KR100880790B1 - 진공브레이징 장치 및 이것을 이용한 제조방법 - Google Patents

진공브레이징 장치 및 이것을 이용한 제조방법

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Abstract

본 발명은 진공브레이징 장치 및 이것을 이용한 제조방법에 관한 것으로, 상부금형과 하부금형의 형합에 의해 상하로 구획된 상하부 진공실에 각각 할로겐램프와 같은 가열수단 및 브레이징 대상물을 분리하여 구성하고, 진공상태에서 브레이징 가공이 이루어지게 한 뒤에 질소가스로 진공을 해제하도록 구성함으로써, 브레이징 가공의 싸이클 시간을 현저하게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 브레이징 상태가 양호하여 브레이징 대상물의 강도를 높일 수 있는 진공브레이징 장치 및 이것을 이용한 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 실현하기 위한 수단으로서 본 발명에 따르는 진공브레이징 장치는, 가열수단(110)이 구비된 상부금형(100); 내부에 브레이징 대상물(600)을 안치하는 지지판(210)이 구비되고, 상부금형(100)과 진공상태로 형합되는 하부금형(200); 상부금형(100) 및 하부금형(200)에 의해 형성된 내부공간을 상하부진공실(101,201)로 구획하고, 가열수단(110)으로부터 형성된 열을 하부진공실(201)로 전달시켜 주는 구획판(300); 상하부진공실(101,201) 내부의 진공 생성 및 해제시켜 주는 진공생성수단(400); 상부금형(100) 및 하부금형(200)을 형합과 분리시켜 주는 형합수단(500); 및 상부금형(100) 및 하부금형(200)의 형합 및 분리, 가열수단(110)의 온도조절, 및 진공생성수단(400)의 동작을 제어하는 제어수단(800);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

진공브레이징 장치 및 이것을 이용한 제조방법{Vacuum Brazing Apparatus and the Method therewith}
본 발명은 진공브레이징 장치 및 이것을 이용한 제조방법에 관한 것으로, 특히 가열수단과 브레이징 대상물을 상부금형과 하부금형이 형합됨에 따라 분리되어 형성되는 상하부진공실에 각각 구성하고, 하부진공실의 지지판 위에 200~300개의 대상물을 안착하여 브레이징 가공할 수 있는 중형 크기의 진공브레이징 장치 및 이것을 이용한 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 브레이징이란 용접의 일종으로 모재와 모재 사이에 이보다 낮은 용융점을 갖는 용가재(Filler Metal)을 매개로 두 모재를 접합하는 기술을 말한다. 일예로, 선반 등에서 가공물의 절삭 및 연마 등에 사용되는 바이트와 같은 공구의 경우, 도 1에서와 같이 가공대에 고정되는 쉥크(610)의 단부에 다이아몬드팁(620)을 용착하여 공구로서 이용하게 된다. 이때, 쉥크(610)와 다이아몬드팁(620) 사이에 용가재(630)를 삽입하고, 가열 등의 방법으로 이 용가재(630)를 용융시켜 쉥크(610)와 다이아몬드팁(620)를 일체로 접합하게 된다.
이러한 브레이징은 보통 대형 브레이징 장비를 이용하여 대량생산을 하거나, 수작업을 통한 소량 생산 방식으로 이루어지고 있다.
대형 브레이징 장비는 브레이징 대상물(600)이 노를 관통하여 지나가는 컨베이어를 이용하여 브레이징 가공을 하게 된다. 이때, 컨베이어의 이송속도는 용가재가 용융되어 두 모재와 충분한 젖음성(wetting)을 확보할 수 있도록 한다. 따라서, 대형 브레이징 장비는 컨베이어를 통해 양산이 가능하다.
소형 브레이징 장비는 노를 이용하고 있으나, 보통 수작업으로 이루어진다. 즉, 작업자가 브레이징 대상물을 수동으로 노의 내부에 집어넣어 일정 시간의 경과 후 다시 수동으로 빼내는 방식을 취한다. 이러한 소형 브레이징 장비는 소량 생산에 적합하다.
이와 같은 브레이징 장비는 보통 노에서 이루어지게 되는데, 용가재의 젖음성 향상을 위해 진공에서 브레이징이 이루어지는 진공 브레이징이 많이 이용되고 있다.
그러나, 종래의 브레이징은 다음과 같은 문제점이 있다.
1) 브레이징 가공이 대형화 또는 소형화로만 이루어지기 때문에, 중간 규모의 브레이징 장비를 필요로 하게 되었다.
2) 진공 브레이징의 경우, 용가재로부터 발생된 가스에 의해 가열수단이 파손되어 브레이징이 제대로 이루어지지 않는 문제가 발생한다.
3) 용가재로부터 발생된 가스를 차단하기 위해 가열수단과 브레이징 대상물 사이에 격판을 두어 분리하는 경우, 그 진공압차에 의해 격판이 파손되는 경우가 많이 발생한다.
4) 노 내부의 작업 온도까지 도달하는 데에 시간이 많이 걸리기 때문에 한번의 작업사이클을 마치는데에 시간이 2시간~3시간 정도 걸리기 때문에 상대적으로 브레이징 공정 시간이 더 길어지는 문제가 발생한다.
