KR101453934B1 - 벨트풀리의 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 벨트풀리용 주물 형성 시 정밀 주조방식을 이용하여 황삭을 실행하기 위한 최소한의 덧살을 갖도록 주조할 수 있는 벨트풀리의 가공방법에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명에 따른 벨트풀리의 가공방법은, 정밀주조법(Precision Casting Process)을 이용하여 소정 규격의 벨트풀리용 주물을 주조하는 단계; 상기 벨트풀리용 주물의 림(rim)의 외측면, 상단면 및 상단면에 형성된 하나 이상의 벨트장착홈의 상단부에 형성된 덧살을 일정 여유두께만 남기도록 황삭공정을 실행하는 단계; 상기 벨트풀리용 주물의 림의 외측면, 상기 상단면 및 상기 상단면에 형성된 하나 이상의 벨트장착홈의 상단부에 남아있는 덧살을 깎아내도록 정삭공정을 실행하는 단계로 구성된다.

Description

벨트풀리의 가공방법{Belt Pulley Machinering Method}

본 발명은 벨트풀리의 가공방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 벨트풀리의 주물의 성형방식을 개선하여 전체적인 벨트풀리의 제조공정을 개선 시킬 수 있는 벨트풀리의 가공방법에 관한 것이다.

일반적으로 벨트풀리는 모터를 이용하여 벨트를 구동하는 경우, 벨트를 걸기 위한 목적으로 축에 부착하는 바퀴(휠 : wheel)이다.

이러한 벨트풀리는 내부 중심에 축을 삽입하기 위한 보스가 형성되며, 보스와 원형의 외륜면을 이루는 림(rim)의 상부면에는 하나 이상의 벨트장착홈이 형성된다.

이와 같은 벨트풀리는 주동차와 종동차의 두 축의 중심 거리가 비교적 먼 경우에 사용하는 것으로서, 공조설비에 많이 사용되고 있다.

벨트풀리에 장착되는 벨트는 평벨트나 V벨트가 주로 사용된다. V벨트는 평벨트와 달리 벨트풀리의 림의 외륜 상부면에 형성된 V자 형상의 벨트장착홈에 장착되어 마찰력을 더 높일 수 있다.

이와 같은 벨트풀리를 제조하기 위한 주물의 가공기술은 제품의 편평도(flatness)와 상호 평행도(parallelism)에 대한 치수와 공차를 만족시키기 위해 수행된다. 즉, 벨트풀리용 주물의 제조공정은 다른 기계부품의 가공순서와 유사하게, 주물 주조공정, 탈사 및 사상공정, 황삭공정, 드릴 및 테이퍼 공정, 정삭공정, 칫수 측정공정, 쇼트브라스트 공정, 세척 공정의 순서로 이루어진다.

이와 같이 벨트풀리의 제조공정이 여러 단계로 구분되는 이유는 공구 조건을 조절하여 벨트풀리의 표면 거칠기를 순차적으로 매끄럽게 연마하기 위함이다.

특히, 황삭공정은 표면이 거친 주물품(cast-iron product)을 처음으로 가공하는 단계이므로 공구수명과 직결되는 공정일 뿐만 아니라 최종 완제품인 벨트풀리의 가공품질에 가장 큰 영향을 미치는 중요한 공정이다.

따라서, 종래에는 벨트풀리용 주물의 림부분이 최종적으로 가공된 벨트풀리의 형상보다 두꺼운 덧살을 갖도록 주조되기 때문에 작업자는 벨트풀리용 주물을 황삭가공하는데 많은 가공횟수 및 이에 따른 가공시간이 요구되었다.

예를 들어, 현재 주물가공업계에서 사용되는 황삭가공공정은 총 3차의 황삭가공공정이 실행된다. 1차 황삭공정에서는 벨트풀리의 외륜을 이루는 림부분의 양측면과 상부면을 가공하는데 총 2회의 CNC 황삭가공이 실행되며, 2차 황삭공정에서는 총 2회의 CNC 황삭가공이 실행되며, 3차 황삭공정에서는 림의 상단 외주면에 벨트장착홈을 가공하는데 총 5회의 황삭가공이 실행된다. 따라서, 벨트장착홈이 많은 벨트풀리를 황삭가공하는 경우 3차 황삭가공의 횟수가 상대적으로 크게 늘어날 것이다.

