KR20120118500A - 용사 코팅물의 오버스프레이 제거 방법 - Google Patents

Abstract

먼저 열에 의해 코팅된 작업편(1)에서 오버스프레이(13)를 제거하기 위한 방법 및 장치가 제안되며, 이러한 방법은 냉각 윤활제를 이용하고 예컨대 28 MPa라는 비교적 낮은 압력으로 작업한다.

Description

용사 코팅물의 오버스프레이 제거 방법{METHOD FOR REMOVING OVERSPRAY OF THERMAL SPRAY COATINGS}

예컨대 내연기관의 실린더 내의 피스톤 활주면과 같은 기능면 특성은 코팅, 특히 열 코팅에 의해 조절 및 개선될 수 있다. 열 코팅 시, 와이어 또는 분말로서 공급되는 분사 재료는 공정 중에 용융되어, 개별적 입자들(액적들)은 분사제트(spray jet)내에서 유체 상태 또는 반죽 상태로 기판을 향하여 움직인다. 서로 다른 입자 크기로 인하여, 완전히 용융된 입자들을 포함한 코어 제트(core jet) 및 일부분만 용융된 입자들을 포함한 양측의 가장자리 제트가 발생하고, 가장자리 제트는 코어 제트에 대해 특정한 개구각 내에서 진행한다. 고유의 코팅은 코어 제트로 이루어진다.

코팅될 기능면의 가장자리에서, 예컨대 실린더 보어의 상부 및 하부의 보어 에지에서, 가장자리 제트는 기능면을 떠나 기능면의 밖에서 작업편상에 가라앉아, 이 위치에서 원하지 않는 부착물을 형성한다. 이러한 부착물은 이하에서 오버스프레이(overspray)라고 한다. 오버스프레이는 불필요한데, 이러한 오버스프레이는 기관(engine)의 구동 중에 작업편으로부터 떨어져나올 수 있기 때문이다. 이를 통해, 생성된 입자들이 제어되지 않은 상태로 오일 순환기 내에 도달하고, 마모를 심화시키거나 심지어 내연 기관의 완전 불량을 야기한다.

오버스프레이를 방지하기 위해 작업편은 종종 마스킹(masking) 됨으로써, 인접한 면이 코팅될 수 없다. 이를 위해 필요한 마스크는 수동으로 작업편의 소정 지점에 고정되어야 한다. 그러므로, 마스킹은 매우 소모적이고 이제까지 자동화가 불가능하였다. 실린더 보어의 용사(thermal spray)는 소량 생산에서만 실시될 수 있었다.

또한, 오버스프레이는 기하학적으로 특정하거나 불특정한 절단날을 포함한 치핑 방법(chipping method)에 의해 제거될 수 있다. 이러한 방법은 크랭크 하우징내에서 실린더 보어 하부에 존재하는 기하학적 형상물로 인하여 자동화하기가 어렵다.

대안적으로, 고압 워터제트에 의해 기판으로부터 층을 제거하는 것도 공지되어 있다(참조 Lugscheider, E.: 용사 기술에 관한 핸드북. 전문서적 시리즈 용접기술 139호, 용접 및 관련 공정에 관한 출판사 DVS - 출판사 유한책임회사, 뒤셀도르프. 2002. ISBN 3-87155-186-4, page 116 ff). 이 때, 워터 제트는 고압에 의해 다소간 수직으로 또는 분산성으로, 제거할 할 층을 향해있다. 워터 제트의 운동학적 에너지에 의해, 부착된 층의 파괴 및 그 결과로 층의 제거가 일어난다. 워터 제트는 높은 정확도로 포지셔닝될 수 있고, 원하는 영역에서 목적에 맞는 국부적 제거를 허용한다. 공지된 유체 역학식 제거 방법의 단점은 워트 제트 시스템의 높은 구동 압력인데, 이러한 압력은 문헌에서 150 MPa 내지 400 MPa로 제공된다. 따라서, 작업편의 표면은 오버스프레이로 덮어씌워진 가장자리 구간의 영역내에서 비허용 수준으로 변경될 수 있거나 심지어 손상될 수 있다. 기능층이 고압 워터제트에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해, 대부분의 경우에, 기능층은, 앞에 언급한 단점들을 가진 고압 워터 제트로부터, 마스크에 의해 보호되어야 한다. 또한, 고압 워터 제트는 설비의 구동을 위해 높은 에너지 수요를 야기하며, 매우 고가의 설비 기술을 필요로 한다.

본 발명의 기초가 되는 과제는, 보어에 인접한 면에서 오버스프레이를 공정 안정적으로 제거하고 이 때 종래 기술에 공지된 단점을 가급적 극복하는 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 방법은 대량 생산을 위해 적합해야 하며, 이는 낮은 에너지 비용 및 높은 공정 안정성과 동시에 완전한 자동화 가능성을 필요로 한다.

이러한 과제는 본 발명에 따르면 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법에 의하여 해결되는데, 이러한 방법에서 제트 랜스(jet lance)의 적어도 하나의 유체 제트는 오버스프레이를 포함한 작업편 영역을 향해있고, 이 때 적어도 하나의 유체 제트는 90˚미만의 각도, 바람직하게는 60˚미만, 더욱 바람직하게는 30˚보다 작고 5˚보다 큰 각도하에 있다.

