KR100466271B1 - Method and system of treatmenting surface - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 주조나 단조 및 사출 금형의 표면 처리 방법은 방전 가공법을 응용하여 R-C 회로를 사용한 방전 전극의 양극을 진동기에 연결하여 진동주기에 따라 불꽃 방전을 연속적으로 일으켜 전극 물질의 처리재가 순간적으로 가열·용융되어 표면에 코팅되고 급냉효과가 일어나서 경화되는 원리를 이용한 것이다. 처리재로 사용하는 전극은 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 크롬-니켈 등 사용목적에 따라 다양하게 응용되고 있으며, 처리재가 방전에 의하여 금형 표면에 용융하여 표면 처리됨으로서 처리재 (텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 크롬-니켈)의 경도가 얻어지고 사용 용도에 따라 내마모, 내식성, 내열성 등을 향상시킬 수 있다. 표면 처리하는 시간이 짧기 때문에 표면 처리후 금형의 사용이 신속히 될 수 있기 때문에 생산량이 증가되고 이것으로 인한 원가 절감 및 대량생산을 가능하게 한다.The surface treatment method of the casting, forging, and injection mold according to the present invention uses the electric discharge machining method to connect the positive electrode of the discharge electrode using the RC circuit to the vibrator to continuously generate spark discharges according to the vibration period, thereby treating the electrode material instantaneously. It is based on the principle that it is heated and melted, coated on the surface, and hardened by quenching effect. Electrodes used as treatment materials are applied in various ways depending on the purpose of use, such as tungsten carbide, titanium carbide, chromium-nickel, etc.The treatment materials are melted on the surface of the mold by discharge and are surface treated, so that the treatment materials (tungsten carbide, titanium carbide, chromium) Nickel) hardness can be obtained and wear resistance, corrosion resistance, heat resistance and the like can be improved depending on the intended use. Since the surface treatment time is short, the use of the mold after the surface treatment can be speeded up, thereby increasing the production volume, thereby reducing the cost and mass production.

Description

방전 경화를 이용한 금형 표면 처리 방법 및 장치{Method and system of treatmenting surface}Method and apparatus for treating surface of mold using discharge hardening {Method and system of treatmenting surface}

본 발명은 주조나 단조 및 사출 금형의 수명을 연장하기 위한 금형의 표면처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기적인 방전현상을 응용하여 각종 소재나 부품의 표면을 코팅, 경화시키는 방전 경화 방법 및 장치에서 방전전극을 진동 및 회전시킴으로써, 짧은 처리시간으로 금형에 경화층 및 육성층을 형성시킬 수 있기 때문에 금형을 단기간에 다시 사용할 수 있도록 하는 방전경화를 이용한 금형의 표면 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method and apparatus for surface treatment of molds for extending the life of casting, forging and injection molds. More particularly, the present invention relates to electrical discharge phenomena, which applies to electrical discharge phenomena to coat and cure the surface of various materials and components. A method and apparatus for surface treatment of a mold using discharge hardening that enables the mold to be used again in a short time since the hardening layer and the growth layer can be formed on the mold by a short processing time by vibrating and rotating the discharge electrode in the method and apparatus. will be.

각종 플라스틱이나 금속분말을 사출하는데 사용하는 금형은 사출하고자 하는 물질이 고속으로 금형을 통하여 흐르고 가혹한 힘이 작용하여 금형의 마모가 심하게 발생하고 국부적으로 금형의 파임 등이 일어나는 문제가 있다. 또한 주조용 금형은 고온에서 사용하여 금형 자체의 마모가 발생하고 용해된 금속용탕이 금형내로 파고드는 현상이 발생한다. 그리고 열간단조나 냉간단조에 사용되는 금형은 금형에 순간적인 충격 힘이 과도하게 작용하여 금형의 마모는 물론 국부적으로 금형이 떨어져 나가거나 균열이 발생하는 문제가 많다.Molds used to inject a variety of plastic or metal powder has a problem that the material to be injected flows through the mold at a high speed and a severe force acts to cause abrasion of the mold, and to dig the mold locally. In addition, the casting mold is used at a high temperature, the wear of the mold itself occurs and the molten metal melts into the mold. In addition, the mold used for hot forging or cold forging has a problem that excessive momentary impact force acts on the mold excessively, as well as abrasion of the mold, and the mold is locally dropped or cracked.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 주조나 단조 및 사출 금형은 사용 여건에 따라 경도 및 내마모성, 내구성이 요구되고 금형의 경도 획득이나 보수에서 금형을 다시 사용하는 기간이 짧아야 한다.In order to solve the above problems, casting, forging, and injection molds require hardness, wear resistance, and durability depending on use conditions, and a short period of reusing the mold in obtaining or repairing the hardness of the mold.

