KR20050085008A - Long life rotating body with excellent fatigue strength and method of manufacturing the rotating body - Google Patents

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Abstract

A long life rotating body with an excellent fatigue strength and a method of manufacturing the rotating body, the rotating body formed by welding the end parts of stacked two sheets of sheet metal to each other comprising lap fillet welded joints, cold bending worked parts, and punched holes, characterized in that an ultrasonic shock treatment is applied to either of the welded joints, cold bending worked parts, and punched holes to form dents or smoothen the surfaces thereof so as to relieve a residual tensile stress, whereby the long life rotating body with the excellent fatigue strength formed of the sheet metal having the lap fillet welded joints, cold bending worked parts, and punched holes which is subjected to repeated loads by rotation such as road wheels for car, pulleys, gears, and crawler driving wheels can be provided.

Description

피로 강도가 우수한 장수명 회전체 및 그 제조 방법 {LONG LIFE ROTATING BODY WITH EXCELLENT FATIGUE STRENGTH AND METHOD OF MANUFACTURING THE ROTATING BODY}Long life rotary body with excellent fatigue strength and manufacturing method {LONG LIFE ROTATING BODY WITH EXCELLENT FATIGUE STRENGTH AND METHOD OF MANUFACTURING THE ROTATING BODY}

본 발명은 금속판을 이용한 피로 강도가 우수한 장수명 회전체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 예를 들면, 자동차용 로드 휠, 풀리, 기어, 캐터필러의 동륜 등, 회전에 의하여 반복적으로 하중을 받는 포개어지는 모서리 용접 이음부, 냉간 굽힘 가공부, 펀칭 구멍 등을 가지는 피로 강도가 우수한 장수명 회전체 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a long-life rotating body having excellent fatigue strength using a metal plate and a method of manufacturing the same. For example, a long-life rotating body having excellent fatigue strength having overlapping edge welded joints, cold bending parts, punched holes, etc. repeatedly loaded by rotation, such as automobile wheel wheels, pulleys, gears, and caterpillar driving wheels. And a method for producing the same.

회전에 의하여 반복적으로 하중을 받는 자동차용 로드 휠, 풀리, 기어, 캐터필러의 동륜 등의 회전체는 포개어지는 모서리 용접 이음부, 냉간 굽힘 가공부, 펀칭구멍 등의 금속 피로상의 약점을 가진다. 이들, 용접, 냉간 굽힘 가공, 펀칭 등의 가공 후의 후처리에 의한 용접 비드 형상이나 피로 강도의 향상 수법으로서는 종래, (1) 그라인딩하고, (2) TIG 드레싱, (3) 쇼트피닝, (4) 해머 피닝이 이용되어 왔다. 이러한 수법은 응력 집중부가 되는 용접 지단부의 형상을 정형하여 응력 집중을 완화하거나, 또는 잔류 응력을 변화시켜 피로 강도를 향상시키는 것이다. 그러나, 이러한 수법으로도, 다음과 같은 문제점이 있었다. Rotors such as automobile wheel wheels, pulleys, gears, and caterpillar driving wheels that are repeatedly loaded by rotation have weaknesses in metal fatigue, such as overlapping edge welded joints, cold bends, punching holes, and the like. As a technique for improving the weld bead shape and the fatigue strength by post-treatment such as welding, cold bending, punching, or the like, conventionally, (1) grinding, (2) TIG dressing, (3) shot peening, and (4) Hammer peening has been used. Such a technique is to shape the weld end portion to be the stress concentrating portion to relax the stress concentration or to change the residual stress to improve the fatigue strength. However, even with this technique, there were the following problems.

이 때, 그라인딩, TIG 드레싱은 응력 집중부의 형상을 응력 집중이 적은 형상으로 정형함으로써 피로 강도를 향상시키는 수법이다. 그러나, 이들은 포개어지는 모서리 용접 이음부나, 펀칭 구멍의 피로 강도의 향상에는 효과가 있으나, 냉간 굽힘 가공부에 있어서 효과를 발휘하지 못하며, 작업 효율이 현저하게 낮고, 대량 생산품으로 사용하기에 적합하지 않았다. 그라인딩의 경우 톱니를 대는 방향이 응력 작용 방향에 직각인 경우, 오히려 피로 균열이 진전되기 쉬운 처리 결함이 발생하는 경우가 있는 등, 처리에 기능이 요구된다고 하는 면도 있다. At this time, grinding and TIG dressing are a method of improving a fatigue strength by shaping the shape of a stress concentration part into a shape with little stress concentration. However, they are effective in improving the fatigue strength of overlapping edge welded joints and punching holes, but they are not effective in cold bending parts, have a significantly low work efficiency, and are not suitable for use in mass production. . In the case of grinding, when the toothing direction is perpendicular to the direction of stress action, processing defects are likely to occur such that processing cracks tend to develop fatigue cracks.

그런데, 용접부에는 일반적으로 용접 입열에 의한 국부적인 열 팽창과 그 후의 냉각에 의한 열 수축에 의하여 잔류 응력이 도입된다. 또한, 냉간 가공부에도 소성 변형에 수반되는 큰 잔류 응력이 존재한다. 이러한 잔류 응력이 피로 강도를 저하시키는 하나의 큰 요인이 되고 있다.By the way, in the weld part, residual stress is generally introduced by local thermal expansion by welding heat input and thermal contraction by subsequent cooling. In addition, a large residual stress accompanying plastic deformation exists in the cold worked part. This residual stress is one of the major factors that lowers the fatigue strength.

이에 피로 강도를 향상시키는 다른 수단으로서 압축 잔류 응력을 발생시키거나, 인장 잔류 응력을 저감하여 그 피로 강도를 높인다. 쇼트피닝이나 해머 피닝 등의 방법이 알려져 있다. 또한, 쇼트피닝 처리는 피로 균열 발생의 기점이 되는 부위에, 1mm 미만의 강구를 다수 부딪혀 압축 잔류 응력을 부여하는 수법이다. 또한, 해머 피닝은 압축 공기 등을 사용하여 핀을 작동시켜, 처리부를 두드리는 수법이다. As another means for improving fatigue strength, compressive residual stress is generated, or tensile residual stress is reduced to increase the fatigue strength. Methods such as shot peening and hammer peening are known. In addition, the shot peening treatment is a method of imparting a compressive residual stress by hitting a large number of steel balls of less than 1 mm at a site that is a starting point of fatigue crack generation. Moreover, hammer peening is a method of tapping a process part by operating a pin using compressed air etc.

