KR101775168B1

KR101775168B1 - 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법

Info

Publication number: KR101775168B1
Application number: KR1020117022843A
Authority: KR
Inventors: 히로이치 하세
Original assignee: 가부시기가이샤야스나가
Priority date: 2009-06-22
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2017-09-05
Also published as: KR20120034589A; WO2010150753A1; CN102427911A; JP5340822B2; JP2011000692A

Abstract

금속제 부품 (1) 의 파단 개시부에 대응하는 부분에 홈부 (11) 를 기계 가공에 의해 형성하는 제 1 단계와, 홈부 (11) 의 바닥 부분에 복수의 오목부 (12) 를 서로 소정 간격을 두고 형성하는 제 2 단계를 갖는 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에 의해, 파단 후에 안정된 파단면을 얻을 수 있는 금속성 부품의 파단 개시부를 저비용으로 형성함으로써, 종래에 비해 현격히 작은 충격 에너지로 균일한 파단면을 갖는 컨로드를 제조할 수 있어, 에너지 절약 요청에 응하면서 고품질의 컨로드를 얻는다.

Description

금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법{METHOD FOR FORMING BREAKAGE START SECTION OF METALLIC PART}

본 발명은, 예를 들어 자동차의 커넥팅 로드 (이하, 간단히 「컨로드」라 함) 등의 금속제 부품의 파단 개시부를 형성하는 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에 관한 것이다.

예를 들어, 자동차의 컨로드 등의 대단부(大端部)의 내주면에 있어서, 두께 방향의 서로 대향하는 위치에, 홈 형상이나 약간의 간격을 두고 직선 형상으로 연이어 있는 오목부로 이루어지는 파단 개시부를 형성하는 기술은 종래부터 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).

이와 같은 파단 개시부를 형성할 때에, 특허문헌 1 에 있어서는 레이저 장치가 사용되고 있다. 레이저 장치에 의해 정확한 파단 개시부를 형성하기 위해서는, 수천만 엔이나 하는 그런대로 고가의 장치를 도입하여 설치해야 한다. 이 때문에, 이 레이저 장치 대신에 전용 브로치반을 사용하여 V 자 홈을 이루는 파단 개시부를 형성하는 경우도 있다.

또, 이와 같은 레이저 장치나 브로치반을 사용하는 대신에, 전용 톱날을 개재하여 홈부를 형성하지 않고 소정 간격을 둔 오목부를 다수 기계 가공에 의해 형성하는 경우도 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 참조).

일본 공개특허공보 제2005-144467호 (단락 (0002), (0003), 도 1, 도 3 ∼ 도 6) 일본 공개특허공보 제2008-36706호

상기 서술한 바와 같은 레이저 장치로는, 일반적으로 YAG 레이저 장치가 사용된다. 이 YAG 레이저 장치를 사용한 경우의 금속제 부품의 파단 개시부를 형성하는 문제점에 대하여 설명한다. YAG 레이저 장치를 사용한 경우, 일반적으로 레이저광을 여기시키는 플래시 램프를 정기적으로 교환해야 하여, 이것에 소요되는 가동 비용이 많이 든다. 또, 일단 YAG 레이저 장치가 고장나면, 통상의 보수 점검원으로는 대응할 수 없기 때문에, 레이저 고장시에 수반하여 장시간에 이르는 라인 가동 중단을 일으킬 염려가 있다. 이와 같은 장시간에 이르는 라인 가동 중단은, 그 후의 후공정에 있어서의 라인 가동 중단도 유발하고, 제조 라인 전체의 라인 가동 중단을 초래하여, 생산 계획에 대폭적인 차질을 발생시킨다.

또, 금속제 부품은 그 제법에 따라 단조 또는 소결에 의한 것을 생각해 볼 수 있다. 그리고, 금속제 부품의 일례로서 컨로드를 들면, 단조로 이루어진 컨로드라 하더라도, 소결로 이루어진 컨로드라 하더라도, 이것에 단순한 V 자 홈으로 이루어지는 파단 개시부를 형성한 경우, 이하의 공통된 과제가 생긴다.

구체적으로는, 단조 또는 소결 중 어느 것으로 이루어지는 컨로드에 있어서도, V 자 홈을 브로치 가공에 의해 형성한 경우, 그 브로치날이 새 것인 경우에는 V 자 홈의 홈 바닥부의 R 이 작아져, 맨드릴로 컨로드 대단부를 파단한 경우에, 허용 범위 내의 파단면이 얻어진다. 그러나, 브로치날이 장기간의 사용으로 인해 마모된 경우, V 자 홈의 홈 바닥부의 R 이 커지기 때문에, 맨드릴로 컨로드 대단부를 확개(擴開)한 경우에 균일한 파단면이 얻어지지 않는 경우가 있다. 또, 마모된 브로치날을 사용하여 V 자 홈을 홈 가공한 경우, 컨로드 파단시의 인장력이 커져, 컨로드 파단 장치의 동력도 그에 따라 필요로 하여, 에너지 절약의 요청에 반한다.

또, 파단 개시부로서 단순한 V 자 홈을 기계 가공하기만 한 단조로 이루어진 컨로드를 맨드릴을 개재한 대단부의 확개에 의해 파단한 경우, 단조 컨로드의 재료 강도가 높기 때문에, 파단시의 크랭크 구멍 변형이 파단된 제품마다 정해진 변형 허용값을 초과할 가능성이 높아진다. 이와 같은 파단 공정에 의해 발생하는 파단면에는, 딤플 (프랙토그래피에서 사용되고 있는 학술 용어로서, 연성 파괴를 특징짓는 파괴 조직) 이 파단면에 형성될 우려가 있다.

