KR101557632B1 - 차량용 스프링 도장 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 스프링 도장 방법에 관한 것으로, 그 목적은 스프링에 도장시 수절건조단계와 경화건조로를 통한 경화건조 단계를 겸하는 매우 짧은 시간동안의 저항가열 단계를 적용하여 스프링에 남아 있는 잠열을 이용하여 대기중에서 경화시킴으로써 쇼트피닝 상태보다 잔류응력이 감소하는 것을 방지하여 피로수명 저하를 예방하고, 인산아연 전처리된 피막입자의 훼손 및 도막과의 부착력 저하를 방지하여 내부식성을 증대시키고, 생산속도를 향상시킨 스프링 도장 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 구성은 스프링 표면에 쇼트 피닝 하는 단계(S10)와; 이후 스프링 표면에 인산아연 전처리하는 단계(S20)와; 이후 스프링을 저항가열하는 단계(S30)와; 이후 스프링 표면에 분체 도장하는 단계(S40)와; 이후 스프링을 대기중에서 자연 경화 건조하는 단계(S50);로 이루어진 차량용 스프링 도장 방법을 발명의 특징으로 한다.

Description

차량용 스프링 도장 방법{Method for coating spring of vehicle}

본 발명은 차량용 스프링 도장 방법에 관한 것으로, 자세하게는 쇼트피닝 및 인산아연 전처리를 실시한 스프링을 저항가열기에 투입하여 저항가열을 실시하고, 가열직후 분체도장을 실시하여 잠열을 이용 자연 경화건조하여 도장하는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 제품의 부식을 막거나 모양을 내기 위해 전 산업분야에서는 다양한 도장이 행해지고 있다. 이에 따라 다양한 도장방법이 존재하는데 대표적인 것으로 용제와 도료를 혼합하여 사용하는 도장방법과 용제를 사용하지 않는 분체도장 등이 있다.

특히 분체 도장은 용제를 사용하지 않기 때문에 환경오염의 문제가 적고, 휘발성 용제를 사용하지 않음으로써 화재의 위험성도 적고, 1회 도포로 소정의 막 두께를 얻을 수 있어서 도장 공정이 단축되고, 시너(용제)와 도료의 혼합작업 등이 필요 없어 작업성이 좋고 자동화하기 쉽고, 미 사용된 도료의 회수후 재사용이 가능하여 경제적이서 광범위하게 사용되고 있다.

이 때문에 차량용 스프링을 포함한 금속 제품의 도장방법으로 분체도장이 많이 사용되고 있다.

도 4는 종래의 스프링의 도장방식을 나타낸 공정도로, 도시된 단계는 전처리 단계로 템퍼링을 거친 이후의 일반적인 스프링 도장 공정을 나타내고 있다.

종래의 방식은 크게 쇼트피닝 처리(S500)를 실시한 금속표면에 인산아연 피막처리 하는 단계(S510)와, 상기 금속 표면에 물기를 건조하기 위한 수절 건조 단계(S520)와, 상기 금속 표면에 분체 도장하는 단계(S530)와, 상기 금속 표면의 도장을 경화건조 시키는 도장 건조 단계(S540)로 구성된다. 여기서 스프링이라 함은 주로 차량의 현가장치 등에 사용되는 스테빌라이저 바, 코일스프링, 판 스프링 등을 말하나 기타 스프링 또는 일반 금속의 분체 도장에도 적용될 수 있다.

구체적으로 설명하면, 도장공정 전에 템퍼링(열처리) 공정에 의해 열처리된 스프링의 표면에 쇼트 피닝 단계(S500)가 실시된다. 이로써, 스프링에 압축 잔류 응력이 부여되어 쇼트피닝 전 스프링 보다 월등하게 내구 피로 수명이 증가한다.

이후 인산아연 전처리 단계(S510)에서는 쇼트 피닝된 스프링의 표면 이물질 세척 및 인산아연 전처리 입자가 표면에 생성된다.

