KR101805590B1

KR101805590B1 - 비닐코팅강판 성형용 금형의 제조방법

Info

Publication number: KR101805590B1
Application number: KR1020170107827A
Authority: KR
Inventors: 허정
Original assignee: 허정
Priority date: 2017-08-25
Filing date: 2017-08-25
Publication date: 2017-12-06
Also published as: KR20170101177A

Abstract

본 발명은 비닐코팅강판을 성형하기 위한 프레스 금형의 제조방법에 대한 것이다.
본 발명에서 제안하는 비닐코팅강판 성형용 금형의 제조방법은 비닐코팅강판을 성형하기 위한 금형의 성형부위의 표면에 미끄러운 질감을 갖는 마찰저감형 코팅층을 형성하고, 그 마찰저감형 코팅층은 금형을 바나듐과, 카본이 혼합된 염욕조에 담금질한 후, 송풍기로 건조하여서 금형의 표면에 VC중간층을 형성하는 단계; 상기한 단계를 거친 금형을 진공챔버에 넣고 VC중간층 위에 화학증착과 스퍼터증착을 혼용하여 아세틸렌과 카본의 혼합된 복합DLC코팅층을 형성하는 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 한다.

Description

비닐코팅강판 성형용 금형의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING METAL FORMING VINYL COATED STEEL SHEET}

본 발명은 비닐코팅강판을 성형하기 위한 프레스 금형의 제조방법에 대한 것이다.

비닐코팅강판(VCM: Vinyl Coated Metal)이란, 폴리머코팅강판(PCM: Polymer Coated Metal)의 표면에 비닐수지를 더 코팅한 강판으로, 저마찰, 표면광택, 부식방지가 우수하다. 이는 세탁기에 흔히 볼 수 있고, 전자기기나 자동차를 비롯하여 산업 전반에 널리 사용되고 있다.

비닐코팅강판은 상술한 바와 같이 표면에 비닐이 코팅되어 있어 프레스로 성형할 때 금형이 강판의 표면을 누르는 압력과 충격 그리고 마찰에 의해 강판표면의 비닐이 쉽게 찢어지기 때문에 프레스에 의한 성형에 따른 어려움이 있었다.

상술한 어려움을 극복하기 위해 종래의 일 예로 프레스의 금형 표면에 윤활유를 뿌려 성형하거나, 프레스의 가압을 상당히 천천히 하거나, 여러 번 나눠서 성형하기도 하였다.

그러나 상술한 방식은 성형과정을 수행하기 위한 사전작업이 상당히 번거롭고, 윤활유의 소비가 심하며, 성형속도가 느리고, 공정의 수가 늘어나 생산속도가 상당히 느려지는 문제점이 있었다.

특허공개공보 제10-2012-0074931호.

본 발명은 배경기술에서 언급한 종래의 문제점을 해결하기 위해 프레스 금형의 성형부위 표면에 대한 층의 구조를 개선하여 프레스에 의한 비닐코팅강판의 성형시 강판표면에 대한 비닐 찢김이 방지되도록 하려는데 그 목적이 있다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로 프레스 금형의 성형부위 표면에 미끄러운 질감을 갖는 마찰저감형 코팅층을 형성하는 것을 제안한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 프레스 금형의 가공부위 표면에 마찰저감형 코팅층을 형성함으로써, 금형의 성형부위 표면 자체를 미끄러운 상태로 형성하여 종래와 같이 윤활유를 뿌리거나, 프레스의 가압속도를 상당히 느리게 하거나, 여러 번 나눠서 하지 않아도 되는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시 예를 나타낸 예시도
도 2는 도 1의 또 다른 예시도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다. 다만, 첨부된 도면은 요부에 대한 설명의 편의를 위해 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시될 수 있고, 설명에 사용되는 용어 및 명칭은 사전적인 의미가 아닌 구성의 형상이나 작용, 역할 등에 의해 함축적으로 정해질 수 있으며, 위치에 대한 설명은 특별한 언급이 없는 한 도면을 기준으로 설명한다. 그리고 선등록된 공지기술 및 통상적 기술에 대한 구체적인 설명은 요지를 흐릴 수 있어 생략 또는 간단한 부호나 명칭으로 대체한다.

