KR0138956B1 - 공작기계기구의 금형용 금속핀의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계기구용 금속핀의 제조방법에 관한 것으로, 각종 프레스나 사출기 및 피어싱머신(Piercng machine)등의 공작기계에 사용되는 타공핀이나 금형의 이젝트핀 등등의 각종 금속핀을 롤상으로 감겨진 상태의 강선 소재를 열처리가공으로 소재의 강도를 연화시킨 다음 압연인발가공으로 설정된 직경을 갖도록 인발연신하고, 이를 다시 열처리가공한 후 헤더가공으로 금속핀의 길이에 맞추어 절단함과 동기 두부(頭部)를 형성시키며, 이를 다시 열처리가공으로 연화시킨 후 두부있는 금속핀의 외경과 표면조도를 정밀하게 하면서 동심도와 수직도를 잡아주는 롤링가공방법으로 소재를 절삭가공하지 않고 금속핀을 연속적으로 제조할 수 있도록 하므로서 금속핀의 생산성을 향상시키는데 이바지할 수 있는 제조방법을 제공함에 목적이 있는 것이다.

Description

공작기계기구의 금형용 금속핀의 제조방법

도 1은 본 발명의 제1, 제2 및 제3열처리공정의 실시예 도표.

도 2는 본 발명의 제4열처리공정의 실시예 도표.

도 3은 본 발명의 제5마감 열처리공정의 실시예 도표.

도 4는 본 발명으로 제조하고자 하는 각종 금속핀의 구성 예시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 두부 2 : 몸체

본 발명은 공작기계기구의 금형용 금속핀의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 각종 프레스나 사출기 및 피어싱머신(Piercng machine)등의 공작기계의 금형에 사용되는 타공핀이나 이젝트핀 등등의 각종 금속핀을 선반기계와 같이 소재를 깍아주는 절삭가공없이 압연인발가공, 열처리가공, 헤더가공 및 롤링가공으로 직경이 다른 머리(頭部)가 일체로 형성된 금속핀을 제조할 수 있는 제조방법을 제공함에 목적이 있는 것이다.

일반적으로 두부가 있는 금속핀을 생산하기 위해서는 우선 금속핀의 두부보다 조금 큰 직경을 갖는 고속도강 강봉을 소재로 하여 선반을 이용하여 소재를 절삭가공하는 방법으로 금속핀을 제조하여 왔었는 바, 이러한 종래 기술은 고가의 고속도강 소재를 선택함에 있어 제조하고자 하는 금속핀의 외경 보다 큰 직경으로 된 소재를 사용하여야 하기 때문에 금속핀의 제조원가가 높아지게 되는 문제점이 있었을 뿐 아니라 선반으로의 절삭가공에 많은 시간이 소요됨과 동시에 동시 정밀가공하여야 하므로서 가공비가 비싸지는 등등의 문제점이 있었으며, 이와 더불어서 선반으로의 절삭가공방법으로는 금속핀을 대량 생산할 수 없고, 가공공차를 일정하게 생산할 수 없는 점 또한 문제점으로 지적되어 왔었다.

본 발명은 종래의 이와같은 제반 결점들을 일소하고자 창출한 것으로서, 고가의 고속도강을 소재로 하여 금형용 금속핀을 제조함에 있어 소재의 절삭으로 원재료를 낭비하는 비경제적인 점을 해소하면서 소재를 압연인발기로서 연속적으로 인발가공하는 방법과 헤딩머신을 이용한 연속적인 헤더가공 방법 및 다량의 소재를 일시에 열처리하는 열처리방법 그리고 롤링기를 이용한 롤링가공 방법으로서 대량생산과 허용공차가 일정하면서 표면이 윤택한 조도를 가지고 있으며, 동심도나 수직도가 우수한 금속핀을 제조할 수 있도록 하는데 목적이 있는 것으로, 이하 본 발명의 제조방법을 각 공정별로 상술하면 다음과 같다.