통상적으로, 컨로드 파단 공정의 후공정에서 홈부는 보링 가공에 의해 제거되지만, 이러한 딤플은 보링 가공에 의해 완전히 제거할 수 없는 범위에 남는다. 이와 같은 딤플은, 컨로드 파단시에 컨로드 파단면이 소성 변형되어 발생하는 것으로서, 이와 같은 딤플이 남은 상태의 컨로드 파단면끼리를 무리하게 합치면, 그 부분의 응력이 높아져 최종 제품 단계에서 문제가 된다.

본 발명의 목적은, 파단 후에 안정된 파단면을 얻을 수 있는 금속제 부품의 파단 개시부를 저비용으로 형성하는 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 서술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 청구항 1 에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법은,

금속제 부품의 파단 개시부에 대응하는 부분에 홈부를 기계 가공에 의해 형성하는 제 1 단계와,

상기 홈부의 바닥 부분에 복수의 오목부를 서로 소정 간격을 두고 형성하는 제 2 단계를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 청구항 1 에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에 의하면, YAG 레이저 장치를 사용하여 금속제 부품의 파단 개시부를 형성하는 경우에 발생하는 과제를 해결할 수 있다. 구체적으로는, 레이저 여기용 플래시 램프의 정기 교환에 의한 고가의 가동 비용을 필요로 하지 않게 된다. 또, YAG 레이저 장치의 고장시에 보수 점검원이 대응할 수 없다는 것에서 기인하는 장기간에 이르는 라인 가동 중단을 초래하지 않게 할 수 있다. 이로써, 파단 제품을 미리 정해진 생산 계획대로 생산할 수 있다.

또, 단조재로 이루어지는 금속제 부품에 단순한 홈부로 이루어지는 금속제 부품의 파단 개시부를 형성한 경우의 과제를 해결할 수 있다. 구체적으로는, 단순한 홈부만으로 이루어지는 파단 개시부가 형성된 단조로 이루어진 금속제 부품을 파단했을 때에 발생하는 딤플의 발생을 방지할 수 있다. 이로써, 파단 후의 금속제 부품의 파단면끼리를 다시 합쳤을 때에, 국부적으로 응력이 높아지는 영역이 발생하지 않아, 안정된 품질의 최종 제품을 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 2 에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법은, 청구항 1 에 기재된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에 있어서,

상기 제 1 단계에 있어서, 상기 홈부를 브로치 가공에 의해 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 청구항 2 에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에 의하면, 금속제 부품의 파단 개시부의 홈부를 브로치 가공에 의해 형성하는 경우의 과제를 해결할 수 있다. 구체적으로는, 금속제 부품이 단조 또는 소결 중 어느 것으로 되어 있어도, 마모된 브로치날을 사용하여 홈부를 형성한 후에 파단했을 때에, 홈부의 바닥부에 오목부를 소정 간격으로 형성하고 있는 덕분에 안정된 파단면을 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 3 에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법은, 청구항 1 또는 청구항 2 에 기재된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에 있어서,

상기 제 1 단계에 있어서, 상기 홈부를 톱날에 의해 형성하는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 청구항 3 에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에 의하면, 금속제 부품의 파단 개시부의 홈부를 톱날에 의해 형성하는 경우의 과제를 해결할 수 있다. 구체적으로는, 금속제 부품이 단조 또는 소결 중 어느 것으로 되어 있어도, 마모된 톱날을 사용하여 홈부를 형성한 후에 파단했을 때에, 홈부의 바닥부에 오목부를 소정 간격으로 형성하고 있는 덕분에 안정된 파단면을 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 4 에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에 있어서,

상기 오목부의 개구부의 형상이, 원 또는 타원 중 어느 것인 것을 특징으로 하고 있다.

오목부의 개구부가 원 또는 타원 중 어느 형상이라 하더라도, 홈부의 바닥부에 오목부가 소정 간격을 두고 형성되어 있으면, 본 발명의 작용을 충분히 발휘할 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 5 에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에 있어서,

상기 오목부의 개구부의 형상이, 2(n + 1) 각형(角形) (n 은 양의 정수) 으로서, 일방의 대향하는 쌍의 정점의 나열 방향이 상기 홈부의 연장 방향과 합치하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

오목부의 개구부가 이와 같은 형상을 가짐으로써, 금속제 부품의 파단이 개구부 일방의 대향하는 쌍의 정점으로부터 시작됨과 함께, 홈부의 연장 방향을 따라 넓어져 가기 때문에, 편차가 없는 균일한 파단면으로 할 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 6 에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법은, 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에 있어서,

상기 오목부의 피치를 p, 상기 오목부 개구부의 길이 방향의 길이를 dm, 여육(餘肉)률을 Rt = (p - dm)/p 로 하면, 여육률 (Rt) 은, 0 보다 크고 1 미만인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 6 에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에 의하면, 여육률 (Rt) 이 1 에 가까움으로써, 오목부는 홈부 양 단부 근방에 각각 1 개씩 형성되고, 여육률 (Rt) 이 0 에 가까움으로써, 오목부는 그 개구부의 길이 방향 단부가 서로 접하지 않는 약간 이간된 상태에서 다수의 오목부가 나란히 형성되게 된다. 이와 같은 어느 경우, 또는 그 중간 오목부의 배열 정도 등, 여러 가지 배열 정도로 오목부가 홈부의 바닥부에 형성되어 있어도 본 발명의 작용을 발휘할 수 있다.

