KR200364024Y1 - 볼과 스터드간의 동심도를 향상시킬수 있는 볼 스터드의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기계요소들을 결합시키는 볼트 결합과는 달리 기계요소에 작용하는 과하중 및 고모멘트를 구형 머리의 미끄럼이나 회전을 통하여 분산시키며 기계 요소의 다양한 방향의 운동성을 보장하는 역할을 하는 구형의 머리 형상을 가진 볼 스터드에 대한 것으로서 볼 베어링과 스터드 볼트를 특수저항용접기를 이용하여 용접하고 용접으로 인한 용접부위 발생 응력을 용접기를 이용하여 제거하는 템퍼리(뜨임) 공정을 거쳐 볼 스터드를 제조하는 방식에 관한 것이다.

종래의 용접형 볼스터드는 용접시 볼 베어링과 스터드 볼트간의 동심도를 향상시키기 어려웠으나 본 발명은 그 동심도를 향상시키고 용접시 발생하는 용융 bead가 원주방향으로 균일하게 퍼질 수 있도록 하부 고정용 전극 지그를 고안하였으며 이렇게 제조된 볼 스터드는 용접 외관이 양호하고 융착이 안정되어 있으며 볼과 스터드의 동심도가 양호하게 된다. 또한 템퍼링 공정을 거치면서 용접시 발생되는 용접부위의 열영향 부위를 최소화하여 기존 볼스터드보다 피로반복에 있어서 우수한 결과를 얻을 수 있을 뿐 아니라 기계적 강도가 높고 그 산포범위가 작아서 신뢰성 있는 용접품질을 얻을 수 있다.

Description

볼과 스터드간의 동심도를 향상시킬수 있는 볼 스터드의 제조방법{A MANUFACTURING PROCESS OF BALL STUD FOR CONCENTRICITY IMPROVEMENT OF BALL AND STUD}

본 고안은 기계, 산업분야에 사용되는 볼 스터드에 관한 것으로, 구형인 볼과 평면인 스터드의 용접면 중심에 동심도를 향상시키는 양방향성 개방형 척(chuck) 구조의 하부전극과 상부 볼을 진공 흡착하는 정밀가공 전극을 이용한 저항용접 기법으로 볼 스터드를 제조하고 볼 스터드의 강도 및 내구성을 향상시키기 위하여 용접부위에 저항용접으로 템퍼링 처리를 연속 공정으로 처리함으로 기존의 볼 스터드보다 기계적 성질 및 생산성을 향상시킨 볼 스터드 제조방법에 대한 것이다.

일반적으로 종래에 사용되고 있는 볼 스터드는 냉간 단조방식으로 제작되어진 일체형 볼 스터드(1)와 본 고안과 유사한 방식으로 프로젝션용접으로 제작되는용접형 볼 스터드(2)로 분류되어 지고 있다.

냉간단조형 볼 스터드는 일반적으로 볼스터드의 상부에 형성되어 진 구조의 구상모양을 갖는 머리부(1a)와, 볼 스터드의 하부에 형성되어 외부의 고정체에 나사 결합되는 꼬리부(1c), 머리부와 꼬리부가 일체형으로 이루어지도록 지지하는 테이퍼부(1b), 머리부의 구면이 축방향의 원호를 따라 융기되고 함몰되어 있으며, 융기와 함몰이 축의 회전에 따라 원주방향으로 소정 회수 반복되어 있는 웨이브 패터부로 구성되어 있다.

도 6에서 보는 바와 같이 냉간 단조형 볼 스터드(1)를 제조하기 위해서는 냉간 단조로 생성된 냉간 단조품을 다시 열처리를 하고 테이퍼부와 머리부의 절삭가공 및 버니싱 공정과 꼬리부의 나사 전조공정을 거쳐 냉간단조형 볼 스터드가 제조된다. 하지만 냉간단조로 생산되는 냉각 단조품 볼 스터드는 냉간 단조품의 절삭 가공에 따른 작업시간이 오래 걸리고 절삭량 만큼의 소재비가 상승하게 되어 생산성의 저하 및 생산비용 증가 등의 여러 가지 비경제적인 문제점이 있으며, 절삭가공으로 인한 머리부의 정확한 동심을 얻을 수 없고, 머리부가 끝나는 목부위의 냉간 단조시 metal flow가 불량이 될 가능성이 높아 제품의 강도가 하락하게 되는 문제점이 있다.

