KR100880589B1 - 주조공법을 이용한 편심축 제조방법 - Google Patents

주조공법을 이용한 편심축 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주조공법을 이용한 편심축 제조방법에 관한 것으로, 수축자를 사용하여 편심축 형상의 목형을 제작하고, 상기 제작된 목형을 이용하여 주형을 만든 후에 저망간강 주강품 재료의 용탕을 주입하는 주입공정(S10)과; 상기 주형에 주입된 용탕을 상온에서 냉각시킨 후, 주물사와 주물기둥을 제거하고, 주조된 축의 표면처리 및 내부응력을 제거하는 표면 및 소둔처리공정(S20)과; 상기 소둔처리시 발생한 스케일을 제거하고, 축 표면을 매끄럽게 사상하는 사상공정(S30)과; 상기 사상처리된 축을 선반에서 황삭가공하는 1차가공공정(S40)과; 상기 1차가공된 축의 조직을 균일하게 처리하는 조질처리공정(S50)과; 상기 조질처리된 축을 정삭가공한 후 스플라인(Spline)부를 치절가공하는 2차가공공정(S60)과; 상기 2차가공된 축에 고주파열처리를 실시하는 고주파열처리공정(S70)과; 상기 고주파열처리된 축을 최종적인 요구치수로 연마하는 원통연마공정(S80)을 포함한다. 따라서, 본 발명은 저망간강 주강품을 이용한 주조공법에 의해 편심축을 제조함으로써, 종래의 크랭크축과 특수강 재질의 편심축에 비해 소재의 중량 및 가공량을 줄이고, 구조적으로 취약한 크랭크 형상의 핀부위를 없애 강도를 높일 수 있으며, 목형 제작시에 편심부의 중량을 최소한으로 작게 제작할 수 있고, 종래의 크랭크축이나 편심축에 비해 가공시간을 줄이는 효과가 있다.
주조, 목형, 저망간강 주강품, 편심축

Description

주조공법을 이용한 편심축 제조방법{Manufacture method for Eccentric shaft}
도 1은 본 발명에 따른 주조공법을 이용한 편심축 제조방법을 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명에 따른 주조공법을 이용한 편심축을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 주조공법을 이용한 편심축을 나타낸 정단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 편심축 11 : 편심몸체
12 : 홈
본 발명은 주조공법을 이용한 편심축 제조방법에 관한 것으로, 더욱 세부적으로는 저망간강 주강품을 이용하여 주조공법에 의해 편심축을 제조하는 주조공법을 이용한 편심축 제조방법에 관한 것이다.
일반적인 기계식 프레스 장치는 회전운동을 직선운동으로 전환하는 것으로, 슬라이드의 구동기구에 따라 크랭크 프레스, 크랭크레스 프레스, 캠 프레스, 링크 프레스 및 너클 프레스(토글 프레스) 등으로 분류된다.
이 중에서 캠 프레스를 제외하고, 크랭크 프레스인 경우 크랭크축, 크랭크레스 프레스인 경우 편심드럼 또는 편심축, 링크프레스인 경우 크랭크축, 너클프레스인 경우 편심축 또는 편심드럼을 이용하여 회전운동을 직선운동으로 전환하게 된다.
