WO2013100576A1 - 열변위 저감을 위한 공작기계용 베이스 구조물 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 베이스 구조물 - Google Patents

열변위 저감을 위한 공작기계용 베이스 구조물 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 베이스 구조물 Download PDF

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황재형
심동섭
양식
정기환
김태원
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    • B23Q5/00—Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/22—Feeding members carrying tools or work

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a base structure for a machine tool for reducing thermal displacement and to a base structure manufactured by the method, and more particularly, to a machine tool base structure having a cast iron material, for example, heat generation of a bed and a column.
  • a machine tool base structure having a cast iron material for example, heat generation of a bed and a column.
  • the bed and column of the machine tool components are used as the base structure in the machine tool, the thermal displacement of the bed and column is very important in the machining precision of the machine tool.
  • the most effective method of reducing the heat displacement is to form a cooling flow path in the bed and column and to cool it by using a coolant medium such as an angle oil or an angle water, thereby reducing the total silver deviation of the bed and column to reduce the thermal displacement. It is to let.
  • the bed and column have a thick cross section and a thin cross section, and in particular, because of the long shape, the size of the square channel that can be formed is limited.
  • the object of the present invention is to predict the heat generation of the base structure for machine tools, such as bed and column, having a cast iron material in advance to specify the portion that needs cooling
  • the cooling medium flows through the cooling channel to reduce the overall temperature deviation of the bed and column, thereby reducing the thermal displacement to improve the processing accuracy of the machine tool.
  • the present invention provides the formation of a cooling passage in or around the portion that requires cooling in the base structure for machine tools having a cast iron material Surface treatment step of surface treatment of the dissimilar material pipe provided by the plating or spraying method; A mold installation step of installing the dissimilar material pipe on a mold in a molding and molding process; And 1 to 3 Bar, 3 to 6 Bar, or 6 to 9
  • Inlet pressure for 10-30, 30-60 or 60-90 minutes at the pressure of bar to cool inside until the junction interface reaches 1,150-1,000 ° C or 1,000-600 ° C It provides a method for manufacturing a base structure for a machine tool for reducing the heat displacement, comprising the step.
  • the present invention further provides the following specific embodiments of the above-described embodiment of the present invention.
  • the dissimilar material pipe is a carbon steel pipe
  • the surface of the dissimilar material pipe is zinc, tin or nickel 0.5 ⁇
  • the present invention in the base structure for a machine tool having a cast iron material, the zinc, tin or nickel in the portion or the periphery that needs to be inclined by 0.5 / / m ⁇ m thickness by the method of plating or spraying Reduction of thermal displacement, characterized in that the cooling flow path through which the different media is formed through the surface-treated dissimilar material pipe, and the molten metal is injected into the dissimilar material pipe area to provide the dissimilar material pipe by casting. It provides a base structure for a machine tool for.
  • the present invention further provides the following specific embodiments of the above-described embodiment of the present invention. ⁇
  • the machine tool base structure is characterized in that the column or bed.
  • a base structure for a machine tool having a cast iron material for example Predict the heat generation conditions of the bed and column in advance to identify the part that needs to be angled, and cast and join dissimilar material pipes to the corresponding part to form the angled channel, and then to flow the angled medium through the angled channel.
  • FIG. 1 is a perspective view of a column as a base structure for a machine tool for reducing thermal displacement ⁇
  • FIG. 2 is a cross-sectional structural view of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged view illustrating main parts of FIG. 2.
  • 4 is an image showing the microstructure of the stainless steel (alloy steel) pipe joint surface.
  • 5 is a graph of hardness distribution of carbon steel and stainless steel (alloy steel) pipes.
  • 6 is an image of a state in which an unbonded portion is formed due to an oxidation inclusion.
  • FIG. 8 is an image of a non-bonded portion of a dissimilar material pipe formed at a relief air pressure of 11 Bar.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of a dissimilar material pipe relief method installed in a mold.
  • FIG. 1 is a perspective view of a column as a base structure for a machine tool for reducing thermal displacement
  • FIG. 2 is a cross-sectional structural view of FIG. 1
  • FIG. 3 is an enlarged view of a main part of FIG. 2
  • FIG. 4 is a stainless steel (alloy steel) pipe joint surface.
