KR100821056B1 - 이종소재의 마찰접합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 계단형태의 접합이 이루어지고 중앙부에는 마찰열에 의한 영향이 미치지 않도록 함으로서 후 가공성을 용이하게 하도록 한 이종소재의 마찰접합 방법에 관한 것으로서,

소결제품을 접합장치의 정지척에 고정하고 강재로 된 일반제품은 회전척에 고정시킨 후 회전척을 회전시키면서 정지척에 고정된 소결제품을 일반제품 방향으로 가압하여 두 제품의 접합부위가 마찰에 의하여 접합하는 마찰접합에 있어서;

상기 소결제품의 접합부위에는 후 가공성을 배제할 수 있도록 홀을 일체로 형성하고;

상기 일반제품의 접합부위에는 마찰접합시 소결제품의 접합부위가 변형되면서 삽입되는 형태로 수용할 수 있도록 결합공간을 형성하고;

상기 결합공간의 깊이는 마찰접합시 발생하는 열이 일반제품의 중앙에 형성할 홀에 영향을 최소화할 수 있도록 결합깊이보다 더 깊게 형성하고;

상기 일반제품의 외경은 최종가공상태를 고려하여 최종제품의 외경보다 큰 직경을 유지시킨 상태에서 접합하도록 한다.

이종, 마찰, 접합

Description

이종소재의 마찰접합 방법{FRICTION WELDING METHOD}

도 1은 본 발명의 기술을 설명하기 위하여 도시한 이종소재의 마찰접합 방법을 도시한 접합과정을 도시한 구성도.

도 2는 본 발명의 기술이 적용된 이종소재의 마찰접합이 이루어진 상태를 도시한 단면도.

도 3은 본 발명의 기술이 적용된 이종소재의 마찰접합 방법으로 접합되어 가공 완료된 상태를 도시한 단면도.

*도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명*

50; 소결제품

51; 일반제품

52,53; 접합부위

55; 결합공간

본 발명은 이종소재의 마찰접합 방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 이종의 재질로 구성된 소재 또는 부품 사이의 접합을 마찰에 의하여 접합할 수 있도록 한 새로운 방법의 제공에 관한 것이다.

동일 또는 이종(異種)의 소재 또는 부품을 접합하기 위한 기술로는 용접접합, 볼트접합, 리벳접합, 브레이즈(BRAZE)접합, 마찰접합 등 다양한 방법이 있으며, 특히 이종의 재질로 분리 구성되는 것일 경우에는 접합에 의하여 하나의 부품을 구성하게 된다.

상기와 같이 하나의 부품을 이종의 소재로 구성하는 이유는 동일 재질로 구성할 경우 복잡한 형상이나 모양을 세밀하게 가공 또는 표현할 수 없는 단점과 부품 전체의 크기가 크기 때문에 한번에 성형하는 것이 어려울 경우 이종의 재질로 분리구성한 후 접합하여 하나의 부품으로 완성하게 된다.

이러한 이종의 재질로 부품을 구성하는 대표적인 예를 살펴보면, 구조와 형상이 복잡하면서 극한의 내구성을 요하지 않는 부위는 소결성형을 통하여 형성하고, 단순하면서 강성을 요구하는 부위는 일반적인 강철 또는 스테인레스스틸과 같은 소재를 가공하여 구성한다.

상기와 같이 이종의 소재로 구성된 것을 접합할 때 용접, 볼트, 리벳 접합의 경우 부품이 소형일 경우 적용하기 어려운 단점이 있고, 브레이징의 경우 충분한 강성을 유지하는 데 어려움이 따르고, 가장 바람직한 방법으로는 마찰접합이 사용된다.

통상적인 마찰접합은 두 소재를 정지척과 회전척에 고정시켜 연접시킨 후 정지척에 고정된 소재에 압력을 가하면서 회전척에 고정된 소재로 밀어주어 두 소재의 마찰열에 의하여 접합 되도록 하고 있다.

상기와 같이 두 소재를 접합할 때 종래에는 소재의 마찰 접합면에 별도의 가공과정이 없거나 홀과 같은 가공이 필요없는 경우에만 한시적으로 사용하였기 때문에 마찰접착의 조건에 큰 영향을 미치지 않았던 것이 사실이다.

