KR101066170B1 - 브이지에스 타입 터보챠져에 있어서의 레버 플레이트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

[과제]
비교적 살두께가 얇은 재료소재를 적용하면서도, 레버 플레이트에 있어서 충분한 두께 치수, 높이 치수를 확보한 결합돌기를 형성할 수 있는 새로운 방법을 개발하는 것을 목적으로 하는 것이다.
[해결수단]
본 발명의 VGS타입 터보챠져에 있어서의 레버 플레이트는, 배기 가이드 어셈블리에 조립되고, 이 레버 플레이트는 장편 모양의 플레이트부의 일방의 단부 가까이에 가변익의 축부를 삽입하기 위한 삽입구멍을 구비함과 아울러 타단측에는 드라이브링에 결합하기 위한 결합돌기를 구비하는 것이며, 상기 결합돌기는, 평판장편 모양의 블랭크재를 구부림과 아울러, 결합돌기의 기립방향으로부터의 압축을 받고, 그 판두께를 플레이트의 판두께보다도 크게 형성하고 있고, 또한 결합돌기는 그 대향하는 측주면을 마무리 블랭킹 가공하여 원호 모양으로 마무리되어 있는 것을 특징으로 하여 이루어지는 것이다.

Description

브이지에스 타입 터보챠져에 있어서의 레버 플레이트의 제조방법{METHOD FOR PRODUCING LEVER PLATE IN VGS-TYPE TURBO CHARGER}

본 발명은, 자동차용 엔진 등에 사용되는 VGS타입 터보챠져(VGS는 Variable Geometry System의 두문자)에 있어서, 가변익(可變翼)을 적절하게 회전시켜, 터빈으로 반송되는 배기가스의 유량(流量)을 조정하는 가변기구(可變機構)에 사용되는 부품인 레버 플레이트(lever plate)에 관한 것으로서, 특히 경량화(輕量化)나 정밀도(精密度) 향상을 도모할 수 있는 신규의 레버 플레이트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차용 엔진의 고출력화(高出力化), 고성능화(高性能化)의 한 수단으로 사용되는 과급기(過給機)로서 터보챠져(turbocharger)가 알려져 있다. 이것은 엔진의 배기 에너지(排氣 energy)에 의하여 터빈(turbine)을 구동하고, 이 터빈의 출력에 의하여 컴프레서(cpmpressor)를 회전시켜, 엔진에 자연흡기(自然吸氣) 이상의 과급상태(過給狀態)를 유발하는 장치이다. 이 터보챠져는, 엔진이 저속회전 하고 있을 때에는, 배기유량(排氣流量)의 저하에 의하여 터빈로터가 거의 작동하지 않고, 따라서 고속회전영역(高速回轉領域)까지 회전하는 엔진에 있어서는 터빈이 효율적으로 회전할 때까지 덜거덕거리는 감과, 그 후에 일거(一擧)에 고속으로 회전할 때까지의 소요시간, 소위 터보래그(turbo lag) 등이 생기는 것을 피할 수 없었다. 또한 원래 엔진의 회전수가 낮은 디젤 엔진(diesel engine)에서는 터보 효과를 얻기 어렵다고 하는 결점이 있었다.

이 때문에 저회전영역에서부터도 효율적으로 작동하는 VGS타입의 터보챠져(VGS유닛)가 개발되고 있다. 이것은, 적은 배기유량을 가변익(날개)에 의하여 적절하게 압축하고, 배기의 속도를 증가시키고, 터빈로터의 효과를 크게 함으로써 저속회전시라도 고출력을 발휘할 수 있게 한 것이다. 이 때문에 VGS유닛에 있어서는, 별도의 가변익의 가변기구 등을 필요로 하고, 주변의 구성부품도 종래의 것에 비하여 형상 등을 보다 복잡하게 하여야만 하였다.

이러한 것으로부터 본 출원인도 VGS타입의 터보챠져에 관하여 예의 연구와 개발을 거듭하여 많은 특허출원을 하게 이르렀다(예를 들면 특허문헌1∼8 참조).

그런데 이러한 VGS타입 터보챠져의 배기 가이드 어셈블리(排氣 guide assembly; exhaust guide assembly)에는, 원주 형상으로 배치된 복수의 가변익을 일제히 또한 균등하게 개폐시키기 위한 드라이브링(drive ring)을 포함하는 가변기구가 설치되어 있다. 이 가변기구는, 외부에 설치된 액추에이터(actuator)로부터의 시프트 구동(shift 驅動)을 받아, 우선 드라이브링이 회전하고, 이 회전동작을 레버 플레이트를 통하여 가변익에 전달하고, 최종적으로 복수의 가변익이 일제히 또한 균등하게 개폐(회전)하도록 한 것이다. 이 가변익과, 이것을 시프트하는 기구에 대하여 더 구체적으로 설명하면, 도1은 그 개요를 나타내는 도면으로서, 원주 모양으로 설치된 다수의 가변익(1)의 축부(軸部)의 단부(端部)에 레버 플레이트(5)를 크랭크 모양으로 고정함과 아울러, 레버 플레이트(5)의 타단은 작동용의 드라이브링(31)에 링크 모양으로 결합하고 있고, 드라이브링(31)의 회전에 의하여 레버 플레이트(5)는 가변익(1)의 축을 중심으로 하여 회전하고, 결과적으로 가변익(1)의 설정각도(設定角度)를 바꾸고 있는 것이다.