  • "microstructure come shown image Figure 5 is carbon steel and stainless steel (alloy steel), the hardness distribution graph of a pipe
  • Figure 6 is an image of the formation of the non-junction due to the oxide inclusions state
  • Figure 7 is two kinds below nyaenggak air pressure 1 Bar The image showing the melt disappearance of the material pipe
  • Figure 8 is an image of a state in which the non-bonded portion of the dissimilar material pipe formed at 11 bar of cooling air pressure.
  • the base structure for the machine tool system will be described as a column 10, but the same structure and method may be applied to a bed (not shown).
  • FIG. 1 is a perspective view of the column 10
  • FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of the column 10 shown in FIG. 1
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion indicated by a circular dotted line in FIG.
  • the guideway 11 of 10 the present invention will be described in detail.
  • the method for manufacturing a machine tool base structure for reducing thermal displacement may include a surface treatment step, a mold installation step, and an engraving step.
  • the surface treatment step is to plate the heterogeneous pipe 20 provided for forming the cooling flow path 40 in the base structure for the machine tool system having a cast iron material, that is, the portion or the periphery that requires cooling in the column 10. Or surface treatment by a spraying method.
  • the dissimilar material pipe 20 may be a pipe made of carbon steel, and the surface of the dissimilar material pipe 20 may be surface treated with zinc, tin, or nickel at a thickness of 0.5 / ⁇ 10 ' .
  • the mold installation step is a step of installing the dissimilar material pipe 20 in the mold during the molding and molding process.
  • dissimilar material pipe 20 for 10-30, 30-60 or 60-90 minutes at the pressure of 1 to 3 Bar, 3-6 Bar, or 6 to 9 Bar during injection of molten metal Into the inside of the step is to sense the temperature until the junction interface 30 reaches 1,150 ⁇ 1,000 ° C or 1,000 ⁇ 600 ° C.
  • This method i.e., a base structure for machine tools having a cast iron material, i.e., zinc, tin or nickel is coated or sprayed on the corresponding part requiring periphery in the column 10 to a thickness of 0.5 m to 10 by a method of thermal spraying.
  • a cooling flow path 40 through which a cooling medium flows, and injecting molten metal into the dissimilar material pipe 20 to provide a dissimilar material pipe 20 by casting.
  • the column 10 which is an example of the base structure for a machine tool applied in the present embodiment, may be cast iron.
  • the material of the column 10 may be used for various metal materials such as cast steel and cast iron, but it may be particularly preferable to use gray cast iron.
  • the dissimilar material pipe 20 used as the bonding material may be a low carbon steel material in which trace amounts are added in an impurity form even if alloys such as cr and molybdenum are not added or diarrhea is added.
  • the dissimilar material pipe 20 may have a circular cross section.
  • the interface between the molten metal and the dissimilar material pipe 20 by surface melting and diffusion during molten metal injection as shown in FIG. 4 (see FIG. 3). Since chromium and molybdenum carbides and redbutite are generated, the surface hardness is higher than that of carbon steel as shown in FIG. 5, which may cause significant problems in machining.
  • the dissimilar material pipe 20 applied to the present invention is a low carbon steel material in which trace amounts are added in the form of impurities even if an alloy such as chromium and molybdenum is not added or diarrhea is added.
  • the dissimilar material pipe 20 may be a pipe made of stainless steel.
  • zinc, tin or nickel is roughly applied to the outer circumferential surface of the dissimilar material pipe 20 that is the joining material.
  • Surface treatment to a thickness of ⁇ 10im and then intervening. At this time, the surface treatment can be carried out by plating or spraying.
  • zinc, tin, or nickel surface-treated on the outer circumferential surface of the dissimilar material pipe 20 has a function of preventing oxides generated from the metal surface.
  • the unbonded portion may be generated at the bonding interface 30 (see FIG. 3) due to the surface oxidation as shown in FIG. 6.
  • zinc, tin, or nickel serves as a surface accelerator between the molten metal and the dissimilar material pipe 20 to improve the bonding ability.
  • the metals surface-treated between the molten metal and dissimilar material pipes 20 It can be maintained in the state to improve the bonding between the two materials by promoting mutual alloying by indirect contact of the two materials.
  • the dissimilar material pipe 20 is installed in the mold during molding.
  • the guideway 11 of the column 10, and a different shape in the form of pipes are cast in the molding process so that the cooling flow path 40 by the hollow part is formed inside the mold in the casting process in the portion where the corner angle is necessary.
