KR100629127B1 - 무응력 슬릿 에지를 구비하는 제품의 생산 방법 - Google Patents
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Abstract
무응력 에지를 구비하는 제품의 생산 방법은, 구리 재료의 스트립을 제공하기 위해, 구리 또는 구리 합금시트를 슬릿하는 공정, 보호 분위기하에서 200 내지 250℃에서 노내에서 스트립을 가열하는 공정, 및 상온까지 스트립을 냉각하는 공정을 포함하고, 이와 같이 생산된 스트립은 압형된 제품을 제조하는데 유용하다.
무응력 에지, 스트립, 보호 분위기. 환원 분위기, 슬릿.
Description
본 발명은 무응력 에지(stress-free edge)를 구비하는 구리기 ( copper-based ) 제품의 생산 방법 및 이에 의해 생산된 제품에 관한 것이다.
얇은 구리 스트립(copper strip)은 상업상 광범위하게 사용된다. 이들은, 예를 들면 전기 커넥터용 단자(terminal)를 제조하는데 사용된다. 다른 중요한 용도로는 스프링 요소 등의 제조가 있다. 구리 스트립은 이러한 다양한 제품을 제조하는데 사용하기 적합한 상태로 제조업자에게 공급된다.
제조업자는 일반적으로 팬케이크 코일(pancake coil)의 형태의 구리 스트립을 얻는다. 팬케이크 코일은 긴 구리 스트립을 단순히 코일로 감은 것이다. 그 후, 제조업자는, 뉴저지(New Jersey)주 리지필드(Ridgefield)시에 소재한 Bruderer, 또는 오하이오(Ohio)주 민스터(Minster)시에 소재한 민스터 기계 회사 등에서 제조된 프레스를 사용하여, 제작될 부분을 위한 소정의 형상으로 스트립을 압형(stamp)한다. 이와 같이 생산된 제품은, 예컨대 다양한 형상의 단순 스프링, 수단자(male terminal), 또는 암단자(female terminal)일 수 있다. 프레스에 의한 압형 작업 후에, 캐리어(carrier)라고 불리는 부분이 최초의 스트립에 부착되어 잔류한다. 캐리어는 각각의 에지에 압형된 형상을 갖거나, 또는 많은 경우 양에지(two edge) 중의 일방을 따라 압형된 형상을 갖는다. 압형 작업 후에, 상기 부분은, 특히 구리-주석 합금으로부터 압형되었다면 그대로 사용될 수 있다. 다른 경우에는, 그 후 이와 같이 생산된 제품은 구리 제품의 최종 사용에 적합하도록 다양한 부식 저항제(corrosion resistant), 또는 니켈, 주석, 또는 금 등의 금속으로 도금된다.
제품을 도금하는 동안, 제품은 여전히 캐리어 스트립에 부착되어 있다. 또한, 제품이 어떠한 문제도 일으키지 않고 여러 용액과 헹굼(rinse) 및 건조 단계를 통과하는 것이 중요하다. 최종 작업 중에, 이와 같이 얻어진 부분은 캐리어 스트립으로부터 제거되거나 분리된다. 제품이 단자인 경우, 제품은 전선 등의 도전체에 연결되고, 플라스틱 또는 다른 하우징내로 조립된다. 이러한 커넥터는 보통 다수의 단자를 갖는다.
이러한 압형 작업에서의 사용뿐만 아니라 최종 제품에 대하여, 버(burr), 캠버(camber), 트위스트(twist), 또는 코일 셋(coil set)이 최소인 상태에서 스트립의 형상이 안정적인 것이 중요하다. 불행하게도, 스트립이 육안 검사(visual inspection)로는 만족스럽게 보이더라도, 압형 작업 후에 문제점을 발생시킬 수 있다. 따라서, 특히 캐리어 스트립이 단지 최초의 스트립의 한 에지에 있다면, 다이 출구 캠버(die exit camber) 또는 트위스트가 스트립에 생길 수 있다.