그런데 이 레버 플레이트는 종래로부터 다양한 형태가 있고, 그 종래형의 하나로서 도8에 나타내는 형태의 것이 있다. 이러한 종래형의 레버 플레이트(105)는, 장편(長片) 모양의 플레이트부(151)의 일단(一端)에 가변익의 축부를 조립하기 위한 삽입구멍(152)을 구비함과 아울러 타단측에 드라이브링과의 결합을 위한 결합돌기(153)가 형성된 형상으로 되어 있다. 이것을 소성가공(塑性加工)으로 성형하는 경우에는, 플레이트부에서 결합돌기를 세우기 위하여, 소재단계에서 그 가공을 허용할 정도의 충분한 두께 치수(t0)의 재료를 준비하고 있다. 이 때문에 레버 플레이트(105) 자체의 경량화에도 한계가 있고 또한 이 살두께의 부재에 가변익의 축부를 고정하기 위한 삽입구멍(152)을 피어스 가공(pierce 加工)에 의하여 뚫지 않으면 안되어 기술적인 곤란이 수반되는 것이었다. 구체적으로는, 천공(穿孔)를 하기 위한 피어스 펀치(pierce punch)의 선택 바로 그것이 어렵고 또한 예를 들어 이 피어스 가공을 할 수 있다고 하여도, 부하가 큰 가공인 것에는 변함이 없어, 이 피어스 펀치의 소모가 심한 것이며, 결과적으로 제조장치 전체의 유지보수 등의 비용을 충분히 억제할 수는 없다. 또한 당연하지만, 그 유지보수가 충분하게 이루어지지 않는 경우에는 제품의 정밀도 저하를 피할 수 없었다. 그리고 무엇보다도 중요한 기능 부위인 결합돌기에 대하여는 소재의 두께 치수의 제약을 받아, 결합작용을 충분하고 확실하게 하기 위하여 그 높이 치수를 자유롭게 설정하려고 하더라도 한계가 있었다.

특허문헌1 : 일본국 공개특허 특개2003-49655호 공보 특허문헌2 : 일본국 공개특허 특개2003-49663호 공보 특허문헌3 : 일본국 공개특허 특개2003-49656호 공보 특허문헌4 : 일본국 공개특허 특개2003-49657호 공보 특허문헌5 : 일본국 공개특허 특개2003-49658호 공보 특허문헌6 : 일본국 공개특허 특개2003-49659호 공보 특허문헌7 : 일본국 공개특허 특개2003-48033호 공보 특허문헌8 : 일본국 공개특허 특개2003-49660호 공보

본 발명은, 이러한 배경을 고려하여 이루어진 것으로서, 비교적 살두께가 얇은 재료소재를 적용하면서도, 레버 플레이트에 있어서 충분한 두께 치수, 높이 치수를 확보한 결합돌기를 형성할 수 있는 새로운 방법을 개발하는 것을 목적으로 한 것이다.

즉, 청구항1에 기재된 VGS타입 터보챠져에 있어서의 레버 플레이트는,

터빈로터의 외주위치에 배치된 복수의 가변익을 레버 플레이트를 통하여 드라이브링의 시프트에 의하여 회전시키고,

엔진으로부터 배출된 비교적 적은 배기가스를 이 가변익에 의하여 적절하게 압축하고, 배기가스의 속도를 증폭시켜, 배기가스의 에너지에 의하여 터빈로터를 회전시키고, 터빈로터에 직접 연결된 컴프레서에 의하여 자연흡기 이상의 공기를 엔진으로 반송하여, 저속회전시에도 엔진이 고출력을 발휘할 수 있게 한 VGS타입 터보챠져의 배기 가이드 어셈블리에 조립되는 레버 플레이트로서,

이 레버 플레이트는, 오스틴나이트계 내열강으로 이루어지고, 장편 모양의 플레이트부의 일방의 단부 가까이에 가변익의 축부를 삽입하기 위한 삽입구멍을 구비함과 아울러 타단측에는 드라이브링에 결합하기 위한 결합돌기를 구비하는 것이며,

상기 결합돌기는, 평판장편 모양의 블랭크재를 구부림과 아울러,

결합돌기의 기립방향으로부터의 압축을 받고, 그 판두께를 플레이트의 판두께보다도 크게 형성하고 있고, 또한 결합돌기는 그 대향하는 측주면을 마무리 블랭킹 가공하여 원호 모양으로 마무리되어 있는 것을 특징으로 하여 이루어지는 것이다.

또한 청구항2에 기재된 VGS타입 터보챠져에 있어서의 레버 플레이트는, 상기 청구항1 기재의 요건에 더하여, 상기 삽입구멍에 대하여는, 상기 결합돌기의 마무리 블랭킹 가공과 동시에 피어스 가공에 의하여 형성된 것을 특징으로 하여 이루어지는 것이다.