이후 100도에 가까운 수절건조 단계(S520)를 거치면서 스프링 표면의 수분을 제거하여 분체도장시 수분의 접촉으로 인한 도장 외관불량 및 들뜸, 부풀음이나 도장밀착력 저하를 방지하게 된다.

이후 분체도료를 스프링 표면에 분사하는 분체도장 단계(S530)를 거친다.

이후 분체도장이 끝나면 경화건조로를 통과하는 경화건조 단계(S540)를 거치는데 이 단계에서는 스프링의 표면 온도가 미리 설정된 180 ∼ 200 ℃ 의 범위에서 10분 이상 유지되는 조건으로 도장경화를 실시하게 된다.

상기에서 쇼트 피닝(shot peening)이란 금속 표면에 작은 주강(鑄鋼)의 입자 또는 짧게 자른 강선을 공기 압력이나 원심력을 이용하여 분사시켜 표면의 산화막을 제거함과 동시에 잔류 압축력을 발생시켜 표면을 딱딱하게 함으로써 피로 강도를 향상시키는 전처리 방법이다.

또한 상기에서 인산아연(phosphating) 전처리 방법은 아연을 인산염에 침지한 금속표면에 불용성 인산염의 피막을 형성시키는 방법으로 도장품의 바탕재로 사용되어 도료의 밀착성을 향상, 내식성 향상, 표면의 성상을 개선을 위한 전처리 방법이다.

하지만 상기와 같은 종래의 분체도장 공정을 거쳐 도장할 경우 인산아연 전처리 후 금속표면의 수분을 제거하는 수절건조 단계와 분체도장 후 200 ℃에 가까운 온도에서 1시간 이상의 긴시간 동안 통과하는 경화건조 단계로 인하여 초기 쇼트피닝 상태보다 잔류응력이 감소하고, 그로인한 스프링의 피로수명 저하가 나타날 수 있는 문제점이 있다.

또한 높은 온도에서의 장시간 열처리로 인한 인산아연 전처리 피막입자의 훼손 및 도막과의 부착력 저하로 향 후 내부식성 저하로 주행 중 자갈 칩핑에 의한 도막 손상시 부식확산 속도가 증가하여 스프링이 조기 절손될 수 있는 위험성을 내포하고 있다.

또한 경제적으로는 생산성 감소와 공정별 온도유지를 위한 비용상승 및 넓은 공간 사용으로 인한 공간활용도 감소, 정전이나 라인 정지 등으로 인한 온도유지시간 부족에 따른 도장품질(밀착력, 광택도, 외관) 저하 등의 불량품이 발생할 수 있는 문제점들이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 생산비용 절감이나 생산성 향상을 위한 공법연구가 활발히 진행되고 있으며, 이를 통한 생산라인 재배치와 공간활용도 증가가 업체의 가장 큰 이슈로 대두대고 있다.

구체적으로 국내 및 선진 각국에서는 저온에서도 경화될 수 있는 도료 개발과 생산라인의 컨베어 가동속도 증가, 도장 고리 간격을 줄여 시간당 생산량을 늘리는 방법, 가스 사용 대신 자외선(UV)이나 적외선(IR)을 사용하여 도장 경화 시간을 단축하는 연구들이 이루어지고 있는 실정이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 스프링에 도장시 수절건조단계와 경화건조로를 통한 경화건조 단계를 겸하는 매우 짧은 시간동안의 저항가열 단계를 적용하여 스프링에 남아 있는 잠열을 이용하여 대기중에서 경화시킴으로써 쇼트피닝 상태보다 잔류응력이 감소하는 것을 방지하여 피로수명 저하를 예방하고, 인산아연 전처리된 피막입자의 훼손 및 도막과의 부착력 저하를 방지하여 내부식성을 증대시키고, 생산속도를 향상시킨 스프링 도장 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 스프링 표면에 쇼트 피닝 하는 단계와; 이후 스프링 표면에 인산아연 전처리하는 단계와; 이후 스프링을 저항가열하는 단계와; 이후 스프링 표면에 분체 도장하는 단계와; 이후 스프링을 대기중에서 자연 경화 건조하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 스프링 도장 방법을 제공함으로써 달성된다.