만일, 벨트풀리용 주물의 황삭공정을 종래보다 좀 더 단축할 수 있다면 전체적인 주물 가공시간을 단축할 수 있어, 결국 벨트풀리의 제조시간을 단축할 수 있을 것이며, 이로 인한 전기에너지의 절감, 작업자들의 인건비 절감, 생산량 증대와 같은 다양한 기대효과를 얻을 수 있을 것이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은, 벨트풀리용 주물 형성 시, 정밀 주조방식을 이용하여 황삭을 실행하기 위한 최소한의 덧살을 갖도록 주조할 수 있는 벨트풀리의 가공방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 벨트풀리용 주물의 가공 시, 총 2차에 걸친 황삭 가공 및 정삭 가공공정으로 전체 벨트풀리용 주물의 가공공정을 줄일 수 있는 벨트풀리의 가공 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 벨트풀리의 가공방법은, 정밀주조법(Precision Casting Process)을 이용하여 소정 규격의 벨트풀리용 주물을 주조하는 단계; 상기 벨트풀리용 주물의 림(rim)의 외측면, 상단면 및 상단면에 형성된 하나 이상의 벨트장착홈의 상단부에 형성된 덧살을 일정 여유두께만 남기도록 황삭공정을 실행하는 단계; 상기 벨트풀리용 주물의 림의 외측면, 상기 상단면 및 상기 상단면에 형성된 하나 이상의 벨트장착홈의 상단부에 남아있는 덧살을 깎아내도록 정삭공정을 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 벨트풀리의 가공방법에 따르면, 벨트풀리용 주물 형성 시 정밀 주조방식을 이용하여 황삭을 실행하기 위한 최소한의 덧살을 갖도록 주조할 수 있어, 벨트풀리용 주물의 가공 시 총 2차에 걸친 황삭가공 및 정삭가공공정으로 전체 벨트풀리용 주물의 가공공정을 줄일 수 있다.

따라서, 종래의 벨트풀리용 주물의 무게 보다 약 40%의 무게를 줄일 수 있어 원재료의 이동 및 운반을 상대적으로 용이하게 할 수 있고, 전체 가공 시 종래보다 약 40%의 전기량 소모를 줄일 수 있고, 종래 보다 가공시간 또한 약 1/2 정도 단축할 수 있어, 전체 생산량 증가 및 인건비를 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 벨트풀리의 가공 공정에 의해 제조된 벨트풀리의 단면도 및 측면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 벨트풀리의 가공공정을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 벨트풀리의 가공공정을 설명하기 위한 제어흐름도이다.

본 명세서 및 청구범위에서 사용하는 용어나 단어는, 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석될 것이 아니라, '발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다'는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

또한, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시한 구성은, 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과한 것일 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해해야 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 벨트풀리의 가공공정에 의해 제조된 벨트풀리의 단면도 및 측면도이며, 도 2 및 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 벨트풀리의 가공공정을 설명하기 위한 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 벨트풀리의 가공방법에 의해 제조된 벨트풀리는, 내부 중심에 축과 결합되도록 관통 형성된 보스(boss)(110)와, 보스(110)의 외측에서 외측방향으로 일체형으로 연장 형성된 복수개의 암(arm)(120)과, 암(120)의 끝단부와 일체형으로 연결 및 고정되며 회전이 용이하도록 원형의 형상으로 형성되는 림(rim)(130)으로 구성되며, 외륜을 이루는 림(130)의 상단부를 따라 벨트장착홈(140)이 하나 이상 형성된다.

도 1a에서는 2개의 벨트장착홈이 형성된 벨트풀리가 도시되었으며, 도 1b에서는 5개의 벨트장착홈이 형성된 벨트풀리가 도시되었으며, 또한 도 1c에서는 10개의 벨트장착홈이 형성된 벨트풀리가 도시된 것을 각각 나타낸다.

