KR101482302B1

KR101482302B1 - 기계적 러프닝를 위한 도구 및 방법

Info

Publication number: KR101482302B1
Application number: KR20120056988A
Authority: KR
Inventors: 게하트 플로레스; 에르빈 바움가르트너; 미첼 라크
Original assignee: 게링 테크놀로지스 게엠베하
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2015-01-13
Also published as: US8959749B2; KR20120134053A; DE102012207455B4; CN102806465A; DE102012207455C5; CN102806465B; DE102012207455A1; US20120317790A1

Abstract

작업 공정에서 내연 기관의 실린더 보어를 준비하여 이후에 상기 실린더 보어가 열에 의해 코팅될 수 있도록 하는 장치가 제안된다.

Description

기계적 러프닝를 위한 도구 및 방법{TOOLS AND METHOD TO MECHANICAL ROUGHNING}

내연기관의 실린더 보어(bore)내에서 마찰공학적으로(trobological) 적합한 표면을 제조하기 위해, 러프닝(roughening), 열적 코팅 및 호닝(honing)이라는 공정 사슬이 그 역할을 한다. 러프닝은, 기판 표면에 적합한 토포그래피(기하학적 상태, topography)를 만드는 역할을 하며, 상기 토포그래피는 열에 의해 분사된 층(thermal sprayed layer)과 기판사이의 고정적 결합을 가능하게 한다. 단면 형태 및 단면 깊이의 제조는 층의 부착 인장 강도에 현저한 영향을 미친다. 층의 부착 자체는 두 재료의 상호간 접착, 러프닝 단면의 형태 요소와 내부에 위치한 층 사이에서 얻어지는 측방향(lateral) 수축 응력, 그리고 융기한(raised) 러프닝 단면 요소의 언더컷에 의해 발생하는 방사상 형상 맞춤에 의해 정해져 있다.

본 발명은 기판 표면의 기계적 러프닝를 위한 도구 및 방법에 관한 것으로서, 이로 인하여 본 발명에 따라 준비된 기판 표면상에는 매우 양호한 부착성의 코팅물이 적용될 수 있다. 모래분사, 레이저빔 또는 고압워터젯과 같은 다른 방법 외에, 절삭(chipping)과 변형이 공정 기술적으로 상호간에 결합된 기계적 가공 방법도 공지되어 있다. 이러한 후자의 가공 방법은 다시, 절삭과 가압이 적용되는 공정을 나타낸다. 이 때, 가압 도구와 물질 사이에는 슬라이딩 과정이 존재한다. 절삭과 변형의 또 다른 조합은, 이후의 압연을 포함하는 절삭에 있다. 이 때, 우선 정밀 보링(fine boring), 회전 또는 밀링(milling)에 의해 제조된 표면 단면은 압연에 의해 변형된다. 이 때, 롤러는 기판 표면에 걸쳐 구르고, 기판 표면의 변형에 의해 부착 특성의 개선을 야기한다.

본 발명은 최종적으로 언급한 절삭과 압연(또는 롤링)의 조합에 대해 다루므로, 이후에서 이하의 종래 기술을 인정한다.

EP 2 267 178 A2는 절삭과 압연의 조합으로 러프닝 방법을 설명한다. 압연 구동은, 조합형 도구의 경우 롤러가 형상 커터와 가지는 간격이 제1방법 단계에서 잘려 들어간 형상 단면(단면 브릿지, 폭 및 전진)의 주기성에 의존하도록 설계되어 있다. 롤러는 각각 단면 브릿지를 덮는다.

절삭 도구 및 롤러의 축방향 배열은 형상 커터와 상기 형상 커터의 운동학적 조건, 즉 전진, 단면 브릿지의 폭, 단면 깊이에 의존한다. 이는 커터와 롤러를 위한 작업면들의 상호간 정확한 조정을 필요로 한다. 롤러는 항상 단면 브릿지의 폭만 가공하므로, 여기서는 롤러의 낮은 공구 수명을 고려해야 한다. 그 밖에도, 롤러는 방사 방향에서 커터에 대해 상대적으로 재조정할 수 없으므로, 마모율이 서로 상이할 때 새로운 조정이 더 이상 가능하지 않고, 따라서 변형 정도가 감소하고, 더 적은 언더컷이 발생한다.

DE 10 2006 004 769 A1은 러프닝 방법으로부터 시작하는데, 상기 방법에서 기판 표면은 제1방법 단계에서 절삭 가공되고, 이후의 단계에서 먼저 절삭 제조된 단면 첨단들(peaks)은 "구부려"진다. 이러한 일은 압연, 압축 또는 조사(illumnination)에 의해 실시할 수 있다. 기판 표면, 즉 차후 코팅물과의 접촉면은 언더컷부분들을 포함한 단면 형상내에 존재한다. 롤러는 절삭된 단면에 대해 직각으로 기울어져 있지 않아서, 롤러와 절삭된 단면 사이에 미끄러짐(slippage)이 발생한다.