우선 본 발명이 소재로 하는 고속도강 강봉의 외경은 업계에서 생산되는 강봉소재 중 제조하고자 하는 금속핀의 두부(1)의 외경보다 조금 큰 직경을 갖는 것을 선택하되, 선택된 소재는 롤상으로 말려있는 상태 그대로를 이용하여 금속핀의 몸체(2) 외경을 기준하여 압연인발한 다음 설정된 길이로 절단하여 가공하는 것으로서, 이하 공정별로 설명하기로 한다.

제1열처리공정(제1공정)

롤상으로 된 고속도강 소재는 대한민국에서 생산되는 SKH 9,SKD 11,SK 3등을 사용하며, 상기 소재들은 강도가 높은 관계로 직경을 작게하는 압연가공이 어려우므로 소재 자체를 열처리하는데, 이때의 열처리방법은 소재가 가지고 있는 강도를 연화시켜주는 풀림(Annealing)열처리 방법을 사용하는 것이며, 풀림열처리에 온도범위와 시간에 따른 실시예는 도 1의 도표와 같다.

도 1의 도표에서와 같이 소재의 열처리방법은 먼저 소재를 고온인 830∼890℃의 온도범위(바람직하게는 850℃)에서 3시간동안 가열한 다음 1시간동안 온도를 서서히 낮추어 720∼780℃의 온도범위(바람직하게는 750℃)에 도달하게 한 다음 그 온도범위에서 2시간동안 풀림가열하고, 상기 온도범위에서 다시 1시간동안 온도를 620∼680℃의 온도범위(바람직하게는 650℃)까지 낮춘 다음 그 온도범위에서 2시간동안 재차 풀림가열하며, 재차 풀림가열 온도범위에서 부터는 온도를 좀더 서서히 낮추는 방법으로서 3시간에 걸쳐 470∼530℃의 온도범위(바람직하게는 500℃)가 될 때까지 풀림열처리를 하는 것이다.

상기 풀림열처리공정은 소재에 따라 강도의 차이가 있으므로 ±30℃ 정도의 허용온도범위 정하여 각 소재의 강도에 알맞는 온도조건으로 열처리하는 것이며, 또한 이같은 풀림열처리공정은 소재가 차기공정인 압연인발가공이 원활한 상태가 될 때까지 수회까지 실시할 수도 있다.

압연인발공정(제2공정)

상기 제1열처리공정을 거친 소재를 압연인발기를 이용하여 직경이 1회에 0.1∼0.3mm씩 작아지도록 압연인발하는 작업을 3∼5회 수행하여 가공하고자 하는 금속핀 몸체(2)의 직경과 일치되게 가공한다.

제2열처리공정(제3공정)

상기 압연인발공정을 거친 소재는 압연인발하는 과정에서 다시 강도가 높아진 상태가 되므로 차기 공정인 헤더가공공정에 적합하도록 재차 풀림열처리 방법으로 소재의 경도를 연화시켜야 하는데, 이때의 풀림열처리 온도범위와 열처리시간에 따른 실시예는 전술한 제1열처리공정과 동일하다.(도 1의 도표 참조)

상기한 제2열처리공정의 풀림열처리가공은 차기공정인 헤더가공공정에서의 가공이 원활하도록 강도를 연화시키는 것이다.

헤더가공공정(제4공정)

상기 제2열처리공정으로 강도가 연화된 소재를 헤딩머신에 걸어 놓고 헤더가공을 실시하는데. 이때의 헤더가공공정은 롤상의 소재를 가공하고자 하는 금속핀의 길이에 맞추어 절단하면서 헤더가공을 진행하는 것이며, 본 공정은 도 4의 도시와 같이 가공하고자 하는 금속핀의 두부(1)를 만들어 주는 것으로서, 상기 두부는 소재가 풀림열처리로 연질화된 상태이므로 크랙 등의 발생없이 직경이 넓혀지면서 형성되는 것이다.

본 헤더가공공정은 헤딩머신으로 부터 연속작업이 이루어지는 것이므로 종래 선반을 이용한 절삭가공 방법에 비하여 원가절감과 작업의 번거로움을 없애 생산성의 향상에 기여할 수 있는 것이다.

