KR101041978B1 - 마그네슘 합금을 이용한 전자제품 케이스의 제조방법 - Google Patents
마그네슘 합금을 이용한 전자제품 케이스의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
여기에서는, Mg 합금 재질의 박판재를 프레스 성형하여, 가장자리가 굽어진 케이스 기재를 얻는 성형공정과; 상기 케이스 기재를 표면처리하고 피막을 형성하는 표면처리 공정과; 상기 표면처리된 케이스 기재에 도장층을 형성하는 도장공정을 포함하되, 상기 표면처리 공정은, 상기 케이스 기재를 탈지하는 단계와, 탈지된 상기 케이스 기재를 화학연마하는 단계와, 화학연마된 상기 케이스 기재 표면의 스머트를 제거하는 탈 스머트 단계와, 스머트 제거된 상기 케이스 기재의 표면에 수화물로 된 피막을 도장층의 하층이 되도록 형성하는 수화물 피막 형성 단계를 포함하는 전자제품 케이스의 제조방법이 제공된다.
Mg, 합금, 프레스, 성형, 표면처리, 탈지, 화학연마, 스머트, 수화물, 피막
Description
본 발명은, 전자제품 케이스의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 마그네슘 합금을 프레스 성형과 표면처리 공정 등을 거쳐, 랩톱 컴퓨터 또는 모바일 단말기의 케이스 등과 같은 전자제품 케이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
전자 산업의 발전에 따라, 많은 종류의 전자제품(예를 들면, 통신, 가전제품)들이 등장하였다. 그러한 전자제품들로는, 예컨대, 노트북 컴퓨터, 휴대폰, MP3 플레이어(또는, 그와 유사한 플레이어), IC 레코더 등의 모바일 전자제품 및 다른 가전제품이 있다. 소비자들은, 위와 같은 전자 제품들, 특히, 모바일 전자제품들에 대하여 많은 우수한 특성, 성능 또는 장점을 요구하고 있다. 그 중, 제품의 경량성은 소비자가 생산자에게 요구하고, 그에 따라, 생산자가 추구하고 있는 전자제품의 중요한 성능 또는 특성인 것으로 알려져 있다.
현재까지 경량의 전자제품 케이스로는 알루미늄 합금이 가장 많이 이용되고 있다. 하지만, 근래 들어서는 알루미늄 합금에 비해 더 가볍고 기계적 강도 또한 좋은 마그네슘 합금의 이용이 늘고 있다. 마그네슘 합금은 알루미늄의 비중(2.8)보 다 훨씬 작은 1.7의 비중을 갖는 마그네슘을 주 성분으로 포함하고 있다.
그러나, 마그네슘 합금을 이용하여 전자제품 케이스를 제조하는데 있어서, 마그네슘 합금의 열등한 성형성 및 열등한 표면처리 특성이 문제가 된다.
열등한 성형성과 관련하여, 알루미늄 함금 등은 다이캐스팅과 같은 주조 방식을 이용해 얇은 두께로 성형하는데 큰 문제가 되지 않는 반면, 마그네슘 합금을 다이캐스팅법 등의 주조방식으로 성형하는 것은 기공이나 산화물 등의 개재와 같은 주조 결함의 발생이 많으며, 특히, 콤팩트한 전자제품 케이스를 위해, 얇게 성형하고자 하는 경우, 위 결함의 문제는 더 심각해진다.
또한, 다이캐스팅 공법으로 마그네슘 합금을 성형하는 경우, 게이트(gate) 및 버(burr)를 제거하는 공정 등과 같이, 복잡하고 많은 시간을 초래하는 후 공정들이 요구되는 문제점이 있다. 또한, 위와 같이 제작된 케이스는, 표면이 거칠어서 외관이 나쁘며, 경량성도 떨어지는 문제점이 있다. 더 나아가, 다이캐스팅 공법은 고가의 설비가 요구되며, 작업환경도 좋지 않다.
열등한 표면처리 특성과 관련하여, 마그네슘 합금은 금속 중의 불순물이나 합금 성분의 분포가 불균일해 발생하는 편석이 많이 존재한다. 또한, 마그네슘 합금은 편석의 정도나 금속 조직의 불균일성으로 인하여 표면이 불균일하며, 따라서, 도장 전에 요구되는 치밀하고 균일한 피막 형성이 어렵다.