공개문헌 DE 10 2008 024 313 A1도 마찬가지로 절단 이후의 압연 가공을 나타낸다. 그러나, 롤러는 수많은 나이프 디스크를 포함하여 형성되어 있고, 나이프 디스크의 절단날은 단면 브릿지들의 간격내에 배치되어 있다. 이러한 설계의 큰 단점은, 우선 도구가 축방향 포지션에서 사전 작업된 단면 형상의 단면 첨단 포지션에 정확하게 정렬되어, 융기한 단면 브릿지에 방사상으로 이송(radial feed)되어 단면을 쪼개야 한다는 것이다. 또한, 나이프 디스크의 간격을 융기한 단면 브릿지의 전진 또는 간격에 정확하게 맞춰 준비할 필요가 있다. 여기서도, 압연 도구는 축방향 위치 및 설계 시 단면 위주로 정해지며, 이는 공정의 준비 시 취급을 어렵게 하고, 나이프 디스크들을 이격시킬 때 소모적 제조과정을 포함한다.

DE 20 2009 014 180 U1에는 마찬가지로 절삭 공정이 단면 브릿지의 변형을 위한 압연 공정과 조합된다. 이러한 방법에서, 롤러는 단면 브릿지의 전진 또는 간격에 기반하여 단면 형성 기능을 갖추어야 한다. 이러한 도구는 압연측에서 마모가 심하여, 경제적인 운용이 가능하지 않다. 또한, 형상 커터에 대한 롤러 외형부(contour)의 축방향 이격은 도구의 준비 시 상당한 비용을 필요로 한다.

앞에 언급한 모든 방법에서는 고비용으로 제조 및 조절해야 하는 도구들이 필요하며, 이러한 도구들은 비교적 급속하게 마모되고, 일부는 재조정이 불가능하여, 경제적이면서 공정 안정적인 대량 생산은 용이하지 않거나 불가능하다.

본 발명의 과제는 기계적 러프닝을 위한 장치 및 방법을 제공하는 것으로, 이러한 장치는 이후의 코팅 방법과 무관하게 장착될 수 있다. 이 때 본 발명에 따른 장치는 호닝 기계뿐만 아니라 머시닝 센터상에도 장착될 수 있다. 재료 및 단면 기하상태에 따라, 최소량 윤활 또는 완전 윤활이 가능해야 한다.

과제 수립에 상응하여 본 발명은 조합형 도구를 고려하는데, 상기 도구는 가공 단계들

- 정밀 보링(제1도구),

- 형상 절단(제2도구), 즉 단면 처리된 표면의 제조, 그리고

- 압연(제3도구)

을, 작업편(workpiece) 셋팅 상태에서, 동시에 하나의 작업 행정(working stroke)으로 또는 차례로 복수 개의 작업 행정으로 작업편의 셋팅 포지션의 변화 없이 실시한다.

이러한 컨셉으로, 모든 공정이 동일한 운동역학 및 축위치를 포함하고, 따라서 둘레를 빙 돌면서 단면 절단 시 일정한 단면 깊이가 달성되는 것이 보장되는데, 정밀 보링 절단 및 단면 절단이 동일한 도구 내에서 동일한 회전축상에 위치하기 때문이다. 도구는 이중 이송 장치를 포함한 호닝 기계 또는 이에 견줄법한 이송 수단을 구비한 가진 머시닝 센터상에 장착 가능하다.

본 발명에 따른 조합형 도구는 기계 스핀들(machine spindle)과 단단히 결합되어 있으며, 먼저 가동하는 제1도구의 정밀 보링 절단으로 상부 보어 가장자리의 가공을 시작한다.

적어도 하나의 정밀 보링 커터는 수직성(perpendicularity) 및 포지션과 관련하여 보어의 위치 정확도를 제공한다. 정밀 보링 커터는 도구 내에 단단히 장착되거나, 납땜되거나 접착되어 있으면서 가공 직경으로 연마되거나, 또는 상기 정밀 보링 커터는 구부림 홀더상에 또는 고정식 장착 홀더상에 나사 조립되거나 조여져 끼인 상태로 있으면서, 조정 나사에 의해 필요한 축방향 포지션으로, 그리고 원하는 작업 직경으로 조절될 수 있다.

제2도구의, 전진 방향에서 후방에 배치된 절단판(형상 커터)은 약 50 ㎛의 최소 추가수치만큼 보어의 직경을 확대시켜서, 제1도구에 의해 만들어진 표면이 완전히 동축으로 제거된다.

제2도구의 절단판은 바람직하게는 복수 개의 부분 커터들로 구성되고, 부분 커터들은 횡단면 및 유효한 절삭 횡단부와 관련하여 점차적으로 증가한다. 이로써, 제2도구의 절삭 용적은 복수 개의 부분 커터들에서 나눠지고, 이는 공구 수명의 증대를 야기한다.

부분 커터들의 절삭 횡단부의 변화는 깊이 증가(즉 방사 방향으로) 뿐만 아니라 폭 증가(즉 축 방향 또는 전진 방향으로)와 함께 이루어질 수 있다.

