KR20080003276A - 다이 플레이트 - Google Patents

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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

나이프를 활주시키기 위한 경화 표면을 갖는 다이 플레이트에서, 복수 개의 WC 합금 판재(1b)가 모재 금속(2b)에 확산 접합됨으로써 경화 표면(h)이 형성된다. 복수 개의 노즐 구멍(4a, 4a …)이 각각의 WC 합금 판재(1b) 상에 형성된다. 각각의 WC 합금 판재(1b)는 두께가 2.5 mm 이상이고 두 인접한 모서리의 길이가 20 mm 이상인 형상으로 형성되며, 각각의 모서리는 길이가 200 mm 이하이다. 다이 플레이트는 많은 수의 노즐 구멍의 밀접 배열을 가능하게 하도록 높은 노즐 구멍 배열 자유도를 가지며, 경화 표면을 구성하는 부재를 거의 탈루시키지 않고도 수명을 연장시키며, 최소 수의 공정으로 생산될 수 있다.
다이 플레이트, WC 합금 판재, 모재 금속, 확산 접합, 노즐 구멍

Description

다이 플레이트{DIE PLATE}
본 발명은 수지 펠릿 입자 제조기용 다이 플레이트의 구조에 관한 것이다.
수지 펠릿 입자 제조기는 수지 절단 나이프(회전자 블레이드)와 다이 플레이트를 포함하며, 다이 플레이트 상에 마련된 경화 표면에는 노즐 구멍이 형성되어 있다. 이런 구조에서, 수지를 절단하기 위해 노즐 구멍으로부터 수지를 배출하는 동안 경화 표면 상에서 수지 절단 나이프를 회전시키고 활주시킴으로써 미세한 펠릿이 생성된다.
(1) 이와 같은 입자 제조기용 다이 플레이트와 관련하여, 일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호는 종래 기술로서 수지 통과 노즐과 연통된 리세스부가 다이 모재 금속의 표면 상에 형성되고 미리 형성된 환상 초경합금에 의한 다이 표면 경화부(초경합금 팁부)가 각각의 리세스부에 마련되고 환상 초경합금이 브레이징에 의해 다이 모재 금속에 부착되어 고정된 구조를 개시한다(일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호 도9 및 0003번 문장).
(2) 일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호는 또한 종래 기술로서 다이 표면 경화부가 복수 개의 수지 통과 노즐을 갖는 다이 모재 금속의 표면 상에 내마모 성을 갖는 탄화 텅스텐계 자기 용해성 합금을 소정의 두께로 열 분무함으로써 형성된 구조를 개시한다(일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호 도8 및 0002번 문장).
(3) 일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호는 또한 종래 기술로서 소정 두께의 탄화 티탄(TiC) 소결판으로 구성된 다이 표면 경화부가 다이 모재 금속의 표면 상에 형성된 구조를 개시한다(일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호 도10 및 0004번 문장).
(4) 상기 (1) 내지 (3)에 대해 일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호에 의해 제시된 제조 방법은 다이 모재 금속의 표면 상에 형성되는 리세스부에 경화층을 형성하기 위한 성분의 분말 합금을 충전하는 단계와, 다이 표면 경화부를 형성하기 위해 고온 균형 가압(HIP)에 의해 분말 합금을 가압 소결하는 단계를 포함한다. 일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호의 설명에 의하면, 본 방법에 따라 다이 플레이트 경화부가 확산 접합에 의해 모재 금속과 합체되어서 강한 접합력을 보인다고 한다. 강합 접합력은 작업이 장기간 수행되더라도 다이 플레이트 경화부에 균열이 발생하거나 박피되는 것을 방지할 수 있다.
