KR102145115B1 - 복합소재를 이용한 유체펌프 임펠러의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본발명은 복합소재를 이용한 유체펌프 임펠러의 제작방법에 관한 것으로, 축과, 상기 축외주연에 결합되는 다수개의 날개로 이루어지는 축류형 임펠러인 유체펌프 임펠러의 제작방법에 있어서, 상기 유체펌프 임펠러를 재단하고, 상기 재단된 원단을 적층하는 단계;
상기 적층된 원단을 상, 하부몰드에 각각 넣고 조립하는 단계;
상,하부 몰드를 필름으로 감싼 후 진공펌프를 이용 진공을 형성하는 단계;
상,하부 몰드를 가열하는 단계;
상, 하부 유체펌프 임펠러를 탈형하는 단계;
상,하부유체펌프 임펠러를 서로 접착하는 단계;를 포함하는 것으로,
본발명은 복합소재를 적층하여 유체펌프 임펠러를 몰드내에서 성형하되, 진공성형과 열처리를 함으로써 제작된 유체펌프 임펠러가 강도 및 내구성이 뛰어나며 내마모성이 뛰어나며 수명이 길다는 현저한 효과가 있다.

Description

복합소재를 이용한 유체펌프 임펠러의 제작방법{Manufacturing method of fluid pump impeller using composite material}

본발명은 복합소재를 이용한 유체펌프 임펠러의 제작방법에 관한 것으로, 축과, 상기 축외주연에 결합되는 다수개의 날개로 이루어지는 축류형 임펠러를 제작하되, 복합소재를 적층하여 유체펌프 임펠러를 몰드내에서 성형하되, 진공성형과 열처리를 함으로써 제작된 유체펌프 임펠러가 강도 및 내구성이 뛰어나며 내마모성이 뛰어나며 수명이 긴 복합소재를 이용한 유체펌프 임펠러의 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로 유체펌프의 임펠러를 제작하는 방법에 있어서, 합성수지 등을 이용하여 사출 등에 의하거나 원단을 적층하여 제작하는 방법이 공개되어 있다. 일례로서 등록특허공보 등록번호 10-1551285호에는 제1 원판 상에 다수의 블레이드가 방사형으로 배치되고, 그 반대측으로 제2 원판이 일체로 결합된 형상으로 구성되며, 제1 원판의 중앙부에는 유체 유입을 위한 개구부가 형성되고, 제2 원판의 중앙부에는 구동축과 결합되기 위한 구동부가 형성된 펌프용 임펠러의 제조방법으로서, 섬유 또는 원단으로 이뤄진 구조재를 상기 제1 원판 또는 블레이드, 제2 원판의 단면을 이루는 형상을 가지도록 절단하여 구조재 요소를 준비하는 단계;

금속제의 중공형 결합축을 준비하는 단계;

결합 상태를 기준으로 상기 임펠러의 외형과 동일한 형태의 캐비티를 갖는 제1 금형 및 제2 금형 내에, 블레이드 금형을 개재하여 상기 각 구조재 요소를 임펠러 형상을 이루도록 적층하되, 금속제의 중공형 결합축이 상기 제2 원판을 이루는 구조재 요소의 중앙부에 삽입된 형태로 적층하여 상기 구동부를 이루도록 하며, 각 구조재 요소에 결합용 액상 수지가 함침되도록 하는 단계; 및

상기 제1 금형과 제2 금형 내에 적층된 구조재 요소가 상호 결합 및 경화되도록 자연 또는 강제 냉각시킨 후, 각 금형을 분리하여 상기 구조재 요소가 경화되어 이루어진 임펠러를 탈거하는 단계;를 포함하여 구성된 펌프용 구조복합재 임펠러 제조방법이 공개되어 있다.

