KR101709052B1

KR101709052B1 - 휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비

Info

Publication number: KR101709052B1
Application number: KR1020150116179A
Authority: KR
Inventors: 승현창; 김영식; 박병옥
Original assignee: 핸즈코퍼레이션주식회사
Priority date: 2015-08-18
Filing date: 2015-08-18
Publication date: 2017-02-22

Abstract

본 발명은 휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비에 관한 것으로, 고정설치프레임; 상기 고정설치프레임에 설치되어 전후이송수단에 의해 전후방향으로 이송되는 전후이동플레이트; 하부가 상기 전후이동플레이트의 전방에 힌지결합되어 설치되며, 휠을 고정 및 회동시키는 휠클램프유닛을 구성한 틸팅테이블; 상기 전후이동플레이트에 결합배치되어 틸팅테이블을 틸팅시키는 틸팅구동작동수단; 상기 고정설치프레임의 상부에 이격배치되어 승강작동 및 회동구동을 통해 틸팅테이블의 휠클램프유닛에 고정설치된 휠의 디스크부와 림부의 접합면을 마찰교반 용접하는 마찰교반용접기;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비{The friction stir welding device for joining the wheel}

본 발명은 휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 전후이동 및 틸팅을 통해 휠클램프유닛에 고정되는 휠을 원하는 방향으로 변경 설치한 후, 휠의 회동을 이룰 수 있도록 함으로써 마찰교반용접기를 이용한 디스크부와 림부의 내, 외측접합면 용접을 모두 용이하게 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 림클램핑부에 구성된 롤러에 의해 회동하는 디스크부와 분리되어 회전하는 림부를 용이하게 지지할 수 있음과 더불어, 하측에 구성되어 휠의 림부를 지지하는 지지롤러를 구성한 림회동받침부에 의해 림부의 지지를 더욱 안전하게 이룰 수 있도록 함으로써 마찰 교반 용접되는 휠의 진원도를 정확하게 맞출 수 있으며, 엔드홀 형성을 방지할 수 있는 휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비에 관한 것이다.

종래의 알루미늄 휠은 도 1에 도시한 바와 같이 보온로(103)에 담겨져 있는 알루미늄 용탕(104) 표면에 가스압을 작용시켜 튜브(105)를 통하여 용탕(104)이 올라가며 휠 공간을 채우게 되는데, 용탕(104)의 충진 순서는 허브(102)쪽을 먼저 채우고, 스포크(100) 그리고 맨 나중에 림부(101)를 채우게 된다.

이와 같은 주조방법에 의하여 일체형 알루미늄 휠이 제조되는데, 이와 같은 주조방법은 제조원가가 비교적 저렴하여 전세계적으로 널리 적용되고 있는 일반적인 주조공정이다.

그러나, 상기 일체형 주조휠은 긴 용탕의 이동통로(허브→스포크→림)로 인하여 최종 용탕 충진부인 림(Rim)부위에 미성형 현상인 탕경(Cold Shot)등이 발생되기 때문에, 스포크 부위 및 상기 스포크와 림부가 만나는 부위인 아우터 림(Outer Rim)부를 두껍게 하여 충분한 용탕이 공급되도록 금형설계시 고려해야만 한다.

따라서, 금형의 가열 및 냉각 속도가 저하되는 것에 의해 응고시 생기는 금속의 조직(DENDRITE)인 DAS(DENDRIITE ARM SPACE)가 미세하지 못하게 되었을 뿐만 아니라, 기계적 물성 즉, 인장강도와 연신율 및 피로강도가 떨어지게 되는 문제점이 있었으며, 이로 인해, 휠을 더욱 가볍게 하는 경량화 설계를 실현하는데에는 한계가 있었다.

한편, 상기 경량화 설계의 한계를 극복하기 위한 방법으로 최근에는 스포크가 저압주조에 의해 성형되고, 림부는 소성가공 공정의 하나인 스피닝(SPINNING)공정 혹은 플로우 포밍(FLOW FORMING)로 각각 제조한 후, 상기 스포크와 림부를 MIG 용접으로 접합하는 방법이 개발되고도 하였으나, 이와 같은 방법은 용접에 따른 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 용접품질에 대한 검사가 까다로워 제조원가 상승이 불가피한 문제점이 있었다.

또한, 복잡한 공정에 따른 제조원가 상승이 휠의 경량화에 걸림돌로 작용함으로써, 적용이 확대되는데 한계가 있는 실정이다.

그리하여, 상술한 문제점 해결하기 위한 "알루미늄 휠의 접합구조 및 방법"에 대한 기술이 개발되었다.

공개특허공보 제10-2007-0053380호 (2007.05.25.) "알루미늄 휠의 접합구조 및 방법" - 현대자동차주식회사

그러나, 전술한 종래의 알루미늄 휠의 접합구조 및 방법에서는 휠본체와 휠림을 마찰용접을 통해 접합을 이룬다는 개념만 설명되어 있을 뿐, 마찰용접을 위한 장비에 및 상기 장비를 이용한 마찰용접 방법에 대한 설명이 전혀 나타나 있지 아니하여, 실제 제품에 적용하는데 어려움이 있었다.

