KR20030017804A - 신발 아웃솔 성형용 금형의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 주강제 신발 아웃솔 금형의 제반 문제점을 해결하여 금형 제작 공정의 불량 및 시간을 획기적으로 단축시키기고, 무압탕에 의한 제작이 가능하므로 주강의 대형 압탕 사용에 비해 또한 용해 온도가 주강에 비해 100℃ 정도 낮기 때문에 원가 절감 차원에서 많은 이점을 얻을 수 있는 신발 아웃솔 성형용 금형의 제작방법을 제안한다. 특히 본 발명은 낮은 수축율로 인한 치수 정밀도가 향상되고, 이에 따라 수작업의 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.

Description

신발 아웃솔 성형용 금형의 제작방법{METHOD OF MANUFACTURE MOLDING FOR FOOTWEAR OUT-SOLE FORMING}

본 발명은 신발 아웃솔을 성형하는 금형의 제작방법에 관한 것으로서, 특히 구상흑연주철재로 아웃솔용 금형을 제작하는 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 신발 아웃솔 성형용 금형은 상형과 중판 및 하형으로 구성되어 있으며, 상형은 CNC 가공에 의해 제작하고 중판은 단조 및 가공법으로 제작한다. 또한 하형은 칼라댐 부위와 같은 가공이 어려운 부위로 인해 주조에 의해서 제작되고 있는데, 이때 하부 금형의 소재로는 주강이 사용된다.

그러나, 이러한 주강재 소재로 아웃솔 금형을 제작하는 방법은 다음과 같은 많은 문제점들을 가지고 있다.

1. 응고시 수축율이 크다.(2∼3%)

2. 타재질에 비해서 고온에서 용융된다.(1600℃ 이상의 온도)

3. 응고시 수축과 변형에 따른 결함이 발생한다.

4. 주철에 비해서 상대적으로 큰 압탕을 사용하므로 재료비가 상승된다.

5. 변형에 따른 수작업과 단조 공정으로 인해 금형 제작시간이 길다.

위와 같은 단점들로 인해 주강에 대체하여 수축율이 적은 점에 착안하여 금형을 주철로 제작하고자 하였으며, 이들 중 일반적으로 제작되고 있는 주철의 종류 중 회주철은 응고시 팽창을 하므로 수축 및 변형이 없지만, 운동화와 같은 신발 아웃솔 금형의 경우 얇은 칼라댐이 존재하기 때문에 회주철재 아웃솔 금형의 경우에는 칼라댐 부위가 작은 충격에도 쉽게 부러지게 된다.

그러므로, 칼라댐 부위에 연성을 주고 수축율을 최대한 억제할 수 있는 페라이트계 구상흑연주철로 아웃솔 금형을 제작하고자 하였다. 이러한 구상흑연주철재 아웃솔 금형을 제작하기 위해서 기존의 일반적인 세라믹 주형법으로 제작시 얇은 칼라댐 부위가 회주철의 조직으로 형성되어 현재까지는 일반화되지 못한 것으로 알려져 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 제반적인 사안들을 감안한 것으로, 그 목적은 기존의 주강제 신발 아웃솔 금형의 제반 문제점을 해결하여 금형 제작 공정의 불량 및 시간을 획기적으로 단축시키기고, 무압탕에 의한 제작이 가능하므로 주강의 대형 압탕 사용에 비해 또한 용해 온도가 주강에 비해 100℃ 정도 낮기 때문에 원가 절감 차원에서 많은 이점을 얻을 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 응고시 수축율(0.6∼0.9%)이 적고, 치수 정밀도가 좋으며, 무압탕에 의한 주조가 가능한 신발 아웃솔 성형용 금형의 제작방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 기계적 성질 및 가공성을 향상시킬 수 있는 신발 아웃솔 성형용 금형의 제작방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 응고시 수축이나 변형이 적어 수작업 시간을 줄이고, 단조 공정의 생략이 가능한 신발 아웃솔 성형용 금형의 제작방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 용융온도를 1510∼1530℃로 하여 주강에 비해 원가 절감 효과를 구현할 수 있는 신발 아웃솔 성형용 금형의 제작방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 제1 견지에 따른 본 발명은 케미칼 우드를 CNC 가공에 의해 신발 밑창 모양과 동일하게 양각으로 모형을 제작한 다음, 상기 모형에 실리콘을 주입하여 아웃솔 형상의 공간부를 형성한 후, 상기 공간부에 세라믹을 충진하여 아웃솔 형상을 갖는 하형을 제작한 다음, 상기 하형의 상부에 용탕 주입구를 가지는 상판을 제작한 후, 상기 주입구를 통하여 구상흑연주철재를 주입하여 아웃솔 금형을 제작하는 과정으로 이루어진 신발 아웃솔 성형용 금형의 제작방법을 구현한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한 본 발명에 따른 아웃솔 금형의 제작방법은 신발 아웃솔 성형용 금형 중에서 하형의 제작 방법에 관한 것으로 세라믹 몰드 주조법(정밀주조)에 의하여 주강으로 제조하던 기존의 방식을 구상흑연주철재로 아웃솔 금형을 제작하는 방법임을 미리 알려두는 바이다.

