸브(322)가 2차 배출라인(320)의 내부유로 단면적을 감소시키는 경우, 2차 개폐밸브(324)가 2차 배출라인(320)을 개방시켰을 때 상기 2차 배출라인(320)을 통해 배출되는 압력매체(10)의 단위시간당 유량은 감소하게 된다. 반대로 2차 유량제어밸브(322)가 2차 배출라인(320)의 내부유로 단면적을 증가시키는 경우, 2차 개폐밸브(324)가 2차 배출라인(320)을 개방시켰을 때 상기 2차 배출라인(320)을 통해 배출되는 압력매체(10)의 단위시간당 유량은 증가하게 된다.

따라서 사용자는 압력매체(10)의 물성이나, 압력용기(100)의 규격, 단위시간당 배출하고자 하는 압력매체(10)의 유량 등 여러가지 조건에 따라 1차 유량제어밸브(312)와 2차 유량제어밸브(322)와 3차 유량제어밸브(332)와 4차 유량제어밸브(342)의 개도량을 각각 독립적으로 조절함으로써, 각 배출라인을 통해 배출되는 압력매체(10)의 유량을 적절하게 제어할 수 있게 된다는 장점이 있다.

이때, 1차 유량제어밸브(312)와 2차 유량제어밸브(322)와 3차 유량제어밸브(332)와 4차 유량제어밸브(342)의 개도량은 성형하고자 하는 제품의 종류 및 특성에 맞춰 냉간 등방압 성형장치를 세팅하는 초기에 결정될 뿐, 제품을 성형하는 과정에서 수시로 조작되지 아니한다. 따라서 상기 1차 유량제어밸브(312)와 2차 유량제어밸브(322)와 3차 유량제어밸브(332)와 4차 유량제어밸브(342)는 고가의 자동밸브 구조로 구성될 필요가 없고 작업자의 수작업에 의해 조작되는 수동밸브 구조로 구성됨이 바람직하다. 물론, 메인 개폐밸브(210)와 2차 개폐밸브(324)와 3차 개폐밸브(334)와 4차 개폐밸브(344)는 압력용기(100) 내부의 압력매체(10)가 배출되는 동안 수시로 개폐되어야 하는바, 자동밸브 구조로 구성되어야 할 것이다.

한편, 상기 각 개폐밸브(210, 324, 334, 344)들은 압력용기(100) 내부압력 수치에 따라 개폐되는데, 이와 같은 각 개폐밸브(210, 324, 334, 344)들의 개폐시점에 대해서는 이하 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.

또한, 비상 시 압력용기(100) 내부의 압력매체(10)가 메인 개폐밸브(210)를 거치지 아니하고 곧바로 충수탱크(500)로 회수될 수 있도록, 상기 인출라인(200) 중 상기 메인 개폐밸브(210)가 장착된 지점의 전단과 상기 1차 배출라인(310) 중 상기 1차 유량제어밸브(312)가 장착된 지점의 후단을 연결하는 비상배출라인(600)이 추가로 구비될 수 있다. 상기 비상배출라인(600)에는 비상배출라인(600)을 개폐시키는 비상배출밸브(610)가 구비되는바, 작업자는 비상 시 비상배출밸브(610)를 조작함으로써 압력용기(100) 내부의 압력매체(10)를 신속하게 충수탱크(500)로 회송시킬 수 있게 된다.

도 2 내지 도 6은 본 발명에 의한 냉간 등방압 성형장치의 사용상태도이고, 도 7은 본 발명에 의한 냉간 등압압 성형장치를 이용하였을 때 압력용기 내부의 압력변화를 도시하는 그래프이다.

