KR100916571B1 - 베어링 레이스 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베어링 레이스 제조방법에 관한 것으로서, 특히 베어링 레이스를 규격에 맞게 제작하여 치수정밀도를 높일 수 있는 베어링 레이스 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 베어링 레이스 제조방법은, 베어링 레이스의 소재를 제작하는 전처리공정과; 상기 소재의 단부 및 외경을 연삭하는 제1선삭공정과; 상기 소재에 외경 및 내경을 성형하고, 상기 외경 또는 내경에 요홈을 형성하여 레이스반제폼을 성형하는 제2선삭공정과; 상기 소재의 내마모성을 높이는 열처리공정과; 상기 소재의 외경, 내경 및 요홈을 연삭하는 제1연삭공정과; 상기 소재를 레이스 크기로 절단하는 절단공정으로 이루어지되, 상기 전처리공정에서는 제작하고자 하는 레이스의 크기보다 크게 소재를 제작하고, 상기 절단공정에서는 상기 레이스반제품을 상기 소재로부터 절단하는 것을 특징으로 한다.

베어링 레이스, 제조방법

Description

베어링 레이스 제조방법 { MANUFACTURING MEHTOD FOR BEARING RACE }

본 발명은 베어링 레이스 제조방법에 관한 것으로서, 특히 베어링 레이스를 규격에 맞게 제작하여 치수정밀도를 높일 수 있는 베어링 레이스 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 베어링은 회전운동이나 직선운동을 하는 축을 지지하는 것으로, 특히 축에 대한 마찰저항과 마모를 감소시킨다.

이와 같은 베어링은 베어링과 접촉하는 축의 저널과 베어링과의 접촉상태에 따라 미끄럼베어링(Sliding bearing)과 구름베어링(Rolling bearing)으로 구분되며, 축에 대한 하중의 인가방향에 따라 레이디얼베어링(Radial bearing)과 드러스트베어링(Thrust bearing)으로 나뉜다.

이때, 상기 미끄럼베어링은 고하중이 작용하거나 고속회전하는 부위의 축받이로 사용할 경우에는 구성부품의 급격한 마모에 따라 진동이 발생하므로 고하중이 작용하거나 고속회전하는 축의 지지 및 정밀부품용의 베어링으로는 통상적으로 상기 구름베어링이 사용된다.

상기 구름베어링은 이너 레이스(Inner race)와 아우터 레이스(outer race)에 볼 또는 롤러를 배열한 것으로, 롤러베어링은 볼베어링보다 접촉면이 많으므로 큰 하중이 견딜 수 있는 한편, 타격력이 큰 경우에 적합하며, 볼베어링은 축과 베어링과의 접촉면적이 극히 작으므로 마찰손실은 적다는 등의 특성을 갖는다.

도 1은 통상적인 구조를 갖는 볼 베어링의 일례를 도시한 사시도로서, 이와 같은 볼 베어링(100)은 축의 저널이 결합되는 이너 레이스(70)와 아우터 레이스(80) 사이에 볼(90)이 결합된다.

이와 함께 상기 볼(90)의 외부에는 볼 베어링(100)의 사양에 따라 각 볼(90)의 간격을 유지시키는 리테이너(Retainer)가 결합되며, 이너 레이스(70)와 아우터 레이스(80) 사이의 공간으로는 원판형상의 실링재(S1,S2)가 결합됨으로써 내부에 충전된 그리스의 누출을 방지하는 한편, 외부의 이물질이 침투하는 것을 차단함으로써, 이너 레이스(70) 및 아우터 레이스(80) 사이에 형성된 공간 및 볼(90)이 이물질에 의해 오염되는 것을 방지한다.

상기한 바와 같은 볼 베어링(100)은 사용부위 및 목적에 따라 다양한 형상과 특성이 요구되는데, 특히 반도체 제조장치나 진공장치를 포함하여 로봇용 관절 등에는 외경에 비해 얇은 두께를 가지는 슬림 베어링과 같은 외경과 폭의 비가 큰 초박형 베어링이 사용된다.

한편, 상기한 바와 같은 초박형 베어링을 구성하는 레이스는 외력에 대한 적절한 강성과 함께 고정밀도가 요구되므로 열처리를 포함하여 많은 공정을 거쳐 제작이 이루어진다.

도 2는 종래의 베어링 레이스의 제작방법을 도시한 블럭도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 종래의 베어링 레이스 제작방법은, 전처리공정, 제1선삭공정, 제2선삭공정, 열처리공정, 연삭공정, 슈퍼피니싱공정(Super finishing)으로 이루어진다.