이러한 요구를 충족시키기 위하여 종래에는 금형 표면에 열처리를 하거나, 질소화합물을 형성시키거나 크롬을 도금하는 방법, 용융된 붕사욕내에서 바나듐 등의 탄화물을 형성시키는 방법을 이용해왔으며, 이들 방법들로 표면 처리를 한 제품의 경도를 표 1에 나타내고, 표면층 형성의 성질을 표 2에 나타내었다.In order to meet these requirements, conventional methods have been used to heat-treat the mold surface, form nitrogen compounds or plate chromium, and form carbides such as vanadium in a molten borax bath. The hardness of the product obtained in Table 1 is shown in Table 1, and the properties of the surface layer formation are shown in Table 2.

공 정fair 크롬 도금Chrome plated 표면 열처리Surface heat treatment 질화 처리Nitriding treatment 경화층의 경도 (Hv)Hardness of Hardened Layer (Hv) 900∼1100900 to 1100 700∼830700-830 920∼1050920-1050

공정fair 형성속도Formation speed 처리온도Processing temperature 처리시간Processing time 비고Remarks 크롬도금Chrome plating 0.03mm/hr0.03mm / hr 50℃50 ℃ 5시간5 hours 경질 크롬 도금Hard chrome plating 표면열처리Surface heat treatment 0.31mm/hr0.31mm / hr 1000℃1000 ℃ 8시간8 hours 침탄Carburizing 질화처리Nitriding 0.02mm/hr0.02mm / hr 500℃500 ℃ 48시간48 hours 가스질화Gas nitriding

상기한 종래의 표면처리 방법 중에서 도금의 경우, 도금욕 사용에 의한 환경오염은 물론 표면 처리하는 시간이 길고 그로 인한 생산량의 저하가 나타난다. 그리고 열악한 작업환경에 의한 근로자의 작업 기피도 문제점으로 부각된다. 질화처리는 고경도의 표면 특성을 얻을 수 있지만 표면 처리시간이 길고 공정 설비 및 유지 비용이 고가이다. 특히 여러 표면 열처리 방법은 경화층 획득에 필요한 시간이 상당히 길기 때문에 생산량의 감소가 생기게 되는 단점이 존재한다.In the conventional surface treatment method described above, in the case of plating, not only environmental pollution caused by the use of the plating bath, but also the surface treatment time is long, resulting in a decrease in the yield. And workers' avoidance due to poor working environment is also a problem. Nitriding can achieve high hardness surface properties, but the surface treatment time is long and the process equipment and maintenance costs are expensive. In particular, many surface heat treatment methods have a disadvantage in that the production time is reduced because the time required for obtaining a hardened layer is quite long.

또한, 금형에 손상이 갔을 경우 이를 보수하기 위하여 종래에 사용되었던 방법중 대표적인 것은 용접법이 있으나, 상기 용접법은 작업중 필수적으로 발생되는열입력에 의해 금형의 기계적 성질이 떨어지고, 뒤틀림등의 문제점과 금형을 해체 수리해야하는 문제점 및 예열 및 전/후 열처리등의 문제점이 있다. 또한 미세한 부분, 원하는 부분만을 처리하기가 곤란한 문제점이 있다.In addition, there is a welding method that is conventionally used to repair the damage when the mold is damaged, the welding method is the mechanical properties of the mold due to the heat input generated during the operation, the mechanical properties of the mold, such as distortion and the mold There are problems such as dismantling and repair, and preheating and pre / post heat treatment. In addition, there is a problem that it is difficult to process only the minute portion, the desired portion.

상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 금형의 표면 처리 시간을 짧게 하고 얻어지는 경화층의 특성도 우수하도록 하기 위하여 방전경화방법 및 장치를 응용하여 방전전극을 진동 및 회전시켜 금형상에 방전전극을 코팅 및 육성하는 방전경화를 이용한 금형의 표면 처리 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the conventional problems as described above is to apply a discharge hardening method and apparatus to shorten the surface treatment time of the mold and also to excellent characteristics of the resulting hardened layer to vibrate and rotate the discharge electrode The present invention provides a method and apparatus for surface treatment of a metal mold using discharge hardening for coating and fostering a discharge electrode in a shape.

도 1은 본 발명에 따른 방전경화를 이용한 금형 표면 처리장치를 나타내는 회로도1 is a circuit diagram showing a mold surface treatment apparatus using the discharge hardening according to the present invention

도 2는 본 발명에 따른 금형 표면 처리장치를 구성하는 회로도2 is a circuit diagram of a mold surface treatment apparatus according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 회전식 전동툴을 나타내는 도면3 is a view showing a rotary power tool according to the invention

도 4는 본 발명에 따른 진동식 전동툴을 나타내는 도면4 is a view showing a vibrating power tool according to the present invention

도 5a는 본 발명에 따른 방전경화장치의 주파수변화에 따른 형성 경화층 두께변화를 나타내는 도면Figure 5a is a view showing a change in the thickness of the formed cured layer according to the frequency change of the discharge curing apparatus according to the present invention

