KR20070090229A - 심도 압연 롤러 헤드 - Google Patents

심도 압연 롤러 헤드 Download PDF

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KR20070090229A
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알프레드 하이만
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한스 놀텐
프랑크 리스터스
디터 슈투어스
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헤겐샤이트-엠에프데 게엠베하 운트 코. 카게
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    • B24B39/04—Burnishing machines or devices, i.e. requiring pressure members for compacting the surface zone; Accessories therefor designed for working external surfaces of revolution
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Abstract

본 발명은 차량 엔진에 내장된 크랭크축(1)의 메인 크랭크 핀 및 크랭크 핀(3, 4)의 베어링 시트를 각각 측방향으로 경계짓는 천이반경(28) 또는 리세스(recess)를 냉간압연하는 심도압연롤러헤드(10)에 관한 것이다. 이 장치에서 2개의 디스크형 및 실린더형 심도압연롤러(11, 12)는 각각 외경이 같고 거의 같은 폭을 가지며 서로 평행하며 심도압연롤러헤드(10)의 하우징(9) 내에서 서로 간격을 두고 배치되며 공동의 평행 회전축(18)을 중심으로 심도압연롤러헤드(10)의 하우징(9) 내에서 회전할 수 있도록 축받이가 되어 있다. 심도압연롤러(11, 12)는 각각 외부의 서로 반대편에 있는 바깥둘레(22) 상에서 회전하는, 둥근 그리고 각 심도압연롤러(11, 12)의 외경을 지정된 치수(24) 만큼 크게하는 돌출부(21)를 가지며 이는 동시에 심도압연롤러(11, 12)의 축방향 폭의 가장자리 부분 전반에 걸쳐 존재한다.
심도압연, 롤러헤드, 천이반경, 돌출부.

Description

심도 압연 롤러 헤드{BURNISHING ROLLER HEAD}
본 발명은 차량 엔진에 내장된 크랭크 축의 메인 크랭크 핀 및 크랭크 핀의 베어링 시트를 각각 측방향으로 경계짓는 천이 반경 또는 리세스(recess)를 냉간압연하는 심도 압연 롤러 헤드에 관한 것이다.
심도압연롤러헤드는 크랭크 축의 소위 분할 핀(split pin)형 크랭크핀을 압연하기 위하여 설계된다. 분할 핀형 크랭크 핀에서 힘든 공정은 크랭크 축의 두개의 서로 근접하는 크랭크 핀을 연결하는 필렛(fillet) 부분을 압연하는 데에 있다. 이러한 종류의 분할 핀형 크랭크 핀의 둘레를 압연공구로 압연하는 경우 압연공구가 둘레의 한 부분에서는 단지 한 편에서만 지지되며 연이은 부분에서는, 즉 필렛 부분(굴곡부)에서는 양측에서 지지된다. 심도압연롤러헤드는 분할 핀형 크랭크 핀을 압연할 수 있을 뿐만 아니라 보통 양측에서 천이반경 또는 리세스(recess)에 의해 경계지어진 크랭크 축의 메인 핀 및 핀을 압연하는 데에도 사용될 수 있다.
예를 들어 미국특허 US 5,445,003호에서 크랭크 축을 압연할 수 있는 압연공구가 알려져 있으며 이는 분할 핀형 크랭크 핀을 압연하기에 적합하다, 그 장치에서는 2개의 서로 지지하는 심도압연롤러헤드가 설계되어 있고 이들은 각각 단지 서로 반대편에서만 심도압연할 수 있다. 그러나 이 심도압연장치는 항상 단지 외부에 위치한 천이반경 또는 크랭크 핀의 리세스만 압연할 수 있다. 이것으로 필렛 범위는 가공할 수 없다.
