KR100987704B1

KR100987704B1 - 다이캐스팅기용 플런저 팁 제조방법

Info

Publication number: KR100987704B1
Application number: KR1020080019203A
Authority: KR
Inventors: 서영범; 정경훈
Original assignee: 정경훈; 서영범
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2010-10-13
Also published as: KR20090093594A

Abstract

본 발명은 다이캐스팅기(diecast machine)에 사용되는 플런저 팁(plunger tip)을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 다이캐스팅기용 플런저 팁 제조방법은, 플런저 팁의 모재가 되는 원통형의 철강재 내부를 절삭하여 중공형의 플런저 본체로 가공하는 중공성형단계, 별도로 제작된 플런저 팁의 선단부를 중공형의 플런저 본체의 선단에 용접하여 부착하는 용접단계, 용접단계에서 행해진 용접에 의하여 플런저 팁에 남아 있는 잔류 응력을 제거하도록, 플런저 팁을 가열한 후 냉각시키는 전처리단계, 전처리단계를 거친 플런저 팁을 다시 가열 후 냉각시키는 과정에서, 탄소를 포함하며 분말 형태로 이루어진 열처리제를 플런저 팁의 표면에 도포하여 플런저 팁의 표면의 경도를 강화하는 열처리단계 및 열처리단계에를 거친 플런저 팁을 일정한 온도로 가열한 후 냉각시키는 뜨임단계를 구비하는 것에 특징이 있다.

다이캐스팅, 플런저

Description

다이캐스팅기용 플런저 팁 제조방법{Method of producing plunger tip for diecast machine}

본 발명은 용융된 금속을 소정 형상의 금형에 압입성형하는 이른바 다이캐스트법에 사용되는 플런저의 선단부 즉, 플런저 팁을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 플런저 팁의 경도를 강화시키기 위한 방법에 관한 것이다.

주조방법중의 하나인 다이캐스트법은 용융된 금속(용탕)을 대기압 이상의 압력으로 소정 형상의 금형에 압입하고 응고 종료까지 가압하여 주조하는 것을 말한다. 다이캐스트법은 치수의 정밀도 향상, 표면의 평활도 유지, 절삭가공의 절감 및 고속 대량생산이 가능하다는 이점이 있어 널리 사용되고 있다. 이러한 다이캐스트법을 수행하는데 사용되는 장치가 다이캐스팅기이다.

다이캐스팅기는 압출장치, 금형 등 여러 장치가 조합되어 이루어지며, 이 중 용탕을 금형(미도시)내로 압출하기 위한 다이캐스팅기의 압출장치(1)의 개략적 구성이 도 1에 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 다이캐스팅기용 압출장치(1)는 슬리브(2)와 플런저(p)로 이루어져 있다. 슬리브(2)는 원통형상으로 중공부(4)를 구비하고 있으며, 이 슬리브(2)의 중공부(4)의 타측 끝에는 배출구(5)가 형성되어 있어 소정 형상의 금형(미도시)과 연결되어 있다, 슬리브(2)의 일측에는 용탕주입구(6)가 형성되어 있다. 별도의 용해로에서 용해된 용탕(m)은 용탕주입구(6)를 통해 슬리브(2)내의 중공부(4)로 주입된다. 용탕(m)이 슬리브(2)의 중공부(4)로 들어오면, 플런저(p)가 이동하여 이 용탕(m)을 가압한다. 이렇게 가압된 용탕(m)은 중공부(4)를 거쳐 배출구(5)로 압출되어 금형으로 압입된다. 이렇게 압입된 상태에서 일정 시간이 경과되면, 용탕(m)은 금형내에서 응고됨으로써 주조작업의 한 싸이클이 완료된다. 이후, 플런저(2)는 다시 원래의 위치로 이동되고, 다시 용탕(m)이 용탕주입구(6)로 주입되면서 동일한 주조작업 사이클을 반복한다.

