KR20210146712A - 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법에 관한 것으로서, 철강자재를 프레임바 및 덮개판으로 제조하되, 프레임바의 제조단계 중 다수개 돌출핀, 삽입홈 및 상기 돌출핀에 대응되는 덮개판의 홈을 형성하는 프레스단계; 다수개 프레임바를 수직, 수평방향으로 배열조립하여 프레임바의 삽입홈을 통하여 교차로 연결하여 프레임구조물을 이루는 조립단계; 조립완성후의 프레임구조물에 무거운 물체를 탑재하여 1차열처리스토브내에 넣어 응력을 제거하는 1차열처리단계; 1차열처리단계후의 프레임구조물에 솔더를 투여하는 솔더투입단계; 솔더투입후의 프레임구조물에 무거운 물체를 탑재한 후 연속스토브에 통과하는 동시에 용접작업을 진행하는 용접단계; 및 용접한 후의 프레임구조물과 덮개판을 조합하여 프레임바의 돌출핀과 덮개판의 홈을 맞춘후 돌출부를 리베팅하는 리베팅단계을 포함한다.
본 발명은 제조단계가 간단하고 생산효율이 높으며 원가를 다운시킬수 있는 장점을 확보할수 있다.

Description

생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법{Manufacturing method of steel floor to improve production efficiency}

본 발명은 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법에 관한 것으로, 특히 철강재료의 가공결합브레이징(brazing)및 열처리기술로 바닥을 제작하는 방법에 관한 것이며, 차세대 청정실용바닥의 고하중 수요를 만족시키기 위한 것이다.

일반적으로 청정실(clean room)에 사용되는 바닥은 거의 알루미늄합금을 주조 또는 중력주조법으로 제조해낸 것으로, 알루미늄 자재강도의 제한성으로 인하여 하중이 어떤 한계치를 초과할 때 파손현상이 발생되며, 바닥위에 설치된 설비가 훼손될 염려가 있다. 일반적인 알루미늄주조바닥을 보면 단위면적 600m㎡에서 각 포인트에 최대로 수용할 수 있는 하중이 2톤인 경우, 최대 2mm 변형량을 기준으로 할 때 제3,4세대 웨이퍼제조업체의 요구를 만족시킬 수 있다. 단, 반도체부품이 계속해서 발전되면서 반도체제품 생산장비도 점차 정밀화,자동화되며 장비 자체의 중량도 꾸준히 늘어나고 있는 추세이다. 그리하여 차세대 웨이퍼설비제조업체에서 청정실바닥의 하중 수용력에 대한 요구도 점점 높아지고 있다. 종래의 알루미늄바닥은 단위면적의 하중 수용력이 부족하므로 신규 웨이퍼제조업체의 고하중 요구사항을 만족시킬수 없다.

종래 알루미늄바닥의 하중 수용력을 개선하기 위하여 선행기술, 예를 들면 도4a 및 도4b에서 제시된 바와 같이 중화민국발명특허공고 제559636호의 철강제조를 통한 교차용접방식으로 프레임바닥을 제조하는 기술인데 그 중 주요 단계는 아래와 같다. 우선 철강재료 격자판(10′) 및 패널(20′) 중, 격자판(10′)은 프레임(12′)및 수직,수평방향으로 교차되는 제1리브(13′)와 제2리브(14′)로 연결되었으며, 패널(20′)과 격자판(10′)등은 전기납땜 혹은 다른 용접방식으로 연결된다. 상기 발명은 철강자재로 구성되고, 또한 전기납땜 혹은 다른 용접방식으로 제1리브(13′)와 제2리브(14′)를 연결하여 구성되지만, 제조단계중에는 열처리작업이 없다. 관련업계 당업자들이 이해할 수 있는 것은 일반 탄소철강이 열처리가 없는 조건하에서 신축강도는 41kg/mm²이하이기에 자재강도가 고하중에 대응할 수 있는 방법을 제안하지 않으며, 이에 관련한 어떠한 언급도 없다. 본 업계기술차원에서 분석할 때 전기납땜 혹은 다른 용접방식이 철강바닥에 응용되는 단점은 아래와 같다.

1) 밀폐성이 떨어진다.

2) 단점용접(용접유효면적이 작다.)

3) 변형이 크다.

4) 작업표면 파손(모재 융접, 용접자재 융접되지 않음.)

5) 강도가 떨어진다.

6) 작업표면이 매끈하지 않다.

7) 작업시간이 많이 소요된다.

8) 외관이 예쁘지 않다.

9) 제조원가가 높다.