  • the dissimilar material pipe 20 should be drawn out of the flask so that the dissimilar material pipe 20 can be sensed when molten metal is injected.
  • the casting sand attached to the outer peripheral surface of the dissimilar material pipe 20 should be completely removed during the installation process. If the casting sand is attached to the dissimilar material pipe (20), the unbonded portion may be generated due to the casting defects generated by the casting sand.
  • molten metal is injected.
  • cooling is performed by injecting air into the dissimilar material pipe 20 drawn out of the flask. In this case, the air is 1-3 Bar, 3-6 Bar. Cool by spraying with air pressure in the range of 6 ⁇ 9 Bar.
  • the molten metal When cooling below the air pressure range, the molten metal may be layered into the cooling passage 40 by melting of the dissimilar material pipe 20 as shown in FIG. 7.
  • Figure 9 is a block diagram of a heterogeneous pipe cooling method installed in the mold
  • Figure 10 is a thermal analysis simulation results for the column.
  • the cooling time of the dissimilar material pipe 20 is cooled for 10 to 30 minutes or 30 to 60 minutes from the molten metal injection point so that the temperature of the junction interface 30 is 1,150 to 1,000 °. C and it is preferable to carry out cooling until it reaches 1,000-600 ° C.
  • the purpose of preventing grain coarsening or excessive carburization of the dissimilar material pipe 20 by the excessive volume ratio is to prevent the melting.
  • the air when the air is generally used as a cooling medium to prevent melting of the dissimilar material pipe 20 as described above, the oxidation of the cooling passage 40 should be minimized. Nitrogen gas can also be used.
  • volume ratio of molten metal and the dissimilar material pipe 20 is 3: 1 or less, it is preferable not to apply cooling.
  • the bonding force between the molten metal and the joining material is important in casting joining.
  • the dissimilar material pipe 20 used as the joining material for improving the joining force between the molten metal and the dissimilar material pipe 20 used as the joining material Zinc, tin, or nickel is coated on the surface of the surface by spraying or spraying, and molten metal is prevented to prevent deformation or melting of the bonding material, which may be caused by excessive volume ratio of molten metal and bonding material.
  • the joint material is cooled by using constant air or nitrogen gas at a constant pressure so that the temperature of the joint interface 30 is changed to a range of 1,150 to 600 ° C. have.
  • the heat generation amount was the highest in the guideway 11 where linear reciprocation occurred, and the maximum temperature was obtained when the cooling flow path 40 was formed in this area. It was found to decrease by 0.9 ° C and confirmed this.
  • the column 10 manufactured by the above method flows a cooling medium such as cooling water or cooling oil through the cooling channel 40 formed by forming the cooling channel 40 in a specific portion where the angle is required.
  • the thermal strain can be suppressed by enjoying the silver deviation of the part.
  • the heat generating situation of the machine tool base structure having a cast iron material, for example, the column 10 is predicted in advance to specify a portion requiring cooling, and the heterogeneous pipe 20 is casted to the portion.
  • the angled channel 40 By forming the angled channel 40 and then flowing the angled medium through the angled channel 40, it is possible to reduce the overall temperature deviation of the column 10 to improve the processing precision of the machine tool.
  • the present invention relates to a method for manufacturing a machine tool base structure for reducing thermal displacement and to a base structure manufactured by the method, and more particularly, to a machine tool base structure having a cast iron material, for example, heat generation of a bed and a column.
  • a machine tool base structure having a cast iron material for example, heat generation of a bed and a column.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【명세서】
【발명의 명칭】
열변위 저감을 위한 공작기계용 베이스 구조물 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 베이스 구조물
【기술분야】
본 발명은, 열변위 저감을 위한 공작기계용 베이스 구조물 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 베이스 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 주철 재질을 갖는 공작기계용 베이스 구조물, 예컨대 베드와 컬럼의 발열 상황을 미리 예측하여 넁각이 필요한 부분을 특정하고， 해당 부분에 이종재질 파이프를 주조 접합시켜 냉각유로를 형성한 후 그 넁각유로를 통해 냉각매체를 흐르게 함으로써 베드와 컬럼의 전체 온도편차를 줄여 공작기계의 가공정밀도를 향상시킬 수 있는 열변위 저감을 위한 공작기계용 베이스 구조물 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 베이스 구조물에 관한 것이다.
