KR102479634B1 - 단조금형의 펀칭부 강도 증진을 위한 성형방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단조금형의 펀칭부 강도 증진을 위한 성형방법에 관한 것으로 제1절삭단계는 금형의 펀칭부 및 타발부의 표면을 2-4mm 절삭하고 상기 모재의 온도유지 및 용접단계는 예열된 모재의 온도를 유지하기 위하여 용접 테이블의 하단에 전기로를 설치하고 코발트,크롬,텅스턴계 용접봉으로 제1절삭단계에서 절삭된 표면을 4-6mm의 비드를 육성하며 모재의 템퍼링단계는 용접단계를 거친 모재를 템퍼링로에서 500-650℃의 온도로 150-210분간 템퍼링을 수행하고 자연 냉각 후 동일한 온도와 시간으로 총 3회의 템퍼링을 수행하며 펀칭부 제2절삭단계는 템퍼링 처리된 모재의 펀칭부 및 타발부의 표면을 2-4mm 절삭하여 성형하는 것을 특징으로 한다.

Description

단조금형의 펀칭부 강도 증진을 위한 성형방법{Forming method to increase the strength of punched part forged mold}
본 발명은 단조금형의 펀칭부 강도 증진을 위한 성형방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 프레스 금형,냉간,온간,열간 등의 단조금형의 펀칭부와 금형 펀치의 강도를 증진시켜 내마모성 뿐만 아니라 내충격성,내열성 및 내부식성을 향상시키고 성형되는 제품의 표면조직을 조밀하게 할 수 있게 펀칭부 제1절삭단계,모재의 예열단계,모재의 온도유지 및 용접단계,모재의 탬퍼링단계,펀칭부 제2절삭단계,모재의 연마,사상단계 및 검사단계를 통하여 성형하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 단조(Forging)란 금속재료를 가열하거나 압축하거나 타격함으로써 그 입자구조를 다듬고 물리적 성격을 향상시켜 각종 기계 장비 부품으로 제작하는 공정이며 대부분의 단조에서는 고정된 하형 상에 안치된 가열된 소재를 상형으로 압축하는 것이고 상형이나 해머가 낙하하는 과정은 낙하단조로 알려져 있으며 타력을 증가시키기 위하여 동력으로 중량을 증가시키고 가해지는 타격횟수는 금형을 최소로 마모시켜 최대의 단조효과를 얻을 수 있는 금형이 요구되고 있는 실정이다.
종래의 금형의 제조방법에 관한 선행기술로는 공개특허공보 제10-2009-0051480호(금형제조방법), 등록특허공보 제10-1185018호(열간 프레스용 금형 제조방법과 그 장치) 및 공개특허공보 제10-2019-0125798호(고온성형용 금형의 제조방법 및 이를 이용한 제조된 금형) 등이 제시되었다.
상기 첫 번째 공개특허는 금형면을 경면처리하는 단계와 금형면에 열결화성 수지를 큐어링하여 희생층을 형성하는 단계와 희생층에 금형면에 형성될 요철과 대응하는 형상의 요철형성홈을 형성하는 단계와 요철형성홈에 전기도금법을 사용하여 요철이 형성되도록 하는 단계와 희생층을 제저하는 단계를 포함하는 금형제조방법이다.
상기 두 번째 등록특허는 열간 프레스 성형 시 압력이 직접 전달되는 외측블록을 주강을 이용하여 제조하는 외측블록 성형과정,외측블록과 조립될 수 있도록 외측블록과 대응되는 형상의 내측블록 주형을 제조하는 외관 형성과정,내측블록의 주형에 냉각부를 인서트하여 내측블록과 일체화시키는 냉각부 형성과정,냉각부가 일체화된 내측블록 주형에 주물을 공급하는 주물 공급과정 및 내측블록을 외측블록에 결합시키는 조립과정을 포함하는 제조방법이다.
상기 세 번째 공개특허는 알루미늄계 내열성합금을 가공하여 금형을 성형하는 단계,1020-1250℃로 열처리하는 단계,금형의 표면에 1000-1900℃로 질화처리된 복합화합물을 형성하는 단계를 포함하는 고온성형용 금형의 제조방법이다.
