KR20160126624A - 금형 냉각유로의 부식방지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1차적으로 금형의 냉각유로에 공기를 분사하여 냉각유로 내에 발생한 스케일 등의 이물질 및 수분을 제거하고, 2차적으로 스케일 및 수분이 제거된 냉각유로 내에 부식방지제를 채워 넣고 일정 시간동안 유지함으로써 냉각유로의 부식을 방지할 수 있도록 한 금형 냉각유로의 부식방지 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 금형 냉각유로의 부식방지 장치는, 금형 냉각유로의 일단부에 연결되어 금형의 냉각유로에 압축 공기를 주입하여 냉각유로 내의 수분 및 스케일을 제거하는 공기분사유닛과; 부식방지제가 저장된 저장탱크와, 상기 저장탱크와 냉각유로의 일단부를 연결하는 공급라인과, 상기 저장탱크 내의 부식방지제를 공급라인을 통해 냉각유로로 공급하는 펌프와, 상기 냉각유로 내에 부식방지제가 채워진 상태에서 상기 냉각유로의 일단부 및 다른 일단부를 폐쇄하는 개폐부재를 포함하는 부식방지제 공급유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

금형 냉각유로의 부식방지 장치 및 방법{Apparatus and Method for anticorrosing of Mold Cooling Channel}

본 발명은 금형의 냉각유로의 부식을 방지하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사출성형용 금형의 냉각유로 내에 1차적으로 공기를 분사하여 스케일이나 슬러지를 제거하고, 2차적으로 냉각유로 내에 부식방지제를 채워서 보관함으로써 냉각유로의 부식을 방지할 수 있도록 한 금형 냉각유로의 부식방지 장치 및 방법에 관한 것이다.

수송기계나 가전기기의 경량화와 고성능화를 위한 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 또는 아연(Zn) 합금 등의 경량금속 합금재료의 사용 확대에 따라 금형(Die)를 이용한 중력주조, 저압주조, 고압주조나 단조, 압연, 압출공법 등의 기술도 점차 다양화, 고급화되고 있다.

이러한 금형(통상적으로 사용되는 주재료는 Fe계 특수강, 예를 들면 0.4%C-5%Cr-Mo-V계인 SKD 61 사용)을 이용한 금속가공법은 금형의 품질에 따라 제품의 품질과 생산성 그리고 금형의 수명 등을 좌우하는 매우 중요한 요소가 되어 금형의 품질을 높이기 위한 많은 노력이 진행되고 있다.

그 중에서 금형의 온도 관리는 연속적인 금속가공(주조, 단조 등)에 있어 매우 중요한 핵심 관리인자이다. 통상적으로 금형온도를 일정하게 관리하기 위해 금형에 가해지는 매 사이클(단위 시간) 단위의 열량을 그 시간내에 제거해 주어야만 문제(trouble) 없는 연속적인 작업이 가능하게 된다. 따라서 금형에는 형상에 따라 직관환형, 직관각형, 곡관환형, 곡관각형, 분수형, 배플(baffle)형 등 여러 가지 형태로 냉각유로를 설계하고, 냉각유로를 통해 냉각수를 유동시킴으로써 입열량을 제거하고 있다.

하지만 금형내부의 냉각유로는 형상과 크기가 천차만별로 다르고 매우 복잡한 구조를 지니고 있으며, 또한 최근에는 고품질을 얻기 위한 수단으로 미세한 핀(pin) 형상부까지 냉각유로 내에 설계하여 냉각유로의 막힘 현상이 빈번하게 발생한다. 그리고 무엇보다도 가장 큰 문제점은 냉각에 사용되는 물(공업용수)로 인한 용존산소와 금형 재료와의 반응으로 인하여 냉각유로 내부에서 부식에 의한 각종 스케일이나 슬러지류의 녹이 발생하게 되고, 이로 인해 냉각유로의 협착 현상과 막힘 현상이 발생하여 금형의 냉각성능이 급격하게 저하되고, 제품 품질 문제 발생은 물론 생산성 저하, 가동중 소착 등의 문제와 궁극적으로는 금형 수명 저하의 주 요인이 되고 있다. 또한 이러한 현상은 작업후 금형을 장기간 보관하는 과정에서 냉각유로에 잔존하는 수분과 공기 중의 산소 등이 금형재료를 급격하게 부식시켜 더욱 문제를 가중시키고 있다.

