KR100284615B1 - 금형의 히트체킹 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금형의 히트체킹 측정장치를 제공하기 위한 것이다. 상기 측정장치는 측정하고자 하는 금형과 동일한 소재로된 시편과, 상기 시편의 하면과 소정간격을 유지하면서 설치되며 상기 금형이 성형공정 중에 받는 온도범위까지 상기 시편을 가열하는 토치와, 상기 시편의 상측에 설치된 노즐과 연결되며 상기 토치로 가열된 시편을 냉각시키기 위한 냉각제가 충진된 탱크와, 상기 노즐 및 탱크와 일체로 연결되며 상기 금형의 성형공정 중에 냉각되는 온도 또는 분사시간에 따라 상기 냉각제를 분사시키는 에어 컴프레서와, 상기 시편에 접촉되어 가열온도 및 냉각온도를 실시간으로 측정하며 상기 온도의 변화량에 따라 소정 전류를 발생하는 서모커플과, 상기 서모커플로부터 출력되는 전류를 정격전압으로 변환시키는 OP 엠프와, 상기 OP 엠프로부터 정격전압에 해당하는 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환시키는 AD 컨버터와, 상기 AD 컨버터로부터 주기적으로 입력되는 디지털신호에 따라 상기 시편의 온도 변화를 측정하는 마이크로 컴퓨터로 구성된 것이다.

Description

금형의 히트체킹 측정장치.

본 발명은 금형의 수명예측을 검사하는 장치에 관한 것으로서, 특히 금형의 표면에서 발생하는 히트체킹 현상을 측정할 수 있는 측정장치에 관한 것이다.

통상적으로, 온간, 열간 및 다이캐스팅용 금형은 여러 가지 요인들에 의해 수명이 단축된다. 상기 금형의 수명단축의 요인으로는 소재와 금형 사이의 주기적인 열전달 및 윤활제 혹은 이형제 등의 냉각제 주입에 따른 수명 단축과, 상기 금형 사이의 주기적인 열전달로 인한 금형 표면의 갈라짐(이하 "히트체킹"이라 함)현상과, 소재와 금형의 접촉면에서 발생하는 마멸 그리고 잘못된 금형 설계로 인한 금형의 조기파손과 뭉개짐 등을 들 수 있다.

여기서, 상기 금형의 수명을 예측하기 위한 종래의 방법으로는 열연화 실험을 통한 금형의 경도변화를 예측함으로써 성형하기 위한 금형의 임계경도와 비교하는 방법이 있다. 또한 마멸실험과 유한요소법을 이용한 금형의 마멸량을 이용한 마멸 수명을 예측하는 방법 등이 있다. 하지만 장기간 동안 열피로를 받은 금형은 히트체킹(Heat Checking) 현상에 의해서 금형의 표면이 갈라지는 현상이 발생하게되며, 이러한 히트체킹에 의해 금형의 수명이 결정됨에도 불구하고 종래에는 히트체킹을 고려한 금형의 수명예측 방법은 개발되지 못하였다. 이에 따라 종래에는 성형 중에 금형이 갈려져 제품의 치명적인 손상을 가져오게 되며, 또한 금형의 수명이 단축되는 문제점이 예상된다.

따라서, 본 발명의 목적은 금형의 히트체킹 현상에 대한 저항성능을 평가할수 있는 금형의 히트체킹 측정장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 소재의 내열 피로성을 측정할 수 있는 금형의 히트체킹 측정장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 수용성 윤활제의 냉각 성능을 평가할 수 있는 금형의 히트체킹 측정장치를 제공함에 있다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 측정장치는 측정하고자 하는 금형과 동일한 소재로된 시편과, 상기 시편의 하면과 소정간격을 유지하면서 설치되며 상기 금형이 성형공정 중에 받는 온도범위까지 상기 시편을 가열하는 토치와, 상기 시편의 상측에 설치된 노즐과 연결되며 상기 토치로 가열된 시편을 냉각시키기 위한 냉각제가 충진된 탱크와, 상기 노즐 및 탱크와 일체로 연결되며 상기 금형의 성형공정 중에 냉각되는 온도 또는 분사시간에 따라 상기 냉각제를 분사시키는 에어 컴프레서와, 상기 시편에 접촉되어 가열온도 및 냉각온도를 실시간으로 측정하며 상기 온도의 변화량에 따라 소정 전류를 발생하는 서모커플과, 상기 서모커플로부터 출력되는 전류를 정격전압으로 변환시키는 OP 엠프와, 상기 OP 엠프로부터 정격전압에 해당하는 아날로그 신호를 입력받아 디지털 신호로 변환시키는 AD 컨버터와, 상기 AD 컨버터로부터 주기적으로 입력되는 디지털 신호에 따라 상기 시편의 온도 변화를 측정하는 마이크로 컴퓨터로 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따라 금형의 히트체킹에 대한 저항성능을 평가하는 측정장치의 구성을 도시한 블럭도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

