KR100448133B1

KR100448133B1 - 레이저를 이용한 커넥팅로드의 노치 성형방법

Info

Publication number: KR100448133B1
Application number: KR10-2002-0030173A
Authority: KR
Inventors: 박현수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-05-30
Filing date: 2002-05-30
Publication date: 2004-09-10
Also published as: KR20030092498A

Abstract

본 발명은 레이저를 이용한 커넥팅로드의 노치 성형방법에 관한 것으로서, 노치에 대한 정량적 평가 및 규격 기준을 마련하지 않은 상태에서, 기존의 브로우칭 가공이 아닌 레이저 절삭기를 이용하여 노치를 형성하는바, 커넥팅로드에 성형할 노치의 폭, 높이, 반경, 경사각 등과 같은 가공 조건과, 레이저 절삭기의 작동 조건을 실험을 통해 최적화한 후, 상기 레이저 절삭기의 제어부에 입력시켜 절삭가공하도록 함으로써, 기존의 브로우칭 가공 대비, 상기 커넥팅로드의 강성 및 강도를 향상시키고, 부품 변형율을 저감시키며, 또한 공정 축소 및 원가 절감을 이룰 수 있는 레이저를 이용한 커넥팅로드의 노치 성형방법에 관한 것이다.

Description

레이저를 이용한 커넥팅로드의 노치 성형방법{A method for manufacturing notch of connectingrod using laser}

본 발명은 레이저를 이용한 커넥팅로드의 노치 성형방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 노치에 대한 정량적 평가 및 규격 기준을 마련하지 않은 상태에서, 기존의 브로우칭 가공이 아닌 레이저 절삭기를 이용하여 노치를 형성하는바, 커넥팅로드에 성형할 노치의 폭, 높이, 반경, 경사각 등과 같은 가공 조건과, 레이저 절삭기의 작동 조건을 실험을 통해 최적화한 후, 상기 레이저 절삭기의 제어부에 입력시켜 절삭가공하도록 함으로써, 기존의 브로우칭 가공 대비, 상기 커넥팅로드의 강성 및 강도를 향상시키고, 부품 변형율을 저감시키며, 또한 공정 축소 및 원가 절감을 이룰 수 있는 레이저를 이용한 커넥팅로드의 노치 성형방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차 엔진용 커넥팅로드는 피스톤에 연결되어 실린더 내를 왕복하며, 팽창행정에서 고온, 고압의 가스압력을 받아 피스톤의 왕복운동을 크랭크축의 회전운동으로 바꾸어 주는 기능을 하는 엔진 시스템의 주요 구동 부품이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 커넥팅로드(100)는 크게 3부분으로 나뉘는데, 상기 커넥팅로드(100)의 일단에는 피스톤에 피스톤핀을 매개로 연결된 소단부(110), 타단에는 크랭크축에 연결되는 대단부(120) 및 컬럼(130)으로 구성되어 있다.

상기 대단부(120)에는 반원 형상으로 이루어진 캡(150)이 구비되되, 상기 캡은 그 양단에 로드(140)에 연통되는 체결홀(160)이 형성되고, 이 체결홀(160)에 볼트(170) 및 너트(180)로 고정된다.

이와같은 커넥팅로드(100)의 성형방법 중, 로드(140) 및 캡(150)의 분리 공정 측면에서 두가지로 분리되는바, 도 2에 도시된 바와 같이, 단조 후, 상기 로드(140) 및 캡(150)의 접합면을 기계가공하여 볼트(170)를 체결하는 로드 및 캡 좌면 가공식과, 도 3내지 도 5에 도시된 바와 같이, 일체형 단조 및 대단부(120)의 노치(190) 성형 후, 쐐기(200)를 박아 파단 분할하는 로드 및 캡 파단 분할식으로 분리된다.

이때, 상기 파단 분할식은 좌면 가공식 대비, 가공 공수 감소에 따른 원가 절감 등의 장점을 가지고 있는데, 효과적인 파단 분할을 위한 노치(190) 형성이 필수적이다.

