KR100626790B1 - Die materials processing method for small glass articles - Google Patents
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Abstract
본 발명은 소형 유리제품용 금형에 관한 것으로, Fe를 기지금속으로 하고 Cr을 13~20 중량%, C를 0.15~0.4 중량% 포함하는 마르텐사이트계 스테인레스계 합금으로 표면에 무전해 Ni도금된 합금으로 형성한 소형 유리제품용 금형 모재에 초경공구를 압입하는 가공방법으로 소형 유리제품의 형상을 형성하여, 내식, 내열, 내마모성이 우수하고, 경면이 유지되는 금형을 제공할 수 있는 소형 유리제품용 금형 가공방법에 관한 것이다.The present invention relates to a mold for small glass products, which is an electroless Ni-plated alloy on the surface of a martensitic stainless-based alloy containing Fe as a base metal, 13-20 wt% Cr, and 0.15-0.4 wt% C. For small glass products that can provide a mold with excellent corrosion resistance, heat resistance, and abrasion resistance, by forming a shape of small glass products by pressing a cemented carbide tool into a mold base material for small glass products formed by It relates to a die processing method.
모조 장신구, 유리, 모조 장신구용 유리, 금형, 유리용 금형, 합금, Imitation ornaments, glass, imitation ornaments glass, mold, glass molds, alloys,
Description
도 1은 본 발명에 의해 초경공구로 금형을 가공하는 것을 설명하기 위한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure for demonstrating processing a metal mold | die with a carbide tool by this invention.
도 2는 본 발명에 의한 금형으로 소형 유리제품을 성형하는 것을 설명하기 위한 도면. Figure 2 is a view for explaining the molding of a small glass product with a mold according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
10 : 하부금형 11 : 하부금형 홈10: lower mold 11: lower mold groove
15 : 상부금형 16 : 상부금형 홈15: upper mold 16: upper mold groove
20 : 초경공구 21 : 단부20: carbide tools 21: end
본 발명은 소형 유리제품용 금형 가공방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 유리제품용 금형의 모재가 되는 합금을 Fe를 기지금속으로 하고 Cr을 13~20 중량%, C를 0.15~0.4 중량% 포함하는 마르텐사이트계 스테인레스계 합금으로 표면에 무전해 Ni도금된 합금으로 형성한 소형 유리제품용 금형 모재에 초경공구를 압입하는 가공방법으로 소형 유리제품의 형상을 형성하여, 내식, 내열, 내마모성이 우수하고, 경면이 유지되는 금형을 제공할 수 있는 소형 유리제품용 금형 및 그 가공방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for processing a mold for small glass products, and more specifically, an alloy which is the base material of a mold for glass products comprising Fe as a base metal, containing 13 to 20% by weight of Cr and 0.15 to 0.4% by weight of C. It is a martensitic stainless steel alloy that presses the carbide tool into the base metal mold for small glass products, which is formed of an electroless Ni-plated alloy on the surface to form the shape of small glass products, and has excellent corrosion resistance, heat resistance and abrasion resistance. The present invention relates to a mold for a small glass product and a processing method thereof, which can provide a mold having a mirror surface maintained.
모조 장신구용 유리제품(모조 귀석 및 반귀석)과 같은 소형 유리제품은 수요가 많이 증가하고 있으나, 생산자동화가 이루어지지 않아 품질, 원가 및 생산성 등에 많은 문제가 있었다. Small glass products such as imitation jewelry glass products (imitation precious and semi-precious stones) are increasing in demand, but there are many problems such as quality, cost and productivity due to lack of production automation.
다른 유리제품에 대한 자동화는 이미 많은 부분에서 이루어지고 있음에도 소형유리제품에 대한 생산자동화가 원활히 이루어지지 않고 있었던 이유는 소형유리제품을 대량으로 제조할 수 있는 소형유리제품을 위한 생산자동화용 금형의 개발이 용이하지 않기 때문이다. Although the automation of other glass products is already being done in many parts, the production automation of small glass products has not been smoothly performed. The development of production automation molds for small glass products that can manufacture small glass products in large quantities Because this is not easy.