따라서, 본 출원인은 디스크부와 림부로 서로 분할제작된 림을 마찰교반용접으로 용이하게 접합할 수 있는 휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비를 개발하기에 이르렀다.

본 발명의 목적은 전후이동 및 틸팅을 통해 휠클램프유닛에 고정되는 휠을 원하는 방향으로 변경 설치한 후, 휠의 회동을 이룰 수 있도록 함으로써 마찰교반용접기를 이용한 디스크부와 림부의 내, 외측접합면 용접을 모두 용이하게 이룰 수 있는 휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 림클램핑부에 구성된 롤러에 의해 회동하는 디스크부와 분리되어 회전하는 림부를 용이하게 지지할 수 있음과 더불어, 하측에 구성되어 휠의 림부를 지지하는 지지롤러를 구성한 림회동받침부에 의해 림부의 지지를 더욱 안전하게 이룰 수 있도록 함으로써 마찰 교반 용접되는 휠의 진원도를 정확하게 맞출 수 있는 휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비를 제공하는데 목적이 있다.

아울러, 본 발명은 승강 및 회동하는 마찰교반용접기를 이용하여 휠의 접합부위의 마찰 교반 용접을 원할하게 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 용접 접합되는 오버 런 구간에서의 용접툴의 상승 이동을 이룰 수 있도록 함으로써 엔드홀 형성을 방지할 수 있는 휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 고정설치프레임; 상기 고정설치프레임에 설치되어 전후이송수단에 의해 전후방향으로 이송되는 전후이동플레이트; 하부가 상기 전후이동플레이트의 전방에 힌지결합되어 설치되며, 휠을 고정 및 회동시키는 휠클램프유닛을 구성한 틸팅테이블; 상기 전후이동플레이트에 결합배치되어 틸팅테이블을 틸팅시키는 틸팅구동작동수단; 상기 고정설치프레임의 상부에 이격배치되어 승강작동 및 회동구동을 통해 틸팅테이블의 휠클램프유닛에 고정설치된 휠의 디스크부와 림부의 접합면을 마찰교반 용접하는 마찰교반용접기;를 포함하여 이루어진 것에 특징이 있는 휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비를 제공한다.

본 발명의 휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비를 이용하면, 전후이동 및 틸팅을 통해 휠클램프유닛에 고정되는 휠을 원하는 방향으로 변경 설치한 후, 휠의 회동을 이룰 수 있으므로 마찰교반용접기를 이용한 디스크부와 림부의 내, 외측접합면 용접을 모두 용이하게 이룰 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 림클램핑부에 구성된 롤러에 의해 회동하는 디스크부와 분리되어 회전하는 림부를 용이하게 지지할 수 있음과 더불어, 하측에 구성되어 휠의 림부를 지지하는 지지롤러를 구성한 림회동받침부에 의해 림부의 지지를 더욱 안전하게 이룰 수 있어 마찰 교반 용접되는 휠의 진원도를 정확하게 맞출 수 있는 유용한 발명이다.

아울러, 본 발명은 승강 및 회동하는 마찰교반용접기를 이용하여 휠의 접합부위의 마찰 교반 용접을 원할하게 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 용접 접합되는 오버 런 구간에서의 용접툴의 상승 이동을 이룰 수 있으므로 엔드홀 형성이 방지되는 유용한 발명이다.

도 1은 종래기술에 따른 일체형 알루미늄 휠의 제조방법을 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명의 휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비를 도시한 우측면도.
도 3은 본 발명의 휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비를 도시한 정면도.
도 4는 본 발명의 휠클램프유닛을 구성한 틸팅테이블을 도시한 정면도.
도 5는 본 발명의 휠클램프유닛을 도시한 우측면도.
도 6은 본 발명의 휠클램프유닛에 구성된 림클램핑부의 회동가압부(450)를 도시한 우측면도.
도 7은 본 발명의 틸팅테이블과 틸팅구동작동수단이 연결설치된 상태를 도시한 평면도.
도 8은 본 발명의 틸팅구동수단에 의해 틸팅테이블이 틸팅되는 상태를 도시한 작동상태도.
도 9는 본 발명의 틸팅테이블이 이송가이드수단을 통해 틸팅구동수단의 이송스크류에 결합된 상태를 도시한 부분확대도.
도 10은 본 발명의 마찰교반용접기를 도시한 우측면도.
도 11은 도 10의 A부분 확대도.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명은 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 디스크부(3)와 림부(5)가 분리 제작된 휠(1)을 용접하여 접합하기 위한 마찰 교반 용접장비(1000)에 관한 것으로, 고정설치프레임(100)과, 전후이동플레이트(200)와, 휠클램프유닛(600)이 구성된 틸팅테이블(700)과, 틸팅구동작동수단(800)과, 마찰교반용접기(900)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하며, 이하에서 보다 상세히 설명한다.

첫째, 고정설치프레임(100)은 본 발명을 설치하기 위한 기본프레임으로, 지면에 고정되어 설치된다.

