KR101987064B1 - 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구 및 이의 제조방법 - Google Patents

고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상면의 중앙에서 하부로 관통되는 볼트홀과 상기 하부의 중앙에 테이퍼 형상으로 일정깊이의 장착홈이 형성되고, 가공기기에 장착되어 회전되는 생크부재와, 상기 볼트홀의 상부에서 하부 방향으로 관통되어 하단이 돌출되도록 삽입되고, 상기 하단은 나사홈이 형성되는 볼트부재와, 상부에 결합홈이 형성되어 상기 볼트부재의 하단과 상기 결합홈이 결합되고 하부는 이탈방지용 돌기가 돌출 형성된 완충부재와, 상부에 돌기홈이 형성되어 상기 돌기와 결합되고, 하부에 마찰교반용접이 일어나는 핀이 형성되는 숄더부재를 포함함으로써, 3피스 인서트형 타입으로 구성하여 용접이 이루어지는 공구의 숄더부재에만 W-Re 합금, PCBN 등의 특수합금을 사용함으로써, 제작 원가를 절감하여 상용화가 가능하다는 효과가 있다.
또한, 내부에 가스 공급관을 형성하여 용접 시에 공구의 온도를 낮추고, 티타늄 등을 접합 시 아르곤 가스를 공급하여 용접부 및 공구의 산화를 방지함으로써, 공구의 내구성을 높이고 접합의 품질을 향상시키는 효과가 있다.

Description

고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구 및 이의 제조방법{Friction stir welding tool of high-melting material and manufacturing method thereof}
본 발명은 고융점소재의 마찰교반 용접을 위한 공구 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 공구의 숄더부재에만 W-Re(텅스텐-레늄)합금, PCBN (Poly-Crystalline Cubic Boron Nitride, 다결정 입방정 질화붕소 화합물) 등의 특수합금을 사용하여 제작 원가를 낮춘 고융점소재의 마찰교반 용접을 위한 공구 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 경량합금을 접합하는 기술이 널리 연구되고 있으며, 근래에는 마찰 교반 용접(Friction Stir Welding; FSW)이 적용되고 있다.
여기에서, 마찰 교반 용접이란 금속의 접합 부위에 회전도구를 설치하여 회전도구와 접합 금속 사이에서 발생하는 마찰열에 의하여 분할된 금속을 접합하는 방법을 말한다.
또한, 마찰 교반 용접은 고온의 용융 접합 시에 접합 균열과 접합 변형이 발생하기 쉬운 석출경화형 알루미늄 합금과 같은 비철재료의 판재에 주로 활용되고 있으며, 열 감수성이 높은 철강재료를 포함한 고융점소재에 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
종래의 고융점소재에 대한 공구의 경우 일체형으로, 전체를 특수합금을 사용해야하기 때문에, 가격이 상승하여 상용화하기 어렵다는 문제점이 있다.
1. 대한민국 등록특허 제10-0496761호(2005.06.14. 등록) 2. 대한민국 공개특허 제10-2017-0127008호(2017.11.20. 공개)
본 발명은 2피스 인서트형 타입으로 구성하여 용접이 이루어지는 공구의 숄더부재에만 W-Re 합금, PCBN 등의 특수합금을 사용하여 제작 원가를 낮출 수 있는 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 내부에 가스 공급관을 형성하여 용접 시에 공구의 온도를 낮추고, 티타늄 접합 시 아르곤을 공급하여 티타늄의 산화를 방지할 수 있는 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제 1 실시예에 따르면, 상면의 중앙에서 하부로 관통되는 볼트홀과 상기 하부의 중앙에 테이퍼 형상으로 일정깊이의 장착홈이 형성되고, 가공기기에 장착되어 회전되는 생크부재와, 상기 볼트홀의 상부에서 하부 방향으로 관통되어 하단이 돌출되도록 삽입되고, 상기 하단은 나사홈이 형성되는 볼트부재와, 상부에 결합홈이 형성되어 상기 볼트부재의 하단과 상기 결합홈이 결합되고 하부는 이탈방지용 돌기가 돌출 형성된 완충부재와, 상부에 돌기홈이 형성되어 상기 돌기와 결합되고, 하부에 마찰교반용접이 일어나는 핀이 형성되는 숄더부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 생크부재는, 상기 상면의 외측에 상기 하부로 관통되는 복수개의 관이 형성된 가스 공급관을 포함할 수 있다.