도 5b는 본 발명에 따른 방전경화장치의 출력변화에 따른 형성 경화층 두께변화를 나타내는 도면5b is a view showing a change in the thickness of the formed cured layer according to the output change of the discharge curing apparatus according to the present invention

도 6a내지 도 6c는 본 발명에 따른 방전경화장치에 의하여 경화된 냉간 단조 금형용강의 표면에 형성된 텅스텐 경화층 사진6a to 6c is a photograph of the tungsten hardened layer formed on the surface of the cold forging die steel hardened by the discharge hardening apparatus according to the present invention

도 7은 본 발명에 따른 방전경화장치에 의해여 경화된 단조 금형강의 표면에서부터 내부로 경도변화를 나타내는 도면7 is a view showing the change in hardness from the surface of the forging die steel hardened by the discharge curing device according to the present invention;

도 8은 본 발명에 따른 방전경화장치에 의하여 경화된 냉간 단조 금형용강의 표면에 형성된 텅스텐 경화층의 엑스레이 시험결과를 나타내는 도면Figure 8 is a view showing the X-ray test results of the tungsten hardened layer formed on the surface of the cold forging die steel hardened by the discharge hardening apparatus according to the present invention

도 9a 및 도 9b는 방전경화장치에 의하여 육성된 냉간 단조 금형용 강의 표면에 형성된 니켈 육성층 사진Figures 9a and 9b is a photograph of the nickel growth layer formed on the surface of the steel for cold forging mold grown by the discharge hardening device

도 10a 및 도 10b는 방전경화장치에 의하여 보수된 냉간 단조 금형 사진10a and 10b is a photo of the cold forging mold repaired by the discharge hardening device

도 11a 및 도 11b는 방전경화장치에 의하여 보수된 알루미늄 주조 금형 사진11a and 11b is a photograph of the aluminum casting mold repaired by the discharge hardening device

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명의 실시 예를 하기에서 첨부된 도면 도 1내지 도 11b를 참조하여 보다 상세하게 살펴본다.An embodiment of the present invention for solving the above object will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, FIGS. 1 to 11B below.

본 발명에 따른 방전경화를 이용한 금형의 표면 처리 방법은 음극에 금형을 위치시키고 양극에 방전전극을 위치시켜 방전전극을 진동 또는 회전시키면서 방전시켜 금형상에 방전전극으로 사용되는 물질이 순간적으로 코팅·경화되도록 하되, 방전전극의 회전시에는 저항과 콘덴서가 병렬로 연결된 R-C병렬회로를 복수개 병렬연결하여 교대로 충/방전시키고 진동시에는 진동주기를 조절하여 불꽃 방전이 연속적으로 일어나도록 함으로써, 전극 물질이 순간적으로 가열·용융되어 금형 표면에 코팅되도록 하여, 금형이 가열되지 않아서 코팅물이 빨리 냉각·경화되도록 한 것이다.The surface treatment method of the mold using the discharge hardening according to the present invention, by placing the mold on the cathode and the discharge electrode on the anode to discharge while vibrating or rotating the discharge electrode, the material used as the discharge electrode on the mold is coated and When the discharge electrode is rotated, a plurality of RC parallel circuits connected in parallel with a resistor and a capacitor are alternately charged / discharged alternately, and when the vibration is performed, the spark cycle is continuously generated by adjusting the vibration period, thereby causing an electrode material. At this instant, the mold is heated and melted so as to be coated on the surface of the mold so that the mold is not heated so that the coating can be quickly cooled and cured.

한편, 상기한 방전 경화방법에서 양극 전극은 텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 크롬-니켈, 코발트 등 사용목적에 따라 단일금속전극 혹은 합금전극을 사용할 수 있으며, 상기 양극 전극으로 사용되는 물질이 방전에 의하여 금형 표면에 용융하여 표면 처리됨으로써 금형 표면에서는 처리재(텅스텐 카바이드, 티타늄 카바이드, 크롬-니켈, 코발트)의 경도가 얻어지고 사용 용도에 따라 금형의 내마모, 내식성, 내열성 등을 향상시킬 수 있다.Meanwhile, in the discharge curing method, the anode electrode may use a single metal electrode or an alloy electrode according to the purpose of use, such as tungsten carbide, titanium carbide, chromium-nickel, cobalt, and the like. By melting on the surface and surface-treating, the hardness of the treated material (tungsten carbide, titanium carbide, chromium-nickel, cobalt) can be obtained on the mold surface, and the wear resistance, corrosion resistance, heat resistance, etc. of the mold can be improved depending on the intended use.

그리고, 본 발명에 따른 방전경화를 이용한 금형의 표면 처리 장치를 도 1 내지 도 4를 참조하여 하기에서 살펴본다.In addition, the surface treatment apparatus of the mold using the discharge curing according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 4.