둘째, 전후이동플레이트(200)는 휠클램프유닛(600)이 구성된 틸팅테이블(700)을 전후방향으로 이동시킴으로써, 상기 휠(1)에 구성된 디스크부(3)와 림부(5)의 접합부위를 마찰교반용접기(900)에 정확히 위치시키는 구성으로, 전후방향으로 길게 형성되어 전후모터(211)의 구동에 따라 회동하는 전후스크류(212)와, 상기 전후스크류(212)에 나사결합된 상태로 전후이동플레이트(200)의 하면에 고정설치되는 전후너트(213)와, 상기 전후이동플레이트(200)의 하부에 고정설치되어 고정설치프레임(100)의 상면에 전후방향으로 리니어베어링결합되는 전후가이드레일(214)로 용이하게 구성할 수 있다.

셋째, 틸팅테이블(700)은 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이 하부가 상기 전후이동플레이트(200)의 전방 상면에 힌지(710)결합되어 설치됨으로써 상기 힌지(710)를 중심으로 틸팅되는 구성으로, 휠(1)을 고정 및 회동시키기 위한 휠클램프유닛(600)을 구성하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 휠클램프유닛(600)은 휠(1)의 디스크부(3)를 클램핑하는 디스크클램핑부(300)와, 휠(1)의 림부(5)를 클램핑하는 림클램핑부(400)와, 상기 림클램핑부(400)에 클램핑된 상태로 회동하는 림부(5)를 지지하는 림회동받침부(500)로 구성되는 것이 바람직하며, 이하에서 보다 상세히 설명한다.

먼저, 휠클램프유닛(600)의 디스크클램핑부(300)는 전술한 바와 같이 분할 형성된 휠의 디스크부(3)를 견고하게 고정하는 구성으로, 상기 틸팅테이블(700)의 후방으로 이격되어 고정설치되는 원형판(310)과, 상기 틸팅테이블(700)과 원형판(310)의 중앙에 각각 베어링결합되어 설치되는 회동체(320)와, 상기 회동체(320)의 외주에 치합되어 상기 회동체(320)를 회동시키는 회동모터(330)와, 상기 틸팅테이블(700)의 전방에 배치되도록 회동체(320)의 전방에 결합되어 회동체(320)의 회동에 따라 연동되는 클램핑테이블(340)을 구성한다.

여기서, 상기 회동모터(330)는 통상의 연결수단을 통해 원형판(310)의 후방으로 이격되도록 고정설치함으로써 상기 회동모터(330)의 축과 회동체(320)의 외주를 기어결합으로 치합할 수 있는데, 이와 같은 구성에 따르면, 회동모터(330)의 구동에 따라 회동체(320)에 결합된 클램핑테이블(340)의 회동이 이루어지므로, 서브조(350)에 의해 상기 클램핑테이블(340)에 고정결합된 디스크부(3)의 회동이 원활하게 이루지게 된다.

아울러, 상기 디스크클램핑부(300)에는 클램핑테이블(340)의 전면에 등 간격으로 배치되는 서브조(350)와, 상기 회동체(320)의 후방에 구성되어 서브조(350)를 클램핑테이블(340)의 내,외주방향으로 작동시키는 제1작동실린더(360)가 더 포함 구성되는데, 이와 같은 구성에 따르면, 상술한 바와 같이 상기 서브조(350)가 디스크부(3)의 내주를 가압하여 상기 디스크부(3)를 진원되게 가압고정하는 작용을 한다.

더불어, 상기 디스크클램핑부(300)에는 틸팅테이블(700)에 설치되어 휠(1)의 디스크부(3)를 클램핑테이블(340) 방향으로 가압하는 가압고정구(370)가 더 포함되어 구성되는데, 이와 같이 가압고정구(370)가 구성되었을 때에는, 상기 클램핑테이블(340)에 디스크부(3)의 클램핑 이상유무를 파악하는 에어착좌(380)가 더 포함되어 구성되는 것이 바람직하다.

이에 따르면, 상기 가압고정구(370)에 의해 디스크부(3)가 클램핑테이블(340) 방향으로 가압 될때에, 상기 디스크부(3)에 구성된 플렌지부분이 에어착좌(380) 부분에 완전히 밀착되는 여부를 확인할 수 있게 되어 디스크부(3)의 클램핑의 이상유무를 확인할 수 있는 장점이 있으며, 상기 가압고정구(370)와 에어착좌(380)는 통상의 휠 가공용 선반에 설치되는 공지된 구성이므로 자세한 설명은 생략한다.

또한, 휠클램프유닛(600)의 림클램핑부(400)는 휠에 구성된 림부(5)의 접합부위와 디스크부의 접합부위가 서로 맞닿도록 상기 림부를 디스크부에 가압시켜 고정하는 구성으로, 상기 디스크클램핑부(300)의 원형판(310)에 제1링크(411) 결합으로 연결되는 복수 개의 제2작동실린더(410)와, 일측이 제2작동실린더(410)의 로드에 제2링크(421) 결합되고 타측이 틸팅테이블(700)에 제3링크(423) 결합되어 상기 제2작동실린더(410)의 구동에 따라 제3링크(423)를 중심으로 각각 회동하는 회동가압부로 구성된다.