본 발명에 따른 방법은, 고유의 기능면에 인접하는 작업편 표면이 특히 어떤 층의 적층을 위해 준비되어 있지 않으면, 액적 또는 입자는 고유의 기능면에서보다 작업편상에 덜 집중적으로 달라붙는다는 인식을 활용한다. 이에 대한 이유는, 기능면의 영역에서 코팅은 이미 언급한 바와 같이 완전히 용융된 액적을 포함한 코어 제트에 의해 이루어진다는 것에서 찾을 수 있다. 오버스프레이와 기판 표면 사이의 부착 조건을 불량하게 만드는 또 다른 효과는, 액적이 기능면에 인접한 작업편 영역에 도달할 때까지 상기 액적이 더 긴 경로를 남겨야 한다는 것에서 확인할 수 있다. 이를 통해 액적은 더 심하게 냉각되고, 이는 작업편 표면상에서 상기 액적의 부착을 더욱 줄인다. 이러한 인식을 이용하여 본 발명에 따른 방법은, 유체 제트가 가능한한 평각으로 작업편의 표면을 향하도록 하는데, 상기 평각은 양호한 벗김(peeling) 효과를 얻기 위해 가능한 작을 것이다.

실무에서, 30˚미만의 각도, 바람직하게는 20˚미만, 더욱 바람직하게는 10˚미만의 각도가 적합한 것으로 증명되었다. 이상적으로, 유체 제트는 기판과 코팅 사이의 접촉면에 대해 다소간 평행하게 작용한다.

본 발명에 따른 벗김 효과는, 유체 제트가 확실히 외부로부터, 즉 코팅되지 않은 작업편 표면으로부터, 오버스프레이가 달라붙은 작업편 표면 영역의 방향으로 안내될 때 보조된다. 이를 통해, 오버스프레이의 분리는 "파괴" 대신 "벗김"에 의해 보조된다.

이를 통해, 유제 제트는, 기판 또는 작업편 표면과 분사된 층(오버스프레이) 사이의 분리 평면에서 이동하는 유체역학식 웨지(wedge)와 같이 작용한다. 이로써 오버스프레이의 분리가 현저히 간단해진다. 또한, 본 발명에 따른 유체 제트의 정렬로 인하여, 유체 제트의 작업 압력은 현저히 줄어들 수 있으며, 이는 에너지 수요 및 이로 인하여 구동 비용에도 긍정적으로 작용한다.

본 발명에 따른 방법의 다른 유리한 형성방식에서는, 제트 랜스 및/또는 제트 랜스로부터 적어도 하나의 유체 제트의 배출 방향은 오버스프레이를 포함한 영역에서 작업편 표면의 정렬에 의존하여 제어되는 것이 고려된다. 이를 통해, 기판 표면이 오목하거나 볼록하게 굴곡진 경우에도, 항상, 유제 제트가 표면과 만나는 지점에서 유제 제트와 표면 사이의 최적 각도가 얻어질 수 있다. 그 결과, 작업편 표면 윤곽내의 기하학과 무관하게, 항상 최적의 제거 조건이 달성됨으로써, 복잡하게 형성된 기하학에서도 본 발명에 따른 방법은 뚜렷한 효과를 보이면서 효율적으로 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 유리한 형성방식에서는, 제트 랜스는 회전 동작을 실시하는 것이 고려된다. 이를 통해, 간단한 방식으로 모든 영역들이 제트 랜스를 빙 둘러 균일하게, 분사 제트에 의해 포착되며, 오버스프레이가 완전히 제거된다.

작업편의 가능한 한 모든 표면 윤곽 그리고 더욱이 복잡한 표면 윤곽에서 뚜렷한 효과로 오버스프레이를 제거할 수 있기 위해, 제트 랜스의 적어도 하나의 유제 제트의 방향은 제트 랜스의 회전축 및 반경 제트(radius jet)에 의해 펼쳐지는 평면, 소위 Z-R 평면과 함께 제1각도(α)를 이루고, 제1각도(α)는 5˚보다 크고 85˚보다 작도록 한다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 형성방식에서, 적어도 하나의 유체 제트의 방향은 제트 랜스의 Z-축에 대해 수직으로 위치한 평면(X-Y 평면)과 함께 제2각도(β)를 이루고, 제2각도는 5˚보다 크고 85˚보다 작다. 제트 랜스와 단단히 결합된 실린더 좌표 시스템에서 확실하게 정의된 이러한 각도 영역에 의해, 오버스프레이를 포함한 작업편 표면의 윤곽이 복잡할 때에조차도, 본 발명에 따른 최적의 오버스프레이 제거 조건이 달성될 수 있다.

기하학이 복잡할 때에도 본 발명에 따른 방법이 별다른 변화없이 효과를 가지려면, 본 발명에 따르면, 제트 랜스의 적어도 하나의 노즐은 선회 가능하고, 심지어 제1각도(α) 및 제2각도(β)는 각각 5˚와 85˚사이의 범위에서 조절될 수 있도록 한다. 따라서, 제트 랜스의 분사 제트는 항상, 거의 동일한 각도 하에 작업편의 표면에 도달할 수 있다.