본 발명에 따른 방전경화를 이용한 금형의 표면처리 장치는 도 1에 나타내는 바와 같이 저항과 콘덴서의 병렬회로(이하 R-C병렬회로라 함)를 사용하여 전원(E)의 음극부에는 금형(2)을 위치시키고, 양극부에는 금형(2)상에 코팅시키고자 하는 물질로 이루어진 전극봉(4)을 회전장치(100) 및 진동장치(200)와 연결시켜 설치함으로써, 전극봉(4)이 진동 및 회전되면서 전극봉(4)물질이 급속하게 방전되어 금형(2)상에 코팅·경화되록 한 것으로, 도 1은 금형에 텅스텐 카바이드(\C)를 코팅할 경우를 나타내는 도면으로써, W는 텅스텐을 나타내고 C는 카바이드를 나타낸다.In the surface treatment apparatus of the mold using the discharge hardening according to the present invention, as shown in Fig. 1, the mold 2 is applied to the cathode part of the power supply E using a parallel circuit of a resistor and a capacitor (hereinafter referred to as RC parallel circuit). Position the electrode rod 4 made of a material to be coated on the mold 2 by connecting to the rotary device 100 and the vibrator 200, so that the electrode 4 is vibrated and rotated. The material of the electrode 4 is rapidly discharged so as to be coated and cured on the mold 2. FIG. 1 shows a case where tungsten carbide (\ C) is coated on the mold, where W represents tungsten and C represents Represents carbide.

한편, 상기 도 1에 나타내는 방전경화를 이용한 금형의 표면처리 장치의 전기적인 구성을 도 2를 참조하여 보다 상세하게 살펴보면, 전원입력단(AC-IN)의 후단에는 방전 경화시 전기적으로 발생된 노이즈를 전원입력단(AC-IN)전에서 제거하여 타기기에 영향을 주지 않도록 하는 노이즈필터(NOISE-FILTER)를 접속하고, 상기노이즈필터의 후단에는 직류전원조절부(DIODE, TRANS, FET1, POWER-IC)를 접속하고, 직류전원조절부의 후단에는 복수개의 R-C병렬회로(RA-CA, RB-CB)를 회전툴(DC_APP_OUT)로 방전시킴으로써, 스파크(SPARK)가 발생되도록 한다. 이때 R-C병렬회로 및 스위칭수단(SCRA , SCRB)을 복수개 사용하는 이유는 일측 스위칭수단(SCRA)가 작동할 때 다른 스위칭수단(SCRB)에 접속된 콘덴서(CB)가 충전되고 다른 스위칭수단(SCRB)이 작동할 때 다른 스위칭수단(SCRA)에 접속된 콘덴서(CA)가 충전되어 1개를 사용할 때와 비교할 때 충전을 하기 위한 시간을 생략할수 있으며 연속적인 스파크발생이 가능해지며 회전툴(DC APPL) 전극을 통하여 대상물에 방전된다. 그리고, 진동툴(AC APPL)은 FET2,3와 u-COM에 의하여 교류 전압과 주파수를 발생하여 진동툴(AC APPL) 전극을 통하여 대상물에 방전코팅한다.On the other hand, the electrical configuration of the surface treatment apparatus of the mold using the discharge curing shown in Figure 1 in more detail with reference to Figure 2, the rear end of the power input terminal (AC-IN) to the noise generated during the electrical discharge curing Connect a noise filter that removes before the AC-IN and does not affect other devices, and the DC power control unit (DIODE, TRANS, FET1, POWER-IC) is connected to the rear of the noise filter. And a plurality of RC parallel circuits RA-CA and RB-CB are discharged to the rotary tool DC_APP_OUT at the rear end of the DC power control unit so that sparks are generated. The reason for using a plurality of RC parallel circuits and switching means (SCRA, SCRB) is that when one side of the switching means (SCRA) is operating, the capacitor (CB) connected to the other switching means (SCRB) is charged and the other switching means (SCRB) During this operation, the capacitor (CA) connected to the other switching means (SCRA) is charged so that the time for charging can be omitted compared to when using one, and the continuous spark can be generated and the rotary tool (DC APPL) The object is discharged through the electrode. The vibration tool AC APPL generates an AC voltage and a frequency by the FETs 2 and 3 and u-COM, and discharges the coating onto the object through the vibration tool AC APPL electrode.

