KR101232721B1 - 열처리용 가압지그 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열처리용 가압지그에 관한 것으로서, 라이닝소재의 상부에 안착되는 상부지그;와 상기 상부지그와 라이닝소재 및 모재가 적층되어 안착되는 하부지그; 및 상기 상부지그를 상기 하부지그 방향으로 가압시키는 압력조절유닛;을 포함하여 이루어지며, 상기 압력조절유닛에 의해 상기 상부지그의 상부에서의 가압력이 조절될 수 있도록 하되, 상기 압력조절유닛은, 말단부가 상기 상부지그를 가압하며, 외주연에는 수나사가 형성된 가압구;와 상기 가압구가 관통되는 홀을 구비하고, 상기 홀에는 암나사가 형성되어 상기 가압구와 체결되는 지지플레이트; 및 상기 지지플레이트와 상기 하부지그 간의 이격거리를 제한시키는 가이드구;를 포함하여 이루어지고, 상기 가이드구는, 상기 지지플레이트와 상기 하부지그의 측 단부에 각각 형성된 요홈에 삽입되며, 양단부에는 측방향으로 돌출형성된 단턱부가 구비된 핀으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 라이닝소재에 인가되는 가압력을 적절하게 유지시킬 수 있는 압력조절유닛을 구비함으로써 라이닝 두께를 일정하게 유지시키는 동시에 접합률의 향상을 도모할 수 있고, 압력조절유닛은 모재와 라이닝 소재의 접합이 완료되면 가압력이 자동적으로 해제되도록 구성되어 열처리 이후에 지그와 제품의 분리가 손쉽게 이루어질 수 있는 장점이 있다.

Description

열처리용 가압지그{PRESSING JIG FOR HEAT TREATMENT}

본 발명은 열처리용 가압지그에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 라이닝 두께를 일정하게 유지할 수 있고 제조 비용은 절감되며 접합률을 향상시킬 수 있는 열처리용 가압지그에 관한 것이다.

유압모터와 유압펌프에 있어서 핵심 부품이 되는 실린더 블록과 밸브 플레이트는 서로 접촉하여 고속 및 고압의 회전운동을 하며 유압을 형성하여 운동에너지를 얻거나 또는 운동에너지를 유압에너지로 변환시키게 된다. 이러한 고속 및 고압의 회전운동을 하는 실린더 블록과 밸브 플레이트 간에는 마찰이 발생하게 되는데, 이러한 마찰은 에너지 손실 및 각 구성 부품의 기계적인 마모를 일으키기 때문에 최소화시키는 것이 중요하다.

이를 위하여 실린더 블록이나 밸브 플레이트에 두께가 0.4∼1.5㎜이고, 윤활성이 있으며, 실린더 블록 또는 밸브 플레이트와는 상이한 재질(특히 동합금재질)인 라이닝 재료를 모재가 되는 실린더 블록 또는 밸브 플레이트의 어느 한쪽에 접합하여 사용하고 있다. 동합금 재질로는 청동, 인청동, 알루미늄 청동, 황동, 고력황동 등이 사용되며, 특히 윤활성이 뛰어난 연청동이 일반적으로 사용된다. 실린더 블록과 밸브 플레이트의 소재로는 주로 철합금이 사용되는데, 특히 펌프나 모터의 내압성 확보가 필요한 경우에는 탄소강이나 크롬, 몰리브덴 등이 포함된 저합금강이 사용되지만, 유압력이 그리 높지 않는 경우는 동합금이 사용되기도 한다.

한편, 모재가 되는 실린더 블록과 밸브 플레이트에 동합금을 라이닝하는 방법으로는 주조접합법, 소결접합법, 확산접합법 등이 사용되고 있다.