또한, 제거를 위한 유체로서 냉각 윤활제, 바람직하게는 물과 섞일 수 있는 냉각 윤활제를 사용하는 것이 유리한 것으로 증명되었다. 이러한 혼합물의 농도는, 미네랄오일을 포함한 에멀젼 또는 미네랄오일을 미포함한 합성 용액이 유체로서 제공되도록 선택된다. 이러한 냉각 윤활제의 이점은, 이러한 윤활제가 먼저 열 코팅 시 가열된 작업편 및 특히 작업편의 기능 표면(실린더 보어)을 냉각시킨다는 것이다. 이로써, 작업편은 더욱 양호하고 더욱 신속하게, 이후에 진행되는 가공 공정에서 가공될 수 있다.

이러한 냉각 윤활제는, 이러한 윤활제가 부식성이 아니며, 본 발명에 따른 방법으로 처리된 작업편에서 어떠한 부식도 발생하지 않는다는 이점이 있다.

또한, 이러한 냉각 윤활제는 이후의 공정, 예컨대 실린더 보어의 호닝(honing) 또는 챔퍼링(chamfering)에도 사용된다. 이를 통해, 이러한 냉각 윤활제는 처음부터 이미 제공될 수 있으며, 오버스프레이의 제거를 위한 유체를 이후의 공정에서 냉각 윤활제로부터 분리할 필요가 없다. 따라서, 공정이 현저히 간단하게 실시된다. 또한, 전체 생산 라인을 위해 재 준비 장치 및 펌프 장치만이 필요하다.

냉각 윤활제가 15 MPa 와 60 MPa 사이의 범위, 바람직하게는 20 MPa와 50 MPa 사이의 범위, 더욱 바람직하게는 25 MPa와 40 MPa 사이의 범위에서의 압력으로, 유체 제트를 형성하는 노즐 또는 노즐들에 공급될 때, 충분한 것으로 증명되었다. 이러한 압력 범위는, 종래 고압 워터 제트를 위해 종래 기술에 공지된 압력보다 현저히 더 낮다. 구동 압력이 더 낮음으로써, 에너지 수요와 관련하여 현저한 이점이 얻어지는 한편, 본 발명에 따른 제팅 장치(jetting device)의 구성적 설계가 현저히 간단해질 수 있다. 또한, 더 낮은 구동 압력 및 이와 결부된 유체 제트의 낮은 운동학적 에너지로 인하여 사고 위험이 더 낮다.

또한, 본 발명에 따른 방법의 효과를 더욱 최적화하고, 매우 복잡한 기하학일 때에도 일정하게 높게 유지하기 위해, 냉각 윤활제가 제트 랜스의 노즐에 공급될 때의 압력은 노즐의 회전적 포지션 및/또는 병진적(translational) 포지션에 따라 제어될 수 있다. 압력의 제어는, 오버스프레이가 특히 단단히 부착된 지점에서 목적에 맞게 유제 제트의 높은 운동학적 에너지가 영향을 미치도록 하여, 이러한 방식으로 최적의 제거 결과가 달성될 수 있다. 반대로, 오버스프레이가 특정한 영역에서 매우 용이하게 제거될 수 있는 경우에, 압력은 감소할 수 있다.

유사한 방식으로, 제트 랜스의 노즐을 통해 이송된 냉각 윤활제의 체적 스트림을 노즐의 회전 포지션 및/또는 병진 포지션에 따라 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 생산 사슬의 일부이며, 물론, 하나 이상의 기능면이 예컨대 용사에 의해 코팅물을 포함할 때에야, 비로소 사용된다. 본 발명에 따른 방법은 오버스프레이를 제거하기 위해 직후에 사용될 수 있다. 이 경우, 유체 제트는 작업편의 냉각을 야기하고, 특히 수용성 유체를 두 번 사용하여 그러하다. 이는 본 발명에 따른 방법의 부가적 긍정적 효과인데, 열 코팅 이후에 작업편 온도는 100℃를 초과할 수 있고, 이후의 호닝 공정은 적정수준을 위해 최대 25℃의 작업편 온도를 필요로 하기 때문이다. 이후, 먼저 코팅된 기능면은 호닝될 수 있고, 필요 시, 호닝된 기능면의 에지는 챔퍼(chamfer)를 구비할 수 있다.

대안적으로, 우선 코팅된 기능면은 능동으로 또는 수동으로 예컨대 워터 기반 냉각제(냉각 윤활제)에 의해 냉각되고, 이후에 호닝될 수 있다. 호닝 이후에, 오버스프레이는 본 발명에 따른 방법으로 제거되고, 마지막으로, 호닝된 기능면의 에지는 챔퍼를 구비한다.