그리고, 상기 회동가압부(450)의 일측에는 제3링크(423)를 중심으로 회동하는 것에 의해 휠(1)의 림부(5) 외주에 밀착되는 롤러(440)가 구성되는 것을 특징으로 하는데, 이와 같은 롤러(440)에 의하면, 상기 림부(5)의 디스크부(3)에 가압되어 접합부위가 서로 밀착된 상태로 고정되게 되며, 이와 같은 가압밀착에 따라 상기 디스크부(3)의 회동시 림부(5)의 회동이 연동된다.

아울러, 본 발명에서는 용접하려는 휠(1)의 크기에 따라 롤러(440)의 위치를 가변시킬 수 있도록 구성하는 것이 바람직한데, 이와 같은 구성은 상기 회동가압부(450)를 일측이 제2작동실린더(410)의 로드에 제2링크(421) 결합되고 타측이 틸팅테이블(700)에 제3링크(423) 결합되며 조절홀(425)이 등 간격으로 형성된 가압몸체(420)와, 상기 가압몸체(420)의 내주에 끼워진 상태로 조절홀(425)에 볼트결합되어 고정설치되는 조절축(430)과, 상기 조절축(430)의 끝단에 회동되도록 축 결합되는 롤러(440)로 구성하는 것을 통해 용이하게 이룰 수 있을 것이며, 이와 같은 구성에 따르면, 조절홀(425)에 볼트결합되는 조절축(430)의 길이조절을 손쉽게 이룰 수 있으므로 크기가 다른 휠(1)에도 용이하게 적용하여 사용할 수 있다.

또한, 휠클램프유닛(600)의 림회동받침부(500)는 상기 틸팅테이블(700)의 전면 하측에 구성되어 회동하는 휠(1)을 지지하는 구성으로, 휠(1)의 림부(5)를 지지하기 위한 지지롤러(520)가 구성된 것을 특징으로 하며, 지지롤러의 설치높이를 가변할 수 있게 구성되는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 림회동받침부(500)는 틸팅테이블(700)의 전면 하측에 결합고정되는 승강실린더(510)와, 승강브라켓(521)을 통해 상기 승강실린더(510)의 로드에 축 결합되어 휠(1)의 림부(5)를 지지하는 지지롤러(520)로 구성되는 것이 바람직하며, 이와 같은 구성에 의하면, 상기 승강실린더(510)의 구동에 따라 지지롤러(520)의 설치 높이를 가변시킬 수 있게 되므로, 용접하려는 휠(1)의 크기에 따라 용이하게 적용하여 사용할 수 있는 장점이 있다.

넷째, 틸팅구동작동수단(800)은 도 2, 3 또는 도 7 내지 9에 도시된 바와 같이 상기 전후이동플레이트(200)에 결합배치되어 틸팅테이블(700)을 힌지(710)결합을 중심으로 틸팅시킴으로써 휠(1)의 접합부위 위치를 마찰교반용접기(900)의 위치에 맞게 변화시키는 구성으로, 내측면 접합 위치 제어를 위해 구성되며, 제1틸팅구동부(810)와, 제2틸팅구동부(820)와, 연동작동부(830)와, 이송가이드수단(870)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

먼저, 틸팅구동작동수단(800)의 제1틸팅구동부(810)는 상기 틸팅테이블(700)의 틸팅 구동을 위한 구성으로, 상기 전후이동플레이트(200)의 일측에 배치되는 제1설치브라켓(811)과, 상기 제1설치브라켓(811)의 후방에 고정결합되는 구동모터(813)와, 일측이 상기 구동모터(813)의 축에 연결되고, 타측이 제1설치브라켓(811)의 전방에 베어링결합되어 구동모터(813)의 구동에 따라 회동하는 제1이송스크류(815)를 구성된다.

또한, 상기 틸팅구동작동수단(800)의 제2틸팅구동부(820)는 연동작동부(830)를 통해 상기 제1틸팅구동부(810)와 연동하여 동일하게 작동됨으로서 틸팅테이블(700)의 용이한 틸팅작동을 이루게 하는 구성으로, 상기 제1설치브라켓(811)에 대향되도록 전후이동플레이트(200)의 타측에 배치되는 제2설치브라켓(821)과, 상기 제2설치브라켓(821)에 베어링결합되어 설치되는 제2이송스크류(825)를 구성한다.

또한, 상기 틸팅구동작동수단(800)의 연동작동부(830)는 전술한 바와 같이 상기 제1틸팅구동부(810)의 동력을 제2틸팅구동부(820)로 전달하는 구성으로, 상기 제1, 2설치브라켓(811, 821)에 각각 결합설치되는 한 쌍의 고정설치대(831)와, 상기 고정설치대(831)에 각각 베어링결합된 상태로 제1, 2이송스크류(815, 825)에 각각 웜기어(833) 결합되는 연동회전축(835)으로 구성된다.

또한, 상기 틸팅구동작동수단(800)의 이송가이드수단(870)은 힌지(710)결합을 중심으로 틸팅되는 상기 틸팅테이블(700)의 틸팅작동이 원활하게 이루어지도록 상기 틸팅테이블(700)과 제1, 2틸팅구동부(810, 820) 사이에 각각 결합설치되는 구성으로, 상기 제1, 2이송스크류(815, 825)에 나사결합되는 이송너트(850)를 각각 구성하여 틸팅테이블(700)의 상부 양측에 각각 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이송가이드수단(870)은 가이드브라켓(840)과, 이송너트(850)와, 회동가이드(860)로 구성되는 것이 바람직한데, 여기서, 상기 가이드브라켓(840)은 힌지(710)결합을 중심으로 틸팅되는 틸팅테이블(700)을 안전하게 가이드하기 위해 구성되며, 이를 위하여 상기 제1, 2설치브라켓(815, 825)에 각각 전후방향으로 리니어베어링(841) 결합되어 설치된다.