【배경기술】
일반적으로 공작기계 구성부품 중 베드와 컬럼은 공작기계에서 베이스 구조물로 사용되기 때문에 베드와 컬럼의 열변위는 공작기계의 가공 정밀도에 있어 매우 중요하다.
하지만 공작기계의 작동 시 직선 왕복운동에 의해 발생되는 마찰열과 대기 온도에 따라 베드와 컬럼에 열변위가 발생하고, 이에 따라 가공정밀도가 저하된다. 이러한 문제를 해결하고 가공정밀도를 향상시키기 위해서 베드와 컬럼의 열변위 저감이 필요하다.
열변위 저감 방법 중 가장 효과적인 방법이 베드와 컬럼에 냉각유로를 형성시켜 넁각오일 또는 넁각수 등의 넁각매체를 사용하여 냉각을 실시함으로써, 베드와 컬럼의 전체 은도편차를 감소시켜 열변위를 저감시키는 것이다. 그러나 베드와 컬럼은 두꺼운 두께를 가지는 단면과 얇은 두께를 가지는 단면이 복합적으로 존재하며， 특히 길이가 긴 형상을 가지고 있기 때문에 형성시킬 수 있는 넁각유로의 크기가 제한될 수밖에 없다.
베드와 컬럼에 냉각유로를 형성시키기 위한 방법으로서 주조 제작 시 주물사로 제작된 증자를 사용하여 냉각유로를 형성하는 방법이 있다.
그러나 베드와 컬럼의 형상적인 특성으로 인하여 형성되는 냉각유로의 크기가 작고 길이가 길어 주조 시 용융금속에 의해 파괴되어 소착 및 융착되는 현상이 발생되고， 이에 따라 냉각유로가 막히는 문제가 발생하기 때문에 기존 주조공정에서는 냉각유로 형성이 불가능하다.
한편으로, 가공에 의한 넁각유로를 형성시키기 위한 방법으로서 대표적인 것에 드릴 가공이 있으나， 이 역시 베드와 컬럼의 형상적인 특성으로 인하여 넁각유로 가공 자체가 불가능한 문제가 있다ᅳ
【발명의 상세한 설명】
【기술적 과제】
이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로 : 그 목적은, 주철 재질을 갖는 공작기계용 베이스 구조물, 예컨대 베드와 컬럼의 발열 상황을 미리 예측하여 냉각이 필요한 부분을 특정하고， 해당 부분에 이종재질 파이프를 주조 접합시켜 넁각유로를 형성한 후 그 냉각유로를 통해 냉각매체를 흐르게 함으로써 베드와 컬럼의 전체 온도편차를 줄여 공작기계의 가공정밀도를 향상시킬 수 있는 열변위 저감을 위한 공작기계용 베이스 구조물 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 베이스 구조물을 제공하는 것이다.
【기술적 해결방법】
전술한 목적을 달성하기 위해， 본 발명은 주철 재질을 갖는 공작기계용 베이스 구조물에서 냉각이 필요한 해당 부분 또는 그 주변에 냉각유로의 형성을 위해 마련되는 이종재질 파이프를 도금 또는 용사의 방법으로 표면처리하는 표면처리 단계; 상기 이종재질 파이프를 조형 및 합형 과정에서 주형에 설치하는 주형설치 단계; 및 용탕 주입 시 공기 또는 질소가스를 1~3 Bar, 3~6 Bar, 또는 6~9
Bar의 압력으로 10~30， 30-60 또는 60~90분 동안 상기 이종재질 파이프의 내부로 유입시켜 접합계면의 온도가 1,150~1,000°C 또는 1,000~600°C에 도달될 때까지 냉각하는 넁각 단계를 포함하는, 열변위 저감을 위한 공작기계용 베이스 구조물 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 위의 본 발명의 일실시예에 대하여 다음의 구체적인 실시예들을 더 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 이종재질 파이프는 탄소강 재질의 파이프이며， 상기 이종재질 파이프의 표면에는 아연， 주석 또는 니켈이 0.5 ~
10/im 두께로 표면처리되는 것을 특징으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 주철 재질을 갖는 공작기계용 베이스 구조물에서 넁각이 필요한 해당 부분 또는 그 주변에 아연, 주석 또는 니켈을 도금 또는 용사의 방법으로 0.5//m ~ m 두께로 표면처리된 이종재질 파이프를 개재하여 넁각매체가 흐르는 냉각유로가 형성되도록 하고， 상기 이종재질 파이프 영역으로 용융금속을 주입하여 주조 접합에 의해 상기 이종재질 파이프가 마련되도록 하는 것을 특징으로 하는 열변위 저감을 위한 공작기계용 베이스 구조물을 제공한다.
