KR102068527B1 - 열처리 변경 교정 작업을 위한 경량화 교정 정반의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 경량화된 교정 정반의 제작 방법은 상기 교정 정반을 구성하는 상이한 비중을 갖는 복수의 정반 부재를 준비하는 단계; 상기 복수의 정반 부재 간에 억지 끼워 맞춤 방식으로 조립을 실시하는 단계; 및 상기 조립된 상태의 교정 정반 상에 질화 처리를 실시하여 경도를 높이는 단계;를 포함하고, 상기 억지 끼워 맞춤을 실시하는 경우에는 상기 복수의 정반 부재 중 비중이 큰 정반 부재의 냉각 처리를 위하여 액체 질소를 사용한다.

Description

열처리 변경 교정 작업을 위한 경량화 교정 정반의 제조 방법{Method for manufacturing a lightweight calibrating surface plate}

본 발명은 경량화 소재인 마그네슘과 최소한의 스틸을 적용하여 열처리 변경 교정 작업을 위한 경량화 교정 정반의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 하나의 금형 제작에서는 스틸(SKD11) 약 30~50 EA를 사용하게 되고, 초고장력 강판 성형 시에 스틸(SKD11)의 마모를 최소화하기 위해 전체 경화 열처리 중 하나인 진공 열처리는 필수적으로 하는 작업의 공정이다. 이 때 변형은 필수적으로 발생되고, 이렇게 변형된 금속재료는 교정 작업 후 사용하게 된다.

한편, 한 명의 작업자가 변형된 스틸에 대한 교정 작업을 하루에 할 수 있는 수량은 최대 7EA 정도이고, 스틸로 만든 열처리된 약 40kg의 정반을 크레인에 매달아 좌,우,앞,뒤로 움직여 적연 내지 광명단을 묻혀 변형된 부위를 연마하여 평탄도를 맞춰 나가는 작업이 매우 어려우며 작업의 생산성이 떨어진다.

한편, 상기 스틸을 통한 교정 작업의 어려움을 반영하여 마그네슘을 채용할 수 있는데, 마그네슘은 철보다 가벼운 금속이나 여리고 단단하지 못하다는 단점이 있어 열처리하여 변형된 스틸의 교정 작업을 수행하기에는 적합하지 못하다.

상기와 같이, 기존의 교정 정반은 스틸 재질로 제작되어져 부피에 비하여 무거워 작업자의 스트레스 및 피로과다 누적하여 발생함으로써 작업의 비효율성이 높다는 문제점이 있었다.

기존의 한국등록특허 제10-1610021호(판형 가공물의 평탄도 교정 장치)를 참조하면, 후속 공정에서 이루어지는 가공물에 대한 평탄도 교정 작업을 균일한 하중의 인가를 통해 일회의 작업 공정에서 대량으로 구현할 수 있게 함으로써 교정 작업의 생산성을 향상시킬 수 있는 판형 가공물의 평탄도 교정 장치에 대한 내용을 제공하지만, 판형 가공물을 직접적으로 가공하는 교정 정반을 제작하는 공법을 직접적으로 기술하는 방안에 대해서는 구체적으로는 개시하지 않는다는 점에서 한계가 있다.

(특허문헌 1) KR 0-1610021 B

본 발명에서는 현장 작업자 입장에서 열처리 변형 교정 작업을 위한 경량화 소재로서 마그네슘을 적용하여 경량화 교정 정반을 제작하는 것과 동시에 열처리 변형 교정 작업의 효율성을 향상하는 방안을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 경량화된 교정 정반의 제작 방법은 상기 교정 정반을 구성하는 상이한 비중을 갖는 복수의 정반 부재를 준비하는 단계; 상기 복수의 정반 부재 간에 억지 끼워 맞춤 방식으로 조립을 실시하는 단계; 및 상기 조립된 상태의 교정 정반 상에 질화 처리를 실시하여 경도를 높이는 단계;를 포함하고, 상기 억지 끼워 맞춤을 실시하는 경우에는 상기 복수의 정반 부재 중 비중이 큰 정반 부재의 냉각 처리를 위하여 액체 질소를 사용한다.