그러나, 마찰접합시키고자 하는 소재의 접합면이나 접합면을 경유하여 구멍이나 기타 부품장착 부위 등과 같이 접합 후 가공을 필요로 하는 경우에는 마찰열에 의하여 접합 되는 과정에서 접합면이 상당한 경도를 가지는 형태로 소재변형이 일어나기 때문에 접합 후 가공이 어렵게 된다.

이러한 후 가공성의 문제를 해결하기 위하여 접합면에 미리 구멍과 같은 것을 가공한 상태에서 마찰접합시킬 경우에는 마찰열에 의하여 가공된 부위가 변형되어 정상적인 형상을 유지하지 못하게 되므로 재가공을 더욱 어렵게 하는 등 여러 문제점이 있었다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 발명한 것으로서 소결성형 된 제품과 일반 소재로 이루어진 제품을 마찰접합함에 있어 일반소재의 내부에 소결성형 된 제품이 삽입되는 형태로 각 제품의 가장자리에 계단형태의 접합이 이루어지고 중앙부에는 마찰열에 의한 영향이 미치지 않도록 함으로서 후 가공성을 용이하게 하여 접합과 가공성이 우수한 접합방법을 제공하는 것을 가장 큰 목적으로 한다.

이하 첨부되는 도면과 관련하여 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람 직한 접합방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 기술을 설명하기 위하여 도시한 이종소재의 마찰접합 방법을 도시한 접합과정을 도시한 구성도, 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 이종소재의 마찰접합이 이루어진 상태를 도시한 단면도, 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 이종소재의 마찰접합 방법으로 접합되어 가공 완료된 상태를 도시한 단면도로서 함께 설명한다.

본 발명에서는 소결성형 된 소결제품(50)과 강재로 이루어진 일반제품(51)의 접합부위(52,53)를 서로 돌출되게 형성하고, 상기 접합부위(52,53) 중 소결제품(50)의 접합부위(52)에는 후 가공성을 배제할 수 있도록 홀(54)을 일체로 형성한다.

상기 일반제품(51)의 접합부위(53)에는 마찰접합시 소결제품(50)의 접합부위(52)가 변형되면서 삽입되는 형태로 수용할 수 있도록 결합공간(55)을 형성하고, 상기 결합공간(55)의 깊이(H)는 마찰접합시 발생하는 열이 일반제품(51)의 중앙에 형성할 홀(56)에 영향을 최소화할 수 있도록 결합깊이(H1)보다 더 깊게 형성하고 일반제품(51)의 외경(D)은 최종가공상태를 고려하여 최종제품의 외경(D1)보다 큰 직경을 가지도록 한다.

상기 일반제품(51)에 형성되는 결합공간(55)의 내측면은 마찰 접합시 열전도를 최소화할 수 있도록 접합방향과는 반대방향으로 요입되게 형성하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 상태에서 소결제품(50)은 접합장치(60)에 구비되는 정지척(61) 에 고정하고 일반제품(51)은 회전척(62)에 고정시킨 후 회전척(62)을 회전시키면서 정지척(61)에 고정된 소결제품(50)을 일반제품(51) 방향으로 가압하여 서로 마찰열이 발생시켜 접합 되도록 한다.

이때 적정 마찰열을 발생시키기 위한 최적의 회전수는 1500∼2000rpm 정도를 유지하도록 하고, 마찰접착에 필요한 압력은 최종접합시 일반제품(51)이 소결제품(50)을 4∼10㎜의 길이가 될 정도의 결합깊이(H1)를 유지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 결합깊이(H1)가 너무 얕을 경우에는 소결제품(50)과 일반제품(51)과의 결합력이 약하여 접합 후 가공 공정이나 조립 공정과 같은 후 공정에서 쉽게 분리 또는 탈락 될 우려가 있으며, 결합깊이(H1) 가 너무 깊을 경우에는 많은 마찰열에 의하여 소결제품(50)과 일반제품(51) 전체가 경화되어 후 가공이 불가능하게 되는 단점을 가지게 된다.

상기 소결제품(50)과 일반제품(51)을 마찰접합시킬 때에는 일반제품(51)의 접합부위(53)가 소결제품(50)의 접합부위(52)의 반은 수용하고 반은 파고드는 형태가 되어 최종단계에서는 일반제품(51)의 접합부위(53)가 소결제품(50)의 접합부위(52)에 계단형태(65)를 이루도록 하는 것이 미 접합부를 배제하고 접합면적을 크게 하여 결합력을 증대시킬 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 소결제품(50)으로는 자동차의 진공펌프에 적용되는 로터바디를 구비하고, 일반제품(51)으로는 로터바디에 결합 되는 로터샤프트를 구비하여 각각 접합장치(60)의 정지척(61)과 회전척(62)에 고정시킨 후 회전척(62)을 회전시키고 정지척(61)의 후방에서는 압력을 가하였다.