5) 진공 브레이징이 아닌 경우 대기중의 불순물이 용가재에 함침되기 때문에 모재간의 접합력이 떨어지고, 이는 브레이징 대상물의 불량율로 이어진다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 상부금형과 하부금형의 형합에 의해 상하로 구획된 상하부 진공실에 각각 할로겐램프와 같은 가열수단 및 브레이징 대상물을 올려놓기 위한 구획판을 분리하여 구성하고, 상하부진공실의 압력차를 최소화하면서 진공을 형성하여 브레이징 가공이 이루어지게 한 뒤에 질소가스로 진공을 해제하도록 구성함으로써, 브레이징 가공의 싸이클 시간을 현저하게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 젖음성의 향상 및 산화현상의 방지로 브레이징 상태가 양호하여 브레이징 대상물의 강도를 높일 수 있는 중형 크기의 진공브레이징 장치 및 이것을 이용한 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이를 실현하기 위한 수단으로서 본 발명에 따르는 진공브레이징 장치는,
가열수단(110)이 구비된 상부금형(100);
내부에 브레이징 대상물(600)을 안치하는 지지판(210)이 구비되고, 상부금형(100)과 진공상태로 형합되는 하부금형(200);
상부금형(100) 및 하부금형(200)에 의해 형성된 내부공간을 상하부진공실(101,201)로 구획하고, 가열수단(110)으로부터 형성된 열을 하부진공실(201)로 전달시켜 주는 구획판(300);
상하부진공실(101,201) 내부의 진공 생성 및 해제시켜 주는 진공생성수단(400);
상부금형(100) 및 하부금형(200)을 형합과 분리시켜 주는 형합수단(500); 및
상부금형(100) 및 하부금형(200)의 형합 및 분리, 가열수단(110)의 온도조절, 및 진공생성수단(400)의 동작을 제어하는 제어수단(800);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상부금형(100)과 하부금형(200)은 서로 맞닿는 플랜지부(130,230)에 니트릴 부타디엔 고무, 실리콘 또는 바이톤 재질의 링(232a)이 더 구비된다. 특히, 상부금형(100) 및 하부금형(200)은 내주면에 각각 구획판(300)의 상하부에서 지지하여 고정시켜 주는 고정턱(131,231)이 형성된다. 뿐만 아니라, 상부금형(100) 및 하부금형(200)은 각각 냉각로(120,220)를 갖는 2중조 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다. 이때의 냉각로(120,220)는 각각 외부로부터 냉각수를 공급하는 공급라인과 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 가열수단(110)은 상부진공실(101) 내부에 서로 마주보는 형태로 설치되어 외부에서 전원을 공급받는 1쌍의 내부전극(111)과, 내부전극(111) 사이에 등간격으로 설치되는 할로겐램프(113)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 할로겐램프(113)는 교류전원을 인가받는 SCR히팅방식으로 가열이 이루어지고, 그 용량이 18~20㎾인 것을 특징으로 한다. 이때의 할로겐램프(113)는 서로 다른 용량의 할로겐램프(113a,113b)가 혼용하여 장착되며, 특히 할로겐램프(113a,113b)는 각각 용량이 1.0㎾ 및 0.9㎾인 것을 특징으로 한다.
또한, 구획판(300)은 두께가 4~10㎜인 쿼츠 플레이트인 것을 특징으로 한다. 특히, 구획판(300)은 상면에 손잡이(310)가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 진공생성수단(400)은,
상하부진공실(101,201)로 각각 분지된 제1 및 제2연결관(410a,410b)과,
제1 및 제2연결관(410a,410b)의 합지부에 연결되며, 상하부진공실(101,201)의 내부진공압의 차를 줄이기 위해 소프트스타트가 가능한 러핑밸브(430)와,
러핑밸브(430)와 병렬로 연결되는 고진공펌프(420)와,
고진공펌(420)의 전후에 각각 직렬로 연결된 고진공밸브(HiVec) 및 포어라인밸브(FLV)와,
러핑밸브(430)와 포어라인밸브(FLV) 사이에 직렬로 연결되어 모터(451)에 의해 구동되는 저진공펌프(450)와,
상하부진공실(101,201)의 진공해제용 기체공급관(440)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 진공생성수단(400)은 10-6Torr 이하의 진공압 생성이 가능한 용량인 것을 특징으로 한다.
또한, 고진공펌프(420)는 확산펌프이고, 저진공펌프(450)는 로터리 펌프인 것을 특징으로 한다.