또한 청구항3 기재의 VGS타입 터보챠져에 있어서의 레버 플레이트의 제조방법은, 터빈로터의 외주위치에 배치된 복수의 가변익을 레버 플레이트를 통하여 드라이브링의 시프트에 의하여 회전시키고,

엔진으로부터 배출된 비교적 적은 배기가스를 이 가변익에 의하여 적절하게 압축하고, 배기가스의 속도를 증폭시켜, 배기가스의 에너지에 의하여 터빈로터를 돌리고, 터빈로터에 직접 연결된 컴프레서에 의하여 자연흡기 이상의 공기를 엔진으로 반송하여 저속회전시에도 엔진이 고출력을 발휘할 수 있게 한 VGS타입 터보챠져의 배기 가이드 어셈블리에 조립되는 레버 플레이트의 제조방법으로서,

이 레버 플레이트는, 오스틴나이트계 내열강으로 이루어지고, 장편 모양의 플레이트부의 일단부 가까이에 가변익 축부를 삽입하기 위한 삽입구멍을 구비함과 아울러 타단측에는 드라이브링에 결합하기 위한 결합돌기를 구비하는 것이며,

블랭킹 공정에 있어서, 플레이트부 살두께와 대략 같은 살두께의 재료소재를 평판장편 모양으로 펀칭하여 블랭크 워크를 얻고,

계속하여 절곡공정에 있어서, 장편 모양을 이루는 블랭크 소재의 일방의 단부를 대략 90도 구부리도록 기립시켜 결합돌기 예비성형부를 형성한 절곡 중간 워크를 얻고,

계속하여 압축공정에 있어서, 상기 결합돌기 예비성형부를 기립방향으로부터 압축하여 그 살두께를 플레이트 살두께보다도 증가시켜서 압축 중간 워크를 얻고,

계속하여 마무리 블랭킹 공정에 있어서, 상기 압축 중간 워크의 주위를 제품형상이 되도록 마무리 하여 성형 워크를 얻고,

또한 상기 마무리 블랭킹 공정 전단, 동시 또는 후단에 있어서 이루어지는 피어스 공정에 있어서, 플레이트부에 있어서의 결합돌기와 반대측의 단부 가까이에 삽입구멍을 피어스 가공에 의하여 펀칭하여 최종제품을 얻는 것을 특징으로 하여 이루어지는 것이다.

또한 청구항4 기재의 VGS타입 터보챠져에 있어서의 레버 플레이트의 제조방법은, 상기 청구항3 기재의 요건에 더하여, 상기 마무리 블랭킹 공정, 피어스 공정은, 동시에 같은 금형에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하여 이루어지는 것이다.

또한 청구항5 기재의 VGS타입 터보챠져에 있어서의 레버 플레이트의 제조방법은, 상기 청구항3 또는 4 기재의 요건에 더하여, 상기 마무리 블랭킹 공정에 있어서는, 압축 중간 워크에 성형되어 있는 결합돌기에 있어서의 대향하는 측주부를 원호면 형상으로 가공하는 것을 특징으로 하여 이루어지는 것이다.

이들 각 청구항의 발명의 구성을 수단으로서 하여 상기 과제의 해결이 도모된다.

즉 청구항1 기재의 발명에 의하면,

레버 플레이트에 있어서의 플레이트부를 비교적 두께가 얇은 소재에 의하여 형성하면서 결합돌기는 두꺼운 살두께의 형태로 할 수 있어, 부품중량도 경량화할 수 있음과 아울러 삽입구멍의 형성에 과대한 부하가 걸리지 않고, 결과적으로 정밀도가 높은 레버 플레이트가 얻어진다.

또한 결합돌기의 가공이력으로 인하고, 그 부분의 개질(改質)이 이루어져 결과적으로 초기 산화(酸化), 초기 마모(磨耗)에 대한 내성(耐性)이 현저하게 향상된 레버 플레이트가 얻어진다.

또한 청구항2 기재의 발명에 의하면,

레버 플레이트에 있어서의 삽입구멍을 천공하기 위한 피어스 가공과, 결합돌기를 포함하는 전체의 마무리 블랭킹 가공이 동시에 이루어졌을 때에는, 결합돌기와 삽입구멍과의 성형위치의 정밀도를 금형대로 설정할 수 있어 더 정밀한 레버 플레이트의 제조가 가능하게 된다.

또한 청구항3 기재의 발명에 의하면,

레버 플레이트에 있어서의 플레이트부를 비교적 두께가 얇은 소재에 의하여 형성하면서 결합돌기는 두꺼운 살두께의 형태로 할 수 있어, 부품 중량도 경량화할 수 있음과 아울러 삽입구멍의 형성에 과대한 부하가 걸리지 않고, 결과적으로 정밀도가 높은 제품이 얻어진다.

또한 결합돌기의 가공이력으로 인하여 그 부분이 개질되어, 결과적으로 초기 산화, 초기 마모에 대한 내성이 현저하게 향상된 레버 플레이트가 얻어진다.

또한 청구항4 기재의 발명에 의하면, 레버 플레이트에 있어서의 결합돌기의 형상처리와 삽입구멍의 형성이 동시에 같은 금형에 의하여 이루어짐으로써 보다 정밀도가 높은 레버 플레이트가 얻어진다.

또한 청구항5 기재의 발명에 의하면, 레버 플레이트에 있어서의 결합돌기의 측주부는, 마무리 블랭킹 가공에 의하여 적절한 원호 모양의 표면형상을 얻을 수 있다.

도1은, 본 발명의 레버 플레이트를 조립한 배기 가이드 어셈블리의 일례를 나타내는 분해 사시도로서, VGS타입의 터보챠져의 일례를 나타내는 사시도(a), 및 본 발명의 레버 플레이트가 배기 가이드 어셈블리에 적용되어 있는 상태를 나타내는 확대 사시도(b)이다.
도2는, 본 발명의 레버 플레이트를 확대하여 나타내는 사시도 및 일부 절단 측면도이다.
도3은, 본 발명의 레버 플레이트의 제조공정을 순차적으로 나타내는 설명도이다.
도4는, 순차적으로 이송하여 가공을 실시하는 방법에 의한 블랭크의 형태를 나타내는 평면도이다.
도5는, 본 발명과 종래의 방법을 비교하기 위한 원리적 형태를 나타내는 사시도이다.
도6은, 본 발명에 의한 중량감소의 상태를 나타내는 그래프다.
도7은, 본 발명에 의한 압조율과 소재의 두께 치수, 결합돌기부의 두께 치수의 관계를 나타내는 그래프다.
도8은, 종래의 방법에 의하여 제조된 레버 플레이트를 나타내는 일부 절단 사시도 및 종단 측면도이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태는, 이하의 실시형태에서 설명하는 것을 그 하나로 함과 아울러 또한 그 기술사상 내에 있어서 개량할 수 있는 다양한 방법을 포함하는 것이다.

