KR101066845B1 - Method for controlling temperature in manufacturing mold and dies with thermal spraying - Google Patents
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Abstract
본 발명은 목적하는 형상과 반대의 형상을 가지는 용사 패턴에 금속 용사층을 형성한 것으로부터 용사 금형을 제조하는 방법에 있어서, 상기 용사 패턴을 목적하는 온도로 예열하고 금속 용사층을 형성하는 과정에서 목표로 하는 온도로 금속 용사층의 표면온도를 일정하게 유지함에 있어서, 내부에 발열체가 수용되어 원하는 온도로 조절가능하도록 구성된 거치대에 용사패턴을 거치하여 원하는 온도로 예열하고, 금속 용사층을 형성하는 과정에서 아크 용사기와 함께 금속 용사층의 표면을 목표로 하는 일정한 온도로 유지할 수 있는 열원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 용사금형 제조방법을 제공한다. 상기와 같은 방법으로써 용사 패턴에 형성된 금속 용사층의 표면 온도 분포를 일정한 상태로 유지시키고 동일한 수의 아크 용사기를 사용하여 더 큰 용사 금형의 크기를 구현할 수 있다.The present invention provides a method of manufacturing a thermal spray mold by forming a metal thermal spray layer on a thermal spray pattern having a shape opposite to a desired shape, the process of preheating the thermal spray pattern to a desired temperature and forming a metal thermal spray layer. In maintaining the surface temperature of the metal sprayed layer at a desired temperature, the heating element is accommodated therein so as to be preheated to a desired temperature by placing a spray pattern on a holder configured to be adjustable to a desired temperature, thereby forming a metal sprayed layer. In the process, together with the arc sprayer provides a spray mold manufacturing method characterized in that used as a heat source that can be maintained at a constant temperature to the target surface of the metal spray layer. As described above, the surface temperature distribution of the metal spray layer formed on the thermal spray pattern may be maintained in a constant state, and a larger thermal spray mold may be embodied using the same number of arc thermal sprayers.
용사금형, 거치대, 발열체, 아크 용사기 Thermal spray mold, holder, heating element, arc sprayer
Description
본 발명은 용사를 이용하여 금형을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 특히 용사를 이용하여 금속 용사층을 형성하는 과정에서 용사패턴의 예열 및 금속 용사층 표면온도 조절 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for manufacturing a mold using a thermal spray, and more particularly, to a method of preheating a thermal spray pattern and adjusting a surface temperature of a metallic thermal spray layer in a process of forming a metallic thermal spray layer using thermal spraying.
일반적으로 플라스틱 사출 성형 금형, 프레스 금형, 다이 캐스팅 금형 등과 같은 금형들은 금속소재를 기계 가공하여 제조한다. 최근 경쟁이 치열하여짐에 따라, 금형 사용자는 제품의 조기 출시를 고려하여 가능한 한 금형의 신속한 공급을 요구하고 있다. 이로 인하여, 다양한 종류의 고속 금형 제조방법이 개발되고 있다.Generally, molds such as plastic injection molding molds, press molds, and die casting molds are manufactured by machining metal materials. As the competition intensifies in recent years, mold users are demanding the rapid supply of molds as much as possible in consideration of early product launch. For this reason, various kinds of high speed mold manufacturing methods have been developed.
이러한 고속 금형 제조방법 중 하나가 금속 용사 장치(metal thermal spraying device)이다. 금속 용사 장치는 제작하고자 하는 금형의 반대 형상을 갖는 소재(이하, '용사 패턴'이라 한다.)에 금속 용사층을 형성한다. 금속 용사층은 용사 패턴으로부터 분리되어, 그 후면을 에폭시 등과 같은 재료로 채워 금형으로 사용되는 것이다.One such high speed mold manufacturing method is a metal thermal spraying device. The metal spray device forms a metal spray layer on a material having a shape opposite to a mold to be manufactured (hereinafter, referred to as a “spray pattern”). The metal spray layer is separated from the thermal spray pattern, and the back surface is filled with a material such as epoxy to be used as a mold.
