KR20210093653A - Method for manufacturing aluminum composite cylinder head for compression machinery and aluminum composite cylinder head manufactured thereby - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 신발제조용 압착기 등과 같은 압착 기계의 압착판에 연결된 피스톤을 수용하는 실린더의 윗부분을 씌우는 덮개인 실린더 헤드를 제조하는 방법에 대한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a cylinder head, which is a cover overlying a cylinder for receiving a piston connected to a compression plate of a compression machine such as a shoe press.
일반적으로 신발제조용 압착기는 신발의 구성품인 갑피와 밑창(미드솔 및 아웃솔로 구성됨)을 압착시켜 접합시키는 장치로서, 접합 전의 갑피 및 밑창 주변을 따라 다수의 실린더가 구비되어 각 실린더의 피스톤 로드의 일단에 고정된 압착 패드가 소정의 경로를 따라 이동해 갑피 및 밑창이 그 둘레면에 밀착된 상태에서 갑피 및 밑창을 압착해 신발을 제조하게 된다. In general, a shoe press is a device that compresses and bonds the upper and sole (composed of a midsole and outsole), which are components of shoes. A shoe is manufactured by compressing the upper and the sole while the fixed compression pad moves along a predetermined path and the upper and the sole are in close contact with the circumferential surface thereof.
한편, 상기 신발제조용 압착기를 비롯한 각종 압착 기계의 실린더에 포함되는 실린더 헤드는 대부분 탄소강 및 주강으로 제조되고 있는데, 이들 원재료의 가격은 낮은 편이지만 가공성이 떨어져 후속 공정에 많은 비용이 소요된다. 또한, 중량이 크며 단순한 기능으로 인해 고강도, 경량성, 고내구성을 가지는 소재의 적용이 필요한 실정이다. On the other hand, most of the cylinder heads included in the cylinders of various compression machines, including the shoe-making press, are made of carbon steel and cast steel, and although the price of these raw materials is low, workability is low, and a subsequent process takes a lot of cost. In addition, it is necessary to apply a material having high strength, light weight, and high durability due to its large weight and simple function.
본 발명은 고강도, 경량성 및 고내구성을 가지는 압착 기계용 실린더 헤드의 제조방법 및 이에 의해 제조된 실린더 헤드의 제공을 그 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a cylinder head for a compression machine having high strength, light weight and high durability, and a cylinder head manufactured thereby.
본 발명은, 전술한 기술적 과제를 해결하기 (a) (i) 알루미늄 또는 알루미늄 합금 및 (ii) 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)를 포함하는 복합재료를 제조하는 단계; (b) 상기 복합재료로 이루어진 빌렛(billet)을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 빌렛을 소성 가공하고 실린더 헤드 형태로 기계 가공하는 단계;를 포함하는 압착 기계용 알루미늄 복합재료 실린더 헤드의 제조방법을 제안한다. The present invention, to solve the above technical problem (a) (i) producing a composite material comprising an aluminum or aluminum alloy and (ii) carbon nanotube (carbon nanotube, CNT); (b) manufacturing a billet made of the composite material; And (c) plastic working the billet and machining the cylinder head shape; proposes a method of manufacturing an aluminum composite material cylinder head for a pressing machine comprising a.
또한, 상기 단계 (a)에서, (i) 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 (ii) 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 분말을 볼밀링(ball milling)을 통해 혼합하고 복합화하여 복합재료를 제조하는 것을 특징으로 하는 압착 기계용 알루미늄 복합재료 실린더 헤드의 제조방법을 제안한다. In addition, in the step (a), (i) aluminum or aluminum alloy and (ii) single-wall carbon nanotube (SWCNT) powder is mixed through ball milling and composited to prepare a composite material, characterized in that A method of manufacturing an aluminum composite cylinder head for a pressing machine is proposed.