상기 노치(190)의 형성은 도 4에 도시된 바와 같이, 브로우칭 가공에 의해 형성되는바, 노치에 대한 정량적 평가 및 규격 기준이 마련되어 있지 않으며, 이로인해 종래의 노치(190)홈 치수는 도 7에 도시된 바와 같이, 폭 : 0.3mm 이상, 깊이 : 0.5~0.6mm, 반경 : 0.1mm, 경사각 : 30도로 하여 형성된다.

한편, 이러한 커넥팅로드(100)의 노치(190) 형성과정은 매우 중요한데, 그 이유는 노치(190) 형상 및 노치(190) 부여방식에 따라 커넥팅로드(100)가 용이하게 분할될 수 있는 지 여부가 결정되기 때문이다.

그런데, 종래의 파단 분할식은 대단부(120)를 브로우칭 가공하여 노치(190)를 형성하여 파단 분할 시, 고하중이 요구되며, 효율적인 응력 집중이 되지 않아 파단면 주위에 소성 변형을 일으키는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 커넥팅로드에 성형할 노치의 폭, 높이, 반경, 경사각 등과 같은 가공 조건과, 레이저 절삭기의 작동 조건을 실험을 통해 최적화한 후, 상기 레이저 절삭기의 제어부에 입력시키고, 그 입력된 데이타를 제어신호로 변환시켜 절삭가공하도록 함으로써, 기존의 브로우칭 가공 대비, 상기 커넥팅로드의 강성 및 강도를 향상시키고, 부품 변형율을 저감시키며, 또한 공정 축소 및 원가 절감을 이룰 수 있는 레이저를 이용한 커넥팅로드의 노치 성형방법를 제공하는데 그 안출의 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 커넥팅로드의 노치 성형을 나타내는 사시도

도 2는 일반적인 종래의 로드 및 캡 좌면 가공식 커넥팅로드를 나타내는 사시도

도 3은 일반적인 종래의 로드 및 캡 파단 분할식 커넥팅로드를 나타내는 평면도

도 4는 브로우칭 방식에 의한 커넥팅로드의 노치 성형을 나타내는 사시도

도 5는 쐐기에 의한 쪼갬 가공을 나타내는 측단면도

도 6은 분할된 로드 및 캡을 나타내는 평면도

도 7은 노치의 폭, 높이, 반경, 경사각을 나타내는 도면

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 커넥팅로드 10a : 로드

10b : 캡 11 : 노치

20 : 레이저 절삭기

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 커넥팅로드의 노치를 성형함에 있어서,

컴퓨터의 제어부에 입력된 상기 노치(11)에 대한 상세치수와 레이저 절삭기(20)의 작동 조건을 상기 레이저 절삭기(20)의 제어부에 제어신호로 변환하여 전송하고, 상기 제어신호를 전달받은 레이저 절삭기(20)의 구동부가 그 입력된 신호를 기준으로 절삭 가공하여 성형하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 노치(11)에 대한 상세치수는 폭 : 0.05~0.2mm, 깊이 : 0.3~0.5mm, 반경 : 0.05~0.2mm, 경사각 : 45~90도인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 레이저 절삭기(20)의 작동 조건은 주파수 : 20~50 Hz, 유지시간: 0.1~0.6 ms, 전력 : 0.5~4kW, 피드속도 : 100~500mm/min, 송풍량 : 0.1~2 bar인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 레이저를 이용한 커넥팅로드의 노치 성형을 나타내는 사시도이다.

본 발명에 따른 커넥팅로드(10)에 노치(11)를 형성하기 위해 우선, 상기 커넥팅로드(10)를 지그장치(미도시) 위에 장착하여 고정시킨 후, 컴퓨터 제어에 의해 작동되는 레이저 절삭기(20)를 구비하게 된다.

상기 레이저 절삭기(20)는 커넥팅로드(10)의 노치(11)를 성형함에 있어서, 컴퓨터의 제어부에 입력된 노치에 대한 상세치수 및 레이저 절삭기(20)의 작동 조건을 레이저 절삭기(20)의 제어부에 제어신호로 변환하여 전송하면, 제어신호를 전달받은 레이저 절삭기(20)의 구동부는 그 입력된 신호를 기준으로 절삭 가공하여 성형하게 된다.