제3열처리공정(제5공정)

상기 헤더가공공정으로 몸체(2)에 두부(1)가 형성된 각 소재들은 다시 강도가 높아진 상태일 뿐 아니라 표면이 거칠고 또 몸체(2)가 휘어지는 등 동심도나 수직도가 올바르지 않기 때문에 이를 바로잡기 위한 차기 공정인 연마 및 롤링가공공정에 적합하도록 소재의 강도를 연화시키는 풀림열처리공정으로서, 본 공정의 열처리 온도범위와 시간은 전술한 제1열처리공정과 동일하다.(도 1 도표 참조)

상기한 제3열처리공정의 풀림열처리가공은 다음의 롤링가공공정시 롤링가공이 원활하게 이루어질 수 있게 하기 위함이다.

표면연마공정(제6공정)

본 공정은 상기 제3열처리공정으로 풀림열처리된 소재들은 그 표면에 이물질이 묻어 있으므로 이를 제거하는 공정이다.

롤링가공공정(제7공정)

상기 표면연마공정을 거친 소재들은 두부(1)와 몸체(2)의 외경이 가공하고자 하는 금속핀의 정밀도에 못미치는 외경을 가지고 있는 상태(설정 외경보다 미세한 수치로 큰 상태)이며, 또 표면조도가 정밀하지 못하며, 휨현상이 있는 상태이다. 따라서 본 공정은 롤링가공으로서 소재의 두부와 몸체가 설정된 외경을 가지며 표면조도가 정밀하게 가공하면서 휨을 바로잡아 동심도와 수직도를 주는 공정이다.

제4열처리공정(제8공정)

본 공정은 전술한 제1, 제2 및 제3열처리공정과 같이 소재의 강도를 연화시키는 목적과는 달리 금속핀을 사용할 때 부러지는 것과 휘는 것을 방지할 목적으로 강도를 높이기 위한 공정으로서, 본 공정의 가열시간과 온도범위는 도 3의 도표와 같다.

본 공정은 소재를 도 3의 도표에서와 같이 처음에는 920∼980℃ 온도범위(바람직하게는 950℃)에서 20분 정도 가열한 다음 20분에 걸쳐 온도를 서서히 상승시켜 1100∼1160℃의 온도범위(바람직하게는 1130℃)에 이르면 온도상승을 중단시키고, 그 상승된 온도범위에서 20분 정도 가열하고, 이어서 상기 온도로 가열된 소재가 550∼610℃의 온도범위(바람직하게는 580℃)에 이르도록 40분 정도 담금질하여 주거나 또는 진공상태하에서 냉각한 후 소재를 자연냉각시킨다.

재 롤링가공공정(제9공정)

본 공정은 상기 제4열처리공정을 거친 소재에 휨현상이 일어날 경우를 대비하여 동심도와 수직도를 재구성하기 위한 공정으로서, 본 공정에서의 롤링가공은 소재를 약 100℃ 내외의 온도범위로 가열한 다음 진행하는 것이며, 이와같이 롤링가공된 소재들은 강도가 높은 상태이므로 차기 공정인 마감 열처리공정시 휘는 현상이 발생되지 않게 된다.

제5마감 열처리공정(제10공정)

본 공정은 전술의 재 롤링가공공정을 거친 소재들이 강도가 너무 높은 상태로 열처리된 상태이기 때문에 소재 자체가 가지고 있던 제강도를 유지시키는 열처리공정으로서, 소재의 경도는 낮추고 점도는 높여주는 뜨임(Tempering)열처리공정으로서, 본 공정의 가열온도와 가열시간은 도 3의 도표와 같다.

본 공정은 도 3의 도표에서와 같이 뜨임열처리는 3회 반복하는 것으로서,각각의 가열온도는 520∼580℃(바람직한 온도는 550℃)이고, 또 각각의 가열시간은 120분씩이며, 첫번째 열처리가 끝난 소재들은 약 80℃가 되도록 자연냉각시킨 후 두번째 열처리공정을 실시하고, 또 두번째 열처리가 끝난 후에도 약 80℃가 되게 자연냉각시킨 상태에서 세번째 열처리공정을 실시하는 것으로, 세번째 열처리공정후에는 자연냉각시키는 것이다.

