KR101962343B1 - 커팅블레이드 - Google Patents

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KR101962343B1
KR101962343B1 KR1020170121012A KR20170121012A KR101962343B1 KR 101962343 B1 KR101962343 B1 KR 101962343B1 KR 1020170121012 A KR1020170121012 A KR 1020170121012A KR 20170121012 A KR20170121012 A KR 20170121012A KR 101962343 B1 KR101962343 B1 KR 101962343B1
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cutting
cutting blade
high strength
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blade
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전형준
김원혁
심우정
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주식회사 새한산업
주식회사 명진테크
엔케이에스주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 커팅블레이드는, 소재를 커팅하는 커팅날을 가진 블레이드모재; 및 상기 커팅날에 용융합금화 방식으로 구성되는 초고강도 표면부;를 포함한다.

Description

커팅블레이드{CUTTING BLADE}
본 발명은 커팅블레이드로서, 커팅대상물을 커팅하는 커팅블레이드에 관한 것이다.
일반적으로, 1.2GPa급 이하 초고강도 차체부품을 단면 절단하는 경우에는, 커팅블레이드의 커팅날에 고강도 표면코팅을 적용하여 차체부품을 커팅한다.
그런데, 이와 같이 커팅날은 고강도 재질로 표면에 코팅된 구성, 즉 표면에 매우 얇은 두께로 도포시키는 코팅방식을 취함으로써, 계속적인 커팅작업으로 인하여 커팅날의 강도가 저하됨에 따라, 칩핑, 마모, 균열 및 내구성 저하 등 여러 가지 문제가 발생한다.
그리고, 1.5GPa급 이상 초고강도 차체부품을 단면 절단하는 경우에는, 상술된 바와 같은 커팅날의 강도 저하로 인하여, 대체기술로서 레이저를 이용한 커팅 기술을 적용하고 있지만, 이러한 레이저 커팅은 고가의 레이저가 사용됨으로써 비용이 현저히 상승하는 한계점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0019467호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 강도가 저하되는 것을 방지하는 커팅날을 가진 커팅블레이드를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 커팅블레이드는, 사각블럭 형상을 지니며, 직선 이동형 커팅타입으로 소재를 커팅하는 커팅날을 가진 블레이드모재; 및 상기 커팅날에 용융합금화 방식으로 구성되는 초고강도 표면부;를 포함하며,
상기 커팅날의 표면에는 홈이 형성되고 상기 초고강도 표면부가 용융합금화 방식으로 상기 홈에 채워져서 형성되며,
상기 홈은, 두 개의 상기 블레이드모재가 사이에 배치되는 상기 소재를 커팅 시 두 개의 상기 블레이드모재가 서로 겹쳐지는 엣지 부분인 상기 커팅날에서, 상기 소재의 커팅부위 측 모서리부에 형성되고, 내측면에 각진 절곡코너부를 가지며,
상기 홈은 상기 모서리부의 길이방향을 따라 계속적으로 이어지게 형성되어, 상기 초고강도 표면부가 사각블럭 형상의 상기 블레이드모재에서 상기 모서리부를 따라 계속적으로 이어진 형상구조를 이루며,
상기 초고강도 표면부는 두께가 400μm 이상이며,
상기 초고강도 표면부는 고강성 금속분말이 레이저로 육성용융되어 합금화되며,
상기 블레이드모재는 니켈을 함유한 열간소재인 SKD61소재로 제조된다.
삭제
삭제
삭제
삭제
나아가, 상기 초고강도 표면부는, 손상 시 상기 커팅날의 홈 내부에 추가로 용융합금화되어 보수될 수 있다.
한편, 상기 커팅날의 홈은, 상기 블레이드모재에서 상기 커팅날의 표면을 파내는 가공으로 형성되거나, 상기 블레이드모재를 제작 시 형성될 수 있다.