아울러, 상기 이송너트(850)는 전술한 바와 같이 제1, 2이송스크류(815, 825)에 각각 나사결합되어 설치됨으로써 가이드브라켓(840)에 의한 틸팅테이블(700)의 안전한 틸팅을 이루는 구성으로, 상기 가이드브라켓(840)에 일체로 결합구성된다.

더불어, 상기 회동가이드(860)는 상술한 틸팅테이블(700)의 틸팅작동이 원활하게 이루어지도록 힌지(710)결합을 중심으로 틸팅되는 틸팅테이블(700) 및 가이드브라켓(840)의 가이드를 연동시켜 안내하는 구성으로, 일측이 틸팅테이블(700)에 베어링(861)결합되고, 타측이 가이드브라켓(840)에 상하방향으로 리니어베어링(863) 결합되는 구성으로 이루어지며, 원활한 작동을 위하여 상기 틸팅테이블(700)의 상부 양측에 각각 구성된다.

따라서, 이송너트(850)와 나사결합을 이루는 제1, 2이송스크류(815, 825)를 따라 가이드브라켓(840)이 전후방향으로 이동하게 되면, 상기 가이드브라켓(840)의 상하방향으로 리니어베어링(863)결합된 틸팅테이블(700)이 회동가이드(860)의 베어링(861)에 의해 원활하게 움직이게 되어 상기 틸팅테이블(700)이 힌지(860)결합을 기준으로 안정적인 틸팅을 이루게 된다.

다섯째, 마찰교반용접기(900)는 도 2, 3 또는 도 10, 11에 도시된 바와 같이 상기 고정설치프레임(100)의 상부에 이격배치되어 승강작동 및 회동구동을 통해 틸팅테이블(700)의 휠클램프유닛(600)에 고정설치된 휠(1)의 디스크부(3)와 림부(5)의 접합면을 마찰교반 용접하는 구성으로, 이하에서 보다 상세히 설명한다.

상기 마찰교반용접기(900)는 상기 고정설치프레임(100)의 상부에 고정설치되는 고정브라켓(910)를 구성하며, 상기 고정브라켓(910)에는 수직방향으로 설치되는 승강스크류(921)를 구성하여 고정브라켓(910)에 일체로 결합되는 승강고정대(920)가 구성되며, 상기 승강고정대(920)에 결합되어 승강스크류(921)를 회동시키는 승강모터(930)를 구성한다.

또한, 상기 마찰교반용접기(900)에는 승강스크류(921)에 나사결합되는 승강너트(940)와, 상기 승강너트(940)에 결합된 상태로 승강고정대(920)에 상하방향으로 리니어베어링(951) 결합되어 승강모터(930)의 구동에 따라 승강작동하는 승강작동부(950)가 구성되며, 이와 같은 구성을 통해, 상기 틸팅테이블(700)의 휠클램프유닛(600)에 결합설치된 휠(1)의 접합면으로 마찰교반용접기(900)를 이동시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 마찰교반용접기(900)에는 내주에 중공을 형성하여 승강작동부(950)의 내주에 베어링결합되는 마찰회전축(961)과, 상기 마찰회전축(961)에 연결되어 마찰회전축(961)을 회전시키는 회전모터(963)로 구성된 마찰회전수단(960)이 더 포함 구성되어 디스크부(3)의 접합부위와 림부(5)의 접합부위를 마찰 교반 용접할 수 있게 구성되는데, 상기 회전모터(963)와 마찰회전축(961)의 연결은 통상의 기어결합 또는 벨트풀리로 용이하게 이룰 수 있을 것이다.

또한, 상기 마찰교반용접기(900)에는 마찰회전축(961)과 연동하는 것에 의해 마찰 교반 용접을 하는 용접툴(979)이 구성된 용접수단(970)이 더 포함되어 구성되는데, 본 발명에서는 상기 용접툴(979)이 승강하도록 구성되는 것에 의해 마찰 교반 용접에 따른 엔드홀을 제거할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 용접수단(970)의 구성은 상기 승강작동부(950)에 고정설치되는 용접툴승강모터(971)와, 상기 용접툴승강모터(971)에 연결되어 수직방향으로 배치되는 용접툴승강가이더(973)와, 상기 용접툴승강모터(971)의 축에 나사결합되는 용접툴승강너트(975)를 구성하여 용접툴승강가이더(973)에 끼워지는 용접툴승강안내구(977)와, 연결구(978)를 통해 상기 용접툴승강안내구(977)에 베어링(978a)결합된 상태로 마찰회전축(961)에 결합되는 용접툴(979)로 구성할 수 있을 것이다.