주조접합법은 라이닝 소재가 모재보다 융점이 낮은 것을 이용하여 예열된 모재에 용융된 라이닝 재료를 부어 제작하거나, 라이닝 재료를 미리 가공된 모재에 놓고 가열하여 용융상태로 만들어 제작하는 방법이다. 이러한 주조접합법은 공정이 간단하여 제조가 용이하다는 장점이 있으나, 라이닝 소재의 최종치수(t)가 0.4∼1.5㎜ 두께가 되도록 가공되어야 하므로 가공 비용이 높다. 또한 금속학적으로 볼 때에도 라이닝 재료 윤활 성분의 융점이 매우 낮아서 냉각과정 중 입계 부근에서 편석이 심하게 발생하여 조직이 불건전할 수 있다. 또한 주조접합에는 많은 장비가 필요하기 때문에 경제적으로도 부담이 큰 문제가 있다.

또한, 소결접합법은 분말 형태의 라이닝 소재를 모재에 뿌리고, 이것을 예비소결 및 냉간압연을 한 다음, 다시 본 소결과 최종 압연을 통해 라이닝 소재를 접합시키는 방법이다. 소결접합법은 라이닝 재료의 윤활 성분이 주조접합과는 달리 모재면상에 균일하게 분포된다는 장점이 있지만, 2번의 소결과 2번의 냉간압연 과정을 거침으로 인해 제조공정이 비교적 길고 냉간 압연시 충분한 가압을 위하여 1000톤 이상의 프레스 용량이 요구되기 때문에 설비 비용이 높다는 단점이 있다. 또한 동합금 조직에 소결 기공이 잔류함에 따라 열처리 과정에서 기공 내로 이물질이 침투하는 등의 문제가 나타난다.

이에 반해, 확산접합법은 모재와 라이닝 소재를 밀착시켜 라이닝 소재의 융점 이하의 조건에서 소성변형이 발생하지 않을 정도로 가압해서 접합면 간에 발생하는 원자의 확산을 이용하여 접합하는 방법이다. 이 방법에 의하면 금속간의 확산을 통해 모재와 라이닝 소재가 접합되기 때문에, 모재와 라이닝 소재 간의 접합 신뢰도가 높아 상대적으로 접합율과 접합강도가 높다. 이런 장점들로 인해 윤활성이 우수한 재료를 실린더 블록이나 밸브 플레이트 등에 라이닝하는 방법으로 확산접합법이 주로 이용되고 있다.

확산접합법을 이용한 밸브 플레이트의 라이닝 가공은 통상적으로 다음과 같은 단계로 이루어진다.

먼저, 철합금 모재와 동합금 재질의 라이닝 소재를 각각 구면 형상으로 제작한 다음, 라이닝 소재와 모재 각각의 접합될 부분을 세척한다. 그리고 지그와 모재 사이에 라이닝 소재를 배치시킨 후에, 지그와 모재 및 라이닝 소재를 고온의 가열로 내에 유지시키면서 라이닝 소재에 압력을 인가하여 모재와 라이닝 소재를 접합시킨다.

이때, 라이닝 소재에 압력을 인가하는 방법으로는, 모재의 상부에 안착되는 라이닝 소재의 자중에 의해 가압하거나, 모재와 동일한 구면 반경을 가지는 하부면을 구비한 흑연 지그를 라이닝 소재 위에 상치한 다음에 흑연 지그의 자중만으로 또는 데드 웨이트 등을 이용하여 일정 압력을 부가적으로 인가하는 방법을 사용하고 있다.