본 발명은 비닐코팅강판을 성형하기 위한 프레스의 금형을 대상으로 하고, 상기 금형은 도1과 같이 비닐코팅강판을 성형하기 위한 성형부위의 표면(10)에 미끄러운 질감을 갖는 마찰저감형 코팅층(20)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

제1실시 예로,

상기 마찰저감형 코팅층(20)은 DLC(Diamond-Like-Carbon)코팅층으로 이루어질 수 있다. 상기 DLC코팅층 형성의 일 예로 화학증착, 아크증착, 스퍼터증착, 증발증착, 이온플래이팅, 이온빔, 등에 의해 달성할 수 있다. 바람직하게는 상기의 공법 중 화학증착, 아크증착, 스퍼터증착 중 어느 하나로 구현하는 것이 이상적이다.

상기 아크증착을 이용한 DLC코팅층 형성의 일 예를 설명하면, 먼저 금형을 세척 및 플라즈마로 세정한 다음, 금형을 챔버 내 시료대에 안착 후, 진공펌프에 의해 챔버의 내부를 진공상태로 형성한 다음, 가스주입구를 통해 챔버의 내부에 아르곤가스를 주입하고, 챔버의 내부에 구비되는 필라멘트로 내부의 온도를 상승시키며, 챔버 내 주벽에 장착되는 카본타켓에 양의 전압과 음의 전압을 인가하고, 시료대에 음의 전압을 인가하여서, 금형의 표면에 DLC코팅층을 형성시킬 수 있다.

다음으로, 화학증착을 이용한 DLC코팅층 형성의 일 예를 설명하면, 먼저 금형을 세척 및 플라즈마로 세정한 다음, 금형을 챔버 내 시료대에 안착 후, 진공펌프에 의해 챔버의 내부를 진공상태로 형성한 다음, 가스주입구를 통해 챔버의 내부에 카본가스를 주입하고, 챔버의 내부에 구비되는 필라멘트로 내부의 온도를 상승시키며, 시료대에 음의 전압을 인가하여서, 금형의 표면에 DLC코팅층을 형성시킬 수 있다.

다음으로, 스퍼터증착을 이용한 DLC코팅층 형성의 일 예를 설명하면, 먼저 금형을 세척 및 플라즈마로 세정한 다음, 금형을 챔버 내 시료대에 안착 후, 진공펌프에 의해 챔버의 내부를 진공상태로 형성한 다음, 가스주입구를 통해 챔버의 내부에 아르곤가스를 주입하고, 챔버의 내부에 구비되는 필라멘트로 내부의 온도를 상승시키며, 챔버 내 주벽에 장착되는 카본타켓에 음의 전압을 인가하고, 시료대에 음의 전압을 인가하여서, 금형의 표면에 DLC코팅층을 형성시킬 수 있다.

상기와 같이 형성된 DLC코팅층은 표면의 질감이 상당히 미끄러운 상태가 되므로, 종래와 같이 금형에 별도의 윤활유를 뿌리지 않아도 상기 DLC코팅층 자체가 윤활작용을 하게 되어 윤활유를 뿌리지 않고도 VCM을 성형할 수 있는 효과가 있다. 이는 프레스에 의한 VCM의 성형시 종래와 같은 사전작업을 배제할 수 있고, 성형과정을 프레스의 가압을 상당히 천천히 하거나, 여러 번 나눠서 성형하기도 하지 않아도 되므로 종래에 비해 생산성이 월등하게 향상되는 장점이 있다.