종래에는 용사 패턴으로 나무, 플라스틱, 합성 실리콘 등과 같은 재료가 사 용되고, 금속 용사층은 아연 또는 알루미늄과 같은 낮은 용융점을 갖는 금속이 사용된다. 한편 금속 용사층이 강(steel)과 같은 재료로 제작될 때, 금속 용사층 형성과정에서 금속 용사층의 변형이 거의 없도록 하기 위하여 금속 용사층의 온도는 고온에서 유지되어야 한다. 하지만 종래에 용사 패턴으로 사용되는 나무, 플라스틱, 합성 실리콘은 변형이 거의 없는 금속 용사층을 형성하기 위한 온도를 견딜 수 없다. 그래서 내열성이 있는 세라믹을 이용한 용사 패턴이 제작되고, 세라믹 용사 패턴 위에 금속 용사층을 형성하여 강을 소재로 하는 금형이 제작될 수 있다. 그러나 세라믹 용사패턴은 많은 제작 시간을 필요로 하고, 균열 등과 같은 결함이 발생할 뿐만 아니라 건조 또는 소결의 과정에서 일어나는 수축에 의한 치수 변형이 발생한다. 치수 정밀도가 중요한 금형에서, 특히 치수 변형은 최종적인 금형의 정밀성을 떨어뜨린다. 이로 인하여 용사 패턴은 세라믹을 대신하여 그라파이트로 제작되어 금형의 제작 단계를 줄일 수 있다.Conventionally, materials such as wood, plastic, synthetic silicon, and the like are used as a thermal spray pattern, and a metal having a low melting point such as zinc or aluminum is used as the metal thermal spray layer. On the other hand, when the metal sprayed layer is made of a material such as steel, the temperature of the metal sprayed layer should be maintained at a high temperature so that the metal sprayed layer hardly deforms during the formation of the metal sprayed layer. However, wood, plastic, and synthetic silicon, which are conventionally used as a thermal spray pattern, cannot withstand the temperature for forming a metal thermal spray layer with little deformation. Thus, a thermal spraying pattern using a ceramic may be manufactured, and a metal spray layer may be formed on the ceramic thermal spraying pattern to produce a metal mold. However, the ceramic thermal spray pattern requires a lot of manufacturing time, and not only defects such as cracks occur, but also dimensional deformation due to shrinkage that occurs during drying or sintering. In molds where dimensional precision is important, dimension deformation in particular degrades the final mold's precision. Because of this, the thermal spraying pattern is made of graphite in place of the ceramic can reduce the manufacturing step of the mold.
한편 용사 패턴은 금속 용사층이 형성되기 전에 적절한 온도로 예열되어 있어야 하고, 금속 용사층의 형성 과정에서 일정한 온도로 유지되어 금속 용사층이 변형되지 않도록 해야 한다.On the other hand, the thermal spray pattern should be preheated to an appropriate temperature before the metal thermal spray layer is formed, and should be maintained at a constant temperature during formation of the metal thermal spray layer so that the metal thermal spray layer is not deformed.