[1] 그러나, 일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호의 도9에 도시된 구조에서는 팁부 사이의 여러 위치에서 많은 모재 금속 노출부가 다이 표면 상에 형성된다. 따라서, 모재 금속 노출부는 다이 표면 상에서 수지 절단 나이프를 활주시킴으로써 선택적으로 마모된다. 모재 금속의 마모는 팁부의 탈루를 야기한다. 또한, 하나의 초경합금 팁부는 하나의 노즐 구멍을 가지며(소위 단일 구멍형 팁부), 이런 팁부가 간격을 두고 배열되기 때문에, 다이 표면 상에서 노즐 구멍 배열의 자 유도는 낮으며 노즐 구멍의 수를 증가시켜서 생산 효율을 개선하기가 어렵다. 단일 구멍형 팁부의 경우, 많은 노즐 구멍을 형성하기 위해서는 많은 팁부를 브레이징해야만 한다. 따라서, 팁부 대 기부 금속 또는 팁부 대 팁부(소위 경계부) 브레이징 노출부가 증가된다. 브레이징 용가재는 기공이나 부식에 의해 점차 소실되기 때문에, 많은 브레이징부를 갖는 구조에서 브레이징 용가재의 소실에 의해 팁부의 탈루가 용이하게 야기된다.
[2] 일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호의 도8에서와 같이 다이 표면 경화부가 자기 용해성 합금을 열 분무함으로서 형성될 때, 다이 표면 경화부는 단지 약 0.5 내지 2 mm 두께로 형성될 수 있다. 두께가 작을 경우 작업 수명은 단축된다. 일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호는 또한 수명이 약 1년 만에 소멸하는 효과를 지적한다. 또한 균일하게 분무된 피복을 얻기가 어렵다.
[3] 일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호의 도10에서와 같이 다이 표면 경화부가 탄화 티탄(TiC)의 소결판에 의해 형성되는 구조에서는 TiC를 넓은 면적으로 고정하는 것이 기술적으로 어렵기 때문에, 예컨대 석출 경화 처리에 의해 경화 표면의 경도를 개선하기 위한 방법이 채택되어야만 한다. 석출 경화 처리는 TiC가 브레이징에 의해 다이 플레이트 모재 금속에 고정되어 합체된 후 수행되며, 노즐 구멍은 경화 표면을 형성하는 부분에 천공된다. 따라서, 많은 공정이 요구된다.
한편, 약 10 × 10 mm2의 TiC 합금 단일 구멍형 팁부가 노즐 구멍의 수만큼 브레이징될 수 있으나, 이 방법은 상기 방법과 마찬가지로 많은 공정을 필요로 한 다. 그리고 단일 구멍형 팁부들을 가공하기 위해 필요한 비용도 팁부를 하나씩 브레이징하기 때문에 증가된다. 하나의 노즐이 하나의 팁부에 마련되고 이런 팁부들이 간격을 두고 배열되는 구조에서, 다이 표면 상에서 노즐 구멍의 배열 자유도는 상기 (1)에서와 마찬가지로 낮다.
[4] 일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호에 의해 제시된 방법은 모재 금속의 표면 상에 분말 합금을 충전하기 위해 리세스부를 형성해야만 하며 경화부는 아주 큰 크기로 형성될 수 없다. 따라서, 많은 노즐을 형성하기 위해, 비교적 작은 많은 리세스부가 모재 금속에 형성되어야만 한다. 결국, 많은 모재 금속 노출부가 일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호의 도3 및 도6에 도시되 바와 같이 리세스부 사이의 경계에 형성되며, 모재 금속 노출부는 다이 표면 상에서 수지 절단 나이프를 활주시킴으로써 선택적으로 마모되어서 팁부를 용이하게 탈루시킨다.
상술한 관점에서, 본 발명의 목적은 많은 노즐 구멍을 밀접하게 배열시킬 수 있도록 노즐 구멍의 배열 자유도가 높고 경화 표면을 구성하는 부재의 탈루를 거의 야기하지 않고도 수명이 연장되고 최소의 공정으로 생산될 수 있는 다이 플레이트를 제공하는 것이다.
본 발명에 의해 해결될 문제점은 상술한 바와 같으며, 이하 이들 문제를 해결하기 위한 수단과 효과에 대해 설명하기로 한다.