또한, 설명에 있어서는, 본 발명에 관한 레버 플레이트(5)가 적용되고 있는 가변기구(3)를 조립한 VGS타입의 터보챠져(C)에 있어서의 배기 가이드 어셈블리(AS)에 대하여 개략적으로 설명하면서, 가변기구(3), 레버 플레이트(5)에 대하여 설명한다.

(실시형태)

배기 가이드 어셈블리(AS)는, 특히 엔진의 저속회전시에 있어서 배기가스(G)를 적절하게 압축하여 배기유량을 조절하는 것이고, 일례로서 도1에 나타나 있는 바와 같이 터빈로터(T)의 외주(外周)에 설치되어 실질적으로 배기유량을 설정하는 복수의 가변익(1)과, 가변익(1)을 회전하도록 지지하는 프레임 기재(frame 基材)(2)와, 배기가스(G)의 유량을 적절하게 설정하기 위하여 가변익(1)을 일정각도 회전시키는 가변기구(3)를 구비하여 이루어지는 것이다. 이하, 각 구성부에 대하여 설명한다.

우선 가변익(1)에 대하여 설명한다. 이것은 일례로서 도1에 나타나 있는 바와 같이 터빈로터(T)의 외주를 따라 원호 모양으로 복수(하나의 배기 가이드 어셈블리(AS)에 대하여 대략 10∼15개 정도)설치되어, 그 각각이 대략 균등하고 또한 일제히 회전하여 배기유량을 조절한다. 또한 가변익(1)은 익부(翼部)(11)와 축부(軸部)(12)를 구비하여 이루어지는데, 이하 이것들에 대하여 설명한다.

우선 익부(11)는, 주로 터빈로터(T)의 폭 치수를 따라 일정 폭을 구비하도록 형성되는 것으로서, 그 폭방향에 있어서의 단면이 익형(翼型)으로 형성되고, 배기가스(G)가 효과적으로 터빈로터(T)를 향하도록 구성되어 있다.

또한 익부(11)에는, 축부(12)와의 경계부(접속부)에 축부(12)보다 어느 정도 큰 직경의 돌출부(13)가 필요에 따라 형성된다. 또 돌출부(13)의 저면(底面)(좌면(座面))은 익부(11)의 단면(端面)과 대략 동일한 평면상에 형성되고, 이 평면이 가변익(1)을 프레임 기재(2)에 삽입하였을 때의 좌면이 되어, 터빈로터(T)에 있어서의 폭방향의 위치제한을 도모하는 작용을 담당하고 있다.

한편, 축부(12)는 익부(11)와 일체적으로 연속되어 형성되는 것이며, 익부(11)를 움직일 때의 회전축이 된다. 그리고 이 축부(12)의 선단에는, 가변익(1)의 부착상태의 기준이 되는 기준면(15)이 형성된다. 또, 이 기준면(15)은, 후술하는 가변기구(3)에 대하여 코킹 등에 의하여 고정되는 부위로서, 일례로서 도1에 나타나 있는 바와 같이 축부(12)를 반대방향에서 각각(대향적(對向的)으로) 절단한 2평면으로 형성된다.

도1에 나타낸 가변익(1)은, 익부(11)의 일방에만 축부(12)가 형성된, 소위 외팔보 타입의 가변익(1)이다. 그러나 가변익(1)로서는, 익부(11)의 양측에 축부(12)이 형성된 소위 양축 타입(兩軸 type; double shaft type) 혹은 양팔보 타입(double shaft type)의 것도 적용할 수 있다.

다음에 프레임 기재(2)에 대하여 설명한다. 이것은, 복수의 가변익(1)을 회전하도록 지지하는 프레임 부재(frame 部材)로서 구성되는 것이며, 일례로서 도1에 나타나 있는 바와 같이 부착측 프레임 기재(附着側 frame 基材)(21)와 대향측 프레임 기재(對向側 frame 基材)(22)에 의하여 가변익(1)(익부(11))를 에워싸도록 구성된다.

부착측 프레임 기재(21)는, 중앙 부분이 개구 상태로 형성되고, 그 가장자리 부분에 가변익(1)의 축부(12)를 수용하는 베어링부(축수부(軸受部))(23)가 등간격으로 배치되어 이루어지는 것이다. 또한 이 부착측 프레임 기재(21)의 외주부에는 후술하는 가변기구(3)가 설치된다.

또한 대향측 프레임 기재(22)는, 일례로서 도1에 나타나 있는 바와 같이 중앙 부분을 개구한 원판 모양으로 형성된다.

