KR20170006324A

KR20170006324A - 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법 및 양궁 핸들

Info

Publication number: KR20170006324A
Application number: KR1020150096511A
Authority: KR
Inventors: 박경래; 박동원; 김영근
Original assignee: 윈엔윈(주)
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2017-01-18
Also published as: KR101717491B1

Abstract

본 발명은 따른 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법은 알루미늄 합금을 용해하여 용해된 알루미늄을 만드는 1단계(S10); 금형을 탈가스 처리하는 2단계(S20); 금형에 용해된 알루미늄을 주입하는 용탕단조 공정으로 양궁 핸들 소재를 성형하는 3단계(S30); 양궁 핸들 소재를 분리한 후 양궁 핸들 소재를 열처리하는 4단계(S40); 양궁 핸들 소재의 표면에 아노다이징 도금하는 5단계(S50); 를 포함하여 공정이 이루어진다.

Description

용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법 및 양궁 핸들{Aluminum alloy archery handle and manufacturing method thereof}

본 발명은 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법 및 양궁 핸들에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 합금을 사용하여 용탕단조 공정(Squeeze casting process)을 통해 양궁 핸들의 소재를 제작함으로써 양궁 핸들을 제작하는 마무리공정에서 아노다이징 도금이 가능하도록 한 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법 및 양궁 핸들에 관한 것이다.

현대에 들어서 레저수단으로 사용되고 있는 활(Bow)은 크게 4가지 종류로 리커브 보우(양궁:archery), 컴파운드 보우(compound bow), 석궁(cross bow), 롱보우(long bow)로 나눌 수 있으며, 이중 리커브 보우와 컴파운드 보우는 올림픽 종목으로 사용되고 있다.

그 중 리커브 보우의 경우 크게 핸들(handle), 날개(rim), 활줄(string)로 구성되어 있으며, 이 중에서 핸들은 사용자가 활을 쥐는 부분으로서 활의 안전성 및 정확성과 매우 밀접한 연관성을 갖는 부품으로 고강도 및 고내피로성이 요구되는 핵심부품이다.

그동안, 양궁 핸들은 주로 다이캐스팅(Diecasting) 또는 단조(Forging) 성형품으로 제작되어 왔다. 먼저, 다이캐스팅 공정을 통해 양궁 핸들이 제작된 경우에는 다이캐스팅 공정 중 발생하는 주조결함으로 그 물성이 낮아 초보자용 또는 저가용으로 사용되어 왔다. 한편, 단조 공정을 통해 제작된 양궁 핸들은 조직이 치밀하고 결함이 적어 중급, 고급자 및 선수용으로 사용되어 왔다.

한편, 다이캐스팅을 통해 제작된 양궁 핸들은 그 품질이 떨어지고, 단조 공정을 통해 제작된 양궁 핸들은 제작 공정이 많고 성형시 발생하는 손실이 많아 다이캐스팅 제품에 비해 약 3배의 가격으로 판매되고 있어 가격 경쟁력이 떨어지는 문제점 등이 있다.

이에, 다이캐스팅 및 단조 공정을 통해 제작된 양궁 핸들을 대체하여 다이캐스팅 공정품 수준의 가격경쟁력과 단조품 수준의 품질 확보가 가능할 뿐만 아니라 마감 공정에서 아노다이징이 가능한 양궁 핸들의 제조방법의 개발이 요구되는 실정이었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 알루미늄 합금을 사용하여 용탕단조 공정(Squeeze casting process)을 통해 양궁 핸들의 소재를 제작함으로써 양궁 핸들을 제작하는 마무리공정에서 아노다이징 도금이 가능하도록 한 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법 및 양궁 핸들을 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 고압진공 용탕단조 공정을 이용하여 가스혼입에 따른 기포를 방지하고 중압형태의 가압력을 부여하여 응고 완료시킴으로서 수축공 등의 주조결함 방지가 가능한 양궁핸들을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 단조품과 동등의 품질을 갖고, 주조수준의 생산성 확보로 인해 중저가 활시장에서의 가격 경쟁력이 있는 양궁핸들을 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 실시 예에 다음과 같이 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법은 알루미늄 합금을 용해하여 용해된 알루미늄을 만드는 1단계(S10); 금형을 탈가스 처리하는 2단계(S20); 금형에 용해된 알루미늄을 주입하는 용탕단조 공정으로 양궁 핸들 소재를 성형하는 3단계(S30); 양궁 핸들 소재를 분리한 후 양궁 핸들 소재를 열처리하는 4단계(S40); 양궁 핸들 소재의 표면에 아노다이징 도금하는 5단계(S50); 를 포함하여 공정이 이루어진다.