또, 본 발명의 청구항 7 에 관련된 컨로드의 제조 방법에 의하면, 상기 금속제 부품이 컨로드로 이루어지고, 파단 개시부가 형성되어 있지 않은 컨로드를 준비하는 제 1 단계와, 상기 컨로드 대단부의 내주면의 대향하는 위치에 상기 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법을 적용하여 파단 개시부를 형성하는 제 2 단계와, 맨드릴을 사용하여 상기 컨로드 대단부의 파단 개시부가 형성된 내주면을 확개함으로써 컨로드를 파단하는 제 3 단계를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

이러한 컨로드의 제조 방법에 의하면, 종래에 비해 현격히 작은 충격 에너지로 균일한 파단면을 갖는 컨로드를 제조할 수 있어, 에너지 절약 요청에 응하면서 고품질의 컨로드를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 파단 후에 안정된 파단면을 얻을 수 있는 금속제 부품의 파단 개시부를 저비용으로 형성하는 방법을 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법을 적용하는 컨로드 대단부의 사시도이다.
도 2 는 도 1 에 나타낸 컨로드의 파단 개시부를 부분적으로 확대하여 나타내는 사시도이다.
도 3 은 도 1 과는 상이한 방향에서 나타내는 컨로드 대단부의 사시도이다.
도 4 는 도 3 에 나타낸 컨로드의 파단 개시부를 길이 방향 전체에 걸쳐 나타내는 확대 사시도이다.
도 5 는 도 1 에 나타낸 컨로드의 파단 개시부의 제 1 변형예를 부분적으로 나타내는 사시도이다.
도 6 은 도 1 에 나타낸 컨로드의 파단 개시부의 제 2 변형예를 부분적으로 나타내는 사시도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법을 적용하는 컨로드 파단 장치를 나타내는 측면도이다.
도 8 은 본 발명의 제 1 평가 시험에 있어서의 비교예의 파단면을 촬영한 현미경 사진의 사본이다.
도 9 는 본 발명의 제 1 평가 시험에 있어서의 본 실시예의 파단면을 촬영한 현미경 사진의 사본이다.
도 10 은 본 발명의 제 2 평가 시험에 있어서의 비교예 및 본 실시예 A ∼ C 의 샤르피 시험기를 사용한 파단시의 흡수 에너지를 나타내는 특성도이다.
도 11 은 본 발명의 제 3 평가 시험 결과를 나타내는 비교예의 여육률과 샤르피 충격값의 관계의 특성도이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에 대하여 도면에 기초하여 설명한다. 본 발명의 일 실시형태에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법은, 단조재로 이루어지는 자동차의 컨로드 대단부의 내주면에 두께 방향의 서로 대향하는 위치에 파단 개시부를 형성하는 방법이다.

본 실시형태에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법은, 금속제 부품인 컨로드의 파단 개시부에 대응하는 부분에 홈부를 형성하는 제 1 단계와, 홈부의 바닥 부분에 복수의 오목부를 서로 소정 간격을 두고 형성하는 제 2 단계를 갖는다.

그리고, 제 1 단계에 있어서, 브로치 가공 장치에 브로치날을 세팅하여 컨로드 대단부의 내주면의 서로 대향하는 위치에 본 실시형태에서는 V 자 홈을 브로치 가공에 의해 형성하게 되어 있다. 또한, 브로치날에 의해 형성하는 홈부는, 후술하는 바와 같이 V 자 홈 대신에 U 자 홈이나 반원 형상 홈이어도 상관없다.

또, 제 2 단계에 있어서, 오목부 형성용 절삭 공구를 준비하여, 이 절삭 공구를 사용하여 V 자 홈의 바닥 부분에 복수의 오목부를 서로 소정 간격을 두고 형성하게 되어 있다.

이하, 이들 단계의 구체적인 내용에 대하여 작용과 함께 보다 상세하게 설명한다. 도 1 은 본 발명에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법을 적용하는 컨로드 대단부의 부분적 사시도이다. 또, 도 2 는 도 1 에 나타낸 컨로드의 파단 개시부를 부분적으로 확대하여 나타내는 사시도이다. 또, 도 3 은 도 1 과는 상이한 방향에서 나타내는 컨로드 대단부의 사시도이다. 또, 도 4 는 도 3 에 나타낸 컨로드의 파단 개시부를 홈부의 길이 방향 전체에 걸쳐 나타내는 확대 사시도이다.

제 1 단계에 있어서는, 컨로드 (1) 의 파단 개시부인 대단부 (10) 의 내주면 (10a) 에 그 두께 (깊이) 방향으로 서로 대향하는 V 자 홈 (11) 을 형성한다. 이 때, 예를 들어 컨로드 (1) 대단부 (10) 의 내경을 50 ㎜, 대단부 내주벽의 두께 방향의 길이를 20 ㎜ 로 하면, 이 컨로드 대단부 (10) 의 내주면 (10a) 의 직경 방향의 서로 대향하는 위치에 컨로드 대단부 (10) 의 일단 개구부로부터 타단 개구부에 걸쳐 V 자 홈 (11) 을 형성한다. 여기에서, V 자 홈 (11) 의 깊이는, 일례로서 1 ㎜, 개방 각도는 60°로 한다. 또한, 이 V 자 홈 (11) 의 형성시에 브로치반의 브로치날을 사용한다.

또한, V 자 홈 (11) 의 바닥부의 R 은, 브로치날의 사용 정도에 따라 바뀌어, 교환 직후의 브로치날의 경우에는 R = 0.2 ㎜, 교환 후 상당히 시간이 경과하여 어느 정도 마모된 브로치날을 사용하여 V 자 홈 (11) 을 형성한 경우에는, R = 0.4 ㎜ 정도가 된다.

이어서, 제 2 단계에 있어서는, 오목부 형성용 절삭 공구를 준비하여, 이 절삭 공구를 사용하여 V 자 홈 (11) 의 바닥 부분에, 개구부가 마름모꼴 형상을 이루고 그 길이 방향이 V 자 홈 (11) 의 연장 방향과 합치하는 복수의 오목부 (12) 를 소정 간격을 두고 형성한다 (도 2 및 도 4 참조). 이 경우의 오목부 치수의 일례로서, 개구부의 크기는, 길이 방향이 0.36 ㎜, 폭 방향이 0.24 ㎜, 깊이는 0.2 ㎜, 오목부 간의 간격은 0.45 ㎜ 로 되어 있다.