또한, 상기 단계 (b)에서, 상기 복합재료를 핫프레스(hot press) 또는 열간 정수압 프레스(hot isostatic press, HIP)를 이용해 가압하여 빌렛을 제조하는 것을 특징으로 하는 압착 기계용 알루미늄 복합재료 실린더 헤드의 제조방법을 제안한다. In addition, in the step (b), the aluminum composite material cylinder head for a pressing machine, characterized in that for producing a billet by pressing the composite material using a hot press (hot press) or hot isostatic press (HIP) We propose a manufacturing method of
또한, 상기 단계 (c)에서, 상기 빌렛을 압출 다이스(extrusion dies)를 이용하여 직접 압출(direct extrusion)시키는 소성 가공을 실시하고 실린더 헤드 형태로 기계 가공하는 것을 특징으로 하는 압착 기계용 알루미늄 복합재료 실린더 헤드의 제조방법을 제안한다. In addition, in the step (c), the aluminum composite material for a pressing machine, characterized in that the billet is subjected to a plastic working of direct extrusion using extrusion dies and machined in the form of a cylinder head. A method for manufacturing a cylinder head is proposed.
또한, 상기 복합재료는 80 ~ 99 vol%의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 및 1 ~ 20 vol%의 탄소나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 압착 기계용 알루미늄 복합재료 실린더 헤드의 제조방법을 제안한다. In addition, the composite material proposes a method of manufacturing an aluminum composite material cylinder head for a pressing machine, characterized in that it contains 80 ~ 99 vol% of aluminum or aluminum alloy and 1 ~ 20 vol% of carbon nanotubes.
그리고, 본 발명은 발명의 다른 측면에서 상기 제조방법에 의해 제조된 압착 기계용 알루미늄 복합재료 실린더 헤드를 제안한다. And, the present invention proposes an aluminum composite material cylinder head for a pressing machine manufactured by the manufacturing method in another aspect of the present invention.
본 발명에 따른 압착 기계용 실린더 헤드의 제조방법에 의하면, 탄소나노튜브로 강화된 알루미늄 기지의 이종 복합재료를 이용해 실린더 헤드를 제조함으로써 기존의 압착 기계용 실린더 헤드의 다양한 문제점을 극복하고 고강도, 초경량성 및 고내구성을 가지는 압착 기계용 실린더 헤드를 제조할 수 있다. According to the manufacturing method of a cylinder head for a compression machine according to the present invention, the cylinder head is manufactured using a heterogeneous composite material based on an aluminum base reinforced with carbon nanotubes, thereby overcoming various problems of the existing cylinder head for a compression machine and providing high strength and light weight. It is possible to manufacture a cylinder head for a compression machine having high performance and high durability.
도 1은 본 발명에 따른 압착 기계용 알루미늄 복합재료 실린더 헤드 제조방법의 각 단계를 도시한 공정 흐름도이다. 1 is a process flow diagram showing each step of the method for manufacturing an aluminum composite material cylinder head for a pressing machine according to the present invention.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the embodiment according to the concept of the present invention may have various changes and may have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiment according to the concept of the present invention with respect to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate that the described features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof exist, and include one or more other features or numbers. , it is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압착 기계용 알루미늄 복합재료 실린더 헤드의 제조방법의 공정 순서도이다. 1 is a process flowchart of a method of manufacturing an aluminum composite material cylinder head for a pressing machine according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명은 (a) (i) 알루미늄 또는 알루미늄 합금 및 (ii) 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)를 포함하는 복합재료를 제조하는 단계; (b) 상기 복합재료로 이루어진 빌렛(billet)을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 빌렛을 소성 가공하고 실린더 헤드 형태로 기계 가공하는 단계를 포함해 이루어진다. Referring to Figure 1, the present invention (a) (i) aluminum or aluminum alloy and (ii) manufacturing a composite material comprising a carbon nanotube (carbon nanotube, CNT); (b) manufacturing a billet made of the composite material; and (c) plastic working the billet and machining it into a cylinder head shape.
먼저, 상기 단계 (a)에서는 이종(異種) 재료인 알루미늄(또는 알루미늄 합금)과 탄소나노튜브(CNT)를 복합화해 탄소나노튜브로 강화된 알루미늄 기지의 이종 복합재료를 제조한다. First, in step (a), a heterogeneous composite material of an aluminum matrix reinforced with carbon nanotubes is manufactured by compounding aluminum (or aluminum alloy) and carbon nanotubes (CNTs), which are heterogeneous materials.