금형에 있어서 열피로에 대한 저항성은 매우 중요한 특성으로 유리제품의 자동생산을 위해서는 고온과 상온까지의 열적 변화를 감당해야 한다. 금형의 열피로가 누적되면 금형 표면이 갈라지면서 균열이 발생하는데 이는 유리제품 표면에서 그대로 재현됨으로 금형의 열피로 결함은 제품의 품질에 바로 나타나게 되므로 이 열피로에 대한 저항성은 매우 중요하다. The resistance to thermal fatigue in the mold is a very important characteristic. For automatic production of glass products, it is necessary to deal with thermal changes from high temperature to room temperature. Accumulation of thermal fatigue of the mold causes cracks on the surface of the mold, which is reproduced as it is on the surface of the glass product, so that the thermal fatigue defects of the mold appear directly on the quality of the product, so the resistance to thermal fatigue is very important.
또 금형의 열충격 특성은 금형의 파손과 직접적인 연관성이 있다고 알려져 있다. In addition, the thermal shock characteristics of the mold are known to be directly related to the breakage of the mold.
이외에도 용접능력, 기계적 능력, 주조능력, 분리능력 및 내열/내마모/내식 능력 등과 같은 기계적 물리적 특성들이 금형재료로서 요구되어진다. In addition, mechanical and physical properties such as welding ability, mechanical ability, casting ability, separation ability, heat / wear resistance, and corrosion resistance are required as mold materials.
유리제품을 자동생산하기 위한 금형재료로 초기에는 주철을 사용하였고, 점차적으로 자동생산에서 발생하는 응력 및 열적 환경에 대처할 수 있는 소재를 개발하여 주철 또는 스테인레스계 금형을 사용하고 있으나, 생산자동화를 통한 모조장신구와 같은 소형 유리제품의 고품질과 정밀성이 더욱 요구되고 있어서, 이와 같은 특성과 생산성 향상이 더욱 필요하게 되고 있다. In the early stage, cast iron was used as a mold material for automatic production of glass products, and a cast iron or stainless steel mold was used to develop a material that can cope with the stress and thermal environment generated by automatic production gradually. As the high quality and precision of small glass products such as imitation jewelry is further demanded, such characteristics and productivity improvement are further required.
하지만 유리제품 제조시 금형 표면의 탈탄 및 침탄, 산화 및 유리와의 반응, 반복되는 급열·급냉에 의한 피로마모 등으로 유리제품용 금형의 전체 표면에 조대하고, 많은 헤어 크랙(hair crack)들이 발생하여 결국 최종 제품인 유리제품의 표면조도가 매우 불량하게 되는 문제가 있었다. However, in the manufacture of glass products, decarburization and carburization of the mold surface, oxidation and reaction with glass, fatigue wear caused by repeated rapid quenching and quenching, etc., coarse to the entire surface of the mold for glass products, and many hair cracks occur. As a result, there was a problem that the surface roughness of the final glass product is very poor.
기존의 주철제 금형 표면에서는 산화피막 형성 및 도핑(doping)물질의 축적에 따른 결함으로 금형내부와 외부에 열적 이력을 발생시키고, 금형표면의 산화 및 마모에 따라 유리제품의 표면 조도가 저하되고 표면산화물과의 반응에 의해 유리제품의 표면에 산화물이 소착되어 제품의 품질이 크게 저하되는 문제가 발생하였다.On the surface of existing molds made of cast iron, thermal defects are generated inside and outside of the mold due to the formation of oxide film and accumulation of doping materials, and the surface roughness of glass products decreases and surface oxides are caused by oxidation and wear of the mold surface. Due to the reaction with the oxide sintered on the surface of the glass product has a problem that the quality of the product is greatly reduced.
또한, 소형 유리제품들 중 보석류의 경우 제품 형상의 각도가 정확하게 유지되어야 하는데, 성형이 반복되면 금형이 마모되면서 제품의 각도도 무뎌지게 되는 문제가 있었다. In addition, in the case of jewelry among the small glass products, the angle of the product shape must be maintained accurately, there is a problem that the angle of the product becomes dull as the mold is worn when repeated molding.