또한, 등록특허공보 등록번호 10-1551285호에는 제1 원판 상에 다수의 블레이드가 방사형으로 배치되고, 그 반대측으로 제2 원판이 일체로 결합된 형상으로 구성되며, 제1 원판의 중앙부에는 유체 유입을 위한 개구부가 형성되고, 제2 원판의 중앙부에는 구동축과 결합되기 위한 구동부가 형성된 펌프용 임펠러의 제조방법으로서, 섬유 또는 원단으로 이뤄진 구조재를 상기 제1 원판 또는 블레이드, 제2 원판의 단면을 이루는 형상을 가지도록 절단하여 구조재 요소를 준비하는 단계;

금속제의 중공형 결합축을 준비하는 단계;

결합 상태를 기준으로 상기 임펠러의 외형과 동일한 형태의 캐비티를 갖는 제1 금형 및 제2 금형 내에, 블레이드 금형을 개재하여 상기 각 구조재 요소를 임펠러 형상을 이루도록 적층하되, 금속제의 중공형 결합축이 상기 제2 원판을 이루는 구조재 요소의 중앙부에 삽입된 형태로 적층하여 상기 구동부를 이루도록 하며, 각 구조재 요소에 결합용 액상 수지가 함침되도록 하는 단계; 및

상기 제1 금형과 제2 금형 내에 적층된 구조재 요소가 상호 결합 및 경화되도록 자연 또는 강제 냉각시킨 후, 각 금형을 분리하여 상기 구조재 요소가 경화되어 이루어진 임펠러를 탈거하는 단계;를 포함하여 구성된 펌프용 구조복합재 임펠러 제조방법이 공개되어 있다.

그러나 상기 종래기술들은 제작이 복잡하거나 제작된 유체펌프 임펠러가 강도 및 내구성이 충분하지 못하며 내마모성이 약해 수명이 짧은 문제점이 있었다.

따라서 본발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 복합소재를 적층하여 유체펌프 임펠러를 몰드내에서 성형하되, 진공성형과 열처리를 함으로써 제작된 유체펌프 임펠러가 강도 및 내구성이 뛰어나며 내마모성이 뛰어나며 수명이 긴 복합소재를 이용한 유체펌프 임펠러의 제작방법을 제공하고자 하는 것이다.

본발명은 복합소재를 이용한 유체펌프 임펠러의 제작방법에 관한 것으로, 축과, 상기 축외주연에 결합되는 다수개의 날개로 이루어지는 축류형 임펠러인 유체펌프 임펠러의 제작방법에 있어서, 상기 유체펌프 임펠러를 재단하고, 상기 재단된 원단을 적층하는 단계;

상기 적층된 원단을 상, 하부몰드에 각각 넣고 조립하는 단계;

상,하부 몰드를 필름으로 감싼 후 진공펌프를 이용 진공을 형성하는 단계;

상,하부 몰드를 가열하는 단계;

상, 하부 유체펌프 임펠러를 탈형하는 단계;

상,하부유체펌프 임펠러를 서로 접착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서 본발명은 복합소재를 적층하여 유체펌프 임펠러를 몰드내에서 성형하되, 진공성형과 열처리를 함으로써 제작된 유체펌프 임펠러가 강도 및 내구성이 뛰어나며 내마모성이 뛰어나며 수명이 길다는 현저한 효과가 있다.

도 1은 본발명의 복합소재를 이용한 유체펌프 임펠러의 제작방법 공정도

본발명은 복합소재를 이용한 유체펌프 임펠러의 제작방법에 관한 것으로, 축과, 상기 축외주연에 결합되는 다수개의 날개로 이루어지는 축류형 임펠러인 유체펌프 임펠러의 제작방법에 있어서, 상기 유체펌프 임펠러를 재단하고, 상기 재단된 원단을 적층하는 단계;

상기 적층된 원단을 상, 하부몰드에 각각 넣고 조립하는 단계;

상,하부 몰드를 필름으로 감싼 후 진공펌프를 이용 진공을 형성하는 단계;

상,하부 몰드를 가열하는 단계;

상, 하부 유체펌프 임펠러를 탈형하는 단계;

상,하부유체펌프 임펠러를 서로 접착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제작된 상,하부유체펌프 임펠러를 서로 접착한 후, 필름으로 감싼 후 진공펌프를 이용 진공을 형성한 후, 가열하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본발명의 복합소재를 이용한 유체펌프 임펠러의 제작방법 공정도이다.

1: 몰드(거푸집) 준비공정

A-세척

원형에 따라 만들어진 몰드의 표면을 필요에 따라 연마 및 수정하여야 한다.

탈형이 쉽게 될수 있도록 표면 조도는 높은 것이 바람직하다.

연마 및 수정이 끝난 몰드의 제품 표면을 아세톤, IPA등의 용제로 표면을 탈지 및 세척한다.

유, 수성의 잔여물이 전혀 남지 않고 표면을 상하지 않도록 하는 용제를 사용하여야 한다.