또한 본 발명은 위의 본 발명의 일실시예에 대하여 다음의 구체적인 실시예들을 더 제공한다. ᅳ
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공작기계용 베이스 구조물은， 컬럼 또는 베드인 것을 특징으로 한다. 【유리한 효과】
본 발명에 따르면, 주철 재질을 갖는 공작기계용 베이스 구조물, 예컨대 베드와 컬럼의 발열 상황을 미리 예측하여 넁각이 필요한 부분을 특정하고, 해당 부분에 이종재질 파이프를 주조 접합시켜 넁각유로를 형성한 후 그 넁각유로를 통해 넁각매체를 흐르게 함으로써 베드와 컬럼의 전체 온도편차를 줄여 공작기계의 가공정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
【도면의 간단한 설명】
도 1은 열변위 저감을 위한 공작기계용 베이스 구조물로서 컬럼의 사시도이다ᅳ
도 2는 도 1의 단면 구조도이다.
도 3은 도 2의 요부 확대도이다.
도 4는 스테인리스강 (합금강) 파이프 접합면 미세조직을 보인 이미지이다. 도 5는 탄소강 및 스테인리스강 (합금강) 파이프의 경도 분포 그래프이다. 도 6은 산화 개재물로 인한 미접합부를 형성한 상태의 이미지이다.
도 7은 냉각 공기압 1 Bar 이하에서 이종재질 파이프의 용융 소실을 나타낸 이미지이다.
도 8은 넁각 공기압 11 Bar에서 이종재질 파이프의 미접합부흩 형성한 상태의 이미지이다ᅳ 도 9는 주형에 설치된 이종재질 파이프 넁각 방법의 구성도이다.
도 10은 컬럼에 대한 열 해석 시뮬레이션 결과이다.
<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명 >
10: 컬럼 11： 가이드 웨이
20: 이종재질 파이프 30: 접합계면
40: 넁각유로
【발명의 실시를 위한 최선의 형태】 이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명 한다.
도 1은 열변위 저감을 위 한 공작기 계용 베이스 구조물로서 컬럼의 사시도, 도 2는 도 1의 단면 구조도, 도 3은 도 2의 요부 확대도, 도 4는 스테인리스강 (합금강) 파이프 접합면' 미세조직올 보인 이미지， 도 5는 탄소강 및 스테인리스강 (합금강) 파이프의 경도 분포 그래프, 도 6은 산화 개재물로 인한 미접합부를 형성한 상태의 이미지， 도 7은 넁각 공기 압 1 Bar 이하에서 이종재질 파이프의 용융 소실을 나타낸 이미지 , 그리고 도 8은 냉각 공기 압 11 Bar에서 이종재질 파이프의 미접합부를 형성한 상태의 이미지 이다.
도면 대비 설명에 앞서， 이하에서는 공작기 계용 베이스 구조물을 컬럼 (10)이라 하여 설명하겠지 만 동일한 구조와 방법을 베드 (미도시)에 적용할 수도 있을 것이다.
도 1은 컬럼 (10)의 사시도이고， 도 2는 도 1에 도시 된 컬럼 (10)의 종단면도이며， 도 3은 도 2에 원형의 점선으로 표기 한 부분의 확대도로서 넁각유로가 형성된 컬럼 (10)의 가이드 웨이 (11)의 상세도로서 , 이를 통해 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
우선, 간단하기 때문에 도면에는 도시하지 않았지만， 본 발명에 따른 열변위 저감을 위한 공작기 계용 베이스 구조물 제조방법은， 표면처리 단계, 주형설치 단계 및 넁각 단계를 포함할 수 있다.
표면처 리 단계는, 주철 재질을 갖는 공작기 계용 베이스 구조물, 즉 컬럼 (10)에서 냉각이 필요한 해당 부분 또는 그 주변에 냉각유로 (40)의 형성을 위해 마련되는 이종재질 파이프 (20)를 도금 또는 용사의 방법으로 표면처 리하는 단계이다. 이 때, 이종재질 파이프 (20)는 탄소강 재질의 파이프일 수 있으며， 이종재질 파이프 (20)의 표면에는 아연, 주석 또는 니 켈이 0.5/ ~ 10 '두께로 표면처 리될 수 있다.