등록특허 제10-1384310호(2014.04.04) 등록특허 제10-1027692호(2011.03.31) 미국 공개특허 US 2009/0315231 A1(2009.12.24)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 1차적으로 금형의 냉각유로에 공기를 분사하여 냉각유로 내에 발생한 스케일 등의 이물질 및 수분을 제거하고, 2차적으로 스케일 및 수분이 제거된 냉각유로 내에 부식방지제를 채워 넣고 일정 시간동안 유지함으로써 냉각유로의 부식을 방지할 수 있도록 한 금형 냉각유로의 부식방지 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 금형 냉각유로의 부식방지 장치는, 금형 냉각유로의 일단부에 연결되어 금형의 냉각유로에 압축 공기를 주입하여 냉각유로 내의 수분 및 스케일을 제거하는 공기분사유닛과; 상기 냉각유로 내에 부식방지제를 공급하는 공급수단과, 상기 냉각유로 내에 부식방지제가 채워진 상태에서 상기 냉각유로의 일단부 및 다른 일단부를 폐쇄하는 개폐부재를 포함하는 부식방지제 공급유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명의 금형 냉각유로의 부식방지 장치를 이용하여 금형 냉각유로의 부식을 방지하는 방법은, 금형의 냉각유로에 압축 공기를 주입하여 냉각유로 내의 수분 및 스케일을 제거하는 제1단계와; 금형의 냉각유로에 부식방지제를 공급하는 제2단계와; 상기 냉각유로 내에 부식방지제가 채워지면 냉각유로의 양단부를 폐쇄하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 금형의 냉각유로 내에 잔류하는 수분과 스케일이 압축 공기에 의해 깨끗이 제거되고, 이 상태에서 냉각유로에 부식방지제가 채워져 장시간동안 보관되므로 보관 중 냉각유로 내에 부식이 발생하는 현상이 없어지게 된다.

따라서, 보관된 금형을 사용하여 성형 작업을 수행할 때 스케일에 의한 관로 막힘 현상을 최소화할 수 있으며, 이로써 금형 작업시 냉각성능 저하로 인한 응고수축이나 변형, 뜯김 등의 불량을 방지할 수 있고, 생산성 저하 및 금형 수명 저하를 방지할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형 냉각유로의 부식방지 장치의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 금형 냉각유로의 부식방지 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 금형의 냉각유로의 스케일을 제거하기 전 상태와, 금형의 냉각유로에 압축 공기를 분사하여 스케일을 제거한 상태를 나타낸 사진이다.
도 4는 금형과 동일한 성분으로 된 금속 시편을 일반 냉각수가 저장된 용기(도면 상 왼쪽)와 부식방지제가 저장된 용기(도면 상 오른쪽)에 침지시켰을 때 시간이 지남에 따라 시편에 나타나는 반응을 보여주는 사진이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금형 냉각유로의 부식방지 장치 및 방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금형 냉각유로의 부식방지 장치를 나타낸 것으로, 본 발명의 금형 냉각유로 부식방지 장치는 금형 냉각유로(1)의 일단부에 연결되어 금형의 냉각유로(1)에 압축 공기를 주입하여 냉각유로(1) 내의 수분 및 스케일을 제거하는 공기분사유닛과, 금형 냉각유로(1)의 일단부를 통해 부식방지제를 주입하여 채워 넣는 부식방지제 공급유닛을 포함한 구성으로 이루어진다.

상기 공기분사유닛은 일단이 냉각유로(1)의 일단부에 연결되는 공기공급라인(11)과, 상기 공기공급라인(11)을 통해 압축 공기를 공급하는 에어컴프레셔(12)(air compressure)를 포함한다.

그리고, 상기 부식방지제 공급유닛은 상기 냉각유로(1) 내에 부식방지제를 공급하는 공급수단과, 상기 냉각유로(1) 내에 부식방지제가 채워진 상태에서 상기 냉각유로(1)의 일단부 및 다른 일단부를 폐쇄하는 개폐부재를 포함한 구성으로 이루어진다.