먼저, 작업자는 치수 정도가 높고, 표면이 매끄러운 주물을 제조하기 위해 정밀주조법(Precision Casting Process) 을 이용하여 벨트풀리용 주물을 주조한다.(S110)

이와 같은 정밀주조법은 인베스트멘트 주조법으로도 불리며, 크게 솔리드 몰드법과 세라믹 셀 몰드법으로 구분된다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정밀주조법은 진공주조(vacuum casting)방식을 이용하는데, 진공주조방식은 진공 또는 비활성 기체 속에서 금속을 용해·조괴(造塊)하는 것으로, 지금(地金)을 대기 속에서 녹인 후, 감압용기 속에 넣어 녹은 금속의 표면에서 가스를 뽑아 진공주조를 하는 방식이나, 지금을 녹여야 하므로 감압용기 속에서 행하여 그대로 같은 용기 내에서 옆에 놓은 주형에 흘려넣는 방식 중 한 가지를 사용한다.

이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 벨트풀리의 외륜을 이루는 림(rim)(130)의 양측 외측면(131,132), 상단면(133) 및 상단부에 형성된 벨트장착홈(140)의 내면(134-136)에 0.5~3.5 mm 정도의 덧살을 남아있도록 주조하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 소형 직경을 갖는 벨트풀리용 주물의 경우에는 0.5~1.5 mm, 중형 직경을 갖는 벨트풀리용 주물의 경우에는 1.5~2.5 mm, 대형 직경을 갖는 벨트풀리용 주물의 경우에는 2.5~3.5 mm로 주조되는 것이 바람직하다.

도 2에서 점으로 표시된 영역은 벨트풀리용 주물의 황삭공정 시 제거될 덧살(다른 말로, 가공 stock)을 표시한 것이며, 이러한 덧살은 벨트풀리용 주물의 직경에 따라 0.5~3.5 mm 범위 내에서 조절될 수 있다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시 예에서 벨트풀리용 주물을 정밀주조법을 이용하여 주조하는 경우, 종래 방식으로 벨트풀리용 주물을 제조하는 경우보다 약 40%의 무게를 줄일 수 있다.

예를 들어, 구상흑연주철품(JIS 식별번호, FCD 500)을 기준으로 하여 SPB(Taper Bush V-Pulley)300 X 6열의 벨트풀리에 대해 정밀주조를 실행하는 경우, 종래방식으로 벨트풀리용 주물을 주조하는 경우에는 24.3Kg의 무게가 나가지만 본 발명을 적용하는 경우, 벨트풀리용 주물이 14.5Kg으로 결국 10.8Kg의 감소량을 갖는다. 따라서, 차량이나 대차를 통해 벨트풀리를 이송할 때 전체 무게를 약 40% 정도 줄일 수 있으며, 작업자가 벨트풀리용 주물을 운반하거나 작업하는 경우에도 감소된 중량만큼 수월하게 이동 또는 가공할 수 있을 것이다.

이어, 작업자는 정밀주조법에 의해 제조된 벨트풀리용 주물을 탈사 및 사상공정을 실행한다(S120). 탈사공정은 정밀주조 시 벨트풀리용 주물에 잔존하는 주사와 같은 이물질을 제거하는 공정이며, 사상공정은 불필요한 부분을 매끈하게 잘라내는 공정이다. 이와 같은 탈사 및 사상공정은 일반적인 실행되는 공정을 동일하게 이용할 수 있다.

이어, 작업자는 도 2에 도시된 바와 같이, CNC 가공기계에 장착된 황삭 바이트를 이용하여, 벨트풀리용 주물의 외륜을 이루는 림(130)의 외측면(131,132), 상단면(133) 및 상단면(133)에 형성된 하나 이상의 벨트장착홈(140)의 상단부에 형성된 덧살을 일정 두께로 깎아내는 황삭공정을 실행한다(S130).