제2도구의 형상 커터를 이용하여, 유리한 방식으로 직사각형 홈/단면이 일반적으로 제조될 수 있으나, 분사 단면, 원형 단면, 마름모꼴 단면 또는 사다리꼴 단면이 형상 커터로 제조될 수도 있다. 형상 커터는 한 부분으로 이루어진 절단판으로, 이 절단판은 각각의 단면 형태에 상응하여 소결되거나/소결되고 연마되거나 침식된다.

단면은 직사각형 단면, 사다리꼴 단면 또는 삼각형 단면과 같은 형상 절단된 극소 구조들을 포함하고, 이러한 구조들의 측면에는, 단면 브릿지의 변형으로 인해 측면 언더컷과 같은 물질 돌출분(material overhang)인 보조 극소 단면이 최소한의 균열과 중첩(imbrication)만으로 부착 강도 증대에 기여한다. 변형공정은 미끄러짐 없이 설계되되, 절삭이 아니라 압연 단면의 압형만이 변형 단계에서 재료 유동을 야기하도록 설계되어야 한다. 본 방법은 경제적인 공구 수명으로 인하여 열적으로 코팅된 실린더 보어의 제조 시 시리즈 생산에 투입될 수 있어야 한다.

제2도구의 형상 커터는 구부림 홀더상에 배치되어 있고, 본 발명에 따른 장치의 제1이송 시스템(1)에 의해 예컨대 전기 기계적으로 치수 조절된다. 그러므로, 절단판의 마모를 보상하고 치수 정확하게 작업하면서 공구 시간을 증대시키기 위해서는, 가공 전, 가공 동안 또는 가공 이후 재조정이 가능하다.

전진 방향에 반대로, 축 방향에서 가장 작은 가요 간격을 두어, 회전 가능하게 위치한 (변형-)롤러를 포함한 제3도구가 배치되어 있다. 롤러는 축방향 및 방사 방향에서, 상기 롤러가 구름 마찰(rolling friction)에 의해서만 작동하도록 위치한다. 축방향 베어링은 행정 방향(stroke direction)을 위해 가공 기능으로 설계되어 있다.

바람직하게는, 롤러 또는 제3도구는 방사 방향에서 이송될 수 있다. 이러한 이송은 포지션 제어되거나/포지션 제어되고 동력 제어될 수 있다. 동력 제어된 이송 시, 롤러는 먼저 제1도구에 의해 절단된 형상 단면에 놓이고, 상기 형상 단면을 바람직하게는, 언더컷이 생성되도록 변형시킨다. 소정의 이송력으로 인하여, 원하는 변형이 신뢰할만하고 공정 안정적으로 달성될 수 있다. 기계의 이송 장치에 의해 생성되며 능동으로 제어되는 이송력 외에, 수동적 이송력은 원심력의 형태로 작용할 수 있다.

이러한 이송은 본 발명에 따른 장치의 제2이송바(feed bar)에 의해 이루어지며, 제2이송바는 다시 호닝 기계 또는 머시닝 센터의 제2이송 시스템에 의해 작동한다.

작업편과 롤러 사이에 미끄러짐 또는 슬라이딩 없이 롤러의 순수한 구름 기능을 보장하기 위해, 롤러는 보어의 가공 시 장치의 전진으로부터 발생하는 경사짐에 상응하여 기울어져 있다. 이를 통해, 롤러의 공구 수명은 현저히 증대되고, 표면 구조화의 공정 안정성은 개선된다.

롤러의 측면(lateral surface)은 예컨대 다이아몬드 결정과 같은 경성 재료의 결정을 구비하며, 이러한 결정은 결정 구조를 고려하여, 결정 첨단이 제1도구에 의해 만들어진 융기한 단면 브릿지 안으로 함몰부들을 가압하도록 설계되며, 이러한 함몰부들에 의해 물질이 측면에서 밀려 나오며, 이로써 물질 돌출분(material overhang)으로 인하여 언더컷 방식의 단면이 형성된다.

결정은 단면 브릿지의 폭에 따라 설계될 수 있다. 결정은 예컨대 융기한 단면 브릿지의 폭의 삼분의 일(1/3)일 것이다.

롤러는, 상기 롤러가 항상 특정한 단면 브릿지 폭을 가진 복수 개의 단면 브릿지들을 덮어 이들이 동시에 변형되도록 할만한 길이를 가진다.

따라서, 축방향에서 제2도구에 대해 상대적으로 롤러를 정확하게 포지셔닝하는 것은 불필요하다.

변형 롤러의 다이아몬드 코팅된 길이는 가능한 한, 국부적으로 축방향 통과 시 가능한 한 많은 접촉 시간이 달성될 만큼의 크기로 설계되어야 한다.

본 발명에 따른 장치는 3개의 도구들(정밀 보링 커터, 형상 커터 및 롤러)을 포함하므로, 이러한 도구들은 동일한 전진으로 작동한다.