상기 공급수단은 부식방지제가 저장된 저장탱크(21)와, 상기 저장탱크(21)와 냉각유로(1)의 일단부를 연결하는 공급라인(22)과, 상기 저장탱크(21) 내의 부식방지제를 공급라인(22)을 통해 냉각유로(1)로 공급하는 펌프(23)를 포함한다.

여기서, 상기 개폐부재는 상기 공급라인(22)을 통한 부식방지제의 공급을 제어하는 인렛밸브(31)와, 상기 냉각유로(1)의 다른 일단부에 연결되어 부식방지제의 배출을 제어하는 아웃렛밸브(32)를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 아웃렛밸브(32)는 아웃렛밸브(32)를 통해 배출되는 부식방지제를 상기 저장탱크(21)로 안내하는 드레인라인(25)에 연결된다.

이 실시예에서는 상기 개폐부재로서 인렛밸브(31)와 아웃렛밸브(32)를 사용하고 있지만, 금형을 장기간 보관하고자 할 경우, 상기 개폐부재로서 상기 냉각유로(1)의 일단부와 타단부에 끼워지거나 결합되는 별도의 마개 또는 실링재를 적용할 수도 있다.

상기 부식방지제는 공지의 다양한 부식방지제를 사용할 수 있는데, 금형 냉각유로(1) 내부에서 발생하는 스케일의 성분인 Fe₂O₃, CaO, SiO₂, MgO, MnO 를 제거하는데 우수한 성능을 발휘하는 HCl계 또는 H₃PO₄계의 산 세정제를 이용하거나, 부식 방지에 탁월한 효과를 발휘하는 NaOH 계 부식방지제를 믈과 희석하여 사용하는 것이 바람직하다.

미설명부호 40은 상기 공기분사유닛과 부식방지제 공급유닛의 각 구성부의 작동을 제어하는 컨트롤패널(Control Panel)이다.

도 2는 본 발명에 따른 금형 냉각유로의 부식방지 방법을 나타낸 것으로, 본 발명에 따른 금형 냉각유로의 부식방지 방법은, 금형의 냉각유로(1)에 압축 공기를 주입하여 냉각유로(1) 내의 수분 및 스케일을 제거하는 단계(S1), 금형의 냉각유로(1)에 부식방지제를 공급하는 단계(S2), 상기 냉각유로(1) 내에 부식방지제가 채워지면 냉각유로(1)의 양단부를 폐쇄하는 단계(S3)로 이루어진다.

이를 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 인렛밸브(31)를 개방하고, 에어컴프레셔(12)를 작동시키면, 압축 공기가 공기공급라인(11)을 따라 공급되어 인렛밸브(31)를 통해 냉각유로(1)로 분사된다. 상기 냉각유로(1) 내로 분사된 고압의 압축공기는 냉각유로(1)를 따라 유동하면서 냉각유로(1) 내의 수분과 스케일 등의 이물질을 냉각유로(1)의 다른 일단부를 통해 배출하여 제거한다.

상기 냉각유로(1) 내의 수분과 스케일이 제거되면, 에어컴프레셔(12)의 작동을 중단하고, 펌프(23)를 작동시킨다. 상기 펌프(23)가 작동하면 저장탱크(21) 내의 부식방지제가 공급라인(22)을 따라 유동하여 인렛밸브(31)를 통해 냉각유로(1) 내로 주입된다.

상기 냉각유로(1) 내에 부식방지제가 채워지게 되면, 아웃렛밸브(32)가 폐쇄됨과 동시에 인렛밸브(31)가 폐쇄되어 냉각유로(1) 내부가 부식방지제로 채워진 상태가 된다.

금형을 이용한 성형 작업이 완료되어 금형을 교체하거나 보관하고자 하는 경우에는, 상술한 것과 같이 냉각유로(1) 내부가 부식방지제로 채워지면, 냉각유로(1)의 일단부(입구 부분)와 다른 일단부(출구 부분)에 마개를 결합시키거나 실링재를 결합시켜 냉각유로(1)를 완전히 밀폐시키고, 금형을 분리하여 보관하면 된다.

상기와 같이 금형의 냉각유로(1)에 1차적으로 압축 공기를 분사하여 수분 및 스케일을 제거하고, 2차적으로 냉각유로(1)에 부식방지제를 채워 넣어 6개월 이상 보관한 결과 냉각유로(1) 내에 부식이 전혀 발생하지 않고 깨끗한 상태를 유지하는 것으로 확인되었다.