몰드를 완전 건조시킨다

B-이형제 적용

사용온도범위 섭씨 100~200도 정도의 제품을 사용하며, 에어 스프레이로 코팅한다.

30분의 간격을 두고 5회 코팅하며, 각 모서리 부분까지 잘 코팅이 될 수 있도록 꼼꼼히 한다.

코팅이 완료되면 이형제의 경화를 위해 24시간 건냉암소에 보관한다.

차후 실제 사용할때를 대비하여 깨끗하게 유지될 수 있도록 커버를 씌워둔다.

2: 원단적층계획

사용된 자재는 토레이 T700 원사로 제작된 평직 3K200gsm 과 0.15mm유니디렉션 프리프레그를 사용하였다.

임펠러의 형상에 맞는 원단의 배치를 위해 몰드의 치수를 알 필요가 있으며,

TDS상의 원단 사양과 실제 사양의 괴리가 있는지 또한 알 필요가 있다.

실제 제작에서는 UD원단의 경우 각 30도 방사형으로 배치하고자 하며, 3K 또한 방사형 각 30도 방향으로 배치하고자 한다.

사용되는 레이어는 원단마다 두께가 다르므로 몰드 치수에 따라 몇장이 사용될 것인지 파악한다.

3: 적층공정(및 세부공정, 적층방향)

A-프리프레그 원단을 저장고(냉동고) 에서 꺼낸 후 습도 40%, 상온 25도의 어둡고 건조한 곳에 24시간 방치한다.

B-미리 준비해 둔 원단에 맞는 지그를 이용, 원단을 재단하며, 한장씩 재단해도 관계 없지만, 간단한 형상의 경우 공정 단축을 위해 미리 적층한 다음 초음파절단을 하여도 무방하다.

C-재단된 원단은 되도록 바로 적층에 사용하는 것이 좋으며, 그렇지 못할 경우 다시 냉동고에 보관하고, 사용할때에는 24시간 전에 상온으로 옮겨 놓는다.

D-미리 절단되어진 원단을 적층한다. 최종품의 표면내구성을 위해 표면에서 약 0.8~1.4mm 정도 (필요에 따라 가감)는 직조된 원단을 사용하고, 사용처가 굉장히 안정적이라면 UD를 사용하여도 무방하다

E-원단 적층이 2회 된 시점마다 40도의 온도에 20분 노출시켜 프리프레그 수지의 유연성을 증가시켜 몰드에 밀착이 잘 될 수 있도록 한다. 후속 적층은 원단과 몰드가 식고 난 후 진행한다.

F-클로즈 타입 임펠러의 경우 베인(vane) 이 위치하는 내측도 결국 외측에 해당하므로 약0.4~0.8mm 정도 직조된 원단을 사용한다.

G-베어링 마찰부, 축연결부 등의 적층은 기계가공의 원활함을 위해 원단 방향이 축방향을 향하도록 적층한다.

H-축과 임펠러 몸체의 연결부는 유연하게 이어지도록 꼼꼼히 적층하여 제품의 내구성에 이상이 없도록 적층한다.

I-변죽(rim)부분의 적층은 원단이 끊어진 곳이 한쪽에 몰려 있어선 안되며, 변죽의 두께따라 각도를 달리하여 각 층의 절단부가 최대한 멀리 떨어지게 적층하여야 한다.

J-변죽과 임펠러 본체 평면부의 연결은 유연하게 이어지도록 꼼꼼히 적층한다.

K-A부터 J까지의 공정을 반대편 몰드에 적용하여 적층한다.

L-몰드가 형상당 2장 이상일 경우 한쪽 몰드에 모두 적층하여선 아니되며, 분할적층하여야 한다.

M-모든 적층이 끝나고 난 후 상하몰드를 조립하여 체결구를 이용, 체결 및 압착하여 후속 공정으로 넘어가거나, 보관할 경우 냉동고에 보관한다.

4: 진공백 공정

A-적층이 완료된 몰드의 외측을 단섬유 부직포(300g이상)으로 꼼꼼히 포장한다. 사용되는 고정구는 섭씨120도 이상의 내열성을 가지는 적당한 재료로 포장한다.

B-몰드의 뾰족한 부분, 체결구 등의 모서리가 절대 노출되지 않도록 한다.

C-내열성, 유연성, 불투과성을 가지는 집함필름을 이용, 기체가 새지 않도록 몰드를 포장한다. 이때, 한쪽 모서리에는 진공호스가 체결되어 있거나, 체결이 가능한 구조로 포장한다.