즉, 본 발명은 각각 복수 개의 노즐 구멍을 갖는 복수 개의 WC(탄화 텅스텐) 합금 판재를 모재 금속에 확산 접합함으로써 형성되는 경화 표면을 갖는 다이 플레이트를 제공한다.
이런 구조에 따르면, 복수 개의 노즐 구멍이 하나의 WC 합금 판재 상에 배열됨으로써, 노즐 구멍 사이의 피치는 최소화될 수 있다. 따라서, 많은 수의 노즐 구멍이 동일한 크기의 팁형 다이 플레이트(일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호의 도9에 도시된 다이 플레이트)보다 밀접하게 배열될 수 있다. 결국, 펠릿의 생산성이 개선된다. 경화 표면의 수명은 자기 용해성 합금을 열 분무함으로써 얻어지는 구조(일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호의 도8)에 비해 연장될 수 있으며 필수적인 보수 빈도가 저감될 수 있다.
판재들 사이의 경계에서 접합부는 팁형 다이 플레이트(일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호의 도9에 도시된 다이 플레이트)보다 최소화될 수 있기 때문에, 기공 및 부식에 의한 판재의 박피 및 탈루는 방지될 수 있다. 또한, 모재 금속의 노출부가 최소화될 수 있기 때문에 모재 금속의 선택적인 마모는 거의 일어나지 않으며, 이로써 판재의 박피 및 탈루가 발생하지 쉽지 않다.
본 발명에서 적용되는 확산 접합에서, WC 합금 판재와 모재 금속은 고온 고압에서 WC 합금 판재의 원자들과 모재 금속의 원자들을 서로 확산시킴으로써 접합된다. 따라서, 접합 강도는 개선될 수 있다.
일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호의 도9의 브레이징에서, 접합력은 주로 표면의 용융에 의한 물리적 접합력에 의존하지만 이 접합은 확산 접합에 의한 것이 아니다.
바람직하게는, 상기 다이 플레이트에서 모재 금속은 SUS 강으로 구성되며, 각각의 WC 합금 판재는 길이가 20 mm 이상인 적어도 두 개의 인접 모서리를 갖는 형상을 갖는다.
이런 형상을 갖는 WC 합금 판재에서, 노즐의 배열 자유도는 구멍의 수를 제한하지 않고도 증가하기 때문에 하나의 판재에 많은 노즐 구멍을 밀접 배열하는 것이 쉬워질 수 있다. 따라서, 펠릿의 생산성이 더욱 개선된다. 모재 금속은 SUS 금속으로 구성되기 때문에, 그 수명은 수조(수중 절단형 입자 제조기)에서 사용되더라도 뛰어난 내마모성을 갖고 연장될 수 있다.
바람직하게는, 상기 다이 플레이트에서 모재 금속은 SUS 강으로 구성되며, 각각의 WC 합금 판재는 각 모서리의 길이가 200 mm 이하이고 두께가 2.5 mm 이상이 다.
이런 구조에 따르면, WC 합금 판재의 감김이 최소화됨으로써 모재 금속에 대한 접합 불량 또는 다이 플레이트의 수명 감소를 방지할 수 있다. 모재 금속은 SUS로 이루어지기 때문에, 그 수명은 수조(수중 절단형 입자 제조기)에서 사용되더라도 뛰어난 내마모성을 갖고 연장될 수 있다.
상기 다이 플레이트에서, 각각의 WC 합금 판재는 바람직하게는 20 내지 90 중량%의 WC를 함유한 함금으로 구성된다.
즉, 상술한 바와 같은 WC 합금 판재는 TiC(탄화 티탄) 및 NbC(탄화 니오븀)과 같은 다른 합금에 비해 뛰어난 내마모성을 갖는다. 따라서, 노즐 구멍을 통해 배출되는 수지를 절단하기 위한 나이프에 대한 활주 내마모성과 기공 내침식성이 뛰어난 다이 플레이트가 마련될 수 있다.
상기 다이 플레이트에서, 각각의 WC 합금 판재는 바람직하게는 모재 금속에서 1.5 mm 이상 돌출되어 있다.
