KR100608534B1 - Friction welding method and apparatus for bulk metallic glass - Google Patents
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Abstract
본 발명은 벌크 비정질 금속재의 마찰 용접 방법 및 장치에 관한 것으로서,The present invention relates to a friction welding method and apparatus for a bulk amorphous metal material,
회전 척(12-1)에 회전 측 금속재(m1)를 물려 고정시키는 단계와, 공압 그립퍼(13-1)에 가압 측 금속재(m2)를 물리고 공기 압력을 인가하여 고정시키는 단계와, 제어부(18) 상의 컴퓨터 장비(18-1) 등에 작업 조건을 설정, 입력하는 단계와, 상기 회전 척(12-1) 및 그에 물린 회전 측 금속재(m1)를 일정 속도로 회전시키는 단계와, 상기 공압 그립퍼(13-1)를 선형 이동시켜 그에 물린 가압 측 금속재(m2)를 상기 회전 측 금속재(m1) 쪽으로 가압하는 단계와, 가압에 따른 용접 완료 시점에 이르러 상기 공압 그립퍼(13-1) 상의 공기 압력을 해제하는 단계와, 구동부(12) 상 주축 회전을 정지시키는 단계를 포함하여 구성되는 마찰 용접 방법 및 그 실시를 위한 마찰 용접 장치를 제공함에 따라, A step of biting and fixing the rotating side metal member m1 to the rotary chuck 12-1, biting the pressing side metal member m2 to the pneumatic gripper 13-1, and applying and fixing air pressure to the control unit 18 Setting and inputting a working condition to computer equipment 18-1 on the crankshaft, rotating the chuck 12-1 and the rotating side metal material m1 at a constant speed, and the pneumatic gripper 13-1) to linearly move and pressurize the pressurized side metal material m2 toward the rotating side metal material m1 and pressurize the air pressure on the pneumatic gripper 13-1 to the completion of welding due to the pressurization. By providing a friction welding method comprising the step of releasing and stopping the rotation of the spindle on the drive unit 12 and the friction welding apparatus for its implementation,
벌크 비정질 금속재와 같은 특이성 재료의 마찰 용접 시에 있어서도 매우 높은 접합 강도를 얻을 수 있으며, 그 결과, 우수한 기계적, 열적 특성을 갖는 벌크 비정질 금속재의 가공성 증대 및 그에 따른 응용 범위의 대폭적 확대를 기대할 수 있다. In the case of friction welding of specific materials such as bulk amorphous metal materials, very high bond strength can be obtained. As a result, it is expected to increase the workability of bulk amorphous metal materials having excellent mechanical and thermal properties and to greatly expand the application range. .
벌크 비정질 금속, 마찰 용접. Bulk amorphous metal, friction welding.
Description
도 1 은 종래의 연속 구동형 마찰 용접 공정 중에 있어 하중 및 주축 회전수 변화를 각각 나타낸 그래프, 1 is a graph showing a change in load and spindle speed in the conventional continuous drive friction welding process, respectively,
도 2 는 종래의 관성형 마찰 용접 공정 중에 있어 하중 및 주축 회전수 변화를 각각 나타낸 그래프, 2 is a graph showing the load and the spindle speed change respectively in the conventional inertial friction welding process,
도 3 은 본 발명 실시예에 따른 벌크 비정질 금속재의 마찰 용접 공정도,3 is a friction welding process diagram of a bulk amorphous metal material according to an embodiment of the present invention,
도 4 는 본 발명 실시예에 따른 벌크 비정질 금속재의 마찰 용접 공정 중에 있어 하중 및 주축 회전수 변화를 각각 나타낸 그래프, Figure 4 is a graph showing the load and the spindle speed change, respectively, during the friction welding process of the bulk amorphous metal material according to an embodiment of the present invention,
도 5 는 본 발명 실시예에 따른 벌크 비정질 금속재의 마찰 용접 장치의 정면도, 5 is a front view of a friction welding apparatus of a bulk amorphous metal material according to an embodiment of the present invention;
도 6 은 본 발명 실시예에 따른 벌크 비정질 금속재의 마찰 용접 장치의 평면도이다. 6 is a plan view of a friction welding apparatus of a bulk amorphous metal material according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 마찰 용접 장치 11 : 베드 1: friction welding device 11: bed
12 : 구동부 12-1 : 회전 척 12: drive unit 12-1: rotary chuck
13 : 가압부 13-1 : 공압 그립퍼 13 pressurization portion 13-1: pneumatic gripper
13-2 : 근접 센서 14 : 가압력 전달부 13-2: proximity sensor 14: pressing force transmission unit
14-1 : 가압봉 14-2 : 공압 액츄에이터 14-1: Pressure Bar 14-2: Pneumatic Actuator
15 : 가압부 위치 조절부 15-1 : 핸들 15: pressurizing unit position adjusting unit 15-1: handle
16 : 공기 압력 전달부 16-1 : 공기 압력 배관 16: air pressure transmission unit 16-1: air pressure piping
16-2 : 솔레노이드 밸브 17 : 컴프레셔 16-2: solenoid valve 17: compressor
18 : 제어부 19 : 전원부 18: control unit 19: power supply
m1 : 회전 측 금속재 m2 : 가압 측 금속재 m1: rotating side metal material m2: pressing side metal material
본 발명은 벌크 비정질 금속재의 마찰 용접 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 용접 시의 결정화 현상이 발생하지 않음은 물론 우수한 접합 강도를 나타내는 바람직한 형태의 마찰 용접 방법 및 장치에 관한 발명이다. The present invention relates to a friction welding method and apparatus for a bulk amorphous metal material. More particularly, the present invention relates to a friction welding method and apparatus of a preferred embodiment in which crystallization phenomenon at the time of welding does not occur and exhibits excellent bonding strength.