D-필름내부에 노출된 호스의 끝단은 구멍이 노출되지 않도록 부직포로 포장하고, 몰드를 감싸고 있는 부직포와 접촉되어 있어야 한다.

E-몰드를 포장한 필름에 연결된 호스와 진공펌프를 이용하여 필름 내부의 압력을 700mmhg가 될때까지 감압한다.

F-700mmgh에 도달하였으면 진공호스를 적절한 도구를 이용해 차단하고 진공펌프의 전원을 내린 후 30분간 방치한다.

G-30분 후 게이지의 바늘이 조금이라도 이동하였으면 진공관련 공정에 문제가 있는 것이므로 수정하여 게이지가 움직이지 않도록 조치한다.

5: 진공성형과 가압 및 가열

A-섭씨120도의 가열된 오븐에 진공작업이 완료된 몰드를 투입한다.

B-섭씨120도로 가열된 오븐내의 몰드의 가열시간을 고려하여 오븐내에 30분 방치한 후, 150분 동안 섭씨 120도로 가열한다. 총 2시간이 걸린다.

C-이후 오븐의 온도를 60도에 설정한 후 360분 동안 가열한다.

D-가열시 몰드에 진공펌프는 연결되어 있어야 하고 진공펌프는 가동중이어야 한다.

E-가열시 오븐 내 가압이 가능하다면 0.4 Mpa로 가압한다.

F-가열 스케쥴이 종료되면 시간당 섭씨 10도씩 온도를 낮추고, 섭씨 30도가 된 시점에서 오븐에서 꺼낸다.

G-몰드의 온도가 완전히 상온으로 돌아오면 포장을 제거하고 고정구를 제거한다

6: 탈형

A-상하형의 분리를 충격없이 진행하도록 한다.

B-고무망치, 플라스틱 헤라 등의 복합소재의 경도보다 낮은 도구를 사용하여 물리적인 충격이 최소화 되도록 탈형한다.

C-탈형이 완료되면 몰드를 세척하고 건냉암소에 보관한다.

7:표면처리

A-탈형이 완료된 부품을 수세(중성세제) 및 적합한 유성 탈지제로 세척한다

B-부품을 건조시킨 후 표면의 이물질이나 요철을 사포를 시용하여 제거한다.

C-전반적으로 p400번의 사포로 표면을 샌딩한다.

D-비닐에스테르 수지를 교반하여 제품 전반에 코팅한다.

E-P400번 사포로 전반적으로 샌딩 후 유,수세하여 건조한다.

F-임펠러 베인이 내부에 자리하여 노출되지 않는 임펠러의 경우 베인과 바디의 접합면 2개소를 마스킹한다.

G-7090 겔코트를 교반하여 부품 전반에 걸쳐 코팅한다.(약 30micron)

H-코팅 직후 F항목에서 실시한 마스킹을 제거한다.

I-겔코트의 제원표를 따라 경화처리한다.

J-필요에 따라 E~I항목을 반복한다.

8:접착준비공정

A-마스킹 처리하여 겔코트가 부착되지 않은 부분에 무수아세톤 및 IPA로 탈지처리한다.

B-탈지가 완료되면 접합표면을 한번 더 검사하여 접합면이 완벽히 일치하는지, 이물질이 없는지 확인한다.

C-11C-hysol 접착제를 사양서에 맞도록 교반하며, 이론면적 대비 약 15% 정도 더 교반한다.

9:접착방법

A-상 하 각 부품에 적합한 지그를 이용하여 접착하며, 제품의 크기에 맞춰 압력을 산정한다.

B-1센티미터 제곱당 약 10kg의 압력을 가한다.

C-각 부품을 지그에 조립하고, 중심점이 잘 맞도록 세팅한다.

D-탈지처리 된 양 접합면에 교반해놓은 접착제를 면적당 각 무게에 맞춰 도포한다

E-접착제 교반 후 30분 안에 도포 및 지그 조립, 압착이 완료되어야 한다.

10:접착 및 마무리

A-접착제 도포, 지그 조립, 압착이 끝난 조립체 전체를 부직포로 감싼다.

B-진공필름으로 포장하여 700mmhg의 진공도를 형성한다.