또한, 상기 생크부재는, 상기 생크부재의 내부에 형성되어 상기 완충부재를 고정시키는 홀더를 포함할 수 있다.
또한, 상기 완충부재는, 내열합금으로 제조된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 숄더부재는, W-Re(텅스텐-레늄)합금 또는 PCBN(Poly-Crystalline Cubic Boron Nitride)으로 제조된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제 3 실시예에 따르면, 생크부재의 상면의 중앙에서 하부로 관통되는 볼트홀을 가공하는 단계와, 상기 볼트홀의 상부에서 하부 방향으로 관통하면 하단이 돌출되도록 볼트부재를 가공하고, 상기 하단을 탭(Tap) 작업하여 나사홈을 가공하는 단계와, 완충부재의 상부에 결합홈과, 하부에 돌출 형성되는 이탈방지용 돌기를 가공하는 단계와, 숄더부재의 상부에 돌기홈과, 하부에 핀을 가공하는 단계와, 상기 돌기와 돌기홈을 결합시키고, 상기 완충부재와 숄더부재의 접합면을 브레이징 접합하는 단계와, 상기 생크부재의 하부의 중앙에 테이퍼 형상으로 일정깊이의 장착홈을 가공하는 단계와, 결합된 상기 완충부재 및 숄더부재의 상부 외면을 테이퍼 형상으로 가공하는 단계와, 상기 볼트부재를 상기 볼트홀의 상부에서 하부 방향으로 관통되어 하단이 돌출되도록 삽입하는 단계와, 상기 볼트부재의 하단에 상기 결합홈을 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 볼트홀을 가공하는 단계는, 상기 생크부재의 상면 외측에 상기 하부로 관통되는 복수개의 관인 가스 공급관을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 볼트홀을 가공하는 단계는, 상기 생크부재의 내부에 상기 완충부재를 고정시키는 홀더를 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 완충부재는, 내열합금으로 제조하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 숄더부재는, W-Re(텅스텐-레늄)합금 또는 PCBN(Poly-Crystalline Cubic Boron Nitride)으로 제조하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 3피스 인서트형 타입으로 구성하여 용접이 이루어지는 공구의 숄더부재에만 W-Re 합금, PCBN 등의 특수합금을 사용함으로써, 제작 원가를 절감하여 상용화가 가능하다는 효과가 있다.
또한, 내부에 가스 공급관을 형성하여 용접 시에 공구의 온도를 낮추고, 티타늄 등을 접합 시 아르곤 가스를 공급하여 용접부 및 공구의 산화를 방지함으로써, 공구의 내구성을 높이고 접합의 품질을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구를 예시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 분해도이며,
도 3 및 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 단면도이고,
도 5는 본 발명의 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 분해도이며,
도 6 및 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 단면도이며,
도 8는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구를 예시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 분해도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구는 생크부재(110), 볼트부재(120), 완충부재(130), 숄더부재(140) 등을 포함할 수 있다.
생크부재(110)는 합금강, 고속도강 등의 소재로 제조되고 원통형으로 가공기기에 장착되어 회전될 수 있고, 볼트홀(111), 장착홈(112), 가스 공급관(113), 홀더(114) 등을 포함할 수 있다.
볼트홀(111)은 생크부재(110)의 상면의 중앙에서 하부로 관통되도록 생크부재(110)의 상면보다 작은 직경이고, 원통형으로 형성되어 볼트부재(120)가 삽입될 수 있다.
장착홈(112)은 생크부재(110)의 하부의 중앙에 테이퍼 형상으로 일정깊이를 가지도록 형성되어 완충부재(130)와 숄더부재(140)가 장착될 수 있다.