본 발명의 기초가 되는 과제는, 오버스프레이의 완전한 제거 또는 부분적 제거를 위해 선행한 방법들 중 어느 하나를 실시하기 위한 제트 랜스에 의해서도 해결된다. 이 때 제트 랜스는 수용부, 적어도 하나의 냉각 윤활제 연결부 및 적어도 하나의 노즐을 포함하고, 이 때 제트 랜스의 적어도 하나의 노즐은 제트 랜스의 회전축 및 반경 제트로부터 펼쳐진 평면(Z-R 평면)과 함께 제1각도(α)를 이루고, 이 때 제1각도(α)는 5˚보다 크고 85˚보다 작다. 바꾸어 말하면: 제1각도(α = 0˚)는 반경 제트에 상응하는 반면, 제1각도(α = 90˚)는 탄젠트에 상응한다.

이에 상응하는 방식으로, 제트 랜스의 적어도 하나의 노즐은 회전축(Z-축)에 대해 수직인 평면(X-Y 평면)과 함께 제2각도(β)를 이루고, 이 때 제2각도(β)는 본 발명에 따르면 5˚보다 크고 85˚보다 작다. 이러한 제트 랜스에 의해, 유체 제트와 작업편 표면 사이의 각도는 본 발명에 따른 방법에 상응하여 조절될 수 있다.

작업편의 윤곽이 복잡하면, 제트 랜스의 적어도 하나의 노즐이 선회 가능하여, 제1각도(α) 및/또는 제2각도(β)가 조절될 수 있는 것이 유리할 수 있다. 적어도 하나의 노즐의 선회 장치는 수치 제어(numerical control)에 의해 제어될 수 있어서, 가공 동안 유체 제트는 항상, 상기 유체 제트가 가능한 한 평각으로 작업편 표면에 도달하도록 정렬될 수 있다.

물론, 복수 개의 노즐들이 제트 랜스에 제공되고, 이러한 노즐들이 서로 다른 제1각도(α) 또는 제2각도(β)에서 정렬되는 것도 가능하고 또한 유리하기도 하다. 작업편의 윤곽이 복잡할 때에도 유체 제트를 항상 유용한 각도 하에 작업편의 각 영역을 향하게 할 수 있고, 노즐이 고정식으로, 즉 선회 가능하지 않게 제트 랜스에 배치된 경우조차도 그러할 수 있다. 따라서, 제트 랜스의 구성적 형성이 간단해짐에도 불구하고, 최적의 결과가 얻어진다.

본 발명에 따른 제트 랜스의 에너지 수요 및 냉각 윤활제 수요를 최소화하기 위해, 또한, 노즐은 개별적으로 연결 및 차단될 수 있다. 스위칭 공정은 제트 랜스의 구동 동안 실시할 수 있어서, 고정식 노즐에도 불구하고, 에너지 수요 및 유체 수요와 관련하여 최적화된 제트 가이드가 가능하다.

내연기관의 피스톤 활주면의 양 말단의 인접한 면에서 오버스프레이를 동시에 제거할 수 있기 위해, 또 다른 유리한 형성방식에서는, 노즐은 제트 랜스의 Z축의 종방향에서 상호 이격되어 배치됨으로써, 코팅된 기능면의 양 말단에서 오버스프레이는 동시에 제거될 수 있다. 이를 통해, 사이클 시간이 줄어들고, 이는 특히 내연 기관의 대량 생산 시 현저하게 유리하다. 또한 마스킹도 완전히 생략할 수 있다. 이로써, 최초로 대량생산에 있어 자동화된 응용이 가능하다.

본 발명의 또 다른 이점 및 유리한 형성방식은 이하의 도면, 그 설명 및 특허청구범위에 설명된다. 도면, 그 설명 및 특허청구범위에 공개된 모든 특징들은 개별적으로뿐만 아니라 상호간의 임의적 조합으로도 본 발명에 있어 본질적일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제트 랜스의 제1실시예를 포함하여 코팅된 피스톤 활주면을 종단면으로 도시한다.
도 2 및 도 3은 코팅된 실린더 보어의 직접적 근방에서 작업편의 복잡한 윤곽, 복잡한 기하학의 예시, 작업편 표면에 대한 상세사항을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 제거 공정에 있어 상당히 확대된 개략도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 방법으로 제거된 오버스프레이 입자를 도시한다.
도 6은 기능면(피스톤 활주면)의 양 말단에서 동시에 오버스프레이를 제거시킬 수 있는, 본 발명에 따른 제트 랜스의 실시예를 도시한다.

도 1에는 피스톤 활주면(3)을 포함한 실린더 블록(1)이 종단면으로 도시되어 있으며, 실린더 블록은 이하에서 작업편 또는 기판이라고도 한다. 피스톤 활주면(3)에 코팅물(5)은 용사에 의해 적층된다. 이러한 코팅물은 기능 표면의 호닝 이후에 형성되며, 기능 표면은 내연기관의 오일 소모 및 마모와 관련하여 최적화된다.

피스톤 활주면(3)은 도 1에서 위쪽으로 소위 덮개면(7)에서 끝나며, 덮개면상에는 차후에 실린더 헤드 씰(seal) 및 실린더 헤드가 안착된다(미도시).

피스톤 활주면(3)의 하부 말단에서 실린더 블록(1)은 크랭크 하우징안으로 이어진다. 본 발명에 있어서, 실린더 블록(1)의 윤곽이 피스톤 활주면(3)의 하부에서 돌출부, 함몰부 및 다른 "비평평한 부분"을 포함하는 것이 중요하다.