위와 같은 이유로 마그네슘 합금을 이용한 케이스의 성형 공정 및 표면처리 공정(또는, 피막 형성 공정)의 개선이 요구된다. 성형 공정과 관련하여서는, 고온으로 가열되고 빠른 속도로 이동하는 펀치로 금형에 지지된 마그네슘 합금 재질의 박판재를 강하게 프레스 가공하여 성형하는 기술이 제안된 바 있다. 그러나, 이러한 기술은 박판재의 급격하고 비정상적인 변형에 따라 많은 불량이 초래되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 마그네슘 합금을 이용하여 전자제품 케이스를 제조하는데 있어서, 마그네슘 합금의 특성에 기인하는 열등한 표면처리 특성에 대처하여 이루어지는 전자제품 케이스의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는, 마그네슘 합금을 이용하여 전자제품 케이스를 제조하는데 있어서, 마그네슘 합금의 특성에 기인하는 열등한 성형성에 대처하여 이루어지는 전자제품 케이스의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따라, Mg 합금 재질의 박판재를 프레스 성형하여, 가장자리가 굽어진 케이스 기재를 얻는 성형공정과, 상기 케이스 기재를 표면처리하고 피막을 형성하는 표면처리 공정과, 상기 표면처리된 케이스 기재에 도장층을 형성하는 도장공정을 포함하는 전자제품 케이스의 제조방법이 제공된다. 이때, 상기 표면처리 공정은, 상기 케이스 기재를 탈지하는 단계와, 탈지된 상기 케이스 기재를 화학연마하는 단계와, 화학연마된 상기 케이스 기재 표면의 스머트를 제거하는 탈 스머트 단계와, 스머트 제거된 상기 케이스 기재의 표면에 수화물로 된 피막을 도장층의 하층이 되도록 형성하는 수화물 피막 형성 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 수화물 피막 형성 단계는 상기 케이스 기재를 100℃ 끓는 물에 디핑(deeping)하여 이루어진다. 이때, 상기 끓는 물에는 수화물 형성 작용을 반응 촉진하는 촉매제가 첨가될 수 있다.
바람직하게는, 상기 Mg 합금은 Mg와 Al을 포함하는 합금이며, 상기 피막은 마그네슘 수화물(Magnesium hydrate) 또는 마그네슘 수산화물(Magnesium hydro oxide)과, 베마이트(Al2O3 ㅇ2H2O)를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 화학연마하는 단계는 황산, 질산 및 인산으로부터 선택된 산을 1~20% 포함하는 40~60℃의 산 수용액에 상기 케이스 기재를 10~40초 디핑하는 것에 의해 이루어지고, 상기 탈 스머트 단계는 10~20% NaOH를 포함하는 40~60℃의 수용액에 상기 케이스 기재를 디핑하여 이루어진다.
바람직하게는, 상기 도장공정은 도료를 상기 수화물 피막 위로 복수의 도장층들을 형성하여 이루어지되, 상기 복수의 도장층들은, 상기 수화물 피막으로부터 위로 향할수록 색 밝기가 어두워지도록 한다.
바람직하게는, 상기 성형 공정은, 성형공간이 형성된 하측의 금형과 상기 성형공간에 상응하는 상측의 펀치를 포함하는 성형장치를 준비하는 단계와, 상기 Mg 합금 재질의 박판재를 상기 금형 상면에 배치하는 재료 배치 단계와, 상기 펀치와 상기 성형공간의 상호 작용에 의해, 상기 박판재를 가장자리가 굽어진 상기 케이스 기재로 성형하는 프레스 성형 단계를 포함하며, 상기 프레스 성형 단계 중에, 상기 펀치 및 상기 금형은 자체 내장된 히터들에 의해 상기 박판재를 연화시키는 온도로 가열되고, 상기 프레스 성형 단계는, 상기 박판재에 접촉되는 위치까지, 상기 펀 치를 제1 속도로 하강시키는 1차 하강 단계와, 상기 제1 속도보다 느린 속도로 상기 펀치를 더 하강시키는 2차 하강 단계와, 상기 2차 하강 단계에 뒤 이은 펀치의 3차 하강 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 프레스 성형 단계는, 상기 1차 하강 단계와 상기 2차 하강 단계 사이, 그리고, 상기 제2차 하강 단계와 상기 3차 하강 단계 사이에, 상기 박판재에 접촉된 상기 펀치를 미리 결정된 시간동안 정지상태로 유지시키는 하강 휴지 단계들을 더 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 표면이 깨끗하고 가벼운 Mg 합금 재질의 전자제품 케이스를 경제적으로 그리고 낮은 불량률로 제조할 수 있으며, 그 제조된 전자제품 케이스는 얇고, 콤팩트하며, 미려한 표면을 갖는다. 