KR101291334B1 - 대구경 선회베어링 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 대구경 선회베어링 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 바(Bar) 형태의 후판 양끝단을 맞대어 원형의 링 형상이 되도록 하는 단계와, 상기 맞대어진 양 끝단을 마찰 교반 접합으로 접합하는 단계와, 상기 마찰 교반 접합한 이후 400℃~600℃에서 열처리하는 단계를 포함하는, 대구경 선회베어링 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 대구경 선회베어링에 관한 것이다.

Description

대구경 선회베어링 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 대구경 선회베어링{MANUFACTURING METHOD OF LARGE CALIBER SLEWING RING BEARING AND MANUFACTURED LARGE CALIBER SLEWING RING BEARING USING THE SAME}

본 발명은 대구경 선회베어링을 제조하기 위하여 마찰 교반 접합을 이용한 대구경 선회베어링 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 대구경 선회베어링에 관한 것이다.

보통 일반적인 베어링은 회전하고 있는 기계의 축을 일정한 위치에 고정시키고 축의 자중과 축에 걸리는 하중을 지지하면서 축을 회전시키는 역할을 하는 기계요소를 말한다. 그러나, 선회베어링은 이러한 일반적인 베어링의 요소 이외에 안쪽과 바깥쪽에 기어가 존재해서 기어가 맞물려 돌아가는 구조로 되어 있는 것이 특징이며, 주로 크레인이나 대형 건설기계의 회전축에 많이 사용된다. 또한, 일부 기어가 없는 기종도 사용되고 있다.

일반적인 선회 베어링의 경우 철강재료를 사용하지만 경량화의 목적으로 알루미늄 소재를 사용하는 것도 있다. 이러한 알루미늄 선회 베어링이 적용되는 경우는 탱크의 포탑의 회전체 부분 또는 군함의 포탑 회전체 부분이다.

대형 즉 대구경을 요하는 선회 베어링의 경우 제작 방식에 대한 어려움이 있는데 일반적으로 초기 작은 형상의 링을 점점 크게 변형시켜 최종 크기로 제작하는 방식이 쓰이고 있지만 이는 장비의 한계로 확장할 수 있는 직경에 한계가 있을 수 밖에 없다. 이러한 문제점 때문에 대형 원소재를 구입하여 내경을 가공하여 선회 베어링으로 제작하는 경우도 있다. 이러한 경우는 내경을 가공하기 위하여 소비되는 소재의 양이 매우 많아 재료비의 손실이 크며, 가공시간 역시 오래 걸리게 되므로 공정상의 효율이 매우 낮다.