그러나, 쇼트 피닝은 거대한 기계가 필요하고 사용시에 챔버가 필요하므로 역시 대량 생산품으로 사용함에 있어서 효율이 떨어지고, 여러 가지 유틸리티가 필요하다. 또한, 필요한 곳만을 처리한다고 하는 부분 선택성이 현저하게 떨어지기 때문에, 의장성이 요구되는 경우에는 사용할 수 없었다. However, shot peening requires a huge machine and requires a chamber in use, which is also inefficient in mass production and requires various utilities. In addition, since partial selectivity to treat only the necessary place is remarkably inferior, it cannot be used when designability is required.

또한, 해머 피닝은 반동이 크고, 또한, 너무 큰 소성 변형을 가하기 때문에, 얇은 판에 사용하기 어렵다고 하는 결점도 있었다. In addition, the hammer peening has a drawback that it is difficult to use a thin plate because it has a large recoil and gives a plastic deformation that is too large.

해머 피닝에서는 수Hz의 저주파의 기계 가공을 이음부에 실시하기 위하여 가공 표면의 요철이 심하고, 그 오목부가 응력 집중부가 되어 피로 균열의 기점이 되기 때문에 처리 결과가 안정되지 않고, 때로는 이음부 전체의 피로 강도가 오히려 저하되는 경우가 있다고 하는 문제점이 있었다. In hammer peening, in order to perform low frequency machining of several Hz on the joint, unevenness of the machining surface is severe, and the concave portion becomes the stress concentration part and the starting point of the fatigue crack is not stable, and sometimes the whole joint There exists a problem that fatigue strength may fall rather.

용접 금속의 가열재 용융에 의하여 용접 지단부 형상의 개선 인장 잔류 응력의 경감이 가능한 것도 알려져 있다. 그러나, 이 수법도 현저하게 효율이 낮다고 하는 문제가 있고, 효과도 그만큼 크지 않다. It is also known that an improvement in the shape of the weld end portion can be alleviated by melting the heating material of the weld metal, thereby reducing the tensile residual stress. However, this method also has a problem that the efficiency is remarkably low, and the effect is not so great.

이상과 같이, 종래의 피로 강도의 향상 기술을, 자동차용 휠을 비롯한 회전체에 대하여 채용하는 것은 곤란하고, 비록 채용할 수 있어도 피로 강도 향상 정도가 낮은 수준에 머물고 있었다. 그 때문에, 재료의 고강도화에 의하여 대응해 왔으나, 펀칭 단면의 피로에 대한 감수성이, 강재의 강도가 600N/mm2급 이상이 되면, 급격하게 높아져 버리기 때문에, 피로 향상 효과는 한계점에 도달된다고 하는 문제점이 있었다.As mentioned above, it is difficult to employ | adopt the conventional technique of improving fatigue strength with respect to rotating bodies including a wheel for automobiles, and even if it can employ | adopt, the degree of fatigue strength improvement remained at a low level. Therefore, although it has responded by increasing the strength of the material, the susceptibility to fatigue of the punched end surface is rapidly increased when the strength of the steel reaches 600 N / mm 2 or higher, so that the fatigue improvement effect reaches a limit point. There was this.

또한, 용접 이음부에 초음파 진동을 가함으로써, 피로 강도를 향상시키는 방법에 관한 종래 기술로서는 예를 들면, 미국 특허 제6,171,415호 명세서에, 용접 아크에 의하여 가열된 용접 심(seam)부를 따라서 초음파 진동을 부여하는 방법이 개시되어 있다. In addition, as a prior art related to a method of improving fatigue strength by applying ultrasonic vibration to a weld joint, US Patent No. 6,171,415, for example, describes ultrasonic vibration along a weld seam heated by a welding arc. A method of imparting is disclosed.

그러나, 이 종래 기술은 용접 직후의 고온의 재료에 초음파 진동을 주는 것을 전제로 하고 있고, 본 발명이 제안하고 있는 초음파 진동자로 타격하는 구체적인 대상물 및 처리 범위의 개시가 없다.However, this prior art is based on the premise of giving ultrasonic vibration to a high temperature material immediately after welding, and there is no disclosure of a specific object and processing range hitting the ultrasonic vibrator proposed by the present invention.

도 1은 본 발명의 하나의 실시 형태인 자동차용 휠의 측면도이다. 1 is a side view of a wheel for an automobile, which is one embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 A-A 단면도이다. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.

도 3은 2장의 금속판의 포개어지는 모서리 용접 이음부를 나타내는 확대도를 가지고 설명하는 도면이다. It is a figure explaining with the enlarged view which shows the edge welding joint part which overlapped of two metal sheets.

도 4는 금속판의 냉간 굽힘 가공부에 대한 초음파 충격 처리의 상황을 설명하는 도면이다. It is a figure explaining the state of the ultrasonic impact process with respect to the cold bending process part of a metal plate.

도 5는 금속판의 펀칭 구멍 부분으로의 초음파 충격 처리의 상황을 부분 확대도로 설명하는 도면이다. It is a figure explaining the situation of the ultrasonic shock process to the punching hole part of a metal plate in a partial enlarged view.

도 6은 도 5의 상황을 사시도로 설명하는 도면이다. FIG. 6 is a diagram for explaining the situation of FIG. 5 in a perspective view. FIG.

<발명을 실시하기 위한 최선의 실시 형태>Best Mode for Carrying Out the Invention

자동차용 로드 휠을 예로 들어, 본 발명의 실시 형태에 있어서, 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다. An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6 by taking an automobile road wheel as an example.