한편, 플런저(p)는 이 슬리브(2)내로 주입된 용탕(m)을 가압하기 위한 것으로서, 슬리브(2)의 중공부(4)내에서 왕복 이동되며, 용탕(m)과 직접 접촉되는 플런저 팁(3)과 이 플런저 팁(3)에 결합되어 있는 플런저 로드(8)로 이루어져 있다. 이러한 다이캐스팅기의 플런저 팁(3)에 대한 개략적 사시도가 도 2에 도시되어 있다. 도 2를 도 1과 함께 참조하면, 플런저 팁(3)은 대략 원통 형상으로 이루어져 있다. 이 플런저 팁(3)의 후단부(31)는 중공형으로 이루어져 있으며 이 중공부의 내주면에는 나사산(32)이 형성되어 있어 플런저 로드(8)와 결합되게 된다. 또한, 플런저 팁(3)을 플런저 로드(8)에 나사결합시킬 때, 이 플런저 팁(3)을 파지하여 회전시키기 용이하도록, 플런저 팁(3)의 하단부(31)는 그 개략적 단면 형상이 육각형 또는 사각형으로 되어 있다. 플런저 팁(3)의 외주면(33)은 슬리브(2)의 외주면과 상호 마찰되는 부분이다. 즉, 주조과정에서 플런저(p)가 슬리브(2)에 대하여 왕복운동을 하므로, 슬리브(2)의 내주면과 접촉되어 있는 플런저 팁(3)의 표면 사이에는 마 찰이 발생하게 된다. 이렇게 마찰이 생기면 플런저 팁(3)의 표면이 마모되게 되어 플런저 팁(3)의 표면과 슬리브(2)의 내주면 사이에 간극이 생기므로, 플런저(2)가 용탕(m)을 가압시 용탕(m)에 대한 가압력이 줄어들게 되고 금형에서 생산된 제품의 품질도 조악하게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 이른바 SKD-61과 같은 합금강을 플런저 팁으로 사용하기도 하지만 이러한 합금강은 매우 고가이므로 비경제적이라는 문제점이 있으며, 주철을 모재로 하여 플런저 팁을 제조한 후 플런저 팁(3)의 외주면을 통상의 방법으로 열처리하여 이 외주면의 경도를 높이고 있으나 경도가 약해 내구성에 문제가 있었다. 즉, 플런저 팁(3)이 슬리브(2) 내에서 1600회 정도(대략 24시간의 작업량)의 왕복운동을 하는 경우 플런저 팁(3)에 스크래치가 발생하여 더 이상의 사용이 곤란하였다.

또한, 종래의 열처리 방법에서는 가열되어 있는 플런저 팁을 냉각하는 과정에서 용액 상태의 열처리제에 플런저 팁(3)을 침지시키는 방법으로 열처리를 수행하여 플런저 팁의 표면경도를 강화시켰다. 그러나, 이러한 방법으로 열처리를 시행하는 경우 열처리제가 플런저 팁(3)의 내주면에도 작용하여 플런저 팁(3) 내주면의 경도도 높이게 된다. 플런저 팁의 내주면은 플런저 로드(8)와 결합되는 부분으로서 이 부분의 경도가 높으면 플런저 로드(8)와의 결합부가 쉽게 파손되므로 경도는 낮고 인장력이 강해야 한다. 그러나, 상기한 바와 같이, 종래의 열처리방법에서는 플런저 팁(3)을 용액상태의 열처리제에 침지시키는 방법으로 수행하므로 플런저 팁(3) 내주면의 경도도 증가되어 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 표면 경도가 향상되어 장시간 사용이 가능할 뿐만 아니라, 내주면의 인장력이 강화되어 내구성이 개선된 다이캐스팅기용 플런저 팁을 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다이캐스팅기용 플런저 팁 제조방법은, 다이캐스팅기용 플런저 팁의 모재가 되는 원통형의 철강재 내부를 절삭하여 중공형의 플런저 본체로 가공하는 중공성형단계, 별도로 제작된 플런저 팁의 선단부를 상기 중공형의 플런저 본체의 선단에 용접하여 부착하는 용접단계, 상기 용접단계에서 행해진 용접에 의하여 상기 플런저 팁에 남아 있는 잔류 응력을 제거하도록, 상기 플런저 팁을 가열한 후 냉각시키는 전처리단계, 상기 전처리단계를 거친 플런저 팁을 다시 가열 후 냉각시키는 과정에서, 탄소를 포함하며 분말 형태로 이루어진 열처리제를 상기 플런저 팁의 표면에 도포하여 상기 플런저 팁의 표면의 경도를 강화하는 열처리단계 및 열처리단계를 거친 플런저 팁을 일정한 온도로 가열한 후 냉각시키는 뜨임단계를 구비하는 것에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 열처리제는 탄소, 실리콘, 망간, 인, 황, 크롬, 몰리브덴을 포함하여 이루어지며, 상기 열처리제의 총중량에 대하여, 탄소 0.38 ~ 0.43 중량 퍼센트, 실리콘 0.15 ~ 0.35 중량 퍼센트, 망간 0.60 ~ 0.85 중량 퍼센트, 인 0.02 ~ 0.04 중량 퍼센트, 황 0.025 ~ 0.045 중량 퍼센트, 크롬 0.90 ~ 1.20 중량 퍼센트, 몰리브덴0.15 ~ 0.30 중량 퍼센트로 이루어진 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 열처리단계에서 상기 플런저 팁을 820℃ ~ 850℃가 되도록 가열한 후, 680℃까지 냉각시키는 과정에서 상기 열처리제를 상기 플런저 팁의 표면에 도포하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 플런저 팁의 모재가 되는 철강재는 크롬몰리브덴강(SCM, Steel Chromium Molybdenum)인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면 플런저 팁의 표면만 경도가 향상되고 내측은 본래의 상태를 유지하므로 플런저 로드와의 결합에 의한 플런저 팁의 파손을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라 크롬몰리브덴강을 사용하는 경우 매우 경제적으로 표면 경도가 향상된 플런저 팁을 제조할 수 있다는 장점이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다이캐스팅기용 플런저 팁 제조방법을 더욱 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다이캐스팅기용 플런저 팁 제조방법을 설명하기 위한 개략적 흐름도이며, 도 4는 도 3에 도시된 중공성형단계와 용접단계를 설명하기 위한 개략적 도면이고, 도 5는 본 발명에 따라 제조된 다이캐스팅기의 플런저 팁의 개략적 단면도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다이캐스팅 기용 플런저 팁 제조방법(100)은 중공성형단계(10), 용접단계(20), 전처리단계(30), 열처리단계(40) 및 뜨임단계(50)를 구비한다.