한편, 상기한 금형 표면 처리 장치에서 회전장치(100)는 주로 고출력을 이용하여 육성하는데 사용되며 저출력으로 코팅도 가능한 것으로 그 구성을 도 3을 참조하여 살펴보면, R-C병렬회로와 연결된 전원선(102)과 전기적으로 접속된 카본브러시(CARBON BLUSH ; 104)를 모터(106)의 축(108)에 스프링(110)을 개재시켜 설치하고, 전극봉을 잡아주는 척(CHUCK ; 112)에 연결된 척샤프트(CHUCK SHAFT ; 114)를 베어링(116)을 사용하여 상기 카본브러시(104)와 연결하며, 이들 구성요소들은 선단부에 세라믹노즐(118)이 설치되고 후단에는 가스가 유입되는 가스노즐(120)과 전원선(102)이 설치된 케이스(122)내에 설치함으로써, 작업시 어스선으로 접지된 금속과 카본브러시(104)를 통해서 전원이 인가된 전극봉이 닿으면서 SPARK가 발생되도록 하고, 이때의 열에 의해 전극봉이 용착이 되게 하며, 이와 같은 방전시 전극봉의 산화를 방지하기 위한 Ar Gas를 가스노즐(120)을 통하여 케이스(122)안으로 유입하여 세라믹노즐(118)을 통하여 전극봉 부분으로 유출 되게 한 것으로, 상기 카본브러시(104)는 샤프트(114)와 발생될 수 있는 접점의 스파크를 최소화하여 회전토크의 감소를 방지하고, 베어링(116)은 샤프트(114)가 회전시 떨림을 방지하며, 스토퍼(124)는 스파크시 발생되는 열을 발산한다.On the other hand, in the mold surface treatment apparatus, the rotating device 100 is mainly used to cultivate using a high output and can also be coated with a low output. Looking at the configuration with reference to FIG. 3, the power line 102 connected to the RC parallel circuit The carbon brush (CARBON BLUSH) 104 electrically connected to the shaft is installed on the shaft 108 of the motor 106 via the spring 110, and the chuck shaft CHUCK connected to the chuck CHUCK 112 holding the electrode. SHAFT; 114 is connected to the carbon brush 104 using a bearing 116, and these components are provided with a ceramic nozzle 118 at the front end and a gas nozzle 120 and a power line at which gas is introduced. By installing in the case 122 in which the 102 is installed, SPARK is generated while the metal electrode grounded by the earth wire and the electrode to which power is applied through the carbon brush 104 come into contact with each other. Let In addition, Ar gas, which prevents oxidation of the electrode during discharge, is introduced into the case 122 through the gas nozzle 120 to flow out to the electrode portion through the ceramic nozzle 118, and the carbon brush 104 ) Minimizes sparks at the contacts that may occur with the shaft 114 to prevent a reduction in rotational torque, the bearing 116 prevents shaking when the shaft 114 rotates, and the stopper 124 occurs when sparking Radiate heat.

그리고, 상기한 금형 표면 처리 장치에서 진동장치(200)는 진동을 이용하여 전극봉이 금형과 닿을 경우 방전하고 떨어졌을 경우 충전하는 방식으로 주로 저출력으로 코팅 전용으로 사용되는 것으로, 그 구성을 도 4를 참조하여 살펴보면, 하우징(202)의 내부에 진동기(VIBRATOR ; 204)가 설치되고, 외주에 진동완충용 스프링(206)이 설치되어 전극봉(4)을 고정하는 샤프트(208)가 상기 진동기(204)에 연결 설치되며, 상기 샤프트(208)는 스크류볼트(210)에 의하여 진동시 진동량이 조절되도록 한 것으로, 진동기(204)에 전기를 단속적으로 인가하면 전극봉이 전/후 왕복운동하여 진동툴이 작동하게 된다.In the mold surface treatment apparatus, the vibrator 200 is mainly used for coating at low power in a manner of discharging when the electrode rod contacts with the mold and charging when it is dropped. The configuration thereof is illustrated in FIG. 4. Looking at, the vibrator (VIBRATOR; 204) is installed inside the housing 202, the vibration damping spring 206 is installed on the outer periphery, the shaft 208 for fixing the electrode 4 to the vibrator 204 It is connected and installed, the shaft 208 is to adjust the amount of vibration when vibrating by the screw bolt 210, when the electricity is intermittently applied to the vibrator 204, the electrode is reciprocated before / after the vibration tool to operate do.

한편, 상기한 본 발명에서 전극봉은 텅스텐, 티타늄, 니켈, 코발트 등의 단일금속 전극봉이나 이들 금속의 합금 전극봉을 사용한다.On the other hand, the electrode in the present invention described above uses a single metal electrode such as tungsten, titanium, nickel, cobalt, or an alloy electrode of these metals.

그리고, 본 발명에서는 스위치파워서플라이를 사용하여 용량은 크고 장비는 소형화한다.In the present invention, the switch power supply is used to increase the capacity and reduce the size of the equipment.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 방전경화를 이용한 금형의 표면처리 방법 및 장치에 의한 결과를 하기에서 도 5a내지 도 11b를 참조하여 살펴본다.The results of the surface treatment method and apparatus of the mold using the discharge curing according to the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. 5A to 11B.

도 5a는 본 발명의 장점인 전극봉 부위를 회전하고 진동을 줄 때 진동수와회전수 증가에 따라 표면경화층의 두께가 증가함을 나타내고, 도 5b는 외부 출력전압이 증가함에 따라 금형 표면에 형성되는 표면경화층의 두께가 증가함을 나타낸다.Figure 5a shows that the thickness of the surface hardening layer increases with increasing the frequency and the number of revolutions when rotating the electrode portion and the vibration of the advantages of the present invention, Figure 5b is formed on the mold surface as the external output voltage increases It shows that the thickness of the surface hardened layer is increased.