102 : 토치 104 : 시편

106 : 서모커플 110 : 탱크

114 : 에어 컴프레서 118 : OP 엠프

120 : AD 컨버터 122 : 프리-디코더

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선, 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 동일한 부호가 사용되고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흐트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 금형의 히트체킹에 대한 저항 성능을 평가하는 측정장치의 구성을 나타낸 블럭도이다. 도면에서, 참조번호 100은 실험장치 전체를 측정하는 프레임이며, 102는 토치(Torch)로서 금형이 성형공정 중에 받는 온도범위까지 가열할 수 있는 가열장치이다. 즉, 상기 토치 102는 후술하는 시편104의 저면을 가열하여 시편 104의 윗면이 금형이 성형공정 중에 받는 온도범위까지 가열한다. 참조번호 104는 히트체킹에 대한 저항성능을 평가하고자 하는 금형과 동일한 재질 및 열처리 표면처리 조건으로 제작된 시편이며, 106은 서모커플(Thermocouple)로서 상기 시편 104에 접촉되어 가열온도 및 냉각온도를 측정하는, 바람직하게는 상기 시편 104의 온도에 따라서 소정의 전류를 발생시키는 장치이다. 참조번호 108은 상기 시편 104의 상면에 냉각제를 분사시키기 위한 노즐이며, 110은 탱크(Coolant Tank)로서 상기 냉각제가 충진되는 곳이다. 참조번호 114는 상기토치 102에 의해 가열된 시편 104를 냉각시키기 위해서 상기 탱크 110에 충진된 냉각제를 분사시키는 에어 컴프레서(Air Compressor)이며, 112는 게이트로서 상기 에어 컴프레서 114를 개폐시키는 역할을 한다. 참조번호 116은 상기 에어 컴프레서 114의 분사시간, 바람직하게는 노즐 108을 통해 분사되는 시간을 주기적으로 조절하여 상기 시편 104가 받는 온도진폭을 제어하는 마이크로 컴퓨터이다. 즉, 상기 마이크로 컴퓨터 116은 상기 에어 컴프레서 114가 실제 성형공정 중에 금형이 냉각되는 온도 또는 분사시간으로 상기 시편 104를 냉각시키도록 주기적으로 제어한다. 참조번호 118은 상기 서모커플 106으로부터 출력되는 전류를 정격전압, 바람직하게는 약 0∼5V 정도의 전압으로 변환시키는 OP 엠프이며, 120은 AD 컨버터로서 상기 OP 엠프 118로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키는 장치이다. 여기서 상기 아날로그 신호는 0∼5V 사이의 전압을 말하며, 상기 디지털 신호는 아날로그 신호를 일정단위로 샘플링(Sampling)한 값이다. 즉, 상기 디저털 신호는 상기 AD 컨버터 120이 사용하는 변환기의 비트(bit)수에 따라서 달라지는데 8비트 변환기를 사용하는 경우 2⁸경우의 수 즉, 0∼255의 숫자를 말하며 12비트의 변환기를 사용하는 경우 2¹²경우의 수 즉, 0∼4095의 숫자를 말한다. 끝으로, 참조번호 124는 상기 AD 컨버더 122와 프리-디코더(Predecoder) 122로 연결되며, 상기 AD 컨버터 122로부터 주기적으로 입력되는 디지털 신호에 따라 상기 시편 104의 온도변화를 저장하고 상기 시편 104의 온도이력과 히트체킹과의 관계를 파악하는 마이크로 컴퓨터이다.

이하, 상기와 같이 구성된 측정장치의 동작과정, 바람직하게는 금형의 히트체킹에 대한 저항성능을 측정하는 방법을 도 1을 참조하여 상세히 설명하면 하기와 같다.