도 3은 금형의 냉각유로의 스케일을 제거하기 전 상태(도면 상 왼쪽 사진)와, 금형의 냉각유로에 압축 공기를 분사하여 스케일을 제거한 상태(도면 상 오른쪽 사진)를 나타낸 사진이고, 도 4는 금형과 동일한 성분으로 된 금속 시편을 일반 냉각수가 저장된 용기(왼쪽 용기)와 부식방지제가 저장된 용기(오른쪽 용기)에 7일, 15일, 30일, 120일 간 침지시켰을 때 시편에 나타나는 반응을 보여주는 사진이다.

도 3 및 도 4를 통해 알 수 있는 것과 같이, 금형의 냉각유로(1) 내에 잔류하는 수분과 스케일이 압축 공기에 의해 깨끗이 제거되고, 이 상태에서 냉각유로(1)에 부식방지제가 채워져 장시간동안 보관되므로 보관 중 냉각유로(1) 내에 부식이 발생하는 현상이 없어지게 된다.

따라서, 보관된 금형을 사용하여 성형 작업을 수행할 때 스케일에 의한 관로 막힘 현상을 최소화할 수 있으며, 이로써 금형 작업시 냉각성능 저하로 인한 응고수축이나 변형, 뜯김 등의 불량을 방지할 수 있고, 생산성 저하 및 금형 수명 저하를 방지할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

1 : 냉각유로 11 : 공기공급라인
12 : 에어컴프레셔 21 : 저장탱크
22 : 공급라인 23 : 펌프
25 : 드레인라인 31 : 인렛밸브
32 : 아웃렛밸브 40 : 컨트롤패널

Claims (7)

1. 금형 냉각유로(1)의 일단부에 연결되어 금형의 냉각유로(1)에 압축 공기를 주입하여 냉각유로(1) 내의 수분 및 스케일을 제거하는 공기분사유닛과;
   상기 냉각유로(1) 내에 부식방지제를 공급하는 공급수단과, 상기 냉각유로(1) 내에 부식방지제가 채워진 상태에서 상기 냉각유로(1)의 일단부 및 다른 일단부를 폐쇄하는 개폐부재를 포함하는 부식방지제 공급유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 냉각유로의 부식방지 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 공급수단은, 부식방지제가 저장된 저장탱크(21)와, 상기 저장탱크(21)와 냉각유로(1)의 일단부를 연결하는 공급라인(22)과, 상기 저장탱크(21) 내의 부식방지제를 공급라인(22)을 통해 냉각유로(1)로 공급하는 펌프(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 냉각유로의 부식방지 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 부식방지제 공급유닛의 개폐부재는 상기 공급라인(22)을 통한 부식방지제의 공급을 제어하는 인렛밸브(31)와, 상기 냉각유로(1)의 다른 일단부에 연결되어 부식방지제의 배출을 제어하는 아웃렛밸브(32)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 금형 냉각유로의 부식방지 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 개폐부재는 상기 냉각유로(1)의 일단부 및 다른 일단부에 결합되는 마개 또는 실링재를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 냉각유로의 부식방지 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 아웃렛밸브(32)는 아웃렛밸브(32)를 통해 배출되는 부식방지제를 상기 저장탱크(21)로 안내하는 드레인라인(25)에 연결된 것을 특징으로 하는 금형 냉각유로의 부식방지 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 공기분사유닛은, 일단이 냉각유로(1)의 일단부에 연결되는 공기공급라인(11)과, 상기 공기공급라인(11)을 통해 압축 공기를 공급하는 에어컴프레셔(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 냉각유로의 부식방지 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 금형 냉각유로의 부식방지 장치를 이용하여 금형 냉각유로의 부식을 방지하는 방법으로서,
   금형의 냉각유로(1)에 압축 공기를 주입하여 냉각유로(1) 내의 수분 및 스케일을 제거하는 제1단계와;
   금형의 냉각유로(1)에 부식방지제를 공급하는 제2단계와;
   상기 냉각유로(1) 내에 부식방지제가 채워지면 냉각유로(1)의 양단부를 폐쇄하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금형 냉각유로의 부식방지 방법.
   

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