C-60도에서 1시간, 80도에서 1시간의 열처리 공정을 거치며, 예열시간 포함하여 약 2시간 30분의 열처리 공정을 실시한다.

D-열처리가 끝난 후 1시간당 섭씨10도씩 하락하도록 하여 실온이 되면 조립체를 오븐에서 꺼낸다

E-조립체를 감싸고 있는 포장을 제거하고 지그를 해체한다.

따라서 본발명은 복합소재를 적층하여 유체펌프 임펠러를 몰드내에서 성형하되, 진공성형과 열처리를 함으로써 제작된 유체펌프 임펠러가 강도 및 내구성이 뛰어나며 내마모성이 뛰어나며 수명이 길다는 현저한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 축과, 상기 축외주연에 결합되는 다수개의 날개로 이루어지는 축류형 임펠러인 유체펌프 임펠러를 재단하고, 상기 재단된 원단을 적층하는 단계;
   상기 적층된 원단을 상, 하부몰드에 각각 넣고 조립하는 단계;
   상,하부 몰드를 필름으로 감싼 후 진공펌프를 이용 진공을 형성하는 단계;
   상,하부 몰드를 가열하는 단계;
   상, 하부 유체펌프 임펠러를 탈형하는 단계;
   상,하부유체펌프 임펠러를 서로 접착하는 단계;
   상기 제작된 상,하부유체펌프 임펠러를 필름으로 감싼 후 진공펌프를 이용 진공을 형성한 후, 가열하는 단계;를 포함하는 복합소재를 이용한 유체펌프 임펠러의 제작방법에 있어서,
   상기 재단된 원단을 적층하는 단계는 프리프레그 원단을 저장고인 냉동고에서 꺼낸 후 습도 40%, 상온 25도의 어둡고 건조한 곳에 24시간 방치한 후,
   미리 준비해 둔 원단에 맞는 지그를 이용, 원단을 재단하되,
   상기 재단된 원단은 되도록 바로 적층에 사용하며, 그렇지 못할 경우 다시 냉동고에 보관하고, 사용할때에는 24시간 전에 상온으로 옮겨 놓으며,
   상기 절단되어진 원단을 적층하는 공정은 원단 적층이 2회 된 시점마다 40도의 온도에 20분 노출시켜 프리프레그 수지의 유연성을 증가시켜 몰드에 밀착이 잘 될 수 있도록 하며,
   상,하부 몰드를 필름으로 감싼 후 진공펌프를 이용 진공을 형성하는 단계는,
   몰드를 포장한 필름에 연결된 호스와 진공펌프를 이용하여 필름 내부의 압력을 700mmHg가 될때까지 감압하며,
   상기 700mmHg에 도달하였으면 진공호스를 차단하고 진공펌프의 전원을 내린 후 30분간 방치하며,
   섭씨120도의 가열된 오븐에 상기 필름에 의해 진공작업이 완료된 몰드를 투입하는 것으로, 투입후 30분 오븐내에 방치한 후, 150분 동안 섭씨120도로 가열하며, 이후 오븐의 온도를 60도에 설정한 후 360분 가열하되,
   가열시 몰드에 진공펌프는 연결되고 상기 진공펌프는 가동하며,
   가열시 오븐 내는 0.4 Mpa로 가압하며,
   상기 가열 공정이 종료되면 시간당 섭씨 10도씩 온도를 낮추고, 섭씨 30도가 된 시점에서 오븐에서 꺼내며, 몰드의 온도가 상온으로 돌아오면 포장을 제거하고 고정구를 제거하며,
   상기와 같이 제작된 상,하부유체펌프 임펠러를 다시 필름으로 감싼 후 진공펌프를 이용 진공을 형성한 후, 가열하는 단계는,
   상기 상,하부유체펌프 임펠러 조립체 전체를 부직포로 감싼후, 진공필름으로 포장하여 700mmHg의 진공도를 형성한 후,
   60도에서 1시간, 80도에서 1시간의 열처리 공정을 거치며, 예열시간 을 포함하여 2시간 30분의 열처리 공정을 실시하며,
   열처리가 끝난 후 1시간당 섭씨10도씩 하락하도록 하여 실온이 되면 조립체를 오븐에서 꺼낸후, 상기 상,하부유체펌프 임펠러 조립체를 감싸고 있는 포장을 제거하고 지그를 해체하는 것을 특징으로 하는 복합소재를 이용한 유체펌프 임펠러의 제작방법
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