이하에서 황삭공정(S130)을 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저 작업자는 도 2에 도시된 바와 같이, CNC 가공기계에 장착된 황삭 바이트를 이용하여, 벨트풀리용 주물의 외륜을 이루는 림(130)의 외측면(131,132), 상단면(133)에 주조된 덧살을 깎아내되, 바깥방향에서 내측 방향으로 1차 황삭공정을 통하여 0.2 mm의 덧살만 남기고 깎아낸다(S131). 이어, 작업자는 CNC 가공기계에 장착된 황삭 바이트를 이용하여, 1차 황삭공정이 실행된 벨트풀리용 주물의 반대 방향의 바깥방향에서 내측 방향으로 2차 황삭공정을 통하여 0.2 mm의 덧살만 남기고 깎아낸다(S133). 이어, 작업자는 도 3에 도시된 바와 같이, CNC 가공기계에 장착된 황삭 바이트를 이용하여, 벨트풀리용 주물의 외륜을 이루는 림(130)의 상단면(133)에 형성된 벨트장착홈(140)의 내부에 주조된 덧살을 깎아내되, 하나의 벨트장착홈당 총 2회의 황삭공정을 통하여 0.2 mm의 덧살만 남기고 깎아내는 3차 황삭공정을 실행한다(S135). 본 발명의 실시 예에 따른 도 2에서는 1차 황삭공정이 왼쪽 바깥방향에서 내부 중심 방향으로 실행되며, 2차 황삭공정이 오른쪽 바깥방향에서 내부 중심방향으로 실행되는 것을 도시하였으나, 그 가공 방향과 순서가 서로 바뀌어도 동일한 결과를 얻을 것이다. 따라서, 벨트풀리용 주물의 림(130)의 외측면(131,132), 상단면(133) 및 벨트장착홈(140)의 내부에 주조된 덧살을 1차 및 2차 황삭공정을 통하여 0.2 mm의 덧살만 남기고 깎아낼 수 있다.

이어, 작업자는 벨트풀리용 주물에 드릴 및 테이퍼 가공을 실행한다(S140). 여기서 드릴공정은 벨트풀리의 용도에 맞게 필요한 위치에 홈을 관통형성시키는 공정이며, 테이퍼 공정 또한 제품의 설계에 맞게 필요한 부분을 단계적으로 경사지도록 가공하는 공정이다.

이어, 작업자는 도 3에 도시된 바와 같이, CNC 가공기계에 장착된 황삭 바이트를 정삭 바이트로 교체하고, 벨트풀리용 주물의 외륜을 이루는 림(130)의 외측면(131,132), 상단면(133) 및 상단면(133)에 형성된 하나 이상의 벨트장착홈(140)의 상단부에 남아있는 0.2mm 덧살을 정밀하게 깎아내기 위해 총 2회의 정삭가공을 실행한다(S150). 도 3에서 점으로 표시된 영역은 벨트풀리용 주물의 정삭공정 시 제거될 덧살(다른 말로, 가공 stock)을 표시한 것이며, 이러한 덧살은 벨트풀리용 주물의 직경에 관계없이 0.2 mm 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 황삭 및 정삭공정은 종래의 황삭 및 정삭공정의 가공시간보다 전기 사용량을 약 43% 줄일 수 있다.

예를 들어, 구상흑연주철품(JIS 식별번호, FCD 500)을 기준으로 하여 SPB(Taper Bush V-Pulley)300 X 6열의 벨트풀리용 주물에 대해 황삭 및 정삭 공정을 실행하는 경우, 종래방식으로 벨트풀리용 주물을 황삭 및 정삭하는 경우 69분이 소용되나, 본 발명을 적용하여 벨트풀리용 주물을 황삭 및 정삭하는 경우 29분이 소요되어, 결국 30분을 줄일 수 있다. 따라서, 벨트풀리용 주물의 황삭 및 정삭시간에 따른 가공시간을 줄일 수 있고, 가공시간의 단축에 따른 전기에너지 또한 크게 줄일 수 있다.