또한, 본 발명은, 표면처리 공정의 개선을 통해, 내식성이 크게 향상되고, 마그네슘 합금 재질의 케이스 기재와 수화물 피막 사이, 그리고, 수화물 피막과 그 위의 도장층 사이의 밀착성이 뛰어나다는 이점이 있다. 특히, 상기 수화물 피막은 간단한 공정에 의해 쉽게 형성될 수 있고, 6가 크롬과 같은 기존 오염물질을 함유하지 않으며, 신뢰성 있고 균일한 두께로 형성될 수 있다는 큰 장점을 갖는 것이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 전자제품 케이스 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전자제품 케이스 제조방법은 성형공정(P1), 표면처리 공정, 그리고, 도장공정(P3)을 포함한다. 상기 성형공정(P1)은, Mg 합금 재질의 박판재를 프레스 성형하여, 가장자리가 굽어진 케이스 기재를 얻는 공정이며, 상기 표면처리 공정(P2)은, 상기 성형공정(P1)으로부터 얻어진 상기 케이스 기재를 표면처리하고 피막을 형성하는 공정이다. 상기 도장공정(P3)은 상기 표면처리된 케이스 기재에 도장층을 형성하는 공정이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 전자제품 케이스 제조방법을 공정 별로 설명하기로 한다.
성형공정
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 성형공정을 설명하기 위한 블록 순서도이고, 도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 도 2에 도시된 성형공정을 구현하는 성형장치 및 그것의 작동을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 성형공정은, 성형장치의 준비 단계(S1)와, 재 료, 즉, Mg 합금 재질의 박판재를 성형장치의 금형 상면에 배치하는 단계(S2)와, 상기 성형장치로 상기 박판재를 프레스 성형하는 프레스 성형 단계(S3)를 포함한다.
상기 성형공정은 도 3a 내지 도 3d에 도시되고 이하 자세히 설명되는 것과 같은 성형장치를 이용하여 이루어진다. 본 명세서에서, 상기 성형장치의 준비 단계는, 상기 성형장치를 작동 가능한 상태로 세팅하는 것을 포함한다. 여기에서, 세팅이라 함은, 이하 설명될 금형 및 펀치 등을 성형장치에 장착된 상태로 유지시키는 것을 포함하며, 더 나아가서는, 전원 등과 같이 성형장치의 작동에 필요한 것들을 점검 및/또는 실행 준비 상태에 두는 것을 포함한다.
도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 성형장치(100)는 하측의 금형(110)과 상측의 펀치(120)를 포함한다. 상기 금형(110)은, 평평한 상부 표면과, 상기 상부 표면으로부터 오목하게 형성된, 예를 들면, 사각형의 성형공간(112)을 포함한다. 또한, 상기 펀치(120)는, 상기 성형공간(112)에 상응하는 크기 및 형상을 가지며, 프레스 작동 중, 박판재 일부와 함께 상기 성형공간(112) 내로 삽입되도록, 예를 들면, 유압구동에 의해, 하강할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 성형공간(112)에는, 예를 들면, 스프링과 같은 탄성 수단(113)에 탄성적으로 지지되는 받침 블록(114)이 설치된다. 상기 탄성 수단(113)의 하단은 상기 성형공간(112)의 바닥면에 지지되며, 상기 탄성 수단(113)의 상단은 상기 받침 블록(114)을 지지한다. 따라서, 상기 받침 블록(114)은 하강하는 펀치(120)에 대항하면서 상기 성형공간(112) 내에서 하강할 수 있고, 상기 펀 치(120)와 함께 다시 상승하여, 원래의 위치로 복원될 수 있다. 상기 받침 블록(114)은 평평한 상부 표면을 가지며, 이 받침 블록(114)의 상부 표면은 금형 본체의 상부 표면과 동일 평면을 이룰 수 있다.
