KR19980018686A - 부싱 열처리 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

트랙 부싱과 같은 원통형 부재의 열처리에 대한 종래의 방법은 여러 가지 단계를 포함한다. 예를 들어, 많은 이러한 방법은 가탄, 냉각, 유도 경화, 급랭 및 템퍼링 과정으로 이루어진다. 종래의 방법은 여러 가지 열처리 장치가 요구되기 때문에 고가인 것으로 밝혀졌다. 이것은 이중 처리를 야기시키고 제작 시간을 소모하게 한다. 본 발명은 부싱(10)을 외주연면(12)과 한쌍의 내원주면(20)으로부터 동시에 열처리하기 위한 장치(30)를 제공한다.

Description

부싱 열처리 방법 및 장치
본 발명은 열처리에 관한 것으로써, 특히 부싱을 외주연면 및 내원주면으로부터 동시에 열처리하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
무단 트랙 배치 기계용의 공지된 트랙 조립체는 측방향 겹침 단부가 부싱에 의해 결합된 다수의 링크와, 핀과, 부싱과 링크의 단부들 사이에 개재된 오일 밀봉부, 및 링크 상에서 볼트와 너트로 고정된 트랙 슈우를 포함한다.
부싱 손상에 대한 주 원인은 마모와 피로 크랙(crack)이다. 부싱의 수명을 증가시키기 위한 시도로서, 외주연면 및 내원주면은 내마모성을 갖도록 경화된다. 부싱의 외주연면은 높은 경도값 및 경화 깊이를 갖도록 요구되는데 이것은 외주연면이 트랙 구동을 위한 스프로켓(sprocket)과 결합하는 표면이기 때문이다. 내원주면의 중심은 스프로켓에서 부싱으로의 하중 전달 경로에 의해서 발생된 응력때문에 큰 내피로성을 필요로 한다. 내원주면의 단부는 부싱과 핀 사이의 접촉에 의해서 야기된 고응력때문에 높은 표면 경도를 필요로 한다.
이러한 엄격한 조건을 충족시키기 위해서, 트랙용 부싱에는 다양한 열처리가 주어진게 된다.
부싱을 열처리하는 방법의 한 예는 1991년 7월1일 허여된 쯔찌야(Tsuchiya) 등의 미국 특허 제5,032,192호에 개시되어 있다. 상기 특허는 부싱 재료로서 중탄소강을 사용한다. 열처리 공정의 단계는 우선 부싱을 가탄(carburizing)시켜서, 주변 온도로 냉각시키는 단계로 구성된다. 그후, 부싱의 외주연면은 전체 횡단면벽이 급랭(quenching) 온도로 가열되도록 유도 가열된다. 이어서 전체 부싱은 부싱이 균일하게 경화되도록 급랭 액체에 의해서 냉각된다. 경화후, 부싱은 템퍼링(tempering)된다.
부싱을 열처리하기 위한 방법의 다른 예는 1991년 9월17일 허여된 사하라(Sahara) 등의 미국 특허 제5,049,207호에 개시되어 있다. 이 예에서도 부싱용으로서 중탄소강을 사용하고 있다. 이 공정에서, 부싱은 우선 내원주면이 약 838℃(1540 ℉)의 오스테나이트 변태 온도에 도달할 때까지 외주연면으로부터 유도 경화(induction hardening)된다. 다음에, 부싱은 부싱의 전체 두께에 걸쳐 급랭에 의해서 냉각된다. 그후 부싱은 열처리 공정에 의해서 얻어진 유효 경도를 손상시키지 않도록 특정 온도 범위 사이에서 노내에서 템퍼링된다. 본 공정의 최종 단계는 내원주면 상의 온도보다 낮은 온도에서 외주연면을 템퍼링시키기 위해 전도열을 사용해서 내원주면으로부터 부싱을 유도 템퍼링시키는 것이다.
상술한 방법은 여러 번의 가열 단계와, 부싱을 하나의 가열 장치에서 다른 장치로 이동시키는 단계와, 상당한 제작 시간을 필요로 한다. 그 결과 노동비 및 제작비를 증가시키며, 에너지 및 자원 소모적이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 하나 이상의 문제들을 극복하기 위한 것이다.