두 개의 금속재 사이에 마찰열을 발생시킴과 아울러 이들을 상호 가압함으로써 용융 접합, 즉 용접시키는 가공 기술을 마찰 용접이라 한다. Friction welding is a processing technique in which a frictional heat is generated between two metal materials and they are mutually pressurized to melt-bond, that is, weld.
이러한 마찰 용접은 이종 재료 간 용접이 가능함은 물론, 접합 강도가 우수하고 공정 제어가 간편하며, 경제성 또한 높아서 각종 기계 부품의 제작에 널리 이용되고 있다. Such friction welding is not only capable of welding between different materials, but also has excellent bonding strength, easy process control, and high economical efficiency.
마찰 용접의 기본 원리는, 간단히 말하자면, 상대 회전 운동하는 두 개의 금속재를 서로 맞댐에 따라 그 접촉면에 발생하는 마찰열로 인하여 이들 금속재가 국 부적 용융 상태를 거쳐 상호 접합되는 이치이다. The basic principle of friction welding is, in simple terms, the reason that these metals are joined together via local melting due to the frictional heat generated at the contact surfaces of the two metals in relative rotational motion.
상기 마찰 용접은 상대 회전 운동의 형태, 정지 방법 등에 따라 여러 종류가 있으나, 크게는 연속 구동형과 관성형으로 구분하는 것이 보통이다. The friction welding may be of various types depending on the type of the relative rotational motion, the stopping method, etc., but it is generally divided into a continuous drive type and an inertia type.
우선, 연속 구동형 마찰 용접 방법을 설명하면 다음과 같다. First, the continuous drive friction welding method will be described.
하나의 용접 대상 금속재를 위치 고정된 구동부 상의 회전 척(chuck)에 물리는 한편 다른 하나의 용접 대상 금속재를 선형 이동 가능한 가압 척에 물린 다음, 구동부 상의 회전 척을 가동시켜 상기 하나의 금속재를 일정 속도로 회전시킨다. While one metal to be welded is pinched by a rotary chuck on a fixed position drive, the other metal to be welded is bitten by a linearly movable pressure chuck, and then the rotary chuck on the drive is operated to move the one metal at a constant speed. Rotate
이어서, 가압 척 상의 상기 다른 하나의 금속재를 고속 회전 중인 회전 척 상의 금속재 쪽으로 이동시켜 가압함으로써 이들 사이에 마찰열을 발생시킨다. Subsequently, the other metal material on the pressure chuck is moved toward the metal material on the rotating chuck which is rotating at high speed to press the metal material to generate frictional heat therebetween.
이하의 설명 과정 중에 있어서는, 상기 회전 척에 물린 용접 대상 금속재를 회전 측 금속재, 상기 가압 척에 물린 용접 대상 금속재를 가압 측 금속재라 한다. In the following description process, the welding target metal material bitten by the said rotary chuck is called a rotating side metal material, and the welding target metal material bitten by the said pressure chuck is called a pressurizing side metal material.
마찰 접촉부가 적정 온도로 가열되었을 때 브레이크를 사용하여 상기 구동부 상의 주축을 급정지시킴과 동시에 상기 가압 측 금속재를 회전 측 금속재 쪽으로 더욱 가압하면, 상기 접촉부의 마찰열이 현저히 상승함에 따라 두 금속재 사이의 용융 접합, 즉 용접이 이루어지게 된다. When the frictional contact is heated to an appropriate temperature, a brake is used to suddenly stop the main shaft on the drive unit and further pressurize the pressing side metal material toward the rotating side metal material, and as the frictional heat of the contact portion rises significantly, the fusion bonding between the two metal materials occurs. That is, welding is performed.
