KR100406641B1 - 밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트 제조방법 - Google Patents

Abstract

밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트 제조방법이 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트 제조방법은, 메인축부와 이 메인축부로부터 일정량 편심된 크랭크부를 각각 분리 형성한 후, 이 메인축부와 크랭크부를 마찰압접으로 접합시키는 것을 특징으로 하며, 이 때, 메인축부는 중공의 파이프로, 크랭크부는 소결 성형품으로 이루어진다. 또한, 메인축부와 크랭크부의 접합시 메인축부의 단부가 크랭크부의 메인축부 결합면에 형성된 환상홈에 삽입된 상태로 두 부재가 접합된다. 이에 의하면, 메인축부가 인발 가공된 강관으로 구성되고 크랭크부가 소결 성형품으로 구성되기 때문에, 크랭크 샤프트의 경량화를 꾀할 수 있으며, 후가공이 거의 필요없는 등 가공공수를 대폭적으로 감소시킬 수 있어, 저비용으로 고강도의 크랭크 샤프트를 제조할 수 있다.

Description

밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트 제조방법{ Method for manufacturing crank shaft of hermetic reciprocating compressor }

본 발명은 밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트 제조방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 밀폐형 왕복식 압축기는 케이스 내에 전동기구부와 압축기구부가 설치되어 구성된다. 상기 전동기구부의 회전운동은 크랭크 샤프트에 의해 압축기구부의 왕복직선운동으로 변환되어 전달되며, 이에 의해 압축기구부의 피스톤이 실린더에서 왕복직선운동함으로써 냉매의 압축작용이 이루어진다.

이러한 밀폐형 왕복식 압축기의 전형적인 한 예가 도 1에 도시되어 있는 바, 이를 간단히 살펴보면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 밀폐형 왕복식 압축기는 상,하쉘(1)(2)로 이루어지는 케이스(10)의 내부에 전동기구부(20)와 압축기구부(30)가 설치되며, 이 전동기구부(20)와 압축기구부(30)는 크랭크 샤프트(40)에 의해 연결된다. 이 크랭크 샤프트(40)에 의해 전동기구부(20)의 회전운동이 압축기구부(30)의 왕복직선운동으로 변환되어 전달된다.

상기 크랭크 샤프트(40)는, 전동기구부(20)의 회전자(21)에 압입 결합되는 메인축부(41)와, 압축기구부(30)의 피스톤(31)과 커넥팅로드(32)의 개재하에 연결되는 크랭크부(42)가 일체로 구성된다. 도면에서 참조부호 22는 고정자, 33은 실린더블록, 그리고, 부호 34는 실린더헤드이다.

상기한 바와 같은 밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트를 제조하는 일반적인 방법은, 주물에 의해 크랭크 샤프트를 성형한 후, 이 성형품을 원하는 치수로 가공하여 제조하는 것이다. 즉, 크랭크 샤프트 주물 성형품을 만든 후 이 성형품을 도면에 준하여 황삭 및 선삭 등과 같은 절삭가공으로 흑피를 제거하고 원하는 치수를 만든다. 그런 다음 크랭크 샤프트의 강도를 증대시키기 위하여 열처리 등을 실시하고, 열처리된 제품을 재차 정삭 및 마무리 가공하여 크랭크 샤프트를 완성한다.

그러나, 상기한 바와 같은 일반적인 크랭크 샤프트 제조방법은, 주물품의 가공정도가 좋지 않기 때문에, 황삭, 선삭 및 연마 등과 같은 여러단계의 후가공을 반드시 거쳐야 하므로, 가공공수의 증가로 인한 생산성 저하 및 제조원가 상승을 초래하는 문제가 있다.

뿐만 아니라, 주물 산포의 증대로 초기 가공시 절삭량이 많아짐으로써 사이클 타임이 증가하여 생산성 저하의 원인이 되고 있으며, 또한, 소재 상태 및 경도 산포가 커서 가공시 부하 조건이 상이하고 툴의 마모가 촉진된다고 하는 문제도 있다.

또한, 일반적인 크랭크 샤프트 제조방법은, 크랭크 샤프트를 강도적으로 유리한 중공으로 제조하는 것이 어렵기 때문에, 종래 기술에 의해 제조된 크랭크 샤프트는 강도면에서 불리할 뿐만 아니라 중량이 무거워 압축기의 효율 저하를 초래하는 문제도 있다.