상기 서술한 바와 같은 컨로드 (1) 의 파단 개시부를 형성함으로써, 종래와 같이 YAG 레이저 장치를 사용하여 금속제 부품의 하나로서의 컨로드의 파단 개시부를 형성하는 경우의 결점, 즉 레이저 여기용 플래시 램프의 정기 교환에 의한 고가의 가동 비용을 초래하지 않게 할 수 있다. 또, YAG 레이저 장치의 고장시에 보수 점검원이 대응할 수 없다는 것에서 기인하는 장기간에 이르는 라인 가동 중단을 초래하지 않게 할 수 있다. 이로써, 파단 제품을 미리 정해진 생산 계획대로 생산할 수 있다.

또, 본 실시형태에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에 의하면, V 자 홈 (11) 만으로 이루어지는 컨로드의 파단 개시부를 브로치 가공에 의해 형성하는 경우의 과제를 해결할 수 있다. 구체적으로는, 컨로드가 단조 또는 소결 중 어느 것으로 되어 있어도, 마모된 브로치날을 사용하여 V 자 홈 (11) 을 형성한 후에 파단했을 때에, V 자 홈 (11) 의 바닥부에 오목부 (12) 를 소정 간격으로 형성하고 있는 덕분에 안정된 파단면을 얻을 수 있다. 이것은 브로치날을 사용하여 홈부를 형성하면, 브로치날 선단의 마모 정도에 상관없이 균일한 파단면을 얻을 수 있다는 것을 의미하고, 홈부가 V 자 홈 대신에 U 자 홈이나 반원 형상의 홈이라 하더라도 동일한 작용을 본 발명이 발휘하는 것이 가능하다.

여기에서, 상기 서술한 본 발명에 관련된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에 있어서, 오목부의 피치를 p, 오목부 개구부의 길이 방향의 길이를 dm, 여육률을 Rt = (p - dm)/p 로 하면, 여육률 (Rt) 은, 0 보다 크고 1 미만으로 되어 있다. 여육률 (Rt) 이 1 에 가까움으로써, 오목부는 홈부 양 단부 근방에 각각 1 개씩 형성되고, 여육률 (Rt) 이 0 에 가까움으로써, 오목부는 그 개구부의 길이 방향 단부가 서로 접하지 않는 약간 이간된 상태에서 다수의 오목부가 나란히 형성되게 된다. 이와 같은 어느 경우, 또는 그 중간의 오목부의 배열 정도 등, 여러 가지 배열 정도로 오목부가 V 자 홈의 바닥부에 형성되어 있어도 본 발명의 작용을 발휘할 수 있다.

또한, 상기 서술한 실시형태에 있어서는 여육률 (Rt) 이 0 에 가까운 경우를 나타내고 있다. 이로써, 오목부 (12) 는 그 개구부의 길이 방향 단부가 서로 접하지 않는 약간 이간된 상태에서 나란히 형성되게 된다.

또, 상기 서술한 실시형태에 있어서는, V 자 홈의 바닥부에 형성되는 오목부 (13) 는 개구부가 마름모꼴 형상을 갖고 있었지만, 예를 들어 도 5 에 나타내는 바와 같이 개구부가 타원 형상을 갖고, 타원의 장축 방향이 V 자 홈의 연장 방향과 합치하고 있는 복수의 오목부 (13) 가 소정 거리를 두고 V 자 홈 (11) 의 바닥부에 형성되어 있는 실시양태여도 되고, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 개구부가 단순한 원형의 오목부 (14) 가 V 자 홈의 바닥부에 소정 간격을 두고 V 자 홈 (11) 의 바닥부에 형성되어 있어도 된다.

또한, 본 발명자는, 이들 오목부에 대하여, 오목부가 마름모꼴, 타원형, 원형인 모든 경우를 포함하여, 본 발명에 있어서 바람직한 치수 관계에 대하여 이하와 같이 고찰하였으므로 이것을 기재한다.

오목부 치수의 범위로는, 이하의 치수 범위가 바람직하다. 먼저, 오목 개구부의 길이 방향의 치수 범위에 대해서는, dm : 오목부 개구부의 길이 방향의 길이, L : 홈의 전체 길이 (V 홈, U 홈 외 모든 홈 형태를 포함) 로 하면, 0 ＜ dm ＜ L/2 의 치수 관계에 있는 것이 바람직하다. 이어서, 오목 개구부의 폭 방향의 치수 범위에 대해서는, ds : 오목부 개구부의 폭 방향의 길이, dm : 오목부 개구부의 길이 방향의 길이로 하면, 0 ＜ ds ≤ dm 의 치수 관계에 있는 것이 바람직하다. 이어서, 오목부 깊이의 범위에 대해서는, 0 ＜ (오목부의 깊이) ≤ 1 ㎜ 의 치수 관계에 있는 것이 바람직하다.

계속해서, 컨로드의 양단에 인장 응력을 작용시켜 컨로드 파단 개시부로부터 균일한 파단면이 되는 컨로드 파단면을 얻기 위한 컨로드 파단 장치를 도면에 기초하여 이하에 설명한다.

컨로드 파단 장치 (2) 는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 컨로드 (1) 를 재치하는 기반 (100) 에 서로 이반하는 방향으로 이동할 수 있게 배치 형성되고, 컨로드 (1) 의 대단부 (10) 및 로드부를 수평으로 지지하는 제 1 지지 부재 (101) 및 제 2 지지 부재 (102) 와, 이들 지지 부재 (101, 102) 에 걸려 형성되고, 각 외주면이 각각 컨로드 대단부의 개구부 내면에 맞닿아 끼워맞춰지는 2 개의 맨드릴 반부(半部) (103a, 103b) 로 이루어지는 반으로 분할되는 형태의 맨드릴 (103) 을 구비하고 있다.