상기 금형(110) 및 상기 펀치(120) 내에는 제1 히터(115)와 제2 히터(125)가 각각 내장된다. 상기 제1 히터(115)는 상기 금형(110)의 본체와 상기 받침 블록(114)각각에 설치될 수 있으며, 상기 금형의 본체와 받침 블록 중 어느 하나에 설치될 수도 있다. 또한, 상기 금형(110)의 상부 표면에는 지그 수단(117; 도 3a 참조)이 설치되며, 상기 지그 수단(117)은 상기 박판재(2)가 프레스 성형 중에 원하지 않는 방향으로 이동되는 것을 막아준다.
본 실시예에서, 재료 배치 단계(S2)에서는, 도 3a에 도시된 바와 같이, Mg 합금 재질의 박판재(2)를 성형장치(100)의 금형(110) 상면에 배치된다. 본 실시예에서, 상기 배치된 박판재(2)는, 테두리 일부를 제외한 대부분의 영역이 상기 받침 블록(114)에 의해 받쳐지며, 상기 박판재(2)의 테두리 영역이 금형 본체의 상부 표면에 걸쳐진다. 본 실시예에서, 상기 박판재(2)는 전술한 지그 수단(117)에 의해 금형 상면에서의 위치가 정해진다.
대안적인 실시예로, 받침 블록(114)이 금형 본체의 상부 표면보다 낮은 높이로 위치하는 경우, 또는 받침 블록이 생략되는 경우를 가정한다면, 상기 박판재(2)의 테두리 영역만이 금형 본체의 상부 표면에 걸쳐 지지되고 상기 박판재(2)의 중앙 영역은 성형공간 위쪽에서 금형(110)과 접촉됨 없이 유지될 수도 있다.
Mg 합금 재질의 박판재는 본 발명의 실시예에 따라 온간 프레스 성형되어 전 자제품 케이스의 기재로 제작되는데, 온간 성형을 하는 이유는 Mg 합금이 상온에서 연신율이 매우 작은 특성을 갖는 재료이기 때문이다. 본 명세서에서, 용어 "케이스 기재"는 프레스 성형에 의해 케이스의 형태를 갖추지만 표면처리 공장과 도장 공정을 거치지 않은 재료를 의미한다.
잘 알려진 바와 같이, Mg 합금은 육방조밀구조(HCP; Hexagonal Packed Structure)를 가지며 상온에서 충분한 슬립계를 갖지 못한다. 마그네슘 합금은 상온에서 비저면 슬립의 임계 분해 전단 응력이 저면 슬립에 비하여 매우 커서 작동하기 쉽지 않다.
Mg 합금의 임의적 변형을 위해서는 Von Mises 조건에 의해 5개의 독립적인 슬립계가 작동해야 하는데 상온 프레스 성형으로는 그와 같은 슬립계들의 작동이 이루어지지 않는다. 대략 200~350℃, 가장 바람직하게는, 약 300℃의 온간 프레스 성형으로 Mg 합금 재질의 박판재를 프레스 성형하면 전술한 5개 이상의 슬립계가 작동할 수 있으며, 따라서, 상기 Mg 합금재질의 박판재를 파단됨 없이 테두리가 굽어진 전자제품 케이스의 기재로 성형 제작할 수 있는 것이다.
본 실시예에서, 박판재는, Al 1~7wt%, Zn 0~2.5%, Mn 0~0.6%, 잔량 Mg와 불가피 불순물로 이루어진 Mg 합금으로부터 얻어진 것이다. Al은 강도와 내식성 등을 향상시킬 목적으로 첨가된 것이다. Al이 7wt%를 초과하면 마그네슘 합금의 소성 변형성이 떨어지므로, 적절치 못하다. Zn은 강도를 높이는데 기여하되 그 양이 과도할 경우 내식성 저하를 초래할 수 있다. Mn은 위 첨가되는 물질에 의한 내식성저하를 줄여줄 목적으로 첨가될 수 있다. Zn과 Mn은 생략되거나 다른 첨가 금속으로 대 체될 수 있다. 이하 설명될 표면처리 공정 중의 수화물 피막 형성 단계에서는 마그네슘 수화물 또는 마그네슘 수산화물과 함께 알루미늄의 수산화물인 베마이트를 포함하는 수화물 피막이 얻어지는데, 상기 Al의 함량이 높을수록 수화물 피막 중 베마이트가 차지하는 비율이 커진다.