중공성형단계(10)는 다이캐스팅기(diecasting machine)에 사용되는 플런저 팁(90)의 모재(母材)가 되는 철강재를 가공하여 플런저 팁 본체부(91)로 가공하는 단계이다. 즉, 보오링 가공 등을 통해 원통형의 철강재의 내부를 절삭함으로써, 철강재를 중공형으로 가공한다. 이에 따라, 플런저 팁 본체부(91)는 중공형으로 그 단면이 고리형으로 형성된다.

상기 플런저 팁 본체부(91)의 모재가 되는 철강재로는 다양한 철강 재료가 사용될 수 있으나, 이른바 'SCM'이라고 불리우는 크롬몰리브덴강(SCM, Steel Chromium Molybdenum)을 사용하는 것이 바람직하다. 종래에는 플런저 팁의 모재로서 주철(FC, Ferrum Casting) 또는 합금공구강(SKD, Steel Koga Dies)을 사용하였다. 주철의 경우 경제적이긴 하지만 마모에 매우 취약하여 플런저 팁이 슬리브 내에서 대략 1600회 정도 왕복운동시 플런저 팁의 외주면에 마찰이 생기는 등 내구성에 문제가 있었다. 또한, 합금공구강의 경우 마모에 강하긴 하지만 경제적이지 못하다는 문제점이 있었다. 후술하겠지만, 크롬몰리브덴강을 재료로 본 발명에 따른 방법으로 플런저 팁을 제조하는 경우, 내구성과 경제성을 동시에 충족시킬 수 있다는 장점이 있다.

중공성형단계(10)가 완료되면 용접단계(20)가 개시된다. 용접단계(20)에서는 플런저 팁(90)의 선단부(92)를 플런저 팁 본체부(91)에 용접한다. 플런저 팁(90)의 선단부(92)는 본체부(91)와 동일한 재료인 크롬볼리브덴강을 사용하여 일 정한 두께의 원판형으로 별도로 제조된다. 이렇게 별도로 제조된 선단부(92)는 본체부(91)에 용접에 의하여 결합된다.

한편, 플런저 팁(90)의 후단연결부(93)는 본체부(91)를 다시 가공하여 형성하거나, 별도로 제작하여 용접단계(20)에서 본체부(910에 용접할 수도 있다. 후단연결부(93)는 중공형으로서 그 내주면에는 암나사산(94)이 가공되어 있다. 미도시한 플런저 로드의 외주면에는 수나사산이 가공되어 있어, 상기 후단연결부(93)의 암나사산(94)과 플런저 로드의 수나사산은 상호 나사결합된다. 한편, 나사결합을 용이하게 하기 위하여, 상기 후단연결부(93)의 외주는 4각형 또는 육각형으로 이루어져 있으며, 본 실시예에서는 6각형으로 형성된다. 본체부(91)를 다시 가공하여 후단연결부(93)를 제조하는 경우에는, 본체부(91)의 후단 외주면을 절삭하여 사각형 또는 육각형 형태로 가공하고, 내주면에는 암나사산(94)을 가공하면 된다. 반면, 상기한 구성으로 이루어진 후단연결부(93)를 상기 본체부(91)와 동일한 재료를 사용하여 별도로 제조한 후 본체부(91)에 용접할 수도 있음은 상술한 바와 같다.