이런 구조에 따르면, 수지 절단 나이프는 모재 금속의 노출부에서 1.5 mm 이상 이격되어 있기 때문에, 모재 금속과 나이프의 접촉이 확실하게 방지될 수 있다. 따라서, 모재 금속의 선택적 마모가 확실하게 방지됨으로써 판재의 박피 및 탈루가 덜 발생하도록 한다.
본 발명에 따르는 다이 플레이트는 많은 수의 노즐 구멍의 밀접 배열을 가능하게 하도록 높은 노즐 구멍 배열 자유도를 가지며, 경화 표면을 구성하는 부재를 거의 탈루시키지 않고도 수명을 연장하며, 최소 수의 공정으로 생산될 수 있다.
이하, 도1 내지 도4를 참조하여 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따르는 다이 플레이트의 제조 공정에 대해 설명하기로 한다.
도1에 도시된 바와 같이, WC 합금(탄화 텅스텐 합금)의 판재가 적절한 크기(예컨대, 200 mm × 200 mm)로 성형되며, WC 합금 판재(1a)는 다이 플레이트 상에 배열될 수 있는 형상으로 와이어-전자 방전 절단되어서 소정 두께로 연마된다.
본 실시예에서 사용되는 WC 합금 판재(1a)는 20 내지 90 중량%의 WC를 함유하는 합금으로 형성된다. 이 합금은 TiC(탄화 티탄) 및 NbC(탄화 니오븀)과 같은 다른 합금에 비해 내마모성이 뛰어나다. 따라서, 노즐 구멍에서 배출되는 수지를 절단하기 위한 나이프에 대한 활주 내마모성과 기공 내침식성이 뛰어난 다이 플레이트가 마련될 수 있다. WC-Co 계열의 합금, WC-Ni 계열의 합금, WC-Ni-Cr 계열의 합금 등이 WC 합금으로서 사용될 수 있다.
도1에서 1b로 지시된 것은 연마 후의 WC 합금 판재이다. 본 실시예에서 성형된 WC 합금 판재(1b)는 어느 한 모서리의 최대 길이(W)가 90 mm이고 3.5 mm의 두께를 갖는다. 이와 같은 복수 개의 WC 합금 판재(1b)가 생산된다. 도2의 하부에 도시된 바와 같이 소정 깊이의 환형 리세스부(r)가 모재 금속(2b) 측 상에 마련된다. 바람직하게는 모재 금속(2b)은 SUS강으로 이루어지며, 이는 SUS강이 수조(수중 절단형 입자 제조기)에서 다이 플레이트를 사용할 경우에도 뛰어난 내식성을 나타내기 때문이다.
도2에 도시된 바와 같이, 복수 개의 WC 합금 판재(1b)는 인접한 WC 합금 판재 사이에 사실상 유격을 형성하지 않도록 모재 금속(2b)의 리세스부(r)에 환형으로 배열된다. 리세스부(r)의 바닥부와 WC 합금 판재(1b) 사이에 브레이징 용가재(2a)가 개재된다. 최종 다이 플레이트가 진공로에 장입되어 소정 기간 동안 소정 온도에서 가열되고서 냉각된다. 이에 따르면, WC 합금 판재(1b)가 브레이징 용가재를 거쳐 모재 금속(2b)에 확산 접합되어 합체된 다이 플레이트가 얻어진다. WC 합금 판재(1b)의 상부면은 수지 절삭 나이프가 활주 가능한 경화 표면(h)을 형성한다(도3). "인접한 WC 합금 판재 사이에 사실상 유격을 형성하지 않도록"이란 WC 합금 판재 사이에 약간의 브레이징 용가재도 존재하지 않는 것이 아니라 모재 금속의 접합부가 존재하지 않음을 의미한다. 브레이징 용가재(2a)로서, 예컨대 주로 금, 은, 니켈 또는 구리를 포함하는 종래의 브레이징 용가재가 사용될 수 있다.