이 문제로부터 본 발명의 목적이 유래하며 본 발명은 모든 종류의 크랭크 축의 메인 핀 또는 핀의 천이반경 및 리세스를 심도압연하기에 적합한 심도압연헤드를 제안한다. 특히 분할 핀 크랭크핀의 필렛 영역을 심도압연하기에 적합하다. 이 범위는 지금까지 범용 심도압연공구로 가공이 불가능하다.
이 문제는 하나의 심도압연롤러헤드에 의해 풀린다. 이 헤드는 2개의 디스크형- 또는 링디스크형- 그리고 실린더형 심도압연롤러를 내장하고 이 롤러들은 동일한 외부직경 및 거의 동일한 축방향 폭을 가진다. 그리고 이 롤러들은 서로 평행하게 또한 심도압연롤러헤드의 하우징 내에서 서로 간격을 두고 배치되어 있으며 공동의 수평한 회전축을 중심으로 회전할 수 있도록 축받이 되어 있고 또한 각각 외부의 서로 반대편에 있는 보더 상에 하나의 회전하는, 둥근 그리고 각 심도압연롤러의 외부직경을 지정된 치수만큼 크게하는 돌출부를 가진다. 그리고 이 돌출부는 심도압연롤러의 축방향 폭의 가장자리 가까운 부분까지 연장된다.
여기서 바깥둘레의 설계목적은, 리세스를 심도압연하는 경우 이미 존재하는 리세스 홈으로 들어가기 위함이거나, 또는 경계선 반경의 심도압연의 경우 반경에 홈을 압연하는 데에 있으며 이때 심도압연롤러는 맞물리는 또는 압연하는 동안 축방향 폭의 한 부분으로 베어링 시트상에 지지된다. 이때 심도압연롤러헤드는 그 자체 내에서 균형이 잡힌다. 이유는 분할 핀-크랭크핀을 심도압연 시, 심도압연롤러의 베어링 시트의 필렛에 경계하지 않은 구역의 바깥둘레 위에서 베어링 시트의 상대편 둘레의 홈으로 맞물리거나 또는 반경의 심도압연 시 거기에 하나의 홈을 만들어 이것에 의해 동시에 측방향으로 고정되기 때문이다. 이전에 기술한 바와 같이, 2개 심도압연롤러헤드가 서로 지지하는 기능은 본 경우에는 해당하지 않는다. 서로 접하며 단지 필렛을 통하여 서로 결합된, 분할 핀-크랭크핀의 핀과 같은 경우 기하학적인 이유로 인해 2개의 심도압연롤러헤드는 서로 인접하여 작동할 수 없다. 이 경우에 2개의 심도압연롤러헤드가 축방향으로 거리를 두고 반대 위치에 있는 배열이 유리하다. 여기서 심도압연력은 알려진 바와 같이 심도압연롤러헤드의 맞은 편에 있는 지지롤러에 의해 지지된다. 심도압연롤러헤드와 지지롤러헤드는 각가 하나의 심도압연공구를 구성한다.
심도압연롤러헤드와 양측 디스크형 심도압연롤러의 축방향 폭은 합쳐서 최대로 오일칼라에서 오일칼라까지의 베어링 시트의 폭에 상응한다.
양측 심도압연롤러의 축방향 유연성은 베어링 시트의 가공 공차에 맞추기 위해 유리하다.
심도압연롤러를 구성하는 2개 디스크 중에 하나는 한 측면에 돌출하는 링 프렌지를 가지고 반면에 다른 디스크는 한 측면에 돌출하는 실린더형 핀을 가지며 한 디스크의 링프렌지 그리고 다른 디스크의 핀이 각각 양측 심도압연롤러의 회전축에 대해 동심적으로 배치되는 경우 심도압연롤러헤드는 유리한 형상을 갖게 된다. 특히 조립된 심도압연롤러헤드 내에서 하나의 심도압연롤러의 실린더형 핀이 다른 심도압연롤러의 링프렌지에 거의 틈새 없이 삽입되도록 설계된다. 그러면 양측 심도압연롤러는 나사볼트 또는 핀으로 분해할 수 있도록 결합될 수 있고 또한 리벳을 사용하여 영구적으로 서로 결합될 수 있다.
