KR100723126B1 - 용사를 이용한 고속 금형 또는 부품 제조방법 - Google Patents

Abstract

용사를 이용한 고속 금형 또는 부품 제조방법이 제공된다.

본 발명은, 그라파이트를 이용하여, 제조하고자 하는 금형 혹은 금속부품의 반대되는 형상으로 가공함으로써 용사층을 형성할 수 있는 용사패턴으로 제조하는 공정; 상기 제조된 그라파이트 용사패턴을 150 ~ 500℃로 예열하는 공정; 상기 예열된 용사패턴상에, 300 ~ 550℃ 범위의 용사온도로 금속을 용사함으로써 소정 두께의 금속용사층을 형성하는 공정; 및 상기 형성된 금속용사층을 상기 용사패턴으로부터 분리한 후, 그대로 사용하거나 백 필링(back-filling)함으로서 용사금형 또는 부품을 형성하는 공정;을 포함하는 용사법을 이용한 금속금형 혹은 금속부품 제조방법에 관한 것이다.

용사코팅, 그라파이트, 용사온도, 예열온도, 용사금형

Description

용사를 이용한 고속 금형 또는 부품 제조방법{method for manufacturing molds and dies by thermal spraying}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 용사시간에 따른 용사온도의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 그라파이트를 이용하여 제조된 유리병 몰드 제조용 용사패턴의 사진이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 그라파이트 용사패턴을 사용하여 제조한 유리병 몰드의 용사금형 사진이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 신발인솔 금형을 제조하기 위하여 용사패턴의 형상부와 밑판을 별도로 분리하여 제조한 그라파이트 용사패턴의 사진이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 분리하여 제조된 신발인솔 용사 패턴을 조립한 상태의 사진이다.

도 6은 도 5의 용사패턴을 사용하여 제조된 용사금형의 인솔 형상부의 사진이다.

본 발명은 용사를 이용한 고속금형 또는 부품 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 그라파이트 재질로 이루어진 용사패턴을 마련한 후, 이에 필요한 두께의 금속용사층을 형성함으로써 용사금형을 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

통상적으로 플라스틱 사출용 금형, 프레스 금형, 다이 캐스팅 금형 등은 공구강 등의 금속소재를 기계가공을 이용하여 제조하는 것이 일반적이다. 그런데, 금속소재를 기계가공에 의하여 금형을 제조하는 경우 시간이 많이 소요되는 것이 문제점이다. 또한 제작한 금형을 사용하여 시제품을 생산하여 치수가 맞지 않는다든지 하는 경우가 발생하면, 금형을 처음부터 다시 기계가공으로 제작을 하여야 하므로 많이 시간을 이중으로 소모하게 된다. 최근에는, 산업경쟁이 심해지면서 제품의 조기 출시를 중요하게 생각하는 금형 사용자의 입장에서는 가능한 한 빨리 금형을 공급받는 것이 점점 더 중요해지고 있다. 이러한 요구를 충족시키기 위하여, 금형을 보다 빠르게 제작하는 기술(Rapid Tooling)이 여러 가지 종류가 개발되어 왔다.

이러한 고속금형 제조방법의 일예로 금속 용사 툴링(spray metal tooling 혹은 spray formed rapid tool)을 들 수 있다. 상기 방법은 제작하고자 하는 금형의 반대 형상을 갖는 소재(이하, '용사패턴'이라 한다)에 용사코팅층을 형성하고, 그 후면을 에폭시 등의 소재로 채워줌으로써 용사코팅층을 금형으로 사용하는 기술이다. 종래에는, 손쉽게 가공이 가능한 나무, 플라스틱, 합성 실리콘 등과 같은 소재를 사용하여 용사패턴으로 사용하고 용사코팅을 위한 금속 소재로는 주로 아연 혹 은 알루미늄과 같은 저융점의 금속이 많이 사용되었다. 그런데 이러한 방법은 고속으로 금형을 제조할 수는 있지만, 용사용 소재의 제약 때문에 제품의 대량생산에는 사용이 되지 못하고 주로 소량의 시제품을 생산하는 용도로 주로 사용되었다.