마감 연마공정(제11공정)

본 공정은 전술의 마감 열처리공정을 거친 소재를 바렐연마기를 이용하여 표면에 묻어 있는 이물질을 제거하면서 표면조도를 높이는 공정으로서, 본 공정을 거친 소재들은 첨부한 도면과 같이 두부가 있는 금속핀의 제조를 완료하는 공정인 것이다.

이상과 같이 본 발명은 롤상으로 제조된 고속도강을 소재로 하여 절삭가공 없이 제조하고자 하는 금형용 금속핀의 몸체와 거의 같은 직경이 되도록 압연인발가공한 다음 풀림열처리공정으로 압연인발된 소재를 연화시켜 헤더가공으로의 금속핀 두부 성형이 잘되게 함과 동시 성형되는 두부에 크랙이 발생되지 않도록 하며, 헤더가공공정을 거친 소재를 롤링가공으로 소재의 외경과 표면조도를 정밀하게 함과 동시 열처리시 발생될 수 있는 휨현상을 바로 잡아 동심도나 수직도를 좋게 하고, 또 설정된 규격으로 성형된 금속핀 소재의 강도를 높이는 열처리공정 후 재 롤링가공과 제경도화하는 뜨임열처리가공 및 표면연마공정으로서 소재를 설정된 규격으로 정밀하게 가공완성할 수 있는 것으로, 이와같은 본 발명은 비절삭 가공방법으로 금속핀을 연속적이고도 대량으로 제조할 수 있으므로서 원가절감의 효과와 함께 제조작업의 번거로움을 없애 생산성을 향상시키는 효과가 있는 신규의 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 롤상으로 감겨진 고속도강 강선의 소재를 830∼890℃→720∼780℃→620∼680℃→470∼530℃의 단계적인 온도범위로 풀림열처리하여 상기 소재의 강도를 연질화시키는 제1열처리공정(제1공정)과; 전 공정을 거친 소재를 수회 압연인발하여 금속핀의 몸체와 일치하는 직경이 되게 가공하는 압연인발공정(제2공정)과; 전 공정에 의해 강도가 높아진 소재를 다시 연질화시키기 위하여 제1열처리가공공정과 동일한 온도범위로 단계적으로 풀림열처리하여 소재의 강도를 연화시키는 제2열처리공정(제3공정과); 전 공정에서 풀림열처리된 소재를 헤딩머신을 이용하여 설정된 길이로 절단과 동시 금속핀의 두부를 형성시키는 헤더가공공정(제4공정)과; 전 공정의 헤더가공으로 연속 가공된 소재들을 제1열처리가공공정과 동일한 온도범위로 단계적으로 풀림열처리하여 소재의 강도를 연화시키는 제3열처리공정(제5공정)과; 전 공정을 거친 소재들을 연마기로서 표면에 묻어 있는 이물질을 제거하는 표면연마공정(제6공정)과; 전 공정에서 표면연마가공된 소재들을 롤링기로서 외경과 표면조도를 정밀하게 함과 동시 휨을 잡아주면서 동심도와 수직도를 주기 위한 롤링가공공정(제7공정)과; 전 공정에서 롤링가공된 소재를 920∼980℃→1100∼1160℃→550∼610℃의 단계적인 온도범위로 담금질열처리하여 강도를 높여주는 제4열처리공정(제8공정)과; 전 공정에서 발생될 수 있는 소재의 휨현상을 바로 잡기 위한 재 롤링가공공정(제9공정)과; 전 공정을 거친 소재들은 경도가 설정치 보다 높은 상태이므로 소재가 제경도를 유지할 수 있도록 520∼580℃의 온도범위에서 수희 뜨임열처리하는 제5열처리공정(제10공정)과; 전 공정에서 뜨임열처리된 소재들의 표면에 묻어 있게되는 불순물을 제거하는 마감 연마공정(제11공정)으로 두부가 있는 금속핀을 비절삭가공으로 제조하는 방법을 특징으로 하는 공작기계기구의 금형용 금속핀의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1열처리공정(제1공정) 내지 제2열처리공정(제3공정)을 거치는 소재응 롤상으로 감겨진 상태로 가공한 후 헤더가공공정(제4공정)에서 설정된 길이로 절단되면서 두부를 형성시키는 것을 특징으로 하는 공작기계의 금형용 금속핀의 제조방법.