상기 관성형 마찰 용접 방법의 경우, 하나의 용접 대상 금속재를 플라이휠(flywheel)이 구비된 회전 척에 물리는 한편 다른 하나의 용접 대상 금속재를 선형 이동 가능한 가압 척 상 물린 다음 플라이휠, 회전 척 및 그에 물린 금속재를 일정 속도에 이를 때까지 회전시킨다. In the case of the inertial friction welding method, one metal to be welded is bitten by a rotary chuck equipped with a flywheel, while the other metal to be welded is bitten on a pressurized chuck linearly movable, and then the flywheel, the rotary chuck and the metal bite thereof. Rotate until it reaches a certain speed.
이어서, 클러치를 사용하여 상기 플라이휠을 구동부 상의 주축으로부터 분리 시킴과 동시에 가압 측 금속재를 고속 회전 중인 회전 측 금속재에 대하여 일정 압력으로 가압하면, 마찰 저항으로 인하여 플라이휠 회전 속도가 점차 감소되는 한편, 역시 접촉부의 마찰열 상승으로 인하여 두 금속재 사이의 용접이 이루어진다.Subsequently, when the flywheel is separated from the main shaft on the driving unit by using a clutch and the pressurizing side metal material is pressurized to a constant pressure against the rotating side metal material which is rotating at high speed, the flywheel rotational speed is gradually reduced due to the frictional resistance, while also the contact portion Due to the increase in frictional heat, welding between the two metals takes place.
상기 연속 구동형 마찰 용접 및 관성형 마찰 용접 공정 중에 있어 하중 및 주축 회전수 변화를 각각 나타낸 도 1 및 도 2 를 참조로 하여 이들 두 가지 마찰 용접 방법이 갖는 공정 상 차이점을 살펴보면 다음과 같다. The process differences between the two friction welding methods will be described below with reference to FIGS. 1 and 2, which show load and spindle speed changes, respectively, during the continuous driven friction welding and inertia friction welding processes.
연속 구동형 마찰 용접의 경우 용접이 진행되는 동안 금속재 간 마찰 접촉부에 2 단계 하중, 즉 마찰력 및 가압력이 작용하는 반면, 관성형 마찰 용접의 경우 단일 하중, 즉 용접력만이 작용하는 특징이 있다. In the case of continuous driven friction welding, two-stage loads, that is, friction and pressing force, are applied to the frictional contact between the metals during welding, while inertial friction welding has only a single load, that is, welding force.
또한, 연속 구동형 마찰 용접의 경우 주축 회전수가 급격히 감소되는 반면, 관성형 마찰 용접의 경우 점진적으로 감소되는 특징이 있다. In addition, in the case of continuous driven friction welding, the spindle speed is sharply reduced, whereas in the case of inertial friction welding, it is gradually reduced.
한편, 마찰 용접에 있어서의 조건 인자로서는 마찰 압력, 마찰 시간 및 주축 회전수 등이 있으며, 용접 대상 재질별로 각각 다른 용접 방법 및 공정 조건을 선택하게 된다.On the other hand, the condition factors in friction welding include friction pressure, friction time, spindle speed, and the like, and different welding methods and process conditions are selected for each material to be welded.
종래의 상용 결정질 금속재에 대해서는 최적의 용접 방법 및 공정 조건이 알려져 있으며, 연강, 스테인리스강, 알루미늄, 합금강 등 여러 재료에서 우수한 결과를 얻고 있다. For conventional commercial crystalline metal materials, an optimum welding method and process conditions are known, and excellent results have been obtained in various materials such as mild steel, stainless steel, aluminum, and alloy steel.
여기서, 본 발명에 따른 마찰 용접 방법 및 장치의 적용 대상이 되는 벌크 비정질 금속재에 관하여 언급하면, 벌크 비정질 금속재는 무정형의 결정 구조로 인하여 통상의 결정질 금속재에 비하여 상당히 낮은 온도 영역에서 우수한 가공성(유 리상 전이 및 초소성 변형 거동)을 나타내는 특징이 있다. Here, when referring to the bulk amorphous metal material to which the friction welding method and apparatus according to the present invention are applied, the bulk amorphous metal material has excellent workability in the region of temperature considerably lower than that of the normal crystalline metal material due to the amorphous crystal structure. Transition and superplastic deformation behavior).
그런 반면, 재질적 특성으로 인하여 제작 가능 치수가 수 cm에 불과한 관계로, 실용화에는 많은 제약이 따랐다. On the other hand, due to the material properties, the manufacturing possible dimensions are only a few cm, a lot of restrictions were put to practical use.