본 발명의 목적은, 직경이 큰 대구경 선회베어링을 용이하게 제조할 수 있으며, 재료의 손실을 최소화할 수 있는, 대구경 선회베어링 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 대구경 선회베어링을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 대구경 선회베어링 제조방법은, 바(Bar) 형태의 후판 양끝단을 맞대어 원형의 링 형상이 되도록 하는 단계와, 상기 맞대어진 양 끝단을 마찰 교반 접합으로 접합하는 단계와, 상기 마찰 교반 접합한 이후 400℃~600℃에서 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 마찰 교반 접합으로 접합하는 단계는, 상기 후판의 양끝단이 맞닿은 접합부에 전체 접합 두께의 10~25%정도의 깊이로 가접합을 먼저 실시하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 마찰 교반 접합으로 접합하는 단계는, 상기 후판의 양끝단이 맞닿은 접합부의 상단을 50~70%의 깊이로 상단 접합을 실시하는 단계와, 상기 상단 접합된 접합부의 하단에 50~70%의 깊이로 하단 접합을 실시하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 후판은 두께 80mm 내지 120mm인 바 형태인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 바(Bar) 형태의 후판을 링 형상이 되도록 하는 단계는, 상기 후판의 양끝단 중 일측면에 단차진 홈을 형성하고, 다른 한쪽에는 상기 홈에 대응되는 단턱 형상을 가공하여 상기 단턱을 상기 홈에 끼워넣어 링 형상으로 고정시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 마찰 교반 접합으로 접합하는 단계는, 상기 후판의 양끝단이 맞닿은 접합부의 양쪽 끝단 중 어느 한 쪽 이상에 상기 접합부의 끝단에 접하도록 보조탭을 설치하여 마찰 교반 접합을 실시하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 마찰 교반 접합된 링의 외륜 및 내륜을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 후판은 열처리 알루미늄 합금재 또는 비열처리 알루미늄 합금재인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 후판은 알루미늄-마그네슘계, 알루미늄-마그네슘-실리콘계, 알루미늄-아연-마그네슘계 합금인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 열처리는 10분~2시간 동안 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 열처리하는 단계 이후, 시효처리를 더 수행하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 시효처리는 상기 열처리 온도에서 상온까지 서냉하여 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 시효처리는 1시간~24시간 동안 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 마찰 교반 접합은, 접합부에서 0.5mm/s~6mm/s의 속도로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 방법으로 대구경 선회베어링을 제조할 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 대구경 선회베어링 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 대구경 선회베어링에 의하면, 직경이 큰 대구경 선회베어링을 신속하고 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 선회베어링을 제조할 때 재료의 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대구경 선회베어링의 제조방법을 순서에 따라 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1의 제조방법을 간략하게 나타낸 모식도이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 대구경 선회베어링의 제조방법중 후판 고정 방법을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 사용되는 마찰 교반 접합을 위한 장비의 일부를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 대구경 선회베어링의 제조 중 마찰 교반 접합 방법을 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대구경 선회베어링의 제조 중 마찰 교반 접합 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 대구경 선회베어링의 제조 중 마찰교반 접합 방법을 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마찰 교반 접합을 이용한 대구경 선회베어링 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 대구경 선회베어링에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.

일반적으로 선회베어링은 링밀 등의 장비를 이용하여 원판형의 모재의 중심 내경을 계속하여 넓히면서 내경을 확장하는 방식으로 제조한다. 그러나 이러한 경우는 내경을 넓히기 위해 사용되는 장비의 크기에 한계가 있기 때문에 선회베어링의 내경이 1500mm이상이 되는 경우 제조하는데 큰 어려움이 있다. 또한, 대구경 선회베어링을 제조하기 위해 소정의 두께를 가진 판상의 후판을 모재로 하여 선회베어링의 형상으로 외경 및 내경을 기계적으로 깎아 가공하기도 한다. 그러나 이러한 경우 후판에서 기계적 절삭이나 연삭 등의 가공을 통해 깎여나가는 부분이 매우 많기 때문에 불필요하게 손실되는 재료의 양이 너무 많다는 문제점이 있었다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대구경 선회베어링의 제조방법을 순서에 따라 도시한 순서도이고, 도 2는 도 1의 제조방법을 간략하게 나타낸 모식도이다. 본 발명의 제조방법이 적용되는 선회베어링은 직경, 상세하게는 선회베어링의 내경이 1500mm 이상인 경우에 적용하는 것이 바람직하다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 대구경 선회베어링을 제조하기 위해 먼저 모재로 바(Bar) 형태의 후판(M)을 준비하고, 바의 양 끝단을 맞대어 원형의 링 형상이 되도록 한다(S10). 이때 직경의 의미는 링 형상일 때 내경을 의미한다. 본 발명에서는 후판을 링 형상으로 하였을 때 그 직경 즉 내경이 1500mm이상인 것일 수 있다. 또한, 바 형태의 후판(M)의 두께는 80mm 내지 120mm 인 것이 바람직하다. 이러한 후판(M)의 두께는 대구경 선회베어링으로 제조하여 사용하는데 적당한 두께의 범위이며, 후술할 마찰 교반 접합으로 접합이 가능한 범위 내에서 설정된 것일 수 있다.

