KR101957546B1

KR101957546B1 - 쇼트 처리 방법

Info

Publication number: KR101957546B1
Application number: KR1020147025707A
Authority: KR
Inventors: 유지 고바야시; 아키노리 마츠이
Original assignee: 신토고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2019-03-12
Also published as: KR20150027035A; JP6107821B2; US10022839B2; CN104169047A; TWI605909B; TW201347919A; US20150151404A1; IN2014DN07675A; CN104169047B; JPWO2013175660A1; MX2014011214A; MX359845B; DE112012006404T5; WO2013175660A1

Abstract

먼저, 판정 공정에서는, 금형(40)의 수냉 구멍(42)의 표면에서의 질화층의 유무가, 와전류 센서(46)를 이용하여 판정부(48)에서 판정된다. 다음으로, 쇼트 공정에서는, 판정 공정의 판정 결과가 질화층 무(無)인 경우에는 금형(40)의 모재에 따라 설정된 쇼트 조건으로 금형(40)의 수냉 구멍(42)의 표면에 쇼트 피닝 처리를 실시하고, 판정 공정의 판정 결과가 질화층 유(有)인 경우에는 질화층 유(有)인 상태를 유지하는 쇼트 조건으로 금형(40)의 수냉 구멍(42)의 표면에 쇼트 피닝 처리를 실시한다.

Description

쇼트 처리 방법{SHOT PEENING METHOD}

본 발명은 쇼트 처리 방법에 관한 것이다.

금형의 냉각수 통로(수냉(水冷) 구멍)의 표면에 압축 잔류 응력을 부여하기 위해서, 냉각수 통로의 표면에 쇼트 피닝(shot peening)을 행하는 경우가 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 일본특허공개 평7－290222호 공보

그렇지만, 특허 문헌 1 기재의 방법은, 수냉 구멍의 표면에 압축 잔류 응력을 효과적으로 부여하는 관점에서는 개선의 여지가 있다. 또, 특허 문헌 1 기재의 방법에서는, 수냉 구멍의 표면에 툴 마크가 남는 경우가 있다. 툴 마크 부분에는 응력이 집중하는 경우가 있으므로, 크랙의 발생 원인이 될 가능성이 있다.

본 기술 분야에서는, 수냉 구멍의 표면에 압축 잔류 응력을 효과적으로 부여할 수 있는 쇼트 처리 방법이 요구되고 있다. 또, 본 기술 분야에서는, 수냉 구멍의 표면에 크랙이 발생하는 것을 방지 또는 억제할 수 있는 쇼트 처리 방법이 요구되고 있다.

본 발명의 일측면에 관한 쇼트 처리 방법은, 금형의 수냉(水冷) 구멍의 표면에서의 질화층(窒化層)의 유무를 판정하는 판정 공정과, 상기 판정 공정의 판정 결과가 질화층 무(無)인 경우에는 상기 금형의 모재(母材)에 따라 설정된 쇼트(shot) 조건으로 상기 수냉 구멍의 표면에 쇼트 피닝(shot peening) 처리를 실시하고, 상기 판정 공정의 판정 결과가 질화층 유(有)인 경우에는 질화층 유(有)인 상태를 유지하는 쇼트 조건으로 상기 수냉 구멍의 표면에 쇼트 피닝 처리를 실시하는 쇼트 공정을 가진다.

이 쇼트 처리 방법에서는, 먼저, 판정 공정에서, 금형의 수냉 구멍의 표면에서의 질화층의 유무를 판정한다. 그리고, 쇼트 공정에서, 판정 공정의 판정 결과가 질화층 무(無)인 경우에는 금형의 모재(母材)에 따라 설정된 쇼트 조건으로 금형의 수냉 구멍의 표면에 쇼트 피닝 처리를 실시하고, 판정 공정의 판정 결과가 질화층 유(有)인 경우에는 질화층 유(有)인 상태를 유지하는 쇼트 조건으로 금형의 수냉 구멍의 표면에 쇼트 피닝 처리를 실시한다. 이와 같이, 금형의 수냉 구멍의 표면에 대해서 질화층의 유무에 따른 쇼트 조건으로 쇼트 피닝 처리가 이루어지기 때문에, 수냉 구멍의 표면에는 압축 잔류 응력을 효과적으로 부여할 수 있다.

일 실시 형태에서는, 상기 판정 공정의 판정 결과가 질화층 유(有)인 경우에, 상기 쇼트 공정에서는, 상기 수냉 구멍의 표면에 대해서, 질화층 유(有)인 상태를 유지할 수 있는 한도라고 예측되는 상태까지 쇼트 피닝 처리를 실시하는 경우의 절반 이하가 되는 압축 잔류 응력을 부여하고, 상기 판정 공정과 상기 쇼트 공정을 교호(交互)로 각각 복수회 행해도 괜찮다. 이와 같이 구성함으로써, 과잉인 쇼트 피닝 처리로 질화층이 제거되어 버리는 사태를 방지할 수 있다.

일 실시 형태에서는, 상기 판정 공정은, 상기 질화층의 일부로 표면측을 이루는 화합물층의 유무, 및 상기 질화층의 일부로 모재측을 이루는 확산층의 유무도 판정하고, 최초의 상기 판정 공정의 판정 결과가 화합물층 유(有) 또한 확산층 유(有)인 경우에는, 적어도 상기 판정 공정의 판정 결과가 화합물층 무(無) 또한 확산층 유(有)가 될 때까지는, 상기 판정 공정과 상기 쇼트 공정을 교호로 행해도 괜찮다. 이와 같이 구성함으로써, 판정 공정의 판정 결과가 질화층 유(有)인 경우에, 질화층 유(有)인 상태를 유지하면서, 효과적인 쇼트 피닝 처리를 실시할 수 있다.