이어, 작업자는 벨트장착홈(140)의 내부에 과열방지홈(160)을 형성할 수도 있다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 도 3에서는 2개의 과열방지홈(160)을 도시하였지만, 일반적으로 과열 방지홈(160)은 모든 환형의 벨트 장착홈(140)을 따라 일정 간격으로 관통 형성된다.

이어, 작업자는 벨트풀리의 외경, 내경, 벨트장착홈(140)의 내면의 깊이, 각도 등의 미리 설정된 치수들을 측정한다(S160). 이때, 특정 부분에 문제가 발생되는 경우, 작업자는 이를 반영하여 수정할 수 있으며, 수정이 불가능할 경우 폐기시킬 수 있다.

이어, 작업자는 측정된 벨트장착용 주물에 대해 쇼트브라스트(Shot blast) 공정을 실행한다(S170).

여기서, 쇼트블라스트 공정은 숏(shot) 또는 그릿(grit)이라고하는 금속 또는 비금속의 미세한 입자를 매분 약 2,000회전으로 고속회전하는 임펠러를 회전시켜 원심력에 의하여 벨트장착용 주물의 표면에 투사하여 산화물 또는 밀스케일이나 녹 등을 제거하기 위한 공정이다.

이어, 작업자는 벨트 장착용 주물에 대해 세척 공정을 실행하고(S180), 1차 및 2차의 도장 공정과 건조공정(S190)을 각각 실행한 후 필요 시 마킹 공정(S200)을 실행하여 벨트장착용 주물의 모든 제조공정을 마무리한다.

작업자는 필요 시 미리 설정된 검사 품목에 대해 최종적으로 완제품 검사를 실행 할 수 있다.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

110: 보스 120: 암
130: 림 140: 벨트장착홈
160: 과열방지홈

Claims (5)

1. 정밀주조법(Precision Casting Process)을 이용하여 소정 규격의 벨트풀리용 주물을 주조하는 단계;
   상기 벨트풀리용 주물의 림(rim)의 외측면, 상단면 및 상단면에 형성된 하나 이상의 벨트장착홈의 상단부에 형성된 덧살을 황삭공정하는 것으로,
   상기 벨트풀리용 주물의 림의 상기 외측면과 상기 상단면에 주조된 덧살을 깍아내되, 바깥방향에서 내측 방향으로 0.2 mm의 덧살만 남기고 깎아내는 1차 황삭공정, 상기 1차 황삭공정이 실행된 상기 벨트풀리용 주물의 반대 방향의 바깥방향에서 내측 방향으로 0.2 mm의 덧살만 남기고 깎아내는 2차 황삭공정, 상기 벨트풀리용 주물의 림의 상기 상단면에 형성된 벨트장착홈의 내부에 주조된 덧살을 깎아내되, 하나의 벨트장착홈 당 총 2회의 황삭공정을 통하여 0.2 mm의 덧살만 남기고 깎아내는 3차 황삭공정으로 으로어진 황삭단계;
   상기 벨트풀리용 주물의 림의 외측면, 상기 상단면 및 상기 상단면에 형성된 하나 이상의 벨트장착홈의 상단부에 남아있는 덧살을 깎아내도록 정삭공정을 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 벨트풀리의 가공 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 주물의 외륜을 이루는 림의 양측 외측면 및 외주 상단면에 덧살을 주조하되, 상기 덧살의 두께는 상기 벨트풀리용 주물의 직경에 따라 0.5~3.5 mm 범위 내에서 조절되는 것을 특징으로 하는 벨트풀리의 가공 방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 벨트풀리용 주물이 미리 설정된 소형 직경을 갖는 경우 0.5~1.5 mm의 덧살을 갖고, 미리 설정된 중형 직경을 갖는 경우 1.5~2.5 mm의 덧살을 갖으며, 미리 설정된 대형 직경을 갖는 경우 2.5~3.5 mm의 덧살을 갖도록 주조되는 것을 특징으로 하는 벨트풀리의 가공 방법.
   
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 정삭공정은 하나의 벨트장착홈 당 총 2회의 황삭공정을 통하여 0.2 mm의 덧살을 깎아내는 것을 특징으로 하는 벨트풀리의 가공 방법.

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