KR-20260060887-A - Method for manufacturing urethan-coated coil spring

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Abstract

본 발명은 수지로 외면을 코팅 처리한 코일스프링을 제조하는 방법에 있어서: (A) 스프링소재(10), 인서트링(20), 아우터링(25), 코팅원료(30)를 준비하는 단계; (B) 스프링소재(10)-인서트링(20)-아우터링(25)을 결합하고, 코팅원료(30)와 더불어 가열하는 단계; (C) 금형(40) 상으로 스프링소재(10)-인서트링(20)-아우터링(25)의 조립체와 부자재를 세팅하는 단계; 및 (D) 금형(40)에 코팅원료(30)를 주입하여 성형한 후에 에이징하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 산업기계에 장착되는 고하중용 우레탄 수지 코팅 스프링을 양산에 적용하는 과정에서 주요 구성품의 긴밀한 연계로 고품질을 유지하므로 양산 기술 발전과 제품 경쟁력 향상에 일조하는 효과가 있다.

Inventors

이종구

Assignees

주식회사 티아이엠

Dates

Publication Date: 20260506
Application Date: 20241025

Claims (5)

수지로 외면을 코팅 처리한 코일스프링을 제조하는 방법에 있어서: (A) 스프링소재(10), 인서트링(20), 아우터링(25), 코팅원료(30)를 준비하는 단계; (B) 스프링소재(10)-인서트링(20)-아우터링(25)을 결합하고, 코팅원료(30)와 더불어 가열하는 단계; (C) 금형(40) 상으로 스프링소재(10)-인서트링(20)-아우터링(25)의 조립체와 부자재를 세팅하는 단계; 및 (D) 금형(40)에 코팅원료(30)를 주입하여 성형한 후에 에이징하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 우레탄 코일스프링의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 단계 (A)는 스프링소재(10)와 인서트링(20)의 외경을 동일하게 맞추고, 스프링소재(10)의 단부를 평면으로 연삭하며, 우레탄 코팅원료(30)를 80℃로 유지하면서 가열하는 것을 특징으로 하는 우레탄 코일스프링의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 단계 (B)는 코팅원료(30)의 기포 제거 후에 55℃로 유지하며, 금형(40)과 부자재를 80℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 우레탄 코일스프링의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 단계 (C)는 금형(40)에 스프링소재(10)-인서트링(20)-아우터링(25)의 조립체를 수용하고 원통지그(42), 지지판(44), 십자지그(46)를 장착하는 것을 특징으로 하는 우레탄 코일스프링의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 단계 (D)는 코팅원료(30)의 기포를 제거하도록 2차에 걸쳐 주입하고, 탈형 후에 80℃로 15~20시간 유지하는 것을 특징으로 하는 우레탄 코일스프링의 제조방법.