바람직한 실시예로, 상기 저항가열하는 단계는 저항가열기를 이용하여 스프링의 내부 및 표면을 100 ~ 180 ℃로 가열하는 단계일 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 스프링 가열을 20초 ~ 5분 동안 유지할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 스프링 표면에 쇼트 피닝 하는 단계 이전에 스프링을 성형하는 단계와 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 자연 경화 건조하는 단계는 상기 저항가열하는 단계에서 가열된 스프링의 잠열을 이용하여 분체 도료를 경화시키는 단계일 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 스프링은 현가장치용 코일스프링, 스테빌라이저 바, 판스프링 중 어느 하나일 수 있다.

상기와 같은 특징으로 갖는 본 발명은 인산아연 전처리 후 스프링 표면 수절건조 단계와 분체도장 후 이루어지는 경화건조로를 통한 장시간의 도장경화 단계를 생략하고 짧은 시간동안의 저항가열 단계를 적용하여 인산아연 전처리 후 스프링에 남아 있는 잠열을 이용하여 대기중에서 자연 경화시켜 기존 스프링 분체도장 공정 과 대비 동등 이상의 도장 품질을 유지하였다는 장점과,

또한 수절건조 단계와 분체도장 후 경화건조로를 통한 장시간의 도장경화 단계를 겸하는 저항가열 단계를 적용함으로써 쇼트피닝 상태보다 잔류응력이 감소하는 것을 방지하여 피로수명 저하를 예방하고, 인산아연 전처리된 피막입자의 훼손 및 도막과의 부착력 저하를 방지하여 내부식성을 증대시켰다는 장점과,

또한 스프링의 분체 도장 공정에 저항가열 단계를 적용하여 인산아연 전처리 후 수절건조 단계와 분체도장 후 경화건조 단계를 삭제함으로써 전체 공정 중 열처리 시간을 종래 1시간 30분 정도에서 5분 이내로 단축시켜 생산성을 획기적으로 증대시켰다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 저항가열 방법이 적용된 스프링 도장 공정도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 스프링의 열처리시 사용되는 저항가열 설비를 보인 예시도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 저항가열된 스프링을 도장 후 잠열을 이용해 자연 경화하는 것을 보인 예시도이고,
도 4는 종래 스프링의 도장방식을 나타낸 공정도이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 저항가열 방법이 적용된 스프링 도장 공정도이다.

본 발명은 스프링을 분체 도장 하기 전에 스프링을 저항가열기를 이용 온도를 상승시킨 상태에서 분체 도장 후 스프링에 남아 있는 잠열을 이용하여 대기중에서 자연 건조상태로 경화시킴으로써 종래처럼 경화건조로를 길게 설치하거나 온도를 올려주지 않아도 되는 스프링 도장방법이다. 여기서 본 발명의 도장방법의 주된 대상이 되는 스프링이라 함은 차량의 현가장치 등에 사용되는 스테빌라이저 바, 코일스프링, 판 스프링을 말하는 것이지만 더 나아가서는 모든 스프링일 수 있다.

또한 본 발명의 스프링 도장 방법은 스프링 뿐만 아니라 분체 도장이 행해지는 일반 금속에도 적용될 수 있음은 물론이다.

또한 본 발명에 따른 도장공정에 공급되는 스프링은 그 이전 단계로 성형 공정과 템퍼링(열처리) 공정을 거쳐 공급된 스프링이다.