도면으로 돌아가, Mg 합금 재질의 박판재(2) 두께는 0.3~0.9mm인 것이 바람직하다. 그와 같은 두께, 그리고, 200~350℃의 프레스 성형 온도, 그리고, 전술한 박판재(2)의 조성 범위를 고려할 때, 불량 없이, 의도된 양질의 케이스 기재를 성형 제작할 수 있다. 특히, 이하 설명되는 바와 같이, 본 실시예의 성형 공정은 펀치(120)가 정지 상태로 상기 박판재(2)에 대해 1초 내지 3초 접촉하는 하강 휴지 단계(S2)를 포함한다. 두께가 0.9mm를 초과하는 경우, 펀치(120)로부터 상기 박판재(2)로의 열전달이 충분히 이루어지지 않는 상태, 즉, 예열이 덜 된 상태로, 프레스 성형이 이루어지는 결과를 초래한다.
다시 도 2를 참조하면, 본 실시예의 전자제품 케이스 성형 방법은, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 금형(110)의 성형공간(112)과 상기 펀치(120)의 상호 작용에 의해 Mg 합금 재질의 박판재(2)를 드로잉 성형하는 프레스 성형 단계(S3)를 포함한다. 본 실시예에서, 상기 프레스 성형 단계(S3)는, 펀치의 1차 하강 단계(S31), 1차 하강 휴지 단계(S32), 펀치의 2차 하강 단계(S33), 2차 하강 휴지 단계(S34), 그리고 펀치의 3차 하강 단계(S35)를 포함한다.
상기 프레스 성형 단계(S3) 중에 금형(110) 및 상기 펀치(120)는 자체 내장된 제1 및 제2 히터(115, 125)에 의해 상기 박판재(2)를 연화시키는 온도인 200~350℃로 가열된다. 상기 제1 및 제2 히터(115, 125)의 작동은 박판재(2)를 금형(110)에 배치하는 전술한 재료 배치 단계(S2) 중에 또는 그 단계(S2) 이전에 이루어질 수 있다.
실질적으로, 다수의 전자제품 케이스 제작을 위한 프레스 성형이 연속적으로 이루어지므로, 제1 및 제2 히터(110, 120)는 그 연속적인 프레스 성형 공정들이 이루어지는 동안 계속해서 가동될 수 있다.
또한, 금형(110)과 펀치(120)의 온도를 서로 같게 할 수 있고, 그와 달리, 펀치(120)의 온도를 금형(110)의 온도보다 낮게 할 수 있다. 펀치(120)의 온도를 금형(110)의 온도보다 낮게 하면, Mg 합금 재질 박판재의 초기 과 연화를 방지하여, 그 초기 과 연화로부터 야기되는 국부적인 형상의 열화 및 질감의 저하를 막을 수 있다.
상기 프레스 성형 단계 초기의 1차 하강 단계(S31)에서는, 상기 펀치(120)를 제1 속도로 하강시키고, 상기 프레스 성형 단계 중기의 2차 하강 단계(S33)에서는, 상기 펀치(120)를 제1속도보다 느린 제2 속도로 하강시키며, 상기 프레스 성형 단계 후기의 3차 하강 단계(S35)에서는 상기 제2 속도보다 느린 제3 속도로 상기 펀치(120)를 완전히 하강시킨다. 상기 제1 속도는, 성형 시간의 단축 및 그에 의한 생산성 증가를 위해, 가능한 범위 내에서 최대한 빠르게 하는 것이 바람직하다. 그리고, 제2 속도 및 제3 속도는 실제적인 프레스 성형을 위한 펀치(120)의 하강 속도이므로, 프레스 성형 과정에서 박판재(2)가 파단되지 않을 정도로 느린 것이 요구된다.
상기 1차 펀치 하강 단계(S1)에 의해, 펀치(120)는 금형(110) 및 그것의 받침 블록(114)에 의해 지지된 박판재(2)와 접촉하는 위치까지 하강한다. 1차 펀치 하강 단계(S1)에 바로 뒤 이어, 펀치(120)의 하강이 정지되는 1차 하강 휴지 단계(S32)가 수행된다.
상기 1차 하강 휴지 단계(S32)에서, 펀치(120)는, 정지된 상태로, 테두리를 제외한 박판재(2)의 사각형인 중앙 영역과 접촉한다. 이에 의해, 상기 박판재(2)는 다음의 실제적인 프레스 성형이 용이해지는 온도로 예열된다. 이때, 상기 하강 휴지 단계(S32)의 펀치(120) 정지 온도는 1초 내지3초인 것이 바람직하다. 그리고, 이 시간 범위는 박판재(2)의 두께가 0.3~0.9mm인 때 특히 적합하다.