본 발명의 한 개념으로서, 일반적으로 동시 작업으로 부싱을 열처리하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 부싱을 중심 축에 대해 동심적으로 배치하는 것을 포함한다. 그후 부싱은 단부에 의해서 지지되고 중심 축 둘레에서 원주 방향으로 회전한다. 부싱과 가열 코일들 중 하나는 축방향으로 다른 것에 대해서 이동된다. 부싱은 회전되면서 축방향으로 이동되기 때문에 외주연면과, 내원주면 및 한쌍의 단부 상에서 유도 가열된다. 최종적으로 부싱은 급랭에 의해서 냉각된다.
본 발명의 다른 개념으로서, 부싱을 열처리하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 부싱을 중심 축에 대해서 위치시키기 위해 기계 프레임 상에 장착된 배치 수단(locating means)을 포함한다. 부싱의 한 단부를 지지하는 드라이버는 제1 캐리지 상에 회전가능하게 장착된다. 제1 캐리지는 기계 프레임에 부착된다. 부싱을 한 단부로부터 지지하는 퀼(quill)은 심압대(tailstock) 상에 회전가능하게 장착된다. 심압대는 기계 프레임에 부착된 다수의 선대(ways) 위에 왕복가능하게 장착된다. 부싱을 내원주면 상에서 가열하는데 사용되는 제1 유도 코일은 퀼의 보어와 축방향 정렬되어 심압대에 의해서 지지된다. 부싱을 외주연면으로부터 가열하는데 사용되는 제2 유도 코일은 심압대에 의해서 지지되며 퀼의 외경 둘레에 축방향으로 정렬된다. 내부 냉각 링 및 외부 냉각 링도 또한 유도 가열이 발생된 후 부싱을 급랭시키기 위해서 심압대로부터 지지된다.
도1은 본 발명에 사용되는 부싱의 축방향 단면도.
도2는 본 발명에 사용되는 부싱의 단부도.
도3은 부싱을 열처리하기 위한 본 발명의 장치에 대한 사시도.
도4는 부싱을 열처리하기 위한 본 발명의 장치에 대한 측면도.
도5는 부싱을 열처리하기 위한 본 발명의 장치에 대한 측면도.
도6은 부싱을 열처리하기 위한 본 발명의 장치에 대한 정면도.
도7은 톱니형 드라이브의 절개 단면도.
도8은 톱니형 퀼의 절개 단면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 부싱
12 : 층형 외주연면
14, 44, 46 : 단부
18, 62 : 종방향 보어
20 : 내원주면
24 : 중심부
26 : 경화층
30 : 부싱 열처리 장치
34 : 배치 수단
36 : 제1 유압 실린더
38 : 캐리지
40 : 드라이버
52 : 심압대
54 : 선대
56 : 제2 유압 실린더
60 : 퀼
70 : 제1 유도 코일
72 : 지지판
76 : 내부 냉각 링
80 : 제2 유도 코일
82 : 외부 냉각 링
도1 및 도2에서는 본 발명의 방법 및 장치가 적용된 부싱(10)을 도시하고 있다. 부싱(10)은 일반적으로 부싱의 전체 길이에 걸쳐 연장된 층형(stepped) 외주연면(12)과, 한쌍의 단부(14)와, 상기 한쌍의 단부(14) 사이에서 연장된 종방향 보어(18)와, 중심축(19)을 갖는 사실상 원통형 형상으로 형성된다. 종방향 보어(18)는 한쌍의 내원주면(20)과 상기 한쌍의 내원주면(20) 중간에 위치된 중심부(24)를 구비한다. 경화층(26)은 한쌍의 내원주면(20), 한쌍의 단부(14) 및 층형 외주연면(12)으로부터 내향으로 대략 2.0 내지 10.0 mm 두께로 연장된다. 연질 코어(28)는 중심부(24)에 병렬로 경화층(26)의 중간에 위치된다.
부싱은 한쌍의 단부(14) 사이에서 연장된 길이(L)와 외경(D)을 갖는다. 한쌍의 내원주면(20)은 사실상 동일한 길이(H)를 가지며 나머지 중심부(24)는 길이(L')를 갖는다.
양호하게는 부싱(10)은 중탄소강 합금의 냉간 압연된 바아 스톡(bar stock)으로 제작된다. 원료는 품목 S.A.E. 1040 또는 1056에 유사하며 표1에서 나타난 화학 조성을 갖는다.
표1
재료의 화학 조성(wt %)
C Mn P S Si
0.40-0.58 0.50-0.80 최대 0.025 0.025-0.050 0.15-0.35
바아 스톡은 부싱 길이(L)보다 조금 긴 길이로 톱 절단되어서 최종 치수로 기계 가공된다. 부싱(10)은 종래 방식으로 기계 가공된 후 바로 열처리된다.