그러므로 바람직하게는 롤러의 회전축이 장치의 전진에 상응하여 기울어지므로, 롤러의 회전축은 제1도구에 의해 만들어진 단면 브릿지의 종축 길이에 대해 직각이다.

이로써, 단면 브릿지 상에서 롤러의 구름동작에 슬라이딩 동작이 겹치는 것을 방지하기 위해, 융기한 단면 브릿지 안에 다이아몬드 결정 첨단의 압형만이 발생하며, 그루브(grooves)가 발생하지 않는다. 다이아몬드 결정의 각인(변형) 외에 절삭 효과가 필요하면, 이는 변형해야 할 단면 브릿지의 종축과 관련하여 롤러의, 목적에 맞게 비직각(non-orthoginal)인 축 위치에 의해 달성될 수 있다.

이러한 결정 각인으로 인하여 재료 유동이 이루어짐으로써, 융기한 단면 브릿지는 변형되고 측면에는 리지(ridge) 및 물질 돌출분(material overhang)이 형성된다. 롤러는 소정의 가압력을 가진 이송 시스템에 의해, 단면 브릿지의 변형을 위해 보어벽에 대해 방사상으로 이송될 수 있다.

다른 변형예는 롤러의 원추형 형성에 있는데, 이러한 롤러는 가공 지점을 축방향으로 통과하는 것이 증가함에 따라, 증대된 압력을 형성하고, 이로써 단면 브릿지의 뒤틀림 증가를 야기한다.

이 때 먼저 절단된 단면 브릿지의 두 대안예에서, 단면 브릿지의 높이는 10% 내지 50%만큼 감소할 수 있다. 변형 이후에 남는 단면 깊이는 약 100 ㎛이다.

니켈 매트릭스 또는 소결된 접합 면취부(bonding chamfer) 내에서 다이아몬드 결정이 유지된다는 것을 언급할 수 있다. 개별 다이아몬드 결정은 특정한 가변적 배열 밀도를 갖는 단결정형 결정이며, 이 결정은 특정한 농도로 롤러의 표면에 배치되어 있다. 바람직하게는, 결정은 파편화가 잘 되지 않고, 견고하고 단단해야 하며, 단 작은 쐐기각(wedge angle)을 포함하는 성질이 있어야 한다.

정밀 보링 커터, 형상 커터 및 롤러는 전체 보어 길이의 통과 이후 하향 행정 시 완전히 하부 보어 에지를 넘어 지나간다는 것을 언급할 수 있다. 이 부분에서 작은 간격을 두어 크랭크축 베어링(crankshaft bearing)을 위한 베어링 블록들의 결함 에지가 위치하므로, 정밀 보링 커터, 형상 커터 및 롤러는 기하학적으로 최소 간격을 가지며 종축 방향에서 구성적으로 배치되어 있다.

하부 전향점(turnaround point)으로부터 보어의 상부에 위치한 도구의 상부 말단층안으로 출발할 때, 형상 커터 및 롤러는 방사 방향으로 리셋되어, 완전히 거칠어진 보어면을 충돌 없이 통과한다.

제2도구는 제1도구에 의해 달성된 보어 직경에 비해 가공된 보어의 직경을 약간 확대시키므로, 제1도구는 장치가 보어로부터 물러날 때 방사방향으로 리셋되지 않는다.

냉각 윤활 재료를 위한 배출 개구부는 정밀 보링, 형상 절단 및 압연 시 각각 가공 지점을 향해 있고, 예컨대 절단 첨단을 향해있다. 본 발명에 따른 장치는 건식 가공 시, 경우에 따라 냉기- 또는 드라이 아이스 플러싱(flushing) 또는 다른 극저온 매질(cryogenic medium)을 이용하여 최소량 윤활 또는 완전 윤활을 포함한 가공으로서 구동된다. 이 때 내연기관의 크랭크 하우징은 가능한 한 세척 및 건조 없이 열적 코팅에 공급되어야 한다.

본 발명에 따른 장치의 부가적 변형예는, 도구의 상부의 고정 말단쪽으로 조작날이 더 내장되는 것에 있는데, 조작날은 하부의 전향점에 도달하면서 소정의 피스톤 결합 면취부의 연결을 위해 상부 보어 에지의 가공을 위한 회전만을 실시한다.

본 발명에 따른 장치를 이용하여, 높은 부착 인장 강도를 위한 효과적 러프닝 단면은 이후의 코팅 방법과 무관하게 제조될 수 있다. 보링, 형상 절단 및 압연은 도구의 하향 행정 시 국부적으로 차례로 실시되므로, 자동차 크랭크 하우징의 보링 시 30초 미만의 최소 가공 시간이 달성될 수 있다. 미세 보링 절단, 형상 절단 및 압연의 축방향 배열은 최소 간격을 두어 실시되어, 낮은 오버런(overrun)으로 크랭크 하우징내의 실린더 보어가 가공될 수 있다.