여기에서, 장착홈(112)의 상면의 중앙에 볼트홀(111)이 위치하도록 형성하여 마찰교반용접을 할 경우, 장착되는 완충부재(130) 및 숄더부재(140)가 중앙에 고정되게 하여 동심도를 낮춤으로써, 오차를 줄일 수 있다.
가스 공급관(113)은 생크부재(110)의 상면의 외측에 하부로 관통되어 복수개의 관이 형성될 수 있다.
여기에서, 가스 공급관(113)은 상부에서 가스가 주입되고 제 1 수직라인(113a), 수평라인(113b), 제 2 수직라인(113c)을 통해 이동되어 하부로 배출되도록 형성될 수 있다.
또한, 가스 공급관(113)에 공기를 주입시키면 냉각효과로 인하여 마찰교반용접 시에 생크부재(110)의 온도를 300℃ 이하로 유지할 수 있기 때문에, 열처리 효과가 향상될 수 있다.
여기에서, 가스 공급관(113)에 아르곤(Ar) 가스를 주입 시키면, 티타늄 등의 마찰교반용접 시에 용접부 및 숄더부재(140)에 아르곤 가스가 배출되어 용접부 및 숄더부재(140)를 대기로부터 차폐함으로써, 용접부 및 숄더부재(140)의 산화를 방지하여 접합의 품질과 숄더부재(140)의 내구성도 향상시킬 수 있다.
홀더(114)는 멈춤나사(무두볼트) 형태로 생크부재(110)의 내부 중단에 관통되어 형성됨으로써, 완충부재(130)의 상부를 고정시킬 수 있다.
여기에서, 홀더(114)는 완충부재(130)를 고정시킴으로써, 마찰교반용접 시, 완충부재(130) 및 숄더부재(140)가 생크부재(110)의 내부에서 헛도는 것을 방지할 수 있다.
볼트부재(120)는 볼트머리(121)의 직경이 볼트홀(111)보다 크게 형성되고, 볼트몸체(122)의 직경은 볼트홀(111)보다 조금 작게 형성되며, 볼트몸체(122)는 볼트홀(111)의 상부에서 하부 방향으로 관통되어 볼트몸체(122)의 하단이 돌출되도록 삽입되고, 볼트몸체(122)의 하단은 탭(Tap) 작업하여 나사홈이 형성될 수 있다.
완충부재(130)는 테이퍼 형상으로, 결합홈(131), 이탈방지용 돌기(132) 등을 포함하고, 내열합금으로 제조된 것으로, 마찰교반용접 시에 숄더부재(140)에서 생기는 열을 확산되는 것을 방지하고, 진동, 마찰 등으로 인한 충격을 완화하여 내구성이 향상될 수 있다.
여기에서, 내열합금으로 인코넬(Inconel) 등을 사용할 수 있는데, 인코넬은 내열성이 좋으며, 900℃ 이상의 산화기류 속에서도 산화하지 않고, 황을 함유한 대기에도 침지되지 않으며, 신장, 인장강도, 항복점 등의 성질도 600℃ 정도까지 대부분 변화하지 않기 때문에 기계적 성질에 우수하고, 유기물, 염류용액에 대해서도 부식하지 않는 것으로 알려져 있다.
따라서, 인코넬은 마찰교반용접 시 발생하는 고온에도 견딜 수 있고, 기계적 성질도 변화하지 않기 때문에 완충부재(130)로 사용할 수 있다.
그리고, 완충부재(130)의 상부 외면은 홀더(114)에 의해 고정될 수 있다.
결합홈(131)은 볼트몸체(122)의 하단에 형성되는 나사홈에 대응되도록 형성되어 서로 결합되거나 탈착할 수 있다.
돌기(132)는 단면이 사다리꼴, 사각형 등으로 형성될 수 있고, 숄더부재(140)의 상부와 결합될 수 있다.
또한, 결합된 완충부재(130)와 숄더부재(140)의 접합면을 브레이징 접합을 하여 고정시킬 수 있다.
여기에서, 브레이징은 경납땜(hard soldering)이라고도 하며, 놋쇠납, 은납 등을 접착제로 하여 접착부를 가열하고, 이것을 용해시켜서 접합시키는 것으로 알려져 있다.