일례로, 본 단계 (a)에서는 알루미늄(또는 알루미늄 합금) 분말 및 탄소나노튜브(CNT)을 볼 밀(ball mill)하여 분말 형태를 가지는 복합재료를 제조할 수 있다. For example, in this step (a), aluminum (or aluminum alloy) powder and carbon nanotubes (CNT) may be ball milled to prepare a composite material having a powder form.
여기서, 상기 알루미늄 합금 분말은 1000번대 계열, 2000번대 계열, 3000번대 계열, 4000번대 계열, 5000번대 계열, 6000번대 계열, 7000번대 계열 및 8000번대 계열로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. Here, the aluminum alloy powder may be any one selected from the group consisting of 1000 series, 2000 series, 3000 series, 4000 series, 5000 series, 6000 series, 7000 series and 8000 series series.
상기 알루미늄 합금 분말은 평균 입자 크기가 0.1 내지 5 ㎛인 것을 사용할 수 있다. 알루미늄 합금 분말의 평균 입자 크기가 0.1 ㎛ 미만인 경우에는, 탄소나노튜브 분말과 함께 응집되어 균질한 복합재료를 수득하기 어렵고, 평균 입자 크기가 5 ㎛를 초과하는 경우에는, 탄소나노튜브의 균일한 분산이 어려워 불균일한 복합재료가 형성될 수 있어, 상기 수치 범위의 평균 입경을 가지는 알루미늄 합금 분말을 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 알루미늄 합금 분말은 평균 입경이 0.1 내지 2 ㎛인 것을 사용할 수 있다.The aluminum alloy powder may have an average particle size of 0.1 to 5 μm. When the average particle size of the aluminum alloy powder is less than 0.1 μm, it is difficult to agglomerate with the carbon nanotube powder to obtain a homogeneous composite material, and when the average particle size exceeds 5 μm, uniform dispersion of the carbon nanotubes It is difficult to form a non-uniform composite material, so it is preferable to use an aluminum alloy powder having an average particle diameter in the above numerical range, and more preferably, the aluminum alloy powder having an average particle diameter of 0.1 to 2 μm can be used. there is.
한편, 마이크로 사이즈의 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 입자는 나노 사이즈의 상기 탄소나노튜브와 사이즈 차이가 커서 분산이 어렵고, 상기 탄소나노튜브는 강한 반데르발스 힘에 의해서 응집되기 쉬워 상기 탄소나노튜브를 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말과 균일하게 분산시키기 위해서 분산 유도제가 더 첨가될 수 있다. On the other hand, the micro-sized aluminum or aluminum alloy particles have a large size difference from the nano-sized carbon nanotubes, which makes it difficult to disperse, and the carbon nanotubes are easily aggregated by a strong van der Waals force. Alternatively, a dispersion inducer may be further added to uniformly disperse the aluminum alloy powder.
상기 분산 유도제로는 나노 SiC, 나노 SiO2 나노 Al2O3,나노 TiO2,나노 Fe3O4,나노 MgO, 나노 ZrO2및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 나노 크기의 세라믹을 사용할 수 있으며, 상기 분산 유도제는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말 100 부피부에 대하여 0.1 ~ 10 부피부로 포함될 수 있다. As the dispersion inducer, any one nano-sized ceramic selected from the group consisting of nano SiC, nano SiO 2 nano Al 2 O 3 , nano TiO 2 , nano Fe 3 O 4 , nano MgO, nano ZrO 2 and mixtures thereof may be used, and the dispersion inducer may be included in an amount of 0.1 to 10 parts by volume based on 100 parts by volume of the aluminum or aluminum alloy powder.
또한, 탄소나노튜브와 알루미늄 사이의 계면 특성을 향상시켜 탄소나노튜브의 우수한 기계적 특성을 최대한으로 활용하기 위해, 탄소나노튜브를 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 복합화하기 전에 탄소나노튜브 표면을 칼륨 지르코늄 플루오라이드(potassium zirconium fluoride)로 코팅하는 전처리 과정을 거치는 것이 바람직하다. In addition, in order to improve the interfacial properties between carbon nanotubes and aluminum to maximize the excellent mechanical properties of carbon nanotubes, the surface of carbon nanotubes was coated with potassium zirconium fluoride ( It is preferable to go through a pretreatment process of coating with potassium zirconium fluoride).
