KR101015805B1 - 금형 및 정밀부품의 클리닝에 사용되는 연마재의 제조방법 - Google Patents

금형 및 정밀부품의 클리닝에 사용되는 연마재의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금형 및 정밀부품의 클리닝에 사용되는 연마재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부에서 수거된 프레스 성형품의 스크랩 또는 기타 폐자재 중 각종 스테인레스 자재를 수거한 후, 용해공정을 통하여 용융시킴과 함께 상기 용융공정에서 C 2.2wt%, Mn 0.10wt%, Si 0.40wt%, P 0.04wt%, Mo 0.15wt%, S 0.005wt%, Cr 20.00wt%, Ni 10.00wt%의 혼합 조성물을 투입하여 새로운 형태의 합금조성물 이루어진 입자화된 용융금속의 연마재를 만들 수 있는 금형 및 정밀부품의 클리닝에 사용되는 연마재의 제조방법에 관한 것이다.
정밀부품, 금형, 표면 연마재

Description

금형 및 정밀부품의 클리닝에 사용되는 연마재의 제조방법{Manufacturing method for the abrasive material}
본 발명은 금형 및 정밀부품의 클리닝에 사용되는 연마재의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부에서 수거된 프레스 성형품의 스크랩 또는 기타 폐자재 중 각종 스테인레스 자재를 수거한 후, 용해공정을 통하여 용융시킴과 함께 상기 용융공정에서 C 2.2wt%, Mn 0.10wt%, Si 0.40wt%, P 0.04wt%, Mo 0.15wt%, S 0.005wt%, Cr 20.00wt%, Ni 10.00wt%의 혼합 조성물을 투입하여 새로운 형태의 합금조성물로 이루어진 입자화된 용융금속의 연마재를 만들 수 있는 금형 및 정밀부품의 클리닝에 사용되는 연마재의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 브라스트 가공방법에는 압축 공기 등의 압축 유체를 이용해 연마제를 분사하는 건식 브라스트 또는 습식 브라스트 등의 브라스트 가공방법 이외에 고속으로 회전하는 날개차에서 발생하는 원심력을 이용하여 연마재를 투사하는 원심력방식이나, 타출 로터를 이용해 연마재를 두드려 붙여 투사하는 평타식 등 피 가공물의 가공 표면에 대해서 소정의 분사 속도나 분사 각도로 연마재를 투사하는 것이 가능한 브라스트 가공방법을 넓게 포함한다.
상기한 브라스트 크리닝이란, 모래나 스틸볼 등의 연마재를 피가공면에 강하게 분사시켜 그 충돌에 의해 금속표면을 연마하거나 청정화하는 것을 말하며, 단순히 블라스팅이라고도 칭한다. 또한, 분사방식에 따라서 파워 브라스트(고압공기 사용), 습식 브라스트(물과 연마재를 액상으로 사용하며 액체호닝이라고도함), 원심 브라스트(금속회전 차륜 원심력을 이용), 진공 브라스트(분사와 동시에 연마재, 분진을 진공으로 회수) 방식 등이 있다.
한편, 사용하는 연마재 종류에 따라 금속류를 사용하는 쇼트 브라스트가 있고, 여기에 이용되는 재질로는 스틸 볼, 스틸 그릿, 스틸 컷와이어, 알루미늄 컷와이어 등이 있으며, 비금속류는 샌드 브라스트를 사용하여 대부분 광물류를 사용하는데 샌딩사, 가넷(석류석), 동(Cu) 슬래그, 금강사, 플라스틱 쇼트, Glass Bead, Ceramic Bead, 탄화규소, 실리콘 카바이드 등이 있다. 이들중 금속류 투사 연마재는 내구성이나 연마 효율면에서 비금속류에 비해 매우 우수하지만 제조원가가 광물류에 비해 수십 내지 백배 정도로 상당히 높으며, 또한 재료에 맞는 브라스트 기계를 특별히 제작하여야 한다는 단점도 있어서 금속류 투사 연마재는 대부분 특수 표면 가공이 필요한 연마제품에 사용한다.
광물성 재료의 활용에 있어서는 자연보호 차원에서 제한적일 수밖에 없으며, 폐기물 재자원화 측면에서 상당히 고무적인 기술이지만 고가의 제품 단가, 낮은 경도, 낮은 조도, 동 슬래그의 부식성, 블라스팅 후 다량의 분진발생, 재사용이 불가능한 문제점이 있다. 또한, 고철로 수거되는 스테인레스 재질의 판재와 파이프 등은 재활용을 위해 제철소로 반입되지만 연마재로 만들기 위한 여건이 충분치 않는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 외부에서 수거된 폐자재 스테인레스 용해 공정과, 용융분사 공정과, 분급 공정을 통하여 입자화된 스테인레스 연마재로 형성하여 재활용할 수 있고, 환경오염을 줄일 수 있는 금형 및 정밀부품의 클리닝에 사용되는 연마재의 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 외부에서 폐자재 스테인레스를 수거하는 단계와, 상기 수거된 폐자재 스테인레스를 용해공정을 통하여 용융시킴과 함께 상기 용융공정에서 C 2.2wt%, Mn 0.10wt%, Si 0.40wt%, P 0.04wt%, Mo 0.15wt%, S 0.005wt%, Cr 20.00wt%, Ni 10.00wt%의 혼합 조성물을 투입하는 단계와, 상기 원료가 투입된 용해물이 흘러나오는 용융물에 압력을 발생시켜 분사하여 입자화된 용융금속의 연마재로 형성시키는 단계와, 상기 분사되는 용융금속의 연마재를 냉각시키는 단계와, 상기 냉각된 용융금속의 연마재는 분급기를 통하여 외부로 분급되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 및 정밀부품의 클리닝에 사용되는 연마재의 제조방법에 관한 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 폐자재 스테인레스 부분을 용융시킴과 함께 소정의 원소를 첨가하여 산업용 연마재로 재활용할 수 있고, 환경오염 을 줄일 수 있는 특징이 있다.