숄더부재(140)는 상부의 외면은 테이퍼 형상이고, 상면에 돌기홈(141)이 형성되며, 하부에는 하부로 내려갈수록 직경이 작아지는 원기둥 형태의 핀(142)이 형성될 수 있다.
여기에서, 숄더부재(140)는 특수합금인 W-Re(텅스텐-레늄)합금, PCBN (Poly-Crystalline Cubic Boron Nitride) 등으로 제조될 수 있다.
돌기홈(141)은 돌기(132)에 대응하여 사다리꼴, 사각형 등으로 형성될 수 있고, 돌기(132)에 결합되어 고정될 수 있다.
핀(142)은 숄더부재(140)의 하부방향으로 돌출되어 형성되고 용접부에 직접적으로 회전하면서 마찰열을 일으켜 마찰교반용접을 할 수 있다.
여기에서, 핀(142)이 마모가 되면 종래의 고융점소재의 마찰교반용접 공구는 일체형으로 되어 있기 때문에 교환이 불가능하였지만, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구는 결합되어 있는 볼트부재(120)에서 완충부재(130)와 숄더부재(140)를 분리하여 완충부재(130) 및 숄더부재(140)만 교환하면 되기 때문에 경제적이다.
도 5는 본 발명의 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 분해도이며, 도 6 및 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 단면도이다.
본 발명의 제 2 실시예에 따른 융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구는 상술한 바와 같은 제 1 실시예의 완충부재(230), 숄더부재(240)가 동일하게 적용되고, 생크부재(210), 볼트부재(220)의 일부 구성에 차이가 있기 때문에, 이하에서는 차이점이 있는 생크부재(210), 볼트부재(220)에 대해서만 설명한다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 생크부재(210)는 수평라인(213b)이 볼트홀(211)이 형성되는 내부를 관통하도록 형성될 수 있다.
볼트부재(220)는 하단에 형성되는 나사홈의 상부에 이동홀(223)이 수평라인(213b)에 대응되도록 수평으로 관통되도록 형성될 수 있다.
여기에서, 이동홀(223)은 볼트부재(220)가 생크부재(210)와 결합 시에 수평라인(213b)과 연결되어 가스 공급관(213)에 공기를 주입시켰을 경우에, 이동홀(223)을 통해 공기가 이동됨으로써, 볼트부재(220)의 온도를 떨어트림으로써, 열처리 효과가 향상될 수 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 제조방법에 대해서 상세히 설명한다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 생크부재(110,210)의 상면의 중앙에서 하부로 관통되는 볼트홀(111,211)을 가공할 수 있다(단계 S110).
여기에서, 생크부재(110,210)는 합금강, 고속도강 등의 소재로 제조하고, 원통형으로 가공되며, 가공기기에 장착되어 회전될 수 있다.
또한, 볼트홀(111,211)은 생크부재(110,210)의 상면의 중앙에서 하부로 관통되도록 생크부재(110,210)의 상면보다 작은 직경이고, 원통형으로 형성되어 볼트부재(120,220)가 삽입될 수 있다.
그리고, 생크부재(110,210)의 상면 외측에 하부로 관통되는 복수개의 관인 가스 공급관(113,213)을 가공할 수 있다.
여기에서, 가스 공급관(113,213)은 상부에서 가스가 주입되고 제 1 수직라인(113a,213a), 수평라인(113b, 213b), 제 2 수직라인(113c,213c)을 통해 이동되어 하부로 배출되도록 가공할 수 있다.
여기에서, 생크부재(210)는 수평라인(213b)이 볼트홀(211)이 형성되는 내부를 관통하도록 가공할 수 있다.
또한, 가스 공급관(113, 213)에 공기를 주입시키면 냉각효과로 인하여 마찰교반용접 시에 생크부재(110,210)의 온도를 300℃ 이하로 유지할 수 있기 때문에, 열처리 효과가 향상될 수 있다.