우선 용사 패턴의 예열은 가열로 또는 발열 장치에 의해 이루어진다. 일반적으로 용사 패턴은 별도의 가열로를 이용하여 미리 설정한 예열 온도보다 높은 온도로 가열되고, 더 높은 온도로 가열된 상태에서 용사패턴 거치대에 용사 패턴을 위치시킨다. 이때 설정한 예열 온도에 이르렀을 때, 용사 패턴에는 금속 용사층이 형성되기 시작한다. 한편 상기와 같은 가열로를 이용하는 것 대신에 별도의 발열 장 치가 이용될 수 있다. 용사 패턴이 용사패턴 거치대에 위치된 상태에서, 발열 장치는 용사 패턴의 상부에 열을 가하여 용사 패턴을 소정의 온도에 이르게 한 후에, 외부로 이동된다. 이때 소정의 온도를 갖는 용사 패턴에는 금속 용사층이 형성되기 시작한다. 그러나 가열로를 이용하는 경우에 용사 패턴은 가열된 상태에서 이동되는 것이 어렵고, 이동되더라도 손상될 수 있다는 위험이 있다. 아울러, 발열 장치를 이용하는 경우에 용사 패턴은 가열한 후에 발열장치를 이동시키는 번거로움이 있다. First, preheating of the thermal spray pattern is performed by a heating furnace or a heat generating device. In general, the thermal spray pattern is heated to a temperature higher than a preset preheating temperature by using a separate heating furnace, and the thermal spray pattern is placed on the thermal spray pattern holder in a state of being heated to a higher temperature. When the preheat temperature set at this time is reached, a metal spray layer starts to form in a thermal spray pattern. Meanwhile, instead of using the heating furnace as described above, a separate heating device may be used. In the state where the thermal spray pattern is located in the thermal spray pattern holder, the heat generating device heats the upper portion of the thermal spray pattern to reach the predetermined temperature, and then moves to the outside. At this time, the metal spray layer starts to be formed on the thermal spray pattern having a predetermined temperature. However, in the case of using a heating furnace, the thermal spray pattern is difficult to move in a heated state, and there is a risk that damage may occur even if it is moved. In addition, in the case of using the heat generating device, the thermal spraying pattern is troublesome to move the heat generating device after heating.
다음으로 금속 용사층의 표면 온도를 조절하는 방법은 다음과 같다. 금속 용사층을 형성하는 데에는 일반적으로 아크 용사기가 이용된다. 아크 용사기를 이용하여 금속 용사층이 형성될 때, 금속 용사층은 일정한 표면 온도를 유지하기 위하여 열원을 요구한다. 일반적으로 열원은 용사기로부터 용사 패턴에 도달하는 용융 금속이 열원이다. 따라서, 용사기의 출력에 따라 금속 용사층의 표면온도가 조절된다. 구체적으로 금속 용사층의 표면 온도가 설정된 온도보다 낮으면, 용사기의 출력을 높여 용융금속의 분사량을 증가시켜 금속 용사층의 표면 온도가 증가된다. 그러나 용사기는 용사 패턴의 표면 전체에 고르게 용융 금속을 분사시키지 못하여 금속 용사층의 표면 온도 차가 발생한다. 금속 용사층의 표면 온도 차가 50~100℃ 이상이면, 금속 용사층은 열변형으로 인해 굴곡지게 된다. 아울러, 용사기의 출력은 한정되어, 금속 용사층을 이용한 금형의 크기 또한 한정된다는 단점이 있다. Next, the method of adjusting the surface temperature of a metal sprayed layer is as follows. An arc sprayer is generally used to form the metal spray layer. When a metal spray layer is formed using an arc sprayer, the metal spray layer requires a heat source to maintain a constant surface temperature. In general, the heat source is a molten metal that reaches the thermal spray pattern from the thermal sprayer. Therefore, the surface temperature of the metal thermal spraying layer is adjusted in accordance with the output of the thermal spraying machine. Specifically, when the surface temperature of the metal sprayed layer is lower than the set temperature, the output of the thermal sprayer is increased to increase the injection amount of the molten metal to increase the surface temperature of the metal sprayed layer. However, the thermal spraying machine does not spray molten metal evenly over the entire surface of the thermal spray pattern, so that the surface temperature difference of the metal thermal spraying layer occurs. If the surface temperature difference of the metal sprayed layer is 50-100 degreeC or more, a metal sprayed layer will bend by heat deformation. In addition, the output of the thermal sprayer is limited, there is a disadvantage that the size of the metal mold using the metal spray layer is also limited.
본 발명은 용사 패턴에 금속 용사층을 형성하는 과정에 금속 용사층의 표면 온도 분포를 용이하게 일정한 상태로 유지시킬 수 있는 방법을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a method for easily maintaining a constant surface temperature distribution of the metal spray layer in the process of forming a metal spray layer on the thermal spray pattern.
아울러, 본 발명은 동일한 수의 아크 용사기를 사용하여 제조 가능한 용사 금형의 크기를 증가시킬 수 있는 용사 시스템을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a thermal spraying system that can increase the size of the thermal spraying mold can be manufactured using the same number of arc thermal spraying machine.