주형설치 단계는， 이종재질 파이프 (20)를 조형 및 합형 과정에서 주형에 설치하는 단계이다. 그리고 냉각 단계는， 용탕 주입 시 공기 또는 질소가스를 1~3 Bar, 3-6 Bar, 또는 6~9 Bar의 압력으로 10~30, 30-60 또는 60~90분 동안 이종재질 파이프 (20)의 내부로 유입시켜 접합계면 (30)의 온도가 1,150~1,000°C 또는 1,000~600°C에 도달될 때까지 넁각하는 단계이다.
이와 같은 방법, 즉 주철 재질을 갖는 공작기계용 베이스 구조물， 즉 컬럼 (10)에서 넁각이 필요한 해당 부분 또는 그 주변에 아연, 주석 또는 니켈을 도금 또는 용사의 방법으로 0.5 m ~ 10 두께로 표면처리된 이종재질 파이프 (20)를 개재하여 냉각매체가 흐르는 냉각유로 (40)가 형성되도록 하고， 이종재질 파이프 (20) 영역으로 용융금속을 주입하여 주조 접합에 의해 이종재질 파이프 (20)가 마련되도록 함으로써 종래와 달리 공작기계의 가공정밀도를 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
이하， 본 발명에 대해 세부적으로 설명하도톡 한다ᅳ
전술한 바와 같이， 본 실시예에서 적용되는 공작기계용 베이스 구조물의 한 예인 컬럼 (10)은 주철 재질일 수 있다.
이때, 컬럼 (10)의 재질은 주강과 주철 등 여러 가지 다양한 금속 재질에 사용할 수 있으나 특히 회주철을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
그리고 접합 재료로 사용되는 이종재질 파이프 (20)는 크름 (Cr) 및 몰리브덴 (Mo) 등의 합금이 첨가되지 않거나 설사 첨가되더라도 불순물 형태로 미량 첨가된 저탄소강 재질일 수 있다. 이종재질 파이프 (20)는 단면 원형의 형태를 가질 수 있다.
크롬 및 몰리브덴 등의 재질로 합금된 이종재질 파이프 (20)의 경우， 도 4처럼 용융금속 주입 시 표면 용융 및 확산에 의해 용융금속과 이종재질 파이프 (20)의 접합계면 (30, 도 3 참조)에 크롬 및 몰리브덴 탄화물과 레데뷰라이트가 발생되어 도 5처럼 탄소강에 비해 표면경도가 높으며, 이로 인하여 기계 가공 시 상당한 문제점이 발생될 수 있다.
하지만, 크롬 및 몰리브덴 등의 합금이 첨가되지 않거나 설사 첨가되더라도 불순물 형태로 미량 첨가된 저탄소강 재질에서는 이종재질 파이프 (20)의 접합계면 (30， 도 3 참조)에서 탄화물이 발생되지 않아 기계 가공이 가능해진다. 이와 같은 이유로 인해 본 발명에 적용되는 이종재질 파이프 (20)는 크롬 및 몰리브덴 등의 합금이 첨가되지 않거나 설사 첨가되더라도 불순물 형태로 미량 첨가된 저탄소강 재질인 것이 바람직하다. 간단하게 말해, 이종재질 파이프 (20)는 스테인리스 스틸 재질의 파이프일 수 있다.
한편, 본 발명의 경우, 접합 재료인 이종재질 파이프 (20)의 외주면에 아연, 주석 또는 니켈을 대략
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~ 10im 정도의 두께로 표면처리한 다음 개재한다. 이때, 표면처리는 도금 또는 용사의 방법으로 시행할 수 있다.
이처럼 이종재질 파이프 (20)의 외주면에 표면처리된 아연, 주석 또는 니켈은 금속 표면에서 발생되는 산화물을 방지하는 기능을 가진다.
만약， 본 발명처럼 이종재질 파이프 (20)의 외주면에 표면처리를 수행하지 않을 경우, 도 6처럼 표면 산화로 인하여 접합계면 (30, 도 3 참조)에서 미접합부가 발생될 수 있다.
또한 아연， 주석 또는 니켈은 용융금속과 이종재질 파이프 (20) 사이에서 표면의 용융촉진제 역할을 하여 접합능력을 향상시킨다.