그리고, 도 6a내지 도 6c는 텅스텐카바이드로 금형표면을 경화시켰을 때 금형 표면에 형성된 경화층을 보여주는 것이다.6A to 6C show a hardened layer formed on a mold surface when the mold surface is hardened with tungsten carbide.

그리고, 도 7은 본 발명장치를 이용하여 피처리재인 냉간단조금형강의 표면에 텅스텐카바이드로 표면경화한 후 표면에서부터 내부로 경도변화를 조사한 것으로, 순수 텅스텐카바이드로 경화된 부위에는 마이크로비커스 경도 값이 1500이상이고 피처리재와 표면경화층과의 접촉부위는 800정도의 경도 값을 나타낸다.In addition, Figure 7 shows the surface hardness of the cold forging die steel, which is the material to be treated, using tungsten carbide, and then irradiating the hardness change from the surface to the inside. It is 1500 or more and the contact portion between the material and the surface hardened layer has a hardness value of about 800.

도 8은 텅스텐으로 표면경화처리한 금형의 표면에 형성된 텅스텐 카바이드나 텅스텐 화합물층을 엑스레이 회절로 확인한 것이고, 도 9a및 도 9b는 니켈을 이용하여 냉간 단조 금형용 강에 육성한 표면과 육성층의 단면 사진이며, 도 10a 및 도 10b는 방전경화장치에 의하여 보수된 냉간 단조 금형 사진이고, 도 11a 및 도 11b는 방전경화장치에 의하여 보수된 알루미늄 주조 금형 사진이다.8 is a view showing the tungsten carbide or tungsten compound layer formed on the surface of the mold surface-hardened with tungsten by X-ray diffraction, Figures 9a and 9b is a cross-sectional photograph of the surface and the growth layer grown on the cold forging die steel using nickel. 10A and 10B are pictures of cold forging molds repaired by the discharge hardening device, and FIGS. 11A and 11B are pictures of aluminum casting molds repaired by the discharge hardening device.

상기한 바와 같은 본 발명에 따라 각종 금형에 표면경화를 실시할 경우의 효과를 하기에서 살펴본다.According to the present invention as described above looks at the effect of performing a surface hardening to various molds.

주조 금형의 경우 다이케스팅 금형에 텅스텐 카바이드(WC). 티타늄 카바이드(TiC) 초경재 코팅 처리시 금형의 알루미늄 용탕 침식 및 소착방지의 효과가 있다. 핀지롤러에 텅스텐 카바이드 코팅 처리시 슬립(slip) 및 마모방지 효과, 인발금형에 텅스텐 카바이드+코발트(Co) 코팅 처리시 마모 소착방지 효과, 셀 금형에 텅스텐 카바이드 코팅 처리시 모래에 의한 금형 마모 방지 효과가 있으며 니켈(Ni) 합금 육성 후 마무리 처리시 모래에 의하여 마모되는 파팅(parting)부위 보수의 효과가 있다.For casting molds, tungsten carbide (WC) is added to the die casting mold. Titanium carbide (TiC) cemented carbide coating process has the effect of erosion and sintering of the aluminum molten metal of the mold. Slip and abrasion prevention effect when tungsten carbide coating is applied to the pinji roller, tungsten carbide + cobalt (Co) coating treatment is applied to the drawing mold, and tungsten carbide coating is applied to the cell mold to prevent mold wear due to sand. There is an effect of repairing the part (parting) worn by sand during finishing treatment after nurture nickel (Ni) alloy.

단조 금형의 경우 핫-포머(hot-former)에 텅스텐 카바이드 코팅 처리시 펀치 및 다이(die) 수명연장이 기존 2배 이상의 효과를 나타내었다. 드로잉 금형의 경우 스프링 가이드롤에 텅스텐 카바이드+크롬 카바이드(CrC) 코팅 처리시 슬립(slip) 방지 효과가 있으며 드로잉 금형에 텅스텐 카바이드+티타늄 카바이드+크롬 카바이드+몰리브덴 카바이드(MoC) 코팅 처리시 제품 유입시 굴곡부의 소착방지 효과가 있다. 플라스틱 사출 금형의 경우 무광택 금형면에 텅스텐 카바이드 코팅 처리시 금형 마모 방지효과, 사출 금형에 텅스텐 카바이드+크롬 카바이드 코팅 처리시 원료 유입부 마모 방지 효과가 있으며 텅스텐 카바이드+티타늄 카바이드+크롬 카바이드+몰리브덴 카바이드 코팅 처리시 피더부(feeder) 마모 방지의 효과가 있다.In the case of forging dies, the punch and die life extension of the tungsten carbide coating on the hot-former has more than doubled the effect. In the case of drawing molds, it is possible to prevent slipping when the tungsten carbide + chromium carbide (CrC) coating is applied to the spring guide roll, and when the product is introduced when the tungsten carbide + titanium carbide + chromium carbide + molybdenum carbide (MoC) coating is applied to the drawing mold It is effective to prevent seizure of the bent part. In the case of plastic injection molds, the wear of tungsten carbide coating on the matte mold surface prevents mold wear and the tungsten carbide + chromium carbide coating on the injection mold prevents wear of the raw material inlet.Tungsten carbide + titanium carbide + chromium carbide + molybdenum carbide coating There is an effect of preventing feeder wear during processing.