본 발명은 용사 금형을 제작하기 위하여 용사 중 금속 용사층의 표면온도를 목표하는 온도로 일정하게 유지하기 위한 방법에 있어서, 온도조절이 가능한 거치대에 용사 패턴을 두고 예열을 실시하여 용사를 개시하면서 아크 용사기의 출력 및 거치대의 온도를 조절함으로써 용사가 이루어지는 과정에서 금속 용사층의 표면온도가 목표하는 온도에 일정하게 유지될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 온도조절 방법을 제공한다.The present invention is a method for maintaining a constant surface temperature of the metal spray layer of the thermal spraying in order to produce a thermal spraying mold, the preheating is performed by placing a thermal spray pattern on the cradle which can be controlled temperature to start the thermal spraying It provides a temperature control method characterized in that by controlling the output of the thermal sprayer and the temperature of the cradle so that the surface temperature of the metal spray layer can be constantly maintained at the target temperature during the spraying process.
아울러, 본 발명은 제조하고자 하는 용사금형의 반대되는 형상으로 가공함으로써 금속 용사층을 형성할 수 있는 용사 패턴을 제조하는 단계; 상기 용사 패턴을 예열하고 상기 용사 패턴의 온도를 일정하게 유지하면서 최종적으로 상기 용사 금형으로 사용될 금속을 상기 용사 패턴에 용사함으로써 소정 두께의 상기 금속 용사층을 형성하는 단계; 및 상기 금속 용사층을 상기 용사 패턴으로부터 분리한 후, 그대로 이용하거나 백필링작업하여 상기 용사금형을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 용사패턴을 올려놓은 거치대의 내부에 발열체를 설치하고, 상기 발열체로부터 발생하는 열을 이용하여 상기 용사 패턴을 예열하고, 상기 거치대의 온도 및 아크 용사기의 출력을 조절하여 용사가 이루어짐에 따라, 상기 금속 용사층의 표면 온도를 설정한 대로 유지하는 것을 특징으로 하는 용사금형 제조과정에서의 온도 조절 방법을 개시한다.In addition, the present invention comprises the steps of preparing a thermal spray pattern capable of forming a metal thermal spray layer by processing to the opposite shape of the thermal spray mold to be manufactured; Preheating the thermal spray pattern and maintaining a constant temperature of the thermal spray pattern to finally spray the metal to be used as the thermal spray mold on the thermal spray pattern to form the metal thermal spray layer having a predetermined thickness; And separating the metal thermal spraying layer from the thermal spray pattern and using the same or backfilling to form the thermal spray mold, and installing a heating element in the holder on which the thermal spraying pattern is placed, from the heating element. The thermal spray pattern is preheated using the generated heat, and the thermal spraying is performed by adjusting the temperature of the cradle and the output of the arc thermal sprayer, and maintaining the surface temperature of the metal thermal spray layer as set. Disclosed is a temperature control method in a mold manufacturing process.
아울러, 상기 거치대는, 상기 발열체를 폐쇄하면서, 상기 용사 패턴이 지지되는 플레이트를 포함하되, 상기 발열체로부터 발생된 열은 상기 플레이트를 통하여 상기 용사 패턴으로 전달되는 것을 특징으로 하는 용사금형 제조과정에서의 온도 조절 방법을 개시한다.In addition, the cradle includes a plate on which the thermal spray pattern is supported while closing the heating element, wherein heat generated from the heating element is transferred to the thermal spray pattern through the plate. A temperature control method is disclosed.
또한, 상기 거치대는, 상기 발열체와 상기 플레이트 사이에 상기 용사 패턴의 온도를 측정하는 열전대; 및 상기 열전대에 의해 측정된 온도에 따라, 상기 발열체로부터 발생되는 열을 제어하여 상기 용사 패턴의 온도를 일정하게 유지시키는 온도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 용사금형 제조과정에서의 온도 조절 방법을 개시한다.In addition, the cradle, the thermocouple for measuring the temperature of the thermal spray pattern between the heating element and the plate; And a temperature controller controlling the heat generated from the heating element in accordance with the temperature measured by the thermocouple, thereby maintaining a constant temperature of the thermal spray pattern. do.
