KR101341579B1 - 마찰교반용접용 지그 장치 - Google Patents

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Abstract

백킹 플레이트의 상면에 상하로 서로 맞대어 로딩된 피접합재들을 마찰교반용접할 때 피접합재들을 백킹 플레이트의 상면에 밀착시켜 고정하는 마찰교반용접용 지그 장치에 관한 것이다. 마찰교반용접용 지그 장치는 클램프부와, 지그 암, 및 구동기구를 포함한다. 클램프부는 클램프 프레임과, 서로 이격된 상태로 클램프 프레임에 각 일단이 고정되고 각 타단이 피접합재들의 상부 고정 부위에 대응되게 형성된 복수의 클램프 바들을 구비한다. 지그 암은 클램프 프레임에 결합되고, 하방향으로 회전 동작함에 따라 클램프 바들을 피접합재들을 고정시키는 위치로 이동시키며, 상방향으로 회전 동작함에 따라 클램프 바들을 피접합재들을 해제하는 위치로 이동시킨다. 구동기구는 지그 암을 상하방향으로 회전 동작시킨다.

Description

마찰교반용접용 지그 장치{Jig apparatus for friction stir welding}
본 발명은 마찰교반용접시 피접합재를 고정하기 위한 지그 장치에 관한 것이다.
현재 자동차 산업은 경량화를 위하여 자동차 차체 부품에서 강(Steel) 대신, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 합금과 같은 경합금이 적용되고 있다. 이러한 변화의 추이에 맞추어 이종 소재를 접합하고자 연구개발 되고 있는 기술 중 하나가 마찰교반용접이다.
마찰교반용접(Friction Stir Welding; FSW)이란 비소모성 공구를 고속으로 회전시키면서 피접합재에 접촉시키면, 공구와 피접합재와의 상호마찰에 의해 열이 발생하여 공구 주변의 재료가 연화되며, 공구의 교반에 의한 재료의 소성유동으로 접합면 양쪽의 재료들이 강제로 혼합되는 원리로 피접합재가 용접되는 것이다.
이러한 마찰교반용접은 기존의 용융용접에 비해, 낮은 열로 용접이 이루어지기 때문에 작은 잔류응력, 적은 변형 등으로 인해 접합부의 기계적 강도가 우수할 뿐 아니라, 별도의 열원, 용접봉, 용가제 등이 불필요하며 접합과정에서 유해광선이나 유해물질이 배출되지 않기 때문에 경제적이면서 환경친화적인 접합기술로 평가를 받고 있다. 또한, 마찰교반용접은 자동차, 항공기, 선박 산업 분야 등에서 널리 사용되고 있는 알루미늄이나 마그네슘 합금 등으로 제조된 재료의 용접에 적합한 장점이 있다.
한편, 마찰교반용접의 경우, 공구를 회전시켜 고정 상태의 피접합재와 상호마찰을 시키기 때문에, 공구의 회전력이 피접합재에 전달된다. 이로 인해, 피접합재의 고정이 기존 용접법에 비해 어려운 문제가 있다. 따라서, 마찰교반용접시 피접합재의 치수 및 형상 정밀도를 높이기 위해서는 우수한 구속력이 필요하다.
공개특허공보 제2011-0100099(2011.09.09 공개)
본 발명의 과제는 단순화된 구성을 지니면서 피접합재들을 균일한 구속력으로 고정할 수 있는 마찰교반용접용 지그 장치를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 마찰교반용접용 지그 장치는, 백킹 플레이트의 상면에 상하로 서로 맞대어 로딩된 피접합재들을 마찰교반용접할 때 상기 피접합재들을 상기 백킹 플레이트의 상면에 밀착시켜 고정하는 것으로서, 클램프 프레임과, 서로 이격된 상태로 상기 클램프 프레임에 각 일단이 고정되고 각 타단이 상기 피접합재들의 상부 고정 부위에 대응되게 형성된 복수의 클램프 바들을 구비한 클램프부; 상기 클램프 프레임에 결합되고, 하방향으로 회전 동작함에 따라 상기 클램프 바들을 상기 피접합재들을 고정시키는 위치로 이동시키며, 상방향으로 회전 동작함에 따라 상기 클램프 바들을 상기 피접합재들을 해제하는 위치로 이동시키는 지그 암; 및 상기 지그 암을 상하방향으로 회전 동작시키는 구동기구;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 클램프 바들은 하나의 구동기구에 의해 함께 피접합재들을 고정하는 위치 또는 해제하는 위치로 이동될 수 있으므로, 구동기구를 최소화할 수 있다. 따라서, 마찰교반용접용 지그 장치는 단순화된 구성을 지니면서 피접합재들을 균일한 구속력으로 고정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰교반용접용 지그 장치에 대한 사시도.
도 2은 도 1의 클램프부가 피접합재들을 고정하기 전의 상태를 도시한 측면도.
도 3은 도 1의 클램프부가 피접합재들을 고정한 상태를 도시한 측면도.
도 4는 도 3에 대한 평면도.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마찰교반용접용 지그 장치에 대한 사시도이다. 도 2은 도 1의 클램프부가 피접합재들을 고정하기 전의 상태를 도시한 측면도이다. 도 3은 도 1의 클램프부가 피접합재들을 고정한 상태를 도시한 측면도이다. 그리고, 도 4는 도 3에 대한 평면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 마찰교반용접용 지그 장치(100)는 백킹 플레이트(backing plate, 10)의 상면에 상하로 서로 맞대어 로딩된 피접합재들(1,2)을 마찰교반용접할 때, 피접합재들(1,2)을 백킹 플레이트(10)의 상면에 밀착시켜 고정하기 위한 것이다.
백킹 플레이트(10)는 피접합재들(1,2)에 대한 마찰교반용접시 상부에서 하부로 가해지는 교반 하중을 받쳐줌으로써, 접합하고자 하는 피접합재들(1,2)이 뒤로 밀리는 것을 방지하는 역할을 한다. 백킹 플레이트(10)는 베이스(20) 상에 설치되어 지지될 수 있다. 피접합재들(1,2)은 차량의 차체부품으로 사용되는 것일 수 있으며, 이종 소재로 각각 구성되어 마찰교반용접에 의해 상호 접합될 수 있다.