그러나 제1실시 예는 증착 방식에 의해 서로 장단점이 있다. 예를 들어 코팅된 면의 성질에 있어 표면조도는 화학증착, 스퍼터증착, 아크증착 순으로 좋고, 밀착성은 아크증착, 스퍼터증착, 화학증착, 순으로 좋다. 상기의 표면조도는 윤활성과 연관성이 있고, 밀착성은 성형의 완성도와 연관성이 있다. 이에 스퍼터증착으로 증착할 경우 윤활성과 밀착성이 비교적 양호하여 성형시 비닐이 찢질 우려가 적으나 대면적 코팅의 경우 성막의 균일성이 낮고, 성막 속도가 떨어지는 단점이 있으며, 아크증착으로 증착할 경우 성형의 밀착성은 좋으나 윤활성이 떨어져 불량이 잦으며, 화학증착으로 증착할 경우 밀착력을 만족시킬 수 없는 문제점을 내포하고 있다. 그러므로 제1실시 예를 적용하여 VCM을 성형할 경우 DLC코팅층은 스퍼터증착으로 코팅하되, 금형의 가공부위 표면에 윤활유를 뿌려가면서 성형하는 것을 권장한다. 그렇다 하더라도 제1실시 예는 종래의 윤활유에 의존한 성형방식에 비해 윤활유의 소비가 적고 윤활유에 대한 의존도를 낮출 수 있는 이점은 여전하다. 하기의 제2실시 예는 상술한 제1실시 예의 문제점을 완전하게 극복하기 위해 제안된 것이다.

제2실시 예로,

상기 마찰저감형 코팅층은 증착방식을 혼용한 복합DLC코팅층으로 이루어질 수 있다. 상기 복합DLC코팅층 형성의 일 예로 화학증착과 스퍼터증착을 혼용하여 형성할 수 있다. 상기의 혼용방식의 일 예를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 금형을 세척 및 플라즈마로 세정한 다음, 금형으로 챔버 내 시료대에 안착 후, 진공펌프에 의해 챔버의 내부를 진공상태로 형성한 다음, 가스주입구를 통해 챔버의 내부에 아세틸렌가스와 아르곤가스를 공급하고, 챔버의 내부에 구비되는 필라멘트로 내부의 온도를 상승시키며, 챔버 내 주벽에 장착되는 카본 타켓에 음의 전압을 인가하고, 시료대에 음의 전압을 인가하여서, 금형의 표면에 복합DLC코팅층을 형성시킬 수 있다.

상기의 아세틸렌은 코팅의 균일성과 표면조도 및 성막 속도를 향상시키기는 작용을 한다. 따라서 제2실시 예는 제1실시 예보다 윤활성과 균일성이 모두 향상된다. 그러므로 제2실시 예를 적용하여 VCM을 성형하게 되면, 제1실시 예에 따른 윤활유의 사용을 더욱더 낮출 수 있을 뿐 아니라, 비닐 찢김에 의한 불량 및 성형에 대한 불량의 문제점이 완전하게 해소된다.

그러나 제1실시 예 및 제2실시 예는 금형의 표면에 코팅층이 바로 형성되므로 프레스에 의한 성형방식의 특성상 압력, 충격, 밀착에 의해 장기간 사용시 표면코팅층이 벗겨질 수 있는 문제점을 내포하고 있다. 하기의 제3실시 예는 이러한 문제점을 해소하기 위해 제안된 것이다.

제3실시 예로,

상기 마찰저감형 코팅층은 도2와 같이 금형의 성형부위의 표면(10)에 중간층(30)을 형성하고 그 중간층 위에 마찰저감형 코팅층(10)이 형성될 수 있다. 상기 중간층 형성의 일 예로 아크증착을 들 수 있다. 상기 아크증착을 이용한 중간층 형성의 일 예를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 금형을 세척 및 플라즈마로 세정한 다음, 금형을 챔버 내 시료대에 안착 후, 진공펌프에 의해 챔버의 내부를 진공상태로 형성한 다음, 가스주입구를 통해 챔버의 내부에 아르곤가스를 공급하고, 챔버의 내부에 구비되는 필라멘트로 내부의 온도를 상승시키며, 챔버 내 주벽에 장착되는 크롬, 질화크롬, 티탄, 질화티탄 중 어느 하나로 되는 타켓에 양의 전압과 음의 전압을 인가하여 아크 방전시키고, 시료대에는 음의 전압을 인가하여서, 금형의 표면에 중간층을 형성시킬 수 있다.