상기와 같이 소결제품(50)이 회전하면서 일반제품(51)과 마찰이 일어나고 이 마찰열에 의하여 소결제품(50)과 일반제품(51)의 접합부위(52,53)가 용융되면서 접합되는 데, 일반제품(51)의 접합부위(53)에 형성되는 결합공간(55)으로 소결제품(50)의 결합부위(52)가 침투하는 형태가 된다.

상기와 같이 접합이 완료된 상태에서는 결합부위(52,53)가 용융에 의하여 외부로 돌출된 상태에 있고, 이 부위는 최종 치수에 맞게 절삭 등의 방법으로 가공으로 완성하게 된다.

상기와 같이 결합부위(52,53)의 용융으로 상호 침투하게 되는 결합깊이(H1)는 4∼10㎜의 범위 내에 있을 때 가장 접합력이 우수한 것으로 나왔다.

상기 결합깊이(H1)가 4∼10㎜ 범위 이하일 경우에는 소결제품(50)과 일반제품(51)이 결합상태는 유지하게 되나, 외부의 충격 등에 의하여 쉽게 분리 또는 탈락되는 결과가 나왔다.

또한, 결합깊이(H1)가 4∼10㎜ 범위 이상일 경우에는 마찰열에 의하여 일반제품(51)에 형성되는 결합공간(55) 전체에 경화가 진행되어 홀(56)을 형성하는 것이 불가능하게 되거나, 소결제품(50)에 기 형성된 홀(54)이 메워지는 등의 현상이 일어나 후 가공성이 좋지않아 최종제품으로 만드는 것이 불가능하게 된다.

이상과 같은 본 발명은 소결성형 된 제품과 일반 소재로 이루어진 제품을 마찰접합함에 있어 일반소재의 내부에 소결성형 된 제품이 삽입되는 형태로 각 제품 의 가장자리에 계단형태의 접합이 이루어지고 중앙부에는 마찰열에 의한 영향이 미치지 않도록 함으로서 후 가공성을 용이하게 하여 생산성과 품질향상에 기여할 수 있는 등 다양한 효과를 가지는 발명이다.

Claims (4)

1. 소결제품(50)을 접합장치(60)의 정지척(61)에 고정하고 강재로 된 일반제품(51)은 회전척(62)에 고정시킨 후 회전척(61)을 회전시키면서 정지척(62)에 고정된 소결제품(50)을 일반제품(51) 방향으로 가압하여 두 제품(50,51)의 접합부위(52,53)가 마찰에 의하여 접합하는 마찰접합에 있어서;

   상기 소결제품(50)의 접합부위(52)에는 후 가공성을 배제할 수 있도록 홀(54)을 일체로 형성하고;

   상기 일반제품(51)의 접합부위(53)에는 마찰접합시 소결제품(50)의 접합부위(52)가 변형되면서 삽입되는 형태로 수용할 수 있도록 결합공간(55)을 형성하고;

   상기 결합공간(55)의 깊이(H)는 마찰접합시 발생하는 열이 일반제품(51)의 중앙에 형성할 홀(56)에 영향을 최소화할 수 있도록 결합깊이(H1)보다 더 깊게 형성하고;

   상기 일반제품(51)의 외경(D)은 최종가공상태를 고려하여 최종제품의 외경(D1)보다 큰 직경을 유지시킨 상태에서 접합하는 것을 특징으로 하는 이종소재의 마찰접합 방법.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 일반제품(51)에 형성되는 결합공간(55)의 내측면은 마찰 접합시 열전도를 최소화할 수 있도록 접합방향과는 반대방향으로 요입되게 형성하는 것을 특징으 로 하는 이종소재의 마찰접합 방법.
3. 제 1 항에 있어서;

   상기 소결제품(50)과 일반제품(51)의 결합깊이(H1)는 4∼10㎜의 길이를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 이종소재의 마찰접합 방법.
4. 제 1 항에 있어서;

   상기 소결제품(50)과 일반제품(51)을 마찰접합 후 최종단계에서는 접합부위(52,53)가 계단형태(65)를 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 이종소재의 마찰접합 방법.

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