KR100325776B1 - 폴리우레탄 고무판의 정밀절단 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고체 표면의 이물질과 먼지의 제거용으로 사용되는 우레탄이나 범용 고무의 절단면을 정밀하게 가공할 수 있도록 하는 폴리우레탄 고무판의 정밀절단방법에 관한 것으로, 그 구성은 소정 형상의 폴리우레틴 고무판(1)을 섭씨 125℃∼130℃로 균일하게 예열시키는 예열공정(20)과, 상기 예열공정(20)에서 예열되어 이송된 폴리우레탄 고무판(1)을 중앙부에 절단칼(4)이 설치되고 일측과 타측에 정판(2)(3)이 구비된 절단기로 일정한 길이와 각도로 절단시키는 절단시키는 절단공정(30)과 상기 절단된 폴리우레탄 고무판(1)을 상온의 물이 담긴 냉각기(42)를 통해 급랭시키는 냉각공정(40)으로 이루어지는 것으로, 고체표면의 이물질과 먼지의 제거용으로 사용되는 우레탄이나 법용 고무날의 절단가공시 절단된 표면부에 미세손상이며 만곡, 영구 소성변형의 생성이 방지되고, 특히 절단으로 제조된 고무날의 경우 상단각도를 정밀하게 제조할 수 있어 고무날의 사용수명이 연장되도록 하는 유용한 효과가 제공되는 것이다.

Description

폴리우레탄 고무판의 정밀절단방법{a Precisc sectioning method of poly-urethane rubber plates}

본 발명은 플라스틱이나 고무의 정밀걸단방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고체 표면의 이물질과 먼지의 제거용으로 사용되는 우레탄 고무날(urethane rubber blade)이나 범용 고무날(general rubber blade)을 정밀하게 가공할 수 있도록 하는 폴리우레탄 고무판의 정밀절단방법에 관한 것이다.

일반적으로 산업재료로 고무는 섬유상, 필름상, 시트상, 판상, 봉상의 여러가지 형태로 기계구조물에 적용되고 있으며 이들의 절단작업은 중요한 가공기술에 해당한다.

특히, 고체표면의 이물질과 먼지의 제거용으로 사용되는 우레탄이나 범용 고무날은 그 절단가공기술에 더욱 정밀성이 요구되는 것이다.

그러나, 종래의 고무 절단방법은 원형회전칼날(rotational blade)이나 면도칼형 병진칼날(translational blade)을 이용하여 재료의 열변형온도(heat distortion temperature) 이하의 예열온도나 상온에서 고체상태의 고무를 절단하는 것인 바, 이와 같은 절단방법은 절단표면부에 미세손상이나 만곡, 영구 소성변형이 생성되고, 특히 절단으로 제조된 고무날의 경우 선단각도가 정밀하지 못하여 무디며 고무날의 수명이 짧은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 인출된 것으로, 그 기술적 과제는 폴리우레탄 고무날을 제작하기 위한 폴리우레탄 고무판의 절단작업후 절단된 절단표면에 미세손상이나 만곡, 영구소성변형이 생성되지 않고 고무날을 직각 또는 예각으로 정밀하게 형성시킬 수 있도록 한 폴리우레탄 고무판의 정밀절단 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 기술적 과제는 소정 형상의 폴리우레탄 고무판을 125℃∼130℃로 균일하게 예열시키는 예열공정과; 상기 예열공정에서 예열되어 이송된 폴리우레탄 고무판을 중앙부에 절단칼이 설치되고 일측과 타측에 고정판이 구비된 절단작업실에서 일정한 길이와 각도로 절단시키는 절단공정과, 상기 절단된 폴리우레탄 고무판을 상온의 물이 저장된 냉각기를 통해 급랭시키는 냉각공정으로; 이루어지는 폴리우레탄 고무판의 정밀걸단발법을 제공하므로써 달성된다.

도 1은 본 발명에 의한 작업공정의 흐름도.

도 2는 본 발명원리를 나타내는 정밀절단 기계부의 개략적인 예시도.

도 3은 도 2의 점선 5 영역의 확대평면도.

도 4는 고무판과 절단용칼날의 a-a 단면도.

도 5는 된 발명에 의한 정밀절단작업 전후의 열처리 공정도.

도 6은 폴리우레탄 고무판의 단위 두께당 절단하중에 미치는 시험온도의 효과를 나타내는 실험결과를 보여주는 예시도.

도 7a, 도 7b는 본 발명에 의해 가공된 폴리우레탄 고무판의 절단면의 상태를 보여주는 예시도.