다양한 가능성이 이러한 바람직하지 못한 결과를 설명할 수 있다. 스트립 제조업자로부터 취득한 스트립내에 남아 있는 잔류 은폐응력(residual, hidden stress)이 그 가능성일 수 있다. 구리 코일로부터 스트립을 제조하기 위해 사용되는 슬릿 작업 중에, 스트립의 에지는 핀치오프(pinch off)되거나 전단(shear)되어질 수도 있다. 실제로, 이와 같이 얻어진 스트립에 응력이 생기지 않도록 하면서 스트립을 전단하는 것은 불가능하다. 이러한 작업에서, 스트립의 에지를 따라 매우 작은 영역이 연신되어, 스트립보다 더 길어질 수도 있다. 핀치된 에지의 영역이 매우 작기 때문에, 큰 변형을 일으키지는 않는다. 그러나, 이 제 1 에지를 슬릿함으로서 유발된 응력은 스트립의 다른 에지내의 응력에 의해 대략 균형을 맞출 수 있다. 따라서, 에지들이 압형 작업으로 분리될 때까지 코일은 곧게 보일 수 있다.
문제는 여러 가지 방법으로 예측될 수 있다. 한가지 방법은, 슬릿 에지와 인접 금속은 건드리지 않고, 스트립의 일부를 에칭에 의해 제거하는 것이다. 문제가 있다면, 사용된 특정 공정에 따라 잔류 재료가 다른 방향으로 구부러질 수 있다는 것이다.
이 문제를 개선하기 위한 시도가 행하여져 왔다. 통상, 이 작업의 하나는 응력을 줄이고 더 평탄한 스트립을 생산하는 스트레치 벤드 레벨링(stretch bend leveling)이다. 이것은 또한 코일상에서 슬릿 작업을 향상시킨다. 루핑 피트(looping pit) 또는 슬립 코아(slip core)를 구비한 우수한 슬릿터(slitter)를 사용하면, 개별 절단시의 장력을 제어할 수 있다. 슬릿하는 동안 이러한 기구로 신중하게 설치하면, 제조업자에 의한 문제없이 압형될 수 있는 제품을 제공할 수 있다. 그러나. 다이 부분의 설계가 압형하는 것을 어렵게 하는 때가 있어, 겉보기에는 완전한 스트립이라도 트위스트 또는 캠버와 같은 문제를 초래한다.
따라서, 본 발명은, 커넥터, 스프링 등을 제조하기 위해 사용될 때, 종래 방법의 트위스트 및 캠버 문제가 없는 구리 코일 소재(coil stock)를 제공한다. 간략히 말해, 본 발명은, 시트의 스트립을 생산하기 위해 구리기 시트의 코일을 슬릿하는 공정, 구리를 소둔(anneal)하기 위해 소정 시간동안 소정 온도에서 보호 분위기로 노(furnace)내에서 스트립을 가열하는 공정, 그리고 상온까지 스트립을 냉각하는 공정을 포함하는, 무응력 에지를 갖는 제품의 생산 방법을 제공한다.
이러한 간단한 작업으로, 압형 그리고/또는 절단되었을 때, 스트립에 어떠한 캠버나 트위스트가 생기지 않는 코일 형태의 구리 스트립을 얻을 수 있음이 밝혀졌다. 또한, 본 발명에 의해 제공되는 구리 스트립은, 이러한 문제를 일으키지 않고 단자, 스프링 등의 제품 생산에 사용될 수 있다.
여기서, 구리기 재료는 본 발명에 실제로 사용될 수 있는 구리 및 광범위한 구리 합금을 의미한다. 예를 들면, 전해 구리(electrolytic copper) 뿐만 아니라, 아연을 포함하는 구리 합금 또는 주석을 포함하는 구리 합금이 본 발명의 공정에 따라 처리될 수 있다. 구리 합금의 예로는, 200-계열(series)의 구리와 아연 합금 그리고 500-계열의 구리와 주석의 합금이 있다. 구리 자체뿐만 아니라, 바람직하게 사용되는 특정 구리 합금의 예로는, C194, C230, C260, C422, C425, C510, C511, C519, C521, C1453, C19210, C50715, 및 C50725 가 있다.