본 실시예에서는 브레이징 용가재(2a)에 의한 확산 접합이 모재 금속(2b)에 대한 WC 합금 판재(1b)의 접합 수단으로서 채용된다. 그러나, 공지된 HIP 방법에 의한 확산 접합도 중간층을 개재함으로써 채택 가능하다. 상기 브레이징 용가재(2a)에 사용되는 종래의 브레이징 용가재가 중간층에 적용될 수 있다.
또한, 소정 위치에 소정 수의 노즐 구멍(4a)이 전기 방전 가공에 의해 다이 플레이트의 하나의 WC 합금 판재에 대해 형성된다. WC 합금 판재(1b)는 위에서 도시된 바와 같이 적어도 하나의 모서리가 20 mm 이상(90 mm)인 형상으로 형성되기 때문에, 복수 개의 노즐 구멍(4a)이 하나의 WC 합금 판재(1a)에 대해 형성될 수 있으며 노즐 구멍(4a)의 배열 자유도는 도4에 도시된 바와 같이 노즐 구멍(4a, 4a, …)의 밀접 배열을 용이하게 하도록 개선될 수 있다.
*수지 입구 측을 형성하는 노즐 구멍(도시 안됨)이 WC 합금 판재 접합면의 대향측으로부터 모재 금속(2b) 상에 형성된다. WC 합금 판재(1b)의 표면[경화 표면(h)]은 다이 플레이트를 완성하도록 마무리 연마된다.
이렇게 구성된 다이 플레이트에서, 노즐 구멍(4a) 사이의 피치는 하나의 WC 합금 판재(1b) 상에 복수 개의 노즐 구멍(4a)을 배열함으로써 최소화될 수 있으며 많은 수의 노즐 구멍(4a)이 동일한 크기의 단일 구멍형 다이 플레이트[팁부 사이에 브레이징된 부분(브레이징 용가재 층)을 갖는 다이 플레이트]보다 밀접하게 배열될 수 있다. 결국, 펠릿의 생산성이 개선된다. 경화 표면(h)의 수명은 자기 용해성 합금(일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호의 도8)이 열 분무됨으로써 얻어지는 구조에 비해 연장될 수 있으며 필수적인 보수 빈도가 저감될 수 있다.
모재 금속에 접합되는 부재는 단일 구멍형 다이 플레이트보다 저감될 수 있다. 즉, 하나의 WC 합금 판재(1b)에 대해 복수 개의 노즐 구멍(4a)을 형성함으로써, WC 합금 판재(1b)의 수는 저감될 수 있다. 이는 공정의 수가 저감될 수 있음을 의미한다. WC 합금 판재(1b)의 수가 저감될 수 있기 때문에, 인접한 WC 합금 판재(1b)의 경계에서 브레이징부(브레이징 용가재 층)는 단일 구멍형 다이 플레이트보다 더욱 크게 저감될 수 있다. 따라서, 입자 제조기의 작업시 브레이징부(브레이징 용가재)의 기공 침식에 의한 WC 합금 판재(1b)의 박피 및 탈루가 방지될 수 있다.
일본 특허 출원 공개 공보 제5-124035호에 개시된 분말 합금 가압 소결 방법에서는 분말 합금을 충전하기 위한 리세스부가 크게 확대될 수 없기 때문에 많은 수의 노즐 구멍을 확보하기 위해 모재 금속 상에 많은 리세스부를 형성하는 것이 필요하다. 이에 비해, 본 실시예에서는 환형 형상으로 연속되는 하나의 큰 리세스부(r)가 형성되고 복수 개의 WC 합금 판재(1b)가 사실상의 유격(모재 금속 접합부)없이 배열됨으로써, 판재들은 한 번에 브레이징될 수 있다. 따라서, 공정의 수가 저감될 수 있다. 모재 금속(2b)의 노출부가 존재하지 않기 때문에, 수지 절삭 나이프의 활주에 의한 모재 금속의 선택적 마모가 입자 제조기의 작업시 발생하지 않는다. 따라서, WC 합금 판재(1b)의 박피 및 탈루는 결코 일어나지 않는다. 여기에서의 브레이징은 인접한 WC 합금 판재 사이의 접합, 즉 비가압 접합부에 적용된다.