이러한 치수상의 제한 문제를 해결하기 위한 방편으로서 소재 접합이 필요하게 되는데, 상기 벌크 비정질 금속재의 경우, 상용 결정질 금속재와 상이한 원자 구조를 갖는 관계로, 마찰 용접 시에 있어서도 특이한 기계적, 열적 특성을 나타내게 된다. In order to solve this problem of dimensional limitations, material bonding is required. In the case of the bulk amorphous metal material, it has a different atomic structure from that of a commercial crystalline metal material, and thus exhibits unique mechanical and thermal properties even during friction welding. .
예를 들면, 벌크 비정질 금속재는 통상의 결정질 금속재의 마찰 용접 시 요구되는 높은 주축 회전수(3000 RPM 이상)와 긴 마찰 접촉 시간(10 초 이상)을 필요로 하지 않는다. For example, bulk amorphous metal materials do not require the high spindle speed (3000 RPM or more) and long friction contact time (10 seconds or more) required for friction welding of conventional crystalline metal materials.
그 결과, 종래의 마찰 용접 방법 및 장치를 이용하여 상기 벌크 비정질 금속재를 마찰 용접함에 있어서는 상당한 어려움이 불가피했다. As a result, considerable difficulties were inevitable in friction welding the bulk amorphous metal material using conventional friction welding methods and apparatus.
즉, 높은 회전수와 고성능의 제동 시스템을 구비한 통상의 마찰 용접 장치를 벌크 비정질 금속재의 마찰 용접에 사용하자면, 연속 구동형 마찰 용접의 경우 매우 고성능의 브레이크를 필요로 하는 반면, 관성형 마찰 용접의 경우 마찰 및 용접 시간의 제어에 큰 어려움이 따르게 된다. In other words, if the conventional friction welding apparatus having a high rotational speed and a high performance braking system is used for friction welding of bulk amorphous metal, continuous driven friction welding requires a very high performance brake, while inertia friction welding is required. In case of friction, the control of friction and welding time is very difficult.
따라서, 통상의 결정질 금속재와는 매우 다른 특성을 갖는 상기 벌크 비정질 금속재의 마찰 용접에 적합한 마찰 용접 방법 및 장치에 대한 필요성이 대두되어 왔었다. Accordingly, there has been a need for a friction welding method and apparatus suitable for friction welding of the bulk amorphous metal material, which has properties very different from those of ordinary crystalline metal materials.
본 발명은 이러한 종래의 문제점 내지 필요성을 감안하여 안출한 것으로서, 재질적 특수성을 띤 벌크 비정질 금속재의 용접에 적합한 마찰 용접 방법 및 그 실시를 위한 장치를 제공하는 데 본 발명의 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems and needs, and an object of the present invention is to provide a friction welding method suitable for welding a bulk amorphous metal material having material properties and an apparatus for implementing the same.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 구동부 상 주축과 연결된 회전 척 및 그에 물린 용접 대상 금속재, 즉 회전 측 금속재를 계속 회전시키는 한편 선형 이동 가능한 공압 그립퍼(gripper)에 물린 다른 하나의 용접 대상 금속재, 즉 가압 측 금속재를 상기 회전 측 금속재 쪽으로 이동시켜 일정 압력으로 가압한 다음, 용접 완료 시점에 이르러 상기 공압 그립퍼 상의 공기 압력을 해제함으로써 가압 측 금속재를 완전 물림 해제시키는 것을 특징으로 하는 마찰 용접 방법 및 그 실시를 위한 장치를 개발함으로써 달성된다. The object of the present invention as described above, the rotary chuck connected to the main shaft on the drive unit and the metal to be welded, that is, the other metal to be welded by the pneumatic gripper which is continuously rotated while rotating the metal on the rotating side, namely Friction welding method and its implementation, characterized in that the pressurized side metal material is moved to the rotating side metal material and pressurized at a predetermined pressure, and then the pressurized side metal material is completely bite-released by releasing the air pressure on the pneumatic gripper when the welding is completed. It is achieved by developing a device for.
즉, 본 발명의 벌크 비정질 금속재용 마찰 용접 방법에 따르면, 금속재 사이의 용융 접합이 진행되는 동안 구동부 상의 주축 회전 속도를 계속 유지함과 아울러, 선형 이동 가능 구조의 공압 그립퍼를 사용하여 상기 가압 측 금속재를 고정 및 가압하는 특징이 있다. That is, according to the friction welding method for the bulk amorphous metal material of the present invention, the pressurized side metal material is maintained by using a pneumatic gripper of a linearly movable structure while maintaining the rotational speed of the spindle on the driving portion while the fusion bonding between the metal materials is performed. It is characterized by fixed and pressurized.