또한, 기체공급관(440)은 기체의 예열을 위하여 하부실(201)의 내부에서 적어도 1회 이상 감겨진 형태로 연장된 것을 특징으로 한다. 이때의 기체는 질소를 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 형합수단(500)은 리니어서보모터, 유압 또는 공압실린더인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따르는 진공브레이징 장치를 이용한 제조방법은,
하부금형(200)의 지지판(210) 위에 브레이징 대상물(600)을 거치하는 제1단계(S100);
하부금형(200)의 하부진공실(201) 위로 구획판(300)을 안착하는 제2단계(S200);
형합수단(500)을 이용하여 상부금형(100)을 하부금형(200)과 형합하는 제3단계(S300);
진공생성수단(400)을 이용하여 구획판(300)에 의해 구획된 상하부진공실(101,201)의 진공압을 생성하는 제4단계(S400);
가열수단(110)을 이용하여 브레이징 대상물(600)을 진공브레이징 가공하는 제5단계(S500);
상하부진공실(101,201)에 기체를 주입하여 진공을 해제시키는 제6단계(S600); 및
하부금형(200)으로부터 상부금형(100)를 분리하고, 지지판(210)으로부터 브레이징 대상물(600)을 빼내는 제7단계(S700);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 제4단계(S400)는 러핑밸브(430)만 개방하여 진공 초기시 소구경의 구멍을 통해 진공을 형성하면서 다시 대구경의 구멍을 모두 개방하여 소프트 스타트 방식으로 저진공펌프(450)를 이용하여 저진공압을 생성하고, 러핑밸브(430)를 차단한 다음 고진공밸브(HiVec) 및 포어라인밸브(FLV)를 개방함과 동시에 고진공펌프(420)를 작동시켜 10-6Torr 이하의 저진공을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제5단계(S500)는 상하부진공실(101,201)의 내부 온도를 650~720℃까지 승온시켜 1~2분 동안 온도를 유지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제 5단계(S500)는 자연 냉각 방식으로 상하부진공실(101,201)의 내부 온도가 50~100℃가 될 때까지 냉각하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제6단계(S600)는 상하부진공실(101,201)에 질소가스를 주입하여 대기압 상태를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제6단계(S600)는 상하부진공실(101,201)의 내부 온도를 이용하여 질소가스를 예열하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
1) 중간 규모의 브레이징 장비로 제작이 가능할 뿐만 아니라 브레이징 상태가 뛰어나서 두 모재의 접합력이 우수하다.
2) 할로겐 램프를 가열수단으로 이용함으로써, 단시간에 원하는 작업 온도까지 승온이 용이하고, 냉각수를 이용하여 냉각이 이루어지기 때문에 한 싸이클의 작업 시간을 1시간~1시간 30분 정도로 단축할 수 있다.
3) 지지판에 약 200~300개 정도의 브레이징 대상물을 올려놓고 브레이징이 이루어지기 때문에 중급 규모의 브레이징 장비의 제작이 가능하다.
4) 구획판에 의해 구획된 상하부 진공실의 진공압을 러핑 밸브를 이용하여 조절하기 때문에, 진공압차에 의해 상하부진공실을 구획하는 구획판이 파손되는 것을 막을 수 있다. 또한, 확산펌프(DP)를 통해 고진공압을 생성하기 때문에 두 모재간의 웨팅(Wetting)의 향상 및 산화방지로 제품의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
5) 질소를 이용하여 금형 내부의 진공압을 제거하기 때문에 산소나 다른 기체를 이용할 때보다 용가재의 오염을 최소화하고, 이에 따라 브레이징 대상물의 브레이징 상태가 양호하여 강도를 향상시킬 수 있다.
6) 특히, 진공해제용 질소는 하부진공실의 내부 온도에 의해 예열이 이루어지기 때문에 별도의 예열수단을 필요로 하지 않는다.
도 1은 쉥크의 단부에 다이아몬드팁이 부착된 상태를 보여주는 정면도.
도 2는 본 발명에 따르는 진공브레이징 장치의 전체 구성을 보여주는 정면도.
도 3은 본 발명에 따르는 상부금형 및 하부금형를 보여주는 단면도.
도 4는 본 발명에 따르는 내부전극을 보여주는 사시도.
도 5는 본 발명에 따르는 진공브레이징 장치중 상부금형을 보여주는 저면도.
도 6은 본 발명에 따르는 램프지지대를 보여주는 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 진공생성수단의 구성을 보여주기 위한 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 진공브레이징 장치를 이용한 제조방법을 나타내는 플로우챠트.
도 9는 본 발명에 따른 진공브레이징 장치를 이용한 제조방법에서 가열 시간과 온도의 일예를 보여주는 그래프.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 상부금형
100a, 200a : 외부조
100b, 200b : 내부조
101 : 상부진공실
102 : 스페이서
110 : 가열수단
111 : 내부전극
112 : 외부전극
113, 113a, 113b : 할로겐램프
114 : 체결구멍
115 : 장착홀
115a : 체결수단
120, 220 : 냉각로
120a, 220a : 냉각수 공급구
120b, 220b : 냉각수 배출구
130, 230 : 플랜지부
131, 231 : 고정턱
140 : 상부배기구
150 : 램프지지대
151 : 램프삽입구
200 : 하부금형
201 : 하부진공실
210 : 지지판
211 : 지지대
232 : 링홈
232a : 링
240 : 하부배기구
300 : 구획판
310 : 손잡이
400 : 진공생성수단
410a, 410b : 제1 및 제2연결관
420 : 고진공펌프
430 : 러핑밸브
440 : 기체공급관
450 : 저진공펌프
451 : 모터
500 : 형합수단
600 : 브레이징 대상물
610 : 쉥크
620 : 다이아몬드 팁
630 : 용가재
700 : 작업대
800 : 제어수단
810 : 진공펌프 제어부
820 : 진공압 게이지
830 : 히터전원
840 : 질소제어부
850 : 온도 조절부
860 : 밸브제어부
870 : 냉각수 제어부
HiVec : 고진공밸브
FLV : 포어라인밸브
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따르는 진공브레이징 장치의 구성에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따르는 진공브레이징 장치의 전체 구성을 보여주는 정면도이고, 도 3은 본 발명에 따르는 상부금형 및 하부금형를 보여주는 단면도이다. 여기서, 도면부호 "600"은 브레이징을 하기 위한 브레이징 대상, 예를 들어 쉥크(610)에 다이아몬드팁(620)이 용가재(630)를 매개로 적층된 브레이징 대상물을 나타낸다.