그리고, 각 맨드릴 반부 (103a, 103b) 의 대향하는 단면과 맞닿는 면이 각각 테이퍼면을 이루고, 각 맨드릴 반부 (103a, 103b) 를 균등하게 이반 확장시키는 쐐기 (105) 와, 쐐기 (105) 에 하중을 가하는 액추에이터 (106) 와, 액추에이터 (106) 에 여압 하중을 가하여 쐐기 (105) 를 통해 컨로드 개구부 내면에 각 맨드릴 반부 (103a, 103b) 를 맞닿게 한 후, 파단 하중을 가하여 개구부를 순식간에 파단하는 도시가 생략된 제어 수단을 구비하고 있다.

이러한 구조를 갖는 컨로드 파단 장치 (2) 를 사용한 컨로드 파단 방법은, 다음과 같이 행해진다. 먼저, 스프링으로 맨드릴 (103) 을 서로 마주보는 방향으로 탄성 지지하고, 맨드릴을 줄여 컨로드 대단부의 개구에 진입시킨다. 그리고, 쐐기 선단의 테이퍼부가 맨드릴 (103a, 103b) 에 맞닿을 때까지 쐐기 (105) 를 압입한 상태에서 일단 멈추고, 상기 서술한 제어 수단을 개재하여 액추에이터 (106) 가 쐐기 (105) 에 동하중을 가하여, 이로써 컨로드의 상기 서술한 파단 개시부에 확장력을 가하여 순식간에 파단한다. 또한, 상기 서술한 맨드릴 (103) 을 서로 마주보는 방향으로 탄성 지지하여 맨드릴을 줄일 때에, 스프링 대신에 유압 실린더나 에어 실린더 등의 액추에이터를 사용해도 상관없다.

이로써, 이하의 평가 시험 결과로부터 분명한 바와 같이, 종래의 컨로드 파단에 필요한 파단 에너지보다 훨씬 작은 파단 에너지로 균일한 파단면을 갖게 컨로드를 파단할 수 있다.

실시예

이하에 상기 서술한 실시형태에 관련된 본 발명의 유용성을 뒷받침하는 평가 시험을 실시하였기 때문에, 그 평가 시험 결과에 대하여 설명한다. 또한, 이 평가 시험에 있어서는, 제 1 평가 시험 내지 제 3 평가 시험의 3 종류의 평가 시험을 실시하였다.

우선, 제 1 평가 시험 내지 제 3 평가 시험에서 공통으로 사용한 시험편에 대하여 설명한다. 이 제 1 평가 시험 내지 제 3 평가 시험에서 사용한 시험편은, JIS 의 스펙에 기초하는 것을 채용하였다. 이 때의 규격 번호는, 「JIS Z 2242」이고, 규격 명칭은 「금속 재료의 샤르피 충격 시험 방법」이다. 또한, 실시예에서 사용한 시험편의 크기는 JIS 그대로이지만, 홈부의 치수는 JIS 에 규정된 것과 상이하다.

우선, 제 1 평가 시험에 대하여 설명한다. 제 1 평가 시험에 있어서는, 비교예로서 YAG 레이저 장치를 사용한 종래의 파단 개시부 형성 방법에 의해 파단 개시부를 시험편에 형성하였다. 한편, 제 1 평가 시험에 있어서의 본 실시예로는, 본 발명에 의한 파단 개시부 형성 방법에 기초하여 파단 개시부를 시험편에 형성하였다. 그리고, 이들 비교예와 본 실시예의 시험편을 실제로 파단하고, 그 파단면을 관찰하여 평가하였다.

구체적으로는, 비교예에서는 최대 피크 출력 4.5 ㎾ 의 YAG 레이저 장치를 사용하여, 여기 펄스 200 ㎐ 의 레이저광을 시험편에 조사하였다. 이로써, 인접하는 오목부의 중심 간격이 0.16 ㎜, 깊이 0.6 ㎜ 의 오목부가 연속해서 형성된 시험편을 형성하였다.

또, 본 실시예에 있어서는, 상기 서술한 실시형태에 있어서의 바닥부가 R = 0.2 ㎜, V 자 홈의 개방 각도 (V 자 홈의 대향하는 경사면이 이루는 각도) 가 60° 가 되는 V 자 홈을 브로치 가공 (기계 가공) 하여 시험편으로서 제조함과 함께, 이 컨로드의 V 자 홈의 바닥부에 오목부 형성용 절삭 공구를 사용하여 개구 형상이 타원형이며 그 길이 방향이 V 자 홈의 연장 방향과 합치하는 오목부를 소정 간격 떨어뜨린 파단 개시부를 갖는 시험편을 본 실시예에 관한 시험편으로 하였다. 또한, 본 실시예에 관한 시험편으로는, 오목부의 개구부의 크기는, 길이 방향이 0.27 ㎜, 폭 방향이 0.19 ㎜, 깊이가 0.2 ㎜, 오목부 간의 간격은 0.34 ㎜ 로 하였다.

여기에서, 도 8 은 제 1 평가 시험의 비교예에 의해 형성한 파단 개시부를 갖는 시험편을, 샤르피 충격 시험기를 사용하여 파단했을 때의 파단면의 조직을 나타낸 현미경 사진이다. 또, 도 9 는 제 1 평가 시험의 본 실시예에 의해 형성한 파단 개시부를 갖는 시험편을, 샤르피 충격 시험기를 사용하여 파단했을 때의 조직을 나타낸 현미경 사진이다. 이들 쌍방의 파단면을 나타낸 조직도로부터 분명한 바와 같이, 본 실시예에 의해서도 본 비교예와 동등하게 안정된 파단면을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.