또한 생산성 향상 및 원가를 절감하기 위하여 용접형 볼 스터드가 개발되어 있으며, 기존의 용접형 볼 스터드의 용접방식은 도 3과 같이 하부 전극(11)의 삽입공(14)에 스터드를 삽입하고 상부전극(10)에 고정된 볼(2a)과 저항용접을 하게 되는 데, 이 때 삽입공(14)과 스터드(2b) 사이에 공극(13)이 발생하여 용접시 가해지는 가압력에 따라 스터드가 삽입공(14)에서 움직이게 되어 볼(2a)과 스터드(2b)의 동심도 조정이 곤란하게 되며 구형인 볼과 평면인 스터드의 용접면 중심에 용접하는 것이 어려워 정밀한 부품이나 신뢰성이 요구되어지는 부분에 적용되기 어려운 실정이다.

본 고안은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 본 고안의 목적은 용접시 동심도를 이루어내는 chuck 구조의 전극을 이용해 용접 및 템퍼링 처리를 연속공정으로 제조하여 작업공정의 간소화 및 작업시간의 단축으로 인하여 생산성의 향상 및 생산비용을 절감시킬 수 있도록 함은 물론 신뢰성 있는 용접강도를 향상시킬 수 있도록 하고 볼 스터드의 표면조도 및 볼과 스터드의 동심도를 우수한 볼 스터드의 제조 공정을 제공하는 데 있다.

상기 목적은, 본 고안에 따라, 기존의 스터드가 고정되는 전극구조를 개선하여 용접되는 스터드의 상부에서 스터드를 양방향에서 전극 클램프가 동시에 접근하여 고정하고 전류를 가함으로서 볼과 스터드의 동심도를 기존 공법에 비해 현저히 향상시키고 용착이 안정화되고 비드 상태의 후처리가 불필요하며 용접부 외에는 열영향을 주지 않는 양질의 볼 스터드가 제작된다. 또한 용접한 부위에 공랭으로 급냉을 시킨 후 저항용접을 이용하여 다시 전류를 가함으로써 용접부위 금속을 풀림 열처리하여 용접강도 및 내구성이 향상된 용접형 볼 스터드가 제조된다.

도 1은 기존의 냉간단조형 볼 스터드의 정면도

도 2는 본 고안에 의해 제작된 볼 스터드의 정면도

도 3은 기존 방식의 볼 스터드의 용접상태 단면도

도 4는 본 고안에 의한 볼 스터드의 용접상태 단면도

도 5는 본 고안에 의한 볼 스터드의 공랭판 구조도

도 6은 기존의 냉간단조형 볼 스터드의 제조공정

도 7은 본 고안에 의해 제작된 볼 스터드의 제조공정

도 8은 본 고안에 의해 제작되는 볼 스터드 용접기의 구조도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 냉간단조형 볼 스터드 1a : 머리부

1b : 테이퍼부 1c : 꼬리부

1d : 목부 2 : 용접형 볼 스터드

2a : 볼 2b : 스터드

2c : 걸림턱 10 : 상부 전극

11 : 하부전극 13 : 공극

12 : 용접면 14 : 삽입공

20 : 가압 30 : 진공흡착

31 : 하부 지지대 32 : 하부 삽입치구

40 : 에어 41 : 공랭판

42 : 삽입홀 43 : 소재 투입공정

44 : 저항용접공정 45 : 공랭공정

46 : 템퍼링공정 47 : 이송라인

이하 첨부한 실시예 도면을 참고적으로 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과같다. 도 7은 본 발명에 의한 볼 스터드의 제조공정을 나타내는 공정도이다. 본 볼 스터드의 제조공정은 도 6에 도시된 바와 같이, 볼과 스터드 소재의 자동 투입공정(43)과, 상기 소재 투입후 저항용접을 이용한 용접공정(44), 용접된 볼 스터드를 냉각시키기 위한 공랭공정(45), 용접된 부위의 기계적 성질 및 내구성을 향상시키기 위한 템퍼링 공정(46)순으로 이루어지며, 이는 볼 스터드 전용 저항용접기의 용접설비에 의해서 각 과정이 순차적으로 진행된다.