또한, 탄소나노튜브의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 기지 내 분산성을 향상시키기 위해 탄소나노튜브를 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 복합화하기 전에 탄소나노튜브를 산(acid)으로 표면 처리하고 이를 유기 용매(바람직하게는, 에탄올)에 분산시킨 후 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말과 혼합하여 볼밀링하는 것이 바람직하다. In addition, in order to improve the dispersibility of the carbon nanotubes in the aluminum or aluminum alloy matrix, before the carbon nanotubes are complexed with aluminum or aluminum alloy, the carbon nanotubes are surface-treated with an acid, and the carbon nanotubes are surface treated with an organic solvent (preferably, After dispersing in ethanol), it is preferable to ball mill by mixing with aluminum or aluminum alloy powder.
또한, 복합재료 제조 공정 중 분말 간의 마찰계수를 감소시키기 위해서 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 탄소나노튜브 분말의 합산 부피 100 부피부에 대하여 공정 제어제로서 헵탄, 헥산 및 알코올에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 유기 용매를 10 ~ 50 부피부로 사용할 수 있다. 상기 유기 용매는 볼 밀 후 용기를 오픈하여 복합재료 분말 회수시 후드에서 모두 증발되고, 회수되는 복합재료 분말에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말과 탄소나노튜브만 남는다.In addition, in order to reduce the friction coefficient between powders during the composite material manufacturing process, one or two or more organic solvents selected from heptane, hexane and alcohol as a process control agent with respect to 100 parts by volume of the combined volume of aluminum or aluminum alloy and carbon nanotube powder can be used in an amount of 10 to 50 parts by volume. The organic solvent is all evaporated in the hood when the composite material powder is recovered by opening the container after the ball mill, and only aluminum or aluminum alloy powder and carbon nanotubes remain in the recovered composite material powder.
본 단계 (a)에서 제조되는 상기 복합재료 분말은 80 ~ 99 vol%의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 분말 및 1 ~ 20 vol%의 탄소나노튜브 분말을 포함하는 것이 바람직한데, 이는 상기 탄소나노튜브 분말이 1 vol% 미만인 경우 탄소나노튜브 첨가에 따른 복합재료의 기계적 특성 향상을 기대하기 어려우며, 20 vol%를 초과할 경우에는 추가적인 물성 향상을 기대하기 어렵기 때문이다. 더욱 바람직하게는 상기 복합재료는 탄소나노튜브 분말 1 ~ 10 vol% 및 알루미늄 또는 알루미늄 합금 잔부로 구성할 수 있다. The composite material powder prepared in this step (a) preferably contains 80 to 99 vol% of aluminum or aluminum alloy powder and 1 to 20 vol% of carbon nanotube powder, which is that the carbon nanotube powder is 1 If it is less than 20 vol%, it is difficult to expect improvement in the mechanical properties of the composite material due to the addition of carbon nanotubes, and if it exceeds 20 vol%, it is difficult to expect additional improvement in physical properties. More preferably, the composite material may be composed of 1 to 10 vol% of carbon nanotube powder and the remainder of aluminum or aluminum alloy.