다음, 2차 하강 단계(S33)에 의해, 펀치(120)는 박판재(2)를 가압하면서 더 하강하고, 그에 따라, 받침 블록(114)이 성형공간(112)을 아래를 더 넓히면서 하강한다. 받침 블록(114)과 함께 박판재(2)가 성형공간(112) 내로 진입되고, 그에 따라, 상기 성형공간(112)을 덮지 못하는 박판재(2)의 테두리는 90도 미만의 각도로 굽어지는 변형을 한다. 상기 받침 블록(114)은 박판재(2)의 바닥면을 하강 중인 상태에서 계속 받쳐준다. 이에 의해, 박판재(2)는 1차로 굽어진다. 이때, 2차 하강 단계(S33)의 펀치 하강 속도는 1차 하강 단계의 펀치 하강 속도보다 느리다.
상기 2차 하강 휴지 단계(S34)에서, 펀치(120)는, 1차로 굽어진 박판재(2)를 다음에 올 3차 하강 단계의 신뢰성 있는 가공을 위해 상기 박판재(2)를 더 가열한다. 이에 의해, 상기 박판재(2)는 더욱 연화된다. 이때에도, 상기 하강 휴지 단계(S32)의 펀치(120) 정지 온도는 1초 내지 3초인 것이 바람직하다.
다음, 케이스 기재가 실재적으로 완성되는 3차 하강 단계(S35)가 수행된다. 다음, 3차 하강 단계(S35)에서는, 펀치(120)가 박판재(2)를 가압하면서 완전히 하강하고, 그에 따라, 받침 블록(114)이 성형공간(112)을 완전히 확장시키도록 하강한다. 그에 따라, 상기 성형공간(112)을 덮지 못하는 박판재(2)의 테두리는 수직으로 완전히 굽어지는 변형을 한다. 상기 받침 블록(114)은 박판재(2)의 바닥면을 하강 중인 상태에서 계속 받쳐준다. 이에 의해, 박판재(2)는 수직으로 굽어진 테두리의 플랜지를 갖게 된다. 이때, 3차 하강 단계(S35)의 펀치 하강 속도는 2차 하강 단계의 펀치 하강 속도보다 느리다.
도 3a를 참조하면 상기 금형과 펀치의 온도는 그들 각각에 설치된 열전대(thermometer; 119, 129)들에 의해 측정된다. 열전대에 의해 측정된 온도를 기초로 하여, 컨트롤러(130)가 상기 금형(110)과 상기 펀치(120)의 온도를 제어한다. 또한, 전술한 1차, 2차, 3차 펀치 하강 단계(S31, S33, S35) 각각의 펀치 하강 속도들, 그리고, 상기 1차 및 2하 하강 휴지 단계(S32, S34)에서의 펀치 정지 위치 또한 상기 컨트롤러(130)에 의해 제어될 수 있다. 또한, 상기 펀치 정지 위치의 제어를 위해, 상기 컨트롤러(130)는 센서 또는 리미트 스위치로부터 얻어진 정보를 활용할 수 있다.
표면처리공정
도 4에는 앞선 성형공정을 통해 얻어진 Mg 합금 재질의 케이스 기재를 표면 처리하는 공정이 블록순서도로 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 표면처리 공정은, 탈지 단계(S100), 화학연마 단계(S200), 탈 스머트 단계(S300), 그리고, 수화물 피막 형성 단계(S400)를 포함한다. 수화물 피막 형성 단계(S400) 후에는 다음 공정인 도장 공정이 이루어진다.
본 실시예에 따라, 위의 단계들 각각이 끝날 때 마다, 케이스 기재에 대한 수세가 이루어진다. 즉, 탈지 단계(S100) 후, 화학연마 단계(S200) 후, 탈 스머트 단계(S300) 후, 그리고, 수화물 피막 형성 단계(S400) 후에는 상온(대략 25℃)의 5% NaOH를 포함하는 수용액에 의해 케이스 기재에 대한 수세가 이루어진다. 수세의 방식은 디핑 방식과 샤워 방식 중 어느 하나가 선택되어 이용될 수 있다.