장치 측면에서 본다면, 본 발명의 마찰 용접 장치는, 상기 회전 척과 마주보는 상태로 배치된 선형 이동 가능 구조의 공압 그립퍼로서 종래의 가압 척을 대체한 특징이 있다. In terms of the apparatus, the friction welding apparatus of the present invention is characterized by replacing a conventional pressure chuck as a pneumatic gripper of a linearly movable structure disposed facing the rotary chuck.
즉, 종래의 마찰 용접 장치를 구성하는 가압 척이 그에 물린 용접 대상 금속제, 즉 가압 측 금속재를 고정 및 가압하는 기능만을 갖는 반면, 본 발명의 마찰 용접 장치를 구성하는 상기 공압 그립퍼는 가압 측 금속재를 고정 및 가압하는 기능을 가짐은 물론, 가압에 따른 마찰 용접이 완료됨과 동시에 상기 가압 측 금속재에 대한 구속 상태, 즉 물림을 완전 해제함으로써 금속재, 즉 가공물의 비틀림에 의한 손상을 최소화하는 특징이 있다. That is, while the pressure chuck constituting the conventional friction welding apparatus has only a function of fixing and pressing the welding target metal, that is, the pressing side metal member, the pneumatic gripper constituting the friction welding apparatus of the present invention uses the pressing side metal member. As well as having a function of fixing and pressing, the friction welding according to the press is completed and at the same time, the restraint state on the pressing-side metal material, that is, by completely releasing the bite is characterized by minimizing damage due to the twist of the metal material, that is, the workpiece.
이하, 본 발명 실시예의 마찰 용접 방법 및 장치를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a friction welding method and apparatus of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3 의 공정도에 나타낸 바와 같이, 본 발명 실시예의 마찰 용접 방법은, 회전 척에 용접 대상 금속재를 물려 고정시키는 단계와, 공압 그립퍼에 다른 용접 대상 금속재를 물리고 공기 압력을 인가하여 고정시키는 단계와, 제어부 상의 컴퓨터 장비 등에 작업 조건을 설정, 입력하는 단계와, 상기 회전 척 및 그에 물린 회전 측 금속재를 일정 속도로 회전시키는 단계와, 상기 공압 그립퍼를 선형 이동시켜 그에 물린 가압 측 금속재를 상기 회전 측 금속재 쪽으로 가압하는 단계와, 가압에 따른 용접 완료 시점에 이르러 상기 공압 그립퍼 상의 공기 압력을 해제하는 단계와, 구동부 상 주축 회전을 정지시키는 단계를 포함하여 구성된다. As shown in the process diagram of Figure 3, the friction welding method of the embodiment of the present invention, the step of clamping the metal material to be welded to the rotary chuck, the step of biting the other metal material to be welded to the pneumatic gripper and applying air pressure to fix it; Setting and inputting working conditions to computer equipment on a control unit; rotating the rotating chuck and the rotating metal on the bite at a constant speed; and linearly moving the pneumatic gripper to move the pressurized metal on the rotating side to the rotating metal. Pressurizing toward the side; releasing the air pressure on the pneumatic gripper to a welding completion point according to the pressing; and stopping the rotation of the spindle on the drive unit.
상기 공정도 상에 있어 종래와 크게 상이한 부분은 공압 그립퍼 상의 공기 압력 해제 관련 단계로서, 종래의 연속 구동형 또는 관성형 마찰 용접 방법의 경우 사실상의 용접 완료 후에도 상기 가압 척이 용접 대상 금속재를 계속 물고 있었던 반면, 본 발명에 있어서는, 용접 완료 시점에 이름과 동시에 상기 공압 그립퍼 상의 공기 압력을 해제함으로써 가압 측 금속재를 즉시 물림 해제시켜 버린다. A significantly different part of the process diagram is the step related to the release of air pressure on the pneumatic gripper, and in the case of the conventional continuous drive or inertia friction welding method, the pressure chuck continues to bite the metal to be welded even after the actual welding is completed. On the other hand, in the present invention, the pressurized side metal material is immediately released by releasing the air pressure on the pneumatic gripper at the same time as the welding completion point.
이로써, 용접 대상 금속재 간 마찰 접촉부에 결정화가 초래될 정도의 불필요 열량이 발생 또는 잔류하는 것을 방지할 수 있다. Thereby, unnecessary calorie | heat amount to the extent that crystallization is caused in the frictional contact part between the metal objects to be welded can be prevented from occurring or remaining.
도 4 는 본 발명 실시예에 따른 마찰 용접 공정 중에 있어 하중 및 주축 회전수 변화를 그래프(graph)로 나타낸 것이다. 4 is a graph showing the change in load and spindle speed during the friction welding process according to the embodiment of the present invention.
