KR20030083574A - 마찰 용접 장치 - Google Patents

Abstract

두 개의 작업물이 고정홀더와 회전홀더로 구성된 마찰 용접 장치에 마찰된다. 작업물 중 하나는 고정홀더에 구비된 고정척에 고정되고, 반면에 다른 하나는 회전홀더에 구비된 회전척에 고정된다. 대면하는 척에는 가압블럭이 형성된다. 작업물이 홀더들에 의해 고정되고 마찰열에 의해 서로 용접될 때, 작업부위의 경계 둘레로 생성되는 용접된 버(weld burrs)는 가압블럭에 의해 작업물의 축으로 팽창되는 것이 방지된다.

Description

마찰 용접 장치{Friction welding apparatus}

본 발명은 포펫밸브의 축과 같이 서로 다른 소재를 용접하기 위한 마찰 용접 장치에 관한 것이다

내연기관의 포펫밸브에서, 밸브헤드는 오스테나이트 내연강으로 만들어지고, 밸브축은 마르텐사이트 내연강으로 만들어져 서로 용접된다.

도 9에 도시된 바와 같이 이러한 밸브축은 마찰 용접 장치를 사용하여 서로 용접된다. 마찰 용접 장치(A)는 베이스(1) 상에 고정된 회전홀더(2)와 유압실린더(미 도시)에 의해 베이스 상에서 좌우로 왕복 이동하는 고정홀더(3)로 구성된다.

콜레트 식 회전척(2a)과 고정척(3a)은 각각 홀더(2, 3)의 상대 면에 장착되어 있다.

작업물을 서로 용접하기 위해서, 양 소재(4, 5)의 상대 단이 정해진 거리로 돌출되도록 포펫밸브용 축소재(4)는 회전척(2a)에 고정되고, 헤드소재(5)는 고정척(3a)에 고정된다. 그리고 나서, 회전척(2a)이 고속으로 회전되면, 고정홀더(3)는 오른쪽으로 이송되고, 양 소재(4, 5)의 단부면은 적정압력으로 가압된다. 양 단부면은 마찰열에 의해 용융되고, 양 소재(4, 5)는 서로 접합된다.

종래의 마찰 용접 장치에(A)에 의해 양 소재(4, 5)가 접합될 때, 도 1O에 도시된 바와 같이 "C"자 단면 형상의 용접된 버(6, 6)가 접합부에서 생성된다.

버(6)가 연삭 휠로 제거될 때 축의 외주면에는 접착 부위가 남게 되고, 그로 인해 휠(7)과 축 사이에서 축의 외주면에 해로운 영향을 끼치게 된다.

더욱이, 버(6)의 축 길이는 비교적 더 커지게 되고, 비용의 증가를 초래하는 더 넓은 연삭 휠(7)의 사용을 필요로 하게 된다.

이러한 문제점을 해소하기 위해서는 버(6)는 도 11에 도시된 바와 같이 프레스에 의해 제거되어야 한다. 버(6)는 좌우로 분할되는 원형다이(8)의 전단 블레이드(8a)에 의해 지지되고, 펀치(9)에 의해 상단이 강하게 가압된다. 그리하여, 버(6)는 펀칭에 의해 제거되지만, 도 12에 도시된 바와 같이 다소 더 큰 단층부위가 경계부위의 외주면에 형성된다. 블레이드(8a)의 내경이 축의 외경과 같게 정해진다면, 버(6)가 펀칭되어 제거 될 때 경계부위의 직경은 외경보다 더 작게 형성된다. 그것을 방지하기 위해서, 블레이드(8a)의 내경이 축의 직경보다 다소 큰 직경으로 설정되고, 그것은 경계부위에 단층부위를 생성시킨다.

이러한 경계부위의 단층부위는 절단도구나 연삭 휠을 사용하여 제거해야 하고, 그로 인한 작업단계의 증가는 생산성의 악화를 초래한다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점에 착안하여 용접된 버가 축으로 팽창하는 것을 막고, 그것들을 제거하기 위한 마찰 용접 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마찰 용접 장치에서 작업물의 용접 전 횡단평면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시예의 마찰 용접 장치의 용접 시 횡단평면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시예의 마찰 용접 장치에 의해 형성된 용접된 버의 제거 방법을 도시한 평면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 제 2 실시예의 장치에 있어서의 작업물의 용접 전 횡단평면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 제 2 실시예의 장치에 있어서의 작업물의 용접 시 횡단평면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 제 2 실시예의 장치에서 형성된 용접된 버의 제거 방법을 도시한 평면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 제 3 실시예의 장치에 있어서의 작업물의 용접 전을 나타낸 횡단평면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 제 3 실시예의 장치에 있어서의 작업물이 용접될 때 수평단면도이다.