양측 심도압연롤러를 각 바퀴통 범위에서 서로 연결함으로써 하나의 견고한 구조가 생기며 이는 간단한 방법으로 심도압연롤러헤드의 하우징 내에 축받이로 장착될 수 있다. 베어링은 링프렌지의 외부 둘레와 심도압연롤러헤드의 하우징 사이에 설계된다. 이로써 일종의 탠덤(Tandem)형 배치가 생기며 이는 보모차(Buggy)에서 사용되는 더블롤러와 비교적 동일하다. 베어링의 유형으로 마찰 베어링 및 구름 베어링이 역시 가능하다.
다르게는 심도압연롤러헤드가 양측 심도압연롤러를 링디스크로 구성하고 이 디스크는 심도압연롤러헤드의 하우징의 웨브에서 융기하는 핀 상에 축받이되게 할 수 도 있다.여기서 링디스크는 구름 베어링에 회전하도록 축받이가 될 수 있고 간단한, 알려진 기구로 베어링 핀에 지지될 수 있다.
심도압연롤러는 잘 알려진 바와 같이 각각 고강도의 특히 경화된 재료로 만들어 진다. 심도압연롤러의 베어링을 마찰 베어링으로 설계하는 경우 심도압연롤러헤드의 하우징 또는 심도압연롤러가 축받이된 하우징의 부분은 청동으로 제작된다.
심도압연롤러헤드의 양측 심도압연롤러는 메인 핀으로 향하는 경우 이하 외부 롤러로 칭하며, 분할 핀-크랭크핀의 근접한 핀으로 향하는 경우 이하 내부 롤러로 칭한다.
분할 핀-크랭크핀의 압연 과정에서 심도압연롤러헤드는 다음과 같이 적용될 수 있다:
1. 경우: 분할 핀-크랭크축의 분할 핀-크랭크핀에 2개의 외부 리세스 및 하나의 내부 리세스가 설계되며 이들은 분할 핀-크랭크핀의 양측 인접한 베어링 시트를 각각 측방향으로 고정한다. 외부 리세스는 지금부터 2개의 서로 지지하는 심도압연롤러에 의해 압연된다. 이 방법은 이미 US 5,445,003호에서 기술된 바와 같다. 이미 알려진 심도압연롤러헤드로 가능한 심도압연방향, 예로서 크랭크 축 방향에 35˚ 경사각은 지정된 피로강도에 도달할 수 있는 장점을 가진다. 이 경우에 있어서 발명에 의한 심도압연롤러헤드의 외부 심도압연롤러는 단지 가이드 역할만 하고 압연공정을 필렛 부분에 실행하지 않는다. 외부 심도압연롤러의 외부 라운딩 반경은 베어링 시트의 필렛부분을 건드리지 않는다. 이를 위해 외부 심도압연롤러의 외부직경은 필렛 압연시 적어도 내부 심도압연롤러의 침투깊이만큼 그리고 크랭크의 사전가공 시 내부 리세스의 해당 공차만큼 더 작게 제작된다. 분할 핀-크랭크핀의 다른 둘레 부분에서 외부 심도압연롤러는 외부 리세스에 놓인다. 이로써 심도압연롤러헤드가 올바른 축위치에 오도록 보장한다. 외부 심도압연롤러가 맞물리는 이 둘레 부분에서 심도압연롤러헤드에 작용하는 압연력이 감소하며 반면에 필렛부분에서는 압연에 적당한 압연력이, 예로서 10 kN, 작용한다.
2. 경우: 크랭크 축의 분할 핀-크랭크핀에 내부 및 외부 리세스가 설계되고 이들이 각 베어링 시트를 측방향으로 고정하고 있다. 이러한 리세스는 심도압연롤러헤드로 동시에 압연된다. 이를 위해 필렛이 존재하는 베어링 시트의 둘레 부분에서 압연력을 증가시킨다(예: 2배). 심도압연장치가 리세스들 사이의 상이한 깊이를 단지 소량만 보정할 수 있으므로 여기에 분할 핀-크랭크축의 사전가공시 높은 정밀도가 요구된다.