또한 플라스틱 모델을 이용하여 반대 형상을 갖는 세라믹 용사패턴(Ceramic spray pattern)을 제조한 후, 그 위에 용사를 이용하여 강(Steel) 용사층을 형성함으로써 양산이 가능한 금속용사금형을 제조할 수 있는 미국특허 US 5,658,506호에 제시되고 있다. 상기 특허에서 세라믹 용사패턴을 사용하는 이유는, 강을 용사하여 금형을 만들 경우 용사과정에서 변형이 거의 없는 용사층을 얻기 위해서는 용사층의 온도가 300 -550℃ 정도의 고온에서 유지되어야 하는데, 종래에 사용하였던 나무, 플라스틱 등의 재료는 이러한 온도를 견딜 수 없기 때문이다. 따라서 상기 특허에서는 내열성이 있는 세라믹 용사패턴을 제조한 후, 그 위에 용사코팅층을 형성함으로써 강을 소재로 한 용사금형의 제조가 가능함을 제시하고 있다.

한편 상기 기술을 바탕으로 제품 사용시 열전달이 가능한 채널을 형성하는 기술(US 5,875,830), 용사층의 응력 감소 방법(US 5,947,179, US 5,952,056, US 6,179,039)도 제시되어 있다. 그 외에도 미국 특허에서는 US 5,967,218, US 6,074,737, US 6,257,309 등에서 이와 관련된 여러 가지 관련 기술 들이 공지되어 있다.

그런데 상기 공지기술의 공통점은 최종적으로 제조하고자 하는 금형과 동일한 형상의 마스터 패턴(master pattern)을 가공이 쉬운 재료를 사용하여 준비하는 과정과 마스터 패턴으로부터 동결과정을 포함하는 슬러리 캐스팅 방법을 사용하여 최종적으로 원하는 형상의 반대 모양을 갖는 세라믹 재질의 용사패턴을 제조하는 과정을 포함하고 있다는데 있다. 이러한 세라믹 용사패턴은 알루미늄 산화물과 실리콘 산화물을 주성분으로 하는 세라믹 슬러리를 이용하여 프지즈 캐스팅(freeze casting)하는 방법으로 제조가 되는데, 이에 관한 보다 자세한 내용은 미국 특허 US 6,513,567호에 기술되어 있다.

즉, 상기 미국특허 US 6,513,567호에는 용사금형 금형의 제조단계가 모두 12 단계에 걸쳐서 이루어지고 있는데, 그 공정을 간략하게 단계를 나누면 1) 마스터 패턴 제조단계, 2) 세라믹 용사패턴 제조단계, 3) 금속층을 형성하는 용사단계, 4) 용사층을 분리하여 백필링(Back-filling)함으로써 금형의 형상을 갖추는 마무리 단계의 4 단계로 크게 구분할 수 있다. 그런데 이러한 4 단계의 공정 중에서 세라믹 용사패턴의 단계가 가장 많은 시간이 소요된다. 왜냐하면 세라믹 용사패턴을 제조하는 과정에 있어서 동결과정과 세라믹 패턴의 건조 및 열처리에서는 냉각 속도와 가열속도를 느리게 해야만 처리과정 중에 세라믹이 붕괴 혹은 균열이 형성되지 않는 세라믹 용사패턴를 얻을 수 있기 때문에 용사패턴의 제조에 장시간이 소요되는 문제점이 있다.