바 형태의 후판(M)은 소정의 수단을 이용하여 양 끝에서 동일한 방향으로 압력을 가하여 양 끝단이 한 지점에서 맞닿게 하는 방식으로 링 형상이 되도록 할 수 있다. 링 형상으로 만든 후판(M)은 접합 동안 링 형상을 유지하고 있어야 하므로 일정한 압력을 계속하여 가하는 장비를 이용하거나, 소정의 틀을 이용하여 지속적으로 고정시키는 것이 바람직하다.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 후판(M)의 고정 방법을 나타낸 것으로서, 바 형태의 후판(M)의 양 끝단 중 한쪽에는 홈(10a)을 형성하고, 다른 한쪽에는 홈(10a)에 대응할 수 있는 형태의 단턱(10b) 형상을 가공한다. 바 형태의 후판(M)을 링 형상으로 구부려 양 끝단을 맞닿게 할 때 가공된 홈(10a)에 단턱(10b)을 끼워넣어 걸어줌으로써 이후 공정에서 링 형상을 계속하여 유지할 수 있게 된다.

이러한 홈과 단턱은 도 3a와 같이 후판(M) 양 끝단면에 가로 방향으로 형성되어 후판(M) 양 끝단면이 수평 방향으로 결합되는 것이 가능하며, 도 3b와 같이 후판(M) 양 끝단면에 세로 방향으로 형성되어 후판(M) 양 끝단면이 수직 방향으로 결합되어 고정되는 것 또한 가능하다.

바 형태의 후판(M)은 상온에서 링 형상이 되도록 휘는 것이 가능하며, 적은 압력으로 링 형상으로 만들 수 있도록 후판(M)을 가열하여 소정의 온도에서 링 형상이 되도록 압력을 가하는 것 또한 가능하다.

후판(M)의 재질은 알루미늄 합금 재질인 것이 바람직하다. 상세하게는 알루미늄-마그네슘계, 알루미늄-마그네슘-실리콘계, 알루미늄-아연-마그네슘계 합금인 것이 바람직하다. 이와 같은 알루미늄 합금의 녹는점은 700℃ 부근으로 후술할 마찰 교반 접합에 적합한 재질이다. 또한, 알루미늄 합금은 비열처리 합금 혹은 열처리 합금이 모두 사용가능하나, 비열처리 합금을 이용하는 것이 바람직하다.

바 형태의 후판(M)의 양끝단을 맞대어 링 형상으로 만든 후 맞대어진 양끝단을 마찰 교반 접합으로 접합한다(S20). 마찰 교반 접합(Fraction Stir Welding)은 도 4에 도시한 숄더(20)와 핀(30)을 포함하는 특수한 형태의 장비로 수행되는데, 숄더(20)와 핀(30)을 일체로 형성되어 핀(30)이 숄더(20) 하단에 위치한다. 핀(30)은 접합이 필요한 모재로 직접 삽입되는 부분이며 길이 방향으로 긴 특수한 원뿔 형상 등으로 이루어진다. 숄더(20)와 핀(30)은 일체로 되어 있으므로 동시에 회전하게 되고, 회전하면서 핀(30)이 모재 내부로 삽입되어 접합부를 따라 이동하면서 접합을 수행하게 된다. 마찰 교반 접합은 상술한 특수한 형상의 핀(30)을 고속으로 회전시켜 접합하고자 하는 부위에 삽입하게 되면, 숄더(20)와 소재가 맞닿는 부위에 마찰열이 발생하고, 이러한 마찰열에 의하여 주변의 재료들이 열적으로 연화된 접합면 양쪽의 재료들이 회전하는 핀(30)에 의하여 소성유동하여 강제적으로 혼합되면서 접합이 이루어지게 되는 방식이다.

본 발명에서 바 형태의 후판(M) 양끝단을 맞대어 형성시킨 접합부는 직선형이며 마찰 교반 접합에 사용되는 핀(30)의 형상 및 길이 등은 후판(M)의 두께에 맞추어 조절될 수 있다. 마찰 교반 접합은 소정의 형상으로 제조된 핀(30)을 고속으로 회전시키면서 접합부를 지나가게 하는 것이다. 마찰 교반 접합을 이용하면 접합부의 온도를 녹는점 부근으로 올려 양끝단 부분이 마찰열에 의하여 연화·용융되고 핀(30)이 지나간 후에 서서히 냉각되면서 접합이 완료된다. 이때 접합부에 삽입되어 마찰 교반 접합을 수행하는 부분인 핀(30)이나 숄더(20)는 합금공구강을 사용하는 것이 바람직하다.