마찰교반용접용 지그 장치(100)는 백킹 플레이트(10)와 함께 베이스(20) 상에 설치되어 지지될 수 있다. 마찰교반용접용 지그 장치(100)는 클램프부(clamp potion, 110)와, 지그 암(jig arm, 120), 및 구동기구(130)를 포함한다.
클램프부(110)는 클램프 프레임(111) 및 클램프 바(112)들을 구비한다. 클램프 프레임(111)은 클램프 바(112)들을 공통되게 지지한다. 클램프 바(112)들은 서로 이격된 상태로 클램프 프레임(111)에 각 일단이 고정되고, 각 타단이 피접합재들(1,2)의 상부 고정 부위에 대응되게 형성된다.
즉, 클램프 바(112)들은 클램프 프레임(111)에 고정되는 고정 단과, 피접합재들(1,2)의 상부 고정 부위를 가압하는 가압 단을 각각 구비한다. 클램프 바(112)들은 가압 단들 사이에 피접합재들(1,2)의 접합 부위가 위치하도록 배치될 수 있다.
클램프 바(112)들의 각 가압 단이 피접합재들(1,2)을 가압하는 면적이 충분히 확보될 수 있도록, 클램프 바(112)들의 각 가압 단이 피접합재들(1,2)과 접촉되는 부위는 평면으로 이루어질 수 있다. 도시하고 있지 않으나, 클램프 바(112)들은 연결 프레임에 의해 연결됨으로써, 상호 지지되는 효과를 높일 수도 있다.
지그 암(120)은 클램프 프레임(111)에 결합되고 상하방향으로 회전 동작함으로써, 클램프 바(112)들을 상하방향으로 함께 이동시킬 수 있게 한다.
지그 암(120)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 하방향으로 회전 동작함에 따라 클램프 바(112)들을 피접합재들(1,2)을 고정시키는 위치로 이동시킨다. 이때, 클램프 바(112)들의 가압 단들은 피접합재들(1,2)의 상부 고정 부위들로 함께 이동하여 피접합재들(1,2)의 상부 고정 부위들을 각각 가압함으로써, 균일한 구속력으로 피접합재들을 백킹 플레이트(10)의 상면에 밀착시켜 고정할 수 있다.
지그 암(120)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상방향으로 회전 동작함에 따라 클램프 바들(1,2)을 피접합재들을 해제하는 위치로 이동시킨다. 이때, 클램프 바(112)들의 가압 단들은 피접합재들(1,2)의 상부 고정 부위들로부터 함께 벗어남으로써, 피접합재들(1,2)을 구속한 상태로부터 해제시킬 수 있다.
지그 암(120)은 베이스(20) 상에 장착된 브래킷(101)에 상하방향으로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 즉, 지그 암(120)은 브래킷(101)에 힌지 연결되며, 힌지 축(102)을 중심으로 상하방향으로 회전 동작할 수 있다.
브래킷(101)에는 지그 암(120)의 하강 위치를 제한하는 스토퍼(103)가 마련될 수 있다. 따라서, 클램프 바(112)들이 피접합재들(1,2)의 상부 고정 부위들을 고정하는 위치로 이동한 상태에서, 지그 암(120)은 스토퍼(103)에 의해 멈춤 동작함으로써, 클램프 바(112)들에 의해 피접합재들(1,2)에 설정 압력 이상의 과다한 압력이 가해지지 않을 수 있다.
구동기구(130)는 지그 암(120)을 상하방향으로 회전 동작시키기 위한 것이다. 즉, 구동기구(130)는 지그 암(120)이 회전 동작하도록 지그 암(120)에 동력을 제공한다. 예컨대, 구동기구(130)는 실린더(131)를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 실린더(131)는 실린더 몸체(132)가 브래킷(101)에 상하로 회전 가능하게 힌지 결합되고, 실린더 로드(133)가 지그 암(120)에 상하로 회전 가능하게 힌지 결합될 수 있다. 실린더 로드(133)는 공압 또는 유압에 의해 실린더 몸체(132)에 대해 인입 동작 또는 인출 동작할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 실린더 로드(133)가 실린더 몸체(132)로 인입 동작하면, 지그 암(120)이 상방향으로 회전한다. 이에 따라, 클램프 바(112)들은 피접합재들(1,2)을 해제시키는 위치로 이동할 수 있다.
그리고, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 실린더 로드(133)가 실린더 몸체(132)로부터 인출 동작하면, 지그 암(120)이 하방향으로 회전한다. 이에 따라, 클램프 바(112)들은 피접합재들(1,2)을 고정시키는 위치로 이동할 수 있다.
전술한 마찰교반용접용 지그 장치(100)에 의하면, 클램프 바(112)들은 하나의 구동기구(130)에 의해 함께 피접합재들(1,2)을 고정하는 위치 또는 해제하는 위치로 이동될 수 있으므로, 비교 예로서 클램프 바들이 복수의 구동기구들에 의해 개별 이동하는 것에 비해, 구동기구(130)를 최소화할 수 있다. 따라서, 마찰교반용접용 지그 장치(100)는 단순화된 구성을 지니면서 피접합재들(1,2)을 균일한 구속력으로 고정할 수 있다.
한편, 클램프부(110)와 지그 암(120) 사이는 분리 가능하게 결합될 수 있다. 예컨대, 피접합재들(1,2)이 차량에 사용되는 부품인 경우, 차종에 따라 피접합재들(1,2)의 형상 등이 다를 수 있다. 이로 인해, 피접합재들(1,2)의 접합 부위가 변경됨으로써 접합시 고정되는 부위도 변경될 수 있다. 이 경우, 클램프부(110)와 지그 암(120) 사이가 분리 가능하게 결합되면, 변경된 고정 부위에 맞게 제조된 클램프부를 마련해서 용이하게 교체 가능할 수 있다. 클램프부(110)와 지그 암(120) 사이는 나사 기구 등을 이용하여 결합됨으로써, 착탈이 용이할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10..백킹 플레이트 100..지그 장치
110..클램프부 111..클램프 프레임
112..클램프 바 120..지그 암
130..구동기구 131..실린더