삭제
본 발명에 따른 커팅블레이드는, 용융합금화 방식으로 초고강도 표면부가 구성됨으로써, 커팅작업 중에 초고강도 표면부의 탈거가 거의 이루어지지 않게 되어 종래에 비하여 높은 경도를 계속적으로 유지시킬 수 있음에 따라, 커팅블레이드의 강도저하로 인한 칩핑, 마모, 균열 및 내구성 저하를 방지할 수 있는 효과를 가진다.
나아가, 본 발명에 따른 커팅블레이드는 고가의 레이저가 사용되는 레이저 커팅장치에 비하여 원가가 절감됨에 따라, 레이저 커팅과 비교하여 경제성이 향상될 수 있는 장점을 가진다.
도 1은 종래기술에 따른 커팅블레이드를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 커팅블레이드를 확대한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커팅블레이드를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 커팅블레이드를 확대한 측면도이다.
도 5는 도 4의 커팅블레이드로 커팅대상물을 커팅하는 과정을 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 레이저로 고강성 금속분말이 용융합금화되어 초고강도 표면부가 형성되는 것을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명하기로 한다. 각 도면의 구성요소들에 도면부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 커팅블레이드를 나타낸 사시도이며, 도 4는 도 3의 커팅블레이드를 확대한 측면도이고, 도 5는 도 4의 커팅블레이드로 커팅대상물을 커팅하는 과정을 나타낸 도면이다.
또한, 도 6 및 도 7은 레이저로 고강성 금속분말이 용융합금화되어 초고강도 표면부가 형성되는 것을 나타낸 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 커팅블레이드는 블레이드모재(110)와 초고강도 표면부(120)를 포함한다.
여기에서, 상기 블레이드모재(110)는 커팅블레이드에서 상부금형과 하부금형 각각에 초고강도 표면부(120)를 제외한 모재를 지칭한다. 이러한 블레이드모재(110)는 커팅대상물을 커팅하는 커팅날(111)을 가지는데, 구체적으로 상기 커팅날(111)은 커팅대상물을 커팅하는 부분으로서 도면에 도시된 바와 같이, 상측에 배치된 블레이드모재(110)와 하측에 배치된 블레이드모재(110)가 커팅 시 서로 겹쳐지는 엣지 부분이다.
참고로, 도면에 도시된 커팅블레이드에서 상부금형이 하강하면서 커팅대상물(1)을 커팅할 수 있다.
그리고, 상기 초고강도 표면부(120)는 커팅대상물을 커팅 시 전단 강성을 유지하도록 구성된다.
종래의 커팅블레이드에서 커팅날(11)은 경도를 높이기 위해, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 커팅날(11)의 표면이 질화처리되어 코팅층(11a)이 형성되지만, 이러한 코팅층(11a)은 매우 얇은 두께, 즉 박판 타입으로 형성됨으로써, 커팅작업 시 빈번하게 떨어져 나감에 따라, 커팅날(111)이 가져야 할 전단 강성을 유지하기 어려운 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 방지하기 위해, 본 발명에 따른 커팅블레이드는 용융합금화 방식으로 초고강도 표면부(120)가 구성된다.
구체적으로, 상기 커팅날(111)의 표면에는 홈(111a)이 형성되며, 상기 초고강도 표면부(120)는 용융합금화 방식으로 상기 홈(111a)에 채워져서 형성된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 커팅블레이드는 커팅날(111)이 단순히 표면처리만 되어 박판타입의 코팅층을 가지는 것이 아니라, 커팅날(111)의 표면에 홈(111a)을 형성시키고 이러한 홈(111a)에 용융합금화 방식으로 채워진 초고강도 표면부(120)가 구성됨으로써, 커팅작업 시 커팅날(111)로부터 쉽게 탈거되지 않게 됨에 따라, 커팅작업 시 전단 강성을 계속적으로 유지할 수 있다.