그리고 이들 부착측 프레임 기재(21)와 대향측 프레임 기재(22)에 의하여 에워싸인 가변익(1)을 항상 원활하게 회전시킬 수 있도록, 양 부재간의 거리가 대략 일정(대략 가변익(1)의 날개폭(h) 정도)하게 유지되는 것이며, 일례로서 베어링부(23)의 외주 부분에 4군데 설치된 코킹핀(caulking pin)(24)에 의하여 양 부재간의 거리가 유지된다. 여기에서 이 코킹핀(24)을 수용하기 위하여 부착측 프레임 기재(21) 및 대향측 프레임 기재(22)에 개구되어 형성되는 구멍을 핀구멍(24P)이라고 한다.

다음에 본 발명의 레버 플레이트(5)를 포함하는 가변기구(3)에 대하여 설명한다. 가변기구(3)는, 배기유량을 조절하기 위하여 가변익(1)을 적절하게 회전시키는 것으로서, 일례로서 도1에 나타나 있는 바와 같이 배기 가이드 어셈블리(AS)내에 있어서 가변익(1)의 회전을 발생시키는 드라이브링(driving ring)(31)과, 이 회전을 가변익(1)에 전달하는 레버 플레이트(lever plate)(5)가 중심이 되는 구성부재로 한다.

드라이브링(31)은, 예를 들면 도면에 나타나 있는 바와 같은 홈 모양의 구동 결합부(33)를 원주면에 다수 구비하는 것으로서, 여기에 상기 레버 플레이트(5)가 결합하여 드라이브링(31)의 회전이 레버 플레이트(5)의 회전동작이 되도록 시프트하는 것이다.

또 드라이브링(31)은, 그 일부에 있어서 액추에이터(actuator)(AC)로부터의 구동을 수용하는 U자 모양의 홈(notch)인 입력부(36)를 구비한다.

그리고 이것으로부터 이해되는 것 같이, 이 레버 플레이트(5)는, 드라이브링(31)과 가변익(11)의 축부(12) 사이에 삽입되어 가변익(11)을 회전시키는 것이다.

이하, 이 레버 플레이트(5)에 대하여 상세하게 설명한다.

이 레버 플레이트(5)는, 도2에 나타나 있는 바와 같이 장편 모양의 플레이트부(51)의 일방의 단부 가까이에 가변익(11)의 축부(12)를 삽입시키기 위한 삽입구멍(52)을 구비함과 아울러 상기 드라이브링(31)에 결합하기 위한 결합돌기(53)를 삽입구멍(52)과 반대측의 단부에 구비하는 것이다.

우선 플레이트부(51)는, 중간부가 어느 정도 잘록한 것 같은 형상의 장편 모양의 판자 모양 부위로서, 플레이트부(51)의 두께 치수(t2)는, 후술하지만 블랭크 워크(blank work)(5A)의 소재 두께 치수(t1)와 대략 같은 치수다. 또한 그 두께 치수(t1)는, 이미 설명한 도8에 나타내는 종래형의 레버 플레이트(105)에 있어서의 두께 치수(t0)와 비교하여 70%∼40%의 정도로 설정할 수 있다.

그리고 플레이트부(51)의 일방의 단부에 형성되는 삽입구멍(52)은, 평면에서 볼 때에 대략 사각형 모양의 형상을 한 것으로서, 이것은, 상기 가변익(1)의 축부(12)가 단부에 있어서 대향적으로 기준면(15)을 구비한 형상의 단면을 구비하는 것에 대응하는 것이다.

한편, 삽입구멍(52)의 반대측의 단부에 형성되는 결합돌기(53)는, 평판장편 모양의 블랭크 워크(5A)를 구부려 형성된 것이다. 즉 플레이트부(51)의 두께를 유지하고 있었던 블랭크 워크(5A)는, 그 단부가 세워지도록 변형이 주어지고, 그 후에 그 부위가 기립방향으로 압축을 받는다. 그 결과, 결합돌기(53)의 두께 치수(t3)는 플레이트부(51)의 두께 치수(t2)보다도 증가하게 된다.

또 결합돌기(53)의 측주부(側周部)(530)는, 마무리 블랭킹 가공이 되어 평면에서 볼 때에 원호면을 나타내도록 마무리된다. 상기 드라이브링(31)에 있어서의 구동 결합부(33)에 대하여는, 이 원호 모양의 측주부(530)가 접촉한 상태에서 시프트된다.

본 발명의 레버 플레이트(5)는 이상에서 설명한 것 같은 형상을 구비하는 것으로서, 이하에서 설명하는 것 같은 공정을 채용하는 제조방법에 의하여 제조된다.

이하, 이 제조방법을 도3에 따라서 순차적으로 설명한다.

(i)블랭킹 공정(blanking工程)

레버 플레이트(5)의 출발소재(出發素材)로서는 사용환경에 적합하는 것 같은 오스틴나이트계 내열강(austenite系 耐熱鋼; austenite-based heat resisting steel)을 사용하여 장편 모양의 블랭크 워크(5A)로서 펀칭한다.

또한 이 도3에 있어서는, 원리적인 이해를 얻기 위하여 레버 플레이트(5)를 한 개씩 가공하는 상태를 도면에 나타내고 있지만, 이들은 순차적으로 이송하여 실시하는 가공을 고려하여 도4에 나타나 있는 바와 같이 블랭크 워크(blank work)(5A)를 복수 개로 하여 일부에서 연속한 것 같은 형태로 한 것을 사용하는 것도 물론 가능하다. 이 블랭킹 공정에 있어서는, 그 일방의 단부에 결합돌기(53)를 형성하게 되는 결합돌기 준비부(53A)가 동일면(同一面)으로 준비되고, 나머지의 비교적 긴 범위가 플레이트용 준비부(51A)가 되는 것이다.