상기 복수의 정반 부재는 상기 교정 정반의 상부를 구성하는 제1 정반 부재 및 상기 제1 정반 부재의 하부 상에 억지 끼워 맞춤방식으로 결합되는 제2 정반 부재를 포함한다.

상기 제1 정반 부재 및 제2 정반 부재 간의 억지 끼워 맞춤을 통한 결합 부위는 동일한 폭 및 간격으로 배치된다.

상기 제1 정반 부재는 경제형 S45C를 채택하고, 상기 제2 정반 부재는 마그네슘을 채택한다.

상기 질화 처리는, 염욕질화 570도의 열처리 온도 하에서 210분의 HOLD TIME을 갖고, 1차로 200 ~ 250 도의 유냉 및 2차로 30 도의 수냉을 실시한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 열처리 변경 교정 작업을 위한 경량화 교정 정반의 제조 방법은 기존에 정반 제작을 위해 사용하던 소재인 SKD11 보다 저렴한 S45C 소재를 사용하는 것과 동시에 경량화를 위하여 마그네슘 소재를 결합 사용함으로써 교정 정반의 무게를 줄이기 위하여 S45C의 두께를 최대한 얇게 적용하게 한다.

본 발명은 S45C 소재 및 마그네슘 소재를 억지 끼워 맞춤 방식을 통해 결합하는 과정에서 액체질소를 사용하여 금속이 수축되는 원리를 이용함으로써 결합의 견고성을 높이게 한다.

본 발명은 기존의 SKD11 보다 저렴한 S45C의 경도를 높이기 위한 차원으로 질화 처리를 실시함으로써 품질을 높인다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 교정 정반을 보인다.
도 2는 도 1의 교정 정반을 구성하는 구성요소들을 색상을 통해 구분한 상태를 보인다.
도 3은 제2 정반 부재에 대한 질화 처리 작업을 보인다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 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.

본 발명에 따른 경량화된 교정 정반의 제조 방법은 기존 교정 정반의 경우에 스틸 재질 만으로 제작되어져 부피에 비하여 무거워 작업자의 스트레스 및 피로가 과다 누적 발생하여 작업의 비효율성을 높게 한다는 단점을 보안하여 경량 소재인 마그네슘의 사용과 최소한의 스틸을 사용하여 경량화 교정 정반을 제작하고자 하는 것이다.

교정 정반(100)은 상부를 구성하는 제1 정반 부재(10), 상기 제1 정반 부재의 하부 상에 억지 끼워 맞춤방식으로 결합되는 제2 정반 부재(20) 및 제2 정반 부재의 하부 상에 배치되는 손잡이부(30)를 포함한다. 상기 손잡이부(30)는 손잡이부(30)의 상하부를 관통하도록 배치된 결합 수단(40)이 제2 정반 부재(20)의 하단을 통해 결속된다.

제1 정반 부재(10)는 기존에 사용하던 소재인 SKD11보다 비용이 저렴한 S45C 소재를 사용한다. 상기 S45C는 철(스틸) 경제형 소재로서, 경도를 높이기 위하여 질화처리 작업을 한다. 구체적으로, 제1 정반 부재는 기존 사용하던 소재인 SKD11 보다 S45C의 경도가 낮으므로, 경도를 높이기 위한 차원에서 질화 처리를 실시하여 경도를 확보한다.

제2 정반 부재(20)는 기존의 스틸을 대신할 경량소재로서 마그네슘을 채택한다. 상기 마그네슘은 1.74의 비중을 갖는 것으로서 철의 비중인 7.85보다 약 6배 가볍다. 하지만, 열처리된 철의 경도보다 약해 교정 작업하기에 부적합한바, 마그네슘의 경도를 보강하기 위하여 철을 최소화한 상태에서 상이한 종류의 금속을 결합한다.

제1 정반 부재(10)와 제2 정반 부재(20)는 억지 끼워 맞춤 작업을 통해 결합이 이루어진다. 즉, 제1 정반 부재 상에 소정 간격으로 형성된 제1 결합 돌기 및 제2 정반 부재 상에 소정 간격으로 형성된 제2 결합 돌기가 서로 엇갈리게 배치된 상태에서 억지 끼워 맞춤 결합이 진행된다. 인접하는 제2 결합 돌기 사이는 제1 결합 돌기의 삽입이 원활히 진행되도록 상기 제1 결합 돌기의 길이보다 깊게 홈이 형성된다.