그러나, 상기 크랭크축이나 특수강 재질의 편심축의 경우 형상이 복잡하여 이를 제작하기 위하여 소재의 직경을 크게 하여 가공을 많이 하거나, 단조품의 소재를 적용하여 제작함으로써 소재비 및 가공비가 비싸지고, 가공시간이 많이 소요되는 단점이 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 저망간강 주강품을 이용하여 주조공법에 의해 편심축을 제조함으로써, 종래의 크랭크축과 특수강 재질의 편심축에 비해 소재의 중량 및 가공량을 줄이고, 구조적으로 취약한 크랭크 형상의 핀부위를 없애 강도를 높일 수 있으며, 목형 제작시에 편심부위의 중량을 최소한으로 작게 제작할 수 있고, 종래의 크랭크축이나 편심축에 비해 가공시간을 줄이는 주조공법을 이용한 편심축 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
목적을 달성하기 위한 제조방법으로는,
수축자를 사용하여 편심축 형상의 목형을 제작하고, 상기 제작된 목형을 이용하여 주형을 만든 후에 저망간강 주강품 재료의 용탕을 주입하는 주입공정과; 상 기 주형에 주입된 용탕을 상온에서 냉각시킨 후, 주물사와 주물기둥을 제거하고, 주조된 축의 표면처리 및 내부응력을 제거하는 표면 및 소둔처리공정과; 상기 소둔처리시 발생한 스케일을 제거하고, 축 표면을 매끄럽게 사상하는 사상공정과; 상기 사상처리된 축을 선반에서 황삭가공하는 1차가공공정과; 상기 1차가공된 축의 조직을 균일하게 처리하는 조질처리공정과; 상기 조질처리된 축을 정삭가공한 후 스플라인(Spline)부를 치절가공하는 2차가공공정과; 상기 2차가공된 축에 고주파열처리를 실시하는 고주파열처리공정과; 상기 고주파열처리된 축을 최종적인 요구치수로 연마하는 원통연마공정을 포함한다.
본 발명의 다른 특징으로서, 상기 조질처리공정은 상기 축을 500~600℃ 열처리로에서 2~3시간 동안 가열하여 850℃로 온도를 올린 후, 열처리로에서 850±5℃ 온도로 3~4시간 동안 유지시키고, 상기 열처리로에서 축을 꺼내어 열처리용 기름(Quenching Oil) 속에 넣어 25~30분 동안 120℃로 급냉시킨 후, 공기 중에서 40~50℃로 냉각시키는 담금질공정과; 상기 축을 200℃ 열처리로에서 2~3시간 동안 가열하여 550℃로 온도를 올린 후, 열처리로에서 550±5℃ 온도로 3~4시간 동안 유지시키고, 상기 열처리로에서 축을 꺼내어 공기 중에서 10~14시간 동안 30~40℃로 서서히 냉각시키는 뜨임공정을 포함한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 담금질공정의 열처리로에서 850±5℃ 온도로 3~4시간 동안 축의 온도 유지시, 산화방지를 위해 메탄올을 지속적으로 주입한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 고주파열처리공정은 순동함량 90%이상 의 사각단면을 갖는 원형 형상의 코일을 제작하고, 열처리할 축을 주파수 120kHz의 고주파 가열기에 장착한 후, 850℃ 이상으로 가열과 동시에 냉각수로 급속냉각시키면서 필요한 부위를 고주파 열처리하는 고주파열처리와; 상기 축을 열처리로에서 상온으로부터 1~2시간 동안 가열하여 180~200℃로 온도를 올린 후, 열처리로에서 180~200±5℃ 온도로 3~4시간 동안 유지시킨 후, 상기 열처리로에서 축을 꺼내어 공기 중에서 5~6시간 동안 상온으로 서서히 냉각시키는 뜨임처리를 포함한다.
목적을 달성하기 위한 구성으로는, 수축자를 사용하여 편심축 형상의 목형을 제작하고, 상기 제작된 목형을 이용하여 주형을 만든 후에 저망간강 주강품 재료의 용탕을 주입하는 주입공정과; 상기 주형에 주입된 용탕을 상온에서 냉각시킨 후, 주물사와 주물기둥을 제거하고, 주조된 축의 표면처리 및 내부응력을 제거하는 표면 및 소둔처리공정과; 상기 소둔처리시 발생한 스케일을 제거하고, 축 표면을 매끄럽게 사상하는 사상공정과; 상기 사상처리된 축을 선반에서 황삭가공하는 1차가공공정과; 상기 1차가공된 축의 조직을 균일하게 처리하는 조질처리공정과; 상기 조질처리된 축을 정삭가공한 후 스플라인(Spline)부를 치절가공하는 2차가공공정과; 상기 2차가공된 축에 고주파열처리를 실시하는 고주파열처리공정과; 상기 고주파열처리된 축을 최종적인 요구치수로 연마하는 원통연마공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주조공법을 이용한 편심축으로 구성된다.