도 1은 본 발명의 실시 형태인 자동차용 로드 휠의 측면도이다. 1 is a side view of a road wheel for a vehicle that is an embodiment of the present invention.

도 1의 자동차용 로드 휠은 강판이나 알루미늄판을 펀칭 가공을 포함한 프레스 성형 가공에 의하여 가공된 휠·디스크재와 롤 성형된 휠·림재를 용접하여 제조되고, 1은 펀칭 구멍을 나타내고 있다. The automobile wheel wheel of FIG. 1 is manufactured by welding the steel plate and the aluminum plate by the wheel disc material processed by the press forming process which includes the punching process, and the wheel-rim material roll-formed, and 1 shows the punching hole.

이하, 금속판이란, 강판이나 알루미늄 합금판을 포함한 금속제의 판을 말한다. Hereinafter, a metal plate means the metal plate containing a steel plate and an aluminum alloy plate.

도 2는 본 발명의 하나의 실시 형태인 자동차용 로드 휠의 단면도이며, 도 1의 A-A 단면을 나타내고 있다. 도 2에 있어서, 1은 금속판을 프레스에 의하여 펀칭한 구멍이며, 2는 금속판을 냉간으로 프레스 성형 가공한 이른바 하트부이며, 굽힘 가공 성분을 가짐으로써 본 발명의 냉간 굽힘 가공부에 상당하는 것이며, 3은 2장의 금속판을 포개어 맞춘 단부를 용접하는 포개어지는 모서리 용접 이음부를 나타낸다. FIG. 2 is a cross-sectional view of a road wheel for automobiles which is one embodiment of the present invention, and shows A-A cross section of FIG. 1. In FIG. 2, 1 is a hole punched by the metal plate by the press, 2 is what is called a heart part which cold-formed the metal plate, and it corresponds to the cold bending part of this invention by having a bending process component, 3 shows a superimposed corner weld seam which welds the two pieces of metal plate together and joined together.

자동차의 주행중의 반복 하중에 의하여, 이러한 용접부, 냉간 굽힘 가공부, 및, 펀칭 구멍에 응력 집중이 발생하기 쉽고, 이러한 부분의 피로 강도가 가장 작아지기 때문에, 이 부분에 초음파 충격 처리를 실시함으로써 피로 강도를 현저하게 향상시킬 수 있다. Due to the repetitive load while driving the vehicle, stress concentration is likely to occur in the welded portion, the cold bent portion, and the punching hole, and the fatigue strength of the portion is the smallest. The strength can be significantly improved.

도 2에 있어서의 4가 초음파 진동 단자를 나타내고 있고, 본 발명에 사용하는 초음파 진동의 발생 장치는 발진기에 의하여 발진되고 트란스듀서에 의하여 19 kHz 내지 60 kHz의 기계적 진동으로 변환되어 웨이브 가이드로 그 진폭을 증폭시킴으로써, 2mm 내지 6mm의 핀으로 이루어지는 초음파 진동 단자를 20 내지 40㎛의 진폭으로 진동시킴으로써, 타격부의 표면의 평활성이 우수한 깊이 수백㎛ 정도의 압흔을 형성할 수 있다. 이 초음파 진동 발생 장치는 이하의 실시 형태에도 공통되게 사용할 수 있다. 2 in FIG. 2 represents an ultrasonic vibration terminal, the ultrasonic vibration generating apparatus used in the present invention is oscillated by an oscillator and converted into mechanical vibrations of 19 kHz to 60 kHz by a transducer, the amplitude of which is guided by a wave guide. By amplifying the vibration, the ultrasonic vibration terminal consisting of 2 mm to 6 mm pins is vibrated at an amplitude of 20 to 40 µm, whereby an indentation having a depth of about several hundred µm having excellent smoothness of the surface of the hitting portion can be formed. This ultrasonic vibration generating device can be commonly used in the following embodiments.

도 3은 2장의 금속판의 포개어지는 모서리 용접 이음부를 나타내는 도면이며, 도 2에 있어서의 3의 상세도이다. 도 3에 있어서, 6, 7은 2장의 금속판이며, 9가 지단부, 10이 루트부를 나타내고, 지단부 9에 있어서의 곡율 반경 p가 지단 반경, 그 각도 θ는 지단각을 나타낸다. 본 발명에 있어서의 회전체(예를 들면 자동차용 로드 휠)는 이 포개어지는 모서리 이음부의 지단부 9의 주위에, 초음파 충격 처리에 의하여 형성된 폭 1 내지 5mm의 압흔을 가지고 있고 그 초음파 충격 처리를 가한 지단부에 있어서의 지단 반경 ρ가 1mm 이상이다. It is a figure which shows the edge welding joint part which overlapped of two metal plates, and is the detail of 3 in FIG. In FIG. 3, 6 and 7 are two metal plates, 9 is the edge part, 10 is the root part, the curvature radius p in the edge part 9 is the edge radius, and the angle (theta) shows the edge angle. The rotating body (for example, an automobile road wheel) in the present invention has an indentation having a width of 1 to 5 mm formed by an ultrasonic impact treatment around the edge portion 9 of the overlapped corner joint and subjected to the ultrasonic impact treatment. The edge radius p in the applied edge part is 1 mm or more.

전술의 초음파 진동 단자에 의하여 지단부 9의 주위를 타격함으로써 폭 1 내지 5mm의 압흔을 형성하고, 지단부에 있어서의 지단 반경 p를 1mm 이상으로 함으로써, 지단부 9의 응력 집중을 완화시키는 동시에, 인장 잔류 응력을 압축 잔류 응력으로 바꿀 수 있으므로 회전체의 피로 강도를 현저하게 향상시킬 수 있다. By hitting the periphery of the edge 9 by the ultrasonic vibration terminal described above, an indentation having a width of 1 to 5 mm is formed, and the edge radius p at the edge is set to 1 mm or more, thereby alleviating the stress concentration of the edge 9. Since the tensile residual stress can be changed to the compressive residual stress, the fatigue strength of the rotating body can be significantly improved.