또한, 세라믹 용사패턴을 제조하는 과정에서 건조 혹은 소결의 과정에서 일어나는 수축에 의한 치수변형을 완전히 방지하기는 곤란하다. 그런데 금형에서는 치수정밀도의 확보가 중요한데, 이러한 치수 오차는 최종적으로 제조할 금형의 정밀성을 떨어뜨리는 원인을 제공한다

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 슬러리로부터 캐스팅하여 제조된 세라믹 용사패턴을 사용하는 대신에 가공이 용이하여 몰드 마스트로의 제작이 용이하고 강과 같이 융점이 높은 금속의 부착이 가능한 소재를 용사패턴을 사용함으로써 금형제작에 소요되는 시간을 크게 단축할 수 있을 뿐만 아니라 치수정밀도가 우수한 금형 등을 제공할 수 있는 고속금형 또는 부품 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

그라파이트를 이용하여, 제조하고자 하는 금형 혹은 금속부품의 반대되는 형상으로 가공함으로써 용사층을 형성할 수 있는 용사패턴으로 제조하는 공정;

상기 제조된 그라파이트 용사패턴을 150 ~ 500℃로 예열하는 공정;

상기 예열된 용사패턴상에, 300 ~ 550℃ 범위의 용사온도로 금속을 용사함으로써 소정 두께의 금속용사층을 형성하는 공정; 및

상기 형성된 금속용사층을 상기 용사패턴으로부터 분리한 후, 그대로 사용하거나 백 필링(back-filling)함으로서 용사금형 또는 부품을 형성하는 공정;을 포함하는 용사법을 이용한 금속금형 혹은 금속부품 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 설명한다.

상술한 바와 같이, 종래에는 고속 금형 제조방법은, 1) 마스터 패턴 제조단계, 2) 세라믹 용사패턴 제조단계, 3) 금속층을 형성하는 용사단계, 4) 용사층을 분리하여 백필링(Back-filling)함으로써 금형의 형상을 갖추는 마무리 단계,의 4 단계 공정으로 이루어 진다. 이에 반하여, 상기 본원의 용사금형의 제조 단계는, 1) 그라파이트 용사패턴 제조단계, 2) 금속층을 형성하는 용사단계, 3) 용사층을 용사패턴으로부터 분리한 후, 백필링하는 단계,의 3 단계공정으로 이루어지고 있다. 즉, 종래기술에는 제조할 금형 형상과 동일한 마스터 패턴으로부터 그와 반대되는 형상을 갖는 세라믹 용사패턴을 제조함에 반하여, 본 발명에서는 최종 금형 형상과 반대되는 형상을 그라파이트로 직접 가공하여 용사패턴으로 이용한다는 점에 큰 차이점이 있다. 다시 말하면, 본 발명에서는 마스터 패턴을 그라파이트를 가공하여 직접 용사패턴으로 사용함으로써 상기 종래공정에서 가장 긴 시간이 소요되는 세라믹 용사패턴의 제조과정을 생략함에 큰 특징이 있는 것이다.

즉, 본 발명에서는 먼저, 그라파이트를 이용하여, 제조하고자 하는 금형 혹은 금속부품의 반대되는 형상으로 가공함으로써 용사층을 형성할 수 있는 용사패턴으로 제조한다. 본 발명은 상기 가공방법에 제한되는 것은 아니며, 다양한 기계적등의 방법을 이용하여 소망하는 형상의 용사패턴을 제조할 수 있다.

본 발명은 그라파이트를 용사패턴의 소재로 사용하는 것을 특징으로 하며, 이를 용사패턴의 소재로 하는 이유를 설명하면 다음과 같다. 원하는 형상을 갖는 금속금형을 강도가 큰 강을 용사하여 제조하기 위해서는, 용사하는 과정에서 발생하는 잔류응력의 발생을 최소화할 필요가 있으며, 이에 따라 용사패턴의 형상을 용사를 통하여 변형없이 정밀하게 용사층으로 복제할 수 있다. 그런데 용사층의 변형 을 최소화하기 위해서는, 강을 용사하는 과정에서 용사층의 표면온도가 300 - 550℃의 범위로 일정하게 유지되어야 한다. 그러나 가공이 용이한 플라스틱, 나무 등의 소재를 용사패턴의 소재로 이용할 경우, 이러한 온도에서 산화, 변형이 일어나 사용할 수 없는 문제점이 있으며, 따라서 상술한 종래기술에서는 세라믹 용사패턴을 사용한 것이다. 그러나 세라믹 용사패턴을 사용하는 경우에는 앞서 언급한 바와 같은 문제점이 있기 때문에 바람직하지 않다.