상기 첫 번째 공개특허는 금형면에 경면 처리한 후 요철을 형성하여 요철 주위에도 경면처리되어 있는 금형면을 갖는 금형을 제조할 수 있으나 금형면의 강도는 하이스 강으로 형성되어 금형면의 마모의 진행이 빨라지고 금형의 타발 횟수(일반적으로 3,000-4,000회)가 제한되어 가공비용이 증대되는 문제가 있었다.
상기 두 번째 등록특허는 열간 프레스 성형에서 압력이 전달되는 외측블록을 주강으로 제조하고 이에 조립되는 내측블록 주형을 제조하여 외관을 형성하고 상기 내측블록에 냉각부를 일체화시키며 내측블록 주형에 주물을 공급할 수 있게 내측블록과 외측블록을 조립시켜 형성되는 금형으로 열간 단조강을 사용하지 않고 주강 및 주물을 사용하므로 제조원가가 절감되고 가공속도가 개선되는 효과는 있으나 내측블록과 외측블록의 표면은 주강 및 주물의 주입으로 열간변형이 주기가 단축뒤는 문제가 있었다.
상기 세 번째 공개특허는 알루미늄계 내열성 합금으로 금형을 제조하고 금형의 표면에 복합화합물을 형성하여 제조하는 금형으로 고온에서 열균형에 저항성이 크고 강도가 높은 고온성형용 금형제조에는 유리하나 내열성 합금의 표면에 질화처리하여 복합화합물을 형성하므로 금형제조의 횟수에 따라 내구성이 저하되는 문제가 있는 것이다.
따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 목적으로 창출된 것으로 냉간 단조금형,온간 단조금형,열간 단조금형 및 프레스 금형의 펀칭부 또는 타발부와 각종 금형의 펀치류의 표면을 1차 절삭 및 열처리하고 열처리된 모재의 온도를 유지하면서 코발트(Co),크롬(Cr),텅스턴(W)계 용접봉으로 용접하며 템퍼링로에서 템퍼링 처리하고 펀칭부를 2차 절삭하며 연마 및 사상을 수행하고 검사를 통하여 완성하므로 펀칭,타발부 및 펀치의 강도증진을 통하여 내마모성,내충격성,내열성 및 내부식성을 향상시키고 성형되는 제품의 표면조직을 조밀하게 할 수 있는 단조금형의 펀칭부 강도 증진을 위한 성형방법을 제공할 수 있게 하였다.
본 발명은 제1절삭단계는 금형의 펀칭부 및 타발부의 표면을 2-4mm 절삭하고 모재의 온도유지 및 용접단계는 예열된 모재의 온도를 유지하기 위하여 용접 테이블의 하단에 전기로를 설치하고 코발트,크롬,텅스턴계 용접봉으로 제1절삭단계에서 절삭된 표면을 4-6mm의 비드를 육성하며 모재의 템퍼링단계는 용접단계를 거친 모재를 템퍼링로에서 500-650℃의 온도로 150-210분간 템퍼링을 수행하고 자연 냉각 후 동일한 온도와 시간으로 총 3회의 템퍼링을 수행하며 펀칭부 제2절삭단계는 템퍼링 처리된 모재의 펀칭부 및 타발부의 표면을 2-4mm 절삭하여 성형하는 것을 특징으로 한다.
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그러므로 본 발명은 처음 제조되거나 사용 중 마모된 금형의 펀칭부 및 타발부와 펀치를 1차 절삭,열처리,용접,템퍼링,2차 절삭,연마,사상 및 검사의 단계로 금형을 제작하여 펀칭,타발부 및 펀치의 선단 강도를 증진시켜 내마모성,내충격성,내열성,내부식성 및 제품의 표면 조도를 향상시킬 뿐만 아니라 기존 금형의 타발 횟수가 3,000-4,000회 이던 것을 본 발명을 적용하여 20,000회 이상 타발시킬 수 있을 뿐만 아니라 연속적으로 반복 재생하여 사용케 할 수 있게 하여 제조단가를 절감시키고 금형작업의 마모와 크랙 등의 파손을 연장시켜 성형작업의 연속성 향상시킬 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.