본 발명의 주요목적은 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법을 제공하는 것으로 철강재료가공결합 브레이징(brazing) 및 열처리기술을 활용하여 보다 더 안정적인 구조의 확보와 구조물의 경량화를 실현하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법을 제공하는 것이며, 프레임밑부분 4개 모서리의 돌출부위를 통하여 브레이징작업후에 생성되는 변형현상을 방지할수 있으며, 동시에 평면가공시에 작업이 더욱더 간편해질 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법을 제공하는 것으로, 프레임과 덮개판의 제조단계의 마지막단계에 리베팅(riveting)작업을 진행하여 압력을 분산시킬 수 있고, 또한 변형량을 최소 한도로 낮출 수 있으며, 고객의 요구에 따라 다수 리베팅작업이 가능하며 다양한 제품을 만들어 낼 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법을 제공하며, 작업시간이 짧고 원가가 저렴한 철강바닥을 생산해 낼 수 있다.

상기 및 기타 목적을 달성하기 위하여 본 발명중의 바닥제조방법은 최소한 아래 단계가 포함된다.

(1) 프레스단계: 철강자재는 프레스공정를 통하여 고정된 사이즈인 프레임 바 및 덮개판을 만들어 내며, 동시에 프레임바에 다수 돌출핀 및 삽입홈이 형성되고, 덮개판에는 프레스공정을 통하여 형성된 다수개 돌출핀에 대응되는 홈이 형성된다.

(2) 조립단계: 다수개 프레임바를 흑연파렛트(graphite pallet)에 수직,수평방향으로 배열,조립하며, 프레임바에 형성된 삽입홈을 통해 교차로 연결하여 프레임구조물을 구성한다.

(3) 1차열처리단계: 조립완성후의 프레임구조물에 무거운 물체를 탑재한 후 1차열처리스토브에 진입하여 응력(stress)을 제거한다.

(4) 솔더 투입단계: 1차열처리단계후의 프레임구조물의 변형량을 조정한 후 프레임구조물에 솔더를 투입한다.

(5) 용접단계: 솔더 투입후 프레임구조물을 흑연파렛트에 설치하고, 무거운 물체를 탑재한 후 연속스토브에 통과시키는 동시에 용접작업을 진행한다.

(6) 리베팅단계: 용접작업후의 프레임구조물과 덮개판을 조립하여 프레임바의 돌출핀과 덮개판의 홈을 연결시킨 후 돌출부위를 리베팅한다.

본 발명에 따르면, 탄소철강 혹은 합금철강 등 재료를 사용하여 제조과정중에서 프레임바의 조립완성후 용접전에 1차열처리를 통하여 이로써 자재의 특성을 완전히 발휘시킨다. 그 다음, 프레임바 사이의 응력을 제거하며, 브레이징용접을 진행하는 동시에 2차열처리를 하고, 환원성보호기체 열스토브내에서 바닥부분의 프레임구조물을 가열시킨다. 각 프레임바사이에는 모세관 작용현상이 나타나 프레임구조물의 인접면에서 완전용접이 가능하여 프레임구조물의 안정성과 강도가 더욱 더 향상된다. 총체적으로, 철강자재바닥의 장점은 아래 부분이 포함된다.

1) 밀폐성이 뛰어나다.

2) 인접된 구조물사이에 완전히 용접된다.(용접유효면적이 크다)

3) 변형이 작다.

4) 작업표면이 파손되지 않는다.(모체 융해 안됨, 용접자재 융해됨)

5) 강도가 높다.

6) 작업표면이 청결도가 높다.

7) 작업시간이 단축된다.

8) 외관이 좋다.

9) 원가 절감.

본 발명은 제조단계가 간단하고 생산효율이 높으며 원가를 절감시킬 수 있는 장점을 확보할 수 있다.

또한, 상기 내용에 근거하여 본 발명기술을 이용하여 생산한 철강바닥은 아래와 같은 장점이 있다.

1)높은 안정성: 과량 무거운 물체가 탑재될 경우에 우선 변형이 되기 때문에 파열되는 위험성이 없다.

2)경량화: 동일한 하중 수용력을 가지는 알루미늄주조바닥보다 가볍다. (바닥 1장에 1킬로정도 차이가 난다고 하면 전반 건물 면적의 하중은 백배이상 차이가 난다.)

3)높은 강도: 철강재료는 열처리를 거친 후 재료의 강도가 향상된다.(신축강도 70kg/m㎡이상임)

4)저렴한 원가: 철강자재는 알루미늄합금자재보다 가격이 저렴하다.(최소한 3배정도 차이가 난다.)

5)에너지 절감: 알루미늄자재는 철강자재보다 가공단계에 소요되는 에너지가 더 많다.