일 실시 형태에서는, 상기 판정 공정에서는, 상기 수냉 구멍의 표면에서의 질화층의 유무를, 상기 수냉 구멍에 삽입시킨 와전류(渦電流) 센서를 이용하여 판정해도 괜찮다. 이와 같이 구성함으로써, 간편한 판정이 가능해진다.

일 실시 형태에서는, 상기 판정 공정은, 상기 질화층의 일부로 표면측을 이루는 화합물층의 유무, 및 상기 질화층의 일부로 모재측을 이루는 확산층의 유무를, 상기 수냉 구멍에 삽입시킨 와전류 센서를 이용하여 판정해도 괜찮다. 이와 같이 구성함으로써, 간편한 판정이 가능해진다.

일 실시 형태에서는, 상기 쇼트 공정은, 상기 수냉 구멍에 삽입시킨 쇼트 피닝용 노즐로부터 압축 공기와 함께 투사재를 분사시킴으로써 상기 수냉 구멍의 표면에 쇼트 피닝 처리를 실시해도 괜찮다. 이와 같이 구성함으로써, 만일 수냉 구멍이 가는 지름이고 또한 깊은 것이라도, 고속의 투사재를 수냉 구멍의 저부에 맞히는 것이 가능하다. 따라서, 수냉 구멍의 저부에 압축 잔류 응력을 효과적으로 부여할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 관한 쇼트 처리 방법은, 금형의 수냉 구멍의 표면에서의 툴 마크의 유무를 판정하는 판정 공정과, 상기 판정 공정의 판정 결과가 툴 마크 유(有)인 경우에 상기 수냉 구멍의 표면에서의 툴 마크를 제거하는 쇼트 조건으로 상기 수냉 구멍의 표면에 쇼트 처리를 실시하는 쇼트 공정을 가진다.

이 쇼트 처리 방법에서는, 먼저, 판정 공정에서, 금형의 수냉 구멍의 표면에서의 툴 마크의 유무를 판정한다. 다음으로, 쇼트 공정에서, 판정 공정의 판정 결과가 툴 마크 유(有)인 경우에 금형의 수냉 구멍의 표면에서의 툴 마크를 제거하는 쇼트 조건으로 금형의 수냉 구멍의 표면에 쇼트 처리를 실시한다. 이와 같이, 툴 마크의 유무에 따라 쇼트 조건을 변경하여, 금형의 수냉 구멍의 표면에서의 툴 마크를 제거할 수 있으므로, 툴 마크 부분에서의 응력 집중을 회피하는 것이 가능해진다. 따라서, 크랙의 발생을 방지 또는 억제할 수 있다.

일 실시 형태에서는, 상기 판정 공정에서는, 상기 수냉 구멍의 표면에서의 툴 마크의 유무를, 상기 수냉 구멍에 삽입시킨 와전류 센서를 이용하여 판정해도 괜찮다. 이와 같이 구성함으로써, 간편한 판정이 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면 및 실시 형태에 따르면, 수냉 구멍의 표면에 압축 잔류 응력을 효과적으로 부여할 수 있다. 또, 본 발명의 다른 측면 및 실시 형태에 따르면, 수냉 구멍의 표면에 크랙이 발생하는 것을 방지 또는 억제할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 관한 쇼트 처리 방법에 적용되는 쇼트 처리 장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 쇼트 피닝 처리 방법의 플로우 차트이다.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 쇼트 처리 방법을 설명하기 위한 단면도로서, 도 3의 (A)는 판정 공정을 나타내고, 도 3의 (B)는 쇼트 공정을 나타낸다.
도 4는 최적인 쇼트 피닝 처리, 과잉인 쇼트 피닝 처리, 및 쇼트 피닝 미처리의 각 경우에서의 압축 잔류 응력의 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5는 제2 실시 형태에 관한 쇼트 피닝 처리 방법의 플로우 차트이다.
도 6은 제2 실시 형태에 관한 쇼트 처리 방법을 설명하기 위한 단면도로서, 도 6의 (A)는 판정 공정을 나타내고, 도 6의 (B)는 쇼트 공정을 나타낸다.

[제1 실시 형태]

제1 실시 형태에 관한 쇼트 처리 방법에 대해 도 1 ~ 도 4를 이용하여 설명한다.

(쇼트 처리 장치 및 금형)

도 1에는, 본 실시 형태에 관한 쇼트 처리 방법에 적용되는 쇼트 처리 장치(10)가 모식도로 나타내어져 있다. 먼저, 이 쇼트 처리 장치(10) 및 쇼트 처리의 대상이 되는 금형(40)에 대해 설명한다.

도 1에 나타내어지는 바와 같이, 쇼트 처리 장치(10)는, 투사(投射) 유닛(12)을 구비하고 있다. 투사 유닛(12)은, 피처리 대상물(본 실시 형태에서는 금형(40))에 투사재(14)를 분사(투사)하기 위한 것이며, 투사재(14)를 공급하기 위한 탱크(16)를 구비하고 있다. 또, 투사재(14)('쇼트' 또는 '쇼트재'라고도 함)는, 본 실시 형태에서는 금속구(球)가 적용되어 있고, 그 비커스 경도는 피처리 대상과 동일한 정도 또는 그 이상으로 되어 있다.