도 1 은 본 발명의 전체공정 단계를 도시한 플로우 챠트도
이하 발명의 요지를 첨부된 도면에 연계시켜 그 구성과 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 본 발명의 전체공정 단계를 도시한 플로우 챠트도로 펀칭부의 제1절삭단계에서 표면을 2-4mm절삭하고 모재의 예열단계에서 200-350℃의 온도와 30-60분 예열시키며 모재의 온도유지 및 용접단계에서 모재의 온도를 유지 및 코발트,크롬,텅스턴계 용접봉으로 절삭된 표면을 4-6mm의 비드가 형성되게 용접하고 모재의 템퍼링단계에서 500-650℃의 온도와 150-210분의 템퍼링을 총 3회 수행하며 펀칭부 제2절삭단계에서 용접단계에서 육성된 표면의 비드를 2-4mm절삭하고 모재의 연마,사상단계 및 검사단계를 순차적으로 수행하는 것을 도시하였다.
펀칭부를 절삭하는 펀칭부 제1절삭단계(S10),모재를 예열로에서 200-350℃의 온도로 30-60분간 예열시키는 모재의 예열단계(S20),모재의 온도를 유지와 용접비드를 육성하는 모재의 온도유지 및 용접단계(S30),모재를 탬퍼링하는 모재의 탬퍼링단계(S40),펀칭부를 절삭하는 펀칭부 제2절삭단계(S50),금형이 요구하는 형상 가공을 위한 모재의 연마,사상단계(S60) 및 금형의 요구하는 치수와 규격에 부합하는지를 검사하는 검사단계(S70)를 통한 단조금형의 펀칭부 강도 증진을 위한 성형에 있어서,
상기 제1절삭단계(S10)는 금형의 펀칭부 및 타발부의 표면을 2-4mm 절삭하고 상기 모재의 온도유지 및 용접단계(S30)는 예열된 모재의 온도를 유지하기 위하여 용접 테이블의 하단에 전기로를 설치하고 코발트,크롬,텅스턴계 용접봉으로 상기 제1절삭단계(S10)에서 절삭된 표면을 4-6mm의 비드를 육성하며 상기 모재의 템퍼링단계(S40)는 용접단계(S30)를 거친 모재를 템퍼링로에서 500-650℃의 온도로 150-210분간 템퍼링을 수행하고 자연 냉각 후 동일한 온도와 시간으로 총 3회의 템퍼링을 수행하며 상기 펀칭부 제2절삭단계(S50)는 템퍼링 처리된 모재의 펀칭부 및 타발부의 표면을 2-4mm 절삭하여 성형하는 것이다.
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상기 모재의 온도유지 및 용접단계(S30)에서 예열된 모재의 온도를 유지하기 위하여 용접 테이블의 하단에 전기로를 설치하여 모재의 용접 전까지 예열된 모재의 온도를 유지할 수 있게 하였다.
상기 모재의 온도유지 및 용접단계(S30)에서 모재의 크기와 부피에 따라 코발트,크롬,텅스턴계의 티그 용접봉 및 아크 용접봉을 적용하여 알곤 및 아크용접을 수행할 수 있게 하였다.
이와 같이 된 본 발명은 금형의 펀칭부 및 타발부와 펀치를 펀칭부 제1절삭단계,모재의 예열단계,모재의 온도유지 및 용접단계,모재의 템퍼링단계,펀칭부 제2절삭단계,모재의 연마,사상단계 및 검사단계을 통하여 펀칭,타발부 및 펀치의 선단 강도를 증진시켜 내마모성,내충격성,내열성,내부식성 및 제품의 표면 조도를 향상시킬 뿐만 아니라 기존 금형의 타발 횟수를 20,000회 이상 타발시킬 수 있게 한 단조금형의 펀칭부 강도 증진을 위한 성형방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1 에 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 펀칭부 제1절삭단계(S10),모재의 예열단계(S20),모재의 온도유지 및 용접단계(S30),모재의 템퍼링단계(S40),펀칭부 제2절삭단계(S50),모재의 연마,사상단계(S60) 및 검사단계(S70)를 통하여 성형되는 것이다.
상기 펀칭부 제1절삭단계(S10)는 처음 제작된 금형이나 다수의 타발작동으로 마모된 금형의 펀칭부 또는 타발부 및 펀치(트림의 상펀치와 하다이 및 각종 펀치류)의 선단 표면을 2-4mm의 두께를 절삭시키는 공정이다.