본 발명에 있어서의 회전체(예를 들면 자동차용 로드 휠)는 이 포개어지는 모서리 이음부의 루트부 10의 금속판 표면 또는 표리면에, 초음파 충격 처리에 의하여 형성된 폭 1 내지 5 mm의 압흔을 가진다. The rotating body (for example, an automobile road wheel) in the present invention has indentations having a width of 1 to 5 mm formed on the surface or front and back surfaces of the root portion 10 of the overlapped corner joint by ultrasonic shock treatment.

전술의 초음파 진동 단자에 의하여 루트부 10의 금속판 표면 또는 표리면을 타격함으로써 폭 1 내지 5mm의 압흔을 형성하고, 루트부 10의 응력 집중을 완화할 수 있으므로 회전체의 피로 강도를 현저하게 향상시킬 수 있다. By hitting the metal plate surface or front and back surface of the root portion 10 by the ultrasonic vibration terminal described above, an indentation having a width of 1 to 5 mm can be formed, and stress concentration of the root portion 10 can be alleviated, thereby significantly improving the fatigue strength of the rotating body. Can be.

도 4는 금속판의 냉간 굽힘 가공부를 나타내고 있고, 도 2에 있어서의 2의 확대 상세도이다. 도 4에 있어서, 4, 4'는 본 발명에 이용하는 초음파 진동 단자를 나타내고, 회전체의 냉간 굽힘 가공부(예를 들면 휠의 헤드부)의 표리면으로부터 초음파 진동을 부여함으로써, 냉간 굽힘 가공부의 인장측 표면인 볼록면 및 압축측 표면인 오목면의 표면 경도가 비처리부와 비교하여 10% 이상 증가되어 있고, 냉간 굽힘 가공부의 인장 잔류 응력이 인장 강도 50% 이하부터 압축의 범위가 되고 있다. FIG. 4 shows a cold bent portion of a metal plate, and is an enlarged detail view of 2 in FIG. 2. In FIG. 4, 4 and 4 'represent the ultrasonic vibration terminal used for this invention, and a cold bending process part is provided by giving ultrasonic vibration from the front and back surface of the cold bending process part (for example, the head part of a wheel) of a rotating body. The surface hardness of the convex surface, which is the tensile side surface, and the concave surface, which is the compression side surface, is increased by 10% or more as compared with the untreated portion, and the tensile residual stress of the cold bent portion is in the range of compression from 50% or less of tensile strength.

그 결과, 냉간 굽힘 가공부의 피로 강도를 현저하게 향상시킬 수 있다. As a result, the fatigue strength of a cold bending part can be improved remarkably.

또한, 냉간 굽힘 가공부의 압축측 표면인 요면만을 타격함으로써, 압축측 표면이 중심선 평균 조도 Ra로 10㎛ 이하로 평활화되는 동시에 인장측의 잔류 응력이 인장 강도의 50% 이하로 완화되고, 또한, 사용시에 사람 눈에 보이는 표면측에 처리 흔적을 남기지 않기 때문에, 의장성을 유지한 채 피로 강도를 향상시킬 수 있다. Further, by hitting only the concave surface, which is the compression-side surface of the cold bending part, the compression-side surface is smoothed to 10 µm or less with the centerline average roughness Ra, and the residual stress on the tension side is alleviated to 50% or less of the tensile strength. Since no trace of treatment is left on the surface side visible to human eyes during use, fatigue strength can be improved while maintaining designability.

또한, 금속판 표면의 요면을 타격하는 초음파 진동 단자의 첨단을 볼록형으로 하고, 금속판 표면의 철면을 타격하는 초음파 진동 단자의 첨단을 금속판 표면의 볼록면보다 큰 곡율 반경의 오목형으로 함으로써(다만, 도 2 및 도 4에서는 초음파 진동 단자 4'의 선단의 곡율 반경은 과장되어 있다.), 금속판 표면에 초음파 진동 단자의 선단이 평탄화되기 쉽기 때문에, 표면 경도와 인장 잔류 응력의 경감 효과를 한층 더 높일 수 있다. Further, the tip of the ultrasonic vibration terminal striking the concave surface of the metal plate surface is convex, and the tip of the ultrasonic vibration terminal striking the iron surface of the metal plate surface is concave with a radius of curvature larger than the convex surface of the metal plate surface (but FIG. 2). In Fig. 4, the radius of curvature of the tip of the ultrasonic vibration terminal 4 'is exaggerated.) Since the tip of the ultrasonic vibration terminal is easily flattened on the surface of the metal plate, the effect of reducing surface hardness and tensile residual stress can be further enhanced. .

도 5 및 도 6은 금속판의 펀칭 구멍 부분에 초음파 충격 처리를 가하는 상황을 나타내는 것으로, 도 5는 도 2의 부분 확대도, 도 6은 그 사시도이다. 5 and 6 show a situation in which an ultrasonic impact treatment is applied to a punched hole portion of a metal plate, FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG. 2, and FIG. 6 is a perspective view thereof.

도 5에 있어서, 4'는 본 발명에 사용하는 초음파 진동 단자를 나타내고, 회전체의 펀칭 구멍 부분 5(예를 들면 휠의 펀칭 구멍 부분)의 단면에 초음파 진동을 부여함으로써, 펀칭 구멍 단면의 표면의 너치가 중심선 평균 조도 Ra로 10㎛ 이하로 평활화되어 그 펀칭 구멍 단면에 경도 400 Hv 이상의 경화 조직이 없고, 그 펀칭 구멍 단면의 표면으로부터 발생한 200㎛ 이하의 미세한 균열이, 원래 길이의 50% 이하의 깊이까지 편평화되고 있다. 이 결과, 펀칭 구멍 부분의 피로 강도를 현저하게 향상시킬 수 있다. In Fig. 5, 4 'represents an ultrasonic vibration terminal used in the present invention, and the surface of the punched hole cross section is provided by applying ultrasonic vibration to the cross section of the punched hole portion 5 (for example, the punched hole portion of the wheel) of the rotating body. The notch of is smoothed to 10 µm or less with the centerline average roughness Ra, and there is no hardened structure of hardness of 400 Hv or more in the punched hole cross section, and the microcracks of 200 µm or less generated from the surface of the punched hole cross section are 50% or less of the original length It is flattening to its depth. As a result, the fatigue strength of the punched hole portion can be remarkably improved.