그러나, 라이닝 소재나 흑연지그의 자중만으로 접합시에는 가압력이 부족하기 때문에 접합면에 기공이 발생되어 불건전한 조직의 밸브 플레이트가 제작되는 문제가 있었고, 데드 웨이트나 별도의 성형 틀을 사용하면 가압력의 조절이 용이하지 않아서 과도한 압력이 인가될 수 있어서 이로 인해 라이닝의 두께가 낮아져 불량품이 발생하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 최적의 가압력을 유지시켜 라이닝 두께를 적절하게 유지할 수 있으며, 접합률도 향상시킬 수 있는 열처리용 가압지그의 개발 필요성이 대두되었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 라이닝 두께를 일정하게 유지할 수 있고 제조 비용은 절감되며 접합률의 향상을 도모할 수 있는 열처리용 가압지그를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 열처리 이후에 지그와 제품의 분리가 손쉽게 이루어질 수 있는 열처리용 가압지그를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 가열로 내에서 대량으로 열처리가 가능하게 되어 생산성이 크게 향상될 수 있는 열처리용 가압지그를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 열처리용 가압지그는, 라이닝소재의 상부에 안착되는 상부지그;와 상기 상부지그와 라이닝소재 및 모재가 적층되어 안착되는 하부지그; 및 상기 상부지그를 상기 하부지그 방향으로 가압시키는 압력조절유닛;을 포함하여 이루어지며, 상기 압력조절유닛에 의해 상기 상부지그의 상부에서의 가압력이 조절될 수 있도록 하되, 상기 압력조절유닛은, 말단부가 상기 상부지그를 가압하며, 외주연에는 수나사가 형성된 가압구;와 상기 가압구가 관통되는 홀을 구비하고, 상기 홀에는 암나사가 형성되어 상기 가압구와 체결되는 지지플레이트; 및 상기 지지플레이트와 상기 하부지그 간의 이격거리를 제한시키는 가이드구;를 포함하여 이루어지고, 상기 가이드구는, 상기 지지플레이트와 상기 하부지그의 측 단부에 각각 형성된 요홈에 삽입되며, 양단부에는 측방향으로 돌출형성된 단턱부가 구비된 핀으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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또한, 상기 라이닝소재와 상부지그 사이에는, 세라믹섬유로 이루어지는 열차단재가 더 구비되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면 첫째, 라이닝 소재에 인가되는 가압력을 적절하게 유지시킬 수 있는 압력조절유닛을 구비함으로써, 라이닝 두께를 일정하게 유지할 수 있고 제조 비용은 절감되며 접합률의 향상을 도모할 수 있는 유리한 효과가 있다.

둘째, 압력조절유닛은 모재와 라이닝 소재의 접합이 완료되면 가압력이 자동적으로 해제되도록 구성함으로써, 열처리가 완료된 이후에 지그와 제품의 분리가 손쉽게 이루어질 수 있는 장점이 있다.

셋째, 가열로 내에 가압지그와 체결된 소재를 복수 개로 적층시켜 대량으로 열처리가 가능하게 되어 생산성이 크게 향상되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리용 가압지그의 결합사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리용 가압지그의 분해사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리용 가압지그의 결합상태도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리용 가압지그의 사용상태도이다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리용 가압지그(100)의 결합사시도와, 분해사시도, 결합상태도 및, 사용상태도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열처리용 가압지그(100)는, 상부지그(10)와 하부지그(20) 및 압력조절유닛(30)을 포함하여 이루어진다.

유압모터나 유압펌프에 사용되는 실린더 블록과 밸브 플레이트의 모재(2)는 구면 형상을 포함하도록 제작되며, 그 재질은 고압 유체의 강도에 적합한 구상흑연주철이나 탄소강 또는 크롬, 몰리브덴, 망간 중에서 하나 이상이 첨가된 저합금강이나 질화강이 주로 사용된다.

또한, 라이닝 소재(1)는 요구되는 윤활 특성에 적합한 조성을 가지는 동합금을 사형주조법이나 연속주조법을 통하여 환봉으로 제작한 후에 균일한 두께로 절단하여 구면형상의 금형 틀에서 성형하여 사용한다. 환봉을 이루는 동합금으로는 청동, 인청동, 알루미늄 청동, 연청동, 황동 및 고력황동 등을 사용할 수 있다.

이때, 라이닝 소재로 사용되는 재질의 항복강도는 재료마다 상이하기 때문에 항복강도 이하로 가압력을 조절하면서 모재(2)에 접합시킬 필요가 있다.