박육구상흑연주철에 있어서는 합금원소 즉, 희토류 금속을 이용하여 박육부 3mm 까지는 칠이 생성되지 않으나, 3㎜ 이하의 두께까지는 적용하기가 힘든 것으로 알려져 있다. 이는 계단형 시험편을 통해서 행한 것이므로 실제 제품인 신발 금형에서는 박육부와 후육부를 동시에 가지고 있으므로 다른 관점에서 고려를 해 보아야 할 것이다.(아웃솔 신발 금형에 있어서는 금형의 두께가 최대 50㎜ 정도로 두꺼운 부위를 가지는 동시에 칼라댐 부위와 같이 1.5∼2㎜ 두께에 높이가 7∼8㎜ 정도가 되는 박육부가 형상면에 존재하게 되므로 각 부위별 온도 편차가 크다.)

한편, 구상흑연주철은 mushy type 응고를 하기 때문에 응고 수축시는 압탕이 효과적으로 작용할 수 없으며, 흑연의 정출시 주형벽의 이동을 일으켜서 Swell 현상이 생기고 치수 편차가 커질 뿐만 아니라 치수 불량의 원인이 되고 동시에 수축(Shrinkage)도 유발된다. 또한 상기 구상흑연주철은 mushy type형의 응고를 하기 때문에 세라믹 몰드에 의해 주조를 하게 되면, 세라믹 주형 자체의 응고가 늦은 것과 합쳐져서 일정 시간까지 주형에 주입된 용탕은 mushy 상태로 유지되어진다. 그러므로 두꺼운 부위에서는 구상흑연이 조대하게 생성되지만, 칼라댐 부위가 같은 얇은 부위에서는 구상화된 흑연이 지속적인 온도의 유지에 의해 풀려버리게 된다.그러므로 지금까지 구상흑연주철에 의해 신발 성형용 아웃솔 금형의 하형을 제작하게 되면, 칼라댐 부위가 취성을 가지게 되어 생산분에는 사용되어지지 못하였다.

용해시에 있어서 화학성분은 구상흑연주철의 조성에 전체 기지를 연성을 가지는 페라이트 기지로 만들기 위해 실리콘의 함량을 일반적 조성에 비해 약간 증가시켜서 제작을 한다. 화학조성의 범위는 표 1과 같다.

{표 1}

(%)	C	Si	Mn	P	S	Mg
목표조성	3.4∼4.0	2.5∼3.0	최대 0.2	최대 0.03	최대 0.02	0.025∼0.05

이러한 조성에 상형을 철판으로 사용하게 되면, 응고 양상이 mushy type 응고에서 skin type 응고로 바뀌게 되어 칼라댐 부위의 미세하게 생성된 구성흑연의 풀림 현상은 더 이상 발생하지 않게 되므로, 칼라댐 부위에도 페라이트계 구상흑연주철의 전형적인 조직이 생성되게 된다. 철판의 온도가 낮은 것은 철판과 직접 닿게 되는 용탕이 급격한 온도 편차에 의해 수축을 할 소지가 있으며, 또한 철판의 온도를 어느 정도 온도에서 유지해 주는 것이 제조되는 구상흑연주철재 금형의 연신율을 많이 향상시켜준다. 물론 철판과 직접 닿은 부분은 밀링에 의해 가공이 되어지기 때문에 가공성의 측면에서도 철판이 온도가 낮을 경우 철판과 직접 닿은 부분은 칠의 생성이 많기 때문에 가공성이 떨어질 우려가 있으므로 철판의 온도를 올려주는 것은 가공성의 측면에서 유리한 면을 가지고 있다. 이렇게 제작된 구상흑연주철재 신발 성형용 금형은 기존에 제작되고 있는 주강재 금형 수축율의 1/3 정도의 값만을 가지므로 기존에 행하던 수작업 시간의 감소, 단조공정의 제거 및 치수 정확성으로 인해 금형 제작 시간의 감소에 상당한 효과가 있다.

또한 mushy type 응고에서 skin type 응고로 바뀌면서, 응고 수축시 압탕의 효과를 가질 수 있지만, 신발 금형의 특성상 사용면은 가공을 하지 않고 사용하고, 금형의 밑면은 가공을 거치므로 밑면 상의 약간의 수축은 크게 고려사항이 되지 않으므로, 무압탕에 의한 제작이 가능하게 된다. 이것은 용해 온도의 강하(전기세등) 금형 제작비용의 감소라는 측면에서 많은 이점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 의거 상세히 설명하겠는 바, 상기 본 발명이 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니다.