도 1은 본 발명에 따른 주조공법을 이용한 편심축 제조방법을 나타낸 블럭도이고, 도 2는 본 발명에 따른 주조공법을 이용한 편심축을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 주조공법을 이용한 편심축을 나타낸 정단면도이다.
이하, 도면을 참고로 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 주조공법을 이용한 편심축 제조방법을 나타낸 블럭도로써, 주입공정(S10)과 표면 및 소둔처리공정(S20), 사상공정(S30), 1차가공공정(S40), 조질처리공정(S50), 2차가공공정(S60), 고주파열처리공정(S70) 및 원통연마공정(S80)을 포함한다.
상기 주입공정(S10)은 수축자를 사용하여 현도 작성 후 목형을 제작하고, 통기성과 보온효과를 고려하여 주물사 두께 및 압탕의 크기, 수량 및 설치위치를 결정하고, 수축시의 기포 및 기공발생이나 슬래그의 형성을 고려하여 주조방안을 종합적으로 검토하여 CO2법에 의해 주형을 만드는 조형작업을 실시하며, 상기 조형작업으로 제작된 주형에 저망간강 주강의 재료를 아크로에서 1650℃로 가열하여 만든 용탕을 약 1600℃의 온도로 주입시킨다.
상기 용탕은 저망간강 주강품 중 2종 및 3종이 주로 사용되는데, 저망간강 주강품 3종(SCMn3B)의 경우, 탄소(C) 0.3~0.4%, 규소(Si) 0.3~0.5%, 망간(Mn) 1.0~1.6%, 인(P) 0.04% 이하, 황(S) 0.04% 이하이고, 잔여분(98.32~97.42%)은 철(Fe)로 화학성분이 구성된다.
상기 표면 및 소둔처리공정(S20)은 상기 주입공정(S10)에서 주형에 주입된 용탕을 상온의 작업장 내의 공기 중에 방치하여 서서히 냉각시킨 후 조형틀과 주물사를 탈착시키고, 주물기둥(주입구 및 압탕)을 산소용접기로 녹여서 제거하고, 주조된 축의 주조결함부위를 보수한 후, 표면을 그라인더 등으로 매끄럽게 다듬는 표 면처리작업을 하고, 내부응력을 제거하기 위하여 350~400℃의 소둔로에 넣고, 880~900℃로 온도를 올려 880~900±5℃에서 7~8시간 동안 유지시킨 후 꺼내어 작업장 내의 공기 중에 방치시켜 상온으로 냉각시켜 소둔처리를 실시한다.
상기 사상공정(S30)은 상기 소둔처리시 발생하는 스케일을 제거하기 위하여 쇼트 블라스트(Shot Blast)머신에서 15~20분 동안 SC37재질로 된 Φ2 정도의 쇼트볼을 편심축 표면을 향하여 발사하여 편심축 표면에 부착된 스케일을 제거한 후에 매끄럽게 표면을 다듬어 주는 사상작업을 통하여 축을 제작한다.
상기 1차가공공정(S40)은 상기 사상작업으로 제작된 축을 선반에서 1차로 황삭가공을 실시하고, 상기 1차가공된 축의 강도와 인성을 높이고 조직을 균일하게 만들기 위하여 조질처리(Quenching 및 Tempering)공정(S50)을 실시한다.
상기 조질처리공정(S50)은 상기 축을 500~600℃ 열처리로에서 2~3시간 동안 가열하여 850℃로 온도를 올린 후, 열처리로에서 850±5℃ 온도로 3~4시간 동안 유지시키고, 상기 열처리로에서 축을 꺼내어 열처리용 기름(Quenching Oil) 속에 넣어 25~30분 동안 120℃로 급냉시킨 후, 공기 중에서 40~50℃로 냉각시키는 담금질공정(S51)과; 상기 축을 200℃ 열처리로에서 2~3시간 동안 가열하여 550℃로 온도를 올린 후, 열처리로에서 550±5℃ 온도로 3~4시간 동안 유지시키고, 상기 열처리로에서 축을 꺼내어 공기 중에서 10~14시간 동안 30~40℃로 서서히 냉각시키는 뜨임공정(S52)을 포함한다.
