KR20070000039A - 마그네슘 합금 제품 가공 방법 및 제조 공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네슘 금속(혹은 마그네슘 합금)의 야금 성질 및 물리적 특성에 관한 것으로, 먼저 플레이트 조각 형태의 마그네슘 합금판을 가열하는 방식으로 분자 구조체를 파괴시켜 연화된 고체가 구성되며, 동시에 소정 형상의 틀에 맞물려 적어도 하나의 몰드 성형 단조 절차가 구비되고, 연화 마그네슘 합금판을 단조 압착시켜 제품의 외형이 구성되며, 다시 몰드 성형 절차의 가공 온도를 낮추어 소정 형상의 틀에 맞물려 상기 반제품에 대하여 주 성형 단조 절차를 실시하여, 외관 내부의 결합부, 단차부, 나사부, 나사체결부, 보강 리브 등의 구조 형태가 형성됨으로써, 최후로 제품 맞물림의 요구에 따라 선택적으로 가장자리 절단과 마무리 작업 등의 후속적인 가공 처리를 실시한다.

Description

마그네슘 합금 제품 가공 방법 및 제조 공정{MANUFACTURING PROCESS OF MAGNESIUM ALLOY PRODUCTS}

본 발명은 마그네슘 합금 제품의 가공 기술에 관계된 것으로, 특히 주요하게는 단조 가공 제조 작업을 이용하여 정밀한 크기와 세부적인 형태 및 수려한 외관의 마그네슘 합금 가공 제조 공정을 제공하는 것이다.

이동 전화와 PDA 및 노트북 컴퓨터 등의 3C 휴대 전기장치는 가볍고 강도는 높으며 전자파를 방지하는 등의 상품적 요구가 강구되어, 이미 합성 수지 케이스가 가벼운 금속 케이스로 바뀌는 추세이다; 더우기, 환경보호 의식이 대두되면서, 유럽 연맹 및 일본에서 근래에 전자 상품의 자격 심사와 관련한 회수 법령(예를 들어 : 2006년 유럽 연맹 협정에서 전세계 전자 상품의 75%가 회수 요구)이 입법 예고되고, 회수되는 가벼운 금속 재질로 만들어진 것은 엄연히 3C 상품들로서 지금까지 가장 바람직한 재료로 만들어진 합성 수지가 사용되어 왔다.

일반적인 금속 재료의 재료로서 합성 수지가 비교적 무겁고, 다만 강도는 높으나, 만일 알미늄,마그네슘,티탄 등의 금속 재료를 사용한다면, 경량과 초강도의 제품을 개발할 수 있다; 또한, 마그네슘 합금은 경량화, 바람직한 산열성, 전자파 방지, 경도 및 가소성 등의 우수한 점을 구비하여, 업계에서는 이미 각 산업에서 응용되어 빠르게 나타나고 있다.

마그네슘 합금재료의 가공은 미래의 대단한 산업으로서, 응용 시장에서 극대의 잠재력을 구비하고 있는데, 일반적으로 말하면, 마그네슘 합금의 성형 기술은 압력 주조, 반(半) 고체상태 성형, 단조, 충압(stamping) 및 기계 절삭 등의 기술로서, 종래의 국내 마그네슘 합금 제품은 대부분 압력 주조 및 반 고체상태 성형으로 사출되고, 국내 대부분은 압력 주조 방식으로 진행되며, 다만 마그네슘의 유동성과 비교적 차이가 있으며, 두께에 대한 압력 주조 제조과정은 얇게하는 성형 공정이 갈수록 어렵고 까다로워서, 생산품의 불량율이 상대적으로 높아지는데, 예를 들어 열 파열, 산화, 유문(流紋), 강도 부족 및 변형 등의 문제가 발생하여, 이에 따라 후속적인 보수 및 수리 작업 인력이 소모됨으로써, 진행이 될수록 생산비가 높아진다; 그러나, 케이스 제품의 발전 추세가 그 두께에 있어서 갈수록 얇아져서, 종래 산업에서 나타난 상황을 조사해보면, 외관의 두께가 1mm일 때, 압력 주조를 이용하여 성형된 마그네슘 합금 제품의 불량율은 상당하여, 불량율은 50% 이상에 달한다; 또한, 종래의 알려진 마그네슘 합금 충압 기술은 다만 마그네슘 합금판 재료에 대하여 국부적인 변형과 충전(沖剪;수압 절단)으로 만들기 때문에, 재료의 변형을 나사 체결부와 보강 리브 혹은 변화 단면으로 구성할 방법이 없고, 마그네슘 합금 충압 제품의 제한으로 인하여 당연히 구비해야할 결합 구조 형태를 형성할 방법이 없으며, 반드시 합성 수지 재료를 배합하여 제조 구성되는 승접(承接) 혹은 수지 배합 혹은 용접 등의 기타 방식으로 사용이 가능하다.

