KR20070021163A - 내구 강도, 특히 크랭크 축의 굽힘 강도 및 비틀림 강도를증가시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그루브, 보어 입구부, 단면 변이 영역처럼 큰 부하가 가해지는 영역에서 국부적으로 제한된 햄머링에 의한 크랭크 축의 굽힘 강도 및 내구 강도를 증가시키기 위한 방법에 관한 것이며, 이러한 방법의 경우 압력 충격 장치 또는 타격 공구를 포함하는 타격 기계가 제공된다. 타격 공구와 가공될 크랭크 축 세그먼트 사이에서 압축 응력이 가해질 때, 압력 충격 장치 또는 타격 기계는 가공될 크랭크 축 세그먼트의 표면에 대향하여 단지 상대적인 운동만을 수행한다. 본 발명은 또한 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 장치에 관한 것이다.

크랭크 축, 내구 강도, 굽힙 강도, 비틀림 강도, 압력 충격 장치

Description

내구 강도, 특히 크랭크 축의 굽힘 강도 및 비틀림 강도를 증가시키기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR INCREASING THE ENDURANCE LIMIT, IN PARTICULAR THE BENDING STRENGTH AND TORSIONAL STRENGTH OF CRANKSHAFTS}

본 발명은 타격 공구를 통해 크랭크 축에 고유 압축 응력을 가하는 타격 기계 또는 압력 충격 장치에 의해 그루브, 보어 입구부 및 단면 변이 영역처럼 큰 부하가 가해지는 영역의 국부적인 햄머링에 의한 크랭크 축, 특히 큰 크랭크축의 내구 강도, 특히 굽힘 강도 및 비틀림 강도를 증가시키기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 장치에 관한 것이다.

이러한 형태의 방법 및 장치는 제 DE 34 38 742 C2호에 공지되어 있다.

국부적인 햄머링이 가해지는 동안 전단 응력의 불리한 발생을 방지하기 위해, 충격을 발생시키는 본체와 공작물 표면 사이의 압력 충격 작용의 시점에서 충격 방향에 대하여 횡방향으로 상대적인 운동이 발생되지 않도록 제안된다. 이러한 목적을 위해 타격 공구를 통해 고유 압축 응력이 가해지는 동안 이송은 단계적으로 발생되어야 한다.

본 발명은, 특히 내구 강도, 특히 굽힘 강도 및 비틀림 강도를 증가시키면서, 도입부에서 언급한 방법을 특히 효율성 측면에서 개선하는데 목적이 있다.

본 발명에 따라, 이러한 과제는 타격 공구와 가공될 크랭크 축 세그먼트 사이에서 압축 응력이 가해질 때, 압력 충격 장치 또는 타격 기계가 크랭크 축 세그먼트의 표면에 대하여 수직인 평면에서 단지 상대적인 운동만을 수행함으로써 해결된다.

본 발명에 따른 방법의 경우에, 종래 기술에서처럼 전단 응력은 완전 제거되지 않더라도 대부분 제거된다. 이는 특히, 작업이 진행되는 동안 크랭크 축이 연속적으로 회전될 때, 가공될 크랭크 축 세그먼트를 타격 공구가 가격함으로써 고유 압축 응력이 가해지는 동안, 크랭크 축에 타격 공구가 작용하는 시간 동안 크랭크 축의 회전 운동이 정지되는 경우이다.

이렇게 될 수 있도록, 본 발명의 매우 바람직한 형태로 크랭크 축의 회전 운동이 반드시 정지되도록 타격 공구의 작동 시간 및 타격 압력이 선택되는 것이 제공될 수 있다.

종래 기술과는 다르게, 이러한 방법으로 본 방법은 크랭크 축을 위한 연속적인 구동에 의해 작동되며, 이를 통해 본 발명에 따른 장치는 상응하는 간단한 방법으로 설계될 수 있다.

또한, 크랭크 축 및 이와 연동하여 결합된 변속기 같은 부품들의 회전 구동이 손상없이 적용된 "강제 정지"를 발생시키도록, 타격 주파수 및 타격 압력 또는 타격 힘이 선택되는 것이 필요하다.

실제로 "강제 정지"를 통해 전체 구동 시스템은 스프링처럼 인장되며, 이러한 스프링은 다시 인장이 풀리고 회전 운동은 크랭크 축을 위해 상응하게 다시 사용된다.