도 1의 하부 가장자리에는 데카르트의 위치 고정적 좌표계의 3개의 좌표축 X, Y, Z이 제공된다. 이 때, Z축은 피스톤 활주면(3)의 종축 및 본 발명에 따른 제트 랜스(9)의 회전축과 합동이다. 제트 랜스(9)는 화살표(11)로 표시된 바와 같이 Z축을 중심으로 회전한다.

따라서, Z축에 대해 수직으로, 제트 랜스에 R-축이 더 그려지며, 이 축은 반경 제트의 방향으로 진행하고, 제트 랜스(9)와 단단히 결합하고 있다. 이 축은 제트 랜스(9)의 회전 동작에 동참한다.

피스톤 활주면(3)의 코팅은, 이에 상응하여 형성된 랜스(미도시)가 Z축의 방향에서 피스톤 활주면 안으로 진입하고, 이 때 보호층(5)이 활주면(3)상에 분사됨으로써, 이루어진다. 이 때, 랜스는 한편으로는 Z축의 방향으로 움직이고, 동시에 Z축을 중심으로 회전한다. 그 사이에, 층(5)을 형성하는 용융된 물질의 제트가 방사방향에서(radial) 랜스로부터 나오며, 높은 운동학적 에너지로 피스톤 활주면(3)에 불어진다(blown). 최적의 부착을 달성하기 위해, 피스톤 활주면(3)의 표면은 이러한 목적에 상응하여 준비 및 탈지된다(degreased). 이로써, 층(5)과 고유의 피스톤 활주면(3) 사이에 매우 긴밀하고 풀릴 수 없는 결합이 얻어진다.

용융된 물질이 미도시된 랜스로부터 피스톤 활주면(3)상에 분사될 때의 제트는 피스톤 활주면(3)상에 도달하기 전에 특정한 확산을 경험하므로, 제트는 최종적으로 원추형으로 형성된다. 이는, 랜스가 피스톤 활주면(3)의 상부 말단 또는 하부 말단에 근접할 때, 항상, 용융된 물질의 작은 비율, 단 무시할 수 없는 비율이 피스톤 활주면(3)에 도달하는 대신, 예컨대 덮개면(7)상에 또는 실린더 블록(1)의 하부 영역내에 소위 오버스프레이로서 가라앉는다는 것을 의미한다. 도 1에서 이러한 오버스프레이는 참조번호(13)로 표시되어 있다.

덮개면(7) 및 실린더 블록(1)의 하부 영역은 피스톤 활주면(3)과 달리, 분사된 층으로의 코팅을 위해 준비되지 않으므로, 오버스프레이(13)의 부착은 피스톤 활주면(3)상에 층(5)이 부착되는 것보다 덜 양호하다.

기판(1)상에서 오버스프레이(13)의 더 불량한 부착에는, 제트가 제트 랜스로부터 예컨대 실린더 블록(1)의 하부 영역에 도달할 때까지 지나는 또 다른 경로가 기여한다. 결과적으로, 오버스프레이는 피스톤 활주면(3)에서의 층(5)에서보다 덜 양호하게 작업편(1)의 표면에 부착한다는 것을 확인할 수 있다.

오버스프레이(13)는 작업편(1)으로부터 제거되어야 하는데, 그렇지 않은 경우에 오버스프레이는 내연 기관의 구동 동안 떨어져 나와 내연 기관의 오일 순환기안에 도달할 수 있기 때문이다. 이로부터, 마모 증대 또는 심각한 부수적 피해가 발생할 수 있다. 덮개면(7)의 영역에서도, 오버스프레이(13)는 제거되어야 하는데, 덮개면(7)이 평면이고 오버스프레이(13)의 형태로 어떠한 돌출부도 더 이상 포함하지 않을 때에만 실린더 헤드실이 놓일 수 있기 때문이다.

본 발명에 따르면, 이제, 오버스프레이는 하나 이상의 유체 제트(15)에 의해 제거되는데, 이 때 유체 제트(15)는 제트 랜스(9)의 하나 이상의 노즐(17)로부터 배출된다.

도 1에 도시된 제트 랜스(9)의 포지션에서 오버스프레이는 실린더 블록(1)의 덮개면(7)에서 제거된다. 이러한 도면으로부터 매우 분명하게 추론할 수 있는 바와 같이, 제2각도(β)는 유체 제트(15)와 덮개면(7) 사이에서 90˚보다 현저히 더 작고, 상기 각도는 약 30˚ 내지 40˚이다.

회전축(Z-축) 및 R축으로부터 펼쳐진 평면 사이에서 제공된 제1각도(α)는 도면에서 확인할 수 없으며, 따라서 표시되어 있지 않다.