상기 전처리공정은 합금강이나 스테인레스 스틸과 같은 강재를 레이스에 대응하는 캐비티를 갖는 금형을 이용하여 열간단조하고, 상기한 과정에 따라 가공된 소재를 어닐링(Annealing) 처리함으로써 내부 균열을 없애고 결정립을 미세화시킴에 따라 인성을 높인 다음, 쇼트 블래스트(Shot blast) 작업을 통해 열처리과정에서 표면에 고착된 이물질을 제거하고, 표면을 평활하게 다듬는 공정이다.

상기 제1선삭공정은 상기한 과정에 따라 1차 가공된 소재를 일정한 규격으로 단부 및 외경을 선삭하는 공정이다.

상기 제2선삭공정은 상기한 과정에 따라 가공된 소재로부터 내경 및 요홈을 형성하는 공정이다.

상기 열처리공정은 상기한 과정에 따라 개략적으로 외관이 형성된 소재의 내경 및 요홈에 대한 내마모성을 높이는 공정이다.

상기 연삭공정은 상기한 과정에 따라 성형이 완료된 반제품의 기준면을 연삭하는 공정이다.

상기 슈퍼피니싱공정은 성형이 완료된 레이스를 정밀연삭하는 공정이다.

이때, 상기 전처리공정에는 제작하고자 하는 레이스의 크기와 비슷한 크기의 소재를 제작하고, 이러한 크기의 소재를 가지고 상기한 나머지 공정을 수행한다.

그러나, 슬림 베어링과 같이 대형의 외경과 좁은 폭을 갖는 대구경의 초박형 베어링을 구성하는 레이스를 성형할 때에는, 레이스의 외경(D)이 증가하거나 폭(B)이 좁을수록 레이스의 강성이 급격히 저하되기 때문에, 연삭 및 선삭을 통한 소정형상의 성형과정에서 레이스의 기초가 되는 소재가 절삭공구와의 접촉압력 즉 작은 외력에 의해 쉽게 변형이 발생하여 정밀한 수치를 얻기가 어렵게 되는 문제점이 있다.

위와 같이 종래의 베어링 레이스 제작 방법에 의해 대구경의 초박형 베어링을 구성하는 레이스를 성형할 때에는 큰 가공오차를 가짐으로써 정밀한 제작이 극히 곤란하고, 이에 따라 생산 수율이 낮고, 양산성이 떨어지는 등의 문제점이 발생한다.

또한, 위와 같은 공정은 각각의 레이스를 생산하고자 할 때 개별적으로 모두 진행되어야 하는바, 생산성이 떨어진다.

즉, 위와 같은 공정을 거쳐 하나의 레이스를 생산하고, 그 후에 다시 위와 같은 공정을 모두 거쳐 또 다른 하나의 레이스를 생산하는바, 각각의 레이스를 생산할 때마다 위 공정을 모두 한번씩 수행하여야 하기 때문에 생산성이 떨어지고 작업시간이 길어지는 단점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 베어링의 레이스 제조시 정밀한 수치를 유지하여 치수정밀도를 높이고, 한 번의 전체공정을 통해 다수개의 레이스를 생산하여 생산성을 향상시킬 수 있는 베어링 레이스 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 베어링 레이스 제조방법은, 베어링 레이스의 소재를 제작하는 전처리공정과; 상기 소재의 단부 및 외경을 가공하는 제1선삭공정과; 상기 소재에 외경 및 내경을 성형하고, 상기 외경 또는 내경에 요홈을 형성하여 레이스반제폼을 성형하는 제2선삭공정과; 상기 소재의 내마모성을 높이는 열처리공정과; 상기 소재의 외경, 내경 및 요홈을 연삭하는 제1연삭공정과; 상기 소재를 레이스 크기로 절단하는 절단공정으로 이루어지되, 상기 전처리공정에서는 제작하고자 하는 레이스의 크기보다 크게 소재를 제작하고, 상기 절단공정에서는 상기 레이스반제품을 상기 소재로부터 절단하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2선삭공정에서는 상기 요홈을 상기 소재의 외경의 양측 또는 내경의 양측에 각각 형성하고, 상기 절단공정에서는 상기 소재의 양측에 형성된 상기 레이스반제품을 소재로부터 각각 절단한다.