롤러의 다이아몬드 코팅에 의해, 먼저 절단된 형상 단면에 의존하여 변형 도구를 축방향에서 정확하게 조정하는 일이 생략된다. 이로써, 공정은 견고하고 용이하게 취급 가능하다.

본 발명의 부가적 이점, 유리한 형성방식은 이하의 도면 및 그 설명으로부터 추론 가능하다.

도 1a은 롤러에 의한 변형 이전 및 이후의 단면 브릿지를 도시한다.
도 1b은 본 발명에 따른 장치에 의해 거칠어진 표면의 예시적 횡단부를 치수와 함께 도시한다.
도 1c는 본 발명에 따른 장치에 의해 거칠어진 표면의 다른 예시적 횡단부를 치수와 함께 도시한다.
도 2는 정밀 보링 커터를 포함하는 본 발명에 따른 도구의 종단면을 도시한다.
도 3a은 형상 커터 및 롤러를 포함한 도구를 도시한다.
도 3b은 형상 커터를 도시한다.
도 3c는 롤러의 배열을 도시한다.

도 1a은 우선 변형 이전의 단면 브릿지(1)를, 그리고 본 발명에 따른 롤러(미도시)에 의한 변형 이후의 단면 브릿지(3)를 예시적으로 도시한다. 단면 브릿지(1)는 제1도구의, 그에 상응하여 단면 처리된 절단판에 의해 제조된다.

이러한 예에서 단면 브릿지는 직사각형 횡단부 또는 정사각형 횡단부를 가진다.

단면 브릿지(3)는 제2도구를 이용한 압연에 의해 단면 브릿지(1)로부터 생성된다. 단면 브릿지(3)의 융기한 면은 변형 공정에 의해 초기의 단면 깊이에 비해 현저히 감소하였다. 실무에서, 상기 감소는 단면 브릿지(1)의 높이의 50%까지 이르는 것이 증명되었다.

제2도구의 롤러는 바람직하게는 다이아몬드 결정들을 구비하므로, 단면 브릿지(3)의 융기한 면은 웅덩이 형태의 함몰부/각인부를 포함하고, 이는 롤러가 구를 때 다이아몬드 결정 첨단에 의해 형성되었다.

단면 브릿지에 대한 상기 언급한 감소 및 다이아몬드 결정 첨단에 의해, 단면 브릿지(3)의 에지는 강하게 뒤틀려서, 물질 돌출분 및 극소 균열이 발생하고, 이로 인하여 높은 결합 강도를 얻을 수 있는, 언더컷과 같은 포지티브 록킹 외형부(Positive locking contour)가 생성된다.

도 1b은 모든 공정 단계에 있어서 사전 보링부터 시작하는 직경 관계를 도시한다. 마찬가지로, 실시예가 상술되어 있다.

도 1a로부터, 사전 보링을 위해 직경(D0)으로 조절된 제1도구의 고정식 커터는 보어로부터 출발할 때 손상을 입지 않는다는 것이 분명해지는데, 도시된 예에서 보어 직경이 압연 후에, 직경(D0)보다 0.2 mm만큼 더 크기 때문이다.

또한, 단면 브릿지(1)의 제조를 위해 필요한 절삭 용적이 제1도구의 절단판에 있어 전체적으로 3개의 부분 커터들상에 나누어지는 것을 양호하게 확인할 수 있다.

도 1c에는 본 발명에 따른 도구를 이용하여 제조된 러프닝 단면의 횡단부가 도시되어 있다.

러프닝 단면의 기하학은 이하의 치수로 특징지워져 있다:

단면 깊이(Pt): 50 - 200 ㎛

단면 폭(Pw): 50 - 400 ㎛

언더컷의 크기(GHs): ≤ 0.5 x Pw (25 - 200 ㎛)

극소 러프닝(Mrh): ≤ 0.5 x Pt (25 - 100 ㎛)

단면 간격(Pa): ≥ 2 x GHs

언급한 파라미터의 상호작용으로부터 기판과 코팅물 사이에서 축방향 및 접선 방향에서 높은 부착 인장 강도 및 높은 전단 강도가 얻어진다.

특히 본 발명에 따른 도구를 이용하여 변형(롤링)에 의해 제조된 언더컷은 단면 브릿지의 융기한 면의 큰 극소 러프닝과 연관하여, 원하는 특성을 구현한다.

언급한 공정 파라미터는 본 발명에 따른 도구에 의해 조절될 수 있다.

극소 러프닝 깊이는 도구의 롤러상에서 다이아몬드 결정들의 크기 및 형태에 의해 근본적으로 영향을 받는다.

언더컷의 크기(GHs)는, 롤러상에 위치한 다이아몬드 결정들이 기판안으로 가압되어 단면 브릿지가 변형되도록 하는 이송력에 상당히 의존한다.

또한, 러프닝의 결과는 전진 속도, 윤활제의 종류 및 윤활제의 용적 흐름과 압력에 의존한다.

도 2는 본 발명에 따른 장치(5)의 실시예를 종단면으로 도시한다. 이 때, 절단면은 미세 보링을 위해 역할하는 제3도구가 보이도록 배치된다.