상기 상부지그(10)는 라이닝소재(1)의 상부에 안착되어, 후술되는 압력조절유닛(30)에 의해 하부로 이동되면서 라이닝소재(1)를 모재(2) 방향으로 가압한다. 만일 밸브 플레이트의 라이닝 가공시에는 하부면이 모재와 동일한 구면형상으로 제작된다. 또한 필요에 따라 라이닝 소재(1)와 모재(2) 사이의 접합 부위를 세척하여 확산접합시에 이물질로 인해 원자 확산이 방해받지 않도록 한다. 세척 시에는 아세톤이나 알코올을 사용하여 유지분을 충분히 제거하는 것이 바람직하다.

상기 하부지그(20)는 평판형상으로 이루어지며, 상부지그(10)와 라이닝소재(1) 및 모재(2)가 순서대로 적층되어 전술한 상부지그(10)의 압하작용시 하부에서 이를 지지하는 역할을 한다.

상기 압력조절유닛(30)은 상부지그(10)를 하부지그(20)방향으로 가압시키는 역할을 하며, 라이닝소재(1)에 인가되는 가압력을 적절하게 조절할 수 있게 한다. 이로써 라이닝 두께를 일정하게 유지할 수 있고 라이닝소재(1)와 모재(2)와의 접합률을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 압력조절유닛(30)은, 가압구(31)와 지지플레이트(32) 및 가이드구(33)를 포함하여 이루어진다.

상기 가압구(31)는 말단부를 통해 상부지그(10)를 가압하는 역할을 하며, 외주연에는 수나사(311)가 형성되어 후술되는 암나사(321)가 형성된 지지플레이트(32)와 체결되어 상하로 승강운동이 가능하게 구성된다. 특히 육각볼트 또는 렌치볼트 등으로 구성되어 스패너나 렌치 등에 체결하여 사용되는 것이 바람직하다.

상기 지지플레이트(32)는 가압구(31)와 나사결합되는 관통 홀을 구비하고, 가압구(31)가 회전에 의해 지지플레이트(32)를 관통하여 말단부가 상부지그(10)의 상측에서 라이닝소재(1)를 가압하게 되면, 가압구(31)와 나사결합된 지지플레이트(32)는 상부로 이동하게 된다. 이때 후술되는 가이드구(33)에 의해 지지플레이트(32)의 상부이동이 제한됨으로써, 라이닝소재(1)와 모재(2)간의 가압력을 일정하게 유지시킬 수 있게 된다. 또한 상부지그(10)가 삽입될 수 있도록 하부면에는 함몰부(323)를 형성시켜 지지플레이트(32)와 상부지그(10) 간의 결합위치를 일정하게 조정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가이드구(33)는 양단부에 측방향으로 돌출형성된 단턱부(341)가 구비된 핀(34)으로 구성되고, 지지플레이트(32)와 하부지그(20)의 측 단부에는 각각 요홈(21, 322)을 형성시켜 가이드구(33)가 삽입될 수 있도록 한다.

이로써, 전술한 가압구(31)의 회전에 따른 지지플레이트(32)의 상부이동은 상기 핀(34)의 단턱부(341)에 지지플레이트(32)의 측단부가 걸림고정됨으로써 이격거리가 제한된다. 필요에 따라 상기 핀(34)은 볼트로, 일측의 단턱부는 너트로 구성함으로써, 단턱부 간의 간격을 너트로 조절할 수 있도록 구성될 수도 있다.