이 경우 양측 심도압연롤러의 외경이 동일하다.
다음에서 본 발명이 보기를 들어 자세히 설명된다.
각 도면들은 칫를 기입하지 않은 스케치 형태로 표시된다.
- 도 1 분할 핀-크랭크축의 투시도,
- 도 2 심도압연롤러헤드의 측면도,
- 도 3 도 2 의 심도압연롤러헤드를 자른선 III - III에서의 단면도,
- 도 4 심도압연롤러헤드의 구성 부품을 도시하는 도면,
- 도 5 분할 핀-크랭크핀의 천이반경을 심도압연하기 전의 상황을 나타내는 도면,
- 도 6 도 6과 같으나 2개의 조립된 심도압연롤러헤드를 가진 상황을 나타내는 도면,
- 도 7 심도압연 세부를 도시하는 도면.
** 도면 부호 **
1 분할 핀-크랭크축
2 분할 핀-크랭크핀
3 크랭크 핀
4 크랭크 핀
5 필렛
6 리세스
7 웨브
8 웨브
9 하위징
10 심도압연롤러헤드
11 심도압연롤러
12 심도압연롤러
13 공동 회전축
14 심도압연롤러 11의 측면
15 심도압연롤러 링 프렌지
16 심도압연롤러 12의 측면
17 실린더형 핀
18 나사볼트
19 보어
20 지지롤러
21 돌출부
22 바깥둘레
23 심도압연롤러헤드
24 둘레 증가
25 측단면
26 오일 칼라
27 웨브
28 천이 반경
29 외부 리세스
30 압연 홈
31 필렛의 오일 칼라
32 압연 홈
33,34 내부 바깥둘레
35 주회전축
36 베어링 시트
37 지지롤러헤드
38 원주 단면
39 원주 단면
도 1의 분할 핀(split-pin)-크랭크축은 하나의 분할 핀-크랭크핀(2)을 가지며 이는 다시 핀(3 및 4)로 구성되고 이 핀들은 다시 필렛(5)을 통하여 서로 결합되어 있다(파형 화살표로 표시됨). 측방향에서 양측 핀(3 및 4)은 웨브(7 및 8)와 인접하며 핀(4)과 웨브(8)의 경계선이 리세스(6)로 형성되어 있다. 도 1은 분할 핀-크랭크축(1)의 상황을 표시한다.
심도압연롤러헤드(10)의 하우징(9) 내에 2개의 디스크형 심도압연롤러(11 및 12)가 회전축(13)을 중심으로 회전할 수 있도록 축받이되어 있다.
측면(14)에서 심도압연롤러(12)의 실린더형 디스크는 링프렌지(15)를 가지며 이는 회전축(13)과 동심을 가진다. 링프렌지(15)에 상응하여, 심도압연롤러(11)의 실린더형 디스크의 해당 측면(16)에서 하나의 융기하는 실린더형 핀(17)이 존재하며 이는 마찬가지로 회전축(13)과 동심을 가진다. 조립된 심도압연롤러헤드(10) 내에서, 도 3의 단면에서 표시한 바와 같이, 실린더형 핀(17)이 내부에서 실린더형 플렌지(15) 안으로 삽입된다. 이 삽입은 매우 작은 공차를 요한다. 이러한 방법으로 조립된 심도압연롤러(11 및 12)는 마지막에 나사볼트(18)로 서로 조여진다.
다음의 보기로 든 형상에서는 심도압연롤러(11 및 12) 그리고 심도압연롤러헤드(10)의 하우징(9) 사이에 마찰 베어링이 설계되어 있다. 여기서 하우징(9)은 청동이며 보어(19)를 가진다. 링프렌지(15)가 외부면(35)과 더불어 보어(19) 안으로 삽입된다.