탱크(16)의 상부에는, 에어 유입구(16A)가 형성되어 있고, 이 에어 유입구(16A)에는, 접속 배관(18)의 일단부가 접속되어 있다. 접속 배관(18)의 타단부는, 접속 배관(20)의 유로 중간부에 접속되어 있고, 접속 배관(20)의 유로 상류측(도면 중 우측)의 일단부는, 압축 공기의 공급용 컴프레서(22)(압축 공기 공급 장치)에 접속되어 있다. 즉, 탱크(16)는, 접속 배관(18, 20)을 매개로 하여 컴프레서(22)에 접속되어 있다. 또, 접속 배관(18)의 유로 중간부에는 에어 유량 제어 밸브(24)(전공비례(電空比例) 밸브)가 마련되어 있고, 이 에어 유량 제어 밸브(24)가 열림으로써, 컴프레서(22)로부터의 압축 공기가 탱크(16) 내에 공급된다. 이것에 의해, 탱크(16) 내는 가압 가능하게 되어 있다.

또, 탱크(16)의 하부에는, 컷 게이트(cut gate, 도시 생략)가 마련된 쇼트 유출구(16B)가 형성되어 있고, 이 쇼트 유출구(16B)에는, 접속 배관(26)의 일단부가 접속되어 있다. 접속 배관(26)의 타단부는, 접속 배관(20)의 유로 중간부에 접속되어 있고, 접속 배관(26)의 유로 중간부에는, 쇼트 유량 제어 밸브(28)가 마련되어 있다. 쇼트 유량 제어 밸브(28)로서는, 예를 들면, 마그나 밸브(magna valve)나 믹싱 밸브(mixing valve) 등이 적용된다. 접속 배관(20)에서의 접속 배관(26)과의 합류부는, 믹싱부(20A)로 되어 있다. 접속 배관(20)에서, 믹싱부(20A) 보다도 유로 상류측(도면 중 우측)이고 접속 배관(18)과의 접속부 보다도 유로 하류측(도면 중 좌측)에는, 에어 유량 제어 밸브(30)(전공비례 밸브)가 마련되어 있다.

즉, 탱크(16) 내가 가압된 상태에서 상기 컷 게이트 및 쇼트 유량 제어 밸브(28)가 열리고 또한 에어 유량 제어 밸브(30)가 열린 경우, 탱크(16)로부터 공급된 투사재(14)와, 컴프레서(22)로부터 공급된 압축 공기가, 믹싱부(20A)에서 혼합되어, 접속 배관(20)의 유로 하류측(도면 중 좌측)으로 흐르도록 되어 있다.

접속 배관(20)의 유로 하류측의 단부에는, 분사용(쇼트 피닝용) 노즐(32)이 접속되어 있다. 이것에 의해, 믹싱부(20A)로 흐른 투사재(14)는, 압축 공기와 혼합된 상태에서 노즐(32)의 선단부로부터 분사되도록 되어 있다. 노즐(32)은, 통 모양으로 형성되며, 금형(40)의 수냉 구멍(42)에 삽입 가능한 지름을 가지는 것이 적용되어 있다.

또, 쇼트 처리 장치(10)는, 노즐(32)을 파지하는 로봇 암(도시 생략)을 구비한 구성으로 해도 괜찮고, 상기 로봇 암이 노즐(32)을 수냉 구멍(42)에 대해서 진퇴 이동(왕복 이동)시키는 것과 같은 구성으로 해도 괜찮다.

쇼트 처리 장치(10)는, 조작 유닛(34)을 구비하고 있다. 조작 유닛(34)은, 쇼트 피닝 처리를 실시할 때의 처리 조건(예를 들면, 컴프레서(22)에서 공급하는 압축 공기의 압력, 분사시키는 투사재(14)의 양을 포함하는 쇼트 조건의 일부)을 입력 가능하게 구성되어 있으며, 입력 조작에 따른 신호를 제어 유닛(36)에 출력하는 구성으로 되어 있다. 제어 유닛(36)은, 예를 들면, 기억 장치나 연산 처리 장치 등을 가지고 구성되어 있으며, 조작 유닛(34)으로부터 출력된 신호에 기초하여, 컴프레서(22), 에어 유량 제어 밸브(24, 30), 쇼트 유량 제어 밸브(28), 및, 상술의 컷 게이트(도시 생략) 등을 제어하는 구성으로 되어 있다. 즉, 제어 유닛(36)에는, 조작 유닛(34)으로부터 출력된 신호에 따른 쇼트 조건으로 쇼트 피닝 처리를 실시하기 위한 프로그램이 미리 기억되어 있다.

한편, 금형(40)은, 맞춤면측을 구성하는 의장면(意匠面, 40A)이 성형용 형상으로 형성되어 있다. 이것에 대해서, 금형(40)의 배면(40B)(의장면(40A)과는 반대측의 면)에는, 가는 지름이고 저부를 가지는 수냉 구멍(42)이 복수(도시 생략) 형성되어 있다.

본 실시 형태의 금형(40)은, 질화 처리후의 합금(본 실시 형태에서는 일례로서, SKD61의 연질화재(軟窒化材))제(製) 다이캐스트용 금형으로 되어 있다. 또, 다이캐스트는, 금형 주조법의 하나로, 금형(40)에 용융한 금속을 압입하는 것에 의해, 높은 치수 정밀도의 주물을 단시간에 대량으로 생산 가능한 주조 방식이다. 이러한 금형(40)은, 용탕 압입시에 고온에 노출됨과 아울러 수냉 구멍(42)을 이용한 수냉시에 냉각된다. 그리고, 수냉 구멍(42)의 저부(42A)와 의장면(40A)과의 거리(d)는, 금형(40)을 신속하게 냉각하기 위해서, 짧게 설정되어 있다.