또한, 일반적인 크랭크 샤프트 제조방법은, 주물 성형후 성형된 주물품에 비교적 깊은 구조의 오일유로를 후가공으로 형성하여야 하기 때문에, 오일유로 가공공정의 까다로움으로 생산성이 현저하게 떨어진다고 하는 문제도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 감안하여 안출한 것으로, 산포가 일정하여 초기 절삭 가공이 필요없을 뿐만 아니라 후가공이 거의 필요없으며, 또한 오일유로 가공이 용이하게 이루어지는 등 가공공수가 대폭적으로 감소됨으로써 생산성 향상 및 제조원가 절감을 도모할 수 있는 밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 경량이면서도 고강도의 크랭크 샤프트를 제조할 수 있는 밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트 제조방법을 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 밀폐형 왕복식 압축기를 나타낸 분해 사시도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트 제조방법을 설명하기 위한 도면, 그리고,

도 3은 본 발명에 의해 제조된 밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트를 나타낸 사시도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

40;크랭크 샤프트 41;메인축부

42;크랭크부 41a,42c;오일유로

42d;환상홈

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트 제조방법은, 메인축부와 이 메인축부로부터 일정량 편심된 크랭크부를 각각 분리 형성한 후, 이 메인축부와 크랭크부를 마찰압접으로 접합시켜 제조하며, 상기 메인축부는 중공의 파이프로, 상기 크랭크부는 소결 성형품으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 중공 파이프 및 소결 성형품의 재질은 탄소(C)가 0.5% 이하로 함유된 철계합금로 이루어진다. 바람직하게는 상기 중공 파이프는 기계구조용 탄소강관 또는 자동차구조용 탄소강관으로 이루어진다.

또한, 본 발명은, 상기 크랭크부의 메인축부 결합면에 메인축부의 단부가 수용되는 환상홈을 형성하고, 이 환상홈에 메인축부의 단부를 삽입하여 두 부재를 마찰압접으로 접합하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 환상홈은 0.1∼0.5mm 정도의 반경반향 폭을 가지도록 형성됨이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트 제조방법은, 탄소강관을 인발가공하고 이 탄소강관을 일정길이로 절단한 후 이 탄소강관의 적소에 오일유로를 가공하여 중공의 파이프로 구성되는 메인축부를 준비하는 단계; 철계합금 분말을 소결하여 편심축 및 웨이트밸런서를 가지는 성형품을 형성한 후 이 성형품에 오일유로를 가공함과 아울러 성형품의 일측에 소정깊이의 환상홈을 형성하여 철계합금의 소결품으로 이루어지는 크랭크부를 준비하는 단계; 상기 메인축부와 크랭크부를 마찰용접기를 이용하여 접합시키는 단계; 접합된 크랭크 샤프트의 표면에 내식성 및 내마모성 증대를 위한 산화피막을 형성하는 단계; 및 최종 정삭가공 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트 제조방법을 설명하기 위한 도면 이고, 도 3은 본 발명에 의해 제조된 밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트를 나타낸 사시도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 크랭크 샤프트(40)는, 메인축부(41)와 이 메인축부(41)로부터 일정량 편심된 크랭크부(42)를 구비하며, 이 메인축부(41)와 크랭크부(42)가 마찰압접에 의해 접합되어 구성된다.

상기 메인축부(41)는 중공의 파이프로 구성되는데, 본 실시예에서는 인발가공된 탄소강관을 일정길이로 절단하고, 절단된 탄소강관의 소정 위치에 다수의 오일유로(41a)를 가공하여 구성된다. 이와 같이 메인축부(41)를 중공의 파이프로 구성하게 되면, 강봉에 비하여 무게를 크게 경감시킬 수 있고, 또한, 직진도가 향상되는 등 산포가 일정하게 되어, 초기 가공이 거의 필요없게 된다. 한편, 본 실시예에서는 기계구조용 탄소강관이나 자동차구조용 탄소강관을 메인축부(41)로 이용하는 예를 설명하고 있으나, 이를 꼭 한정하는 것은 아니며, 탄소(C)가 0.5% 이하로 함유된 모든 철계합금을 이용하여 중공의 파이프 형태를 가지는 메인축부(41)를 형성할 수 있다.

상기 크랭크부(42)는 편심축(42a)과 웨이트밸런서(42b)를 가지며, 철계합금분말을 소결하여 원하는 제품을 성형하는 분말야금법에 의해 형성된다. 여기서, 철계합금으로는 탄소(C)가 0.5% 이하로 함유된 모든 합금이 이용될 수 있다. 이와 같이 크랭크부(42)를 분말야금에 의한 소결품으로 제조하기 때문에, 가공정도가 좋아 후가공으로써의 절삭 가공 등을 없앨 수 있으며, 따라서, 가공공수의 감소를 도모할 수 있다. 그리고, 상기 크랭크부(42)는 편심축(42a)이 중공으로 형성되며, 이 중공으로부터 그 이면으로 관통하도록 형성된 다수의 오일유로(42c)를 구비한다. 또한, 상기 크랭크부(42)는 그 일측면, 보다 구체적으로는 상기 메인축부 결합면에 이 메인축부(41)의 단부가 수용될 수 있는 환상홈(42d)이 형성되며, 따라서, 메인축부(41)와 크랭크부(42)의 마찰압접시 상기 메인축부(41)의 단부가 상기 크랭크부(42)의 환상홈(42d)에 삽입된 상태에서 안정적으로 접합될 수 있다. 상기 환상홈(42d)은 대략 0.1∼0.5mm 정도의 반경방향 폭을 가지도록 형성된다.