도 9는 종래의 마찰 용접 장치에 있어서 형성된 용접된 버의 제거 방법을 나타낸측면도이다.

도 10은 종래의 마찰 용접 장치에 있어서 종래의 장치에서 형성된 용접된 버의 제거 방법을 나타낸 평면도이다.

도 11은 종래의 다른 마찰 용접 장치에 있어서 용접된 버의 제거 방법을 나타낸 정면도이다.

도 12는 도 11에 도시된 용접된 버의 절단 후에 작업물의 용접부위 형상을 나타낸 정면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 베이스2: 회전홀더

2a: 회전척3: 고정홀더

3a: 고정척4: 축소재

5: 헤드소재6: 버

7: 연삭 휠10, 12: 마찰 용접 장치

11: 압축블럭11a: 축공

11b: 가압면13: 요형경사면

14: 철형경사면15: 반원홈

16: 반원공17: 가압부재

본 발명에 따른 목적 달성을 위한 마찰 용접 장치는 회전홀더와; 상기 회전홀더와 축 방향으로 대면한 고정홀더; 상기 회전홀더에 설치되는 회전척; 상기 고정홀더에 구비되고 제 1 작업물이 회전되는 회전척에 고정되고 마찰열로서 제 2 작업물과 대면되도록 고정척에 고정된 제 2 작업물을 가압하도록 형성된 고정척; 버가 축 방향으로 확장되는 것을 방지하기 위해 제 1 작업물과 제 2 작업물의 경계부위에서 생성된 용접된 버가 삽입될 수 있도록 일정한 유격을 가지고 축 방향으로 서로 대면한 가압면이 마련된 가압수단;으로 이루어진다.

도 1과 도 2는 본 발명의 제 1 실시예를 나타낸다. 마찰 용접 장치(10)는 각각 회전척(2a)과 고정척(3a)을 구비된 회전홀더(2)와 고정홀더(3)로 이루어진다. 축공(11a, 11a)이 마련된 환형 압축블럭(11, 11)이 척(2a, 3a)과 함께 반경방향으로 확장하고 조이기 위해서 회전척(2a)과 고정척(3a)에 설치된다.

환형 압축블럭(11, 11)은 원주 방향으로 다수의 분체로 분리될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 마찰 용접 장치(10)를 사용하여 포펫밸브의 헤드소재(5)를 축소재(4)에 결합하기 위해서는, 대면한 양 소재(4, 5)의 단부가 양 블록(11, 11)의 가압면(11b, 11b)로부터 돌출되도록 양 소재(4, 5)가 회전척(2a)과 고정척(3a)사이에 고정되어야 한다. 다소 더 길은 양 소재(4, 5)는 용접동안 그 만큼의 버를 형성한다.

그렇게, 도 2에 도시된 바와 같이, 회전척(3)이 고속으로 회전되는 동안, 고정홀더(3)가 우측으로 이송되어서, 헤드소재(5)의 축 단부는 축소재(4)에 접합되고, 적당한 압력으로 가압된다.

접합면은 용접되고 용접된 버(6, 6)를 생성한다. 축 단부가 용접되어 감에 따라 압축블럭(11, 11)의 가압면(11b, 11b)사이에 유격은 더 작아진다.

이렇게, 버(6)는 축 방향으로 확대되는 것이 방지되고, 압축블럭(11, 11)사이의 유격 내에서 축에 수직하는 반경방향으로 신장된다.

버(6)의 축 길이는 더 작아지고, 도 3에 도시된 바와 같이 버(6)는 더 작은 폭의 저렴한 연마 휠(7)을 사용하여 축 외주면의 손상 없이 제거 될 수 있다. 또한,버(6)는 절단도구로도 쉽게 제거 될 수 있다.