즉, 상기 초고강도 표면부(120)는 커팅작업 시 커팅날(111)로부터 쉽게 탈거되지 않도록, 박판 타입이 아닌 적정한 두께를 가질 수 있는 용융합금화 방식으로 구성된다.
나아가 바람직하게는, 상기 초고강도 표면부(120)는 두께가 400μm 이상인 구조를 취할 수 있다.
일반적으로 두께가 0.8t ∼1.4t인 자동차의 차체부품과 같은 부재는, 도 5에 도시된 바와 같이 커팅압력으로 인하여 파단되기 직전에 인장되어 발생되는 전단면이 300μm 내지 400μm에 이르는데, 종래의 커팅블레이드에서는 커팅날(도 1 및 도 2의 11)의 코팅층(도 1 및 도 2의 11a)이 15μm이하의 두께를 가진 박판 타입으로 이루어짐으로써, 커팅날(111)로부터 쉽게 탈거됨에 따라 커팅날(111)의 전단 강도가 저하된다.
이에 반하여, 본 발명에 따른 커팅블레이드에서는 초고강도 표면부(120)가 용융합금화 방식으로 400μm 이상의 두께를 가짐으로써, 초고강도 표면부(120)가 커팅날(111)로부터 쉽게 탈거되지 않음에 따라, 커팅날(111)의 전단 강성을 계속적으로 유지할 수 있다.
한편, 상기 초고강도 표면부(120)는 고강성 금속분말(231)이 레이저(221)로 용융합금화 육성된 것으로서, 상기 고강성 금속분말(231)이 레이저(221)로 용융되어 합금화되어 이루어진다.
즉, 상기 초고강도 표면부(120)는 고강성 금속분말(231)이 레이저(221)로 용융되면서 합금화된 것으로서, 레이저 메탈 디포지션(Laser Metal Deposition, LMD) 기술에 의해 형성된다. 이러한 레이저 메탈 디포지션은 금속부품의 표면에 내마모성, 내열성, 내침식성 등의 표면특성 향상을 목적으로 레이저(221)와 메탈 파우더(금속분말)의 상호작용을 이용하여 모재 자체 기본성질을 유지함과 동시에, 금속 표면에 완전히 다른 화학조성과 미세조직을 갖는 새로운 육성층을 만들어 주는 표면개질 기술이다.
참고로, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 레이저 메탈 디포지션 기술에 의해, 상기 초고강도 표면부(120)는 레이저 용접장치(200)가 고강성 금속분말(231)을 분사함과 동시에 분사된 고강성 금속분말(231)을 레이저(221)로 용융시켜 육성합금화함으로써 형성된다.
더욱 구체적으로, 상기 초고강도 표면부(120)는 레이저 용접장치(200)가 커팅날(111)의 홈(111a)을 따라 왕복이동하면서 육성용융함으로써, 고강성 금속분말(231)이 합금화구조로 용융합금화되어 형성된다.
참고로, 도면부호 210은 장치몸체, 220은 레이저홀, 230은 금속분말홀, 240은 가스홀, 241은 쉴드가스를 지칭한다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 커팅블레이드는 초고강도 표면부(120)를 형성시키는 과정에서, 고온의 열원으로서 레이저(221)를 사용한다.
금속분말의 육성용융에 있어서, 금속분말을 합금화시키기 위해서는 고온의 열원으로 금속분말을 녹여서 합금화 적층시켜야 한다. 그런데, 기존의 가스용접과 같은 방법으로는 고온상승에 준비시간이 필요하며 가스 용접시 열원을 방사시키기 때문에, 주변 금속이 함께 고온 가열되어 물성변화를 초래하는 문제점이 있으며, 아울러 열원을 미세하게 조사할 수 없는 한계점이 있다.