한편, 모조장신구에 사용하는 유리제품은 크기가 매우 작기 때문에 금형을 기계적인 절삭이나 방전가공으로 금형을 제작하기가 곤란한 문제가 있었다. On the other hand, because the glass products used for the imitation jewelry is very small in size, it is difficult to manufacture the mold by mechanical cutting or electric discharge machining.
본 발명의 목적은 유리제품이 반복적으로 형성되더라도 우수한 내식, 내열, 내마모성이 유지되고, 특히 금형 표면에서 산화막이 형성되지 않으며, 경면이 유지되고, 제품 형상의 각도도 계속 유지되어 균일한 제품을 효율적으로 생산할 수 있는 소형유리제품용 금형 모재로 이루어진 소형유리제품용 금형과 그 가공방법을 제공하는데 있다.
It is an object of the present invention to maintain excellent corrosion resistance, heat resistance and abrasion resistance even when glass products are repeatedly formed, and in particular, no oxide film is formed on the surface of the mold, mirror surface is maintained, and the angle of the product shape is maintained to maintain a uniform product. The present invention provides a mold for a small glass product, which is made of a mold base for a small glass product, and a processing method thereof.
이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소형 유리제품용 금형은 유리제품용 금형의 모재가 되는 합금을 Fe를 기지금속으로 하고 Cr, C를 포함하는 마르텐사이트계 스테인레스계 합금으로 표면에 무전해 Ni도금된 합금으로 형성한 것을 기본적인 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the metal mold for small glass products of the present invention is based on a martensitic stainless-based alloy containing Cr and C as the base metal of the alloy used as the base material of the mold for glass products, and electroless to the surface. Formed from Ni-plated alloys, this is a basic feature.
또한, 상기 마르텐사이트계 스테인레스계 합금으로 표면에 무전해 Ni도금된 합금은 Cr을 13~20 중량% 포함하고, C를 0.15~0.4 중량% 포함하는 것을 또 다른 특징으로 한다. In addition, the alloy electroless Ni-plated on the surface of the martensitic stainless-based alloy is characterized in that it comprises 13 to 20% by weight of Cr, 0.15 to 0.4% by weight of C.
그리고, 상기 합금으로 형성한 소형 유리제품용 금형 모재에 초경공구를 압 입하는 가공방법으로 소형 유리제품의 형상을 형성하여 소형 유리제품용 금형을 형성하는 것을 또 다른 특징으로 한다. In addition, by forming a shape of a small glass product by a processing method for pressing the cemented carbide tool into the mold base material for small glass products formed of the alloy is another feature to form a small glass product mold.
이하, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described in detail.
먼저 내식성이 우수한 Ni을 기지금속으로 강도향상을 위해 Fe, Cu, Si, Mn, C 합금 원소를 첨가한 Ni계 합금을 유리제품용 금형의 모재로 사용하였다. First, Ni-based alloys containing Fe, Cu, Si, Mn, and C alloy elements were used as base metals for glass products.
이 Ni계 합금에 내마모성을 향상시키기 위해 Co 합금원소를 더 첨가한 합금을 유리제품용 금형의 모재로 사용하였다. In order to improve abrasion resistance of this Ni-based alloy, an alloy to which Co alloy element was further added was used as a base material of a mold for glass products.
또 내식성이 뛰어나고 내마모성과 내열성을 겸비한 Co를 기지금속으로 Cr, Ni, W, Ta 등을 첨가하여 내열성을 향상시킨 Co계 합금을 유리제품용 금형의 모재로 사용하였다. 이 Co계 합금에 내식성 및 강도향상을 위해서는 Cr을 20%이상의 비율로 포함시키는 것이 바람직하다. In addition, Co-based alloys, which have improved corrosion resistance by adding Cr, Ni, W, and Ta as base metals with excellent corrosion resistance and abrasion resistance and heat resistance, were used as a base material of the mold for glass products. In order to improve the corrosion resistance and strength of the Co-based alloy, it is preferable to include Cr in a ratio of 20% or more.