그리고, 재활용 스테인레스 연마재를 블라스팅이나 쇼트 블라스팅 공정에 사용하면 기존에 비해 경도가 우수하고 균일한 입도로 연마효율이 향상됨은 물론, 블라스팅 후 표면 조도가 우수하며, 특히 기존 설비를 수정 없이 사용 가능하고, 분진 발생량이 현저하게 적다는 효과가 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사적인 의미로 한정해서 해석하는 것은 바람직하지 않으며, 발명자의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 할 것이다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의거하여 금형 및 정밀부품의 클리닝에 사용되는 연마재의 제조방법을 설명하는 작업공정도이다.
본 발명은 폐자재 스테인레스를 수거하는 단계와,
상기 수거된 폐자재 스테인레스를 용해하는 단계와,
상기 폐자재 스테인레스를 용해공정을 통하여 용융시킴과 함께 상기 용융공정에서 C 2.2wt%, Mn 0.01wt%, Si 0.40wt%, P 0.04wt%, Mo 0.15wt%, S 0.005wt%, Cr 20.00wt%, Ni 10.00wt%의 혼합 조성물을 투입하는 단계와,
상기 혼합 조성물이 투입된 용해물이 흘러내리면 소정의 압력을 발생시켜 분사하여 입자화된 용융금속의 연마재로 형성시키는 단계와,
상기 분사되는 용융금속의 연마재를 냉각시키는 단계와,
상기 냉각된 용융금속의 연마재는 분급기를 통하여 외부로 분급되는 단계와,
상기 분급된 연마재를 포장하여 출하하는 단계를 포함하여 이루어진다.
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본 발명의 제조방법으로는 우선 폐자재로 분리되는 스테인레스를 야적장에 수집 및 보관한 후, 이동장치인 적재장치와 연결된 컨베이어를 통하여 별도의 저장소로 이동하고, 수거된 폐자재 스테인레스를 용융 상태에서 급속 냉각을 통해 입자화된 연마재를 생산하게 된다. 이때, 용융 스테인레스에 대해 최적의 분사속도로 분무하여 구상화를 시키며, 분사 기류를 형성하는 송풍구 노즐은 상부와 하부에 각각으로 구성하는 것이 바람직하다,
상기 송풍구 노즐 측면에는 물을 스프레이 형태로 분사할 수 있고, 가스와 수증기로 동시 급속냉각이 가능한 구조여서 급속하게 억제된 산화 반응을 수행할 수 있는 구조이다.
보다 효과적인 급속 냉각을 위해 입자화된 연마재가 낙하되는 측면에 수증기를 스프레이 상태로 분사할 수 있는 쿨링 장치를 설치하여 신속하게 급속 냉각 처리를 수행할 수 있도록 구성하였다.
이와 같은 가공 공정을 통해 생산되는 연마재는 입경이 0.02~0.4mm까지 다양한 크기로 생성시킬 수 있다.
한편, 각 치수 범위별 입도 분포와 입도의 균일함을 나타내는 균등계수를 {표 1}에 나타내었다.
표 1. 가공 공정을 통해 생산된 연마재 입도분포 및 균등계수
체의 호칭 치수(mm) 체를 통과하는 무게 입도 백분율 균등계수
>5 0% 1.22
1.2~2.5 15% "
0.6~1.2 28% "
0.3~0.6 35% "
0.1~0.3 12% "
0.01~0.1 3% "
<0.01 2% "
이상과 같이 입도분포는 0.1~2.5mm 범위의 시료가 90%를 점유하고 있는 것으로 나타났고, 특히 균등계수의 경우 '1'에 가까울수록 입도가 균일함을 의미하는데, 본 연마재는 매우 균일함을 확인할 수 있다.
표 2. 혼합 조성물이 투입된 연마재의 물리적 특성
항목 진비중 겉보기 비중 HVC(경도) HRC(경도) 모스
연마재 3.54 2.75 800~900 50~65 7.5~9.0
항목 강도 흡수율(%) 균등계수 연마표면조도 안식각
연마재 290~470 0.1 1.22 60~160㎛ 14~18°
표 3. 혼합 조성물이 투입된 연마재의 평가
혼합조성물 투입연마재 동슬래그 규사 가네트 Glass Bead
조도 매우양호 양호 보통 양호 보통
재사용가능성 11~13회 불가 불가 3~4회 불가
설비변경용이 용이 용이 용이 용이 보통
폐기물적용성 일반 지정 지정 지정 지정
표 4. 표면처리시 연마재별 입자 크기와 연마처리 특성비교
입도분표(mm) 표면조도 연마처리면적 생성분진량
모래 1 0.1~0.4 35 9.0 250
모래 2 0.4~1.0 50 5.5 350
스틸 0.1~0.4 60 8.0 86
혼합조성물투입
연마재		 0.1~0.4 90 11 15
이상과 같이 그 결과 표면 조도는 세 가지 종류 모두 작은 입자보다 큰 입자 가 더 좋게 나타났지만, 투사 연마재 종류별로는 혼합조성물 투입 연마재, 스틸, 모래순으로 나타나서 기존에 사용되는 모래보다 본 발명의 혼합조성물 투입 연마재가 보다 효과적인 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 연마처리면적은 역시 세 가지 모두 작은 입자가 큰 입자보다 많은 면적을 처리할 수 있었는데, 연마재별로는 그 효과도 차이가 있어서 동일한 크기의 모래보다 본 발명의 혼합조성물 투입 연마재가 더 많은 면적을 연마할 수 있는 것으로 측정되었다. 또한, 연마작업 동안 발생하는 분진은 공해물질로 작업자의 건강에도 큰 문제를 일으킬 수 있어 그 실험 결과 연마면에서 충돌을 통해 쪼개어져 많은 분진을 일으키는 모래의 경우 상당한 분진이 발생하였으나, 경도가 강한 본 발명의 혼합조성물 투입 연마재의 경우는 동일한 크기의 모래에 비해 단지 1/5 정도만 발생하는 것으로 확인되었다.
즉, 투사연마재는 크기가 클수록 표면 조도는 높게 나오나 처리면적은 작으며 발생하는 분진은 더 많이 발생하는 것으로 나타났고, 연마효율은 모래와 스틸보다 본 발명의 혼합조성물 투입 연마재가 좋은 결과를 나타내었다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 작업 공정을 개략적으로 나타낸 작업 공정도.