그리고 본 발명에 따른 표면층의 경도를 하기 표 3을 참조하여 살펴본다.And looks at the hardness of the surface layer according to the present invention with reference to Table 3.

공 정fair 방전 경화Discharge curing 경화층의 경도 (Hv)Hardness of Hardened Layer (Hv) 1086∼11591086-1159

그리고 본 발명에 따른 표면층의 형성 성질을 표 4에 나타내었다.And the formation properties of the surface layer according to the present invention is shown in Table 4.

공 정fair 형성 속도Formation speed 처리 온도Processing temperature 처리 시간Processing time 비 고Remarks 방전 경화Discharge curing 0.05mm/hr0.05mm / hr 상온Room temperature 0.5 시간0.5 hour 방전 경화Discharge curing

WW CoCo 93.593.5 6.56.5

FeFe CrCr NiNi MoMo 7.97.9 15.615.6 60.960.9 15.615.6

상기 표에서 경도와 표면층 특성은 열간 금형을 모재로 사용하여 제조한 것으로 표면 처리를 한 후의 경도값은 1080 Hv 이상을 얻을 수 있으며, 표 5는 텅스텐 전극봉 성분을 나타내고, 표 6은 니켈 전극봉 성분을 나타내며, 표 5및 표 6에서 단위는 wt%이다.In the above table, the hardness and surface layer characteristics were prepared using a hot mold as a base material, and the hardness value after the surface treatment was obtained at 1080 Hv or more, Table 5 shows the tungsten electrode components, and Table 6 shows the nickel electrode components. In units of Tables 5 and 6, the units are wt%.

따라서, 본 발명에 의한 표면 처리방법은 표면 처리의 편의성과 처리시간이 짧기 때문에 표면 처리후 금형의 사용이 신속히 될 수 있어서 경화층 형성이나 보수를 단시간에 할 수 있어 생산량 증대 및 대량 생산에 의한 원가절감을 얻을 수 있다. 그리고 처리재의 특성에 따라 내마모, 내식성, 내열성 등을 향상시킬 수 있다.Therefore, the surface treatment method according to the present invention can be used quickly after the surface treatment because the surface treatment method is convenient and the processing time is short, so that the formation or repair of a hardened layer can be performed in a short time, resulting in increased production and cost by mass production. Savings can be obtained. And according to the characteristics of the treated material can be improved wear resistance, corrosion resistance, heat resistance and the like.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 표면처리 방법 및 장치에 의한 효과를 살펴보면, 종래의 용접 등과 같은 방법은 작업 전 모재(금형)를 예열하거나 작업 중에 열이 발생하여 금형의 온도가 올라가므로 육성 및 코팅시 급냉효과가 없으나, 본발명은 순간적인 고온으로 피처리재가 용융되어 모재에 붙고 작업 중 금형의 온도가 올라가지 않기 때문에 냉각효과가 뛰어나고, 육성 및 코팅층의 두께가 용접과 비교하여 얇기 때문에 냉각속도가 그 만큼 빨라지는 효과가 있으며, 종래의 용접등과 같은 방법을 이용하여 금형보수를 하려면 아무리 작은 결함이라고 하더라도 금형을 분리하여 해햐하며, 코팅이나 열처리 방법등을 이용하여 표면처리를 해야할경우 금형을 로(Furnace)등과 같은 곳에서 작업을 해야하므로 시간 및 비용이 많이 드나, 본 발명에 의하면 어떤 장소에서든 원하는 곳을 즉시 처리할 수 있으므로 넓은 의미에서 표면처리 시간을 단축할 수 있는 것이다.Looking at the effects of the surface treatment method and apparatus according to the present invention as described above, conventional methods such as welding preheat the base material (mold) before the operation or heat during the operation to generate the temperature of the mold to raise and coating There is no quenching effect, but the present invention has excellent cooling effect because the processed material melts at the instantaneous high temperature and adheres to the base material and the temperature of the mold does not rise during the operation, and the cooling rate is high because the growth and thickness of the coating layer are thin compared to welding. The mold is repaired by using the same method as the conventional welding method. To repair the mold, no matter how small the defect is, it is necessary to separate the mold and remove the mold. (Furnace) etc., because the work must be done in a lot of time and cost, but according to the present invention Any place can be treated immediately wherever it is desired, thus reducing the surface treatment time in a broad sense.