제1도구(7)는 기본 몸체(9)와 나사 조립되어 있다. 제1도구(7)는 캐리어(13)상에 고정된 미세 보링 절단판(11)을 포함한다. 캐리어(13)는 관절식으로 또는 탄성적으로 기본 몸체(9)와 결합되어 있다.

제1 조절 나사(set screw)(15)에 의해 미세 보링 절단판(11)은 직경(D0)을 정확히 조절하기 위해 방사 방향에서 조절될 수 있다.

제2 조절 나사(17)에 의해 미세 보링 절단판(11)은 축 방향에서 조절될 수 있다.

도 2에는 채널(49)을 확인할 수 있고 채널을 통해 냉각 윤활제가 공급될 수 있다.

기본 몸체(9) 내에 바람직하게는 복수 개의 미세 보링 절단판(11)이 둘레에 걸쳐 분포하여 배치되어 있으며, 이러한 절단판은 도구(5)의 투입 전에 원하는 가공 직경으로 조절된다. 복수 개의 미세 보링 절단판(11)의 사용에 의해 공구수명이 현저히 증대된다.

모든 미세 보링 절단판(11)은 캐리어(13)내에 위치하고, 캐리어는 방사 방향으로뿐만 아니라 축 방향으로도 조정 가능하다.

도 3a는 도 2에 비해 90도만큼 어긋난 종단면으로 본 발명에 따른 장치를 도시한다.

이러한 도면에서 단면 브릿지(1)의 제조를 위한 제2도구(도 1a 참조) 및 단면 브릿지(1)의 변형을 위한 제3도구(23)를 확인할 수 있다.
이 때, 제 2 도구(21)의 상기 형상 커터(37)는 구부림 홀더(35)에 부착되고, 구부림 홀더(35)는 상기 형상 커터(37)로부터 이격된 위치에서 기본 몸체(9)와 나사 조립되는 것을 확인할 수 있다.

기본 하우징(9)내에 제1이송바(25) 및 제2이송바(27)가 축 방향으로 이동 가능하게 안내되어 있다.

이송바(25, 27)는 제2도구(21) 및 제3도구(23)의 독립적인 방사상 이송 동작을 가능하게 한다.

제 1 이송바(25)가 기본 몸체(9)의 축 방향에서 제2도구(21)의 방향으로 움직이면, 파이프형 원추부(31)는 방사상으로 배치된 이송핀(33)을 방사 방향에서 이동시킨다. 이송핀(33)은 다시 형상 절단판(37)을 포함한 구부림 홀더(35)를 방사방향으로 외부를 향해 가압한다. 이를 통해 제2도구(21)의 이송이 이루어진다.

구부림 홀더(35)는 다시 축방향 조정에 의해 그 포지션이 조절될 수 있다.

제2이송바(27)는 제3도구(23)의 이송을 야기하고, 제3도구는 제2도구(21)에 의해 먼저 만들어진 단면 브릿지(1)를 롤러(39)로 변형한다.

이러한 목적을 위해, 제2이송바(27)는 마찬가지로 제2도구(23)쪽으로 움직이고, 가공해야 할 보어벽에 대한 롤러(39)의 방사상 이송이 이루어진다. 롤러(39)는 포지티브 방식으로 방사 방향으로 이송되므로, 이송력이 롤러(39)상에 작용하는 원심력과 무관하게 제어될 수 있는 경우가 특히 유리하다.

제2도구(21)와 다이아몬드 장착된 롤러(39)를 가진 제3도구(23) 사이에 절삭 방향전환기(도 3a에 미도시)가 바람직하게는 기본 몸체(9)에 설치된 경우가 유리한 것으로 확인되었다. 따라서, 제2도구(21)에 의해 생산된 절삭물이 롤러(39)와 기판의 단면 브릿지(1, 3) 사이에 도달하는 것이 방지된다. 이를 통해서는, 롤러(39)가 손상될 수 있거나/손상될 수 있고, 제어되지 않고 예측할 수 없는 단면 브릿지(1, 3)의 강한 뒤틀림이 일어난다. 두 경우는 원하지 않는 경우이다.

롤러(39)는 이송 프레임(41) 내에 축방향 및 방사 방향에서 지지된다. 이 때, 롤러(39)의 기울기는 상기 롤러가 바람직하게는 단면 브릿지(1)의 종축 방향에 대해 직각이 되도록 조정된다. 이를 통해, 롤러(39)는 단면 브릿지(1)에 걸쳐 슬라이딩 동작 없이 구르고, 원하는 변형을 야기한다. 이를 통해, 롤러(39)의 공구 시간이 매우 상당히 증대된다.

도 3b는 계단형 부분 커터들(43, 45, 47)을 포함한 형상 절단판(37)을 도시하고, 이러한 부분 커터들은 점진적으로 물질안에 더 깊이 침투한다.