또한, 상기 용사금형 제조과정에서의 온도 조절 방법은, 열화상 카메라부가 상기 금속 용사층의 표면 온도를 감지하여 측정하는 단계; 온도 분석부가 상기 열화상 카메라부에 의해 감지되어 측정된 상기 금속 용사층의 표면 온도를 분석하는 단계; 아크 용사기 출력 제어부가 분석된 상기 금속 용사층의 표면 온도에 의해 상기 아크 용사기의 출력을 제어하기 위한 신호를 발생시키는 단계; 및 아크 용사기 제어부가 상기 아크 용사기 출력 제어부로부터 출력된 신호에 의해 상기 아크 용사기를 제어하여 상기 금속 용사층의 표면 온도를 일정하게 유지시키는 단계를 더 포 함하는 것을 특징으로 하는 용사금형 제조과정에서의 온도 조절 방법을 개시한다.In addition, the temperature control method in the thermal spraying mold manufacturing process, the thermal imaging camera unit measuring the surface temperature of the metal spray layer to measure; Analyzing a surface temperature of the metal thermal sprayed layer measured by the temperature analyzer by the thermal imaging camera; Generating, by the arc sprayer output controller, a signal for controlling the output of the arc sprayer by the surface temperature of the analyzed metal spray layer; And controlling, by the arc sprayer controller, the arc sprayer by a signal output from the arc sprayer output controller to maintain a constant surface temperature of the metal spray layer. Disclosed is a temperature control method in.
또한, 상기 용사금형 제조과정에서의 온도 조절 방법은, 세라믹 또는 그라파이트로 제작된 상기 용사 패턴을 이용하는 것을 특징으로 하는 용사금형 제조과정에서의 온도 조절 방법을 개시한다.In addition, the temperature control method in the thermal spray mold manufacturing process, the temperature control method in the thermal spray mold manufacturing process characterized in that using the thermal spraying pattern made of ceramic or graphite.
본 발명의 용사금형 제조과정에서의 온도 조절 방법에 따라 온도조절이 가능한 거치대에 용사 패턴을 위치하여 용이하게 가열하고 용사 패턴 및 용사 패턴에 형성되는 금속 용사층의 온도 분포를 일정하게 유지시킨다. 아울러, 거치대 내부의 발열체는 아크 용사기와 더불어 금속 용사층의 열원으로 작용함에 따라 아크 용사기만을 열원으로서 작용할 때보다 더 큰 금속 용사층을 형성시켜 더 큰 용사 금형을 제작할 수 있도록 한다. According to the temperature control method in the process of manufacturing a thermal spray mold of the present invention, the thermal spray pattern is placed on a holder that can be temperature-controlled to facilitate heating and maintain a constant temperature distribution of the thermal spray pattern and the metal spray layer formed on the thermal spray pattern. In addition, the heating element inside the cradle acts as a heat source of the metal spray layer together with the arc sprayer, thereby forming a larger metal spray layer than the arc sprayer only as a heat source, thereby manufacturing a larger spray mold.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용사금형 제조과정에서의 온도 조절 방법에 이용되는 용사 시스템(100)을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 용사 시스템(100)의 거치대(102)를 나타내는 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 용사 시스템(100)은 용사 패턴(101), 거치대(102) 및 아크 용사기(103) 를 포함한다.1 is a view showing the