도 2와 도 3에서 표시된 바와 같이 핀(4)의 압연시 핀(4)은 보통 알려진 대로 지지롤러(20)에 의하여 지지된다. 2개의 지지롤러(20)는 하나의 지지롤러헤드에 함께 내장된다. 심도압연롤러헤드(10) 및 지지롤러헤드는 함께 심도압연장치를 구성한다.
도 4의 돌출부(21)는 양측 심도압연롤러(11 및 12)의 바깥둘레(22)의 형상을 암시한다. 양측 심도압연롤러(11 및 12)의 바깥둘레(22)의 형상은 동일하다.
도 5는 양측 핀(3 및 4)을 2개의 형상이 같은 심도압연롤러헤드(10 및 23)으로 압연하는 상황을 표시한다. 심도압연롤러(12)의 외부 바깥둘레(22)는 라운딩되 어 있으며 해당 심도압연롤러(11 및 12)의 각 디스크의 외경을 지정된 치수(24) 만큼 크게 한다. 바깥둘레(22)는 각 심도압연롤러(11 및 12)의 축방향 폭의 가장자리 부분(25)에 걸쳐 연장된다. 현 보기에서는 양측 심도압연롤러(11 및 12)가 각각 동일한 축방향 폭을 갖는다. 이는 반드시 필요한 것은 아니며 상이한 폭도 마찬가지로 가능하다. 심도압연롤러헤드(10 또는 23)의 전체 폭은 각 핀(3 또는 4)의 오일칼라(26)로부터 필렛(5)의 오일칼라(31)까지 이른다. 핀(3 또는 4) 사이의 오일칼라(26)를 지나 각 웨브(27)와 경계선으로서 외부 리세스(29)가 설계되어 있다. 심도압연시에 심도압연롤러(11 및 12)의 바깥둘레(22)는 각각 핀(3 및 4)의 외부 리세스(29) 안으로 들어간다. 치수(24)는 값 0 으로 줄어든다, 즉 축방향 폭의 대부분에서 심도압연롤러(11 및 12)는 해당 핀(3 및 4)의 베어링 시트(36)에 지지된다. 이는 도 5에서 볼 수 있다. 외부 리세스(29)로 삽입되는 외부 심도압연롤러(12)의 바깥둘레(22)는 외부 리세스(29)에서 압연깊이(32)를 해당 웨브(27)로 향하여 생성한다. 필렛(5)의 범위 내에 압연깊이(30)는 내부 바깥둘레(33 및 34)에 의하여 바깥둘레(22)에 상응하여 생성된다.
도 6은 하나의 심도압연기계(표시 안됨)를 표시하며 이 상황에서는 2개의 심도압연롤러헤드(10 및 23)이 크랭크축(1)의 인접하는 핀(3 및 4)의 외부 리세스를 가공한다. 심도압연롤러(11 및 12)는 크랭크축(1)의 주회전축(35)에 대하여 서로 180°를 이루며 위치한다. 각 심도압연롤러(11 및 12)에 대하여 2개의 지지롤러(20)가 마주놓이며 이들은 각각 지지롤러헤드(37) 내에 배치된다. 단면이기 때문에 음영선으로 표시된 필렛(5)의 바깥둘레부분(38)은 내부 심도압연롤러의 바깥둘 레(33)에 의하여 가공된다. 반면에 바깥둘레부분(39)은 내부 심도압연롤러(11)의 바깥둘레부분(34)에 의하여 도 6의 좌측 부분으로 가공된다.
도 7은 단지 심도압연롤러헤드(10 또는 23) 중 하나만 관찰할 경우를 나타낸다. 축방향 폭(37) 내에서 심도압연롤러헤드(23)는 베어링 시트(36) 및 분할 핀-크랭크핀(3 및 4)의 리세스(28)의 축방향 폭(38) 위에 있다. 필렛(5)의 리세스(39)는 분할 핀-크랭크핀(3 및 4)의 압연시 항상 함께 압연된다.