상기와 같이 메인축부(41)와 크랭크부(42)를 각각 중공의 파이프 형태와 소결 성형품으로 분리 형성한 후에는 이 메인축부(41)와 크랭크부(42)를 마찰압접기를 이용하여 접합하는 바, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

크랭크부(42)는 마찰압접기의 회전부에 정센터 회전을 위한 편심척의 개재하에 장착되며, 메인축부(41)는 마찰압접기의 고정부에 예를 들어 유압실린더에 의하여 척킹되도록 장착된다. 상기 회전부는 1200∼2000rpm 정도의 고속으로 회전되며, 이와 같이 회전되는 회전부에 장착된 크랭크부(42)에 상대편인 고정부에 장착된 메인축부(41)가 이동하여 접촉됨으로써 두 부재 사이에 마찰열이 발생하게 된다. 이 마찰열이 철의 변태점 온도(약 980℃)로 되었을 때 회전을 급하게 정지시키면서 메인축부(41)를 축방향으로 강하게 가압하게 되면, 두 부재가 접합되게 된다.

이러한, 메인축부와 크랭크부의 마찰압접기를 이용한 접합에서, 본 발명에서는 파이프 형태의 메인축부와 크랭크부가 접촉하게 되므로, 접촉면적이 작아 봉 형태의 메인축부에 비하여 사이클 타임을 줄일 수 있으며, 또한, 메인축부가 크랭크부의 환상홈에 삽입된 상태에서 마찰압접이 이루어지므로, 압접시 발생되는 비드가 환상홈을 채우면서 접합이 이루어지고, 따라서, 접합강도가 증대됨은 물론 비드가 외부로 돌출되지 않으므로 접합후 비드를 제거하여야 하는 공정을 삭제할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 크랭크 샤프트의 메인축부가 인발 가공된 강관으로 이루어지기 때문에, 무게를 경감시킬 수 있을 뿐만 아니라 산포가 일정하여 초기 가공이 필요없고, 크랭크부가 소결 성형되기 때문에, 후가공이 거의 필요하지 않아 가공공수를 대폭적으로 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 크랭크부에 형성된 환상홈에 메인축부가 단부가 삽입된 상태에서 마찰압접에 의해 두 부재가 접합되기 때문에, 마찰압접시 발생되는 비드가 환상홈을 메꾸면서 접합되므로 마찰압접부분의 기공이 발생하지 않아 강도를 증대시킬 수 있으며, 용접비드가 외부로 돌출되지 않으므로 용접비드를 제거하기 위한 후공정을 없앨 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 메인축부가 파이프 형태로 이루어지기 때문에, 오일유로를 형성함에 있어서 메인축부의 반경방향으로 간단한 오일홈만을 형성하면 되므로, 종래 깊은 오일유로를 형성하는 것에 비하여 공정을 대폭 간소화시킬 수 있다.

또한, 크랭크부를 소결하여 형성하기 때문에, 가공정도가 우수하여 후가공이 거의 필요없어 가공공수를 감소시킬 수 있다.

결론적으로, 본 발명에 의하면 저비용으로 고강도의 크랭크 샤프트를 제조할 수 있게 된다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 메인축부와 이 메인축부로부터 일정량 편심된 크랭크부를 구비하는 밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트 제조방법에 있어서,

   탄소강관을 인발가공하고 이 탄소강관을 일정길이로 절단한 후 이 탄소강관의 적소에 오일유로를 가공하여 중공의 파이프로 구성되는 메인축부를 준비하는 단계;

   철계합금 분말을 소결하여 편심축 및 웨이트밸런서를 가지는 성형품을 형성한 후 이 성형품에 오일유로를 가공함과 아울러 성형품의 일측에 소정깊이의 환상홈을 형성하여 철계합금의 소결품으로 이루어지는 크랭크부를 준비하는 단계;

   상기 메인축부와 크랭크부를 마찰용접기를 이용하여 접합시키는 단계;

   접합된 크랭크 샤프트의 표면에 내식성 및 내마모성 증대를 위한 산화피막을 형성하는 단계; 및

   최종 정삭가공 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 메인축부와 크랭크부를 접합하는 단계에서 크랭크부의 환상홈에 메인축부의 단부를 삽입하여 접합함으로써 용접시 발생되는 비드에 의해 상기 환상홈이 메워지도록 하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 왕복식 압축기의 크랭크 샤프트 제조방법.