본 발명에 따르면, 유체 제트(15)는 오버스프레이(13)에 수직으로 도달하지 않고, 가능한 한 작은 각도로, 즉 평각으로 작업편 표면에 도달한다. 이를 통해, 유체 제트(15)는 확실히 웨지와 같이 오버스프레이(13)와 덮개면(7) 사이에서 진입하며, 이를 통해 오버스프레이는 덮개면(7)으로부터 벗겨진다. 따라서, 오버스프레이가 제거되는 속도는 현저히 증대되고, 예컨대 28 MPa의 비교적 낮은 구동 압력은 오버스프레이를 신뢰할만하고 신속하게 제거하기에 충분한다.

작업편(1)의 표면에 유체 제트(15)가 도달하는 각도는 제1각도(α) 및 제2각도(β)에 의해 정해진다.

제트 랜스(9)는 덮개면(7)의 상부에서 포지셔닝되되, 제트(15)가 더 이상 보어(3)안에 도달하지 않고 다만 덮개면에만 도달하도록 포지셔닝되어야 한다.

실험에서, 5˚보다 큰 각도(α 및/또는 β)는, 유체 제트(15)의 원하는 벗김 효과 또는 쪼갬 효과를 달성하기에 충분하다는 것이 증명되었다. 고압 워트 제트로 작업하는 종래의 제거 방법은 워터젯을 분산성으로 제거해야 할 층, 여기서는 오버스프레이(13)으로 향하게 하고, 매우 높은 수압을 이용하여 오버스프레이(13)를 파괴한다. 이러한 공정은 상당히 심하게 에너지 집약적이고, 높은 구동 압력으로 인하여 높은 구조적 비용을 필요로 한다. 반면, 본 발명에 따른 방법은 제거율이 현저히 증대된다는 또 다른 이점도 가진다.

노즐(17)의 배출 방향이 가공해야 할 작업편 표면, 여기서는 덮개면(7)에 상응하여 적절하게 선택 및 정렬되어, 가공해야 할 표면과 분사제 제트(15) 사이의 각도가 본 발명에 따라 작게 보장되도록 해야 한다는 것은 자명하다.

예컨대 동일한 분사 랜스(9)를 가지고 피스톤 활주면(3)안에 침지하되, 분사제 제트(15)가 실린더 블록(1)의 하부 말단의 오버스프레이(13)상에 도달할 때까지 침지하면, 이러한 분사제 제트는 약 60˚의 각도로 오버스프레이에 도달할 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 방법의 벗김 효과가 줄어들고, 이 점에 있어서 본 발명에 따른 방법은 최적 성능에 도달할 수 없다.

도 1에는 노즐(17) 및 분사제 제트(15)만이 도시되어 있다. 물론, 둘레에 분포하며 도 1에 미도시된 복수 개의 노즐들(17)이 제공될 수 있고, 이러한 노즐들이 둘레에 걸쳐 서로 어긋난 상태로 동일한 각도(β)하에 덮개면(7)을 향해있는 경우도 가능하다. 동일한 방향성을 가진 노즐(17)로 이루어진 이러한 그룹은 이하에서 노즐 레지스터라고 한다.

이제 본 발명에 따른 방법의 견지에서 오버스프레이(13)를 실린더 블록의 하부 말단에서 벗기거나 제거하려 하면, 이러한 노즐들(17)은 다르게 정렬되어야 한다. 이는 도 2, 3에서 분명해지는데, 이러한 도면은 피스톤 활주면(3), 과 오버스프레이(13)를 포함한 인접 영역의 서로 다른 형성방식을 각각 나타낸다. 도 2, 3은, 실린더 활주면(3)의 말단에 인접한 영역에 있어 가장 다양한 기하학 및 윤곽이 작업편(1)의 표면에서 가능하고, 그 결과 오버스프레이의 종류, 크기 및 특징이 이에 상응하여 다양할 수 있음을 구체적으로 보여준다.

예컨대 도 3에 도시된 오버스프레이(13)를 본 발명에 따른 방법에 따라 최상으로 제거할 수 있기 위해, 도 4에는 분사 랜스(9)의 제2실시예가 도시되어 있다. 이러한 분사제 랜스(9)의 실시예에서, 노즐(17)은 위쪽으로 지향해있고, 더욱이, 분사제 제트(15)가 약 45˚라는 제2각도(β)하에, 작업편의 표면에 도달하되, 작업편(1)에 오버스프레이가 존재하는 영역내에 도달한다. 이 경우, 제트(5)와 작업편 표면 사이의 제2각도(β)는 도 1에 따른 실시예에서보다 더 크며, 이는 작업편(1)의 윤곽 때문이다.

도 4에 따른 실시예에서, 오버스프레이(13)는 작업편(1)의 함몰부내에 위치하여, 제트(15)는, 상기 제트가 약간 경사지게 작업편 표면을 향해있는 경우에 한하여, 오버스프레이(13)에 의해 덮인 모든 작업편(1)의 영역들에 도달한다. 그러나, 제트(15)가 오버스프레이(13)를 제거하기 시작하는 지점은 피스톤 활주면(3)과 가장 멀리 이격되어 있으므로, 여기서 오버스프레이(13)의 두께는 최소이고, 오버스프레이(13)의 부착은 가장 불량하다. 따라서, 제트(15)와 작업편 표면 사이의 약간 더 큰 각도로도, 본 발명에 따르면 오버스프레이를 양호하게 벗겨낼 수 있다. 비교적 큰 조각의 오버스프레이(13)는 작업편(1)의 표면으로부터 떼내져, 제트(15)와 작업편 표면 사이의 약 45˚라는 각도에도 불구하고, 전체적으로 매우 효율적이고 매우 효과적인 오버스프레이(13) 제거가 일어난다.