비록 각각의 WC 합금 판재(1b)의 치수와 형상은 다양하게 고려될 수 있지만, WC 합금 판재는 바람직하게는 각각의 길이가 20 mm 이상의 두 개의 인접한 모서리를 갖는 형상을 갖는다. 이에 따르면, 복수 개의 노즐 구멍(4a)이 하나의 WC 합금 판재(1b) 상에 용이하게 형성될 수 있으며, 노즐 구멍(4a, 4a, …)의 배열 자유도는 많은 수의 노즐 구멍(4a)의 밀접 배열을 용이하게 하도록 개선될 수 있다. 최대의 모서리 길이는 바람직하게는 200 mm 이하이다(즉, 각 모서리는 바람직하게는 길이가 200 mm 이하). 예컨대, 3 mm의 일반적인 두께를 갖는 WC 합금 판재에서, 모서리 길이가 200 mm를 초과할 때, 판재는 감기는 경향이 있다. 판재의 감김은 모재 금속(2b)의 접합 손상 또는 생산율 저감을 야기할 수 있다. WC 합금 판 재(1b)의 두께는 수명 연장을 위해 바람직하게는 2.5 mm 이상으로 설정된다.
도2에 도시된 모재 금속(2b)의 리세스부(r)의 깊이는 WC 합금 판재(1b)의 두께(t)보다 작기 때문에, 모재 금속(2b)에 접합된 WC 합금 판재(1b)는 모재 금속(2b)의 상부면에서 약간 돌출된다. 본 실시예에 따르면, 리세스부(r)의 깊이는 3.5 mm의 WC 합금 판재(1b) 두께보다 2 mm 작다. 결국, WC 합금 판재(1b)가 모재 금속(2b)의 상부면에서 1.5 mm 이상 돌출된다. 이에 따르면, 경화 표면(h) 상에서 활주하는 수지 절삭 나이프는 모재 금속(2b)의 노출부로부터 1.5 mm 이상 이격되기 때문에, 나이프와 모재 금속(2b)의 접촉은 확실하게 방지될 수 있다. 따라서, 모재 금속(2b)의 선택적 마모는 확실하게 방지될 수 있으며 선택적 마모의 결과로서 발생하는 WC 합금 판재(1b)의 박피 및 탈루가 제거될 수 있다.
도1은 WC 합금 판재를 성형하는 방법을 도시한 사시도.
도2는 모재 금속에 WC 합금 판재를 브레이징하는 방법을 도시한 사시도.
도3은 WC 합금 판재가 모재 금속에 접합된 상태를 도시한 사시도.
도4는 노즐 구멍이 형성되는 방법을 도시한 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1a, 1b : WC 합금 판재
2a : 브레이징 용가재
2b : 모재 금속
4a : 노즐 구멍
r : 리세스부
h : 경화 표면

Claims (2)

  1. 모재 금속과,
    경화 표면을 포함하고,
    상기 경화 표면은, 각각 복수 개의 노즐 구멍을 갖는 복수 개의 WC 합급 판재를 상기 모재 금속에 확산 접합함으로써 형성되고,
    상기 모재 금속은 SUS 강을 포함하고,
    각각의 상기 WC 합금 판재는, WC를 20 내지 90 중량% 함유한 합금으로 이루어지고, 각 모서리의 길이는 200 mm 이하이고, 두께는 2.5 mm 이상인,
    다이 플레이트.
  2. 모재 금속과,
    경화 표면을 포함하고,
    상기 경화 표면은, 각각 복수 개의 노즐 구멍을 갖는 복수 개의 WC 합급 판재를 상기 모재 금속에 확산 접합함으로써 형성되고,
    상기 모재 금속은 SUS 강을 포함하고,
    각각의 상기 WC 합금 판재는, WC를 20 내지 90 중량% 함유한 합금으로 이루어지고, 길이가 20 mm 이상인 두 개 이상의 인접 모서리를 갖는 형상이며, 두께는 2.5 mm 이상인,
    다이 플레이트.
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