상기 제2선삭공정에서는 상기 소재의 양측에 성형된 상기 레이스반제품의 이격거리를, 상기 레이스의 폭보다 크게 하여 성형한다.

상기 제2선삭공정에서는 상기 요홈을 기준으로 상기 소재의 단면의 반대면에 절단홈을 형성한다.

상기 절단공정에서는 상기 절단홈을 기준으로 하여 상기 소재로부터 상기 레이스반제품을 절단한다.

상기 절단홈은 상기 소재의 외주면에 형성한다.

상기 제1연삭공정 후 상기 레이스반제품을 정밀 연마하는 슈퍼피니싱공정과; 상기 절단공정 후 상기 레이스의 절단면을 연삭하는 제2연삭공정을 더 포함하여 이루어진다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 베어링 레이스 제조방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

슬림 베어링과 같이 대형의 외경과 좁은 폭을 갖는 대구경 초박형 베어링을 구성하는 레이스의 제작시 레이스가 제작과정에서 절단공구 또는 연삭공구 등에 의해 변형되어 치수가 변형되는 것을 방지할 수 있어 제품의 정밀도를 유지할 수 있다.

또한, 한 번의 공정을 통해 다수개의 레이스를 생산할 수 있다.

또한, 소재의 양측에 레이스반제품을 성형하고, 각각의 레이스반제품 상호간의 거리를 레이스의 폭보다 크게 함으로써, 레이스반제품을 지지하는 소재의 강도가 증가되어 절단시 레이스반제품의 변형되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 절단홈을 미연에 형성함으로써, 상기 절단공정시 절단 기준선이 있어 상기 절단공정을 용이하게 수행할 수 있다.

뿐만 아니라, 경도가 낮은 상태인 상기 제2선삭공정에서 상기 소재에 절단홈을 미리 형성하고 그 후에 상기 열처리공정을 수행함으로써, 절단공정을 수행할 때 절단하고자 하는 위치의 두께가 줄어들어 절단홈을 형성하지 않은 경우보다 상기 레이스반제품을 소재로부터 쉽게 절단할 수 있는 효과가 있다.

즉, 상기 절단홈을 열처리공정 이전에 형성함으로써, 열처리공정 후 내마모성이 증가된 소재의 절단을 보다 용이하게 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 베어링 레이스의 제조방법을 도시한 공정순서도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제2선삭공정을 수행한 아우터 레이스 반제품의 단면도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제2선삭공정을 수행한 이너 레이스의 반제품을 도시한 단면도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 소재로부터 레이스반제품을 절단한 상태의 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 베어링 레이스 제조방법은, 전처리공정과, 제1선삭공정과, 제2선삭공정과, 제1연삭공정과, 슈퍼피니싱공정과, 절단공정과, 제2연삭공정으로 이루어진다.

상기 전처리공정은 베어링 레이스를 제조하기 위한 기초가 되는 소재(M)를 제작하는 공정으로써, 종래기술에서 언급한 전처리공정과 동일하다.

다만, 본 발명의 상기 전처리공정에서는 다수의 레이스를 제작하고 제작시 소재(M)의 변형을 방지하기 위한 강성을 증가시키기 위해 제작하고자 하는 레이스 의 크기보다 적어도 2배 이상 크게 소재(M)를 제작한다.

상기 소재(M)의 크기는 완제품인 상기 레이스의 크기보다 2배 이상 10배 이하로 제작함이 바람직하다.

상기 제1선삭공정은 상기 소재(M)의 단부 및 외경(D)을 가공하는 공정이다.

상기 제2선삭공정은 CNC선반을 이용하여 제1선삭공정을 마친 소재(M)의 외경(D) 및 내경(d)을 성형하고, 상기 외경(D) 또는 내경(d)에 요홈(G)을 형성하여 레이스반제품(R)을 성형하는 공정이다.

상기 요홈(G)은 상기 외경(D) 또는 내경(d)을 따라 형성되기 때문에 환형(環形)을 이룬다.

상기 소재(M)의 내경(d)에 요홈(G)을 성형하면 도 6에 도시된 바와 같이 이너 레이스가 되고, 상기 소재(M)의 외경(D)에 요홈(G)을 성형하면 도 5에 도시된 바와 같이 아우터 레이스가 된다.

상기 제2선삭공정에서는 상기 요홈(G)을 상기 소재(M)의 외경(D) 또는 내경(d) 전체에 형성할 수도 있으나, 바람직하게는 상기 외경(D)의 양측 또는 내경(d)의 양측에 각각 형성하도록 한다.