본 발명에 따른 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법에서 알루미늄 합금은 알루미늄 98.25%~98.7%, 구리 0.1~0.2%, 마그네슘 0.45~0.9%, 아연 0.1~0.2%, 망가니즈 0.1~0.2%, 티탄 0.1~0.2%, 크롬 0.1~0.2%, 철 0.35~0.5%의 혼합으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법에서 3단계(S30)는 용해된 알루미늄을 금형의 슬리브에 주입하는 3-1단계(S31), 금형 내부를 5~6토르(Torr)의 진공상태로 만드는 3-2단계(S32), 금형 내부의 캐비티(cavity)를 채우는 3-3단계(S33)와, 900~910토르(Torr)의 압력을 가하는 3-4단계(S34)로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법에서 4단계(S40)의 열처리는 500~520℃에서 3~5시간 동안의 용체화 처리와, 180~190℃에서 5~7시간 동안의 시효처리로 이루어질 수 있다.

본 발명은 고압진공 용탕단조 공정을 이용하여 가스혼입에 따른 기포를 원천적으로 방지하고 중압형태의 가압력을 부여하여 응고 완료시킴으로서 수축공 등의 주조결함을 방지할 수 있으며, 주조수준의 생산성 확보로 인해 중저가 활시장에서의 가격 경쟁력이 있는 양궁핸들을 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법의 개략적인 순서도.
도 2 는 본 발명의 실시 예에 따른 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들을 성형하는데 사용되는 장치를 개략적으로 보인 도면.
도 3 은 본 발명의 실시 예에 따른 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들 제조방법 중 3단계의 세부 순서를 보인 블록도.
도 4 는 용탕단조 공정을 통해 성형된 알루미늄 양궁 핸들의 표면에 분체도장을 한 경우의 모습을 보인 사진.
도 5 는 본 발명의 실시 예에 따라 고압진공 용탕단조 공법으로 성형된 양궁 핸들의 표면에 아노다이징 도금 공정을 실시한 상태의 모습을 보인 사진.
도 6 은 본 발명의 실시 예에 따른 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 시험성적서.

이하에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들 및 그 제조방법에 대해서 첨부된 도면을 참고하면서 보다 구체적으로 설명한다.

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법의 순서도이고, 도 2 는 본 발명의 실시 예에 따른 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들을 성형하는데 사용되는 장치를 개략적으로 보인 도면이다. 도면 중에 표시되는 도면부호 100은 고압진공 용탕단조 장치를 지시하는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법에서 적용되는 용탕단조 공법(Squeese casting process)은 압착 주조 공법, 스퀴즈 주조법, 스퀴즈 캐스팅 등으로 표현되기도 하는 성형방법으로, 금형 안에 주입된 용융 상태나 반용융 상태의 금속에 기계적 수법으로 압력을 직접 가하여 성형, 응고시키는 방법이다.

도 1 에 도시된 바와 같이 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법은 알루미늄 합금을 용해하여 용해된 알루미늄을 만드는 1단계(S10), 금형을 탈가스 처리하는 2단계(S20), 금형에 용해된 알루미늄을 주입하는 용탕단조 공정으로 양궁 핸들 소재를 성형하는 3단계(S30), 양궁 핸들 소재를 분리한 후 양궁 핸들 소재를 열처리하는 4단계(S40), 양궁 핸들 소재의 표면에 아노다이징 도금하는 5단계(S50)를 포함하는 공정으로 이루어진다.