그리고, 상기 용접툴(979)이 마찰회전축(961)과 연동되어 회동함과 동시에, 승강작동을 할 수 있도록 상기 마찰회전축(961)에 연결설치되어야 하는데, 이와 같은 구성은, 마찰회전축(961)과 연결구(978) 사이에 위치한 용접툴(979)에 가이드설치대(979a)를 구성한 후, 상기 가이드설치대(979a)에 하측방향으로 돌출형성되는 가이드봉(979b)을 고정볼트(979c) 결합을 통해 구성시킨 다음, 상기 마찰회전축(961)의 상부에는 가이드봉(979b)이 슬라이드결합되는 슬라이드홈(962)을 형성시키는 것으로 용이하게 이룰 수 있을 것이며, 이때, 상기 용접툴(979)은 마찰회전축(961)의 중공에 삽입됨으로써 승강될 수 있게 구성된다.

따라서, 본 발명의 마찰교반용접기(900)를 이용하면, 승강이동 및 회동을 통해 디스크부(3)와 림부(5)의 접합부위를 마찰 교반하여 용접할 수 있음과 더불어, 용접 접합되는 오버 런 구간에서의 용접툴(979)의 상승 이동을 이룰 수 있어 엔드홀 형성을 방지할 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명의 구성에 따른 작용을 설명한다.

먼저, 휠(1)의 디스크부(3)를 휠클램프유닛(600)에 구성된 디스크클램핑부(300)에 고정결합한다.

여기서, 상기 디스크클램핑부(300)를 이용한 디스크부(3)의 고정결합은 서브조(350)에 의한 내,외측 이동으로 디스크부(3)의 진원도를 맞춘 다음, 가압고정구(370)를 통해 상기 디스크부(3)의 플랜지를 에어착좌(380)에 밀착시키는 것으로 클램핑의 이상유무를 검증한 상태로 고정결합할 수 있으며, 이로 인해, 불완전 클램핑에 의한 용접 불량을 방지할 수 있게 된다.

상기와 같이 디스크부(3)를 클램핑 한 후에는, 디스크부(3)의 접합부위와 림부(5)의 접합부위가 서로 맞닿도록 림부(5)를 림클램핑부(400)를 이용하여 클램핑하는데, 상기 림클램핑부(400)는 제2작동실린더(410)의 구동에 따라 제3링크(423)를 중심으로 회동하는 회동가압부(450)의 롤러(440)가 림부(5)의 외주에 밀착된 상태로 상기 림부(5)를 디스크부(3)에 밀착 가압하는 작용을 하므로, 상기 림부(5)는 복수 롤러(440)의 안내를 받으면서 디스크부(3)의 회동과 연동되는 작용이 이루어지며, 하부에 구성된 림회동받침부(500)의 지지롤러(520)에 의해 림부(5)의 지지가 안정적으로 이루어지므로, 상기 디스크부(3)의 회동에 의한 림부(5)의 연동이 안정적으로 이루어진다.

이와 같이 디스크부(3)와 림부(5)로 이루어진 휠(1)의 클램핑을 완료한 다음에는, 휠(1)의 회동을 위해 가압고정구(370)의 가압고정을 해제한 후, 전후이동수단(210)을 이용하여 전후이동플레이트(200)의 위치를 마찰교반용접기(900)의 용접툴(979)에 맞게 조정하고, 상기 마찰교반용접기(900)에 구성된 승강모터(930) 및 마찰회전수단(960)을 이용하여 용접툴(979)의 하강 및 회동을 이룬다.

그러면, 상기 용접툴(979)의 끝단이 디스크부(3)와 림부(5)의 외측 접합부위를 맞닿은 상태로 회전 가압하는 작용을 하게되어 휠(1)의 외측 접합부위가 마찰 교반 용접되며, 이와 같은 마찰 교반 용접시에는, 디스크클램핑부(300)에 구성된 회동모터(330)의 구동에 따라 디스크부(3)를 고정결합하는 클램핑테이블(340)의 회동이 이루어져 상기 디스크부(3) 및 림부(5)의 회동이 연동되므로 휠(1)의 회동으로 인해 용접툴(979)에 의한 마찰 교반 용접이 휠(1)의 외주를 따라 연속적으로 이루어진다.

한편, 이러한 마찰 교반 용접이 지속되어 용접 접합이 오버 런 되는 구간에서는 용접툴(979)에 의한 엔드홀이 형성되는 것이 일반적인데, 본 발명에서는 승강모터(930)의 구동에 따라 승강작동부(950) 전체가 승강되는 구성 외에, 용접툴승강모터(971)에 의한 용접툴(979)만의 승강이동을 이룰 수 있어 휠(1)의 용접 접합이 오버 런 되는 구성에서도 용접툴(979)에 의한 엔드홀 형성이 생기지 않게 된다.

전술한 바와 같이 휠(1)의 외측 접합부위를 마찰 교반 용접으로 접합한 다음에는, 마찰교반용접기(900)를 원점으로 복귀시킴 다음, 휠(1)의 내측 접합부위의 마찰 교반 용접을 위해 틸팅테이블(700)을 틸팅구동작동수단(800)을 이용하여 틸팅시키는데, 상기와 같은 틸팅구동작동수단(800)을 통해 상기 틸팅테이블(700)을 힌지(710)결합을 중심으로 틸팅시키면, 마찰교반용접기(900)의 용접툴(979)이 휠(1)의 내측 접합부위에 닿을 수 있게 되므로 휠(1)의 내측면을 마찰 교반 용접할 수 있으며, 이와 같은 휠(1)의 내측면 마찰 교반 용접방법은 전술한 휠(1)의 외측면 마찰 교반 용접방법과 동일하므로, 설명은 생략한다.