이때, 상기 담금질공정(S51)의 열처리로에서 850±5℃ 온도로 3~4시간 동안 축의 온도 유지시, 산화방지를 위해 메탄올을 지속적으로 주입시킨다.
상기 담금질(850±5℃ 온도 유지) 후 뜨임(550±5℃ 온도 유지)처리를 실시하여 강도와 인성을 높이고 조직을 균일화함으로써 저망간 주강품 3종의 경우, 축의 기계적 성질은 인장강도가 70㎏/㎟ 이상이고, 항복점은 50㎏/㎟ 이상이며, 연신율은 13% 이상, 단면수축율은 30% 이상, 경도(HB)는 201 이상의 물리적 성질을 갖게 된다.
상기 2차가공공정(S60)은 상기 조질처리된 축을 고주파열처리시 발생되는 변형량을 고려하여 연마시의 가공여유(0.3mm 이상)를 남기고, 선반에서 2차로 정삭가공한 후 호빙머신에서 호브를 이용하여 스플라인(Spline)부를 치절가공한다.
상기 고주파열처리공정(S70)은 상기 2차가공된 축의 베어링 압입부의 경도를 높이기 위해 고주파열처리하는 것으로, 순동함량 90%이상의 사각단면을 갖는 코일을 원형 형상으로 제작하고, 열처리할 축을 주파수 120kHz의 고주파 가열기에 장착한 후, 850℃ 이상으로 가열과 동시에 냉각수로 급속으로 냉각시키면서 필요한 부위를 고주파 열처리하는 고주파열처리(S71)와; 상기 고주파열처리(S71)시 발생한 응력을 제거하기 위하여, 상기 축을 열처리로에서 상온으로부터 1~2시간 동안 가열하여 180~200℃로 온도를 올린 후, 열처리로에서 180~200±5℃ 온도로 3~4시간 동안 유지시키고, 상기 열처리로에서 축을 꺼내어 공기 중에서 5~6시간 동안 상온으로 서서히 냉각시키는 뜨임처리(S72)를 포함하며, 상기 고주파열처리 후 축의 경도는 HRC 50~55가 된다.
상기 원통연마공정(S80)은 상기 고주파열처리된 축을 최종적인 요구치수로 원통연마하게 된다.
본 발명에 따른 주조공법을 이용한 편심축(10)은, 수축자를 사용하여 편심축 형상의 목형을 제작하고, 상기 제작된 목형을 이용하되 통기성과 보온효과를 고려하여 주물사 두께 및 압탕의 크기, 수량 및 설치위치를 결정하고, 수축시의 기포 및 기공발생이나 슬래그의 형성을 고려하여 주조방안을 종합적으로 검토하여 주형을 만든 후에 저망간강 주강품 재료의 용탕을 주입하는 주입공정과; 상기 주형에 주입된 용탕을 상온의 작업장 내의 공기 중에서 서서히 냉각시킨 후, 주형과 주물사를 떼어낸 후 주물기둥(주입구 및 압탕)을 산소용접기로 녹여서 제거하고, 주조된 축의 주조결함부위를 보수하고, 표면을 매끄럽게 다듬는 표면처리작업 후에 내부응력을 제거하는 표면 및 소둔처리공정과; 상기 소둔처리시 발생하는 스케일을 제거하는 사상공정과; 상기 사상작업으로 제작된 축을 선반에서 1차로 황삭가공하는 1차가공공정과; 상기 1차가공된 축의 강도와 인성을 높이고 조직을 균일하게 처리하는 조질처리공정과; 상기 조질처리된 축을 2차로 정삭가공한 후 스플라인(Spline)부를 치절가공하는 2차가공공정과; 상기 2차가공된 축을 고주파열처리하는 고주파열처리공정과; 상기 고주파열처리된 축을 최종적으로 연마하는 원통연마공정을 포함하는 구성이다.