본 발명의 진공브레이징 장치는 크게, 서로 형합가능한 상부금형(100) 및 하부금형(200)과, 형합된 상부금형(100) 및 하부금형(200)의 내부 공간을 상하부진공실(101,201)로 구획해 주는 구획판(300)과, 상하부진공실(101,201)의 내부에 진공압의 생성 및 해제시켜 주는 진공생성수단(400)과, 상부금형(100) 및 하부금형(200)을 형합 또는 이형시켜주는 형합수단(500)을 포함하여 이루어진다. 또한, 본 발명의 진공브레이징 장치는 하부금형(200)을 지지하여 상부금형(100)의 형합 또는 이형을 용이하게 하기 위해 작업대(700)를 설치된다. 또한, 본 발명의 진공브레이징 장치는 이들 구성요소들을 제어하기 위한 제어수단(800)을 포함한다. 도 2에서 진공생성수단(400)은 작업대(700)의 내부에 장착되기 때문에 도면에서는 생략되었다.
우선, 상부금형(100) 및 하부금형(200)의 동일 구조에 대해서 먼저 설명하고, 다른 구성에 대해 각각 설명하면 다음과 같다.
상부금형(100) 및 하부금형(200)은 각각 외부조(100a, 200a)와 내부조(100b,200b)가 일정한 간격을 두고 스페이서(102)로 고정된 2중조 구조로 이루어져 있다. 이처럼 2중조 구조의 상부금형(100) 및 하부금형(200)은 각각 냉각로(120,220)를 갖는다. 각각의 냉각로(120,220)에는 외부로부터 냉각수를 공급을 수 있도록 상부금형(100) 및 하부금형(200)에 각각 냉각수공급구(120a,220a) 및 냉각수배출구(120b,220b)가 형성된다. 특히, 각 냉각수공급구(120a,220a) 및 냉각수배출구(120b,220b)는 각각 각 냉각로(120,220)의 저부 및 상부에 각각 형성된다. 또한, 하부금형(200)의 내부조(200b)는 바닥면이 다른 측면에 비해 상대적으로 두껍게 제작하여 후술할 지지판(210)을 지지할 수 있도록 한다.
또한, 상부금형(100) 및 하부금형(200)은 서로 맞닿는 플랜지부(130,230)의 안쪽면에 각각 고정턱(131,231)이 형성되어 있다. 이 고정턱(131,231)간의 간격은 후술하게 될 구획판(300)의 두께만큼 형성하는 것이 바람직하다.
상부금형(100)은 내부에 후술하는 구획판(300)에 의해 상부진공실(101)이 형성되며, 이 상부진공실(101)에는 가열수단(110)이 구비된다. 가열수단(110)은 상부진공실(101)의 상면에 서로 마주보게 설치된 1쌍의 내부전극(111)과, 이 1쌍의 내부전극(111) 사이에 설치되는 다수의 할로겐램프(113)를 포함하여 구성된다.
1쌍의 내부전극(111)은 상부금형(100)에 설치된 외부전극(112)을 통해 상부금형(100)의 외부로부터 전원을 공급받는다. 이때, 외부전원은 교류 전원을 인가받는다. 각 내부전극(111)은, 도 4에서 도시한 바와 같이, 판상으로 형성된다. 또한, 내부전극(111)은 판상의 중앙 부분이 외부전극(112)의 단부에 장착할 수 있도록 체결구멍(114)이 형성된다. 특히, 내부전극(111)은 일면에 등간격으로 장착홀(115)이 형성되고, 각 장착홀(115)에 삽입되는 각 할로겐램프(113)의 단자를 고정시키기 위한 체결수단(115a)이 구비된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 장착홀(115)은 1열로 형성된 예를 보여주고 있으나, 도 3 및 도 5에서와 같이 2열 또는 그 이상으로 형성하는 것도 가능하다. 또한, 여러 열로 형성하되, 인접한 열이 서로 어긋나게 위치하도록 형성하는 것도 가능하다.
할로겐램프(113)는 동일한 용량의 할로겐램프를 이용하는 것도 가능하며, 용량이 다른 할로겐램프(113a,113b)를 이용하는 것도 가능하다. 특히, 할로겐램프(113)는 단시간에 상하부진공실(101,201)의 내부 온도를 적정 온도까지 올릴 수 있도록 18~20㎾인 것을 이용한다. 일예로서, 할로겐램프(113)는 각각 용량이 1.0㎾ 및 0.9㎾인 할로겐램프(113a,113b)를 이용할 수 있다. 이와 같이 이루어진 가열수단(110)은 SCR 히팅방법으로 발열작용을 한다.
이러한 각 할로겐램프(113)는 1쌍의 내부전극(111) 사이에 나란하게 설치되는 1쌍의 램프지지대(150)에 설치된다. 각 램프지지대(150)는, 도 6에서 도시한 바와 같이, 폭보다 상대적으로 길이가 긴 판상으로 이루어지며, 일측에는 폭방향을 따라 램프삽입구(151)가 등간격으로 형성되어 있다. 특히, 램프삽입구(151)는 상술한 장착홀(115)과 동일 수직선상에 위치하게 하여 각 할로겐램프(113)의 단부를 용이하게 삽입할 수 있도록 한다.