상기 억지 끼워 맞춤 시에 조립의 원활함을 위하여 S45C인 제1 정반 부재(10)의 냉각 처리를 위하여 액체 질소를 사용한다. 여기에서, 냉각을 시키는 경우에 금속이 수축되는 원리를 이용한다.

낮은 온도의 액체질소(-196℃)를 이용하여 제1 정반 부재(10)를 이루는 S45C 소재를 냉각시켜 수축된 상태로 제2 정반 부재(10)를 이루는 마그네슘 소재를 억지 끼워 맞춤 작업을 하게 하는데, 상기 과정에서 마그네슘과 S45C 간의 조립을 위하여 억지끼워 맞춤을 진행한다.

제2 정반 부재(10)를 구성하게 하는 마그네슘 금형과 제1 정반 부재(10)를 구성하게 하는 경제형 S45C 금형 간에는 +0.002의 가공 공차를 적용하게 되는데, 상기 상태에서는 기본적인 일반 조립이 불가능하다.

이에, 철이 가지고 있는 고유의 특성을 이용하게 되는데, S45C를 냉각하게 되면 제1 정반 부재에 형성된 제1 결합 돌기 간의 거리가 가까워져 내부의 탄소 원자가 재배열하지 못하도록 일정시간 고정되는 특징을 갖는다.

상기와 같이 철의 특성을 사용하여 급속 냉각하고자 액체 질소를 사용하여 제1 정반 부재(10)를 이루는 S45C를 급속 냉각하여 스틸의 수축 이후에 마그네슘과 철의 억지 끼워?춤을 진행한다.

제1 정반 부재(10)를 제2 정반 부재(20) 상에 억지 끼워 맞춤 작업 시에는 제2 정반 부재(20)인 마그네슘 금형의 표면 상에 일부 함몰된 부분이 발생할 수 있다. 이에 액체 질소로 S45C 치수 변화 및 형상 변화를 수정하고자 평면 연마 작업을 실시하여 표면에 대한 정밀도를 향상한다.

한편, 제2 정반 부재(20)에 대한 질화 처리 작업을 통하여 염욕 질화 570도의 열처리 온도 하에서 210분의 HOLD TIME을 갖고, 상기 HOLD TIME 후에 1차로200 ~ 250 도의 유냉을 실시하고, 2차로 30 도의 수냉을 실시한다.

제1 정반 부재(10)와 제2 정반 부재(20) 간에 억지끼워 맞춤을 진행하기 위해서는 제1,2 정반 부재 간의 마주하는 영역 상에 각각 일정한 간격으로 형성된 결합 돌기의 치수를 규정한다. 제1,2 정반 부재 상에 형성된 결합 돌기들은 동일한 폭을 갖는 것으로 설정할 수 있다.

예를 들어, 제1 정반 부재(10) 상에 형성된 제1 결합 돌기(12)는 제1 정반 부재의 길이방향을 따라 10mm 의 두께를 갖는 상태에서 복수의 제1 결합 돌기 간의 폭을 10mm 간격으로 유지한다.

한편, 제2 정반 부재(20) 상에 형성된 제2 결합 돌기(22)는 제2 정반 부재의 길이방향을 따라 10mm 의 두께를 갖는 상태에서 복수의 제2 결합 돌기 간의 폭을 10mm 간격으로 유지한다.

상기와 같이, 제1,2 정반 부재 상에 형성된 제1,2 결합 돌기 간에는 1 대 1의 비율로 그 간격이 설정된 상태에서 억지 끼워 맞춤이 가능하도록 공차가 정해진다.

손잡이부(30)는 금형의 이동 및 연마 작업을 용이하게 하도록 적용한다.

다음으로는, 도면을 참조하여 교정 정반을 제작하는 과정을 간단히 설명한다.

교정 정반을 구성하는 상이한 비중을 갖는 복수의 정반 부재를 준비한다.

복수의 정반 부재는 교정 정반의 상부를 구성하는 제1 정반 부재 및 상기 제1 정반 부재의 하부 상에 억지 끼워 맞춤방식으로 결합되는 제2 정반 부재를 포함한다.