1 : 휠 3 : 디스크부 5 : 림부
100 : 고정설치프레임
200 : 전후이동플레이트 210 : 전후이송수단 211 : 전후모터 212 : 전후스크류 213 : 전후너트 214 : 전후가이드레일
300 : 디스크클램핑부 310 : 원형판 320 : 회동체 330 : 회동모터 340 : 클램핑테이블 350 : 서브조 360 : 제1작동실린더 370 : 가압고정구 380 : 에어착좌
400 : 림클램핑부 410 : 제2작동실린더 411 : 제1링크 420 : 가압몸체 421 : 제2링크 423 : 제3링크 425 : 조절홀 430 : 조절축 440 : 롤러 450 : 회동가압부
500 : 림회동받침부 510 : 승강실린더 520 : 지지롤러 521 : 승강브라켓
600 : 휠클램프유닛
700 : 틸팅테이블 710 : 힌지
800 : 틸팅구동작동수단 810, 820 : 제1, 2틸팅구동부 811, 821 : 제1, 2설치브라켓 813 : 구동모터 815, 825 : 제1, 2이송스크류 830 : 연동작동부 831 : 고정설치대 833 : 웜기어 835 : 연동회전축 840 : 가이드브라켓 841 : 리니어베어링 850 : 이송너트 860 : 회동가이드 861 : 베어링 863 : 리니어베어링 870 : 이송가이드수단
900 : 마찰교반용접기 910 : 고정브라켓 920 : 승강고정대 921 : 승강스크류 930 : 승강모터 940 : 승강너트 950 : 승강작동부 951 : 리니어베어링 960 : 마찰회전수단 961 : 마찰회전축 962 : 슬라이드홈 963 : 회전모터 970 : 용접수단 971 : 용접툴승강모터 973 : 용접툴승강가이더 975 : 용접툴승강너트 977 : 용접툴승강안내구 978 : 연결구 978a : 베어링 979 : 용접툴 979a : 가이드설치대 979b : 가이드봉 979c : 고정볼트
1000 : 휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비