팬케이크 롤(roll)을 처리하는 경우뿐만 아니라, 본 발명의 방법은 횡방향으로 감겨진 구리 시트를 처리하는데 있어 특히 유용하다. 횡방향 롤은 릴(reel)상에 감겨진 슬릿 구리 스트립이다. 본 발명에 따른 온도 처리의 관점에서, 릴 재료는 본 방법의 공정을 완료하는데 요구되는 시간 동안 온도 처리를 견디는 재료이어야 한다. 릴용으로 특히 유용한 재료는 연강(mild steel)이다.
본 발명에 따른 코일 스트립을 가열하는데 사용되는 온도는 약 200℃ 내지 약 250℃ 일 수 있다는 것이 밝혀졌다. 만약 온도가 200℃ 보다 훨씬 낮으면, 원하는 결과를 얻을 수 없을 것이다. 약 250℃ 보다 높은 온도에서는, 에너지 낭비 및 다른 바람직하지 못한 부작용이 발생한다. 약 200 내지 240℃ 범위의 온도가 특히 바람직한 것으로 밝혀졌다.
열처리를 위해 요구되는 시간은 약 1 시간 내지 10 시간일 수 있다. 더 짧은 시간은 일반적으로 구리 스트립내의 캠버나 트위스트를 현저히 감소시키는 효과가 없다. 더 긴 시간은 일반적으로 더 양호한 결과를 제공하지 못하고, 제품의 전체 생산율을 감소시킨다. 본 발명의 특정 실시예에서는, 4 시간 내지 8 시간 동안 처리 온도에서 구리 스트립 롤을 유지하는 것이 특히 바람직하다.
광범위한 구리 및 구리 합금시트가 처리될 수 있지만, 일반적으로 10 내지 20 밀(mil)(0.010 - 0.020 inches)의 두께를 지닌 것이 단자 및 스프링의 제조에 사용된다. 더 얇은 시트는 필요한 강도를 갖지 못하고, 두께가 더 두꺼우면 본 발명에 따라 준비된 구리 스트립 소재용으로 사용하기에 너무 무겁고 뻣뻣하게(stiff) 된다.
광범위한 코일 폭이 슬릿하기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 12 내지 50 인치의 폭이 사용된다. 또한, 슬릿 스트립 자체의 폭은 변경될 수 있다. 여기에 설명된 구리 또는 구리 합금 스트립 소재를 사용하는 슬릿 스트립의 제조 요구조건의 관점에서, 스트립의 폭은 1/4 인치 내지 4 인치 이상이 될 수 있다. 구리 스트립에 있어 가장 바람직한 폭은 약 1 내지 2 인치이다.
구리 스트립 재료는 보호 분위기에서 소둔된다. 아르곤, 질소, 및 다른 비활성 가스가 노내에서 구리 스트립을 보호하기 위해 사용될 수 있다. 몇 가지 예를 들면, 최상의 결과를 얻기 위해 환원 분위기(reducing atmosphere)를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 약 1 내지 30 % 수소를 함유하는 질소가 바람직하다. 5 내지 25 % 의 수소를 함유하는 질소의 보호 분위기를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
다음 예들이, 현재 본 발명의 실시에 바람직하기 때문에, 본 발명의 실시예로서 제공된다. 이 예들은 예시적인 것이고, 본 발명은 첨부한 청구항에 기재한 것을 제외하고는 다음 예들로 제한된다고 생각되어서는 안된다는 것을 이해하여야 할 것이다.
예 1
24 인치의 폭과 11.8 밀의 두께를 갖는 구리로 된 40 인치 직경의 코일을 1 인치의 폭을 갖는 팬케이크 코일 스트립으로 슬릿한다. 그 후, 이 팬케이크 코일을 배치로(batch furnace)내에 놓고, 비활성 분위기로서 5 % 의 수소를 함유하는 건성 질소의 혼합물로 코일을 보호한다. 이어서, 코일을 약 200℃ 의 온도에서 6 시간동안 유지한다. 그 후, 노를 상온까지 냉각하고, 비활성 분위기를 배출시킨 후, 스트립 코일을 노로부터 제거한다. 이러한 처리 후에, 코일을 포장하여 제조업자에게 배달한다.