따라서 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 연구와 실험을 거듭하였으며, 그 결과, 그라파이트는 원하는 형상으로의 가공이 용이할 뿐만 아니라 공기 중에서 최고 600℃ 정도의 온도에서는 내열성을 가지기 때문에 용사패턴으로 사용하기에 적합한 소재임을 확인하고 본 발명을 제시하는 것이다.

이때, 본 발명에서는 상기 용사패턴을 제조함에 있어 그라파이트를 소재로 여러 개의 파트로 분리하여 제조한 후, 이를 다시 조립한 조립체를 용사패턴으로 사용하는 것이 가능하다. 이는 치수변형등의 문제로 조립체 형태로 사용할 수 없는 세라믹 용사패턴과는 구별되는 장점이다.

또한, 필요한 소형 금형 형상을 여러 개 가공하여 제조한 후, 하나의 용사패턴으로 조립하여 사용함으로써 여러 개의 용사금형을 한번의 용사작업으로 제조할 수도 있다. 즉, 용사법를 이용하여 금속층을 형성하여 이를 바탕으로 금속금형 혹은 금속부품을 제작하는 방법에 있어서, 용사패턴에 원하는 금형의 형상을 2개 이상 형성하여 용사층을 형성한 다음 용사층을 절단하여 각각의 용사금형을 제조할 수 있는 것이다.

한편, 상기와 같이, 그라파이트를 용사패턴으로 사용하여 용사금형을 제조하는 경우, 종래의 세라믹 용사패턴을 사용하는 경우에 비하여 아래와 같은 장점을 확보할 수 있다.

첫째, 세라믹 캐스팅과정을 거치지 않기 때문에 용사패턴의 치수가 세라믹 용사패턴에 비하여 훨씬 정밀하다. 그러므로 이후 용사공정을 통하여 제조된 용사금형도 보다 정밀한 치수를 가질 수 있다.

둘째, 산화물을 주성분으로 하는 세라믹 용사패턴을 사용하는 경우에 비하여 그라파이트의 열전도율이 훨씬 크기 때문에 용사과정 중 표면의 온도분포가 훨씬 균일하다. 본 발명자들의 실험결과에 따르면, 300 mm x 300 mm의 면적을 갖는 용사패턴에 용사작업을 수행하고 그 용사표면의 온도분포를 측정한 결과, 세라믹 용사패턴을 사용하는 경우 상대적으로 온도가 낮은 부분과 높은 부분의 온도편차가 40 - 70℃ 까지 발생하였다. 하지만 그라파이트 용사패턴을 사용하는 경우에는 온도편차가 10 - 30℃ 정도로 현저하게 감소하였다.

일반적으로 용사과정 중에 발생하는 부위별의 온도편차는 용사층 내에서 열응력(thermal stress)을 발생시켜 국부적인 변형을 유발하는 요인이 되므로 온도편차가 작은 것이 유리하다. 또한 제조할 용사금형의 크기가 증가하면 표면의 위치별로 온도편차량이 증가하여 용사금형을 제조하는데 있어서 크기의 제약이 발생한다. 그러므로 상기 점들을 고려하면, 본 발명의 그라파이트로 제조된 용사패턴이 종래의 세라믹 용사패턴에 비하여 보다 유리하다고 할 수 있다.

이어, 본 발명에서는 상기 제조된 그라파이트 용사패턴을 예열하며, 이때 그 예열온도를 150 ~ 500℃로 제어함이 바람직하다. 만일 상기 예열온도가 150℃ 미만이면 용사 동안 용사층에 인장응력이 과도하게 부과되어 용융금속이 두꺼운 용사층을 형성하기 못하고 박리가 일어날 수 있으며, 500℃를 초과하면 그라파이트의 표면에 산화가 발생하여 표면이 손상될 위험이 있기 때문이다.