우선, 히트체킹에 대한 저항성능을 측정하고자 하는 금형과 동일한 재질을 가지는 시편 104를 제작한 다음, 상기 토치 102를 점화시켜 시편 104의 온도를 금형이 성형중에 있게 되는 소정 온도, 바람직하게는 700℃까지 가열시킨다. 이후 상기 시편 104가 설정 온도까지 가열되면, 마이크로 컴퓨터 116은 에어 컴프레서 114를 가동시킨다. 이어서 상기 에어 컴프레서 114는 게이트 112를 통해 고압의 공기를 공급하며, 상기 공기는 탱크 110에 충진된 냉각제를 노즐 108 쪽으로 유입시킨다. 이어서 상기 냉각제는 고압에 의해 상기 노즐 108을 통해 시편 104의 상면에 분사된다. 이때 상기 시편 104에 분사되는 냉각제는 실제 금형의 성형공정 중에서 냉각되는 소정 온도 혹은 분사시간, 바람직하게는 300℃까지 또는 약 7초동안 주기적으로 시편 104에 분사되며, 이는 마이크로 컴퓨터 116에서 제어한다. 그러면 상기 시편 104의 표면에서는 히트체킹 현상이 발생하며, 여기서 상기 주파수가 높을수록 히트체킹에 대한 저항성이 높은 것으로 판단한다. 이후 계속되는 시편 104의 가열/냉각 과정이 진행함에 따라 서모커플 106에서는 상기 시편 104의 온도 변화량에 따라 소정 전류를 발생한다. 이어서 상기 서모커플 106으로부터 출력되는 전류의 량은 OP 엠프 118에 의해 전압의 량, 바람직하게는 0∼5V의 전압으로 변환시킨다. 다음 0∼5V 전압에 해당하는 아날로그 신호는 AD 컨버터 120에 의해 디지털 신호로 변환된다. 이때 상기 디지털 신호는 0∼255의 숫자로 샘플링된다. 이후 상기 디지털 신호는 프리-디코더 122를 통해 마이크로 컴퓨터 124로 입력되며, 상기 마이크로 컴퓨터 124는 주기적으로 입력되는 디지털 신호를 저장하여 시편 104의 온도이력과 히트체킹과의 관계를 파악한다. 여기서, 디지털 신호의 0∼255의 숫자가 나타내는 온도를 알기 위해서는 열전대와 함께 디지털 지시계를 함께 설치하여 디지털 지시계가 나타내는 온도와 연산기를 통해서 마이크로 컴퓨터 124에 나타나는 숫자를 몇가지 경우에 대해서 대응시킨 다음, 하나의 일차 방정식을 구하여 계산하게 된다. 즉, 0∼255의 숫자를 독립변수로 하고 최종적으로 얻고자 하는 온도를 종속변수로 해서 계산한다.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 열피로를 받는 금형 및 부품에서 발생하는 히트체킹 현상에 대한 저항성능을 실험을 통하여 측정할 수 있으며, 이는현재 금형과 부품의 장수명화를 위해서 개발되고 있는 많은 표면처리 및 코팅방법에 대한 정량적 평가가 가능하도록 하였다. 또한 본 발명의 측정장치는 금형의 온도이력과 히트체킹과의 관계 제시가 가능한 이점이 있다.

Claims (1)

1. 금형의 히트체킹 현상을 검사하는 측정장치에 있어서,

   측정하고자 하는 금형과 동일한 소재로된 시편과;

   상기 시편의 하면과 소정간격을 유지하면서 설치되며, 상기 금형이 성형공정중에 받는 온도범위까지 상기 시편을 가열하는 토치와;

   상기 시편의 상측에 실치된 노즐과 연결되며, 상기 토치로 가열된 시편을 냉각시키기 위한 냉각제가 충진된 탱크와;

   상기 노즐 및 탱크와 일체로 연결되며, 상기 냉각제를 고압으로 분사시켜 상기 금형의 성형공정 중에 냉각되는 온도 또는 분사 시간에 따라 상기 시편을 주기적으로 냉각시키는 에어 컴퍼레서와;

   상기 시편에 접촉되어 가열온도 및 냉각온도를 실시간으로 측정하며, 상기 온도의 변화량에 따라 소정 전류를 발생하는 서모커플과;

   상기 서모커플로부터 출력되는 전류를 정격전압으로 변환시키는 OP 엠프와;

   상기 OP 엠프로부터 정격전압에 해당하는 아날로그 신호를 입력받아 디지털신호로 변환시키는 AD 컨버터와;

   상기 AD 컨버터로부터 주기적으로 입력되는 디지털 신호에 따라 상기 시편의 온도 변화를 측정하는 마이크로 컴퓨터를 포함하여 구성함을 특징으로 하는 금형의 히트체킹 측정장치.