상기의 중간층은 금형과 코팅층 사이의 결착력을 향상시키기는 작용을 한다. 또한 증착과 타켓물질의 특성에 의해 코팅층에 비해 쿠션을 갖는 질감으로 형성된다. 이는 밀착력을 상당하게 향상시킬 수 있는 기능을 하고, 윤활성을 증대시킬 수 있는 기능을 한다. 따라서 제3실시 예를 적용하여 VCM을 성형하게 되면, 장기간 성형하더라도 금형의 코팅층의 쉽게 벗겨지지 않게 되므로 제1실시 예 및 제2실시 예의 문제점을 완전하게 해소할 수 있을 뿐 아니라, 비닐의 찢김 현상이 더욱더 줄고, 성형의 완성도가 더욱더 향상된다.

그러나 제3실시 예는 증착에 의한 중간층으로 이루어져 코팅층보다 쿠션감이 있지만 증착의 특성에 의해 다소 매끈한 질감의 성질을 갖는다. 이는 중간층을 형성하지 않고 바로 코팅층을 형성하는 것보다 결착력이 낫지만 더 오랜 시간의 반복적인 성형이 이루어질 때 결과적으로 코팅층이 깨져 벗겨질 수 있는 문제점을 내포하고 있다. 하기의 제4실시 예는 이러한 문제점을 해소하기 위해 제안된 것이다.

제4실시 예로,

상기 마찰저감형 코팅층(20)은 도2와 같이 중간층(30) 위에 형성되되, 그 중간층은 VC(Vanadium-Carbon)중간층으로 이루어질 수 있다. 상기 VC중간층 형성의 일 예로 TD(Thermo Diffusion :용융염탄화물피복법)을 들 수 있다. 상기 TD를 이용한 VC중간층 형성의 일 예를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 금형을 세척, 세정, 예열한 다음, 바나듐과, 카본이 혼합된 염욕조에 담금질한 후, 송풍기로 건조하면 VC중간층을 형성할 수 있다.

상기의 VC중간층은 제3실시 예의 중간층과 달리 카본물질이 혼합되어 있는데 이는 DLC코팅층의 카본과 탁월한 결착력을 발휘한다. 또한 열확산 및 담금질 작용으로 금형과 VC중간층의 결착력이 우수하다. 또 송풍건조에 의해 VC중간층의 질감이 부드러워 쿠션기능이 더욱 향상되고, 표면 질감이 거칠어 코팅층과의 결착력이 더욱더 향상된다. 따라서 제4실시 예를 적용하여 VCM을 성형하게 되면, 장기간 성형하더라도 금형의 코팅층의 깨지거나 벗겨지지 않게 되므로 제3실시 예보다 더욱더 수명을 오래 유지할 수 있게 된다. 그리고 제1 내지 제3실시 예보다 비닐의 찢김 현상이 더욱더 줄고, 성형의 완성도가 더욱더 향상된다.

이상으로 본 발명에 대한 설명을 모두 마치며, 본 발명에 해당하는 기술분야의 당업자라면 본 발명의 구체적인 내용 및 첨부되는 도면으로부터 본 발명에서 추구하고자 하는 사상을 충분히 파악할 수 있을 것으로 보이고, 이를 기반으로 다양한 응용 및 변경하여 산업적으로 유용하게 이용 가능할 것이다.

10: 금형의 성형부위 표면
20: 마찰저감형 코팅층
30: 중간층

Claims

비닐코팅강판을 성형하기 위한 금형의 성형부위의 표면에 미끄러운 질감을 갖는 마찰저감형 코팅층을 형성하고, 그 마찰저감형 코팅층은 금형을 바나듐과, 카본이 혼합된 염욕조에 담금질한 후, 송풍기로 건조하여서 금형의 표면에 VC중간층을 형성하는 단계; 상기한 단계를 거친 금형을 진공챔버에 넣고 VC중간층 위에 화학증착과 스퍼터증착을 혼용하여 아세틸렌과 카본의 혼합된 복합DLC코팅층을 형성하는 단계;를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는 비닐코팅강판 성형용 금형의 제조방법.