다시 말하면, 단조 제조 공정은, 단조를 통하여 재료를 대량으로 변형시키는 생산을 하게 되었고, 재료를 국부적으로 얇게 하거나 혹은 두껍게 변형시켜서, 변화된 단면을 형성하고 나사 체결부 및 보강 리브 부위 성형에 사용되며, 또한 단조 제품의 표면 품질은 매우 윤택하여서, 제품의 후속적인 표면 처리에 있어서 유리하고, 이로 인하여 마그네슘 3C 외관 가공 제조 공정은, 단조 제조 공정에서 실제로 개발에 응용되는 가치를 구비하게 된다; 예를 들어, 일본의 SONY와 히다찌 금속 및 동경 정밀 단조 공작소의 합작으로 개발한 단조 마그네슘 합금 MD 케이스는, 이미 상기 보강 리브의 성형과 변화된 단면 부분의 이점을 구비한다. 다만 상기 마그네슘 합금 단조 공정은 성형성 부족(예를 들어, 케이스의 접합은 반드시 나사를 이용한 측면 방향의 고정 봉쇄 방식), 변형성, 표면 공정에서의 단조 결함 등의 문제점이 있어서, 기존의 마그네슘 합금의 단조 제조 과정에서 나타난 상기 문제점들은 극복해야 것들이다.

이에 따라, 본 발명은 「마그네슘 합금 제품 가공 방법 및 제조 공정」으로서, 마그네슘 금속(혹은 마그네슘 합금)의 야금 성질 및 물리적 특성에 관한 것으로, 먼저 플레이트 조각 형태의 마그네슘 합금판을 가열하는 방식으로 분자 구조체를 파괴시켜 연화(軟化) 고체가 구성되며, 동시에 소정 형상의 틀에 맞물려 적어도 하나의 몰드 성형 단조 절차가 구비되고, 연화 마그네슘 합금판을 단조 압착시켜 제품의 외형이 구성되며, 다시 몰드 성형 절차의 가공 온도를 낮추어 소정 형상의 틀에 맞물리고 상기 반제품에 대하여 주 성형 단조 절차를 실시하여, 외관 내부의 결합부, 단차부, 나사부, 나사체결부, 보강 리브 등의 구조 형태가 형성됨으로써, 최후로 제품 배합의 요구에 따라 선택적으로 가장자리 절단과 마무리 작업 등의 후속적인 가공 처리를 실시하여 마그네슘 합금 제품의 가공 제조 공정을 완성한다.

본 발명은 마그네슘 합금 제품의 가공 방법과 이에 따른 마그네슘 금속(혹은 마그네슘 합금)의 야금 성질 및 물리적 특성에 관한 것으로, 적어도 두 개의 단조 성형 절차를 거쳐 본래의 마그네슘 합금 재료를 예기된 제품 형태로 가공한다; 이에 따라, 마그네슘 합금 3C 케이스의 가공 제조 공정은 도 1에 도시된 바와 같이, 기본적인 순서는 다음을 포함한다: 마그네슘 합금판을 취하여 적어도 하나의 몰드 성형 단조 및 하나의 주 성형 단조를 거쳐, 후속적으로 선택적인 가장자리 절단과 마무리 작업 등의 절차를 실시한다.

구체적으로, 먼저 플레이트 조각 형태의 마그네슘 합금판을 가열하는 방식으로 분자 구조체를 파괴시켜 연화 고체가 구성되며, 동시에 소정 형상의 틀에 맞물려 적어도 하나의 몰드 성형 단조 절차가 구비되고, 예정된 완성품을 형성하여, 연화 마그네슘 합금판을 단조 압착시켜 제품의 외형이 구성되며, 다시 몰드 성형 절차의 가공 온도를 낮추어 소정 형상의 틀에 배합하고 상기 반제품에 대하여 주 성형 단조 절차를 실시하여, 외관 내부의 결합부, 단차부, 나사부, 나사체결부, 보강 리브 등의 구조 형태가 형성되고, 마지막으로 다시 배합된 제품의 요구에 따라 가장자리 절단과 마무리 작업 등의 후속적인 가공 처리를 선택적으로 하여 마그네슘 합금 제품의 가공 제조 공정이 완성된다.

이외에, 몰드 성형 구조는 성형 제품 형식에 의거하는 것으로, 먼저 제 1 몰드 성형의 잠정적인 형태(暫型)의 단조를 통하여, 다시 제 2 몰드 성형 단조를 실시하고, 외관을 몰딩 형식으로 형성시키며, 아울러 마무리 작업 절차 후에 다시 도색 절차를 결합하는데, 상기 도색 절차는 분무 도색 방식 혹은 양극(陽極) 처리 방식으로 한다.

실시예에서, 마그네슘 합금 구조는 도 2에 도시된 육방 밀집 구조(HCP)에 관계된 것으로, 이로 인하여 정상 온도 하에서 가소성 가공 시에, 전단변형(滑移) 시스템은 다만(0001)<1220>의 저면부 시스템이 있고, 전단 변형 시스템은 작으며, 따라서 연장 성질은 차이가 나고, 정상 온도 하에서 가소성 가공의 진행이 어렵다; 또한, 온도 상승에 따라서, 비(非) 저면부 전단변형은 필요로 하는 임계(臨界) 전단응력(剪應力;자름 응력)이 하강되고, 섭씨 200도 이상의 온도까지 가열될 때, 전단변형 시스템은 {1010}<1220> 원주면 전단 변형 시스템과 {1010}<1220> 원추면 전단변형 시스템이 증가되며, 섭씨 300도 정도에서 저면부 전단변형 시스템이 필요로 하는 유동 응력은 상당하여, 변형 능력이 대폭 상승되고, 상기 온도 조건 하에서 방향이 진행된다; 따라서, 일반적인 마그네슘 합금 재료의 단조는 열간(熱間) 단조를 채용하여, 단조 온도 범위(가공 온도)는 일반적으로 섭씨 330도에서 섭씨 380도 사이가 된다.