또, 금형(40)에 실시되어 있는 질화 처리란, 예를 들면, Al, Cr, Mo, Ti 및 V 중 어느 일종 이상을 함유하는 합금강을, NH₃ 가스 안에서 약 500℃ 부근의 저온으로 가열함으로써, 그 표면에 매우 단단한 질화층을 얻는 열처리를 말한다. 질화층은, 기본적으로는, 모재의 합금강측을 이루는 확산층과, 표면측을 이루는 화합물층을 구비하고 있다. 확산층은, 합금강 안에 질소가 확산한 층이다. 또, 화합물층은, 질화물ㆍ탄화물ㆍ탄질화 등을 주체(主體)로 하는 층이며, 매우 단단하고 깨지기 쉬운 특징이 있다. 또, 질화층은, 당초부터 확산층만의 건전층(健全層)으로서 존재하는 경우도 있다. 여기서, 본 실시 형태에서의 「건전층」이란, 정상적인 층상태에 있는 것으로 인식할 수 있을 정도의 두께를 가지고 형성된 것을 말한다.

이것에 대해서, 쇼트 처리 장치(10)는, 질화층의 유무 등을 판정하기 위한 판정 유닛(38)을 구비하고 있다. 또, 본 실시 형태에서는, 판정 유닛(38)은, 쇼트 처리 장치(10)의 일부로서 설치되어 있지만, 판정 유닛(38)은, 쇼트 처리 장치(10)와 별개로 독립적으로 마련된 것이라도 괜찮다.

판정 유닛(38)은, 와전류 센서(46)와, 이 와전류 센서(46)에 접속된 판정부(48)를 구비하고 있다. 와전류 센서(46)는, 금형(40)의 수냉 구멍(42)의 표면(내면)에서의 질화층의 유무, 화합물층의 유무, 및 확산층의 유무에 각각 따른 측정 신호를 판정부(48)에 출력한다. 판정부(48)는, 와전류 센서(46)로부터의 측정 신호에 기초하여 질화층의 유무, 화합물층의 유무, 및 확산층의 유무를 판정하는 것이며, 예를 들면, CPU 등을 가지는 전자 회로에 의해 구성되어 있다.

또, 판정부(48)가 제어 유닛(36)과 접속되어(도면 중의 2점 쇄선(50) 참조) 판정부(48)에서의 판정 결과를 제어 유닛(36)에 출력하는 것과 같은 장치 구성으로 하는 것도 가능하다. 또, 판정부(48)가 상술한 로봇 암을 조작 가능하게 구성되며, 판정부(48)에 의해서 조작된 로봇 암에 의해 와전류 센서(46)의 설치를 행해도 괜찮다.

(쇼트 처리 방법)

다음으로, 쇼트 처리 방법에 대해 설명하면서, 그 작용 및 효과에 대해 설명한다. 도 2는, 제1 실시 형태에 관한 쇼트 처리 방법의 플로우 차트이다. 도 3에는, 본 실시 형태에 관한 쇼트 처리 방법을 설명하기 위한 단면도가 나타내어져 있다.

도 2에 나타내어지는 바와 같이, 최초로, 판정부(48)가 센서 측정 신호의 판정 공정을 행한다(S10). S10의 공정에서는, 도 3의 (A)에 나타내어지는 바와 같이, 예를 들면 로봇 암이, 와전류 센서(46)를 수냉 구멍(42)에 삽입한다. 다음으로, 판정부(48)가, 금형(40)의 수냉 구멍(42)의 표면(내면)에서의 질화층의 유무를(광의로는 전자기학적 수법을 이용한 비파괴 검사로) 판정한다(판정 공정). 또, 본 실시 형태에서는, 판정부(48)가, 질화층의 일부로 표면측을 이루는 화합물층의 유무, 및 질화층의 일부로 모재측을 이루는 확산층의 유무를, 와전류 센서(46)를 이용하여 판정한다.

또, 본 실시 형태에서의 질화층의 유무란, 건전층을 이루는 질화층이 존재하고 있는지 아닌지이며, 건전층을 이루는 질화층이 존재하고 있는 경우는 질화층 유(有), 그 이외는 질화층 무(無)가 된다. 또, 본 실시 형태에서의 화합물층의 유무란, 건전층을 이루는 화합물층이 존재하고 있는지 아닌지이며, 건전층을 이루는 화합물층이 존재하고 있는 경우는 화합물층 유(有), 그 이외는 화합물층 무(無)가 된다. 게다가, 본 실시 형태에서의 확산층의 유무란, 건전층을 이루는 확산층이 존재하고 있는지 아닌지이며, 건전층을 이루는 확산층이 존재하고 있는 경우는 확산층 유(有), 그 이외는 확산층 무(無)가 된다.