본 단계 (a)에서 실시하는 볼밀링 공정은 전동 볼밀링, 교반 볼밀링, 유성 볼밀링 등의 다양한 방식 중에서 택할 수 있으나, 바람직하게는, 유성 볼밀링 공정(planatary ball milling process)을 수행하여 복합분말을 제조할 수 있으며, 이때, 볼(ball)에 대한 상기 알루미늄 합금 분말 및 탄소나노튜브 분말의 중량비(BPR)를 10 : 1 내지 1 : 1로 설정하여 유성 볼밀링 공정을 수행할 수 있으며, 보다 바람직하게는 BPR을 6 : 1로 설정하여 유성 볼밀링 공정을 수행함으로써 균질한 복합재료 분말을 제조할 수 있다. 특히, 상기 유성 볼밀링 공정에 사용되는 볼은 자기 윤활성, 인성 및 기계적 강도 등의 특성이 우수한 지르코니아 볼을 사용할 수 있다.The ball milling process performed in this step (a) may be selected from various methods such as electric ball milling, stirred ball milling, planetary ball milling, etc., but preferably, a planetary ball milling process is performed to perform a complex The powder can be manufactured, and at this time, the planetary ball milling process can be performed by setting the weight ratio (BPR) of the aluminum alloy powder and the carbon nanotube powder to 10: 1 to 1: 1, More preferably, a homogeneous composite material powder can be prepared by performing a planetary ball milling process by setting the BPR to 6:1. In particular, as the ball used in the planetary ball milling process, a zirconia ball having excellent properties such as self-lubrication, toughness and mechanical strength may be used.
나아가, 상기 유성 볼밀링 공정을 100 내지 500 rpm으로 1 내지 20시간 동안 수행할 수 있다. 상기 유성 볼밀링 공정을 수행하는 시간이 1시간 미만인 경우, 금속 분말 및 단일벽 탄소나노튜브 분말이 조대한 입자를 형성하여 후술할 단계에서 빌렛 제조 및 소성 가공 통해 탄소나노튜브 강화 알루미늄 기지 복합재료를 제조할 때 복합재료의 물성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 유성 볼밀링 공정을 250 rpm으로 5 내지 10시간 동안 수행하도록 구성하여 균질한 복합재료 분말을 제조할 수 있다.Furthermore, the planetary ball milling process may be performed at 100 to 500 rpm for 1 to 20 hours. When the time for performing the planetary ball milling process is less than 1 hour, the metal powder and the single-walled carbon nanotube powder form coarse particles, and the carbon nanotube-reinforced aluminum matrix composite material is prepared through billet manufacturing and plastic processing in a step to be described later. There may be a problem in that the physical properties of the composite material are deteriorated during manufacturing. More preferably, the planetary ball milling process may be performed at 250 rpm for 5 to 10 hours to prepare a homogeneous composite material powder.
전술한 볼밀링 공정을 통한 알루미늄(또는 알루미늄 합금)/탄소나노튜브 복합재료 제조방법 외에, 본 단계 (a)에서는 알루미늄(또는 알루미늄 합금) 포일(foil) 또는 조각(chip)에 탄소나노튜브를 증착시킨 후 상기 탄소나노튜브가 증착된 다수의 알루미늄(또는 알루미늄 합금) 포일 또는 조각들을 방전 플라즈마 소결(spark plasma sintering, SPS)시켜 알루미늄(또는 알루미늄 합금)/탄소나노튜브 복합재료를 제조할 수 있다. In addition to the aluminum (or aluminum alloy) / carbon nanotube composite material manufacturing method through the above-described ball milling process, in this step (a), carbon nanotubes are deposited on an aluminum (or aluminum alloy) foil or chip. After the carbon nanotubes are deposited, a plurality of aluminum (or aluminum alloy) foils or pieces are sintered with spark plasma sintering (SPS) to prepare an aluminum (or aluminum alloy)/carbon nanotube composite material.
보다 구체적으로, 산(acid)으로 전처리한 탄소나노튜브 및 알루미늄 전구체 (질산알루미늄 등)를 유기 용매(알코올 및 아세톤의 혼합 용매 등)에 분산시켜 제조한 용액을 전기 도금액으로 사용하고, 알루미늄(또는 알루미늄 합금) 포일 또는 조각과 스테인리스스틸 각각을 전극으로 이용해 전기 도금을 실시함으로써 표면에 탄소나노튜브가 증착된 알루미늄(또는 알루미늄 합금) 포일 또는 조각을 제조할 수 있다. 이어서, 상기 표면에 탄소나노튜브가 증착된 알루미늄(또는 알루미늄 합금) 포일 또는 조각들을 방전 플라즈마 소결해 탄소나노튜브로 강화된 알루미늄 기지 복합재료를 제조할 수 있다. More specifically, a solution prepared by dispersing carbon nanotubes and an aluminum precursor (aluminum nitrate, etc.) pretreated with an acid in an organic solvent (a mixed solvent of alcohol and acetone, etc.) is used as an electroplating solution, and aluminum (or An aluminum (or aluminum alloy) foil or piece having carbon nanotubes deposited on the surface can be manufactured by performing electroplating using each of the aluminum alloy) foil or piece and stainless steel as an electrode. Subsequently, an aluminum (or aluminum alloy) foil or pieces having carbon nanotubes deposited on the surface may be sintered by electric discharge plasma to prepare an aluminum matrix composite material reinforced with carbon nanotubes.