용사 패턴(101)은 최종의 용사 금형과 반대 형상을 가지며, 그 형상에 따라 금속 용사층(111; 도 3에 도시됨)이 형성된다. 아울러, 용사 패턴(101)은 세라믹 또는 그라파이트로 이루어진다. The
거치대(102)는 용사 패턴(101)을 배치하고, 용사 패턴(101)에 열을 제공하여 용사 패턴(101)의 온도 분포를 일정하게 유지시킨다. 아울러, 거치대(102)는 발열체(121), 플레이트(123), 열전대(125) 및 온도 제어부(도시되지 않음)를 포함한다.The
발열체(121)는 거치대(102)의 내부에 수용된 상태이고, 이로부터 발생된 열은 용사 패턴(101)으로 전달되어 용사 패턴(101)을 가열한다. 이로 인해, 발열체(121)는 용사 패턴(101)에 형성된 금속 용사층(111)도 함께 가열하게 된다.The
플레이트(123)는 발열체(121)를 폐쇄하고, 용사 패턴(101)이 지지되어 거치대(102)상에 용사 패턴(101)이 배치되도록 한다. 한편, 발열체(121)로부터 발생된 열은 플레이트(123)를 통하여 용사 패턴(101)으로 전달된다. 따라서, 금속 용사층(111)은 발열체(121)에 의하여 일정한 온도 분포 상태로 유지될 수 있다. The
열전대(125)는 발열체(121)와 플레이트(123) 사이에 위치되어 용사 패턴(101)의 온도를 측정한다. The
상기 온도 제어부는 열전대(125)에 의해 측정된 온도에 따라, 발열체(121)로부터 발생되는 열을 제어하여 용사 패턴(101)의 온도 분포를 일정하게 유지시킨다. The temperature control unit maintains a constant temperature distribution of the
아크 용사기(103)는 거치대(102)에 배치된 용사 패턴(101)으로 금속을 용사시켜 일정한 두께를 갖는 금속 용사층(111)을 형성시킨다. 이때, 용사되는 금속은 용융된 상태이다. 아울러, 아크 용사기(103)는 또한 금속 용사층(111)의 온도 분포를 일정하게 유지시키는 데에 이용될 수 있다. 구체적으로 아크 용사기(103)는 용사 패턴(101)에 균일하게 용융된 금속을 용사시키거나, 아크 용사기(103)의 출력을 조절하여 금속 용사층(111)의 온도 분포를 일정한 상태로 유지하도록 제어할 수 있다. 한편, 용사 시스템(100)은 열화상 카메라부(104), 온도 분석부(105), 아크 용사기 출력 제어부(106) 및 아크 용사기 제어부(107)를 포함하며, 아크 용사기(103)를 이용한 금속 용사층(111)의 표면 온도를 제어할 수 있도록 한다. The
열화상 카메라부(104)는 금속 용사층(111)의 표면 온도를 감지하여 측정한다. 온도 분석부(105)는 열화상 카메라부(104)에 의해 감지되어 측정된 금속 용사층(111)의 표면 온도를 분석한다. 구체적으로 온도 분석부(105)는 금속 용사층(111)의 온도 분포를 분석하고 평균 온도를 산출한다. The thermal
아크 용사기 출력 제어부(106)는 분석된 금속 용사층(111)의 표면 온도에 의해 아크 용사기(103)의 출력을 제어하기 위한 신호를 발생시킨다. 아크 용사기 제어부(107)는 아크 용사기 출력 제어부(106)로부터 출력된 신호에 의해 아크 용사기(103)를 제어하여 금속 용사층(111)의 표면 온도 분포를 일정하게 유지시킨다. 따라서, 아크 용사기(103)는 측정된 금속 용사층(111)의 표면 온도가 기준치보다 낮은 경우에 그 출력을 증가시켜, 용융된 금속의 용사량이 증가하여 금속 용사층(111)의 표면 온도는 증가한다. 반면에 아크 용사기(103)는 측정된 금속 용사층(111)의 표면 온도가 기준치보다 높은 경우에 그 출력을 감소시켜, 용융된 금속의 용사양이 증가하여 금속 용사층(111)의 표면 온도를 감소시킨다. 아울러 아크 용사기(103)는 로봇(108)에 연결되고, 로봇(108)의 작동에 의하여 다양한 위치에 용융된 금속을 용사 패턴(101)으로 용사할 수 있다. The arc