도3에서는, 부싱(10)을 열처리하기 위한 장치(30)가 도시되어 있다. 장치(30)는 도시되지 않은 적절한 기부 또는 다른 지지부 상에 장착될 수 있는 기계 프레임(32)을 포함한다. 부싱(10)을 배치하기 위한 수단(34)은 도4에서 가장 잘 도시된 바와 같이 종래의 방식으로 제1 유압 실린더(36)에 연결된다. 본 출원에서 배치 수단(34)은 중실체 배치기(solid locator)이며, 확장형 콜릿, 유압식 아버 등과 같은 다른 형식의 배치기도 사용될 수 있음을 알아야 한다. 제1 유압 실린더(36)는 기계 프레임(32)에 부착된 브라켓(37)에 장착된다.
캐리지(38)는 기계 프레임(32)에 부착된다.
드라이버(40)는 캐리지(38) 상에 회전가능하게 장착된다. 드라이버(40)는 일반적으로 원통형 형상이며 보어(42)와 단부(44)를 한정한다. 배치 수단(34)은 드라이버(40)의 보어(42)와 축방향으로 정렬되어 그 내부에 활주가능하게 배치된다. 드라이버(40)의 단부(44)는 도7에서 도시된 바와 같이 간헐면(46)을 갖는다. 본 출원에서, 톱니면(48)과 같은 간헐면(46)은 단부(14)들 중 하나로부터 부싱(10)을 지지하기 위해 단부(44) 상에 제공된다. 드라이버(40)는 유압 모터(50)에 작동식으로 연결된다.
심압대(52)는 기계 프레임(32)에 고정된 다수의 선대(54) 상에 장착된다. 제2 유압 실린더(56)는 심압대(52)와 캐리지(38)에 고정된다.
퀼(60)은 심압대(52) 상에 회전가능하게 장착된다. 퀼(60)은 도8에 도시된 바와 같이 일반적으로 원통형이며 종방향 보어(62) 및 단부(64)를 한정한다. 퀼(60)의 단부(64)는 간헐면(66)을 갖는다. 본 출원에서, 톱니면(68)과 같은 간헐면(66)은 단부(14)들 중 하나로부터 부싱(10)을 지지하기 위해 단부(64) 상에 제공된다.
제1 유도 코일(70)은 퀼(60)의 종방향 보어(62) 및 부싱(10)의 종방향 보어(18)와 축방향으로 정렬되어 지지판(72)에 의해서 지지된다. 제1 유도 코일(70)은 부싱(10)의 종방향 보어(18)보다 작은 소정의 직경으로 형성된 다수의 권선부(turns)를 포함한다. 제1 유도 코일(70)은 고주파 동력원(도시 안됨)에 연결된다. 지지판(72)에 의해 지지되고 제1 유도 코일(70)의 중심을 통해 현수된 내부 냉각 링(76)도 또한 퀼(60)의 종방향 보어(62) 및 부싱(10)의 종방향 보어(18)와 축방향 정렬된다. 내부 냉각 링(76)은 사전 설정된 위치에 있으며 제1 유도 코일(70)과 이격된 관계에 있고 그 내부에 냉각제를 갖는다. 예를 들어, 본 출원에서 내부 냉각 링(76)은 심압대(52)가 그 초기 위치에 있는 상태에서, 제1 유도 코일(70)로부터 약 25mm 정도 축방향으로 연장되며, 부싱(10)의 한쌍의 단부(14) 중 하나 위로 대략 100mm 연장된다.
제2 유도 코일(80)은 부싱(10)의 외주연면(12)과 축방향으로 정렬되어 지지판(72)에 의해서 지지된다. 제2 유도 코일(80)은 부싱(10)의 외주연면(12) 및 퀼(60)보다 큰 소정의 직경으로 형성된 다수의 권선부를 포함한다. 제2 유도 코일(80)은 고주파 동력원(도시 안됨)에 연결된다. 지지판(72)에 의해 지지되고 사전 설정된 위치에 현수되었으며 제2 유도 코일(80)과 이격된 관계에 있는 외부 냉각 링(82)은 그 내부에 냉각제를 갖는다. 예를 들어, 본 출원에서 외부 냉각 링(82)은 심압대(52)가 그 초기 위치에 있는 상태에서, 제2 유도 코일(80)로부터 약 25mm 정도 축방향 연장되며, 부싱(10)의 한쌍의 단부(14) 중 하나 위로 대략 100mm 연장된다. 이 위치에서, 각각의 내부 냉각 링(76) 및 외부 냉각 링(82)은 축방향으로 정렬된다.