이에 더하여, 본 발명에 의한 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에 의하면, 도 9 의 파단면의 조직으로부터 알 수 있는 바와 같이, 단조재로 이루어지는 금속제 부품에 단순한 V 자 홈으로 이루어지는 금속제 부품의 파단 개시부를 형성한 경우, 즉 단순한 V 자 홈만으로 이루어지는 파단 개시부가 형성된 단조로 이루어진 금속제 부품을 파단했을 때에 발생하는 딤플의 발생을 방지할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 이로써, 본 발명을 적용한 경우, 파단 후의 금속제 부품의 파단면끼리를 다시 합쳤을 때에, 국부적으로 응력이 높아지는 영역이 발생하지 않아, 안정된 품질의 최종 제품을 얻는 것을 확인할 수 있었다.

계속해서, 제 2 평가 시험에 대하여 설명한다. 제 2 평가 시험에 있어서는, 브로치 가공에 의해 단순히 V 자 홈만을 형성한 시험편을 제 2 평가 시험의 비교예로 하였다. 여기에서, 제 2 평가 시험의 본 실시예는, 본 실시예 A, 본 실시예 B, 본 실시예 C 의 3 개의 실시예로 구성하였다. 구체적으로는, 단조로 이루어진 시험편에 브로치 가공에 의해 V 자 홈을 형성함과 함께, 이 V 자 홈의 바닥부에 오목부 형성 절삭 공구를 사용하여 오목부를 소정 간격을 두고 형성한 시험편을 제 2 평가 시험의 3 개의 본 실시예로 하였다.

또한, 이들 제 2 평가 시험의 비교예 및 실시예에 관한 V 자 홈의 치수에 대해서는, 바닥부가 R = 0.2 ㎜ 와 R = 0.4 ㎜ 인 2 종류, V 자 홈의 개방 각도 (V 자 홈의 대향하는 경사면이 이루는 각도) 가 60°가 되도록 하였다.

또, 본 실시예에 있어서의 오목부의 치수에 대해서는, 실시예 A 로서 개구부가 원형 형상을 갖는 오목부를 소정 간격을 두고 형성하였다. 또한, 오목부의 개구부의 크기는, 직경 0.19 ㎜, 깊이가 0.2 ㎜, 오목부 간의 간격은 0.24 ㎜ 로 하였다.

또, 실시예 B 로는, 개구 형상이 타원이며 그 장축 방향이 V 자 홈의 연장 방향과 합치하는 오목부를 소정 간격을 두고 형성하였다. 또한, 오목부의 개구부의 크기는, 장축 직경이 0.21 ㎜, 단축 직경이 0.19 ㎜, 깊이가 0.2 ㎜, 오목부 간의 간격은 0.265 ㎜ 로 하였다.

또, 실시예 C 로는, 개구 형상이 타원이며 그 장축 방향이 V 자 홈의 연장 방향과 합치하는 오목부를 소정 간격을 두고 형성하였다. 또한, 오목부의 개구부의 크기는, 장축 직경이 0.27 ㎜, 단축 직경이 0.19 ㎜, 깊이가 0.2 ㎜, 오목부 간의 간격은 0.34 ㎜ 로 하였다.

그리고, 이 제 2 평가 시험의 비교예 및 실시예 A ∼ C 에 관련된 시험편을 샤르피 충격 시험기를 개재하여 파단할 때에 V 자 홈의 바닥부의 R 의 크기에 따른 흡수 에너지를 측정하여 그래프화하였다. 또한, V 자 홈의 바닥부를 R = 0.2 ㎜ 인 경우에는, 교환 직후에 마모되지 않은 상태의 브로치날을 사용한 V 자 홈이고, R = 0.4 ㎜ 인 V 자 홈은 브로치날을 교환한 후, 장시간 사용하여 날끝이 마모된 상태의 브로치날을 사용하여 생긴 V 자 홈이다.

도 10 은 본 발명의 실시예에 있어서의 비교예 및 본 실시예의 샤르피 시험기를 사용한 파단시의 흡수 에너지를 나타내는 특성도이다. 본 실시예에 있어서는, 실시예 A : 원형의 오목부 형상 (직경 0.19 ㎜) 으로 하고, 실시예 B : 타원형의 오목부 형상 (장축 직경 0.21 ㎜) 으로 하고, 실시예 C : 타원형의 오목부 형상 (장축 직경 0.27 ㎜) 으로 하였다. 또, R : V 홈 바닥의 반경 (노즈 R) 으로 하였다.

또한, 도 10 의 횡축은, 각 실시예와 비교예의 샤르피 충격값의 차를 나타내고 있고, 왼쪽부터 순서대로 비교예 X, 본 실시예에 있어서의 실시예 A, 실시예 B, 실시예 C 의 시험 결과를 나타내도록 하였다. 또, 종축은 이들 비교예 및 각 실시예의 샤르피 충격값 (SP1) 을 단위 kJ/㎡ 로 나타냈다. 그리고, 각 실시예 및 비교예 각각의 좌측의 충격값 (도면 중 흑색의 막대 그래프 부분) 을 R = 0.2 ㎜ 의 충격값으로서 나타내고, 각각의 우측의 충격값 (도면 중 백색의 막대 그래프 부분) 을 R = 0.4 ㎜ 의 충격값으로서 나타냈다.

도 10 으로부터 분명한 바와 같이, 비교예에서는, 브로치날의 마모 정도가 작은 V 자 홈의 바닥부의 반경 (R) = 0.2 ㎜ 인 경우의 샤르피 충격값의 평균값은 156 kJ/㎡ 인 데에 대해, 브로치날의 마모 정도가 큰 V 홈의 바닥부의 반경 (R) = 0.4 ㎜ 인 경우에는, 샤르피 충격값의 평균값은 235 kJ/㎡ 가 되어, 양자의 샤르피 충격값이 상당히 크고, 또한 R = 0.4 ㎜ 인 경우와 R = 0.2 ㎜ 인 경우의 차도 상당히 큰 것을 알 수 있었다.