한편 본 발명에서 거치대(102)의 발열체(121) 및 아크 용사기(103)를 이용하여, 금속 용사층(111)은 일정한 온도 분포로 유지되어 변형을 최소화하여 용사 금형(112)을 형성하는 데에 이용된다. 종래에는 아크 용사기(103)만을 이용하여 금속 용사층(111)의 온도 분포를 일정하게 유지하였으나, 본 발명에서는 아크 용사기(103)와 더불어 거치대(102)의 발열체(121)도 함께 이용되어 더 넓은 금속 용사층(111)을 형성할 수 있다. 이를 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 실시하였다.Meanwhile, in the present invention, using the
300㎜ × 300㎜ ×30㎜의 그라파이트 평판 및 500㎜ ×500㎜× 40㎜의 그라파이트 평판을 용사 패턴(101)으로 이용한 10㎜ 두께의 금속 용사층(111)을 형성하는 실험이다. 이때 거치대(102)의 발열체(121)의 효과를 확인하고자 동일한 크기의 용사 패턴(101)에 금속 용사층(111)을 형성할 때 아크 용사기(103)의 출력을 측정하였고, 금속 용사층(111)의 표면의 온도 차를 비교하고자 용사 패턴(101)의 중심부와 가장자리로부터 20㎜ 되는 지점에 열전대를 이용하여 온도를 측정하였다. 아울러, 용사에 이용된 용융된 금속은 0.8% 탄소강이고, 4대의 아크 용사기(103)를 이용하였으며, 용융된 금속을 용사하는 데에는 질소가스가 이용되었다. It is an experiment which forms the 10-mm-thick metal
하기의 표 1은 본 발명에 따른 거치대(102)의 발열체(121)의 작동 유무에 따른 용사 패턴(101)의 중심부와 가장자리의 온도 차 및 아크 용사기(103)의 출력 등을 나타내고 있다. 비교예 1 내지 비교예 3은 거치대(102)의 발열체(121)의 작동 없이 별도의 발열 장치를 이용하고, 용사 패턴(101)으로 용융된 금속을 용사할 때 외부로 별도의 발열 장치를 이동시켰다. 반면에 발명예 1 및 발명예 2는 거치대(102)의 발열체(121)를 용사 패턴(101)으로 용융된 금속을 용사할 때에도 작동시켰다. 여기에서 발열체(121)와 플레이트(123) 사이의 온도는 500℃로 유지되었고, 아크 용사기(103)의 최대출력은 400암페어이다.Table 1 below shows the temperature difference between the center and the edge of the
우선, 300㎜ × 300㎜의 그라파이트 용사 패턴을 이용한 비교예 1 및 발명예 1을 비교하면, 발열체(121)가 이용됨으로써, 용사 패턴(101)의 중심부와 가장자리의 온도차는 25℃에서 15℃로 감소되고, 아크 용사기(103)의 평균 출력이 210 암페어에서 160 암페어로 감소된다. First, when comparing Comparative Example 1 and Inventive Example 1 using a graphite spray pattern of 300 mm × 300 mm, the
다음으로, 500㎜ × 500㎜의 그라파이트 용사 패턴을 이용한 비교예 2 및 발명예 2를 비교하면, 발열체(121)가 이용됨으로써, 용사 패턴(101)의 중심부와 가장자리의 온도차는 50℃에서 25℃로 감소되고, 아크 용사기(103)의 평균 출력이 340 암페어에서 230 암페어로 감소된다. 한편, 실험에 이용된 아크 용사기(103)의 최대 출력이 400 암페어이다. 비교예 2에서 사용된 아크 용사기(103)의 출력은 340 암페어이고, 아크 용사기(103)의 최대 출력인 400 암페어에 근접함에 따라, 아크 용사기(103)만으로는 500㎜ × 500㎜의 용사 패턴(101)을 이용하여 금속 용사층(111)을 형성할 수 있다는 것을 예측할 수 있다. 한편, 아크 용사기(103)로부터 분사되는 용사 가스는 냉각매체로 작용하는 데, 비교예 3에서 용사 가스의 압력을 최소화하였지만 아크 용사기(103)의 출력을 20암페어 정도 줄이는 데 불과하여, 이에 따른 효과는 미약하다. Next, when comparing Comparative Example 2 and Inventive Example 2 using a graphite spray pattern of 500 mm × 500 mm, the