도 4 및 5는 본 발명에 따른 제 2 실시예를 도시하고 있으며, 압축블럭(11, 11)의 가압면은 서로 형상이 들어맞게 경사져 있다. 이러한 점들이 전술한 실시예와는 차이가 있다. 압축블럭의(11)의 좌측 편으로는 요형경사면(13)이 형성되고, 우측편으로는 철형경사면(14)이 형성되어 있다.

압축블럭(11, 11)을 구비한 마찰 압축 장치(12)에 의해서, 축소재(4)와 헤드소재(5)는 제 1 실시예와 유사한 방법으로 단부에서 서로 접합되고, 용접된 버(6, 6)는 압축블럭(11, 11)사이에 경사면(13, 14)의 의해 절곡되어 도 5에 도시된 바와 같이 반경방향으로 확장된다.

제 1 실시 예에서 뿐만 아니라 제 2 실시 예에서도 버(6)의 축 방향 확장이 방지된다. 이러한 버(6)는 연마 휠이나 절단도구에 의해 쉽게 제거 될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 버(6) 경사로 인해, 좀더 폭이 좁은 연마 휠이 외주면을 따라 이송되고, 버의 베이스는 환형으로 제거될 수 있다.

따라서, 전체 버(6)의 제거와 비교해 본다면, 버를 제거하는 작업시간은 현저하게 줄어들 수 있다. 이러한 실시예에서, 압축블럭(11)의 경사면(13, 14)은 버(6)가 좌측으로 경사지도록 반대로 경사를 이룰 수도 있다.

도 7과 도 8은 본 발명의 제 3 실시예를 도시하고 있다. 여기서는 버를 압축하는 수단이 척(2a, 3a)으로부터 분리되어 설치되어 있다. 척(2a, 3a)의 축 양편에는 소재(4, 5)의 반경보다 다소 큰 반원공(16)이 형성된 반원의 디스크로 각각 구성된 한 쌍의 가압부재(17, 17)이 설치되어 있다. 가압부재(17)는 유압 실린더(미 도시)와 같은 왕복수단에 연결되어 있어서, 부재는 소재(4, 5)의 연결부위로 접근하고 멀어질 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 가압부재(17, 17)가 소재(4, 5)로 접근하고 있다. 가압부재(17)가 소재(4, 5)에 결부되거나 근접하여 위치될 때, 소재(4, 5)는 서로 접합 될 수 있고, 생성된 버(6, 6)는 반원홈(15, 15)에 삽입되고 압축되어, 소재(4, 5)는 축 방향으로 확장될 수가 없다.

본 발명은 포펫밸브의 축 결합과는 다른 일반적인 작업물의 접합에 응용될 수도 있다. 전술한 것은 단지 본 발명의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 행해지는 다양한 변형 및 수정이 본 발명의 권리범위에 속함은 당연한 것이다.

따라서, 본 발명에 의하면 포펫밸브와 같이 축과 헤드가 상이한 재료로 분리 형성된 축을 결합함에 있어, 용접된 버가 축 방향으로 확장되는 것을 방지하여 축에 대한 손상 없이 용이하게 제거하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (4)

1. 회전홀더와;

   상기 회전홀더와 축 방향으로 대면한 고정홀더;

   상기 회전홀더에 설치되는 회전척;

   상기 고정홀더에 구비되고 제 1 작업물이 회전되는 회전척에 고정되고 마찰열로서 제 2 작업물과 대면되도록 고정척에 고정된 제 2 작업물을 가압하도록 형성된 고정척;

   버가 축 방향으로 확장되는 것을 방지하기 위해 제 1 작업물과 제 2 작업물의 경계부위에서 생성된 용접된 버가 삽입될 수 있도록 일정한 유격을 가지고 축 방향으로 서로 대면한 가압면이 마련된 가압수단;

   으로 이루어지는 마찰 용접 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가압수단은 고정척과 회전척의 대면한 면에 일체로 형성된 압축블럭으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 마찰 용접 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 가압면 중의 하나는 요형으로, 반면에 다른 하나는 상기 요형에 맞게 철형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 상기 마찰 용접 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 가압수단은 작업물의 축의 양편으로 설치되어 작업물의경계부위로부터 원근 이동되는 반구형의 가압부재로 이루어지고, 한 쌍의 가압부재 각각은 용접된 버가 삽입될 수 있는 반원홈과, 작업물의 반경보다 큰 반원공이 형성된 것을 특징으로 하는 상기 마찰 용접 장치.