제3 유압 실린더(84)는 다수의 격리부(standoff, 86)에 의해서 심압대(52)에 장착된다. 제3 유압 실린더(84)는 종래의 방식으로 지지판(72)에 연결된다.
작동시 본 장치(30)는 공장에서 부싱(10)을 기계에 도입하기 위한 임의의 종래의 자동 시스템(도시 안됨)과 작업 관계로 기계 기부 또는 테이블(도시 안됨) 상에 설정된다. 작업을 개시하기 위해서, 부싱(10)은 부싱(10)을 중심축(19)에 대해 위치시키는 한쌍의 내원주면(20) 중 하나와 접촉 관계로 배치 수단(34) 위에 위치된다. 부싱(10)은 드라이버(40)의 간헐면(46)과 접촉하게 되는 한쌍의 단부(14) 중 하나에서 지지된다. 제2 유압 실린더(56)는 다수의 선대(54)를 따라 심압대(52)를 축방향으로 이동시킴으로써 퀼(60)의 간헐면(66)이 도5에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이 부싱(10)의 한쌍의 단부(14) 중 하나와 접촉하도록 하는 종래의 방식으로 작동된다. 제2 유압 실린더(56) 내에서 소정 압력에 도달한 후, 부싱(10)은 드라이버(40)와 퀼(60) 사이의 한쌍의 단부(14)에서 지지된다. 그후 제1 유압 실린더(36)가 작동되어서 배치 수단(34)을 부싱(10)의 종방향 보어(18)로부터 후퇴시킨다. 다음으로 제3 유압 실린더(84)가 작동되어서 내부 및 외부 냉각 링(76, 82)과 제1 및 제2 유도 코일(70, 80)을 부싱(10)의 종방향 보어(18)를 통해서 축방향으로 이동시킨다. 내부 및 외부 냉각 링(76, 82)이 한쌍의 단부(14) 모두를 통해서 이동되고 부싱(10)을 지나 약 25mm 정도 연장되면 제3 유압 실린더(84)는 작동 해제되어 도6에서 도시된 바와 같이 축방향 이동을 중단시킨다. 그후 유압 모터(50)가 작동되어서 드라이버(40), 부싱(10) 및 퀼(60)을 일제히 회전시킨다. 이어서 제1 유도 코일(70) 및 제2 유도 코일(80)이 여기화(energized)된다. 짧은 휴지 기간 후, 제3 유압 실린더(84)는 다시 작동되어서 내부 및 외부 냉각 링(76, 82)과 제1 및 제2 유도 코일(70, 80)을 축방향 상방으로 이동시킨다. 이 시점에서 냉각제가 내부 및 외부 냉각 링(76, 82)으로 공급된다. 사용된 냉각제는 물, 용해 오일, 및 폴리머 급랭제 중 하나일 수 있다. 짧은 휴지 기간은 외주연면(12), 한쌍의 단부(14) 중 하나, 및 내원주면(20)이 약 838℃(1540 ℉)의 오스테나이트화 온도까지 도달하는 것을 보장한다. 제2 유도 코일(80)은 전체 축방향 주행 동안에 여기화된 상태로 남는다. 제1 유도 코일(70)은 내원주면(20)의 치수(H)가 달성되어진 동안에만 여기화된 상태로 남게 된다. 내부 및 외부 냉각 링(76, 82)과 제1 및 제2 유도 코일(70, 80)의 축방향 이동이 제1 유도 코일(70)을 부싱(10)의 치수(L')를 통해서 주행하도록 할 때, 제1 유도 코일(70)은 다시 여기화된다. 내부 및 외부 냉각 링(76, 82)과 제1 및 제2 유도 코일(70, 80)의 축방향 이동은 내부 유도 코일(70)이 내원주면의 잔여 치수(H)를 통해서 이동될 때까지 계속된다. 급랭이 완료된 후 제3 유압 실린더(84)는 완전하게 후퇴된다. 이 시점에서 유압 모터는 작동 해제되어서 드라이버(40), 부싱(10) 및 퀼(60)의 회전을 중단시킨다. 그후 제2 유압 실린더(56)가 작동되어서 심압대(52)와 퀼(60)을 다수의 선대(54)를 따라 축방향 상방으로 이동시킨다. 열처리된 부싱(10)은 임의의 종래의 자동 시스템(도시 안됨)에 의해서 장치(30)로부터 제거되고, 공정은 완료된다. 따라서, 부싱을 열처리하기 위한 좀더 효율적이고 저렴한 방법을 제공하는 것이 활용될 수 있다.