이에 본 발명에 따른 커팅블레이드에서는 고원의 열원으로서 레이저(221)를 활용하는데, 이러한 레이저(221)는 순간 상승온도가 3000℃ 수준의 고온용융이 가능하고, 0.2mm 단위의 정밀도로 열원을 조사할 수 있으며, 나아가 열원을 응집시키는 기능을 가지기 때문에 주변 금속의 물성을 유지시킬 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 커팅블레이드에서 블레이드모재(110)는 니켈을 함유한 열간소재인 SKD61소재로 제조된 것이 바람직하다.
종래의 커팅블레이드에서 블레이드모재(10)의 소재로 사용되는 냉간소재인 SKD11은 2700℃ 내지 3000℃ 수준의 고온의 열을 가하게 되면 취성이 증대됨에 따라, 레이저에 의한 육성용접 시 취성으로 인하여 파단이 발생할 수 있다.
이에 본 발명에 따른 커팅블레이드에서는 블레이드모재(110)의 소재로서, 내열성이 높은 NI(니켈)을 함유한 열간소재인 SKD61 소재를 사용하는데, 이에 따라 레이저(221)에 의한 육성용융 시에도 블레이드모재(110)에 파단이 발생하지 않게 된다.
결과적으로, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 커팅블레이드는, 종래의 커팅블레이드에서 블레이드모재(도 1 및 도 2의 10)(커팅날(11)을 구비함)의 소재로 사용되는 SKD11의 열처리 경도 650Hv와 비교하여 23∼53% 이상 높은 경도를 가질 수 있다.
종래기술에 따른 커팅블레이드의 커팅날(도 1 및 도 2의 11)은 소재로서 경도가 약 300Hv인 SKD11를 열처리하여 약 650Hv의 경도로 상승시킨 후, 커팅날(11)의 표면을 질화처리 코팅하여 약 1000Hv 경도의 코팅층(도 1 및 도 2의 11a)을 형성시켰는데, 실질적으로 코팅층(11a)이 15μm이하의 두께를 가진 박판 타입으로 이루어짐으로써, 커팅작업 시 커팅날(11)로부터 쉽게 탈거됨에 따라 종국적으로 커팅날(11)의 전단 강도는 SKD11의 열처리 경도인 약 650Hv 경도까지 저하된다.
그런데, 본 발명에 따른 커팅블레이드는 탈거가 거의 이루어지지 않는 용융합금화 방식으로 초고강도 표면부(120)가 구성되는데, 이러한 용융합금화 방식으로서 레이저(221)로 고강성 금속분말(231)이 육성용접된 초고강도 표면부(120)의 경도가 약 830Hv로 향상됨으로써, 종래의 650Hv와 비교하여 23∼53% 이상 높은 경도를 가지게 된다.
한편, 본 발명에 따른 커팅블레이드는, 초고강도 표면부(120)가 손상 시 커팅날(111)의 홈(111a) 내부에 추가로 육성용융되어 보수가능한 것을 특징으로 한다.
많은 커팅작업으로 인하여 커팅날(111)로부터 초고강도 표면부(120)의 일부분이 탈거되거나 전체가 탈거되는 초고강도 표면부(120)의 손상이 있는 경우, 작업자가 상술된 레이저 메탈 디포지션 기술로 커팅날(111)의 홈(111a) 내부에 육성용융을 추가로 함으로써 초고강도 표면부(120)의 보수가 가능함에 따라, 초고강도 표면부(120)에 대한 원활하면서도 용이한 보수관리를 할 수 있다.
참고로, 상기 커팅날(111)은 인서트 방식으로 제작되어 커팅날(111)만 교체하여 보수될 수 있다. 이때 커팅날(111)은 상기의 공정으로 이미 초고강도 표면부(120)의 용융합금화가 완료된 상태여야 한다.