부연하면, 표면처리에 사용되는 아연， 주석 또는 니켈은， 용융금속 및 이종재질보다 용융온도가 낮기 때문에， 용융금속이 주입되면 용융금속과 이종재질 파이프 (20) 사이에서 표면처리된 금속들이 액체의 상태로 유지되어 두 재료의 간접적인 접촉으로 상호 합금화를 촉진함으로써 두 재료간의 접합을 향상시킬 수 있다.
다음으로， 이종재질 파이프 (20)의 표면처리가 완료되면, 조형 시 이종재질 파이프 (20)를 주형에 설치한다.
컬럼 (10)의 가이드 웨이 (11), 그리고 넁각이 필요한 부분에 주조공정에서 주형 내부에 중공부에 의한 냉각유로 (40)가 형성되도록 파이프 형태의 이종재질을 조형공정에서 개재하여 주조한다. 이때 용융금속 주입 시 이종재질 파이프 (20)를 넁각할 수 있게 플라스크 밖으로 이종재질 파이프 (20)를 도출시 켜야 한다.
또한 설치 과정에서 이종재질 파이프 (20) 외주면에 붙어 있는 주물사를 완전히 제거하여 야 한다. 만약， 주물사가 이종재질 파이프 (20)어) 붙어 있는 경우 주물사에 의한 주조 결함 발생으로 인해 미 접합부가 발생될 수도 있기 때문이다. 다음으로, 주형에서 이종재질 파이프가 (20)가 마련되면 용융금속을 주입 한다. 이 때 플라스크 밖으로 도출된 이종재질 파이프 (20)에 공기를 분사하여 냉각을 실시한다. 이 경우， 공기는 1~3 Bar, 3-6 Bar. 그리고 6~9 Bar의 범위의 공기 압으로 분사하여 냉각한다.
상기 공기 압 범위 이하로 냉각을 할 경우, 도 7처 럼 이종재질 파이프 (20)의 용융으로 냉각유로 (40) 내로 용융금속이 층진될 수 있다.
그리고 상기 공기 압 범위 이상으로 과도한 냉각을 실시할 경우， 도 8처 럼 미 접합부가 발생된다.
한편, 도 9는 주형에 설치된 이종재질 파이프 냉각 방법 의 구성도이고， 도 10은 컬럼에 대한 열 해석 시물레이션 결과이다.
이들 도면을 참조하면, 이종재질 파이프 (20)의 냉각 시 간은 용융금속 주입 시 점으로부터 10~30분 또는 30~60분 동안 냉각을 실시하여 접합계면 (30) 부분의 온도가 1,150 ~ 1,000°C 그리고 1,000~600°C에 도달될 때까지 냉각을 실시하는 것이 바람직하다.
이는 접합계면 (30)을 고상선 부근 및 A1 변태점 부근까지 빠르게 냉각시켜 이종재질파이프 (20)가 고온 상태로 장시 간 유지됨에 따라 발생할 수 있는 이종재질 파이프 (20)의 변형 , 접합면 (30)의 결정 립 조대화나 과잉 침탄을 방지하기 위 한 목적과 과도한 체적비에 의해 이종재질 파이프 (20)가 용융하는 것을 방지하기 위한 방안이다.
또한 상기와 같이 이종재질 파이프 (20)의 용융을 방지하기 위한 냉각매체로 일반적으로 공기를 사용하지 만 냉각유로 (40) 내부 산화를 최소화해야 할 경우 질소가스를 사용할 수도 있다.
그리고 용융금속과 이종재질 파이프 (20)와의 체적비가 3:1 이하인 경우에는 냉각을 적용하지 않는 것이 바람직하다.
결과적으로 주조 접합 시 용융금속과 접합 재료와의 접합력이 중요하데， 본 발명에서는 용융금속과 접합 재료로 사용되는 이종재질 파이프 (20)와의 접합력 향상을 위해서 접합 재료로 사용되는 이종재질 파이프 (20)의 표면에 아연， 주석 또는 니켈을 도금 또는 용사의 방법으로 표면처리하고 있는 것이며, 또한 용융금속과 접합 재료의 과도한 체적비로 인하여 발생될 수 있는 접합 재료의 변형 또는 용융소실을 방지하기 위해 용융금속을 주입할 시점에서 넁각 공기 또는 질소가스를 사용하여 일정한 압력으로 접합 재료를 냉각하여 접합계면 (30)의 온도가 1,150~600°C 범위까지 넁각되도록 함으로써 우수한 품질의 넁각유로 (40)가 형성되도록 하고 있다.