또 가장 기본적인 금형용 금속인 Fe를 기지금속으로 하여 내식성을 향상시키기 위해 Cr을 첨가하고, 강도 향상을 위해 C를 첨가하고 내식성의 향상을 위해 표면에 무전해 Ni 도금을 시행한 마르텐사이트계 스테인레스계 합금을 유리제품용 금형의 모재로 사용하였다. 이때 Cr은 그 함량을 13중량%이상으로 하였고, C는 0.15 중량% 이상 첨가하였으나, Cr은 13~20 중량%으로 하고, C는 0.15~0.4 중량% 첨가는 것이 바람직하다. In addition, the most basic mold metal, Fe, is a base metal, and a martensitic stainless alloy with Cr added to improve corrosion resistance, C added for strength improvement, and electroless Ni plating on the surface for improved corrosion resistance. Was used as the base material of the mold for glass products. At this time, the content of Cr is 13% by weight or more, C is added 0.15% by weight or more, Cr is 13 ~ 20% by weight, and C is preferably added 0.15 ~ 0.4% by weight.
상기 합금들과 일반적인 금형 모재인 주철을 실험을 통해 비교하였다. 실험에 사용된 주철을 비롯한 합금들의 구체적인 성분은 다음과 같다. The alloys and cast iron, which is a general mold base material, were compared through experiments. The specific components of the alloys including cast iron used in the experiment are as follows.
위의 합금들을 피라미드 형태로 가공하여 금형온도를 상온, 100, 150, 400℃로 각각 가열하여 용융유리를 25회에서 75회까지 반복 주입/응고를 반복한 후 금형표면의 내산화도, 마모도, 크랙등을 관찰하였다. The above alloys were processed into pyramid shape, and the mold temperature was heated to 100, 150, and 400 ℃ respectively, and the molten glass was repeatedly injected / solidified from 25 to 75 times. Cracks were observed.
금형온도를 400℃로 가열하고 용융유리를 금형에 주입하면 용융유리가 융착되어 금형과 분리가 원활하게 이루어지지 않았다. When the mold temperature was heated to 400 ° C. and the molten glass was injected into the mold, the molten glass was fused to separate the mold from the mold.
주철은 반응층이 두꺼워 용융유리와의 융착이 심하여 많은 헤어 크랙이 발생하였다. 따라서 소형 유리제품용 금형으로는 사용이 부적절함을 알 수 있다. Cast iron had a thick reaction layer, which caused severe fusion with molten glass, resulting in many hair cracks. Therefore, it can be seen that it is not suitable for use as a mold for small glass products.
Ni계 합금(CZ100)은 내열성이 우수하여 유리성형 시험후 금형의 외관 변화가 거의 없었고 반응층도 비교적 얇은 것을 알 수 있었다. Ni-based alloy (CZ100) was excellent in heat resistance, and after the glass molding test, there was little change in the appearance of the mold, and the reaction layer was also found to be relatively thin.
다른 Ni계 합금인 Ni200은 내식성을 향상시키기 위해 Co를 첨가한 합금으로 고온 내식성과 내산화성은 증가하여 금형 표면에서의 산화현상은 거의 관찰되지 않았다. 그러나 헤어 크랙이 발생함을 확인하였다. Ni200, another Ni-based alloy, is an alloy added with Co to improve corrosion resistance. Therefore, oxidation at the mold surface was hardly observed due to an increase in high temperature corrosion resistance and oxidation resistance. However, it was confirmed that hair cracks occurred.
Co 계 합금은 반복적인 온도 변화에도 원래의 상태를 거의 유지하는 것을 알 수 있었고, 유리와의 반응층도 매우 얇음을 확인 할 수 있었다. 그러나 반복적인 유리 성형에 대하여는 헤어 크랙이 발생하는 것을 알 수 있었다. It was found that Co-based alloys almost maintained their original state even after repeated temperature changes, and the reaction layer with glass was also very thin. However, it was found that hair cracks occurred in the repeated glass molding.