도 8a, 도 8b는 종래 절단방법에 의해 가공된 폴리우레탄 고무판의 절단면의 상태를 보여주는 예시도.

*도면의 주요부분분에 대한 부호의 설명*

1 : 폴리우레탄 고무판 2 : 1차 고정판

3 : 2차 고정판 4 : 절단용 칼날

5 : 절단중의 칼날 및 측면부위 6 : 칼날의 고정구

7 : 칼날의 선단부 8 : 예열작업실

9 : 정밀절단작업실 10 : 급랭작업실

11 : 절단기계의 제어부, 구동부, 로드셀용 상온실

x방향 : 절단방향 및 고무판의 길이방향

y방향 : 고무판의 폭방향

z방향 : 고무판의 두께 방향

w : 1차고정판과 2차고정판의 간격

v : 칼날의 이송속도 혹은 고정판의 이송속도

F : 절단시 칼날에 걸리는 하중으로 고무판의 단위두께당 절단하중

T : 고무판과 그 주변의 온도

p : 고무판의 길이방향 단면적에 걸리는 폭(y)방향 인장응력

δ : 고무판의 폭방향 변위

θ : 칼날의 선단선과 고무판의 표면이 이루는 각도

α : 칼날 선단부의 예각

A. C : 절단으로 생기는 절단표면부

B. D : 절단 전으 고무판의 표면

상기와 같은 본 발명의 바른 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 중에서 도 1은 본 발명에 의한 작업공정의 르흠도, 도 2는 본 발명원리를 나타내는 정밀절단 기계부의 개략적인 예시도, 도 3은 도 2의 점선 5 영역의 확대평면도, 도 4는 고무판과 절단용칼날의 a-a 단면도, 도 5는 본 발명에 의한 정밀절단작업 전후의 열처리 공정도, 도 6은 폴리우레탄 고무판의 단위 두께당 절단하중에 미치는 시험온도의 효과를 나타내는 실험결과를 보여주는 예시도, 도 7a, 도 7b는 본 발명에 의해 가공된 폴리우레탄 고무판의 절단면의 상태를 보여주는 예시도, 도 8a, 도 8b는 종래 절단방법에 의해 가공된 폴리우레탄 고무판의 절단면의 상태를 보여주는 예시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 폴리우레탄 고무판의 정밀절단방법은 소정 형상의 폴리우레탄 고무판(1)을 섭씨 125℃ ∼ 130℃로 균일하게 예열시기는 에열공정(20)과; 상기 예열공정(20)에서 예열되어 이송된 폴리우레탄고무판(1)을 중앙부에 절단칼(4)이 설치되고 일측과 타측에 고전판(2)(3)이 구비된 절단작업실(9)에서 일정한 길이와 각도로 절단시키는 절단공정(30)과; 상기 절단된 폴리우레탄 고무판(1)을 상온의 물이 담긴 냉각기(42)를 통해 상온으로 급랭시키는 냉각공정(40)으로; 이루어진다.

이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기 예열공정(20)은 예열작업실(8)에서 이루어지는 것으로, 소정 형상의 폴리우레탄 고무판(1)을 일정온도를 유지하고 있는 알루미늄 상판(도시하지 않음)과 하판(도시하지 않음)사이에 위치시켜 상판(22)의 자중으로 압착시키면서 상기 고무판(1)의 두께를 1mm를 기준으로 5분정도 유지하여 상기 고무판(1) 전체의 온도가 섭씨 120℃~130℃가 되도록 균일하게 열을 가한 후 다음 공정으로 이송시키는 것이다. 이때, 상기 폴리우레탄 고무판(1)은 섭씨 120℃ 이상에서 고무유동상태(rubbery-flow state)가 되지만 일정시간이 경과되면 고온 열화가 진행되므로 고온열화가 일어나기 전의 가장 적절한 고무유동온도는 실험결과 도 6에 도시된 바와 같이, 섭씨 125 ∼ 130도에서 가장 우수한 절단표면을 얻은 수 있는 것으로 나타났다.