상기와 같이 구성되는 냉간 등방압 성형장치를 이용하여 원료분말을 성형하고자 하는 경우에는, 먼저 원료분말이 장입된 성형틀(110)을 상기 압력용기(100) 내부에 인입시킨 후, 상기 압력용기(100)의 내부 압력이 3000bar에 이르도록 상기 압력용기(100) 내부에 압력매체(10)를 공급함으로써 상기 성형틀(110) 내부에 장입된 원료분말이 성형되도록 한다. 이와 같이 원료분말이 장입된 성형틀(110)을 압력용기(100)에 넣고 압력매체(10)를 주입함으로써 상기 원료분말을 특정 형상으로 성형하는 냉간 등방압 성형과정은 종래의 냉간 등방압 성형장치에서도 동일하게 구현되고 있는바, 제품이 성형되는 과정에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 성형틀(110) 내부에 장입된 원료분말의 성형이 완료되면 압력용기(100) 내부에 채워진 압력매체(10)를 배출시킨 후 성형틀(110)을 압력용기(100) 외부로 인출시켜야 한다. 이때, 압력용기(100) 내부에 채워진 압력매체(10)가 하나의 유로를 통해 배출되는 경우에는 도 7에 도시된 바와 같이 유로가 개방되는 시점에 압력용기(100) 내부의 압력 감소율이 구간별로 상이해 지는 현상 즉, 감압 그래프가 곡선 형태를 띠는 현상이 발생하므로, 성형체 내부와 외부의 팽창속도 차이에 의해 응력이 발생하고 이에 따라 성형체에 크랙이 발생하게 된다는 문제가 발생된다.

따라서 본 발명에 의한 냉간 등방압 성형장치를 이용하여 제품을 성형할 때에는, 압력매체(10)의 배출유로를 다수 개로 분기시켜 형성시키되, 압력용기(100) 내부의 감압비율이 일정하게 유지되도록 각 배출유로를 시차를 두어 개폐시킴으로써 감압 그래프를 최대한 직선 형태로 유지킨다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

예를 들어, 제품성형이 완료되어 압력용기(100) 내부의 압력매체(10)를 배출시키고자 하는 경우, 2차 개폐밸브(324)와 3차 개폐밸브(334)와 4차 개폐밸브(344)는 모두 폐쇄시켜둔 상태에서 상기 메인 개폐밸브(210)를 개방함으로써, 도 2에 도시된 바와 같이 압력용기(100) 내부의 압력매체(10)가 인출라인(200)과 1차 배출라인(310)을 통해 충수탱크(500)로 회수되도록 한다.

이때, 상기 1차 배출라인(310)은 내부유로 단면적이 비교적 작게 제작되는바, 메인 개폐밸브(210)를 개방하는 즉시 압력용기(100) 내부의 압력이 급격하게 감소하지 아니하고, 도 7에 도시된 바와 같이 완만한 기울기로 감소하게 된다. 이와 같이 압력용기(100)의 내부압력이 완만하게 감소하면, 성형틀(110)의 급격한 팽창을 방지할 수 있으므로 성형틀(110)과 제품 간의 마찰에 의한 제품 손상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 1차 배출라인(310)을 통해서만 압력매체(10)가 배출되도록 하면, 상기 압력용기(100)의 내부압력이 감소함에 따라 압력매체(10)의 배출유량이 감소하게 되는바, 압력용기(100) 내부의 압력매체(10)를 모두 배출시키는데 많은 시간이 소요되는 문제가 발생된다.

따라서 상기 압력용기(100)의 내부 압력이 1500bar로 감압되면, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 2차 개폐밸브(324)를 추가로 개방하여 인출라인(200)을 통해 인출된 압력매체(10)가 1차 배출라인(310)과 2차 배출라인(320)을 통해 충수탱크(500)로 회수되도록 한다. 이와 같이 압력용기(100) 내부의 압력매체(10)가 1차 배출라인(310)과 2차 배출라인(320)을 통해 배출되면, 압력매체(10)가 1차 배출라인(310)만을 통해 배출되는 경우에 비해 압력매체(10) 배출유량이 증가하게 되고, 이에 따라 압력용기(100) 내부압력 감소율이 증가하는 효과를 얻을 수 있게 된다.