스테인레스계 합금은 헤어크랙은 발생지 않아서 금형의 안정성에 대해서는 신뢰를 할 수있을 것으로 보인다. 다만, 반응층의 두께가 다소 두꺼웠다. 이 스테인레스계 합금의 반응성을 줄이기 위해 금형에 무전해 니켈 도금을 시행하였더니 반응층의 두께는 얇아진 것을 확인하였다. 하지만 반복적인 성형실험에서는 도금층의 분리 현상이 발견되었다. 만약 장기간 사용하게 된다면 도금층의 분리가 유리제품의 표면조도에 악영향을 줄 것으로 예상된다. The stainless-based alloy does not generate hair cracks, so it seems to be able to trust the stability of the mold. However, the thickness of the reaction layer was rather thick. In order to reduce the reactivity of this stainless-based alloy, electroless nickel plating was performed on the mold, and the thickness of the reaction layer was confirmed to be thinner. However, in repeated molding experiments, the plating layer was separated. If used for a long time, the separation of the plating layer is expected to adversely affect the surface roughness of the glass product.
위의 실험에서 주철을 제외한 합금들은 기존의 주철을 대체하여 유리제품용 금형의 합금 모재로 사용할만 한 결과를 보여주였다. In the above experiments, alloys other than cast iron showed the results that could be used as an alloy base material for the mold for glass products by replacing the existing cast iron.
한편, 모조장신구에 사용하는 유리제품은 마이아몬드형, 8각, 12각 등의 보석형상으로 제작하게 되는데, 각들이 살아 있어야 하고, 가공면은 경면이어야 한다. 특히 그 크기가 1mm 이하에서 수 mm 크기의 제품들도 사용하게 되는데 이와 같은 크기의 제품을 성형하기 위해 금형을 가공할 때 기계적인 가공 또는 방전 가공으로는 한계가 있었다. On the other hand, the glass products used in the imitation jewelry is made of gemstones such as diamond, octagon, 12, etc., the angle should be alive, and the processed surface should be mirror. In particular, the size of the product is less than 1mm to a few mm size is also used, there was a limit to the mechanical processing or electrical discharge machining when forming a mold to form a product of this size.
따라서, 이와 같은 금형용 합금 모재에 초경공구를 압입하는 가공방법으로 소형 유리제품의 형상을 형성하였다. 이는 도면을 통해 상세히 설명하겠다.Therefore, the shape of the small glass product was formed by the processing method of injecting a cemented carbide tool into such an alloy base material for metal mold | die. This will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명에 의해 초경공구로 금형을 가공하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명에 의한 금형으로 소형 유리제품을 성형하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining the processing of a mold with a carbide tool according to the present invention, Figure 2 is a view for explaining the molding of a small glass product with a mold according to the present invention.
초경공구(20)는 내마모 내충격용 초경으로 W을 포함한 고 탄소강으로 제작된 것을 사용한다. 이 초경공구(20)는 그 일측 단부(21)를 공구 연삭기에서 다이아몬 드 공구로 금형에 압입할 금형형상으로 가공한 것이다.