와전류 센서(46)에는, 공지의 와전류 센서가 적용된다. 와전류 센서(46)에 대해 간단하게 설명하면, 와전류 센서(46)는, 센서 헤드 내부에 코일(도시 생략)을 구비하고 있으며, 이 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써 고주파 자계(磁界)를 발생시킨다. 그리고, 와전류 센서(46)가 발생시킨 고주파 자계 내에 도체(금형(40))가 있으면, 자계의 변화에 유도(誘導)되어 도체(금형(40))에 소용돌이 모양의 와전류가 생긴다. 이 와전류에 따른 자속(磁束)에 의해서 와전류 센서(46)의 코일의 임피던스가 변화한다. 한편, 판정 대상의 도체(금형(40))의 화학 성분이나 결정 구조 등에 의해서, 상기 와전류의 통로 및 상기 자속의 통로도 다른 것이 되므로, 와전류 센서(46)의 코일의 임피던스도 다른 것이 된다.

와전류 센서(46)는, 이러한 현상을 이용하고 있으며, 질화층의 유무, 화합물층의 유무, 확산층의 유무에 각각 따른 측정 신호를 판정부(48)에 출력한다. 판정부(48)는, 와전류 센서(46)로부터의 측정 신호에 기초하여, 질화층의 유무(화합물층의 유무 및 확산층의 유무)를 판정한다. 이와 같이, 와전류 센서(46)를 이용함으로써, 질화층의 유무(화합물층의 유무 및 확산층의 유무)를 간편하게 판정할 수 있다.

다음으로, 예를 들면 로봇 암이, 와전류 센서(46)를 빼내어, 와전류 센서(46)를 수냉 구멍(42)의 밖으로 퇴피시킨다. 그 후, 예를 들면 로봇 암이, 도 3의 (B)에 나타내어지는 노즐(32)을 수냉 구멍(42)으로 삽입한다. 다음으로, 판정 결과에 기초하여, 제어 유닛(36)이 노즐(32)의 선단으로부터 수냉 구멍(42)의 저부(42A) 등을 향해서 압축 공기와 함께 투사재를 분사시킨다(S12, S14). 여기서, S10의 판정 공정의 판정 결과가 질화층 무(無)인 경우에는, 제어 유닛(36)은, 금형(40)의 모재에 따라 설정된 제2 쇼트 조건으로 금형(40)의 수냉 구멍(42)의 표면에 쇼트 피닝 처리를 실시한다(S14：제2 쇼트 공정). 한편, S10의 판정 공정의 판정 결과가 질화층 유(有)인 경우에는, 제어 유닛(36)은, 질화층 유(有)인 상태를 유지하는 제1 쇼트 조건으로 금형(40)의 수냉 구멍(42)의 표면에 쇼트 피닝 처리를 실시한다(S12：제1 쇼트 공정). 또, 금형(40)의 모재에 따라 설정된 제2 쇼트 조건이란, 모재의 기계적 성질을 고려한 최적의 가공 조건(필요한 압축 잔류 응력을 얻는데 최적의 조건)을 의미하고 있다.

이와 같이, 질화층의 유무에 따른 쇼트 조건으로 금형(40)의 수냉 구멍(42)의 표면이 쇼트 피닝 처리됨으로써, 수냉 구멍(42)의 표면에는 압축 잔류 응력이 효과적으로 부여된다.

또, S10의 판정 공정의 판정 결과가 질화층 유(有)인 경우에, S12의 제1 쇼트 공정에서는, 제어 유닛(36)은, 금형(40)의 수냉 구멍(42)의 표면에 대해서, 질화층 유(有)인 상태를 유지할 수 있는 한도라고 예측되는 상태까지 쇼트 피닝 처리를 하는 경우의 절반 이하가 되는 압축 잔류 응력을 1회의 쇼트 피닝 처리로 부여한다. 이것에 의해, 과잉인 쇼트 피닝 처리에 의해 질화층이 제거되어(너무 깍여져) 버리는 사태가 방지된다.

또, S12 및 S14의 쇼트 공정에서는, 예를 들면 로봇 암이 노즐(32)을 수냉 구멍(42)을 따라서 이동시키는 것에 의해, 수냉 구멍(42)의 저부(42A) 이외의 부위에도 쇼트 피닝 처리가 이루어진다. S12 및 S14의 쇼트 공정 후에는, 예를 들면 로봇 암이 노즐(32)을 빼내어, 노즐(32)을 수냉 구멍(42)의 밖으로 퇴피시킨다.

여기서, 최초의 판정 공정(S10)의 판정 결과가 화합물층 유(有) 또한 확산층 유(有)인 경우에는, 판정부(48) 및 제어 유닛(36)은, 적어도 다음 회 이후의 판정 공정(S16)의 판정 결과가 화합물층 무(無) 또한 확산층 유(有)가 될 때까지는, S16의 판정 공정과 S12의 제1 쇼트 공정을 교호로 행한다. 즉, 이 반복 처리의 종료 조건은, 다음 회 이후의 판정 공정의 판정 결과가 화합물층 무(無) 또한 확산층 유(有)가 되는 경우이다. S16의 판정 공정과 S12의 제1 쇼트 공정과는 종료 조건을 만족할 때까지 각각 복수회 행해진다. 이것에 의해, S10의 판정 공정의 판정 결과가 질화층 유(有)인 경우에, 질화층 유(有)인 상태를 유지하면서, 효과적인 쇼트 피닝 처리가 이루어진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 쇼트 처리 방법에 의하면, 수냉 구멍(42)의 표면에 압축 잔류 응력을 효과적으로 부여할 수 있다. 그 결과로서, 금형(40)의 수냉 구멍(42)의 부근에서의 응력 부식 균열(SCC)이 방지 또는 효과적으로 억제된다.