또한, 상부금형(100)은 일측에 내부의 진공압 생성을 위해 도 3 및 도 5에서와 같이 상부배기구(140)가 형성되어 있다. 이 상부배기구(140)에는 후술하게 될 도 7의 진공생성수단(400)의 제1연결관(410a)과 연결된다.
하부금형(200)은 내부에 하부진공실(201)이 형성되며, 브레이징 대상물(600)을 올려놓기 위한 지지판(210)이 구비되어 있다. 특히, 지지판(210)은 각 모서리부가 하부금형(200)의 바닥면에 수직으로 장착된 지지대(211)에 의해 지지를 받게 된다. 이는 상술한 가열수단(110)과 근접하도록 설치하여 열전달이 용이하게 이루어지게 하기 위함이다. 또한, 하부금형(200)은 상부금형(100)과 맞닿는 플랜지부(230)에 링홈(232)이 형성되어 있다. 이 링홈(232)에는 링(232a)이 장착된다. 이때의 링(232a)은 상하부금형(100,200)의 형합시 기밀 유지를 위한 것이다. 이때에 사용되는 링(232a)은 가열수단(110)의 가열 작용으로 기밀작용이 제한을 받지 않는 재질의 것을 이용한다. 일예로서, 니트릴 부타디엔고무(NBR), 실리콘 또는 바이톤 재질의 링(232a)을 채택할 수 있다. 이러한 재질은 진공압의 세기 및 온도에 따라 선택적으로 이용할 수 있다는 것은 주지의 사실이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 10-6Torr 정도의 진공압을 이용하기 때문에, 링(232a)의 재질로 이들 재료중 어떠한 것을 이용할 수도 있으나, 가장 바람직하기로는 바이톤을 이용한다. 마지막으로, 하부금형(200)에는 후술할 도 7의 진공생성수단(400)과 연결되는 하부배기구(240)가 구성된다.
한편, 지지판(210)은 브레이징 대상물(600)을 올려놓기 위한 것으로, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 200~300개의 브레이징 대상물(600)을 올려놓을 수 있는 크기로 제작한다.
구획판(300)은 하부금형(200)의 고정턱(231)에 안착되어, 상하부금형(100,200)이 형합됨에 따라 이루어지는 내부의 공간부를 상하부진공실(101,201)로 구획하게 된다. 특히, 구획판(300)은 상부진공실(101)로부터 하부진공실(201)로 열전달이 이루어질 수 있는 재질을 이용한다. 일예로서 구획판(300)은 쿼츠 플레이트를 이용할 수 있다. 구획판(300)의 두께는 열전달을 고려하여 결정하게 되는데, 바람직하기로는 4~10㎜인 것을 이용한다. 또한, 구획판(300)은 윗면에 손잡이(310)를 더 구성할 수 있다.
이와 같이 이루어진 구획판(300)은 상부금형(100)과 하부금형(200)이 형합되면, 고정턱(131, 231) 사이에 밀착고정되어 상하부진공실(101,201)을 분리시켜 주게 된다.
진공생성수단(400)은, 도 7에서 도시한 바와 같이, 상하부진공실(101,201)으로부터 각각 분지되어 연결된 제1 및 제2연결관(410a,410b)을 포함하여 이루어진다. 제1 및 제2연결관(410a,410b)은 각각 상하부진공실(101,201)의 상부배기구(140) 및 하부배기구(240)에 연결된다. 특히, 제1 및 제2연결관(410a,410b)은 서로 같은 길이로 제작하여, 상하부진공실(101,201)에 동일한 진공압이 발생하도록 구성하는 것이 바람직하다. 그러나, 상부금형(100)이 상하로 움직이기 때문에 제1연결관(410a)이 제2연결관(410b)에 비해 길게 제작된다. 도 7에서, 제1 및 제2연결관(410a,410b)은 가는 실선으로 표시되어 있다.
또한, 제1 및 제2연결관(410a,410b)이 연결된 합지점에는 러핑밸브(430)와 고진공펌프(420)가 각각 병렬로 연결된다. 러핑밸브(430)는 소구경이 개방되면서 서서히 진공압을 생성하다가 대구경의 구멍을 개방하여 소프트스타트가 가능한 밸브이다. 이는 상하부진공실(101,201)의 진공압차를 줄여 구획판(300)이 파손을 방지한다.
고진공펌프(420)는 10-6Torr 이하의 진공압을 생성할 수 있는 확산펌프를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 고진공펌프(420)의 진공압은 용가재(630) 및 모재(쉥크)에 의해 결정된다. 예를 들어, 진공압이 0.001Torr 이하인 경우, 용가재(630)로는 BNi, BAg, BALSi, Ti합금 등을 들 수 있으며, 이때의 모재로는 내부식강, 알루미늄, 티타늄,지르코늄, 난용성 금속 등의 브레이징 가공에 이용할 수 있다. 또한, 고진공펌프(420)가 장착된 진공라인에는 고진공펌프(420)의 전후에 각각 고진공밸브(HiVec)와 포어라인밸브(FLV)가 직렬로 연결된다. 고진공밸브(HiVec)와 포어라인밸브(FLV)는 고진공펌프(420)가 구동될 때에만 개구되고, 저진공 형성시에는 차단되게 된다.