Claims (3)

  1. 브라스트용 연마재 제조방법에 있어서,
    폐자재 스테인레스를 수거하는 단계와,
    상기 수거된 폐자재 스테인레스를 용해하는 단계와,
    상기 폐자재 스테인레스를 용해공정을 통하여 용융시킴과 함께 상기 용융공정에서 C 2.2wt%, Mn 0.10wt%, Si 0.40wt%, P 0.04wt%, Mo 0.15wt%, S 0.005wt%, Cr 20.00wt%, Ni 10.00wt%로 이루어진 혼합 조성물을 투입하는 단계와,
    상기 혼합 조성물이 투입된 용해물이 흘러내리면 소정의 압력을 발생시켜 분사하여 입자화된 용융금속의 연마재로 형성시키는 단계와,
    상기 분사되는 용융금속의 연마재를 냉각시키는 단계와,
    상기 냉각된 용융금속의 연마재는 분급기를 통하여 외부로 분급되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 및 정밀부품의 클리닝에 사용되는 연마재의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 조성물이 투입된 연마재의 입경은 0.02~0.6mm, 0.05~0.1mm, 0.1~0.2mm, 0.3~0.4mm 중 어느 하나를 선택할 수 있는 것을 특징으로 하는 금형 및 정밀부품의 클리닝에 사용되는 연마재의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 혼합 조성물은 C 2.2wt%, Mn 0.10wt%, Si 0.40wt%, P 0.04wt%, Mo 0.15wt%, S 0.005wt%, Cr 20.00wt%, Ni 10.00wt%의 비율로 함유될 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 금형 및 정밀부품의 클리닝에 사용되는 연마재의 제조방법.
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JPH10130633A (ja) * 1996-10-28 1998-05-19 Takehara:Kk ステンレス用研磨剤
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