(ii)절곡공정(切曲工程)

절곡공정은, 블랭킹 공정에 있어서 블랭크 워크(5A)에 있어서의 결합돌기 준비부(53A)의 부위를, 처음 상태로부터 대략 90도 세우도록 절곡(휨) 변형을 주는 가공을 하여 절곡 중간 워크(5B)를 얻는 것이다. 도면에서 세워진 상태의 결합돌기(53)의 부위를 결합돌기 준비부(53B)로서 나타낸다. 이 때 결합돌기 준비부(53B)는, 그 굴곡 부위의 외주측에 있어서는 직각(right angled) 상태가 아니라 약간 원호면으로 되어 있다.

또한 이 절곡공정에 있어서 결합돌기 준비부(53B)는, 그 두께 치수가 소재 두께 치수(t1)내지는 플레이트부 두께 치수(t2)의 치수 그대로이다.

(iii)압축공정(壓縮工程)

이 압축공정은, 이전 공정에서 절곡가공 된 결합돌기 준비부(53B)를 더 짧고 두꺼운 살두께로 가공하여 압축 중간 워크(壓縮中間work)(5C)를 얻는 공정이다. 즉 파인 블랭킹 금형(fine blanking die)이나 단순한 프레스 금형(press die) 혹은 설치형의 가공용 헤더 금형(upsetting header die)에 의하여 결합돌기 준비부(53B)를 상방으로부터 압축하여 평면 왜곡 압축(平面歪曲壓縮; plane strain compression)을 재료에 가한다. 그 결과, 이 부위에 있어서의 재료는, 판두께가 증가하는 방향이나 주측부 방향으로 변형함과 아울러 굴곡 부위의 외주측에 있어서 원호 모양으로 되어 있었던 코너도 직각 상태로 가공된다. 이 변형후의 부위를 도3(iii)에 있어서 결합돌기 준비부(53C)로서 나타낸다.

이 가공태양을 구체적으로 파인 블랭킹 방법에 의한 폐쇄 평면 왜곡 증육 압조성형(閉鎖平面歪曲增肉壓造成形; closed plane strain thickening press molding)으로 할 경우에 대하여 개략적으로 설명한다. 이 가공에서는, 최종형상을 제한하는 소위 업셋팅 다이(upsetting die)를 사용하고, 실온에서 압축치수 변형비율(壓縮치수 變形比率; dimension change due to compression), 즉 압조율(壓造率; press ratio) 또는 압입율(押入率; indentation ratio)을 0.3에서 0.7로 실시한다. 블랭크 워크 소재가 오스틴나이트계 내열강인 경우에, 50도에서부터 200도의 분위기(雰圍氣)로 더 가열함으로써 제조성과 제품성능이 향상한다.

또한 이 때에, 플레이트부(51)에 관해서도 그 두께 치수(t2)를 더 정밀하게 설정할 필요가 있을 때에는, 그 부위를 더 가압가공 하여도 지장이 없다.

(iv)마무리 블랭킹·피어스 가공

이 마무리 블랭킹·피어스 가공은, 이전 공정의 압축공정에서 얻어진 압축 중간 워크(5C)를 평면에서 볼 때의 제품의 외형을 구비하게 함과 아울러 삽입구멍(52)을 천공(穿孔)하기 위한 피어스 가공을 동시에 하여, 완성품으로서의 레버 플레이트(5)인 정형 워크(整形work)(5D)를 얻는 공정이다.

즉 플레이트부(51)는, 경량화 등의 목적에서 중간부를 어느 정도 작록한 형상으로 마무리 함과 아울러, 결합돌기(53)는 특히 측주부(530)에 있어서 그 면을 원호 모양으로 마무리한다. 그리고 동시에 피어스 가공에 있어서 삽입구멍(52)을 천공한다. 이러한 공정을 거침으로써 결합돌기(53)와 삽입구멍(52)은, 각각의 중심위치인 삽입구멍 중심(C1), 결합돌기 중심(C2)의 위치관계가 정확하게 금형에 따라 설정되는 것이다. 이러한 공정을 거쳐서 완성품으로서의 레버 플레이트(5)를 얻는다.

또한, 이 마무리 블랭킹 피어스 공정은 동시에 하는 것이 바람직한 제조방법이지만, 도3(iv)-(a)·(b)·(c))에 나타나 있는 바와 같이, 압축공정을 거친 후에 예를 들면 마무리 블랭킹의 단독 공정을 우선 하고, 플레이트부(51)의 외형 형상의 성형, 결합돌기(53)의 측주부(530)의 원호 모양 처리를 하고, 계속하여 별도로 삽입구멍(52)을 피어스 단독의 가공을 하는 잔가공처리공정(殘加工處理工程)에 있어서 뚫을 수도 있다.

또 이와는 반대로, 피어스 단독의 가공공정을 먼저 하고, 이어서 마무리 블랭킹 가공 만을 하는 잔가공처리공정에서 가공하여 제품을 얻는 방법도 채용할 수 있다.

이렇게 하여 이미 설명한 레버 플레이트(5)가 완성된다.

이러한 방법에 의하여 얻어진 레버 플레이트(5)에 대하여, 가공방법으로 인한 효과에 대하여 더 설명한다.

우선 소재의 절곡·압축(압조/압축)가공과 중량·판압(板壓)의 관계를 모식적인 해석에 의하여 설명하고, 본 발명에 의한 경량화의 달성에 대하여 설명한다.