이제, 전술한 탈지 단계(S100), 화학연마 단계(S200), 탈 스머트 단계(S300), 그리고, 수화물 피막 형성 단계(S400)에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
[탈지 단계(S100)]
화학연마 단계(S200) 이전에, 마그네슘 합금 재질의 케이스 기재에 대한 탈지 단계(S100)가 수행된다. 탈지 단계(S100)에서의 탈지 처리는 탈이온수 75~90%, NaOH 10~20% 및 잔량 첨가제를 포함하는 대략 50℃ 탈지액 내에 상기 케이스 기재 를 디핑하는 방식으로 이루어진다.
상기 탈지 처리에 의해 전술한 성형공정 중 케이스 기재 표면에 묻은 유기 오염물이 제거된다.
탈지액은 전술한 배합 외에 유기 화합물을 제거할 수 있는 것이라면 다양한 것이 이용될 수 있는데, 계면 활성제를 함유한 알칼리 수용액을 이용하는 것 또한 바람직하다. 그 경우, 알칼리 빌더로는 알칼리 금속의 수산화물, 인산염, 규산염, 탄산염 등이 적용될 수 있다. 계면활성제로는 비이온계, 양이온계, 음이온계 중의 어느 것이라도 적용될 수 있다. 탈지 효율을 높이기 위해, 킬레이트제를 배합하는 것도 좋다.
[화학연마 단계(S200)]
화학연마 단계(S200)는 황산, 질산 및 인산으로부터 선택된 산을 1~20% 포함하는 40~60℃의 산 수용액(또는, 에칭 용액)에 상기 케이스 기재를 10~40초 디핑하는 것에 의해 이루어질 수 있다.
본 실시예에서는, 화학연마 단계(S200)를 위한 에칭 용액으로, 탈이온수 75~90%, 질산 1~6%, 황산 1~6% 및 잔량 첨가제를 포함하는 것이 이용될 수 있다. 또한, 질산 또는 황산 대신에 인산을 첨가할 수 있으며, 이 경우, 인산마그네슘 피막을 형성할 수도 있을 것이다. 그 외에, 염산, 타르타르산 또는 옥살산을 적용할 수도 있다.
상기 화학연마 단계(S200)에 의해, 케이스 기재 표면에 불균일하게 형성된 두꺼운 산화막 층을 제거할 수 있으며, 그 외, 전 단계인 탈지 단계(S100)에서 제거하기 어려운 오염물 또한 추가로 제거할 수 있다.
[탈 스머트 단계(S300)]
탈 스머트 단계(S300)는 화학연마를 거친 케이스 기재를 대략 40~60℃의 NaOH를 포함하는 탈 스머트 액 내에 약 1분간 디핑하는 방식으로 이루어진다. 본 실시예에서, 탈 스머트 액으로는, 탈이온수 75~90%, NaOH 10~20%, 잔량 첨가제를 포함하는 것이 이용된다.
상기 탈 스머트 단계(S300)는 전술한 산성 수용액을 이용한 화학연마 처리에 의해 Mg 합금 표면에 잔존하는 스머트를 제거한다.
[수화물 피막 형성 단계(S400)]
수화물 피막은 케이스 기재의 재료인 마그네슘 합금의 주 성분들, 즉, Mg와 Al의 수화물 또는 수산화물로 이루어진 피막이다. 이러한 수화물 피막을 얻기 위해, 탈 스머트 단계(S300)까지 거친 Mg 합금 재질의 케이스 기재를 100℃ 끓는 물에 약 1시간 이상 디핑한다. 케이스 기재의 표면은 Mg와 물 분자 그리고 Al과 물 분자 간의 화학 작용에 의해 마그네슘 수화물(Magnesium hydrate) 또는 마그네슘 수산화물(Magnesium hydro oxide)과, 베마이트(Al2O3 ㅇ2H2O)를 포함하는 피막을 형성한다. 상기 수화물 피막은 케이스 기재 표면에 신뢰성 있게 밀착되며, 그 위에 올려지는 도장층에 대해서도 강한 밀착성을 갖는다.
도장 공정
전술한 표면처리공정에 의해 케이스 기재에 형성된 수화물 피막 상으로, 도장층이 형성되는 도장 공정이 이루어진다. 상기 도장 공정에서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 케이스 기재의 Mg 합금 박판(2)의 표면 위에 형성된 수화물 피막(10) 위로 복수의 도장층(11, 12, 13)들이 연속적으로 형성된다. 이때, 상기 복수의 도장층(11, 12, 13)들은 상기 수화물 피막으로부터 위로 향할수록 색 밝기가 어두워지는 도료가 선택되어 이용된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자제품 케이스의 제조방법을 공정별로 설명하기 위한 개략적인 블록 순서도.