한편, 본 실시예 A 의 경우, 브로치날의 마모 정도가 작은 V 홈부 바닥부의 반경 (R) = 0.2 ㎜ 인 경우의 샤르피 충격값의 평균값이 89 kJ/㎡ 이고, 브로치날의 마모 정도가 큰 V 자 홈 바닥부의 반경 (R) = 0.4 ㎜ 인 경우의 샤르피 충격값의 평균값이 115 kJ/㎡ 가 되어, 양자 모두 비교예에 비해 샤르피 충격값이 현격히 작고, 또한 브로치날 선단의 마모 전과 마모 후에 있어서의 샤르피 충격값의 차도 작은 것을 알 수 있었다.

또, 실시예 B 의 경우, 브로치날의 마모 정도가 작은 V 홈부 바닥부의 반경 (R) = 0.2 ㎜ 인 경우의 샤르피 충격값의 평균값이 83 kJ/㎡ 이고, 브로치날의 마모 정도가 큰 V 자 홈 바닥부의 반경 (R) = 0.4 ㎜ 인 경우의 샤르피 충격값의 평균값이 89 kJ/㎡ 가 되어, 양자 모두 비교예에 비해 샤르피 충격값이 현격히 작고, 또한 브로치날 선단의 마모 전과 마모 후에 있어서의 샤르피 충격값의 차도 작은 것을 알 수 있었다.

또, 실시예 C 의 경우, 브로치날의 마모 정도가 작은 V 홈부 바닥부의 반경 (R) = 0.2 ㎜ 인 경우의 샤르피 충격값의 평균값이 71 kJ/㎡ 이고, 브로치날의 마모 정도가 큰 V 자 홈 바닥부의 반경 (R) = 0.4 ㎜ 인 경우의 샤르피 충격값의 평균값이 80 kJ/㎡ 가 되어, 양자 모두 비교예에 비해 샤르피 충격값이 현격히 작고, 또한 브로치날 선단의 마모 전과 마모 후에 있어서의 샤르피 충격값의 차도 작은 것을 알 수 있었다.

이 제 2 평가 시험 결과를 나타내는 도 10 으로부터 분명한 바와 같이, 제 2 비교예에 대해서는, 브로치날의 선단이 마모되지 않은 경우에 있어서 형성된 파단 개시부를 갖는 본 실시예 A ∼ C 에 대해서는, 샤르피 충격 시험의 결과에 그다지 큰 에너지를 파단시에 흡수하지 않고 파단되었음을 알 수 있었다.

한편, 브로치날의 선단이 마모된 상태에서 브로치 가공하여 V 자 홈을 형성한 비교예에 대해서는, 샤르피 충격 시험에 있어서의 파단시의 에너지가 상당히 커지는 것을 알 수 있었다.

즉, 비교예에 있어서는, 브로치 가공에 있어서의 브로치날 선단의 마모 정도에 따라 시험편 파단시에 흡수되는 충격 에너지가 크고, 이에 따라, 파단된 시험편의 파단면이 변형되어 뒤틀림이 남는 것을 알 수 있었다. 한편, 본 실시예에 관해서는, 도 10 의 평가 시험 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 브로치날의 선단이 신품으로 마모되지 않은 경우뿐만 아니라, 장기간 사용하여 마모된 경우라 하더라도, 이러한 브로치날을 사용하여 파단 개시부가 되는 V 자 홈 및 그 홈의 바닥부에 형성된 복수의 오목부를 갖는 파단 개시부를 갖는 시험편을 샤르피 충격 시험기를 사용하여 파단한 경우, 양방 모두 거의 동일한 그다지 크지 않은 충격 에너지로 파단하는 것이 명백해졌다.

즉, 본 발명에 의한 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에 의하면, V 자 홈만으로 이루어지는 금속제 부품의 파단 개시부를 브로치 가공에 의해 형성하는 경우의 과제를 해결할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 구체적으로는, 금속제 부품이 단조 또는 소결 중 어느 것으로 되어 있어도, 마모된 브로치날을 사용하여 V 자 홈을 형성한 후에 파단한 경우에, V 자 홈의 바닥부에 오목부를 소정 간격으로 형성하고 있는 덕분에 안정된 파단면을 얻는 것을 알 수 있었다.

계속해서, 제 3 평가 시험에 대하여 설명한다. 제 3 평가 시험에 있어서는, 예를 들어 일본 공개특허공보 제2008-36706호에 기재된 바와 같은 톱날 ( cutting saw) 을 사용하여 2 개의 비교예 (비교예 P, 비교예 Q) 를 만들어, 이들 2 개의 비교예를 샤르피 시험기로 파단할 때에 필요로 하는 에너지를 측정하였다. 구체적으로는, 비교예 P 로서 상기 서술한 시험편에, 깊이 0.2 ㎜, 개구부의 직경 0.19 ㎜ 를 갖는 원형의 오목부를 V 자 홈을 형성하지 않고 직접 형성하였다. 이 때, 오목부 간의 피치에 대해서는, 상이한 4 개의 피치로서 각각의 피치에 상당하는 여육률을 구하여 각 샤르피 충격값을 측정하였다. 한편, 비교예 Q 로는, 개구부가 타원 형상을 갖는 오목부를 상이한 4 개의 피치로 소정 간격 개재한 것을 4 종류 형성하였다. 이 경우, 오목부 개구부의 장축 직경은 0.27 ㎜m, 단축 직경은 0.19 ㎜ 로 하였다. 그리고, 비교예 P 와 마찬가지로 오목부 간의 피치에 대해서는, 상이한 4 개의 피치로서 각각의 피치에 상당하는 여육률을 구하여 각각의 샤르피 충격값을 측정하였다.