열 해석 시물레이션 결과, 도 10에 도시된 바와 같이, 발열량은 직선 왕복운동이 일어나는 가이드 웨이 (11) 부분이 가장 높았으며, 이 부분에 냉각유로 (40)를 형성시켜 넁각을 실시하였을 경우 최대 온도가 0.9°C 감소하는 것으로 나타났고 이를 확인한 바 있다.
이상과 같은 방법으로 제조된 컬럼 (10)은 넁각이 필요한 특정부분에 냉각유로 (40)가 형성되어 형성된 냉각유로 (40)를 통해 냉각수 또는 냉각오일 등의 냉각매체를 흘려 컬럼 (10)의 각 부분의 은도편차를 즐여서 열변형을 억제할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면， 주철 재질을 갖는 공작기계용 베이스 구조물, 예컨대 컬럼 (10)의 발열 상황을 미리 예측하여 냉각이 필요한 부분을 특정하고, 해당 부분에 이종재질 파이프 (20)를 주조 접합시켜 넁각유로 (40)를 형성한 후 그 넁각유로 (40)를 통해 넁각매체를 흐르게 함으로써 컬럼 (10)의 전체 온도편차를 줄여 공작기계의 가공정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다. 【산업상 이용가능성】
본 발명은, 열변위 저감을 위한 공작기계용 베이스 구조물 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 베이스 구조물에 관한 것으로서， 보다 상세하게는, 주철 재질을 갖는 공작기계용 베이스 구조물， 예컨대 베드와 컬럼의 발열 상황을 미리 예측하여 넁각이 필요한 부분을 특정하고， 해당 부분에 이종재질 파이프를 주조 접합시켜 넁각유로를 형성한 후 그 냉각유로를 통해 넁각매체를 흐르게 함으로써 베드와 컬럼의 전체 온도편차를 줄여 공작기계의 가공정밀도를 향상시킬 수 있는 열변위 저감을 위한 공작기계용 베이스 구조물 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 베이스 구조물에 관한 것이다.

Claims

【청구의 범위】
【청구항 1】
주철 재질을 갖는 공작기 계용 베이스 구조물에서 냉각이 필요한 해당 부분 또는 그 주변에 넁각유로 (40)의 형성을 위 해 마련되는 이종재질 파이프 (20)를 도금 또는 용사의 방법으로 표면처 리하는 표면처리 단계;
상기 이종재질 파이프 (20)를 조형 및 합형 과정에서 주형에 설치하는 주형설치 단계; 및
용탕 주입 시 공기 또는 질소가스를 1~3 Bar, 3-6 Bar, 또는 6~9 Bar의 압력으로 10~30, 30-60 또는 60~90분 동안 상기 이종재질 파이프 (20)의 내부로 유입시켜 접합계면 (30)의 온도가 1,150~1,000°C 또는 1,000~600°C에 도달될 때까지 넁각하는 넁각 단계를 포함하는， 열변위 저감을 위한 공작기 계용 베이스 구조물 제조방법 .
【청구항 2】
제 1항에 있어서 ,
상기 이종재질 파이프 (20)는 탄소강 재질의 파이프이며，
상기 이종재질 파이프 (20)의 표면에는 아연, 주석 또는 니켈이 0.5//m ~ 10 두께로 표면처 리되는 것을 특¾으로 하는 열변위 저감을 위 한 공작기 계용 베이스 구조물 제조방법 .
【청구항 3]
주철 재질을 갖는 공작기 계용 베이스 구조물에서 냉각이 필요한 해당 부분 또는 그 주변에 아연， 주석 또는 니켈을 도금 또는 용사의 방법으로 0.5//Π1 〜 10 '두께로 표면처 리된 이종재질 파이프 (20)를 개재하여 넁각매체가 흐르는 넁각유로 (40)가 형성되도록 하고, 상기 이종재질 파이프 (20) 영 역으로 용융금속을 주입 하여 주조 접합에 의해 상기 이종재질 파이프 (20)가 마련되도특 하는 것을 특징으로 하는 열변위 저감을 위한 공작기계용 베이스 구조물.
【청구항 4】
또는 제 3항에 있어서，
상기 공작기계용 베이스 구조물은， 컬럼 또는 베드인 것을 특징으로 하는 열변위 저감을 위한 공작기계용 베이스 구조물.
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