한편, 고진공펌프(420)와 러핑밸브(430) 사이에는 모터(451)에 의해 구동되는 저진공펌프(450)가 구비된다. 저진공펌프(450)는 보조펌프로서 상하부진공실(101,201) 내부에서 저진공(1Torr) 이하의 진공을 생성하여 고진공펌프(420)가 작동할 수 있도록 해 주게 된다. 이러한 저진공펌프(450)로는 로타리 펌프를 이용할 수 있다.
마지막으로, 진공생성수단(400)은 기체공급관(440)을 포함하여 이루어진다. 기체공급관(440)은 상하부진공실(101,201)에서 생성된 진공압을 해제시 이용된다. 이때 사용되는 기체로는 공기나 질소 등과 같은 기체를 이용할 수 있다. 그러나, 공기의 경우 불순물의 함유량이 많아 용가재(630)의 오염으로 브레이징이 나빠질 수 있기 때문에 질소를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 기체공급관(440)은 도 7에서 도시한 바와 같이, 하부진공실(201)에 적어도 1회 이상 감기는 형태로 설치하여 하부진공실(201)의 실내 온도에 의해 예열될 수 있도록 구성한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 기체공급관(440)이 하부진공실(201)에만 설치된 것을 보여주고 있으나, 상부진공실(101)에도 동일하게 구성할 수도 있다. 또한, 기체공급관(440)은 별도의 장착수단을 구성하는 것도 가능하나, 도 7에서와 같이 스페이서(102)에 형성하는 것도 가능하다.
형합수단(500)은 상부금형(100)을 상하로 움직이면서 하부금형(200)과 형합 또는 분리시켜 주는 구성요소이다. 이러한 형합수단(500)으로는 공압 또는 유압 실린더를 이용할 수 있다.
제어수단(800)은 형합수단(500)을 제어를 통해 상하부금형(100,200)의 형합 또는 분리를 제어한다. 또한, 제어수단(800)은 미도시된 온도검출기를 통해 상하부진공실(101,201)의 온도를 검출하여 가열수단(110)을 제어한다. 뿐만 아니라 제어수단(800)은 진공생성수단(400)의 동작을 제어하여 상하부진공실(101,201)의 진공압 생성 및 해제를 제어한다.
일예로 제어수단(800)은, 도 2에서 보는 바와 같이, 진공펌프 제어부(810), 진공압 게이지(820), 가열수단(110)용 히터전원(830), 질소제어부(840), 상하부진공실(101,201)의 온도제어부(850), 러핑밸브(430)와 고진공밸브(HiVec) 그리고 포어라인밸브(FLV) 등을 제어하기 위한 밸브제어부(860), 및 냉각수를 제어하기 위한 냉각수제어부(870)를 포함하는 구성을 보여주고 있다.
(제조방법)
도 8은 본 발명에 따른 진공브레이징 장치를 이용한 제조방법을 나타내는 플로우챠트이다.
제1단계(S100)는 지지판(210) 위에 브레이징 대상물(600)을 거치하는 단계이다. 이를 위해서 제어수단(800)은 형합수단(500)을 제어하여 하부금형(200)으로부터 상부금형(100)을 이형시키고 지지판(210) 위에 브레이징 대상물(600)을 올려놓게 된다. 이때, 브레이징 대상물(600)은 200~300개를 일정한 간격을 두고 거치하게 된다. 이러한 거치 과정은 지지판(210)을 하부진공실(201)에 놓고 진행할 수도 있으나, 바람직하기로는 지지대(210) 위에 브레이징 대상물(600)을 올려놓은 다음, 이 지지대(201)를 하부진공실(201)에 거치하는 것이 바람직하다.
제2단계(S200)는 하부진공실(201) 위로 구획판(300)을 안착하는 단계이다. 이때, 구획판(200)은 손잡이(310)가 위를 향하도록 설치한다. 또한, 구획판(300)은 각 테두리가 고정턱(231)에 걸리도록 하부진공실(201)에 안착시킨다.
제3단계(S300)는 상부금형(100)을 하부금형(200)과 형합하는 단계이다. 이는 제어수단(800)에 의해 제어되는 형합수단(500)이 상부금형(100)을 아래로 움직이게 하여 하부금형(200)과 형합시킨다. 이에, 구획판(300)은 상하부금형(100,200)의 고정턱(131,231) 사이에 고정되어, 상하부진공실(101,201)을 분리시켜 준다. 또한, 구획판(300)은 상부금형(100)의 가열수단(110)으로부터 생성된 열은 투과시키고, 브레이징 대상물(600)의 용가재(630)로부터 발생된 가스 등의 이물질은 투과시키지 않게 되어 이러한 이물질에 의한 가열수단(110)의 표면이 코팅되는 것을 방지한다.