용접단계(20)에서 행해진 용접에 의하여 플런저 팁(90)에는 잔류응력이 남아 있게 된다. 전처리단계(30)에서는 플런저 팁(90)에 열을 가해 플런저 팁(90)에 남아 있는 잔류응력을 제거한다. 즉, 플런저 팁(90)을 로(爐)에 넣고 대략 720℃~750℃가 되도록 가열한 후 로에서 꺼내어 공기중에서 자연 냉각시킨다. 이러한 전처리단계를 통해 용접에 의한 잔류 응력이 제거된다.

상술한 바와 같이, 중공성형단계(10)와 용접단계(20) 및 전처리 단계(30)가 완료되면, 플런저 팁(90)의 외주면에 경도를 향상시키기 위한 작업이 요구된다. 즉, 열처리단계(40)를 수행한다.

열처리단계(40)에서는 우선 플런저 팁(90)을 다시 로에 넣어 대략 820℃~850℃가 되도록 가열한 후 로에서 꺼낸다. 이후, 플런저 팁(90)의 외주면에 분말 형태로 된 열처리제(p)를 도포한다. 보다 구체적으로는, 열처리제(p)가 뿌려진 바닥에서 플런저 팁(90)을 놓고 굴리게 되면 열처리제(p)가 플런저 팁(90)의 외주면에 녹아 들어가면서 함침됨으로써 경도가 향상된다. 열처리제(p)는 플런저 팁(90)이 로에서 꺼낸 후 대략 680℃ 정도까지 냉각되는 과정에서 이루어진다. 이는 후술할 열처리제(p)의 용융점이 680℃ 정도이기 때문이다. 680℃ 미만으로 플런저 팁(90)이 냉각되면 열처리제(p)가 용융되어 플런저 팁(90)의 외주면에 함침되지 않는다. 상기한 바와 같이 열처리제(p)의 도포가 완료된 후에는 플런저 팁(90)을 유냉 즉, 기름속에서 상온까지 냉각시킴으로써 열처리단계(40)가 완료된다.

본 방식에 따르면, 열처리제(p)를 플런저 팁(90)의 외주면에만 도포하는 바, 플런저 팁(90)의 내주면에는 열처리제(p)가 도포되지 않는다. 플런저 로드(미도시)와 결합되는 부위인 플런저 팁(90)의 내주면은 경도가 낮은 상태를 유지하여야 하므로, 경도를 높이는 작용을 하는 열처리제(p)가 도포되는 것이 바람직하지 않다. 상기한 방식에 의하여 열처리제(p)를 플런저 팁(90)에 처리하게 되면, 플런저 팁(90)의 외주면에만 열처리제(p)가 작용하여 경도를 높이게 된다.

한편, 열처리제(p)는 탄소, 실리콘, 망간, 인, 황, 크롬, 몰리브덴을 포함하여 이루어진다. 그 조성은 다음과 같다. 열처리제(p)의 총중량을 100이라고 하면, 탄소의 중량은 총중량에 대해서 0.38% ~ 0.43%의 중량퍼센트를 가진다. 즉, 열처 리제(p) 1000g 중 탄소는 3.8g ~ 4.3g이 포함되어 있다. 마찬가지로, 열처리제(p) 총중량에 대해서 실리콘은 0.15% ~ 0.35%의 중량퍼센트를 가지며, 망간은 0.60% ~ 0.85%의 중량퍼센트를 가진다. 또한, 열처리제(p)의 총중량 중 인은 0.02% ~ 0.04%의 중량퍼센트로 함유되어 있고, 황은 0.025% ~ 0.045%의 중량퍼센트로 함유되어 있다. 크롬은 열처리제(p) 총중량에 대하여 0.90% ~ 1.20% 중량퍼센트를 가지며, 몰리브덴은 0.15% ~ 0.30%의 중량을 가진다.

본 실시예에서는 열처리제 1000g 중 탄소 3.9g, 실리콘 2.6g, 망간6,7g, 인 0.2g, 황 0.3g, 크롬 9.4g, 몰리브덴 1.5g이 포함되어 있다. 또한, 구리와 니켈이 각각 3g, 0.6g이 함유된다. 1000g의 총중량 중 상기한 성분이 차지하는 중량 이외의 중량 대부분은 상기 열처리제(p)의 베이스로 사용되는 철(Fe)에 의하여 채워진다.