여기에서, 가스 공급관(113,213)에 아르곤(Ar) 가스를 주입 시키면, 티타늄 등의 마찰교반용접 시에 용접부 및 숄더부재(140,240)에 아르곤 가스가 배출되어 용접부 및 숄더부재(140,240)를 대기로부터 차폐함으로써, 용접부 및 숄더부재(140,240)의 산화를 방지하여 접합의 품질과 숄더부재(140,240)의 내구성도 향상시킬 수 있다.
또한, 생크부재(110,210)의 내부에 완충부재(130,230)를 고정시키는 홀더(114,214)를 가공할 수 있다.
여기에서, 홀더(114,214)는 도넛 형태로 생크부재(110,210)의 내부에 형성되어 완충부재(130,230)의 상부를 고정시킬 수 있다.
또한, 홀더(114,214)는 완충부재(130,230)를 고정시킴으로써, 마찰교반용접 시, 완충부재(130,230) 및 숄더부재(140,240)가 생크부재(110,210)의 내부에서 헛도는 것을 방지할 수 있다.
여기에서, 생크부재(110,210)의 가공은 연마, CNC선반, 선반 장치 등을 이용한 선반 가공 및 MCT(머시닝센터), 밀링 장치 등을 이용한 밀링 가공일 수 있다.
볼트홀(111,211)의 상부에서 하부 방향으로 관통하면 하단이 돌출되도록 볼트부재(120,220)를 가공하고, 하단을 탭(Tap) 작업하여 나사홈을 가공할 수 있다(단계 S120).
여기에서, 볼트부재(120,220)는 볼트머리(121,221)의 직경이 볼트홀(111,211)보다 크게 형성되고, 볼트몸체(122,222)의 직경은 볼트홀(111,211)보다 조금 작게 형성되며, 볼트몸체(122,222)는 볼트홀(111,211)의 상부에서 하부 방향으로 관통되어 볼트몸체(122,222)의 하단이 돌출되도록 삽입되고, 볼트몸체(122,222)의 하단은 나사홈이 형성되도록 가공할 수 있다.
또한, 볼트부재(220)는 하단에 형성되는 나사홈의 상부에 이동홀(223)이 수평라인(213b)에 대응되도록 수평으로 관통되도록 가공할 수 있다.
여기에서, 이동홀(223)은 볼트부재(220)가 생크부재(210)와 결합 시에 수평라인(213b)과 연결되어 가스 공급관(213)에 공기를 주입시켰을 경우에, 이동홀(223)을 통해 공기가 이동됨으로써, 볼트부재(220)의 온도를 떨어트림으로써, 열처리 효과가 향상될 수 있다.
완충부재(130,230)의 상부에 결합홈(131,231)과, 하부에 돌출 형성되는 이탈방지용 돌기(132,232)를 가공할 수 있다(단계 S130).
여기에서, 완충부재(130,230)를 내열합금으로 제조함으로써, 마찰교반용접 시에 숄더부재(140,240)에서 생기는 열을 확산되는 것을 방지하고, 진동, 마찰 등으로 인한 충격을 완화하여 내구성이 향상될 수 있다.
또한, 내열합금으로 인코넬(Inconel) 등을 사용할 수 있는데, 인코넬은 내열성이 좋으며, 900℃ 이상의 산화기류 속에서도 산화하지 않고, 황을 함유한 대기에도 침지되지 않으며, 신장, 인장강도, 항복점 등의 성질도 600℃ 정도까지 대부분 변화하지 않기 때문에 기계적 성질에 우수하고, 유기물, 염류용액에 대해서도 부식하지 않는 것으로 알려져 있다.
따라서, 인코넬은 마찰교반용접 시 발생하는 고온에도 견딜 수 있고, 기계적 성질도 변화하지 않기 때문에 완충부재(130,240)로 사용할 수 있다.
여기에서, 결합홈(131,231)은 볼트몸체(122,222)의 하단에 형성되는 나사홈에 대응되도록 가공되어 서로 결합되거나 탈착할 수 있다.
또한, 돌기(132,232)는 단면이 사다리꼴, 사각형 등으로 가공될 수 있고, 숄더부재(140)의 상부와 결합할 수 있다.