또한, 구멍 뚫어 구멍 단면을 타격하는 초음파 진동 단자의 선단을 오목형으로 함으로써, 펀칭 구멍 단면에 초음파 진동 단자의 선단이 평탄화되기 쉽기 때문에, 너치의 평탄화, 경화 조직의 제거 및, 미세 균열의 편평화 효과를 한층 더 높일 수 있다. In addition, since the tip of the ultrasonic vibration terminal is easily concave in the punched hole end surface by making the tip of the ultrasonic vibration terminal that drills and strikes the end face of the hole, the flattening of the nucleus, the removal of the hardened structure, and the flattening of the microcracks. The effect can be further enhanced.

또한, 초음파 충격 처리와 같은 잔류 응력을 가하는 수법은 적용하는 재료가 고강도재가 저강도재와 비교하여 효과를 얻기 쉽다. 이것은 고강도재가 도입된 잔류 응력이 부가되는 외력에 의하여 재배분되기 어렵다고 하는 특성에 의하는 것이다. In addition, the method of applying a residual stress such as an ultrasonic impact treatment tends to be effective in the material to which the high strength material is compared with the low strength material. This is based on the characteristic that it is difficult to redistribute by the external force which the residual stress which the high strength material introduce | transduced is added.

도 6에 대하여, 좌우의 초음파 진동 단자 4'를 상하로 어긋나게 배치함으로써, 좌우의 초음파 진동 단자 4'가 상호 간섭하지 않기 때문에 초음파 타격 처리를 효율적으로 실시할 수 있다. With reference to FIG. 6, by disposing the left and right ultrasonic vibration terminals 4 'up and down, the ultrasonic striking treatment can be efficiently performed because the left and right ultrasonic vibration terminals 4' do not interfere with each other.

이상의 실시 형태는 자동차용 로드 휠을 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 풀리, 기어, 캐터필러의 동륜 등, 회전에 의하여 반복적으로 하중을 받는 포개어지는 모서리 용접 이음부, 냉간 굽힘 가공부, 펀칭 구멍을 가지는 금속판을 이용한 회전체에 넓게 적용할 수 있는 것이다. Although the above embodiment has been described using an automobile road wheel as an example, the present invention relates to overlapping edge welded joints, cold bends, and punched holes that are repeatedly loaded by rotation, such as pulleys, gears, and caterpillar drive wheels. Branches can be widely applied to a rotating body using a metal plate.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고, 자동차용 휠, 풀리, 기어, 캐터필러의 동륜 등, 회전에 의하여 반복적으로 하중을 받는 포개어지는 모서리 용접 이음부, 냉간 굽힘 가공부, 펀칭 구멍을 가지는 금속판을 이용한 피로 강도가 우수한 회전체 장수명 회전체를 제공하는 것을 과제로 한다. The present invention solves the problems of the prior art as described above, and overlapping edge weld seams, cold bends, punching holes that are repeatedly loaded by rotation, such as wheels, pulleys, gears, driving wheels of Caterpillar for automobiles An object of the present invention is to provide a rotating body long life rotating body excellent in fatigue strength using a metal plate having a metal plate.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위하여 예의 검토를 한 결과 이루어진 것으로, 자동차용 휠, 풀리, 기어, 캐터필러의 동륜 등, 회전에 의하여 반복적으로 하중을 받는 포개어지는 모서리 용접 이음부, 냉간 굽힘 가공부, 펀칭 구멍의 표면에 초음파 진동 처리를 가함으로써, 피로 강도가 우수한 회전체 장수명 회전체를 제공하는 것으로, 그 요지로 하는 것은 특허 청구의 범위에 규정한 대로의 아래와 같은 내용이다. The present invention has been made as a result of earnest examination in order to solve the above-described problems, the overlapping edge weld seams, cold bending machined parts that are repeatedly subjected to the load by rotation, such as wheels, pulleys, gears, drive wheels of caterpillar for automobiles By providing an ultrasonic vibration treatment to the surface of a punching hole, a rotating body long life rotating body having excellent fatigue strength is provided, and the gist thereof is as follows as defined in the claims.

(1) 2장의 금속판을 서로 포개어 단부를 용접한 포개어지는 모서리 용접 이음부를 가지는 회전체로서, 그 포개어지는 모서리 용접 이음부의 지단부의 주위에, 초음파 충격 처리에 의하여 형성된 폭 1 내지 5 mm의 압흔을 가지고 그 초음파 충격 처리를 가한 지단부에 있어서의 지단 반경이 1mm 이상인 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 장수명 회전체. (1) A rotating body having overlapping edge welded joints in which two metal plates are superimposed on each other and welded to each other, wherein an indentation having a width of 1 to 5 mm formed by ultrasonic shock treatment around the edge of the overlapped edge welded joint. And the edge radius at the edge portion to which the ultrasonic shock treatment has been applied is 1 mm or more.

이 때, 초음파 충격 처리란, 초음파 진동 단자에 의하여 금속판 표면을 타격하는 처리를 말한다. At this time, the ultrasonic shock treatment refers to a process of hitting the metal plate surface by the ultrasonic vibration terminal.

(2) 2장의 금속판을 서로 포개어 단부를 용접한 포개어지는 모서리 용접 이음부를 가지는 회전체로서, 그 포개어지는 모서리 용접 이음부의 루트부의 금속판 표면 또는 표리면에, 초음파 충격 처리에 의하여 형성된 폭 1 내지 5 mm의 압흔을 가지는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 장수명 회전체. (2) A rotating body having overlapping edge welded joints in which two metal plates are superimposed on each other to weld the ends, wherein widths 1 to 5 formed on the surface or front and back surfaces of the root portion of the overlapped edge welded joint by ultrasonic shock treatment Long life rotating body excellent in fatigue strength, characterized by having an indentation of mm.

