KR20070120981A

KR20070120981A - 지그

Info

Publication number: KR20070120981A
Application number: KR1020077023038A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 오치아이; 미쓰토시 와타나베; 다카시 후루카와
Original assignee: 가부시키가이샤 아이에이치아이
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2006-03-08
Publication date: 2007-12-26
Also published as: TW200702108A; US8128078B2; JP4929156B2; WO2006095767A1; BRPI0607479B1; EP1867436B1; CN101146652B; US20090267279A1; CA2600104A1; CA2600104C; JPWO2006095767A1; CN101146652A; TWI331069B; EP1867436A1; RU2364498C2; EP1867436A4; RU2007137116A; BRPI0607479A2

Abstract

대상물을 고정하기 위한 지그는, 대상물을 지지하도록 구성된 지지면을 포함하는 지지 블록과, 상기 지지면을 피복하도록 방전 퇴적된, 세라믹을 포함하는 피막과, 상기 지지 블록과 협동하여 상기 대상물을 고정할 수 있도록 구성된 고정 부재를 포함한다.

방전 퇴적, 방전 가공기, 클램프 바, 베이스 스탠드, 초경합금

Description

지그{JIG}

본 발명은, 기계 부품에 가공이나 검사 등의 처리를 행할 때에 기계 부품을 고정하기 위한 지그에 관한 것이다.

가스 터빈 엔진의 부품 등의 기계 부품은 가공이나 검사를 행하기 위해 자주 고정되고는 한다. 고정을 위한 지그는 복수의 지지 블록을 구비하고 있고, 기계 부품과의 압착에 의한 마모나 변형을 방지하기 위해 소위 초경합금(hard metal)으로 이루어지는 지지부가 지지 블록에 납땜되어 있다. 이 지지부는 통상 흔들림을 억제하기 위한 복수의 홈이 형성되어 있다.

상기 지지부는, 초경합금으로 이루어져 있기 때문에, 자신의 마모나 변형을 효과적으로 억제하지만, 기계 부품에 스크래치 또는 변형 등의 손상을 주기 쉽다. 또한, 초경합금은 스틸 등에 비해 현저하게 고가이고, 또한 스틸 등과의 납땜에서는 기술적인 어려움이 있으므로, 비용과 기술적 어려움의 측면에서 선호되지 않을 수도 있다.

본 발명은, 초경합금에 의하지 않고서도 효과적으로 대상물의 흔들림을 억제하고, 또한 적은 마모나 변형으로 대상물을 고정하기 위한 지그를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 특징에 의하면, 대상물을 고정하기 위한 지그는, 대상물을 지지하도록 구성된 지지면을 포함하는 지지 블록과, 상기 지지면을 피복하도록 방전 퇴적(discharge-deposition)된, 세라믹을 포함하는 피막과, 상기 지지 블록과 협동하여 상기 대상물을 고정하도록 구성된 고정 부재를 포함한다.

바람직하게는, 상기 피막은 Ra에서 0.4㎛ 이상 3.2㎛ 이하의 표면 거칠기를 가진다. 또한, 바람직하게는, 상기 피막은 티타늄 카바이드, 실리콘 카바이드 및 텅스텐 카바이드로 본질적으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 재료로 구성된다. 또한, 바람직하게는, 상기 피막은, 상기 지지 블록을 워크피스(workpiece)로 하고, 티타늄 카바이드로 본질적으로 이루어진 전극으로부터 상기 지지면에 방전 퇴적함으로써 형성된다. 또는, 바람직하게는, 상기 피막은, 상기 지지 블록을 워크피스로 하고, 실리콘으로 본질적으로 이루어진 전극으로부터 상기 지지면에 오일 내에서 방전 퇴적함으로써 형성된다. 더욱 바람직하게는, 상기 피막은 상기 지지면에게만 형성된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지그의 사시도이다.

도 2는 도 1의 화살표 I 방향에서 본 도면이다.

도 3은 제1 보호 박막을 형성하는 공정을 설명하는 도면이다.