실제로 바람직한 타격 주파수는 0.1 Hz와 20 Hz 사이, 바람직하게는 1 Hz와 10 Hz 사이, 더욱 바람직하게는 3 Hz와 6 Hz 사이에 나타난다. 타격 압력은 작동에 따라 10 bar와 300 bar, 바람직하게는 30 bar와 130 bar, 더욱 바람직하게는 50 bar와 120 bar 사이의 압력을 가져야한다.

상기 언급한 값들을 통해 본 발명에 따른 방법은 실제로 최적화된 방법으로 실행된다.

가공될 크랭크 축 세그먼트 영역에서의 온도는 65℃ 이상에 놓이면 안되며, 바람직하게는 12 ℃와 25 ℃ 사이의 값이 된다.

본 발명에 따른 방법은 이미 이전에 다른 방법을 통해 크랭크 축의 내구 특성을 향상시키기 위해 가공되었던 크랭크 축에 사용될 수 있다. 그러므로 예를 들어 유도 경화를 통해 이미 가공된 크랭크 축도 본 발명에 따른 방법을 사용하는 고유 압축 응력을 가함으로써 크랭크 축의 굽힘 강도 및 내구 강도에 대해 다시 소급하여 향상될 수 있다.

일반적으로 구 형태를 갖는 타격 공구를 통해 고유 압축 응력을 가함으로써, 재료 팽창으로 인해 부하를 받지 않고도 표면 균열이 발생할 수 있는 것이 실제로 발견되었다. 일반적으로 이러한 균열은 더 이상 확장되지 않으며, 또한 내구 강도 특성에 대하여서도 심각하지는 않지만, 적어도 시각적인 외관을 해친다. 본 발명에 따른 개선에서, 고유 압축 응력이 타격 공구에 의해 가해진 이후에 가공될 크랭크 축 세그먼트의 표면 기계 가공 처리를 통해 표면 근처의 고유 압축 응력이 감소되고, 표면에서의 변형 균열이 제거될 수 있다.

15 mm 이상의 깊이까지 고유 압축 응력이 가해질 수 있기 때문에, 이는 표면 영역에서 재료의 수 mm는 예를 들어, 0.3 mm 내지 2 mm, 바람직하게는 0.5 mm는 크랭크 축의 굽힘 강도 또는 내구 강도에 결정적으로 불리하게 작용하지 않고 제거될 수 있다는 것을 의미한다.

표면 제거는 예를 들어 연삭 가공, 선삭 가공 또는 밀링 가공에 의한 것처럼 다양한 방법으로 실행될 수 있다.

특히 큰 크랭크 축의 경우 소위 현수선 형태가 그루브 반경을 위해 자주 선택된다. 부하 응력을 비교적 작게 유지하기 위하여, 매우 큰 변이부 반경 자주 요구되며, 다른 한편으로는 가능하면 넓은 작동 면을 얻기 위하여 변이부에서 작동 면으로 비교적 작은 반경이 요구된다.

현수선 형태로의 기술적으로 의미있는 고유 압축 응력의 도입은 실제로 지금까지 문제점이 있었다.

본 발명에 따라, 개선 형태에서 상기 문제점을 해결하기 위하여, 현수선 형태인 가공될 크랭크 축 세그먼트의 개선 형태의 경우, 초기 윤곽 형상인 연속적인 변이부 반경은 타격 공구를 통한 고유 압축 응력이 가해짐으로써 압축되며, 변이부 반경은 그 다음 표면 제거 방법에 의한 현수선 형태로서 요구된 최종 윤곽으로 가공되는 것이 제공된다.

이는 초기 윤곽이, 큰 변이부 반경과 상응하는 연속적인 변이부 반경을 구비하는 것을 의미한다. 이러한 반경은 타격 공구의 타격 강도에 의해 압축되며, 변이부 반경은 상응하는 큰 변이부 반경을 가지며 변이부에서 작동면으로 상당히 작은 반경을 갖는 현수선 형태의 필요한 최종 윤곽으로 가공된다.

이러한 작업은 동일한 방법으로 균열을 제거 또는 방지하기 위한 표면 가공 같은, 예를 들어 연삭 가공, 선삭 가공 또는 밀링 가공에 의해 실행될 수 있다.

이에 대한 대안으로써, 가공될 크랭크 축 세그먼트의 실시 형태의 경우에, 타격 공구의 현수선 형태는 크랭크 축의 종 방향으로 연장되는 평면에 형성되는 반면, 예를 들어, 구 형태는 종방향에 대하여 수직인 평면에 형성되는 것이 제공될 수 있다.