Description

우레탄 코일스프링의 제조방법 {Method for manufacturing urethan-coated coil spring} 본 발명은 우레탄 코팅 코일스프링에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 진동선별기 등에 탑재되는 고하중 코일스프링을 양산하기 위한 우레탄 코일스프링의 제조방법에 관한 것이다. 진동선별기는 다수의 스프링을 기반으로 가진기를 연결하여 높은 에너지의 순간적 저장과 방출을 반복하면서 골재 등의 선별 작업을 수행하기 위한 일정한 진동을 유지한다. 진동선별기처럼 고하중을 발생하는 산업기계에서 일반적인 강재 완충스프링을 사용하면 충격소음이 심하여 환경공해을 유발하는 것은 물론 파손의 위험성도 증대하여 작동신뢰성과 더불어 내구성 약화를 초래한다. 이에 대한 대책으로 스프링의 외주면에 고무층을 일정 두께로 형성하여 사용하는데, 보다 고하중의 환경에서 내구성을 확보하는 경우 고무재보다 수지재를 적용하기도 한다. 이와 관련하여 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록실용신안공보 제0333274호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1211860호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다. 선행문헌 1은 건설폐기물의 이물질 선별장치의 코일스프링에 있어서, 코일스프링은 코일스프링 본체의 상단에 합성수지로 된 소음방지부재가 인서트몰딩으로 일체로 형성되고, 코일스프링 본체의 하단에 합성수지로 된 소음방지부재가 인서트몰딩으로 일체로 형성된다. 이에, 스프링 본체의 부식성을 낮추고 전체를 코팅하지 않아 탄력성 증대를 기대한다. 선행문헌 2는 탄성 코일스프링; 탄성 코일스프링의 양측에 구비된 고정 뭉치; 및 탄성 코일스프링 및 고정 뭉치의 외주 면에 코팅되는 방진재를 포함하며, 방진재는 고정 뭉치와 탄성 코일스프링이 일체로 결합된 상태에서 코팅되는 구조로 형성된다. 이에, 전체적으로 합성수지로 코팅하여 구성품간의 분리를 방지하고 제작이 용이한 효과를 기대한다. 다만 상기한 선행문헌에 의하면 고하중용 수지 코팅 스프링을 양산에 적용하는 과정에서 고품질을 유지하기 미흡하여 개선의 여지를 보인다. 도 1은 본 발명에 따른 제조방법의 주요 단계를 나타내는 흐름도 도 2는 본 발명의 제조방법에 투입되는 주요 소재를 나타내는 이미지 도 3은 본 발명의 제조방법에 적용되는 금형과 부자재의 이미지 이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명은 수지로 외면을 코팅 처리한 코일스프링을 제조하는 방법에 관하여 제안한다. 진동선별기 등에 탑재되는 고하중 코일스프링을 양산하는 방법을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 코일스프링의 수지 코팅은 종래의 고무 코팅에 비하여 품질(내구성) 측면에서 유리하다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 제조방법의 주요 단계를 순차적으로 나타내지만 각 단계의 세부 공정은 역순이나 동시적 진행도 가능하다. 본 발명에 따른 단계 (A)는 스프링소재(10), 인서트링(20), 아우터링(25), 코팅원료(30)를 준비하는 과정으로 진행한다. 수평형 진동선별기에 탑재되는 355㎜ 규격의 코일스프링을 기준으로 스프링소재(10)는 305㎜로 설정한다. 인서트링(20)은 스프링소재(10)의 양단에 밀착되는 원형 구조로서 플랜지 플레이트(도시 생략)와 체결하기 위한 다수의 태핑홀을 갖춘다. 아우터링(25)은 코팅원료(30)과 동일한 소재를 적용하지만 다소 강도가 약한 소재를 사용할 수도 있다. 아우터링(25)은 인서트링(20)의 외측(외경)을 연장하도록 결합되는 크기로 형성한다. 코팅원료(30)는 열경화성 수지를 주재로 하지만 고무를 비롯한 물성 강화용 성분을 부가할 수 있다. 본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (A)는 스프링소재(10)와 인서트링(20)의 외경을 동일하게 맞추고, 스프링소재(10)의 단부를 평면으로 연삭하며, 우레탄 코팅원료(30)를 80℃로 유지하면서 가열하는 것을 특징으로 한다. 단계 (A)에서 인서트링(20)의 내경은 129㎜로 외경은 159㎜로 형성하여 스프링소재(10)의 단부와 동일한 치수로 밀착되도록 한다. 종래의 고무 코팅 코일스프링의 경우 인서트링은 내경 159㎜ x 외경 189㎜이다. 인서트링(20)이 스프링소재(10)의 외경보다 커지면 밀착성 저하로 내구성이 약화된다. 통상적으로 절단된 스프링소재(10)의 단부는 돌출된 상태이고 표면 거칠기도 크다. 스프링소재(10)의 양단을 표면조도가 양호한 평면 상태로 연삭하여 인서트링(20)과의 접촉 면적을 증대한다. 인서트링(20)의 외주면에 결합되는 아우터링(25)은 인서트링(20)의 외주면에서 동심으로 상하로 이격되도록 배치한다. 아우터링(25)에 의하여 인서트링(20)의 외경이 연장되면 궁극적으로 우레탄의 코팅 두께가 증가한다. 코팅원료(30)는 열경화성 MDI 원료를 사용하며 완제품 용도에 맞추어 경화제의 함유량을 조절한다. 투입전 MDI원료를 드럼상태로 히터에서 80℃를 유지하면서 24시간 동안 가열한다. 