도시한 바와 같이, 마찰 용접이 진행되는 동안 주축 회전수는 물론 마찰력 및 파지력 역시 변동이 없다. As shown, the frictional force and the gripping force as well as the spindle speed during the friction welding are unchanged.
여기서, 파지력이라 함은 공압 그립퍼가 그 중앙부에 삽입된 용접 대상 금속재, 즉 가압측 금속재를 잡아주는 하중을 의미한다. Here, the gripping force refers to a load for holding the welding target metal material, that is, the pressing side metal material, inserted into the center portion of the pneumatic gripper.
한편, 상기 마찰력 및 파지력의 해제 시점이 정확히 일치할 수 있는 것은 이들 작업이 공히 상기 공압 그립퍼 및 액츄에이터에 의하여 수행되기 때문이다. On the other hand, the release time of the friction force and the gripping force can be exactly matched because these operations are performed by the pneumatic gripper and the actuator.
즉, 적정 수준의 가압 및 그에 따른 용접이 이루어지고 나면, 상기 공압 그립퍼 및 액츄에이터에 대한 공기 압력을 해제함에 따라 그 즉시 파지력 및 마찰력의 동시 해제가 이루어지는 것이다. That is, after the appropriate level of pressurization and welding is performed, the gripping force and the frictional force are simultaneously released as the air pressure for the pneumatic gripper and the actuator is released.
이어서, 본 발명 실시예의 마찰 용접 장치를 나타낸 정면도 및 평면도인 도 5 및 도 6 을 참조로 하여 본 발명 실시예의 마찰 용접 장치를 설명한다. Next, the friction welding apparatus of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 and 6, which are front and plan views showing the friction welding apparatus of the embodiment of the present invention.
도면에 따르면, 본 발명의 마찰 용접 장치는(1), 장치의 바닥면을 형성하는 동시에 각각의 작동부를 지탱하는 베드(bed, 11)와, 회전 측 금속재(m1)를 잡아주는 회전 척(12-1)을 포함하며 베드(11) 상의 한쪽 선단에 고정된 구동부(12)와, 회전 척(12-1)과 마주보는 위치로서 가압 측 금속재(m2)를 잡아주는 공압 그립퍼(13-1)를 포함하며, 상기 베드(11) 상의 레일(11-1)을 따라 선형 이동 가능한 가압부(13)와, 가압봉(14-1) 및 공압 액츄에이터(actuator)(14-2)를 포함하는 가압력 전 달부(14)를 매개로 상기 가압부(13)와 연결된 구조로서, 상기 베드(11) 상의 다른 쪽 선단에 배치된 가압부 위치 조절부(15)와, 공기 압력 배관(16-1) 및 솔레노이드 밸브(solenoid valve)(16-2)를 포함하는 공기 압력 연결부(16)를 매개로 상기 가압부 위치 조절부(15)와 연결된 구조로서, 상기 공압 그립퍼(13-1) 및 공압 액츄에이터(14-2)에 각각 공기 압력을 공급하는 컴프레셔(compressor)(17)와, 상기 공압 그립퍼(13-1) 및 공압 액츄에이터(14-2)를 포함하는 각 부분의 작동을 제어하는 제어부(18)와, 장치 전체에 전력을 공급하는 전원부(19)를 포함하는 구성으로 되어 있다.According to the drawings, the friction welding device of the present invention 1 comprises a
상기 공압 그립퍼(13-1) 하방에는 근접 센서(sensor)(13-2)가 장착되어 있으며, 이는 공압 그립퍼(13-1)의 선형 이동량, 즉 가압 측 금속재(m1)의 이동 거리를 감지하여 제어부(18)로 알려주는 역할을 한다.A proximity sensor 13-2 is mounted below the pneumatic gripper 13-1, which senses a linear movement amount of the pneumatic gripper 13-1, that is, a moving distance of the pressing side metal material m1. It informs the control unit 18.
상기 공압 액츄에이터(14-2)는 그 내부에 복동식 공압 실린더(도시하지 않음)를 구비하며, 공압 실린더 선단부에는 상기 가압봉(14-1)의 후단부가 연결된다.The pneumatic actuator 14-2 has a double-acting pneumatic cylinder (not shown) therein, and a rear end of the pressurizing rod 14-1 is connected to the pneumatic cylinder tip.