즉, 하나의 소재(M)의 양측에 두 개의 요홈(G)을 형성하여 두 개의 레이스반제품(R)을 성형하도록 한다.

이때, 상기 소재(M)의 양측에 형성된 성형된 상기 레이스반제품(R)이 이격거리는 상기 레이스의 폭보다 크게 성형하도록 한다.

즉, 상기 소재(M)의 양측에 형성된 요홈(G)간의 거리는 차후에 완성될 레이 스의 폭보다 더 크게 한다.

이렇게 함으로써, 상기 소재(M)의 강도를 높일 수 있어, 상기 소재(M)에 내경(d) 및 외경(D)을 성형하고 상기 요홈(G)을 성형할 때 절단공구에 의해 상기 소재(M)가 변형되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 제2선삭공정에서는 상기 요홈(G)을 기준으로 상기 소재(M)의 단면의 반대면에 절단홈(H)을 형성한다.

즉, 상기 소재(M)의 양측에 형성되는 상기 요홈(G) 상호간의 방향인 상기 요홈의 안쪽방향으로 상기 절단홈(H)을 형성한다.

이때, 상기 절단홈(H)은 상기 소재(M)의 내주면에 형성할 수도 있으나, 형성 작업의 편리성과 차후에 있을 절단작업의 편의를 위해 상기 절단홈(H)의 외주면에 형성하도록 한다.

상기 절단홈(H)은 상기 요홈(G)을 따라 상기 요홈(G)에 근접하게 형성되기 때문에 상기 요홈(G)과 같이 환형(環形)을 이룬다.

상기 절단홈(H)은 상기 소재(M)의 내주면 방향으로 날카롭게 형성할 수도 있고, 평평하게 형성할 수도 있다.

상기 요홈(G)이 두 개 형성되어 있는바, 상기 절단홈(H)도 두 개 형성한다.

상기 제1선삭공정과 제2선삭공정은 별도로 이루어질 수도 있고, 동시에 이루어질 수도 있다.

상기 제2선삭공정을 마친 소재(M)는 그 표면의 경도가 낮아 쉽게 마모가 발생하므로 경도를 높이기 위해 상기 열처리공정을 수행한다.

상기 열처리공정을 수행함으로써, 상기 제2선삭공정을 마친 소재(M)는 표면의 경도가 높아져 내마모성이 향상된다.

상기 제1연삭공정은 상기 열처리공정을 마친 소재(M)의 외경(D), 내경(d), 요홈(G) 및 절단홈(H)을 연삭하는 공정이다.

상기 슈퍼피니싱공정은 상기 제1연삭공정은 마친 레이스반제품(R)을 더욱 정밀하게 연마하는 공정으로써, 이를 통해 상기 소재(M)에 형성된 외경(D), 내경(d), 요홈(G) 및 절단홈(H)의 허용오차를 정밀하게 유지할 수 있게 된다.

상기 절단공정은 도 7에 도시된 바와 같이 상기 소재(M)에 성형되어 있는 상기 레이스반제품(R)을 상기 소재(M)로부터 레이스 크기로 절단하는 공정이다.

상기 소재(M)의 양측에 상기 레이스반제품(R)이 성형되어 있기 때문에 상기 절단공정에서는 상기 소재(M)의 양측에 형성된 레이스반제품(R)을 소재(M)로부터 각각 절단하여 두개의 레이스를 분리한다.

이때, 상기 레이스반제품(R)은 상기 소재(M)의 결합되어 있고, 두개의 레이스반제품(R) 사이의 거리가 충분히 멀어 강도가 높기 때문에 절단작업시 상기 레이스반제품(R)이 변형되는 것을 방지할 수 있다.

이러한 상기 절단공정은 상기 소재(M)의 외주면에 형성된 상기 절단홈(H)을 기준으로 하여 이루어진다.

즉, 상기 절단홈(H)을 기준으로 하여 절단작업을 수행함으로써, 상기 소재(M)의 양측에 형성된 레이스반제품(R)을 소재(M)로부터 절단 분리한다.

위와 같이 상기 절단홈(H)을 미연에 형성함으로써, 상기 절단공정시 절단 기 준선이 있어 상기 절단공정을 용이하게 수행할 수 있다.

또한, 상기 제2선삭공정에서 상기 절단홈(H)을 형성하지 않고 곧바로 열처리공정을 수행한 후에 상기 절단공정을 수행할 경우에는, 상기 열처리공정에 의해 소재(M)의 내마모성이 증가하여 상기 절단공정에서 상기 소재(M)의 절단이 용이하게 이루어지지 않는다.