도1은 본 발명의 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법 및 단계개념도.
도1a는 도1의 단계개념도.
도1b는 도1의 단계개념도.
도2는 본 발명에 따른 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법 개념도.
도3은 본 발명에 따른 청정실용 철강바닥의 확대도.
도4a 및 도4b는 공개기술로서 중화민국발명특허공고 제559636호 [판넬바 교차용접식프레임바닥의 제조방법]의 개념도.
도5는 중화민국발명특허출원 제93113651호 [청정실용철강바닥의 제조방법]의 개념도.

아래에는 실시예를 통하여 본 발명의 기술특징에 대하여 설명한다. 본 실행예는 참고용으로만 사용되는 것이며, 본 발명의 실시범위를 제한하는데 사용되지 않는다. 아래의 상세한 설명과 함께 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면서 정확한 이해를 얻기를 바란다.

우선, 도1 내지 도1b를 참고하고 도2를 대조해본다. 본 발명은 청정실용 철강바닥(100)은 미래 차세대청정실의 고하중 수요를 만족시키기 위하여 탄소철강 혹은 합금철강 등 철강자재로 제조되었다. 본 발명의 제조방법에 의거하여 아래 단계가 포함된다.

(1) 프레스단계: 우선 철강자재, 예를 들면 SAE4130합금철강 혹은 기타 탄소철강자재를 준비해야 한다. 프레스 단계을 통하여 고정사이즈인 프레임바(11)를 형성한 후 동시에 각 프레임바(11)에 다수개 서로 대응되는 삽입홈(12)을 형성하고, 변두리 가까이일수록 간격이 더욱 작으며 각 프레임바(11)에는 프레스를 통하여 다수개 돌출핀(13)을 형성하며, 특정된 프레임바(11)의 양측에는 각각 돌출부(14)를 형성한다. 또한 S45C탄소철강자재를 예를 든다면 철강자재를 고정사이즈인 덮개판(20)으로 제작한 후 덮개판(20)에 돌출부(13)에 대응되는 홈(21)을 형성한다.(도 1중의 (A) 참조)

(2) 조립단계: 다수개 프레임바(11)를 수직, 수평방향으로 배열조립하여 프레임바(11)에 형성된 삽입홈(12)은 상,하 교차연결되여 프레임구조물(10)을 형성한다.(도1의 (B) 및 (C) 참조)

(3) 1차열처리단계: 조립완성후의 프레임구조물(10)을 흑연파렛트(30)에 설치한 후, 프레임구조물(10)에 다수개 산화알루미늄판(40)을 놓고 균일하게 무거운 물체(41)를 배치한 다음 1차열처리스토브(50)내에 넣고 1차열처리(도 1의 (C) 및 (D) 참조)를 진행한다. 본 발명에 따르면, 1차열처리작업온도는 약 440℃정도이며, 이 환경온도중에서 약 125분정도 보존한 후 냉각처리를 통하여 프레임바(11)사이의 응력을 제거한다.

(4) 솔더투입단계: 1차열처리를 거친후 프레임구조물(10)의 변형량을 조정한 후 프레임구조물(10)에 솔더, 예를 들면 C-698구리 등을 투입한다.(도 1a의 (E) 참조)

(5) 용접단계: 솔더 투입후의 프레임구조물(10)을 흑연파렛트(30)위에 설치한 후 프레임구조물(10)위에 산화알루미늄판(40)을 놓은 후, 산화알루미늄판(40)에 균일하게 무거운 물체(41)를 설치한 다음, 수송장치(70)를 통하여 연속스토브(60)를 통과하는 동시에 용접작업을 진행한다.(도 1a중의 (F) 참조) 본 발명에 따라서 본 연속스토브(60)내에 프레임구조물(10)의 진행방향을 따라 온도가 약 800℃인 예열구, 900℃~1200℃ 정도인 고온구 및 냉각구(도면중에 제시되지 않았음)가 있다. 수송장치(70)는 250mm/분 속도로 앞으로 수송한다. 그 중, 본 프레임구조물(10)은 고온구를 통과한 후, 냉각구에서 최소한 40분 내지 70분 정도 냉각시켜지며, 55분 정도가 가장 최적화로 냉각시켜진다. 마지막으로 냉각구를 통과한 후 작업단계를 끝낸다. 본 발명에 근거하여 다수번 실험을 진행한 최적화한 측량수치는 아래와 같다.