구체적으로 본 발명에 따른 스프링 도장방법은 먼저, 성형단계와 열처리단계를 거친 스프링의 표면에 쇼트 피닝 하는 단계(S10)를 가진다. 이 단계를 거침으로써 스프링에 압축 잔류 응력이 부여되고, 이로 인해 쇼트피닝 전 스프링 보다 월등하게 내구 피로 수명이 증가하게 된다.

이후 인산아연 전처리 단계(S20)를 가진다. 이를 통해 쇼트피닝된 스프링 표면의 이물질을 세척함과 동시에 스프링 표면에 인산아연 전처리 입자가 고르게 피막되게 된다.

이후 곧바로 스프링 저항가열 단계(S30)를 가지게 된다. 이 저항가열 단계는 미도시된 로봇 자동라인을 이용 저항가열기로 스프링을 이동시켜 100 ~ 180 ℃의 온도 구간에서 저항가열하는 단계이다. 이단계에 의해 스프링 표면의 수분을 제거함과 동시에 스프링 내부 및 표면 온도를 상승시켜 후행하는 분체도장 단계 후 대기중에서 자연 건조 단계에서 스프링 표면에 묻은 분체 도료가 녹으면서 경화건조가 이루어지게 된다. 즉 이러한 본 발명의 저항가열단계는 종래 수절건조로를 통과하는 30분 정도의 시간을 단축할 수 있고 또한 경화건조 단계에서 200 ℃에 가까운 온도의 건조로를 통과하면서 소요되는 1시간 이상의 긴시간을 단축하게 된다.

이때 유의할 점은 도장과 관련된 사전 열처리 개념의 저항가열 온도범위가 반드시 100 ~ 180 ℃ 사이에서 실시되고 관리되어야 한다는 점이다. 100 ℃ 미만 온도로 저항가열을 실시할 경우 스프링 표면의 수분이 마르지 않을 위험성이 있어 이후 연계되는 분체도장 공정에서 외관 불량이나 부풀음 등의 불량이 발생할 위험이 높으며, 특히 180 ℃ 보다 높은 온도인 200 ℃를 넘어갈 경우 잔류응력이 손실되는 임계온도에 가까워져 스프링의 특성이 사라지고 내구수명이 현저하게 감소될 수 있기 때문이다.

특히 고응력 코일스프링의 경우는 더욱 잔류응력값이 중요하므로 반드시 저항가열 온도범위를 사용하는 도료의 특성에 맞추어 최소한의 온도로 작업해야 한다.

또한, 스프링과 도장사이의 결합력을 향상시켜 주는 인산아연 전처리 입자의 기능이 훼손되어 초기 부착성 저하나 향후 주행 중 자갈칩핑에 의한 도막훼손 후 부식속도가 증가되어 조기절손 발생의 위험성이 높아질 수 있기 때문이다.

상기 저항 가열 단계는 20초~5분 사이에서 처리한다. 20초 미만이면 내부까지 100 ~ 180℃에 도달되지 못해 스프링 표면의 수분이 마르지 않을 수 있어 분체도장과의 밀착력 저하 및 도장부풀음을 유발할 수 있고, 5분보다 많으면 잔류응력이 손실되는 임계온도 이상으로 온도가 상승될 수 있어 스프링의 특성이 사라지고 내구수명이 현저하게 감소될 수 있기 때문이다.

상기 저항가열 단계(S30)가 종료되면 분체도장 단계(S40)로 바로 연결되어 스프링 표면에 스프레이 방식으로 분체 도료를 분사하게 된다. 특히 본 발명에 따른 저항가열의 경우 가스를 이용한 분위기로와 달리 잠열을 이용하므로 온도 냉각속도가 느려 분체 도장 이후 대기중에서도 경화온도 및 경화유지시간이 충분이 나오게 되며, 또한 스프링 부위별로 온도편차가 적어 균일한 품질의 도장 밀착력을 나타낼 수 있는 안정성을 가지게 된다.