숄더부재(140,240)의 상부에 돌기홈(141,241)과, 하부에 핀(142,242)을 가공할 수 있다(단계 S140).
여기에서, 숄더부재(140,240)는 특수합금인 W-Re(텅스텐-레늄)합금, PCBN (Poly-Crystalline Cubic Boron Nitride) 등으로 제조할 수 있다.
또한, 돌기홈(141,241)은 돌기(132,232)에 대응하여 사다리꼴, 사각형 등으로 가공할 수 있고, 돌기(132,232)에 결합되어 고정할 수 있다.
여기에서, 핀(142,242)은 숄더부재(140,240)의 하부방향으로 돌출되어 형성되고 하부로 내려갈수록 직경이 작아지는 원기둥 형태로 가공할 수 있고, 용접부에 직접적으로 회전하면서 마찰열을 일으켜 마찰교반용접을 할 수 있다.
또한, 핀(142,242)이 마모가 되면 종래의 고융점소재의 마찰교반용접 공구는 일체형으로 되어 있기 때문에 교환이 불가능하였지만, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구는 결합되어 있는 볼트부재(120,220)에서 완충부재(130,230)와 숄더부재(140,240)를 분리하여 완충부재(130,230) 및 숄더부재(140,240)만 교환하면 되기 때문에 경제적이다.
돌기(132,232)와 돌기홈(141,241)을 결합시키고, 완충부재(130,230)와 숄더부재(140,240)의 접합면을 브레이징 접합할 수 있다(단계 S150).
여기에서, 브레이징은 경납땜(hard soldering)이라고도 하며, 놋쇠납, 은납 등을 접착제로 하여 접착부를 가열하고, 이것을 용해시켜서 접합시키는 것으로 알려져 있다.
생크부재(110,210)의 하부의 중앙에 테이퍼 형상으로 일정깊이의 장착홈(112,212)을 가공할 수 있다(단계 S160).
여기에서, 장착홈(112,212)은 생크부재(110,210)의 하부의 중앙에 테이퍼 형상으로 일정깊이를 가지도록 가공되어 완충부재(130,230)와 숄더부재(140,240)를 장착할 수 있다.
또한, 장착홈(112,212)의 상면의 중앙에 볼트홀(111,211)이 위치하도록 가공하여 마찰교반용접을 할 경우, 장착되는 완충부재(130,230) 및 숄더부재(140,240)가 중앙에 고정되게 하여 동심도를 낮춤으로써, 오차를 줄일 수 있다.
여기에서, 장착홈(112,212)을 가공(단계 S160)하기 이전에, 생크부재(110,210)를 진공 열처리를 하고 외면을 가공할 수 있다.
또한, 단계 S160에서의 가공은 연마, CNC선반, 선반 장치 등을 이용한 선반 가공일 수 있다.
결합된 완충부재(130,230) 및 숄더부재(140,240)의 상부 외면을 테이퍼 형상으로 가공할 수 있다(단계 S170).
여기에서, 가공은 연마, CNC선반, 선반 장치 등을 이용한 선반 가공일 수 있다.
볼트부재(120,220)를 볼트홀(111,211)의 상부에서 하부 방향으로 관통되어 하단이 돌출되도록 삽입시킬 수 있다(단계 S180).
볼트부재(120,220)의 하단에 결합홈(131,231)을 결합시킬 수 있다(단계 S190).
여기에서, 완충부재(130,230)의 상부 외면은 홀더(114,214)로 고정시킬 수 있다.
또한, 볼트부재(120,220)의 하단에 결합홈(131,231)을 결합시킨 후에, 완성된 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 동심도 및 체결력을 검사하여 제품의 품질을 관리할 수 있다.
본 발명은 3피스 인서트형 타입으로 구성하여 용접이 이루어지는 공구의 숄더부재에만 W-Re 합금, PCBN 등의 특수합금을 사용함으로써, 제작 원가를 절감하여 상용화가 가능하다는 효과가 있다.