그러므로, 본 발명에 의하면 표면 처리의 편의성과 처리시간이 짧기 때문에 표면 처리후 금형의 사용이 신속히 될 수 있어서 경화층 형성이나 보수를 단시간에 할 수 있어 생산량 증대 및 대량 생산에 의한 원가절감을 얻을 수 있다.Therefore, according to the present invention, since the convenience of surface treatment and the processing time are short, the use of the mold after the surface treatment can be speeded up, so that the formation or repair of the hardened layer can be performed in a short time, resulting in increased production and cost reduction by mass production. have.

그리고, 크롬 도금 방법과 비교하여 환경오염이 적으며 처리비용도 절감할 수 있고, 처리재에 따라서 내마모, 내식성, 내열성 등을 향상시킬 수 있다.In addition, compared with the chromium plating method, the environmental pollution is less and the treatment cost can be reduced, and the wear resistance, corrosion resistance, heat resistance, etc. can be improved according to the treatment material.

또한, 본 발명은 열입력이 매우 적어 열입력에 의한 금형의 치수변형 및 기계적 성질의 변화가 없다.In addition, the present invention has a very small heat input, so there is no change in dimensional deformation and mechanical properties of the mold due to the heat input.

Claims (4)

삭제delete 금형의 표면처리 장치에 있어서,In the surface treatment apparatus of a metal mold | die, 전원입력단(AC-IN)의 후단에는 직류전원조절부(DIODE, TRANS, FET1, POWER-IC)를 접속하고, 직류전원조절부의 후단에는 복수개의 R-C병렬회로를 접속하며, 상기 복수개의 R-C병렬회로의 후단에는 모터(MOTER)에 의하여 전극봉을 회전시키는 회전툴(DC-APP)을 접속하되, 상기 R-C병렬회로의 후단에는 회전툴과 R-C병렬회로의 통전을 제어하는 스위칭수단(SCRA)(SCRB)을 각각 접속하여 주파수조절부(FRQ-ADJ)로부터 조절된 주파수에 따라 스위칭수단(SCRA)(SCRB)이 교대로 통전되도록 하고, 상기 노이즈필터의 후단에는 교류 전압과 주파수를 발생하는 교류전원조절부(FET2,FET3등)를 직류전원조절부와 병렬로 접속하고, 교류전원조절부의 후단에는 진동주기가 조절되는 진동툴(AC-APP)을 접속한 것을 특징으로 하는 방전경화를 이용한 금형의 표면처리 장치.A DC power control unit (DIODE, TRANS, FET1, POWER-IC) is connected to the rear end of the power input terminal (AC-IN), and a plurality of RC parallel circuits are connected to the rear end of the DC power control unit. A rear end of the RC (APP) is connected to the rotary tool (DC-APP) for rotating the electrode by the motor, the rear end of the RC parallel circuit switching means (SCRA) (SCRB) for controlling the energization of the rotary tool and the RC parallel circuit AC power supply for alternating current flow through the switching means (SCRA) (SCRB) in accordance with the frequency adjusted from the frequency control unit (FRQ-ADJ), and the rear end of the noise filter. (FET2, FET3, etc.) are connected in parallel with the DC power supply control unit, and a vibration tool (AC-APP) for controlling the oscillation period is connected to the rear end of the AC power supply control unit. Device. 제 2항에 있어서, 상기 전원입력단의 후단에는 방전 경화시 전기적으로 발생된 노이즈를 전원입력단전에서 제거하여 타기기에 영향을 주지 않도록 하는 노이즈필터(NOISE-FILTER)를 접속한 것을 특징으로 하는 방전경화를 이용한 금형의 표면처리 장치.3. The discharge hardening according to claim 2, wherein a noise filter (NOISE-FILTER) is connected to a rear end of the power input terminal so as to remove noise generated during the discharge curing from the power input terminal so as not to affect other devices. Surface treatment apparatus of the mold using. 제 2항에 있어서, 상기 회전툴은 R-C병렬회로와 연결된 전원선(102)과 전기적으로 접속된 카본브러시(104)를 모터(106)의 축(108)에 설치하고, 전극봉을 잡아주는 척(112)에 연결된 척샤프트(114)를 베어링(116)을 사용하여 상기 카본브러시(104)와 연결하며, 이들 구성요소들은 선단부에 세라믹노즐(118)이 설치되고 후단에는 가스가 유입되는 가스노즐(120)과 전원선(102)이 설치된 케이스(122)내에 설치한 것을 특징으로 하는 방전경화를 이용한 금형의 표면처리 장치.The chuck of claim 2, wherein the rotating tool installs a carbon brush 104 electrically connected to the power line 102 connected to the RC parallel circuit on the shaft 108 of the motor 106, and holds the electrode. The chuck shaft 114 connected to the 112 is connected to the carbon brush 104 using the bearing 116, and these components are provided with a ceramic nozzle 118 at the front end and a gas nozzle into which gas is introduced. 120) and the surface treatment apparatus of the metal mold | die using discharge hardening characterized in that it installed in the case 122 in which the power supply line 102 was installed.
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