본 단계 (a)에서 전술한 바에 따라 제조되는 알루미늄(또는 알루미늄 합금)/탄소나노튜브 복합재료는 탄소나노튜브를 포함함에 따라 후술할 공정에서 이를 이용해 빌렛 형태로 성형한 후 압출, 압연, 단조 등의 소성 가공을 통해 얻어진 복합재료에 고열전도성, 고강도, 경량화 특성을 부여할 수 있기 때문에, 기존의 실린더 헤드가 지니는 한계를 극복한 우수한 물성의 실린더 헤드의 구현에 매우 유용하게 활용될 수 있다.In this step (a), the aluminum (or aluminum alloy)/carbon nanotube composite material manufactured as described above contains carbon nanotubes, so it is molded into a billet shape in a process to be described later, followed by extrusion, rolling, forging, etc. Because it can impart high thermal conductivity, high strength, and weight reduction characteristics to the composite material obtained through plastic processing, it can be very usefully used to realize a cylinder head with excellent physical properties that overcome the limitations of the existing cylinder head.
다음으로, 상기 단계 (b)에서는 이전 단계에서 얻어진 알루미늄(또는 알루미늄 합금)/탄소나노튜브 복합재료로 이루어지는 빌렛(billet)을 제조한다. Next, in step (b), a billet made of the aluminum (or aluminum alloy)/carbon nanotube composite material obtained in the previous step is prepared.
본 단계 (b)에서는 후술하는 단계 (c)의 빌렛 소성 가공 및 기계 가공에 제공되는 알루미늄(또는 알루미늄 합금)/탄소나노튜브 복합재료로 이루어진 빌렛을 제공하기 위해, 이전 단계에서 제조된 상기 복합재료를 핫프레스(hot press) 또는 열간 정수압 프레스(hot isostatic press, HIP)를 이용해 400 ~ 700 MPa의 압력 하에서 200 ~ 600 ℃ 온도로 1 ~ 30 분 동안 가압하여 빌렛 형태로 가공한다. In this step (b), in order to provide a billet made of an aluminum (or aluminum alloy)/carbon nanotube composite material provided for the billet plastic processing and machining of step (c) to be described later, the composite material prepared in the previous step is processed into a billet by pressing at a temperature of 200 to 600° C. for 1 to 30 minutes under a pressure of 400 to 700 MPa using a hot press or a hot isostatic press (HIP).
본 단계 (b)에서 빌렛을 제조함에 있어서 상기와 같이 열간 가압 소결법을 사용할 수도 있지만, 단시간 내에 정밀하게 소결할 필요가 있을 경우에는 방전 플라즈마 소결을 사용할 수 있으며, 예를 들어, 400 ~ 700 MPa의 압력 하에서 200 ~ 600 ℃ 온도로, 1 ~ 30 분 동안 방전 플라즈마 소결을 실시해 상기 복합재료로 이루어진 빌렛을 제조할 수 있다. In preparing the billet in step (b), the hot pressure sintering method may be used as described above, but when it is necessary to precisely sinter within a short time, discharge plasma sintering may be used, for example, 400 to 700 MPa. A billet made of the composite material may be manufactured by performing discharge plasma sintering at a temperature of 200 to 600° C. under pressure for 1 to 30 minutes.