우선, 알루미늄 합금을 용탕에서 700~720℃의 온도로 용해하여 용해된 알루미늄을 만드는 1단계(S10)가 실행된다. 이때, 알루미늄 합금은 알루미늄 합금은 알루미늄 98.25%~98.7%, 구리 0.1~0.2%, 마그네슘 0.45~0.9%, 아연 0.1~0.2%, 망가니즈 0.1~0.2%, 티탄 0.1~0.2%, 크롬 0.1~0.2%, 철 0.35~0.5%이 혼합된 것이 사용된다. 바람직하게는, 700℃ 온도에서, 알루미늄 98.7%, 구리 0.1%, 마그네슘 0.45%, 아연 0.1%, 망가니즈 0.1%, 티탄 0.1%, 크롬 0.1%, 철 0.35%의 혼합비로 조성된 알루미늄 합금을 용해하여 사용할 수 있다.

그 후, 제품 가공시 기포가 발생하지 않도록 하기 위하여 금형(110) 내부를 탈가스처리하는 제 2단계(S20)가 실행된다.

그 후, 상기 용해된 알루미늄 합금(A)을 금형(110) 내부에 주입하고 용탕 단조 공정으로 양궁 핸들 소재를 성형하는 3단계(S30)가 실행된다. 3단계(S30)는 용해된 알루미늄 합금(A)을 금형(110)의 슬리브에 주입하는 3-1단계(S31)와, 금형(110) 내부를 5~6 토르(Torr)의 진공상태로 만드는 3-2단계(S32)와, 금형(100) 내부에 용해된 알루미늄 합금(A)을 주입하는 3-3단계(S33)와, 900~910 토르(Torr)의 압력을 가하는 3-4단계(S34)로 구성되며 도 3을 통하여 더욱 자세하게 알 수 있다. 양궁 핸들 소재를 성형하는 단계에서, 금형 내부가 진공상태가 되도록 제공되는 진공압은 5토르 조건으로, 용해된 알루미늄 합금에 가하는 압력은 900토르의 조건으로 설정하는 것이 바람직하다.

이를 위해, 고압진공 용탕단조 장치(100)에는 금형(110) 내부로 주입되는 알루미늄 합금(A)에 고압의 압력을 가하기 위한 고압 공급수단(120)이 구비되고, 금형 내부의 환경을 진공으로 하기 위한 진공압 공급수단(130)이 구비된다.

3단계(S30)의 구성으로 인하여 상기 용해된 알루미늄 합금(A)을 금형(110)에 주입할 때부터 주조완료시까지 지속적으로 진공을 부여하여 가스혼입에 따른 기포의 발생을 방지하고 또, 중압형태의 가압력을 부여하여 응고 완료시킴으로서 수축공 등의 주조결함을 방지하는 효과가 있다.

한편, 고압진공 용탕단조 장치(100)의 주조공정을 통해 제작된 양궁 핸들 소재는 금형으로부터 분리되고, 주조 과정에서 생성된 찌꺼기 부분들도 컷팅 공정을 통해서 양궁 핸들 소재로부터 분리된다.

전술한 바와 같은 공정을 통해 제작된 양궁 핸들 소재는 열처리 과정에서 열처리 된다(4단계).

전술한 열처리 단계는 500~520℃에서 3~5시간 동안의 용체화 처리와, 180~190℃에서 5~7시간 동안의 시효처리로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 500℃에서 4시간 동안의 용체화 처리와, 180℃에서 6시간 동안의 시효처리하는 것이 바람직하다.

열처리 단계를 마친 양궁 핸들 소재는 아노다이징(anodazing) 공정을 통해서 표면이 도금 처리된다(5단계). 아노다이징 공정에서는 2차 전해착색 등의 공정을 통해서 양궁 핸들의 표면에 색상이 표현될 수 있다.