그리고, 상기 커팅날(111)의 홈(111a)은 블레이드모재(110)에서 커팅날(111)의 표면을 파내는 가공으로 형성되거나, 블레이드모재(110)를 제작 시 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 초고강도 표면부(120)가 커팅날(111)에 용융합금화 방식으로 구성되기 위해서, 커팅날(111)에는 홈(111a)이 형성되어야 하는데, 이러한 홈(111a)은 커팅날(111)을 가진 블레이드모재(110)를 제작한 다음, 커팅날(111)에 별도로 홈(111a)을 가공함으로써 형성될 수 있다. 이와 같은 커팅날(111)에 대한 홈(111a) 가공은 기존의 블레이드모재(110)에도 홈(111a) 형성을 가능하게 함에 따라, 본 발명에 따른 커팅블레이드의 초고강도 표면부(120)가 기존의 어떠한 커팅블레이드에도 적용될 수 있도록 하는 이점을 가진다.
또한, 상기 홈(111a)은 커팅날(111)을 가진 블레이드모재(110)를 제작 시, 즉 커팅날(111)을 주조 시 형성될 수 있는데, 이러한 경우 별도의 홈(111a) 가공을 할 필요가 없기 때문에 비용 및 노동부하 측면에 있어서 유리한 장점이 있다.
결과적으로, 상술된 바와 같이 본 발명에 따른 커팅블레이드는 용융합금화 방식으로 초고강도 표면부(120)가 구성됨으로써, 커팅작업 중에 초고강도 표면부(120)의 탈거가 거의 이루어지지 않게 되어 종래에 비하여 높은 경도를 계속적으로 유지시킬 수 있음에 따라, 커팅블레이드의 강도저하로 인한 칩핑, 마모, 균열 및 내구성 저하를 방지할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 커팅블레이드는 고가의 레이저가 사용되는 레이저 커팅장치에 비하여 원가가 절감됨에 따라, 레이저 커팅과 비교하여 경제성이 향상될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
1 : 커팅대상물 110 : 블레이드모재
111 : 커팅날 111a : 홈
120 : 초고강도 표면부 200 : 레이저 용접장치
210 : 장치몸체 220 : 레이저홀
221 : 레이저 230 : 금속분말홈
231 : 고강성 금속분말 240 : 가스홀
241 : 쉴드가스

Claims (8)

  1. 사각블럭 형상을 지니며, 직선 이동형 커팅타입으로 소재를 커팅하는 커팅날을 가진 블레이드모재; 및 상기 커팅날에 용융합금화 방식으로 구성되는 초고강도 표면부;를 포함하며,
    상기 커팅날의 표면에는 홈이 형성되고 상기 초고강도 표면부가 용융합금화 방식으로 상기 홈에 채워져서 형성되며,
    상기 홈은, 두 개의 상기 블레이드모재가 사이에 배치되는 상기 소재를 커팅 시 두 개의 상기 블레이드모재가 서로 겹쳐지는 엣지 부분인 상기 커팅날에서, 상기 소재의 커팅부위 측 모서리부에 형성되고, 내측면에 각진 절곡코너부를 가지며,
    상기 홈은 상기 모서리부의 길이방향을 따라 계속적으로 이어지게 형성되어, 상기 초고강도 표면부가 사각블럭 형상의 상기 블레이드모재에서 상기 모서리부를 따라 계속적으로 이어진 형상구조를 이루며,
    상기 초고강도 표면부는 두께가 400μm 이상이며,
    상기 초고강도 표면부는 고강성 금속분말이 레이저로 육성용융되어 합금화되며,
    상기 블레이드모재는 니켈을 함유한 열간소재인 SKD61소재로 제조된 것을 특징으로 하는 커팅블레이드.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 초고강도 표면부는, 손상 시 상기 커팅날의 홈 내부에 추가로 육성용융되어 보수가능한 것을 특징으로 하는 커팅블레이드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 커팅날의 홈은, 상기 블레이드모재에서 상기 커팅날의 표면을 파내는 가공으로 형성되거나, 상기 블레이드모재를 제작 시 형성된 것을 특징으로 하는 커팅블레이드.
  8. 삭제
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