다시 말하면, 마그네슘 합금의 가단성(Forgeability)은 고체 상태 온도와 변형 속도율 및 결정 입자 크기 등의 3가지 중요 요인에 의해 영향을 받고, 일반적으로 마그네슘 합금 단조 온도는 고체 상태 온도 이하에서 약 50℃ 이내이고(마그네슘 합금과 유사), 아연 함량이 높은 마그네슘 합금(예를 들어 ZK60)은 주정(鑄錠) 고체화 시 생산되는 저융점 공정체(共晶;euteuctic)에서 소량의 잔류량이 나타나며, 상기 공정체는 315℃를 초과할 때 융화되고, 단조 작업 시에 원자재가 심하게 파열되어, 공정체가 충분히 융해될 수 있도록 단조 온도를 반드시 제고해야 하며, 마그네슘 주정을 균질화하여 고체 상태 온도를 제고해야 한다; 또한, 알미늄과 지르코늄 및 토리움(thorium)을 함유한 상업용 마그네슘 합금은 비교적 공정체가 없기 때문에, 이로 인하여 저온의 열취성(Hot shorttiness;열에 약한 성질)이 없고, 저구(低逑) 성형(예를 들어 수압기)에서 마그네슘을 이용하는 단조는 가단성이 양호하며, 낙정(落鋌) 단조 시에 균열 현상이 생산되고, 기계 상에서, 쾌속하게 넘치는 가장자리 금속 또한 쉽게 파열된다; 이 외에도, 쾌속 변형 과정 중에 굵은 결정 입자를 함유한 반제품 또한 특별히 쉽게 파열된다.

따라서, 마그네슘의 야금 성질은, 그 구조가 HCP이고, 성형성은 좋지 않으며, 반드시 고온 성형으로 진행해야 하고, 다만 조직 내부 또한 공정체가 존재하여, 주조 온도는 높아질 수 없어서, 그렇지 않으면 공정체 액화가 조성되며, 생산품의 질이 떨어지게 된다. 이 외에도, 단조 속도 또한 빠르지 못하여, 그렇지 않으면 가소성 변형으로 생산되는 열량 또한 온도를 과도하게 높혀 조성시킨다; 물리적 특성으로 말하면, 산열성은 바람직하게 온도를 하강시켜 쉽게 조성시키고, 성형성을 떨어뜨린다.

제고할 것은, 틀 설계 상에서, 만일 성형 제품을 구부리거나 혹은 내부를 볼록하게 설계하고자 하는 경우에는, 본래의 공정 순서를 탈피하여 복수의 공정 틀을 채용한다; 이외에, 윤활 방법 및 윤활유 사용에 주의해야 한다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 마그네슘 합금 제품의 비교적 바람직한 가공 제조 방법 및 관련 제조 공정을 제공하는 것으로, 법에 의거하여 본 발명을 신청한다; 이상의 실시예 및 도식은 본 발명의 비교적 바람직한 실시예를 예시하는 것으로서, 본 발명은 상기 실시예로만 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 구조와 장치 및 특징과 유사하거나 대안적인 것들은 본 발명의 목적 및 청구 범위 내에 속한다.

도 1a는 본 발명에 따른 가공 제조 공정도.

도 1b는 본 발명에 따른 다른 가공 제조 공정도.

도 2는 마그네슘 합금 육방(六方) 결정체 구조의 전단변형 시스템 개략도.

Claims (5)

1. 단조 성형 절차를 거쳐 본래의 마그네슘 합금 재료를 예기된 제품 형태로 가공하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 제품 가공 방법.
2. (1) 마그네슘 합금판을 취하는 단계,

   (2) 몰드 성형 단조 단계,

   (3) 예정된 완성품 형성 단계,

   (4) 주 성형 단조 단계,

   (5) 가장자리 절단 단계,

   (6) 마무리 작업 단계,

   (7) 제품 완성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 제품 가공 공정.
3. 제2항에 있어서, 마무리 작업 단계 후에 다시 도색 절차를 결합하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 제품 가공 제조 공정.
4. 제3항에 있어서, 상기 도색 절차는 분무 도색 방식 혹은 양극 처리 방식을 특징으로 하는 마그네슘 합금 제품 가공 제조 공정.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 몰드 성형 구조는 성형 제품 형식에 의거하는 것으로, 먼저 제 1 몰드 성형의 잠정적인 형태의 단조를 통하여, 다시 주 성형 단조를 실시하고, 외관을 몰딩 형식으로 형성시키는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금 제품 가공 제조 공정.