여기서, 응력 부식 균열에 대해 보충 설명한다. 금형(40)은, 용탕(溶湯) 압입시에 의장면(40A)이 고온에 노출되고, 그 후, 수냉 구멍(42)에 냉각수를 유입시키는 수냉시에 냉각된다. 이 사이클이 연속적으로 반복되면, 히트 체크(check)나 히트 크랙이 발생할 가능성이 있으며, 금형 파괴의 원인이 될 수 있다. 한편, 최근에는, 다이캐스트 제품을 제조할 때의 1 사이클당의 시간 단축을 도모하기(나아가서는 코스트 경감을 도모하기) 위해, 혹은, 다이캐스트 제품의 대형화에 대응하기 위해서, 금형을 빨리 냉각할 필요가 있다. 이 때문에, 금형(40)에 형성되는 수냉 구멍(42)의 수를 늘리거나 수냉 구멍(42)과 의장면(40A)을 가까이 하거나 하는 대응이 이루어지고 있다. 그렇지만, 수냉 구멍(42)과 의장면(40A)과의 거리가 가깝게 되면 열구배(熱勾配)(열응력 구배)가 심해지기 때문에, 결과로서, 수냉 구멍(42)의 표면이 받는 열응력(인장 응력(f))이 커져, 응력 부식 균열의 가능성도 커진다.

이 응력 부식 균열의 발생 요인으로서는, 일반적으로 재료 요인, 환경 요인, 인장 응력(f)의 3개를 들 수 있으며, 이 3개의 조건이 중첩한 경우에 응력 부식 균열이 발생한다. 이것에 대해서, 본 실시 형태에서는, 쇼트 피닝에 의해 압축 잔류 응력을 부여함으로써, 응력 부식 균열의 발생 요인의 하나인 인장 응력(f)의 영향을 억제하고, 나아가서는, 응력 부식 균열의 발생을 억제하고 있다.

그런데, 가는 지름이고 또한 깊은 막힌 구멍인 수냉 구멍(42)(세심(細深) 구멍)에 대해서 쇼트 피닝 처리를 행하는 경우, 노즐(32)로부터 수냉 구멍(42)의 내부로 분사된 압축 공기의 빠짐이 좋지 않다. 그리고, 그것이 원인이 되어, 압축 공기와 혼합된 투사재(14)의 속도가 필요한 속도까지 달하지 않으면, 수냉 구멍(42)의 저부(42A)(말단부)에서 쇼트 피닝 처리의 효과가 충분히 얻어지지 않을 가능성도 생각되어진다. 이것에 대해서, 본 실시 형태에서는, 수냉 구멍(42)에 삽입시킨 노즐(32)로부터 압축 공기와 함께 투사재(14)를 분사시킴으로써 수냉 구멍(42)의 표면에 쇼트 피닝 처리를 실시하므로, 막힌 구멍인 수냉 구멍(42)이 가는 지름이고 또한 깊은 것이라도, 고속의 투사재(14)를 수냉 구멍(42)의 저부(42A)에 닿게 하는 것이 가능하다. 따라서, 수냉 구멍(42)의 저부(42A)에 압축 잔류 응력이 효과적으로 부여된다.

한편, 수냉 구멍(42)의 내면에서의 질화층의 유무에 따라서는, 압축의 잔류 응력을 효과적으로 부여할 수 없을 가능성도 생각되어진다. 여기서, 도 4에는, 최적인 쇼트 피닝 처리, 과잉인 쇼트 피닝 처리, 및 쇼트 피닝 미처리의 각 경우에서의 압축 잔류 응력의 분포를 측정한 결과가 나타내어져 있다. 가로축은 수냉 구멍(42)의 표면으로부터의 거리(표면에 대해서 금형(40)의 모재측 또한 수직인 방향의 깊이)를 나타낸다. 쇼트 피닝 처리가 이루어지기 전에 질화층 유(有)인 상태에 있던 부위에 대해서, 과잉인 쇼트 피닝 처리가 이루어져 질화층 무(無)인 상태가 되어 버리면, 대상 부위에 압축 잔류 응력을 효과적으로 부여할 수 없다. 이 점에 대해서, 본 실시 형태에서는, 도 3에 나타내어지는 수냉 구멍(42)의 표면에서의 질화층의 유무에 따른 최적인 쇼트 조건(가공 조건)으로, 금형(40)의 수냉 구멍(42)의 표면이 쇼트 피닝 처리되어 있으므로, 수냉 구멍(42)의 표면에는 압축 잔류 응력이 효과적으로 부여된다.

또, 본 실시 형태에서는, 도 3의 (A)에 나타내어지는 판정 공정의 전에, 금형(40)의 배면(40B)에서의 질화층의 유무를 판정하는 예행 판정 공정과, 예행 판정 공정 후이고 판정 공정 전에, 금형(40)의 배면(40B)에 쇼트 피닝 처리를 실시하는 예행 쇼트 공정을 행해도 괜찮다. 그리고, 최초의 예행 판정 공정의 판정 결과가 질화층 유(有)인 경우에는, 예행 판정 공정의 판정 결과가 질화층 무(無)가 될 때까지, 예행 판정 공정과 예행 쇼트 공정을 교호로 행하고, 그 사이의 쇼트 조건에 기초하여, S10의 판정 공정의 판정 결과가 질화층 유(有)인 경우에서의 제1 쇼트 조건을 설정하고 있다. 즉, 예행 판정 공정과 예행 쇼트 공정을 교호로 행함으로써, 수냉 구멍(42)에서 질화층 유(有)인 상태를 유지할 수 있는 한도가 되는 제1 쇼트 조건이 예측된다.