이때 핀(30)이 접합부를 통과하면서 접합을 수행하는 속도는 0.5mm/s~6mm/s인 것이 바람직하다. 접합 속도가 0.5mm/s 미만이면 접합 속도가 너무 느려 생산성이 떨어질 뿐 아니라, 접합부에서 재료의 연화가 과도하게 진행될 수 있다. 접합 속도가 6mm/s을 초과하는 경우는 접합부의 연화가 제대로 되지 않은 상태에서 핀이 접합부를 지나갈 수 있어 핀(30) 및 핀(30)을 이동시키는 수단에 무리가 갈 수 있어 핀 및 장비가 파손될 위험이 있다.

접합부를 마찰 교반 접합할 때 핀(30)이 모재에 삽입되어 접합이 수행되고 접합이 완료된 후에 핀(30)이 상단으로 빠져나가게 되는데, 이때 핀(30)이 빠져나간 부분은 채워지지 않고 핀(30)의 형상대로 빈 공간이 형성되는데 이를 앤드홀(End Hole, 40)이라 한다. 이와 같이 앤드홀(40)이 형성되면 이를 다시 채워넣어주거나 가공해야하는 등 공정 상 작업의 어려움이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위하여 본 발명의 선회베어링 제조방법에서는 마찰 교반 접합을 실시하는 후판(M)의 양끝단이 맞닿은 접합부의 시작점과 끝점 즉 양쪽 끝단 중 어느 한 쪽 이상에 보조탭(50)이 설치될 수 있다. 보조탭은 접합부의 끝단에 접하도록 고정설치되는 것이다. 보조탭(50)은 접합을 실시하는 모재와 동일한 소재인 것이 바람직하다.

보조탭(50)은 도 5a 및 도 6a 에 도시한 바와 같이, 접합부의 시작점과 끝점 양쪽에 모두 설치될 수 있다. 보조탭(50)은 마찰 교반 접합을 수행하기 위한 핀이 최초로 삽입되는 곳일 수 있으며, 마찰 교반 접합이 완료된 후 핀이 마지막으로 빠져나오는 곳일 수 있다. 도면에 표시된 바와 같이 보조탭(50)을 설치하면 앤드홀(40)은 모재의 접합부가 아니라 보조탭(50)에 남게 되기 때문에 모재는 앤드홀(40)없이 접합이 완료되어 가공이나 채우기 공정이 없이 바로 후속 공정으로 이동될 수 있다. 보조탭(50)은 마찰 교반 접합이 완료되는 시점에 핀이 외부로 빠져나올 수 있도록 핀의 회전 반경보다 큰 직경을 가지는 원통형이나, 핀의 회전 반경보다 긴 한변을 가지는 직육면체, 정육면체 등의 형태인 것이 바람직하다.

보조탭(50)을 모재 즉 후판(M)의 접합부에 밀착시키기 위하여 보조탭(50)을 감싸는 형태의 지그(60)가 더 설치될 수 있다. 도 7에 도시한 바와 같이, 지그(60)는 보조탭(50)의 외부를 둘러싼 형태로 볼트(61) 등이 형성될 수 있다. 지그(60)에 형성된 볼트(61)는 지그(60) 내측에 인입된 보조탭(50)의 외측면에 맞닿아 눌러줌으로써 보조탭(50)이 흔들리거나 움직이는 것을 방지하고 모재에 좀 더 안정적으로 밀착될 수 있도록 도와주는 역할을 하는 것이다. 지그(60)에 형성되는 볼트(61)는 하나 이상 설치될 수 있으며 볼트(61) 이외에 스크류 형태나 버튼 등의 형태로 내측면에 인입된 보조탭(50)을 고정하여 줄 수 있는 것이면 어떠한 형태든 가능하다.