상기 편심축(10)은 목형 제작시에 편심부의 중량을 최소한으로 작게 하기 위하여, 도 2와 도 3과 같이 중앙부에 편심몸체(11)를 형성하되, 상기 편심몸체(11) 양측면에는 홈(12)을 형성한다.
본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청 구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 저망간강 주강품을 이용한 주조공법에 의해 편심축을 제조함으로써, 종래의 크랭크축과 특수강 재질의 편심축에 비해 소재의 중량 및 가공량을 줄이고, 구조적으로 취약한 크랭크 형상의 핀부위를 없애 강도를 높일 수 있으며, 목형 제작시에 편심부의 중량을 최소한으로 작게 제작할 수 있고, 종래의 크랭크축이나 편심축에 비해 가공시간을 줄이는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 주조공법을 이용한 편심축 제조방법에 있어서,
    수축자를 사용하여 편심축 형상의 목형을 제작하고, 상기 제작된 목형을 이용하여 주형을 만든 후에 저망간강 주강품 재료의 용탕을 주입하는 주입공정(S10)과;
    상기 주형에 주입된 용탕을 상온에서 냉각시킨 후, 주물사와 주물기둥을 제거하고, 주조된 축의 표면처리 및 내부응력을 제거하는 표면 및 소둔처리공정(S20)과;
    상기 소둔처리시 발생한 스케일을 제거하고, 축 표면을 매끄럽게 사상하는 사상공정(S30)과;
    상기 사상처리된 축을 선반에서 황삭가공하는 1차가공공정(S40)과;
    상기 1차가공된 축의 조직을 균일하게 처리하는 조질처리공정(S50)과;
    상기 조질처리된 축을 정삭가공한 후 스플라인(Spline)부를 치절가공하는 2차가공공정(S60)과;
    상기 2차가공된 축에 고주파열처리를 실시하는 고주파열처리공정(S70)과;
    상기 고주파열처리된 축을 최종적인 요구치수로 연마하는 원통연마공정(S80)을 포함하는 것을 특징으로 하는 주조공법을 이용한 편심축 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 조질처리공정(S50)은,
    상기 축을 500~600℃ 열처리로에서 2~3시간 동안 가열하여 850℃로 온도를 올린 후, 열처리로에서 850±5℃ 온도로 3~4시간 동안 유지시키고, 상기 열처리로에서 축을 꺼내어 열처리용 기름(Quenching Oil) 속에 넣어 25~30분 동안 120℃로 급냉시킨 후, 공기 중에서 40~50℃로 냉각시키는 담금질공정(S51)과;
    상기 축을 200℃ 열처리로에서 2~3시간 동안 가열하여 550℃로 온도를 올린 후, 열처리로에서 550±5℃ 온도로 3~4시간 동안 유지시키고, 상기 열처리로에서 축을 꺼내어 공기 중에서 10~14시간 동안 30~40℃로 서서히 냉각시키는 뜨임공정(S52)을 포함하는 것을 특징으로 하는 주조공법을 이용한 편심축 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 담금질공정(S51)의 열처리로에서 850±5℃ 온도로 3~4시간 동안 축의 온도 유지시, 산화방지를 위해 메탄올을 지속적으로 주입하는 것을 특징으로 하는 주조공법을 이용한 편심축 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 고주파열처리공정(S70)은,
    순동함량 90%이상의 사각단면을 갖는 원형 형상의 코일을 제작하고, 열처리할 축을 주파수 120kHz의 고주파 가열기에 장착한 후, 850℃ 이상으로 가열과 동시에 냉각수로 급속냉각시키면서 필요한 부위를 고주파 열처리하는 고주파열처리(S71)와;
    상기 축을 열처리로에서 상온으로부터 1~2시간 동안 가열하여 180~200℃로 온도를 올린 후, 열처리로에서 180~200±5℃ 온도로 3~4시간 동안 유지시킨 후, 상기 열처리로에서 축을 꺼내어 공기 중에서 5~6시간 동안 상온으로 서서히 냉각시키는 뜨임처리(S72)를 포함하는 것을 특징으로 하는 주조공법을 이용한 편심축 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
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