그리고 본 발명에서는 상기 예열된 용사패턴상에, 금속을 용사함으로써 소정 두께의 금속용사층을 형성한다. 상술하면, 본 발명에서는 상기 그라파이트 용사패턴을 예열한 후, 용사를 개시하여 목표한 용사온도에 도달하면 용사가 완료될 때까지 그 온도가 유지될 수 있도록 용사변수를 조절한다. 본 명세서에서 상기 용어, "용사온도"란 용사과정 중 열화상카메라(thermal image camera)를 이용하여 용사층이 형성되는 표면의 온도를 측정한 평균온도 혹은 용사하기 전 용사패턴의 표면에 설치한 열전대(thermo-couple)에 의하여 측정한 용사층과 그라파이트 용사패턴간의 계면의 온도를 의미한다.

용사과정에서 가장 중요하게 고려되어야 할 인자는 용사과정에서 발생할 수 있는 용사층의 변형 문제이다. 일반적으로 용사층에서 변형을 일으키는 인자는 용사과정에서 용융된 금속이 용사패턴 혹은 이미 층을 이룬 용사층의 표면에 도달하여 고상으로 응고되면서 발생하는 인장응력과, 고상에서 발생하는 마르텐사이트 변태 및 베이나이트 변태 의하여 발생하는 압축응력의 두 가지이다. 이러한 인장응력 과 압축응력이 서로 상쇄되어 잔류응력이 없어지거나 최소화되어야 정밀도를 갖는 용사금형을 제조할 수 있다.

용사층에 작용하는 인장응력 및 압축응력의 크기는 용사온도의 영향을 받는다. 즉, 강의 응고에 의하여 발생하는 인장응력의 크기는 용사온도가 증가할수록 감소하고, 강의 상변태에 의하여 발생하는 압축응력은 강의 화학성분에 따라서 상변태를 일으키는 온도가 달라짐에 따라서 영향을 받을 뿐만 아니라 용사층 중에 형성되는 산화물의 양에도 영향을 받으므로 용사온도를 적절히 조절하여야 한다.

본 발명에서는 이를 고려하여, 상기 용사온도를 300~550℃로 제어한다. 만일 상기 용사온도가 300℃ 미만이면 상술한 용사층의 변형이 발생할 수 있으며, 550℃를 초과하면 용사층의 표면산화가 발생할 수 있기 때문이다.

보다 바람직하게는 상기 용사온도를 350~450℃로 제어하는 것이다.

또한 본 발명에서는 상술한 용사층의 변형문제를 최소화하기 위해, 상기 용사온도를 상기 예열온도와 동일하게 설정하고, 상기 용사층 형성시작 시점부터 마무리되는 시점까지 일정한 온도로 용사온도를 유지할 수도 있다.

이후, 본 발명에서는 상기 형성된 금속용사층을 상기 용사패턴으로부터 분리한 후, 백 필링(back-filling)함으로서 용사금형 또는 부품을 형성한다. 상기 용사를 이용하여 형성된 용사층을 용사패턴으로부터 분리하면, 금형으로 사용할 면은 용사패턴에 접촉하였던 면이 된다. 이때, 형성된 용사층의 두께에 따라 불필요한 부분은 절단, 제거한 후, 용사면을 충진함으로써(back-filling) 편평한 형상을 만 들어 사용함이 일반적이다. 그러나, 필요에 따라서는 백필핑하지 않고 그대로 금형이나 금속부품으로써 사용할 수도 있다.

바람직하게는, 상기 용사면을 에폭시 수지, 에폭시 수지와 금속분말의 혼합물, 및 등의 저융점 금속재료중 선택된 1종을 충진하는 것이다. 그리고 상기 저융점 금속재료로서는 비스무스, 주석 혹은 아연등의 저융점 금속이나 합금을 들 수 있다.

한편, 본 발명은 용사에 이용되는 금속의 종류에 제한되는 것은 아니다.