한편, 가이드구(33)는 단턱부(341)에 의해 지지플레이트(32)와 하부지그(20)의 최대 이격거리만을 유지시키고, 이들의 간격이 최대 이격거리보다 작을 때에는 요홈(21,322)을 통해 핀(34)을 손쉽게 분리시킬 수 있다. 따라서, 열처리로(3) 내에서 라이닝소재(1)와 모재(2)간의 접합이 이루어지면 양자의 틈새를 라이닝소재(1)가 메움으로써 라이닝된 제품의 높이가 열처리 이전보다 더 낮아지기 때문에 지지플레이트(32)와 하부지그(20) 간의 간격은 최대 이격거리보다 줄어들게 되고, 작업자는 열처리된 제품으로부터 지그를 손쉽게 분리시킬 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, 가이드구(33)의 단턱부(341) 위치변경을 통해 가압력의 조절이 가능하게 되고, 모재(2)와 라이닝 소재(1)의 접합이 완료되면 가압력이 자동적으로 해제됨으로써 열처리 이후에 지그와 제품의 분리가 손쉽게 이루어질 수 있는 장점이 생긴다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열처리용 가압지그(100)는, 라이닝소재(1)와 상부지그(10) 사이에 세라믹섬유로 이루어지는 열차단재(40)가 더 구비되는 것이 바람직하다.

모재(2)와 라이닝 소재(1)를 고온의 가열로 내에서 접합시키는 과정에서는 지그에도 라이닝 소재(1)가 접합될 가능성이 높다. 이를 방지하기 위해 종래에는 라이닝 소재(1)와 접합되지 않는 소재로 제작된 흑연 지그를 주로 이용해 왔다. 그러나 전술한 바와 같이 라이닝소재(1)와 모재(2) 간에 인가되는 가압력이 충분하지 않은 단점이 있었고 이를 보완하기 위해 별도의 수단이 부가되어야 하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 내열성·내식성·내마찰성이 뛰어난 무기섬유의 일종인 세라믹섬유로 제작된 열차단재(40)를 상부지그(10)와 라이닝소재(1) 간에 게재시킴으로써, 상부지그(10)와 라이닝소재(1) 간의 열을 효과적으로 차단시켜 양자의 접합을 방지할 수 있도록 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명인 열처리용 가압지그(100)는, 라이닝소재(1)에 인가되는 가압력을 적절하게 유지시킬 수 있는 압력조절유닛(30)을 구비함으로써 라이닝 두께를 일정하게 유지시키는 동시에 접합률의 향상을 도모할 수 있고, 압력조절유닛(30)은 모재(2)와 라이닝 소재(1)의 접합이 완료되면 가압력이 자동적으로 해제되도록 구성되어 열처리 이후에 지그와 제품의 분리가 손쉽게 이루어질 수 있는 장점이 있다.

100 : 열처리용 가압지그 1 : 라이닝소재
2 : 모재 3 : 열처리로
10 : 상부지그 20 : 하부지그
21 : 요홈 30 : 압력조절유닛
31 : 가압구 311 : 수나사
32 : 지지플레이트 321 : 암나사
322 : 요홈 323 : 함몰부
33 : 가이드구 34 : 핀
341 : 단턱부 40 : 열차단재

Claims (4)

1. 라이닝소재의 상부에 안착되는 상부지그;와
   상기 상부지그와 라이닝소재 및 모재가 적층되어 안착되는 하부지그; 및
   상기 상부지그를 상기 하부지그 방향으로 가압시키는 압력조절유닛;을 포함하여 이루어지며,
   상기 압력조절유닛에 의해 상기 상부지그의 상부에서의 가압력이 조절될 수 있도록 하되,
   상기 압력조절유닛은,
   말단부가 상기 상부지그를 가압하며, 외주연에는 수나사가 형성된 가압구;와
   상기 가압구가 관통되는 홀을 구비하고, 상기 홀에는 암나사가 형성되어 상기 가압구와 체결되는 지지플레이트; 및
   상기 지지플레이트와 상기 하부지그 간의 이격거리를 제한시키는 가이드구;를 포함하여 이루어지고,
   상기 가이드구는,
   상기 지지플레이트와 상기 하부지그의 측 단부에 각각 형성된 요홈에 삽입되며, 양단부에는 측방향으로 돌출형성된 단턱부가 구비된 핀으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열처리용 가압지그.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 라이닝소재와 상부지그 사이에는, 세라믹섬유로 이루어지는 열차단재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 열처리용 가압지그.

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