상기한 조성의 열처리제(p)를 플런저 팁(p)의 외주면에 도포하여 열처리를 행한 후 실험하였다. 종래의 주철을 이용하여 플런저 팁을 제조하고 통상의 열처리제를 사용한 경우 플런저 팁(90)이 슬리브 내에서 1600회 정도 왕복하면 플런저 팁의 외주면에 스크래치가 발생하였다. 1600회 정도의 왕복은 대략 24시간을 기준으로 하루의 작업량이다. 그러나, 상기한 바와 같이, 본 발명에 따라 크롬몰리브덴강으로 플런저 팁을 제조하고 상기 열처리제(p)로 열처리를 행한 경우, 종래의 플런저 팁에 비하여 대략 10배의 작업을 수행한 후 스크래치가 발생함을 확인하였다. 물론, 종래에 합금공구강(SKD 61)을 재료로 한 플런저 팁과 대비시에는 사용 가능한 량이 30% 정도 떨어지지만, 합금공구강을 사용하는 ℃℃경우의 제조비용에 비하여 본 발명에 따라 플런저 팁을 제조하는 경우의 제조비용이 대략 절반에 불과하므로, 본 발명에 따른 경제적 이점이 매우 크다고 할 것이다.

위와 같이 열처리단계(40)가 완료되면 통상의 열처리와 동일하게 이른바 뜨임단계(50, tempering)를 시행한다. 즉, 플런저 팁(90)을 대략 230℃~ 250℃ 정도로 가열한 후 공기중에서 냉각시킨다. 상기한 바와 같이, 뜨임단계(50)가 완료되면 본 발명에 따른 다이캐스팅기용 플런저 팁(90)의 제조가 완료된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 다이캐스팅기의 플런저 팁을 설명하기 위한 다이캐스팅기의 개략적 도면이다.

도 2는 도 1에 도시된 다이캐스팅기의 플런저 팁에 대한 개략적 사시도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다이캐스팅기용 플런저 팁 제조방법을 설명하기 위한 개략적 흐름도이다.

도 4는 도 3에 도시된 중공성형단계와 용접단계를 설명하기 위한 개략적 도면이다.

도 5는 본 발명에 따라 제조된 다이캐스팅기의 플런저 팁의 개략적 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 ... 중공성형단계 20 ... 용접단계

30 ... 전처리단계 40 ... 열처리단계

50 ... 뜨임단계 90 ... 플런저 팁

91 ... 플런저 팁 본체부 92 ... 선단부

93 ... 후단연결부 94 ... 후단연결부

p ... 열처리제

Claims

다이캐스팅기용 플런저 팁의 모재가 되는 원통형의 철강재 내부를 절삭하여 중공형의 플런저 팁 본체부로 가공하는 중공성형단계;

별도로 제작된 플런저 팁의 선단부를 상기 중공형의 플런저 팁 본체부에 용접하여 부착하는 용접단계;

상기 용접단계에서 행해진 용접에 의하여 상기 플런저 팁에 남아 있는 잔류 응력을 제거하도록, 상기 플런저 팁을 가열한 후 냉각시키는 전처리단계;

상기 전처리단계를 거친 플런저 팁을 다시 가열 후 냉각시키는 과정에서, 탄소를 포함하며 분말 형태로 이루어진 열처리제를 상기 플런저 팁의 표면에 도포하여 상기 플런저 팁의 표면의 경도를 강화하는 열처리단계; 및

상기 열처리단계를 거친 플런저 팁을 일정한 온도로 가열한 후 냉각시키는 뜨임단계;를 구비하며,

상기 열처리제는 탄소, 실리콘, 망간, 인, 황, 크롬, 몰리브덴을 포함하여 이루어지며, 상기 열처리제의 총중량에 대하여, 탄소 0.38 ~ 0.43 중량 퍼센트, 실리콘 0.15 ~ 0.35 중량 퍼센트, 망간 0.60 ~ 0.85 중량 퍼센트, 인 0.02 ~ 0.04 중량 퍼센트, 황 0.025 ~ 0.045 중량 퍼센트, 크롬 0.90 ~ 1.20 중량 퍼센트, 몰리브덴0.15 ~ 0.30 중량 퍼센트로 이루어지고,

상기 플런저 팁의 모재가 되는 철강재는 크롬몰리브덴강(SCM, Steel Chromium Molybdenum)인 것을 특징으로 하는 다이캐스팅기용 플런저 팁 제조방법.
삭제
제1항에 있어서,

상기 열처리단계에서 상기 플런저 팁을 820℃ ~ 850℃가 되도록 가열한 후, 680℃까지 냉각시키는 과정에서 상기 열처리제를 상기 플런저 팁의 표면에 도포하는 것을 특징으로 하는 다이캐스팅기용 플런저 팁 제조방법.
삭제