[제2 실시 형태］

다음으로, 제2 실시 형태에 관한 쇼트 처리 방법에 대해서, 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한다. 도 5는, 제2 실시 형태에 관한 쇼트 처리 방법의 플로우 차트이다. 도 6에는, 제2 실시 형태에 관한 쇼트 처리 방법을 설명하기 위한 단면도가 나타내어져 있다. 또, 이 쇼트 처리 방법에 적용되는 쇼트 처리 장치의 기본 구성은, 제1 실시 형태의 구성과 동일하게 되어 있다. 따라서, 제1 실시 형태와 동일한 구성부에 대해서는, 동일 부호를 부여하여 설명을 생략한다.

도 5에 나타내어지는 바와 같이, 최초로, 판정부(48)가 센서 측정 신호의 판정 공정을 행한다(S20). S20의 공정에서는, 도 6의 (A)에 나타내어지는 바와 같이, 예를 들면 로봇 암이, 와전류 센서(46)를 수냉 구멍(42)에 삽입한다. 다음으로, 판정부(48)가, 금형(40)의 수냉 구멍(42)의 표면(내면)에서의 툴 마크(44)의 유무를, 와전류 센서(46)를 이용하여(광의로는 전자기학적 수법을 이용한 비파괴 검사로) 판정한다(판정 공정).

보충하면, 와전류 센서(46)가 발생시킨 고주파 자계에 의해 금형(40)의 수냉 구멍(42)의 표면에 와전류가 생기지만, 툴 마크(44)가 있는 경우와 없는 경우에서는, 상기 와전류의 통로가 다른 것이 되어, 상기 와전류에 따른 자속의 통로도 다른 것이 된다. 그 결과, 와전류 센서(46)의 코일의 임피던스도 다른 것이 되므로, 와전류 센서(46)는, 툴 마크(44)의 유무에 따른 측정 신호를 판정부(48)에 출력하게 된다. 판정부(48)는, 와전류 센서(46)로부터의 측정 신호에 기초하여, 툴 마크(44)의 유무를 판정한다. 이와 같이, 와전류 센서(46)를 이용함으로써, 툴 마크(44)의 유무를 간편하게 판정할 수 있다.

또, 수냉 구멍(42)의 표면의 툴 마크(44)(요철)는, 수냉 구멍(42)을 드릴 가공이나 방전(放電) 가공 등에 의해 형성할 때에 형성되어 버린 흠 부분이다.

다음으로, 예를 들면 로봇 암이, 와전류 센서(46)를 빼내어, 수냉 구멍(42)의 밖으로 퇴피시킨다. S20의 판정 공정의 판정 결과가 툴 마크 유(有)인 경우에는, 예를 들면 로봇 암이, 도 3의 (B)에 나타내어지는 노즐(32)을 수냉 구멍(42)에 삽입한다. 그리고, 제어 유닛(36)은, 노즐(32)의 선단으로부터 금형(40)의 수냉 구멍(42)의 표면의 툴 마크(44)를 향해서 압축 공기와 함께 투사재를 분사(쇼트 처리)시킨다. 이 쇼트 처리는, 금형(40)의 수냉 구멍(42)의 표면에서의 툴 마크(44)를 제거하는 제3 쇼트 조건에서 행해진다(S22, 제3 쇼트 공정).

또, 노즐(32)의 선단부에는, 투사재의 분사 방향이 노즐(32)의 축방향에 대해서 교차하는 방향이 되도록 투사재를 반사시키는 반사 부재(도시하지 않은 지그)가 장착되어도 괜찮다. 이러한 반사 부재가 장착됨으로써, 수냉 구멍(42)의 측면의 가공이 용이하게 된다.

S22의 제3 쇼트 공정과 S20의 판정 공정은, S20의 판정 공정의 판정 결과가 툴 마크 무(無)가 될 때까지 교호로 행해진다. 이와 같이, 툴 마크 무(無)가 될 때까지, 쇼트 처리(블라스트(blast))가 이루어짐으로써, 툴 마크(44)가 제거되어, 툴 마크(44)에의 응력 집중이 방지된다.

보충 설명하면, 금형(40)은, 상술한 대로, 가열과 냉각이 반복되기 때문에, 그 때의 온도 구배에 의해 열응력(인장 응력(f))을 반복하여 받으므로, 툴 마크(44)가 표면에 있는 경우에는, 그 부분이 응력 집중부가 되어 버린다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 툴 마크(44)가 제거됨으로써, 그러한 응력 집중부를 없앨 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 쇼트 처리 방법에 의하면, 수냉 구멍(42)의 표면에 크랙(균열)이 발생하는 것을 방지 또는 억제할 수 있다.

[실시 형태의 보충 설명］

또, 상기 실시 형태에서는, 판정 공정과 쇼트 공정이 교호로 행해지고 있지만, 판정 공정과 쇼트 공정을 각각 1회씩 행하는 쇼트 처리 방법으로 하는 것도 가능하다.

또, 상기 제1 실시 형태의 변형예로서, 예를 들면, 판정 공정의 판정 결과가 질화층 유(有)인 경우에, 최초의 쇼트 공정에서는, 수냉 구멍의 표면에 대해서, 질화층 유(有)인 상태를 유지할 수 있는 한도라고 예측되는 상태까지 쇼트 피닝 처리를 하는 경우의 절반 이상이 되는 압축 잔류 응력을 부여하고, 2회째 이후의 쇼트 공정에서는, 수냉 구멍의 표면에 대해서, 질화층 유(有)인 상태를 유지할 수 있는 한도라고 예측되는 상태까지 쇼트 피닝 처리를 하는 경우의 절반 이하가 되는 압축 잔류 응력을 부여하는 쇼트 처리 방법으로 해도 괜찮다.