부분 커터들(41, 43, 45)의 축방향 간격은 보링 가공 시 전진동작에 상응한다. 부분 커터들(41, 43, 45)은 각각 약 0.1 mm의 물질을 제거할 수 있다.

도 3c는 이송 프레임(41)내에서 롤러(39)가 수용된 것을 도시한다. 조정 나사에 의해 롤러(39)의 회전축은 보어 또는 제1도구(21)에 의해 만들어진 단면 브릿지(1)의 종축에 대해 조절될 수 있다.
이 때, 상기한 바와 같이 롤러(39)가, 제 2 이송바(27)에 의해 포지티브 방식으로 방사상으로 이송되고, 롤러(39)는 이송 프레임(41) 내에 수용되므로, 이송 프레임(41)이 제 2 이송바(27)에 포지티브 방식으로 결합됨을 알 수 있다.

이송 프레임(41)은 원심력에 의해 방사상으로 풀려나오는 것에 반하여 리프 스프링(leaf spring)에 의해 보호된다.

Claims

작업편(work piece)에서 보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치로서,
상기 장치는 절삭 및 성형 도구의 조합으로서 형성되고, 러프닝 단면의 예비형상(pre-form)생성을 위해 기하학적으로 특정된 커터를 구비하여 절삭에 이용되는 절단 도구와, 러프닝 단면의 예비 형상 성형에 사용되는 도구를 포함하고, 상기 도구들은 방사방향으로 이송될 수 있으며, 상기 장치는,
기하학적으로 특정된 적어도 하나의 커터(11)를 구비하는 제 1 도구(7);
절단도구이며, 이송 방향에서 상기 제 1 도구(7)의 하류에 배치되는 제 2 도구(21); 및
상기 제 2 도구(21)의 하류에 배치되고, 상기 제 1 및 제 2 도구(7,21)에 의해 생성된 러프닝 단면의 상기 예비 형상 성형을 위해 구성된 제 3 도구(23)를 포함하며,
상기 제 3 도구(23)는, 상기 장치의 이송방향에 대해 기울어진 회전축을 구비하고 회전 가능하게 장착된 롤러(39)를 포함하며,
상기 회전축의 기울어짐은, 보어 가공시 장치의 이송에 의해 발생하는 경사에 매칭되도록 선택되어, 상기 롤러와 상기 작업편 사이에서 슬리피지(slippage)나 슬라이딩(sliding)없이, 상기 롤러가 롤링 기능만 하도록 보장하는 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 도구(7)는, 적어도 하나의 커터(11)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 커터(11)는 상기 장치의 기본 몸체(9) 위에 직접 혹은 간접 배치되는 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 도구(7)의 적어도 하나의 커터(11)는 캐리어(13)에 장착되고, 상기 캐리어(13)와 상기 기본 몸체(9)는 나사 조립되는 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 도구(7)의 적어도 하나의 커터(11)는, 가공 전 조절 가능한 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 도구(21)의 형상 커터(37)는 복수 개의 또는 적어도 3개의 부분 커터들(41,43,45)을 포함하는 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제 2 도구(21)의 상기 형상 커터(37)는 구부림 홀더(35)에 부착되고, 상기 구부림 홀더(35)는 상기 형상 커터(37)로부터 이격된 위치에서 상기 기본 몸체(9)와 나사 조립되는 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 기본 몸체(9)에 방사방향으로 변위 가능한 이송핀(33)이 안내되고, 상기 이송핀(33)의 제 1 단은 상기 구부림 홀더(35)를 지지하고, 상기 이송핀(33)의 제 2 단은 제 1 이송바(25)의 이송 원추부상에 안착하는 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
삭제
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제 1 항에 있어서,
상기 롤러(39)의 측면에는 적어도 부분적으로 경성재료, 단결정형 경성재료, 또는 다이아몬드가 제공되는 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 롤러(39)는 방사 방향으로 변위가능한 이송 프레임(41)상에 방사 방향 및 축방향으로 장착되는 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 이송 프레임(41)은 경사면을 포함하고, 상기 경사면은 제 2 이송바(27)의 이송 원추부와 연동하는 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 이송 프레임(41)은 상기 제 2 이송바(27)에 포지티브 방식으로 결합되는 것(positively-coupled)을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 롤러(39)는 실린더, 구, 또는 원뿔대형으로 형성되는 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 롤러(39)는, 상기 제 2 도구(21)에 의해 창출된 