예컨데, 후속하는 실시예에서는 0.8%탄소강을 용사하는 경우만을 예시하였지만, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 즉, 본 발명은 저탄소강, 고탄소강을 비롯하여, C 이외에 Cr, Ni, Co, Mn, V, Nb, W, Ti, Cu, B, Al, Si 과 같은 합금 원소를 1 종 혹은 2종 이상 함유하고 있는 구조용강 혹은 공구강을 소재로 사용할 수도 있다. 또한 내식성이 필요한 경우에 스테인레스강을 사용할 수도 있으며, 내마모성 등의 향상을 목적으로 금속탄화물, 금속의 보론화합물 등의 성분을 포함할 수도 있다. 또는 금속선재에 제조시 이러한 성분을 분말 형태로 첨가하는 코아드 와이어(cored wire) 형태로 제조함으로써 가능하다.

이하, 본 발명을 예시적인 실시예들을 통하여 상세히 설명한다.

(실시예 1)

그라파이트 용사패턴에 용사층이 적층되는 조건을 설정하기 위하여 예열온도 와 용사온도를 달리하면서 용사실험을 실시하였다. 본 실험을 위하여 300 mm x 300 mm x 40 mm 의 크기를 갖는 평판 형상의 그라파이트 용사패턴을 준비하였으며, 모든 용사조건에 있어서 용사층의 두께는 10 ± 1 mm가 되도록 용사시간을 조절하였다. 그리고 실험에 사용한 용사용 금속소재는 0.8%의 탄소를 함유한 탄소강을 사용하였으며, 용사건으로는 4대의 아크용사건을 사용하고 아토마이징 가스는 용사과정에 일어나는 산화를 감소시키기 위하여 질소가스를 사용하였다. 한편, 목표한 용사온도를 유지하기 위하여 용사과정중 용사용 소재의 공급량(wire feeding rate)을 조절하는 방법을 사용하였다. 그리고 예열온도와 용사온도는 하기 표 1과 같이 달리하여 용사를 실시하였다. 아울러, 용사과정중 온도설정은 도 1의 (1)과 같이 예열온도와 용사온도를 동일하게 하기도 하고 (2)와 같이 예열온도를 용사온도보다 낮게 설정하였다가 목표한 용사온도에 도달하면 그 온도가 계속 유지되도록 하는 방법도 사용하였다.

상기 용사를 마무리한 후, 상온까지 냉각하고, 그 용사층을 용사패턴으로부터 분리하여 3차원 형상측정기를 이용하여 변형되는 정도를 측정하였으며, 이때, 최대 변형이 일어난 부분은 용사층의 중심부이었다. 하기 표 1은 용사온도, 예열온도를 달리하여 용사함으로써 제조된 10 mm 두께의 용사층의 최대변형량을 나타낸 것이다. 변형량에서 + 부호는 최종 잔류응력이 압축으로 작용하여 변형이 일어난 것을 의미하고, - 부호는 인장응력에 의한 변형을 의미한다.

	용사온도 (℃)	예열온도 (℃)	최대변형량 (mm)
비교예 1	-	150	박리
비교예 2	200	170	- 0.7
비교예 3	220	170	+ 0.2
비교예 4	240	240	+ 1.3
발명예 1	330	220	+ 0.85
발명예 2	350	350	+ 0.4
발명예 3	365	320	- 0.25
발명예 4	390	250	- 0.55
발명예 5	415	415	- 0.75

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 비교예(1)은 예열온도가 너무 낮아서 설정한 용사온도에 도달하기 전에 용사층에 과도하게 인장응력이 작용하여 용사층이 적층되지 못하였다.

또한 비교예(2-4)는 양호하게 용사층이 적층이 되었지만 220 ± 20℃의 온도범위에서 약간의 용사온도 변화에도 너무 급격하게 최대변형량이 변하여 금형을 제조하는 조건으로는 적합하지 못함을 알 수 있다.

이에 반하여, 용사조건이 적정하게 제어된 본 발명예(1-5)의 경우, 모두 최대변형량이 적정하여 제조된 금형의 치수안정성을 확보할 수 있음을 알 수 있다.