도 11 은 이들 비교예 및 본 실시예의 시험편을 샤르피 시험기로 파단했을 때에 필요로 한 흡수 에너지를 나타내고 있다. 도 11 의 횡축은 여육률 (Rt) 을 나타내고, 종축은 샤르피 충격값 (SP2) 을 단위 kJ/㎡ 로 나타내고 있다. 그리고, 검은 사각의 플롯은 타원형의 오목부열을 나타내고, 검은 마름모꼴의 플롯은 원형의 오목부열을 나타내고 있다. 또한, 도 11 에 있어서의 보충 설명으로서, 타원형 단면 오목부열 : 장축 직경 0.27 ㎜/단축 직경 0.19 ㎜ 로 하고, 이것을 상기 서술한 비교예 Q 에 대응시킨 것으로 하였다. 또, 원형 단면 오목부열 : 직경 0.19 ㎜ 로 하고, 이것을 상기 서술한 비교예 P 에 대응시킨 것으로 하였다. 또한, 도 11 에 있어서는, V 홈은 없음으로 하고, 오목부열만의 파단 개시부로 하였다.

이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제 3 평가 시험에 있어서의 시험편은, 이것을 파단하는 데에 필요한 샤르피 충격값 크기가 상당히 커, 제 2 평가 시험의 본 실시예에 있어서의 샤르피 충격값의 약 5 배에 달하는 것을 알 수 있었다. 이 평가 시험의 사실로부터, 제 3 평가 시험의 비교예의 시험편에 있어서, 제 2 평가 시험의 본 실시예와 동일한 샤르피 충격값을 가지고 2 개의 파단면을 얻기 위해서는, 오목부의 깊이를 현재 상태보다 5 배 이상 깊게 할 필요가 있을 것으로 생각된다. 그리고, 실제로는 톱날의 날은 둘레 방향에 다수 형성되어 있기 때문에, 이와 같은 깊은 오목부를 톱날에 의해 형성하면, 톱날의 적어도 어느 선단이 바로 꺾여 버려, 균일한 깊이의 오목부로 이루어지는 금속제 부품의 파단 개시부를 형성할 수 없고, 그 결과, 이것을 파단한 후에도 균일한 파단면이 얻어지지 않는다는 것을 알 수 있었다. 즉, 제 3 평가 시험에 있어서의 비교예와 같은 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법에서는, 본 발명과 동일한 균일한 파단면을 얻는 것이 매우 곤란하다는 것을 알 수 있었다.

또한, 상기 서술한 V 자 홈의 기계 가공을 행할 때에 브로치반을 사용하였는데, 이 대신에 방전 가공으로 홈부를 형성해도 된다.

또한, 상기 서술한 실시형태에 있어서, 제 1 단계에서 V 자 형상의 홈부를 형성하였다. 또, 컨로드 대단부의 내주면에 대향하여 형성하는 홈부는 개방 각도 60°의 V 자 홈으로 하였다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 개방 각도가 둔각이 아니라면, 재료 역학상의 관점에서, 예를 들어 90°나 45°또는 그 밖의 각도 등, 어느 개방 각도를 선택할 수 있다.

또, 홈부의 형상은 특별히 한정되지 않으며, V 자 형상의 홈부 대신에 U 자 형상의 홈부나 반원 형상의 홈부여도 된다.

또한, 본 발명은 자동차 컨로드의 파단 개시부 형성 방법에 관하여 설명하였지만, 본 발명의 파단 개시부 형성 방법은 자동차의 컨로드에 한정되지 않고, 일부에 관통공을 갖고, 인장 응력을 가하여 특정 파단부로부터 2 분할하여 반으로 나눈 부분을 만들어, 당해 반으로 나눈 부분의 파단면을 다시 맞닿게 하여 사용하는, 예를 들어 베어링이나 반으로 나눈 스페이서와 같은 부품에도 널리 적용할 수 있다.

1 : 컨로드 2 : 컨로드 파단 장치
10 : 대단부 10a : 내주면
11 : V 자 홈 12, 13, 14 : 오목부
100 : 기반 101 : 제 1 지지 부재
102 : 제 2 지지 부재 103 : 맨드릴
103a, 103b : 맨드릴 반부 105 : 쐐기
106 : 액추에이터

Claims

금속제 부품의 내주면에 홈부를 기계 가공에 의해 형성하는 제 1 단계와,
상기 홈부의 바닥 부분에 복수의 오목부를 서로 소정 간격을 두고 형성하는 제 2 단계를 갖는 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법으로서,
상기 제 2 단계에 있어서, 상기 오목부 형성용의 절삭날 공구를 준비하여, 상기 절삭날 공구를 사용하여 상기 홈부의 바닥 부분에 복수의 상기 오목부를 서로 소정 간격을 두고 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 단계에 있어서, 상기 홈부를 브로치 가공에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는, 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 단계에 있어서, 상기 홈부를 톱날에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는, 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 오목부의 개구부의 형상이, 원 또는 타원 중 어느 것인 것을 특징으로 하는, 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 오목부의 개구부의 형상이, 2(n + 1) 각형 (n 은 양의 정수) 으로서, 일방의 대향하는 쌍의 정점의 나열 방향 중 하나는 상기 홈부의 연장 방향과 합치하고 있는 것을 특징으로 하는, 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 오목부의 피치를 p, 상기 오목부 개구부의 길이 방향의 길이를 dm, 여육률을 Rt = (p - dm)/p 로 하면, 여육률 (Rt) 은, 0 보다 크고 1 미만인 것을 특징으로 하는, 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법.
금속제 부품이 컨로드로 이루어지고, 파단 개시부가 형성되어 있지 않은 컨로드를 준비하는 제 1 단계와, 상기 컨로드 대단부의 내주면의 대향하는 위치에 상기 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 금속제 부품의 파단 개시부 형성 방법을 적용하여 파단 개시부를 형성하는 제 2 단계와, 맨드릴을 사용하여 상기 컨로드 대단부의 파단 개시부가 형성된 내주면을 확개함으로써 컨로드를 파단하는 제 3 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 컨로드의 제조 방법.