도 4에서 보는 바와 같이 스터드(2b)의 나사부를 하부 삽입치구(32)에 삽입하면 스터드(2b)의 걸림턱(2c)이 하부 삽입치구(32)에 걸려 고정되고, 양방향성 개방형 chuck 구조를 이용한 하부 전극(11)이 스터드(2b) 상부를 고정함으로서 볼(2a)과의 동심도를 유지하게 된다. 또한 상부 전극(10)에서는 볼(2a)을 자동으로 흡착 고정될 수 있도록 진공 흡입구조(30)를 두는 것이다.

위에서 살펴 본 바와 같이 상부전극(10)에 진공 흡입(30)으로 볼(2a)을 고정시키고, 하부 전극(11)에 스터드(2b)를 위치시킨 다음 에어실린더를 이용하여 상부전극(10)에 고정된 볼(2a)을 하향시키고 전류를 인가하면 볼(2a)과 스터드(2b)는 용접되게 된다.

위와 같이 저항용접을 함으로써 볼(2a)과 스터드(2b)가 일체화된 볼 스터드(2)가 제작되며 하부 전극(11)이 용접부에 근접되어 전 둘레를 감싸므로 용착이 안정되고 비드상태의 후처리가 불필요하며 용접부 외에는 열영향을 주지 않아 볼 스터드(2)의 전조직에 대하여 균일한 경도를 가지게 되는 것이다.

도 8에서 보는 바와 같이 볼 스터드(2)의 용접이 완료되면 자동이송라인(47)을 통하여 공랭공정(45)을 거치게 된다. 즉 도 5와 같이 원형인 공랭판(41)이 일정 간격으로 회전하고 이 때 용접된 볼 스터드(2)가 공랭판(41)의 삽입홀(42)에 삽입된다. 볼 스터드(2)는 회전하면서 냉각이 되며 에어 공급원으로부터 나오는 에어(40)를 이용하여 급속히 냉각시키면서 일정 시간의 소요 냉각시간을 가지게 된다.

볼스터드(2)의 공랭공정(45)이 끝나면 다시 자동 이송라인(47)을 거쳐 도 4의 용접공정과 동일한 방법으로 볼 스터드(20)를 고정시킨 후 전류를 통전시킴으로써 용접부위에 대한 내부응력을 제거하기 위한 템퍼링(46) 처리를 한다.

이때 전류를 통전시키는 것은 용접부위에 열을 가하여 조직의 경화를 연화시키고 균일화 시키기 위한 것으로써 일반적으로 볼스터드(2)는 350 ∼ 650℃에서 용접부위에 템퍼링 처리를 한다.

위에서 설명한 방식으로 제조된 볼 스터드(2)는 용착이 안정화 되고 외관 상태가 양호하고 연속공정으로 제작하기 때문에 불량률이 거의 발생하지 않아 용접에 대한 신뢰성을 확보할 수 있다.

이상과 같이 본 고안은 일반적으로 이종재질인 볼과 스터드를 저항용접기를 이용하여 볼과 스터드의 용접 및 템퍼링 처리를 연속 공정으로 제조하는 것으로 작업의 간소화 및 작업시간의 단축으로 생산성을 향상시키고 종래 고정홈을 가공에 따른 소재비의 절감으로 인한 생산비용을 절감시킬 수 있도록 함은 물론 전용 용접지그를 기존 방식과 다른 구조로 설계하여 제작함으로서 볼 스터드의 전체적인 진구도 및 동심도를 향상시키고 용접부위의 뜨임처리를 저항용접기술로 함으로써 볼 스터드의 강도 및 내구성 등 기계적 성질을 향상시켜 소비자들의 용접에 대한 신뢰성을 가질 수 있도록 하는 매우 실용적이며 효과적인 고안이다.

Claims (2)

1. 볼 스터드(2)의 스터드(2b)를 저항용접기의 하부 삽입치구(32)에 삽입한 후 양방향성 개방형 chuck 구조의 하부전극(11)을 이용하여 고정시킨 후 상부전극(10)에 진공 흡착(30)된 볼(2c)을 상부전극(10)을 이용하여 스터드(2b) 중심에 안착시킨 후 저항용접(114)으로 제조되는 볼 스터드(2)에 있어서, 스터드(2b)에 구형의 볼(2a)이 접촉되어 용접(44)되고 공랭(45)후 템퍼링(46) 처리로 양호한 용접 품질 및 용접부위의 강도를 향상시킨 산업 전분야의 볼 스터드 및 제조방법
2. 제1항에 있어서 구형인 볼(2a)과 스터드(2b) 형태로 구성되어 있는 볼 스터드