따라서, 타격 영역에서 더 이상 일반적인 구 형태를 갖지 않는 이러한 형태의 타격 공구에 의해 윤곽 형태는 작업 과정에서 압축되고 이를 통해 추가 기계 가공없이 제작될 수 있다.

타격 기계당 두 개의 타격 공구 대신, 압력 충격 장치 또는 타격 기계는 타격 방향으로 그들의 종축과 각각 정렬되며, 부속된 압력 충격 장치 또는 타격 기계에 배치된 각각 오직 하나의 타격 공구에 의해 고유 압축 응력이 가해지는 것이 제공될 수 있다.

이러한 실시 형태를 통해 모든 타격 영역에서 가공될 크랭크 축 세그먼트와의 선형 접촉이 유지된다.

본 발명에 따른 방법은 크랭크 축의 굽힘 강성 및 내구 강도를 증가시키기 위해 사용될 수 있는 것만이 아니라, 또한 바람직한 방법으로 긴 부품, 특히 크랭크 축을 조정하기 위해 사용될 수 있다. 이때 고유 압축 응력은 상응하게 구부러진 크랭크 축을 일직선으로 만들기 위해 타격 공구를 사용하는 본 발명에 따른 방법에 의해 국부적으로 제한된 형태로 도입된다. 이를 위해 타격 공구는 오직 적절한 위치에 배치되어야 한다. 공지된 조절 방법과는 다르게 이러한 본 발명에 따른 방법은 내구 강도에 부정적인 영향을 주지 않는다. 반대로, 본 발명에 따른 방법의 부가적인 효과는 크랭크 축 또는 긴 부품의 내구 강도에 역시 긍정적인 영향이 있다는 것이다.

비록 본 발명에 따른 방법이 크랭크 축의 가공을 위해서 설명되었지만 기본적으로 예를 들어, 콤프레서 축, 편심축 또는 크로스 링크 축과 같은 다른 긴 부품들에도 또한 적합하다. 기본적으로, 본 발명은 특히 동적인 부하를 받는 모든 부품들에 관한 것이다.

다음에는 본 발명의 실시예가 도면을 통해 원칙적으로 설명된다.

도1은 본 방법을 실행시키기 위한 장치의 전체도이다.

도2는 압력 충격 기계가 도1의 상세부(A)에 따라 확대되어 도시된 확대도이다.

도3은 도2에 따른 압력 충격 기계를 도시하기 위해 축 방향으로 선(III-III)을 따라 크랭크 축을 절단한 단면도이다.

도4는 현수선 형태인 타격 공구의 측면도이다.

도5는 축방향(도4의 화살표 방향 A)으로 본 타격 공구의 도면이다.

도6은 단지 하나의 타격 공구를 갖는 압력 충격 기계를 도시한 부분 단면도이다.

도1에 전체도로 도시된 장치는 기본적으로 구조상 복수의 압력 충격 기계(1)를 갖는 제 DE 34 38 742 C2호에 따른 장치와 상응하며, 이로 인해 다음에서는 단지 주요 부분 및 종래 기술과 상이한 점에 대해서만 상술된다.

장치는 작업편, 즉 크랭크 축(4)이 회전되도록 베드부(2) 및 변속기(3')를 갖는 기어 박스(3)를 포함한다. 기어 박스(3) 및 변속기(3')로부터 멀리 떨어진 단부에 크랭크 축(4)이 지지부(5)에 회전 가능하게 수용된다.

구동부(6)는 척(chuck)에 수용된 크랭크 축(4)의 변속기(3')를 통한 연속적인 회전 운동을 보장한다.

다음에 설명된 압력 충격 기계(1, 도면에 두 개가 도시됨)는 각각 이동- 및 조정 장치에 크랭크 축(4)의 위치 및 길이에 일치하도록 조정 가능하게 고정된다.

도2에는 압력 충격 기계(1)의 구조가 더 자세히 도시된다. 상기 기계는, 가공될 크랭크 축 세그먼트의 반경과 상응하는 다면 접촉 장치(11)를 구비한 기본체(10)를 포함하며, 두 개의 앤빌(13)을 그 지지 평면 상에 유지하면서 크랭크 축(4)의 치수 관계와 부합하기 위해 요구되는 바와 같이 볼트(15)를 중심으로 지지각에서 상응하는 자유도를 그들에게 제공하는 안내부(12)를 갖는다. 두 개의 앤빌(13)의 전방 단부에 각각 하나의 구형체가 타격 공구(14)로서 배치된다. 중간 부품(16)은 타격 에너지를 앤빌(13)에 전달하는 볼트(15)와 타격 피스톤(17) 사이 의 연결을 제공한다.