상기 가압부 위치 조절부(15)는 공압 그립퍼(13-1)를 포함하는 상기 가압부(13) 전체를 이동시키는 역할을 하며, 도면상 우측단의 핸들(15-1)을 돌려 이를 행한다. The pressing unit
또한, 상기 컴프레서(17) 및 솔레노이드 밸브(16-2)로부터의 공기 압력을 받아 공압 액츄에이터(14-2)가 작동함에 따라 그 선단의 공압 실린더(13-1)를 좌우로 이동시키는 상기 가압봉(14-1) 외주부에는 다수의 강구가 감싼 형태의 볼 부시(ball bush), 즉 선형 베어링(14-3)을 배치함으로써, 용접 대상 금속재(m1, m2) 사 이의 마찰 접촉이 진행되는 동안의 진동을 완화시켜 주는 것이 바람직하다. In addition, as the pneumatic actuator 14-2 is operated by receiving air pressure from the
본 발명 실시예의 벌크 비정질 금속재용 마찰 용접 장치(1)를 구성하는 상기 공압 그립퍼(13-1)는 프로텍(Pretec) 사의 제널럴 핸드(general hand) PH14-80형으로서, 사용 공기 압력 5 kgf/cm2 하에서 이론 파지력은 156 kgf - 179 kgf 이다. The pneumatic gripper 13-1 constituting the friction welding device 1 for the bulk amorphous metal material of the embodiment of the present invention is a general hand PH14-80 type manufactured by Pretec, and has a working air pressure of 5 kgf / The theoretical gripping force under cm2 is 156 kgf-179 kgf.
상기 본 발명 실시예의 마찰 용접 장치에 있어 상기 근접 센서(13-2)는 고주파 발진형 DC 3 선식 센서로서, 오토닉스(Autonics)사 PR12-4형을 사용했다. In the friction welding apparatus of the said Example of this invention, the said proximity sensor 13-2 used the PR12-4 type of Autonics company as a high frequency oscillation type DC 3-wire sensor.
근접 센서의 이용 형태 내지 원리를 보다 구체적으로 설명하면, 벌크 비정질 금속재의 경우 상당히 짧은 마찰 시간에도 불구하고 우수한 초소성 변형에 따른 산화부를 마찰 접촉 경계부 상의 돌출부 형태로 방출함으로써 높은 접합 강도를 갖게 되는 특성이 있는데, 상기 가압 측 금속재가 설정값 이상 회전 측 금속재 쪽으로 이동하면, 이를 상기 돌출부의 생성, 즉 양호한 용접 완료로 간주하고 작업을 종료하는 것이다. In more detail, the use form or principle of the proximity sensor, in the case of the bulk amorphous metal material, in spite of a fairly short friction time, the characteristics of high bonding strength by releasing the oxidized portion due to excellent superplastic deformation in the form of a protrusion on the frictional contact boundary In this case, when the pressing side metal material is moved toward the rotation side metal material by more than a set value, it is regarded as the generation of the protrusion, that is, a good welding completion, and the operation is finished.
한편, 도면부호“18-1”및“18-2”는 상기 제어부(18)를 구성하는 주요 부분으로서의 컴퓨터(computer) 장비 및 제어 패널(panel)을, 도면부호“R”및“TB”는 릴레이(relay) 및 터미널 블록(terminal block)을 각각 나타낸다. Reference numerals 18-1 and 18-2 denote computer equipment and a control panel as main parts of the controller 18, and reference numerals R and TB denote numerals. Relay and terminal blocks are shown respectively.
본 발명 실시예에 따른 벌크 비정질 금속재의 마찰 용접 장치가 상기와 같은 구조를 가짐에 따라, 상기 회전 척(12-1) 및 공압 그립퍼(13-1) 상에 각각의 용접 대상 금속재(m1, m2)를 물린 다음, 상기 제어부(18) 상의 컴퓨터 장비(18-1) 및 제어 패널(18-2)을 이용하여 적정 가압력 및 가압량(공압 그립퍼의 선형 이동 거리) 등의 주요 작업 조건을 설정, 입력하고 조작 버튼(button)을 눌러 작업 개시 명령 만 내리면 벌크 비정질 금속재에 적합한 마찰 용접이 이루어지게 된다. As the friction welding apparatus of the bulk amorphous metal material according to the embodiment of the present invention has the above structure, the metal to be welded m1 and m2 on the rotary chuck 12-1 and the pneumatic gripper 13-1, respectively. ), And then use the computer equipment 18-1 and the control panel 18-2 on the control unit 18 to set main working conditions such as proper pressing force and pressure amount (linear movement distance of the pneumatic gripper), By inputting and pressing the operation button, only the start operation command is performed, and the friction welding suitable for the bulk amorphous metal material is performed.