본 발명의 다른 개념들, 목적들 및 장점들은 도면과, 설명 및 첨부된 청구범위로부터 얻어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 여러 단계로 이루어지던 트랙의 열처리를 단순화하여, 부싱을 외주연면과 한쌍의 내원주면으로부터 동시에 열처리하기 위한 방법 및 장치를 제공할 수 있게 되며, 이로써 제작 시간과 제작비를 저감시킬 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 부싱을 열처리하기 위한 장치에 있어서,
    기계 프레임과,
    상기 부싱을 중심축에 대해서 동심적으로 위치시키기 위한 배치 수단과,
    상기 기계 프레임에 부착된 캐리지와,
    일반적으로 원통형 형상을 가지며, 부싱을 반경 방향으로 지지하는 보어를 한정하고, 한쌍의 단부 중 하나를 지지하고, 캐리지에 회전가능하게 장착되며 상기 배치 수단 둘레에 회전가능하고 활주가능하게 배치된 드라이버와,
    상기 기계 프레임에 장착된 다수의 선대와,
    상기 다수의 선대에 연결되고 상기 다수의 선대를 따라 이동가능한 심압대와,
    일반적으로 원통형 형상을 가지며, 부싱을 반경 방향으로 지지하는 보어를 한정하고, 한쌍의 단부 중 하나를 지지하고, 심압대에 회전가능하게 장착된 퀼과,
    부싱의 종방향 보어보다 작은 소정의 직경으로 형성된 다수의 권선부를 구비하며 지지판에 의해서 지지되는 제1 유도 가열 코일과,
    부싱의 외주연면보다 큰 소정의 직경으로 형성된 다수의 권선부를 구비하며 지지판에 의해서 지지되는 제2 유도 가열 코일과,
    지지판에 의해 지지되고 사전 설정된 위치에서 제1 유도 코일의 중심을 통해서 현수되고 제1 유도 코일과 이격된 관계에 있는 내부 냉각 링과,
    지지판에 의해 지지되고 사전 설정된 위치에서 현수되고 제2 유도 코일과 이격된 관계에 있는 외부 냉각 링을 포함하는 것을 특징으로 하는 부싱 열처리 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배치 수단은 사전 설정된 거리로 부싱의 종방향 보어 내로 축방향 연장된 중실체 배치기인 것을 특징으로 하는 부싱 열처리 장치.
  3. 제1항에 있어서, 다수의 선대를 따른 심압대의 이동과, 배치기의 이동과, 제1 및 제2 유도 코일의 이동 및 드라이버의 회전을 제어하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 부싱 열처리 장치.
  4. 부싱을 열처리하기 위한 방법에 있어서,
    부싱을 한쌍의 내원주면 중 하나로부터 중심축에 대해서 위치시키는 단계와,
    한쌍의 단부로부터 부싱을 지지하는 단계와,
    부싱을 부싱의 중심축에 대해서 원주 방향으로 회전시키는 단계와,
    상기 부싱과 상기 제1 및 제2 가열 코일들 중 하나를 다른 것에 대해서 이동시키는 단계와,
    부싱을 일반적으로 동시 작업으로 외주연면과, 한쌍의 단부 및 한쌍의 내원주면에서 유도 가열하는 단계와,
    그후 부싱을 급랭시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부싱 열처리 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유도 가열 단계는 부싱을 약 838℃(1540 ℉)의 오스테나이트화 온도까지 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부싱 열처리 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 급랭 단계는 외주연면과, 한쌍의 방사상 단부, 및 한쌍의 내원주면을 급랭시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 부싱 열처리 방법.
  7. 제6항에 있어서, 급랭이 물로 수행되는 것을 특징으로 하는 부싱 열처리 방법.
  8. 제4항에 있어서, 부싱에 사용되는 강이 0.55 내지 0.58 중량%의 탄소 함유량을 갖는 것을 특징으로 하는 부싱 열처리 방법.
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