검토하는 데에 있어서 원리적인 이해를 위하여 레버 플레이트의 형태를 도5에 나타나 있는 바와 같이 직육면체가 복합된 것을 예시하여 설명한다. 동 도면 (a)가 본 발명, (b)가 종래형이다.

[1]종래의 레버 플레이트의 중량(W0)

[수1]

W₀ = (I₀w₀t₀ + H₀w₀t₀ - πRt₀)ρ

= t₀(I₀w₀ + H₀w₀ - πR)ρ (1)

[2]본 발명의 레버 플레이트의 중량(W1)

[수2]

W₁ = (I₀w₀t₁ + H₀w₀t₁ - πRt₁)ρ

= t₁(I₀w₀ + H₀w₀ - πR)ρ (2)

[3]중량차(△W)(=W0 - W1)

[수3]

△W = W₀ - W₁

= {(t₁ - t₀)(I₀w₀ - πR) + (H₀t₀ - H₁t₁)w₀}ρ

= (t₁ - t₀)(I₀w₀ - πR)ρ (3)

H₀t₀ = H₁t₁

[4]압조율(압입율)(ν), 증후율(增厚率)(μ)은, (H1,t1)에 대하여 본 발명에 의한 결합돌기(53)가 되는 부위의 압조시의 높이와 판두께를 각각 (H,t)로 하면,

[수4]

압조률(ν) =

= 1 -

H = H₁(1-ν) (4)

[수5]

증후율(μ) =

=

- 1

t = t₁(1 + μ) (5)

가 된다.

"W0을 일정"하다고 하면,

("판폭일정폐쇄평면왜곡압조(板幅一定閉鎖平面歪曲壓造; closed plane strain pressing)"(판폭 일정 업셋팅 가공의 본 발명에 있어서의 적용)

[수6]

H₁t₁w₀ = Htw₀ (6)

[수7]

H₁t₁ = Ht (7)

따라서, ν, μ의 윗식을 대입하여

[수8]

H₁t₁ = H₁(1 - ν)·t₁(1 + μ) (8)

[수9]

∴(1 - ν)(1 + μ) = 1 (9)

의 관계에 있다.

따라서 H, t를 압조율(압입율)(ν)로 나타내면,

[수10]

H = H₁(1 - ν) (10)

여기에서 압조율(압입율)(ν)의 값은,

[수11]

t =

(11)

이다.

그리고 본 발명에 있어서,

[수12]

0 < ν < 1 (12)

[수13]

평판부 판두께 : t₁ (< t₀) (t₀ 는 종래의 레버 플레이트 두께)

절곡기립부 판두께 : t (> t₁) 로 제어가능

동 높이 : H (> H₁) 로 제어가능 (13)

종래품을 포함하여, 수식(3)으로부터 중량변화를, 수식(10), 수식(11), 수식(12)로부터 수식(13)의 기립부 판두께와 높이의 변화를 도면에 나타내면 도6과 같다.

도6에서, △W와 (t0 - t1)의 관계는, 0점(->종래품)을 지나는 tanφ = (I₀W₀ - πR)ρ로 나타내는 구배(句配)로 이루어지는 직선으로 나타나고, △W의 극한치(極限値)는 t1 = 0에 상당하는 △W_lim = (I₀W₀ - πR)ρ 에서, π는 일정값, ρ(비중)는 재료에 의하여 결정되고, 기타는 본 발명에 의거한 사양에 의하여 변화·제어할 수 있다.

도6으로부터도 분명하게 나타나 있는 바와 같이 중량의 감소량(△W)은 양의 값이 되어, 종래의 것에 비하여 분명하게 본 발명의 레버 플레이트가 경량화되어 있다는 것을 알 수 있다.

또한 블랭크 워크의 판두께(t)와 결합돌기(준비부)의 높이(H), 압조율(압입율)의 관계를 도7에 의거하여 설명한다.

본 발명에서는, 종래품보다 얇은 살두께 소재를 사용하는 것으로서, 파인 블랭킹에 의한 폐쇄평면왜곡증육압조의 방법을 실시하는 데에 있어서, 피어스/평면부와 결합돌기 준비부의 판두께(각각 t1, t)을 종래품의 절곡 높이(H0)에서부터 적절하게 H1(H0 < H1)로 하고, t1 < t0 으로 하고(평탄부), t > t1 로 한다. 그 때의 높이(H1)의 변화와 함께 압조율(압입율)(ν)을 제어하여 t, H 모두 제어할 수 있다. 그리고 오스틴나이트계 내열강으로 압조율(압입율)(ν)을 실온에서 0.5정도로 하고, 이 때에 50도∼200도의 가열제어에 의하여 그 이상의 압조가 가능한 것을 예견하고 실증하였다. 이 실증에 있어서는 포매스터 형식(Formaster-type) 온도제어방식 압축시험기를 사용하였다.

즉 이 실증실험의 결과, γSUS의 수축 플랜지 변형(contraction flange deformation)에 있어서, 종래의 신장 플랜지 변형(elongation flange deformation)에 있어서 발견된 재료의 가공경화(加工硬化)에 관한 루드빅(Ludwick)의 식이 성립하는 것도 발견하였다.

[수14]

δ' = K' e'^n' (14)

(δ'K' 은 수축 플랜지 변형의 진응력(眞應力)과 왜곡, e'n' 은 같은 상황에서의 정수(定數))

이러한 발견의 결과, 이미 설명한 신규의 레버 플레이트를 상기 해석결과와 그것을 실현시킬 수 있는 가공방법에 의하여 제조가 가능하게 하였다.