도 2는 도 1에 도시된 공정들 중 성형 공정의 각 단계들을 도시한 블록 순서도.
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시된 프레스 성형방법을 구현하는 성형장치 및 그것의 작동을 설명하기 위한 단면도들.
도 4는 도 1에 도시된 공정들 중 표면처리 공정의 각 단계들을 도시한 블록 순서도.
도 5는 도 1에 도시된 공정들 중 도장 공정을 설명하기 위한 단면도.
Claims (7)
- Mg 합금 재질의 박판재를 프레스 성형하여, 가장자리가 굽어진 케이스 기재를 얻는 성형공정과;상기 케이스 기재를 표면처리하고 피막을 형성하는 표면처리 공정과;상기 표면처리된 케이스 기재에 도장층을 형성하는 도장공정을 포함하되,상기 표면처리 공정은,상기 케이스 기재를 탈지하는 단계와,탈지된 상기 케이스 기재를 화학연마하는 단계와,화학연마된 상기 케이스 기재 표면의 스머트를 제거하는 탈 스머트 단계와,스머트 제거된 상기 케이스 기재의 표면에 수화물로 된 피막을 도장층의 하층이 되도록 형성하는 수화물 피막 형성 단계를 포함하고,상기 성형 공정은,성형공간이 형성된 하측의 금형과 상기 성형공간에 상응하는 상측의 펀치를 포함하는 성형장치를 준비하는 단계와;상기 박판재를 상기 금형 상면에 배치하는 재료 배치 단계와;상기 펀치와 상기 성형공간의 상호 작용에 의해, 상기 박판재를 가장자리가 굽어진 상기 케이스 기재로 성형하는 프레스 성형 단계를 포함하며,상기 프레스 성형 단계 중에, 상기 펀치 및 상기 금형은 자체 내장된 히터들에 의해 상기 박판재를 연화시키는 온도로 가열되고,상기 프레스 성형 단계는, 상기 박판재에 접촉되는 위치까지, 상기 펀치를 제1 속도로 하강시키는 1차 하강 단계와, 상기 제1 속도보다 느린 속도로 상기 펀치를 더 하강시키는 2차 하강 단계와, 상기 2차 하강 단계에 뒤 이은 펀치의 3차 하강 단계를 포함하며,상기 프레스 성형 단계는, 상기 1차 하강 단계와 상기 2차 하강 단계 사이, 그리고, 상기 2차 하강 단계와 상기 3차 하강 단계 사이에, 상기 박판재에 접촉된 상기 펀치를 미리 결정된 시간동안 정지상태로 유지시키는 하강 휴지 단계들을 더 포함하며,상기 성형공간에는 상기 펀치의 힘에 눌려 탄성적으로 하강되는 받침블록이 설치되며, 상기 받침블록은, 상기 프레스 단계 중에, 상기 박판재를 탄성적으로 받치며,상기 프레스 단계 중에, 상기 연화 온도의 범위 내에서, 상기 펀치의 온도가 상기 금형의 온도보다 낮으며,상기 박판재의 두께는 0.3~0.9mm이고, 상기 하강 휴지 단계의 상기 정지 시간은 1초 내지 3초인 것을 특징으로 하는 전자제품 케이스의 프레스 성형방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 수화물 피막 형성 단계는 상기 케이스 기재를 100℃ 끓는 물에 디핑하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자제품 케이스의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 Mg 합금은 Mg와 Al을 포함하는 합금이며, 상기 피막은 마그네슘 수화물 또는 수산화물과, 베마이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자제품 케이스의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 화학연마하는 단계는 황산, 질산 및 인산으로부터 선택된 산을 1~20% 포함하는 40~60℃의 산 수용액에 상기 케이스 기재를 10~40초 디핑하는 것에 의해 이루어지고, 상기 탈 스머트 단계는 10~20% NaOH를 포함하는 40~60℃의 수용액에 상기 케이스 기재를 디핑하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자제품 케이스의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 도장공정은 도료를 상기 수화물 피막 위로 복수의 도장층들을 형성하여 이루어지되, 상기 복수의 도장층들은, 상기 수화물 피막으로부터 위로 향할수록 색 밝기가 어두워지는 것을 특징으로 하는 전자제품 케이스의 제조방법.
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