Claims (2)

  1. 베이스 상에 설치되어 지지된 백킹 플레이트의 상면에 상하로 서로 맞대어 로딩된 피접합재들을 마찰교반용접할 때 상기 피접합재들을 상기 백킹 플레이트의 상면에 밀착시켜 고정하는 것으로서,
    클램프 프레임과, 서로 이격된 상태로 상기 클램프 프레임에 각 일단이 고정되고 각 타단이 상기 피접합재들의 상부 고정 부위에 대응되게 형성된 복수의 클램프 바들을 구비한 클램프부;
    상기 클램프 프레임에 결합되며, 상기 베이스 상에 장착된 브래킷에 상하방향으로 회전 가능하게 힌지 결합되어, 하방향으로 회전 동작함에 따라 상기 클램프 바들을 상기 피접합재들을 고정시키는 위치로 이동시키며, 상방향으로 회전 동작함에 따라 상기 클램프 바들을 상기 피접합재들을 해제하는 위치로 이동시키는 지그 암;
    상기 지그 암을 상하방향으로 회전 동작시키는 구동기구; 및
    상기 지그 암의 하강 위치를 제한하도록 상기 브래킷에 마련되어 상기 클램프 바들에 의해 피접합재들에 설정 압력 이상의 과다한 압력이 가해지는 것을 방지하는 스토퍼;
    를 포함하는 마찰교반용접용 지그 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 클램프부와 지그 암 사이는 분리 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 마찰교반용접용 지그 장치.
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