(6) 리베팅단계: 용접후의 프레임구조물(10)을 상기 덮개판(20)과 조합한 후 프레임바(11)의 돌출핀(13)과 덮개판(20)의 홈(21)을 연결시킨 후, 마지막으로 덮개판(20)표면의 돌출핀(13)을 리베팅한 후, 철강자재바닥(100)의 제조단계를 끝낸다.(도 1b중의 (G),(H) 참조)

본 발명 철강바닥(100)에 근거하여 도3에서 제시된 것과 같이, 본 프레임구조물(10)에서 인접한 프레임바들 사이의 간격 중에서 4개 모서리에 인접한 프레임바의 간격이 가장 작다. 즉, 프레임구조물(10)의 바깥측의 밀도가 크므로 구조가 더욱 단단하고 하중 수용력도 높다. 그 외에 프레임구조물(10)의 구조는 밑부분의 4개 모서리에 각각 돌출부(14)가 형성되어 있으며, 본 발명에 근거하여 프레임바 조립단계 완성 후 용접전에 1차열처리를 진행하여 프레임바 사이의 응력을 제거하며, 자재가 완전히 제 특성을 발휘하도록 브레이징(brazing)용접 및 2차 열처리를 동시에 진행한다. 용접작업 동시에 온도변화를 이용하여 재료 a와 재료 b를 하나의 재료 M으로 전환시키며, 자재가 완전한 특성을 확보하여 이에 대응되는 기계강도가 유지되고, 구조의 안정성 및 강도가 보다 향상되고, 구조물이 경량화된다.

본 발명에 근거하여 철강바닥 생산업체에서 가공 및 열처리 단계중에서 용접및 열처리작업은 동시에 완성되며, 전통적인 일반철강은 가공작업후에야 열처리를 진행하는데, 본 발명은 전통적인 가공작업보다 제조단계가 간단하고 생산효율이 높으며 원가를 절감시킬 있는 장점을 확보할 수 있다.

상기 내용은 본 발명의 최적화된 실시예로서, 본 발명의 실시범위를 제한하지 않는다. 즉, 본 발명의 특허청구범위내의 변화 및 수정은 본 발명의 범위에 소속된다.

10 : 프레임 구조물 11 : 프레임바
12 : 삽입홈 13 : 돌출핀
14 : 돌출부 20 : 덮개판
21 : 홈 30 : 흑연파렛트
40 : 산화알루미늄판 41 : 무거운물체
50 : 열처리스토브 60 : 연속스토브
70 : 수송장치 100 : 철강바닥

Claims (13)

1. 다수개 수직 및 수평방향의 프레임바로 구성된 프레임구조물 및 프레임구조물에 결합된 덮개판으로 구성된 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법으로서,
   프레스단계를 거쳐 철강자재를 프레임바 및 덮개판으로 제조하되, 프레임바의 제조단계 중 다수개 돌출핀, 삽입홈 및 상기 돌출핀에 대응되는 덮개판의 홈을 형성하는 프레스단계;
   다수개 프레임바를 수직, 수평방향으로 배열조립하되, 프레임바의 삽입홈을 통하여 교차로 연결하여 프레임구조물을 이루는 조립단계;
   조립완성후의 프레임구조물에 무거운 물체를 탑재하여 1차열처리스토브내에 넣어 응력을 제거하는 1차열처리단계;
   1차열처리단계후의 프레임구조물에 솔더를 투여하는 솔더투입단계;
   솔더투입후의 프레임구조물에 무거운 물체를 탑재한 후 연속스토브에 통과하는 동시에 용접작업을 진행하는 용접단계; 및
   용접한 후의 프레임구조물과 덮개판을 조합하여 프레임바의 돌출핀과 덮개판의 홈을 맞춘후 돌출부를 리베팅하는 리베팅단계를 포함하는 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프레임구조물은
   4개 변두리의 프레임바에 가까울수록 인접된 간격이 더 작은 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 프레임구조물 밑부분의 4개 모서리에는 각각 돌출부가 형성된 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 프레임구조물을 흑연파렛트에 놓은 다음, 1차열처리스토브내에 넣은 후, 연속스토브를 통과하는 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 1차열처리스토브의 온도는 400℃ 내지 490℃인 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 1차열처리 시간은 100분 내지 150분인 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 연속스토브에는 예열구, 고온구 및 냉각구를 포함하는 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 프레임구조물은 200mm/분 내지 300mm/분의 전송 속도로 연속스토브를 통과하는 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 예열구의 온도는 700℃ 내지 900℃인 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법.
10. 제7항에 있어서,
    상기 고온구의 온도는 800℃ 내지 1200℃인 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 프레임구조물이 고온구를 통과한 후 냉각구에서 최소 40분 내지 70분동안 체류하는 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법.
12. 제1항에 있어서,
    상기 프레임구조물은 SAE4130 합금철강재료로 구성되고, 덮개판은 S45C탄소철강재료로 구성되는 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 제조방법을 통하여 제조된 생산효율 향상을 위한 철강바닥의 제조방법.
    

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