(3) 금속판의 냉간 굽힘 가공부를 가지는 회전체로서, 그 냉간 굽힘 가공부의 인장측 표면에 초음파 충격 처리를 가함으로써, 그 인장측 표면의 표면 경도가 비처리부와 비교하여 10% 이상 증가되어 있고, 그 냉간 굽힘 가공부의 인장 잔류 응력이 인장 강도 50% 이하에서부터 압축의 범위인 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 장수명 회전체.(3) A rotating body having a cold bent portion of a metal plate, by applying an ultrasonic impact treatment to the tensile side surface of the cold bent portion, the surface hardness of the tensile side surface is increased by 10% or more compared with the untreated portion, A long-life rotating body having excellent fatigue strength, characterized in that the tensile residual stress of the cold bending part is in the range of compression from 50% or less of tensile strength.

(4) 금속판의 냉간 굽힘 가공부를 가지는 회전체로서, 그 냉간 굽힘 가공부의 압축측 표면에 초음파 충격 처리를 가함으로써, 그 압축측 표면이 중심선 평균 조도 Ra(JlS B 0601)로 10㎛ 이하로 평활화되고 있고 그 인장측 표면의 표면 경도가 비처리부와 비교하여 10% 이상 증가되어 있고, 그 냉간 굽힘 가공부의 인장 잔류 응력이 인장 강도 50% 이하에서부터 압축의 범위인 것을 특징으로 하는 피로강도가 우수한 장수명 회전체.(4) A rotating body having a cold bent portion of a metal plate, by applying an ultrasonic shock treatment to the compressed side surface of the cold bent portion, the compressed side surface is smoothed to 10 μm or less with a centerline average roughness Ra (JlS B 0601). The surface hardness of the tensile side surface is increased by 10% or more compared with the untreated portion, and the tensile residual stress of the cold bent portion is in the range of compression from 50% or less of tensile strength to excellent longevity. Rotating body.

(5) 펀칭 구멍을 가지는 금속판의 회전체로서, 그 펀칭 구멍의 단면에 초음파 충격 처리를 가함으로써, 그 펀칭 구멍 단면의 표면의 너치가 중심선 평균 조도 Ra로 10㎛ 이하로 평활화되어 있고 그 펀칭 구멍 단면에 경도 400 Hv 이상의 경화 조직이 없고, 그 펀칭 구멍 단면의 표면으로부터 발생한 200㎛ 이하의 미세한 균열이 원래 길이의 50% 이하의 깊이까지 편평화되어 있는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 장수명 회전체. (5) A rotating body of a metal plate having a punching hole, wherein by applying an ultrasonic shock treatment to the end face of the punching hole, the nutch of the surface of the end face of the punching hole is smoothed to 10 m or less at the center line average roughness Ra, and the punching hole Long life rotator with excellent fatigue strength, characterized in that the cross section does not have a hardened structure of 400 Hv or more in hardness, and fine cracks of 200 μm or less generated from the surface of the punched hole cross section are flattened to a depth of 50% or less of the original length. .

(6) 상기 금속판의 인장 강도가 400N/mm2 이상인 강재인 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (5) 중 어느 1항에 기재된 피로 강도가 우수한 장수명 회전체.(6) The long-life rotating body excellent in the fatigue strength according to any one of (1) or (5), wherein the tensile strength of the metal plate is 400 N / mm 2 or more.

(7) 포개어지는 모서리 용접 이음부, 냉간 굽힘 가공부, 및/또는 펀칭 가공부를 가지는 금속판제 회전체의 제조 방법에 있어서, 용접 이음부의 지단부, 루트부, 금속판의 냉간 가공부, 펀칭 가공부 등의 피처리부의 형상에 따른, 핀의 선단이 볼록상 또는 오목상 으로 된 초음파 진동 단자를 사용하여, 초음파 충격 처리를 가하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 장수명 회전체의 제조 방법. (7) In the method of manufacturing a metal plate rotating body having a nested welded joint, a cold bent and / or a punched portion, wherein the ground end, the root, the cold worked portion of the metal plate, and the punched portion are welded. Ultrasonic shock treatment is performed using an ultrasonic vibration terminal whose tip is convex or concave in accordance with the shape of a to-be-processed part, etc., The manufacturing method of the long life rotating body excellent in fatigue strength characterized by the above-mentioned.

본 발명에 있어서의 강판제의 자동차용 로드 휠의 실시예에 의하여, 본 발명의 효과를 설명한다. 자동차용의 13 인치의 로드 휠에 있어서, 처리 방법을 변경하여 그 피로 강도를 비교하였다. 또한, 여기서 사용한 휠·디스크재는 판 두께 3.2mm, 강도 690 N/mm2 및 판 두께 4.0 mm, 강도 330N/mm2의 소재로부터 가공한 것이다.The effect of this invention is demonstrated by the Example of the steel road wheel for automobiles in this invention. In the 13-inch road wheel for automobiles, the treatment method was changed to compare the fatigue strength. In addition, wheel, disk material thickness used here 3.2mm, is processed from the material strength of 690 N / mm 2 and a thickness of 4.0 mm, strength of 330N / mm 2.

피로 시험은 회전 굽힘 모멘트 부하로 실시하였다. 반복 속도는 700rpm, 볼트 체결 토크 98Nm, 시험 모멘트는 1.47kNm이다. Fatigue tests were conducted with a rotating bending moment load. The repeat speed is 700 rpm, the bolt tightening torque is 98 Nm, and the test moment is 1.47 kNm.

또한, 처리 전의 초기 균열로서는 인공적으로 펀칭 구멍 단부에 깊이 200㎛의 너치를 넣어 시험 후에 해당 부분을 잘라내고, 균열 길이를 계측하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.In addition, as an initial crack before a process, the nipple of 200 micrometers in depth was artificially inserted into the edge of a punching hole, the part was cut out after a test, and the crack length was measured. The results are shown in Table 1.