또한, 본 발명의 마찰 교반 접합은 도 7에 도시한 바와 같이, 후판(M)의 양끝단이 맞닿은 접합부에 먼저 가접합을 실시할 수 있다. 가접합은 후판(M) 두께 즉 접합 두께의 10~25%정도의 깊이로 먼저 마찰 교반 접합을 실시하는 것으로, 가접합을 실시하는 이유는 후판(M)이 링 형상을 계속하여 잘 유지할 수 있도록 하기 위함이다. 또한, 접합부를 가접합 해주면 본접합 시 접합부의 흔들림없이 유지되어 접합 공정 시 용이하고 좋은 결과를 얻을 수 있기 때문이다. 가접합은 본접합보다 빠른 속도로 진행하는 것이 바람직하다. 가접합의 속도가 본접합보다 빠른 속도로 진행될 수 있는 것은 핀(30)이 모재 내로 삽입되는 깊이가 본접합보다 얕기 때문이다. 이때 도 7과 같이 가접합은 본접합에 사용되는 핀(30)보다 직경이 작은 핀(30)을 이용하여 수행하는 것이 바람직하다. 이는 가접합에 소요되는 시간을 절감할 수 있고, 핀(30)의 제작에 이용되는 제조 비용 및 재료를 절감할 수 있기 때문이다.

본접합은 후판(M)의 양끝단이 맞닿은 접합부를 마찰 교반 접합으로 완전히 접합하는 과정으로서, 도 5b 및 도 6b에 도시한 바와 같이 접합선(S1,S2)을 따라 이루어지는 것이다. 본접합은 접합부의 상단을 먼저 접합하며, 상단 접합의 접합 깊이는 전체 접합 두께 즉 후판(M) 두께의 50~70%의 깊이로 실시할 수 있다. 상단 접합이 완료되면 하단을 접합하여야 하는데 이때 링 형상의 모재를 뒤집어 접합이 필요한 부분이 위쪽을 향하도록 해야한다. 모재를 뒤집은 후 하단 접합을 실시하는데 이때의 접합 깊이 또한 상단 접합과 마찬가지로 전체 접합 두께의 50~70% 깊이로 실시한다. 상단 접합과 하단 접합의 접합 두께가 각각 50% 미만이면 상단 접합과 하단 접합에 의해 접합부가 완전히 접합되지 않을 수 있으며, 각각 70%를 초과하는 경우 상단 접합과 하단 접합이 겹쳐지는 부분이 불필요하게 과다 발생하여 접합 공정의 효율이 떨어질 수 있다.

도 5b는 도 5a의 측면도로서 가로 방향으로 형성된 홈과 단턱에 의해 고정된 링 형상의 후판(M)에 형성된 접합선(S1)을 측면에서 본 것이다. 가로 방향으로 홈과 단턱을 형성하는 경우는 측면에서 볼 때 접합선이 일직선상에 있지 않고 좌우로 반씩 나누어져 가운데에서 두 선이 만나는 형태이다. 이 경우는 도 5c와 같이 상단에 먼저 가접합(W1a)을 실시하고, 이를 뒤집어서 하단에 가접합(W1b)를 실시한 뒤, 본접합 과정으로 옮겨 상단에 본접합(W1b)실시하고, 모재를 뒤집어서 하단 본접합(W2b)을 실시하는 것이 가능하다. 이대 상단 접합과 하단 접합의 접합선(S1)의 형태때문에 이격되어 수행된다.

도 6b는 도 6a의 측면도로서 세로 방향으로 형성된 홈과 단턱에 의해 고정된 링 형상의 후판(M)에 형성된 접합선(S2)을 측면에서 본 것이다. 세로 방향으로 홈과 단턱을 형성하는 경우는 측면에서 볼 때 접합선이 전면과 후면에 각각 일직선으로 하나씩 존재하게 된다. 도 6c에서 실선으로 나타낸 것은 전면에 드러난 접합선이고, 점선으로 나타낸 것은 후면에 존재하는 접합선이다. 이러한 접합선은 평면에서 보았을 때 후판(M)의 중간 지점에서 만나게 된다. 이러한 경우는 도 6c와 같이 상단에 두 개의 라인을 따라 먼저 가접합(W1a)을 실시하고, 이를 뒤집어서 하단 두 개의 라인에 가접합(W1b)를 실시한 뒤, 본접합 과정으로 옮겨 상단에 가접합이 수행된 라인을 따라 본접합(W1b)실시하고, 모재를 뒤집어서 하단 본접합(W2b)을 실시하는 것이 가능하다. 이대 상단 접합과 하단 접합의 접합선(S2)의 형태때문에 상하단에 대칭되는 형태로 접합이 이루어질 수 있다.