제4단계(S400)는 진공압 생성단계이다. 이는 제어수단(800)이 진공생성수단(400)을 제어함에 따라 이루어진다. 즉, 제어수단(800)은 모터(451)를 구동시켜 저진공펌프(450)를 작동시킨다. 이에 따라 상하부진공실(101,201)에 각각 연결된 제1 및 제2연결관(410a,410b)을 통해 진공압을 형성하게 된다.이때, 러핑밸브(430)만 개방하여 상하부진공실(101,201)의 내부압을 저진공(예를 들어, 1Torr)을 형성하게 된다. 러핑밸브(430)는 진공압 생성이 시작되면, 직경이 다른 2개의 구멍 중에서 작은 구멍을 먼저 개방한다. 이에 상하부진공실(101,201)의 진공 상태가 서서히 이루어지게 되어 진공압의 차이가 거의 없게 된다. 이 상태에서 대구경의 구멍을 개방하여 풀진공상태로 상하부진공실(101,201)의 저진공압을 생성한다.
저진공압이 생성되면, 러핑밸브(430)를 차단하고, 고진밸브(HiVec)와 포어라인밸브(FLV)를 개방한다. 동시에 고진공펌프(420)를 구동시키게 된다. 이때의 진공은 제어수단(800)에 의해 상하부진공실(101,201)의 진공압을 브레이징 대상물(600)에 따라 달리 제어한다. 예로서, 용가재(630)와 모재(쉥크)에 따라 다음과 같이 진공압을 제어한다.
진공압 용가재 모재(쉥크)
2torr 이상 BCup, BAg 동
0.5∼2torr BCu, BAg 저탄소강, 동
0.001∼0.5torr BCu, BAg 탄소 및 저합금강, 동
10-3torr 이하 BNi, BAg, BALSi, Ti합금 내부식강, 알루미늄, 티타늄,지르코늄, 난용성 금속
제5단계(S500)는 브레이징 대상물(600)을 진공브레이징 가공하는 단계이다. 이 단계는 제어수단(800)이 가열수단(110)을 제어하여 이루어진다. 특히, 제어수단(800)은 가열수단(110)이 교류 SCR 히팅 방식으로 급속가열이 이루어지도록 제어한다. 이때의 제어 시간과 온도는 브레이징 대상물(600)에 따라 달라진다.
일예로, 공작 기계 등에 사용되는 공구로 이용되는 쉥크(610)에 다이아몬드팁(620)을 브레이징 용접하는 경우, 도 9에서 같은 온도와 가공시간 그래프를 얻게 된다. 즉, 제어수단(800)은 가열수단(110)을 제어하여 상하부진공실(101,201)의 내부온도가 650~720℃까지 가열한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 700℃로 가열하는 것을 예로 들어 보여준다. 이때 700℃까지 도달하는데 소요시간은 약 30분 정도 걸린다. 이어, 용가재(630)가 용융될 수 있도록 상하부진공실(101,201)의 내부온도를 1분~2분 동안 유지한다. 용융된 용가재(630)가 굳으면서 쉥크(610)와 다이아몬드팁(620)이 접착되도록 냉각한다. 이때의 냉각은 자연 냉각방식으로 100℃가 될 때까지 약 60분간 냉각한다.
제6단계(S600)는 상하부진공실(101,201)의 진공압을 해제하는 단계이다. 이 단계는 제어수단(800)이 미도시된 기체공급수단을 제어하여 이루어진다. 이때 질소를 상하부진공실(101,201)에 공급한다. 특히, 이 질소는 하부진공실(201)의 내부에 설치된 기체공급관(440)을 통해 내부 온도에 의해 예열되면서 공급된다.
제7단계(S700)는 형합수단(500)을 제어하여 하부금형(200)으로부터 상부금형(100)을 분리하고, 손잡이(310)를 이용하여 구획판(300)을 들어 낸 다음 브레이징 대상물(600)을 빼내는 단계이다. 이 단계는 하부진공실(201)로부터 지지판(210)을 빼낸 다음 브레이징 대상물(600)을 탈거하는 것이 바람직하다.
이와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 제조방법은 실질적으로 브레이징 가공 시간이 대략 1시간 30분 정도 소요가 되며, 준비 시간을 포함하여 약 2시간 정도가 소요된다. 또한, 한번에 200~300개의 브레이징 대상물(600)을 가공할 수 있기 때문에 하루에 500~800개 정도의 중급 규모의 브레이징 대상물(600)을 가공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 진공브레이징 장치는 고진공(10-6Torr)에서 진공브레이징 작업을 수행하는 것이 바람직하다. 이는 고진공(10-6Torr) 하에서 진공브레이징 작업을 진행함에 따라 용가재가 용융되어 두 모재와 충분한 젖음성(wetting)의 향상 및 상하부진공실(101,201)에서 내부 가스량의 감소로 산화방지 효과를 높일 수 있기 때문이다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (24)

  1. 가열수단(110)이 구비된 상부금형(100);
    내부에 브레이징 대상물(600)을 안치하는 지지판(210)이 구비되고, 상부금형(100)과 진공상태로 형합되도록 작업대(700)에 장착되는 하부금형(200);
    상기 상부금형(100) 및 상기 하부금형(200)에 의해 형성된 내부공간을 상하부진공실(101,201)로 구획하고, 상기 가열수단(110)으로부터 형성된 열을 상기 하부진공실(201)로 전달시켜 주는 구획판(300);
    상기 상하부진공실(101,201) 내부의 진공 생성 및 해제시켜 주는 진공생성수단(400);
    상기 상부금형(100) 및 상기 하부금형(200)을 형합과 분리시켜 주는 형합수단(500); 및
    상기 상부금형(100) 및 상기 하부금형(200)의 형합 및 분리, 상기 가열수단(110)의 온도조절, 및 상기 진공생성수단(400)의 동작을 제어하는 제어수단(800);을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부금형(100)과 상기 하부금형(200)은 서로 맞닿는 플랜지부(130,230)에 니트릴 부타디엔 고무, 실리콘 또는 바이톤 재질의 링(232a)이 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부금형(100) 및 상기 하부금형(200)은 서로 맞닿는 플랜지부(130,230)의 내주면에 각각 상기 구획판(300)의 상하부에서 각각 지지하여 고정시켜 주는 고정턱(131,231)이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부금형(100) 및 상기 하부금형(200)은 각각 냉각로(120,220)를 갖는 2중조 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉각로(120,220)는 각각 외부로부터 냉각수를 공급하는 공급라인과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열수단(110)은 상기 상부진공실(101) 내부에 서로 마주보는 형태로 설치되어 외부에서 전원을 공급받는 1쌍의 내부전극(111)과,