도 5에는 오버스프레이(13)의 이러한 제거된 입자가 예시적으로 상당히 확대되어 도시되어 있다. 실무에서 실시한 실험의 평가 시, 약 10 mm의 길이 및 약 5 mm의 폭을 가진 입자는 떼내지고 따라서 오버스프레이(13)는 파괴되지 않고 도 1, 4에서 보이는 바와 같이 벗겨진다. 본 발명에 따른 효과 메카니즘은, 제트(15)가 오버스프레이(13)와 기판 또는 작업편 표면(1)과의 사이에서 "스플리팅 웨지(splitting wedge)"의 방식으로 진입한다는 것을 기초로 한다.

물론, 랜스(9)안에 노즐들(17)로 이루어진 복수 개의 레지스터가 통합되고, 이러한 레지스터는 각각 서로 다른 각도로 랜스(9)로부터 나오는 경우도 가능하다. 이러한 다양한 레지스터는 동시에 또는 차례로 활성화될 수 있으며, 작업편의 표면이 어떻게 진행하는가에 따라 그러할 수 있다. 이를 통해, 항상, 제트(15)와 작업편 표면 사이의 최적 각도가 달성될 수 있으며, 노즐들(17)이 선회 가능하지 않고 랜스(9)내에 견고하게 내장된 경우에도 그러하다.

다양한 노즐 레지스터가 개별적으로 활성화될 수 있을 때, 분사제 수요 및 구동 출력 수요는 동시에 최소화될 수 있다.

도 6에는 이러한 랜스(9)의 실시예가 도시되어 있다. 이러한 랜스(9)는 전체 피스톤 활주면(3)을 관통하여 돌출한다. 노즐들(17.1)로 이루어진 제1레지스터는 덮개면(7)의 오버스프레이를 향해있는 반면, 노즐들(17.2)로 이루어진 제2레지스터는 아래로부터, 피스톤 활주면(3)의 하부 영역에서의 오버스프레이를 향해있다. 랜스(9)는 확실히 도 1 , 4에 도시된 랜스의 조합이다. 피스톤 활주면(3)의 상부 및 하부에서 오버스프레이(13)를 동시에 높은 효율로 제거할 수 있으며, 이는 사이클 시간을 줄이고, 본 발명에 따른 방법을 더 경제적으로 만든다.

또한, 노즐들(17)은 랜스(9)내에서 선회 가능하게 지지될 수 있어서, 노즐들은 랜스(9)의 현재 포지션에 상응하여 작업편(1)의 표면을 향해있을 수 있으며, 따라서 제트는 가능한 한 작은 각도로 작업편(1)의 표면에 도달한다. 이를 통해, 오버스프레이(13)와 작업편 사이에서 최상의 벗김 효과 또는 쪼갬 효과가 달성되어, 오버스프레이(13)는 신속하고 확실하게 낮은 분사제- 및 에너지 소모를 들여 제거될 수 있다.

기계 내에 위치한 냉각 윤활제를 기계적 가공을 위해 사용함으로써, 오버스프레이(13)의 유체 역학식 제거는 더욱 경제적이다. 공정들 사이에서 별도의 순환기 및 세척 장치가 필요하지 않으며, 동일한 유체를 이용하여 오버스프레이(13)의 쪼갬 및 제거를 위해 작업할 수 있다.

지형학적 진로에 국부적인 압력 정합은 자동화된 사이클에 의해 가능하다. 이러한 점은, 제팅될 작업편 표면의 진로가 유용하지 않을 때 필요하다.

실시예에서 제트 파라미터(jet parameter):

압력: 28 MPa

체적유량/노즐: 5.6 l/min

노즐의 수: 6

노즐 직경: 0.9 mm

전체 체적유량: 34 l/min

노즐 간격: ≥15 mm

노즐의 물질: 사파이어

Claims (22)