마지막으로, 상기 단계 (c)에서는 알루미늄(또는 알루미늄 합금)/탄소나노튜브 복합재료로 이루어진 빌렛을 소성 가공하고 실린더 헤드 형태로 기계 가공해 최종적으로 알루미늄(또는 알루미늄 합금)/탄소나노튜브 복합재료로 이루어진 압착 기계용 실린더 헤드를 얻게 된다. Finally, in step (c), the billet made of aluminum (or aluminum alloy)/carbon nanotube composite material is plastically processed and machined into a cylinder head shape to finally produce aluminum (or aluminum alloy)/carbon nanotube composite material. A cylinder head for a pressing machine is obtained.
일례로, 본 단계 (c)에서는 알루미늄(또는 알루미늄 합금)/탄소나노튜브 복합재료로 이루어진 빌렛 빌렛을 압출 다이스(extrusion dies)를 이용하여 직접 압출(direct extrusion)시켜 직사각형 단면을 가지는 형재를 제조한 후, 상기 형재를 각종 기계 가공 공정(선반 가공, 밀링 머신 가공, 연산 가공, 프레스 가공 등)을 통해 실린터 헤드 형태로 가공해 최종적으로 알루미늄(또는 알루미늄 합금)/탄소나노튜브 복합재료로 이루어진 압착 기계용 실린더 헤드를 얻게 된다. For example, in this step (c), a billet made of an aluminum (or aluminum alloy)/carbon nanotube composite material is directly extruded using extrusion dies to produce a shape having a rectangular cross section. After that, the shape is processed into a cylinder head shape through various machining processes (lathe processing, milling machine processing, calculation processing, press processing, etc.), and finally compression made of aluminum (or aluminum alloy)/carbon nanotube composite material. You get a cylinder head for the machine.
앞서 상세히 설명한 본 발명에 따른 압착 기계용 실린더 헤드의 제조방법에 의하면, 탄소나노튜브로 강화된 알루미늄 기지의 이종 복합재료를 이용해 실린더 헤드를 제조함으로써 기존의 압착 기계용 실린더 헤드의 다양한 문제점을 극복하고 고강도, 초경량성 및 고내구성을 가지는 압착 기계용 실린더 헤드를 제조할 수 있다. According to the method for manufacturing a cylinder head for a compression machine according to the present invention described in detail above, the cylinder head is manufactured using a heterogeneous composite material of an aluminum matrix reinforced with carbon nanotubes, thereby overcoming various problems of the existing cylinder head for compression machines and It is possible to manufacture a cylinder head for a pressing machine having high strength, ultra-lightness and high durability.
예를 들어, 신발제조용 압착기에 적용할 경우 기존의 실린더 헤드 소재(탄소강, 주강 등)에 비해 고강도, 경량성, 고내구성을 고루 가지는 알루미늄(또는 알루미늄 합금)/탄소나노튜브 복합재료를 이용해 실린더 헤드를 제조하기 때문에 종래 기술과 비교해 실린더 개수의 증가가 용이하고 그에 따라 결과적으로 갑피와 밑창의 접합력 향상을 통해 보다 향상된 품질의 신발 제조에 기여할 수 있다. For example, when applied to a shoe press, the cylinder head is made of aluminum (or aluminum alloy)/carbon nanotube composite material that has high strength, light weight, and high durability compared to conventional cylinder head materials (carbon steel, cast steel, etc.) Compared to the prior art, it is easy to increase the number of cylinders, and consequently, it is possible to contribute to the manufacture of shoes of improved quality through improved bonding strength between the upper and the sole.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
본 명세서에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 명세서의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 명세서를 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Embodiments according to the present specification may be modified in various other forms, and the scope of the present specification is not to be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present specification are provided to more completely explain the present specification to those of ordinary skill in the art.