{실시예 1}

먼저 케미칼 우드를 CNC 가공에 의해 신발 밑창 모양과 동일하게 양각으로 모형을 제작하는 모형 제작단계를 수행한다. 이후 상기 모형 제작단계에서 제작된 모형의 반대편에 실리콘형이 충진될 형상부의 공간부를 가지고, 실리콘형이 부착되는 백업형을 미리 케미칼 우드로 제작하여 두 형상을 합치고 실리콘을 진공 하에서 두 모형 사이의 공간에 실리콘을 충진시키면, 모형의 반대 형상 즉 음각 형태의 실리콘 피복이 제작된다.

이렇게 제작된 백업형에 부착된 실리콘 형상에 주조 프로세스 중 정밀주조의 한 방법인 쇼우 프로세스를 적용하여 하형을 제작한 다음, 상기 하형에 열충격을 가하여 미세한 헤어 크랙을 형성하여 통기성을 양호하게 한다. 이때 전술한 방법으로 제작된 하형 및 주입구의 주형은 900∼1000℃의 건조로에서 1∼1.5시간 소성을 시키며, 주입 직전에는 하형의 온도가 상온으로 유지될 수 있도록 한다. 여기서 금형틀의 상판은 주입구를 제외한 부위를 철판을 사용하여 상판을 대체하고, 주입직전 상/하형 체결시에 철판(상판) 온도를 200∼250℃로 되도록 설정하며, 게이트(gate)에 필터(filter)를 설치하여 불순물(dross) 등이 제품에 말려 들어가지 않도록 한다.

한편, 구상흑연주철의 용해에는 선철, 강고철 및 합금철 등을 유도로에서 용해한 다음, 제작하고자 하는 구상흑연주철의 조성을 가탄제, 합금철 등으로 맞춘다. 이렇게 로중에서 용해된 조성의 용탕을 구상화 처리의 방법인 샌드위치법으로 구화시킨 후, 마그네슘의 증기압을 어느 정도 감소시키는 진정시간을 가진 다음, 준비된 주형에 용탕을 주입한다. 주입 완료된 주형은 12시간 이후에 탈형하고 후처리를 거치면 구상흑연주철재 아웃솔 금형의 하형이 완성된다.

전술한 바와 같이 구상흑연주철재로 아웃솔 금형을 제작하면, 얇은 부위 즉 칼라댐 부위와 같은 형태에 있어서는 연성을 가지는 구상흑연주철의 페라이트 기지를 가지지 않고 취성을 나타내는 회주철의 형상을 나타내게 된다. 이러한 회주철의 조직을 제조 공정에 변화를 줌으로서 구상흑연주철로 제작하고 이로 인해 주강의 높은 수축율(2∼3%)로 인해 발생하는 변형이 구상흑연주철의 수축율(0.6∼0.9%)로 낮아지고, 무압탕에 의한 제작 등은 변형으로 인한 단조 공정의 제거 및 수작업 공정의 감소, 치수 정밀도 향상, 불량의 저하 및 원가의 절감에도 기여하게 되는 많은 이점들을 제공한다.

이상으로 살펴본 바와 같이, 본 발명은 금형의 수축율이 낮은 구상흑연주철을 사용하므로서 주강재에 비해 금형의 치수 정확성을 높이고, 이에 따라 수작업 시간을 감소시킴으로 전체 금형 제작 시간의 감소와 양질의 금형 제작이 가능하게 하며, 또한 무압탕과 용해온도 강하라는 측면에서 원가절감의 효과를 가질 수 있다.

Claims (3)

1. 신발 아웃솔 성형용 금형의 제작방법에 있어서,

   케미칼 우드를 CNC 가공에 의해 신발 밑창 모양과 동일하게 양각으로 모형을 제작한 다음, 상기 모형에 실리콘을 주입하여 아웃솔 형상의 공간부를 형성한 후, 상기 공간부에 세라믹을 충진하여 아웃솔 형상을 갖는 하형을 제작한 다음, 상기 하형의 상부에 용탕 주입구를 가지는 상판을 제작한 후, 상기 주입구를 통하여 구상흑연주철재를 주입하여 아웃솔 금형을 제작하는 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 신발 아웃솔 성형용 금형의 제작방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 상판은 철판으로 이루어짐을 특징으로 하는 신발 아웃솔 성형용 금형의 제작방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 아웃솔 금형은 무압탕 주조에 의해 성형 제작됨을 특징으로 하는 신발 아웃솔 성형용 금형의 제작방법.