이렇게 가공하여 준비된 초경공구(20)를 금형(10)에 초정밀 유압프레스에 장착하여 일정 압력으로 가압하여 금형에 압입한다. 이와 같이 압입하면 도 1에 도시한 바와 같이 초경공구(20)의 단부(21)와 같은 형상의 홈(11)이 형성된다. The cemented
이와 같이 압입하게 되면 표면 조도가 다듬질기호∇∇∼∇∇∇정도의 표면 거칠기에 해당하는 표면조도를 갖는 홈(11)이 형성되고, 상기 홈(11)이 형성된 금형을 경면연마를 통해 다듬질기호 ∇∇∇∇ 수준의 경면으로 가공한다. 상기 다듬질기호(finishing marks)는 한국산업규격(KS)에 규정된 것으로 표면거칠기를 나타내는 것이다. ∇은 거친다듬질, ∇∇은 중다듬질, ∇∇∇은 상다듬질, ∇∇∇∇은 초정밀 다듬질을 나타내는 것이다. When press-fitted in this manner,
도 2는 본 발명에 의해 소형 유리제품을 형성하는 것을 나타낸 것으로 용융유리를 하부금형(10)과 상부금형(15)의 각각의 하부금형 홈(11)과 상부금형 홈(16)에 주입하여 보석형상의 소형 유리제품을 제조하는 것을 도시한 것이다. Figure 2 shows the formation of a small glass article according to the present invention by injecting the molten glass into the
이와 같이 본 발명에 의해 소형 유리제품을 제조하게 되면 직경 3mm 8각 다이아몬드 형상의 유리제품도 우수한 경면을 갖는 제품으로 제조할 수 있었다. As described above, when the small glass product was manufactured according to the present invention, the glass product having a diameter of 3 mm octagonal diamond was also manufactured as a product having excellent mirror surface.
이때 합금이 경도가 너무 높으면 압입이 용이하지 않게 되고, 또 질긴 성질이 있다면 압입면이 균일하면서 매끄러운 표면이 나오지 않게 된다. At this time, if the hardness of the alloy is too high, the indentation is not easy, and if there is a tough nature, the indentation surface is uniform and smooth surface does not come out.
본원 발명에서 사용된 합금들을 대상으로 압입시험을 해본 결과는 다음과 같다. 직경 6mm의 초경공구로 압입시 그 정밀 유압프레스에 가해지는 중량을 비교하였다. 중량의 단위는 Kgf/mm2이다. The results of the indentation test on the alloys used in the present invention are as follows. The weight applied to the precision hydraulic press when pressed with a carbide tool having a diameter of 6 mm was compared. The unit of weight is Kgf / mm 2 .
이상과 같은 시험에 의하면, Co계 합금이 압입면의 특성이 가장 우수하였으 며, 초경공구로 압입시에도 경도가 가장 높은 정도는 아닌 것으로 측정되었다. According to the above test, the Co-based alloy had the best indentation surface characteristics, and the hardness was not the highest degree even when indenting with a cemented carbide tool.
또한, 이와 같은 초경공구(20)에 의한 압입가공은 상온에서 이루어질 수 있어서 금형을 가열시켜서 가공할 경우 발생하는 표면 산화 등의 문제도 발생하지 않게 된다. In addition, the indentation process by the cemented
이상에서 설명한 것은 본 발명의 소형 유리제품용 금형 가공방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is just one embodiment for carrying out the mold processing method for small glass products of the present invention, and is not limited to the above-described embodiment, the subject matter of the present invention as claimed in the following claims Without departing, it will be appreciated by those skilled in the art that the technical spirit of the present invention is to the extent that various modifications can be made.
이상과 같이 본 발명에서는 유리제품이 반복적으로 형성되더라도 우수한 내식, 내열, 내마모성이 유지되고, 특히 금형 표면에서 산화막이 형성되지 않으며, 경면이 유지되고, 제품 형상의 각도도 계속 유지되어 균일한 제품을 효율적으로 생산할 수 있는 소형유리제품용 금형 모재로 이루어진 소형유리제품용 금형을 제공하게 되는 효과가 있다. As described above, in the present invention, even if the glass product is repeatedly formed, excellent corrosion resistance, heat resistance, and abrasion resistance are maintained, in particular, no oxide film is formed on the surface of the mold, mirror surface is maintained, and the angle of the product shape is maintained to maintain a uniform product. There is an effect to provide a mold for small glass products made of a mold base material for small glass products that can be efficiently produced.
또 이 소형유리제품용 금형을 초경공구에 의해 압입가공하여 우수한 경면을 갖게하는 소형유리제품용 금형 가공방법을 제공하게 되는 효과가 있다. In addition, there is an effect of providing a mold processing method for small glass products by press-molding the mold for small glass products by the cemented carbide tool to have an excellent mirror surface.
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