또한, 내부에 가스 공급관을 형성하여 용접 시에 공구의 온도를 낮추고, 티타늄 등을 접합 시 아르곤 가스를 공급하여 용접부 및 공구의 산화를 방지함으로써, 공구의 내구성을 높이고 접합의 품질을 향상시키는 효과가 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 다양한 실시예들을 제시하여 설명하였으나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함을 쉽게 알 수 있을 것이다.
110,210: 생크부재 111,211: 볼트홀
112,212: 장착홈 113,213: 가스 공급관
114,214: 홀더
120,220: 볼트부재 121,221: 볼트머리
122,222: 볼트몸체 223: 이동홀
130,230: 완충부재 131,231: 결합홈
132,232: 돌기
140,240: 숄더부재 141,241: 돌기홈
142,242: 핀

Claims (10)

  1. 상면의 중앙에서 하부로 관통되는 볼트홀과 상기 하부의 중앙에 테이퍼 형상으로 일정깊이의 장착홈이 형성되고, 가공기기에 장착되어 회전되는 생크부재와,
    상기 볼트홀의 상부에서 하부 방향으로 관통되어 하단이 돌출되도록 삽입되고, 상기 하단은 나사홈이 형성되는 볼트부재와,
    상부에 결합홈이 형성되어 상기 볼트부재의 하단과 상기 결합홈이 결합되고 하부는 이탈방지용 돌기가 돌출 형성된 완충부재와,
    상부에 돌기홈이 형성되어 상기 돌기와 결합되고, 하부에 마찰교반용접이 일어나는 핀이 형성되는 숄더부재를 포함하는 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 생크부재는,
    상기 상면의 외측에 상기 하부로 관통되는 복수개의 관이 형성된 가스 공급관을 포함하는 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 생크부재는,
    상기 생크부재의 내부에 형성되어 상기 완충부재를 고정시키는 홀더를 포함하는 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 완충부재는, 내열합금으로 제조된 것을 특징으로 하는 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 숄더부재는, W-Re(텅스텐-레늄)합금 또는 PCBN(Poly-Crystalline Cubic Boron Nitride)으로 제조된 것을 특징으로 하는 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구.
  6. 생크부재의 상면의 중앙에서 하부로 관통되는 볼트홀을 가공하는 단계와,
    상기 볼트홀의 상부에서 하부 방향으로 관통하면 하단이 돌출되도록 볼트부재를 가공하고, 상기 하단을 탭(Tap) 작업하여 나사홈을 가공하는 단계와,
    완충부재의 상부에 결합홈과, 하부에 돌출 형성되는 이탈방지용 돌기를 가공하는 단계와,
    숄더부재의 상부에 돌기홈과, 하부에 핀을 가공하는 단계와,
    상기 돌기와 돌기홈을 결합시키고, 상기 완충부재와 숄더부재의 접합면을 브레이징 접합하는 단계와,
    상기 생크부재의 하부의 중앙에 테이퍼 형상으로 일정깊이의 장착홈을 가공하는 단계와,
    결합된 상기 완충부재 및 숄더부재의 상부 외면을 테이퍼 형상으로 가공하는 단계와,
    상기 볼트부재를 상기 볼트홀의 상부에서 하부 방향으로 관통되어 하단이 돌출되도록 삽입하는 단계와,
    상기 볼트부재의 하단에 상기 결합홈을 결합시키는 단계를 포함하는 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 볼트홀을 가공하는 단계는, 상기 생크부재의 상면 외측에 상기 하부로 관통되는 복수개의 관인 가스 공급관을 가공하는 단계를 더 포함하는 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 볼트홀을 가공하는 단계는, 상기 생크부재의 내부에 상기 완충부재를 고정시키는 홀더를 가공하는 단계를 더 포함하는 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 완충부재는, 내열합금으로 제조하는 것을 특징으로 하는 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 제조방법.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 숄더부재는, W-Re(텅스텐-레늄)합금 또는 PCBN(Poly-Crystalline Cubic Boron Nitride)으로 제조하는 것을 특징으로 하는 고융점소재의 마찰교반용접을 위한 공구의 제조방법.
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