No.1은 발명예이고, 굽힘 가공부의 표리면, 펀칭 구멍 단면, 포개어지는 모서리 용접 이음부 모두 선단이 볼록형인 초음파 진동 단자를 사용하여 타격 처리를 실시하였으므로, 초음파 충격 처리를 실시한 강판 표면은 평활화되고 잔류 응력도 압축 잔류 응력이 되고 있으므로 피로 수명은 길어져, 평가는 「0 K」(양호)이었다. No. 1 is an example of the invention, and the front and back surfaces of the bent portion, the punched hole cross section, and the overlapping edge welded joints were each subjected to a blow treatment using ultrasonic vibration terminals having convex ends, so that the surface of the steel sheet subjected to the ultrasonic impact treatment was smoothed. In addition, since the residual stress also became a compressive residual stress, the fatigue life became long, and the evaluation was "0 K" (good).

No. 2, No. 3은 발명예이며, 굽힘 가공부의 표리면, 및 포개어지는 모서리 이음부는 선단이 볼록형인 초음파 진동 단자를 사용하여 타격 처리를 실시하고, 펀칭 구멍 단면은 오목형의 초음파 진동 단자를 사용하여 타격 처리를 실시하였으므로, 초음파 충격 처리를 실시한 강판 표면이 한층 더 평활화되어 피로 수명은 한층 더 길어지고 있고 평가는 「OK」(양호)이었다 또한, No.1 내지 No.3의 발명예에 있어서 초음파 타격 처리를 가한 강판 표면의 표면 경도(비커스 경도)는 비처리부와 비교할 때 약30% 증가하였다.No. 2, No. 3 is an example of the invention, the front and back surfaces of the bent portion and the overlapped corner joints are subjected to the blow treatment using ultrasonic vibration terminals having a convex tip, and punching hole cross sections are subjected to the blow treatment using a concave ultrasonic vibration terminal. Since the surface of the steel sheet subjected to the ultrasonic impact treatment was further smoothed, the fatigue life was further increased, and the evaluation was "OK" (good). In addition, the ultrasonic blow treatment was performed in the invention examples of Nos. The surface hardness (Vickers hardness) of the applied steel sheet surface was increased by about 30% compared with the untreated portion.

또한, 펀칭 구멍 단면에 경도 40OHv 이상의 경화 조직이 없고, 펀칭 구멍 단면의 표면에 도입한 200㎛의 너치가, 원래 길이의 약30%의 깊이까지 편평화하였다. 또한, 용접부에서의 처리 흔적도 확인할 수 있다. In addition, there was no hardened structure with a hardness of 40OHv or more in the punched hole cross section, and a 200 μm nugget introduced into the surface of the punched hole cross section was flattened to a depth of about 30% of the original length. Moreover, the trace of the process in a welding part can also be confirmed.

No. 4는 비교예이며, 가공 후의 처리를 아무것도 하지 않았기 때문에 가공면은 거칠고, 잔류 응력은 인장 잔류 응력이 되는 부분이 많기 때문에, 피로 수명은 짧아지고 있어 평가는 「NG」(불량)이었다. No. 4 is a comparative example, since the processing surface was rough because no processing was performed after the processing, and the residual stress had many parts which became tensile residual stress, and thus the fatigue life was shortened, and the evaluation was "NG" (defect).

No. 5는 비교예이며, 가공 후의 펀칭 구멍의 단면에 그라인딩 처리를 가하였으므로 표면의 평활성은 향상되어 있으나, 잔류 응력은 개선되어 있지 않기 때문에 피로 수명은 짧아지고 있어 평가는 「NG」(불량)이었다. No. 5 is a comparative example, and the grinding | polishing process was applied to the cross section of the punched hole after processing, but the smoothness of the surface was improved, but since the residual stress was not improved, fatigue life became short and evaluation was "NG" (defect).

No. 6은 비교예이며, 가공 후의 굽힘 가공부 표면에 쇼트피닝 처리를 가하였으므로 표면의 평활성도, 잔류 응력도 개선하고 있고, 피로 수명은 길어졌으나, 다른 부분에 대하여는 아무것도 하지 않은 것으로, 본 발명의 반 이하에 머물고 있어 평가는「NG」(불량)이었다. No. 6 is a comparative example. Since the shot peening treatment was applied to the surface of the bent portion after machining, the smoothness and residual stress of the surface were also improved, and the fatigue life was long, but nothing else was done. We stayed at and evaluation was "NG" (bad).

No.7은 휠·디스크재의 강도가 330N/mm2의 실시예이며, 굽힘 가공부의 표리면, 포개어지는 모서리 용접 이음부 모두 선단이 볼록형의 초음파 진동 단자를 사용하여 타격 처리를 실시하고, 펀칭 구멍 단면은 오목형의 초음파 진동 단자를 사용하여 타격 처리를 실시하였지만, 초음파 충격 처리를 실시한 강판 표면이 한층 더 평활화되고, 장수명을 얻을 수 있고 있어 평가는「OK」(양호)이었다.No.7 is an example of the strength of the wheel and disc material of 330 N / mm 2 , and the front and back edges of the bent portion and the overlapping edge welded joints are subjected to the impact treatment by using convex ultrasonic vibration terminals. Although the cross section performed the hitting process using the concave ultrasonic vibration terminal, the surface of the steel plate which performed the ultrasonic shock treatment was further smoothed and the long life was obtained, and evaluation was "OK" (good).

본 발명에 의하면, 자동차용 로드 휠, 풀리, 기어, 캐터필러의 동륜 등, 회전에 의하여 반복적으로 하중을 받는 포개어지는 모서리 용접 이음부, 냉간 굽힘 가공부, 펀칭 구멍의 표면에 초음파 진동 처리를 가함으로써 피로 강도가 우수한 회전체, 장수명 회전체를 제공할 수 있어, 산업상 유용한 현저한 효과를 가진다. According to the present invention, an ultrasonic vibration treatment is applied to the surfaces of overlapping edge welded joints, cold bends, and punched holes that are repeatedly loaded by rotation, such as automobile wheel wheels, pulleys, gears, and caterpillar driving wheels. It is possible to provide a rotating body excellent in fatigue strength and a long-life rotating body, which has a remarkable effect useful industrially.