이때, 상기 커넥팅로드(10)의 노치(11)에 대한 상세치수 및 레이저 절삭기(20)의 작동 조건은 레이저 노칭 시, 최적의 조건으로 설정되어 있어야만 적정 노치(11)를 형성할 수 있기 때문에 로드(10a) 및 캡(10b)의 용이한 파단 분할의 관건이 된다.

이와 같은 노치에 대한 상세치수는 실험을 통해 최적 조건을 구한 바, 최적 조건은 표 1과 같다.

이때, 노치(11)에 대한 상세치수에 있어, 폭이 0.05mm 미만이거나 0.2mm 초과면 파단 시, 필요한 하중이 증가하므로 소성 변형의 문제가 발생될 우려가 있다.

깊이가 0.3mm 미만이면 소성 변형의 문제가 있고, 0.5mm 초과면 연삭 후에도 노치가 잔류하므로 저어널 베어링과의 매칭성 및 윤활성능 문제가 있으며, 반경이 0.05mm 미만이거나 0.2mm 초과면 원활하지 못한 파단 분할 발생 등의 문제가 있게 된다.

또한, 경사각이 45도 미만이면 효율적인 노치 깊이 및 폭 등이 형성되기 어렵고, 90도 초과면 파단 분할 하중의 증가로 소성변형의 위험이 있다.

한편, 레이저 절삭기(20)의 작동조건에 있어서, 주파수가 20~50Hz 범위가 아니면 적정수준의 노치 폭이 얻어지기 어렵고, 유지시간이 0.1~0.6ms 범위가 아니면 노치면 주위의 표면상태가 불균일하고, 청결치 못하게 되며, 전력이 0.5~4kW 범위 및 피드속도가 100~500mm/min 범위가 아니면 최적의 노치깊이 및 형상을 얻기가 힘들게 된다.

또한, 송풍량이 0.1~2 bar 범위가 아니면 충분한 냉각이 되지 않아 재질변화 등의 문제가 있게 된다.

상기와 같은 작동 조건을 갖는 레이저 절삭기(20)는 통상 로봇 기술과 함께 사용되어 가공 대상물과 가공내용의 데이터를 입력하므로서 가공수단으로 조작 등의 가공이 이루어지는 것으로, 이와 같이, 레이저 절삭기(20)와 함께 사용되는 로봇기술 등의 구성과 작용 등은 극히 일반적인 것이며, 본 발명은 전술한 레이저 가공기술을 이용하여 커넥팅로드(10)의 노치(11)를 성형함에 그 특징이 있는 것으로, 상기 커넥팅로드(10)의 강성 및 강도를 향상시키고, 부품 변형율을 저감시키며, 또한 공정 축소 및 원가 절감을 이룰 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 커넥팅로드의 노치를 성형함에 있어 종래의 로드 및 캡의 파단 분할식을 배제하고, 대신에 레이저를 이용하여 성형하므로 커넥팅로드의 강도 및 강성을 각각 10%와 20%를 향상시킬 수 있으며, 기존 성형방법 대비, 변형 저감율이 1/4로 저감되어 진원도 개선이 뚜렷하며, 현 양산 가공 사양 대비, 25% 절감효과를 이뤄 원가 절감을 기대할 수 있는 효과가 있다.

Claims

삭제
컴퓨터의 제어부에 입력된 상기 노치(11)에 대한 상세치수와 레이저 절삭기(20)의 작동 조건을 상기 레이저 절삭기(20)의 제어부에 제어신호로 변환하여 전송하고, 상기 제어신호를 전달받은 레이저 절삭기(20)의 구동부가 그 입력된 신호를 기준으로 절삭 가공하여 성형하는 레이저를 이용한 커넥팅로드의 노치 성형방법에 있어서,

상기 노치(11)에 대한 상세치수는 폭 : 0.05~0.2mm, 깊이 : 0.3~0.5mm, 반경 : 0.05~0.2mm, 경사각 : 45~90도인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 커넥팅로드의 노치 성형방법.
제 2 항에 있어서, 상기 레이저 절삭기(20)의 작동 조건은 주파수 : 20~50 Hz, 유지시간 : 0.1~0.6 ms, 전력 : 0.5~4kW, 피드속도 : 100~500mm/min, 송풍량 : 0.1~2 bar인 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 커넥팅로드의 노치 성형방법.