상기와 같은 비교를 살펴볼 때, 거치대(102)의 발열체(121)는 용사 패턴(101)의 중심부와 가장 자리의 온도차를 감소시켜 금속 용사층(111)의 표면 온도 분포를 일정한 상태로 유지시킬 수 있다. 아울러, 동일한 크기의 용사 패턴(101)을 이용하여 용사 금속층(111)을 형성할 때, 낮은 아크 용사기(103)의 출력을 이용하게 된다. 특히, 발명예 2는 본 실험에 이용된 용사 패턴(101)의 크기가 500㎜ × 500㎜로 한정되지만, 실험에 이용된 아크 용사기(103)의 최대출력에 170 암페어 정도 여유가 있다. 아울러, 비교예 1과 발명예 2를 비교하여 보면, 발명예 2의 용사 패턴(101)의 크기가 비교예 1보다 크지만, 용사 패턴(101)의 중심부와 가장자리의 온도차는 동일하고, 아크 용사기(103)의 출력은 거의 유사하다. 따라서, 발명예 2의 거치대(102)의 발열체(121)에 의해 용사 패턴(101)의 표면 온도를 일정하게 유지할 수 있고, 아크 용사기(103)의 출력에도 여유가 있기 때문에, 발명예 2는 적어도 500㎜ × 500㎜ 이상의 용사 패턴(101)에 적용할 수 있다. 즉, 발열체(121)는 용사 패턴(101)의 표면 온도 분포를 일정한 상태로 유지하여 용사 패턴(101)에 형성되는 금속 용사층(111)의 온도 분포 또한 일정하게 유지할 수 있어, 용사 금형(112)의 크기도 확장할 수 있거나 제약 없이 제작할 수 있도록 한다. Looking at the comparison as described above, the
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온도 조절 방법을 포함하는 용사금형(112) 제조과정을 나타내는 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용사 금형(112)이 제작되는 과정은 다음과 같다.3 is a view showing a process of manufacturing a
제조하고자 하는 용사 금형(112)의 반대되는 형상을 갖고 금속 용사층(111)이 형성되는 용사 패턴(101)을 제작하는 단계(S1)가 이루어진다. 이때, 용사 패턴(101)은 세라믹 또는 그라파이트로 이루어진다. A step (S1) of manufacturing a
용사 패턴(101)이 가열되고 일정한 온도 분포를 유지하면서, 용사 금형(112)으로 이용될 금속을 용사하여 금속 용사층(111)이 형성되는 단계(S2)가 이루어진다. 이때, 도 1 및 도 2에 도시된 용사 시스템(100)이 이용된다. 금속 용사층(111)이 용사 금형(112)에 이용됨에 따라, 금속 용사층(111)의 크기에 따라 용사 금형(112)의 크기가 결정되는 데, 본 발명의 용사 시스템(100)의 발열체 (121)및 아크 용사기(103)에 의해 금속 용사층(111)의 크기가 결정되고, 금속 용사층(111)이 설정한 대로 일정한 온도 분포를 갖게 된다. While the
용사 패턴(101)에 형성된 금속 용사층(111)이 용사 패턴(101)으로부터 분리되는 단계(S3)가 이루어진다. A step S3 of separating the
용사 패턴(101)으로부터 분리된 금속 용사층(111)을 그대로 이용하거나 백 필링작업을 하여 용사 금형(112)이 형성되는 단계(S4)가 이루어진다. 이로 인해, 일반적으로 용사 금형(112)은 용사 패턴(101)과 접촉한 금속 용사층(111)의 표면에 따른 형상을 이용한다. Step S4 is performed in which the
이상, 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it will be understood by those skilled in the art that various changes may be made without departing from the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용사금형 제조과정에서의 온도 조절 방법에 이용되는 용사 시스템을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a spray system used in the temperature control method in the process of manufacturing a spray mold according to a preferred embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 용사 시스템의 거치대를 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a cradle of the thermal spray system shown in FIG.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 온도 조절 방법을 포함하는 용사금형 제조과정을 나타내는 도면이다. 3 is a view showing a process of manufacturing a thermal spraying mold including a temperature control method according to a preferred embodiment of the present invention.
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