타격의 효율성을 향상시키기 위하여 기본체(10)의 대향면에 인장 프리즘(18)이 스프링(19)을 통해 조절 가능한 조임 볼트(20) 및 조임 너트(21)에 의해 고정된다.

필요하다면, 중심 설정되어, 그리고 경우에 따라서는 편심 설정되어 작동되는 모든 부분들은 가공될 크랭크 축(4)의 길이 상에 복수의 압력 충격 기계(1)의 배치를 통해 동시에 가공될 수 있다.

구동부(6) 및 변속기(3')는 크랭크 축(4)의 연속적인 회전 운동에 영향을 주도록 설계된다. 그러나 타격 공구(14)가 크랭크 축(4)을 타격하자마자 회전 운동은 반드시 중단되고, 타격 공구(14)의 타격 주기 동안 높은 타격 강도로 인해 크랭크 축(4)은 정지된다. 이를 통해 변속기(3')에 확실하게 응력이 형성되지만, 상호 작동시 특수한 변속 커플링 및 특수하게 부합된 변속기 유극으로 인해 변속기는 전혀 손상되지 않는다. 작업은 바람직하게는 3 Hz 내지 6 Hz 의 타격 주파수 및 50 bar 내지 120 bar의 압력 힘으로 실행된다.

균열을 방지 또는 감소시키기 위하여, 크랭크 축(4)은 가공된 크랭크 축 세그먼트로부터 필요하다면 연삭 공구, 밀링 공구 또는 선삭 공구에 의해 1.5 mm 깊이까지 제거될 수 있다.

도4 및 도5는 반경 변이부를 현수선 형태로 강화시키기 위한 현수선 형태를 갖는 타격 공구(14')를 도시한다. 도면에 나타나듯이 타격 공구(14')는 크랭크 축(4)의 종방향으로 두 개의 상이한 반경, 즉 큰 반경(Ry), 예를 들어 17 mm의 반 경과 작은 반경(Rx), 예를 들어 8 mm의 반경을 갖는다. 작은 반경(Rx)은 변이부 반경을 작동 표면으로 도시한다. 도5에서 보듯이, 타격 공구(14')는 자신의 현수선 형태의 방향에 대하여 수직 방향으로, 즉 크랭크 축(4)의 종축에 대하여 횡으로 구형 반경(Rz)을 갖는다.

도6은 단지 하나의 타격 공구(14)를 구비한 압력 충격 기계(1')를 도시한다. 이러한 경우, 압력 충격 기계(1')는 크랭크 축(4)에 대하여 비스듬하게 위치되며, 정확히 말하면, 타격 공구(14)가 압력 충격 기계(1')의 종축에 대하여 동축에 배열되며, 가공될 크랭크 축 세그먼트의 영역을 수직으로 타격하는 방식으로 위치된다. 이러한 경우에 비록 각각 단지 하나의 크랭크 축 세그먼트만이 가공되지만, 다른 한편으로는 압력 충격 기계(1')의 설계 형상 및 힘 전달은 이러한 목적을 위해 더 향상되고 더 간단해진다. 추가로, 보어 입구부는 이러한 공구에 의해 수직으로 강화될 수 있다.

특히 바람직하게도, 이러한 실시 형태는 단부 영역 및 오일 보어 단부 같은 비대칭 크랭크 축 세그먼트에 사용하기 위한 것으로 입증된다; 그러나, 그 외의 부품, 특히 세그먼트에 고유 압축 응력이 이러한 세그먼트와 비대칭으로 생성될 수 있다.