마찬가지로, 도 3에 도시된 바와 같이 1차 배출라인(310)과 2차 배출라인(320)을 통해서만 압력매체(10)가 배출되는 경우에 있어서도, 시간이 경화함에 따라 상기 압력용기(100)의 내부압력이 감소하게 되고, 이에 따라 압력매체(10)의 배출유량 역시 감소하게 된다. 따라서 상기 압력용기(100)의 내부 압력이 900bar로 감압되는 시점에 이르게 되면 도 4에 도시된 바와 같이 상기 3차 개폐밸브(334)를 추가로 개방하여 압력매체(10) 유동경로의 유로단면적을 증가시키고, 상기 압력용기(100)의 내부 압력이 500bar로 감압되는 시점에 이르게 되었을 때에는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 4차 개폐밸브(344)까지 모두 개방함으로써 압력매체(10) 유동경로의 유로단면적을 최대로 증가시킨다.

이와 같이 압력용기(100)의 내부 압력의 크기에 따라 개방되는 배출라인의 개수를 순차적으로 증가시키면, 도 7에 도시된 그래프와 같이 압력용기(100) 내부압력의 감소비율을 거의 일정하게 유지할 수 있으므로, 성형틀(110)과 제품 간의 마찰에 의한 제품손상을 방지하면서도 최대한 빠른 시간 내에 압력용기(100) 내부의 압력매체(10)를 모두 배출할 수 있게 된다는 장점이 있다.

한편, 압력용기(100)의 내부압력을 감소시키면, 성형틀(110)의 직경방향 팽창보다 길이방향 팽창이 빠르게 일어나게 되어 결과적으로 성형체를 길이방향으로 잡아당기게 되는 결과를 초래하게 되는데, 이와 같은 성형체의 길이방향 인장이 압력용기(100)의 내부 압력이 200bar에 이르게 된 이후에도 지속되면 성형체가 절단되거나 크랙이 발생하게 된다는 문제가 있다.

따라서 압력용기(100) 내부의 압력매체(10)가 어느 정도 배출되어 상기 압력용기(100)의 내부 압력이 200bar에 이르게 된 이후에는, 압력용기(100)의 내부 압력이 보다 완만한 속도로 감속됨이 바람직하다. 즉, 압력용기(100)의 내부 압력이 200bar에 이르게 되면, 도 6에 도시된 바와 같이 3차 개폐밸브(334)와 4차 개폐밸브(344)를 폐쇄시켜 압력매체(10)가 1차 배출라인(310)과 2차 배출라인(320)을 통해서만 배출되도록 한다. 이와 같이 압력매체가 1차 배출라인(310)과 2차 배출라인(320)을 통해서만 배출되면 압력용기(100) 내부에 채워져 있던 압력매체(10)의 배출유량이 감소하게 되는바, 결과적으로 도 7에 도시된 바와 같이 압력용기(100) 내부의 감압이 서서히 이루어지게 되고, 이에 따라 성형체의 절단이나 크랙발생을 방지할 수 있게 된다.

압력매체(10)가 모두 배출되어 상기 압력용기(100)의 내부 압력이 1bar로 감압되면, 상기 메인 개폐밸브(210)와 2차 개폐밸브(324)를 모두 폐쇄시켜 모든 공정을 완료한다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

10 : 압력매체 100 : 압력용기
110 : 성형틀 200 : 인출라인
210 : 메인 개폐밸브 310 : 1차 배출라인
312 : 1차 유량제어밸브 320 : 2차 배출라인
322 : 2차 유량제어밸브 324 : 2차 개폐밸브
330 : 3차 배출라인 332 : 3차 유량제어밸브
334 : 3차 개폐밸브 340 : 4차 배출라인
342 : 4차 유량제어밸브 344 : 4차 개폐밸브
400 : 통합라인 500 : 충수탱크
600 : 비상배출라인 610 : 비상배출밸브

Claims (7)