Claims (7)

2장의 금속판을 서로 포개어 단부를 용접한 모서리 용접 이음부를 가지는 회전체로서, 그 포개어지는 모서리 용접 이음부의 지단부의 주위에, 초음파 충격 처리에 의하여 형성된 폭 1 내지 5 mm의 압흔을 가지고 그 초음파 충격 처리를 가한 지단부에 있어서의 지단 반경이 1mm 이상인 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 장수명 회전체. A rotor having an edge welded joint welded to an end by overlapping two metal plates with each other, the ultrasonic impact treatment having an indentation having a width of 1 to 5 mm formed by an ultrasonic shock treatment around the edge of the overlapped edge welded joint. A long life rotary body having excellent fatigue strength, characterized in that the edge radius at the edge portion to which the edge is applied is 1 mm or more. 이 때, 초음파 충격 처리란, 초음파 진동 단자에 의하여 금속판 표면을 타격하는 처리를 말한다. At this time, the ultrasonic shock treatment refers to a process of hitting the metal plate surface by the ultrasonic vibration terminal. 2장의 금속판을 서로 포개어 단부를 용접한 모서리 용접 이음부를 가지는 회전체로서, 그 모서리 용접 이음부의 루트부의 금속판 표면 또는 표리면에, 초음파 충격 처리에 의하여 형성된 폭 1 내지 5 mm의 압흔을 가지는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 장수명 회전체. A rotating body having an edge welded joint formed by superimposing two metal plates on each other and welding the ends thereof, wherein the metal plate surface or front and back surfaces of the root portion of the edge welded joint have indentations having a width of 1 to 5 mm formed by ultrasonic impact treatment. Long life rotating body with excellent fatigue strength. 금속판의 냉간 굽힘 가공부를 가지는 회전체로서, 그 냉간 굽힘 가공부의 인장측 표면에 초음파 충격 처리를 가함으로써, 그 인장측 표면의 표면 경도가 비처리부와 비교하여 10% 이상 증가되어 있고, 그 냉간 굽힘 가공부의 인장 잔류 응력이 인장 강도 50% 이하에서부터 압축의 범위인 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 장수명 회전체.A rotating body having a cold bent portion of a metal plate, by applying an ultrasonic impact treatment to the tensile side surface of the cold bent portion, the surface hardness of the tensile side surface is increased by 10% or more compared with the untreated portion, and the cold bend A long-life rotating body having excellent fatigue strength, characterized in that the tensile residual stress of the processed portion is in the range of 50% or less of tensile strength to compression. 금속판의 냉간 굽힘 가공부를 가지는 회전체로서, 그 냉간 굽힘 가공부의 압축측 표면에 초음파 충격 처리를 가함으로써, 그 압축측 표면이 중심선 평균 조도 Ra(JlS B 0601)로 10㎛ 이하로 평활화되고 있어 그 인장측 표면의 표면 경도가 비처리부와 비교하여 10% 이상 증가되어 있고, 그 냉간 굽힘 가공부의 인장 잔류 응력이 인장 강도 50% 이하에서부터 압축의 범위인 것을 특징으로 하는 피로강도가 우수한 장수명 회전체.A rotating body having a cold bent portion of a metal plate, by applying an ultrasonic impact treatment to the compressed side surface of the cold bent portion, the compressed side surface is smoothed to 10 μm or less with a centerline average roughness Ra (JlS B 0601). The surface hardness of the tension-side surface is increased by 10% or more compared with the untreated portion, and the tensile residual stress of the cold-bending portion is in the range of compression from 50% or less of tensile strength, and has excellent fatigue strength. 펀칭 구멍을 가지는 금속판의 회전체로서, 그 펀칭 구멍의 단면에 초음파 충격 처리를 가함으로써, 그 펀칭 구멍 단면의 표면 너치가 중심선 평균 조도 Ra로 10㎛ 이하로 평활화되어 있고 그 펀칭 구멍 단면에 경도 400 Hv 이상의 경화 조직이 없고, 그 펀칭 구멍 단면의 표면으로부터 발생한 200㎛ 이하의 미세한 균열이 원래 길이의 50% 이하의 깊이까지 편평화되어 있는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 장수명 회전체. A rotating body of a metal plate having a punching hole, by applying an ultrasonic impact treatment to the end face of the punching hole, the surface nits of the end face of the punching hole are smoothed to 10 µm or less at the center line average roughness Ra, and the hardness of the punching hole end face is 400 A long-life rotating body having excellent fatigue strength, wherein there is no hardened structure of Hv or more, and fine cracks of 200 µm or less generated from the surface of the punched hole cross section are flattened to a depth of 50% or less of the original length. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서 상기 금속판의 인장 강도가 400N/mm2 이상인 강재인 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 장수명 회전체.The long-life rotating body having excellent fatigue strength according to any one of claims 1 to 5, wherein the metal plate is a steel material having a tensile strength of 400 N / mm 2 or more. 포개어지는 모서리 용접 이음부, 냉간 굽힘 가공부, 및/또는 펀칭 가공부를 가지는 금속판제 회전체의 제조 방법에 있어서, 용접 이음부의 지단부, 루트부, 금속판의 냉간 가공부, 펀칭 가공부 등의 피처리부의 형상에 따른 핀의 선단이 볼록상 또는 오목상으로 된 초음파 진동 단자를 사용하여, 초음파 충격 처리를 가하는 것을 특징으로 하는 피로 강도가 우수한 장수명 회전체의 제조 방법. In the manufacturing method of the metal plate rotating body which has a superimposed edge weld joint part, a cold bending process part, and / or a punching process part, it is possible to avoid the edges, the root part, the cold work part of a metal plate, punching process part, etc. of a weld joint part. An ultrasonic shock treatment is applied using an ultrasonic vibration terminal whose tip of the pin according to the shape of the processing portion is convex or concave, so as to produce a long-life rotating body having excellent fatigue strength.
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