접합부를 마찰 교반 접합을 접합한 후에는 열처리를 수행할 수 있다(S30). 열처리는 접합부를 포함하는 모재 전부에 시행될 수 있다. 물론 열처리는 접합부에만 국부적으로 수행되는 것 또한 가능하다. 본 발명에서 열처리는 합금원소를 고용체로 용해하는 온도 이상으로 가열하여 일정 시간 유지함으로써 과포화 고용체를 형성시키는 과정을 포함하는 것일 수 있다. 열처리는 합금원소를 과포화 고용체로 형성시킨 이후 냉각하여 합금원소를 석출시키는 과정을 포함할 수 있다. 이때 냉각은 급냉 및 서냉이 가능하다. 모재를 급냉하기 위해 수냉을 실시할 수 있다.

본 발명에서 열처리는 400℃~600℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 이러한 온도는 상술한 바와 같이 합금원소를 고용체로 용해하는 온도 이상으로 가열하여야 열처리 효과가 있기 때문이다. 또한, 400℃ 미만에서 열처리하는 경우 합금원소가고용체로 용해되는 효과가 적어 결과적으로 열처리 효과가 미미해질 수 있다는 단점이 있으며, 600℃를 초과하면 인장강도나 항복강도의 상승효과에 비하여 연신율이 급격히 감소하여 열처리 후 기계적 가공 시 악영향을 미칠 수 있다는 문제점이 발생한다. 열처리는 10분~2시간 동안 수행되는 것이 바람직하다. 열처리 시간은 상술한 열처리 온도에 따라 조절되는 것이 바람직하다. 이때 열처리 후 인장강도 등을 측정하여 적절한 시간을 찾을 수 있다. 열처리 시간이 10분 미만인 경우 합금원소를 과포화 고용체로 형성시키는 시간이 짧아 열처리 효과가 미미할 수 있으며 2시간을 초과하면 과다한 열처리 시간으로 효과 대비 생산성이 떨어질 수 있다. 더욱 바람직하게는 열처리 시간은 1시간 이상 2시간 미만인 것이 바람직하다. 이때 열처리 온도는 400℃~600℃사이에서 일정한 온도로 계속하여 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 모재는 비열처리 알루미늄 합금을 사용하는 것이 바람직하므로, 비열처리된 합금에 마찰 교반 접합을 수행한 후 전체 모재를 함께 열처리하여 경도 및 인장강도 등을 강화하는 것이 좋다. 만일 열처리된 합금을 모재로 사용했을 경우는 마찰 교반 접합을 수행한 접합부에서 열처리 효과가 감소하여 경도 및 인장강도가 떨어질 수 있으므로, 접합부만을 토치 등으로 일정 온도 이상으로 가열하는 국부적 열처리를 수행하는 것 또한 가능하다. 이때 접합부만을 열처리할 때에도 접합부의 온도를 400℃~600℃까지 가열하여 10분~2시간 동안 열처리한다.