<실시예> <Example>
알루미늄 합금 분말 97 vol% 및 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 분말 3 vol%을 볼밀링 공정을 통해서 혼합하여 제조한 복합재료 분말(Aluminium 5052 alloy - 3 vol% CNT 복합재료 분말)을 핫프레스로 가압(250℃, 5분, 500MPa)하여 압출용 빌렛 형상으로 성형체를 제조하고, 이를 460℃에서 열간 직접 압출하여 단면이 직사각형인 형재로 이루어진 복합재료를 제조하였다. 해당 복합재료의 기계적 물성을 측정한 결과, 비커스 경도(HV) 250, 인장강도 300MPa, 연신율 15%, 열전도도 250/mK인 것으로 확인되었다. Composite powder (Aluminium 5052 alloy - 3 vol% CNT composite powder) prepared by mixing 97 vol% of aluminum alloy powder and 3 vol% of single-walled carbon nanotube (SWCNT) powder through a ball milling process is pressed with a hot press. (250° C., 5 minutes, 500 MPa) to prepare a molded article in the shape of a billet for extrusion, and direct extrusion at 460° C. to prepare a composite material composed of a rectangular cross-section. As a result of measuring the mechanical properties of the composite material, it was confirmed that the Vickers hardness (HV) was 250, the tensile strength was 300 MPa, the elongation was 15%, and the thermal conductivity was 250/mK.
상기 압출로 얻어진 직사각형의 형재를 기계 가공하여 기존 압착기(실린더 9개)에 비해 증설된 10개의 실린더를 가지는 압착기 제조에 사용될 수 있는 실린더 헤드를 제조하였다. By machining the rectangular shape obtained by the extrusion, a cylinder head that can be used for manufacturing a press having 10 cylinders expanded compared to the existing press (9 cylinders) was manufactured.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 상기한 실시예는 본 발명의 특정한 일 예로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명의 권리범위는 후술할 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the above-described embodiments are presented as specific examples of the present invention, and the present invention is not limited thereto, and the scope of the present invention is covered by the claims to be described later. Various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in are also within the scope of the present invention.
Claims (6)
(b) 상기 복합재료로 이루어진 빌렛(billet)을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 빌렛을 소성 가공하고 실린더 헤드 형태로 기계 가공하는 단계;를 포함하는 압착 기계용 알루미늄 복합재료 실린더 헤드의 제조방법.(a) preparing a composite material comprising (i) aluminum or an aluminum alloy and (ii) carbon nanotube (CNT);
(b) manufacturing a billet made of the composite material; and
(c) plastic working the billet and machining it into a cylinder head shape; manufacturing method of an aluminum composite material cylinder head for a pressing machine comprising a.
상기 단계 (a)에서,
(i) 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 (ii) 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 분말을 볼밀링(ball milling)을 통해 혼합하고 복합화하여 복합재료를 제조하는 것을 특징으로 하는 압착 기계용 알루미늄 복합재료 실린더 헤드의 제조방법. According to claim 1,
In step (a),
(i) aluminum or aluminum alloy and (ii) single-walled carbon nanotube (SWCNT) powder are mixed through ball milling and compounded to produce a composite material. manufacturing method.
상기 단계 (b)에서,
상기 복합재료를 핫프레스(hot press) 또는 열간 정수압 프레스(hot isostatic press, HIP)를 이용해 가압하여 빌렛을 제조하는 것을 특징으로 하는 압착 기계용 알루미늄 복합재료 실린더 헤드의 제조방법.According to claim 1,
In step (b),
Method of manufacturing an aluminum composite material cylinder head for a pressing machine, characterized in that the billet is manufactured by pressing the composite material using a hot press or a hot isostatic press (HIP).
상기 단계 (c)에서,
상기 빌렛을 압출 다이스(extrusion dies)를 이용하여 직접 압출(direct extrusion)시키는 소성 가공을 실시하고 실린더 헤드 형태로 기계 가공하는 것을 특징으로 하는 압착 기계용 알루미늄 복합재료 실린더 헤드의 제조방법.According to claim 1,
In step (c),
A method of manufacturing an aluminum composite material cylinder head for a pressing machine, characterized in that the billet is subjected to a plastic working of direct extrusion using extrusion dies and machined in the form of a cylinder head.
상기 복합재료는 80 ~ 99 vol%의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 및 1 ~ 20 vol%의 탄소나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 압착 기계용 알루미늄 복합재료 실린더 헤드의 제조방법.According to claim 1,
The composite material is 80 to 99 vol% of aluminum or aluminum alloy and 1 to 20 vol% of the aluminum composite material cylinder head manufacturing method for a compression machine, characterized in that it comprises carbon nanotubes.
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