1. 내부에 압력매체가 채워지는 압력용기;
   내부에 원료분말이 장입된 후 밀폐되어 상기 압력용기의 내부에 인입되되, 상기 압력용기 내측으로 공급되는 압력매체의 압력에 의해 변형 가능하도록 연성을 가지는 성형틀;
   상기 압력용기 내부의 압력매체를 인출시키기 위한 인출라인;
   상기 인출라인을 개폐시키는 메인 개폐밸브;
   상기 인출라인으로부터 분기되는 1차 배출라인과 2차 배출라인과 3차 배출라인과 4차 배출라인;
   상기 2차 배출라인과 3차 배출라인과 4차 배출라인을 각각 개폐시키는 2차 개폐밸브와 3차 개폐밸브와 4차 개폐밸브;
   상기 1차 배출라인과 2차 배출라인과 3차 배출라인과 4차 배출라인으로부터 배출된 압력매체가 저장되는 충수탱크;
   상기 1차 배출라인과 2차 배출라인과 3차 배출라인과 4차 배출라인으로부터 배출되는 압력매체를 모아 충수탱크로 전달하는 통합라인;
   상기 인출라인 중 상기 메인 개폐밸브가 장착된 지점의 전단과 상기 1차 배출라인을 연결하는 비상배출라인;
   상기 비상배출라인을 개폐시키는 비상배출밸브;
   를 포함하며,
   상기 통합라인의 내부유로 단면적은, 상기 1차 배출라인의 단면적과 상기 2차 배출라인의 단면적과 상기 3차 배출라인의 단면적과 상기 4차 배출라인의 단면적을 합한 크기 이상으로 형성되고,
   1차 배출라인과 2차 배출라인과 3차 배출라인과 4차 배출라인 각각에는, 내부유로 단면적을 증감시키는 1차 유량제어밸브와 2차 유량제어밸브와 3차 유량제어밸브와 4차 유량제어밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉간 등방압 성형장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 압력용기의 내부 압력이 3000bar에 이르러 원료분말의 성형이 완료되었을 때 상기 메인 개폐밸브가 개방되고,
   상기 압력용기의 내부 압력이 1500bar로 감압되었을 때 상기 2차 개폐밸브가 추가로 개방되며,
   상기 압력용기의 내부 압력이 900bar로 감압되었을 때 상기 3차 개폐밸브가 추가로 개방되고,
   상기 압력용기의 내부 압력이 500bar로 감압되었을 때 상기 4차 개폐밸브가 추가로 개방되며,
   상기 압력용기의 내부 압력이 200bar로 감압되었을 때 상기 3차 개폐밸브와 4차 개폐밸브가 폐쇄되고,
   상기 압력용기의 내부 압력이 1bar로 감압되었을 때 상기 메인 개폐밸브와 2차 개폐밸브가 추가로 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 냉간 등방압 성형장치.
6. 청구항 1에 의한 냉간 등방압 성형장치를 이용하여 원료분말을 성형하는 방법으로서,
   원료분말이 장입된 성형틀을 상기 압력용기 내부에 인입시키는 제1 단계;
   상기 압력용기의 내부 압력이 3000bar에 이르도록 상기 압력용기 내부에 압력매체를 공급하는 제2 단계;
   상기 성형틀 내부에 장입된 원료분말의 성형이 완료되면, 상기 메인 개폐밸브를 개방하는 제3 단계;
   상기 압력용기의 내부 압력이 1500bar로 감압되면, 상기 2차 개폐밸브를 추가로 개방하는 제4 단계;
   상기 압력용기의 내부 압력이 900bar로 감압되면, 상기 3차 개폐밸브를 추가로 개방하는 제5 단계;
   상기 압력용기의 내부 압력이 500bar로 감압되면, 상기 4차 개폐밸브를 추가로 개방하는 제6 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 등방압 성형방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 압력용기의 내부 압력이 200bar로 감압되면, 상기 3차 개폐밸브와 4차 개폐밸브를 폐쇄시키는 제7 단계;
   상기 압력용기의 내부 압력이 1bar로 감압되면, 상기 메인 개폐밸브와 2차 개폐밸브를 추가로 폐쇄시키는 제8 단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 등방압 성형방법.
   

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