즉, 앞서 공정도 설명 과정에서 언급한 바 있듯이, 작업 개시와 동시에 상기 회전 척(12-1)이 일정 속도로 회전하는 단계와, 상기 공압 그립퍼(13-1)가 선형 이동(도면상 좌측으로 이동)함으로써 그 중앙부의 가압 측 금속재(m2)를 회전 측 금속재(m1) 쪽으로 가압하여 마찰열을 발생시키는 단계와, 공압 그립퍼(13-1)가 일정 거리만큼 이동하면 근접 센서(13-2)가 이를 감지하여 제어부(18)로 알려주는 단계와, 제어부(18)에서 상기 솔레노이드 밸브(16-2)로 전기적 신호를 보내 그 내부의 유로를 변경시킴으로써 상기 공압 그립퍼(13-1) 상의 공기 압력을 해제하는 단계와, 그에 따라 공압 그립퍼(13-1)로부터 가압측 금속재(m2)가 완전 물림 해제되는 단계와, 상기 구동부(12) 내에 장치된 브레이크(brake, 도시하지 않음)가 작동함으로써 회전 척(12-1)을 정지시키는 등의 작업 단계가 차례로 진행된다. That is, as mentioned in the process drawing description process, the step of rotating the rotary chuck 12-1 at a constant speed at the same time as the start of the operation, and the pneumatic gripper 13-1 is linearly moved (to the left in the drawing) Pressurizing the pressing side metal member m2 toward the rotating side metal member m1 to generate frictional heat, and when the pneumatic gripper 13-1 moves by a predetermined distance, the proximity sensor 13-2 is moved. Detecting this to inform the control unit 18, and by sending an electrical signal from the control unit 18 to the solenoid valve (16-2) to change the flow path therein the air pressure on the pneumatic gripper (13-1) A step of releasing, a step of completely releasing the pressurizing side metal m2 from the pneumatic gripper 13-1, and a brake (not shown) installed in the driving
이상, 본 발명 실시예의 벌크 비정질 금속재의 마찰 용접 방법 및 장치를 첨부 도면에 의거 상세히 설명했으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기본 취지를 벗어나지 한에서의 다양한 구조 변경 등이 가능할 것이다. As mentioned above, although the friction welding method and apparatus of the bulk amorphous metal material of the Example of this invention were demonstrated in detail based on an accompanying drawing, those skilled in the art to which this invention belongs, various structural changes are possible within the basic meaning of this invention. Etc. may be possible.
예를 들면, 상기 도시한 바의 실시예에 있어서는 상기 가압 측 금속재를 고정 또는 선형 이동시키는 작동 유체로서 공기를 사용했으나, 이를 오일(oil)로 하여 공압 액츄에이터 대신 유압 액츄에이터를 채택하더라도 무방하다. For example, in the above-described embodiment, although air is used as a working fluid for fixing or linearly moving the pressurized side metal, it may be used as an oil instead of a pneumatic actuator.
또한, 상기 실시예에 있어서는 컴퓨터 장비로서 제어부를 구성함으로써 완전 자동화 체계를 구축했으나, 일부 작업을 작업자에 의한 수작업화 할 수도 있다. Further, in the above embodiment, a complete automation system is constructed by configuring a control unit as computer equipment, but some operations may be manually performed by an operator.
그러나, 상기 회전 측 금속재를 계속 회전시키는 한편 상대 용접 부재로서의 가압 측 금속재를 회전 측 금속재 쪽으로 이동시켜 일정 압력으로 가압한 다음, 용접 완료 시점에 이름과 동시에 상기 가압 측 금속재를 완전 물림 해제시키는 것을 특징으로 하는 한의 마찰 용접 방법 및 그 실시를 위한 장치인 한, 상기 예를 든 바와 같은 사소한 구조 변경 역시 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해함이 마땅할 것이다. However, the rotating side metal member is continuously rotated, while the pressing side metal member serving as the counterpart welding member is moved to the rotating side metal member and pressurized to a predetermined pressure, and then the pressing side metal member is completely released at the same time as the welding completion point. As long as it is a friction welding method and a device for the implementation thereof, it will be understood that minor structural modifications as exemplified above also belong to the technical scope of the present invention.
상기와 같이, 본 발명의 마찰 용접 방법 및 장치에 따르면, 낮은 온도 영역에서의 초소성 변형 거동을 이용하는 한편 용접 과정 중의 결정화 경향을 억제함으로써, 상기 벌크 비정질 금속재와 같은 특이성 재료의 마찰 용접 시에 있어서도 매우 우수한 접합 강도를 얻을 수 있다. As described above, according to the friction welding method and apparatus of the present invention, by using the superplastic deformation behavior in the low temperature region and suppressing the crystallization tendency during the welding process, even during friction welding of specific materials such as the bulk amorphous metal material Very good joint strength can be obtained.
이로써, 우수한 기계적, 열적 특성을 갖는 벌크 비정질 금속재의 가공성 증대 및 그에 따른 응용 범위의 대폭적 확대를 기대할 수 있다. As a result, it is expected to increase the workability of the bulk amorphous metal material having excellent mechanical and thermal properties, and to thereby greatly expand the application range.
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