상기 절단공정(30)은 정밀절단작업실(9)에서 이루이지는 것으로, 상기 예열공정(20)에서 이송된 폴리우레탄 고무판(1)의 일측의 모서리선을 기준선으로 정하여 기준 모서리부위를 1차고정판(2)으로 압착한 후 상기 고무판(1)의 타측을 고무판의 폭방향으로 균일한 장력으로 인장시킨다. 이때, 인장변위를 약 0.5 ∼ 1.0mm정도로 가한 상태에서 2차 고정판(3)으로 고정시켜 주므로써 절단시 고무절단표면과 절단칼날사이의 측면 마찰을 최소화하여 절단중 고무의 밀림현상과 만곡된 절단표면생성이 방지되는 것이다. 여기서, 상기 각 고정판(2)(3)은 고무판(1)과 동일한 온도로 유지되어 있고 고정판간의 간격은 최저 5mm이며 고무판 두께의 5배를 넘지않도록 한다. 또한, 고정판에 의한 고무판의 고정은 전 길이에 걸쳐 균일한 장력이유지되도록 압착 고정시킨다.

상기 양측이 고정된 고무판(1)을 향해 절단칼(4)을 일정속도로 이송시켜 고무판(1)의 중앙부 전단부터 일정 길이와 각도로 절단작업을 실시하게 된다. 이때 절단중에 칼날(4)의 진행속도(혹은 고무판의 이송속도)에 따라 고무판(1)의 밀림현상이나 만곡된 절단표면이 생기지 않도록 가장 적절한 절단속도인 0.5 ∼ 15 mm/s를 유지하도록 한다.

상기 절단칼(4)은 스테인레스나 주철재로 선단각도 12° ∼ 14°, 두께 0.25mm ∼ 0.4mm이며, 선단부의 양측면이 1㎛이하의 미세한 연마제로 잘 연마된 표면상태를 갖는 것으로, 절단칼(4)의 하단부를 고정구(6)로 고정하며, 이때 칼날(4)의 선단선은 고무판(1)의 일측면과 수직으로 접하게 하고 고무판(1)의 두께보다 더 크도록 유지시킨다. 또한 절단칼(4)의 고정부위는 고무판(1)의 저면에 가능한 한 근접하도록 하여 절단시 칼날(4)의 휨현상이 방지되도록 한다.

상기 냉각공정(40)은 급랭작업실(10)에서 이루어지는 것으로 상기 절단공정(30)애서 진단되어 이송된 폴리우레탄 고무판(1)을 상온의 물이 저수된 냉각기(도시하지 않음)에 통과시켜 주므로써 상기 예열된 폴리우레탄 고무판(1)의 열화를 방지하도록 하는 것이다. 즉, 폴리우레탄 고무판(1)은 섭씨 100℃ 이상의 온도로 일정시간 방치되면 열화가 진행될 수 있기 때문이다.

이와 같은 본 발명에 의한 작용은 다음과 같다.

상기 예열공정(20)에서 폴리우레탄 고무판(1)을 가장 우수한 절단표면을 얻을 수 있는 온도인 섭씨 125℃ ∼ 110℃로 예열시킨 후, 상기 절단공정(30)으로 이송시켜 양측면이 1㎛크기 이하의 미세한 연마제로 연마된 절단칼(4)으로 0.5 ∼ 15mm/s의 절단속도로 절단작업을 실시하는 것이다. 이때, 칼날(4)과 폴리우레탄 고무판(1)의 마찰저항을 감소시키고 더욱 우수한 절단표면을 얻기 위해 상기 고무판(1)을 폭방향으로 인장시켜 주민서 절단작업이 이루어지도록 한다.

상기 절단된 폴리우레탄 고무판(1)은 냉각공정(40)으로 이송되어 열화를 방지하기 위해 상온으로 냉각시키게 된다.

도 6은 절단칼(4)의 고정구(6)에 연결보를 걸어 장착한 로드셀로 측정된 절단하중 F 를 각 시험온도 T에 대해 도시한 것이다. 여기서 F는 고무판의 단위두께당 절단하중을 가리킨다. 절단속도를 4.5mm/s로 한 결과, F값은 섭씨 100℃ 근처에 서 급히 낮아져 섭씨 120℃ 이상에서 120 정도로 매우 낮아졌다. 참고로, 이 우레탄 고무의 열변형온도는 100℃ 이었다. 우레탄 고무판(1)은 120℃ 이상에서 고무유동상태가 되지만 고온 열화가 진행되게 된다. 이를 고려하여 우수한 절단표면을 얻을 수 있는 절단온도T와 절단속도V를 구한 결과 온도는 125℃ ∼ 130℃, 속도는 0.5 ∼ 15mm/s로 판명되었다.

상기 로드셀은 절단하중의 실측평가시에 이용하며 , 우레탄 고무판(1)의 제조시에는 장착할 필요가 없으나 절단하중의 미소한 변동을 검출하여 절단품질을 실시간으로 검사하고자 할 경에는 항시 사용될 수 있다.