(실시예 2)

본 발명의 실용성을 확인하기 위하여 유리병 제조시 사용하는 금형의 형상을 본 발명의 방법에 따라서 제조하였다. 도 2는 그라파이트를 소재로 하여 제조한 용사패턴의 사진이고, 도 3은 도 2의 용사패턴을 사용하여 예열온도 240℃, 용사온도 360℃로 설정하여 용사층의 두께를 9 mm 로 제조한 후 용사층을 용사패턴과 분리하고 백필링과정을 거쳐서 완성한 용사금형의 사진이다.

(실시예 3)

본 발명에서는 그라파이트를 용사패턴으로 사용하기 때문에 필요한 경우 여러 가지 형상을 별도로 가공한 후에 조립한 상태에서 용사패턴으로 사용하는 것이 가능하다. 그라파이트를 사용하면 용사패턴 제조시에 정밀한 가공이 가능하기 때문에 정확한 치수로 용사패턴을 조립할 수 있다.

도 4는 신발 인솔몰드(Insole mold)를 제조함에 있어 인솔의 형상부와 밑판을 별도로 가공한 것을 보여주는 사진이며, 도 5는 분리하여 제작한 형상부와 밑판을 조립한 상태를 보여주는 사진이다. 도 6은 도 5의 용사패턴을 사용하여 제조한 용사금형의 인솔 형상부를 확대하여 보여준 사진이다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 바람직한 실시예를 통하여 상세히 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시예의 내용에 제한되는 것은 아니다. 본원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재범위내에서 다양한 본원발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본원발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다.

상술한 바와 같이, 목적하는 형상과 반대의 형상을 갖는 그라파이트 재질의 용사패턴을 이용하여 금속 용사층을 형성함으로써 종래공정 대비 용사금형 제조시 간을 단축할 수 있으며, 제품의 치수안정성을 도모할 수 있다.

또한 그라파이트 용사패턴은 종래의 세라믹 용사패턴에 비하여 열전달계수가 현저히 크기 때문에, 용사과정 중 용사표면의 온도분포가 상대적으로 균일하며, 이에 따라 열구배(thermal gradient)로 인하여 발생할 수 있는 열응력이 완화되는 효과도 기대할 수 있다.

아울러, 별도로 가공한 여러 개의 그라파이트 조각(part)을 조립하여 하나의 용사패턴으로 사용함으로써 여러 개의 용사금형을 한꺼번에 제조할 수도 있다.

Claims (5)

1. 그라파이트를 이용하여, 제조하고자 하는 금형 혹은 금속부품의 반대되는 형상으로 가공함으로써 용사층을 형성할 수 있는 용사패턴으로 제조하는 공정;

   상기 제조된 그라파이트 용사패턴을 150 ~ 500℃로 예열하는 공정;

   상기 예열된 용사패턴상에, 300 ~ 550℃ 범위의 용사온도로 금속을 용사함으로써 금속용사층을 형성하는 공정;

   상기 용사온도를, 상기 용사층 형성시작 시점부터 마무리되는 시점까지 일정한 온도로 그 용사온도를 유지하는 공정; 및

   상기 형성된 금속용사층을 상기 용사패턴으로부터 분리한 후, 그대로 사용하거나 백 필링(back-filling)함으로서 용사금형 또는 부품을 형성하는 공정;을 포함하는 용사법을 이용한 금속금형 혹은 금속부품 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 용사면을 에폭시 수지, 에폭시 수지와 금속분말의 혼합물, 및 비스무스, 주석, 아연이나 이들의 합금중 선택된 1종을 충진하는 것을 특징으로 하는 용사법을 이용한 금속금형 혹은 금속부품 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 용사패턴은, 상기 그라파이트를 소재로 여러 개의 파트로 분리하여 제조한 후, 이를 다시 조립한 조립체인 것을 특징으로 하는 용사법을 이용한 금속금형 혹은 금속부품 제조방법
5. 제 1항에 있어서, 상기 용사패턴에 금형의 형상을 2개 이상 형성한 후, 용사함으로써 용사층을 형성하고, 이어, 그 용사층을 절단함으로써 다수의 용사금형을 제조함을 특징으로 하는 하는 용사법을 이용한 금속금형 혹은 금속부품 제조방법.

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