이 예의 코일이 스프링, 단자 등을 제조하는데 사용되는 경우, 압형 작업에 의해 얻어진 부분이 평탄하다는 것을 발견하였다. 최종 제품에 트위스트나 캠버는 없었다.
예 2
제조업자가 횡방향으로 감긴 재료를 요구하는 것은 흔히 있는 일이다. 이러한 경우, 코일은 스트립으로 슬릿되어 강제 릴( steel reel )상에 횡방향으로 감긴다. 그 후, 스트립으로 횡방향으로 감긴 릴을 배치로내에 놓고, 비활성 분위기로서 25 %의 수소와 75 %의 질소의 혼합물로 보호한다. 이어서, 릴을 240℃ 의 온도에서 6 시간동안 노내에서 유지한다. 그 후, 노를 상온까지 냉각시키고, 비활성 분위기를 제거한 후, 릴을 노로부터 제거한다. 이러한 처리 후에, 이와 같이 얻어진 릴을 포장하여 제조업자에게 배달한다.
여기서도 또한, 이와 같이 얻어진 구리 스트립은, 단자 스트립을 얻도록 압형되는 경우 트위스트나 캠버가 없다.
또한, 스트립을 가열하는 다른 방법도 만족스러운 결과를 제공할 수 있다. 예를 들면, 소정의 시간동안 소정의 온도로 스트립의 온도를 올리기 위해 유도로(induction furnace)를 사용할 수 있다. 보호 분위기는 어느 경우에도 사용된다.
Claims (16)
- 무응력 슬릿 에지를 구비하는 제품의 생산 방법으로서,구리기 재료의 스트립을 생산하기 위해 구리기 시트를 슬릿하는 공정, 상기 스트립의 응력을 제거하기 위해 소정 시간동안 200℃ 내지 250℃ 의 온도에서 보호 분위기로 노내에서 스트립을 가열하는 공정, 및 상온까지 스트립을 냉각하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 무응력 슬릿 에지를 구비하는 제품의 생산 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 구리기 시트는 구리 또는 구리 합금인 것을 특징으로 하는, 무응력 슬릿 에지를 구비하는 제품의 생산 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 합금은 구리와 아연의 합금 또는 구리와 주석의 합금인 것을 특징으로 하는, 무응력 슬릿 에지를 구비하는 제품의 생산 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 온도는 200℃ 내지 240℃ 인 것을 특징으로 하는, 무응력 슬릿 에지를 구비하는 제품의 생산 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가열은 1 시간 내지 10 시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 무응력 슬릿 에지를 구비하는 제품의 생산 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가열은 4 시간 내지 8 시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 무응력 슬릿 에지를 구비하는 제품의 생산 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보호 분위기는 비활성 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무응력 슬릿 에지를 구비하는 제품의 생산 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보호 분위기는 질소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무응력 슬릿 에지를 구비하는 제품의 생산 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 보호 분위기는 환원 분위기인 것을 특징으로 하는, 무응력 슬릿 에지를 구비하는 제품의 생산 방법.
- 제 9 항에 있어서, 상기 분위기는 1 내지 30 부피% 의 수소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무응력 슬릿 에지를 구비하는 제품의 생산 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 보호 분위기는 70 내지 99 부피%의 질소를 포함하고 잔부로는 수소를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무응력 슬릿 에지를 구비하는 제품의 생산 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 스트립의 폭은 1/4 인치 내지 4 인치인 것을 특징으로 하는, 무응력 슬릿 에지를 구비하는 제품의 생산 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 스트립의 폭은 1 내지 2 인치인 것을 특징으로 하는, 무응력 슬릿 에지를 구비하는 제품의 생산 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 시트의 두께는 0.010 내지 0.020 인치인 것을 특징으로 하는, 무응력 슬릿 에지를 구비하는 제품의 생산 방법.
- 제 1 항에 따라 생산된 제품.
- 보호 분위기로 200℃ 내지 250℃ 의 온도에서 1 시간 내지 10 시간동안 소둔되고, 그 후 소정의 형상으로 압형 또는 절단되며, 상기 소둔 및 압형 후에 본질적으로 캠버 또는 트위스트가 없는 것을 특징으로 하는 구리 스트립.
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