또, 상기 제 1 실시 형태의 변형예로서, 최초의 판정 공정의 판정 결과가 화합물층 유(有) 또한 확산층 유(有)인 경우에, 판정 공정의 판정 결과가 화합물층 무(無) 또한 확산층 유(有)가 되는 예측 단계의 직전까지, 판정 공정과 쇼트 공정을 교호로 행하는 것도 가능하다.

또, 상기 제1 실시 형태에서는, 도 3의 (A)에 나타내어지는 수냉 구멍(42)의 표면에서의 질화층의 유무, 화합물층의 유무, 및 확산층의 유무를, 수냉 구멍(42)에 삽입시킨 와전류 센서(46)를 이용하여 판정하고 있지만, 수냉 구멍(42)의 표면에서의 질화층의 유무, 화합물층의 유무, 및 확산층의 유무는, 예를 들면, 수냉 구멍에 삽입시킨 초음파 센서나 레일리파(Rayleigh波) 센서 등과 같은 다른 센서를 이용하여 판정해도 괜찮다. 또, 수냉 구멍(42)의 표면에서의 화합물층의 유무, 및 확산층의 유무에 대해 판정하지 않는 것과 같은 쇼트 처리 방법도 가능하다.

또, 상기 실시 형태의 변형예로서, 예를 들면, 큰 지름이고 얕은 수냉 구멍 등에 쇼트 피닝 처리를 실시하는 경우 등에는, 노즐을 수냉 구멍에 삽입하지 않은 상태에서 쇼트 공정을 행해도 괜찮다.

또, 제2 실시 형태의 변형예로서, 판정 공정에서는, 도 6에 나타내어지는 금형(40)의 수냉 구멍(42)의 표면에서의 툴 마크(44)의 유무가, 내시경을 이용하여 판정되어도 괜찮다.

또, 상기 실시 형태 및 상술의 복수의 변형예는, 적절히 조합되어 실시 가능하다.

14 - 투사재 32 - 노즐
40 - 금형 42 - 수냉 구멍
44 - 툴 마크 46 - 와전류 센서

Claims

금형의 수냉(水冷) 구멍의 표면에서의 질화층(窒化層)의 유무를 판정하는 판정 공정과,
상기 판정 공정의 판정 결과가 질화층 무(無)인 경우에는 상기 금형의 모재(母材)에 따라 설정된 쇼트(shot) 조건으로 상기 수냉 구멍의 표면에 쇼트 피닝(shot peening) 처리를 실시하고, 상기 판정 공정의 판정 결과가 질화층 유(有)인 경우에는 질화층 유(有)인 상태를 유지하는 쇼트 조건으로 상기 수냉 구멍의 표면에 쇼트 피닝 처리를 실시하는 쇼트 공정을 가지는 쇼트 처리 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 판정 공정의 판정 결과가 질화층 유(有)인 경우에, 상기 쇼트 공정에서는, 상기 수냉 구멍의 표면에 대해서, 질화층 유(有)인 상태를 유지할 수 있는 한도라고 예측되는 상태까지 쇼트 피닝 처리를 실시하는 경우의 절반 이하가 되는 압축 잔류 응력을 부여하고, 상기 판정 공정과 상기 쇼트 공정을 교호(交互)로 각각 복수회 행하는 쇼트 처리 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 판정 공정은, 상기 질화층의 일부로 표면측을 이루는 화합물층의 유무, 및 상기 질화층의 일부로 모재측을 이루는 확산층의 유무도 판정하고,
최초의 상기 판정 공정의 판정 결과가 화합물층 유(有) 또한 확산층 유(有)인 경우에는, 적어도 상기 판정 공정의 판정 결과가 화합물층 무(無) 또한 확산층 유(有)가 될 때까지는, 상기 판정 공정과 상기 쇼트 공정을 교호로 행하는 쇼트 처리 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 판정 공정에서는, 상기 수냉 구멍의 표면에서의 질화층의 유무를, 상기 수냉 구멍에 삽입시킨 와전류(渦電流) 센서를 이용하여 판정하는 쇼트 처리 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 판정 공정에서는, 상기 수냉 구멍의 표면에서의 질화층의 유무를, 상기 수냉 구멍에 삽입시킨 와전류 센서를 이용하여 판정하는 쇼트 처리 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 판정 공정은, 상기 질화층의 일부로 표면측을 이루는 화합물층의 유무, 및 상기 질화층의 일부로 모재측을 이루는 확산층의 유무를, 상기 수냉 구멍에 삽입시킨 와전류 센서를 이용하여 판정하는 쇼트 처리 방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 쇼트 공정은, 상기 수냉 구멍에 삽입시킨 쇼트 피닝용 노즐로부터 압축 공기와 함께 투사재를 분사시킴으로써 상기 수냉 구멍의 표면에 쇼트 피닝 처리를 실시하는 쇼트 처리 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 쇼트 공정은, 상기 수냉 구멍에 삽입시킨 쇼트 피닝용 노즐로부터 압축 공기와 함께 투사재를 분사시킴으로써 상기 수냉 구멍의 표면에 쇼트 피닝 처리를 실시하는 쇼트 처리 방법.
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