본 발명에서는 열처리 이후 시효처리를 더 수행할 수 있다. 시효처리는 상술한 열처리 과정을 통하여 알루미늄 내에 존재하는 합금원소들을 과포화 고용체로 형성시켜 냉각에 의해 석출시킨 후 일정 온도에서 일정 시간 방치하여 합금의 경도나 인장강도, 탄성한도 등 기계적·전기적 특성을 향상시키기 위한 처리를 말하는 것이다. 시효처리는 열처리 이후 열처리 온도에서 상온까지 서냉하여 수행되는 것이 바람직하다. 서냉은 공냉하거나 로냉하는 방법이 모두 사용될 수 있으나 로냉하는 것이 더 바람직하다. 로냉은 모재를 로에 넣어 열처리 한 후 로의 전원을 끄고 상온으로 냉각될 때까지 방치하는 것일 수 있다. 시효처리는 1시간 이상 수행되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 시효처리는 1시간~24시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 1시간 미만은 급격하게 온도를 내려야하므로 불가능하고, 24시간을 초과하는 것은 공정 시간이 너무 길어지기 때문에 생산성이 떨어질 수 있다.

아래 표 1은 본 발명에 관련된 인장강도 및 항복강도와 연신율 측정결과를 나타낸 표이다.

	인장강도(MPa)	항복강도(MPa)	연신율(%)
비교예	274	147	17
실시예1	512	470	13
실시예2	528	478	11

표 1에서 비교예는 비열처리 합금재인 후판(M)으로 마찰 교반 접합 후 접합하여 선회베어링을 제조하고 이 선회베어링의 접합부 샘플을 채취하여 인장강도 및 항복강도와 연신율을 측정한 것이다.

실시예1은 비열처리 합금재인 후판(M)으로 마찰 교반 접합 후 접합하여 선회베어링을 제조하고 420℃에서 열처리를 한 후, 접합부 샘플을 채취하여 인장강도 및 항복강도와 연신율을 측정한 것이다.

실시예2는 비열처리 합금재인 후판(M)으로 마찰 교반 접합 후 접합하여 선회베어링을 제조하고, 600℃에서 열처리한 후 접합부 샘플을 채취하여 이의 인장강도 및 항복강도와 연신율을 측정한 것이다.

비교예1과 실시예1 및 실시예2의 인장강도 및 항복강도와 연신율 값을 비교하여 보면, 열처리를 하지 않은 비교예1의 인장강도보다 열처리를 한 실시예1 및 실시예2의 인장강도가 약 2배 가량 증가한 것을 확인할 수 있다. 또한, 비교예의 항복강도보다 실시예1 및 실시예2의 항복강도가 약 3배 가량 증가함을 알 수 있다. 이러한 실험을 통하여 마찰 교반 접합 후 400℃~600℃에서 열처리를 수행한 선회베어링이 열처리 전의 선회베어링보다 기계적 성질이 우수함을 알 수 있다.

그러나 열처리 온도가 상승함에 따라 인장강도 및 항복강도는 계속하여 증가하는 경향을 보였으나, 연신율은 열처리 온도의 상승에 따라 점차 낮아진 것을 알 수 있다. 인장강도 및 항복강도에 비하여 연신율이 너무 낮은 경우 금속재를 가공할 때 용이하지 않게 된다는 단점이 발생하기 때문에 열처리 온도를 400℃~600℃에서 조절하는 것이 필요하다.

본 발명에서는 마찰 교반 접합 후, 열처리 전이나 열처리 이후에 링 형상으로 접합된 상태에서 내륜 및 외륜을 가공할 수 있다. 선회베어링으로서의 역할을 하기 위하여 링 형상의 선회베어링의 내륜 및 외륜에는 소정의 톱니 형상이 가공되거나 천공된 복수 개의 홀(hole)이 형성될 수 있다. 또한, 무륜 선회베어링이라 하더라도 내륜이나 외륜에 일정 두께 및 요철 등이 형성되는 것이 필요하므로 내륜 및 외륜의 가공이 필요하다. 내륜 및 외륜의 가공은 천공기나 절삭 공구 등 소정의 기계적 수단에 의하여 실시될 수 있다. 마찰 교반 접합이 끝난 후 열처리 하기 전에 내륜 및 외륜 가공을 실시하는 경우 모재 자체의 경도가 낮기 때문에 가공이 용이하다는 장점이 있을 수 있다. 그러나 열처리를 수행하여 모재의 인장강도나 경도 등을 소정의 목표치까지 상승시킨 후 반제품 형태를 완성하여 내륜 및 외륜을 가공하여 완제품으로 성형하는 것 또한 가능하다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 대구경 선회베어링 제조방법에 의하여 선회베어링을 제조하면, 직경 즉 내경이 큰 대구경 선회베어링도 신속하고 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있다. 또한, 선회베어링을 제조함에 있어 원재료를 기계적으로 절삭하는 등의 과정이 없으므로 불필요하게 가공에 의해 낭비되는 재료의 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

상기와 같은 대구경 선회베어링 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 대구경 선회베어링은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.