브릿지 폭의 1/3보다 큰 결정 크기를 갖는 다이아몬드를 포함하는 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 도구(21) 또는 상기 제 3 도구(23)는 상기 보어 가공 이전, 가공 동안 및 가공 이후 중 어느 한 시점에 이송 가능한 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 도구(21)에 의해 생성된 단면 브릿지의 높이는 상기 제 3 도구(23)를 이용한 후속 롤링(압연)에 의해 50% 까지 또는 100 ㎛ 의 단면 높이로 감소되는 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 도구(7), 상기 제 2 도구(21) 및 상기 제 3 도구(23)는 기설정된 간격으로 이송방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 도구(7), 상기 제 2 도구(21) 및 상기 제 3 도구(23)는 상기 장치의 회전축에 대해 동축으로(coaxially) 이송방향에 배치되는 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
절삭물 방출을 위해 방향전환기가 상기 장치의 기본 몸체(9), 상기 제2 도구(21) 또는 상기 제 3 도구(23)에 제공되는 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 기본 몸체(9)에는 냉각 윤활제 또는 극저온 매질을 위한 배출 개구(49)가 제공되는 것을 특징으로 하는
보어 내부면에 러프닝(roughening) 단면을 생성하기 위한 장치.
제 1 항의 장치에 의해 생성된 러프닝된 표면을 구비하는 작업편으로서, 상기 러프닝된 표면은 단면 폭(Pw)과 단면 깊이(Pt)를 가지는 단면 브릿지를 구비하고, 상기 단면 브릿지는 상부에서 극소 러프니스(거칠기, Mrh)를 가지고, 상기 극소 러프니스(Mrh)는 슬리피지(slippage)없이 러프닝된 표면에 압인되는 팁(tip)을 갖는 다이아몬드 결정에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는
러프닝된 표면을 구비하는 작업편.
제 23 항에 있어서,
상기 단면 브릿지의 폭(Pw)은 50 - 400 ㎛ 인 것을 특징으로 하는
러프닝된 표면을 구비하는 작업편.
제 24 항에 있어서,
언더컷(GHs)의 크기는 단면 폭(Pw)의 0.5 배이하이거나, 25 ~ 200 ㎛ 인 것을 특징으로 하는
러프닝된 표면을 구비하는 작업편.
제 23 항에 있어서,
상기 단면 브릿지의 깊이(Pt)는 50 ~ 200 ㎛인 것을 특징으로 하는
러프닝된 표면을 구비하는 작업편.
제 26 항에 있어서,
상기 단면 브릿지 상부의 상기 극소 러프니스(Mrh)는 상기 단면 깊이(Pt)의 0.5 배 이하이거나 , 25 ~ 100 ㎛인 것을 특징으로 하는
러프닝된 표면을 구비하는 작업편.
제 23 항에 있어서,
언더컷(GHs)의 크기는 단면 폭(Pw)의 0.5 배 이하이거나, 25 ~ 200 ㎛인 것을 특징으로 하는
러프닝된 표면을 구비하는 작업편.
제 23 항에 있어서,
단면 간격(Pa)은 언더컷(GHs) 크기의 2 배 이상인 것을 특징으로 하는
러프닝된 표면을 구비하는 작업편.
조합형 도구를 이용한 설정으로 도구의 원통형 표면을 러프닝 하는 방법으로서, 상기 방법은,
a) 제 1 도구(7)를 이용한 정밀 보링 단계;
b) 제 2 도구(21)를 이용하여 적어도 하나의 단면 브릿지의 형상 절단 단계; 및
c) 제 3 도구(23)를 이용하여 적어도 하나의 단면 브릿지를 성형하는 단계를 포함하고,
상기 제 3 도구(23)는 상기 장치의 이송방향에 대해 기울어진 회전축을 구비하고 회전 가능하게 장착된 롤러(39)를 포함하며,
상기 회전축의 기울어짐은, 상기 도구의 원통형 표면 가공시, 장치의 이송에 의해 발생하는 경사에 매칭되도록 선택되어, 상기 롤러와 상기 도구의 표면 사이에서 슬리피지(slippage)나 슬라이딩(sliding)없이, 상기 롤러가 롤링 기능만 하도록 보장하는 것을 특징으로 하는
조합형 도구를 이용한 설정으로 도구의 원통형 표면을 러프닝하는 방법.
제 30 항에 있어서,
상기 표면은 상기 조합형 도구의 하나의 작업 행정 내에서 러프닝이 이루어지는 것을 특징으로 하는
조합형 도구를 이용한 설정으로 도구의 원통형 표면을 러프닝 하는 방법.
제 31 항에 있어서,
상기 표면은 상기 조합형 도구의 복수 개의 작업 행정 내에서 러프닝이 이루어지는 것을 특징으로 하는
조합형 도구를 이용한 설정으로 도구의 원통형 표면을 러프닝 하는 방법.
제 32 항에 있어서,
상기 제 2 도구(21) 또는 상기 제 3 도구(23)는 작업 행정들 사이에서 방사 방향으로 이송되는 것을 특징으로 하는
조합형 도구를 이용한 설정으로 도구의 원통형 표면을 러프닝 하는 방법.
제 32 항에 있어서,
가공되는 표면에 대해 조합형 도구의 축 위치는 변경 없이 유지되는 것을 특징으로 하는
조합형 도구를 이용한 설정으로 도구의 원통형 표면을 러프닝 하는 방법.
제 32 항에 있어서,
상기 조합형 도구의 이송은 모든 작업 행정에서 동일한 것을 특징으로 하는
조합형 도구를 이용한 설정으로 도구의 원통형 표면을 러프닝 하는 방법.