특히 본 발명의 방법은 결합 돌기부의 압조가공을 특징의 하나로 하는 것으로서, 이에 따라 우수한 효과가 얻어진다. 우선 본 발명에 있어서의 소재는 VGS용이기 때문에 오스틴나이트계 내열강이다. 이것을 절곡가공 후에 폐쇄압조에 의하여 가공함으로써 제품은 강한 압축변형을 받는 상태가 된다. 그리고 소재의 재결정 온도(再結晶溫度)는 950도 정도, 사용온도는 800도 정도이므로 압축왜곡상태는 용이하게 해제되지 않기 때문에, 800도 정도의 고온의 고체물(固體物)과의 슬라이딩이나 배기가스와의 접촉에 의한 마찰 마모성이 향상된다.

따라서 본 방법에 의하여, 레버 플레이트(5)에는 강한 압축가공경화(壓縮加工硬化: compressive work hardening)가 발생하고 있어, 상기의 온도관계로부터 고온경화(高溫硬化)가 지속되게 된다. VGS 타입의 터보챠져의 실용화에 있어서, 초기 산화, 초기 마모에 우수한 내성이 발휘되고 있다.

1 : 가변익
2 : 프레임 기재
3 : 가변기구
5 : 레버 플레이트
11 : 익부
12 : 축부
13 : 돌출부
15 : 기준면
2 : 프레임
21 : 부착측 프레임 기재
22 : 대향측 프레임 기재
23 : 베어링부
24 : 코킹핀
24P : 핀구멍
3 : 가변기구
31 : 드라이브링
33 : 구동부
36 : 입력부
5 : 레버 플레이트
5A : 블랭크 워크
5B : 절곡 중간 워크
5C : 압축 중간 워크
5D : 성형 워크
51 : 플레이트부
51A : 블랭크시 플레이트부
51B : 절곡가공시 플레이트부
51C : 압축가공시 플레이트부
52 : 삽입구멍
520 : 피어스이어링 구멍
53 : 결합돌기
53A : 블랭크시 결합돌기 준비부
53B : 절곡가공시 결합돌기 준비부
53C : (압축가공시)결합돌기 준비부
530 : 측주부
105 : 레버 플레이트
151 : 플레이트부
152 : 삽입구멍
153 : 결합돌기
AC : 액추에이터
AS : 배기 가이드 어셈블리
C : 터보챠져
G : 배기가스
T : 터빈로터
t0 : (종래형)두께 치수
t1 : (소재)두께 치수
t2 : (플레이트부)두께 치수
t3 : (결합돌기부)두께 치수

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 터빈로터의 외주위치에 배치된 복수의 가변익을 레버 플레이트를 통하여 드라이브링의 시프트에 의하여 회전시키고,
   엔진으로부터 배출된 배기가스를 이 가변익에 의하여 압축하고, 배기가스의 속도를 증폭시켜, 배기가스의 에너지에 의하여 터빈로터를 돌리고, 터빈로터에 직접 연결된 컴프레서에 의하여 자연흡기 이상의 공기를 엔진으로 반송하여, 저속회전시에도 엔진이 고출력을 발휘할 수 있게 한 VGS타입 터보챠져의 배기 가이드 어셈블리에 조립되는 레버 플레이트의 제조방법으로서,
   이 레버 플레이트는, 오스틴나이트계 내열강으로 이루어지고, 장편 모양의 플레이트부의 일단부(一端部) 가까이에 가변익 축부를 삽입하기 위한 삽입구멍을 구비함과 아울러 타단측에는 드라이브링에 결합하기 위한 결합돌기를 구비하는 것이며,
   블랭킹 공정에 있어서, 플레이트부 살두께와 같은 살두께의 재료소재를 평판장편 모양으로 펀칭(punching)하여 블랭크 워크(blank work)를 얻고,
   계속하여 절곡공정(切曲工程)에 있어서, 장편 모양을 이루는 블랭크 소재의 일방의 단부를 90도 구부려 세워서 결합돌기 예비성형부(結合突起 豫備成形部)를 형성한 절곡 중간 워크(切曲中間 work)를 얻고,
   계속하여 압축공정에 있어서, 상기 결합돌기 예비성형부를 기립방향으로부터 압축하여 그 살두께를 플레이트 살두께보다도 증가시켜서 압축 중간 워크(壓縮中間 work)를 얻고,
   계속하여 마무리 블랭킹 공정에 있어서, 상기 압축 중간 워크의 주위(周圍)를 제품형상이 되도록 마무리 하여 성형 워크(成形work)를 얻고,
   또한 상기 마무리 블랭킹 공정 전단(前段), 동시(同時) 또는 후단(後段)에 있어서 이루어지는 피어스 공정(pirece 工程)에 있어서, 플레이트부에 있어서의 결합돌기와 반대측의 단부 가까이에 삽입구멍을 피어스 가공에 의하여 펀칭하여 최종제품을 얻는 것을
   특징으로 하는 VGS타입 터보챠져에 있어서의 레버 플레이트의 제조방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 마무리 블랭킹 공정, 피어스 공정은 동시에 같은 금형에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 VGS타입 터보챠져에 있어서의 레버 플레이트의 제조방법.
   
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 마무리 블랭킹 공정에 있어서는, 압축 중간 워크에 성형되어 있는 결합돌기에 있어서의 대향하는 측주부를 원호면 형상으로 가공하는 것을 특징으로 하는 VGS타입 터보챠져에 있어서의 레버 플레이트의 제조방법.
   

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