10a: 홈 10b: 단턱
20: 숄더 30: 핀
40: 앤드홀 50: 보조탭
60: 지그 61: 볼트
M: 후판 S1, S2: 접합선

Claims (15)

1. 바(Bar) 형태의 후판 양끝단을 맞대어 원형의 링 형상이 되도록 하는 단계;
   상기 맞대어진 양 끝단을 마찰 교반 접합으로 접합하는 단계; 및
   상기 마찰 교반 접합한 이후 400℃~600℃에서 열처리하는 단계;를 포함하며,
   상기 바(Bar) 형태의 후판을 링 형상이 되도록 하는 단계는,
   상기 후판의 양끝단 중 어느 일측 끝단에 단차진 홈을 형성하고, 다른 한쪽 끝단에는 상기 홈에 대응되는 단턱 형상을 가공하여, 상기 단턱을 상기 홈에 끼워넣어 링 형상으로 고정시키는 것을 특징으로 하는, 대구경 선회베어링의 제조 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 마찰 교반 접합으로 접합하는 단계는,
   상기 후판의 양끝단이 맞닿은 접합부에 전체 접합 두께의 10~25%정도의 깊이로 가접합을 먼저 실시하는 단계를 더 포함하는, 대구경 선회베어링의 제조 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 마찰 교반 접합으로 접합하는 단계는,
   상기 후판의 양끝단이 맞닿은 접합부의 상단을 50~70%의 깊이로 상단 접합을 실시하는 단계와, 상기 상단 접합된 접합부의 하단에 50~70%의 깊이로 하단 접합을 실시하는 단계를 포함하는, 대구경 선회베어링의 제조 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 후판은 두께 80mm 내지 120mm인 바 형태인 것을 특징으로 하는, 대구경 선회베어링의 제조 방법.
   
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 마찰 교반 접합으로 접합하는 단계는,
   상기 후판의 양끝단이 맞닿은 접합부의 양쪽 끝단 중 어느 한 쪽 이상에 상기 접합부의 끝단에 접하도록 보조탭을 설치하여 마찰 교반 접합을 실시하는 것을 특징으로 하는, 대구경 선회베어링의 제조 방법.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 마찰 교반 접합된 링의 외륜 및 내륜을 가공하는 단계를 더 포함하는, 대구경 선회베어링의 제조 방법.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 후판은 열처리 알루미늄 합금재 또는 비열처리 알루미늄 합금재인 것을 특징으로 하는, 대구경 선회베어링의 제조 방법.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 후판은 알루미늄-마그네슘계, 알루미늄-마그네슘-실리콘계, 알루미늄-아연-마그네슘계 합금인 것을 특징으로 하는, 대구경 선회베어링의 제조 방법.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 열처리는 10분~2시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 대구경 선회베어링의 제조 방법.
    
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 열처리하는 단계 이후, 시효처리를 더 수행하는 것을 특징으로 하는, 대구경 선회베어링의 제조 방법.
    
12. 청구항 11에 있어서.
    상기 시효처리는 상기 열처리 온도에서 상온까지 서냉하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 대구경 선회베어링의 제조 방법.
    
13. 청구항 11에 있어서,
    상기 시효처리는 1시간~24시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는, 대구경 선회베어링의 제조 방법.
    
14. 청구항 1에 있어서,
    상기 마찰 교반 접합은, 접합부에서 0.5mm/s~6mm/s의 속도로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 대구경 선회베어링의 제조 방법.
    
15. 청구항 1 내지 4, 청구항 6 내지 14 중 어느 한 항의 방법으로 제조된, 대구경 선회베어링.
    

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