1. 작업편(1)상에 분사된 층(5)의 오버스프레이(13)를 제거하기 위한 방법에 있어서,
   제트 랜스(jet lance)(9)로부터의 적어도 하나의 유체 제트(15)는 유체 역학식 웨지로서 상기 작업편(1)과 오버스프레이(13) 사이의 분리 평면에서, 상기 오버스프레이(13)를 포함한 상기 작업편(1)의 영역을 향해 있는 것을 특징으로 하는 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 유체 제트(15)는 90°미만, 바람직하게는 30°미만, 더욱 바람직하게는 10°보다 작고 5°보다 큰 각도로, 상기 오버스프레이(13)를 포함한 상기 작업편(1)의 표면의 영역들을 향해 있는 것을 특징으로 하는 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 유체 제트는 작업편(1)의 코팅되지 않은 영역으로부터 오버스프레이(13)를 포함한 영역으로 안내되는 것을 특징으로 하는 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제트 랜스(9) 및/또는 상기 적어도 하나의 유체 제트(15)의 배출 방향은, 상기 오버스프레이(13)를 포함한 영역들에서 상기 작업편(1)의 표면의 배열에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제트 랜스(9)는 회전 동작(11)을 수행하는 것을 특징으로 하는 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제트 랜스(9)는 실린더 보어(3)에 대해 동축으로 배치되는 것을 특징으로 하는 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 유체 제트(15)의 방향은 상기 제트 랜스(9)의 회전축(Z) 및 반경 제트(R)로부터 펼쳐진 평면(Z-R 평면)과 함께 제1각도(α)를 이루고, 상기 제1각도(α)는 5°보다 크고 85°보다 작은 것을 특징으로 하는 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   적어도 하나의 유체 제트(15)의 방향은 상기 반경 제트(R)에 대해 수직인 평면(X-Y 평면)과 제2각도(β)를 이루고, 상기 제2각도(β)는 5°보다 크고 85°보다 작은 것을 특징으로 하는 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제트 랜스(9)의 적어도 하나의 노즐(17)은 상기 제트 랜스(9)의 회전축(Z) 및 반경 제트(R)로부터 펼쳐진 평면(Z-R 평면)에서 그리고/또는 상기 반경 제트(R)에 대해 수직인 평면(Z-Y 평면)에서 선회 가능한 것을 특징으로 하는 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    유체로서 냉각 윤활제, 바람직하게는 물과 섞일 수 있는 냉각 윤활제 및/또는 합성 냉각 윤활제가 사용되는 것을 특징으로 하는 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 윤활제는 15 MPa 와 60 MPa사이의 범위, 바람직하게는 20 MPa와 50 MPa사이의 범위, 더욱 바람직하게는 25 MPa와 40 MPa사이의 범위를 가진 압력으로, 상기 유체 제트(15)를 형성하는 노즐들(17)에 공급되는 것을 특징으로 하는 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 윤활제가 상기 제트 랜스(9)의 노즐들(17)에 공급될 때의 압력은 상기 노즐들(17)의 회전 포지션 및/또는 병진 포지션에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제트 랜스(9)의 노즐들(17)을 통해 이송된 냉각 윤활제의 체적 스트림은 상기 노즐들(17)의 회전 포지션 및/또는 병진 포지션에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 방법 중 어느 하나의 이후에 코팅된 기능면(5)은 호닝되고, 이후에 상기 호닝된 기능면(5)의 에지는 챔퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅된 기능면(5)은 상기 오버스프레이의 제거 동안 적어도 하나의 유체 제트(15)에 의해 냉각되는 것을 특징으로 하는 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법.
16. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅된 기능면(5)은 능동 또는 수동으로 냉각 및 호닝되어, 이후에 상기 오버스프레이(13)는 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제거되고, 이후에 상기 호닝된 기능면(5)의 에지는 챔퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 작업편상에 분사된 층의 오버스프레이를 제거하기 위한 방법.
17. 오버스프레이(13)를 제거하기 위한 제1항 내지 제16항의 방법들 중 어느 하나의 방법을 실시하기 위해 적어도 하나의 냉각 윤활제 연결부 및 적어도 하나의 노즐(17)을 포함하는 제트 랜스(9)에 있어서,
    상기 제트 랜스(9)의 적어도 하나의 노즐(17)은 상기 제트 랜스(9)의 회전축(Z) 및 반경 제트(R)로부터 펼쳐진 평면(Z-R 평면)과 제1각도(α)를 이루고, 상기 제1각도(α)는 5°보다 크고 85°보다 작은 것을 특징으로 하는 제트 랜스(9).
18. 오버스프레이(13)를 제거하기 위한 제1항 내지 제16항의 방법들 중 어느 하나의 방법을 실시하기 위해 적어도 하나의 냉각 윤활제 연결부 및 적어도 하나의 노즐(13)을 포함한 제트 랜스(9)에 있어서,
    상기 제트 랜스(9)의 상기 적어도 하나의 노즐(17)은 상기 제트 랜스(9)의 회전축(Z)으로부터의 평면, 그리고 상기 반경 제트(R)에 대해 수직인 평면(X-Y 평면)과 제2각도(β)를 이루고, 상기 제2각도(β)는 5°보다 크고 85°보다 작은 것을 특징으로 하는 제트 랜스(9).
19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 제트 랜스(9)의 적어도 하나의 노즐(17)은 상기 제1각도(α) 및/또는 제2각도(β)의 조절을 위해 선회 가능한 것을 특징으로 하는 제트 랜스(9).
20. 제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수 개의 노즐들(17)이 제공되고, 상기 노즐들(17)은 다양한 제1각도들(α) 및/또는 제2각도들(β)에서 정렬되는 것을 특징으로 하는 제트 랜스(9).
21. 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐들(17)은 개별적으로 연결 및 차단될 수 있는 것을 특징으로 하는 제트 랜스(9).
22. 제 17 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐들(19)은 Z-축의 방향으로 서로 이격되어 배치됨으로써, 코팅된 기능면(5)의 양 말단에서 오버스프레이(13)는 동시에 제거될 수 있는 것을 특징으로 하는 제트 랜스(9).
    

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