참고로, 일반적인 주조 공정을 통해서 알루미늄으로 제작된 양궁 핸들의 경우에는 아노다이징 도금 처리가 되지 못하여 페인트 도장 또는 전착도장을 실시해왔었다. 한편, 단조공정을 통해서 제작된 알루미늄 합금 양궁 핸들의 경우에는 아노다이징 도금처리가 가능하고, 이 과정에서 색상이 고급스럽게 표현될 수 있었다.

한편, 전술한 4단계의 열처리 단계를 마친 양궁 핸들 소재는 샌딩(sanding) 공정 및 분체도장 공정을 통해서 표면처리와 표면에 색상을 입힐 수 있다. 이 과정에서의 분체도장 공정은 다음과 같이 이루어질 수 있다.

먼저, 열처리된 알루미늄 합금 양궁 핸들의 표면의 이물질을 세척을 통해 제거하게 된다. 이 과정에서는 185℃에서 10분간 예열하고 표면을 세척제로 세척한 후 건조시킨다. 이후, 도장을 실시하기 가장 적당한 온도인 60~80℃의 환경에서 도장 분체를 분사하고, 215℃의 환경에서 10분간 열처리하여 도막이 형성되도록 한다.

도 4는 전술한 바와 같이 분체도장 공정을 통해서 알루미늄 양궁 핸들의 표면에 도장을 한 경우의 제품의 모습이다.

그런데 도 4에 표시된 부분과 같이 분체도장을 실시한 경우에는 알루미늄 양궁 핸들을 성형하는 과정에서 발생한 기포발생부위가 완전히 사라지지 않고 외부로 표현되는 문제점이 여전히 존재하였다.

한편, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 고압진공 용탕단조 공법을 통해 알루미늄 양궁 핸들 소재가 제작된 후, 아노다이징 도금 공정을 통해 표면처리된 상태의 양궁 핸들의 모습을 보인 사진이다.

도 5를 통해 확인할 수 있듯이 아노다이징 도금 공정을 통해 표면을 처리하게 되면 분체도장 공정을 통해 표면처리될 경우에는 완전히 처리되지 못하였던 기포발생부위의 처리가 가능하였다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 제작된 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들이 적용된 양구의 내구성 시험성적 결과이다.

도 6에서 보이는 바와 같이 시위의 당김길이를 28인치로 설정하고 10만회 왕복시험을 한 결과, 내구성이 양호한 결과를 얻게 되었다.

본 발명은 특정의 실시 예 및 적용 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

100 : 고압진공 용탕단조 장치
110 : 금형
120 : 고압 공급수단
130 : 진공압 공급수단
A : 용해된 알루미늄 합금

Claims

알루미늄 합금을 용해하여 용해된 알루미늄을 만드는 1단계(S10);
금형을 탈가스 처리하는 2단계(S20);
상기 금형에 상기 용해된 알루미늄을 주입하는 용탕단조 공정으로 양궁 핸들 소재를 성형하는 3단계(S30);
상기 양궁 핸들 소재를 분리한 후 양궁 핸들 소재를 열처리하는 4단계(S40);
상기 양궁 핸들 소재의 표면에 아노다이징 도금하는 5단계(S50); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 알루미늄 합금은 알루미늄 98.25%~98.7%, 구리 0.1~0.2%, 마그네슘 0.45~0.9%, 아연 0.1~0.2%, 망가니즈 0.1~0.2%, 티탄 0.1~0.2%, 크롬 0.1~0.2%, 철 0.35~0.5%이 혼합 구성된 것을 특징으로 하는 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 3단계(S30)는 상기 용해된 알루미늄을 상기 금형의 슬리브에 주입하는 3-1단계(S31), 상기 금형 내부를 5~6토르(Torr)의 진공상태로 만드는 3-2단계(S32), 상기 금형 내부의 캐비티(cavity)를 채우는 3-3단계(S33)와, 900~910토르(Torr)의 압력을 가하는 3-4단계(S34)로 구성된 것을 특징으로 하는 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 4단계(S40)의 열처리는 500~520℃에서 3~5시간 동안의 용체화 처리와, 180~190℃에서 5~7시간 동안의 시효처리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용탕단조법을 이용한 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들의 제조방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 고인성 알루미늄 합금 양궁 핸들.