Claims

고정설치프레임(100);
상기 고정설치프레임(100)에 설치되어 전후이송수단(210)에 의해 전후방향으로 이송되는 전후이동플레이트(200);
하부가 상기 전후이동플레이트(200)의 전방에 힌지(710)결합되어 설치되며, 휠을 고정 및 회동시키는 휠클램프유닛(600)을 구성한 틸팅테이블(700);
상기 전후이동플레이트(200)의 일측에 배치되는 제1설치브라켓(811)과 상기 제1설치브라켓(811)의 후방에 고정결합되는 구동모터(813)와 일측이 상기 구동모터(813)의 축에 연결되고 타측이 제1설치브라켓(811)의 전방에 베어링결합되어 구동모터(813)의 구동에 따라 회동하는 제1이송스크류(815)를 구성한 제1틸팅구동부(810)와, 상기 전후이동플레이트(200)의 타측에 배치되는 제2설치브라켓(821)과 상기 제2설치브라켓(821)에 설치되는 제2이송스크류(825)를 구성한 제2틸팅구동부(820)와, 상기 제1, 2설치브라켓(811, 821)에 각각 결합설치되는 한 쌍의 고정설치대(831)와 상기 고정설치대(831)에 각각 베어링결합된 상태로 제1, 2이송스크류(815, 825)에 각각 웜기어(833) 결합되는 연동회전축(835)으로 구성된 연동작동부(830)와, 상기 제1, 2이송스크류(815, 825)에 나사결합되는 이송너트(850)를 각각 구성하여 틸팅테이블(700)의 상부 양측에 각각 구성되는 이송가이드수단(870)으로 이루어져, 상기 틸팅테이블(700)을 틸팅시키는 틸팅구동작동수단(800);
상기 고정설치프레임(100)의 상부에 고정설치되는 고정브라켓(910)과, 수직방향으로 설치되는 승강스크류(921)를 구성하여 고정브라켓(910)에 일체로 결합되는 승강고정대(920)와, 상기 승강고정대(920)에 결합되어 승강스크류(921)를 회동시키는 승강모터(930)와, 상기 승강스크류(921)에 나사결합되는 승강너트(940)와, 상기 승강너트(940)에 결합된 상태로 승강고정대(920)에 상하방향으로 리니어베어링(951) 결합되어 승강모터(930)의 구동에 따라 승강작동하는 승강작동부(950)와, 내주에 중공을 형성하여 승강작동부(950)의 내주에 베어링결합되는 마찰회전축(961)과 상기 마찰회전축(961)에 연결되어 마찰회전축(961)을 회전시키는 회전모터(963)로 구성된 마찰회전수단(960)과, 상기 승강작동부(950)에 고정설치되는 용접툴승강모터(971)와 상기 용접툴승강모터(971)에 연결되어 수직방향으로 배치되는 용접툴승강가이더(973)와 상기 용접툴승강모터(971)의 축에 나사결합되는 용접툴승강너트(975)를 구성하여 용접툴승강가이더(973)에 끼워지는 용접툴승강안내구(977)와 연결구(978)를 통해 상기 용접툴승강안내구(977)에 베어링(978a)결합된 상태로 마찰회전축(961)의 중공에 삽입되며 일측이 상기 마찰회전축(961)에 결합되어 상기 마찰회전축(961)과 연동하는 용접툴(979)로 구성된 용접수단(970)으로 이루어져, 승강작동 및 회동구동을 통해 틸팅테이블(700)의 휠클램프유닛(600)에 고정설치된 휠(1)의 디스크부(3)와 림부(5)의 접합면을 마찰교반 용접하는 마찰교반용접기(900);를 포함하되,
상기 이송가이드수단(870)은 상기 제1, 2설치브라켓(811, 821)에 각각 전후방향으로 리니어베어링(841) 결합되는 가이드브라켓(840)과, 상기 가이드브라켓(840)에 각각 구성되어 제1, 2이송스크류(815, 825)에 각각 나사결합되는 이송너트(850)와, 상기 틸팅테이블(700)의 상부 양측에 각각 구성되어 일측이 틸팅테이블(700)에 베어링(861)결합되고 타측이 가이드브라켓(840)에 상하방향으로 리니어베어링(863) 결합되는 회동가이드(860)로 이루어지고,
상기 마찰교반용접기(900)에 구성된 용접수단(970)에는 마찰회전축(961)과 연결구(978) 사이에 위치한 용접툴(979)의 상단에 가이드설치대(979a)를 더 포함시켜 구성하고, 상기 가이드설치대(979a)에는 고정볼트(979c)에 의해 상기 가이드설치대(979a)에 결합되는 가이드봉(979b)을 하측방향으로 돌출구성하며, 상기 마찰회전축(961)의 상부에는 가이드봉(979b)이 슬라이드결합되는 슬라이드홈(962)이 더 포함 구성된 것을 특징으로 하는 휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비.
제 1항에 있어서, 상기 틸팅테이블(700)의 휠클램프유닛(600)은,
상기 틸팅테이블(700)의 후방으로 이격되어 고정설치되는 원형판(310)과, 상기 틸팅테이블(700)과 원형판(310)의 중앙에 각각 베어링결합되어 설치되는 회동체(320)와, 상기 회동체(320)의 외주에 치합되어 상기 회동체(320)를 회동시키는 회동모터(330)와, 상기 틸팅테이블(700)의 전방에 배치되도록 회동체(320)의 전방에 결합되어 회동체(320)의 회동에 따라 연동되는 클램핑테이블(340)과, 상기 클램핑테이블(340)의 전면에 등 간격으로 배치되는 서브조(350)와, 상기 회동체(320)의 후방에 구성되어 서브조(350)를 클램핑테이블(340)의 내,외주방향으로 작동시키는 제1작동실린더(360)와, 상기 틸팅테이블(700)에 설치되어 휠(1)의 디스크부(3)를 클램핑테이블(340) 방향으로 가압하는 가압고정구(370)로 구성된 디스크클램핑부(300);
상기 디스크클램핑부(300)의 원형판(310)에 제1링크(411) 결합으로 연결되는 복수 개의 제2작동실린더(410)와, 일측이 제2작동실린더(410)의 로드에 제2링크(421) 결합되고 타측이 틸팅테이블(700)에 제3링크(423) 결합되어 상기 제2작동실린더(410)의 구동에 따라 제3링크(423)를 중심으로 각각 회동하며 일측에는 휠(1)의 림부(5) 외주에 밀착되는 롤러(440)를 각각 구성한 회동가압부(450)로 구성된 림클램핑부(400);
상기 틸팅테이블(700)의 전면 하측에 구성되어 회동하는 휠(1)을 지지하는 지지롤러(520)가 구성된 림회동받침부(500);로 이루어진 것에 특징이 있는 휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비.
제 2항에 있어서, 상기 림클램핑부(400)의 회동가압부(450)는 일측이 제2작동실린더(410)의 로드에 제2링크(421) 결합되고 타측이 틸팅테이블(700)에 제3링크(423) 결합되며 조절홀(425)이 등 간격으로 형성된 가압몸체(420)와, 상기 가압몸체(420)의 내주에 끼워진 상태로 조절홀(425)에 볼트결합되어 고정설치되는 조절축(430)과, 상기 조절축(430)의 끝단에 회동되도록 축 결합되는 롤러(440)로 구성되어 조절축(430)의 길이조절을 이룰 수 있는 것을 특징으로 하고,
상기 림회동받침부(500)는 틸팅테이블(700)의 전면 하측에 결합고정되는 승강실린더(510)와, 승강브라켓(521)을 통해 상기 승강실린더(510)의 로드에 축 결합되어 휠(1)의 림부(5)를 지지하는 지지롤러(520)로 구성되어, 상기 승강실린더(510)의 구동에 따라 지지롤러(520)의 설치 높이를 가변시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 휠 접합을 위한 마찰 교반 용접장비.
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