그러나, 본 발명과 같이 소재(M)의 경도가 낮은 상태인 상기 제2선삭공정에서 상기 소재(M)에 절단홈(H)을 미리 형성하고 그 후에 상기 열처리공정을 수행함으로써, 절단공정을 수행할 때 절단하고자 하는 위치의 두께가 줄어들어 절단홈(H)을 형성하지 않은 경우보다 상기 레이스반제품(R)을 소재(M)로부터 쉽게 절단할 수 있는 효과가 있다.

즉, 상기 절단홈(H)을 열처리공정 이전에 형성함으로써, 열처리공정 후 내마모성이 증가된 소재(M)의 절단을 보다 용이하게 할 수 있다.

상기 절단공정이 이루어진 레이스는 절단면 등을 연삭하는 상기 제2연삭공정을 통해 도 3에 도시된 바와 같은 정밀한 치수의 레이스로 가공된다.

위와 같은 본 발명의 베어링 레이스 제조방법을 통해 슬림 베어링과 같이 대형의 외경(D)과 좁은 폭을 갖는 대구경 초박형 베어링을 구성하는 레이스의 제작시 레이스가 제작과정에서 절단공구 또는 연삭공구 등에 의해 변형되어 치수가 변형되는 것을 방지할 수 있어 제품의 정밀도를 유지할 수 있다.

또한, 한번의 공정을 통해 다수개의 레이스를 생산할 수 있다.

본 발명인 베어링 레이스 제조방법은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발 명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.

도 1은 통상적인 구조를 갖는 볼 베어링의 일부분을 절단한 사시도,

도 2는 종래의 베어링 레이스의 제작방법을 도시한 공정순서도,

도 3은 일반적인 베어링 레이스의 단면도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 베어링 레이스의 제조방법을 도시한 공정순서도,

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제2선삭공정을 수행한 아우터 레이스 반제품의 단면도,

도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제2선삭공정을 수행한 이너 레이스의 반제품을 도시한 단면도,

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 소재로부터 레이스반제품을 절단한 상태의 단면도,

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

D: 외경, d : 내경, G : 요홈, H : 절단홈, M : 소재, R : 레이스반제품

Claims (7)

1. 삭제
2. 베어링 레이스의 소재를 제작하는 전처리공정과;

   상기 소재의 단부 및 외경을 가공하는 제1선삭공정과;

   상기 소재에 외경 및 내경을 성형하고, 상기 외경 또는 내경에 요홈을 형성하여 레이스반제폼을 성형하는 제2선삭공정과;

   상기 소재의 내마모성을 높이는 열처리공정과;

   상기 소재의 외경, 내경 및 요홈을 연삭하는 제1연삭공정과;

   상기 소재를 레이스 크기로 절단하는 절단공정으로 이루어지되,

   상기 전처리공정에서는 제작하고자 하는 레이스의 크기보다 크게 소재를 제작하고, 상기 절단공정에서는 상기 레이스반제품을 상기 소재로부터 절단하며,

   상기 제2선삭공정에서는 상기 요홈을 상기 소재의 외경의 양측 또는 내경의 양측에 각각 형성하고,

   상기 절단공정에서는 상기 소재의 양측에 형성된 상기 레이스반제품을 소재로부터 각각 절단하는 것을 특징으로 하는 베어링 레이스 제조방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 제2선삭공정에서는 상기 소재의 양측에 성형된 상기 레이스반제품의 이격거리를, 상기 레이스의 폭보다 크게 하여 성형하는 특징으로 하는 베어링 레이스 제조방법.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 제2선삭공정에서는 상기 소재의 양측에 형성된 상기 요홈의 안쪽방향에 절단홈을 형성하는 것을 특징으로 하는 베어링 레이스 제조방법.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 절단공정에서는 상기 절단홈을 기준으로 하여 상기 소재로부터 상기 레이스반제품을 절단하는 것을 특징으로 하는 베어링 레이스 제조방법.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 절단홈은 상기 소재의 외주면에 형성하는 것을 특징으로 하는 베어링 레이스 제조방법.
7. 제 2항에 있어서,

   상기 제1연삭공정 후 상기 레이스반제품을 정밀 연마하는 슈퍼피니싱공정과;

   상기 절단공정 후 상기 레이스의 절단면을 연삭하는 제2연삭공정을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 베어링 레이스 제조방법.

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