금형의 펀칭부 또는 타발부 및 펀치의 선단 표면이 절삭되면 모재의 예열단계(S20)에서 모재를 예열로로 투입하고 200-350℃의 온도조건으로 30-60분간 예열시킨다.
상기 예열된 모재는 모재의 온도유지 및 용접단계(S30)에서 예열온도를 유지하기 위하여 용접테이블의 하단에 전기로를 설치하여 그 상단에 모재를 안치시켜 용접 전까지의 예열온도를 유지한다.
상기와 같은 상태에서 제1절삭단계(S10)에서 절삭된 표면에 코발트,크롬,텅스턴계 용접봉으로 4-6mm의 비드를 육성시키는 용접을 수행한다.
상기의 용접에서 모재의 크기와 부피에 따라 모재의 크기가 작을 경우 코발트,크롬,텅스턴계의 티그 용접봉으로 알곤용접을 수행하고 크기가 클 경우는 코발트,크롬,텅스턴계의 아크 용접봉을 적용하여 아크용접을 수행하는 것이다.
상기 용접 시 용접기포의 발생을 제거하고 벤딩이 일어나지 않도록 용접을 수행하고 용접봉(아크 용접봉,티그 용접봉)은 용접 대기 시 예열통에서 200℃의 온도로 보관 및 대기할 수 있게 하였다.
상기 모재의 템퍼링단계(S40)는 모재를 템퍼링로에 투입하고 500-650℃의 온도로 150-210분간 템퍼링을 수행하고 자연 냉각 시킨 후 상기 온도와 시간을 동일한 조건으로 총 3회에 걸쳐 템퍼링을 수행한다.
즉,템퍼링-자연 냉각-템퍼링-자연 냉각-템퍼링-자연 냉각의 순으로 템퍼링 작업을 수행한다.
상기 펀칭부 제2절삭단계(S50)는 용접단계에서 표면을 4-6mm로 육성된 부위를 2-4mm 절삭시킨다.
상기 모재의 연마,사상단계(S60)는 모재의 표면처리 마지막 단계로 모재의 평활 및 평탄도를 유지하고 표면 조도를 향상시키는 단계이다.
상기 검사단계(S70)는 성형된 모재가 금형의 최종 요구하는 치수와 규격에 일치하는지를 검사하여 최종판단을 하는 것이다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
S10: 펀칭부 제1절삭단계
S20: 모재의 예열단계
S30: 모재의 온도유지 및 용접단계
S40: 모재의 템퍼링단계
S50: 펀칭부 제2절삭단계
S60: 모재의 연마,사상단계
S70: 검사단계

Claims (3)

  1. 펀칭부를 절삭하는 펀칭부 제1절삭단계(S10),모재를 예열로에서 200-350℃의 온도로 30-60분간 예열시키는 모재의 예열단계(S20),모재의 온도를 유지와 용접비드를 육성하는 모재의 온도유지 및 용접단계(S30),모재를 탬퍼링하는 모재의 탬퍼링단계(S40),펀칭부를 절삭하는 펀칭부 제2절삭단계(S50),금형이 요구하는 형상 가공을 위한 모재의 연마,사상단계(S60) 및 금형의 요구하는 치수와 규격에 부합하는지를 검사하는 검사단계(S70)를 통한 단조금형의 펀칭부 강도 증진을 위한 성형에 있어서,
    상기 제1절삭단계(S10)는 금형의 펀칭부 및 타발부의 표면을 2-4mm 절삭하고 상기 모재의 온도유지 및 용접단계(S30)는 예열된 모재의 온도를 유지하기 위하여 용접 테이블의 하단에 전기로를 설치하고 코발트,크롬,텅스턴계 용접봉으로 상기 제1절삭단계(S10)에서 절삭된 표면을 4-6mm의 비드를 육성하며 상기 모재의 템퍼링단계(S40)는 용접단계(S30)를 거친 모재를 템퍼링로에서 500-650℃의 온도로 150-210분간 템퍼링을 수행하고 자연 냉각 후 동일한 온도와 시간으로 총 3회의 템퍼링을 수행하며 상기 펀칭부 제2절삭단계(S50)는 템퍼링 처리된 모재의 펀칭부 및 타발부의 표면을 2-4mm 절삭하여 성형하는 것을 특징으로 하는 단조금형의 펀칭부 강도 증진을 위한 성형방법.
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