한편, 본 발명에서 특정한 수치로 제시하는 온도 등의 공정 조건은 ±5%의 변동 범위를 포함한다. 본 발명에 따른 단계 (B)는 스프링소재(10)-인서트링(20)-아우터링(25)을 결합하고, 코팅원료(30)와 더불어 가열하는 과정을 거친다. 단계 (B)는 스프링소재(10), 인서트링(20), 아우터링(25)를 결합하는 공정인 바, 각각 전처리를 거쳐 밀착력을 높이면서 코팅원료(30)의 물성을 유지하기 위한 공정도 부가할 수 있다. 인서트링(20)은 스프링소재(10)의 양단에서 수평을 유지하는 것이 중요하다. 아우터링(25)은 인서트링(20)보다 하중이 높지 않아 얇은 두께로 결합한다. 코팅원료(30)는 하절기와 동절기에 따라 용융 온도는 물론 주형작업(주조)에 투입하는 온도를 차등화한다. 즉 동절기가 하절기보다 적정 온도를 다소 높게 유지한다. 이때, 스프링소재(10)의 양단에 인서트링(20)를 용접으로 긴밀하게 결합하고, 인서트링(20)의 외주면에 한 쌍의 아우터링(25)을 상하로 틈새를 형성하도록 용접으로 결합한다. 아우터링(25)은 코팅원료(30)를 통과시키기 위한 다수의 관통공을 구비한다. 한편, 완제품의 용도에 따라서 스프링소재(10), 인서트링(20), 아우터링(25)의 적어도 일부에 용접 대신 볼트 등의 체결재를 적용하는 것도 가능하다. 본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (B)는 코팅원료(30)의 기포 제거 후에 55℃로 유지하며, 금형(40)과 부자재를 80℃로 유지하는 것을 특징으로 한다. 코팅원료(30)를 용융하는 과정이나 주입(주조)하는 과정에서 기포가 발생하므로 탈포기(도시 생략)로 기포를 제거하여 품질 저하를 방지한다. 금형(40)은 알루미늄 합금 소재가 선호되지만 이에 한정되지 않는다. 코팅원료(30)는 금형(40)에 주입하기 전에 별도의 저장탱크에서 대략 55℃로 유지한다. 금형(40)과 후술하는 부자재를 80℃ 이하인 상태에서 주형작업하는 경우 접촉부위의 미성형, 상부수축 등의 결함이 발생할 우려가 크다. 본 발명에 따른 단계 (C)는 금형(40) 상으로 스프링소재(10)-인서트링(20)-아우터링(25)의 조립체와 부자재를 세팅하는 과정을 거친다. 단계 (C)는 금형(40)에 스프링소재(10)-인서트링(20)-아우터링(25)의 조립체는 물론 각종 부자재를 투입하여 도 2(a)(b)(C)처럼 정확한 자세를 유지하는 공정이다. 부자재는 완제품 용도에 따라서 차등적으로 적용된다. 금형(40)을 조립하면서 세팅하는 과정에서 이형제를 분사하는 작업도 포함한다. 이형제의 입자를 미세하게 조절하여 분사하면 중간품인 우레탄 코일스프링의 탈형이 원활하다. 본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (C)는 금형(40)에 스프링소재(10)-인서트링(20)-아우터링(25)의 조립체를 수용하고 원통지그(42), 지지판(44), 십자지그(46)를 장착하는 것을 특징으로 한다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 금형(40)에 장착되는 부자재로서 원통지그(42), 지지판(44), 십자지그(46) 등이 나타난다. 금형(40)은 스프링소재(10)의 외면 영역에 대응하도록 내면에 나선형 홈을 갖춘다. 원통지그(42)는 스프링소재(10)의 내면 영역에 대응하도록 외면에 나선형 홈을 갖추는 것이 좋다. 원통지그(42)의 나선형 홈은 굴곡을 상대적으로 완화하거나 배제할 수 있다. 금형(40) 상으로 스프링소재(10)-인서트링(20)-아우터링(25)의 조립체와 원통지그(42)를 동심으로 장착한 후에 금형(40)의 양단에 지지판(44)을 긴밀하게 결합한다. 마지막으로 십자지그(46)를 지지판(44)에 결합하여 조립체의 인서트링(20)과 원통지그(42)를 정확한 위치로 유지한다. 이 과정에서 십자지그(46)는 인서트링(20)과 원통지그(42)의 태핑홀을 통하여 결합될 수 있다. 본 발명에 따른 단계 (D)는 금형(40)에 코팅원료(30)를 주입하여 성형한 후에 에이징하는 과정으로 진행한다. 단계 (D)는 금형(40)에서 원통지그(42)의 외측 공간으로 코팅원료(30)를 주입하는 공정과, 스프링소재(10) 등에 피복된 우레탄 코팅의 물성을 높이기 위해 에이징하는 공정을 수행한다. 코팅원료(30)의 우레탄은 스프링소재(10) 뿐아니라 인서트링(20)의 전체가 코팅되고 아우터링(25)의 일부 영역까지 코팅될 수 있다. 주조와 에이징 후에는 치수, 경도, 외관 검사를 수행하고 인서트링(20)에 장방형 또는 원형의 플랜지 플레이트를 결합하여 완제품을 생성한다. 본 발명의 세부 구성으로서, 상기 단계 (D)는 코팅원료(30)의 기포를 제거하도록 2차에 걸쳐 주입하고, 탈형 후에 80℃로 15~20시간 유지하는 것을 특징으로 한다. 단계 (D)에서 우레탄 코일 스프링 내부에 기포가 생기지 않도록 주조 작업은 2차례에 걸쳐 진행하는 것이 좋다. 1차 주조 후에 발생되는 기포를 배출하고 2차 주조 후에 토치나 히터를 사용해 기포의 배출을 촉진한다. MDI 원료는 열경화성으로 열을 가하면 경화하는 성질로 주형작업 후 1시간뒤 중간품인 우레탄 코일 스프링이 경화된다. 우레탄 코일스프링을 탈형하고 히터를 이용하여 80℃ 범위로 유지하면서 바람직하게 16시간 이상 가열한다. 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변