Claims (6)

  1. 차량 엔진에 내장된 크랭크 축(1)의 메인 크랭크 핀 및 크랭크핀(3, 4)의 베어링 시트(36)를 축방향으로 경계짓는 천이반경(28) 또는 리세스(recess)를 냉간압연하는 심도압연롤러헤드(10, 23)로서, - 2개의 디스크- 또는 링 디스크형 그리고 실린더형 심도압연롤러(11, 12)를 가지며, 이들은 동일한 외부직경 및 거의 동일한 축방향 폭을 가지고,
    - 심도압연롤러헤드(10)의 하우징(9) 내에서 서로 평행하고 간격을 유지하며,
    - 심도압연롤러헤드(10)의 하우징(9) 내에서 공동의 평행 회전축(13)을 중심으로 회전하도록 축받이 되었으며
    - 각각 그들의 외부적, 서로 등을 돌린 윤곽선(22) 상에서 하나의 회전하는, 둥근 그리고 각각의 심도압연롤러(11, 12)의 외부직경을 지정된 치수만큼 크게하는 돌출부(21)를 가지고, 이는 동시에 심도압연롤러(11, 12)의 축방향 폭의 가장자리 위로 연장되는 것을 특징으로 하는 심도압연롤러헤드.
  2. 제1항에 있어서, 양측 심도압연롤러(11, 12)의 외부 윤곽선(22)의 축방향 간격(37)은 베어링 시트(36)의 축방향 폭(38)에 일치하며, 베어링 시트를 측방향으로 경계짓는 천이반경(28) 또는 크랭크축(1)의 메인 핀 또는 핀(3, 4)의 리세스의 축방향 폭(38)에 일치하는 것을 특징으로 하는 심도압연롤러헤드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 양측 심도압연롤러(11, 12) 중 하나는 측면(14)에 하나의 융기하는 링 프렌지(15)를 가지고 반면에
    - 다른 심도압연롤러(11, 12)는 측면(16)에 하나의 융기하는 실린더형 핀(17)을 가지며
    - 심도압연롤러(11, 12) 중 하나의 링 프렌지(15) 그리고 다른 심도압연롤러(11, 12)의 실린더형 핀(17)은 각각 양측 심도압연롤러(11, 12)의 공동 회전축(13)에 동심을 갖도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 심도압연롤러헤드.
  4. 제3항에 있어서, 조립된 심도압연롤러헤드(10) 내에서 심도압연롤러(11, 12) 중 하나의 실린더형 핀(17)이 다른 심도압연롤러(11, 12)의 링 프렌지(15) 안으로 거의 틈새 없이 삽입되는 것을 특징으로 하는 심도압연롤러헤드.
  5. 제4항에 있어서, 양측 심도압연롤러(11, 12)는 나사 볼트(18), 핀 또는 리벳에 의해 풀릴 수 있으며 또한 지속적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 심도압연롤러헤드.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 심도압연롤러(11, 12)가 심도압연롤러헤드(10)의 하우징(9) 내에서 심도압연롤러(11, 12) 중 하나의 링 프렌 지(15)의 외부 둘레(35) 위에 회전할 수 있도록 축받이 되어 있는 것을 특징으로 하는 심도압연롤러헤드.
KR1020077015301A 2007-07-03 2004-12-04 심도 압연 롤러 헤드 KR20070090229A (ko)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20120000101A (ko) * 2009-03-25 2012-01-03 헤겐샤이트-엠에프데 게엠베하 운트 코. 카게 하우징에 탈착 가능하게 부착된 딥 롤링 공구의 가공롤러

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20120000101A (ko) * 2009-03-25 2012-01-03 헤겐샤이트-엠에프데 게엠베하 운트 코. 카게 하우징에 탈착 가능하게 부착된 딥 롤링 공구의 가공롤러

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