    상기 내부전극(111) 사이에 등간격으로 설치되어 전기적으로 연결되는 할로겐램프(113)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 할로겐램프(113)는 교류전원을 인가받는 SCR히팅방식으로 가열이 이루어지고, 그 용량이 18~20㎾인 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 할로겐램프(113)는 서로 다른 용량의 할로겐램프(113a,113b)가 혼용하여 장착된 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 할로겐램프(113a,113b)는 각각 용량이 1.0㎾ 및 0.9㎾인 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 구획판(300)은 쿼츠 플레이트인 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 구획판(300)은 두께가 4~10㎜인 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 구획판(300)은 상면에 손잡이(310)가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 진공생성수단(400)은,
    상기 상하부진공실(101,201)로 각각 분지된 제1 및 제2연결관(410a,410b)과,
    상기 제1 및 제2연결관(410a,410b)의 합지부에 연결되며, 상기 상하부진공실(101,201)의 내부진공압의 차를 줄이기 위해 소프트스타트가 가능한 러핑밸브(430)와,
    상기 러핑밸브(430)와 병렬로 연결되는 고진공펌프(420)와,
    상기 고진공펌(420)의 전후에 각각 직렬로 연결된 고진공밸브(HiVec) 및 포어라인밸브(FLV)와,
    상기 러핑밸브(430)와 포어라인밸브(FLV) 사이에 직렬로 연결되어 모터(451)에 의해 구동되는 저진공펌프(450)와,
    상기 상하부진공실(101,201)의 진공해제용 기체공급관(440)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 고진공펌프(420)는 10-6Torr 이하의 진공압 생성이 가능한 용량인 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 고진공펌프(420)는 확산펌프이고, 상기 저진공펌프(450)는 로터리 펌프인 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 기체공급관(440)은 기체의 예열을 위하여 상기 하부실(201)의 내부에서 적어도 1회 이상 감겨진 형태로 연장된 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 기체는 질소인 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 형합수단(500)은 공압실린더, 리니어 서보모터 또는 유압실린더인 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치.
  19. 하부금형(200)의 지지판(210) 위에 브레이징 대상물(600)을 거치하는 제1단계(S100);
    상기 하부금형(200)의 하부진공실(201) 위로 구획판(300)을 안착하는 제2단계(S200);
    형합수단(500)을 이용하여 상부금형(100)을 상기 하부금형(200)과 형합하는 제3단계(S300);
    진공생성수단(400)을 이용하여 상기 구획판(300)에 의해 구획된 상하부진공실(101,201)의 진공압을 생성하는 제4단계(S400);
    가열수단(110)을 이용하여 상기 브레이징 대상물(600)을 진공브레이징 가공하는 제5단계(S500);
    상기 상하부진공실(101,201)에 기체를 주입하여 진공을 해제시키는 제6단계(S600); 및
    상기 하부금형(200)으로부터 상기 상부금형(100)를 분리하고, 상기 지지판(210)으로부터 상기 브레이징 대상물(600)을 빼내는 제7단계(S700);를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치를 이용한 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제4단계(S400)는 러핑밸브(430)만 개방하여 진공 초기시 소구경의 구멍을 통해 진공을 형성하면서 다시 대구경의 구멍을 모두 개방하여 소프트 스타트 방식으로 저진공펌프(450)를 이용하여 저진공압을 생성하고, 상기 러핑밸브(430)를 차단한 다음 고진공밸브(HiVec) 및 포어라인밸브(FLV)를 개방함과 동시에 고진공펌프(420)를 작동시켜 10-6Torr 이하의 저진공을 형성하는 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치를 이용한 제조방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 제5단계(S500)는 상기 상하부진공실(101,201)의 내부 온도를 650~720℃까지 승온시켜 1~2분 동안 온도를 유지하는 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치를 이용한 제조방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 제5단계(S500)는 자연 냉각 방식으로 상기 상하부진공실(101,201)의 내부 온도가 50~100℃가 될 때까지 냉각하는 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치를 이용한 제조방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 제6단계(S600)는 상기 상하부진공실(101,201)에 질소가스를 주입하여 대기압 상태를 형성하는 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치를 이용한 제조방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 제6단계(S600)는 상기 상하부진공실(101,201)의 내부 온도를 이용하여 상기 질소가스를 예열하는 것을 특징으로 하는 진공브레이징 장치를 이용한 제조방법.
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