상기 분체도장 단계(S40)를 지나면 잠열을 이용하여 대기중에서 경화 건조하는 단계(S50)을 가진다. 이때의 경화 건조단계는 종래 스프링 도장 공정 중의 경화건조 단계와 달리 별도의 경화건조로가 필요치 않는 경화건조 단계라는 것이 큰 차이점이다.

그 이유는 본 발명이 분체도장 단계 이전에 행해지는 상기 저항가열 단계를 가지기 때문인데, 이 저항가열단계는 스프링 표면 온도만 상승시키는 것이 아닌 내부를 포함한 스프링을 구성하는 금속 전체의 온도를 상승시킴으로 저항가열 이후에도 장시간 동안 동일한 온도가 지속되어 종래 스프링 도장 공정 중의 경화건조 단계를 생략하고서도 잠열을 이용해 분체도장 이후 추가 공정 없이 스프링을 대기 중에 방치한 상태에서 도장 경화를 진행시킬 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 스테빌라이저 바의 저항가열기 설비를 나타내고 있다. 도시된 설비는 스프링의 한 실시형태인 스테빌라이저 바에 사용되는 저항가열기로 그 구조를 보면 스테빌라이저 바의 양쪽 끝을 에어식 접촉지그로 고정시킨 후 저항가열을 실시하도록 구성된다. 가열방식은 저항가열의 전압 및 시간을 조절하여 온도를 제어할 수 있는 구조로 이루어져 있다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 저항가열에 의해 스프링 온도를 상승시킨 후 분체도장을 실시한 제품(스테빌라이저 바)에 대하여 대기 중에서 경화를 시키고 있는 상태를 보여주고 있다.

이하 표 1은 상기와 같은 경화단계를 지난 후 본 발명의 스프링과 기존 도장방법에 따른 경화 건조로를 통과한 제품과의 도장 품질을 비교 실시한 결과이다.

표 1에 나타난 결과와 같이 본 발명의 공정에 따른 신규 공법(저항가열법)은 기존의 양산방법을 이용해 장시간 경화한 제품(열풍가열로 사용)과 비교하여 동등한 결과를 나타내고 있으며, 특히 도막의 경화정도를 나타내는 방법의 하나인 연필경도에 있어서는 기존보다 우수한 경도를 나타내고 있는 것을 알 수 있다.

[표 1]

(저항가열 후 대기에서 자연 경화된 본 발명 도장 제품과 종래 경화건조로(열풍건조로)에서 경화된 도장 제품의 품질비교)

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (6)

1. 스프링 표면에 쇼트 피닝 하는 단계(S10)와;
   이후 스프링 표면에 인산아연 전처리하는 단계(S20)와;
   이후 스프링을 저항가열하는 단계(S30)와;
   이후 스프링 표면에 분체 도장하는 단계(S40)와;
   이후 스프링을 대기중에서 자연 경화 건조하는 단계(S50);로 이루어지되,
   상기 저항가열하는 단계는 저항가열기를 이용하여 스프링의 내부 및 표면을 100 ~ 180℃로 가열하는 단계인 것을 특징으로 하는 차량용 스프링 도장 방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서
   상기 스프링 가열을 20초 ~ 5분 동안 유지하는 것을 특징으로 하는 차량용 스프링 도장 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서
   상기 스프링 표면에 쇼트 피닝 하는 단계 이전에 스프링을 성형하는 단계와 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 스프링 도장 방법.
   
5. 청구항 1에 있어서
   상기 자연 경화 건조하는 단계(S50)는 상기 저항가열하는 단계에서 가열된 스프링의 잠열을 이용하여 분체도료를 경화시키는 단계인 것을 특징으로 하는 차량용 스프링 도장 방법.
   
6. 청구항 1에 있어서
   상기 스프링은 현가장치용 코일스프링, 스테빌라이저 바, 판스프링 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 차량용 스프링 도장 방법.

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