도 8a, 도 8b는 종래의 절단법에 의해 절단된 우레탄 고무판의 절단면을 보여주는 예시사진과 예시도로, T=20℃, V=1.5mm/s의 조건으로 생성된 절단표면을 보면 영구소성변형과 미세 손상의 흔적이 절단표면(A)의 모서리부에 다수의 불규칙한 작은 돌기가 생성되어 있으며, 모서리 선이 만곡되어 있음을 알 수 있다. 즉, 상기 예시사진(도 8a)의 횡단면을 도 8b에 예시한 바와 같이 절단표면부위 A는 거칠며 고무판의 일측면 B에 근접한 모서리각이 미세손상과 영구소성변형의 생성으로 복잡한 형상으로 되었다.

한편 도 7a, 도 7b는 본 발명에서 제시하는 T=130℃, V=4.5mm/s의 절단조건으로 생성된 절단표면의 예시사진과 예시도로 이를 관찰하면 영구소성변형과 미세손상의 발생흔적이 절단표면부위 C에 전혀 나타나지 않았으며 , 모서리선이 매우 직선적이었다. 즉, 상기 예시사진(도 7a)의 횡단면을 도 7b에 예시한 바와 같이 절단 표면부위 C가 평탄하며 고무판(1)의 한쪽면 D와 이루는 모서리각이 단순 직각으로 형성되어 우수한 고무날이 제조되었다.

이상에서 설명한 상기 실시예에서는 우레탄 고무의 편판에 대한 정밀절단에 관한 것이나, 이에 한정되지 않고 사출 혹은 압출성형으로 제작되는 우레탄 고무성형품에도 상기 정밀절단 방법을 적용시킬 수 있음은 물론이다.

즉, 성형직후의 성형품의 온도가 120℃이상의 고온으로 유지되고 있을 때 신속히 고정시킨 후 상기 성형품을 폭방향으로 인장시키면서, 0.5 ∼ 15mm/s의 절단속도로 정밀절단을 하면 우수한 날이 갖추어진 고무성형품을 제조할 수 있는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 폴리우레탄 고무판의 정밀절단 방법은 고체표면의 이물질과 먼지의 제거용으로 사용되는 우레탄 고무날이나 범용 고무날의 절단가공시 절단된 표면부에 미세손상이나 만곡, 영구 소성변형의 생성이 방지되고, 특히 절단으로 제조된 고무날의 경우 선단각도를 정밀하게 제조할 수 있어 고무날의 사용수명이 연장되도록 하는 유용한 효과가 제공되는 것이다.

Claims (2)

1. 폴리우레탄 고무판을 공업용 칼로 절단하여 고무날을 제조하는 방법에 있어서,

   폴리우레탄 고무판(1)을 예열된 알루미늄 상판과 하판사이에 위치식 상판의 자중으로 압착시키먼서 상기 고무판(1)의 두께를 1mm를 기준으로 5분정도 유지하여 상기 고무판(1) 전체의 온도가 섭씨 125 ∼ 130℃가 되도록 균일하게 열을 가하는 예열공정(20);

   상기 예열공정(20)에서 이송된 폴리우레탄 고무판(1)의 일측의 모서리선을 기준선으로 정하여 기준 모서리부위를 1차조정판(2)으로 압착한 후 상기 고무판(1)의 타측을 고무판(1)의 방향으로 인장변위를 0.5 ∼ 1.0mm의 균일한 장력으로 인장시키면서 2차고정판(3)으로 고정한 후, 절단칼로 0.5 ∼ 15mm/s의 속도로 폴리우레탄 고무판(1)의 중앙부 전단부터 일정 길이와 각도로 절단시키는 절단공정(30);

   상기 절단되어 이송된 고온의 폴리우레탄 고무된(1)을 상온의 물이 저수된 냉각기에 통과시켜 냉각하는 냉각공정(40);

   으로 이루어짐을 특징으로 하는 폴리우레탄 고무판의 정밀절단방법.
2. 제 1항에 있어서, 스테인레스나 주철재로 선단각도 12° ∼ 14°, 두께 0.25mm∼ 0.4mm이며, 선반부의 앙측면이 1mm이하의 미세한 연마제로 잘 연마된 표면상태를 갖는 상기 절단칼(4)이 설치된 절단공정으로 이루어짐을 특징으로 하는 폴리우레탄 고무판의 정밀절단방법.