제1 정반 부재는 기존에 사용하던 소재인 SKD11보다 비용이 저렴한 S45C 소재를 사용한다.

각각 동일한 두께를 갖는 것과 동시에 서로 간에 동일한 이격거리를 갖는 것으로 설정된 복수의 결합 돌기들이 각각 형성된 제1,2 정반 부재를 상호 결합하는 과정에서, 상대적으로 강도가 높은 S45C 재질을 갖는 제1 정반 부재의 냉각 처리를 위하여 액체 질소를 사용하여 금속된 수축된 상태로 마그네슘 소재를 갖는 제2 정반 부재를 억지 끼워 맞춤 작업을 진행한다.

즉, 제1 정반 부재를 구성하는 스틸이 가지고 있는 고유의 특성을 이용하게 되는데, S45C를 냉각하게 되면 스틸의 격자 사이의 거리가 가까워져 내부의 탄소 원자가 재배열하지 못하도록 일정시간 고정되는 특징을 갖게 되는바, 상기 스틸의 물성 및 급속 냉각하고자 액체 질소를 사용하여 S45C를 급속 냉각하여 스틸의 수축 이후에 마그네슘과 철의 억지 끼워?춤을 진행한다.

이하에서는, 본 발명에 따라 제작된 교정 정반을 이용하여 교정 작업을 실제적으로 수행한 결과를 설명한다.

기존 방식을 보면, 스틸로 제작된 최소 50kg의 무게를 갖는 정반을 사용하여 열처리에서 변형된 스틸을 교정 작업 시에 크레인에 걸어서 사용하게 하나,

본 발명에 따라 제작된 교정 정반은 현장작업자를 위하여 경량소재를 적용함으로써 약 20kg로 경량화하였다. 결과적으로, 현장 사용 과정에서 크레인 사용이 필요 없었으며, 작업자의 피로도가 감소하고, 작업의 능력을 약 2배까지 상승하였다. 또한, 기존 방식으로 작업 시에는 하루 8시간 근무 중 최대 작업수량은 7ea 정도였으나, 경량 정반의 사용으로 작업의 속도는 약 2배 빨라져 약 15ea 결과물을 얻을 수 있었다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 열처리 변경 교정 작업을 위한 경량화 교정 정반의 제조 방법은 기존에 정반 제작을 위해 사용하던 소재인 SKD11 보다 저렴한 S45C 소재를 사용하는 것과 동시에 경량화를 위하여 마그네슘 소재를 결합 사용함으로써 교정 정반의 무게를 줄이기 위하여 S45C의 두께를 최대한 얇게 적용하게 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 제1 정반 부재
20 : 제2 정반 부재
30 : 손잡이부
40 : 결합 수단

Claims (5)

1. 경량화된 교정 정반을 제작하는 방법에 있어서,
   상기 교정 정반을 구성하는 상이한 비중을 갖는 복수의 정반 부재를 준비하는 단계;
   상기 복수의 정반 부재 간에 억지 끼워 맞춤 방식으로 조립을 실시하는 단계; 및
   상기 조립된 상태의 교정 정반 상에 질화 처리를 실시하여 경도를 높이는 단계;를 포함하고,
   상기 복수의 정반 부재는 상기 교정 정반의 상부를 구성하는 제1 정반 부재 및 상기 제1 정반 부재의 하부 상에 억지 끼워 맞춤방식으로 결합되는 제2 정반 부재를 포함하고, 상기 제1 정반 부재 및 제2 정반 부재 간의 억지 끼워 맞춤을 통한 결합 부위는 동일한 폭 및 간격으로 배치되며,
   상기 억지 끼워 맞춤을 실시하는 경우에는 상기 복수의 정반 부재 중 비중이 큰 정반 부재의 냉각 처리를 위하여 액체 질소를 사용하는,
   경량화된 교정 정반의 제작 방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 정반 부재는 S45C를 채택하고, 상기 제2 정반 부재는 마그네슘을 채택하는,
   경량화된 교정 정반의 제작 방법.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 질화 처리는, 염욕질화 570도의 열처리 온도 하에서 210분의 HOLD TIME을 갖고, 1차로 200 ~ 250 도의 유냉 및 2차로 30 도의 수냉을 실시하는,
   경량화된 교정 정반의 제작 방법.

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