Claims (20)

1. 타격 공구를 통해 크랭크 축에 고유 압축 응력을 가하는 타격 기계 또는 압력 충격 장치에 의해 그루브, 보어 입구부 및 단면 변이 영역과 같은 큰 부하가 가해지는 영역의 국부적인 햄머링에 의한 크랭크 축, 특히 큰 크랭크축의 내구 강도, 특히 굽힘 강도 및 비틀림 강도를 증가시키기 위한 방법에 있어서,

   압력 충격 장치 또는 타격 기계(1)는 타격 공구(14)와 가공될 크랭크 축 세그먼트 사이에서 압축 응력이 가해질 때, 크랭크 축 세그먼트의 표면에 대하여 수직인 평면에서 단지 상대적인 운동만을 수행하며, 크랭크 축(4)은 작업이 진행되는 동안 연속적으로 회전되고, 고유 압축 응력이 가해지는 동안 타격 공구(14)가 가공될 크랭크 축 세그먼트를 가격할 때, 크랭크 축(4)의 회전 운동이 반드시 정지되도록 타격 공구(14)의 작동 시간 및 타격 압력이 선택되는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 타격 공구(14)의 타격 주파수는 0.1 Hz와 20 Hz 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
3. 제2항에 있어서, 타격 공구(14)의 타격 주파수는 1 Hz와 10 Hz 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
4. 제3항에 있어서, 타격 공구(14)의 타격 주파수는 3 Hz와 6 Hz 사이의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
5. 제1항에 있어서, 타격 공구(14)의 타격 압력은 10 bar와 300 bar 사이에 놓이는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
6. 제5항에 있어서, 타격 공구(14)의 타격 압력은 30 bar와 130 bar 사이에 놓이는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
7. 제6항에 있어서, 타격 공구(14)의 타격 압력은 50 bar와 110 bar 사이에 놓이는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 가공될 크랭크 축 세그먼트의 영역에서 온도는 65℃ 이하인 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
9. 제8항에 있어서, 가공될 크랭크 축 세그먼트의 영역에서 온도는 12℃와 25℃ 사이인 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
10. 제1항에 있어서, 고유 압축 응력은 내구 강도 특성을 향상시키기 위한 방법 을 통해 이전에 이미 가공 처리된 크랭크 축(4)에 타격 공구(14)에 의해 가해지는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
11. 제10항에 있어서, 고유 압축 응력은 크랭크 축(4)의 유도 경화 이후에 타격 공구(14)에 의해 가해지는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 고유 압축 응력이 타격 공구(14)에 의해 가해진 이후에, 표면 근처의 고유 압축 응력은 가공될 크랭크 축 세그먼트의 표면 기계 가공 처리를 통해 감소되는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
13. 제12항에 있어서, 가공된 크랭크 축 세그먼트의 표면은 3 mm까지 제거되는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
14. 제13항에 있어서, 가공된 크랭크 축 세그먼트의 표면은 0.3 mm와 2 mm 사이만큼 제거되는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
15. 제12항, 제13항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 제거는 연삭 가공, 선 삭 가공 또는 밀링 가공에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 현수선 형태인 가공될 크랭크 축 세그먼트의 개선 형태의 경우에, 초기 윤곽 형상인 연속적인 변이부 반경은 타격 공구(14')를 통한 고유 압축 응력이 가해짐으로써 압축되며, 그 다음 변이부 반경은 표면 제거 방법에 의해 현수선 형태로서 요구된 최종 윤곽으로 가공되는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 현수선 형태인 가공될 크랭크 축 세그먼트의 개선 형태의 경우에, 타격 공구(14)는 원하는 현수선 형태를 구비하는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
18. 제17항에 있어서, 타격 공구(14)의 현수선 형태는 크랭크 축(4)의 종 방향으로 연장되는 평면에 형성되는 반면, 구 형태는 종방향에 대하여 수직인 평면에 형성되는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 충격 장치 또는 타격 기계(1)는 타격 방향으로 그 종방향 축과 각각 정렬되며, 각각의 경우에 고유 압축 응력은 부속된 압력 충격 장치 또는 타격 기계(1)에 배치된 단지 하나의 타격 공 구(14)에 의해 고유 압축 응력이 가해지는 것을 특징으로 하는 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 방법.
20. 타격 공구 및 크랭크 축을 회전시키기 위한 변속기를 구비하는 타격 기계 또는 압력 충격 장치에 의한 제1항 내지 제19항에 따른 방법을 실행시키기 위한 크랭크 축의 내구 강도를 증가시키기 위한 장치에 있어서,

    변속기(3')는 크랭크 축(4)의 회전 운동을 위한 연속적인 구동부(6)를 구비하며, 구동 시스템은 스프링 형태로 인장될 수 있는 것을 특징으로 하는 크랭크 축으 내구 강도를 증가시키기 위한 장치.

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