도 4는 융합부의 두께와 박막의 밀착 강도의 관계를 나타내는 도면이다.

도 5는 융합부의 두께와 대상물의 변형의 관계를 나타내는 도면이다.

본 명세서와 청구범위를 통해 몇 가지의 용어를 다음과 같이 정의하여 사용한다. 「방전 퇴적」이라는 표현은, 방전 가공기에서의 방전을 워크피스의 가공 대신에 전극의 손모(損耗)에 이용하여, 전극의 소재, 또는 전극의 소재와 가공액이나 가공 기체와의 반응 생성물을 워크피스 상에 퇴적하게 하는 것으로 정의하여 사용한다. 또한, 「방전 퇴적한다」라는 표현은 「방전 퇴적」의 타동사로서 정의하여 사용한다. 또한, 「∼로 본질적으로 이루어진다」라는 표현은 반폐쇄적으로 성분을 규정하는 것을 의미한다. 즉, 발명의 기초적 및 신규한 성질에 실질적으로 영향을 주는 규정되어 있지 않은 성분은 배제하지만, 실질적으로 영향을 주지 않는 불순물 등의 성분을 포함하는 것을 허용하는 것으로서 정의하여 사용한다.

본 발명의 각각의 실시예에서는 방전 가공기(그 대부분은 도시하지 않음)에 의한 방전 퇴적을 이용한다. 방전 퇴적에서는, 대상물을 방전 가공기의 워크피스로서 방전 가공기에 세트하고, 상기 대상물을 가공조(processing bath) 내에서 전극에 근접하여 대향시킨다. 여기서, 통상의 방전 가공의 경우에는, 외부 전원으로부터 펄스형의 전류를 공급함으로써, 워크피스와 전극의 사이에 펄스형의 방전을 발생시켜 워크피스를 손모시키고, 이에 의해 워크피스는 전극의 선단과 상보적인 형상으로 가공된다. 그러나, 본 발명에 따른 방전 퇴적에서는, 워크피스를 손모시키는 대신 전극을 손모시키고, 전극의 소재, 또는 전극의 소재와 가공액이나 가공 기체의 반응 생성물을 워크피스 상에 퇴적시킨다. 퇴적물은 워크피스 상에 부착될 뿐만 아니라, 방전의 에너지를 일부 이용하여, 퇴적물과 워크피스의 사이 및 퇴적 물의 입자 상호 간에 확산 또는 용착 등의 현상을 동시에 발생시킬 수 있다.

본 발명의 일실시예를 도 1 내지 도 5를 참조하여 이하에 설명한다. 도면 내에서, 「FF」로 표시된 화살표는 전방을 나타내고, 「FR」은 후방을 나타내며, 「L」은 좌측을 나타내고, 「R」은 우측을 나타내고 있다. 또한, 도 2에서 원으로 둘러싸인 크로스는 지면(紙面)의 뒤를 향하는 화살표를 의미하고, 원으로 둘러싸인 점(⊙)은 지면의 앞을 향하는 화살표를 의미한다.

이하의 설명은 가스 터빈 엔진의 엔진 부품의 하나인 날개 부품을 지그에 고정하는 대상물로 하는 경우를 예시한다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일실시예와 관련되는 지그 U는 날개 부품(3)을 소정 위치에 고정한다. 여기서, 날개 부품(3)은, 날개(5)와, 날개(5)의 선단에 일체로 형성된 쉬라우드(shroud)(7)와, 날개(5)의 기단에 일체로 형성된 플랫폼(9)과, 플랫폼(9)에 일체로 형성된 날개 뿌리부(blade root)(11)를 포함한다. 또, 날개(5)는 정압면(pressure side)(5fa)과 부압면(suction side)(5fb)을 가지고, 날개 뿌리부(11)에는 연삭 가공에 의해 끼워맞춤 홈(13)이 형성된다(도 3은 연삭 가공 후의 날개 부품(3)을 나타내고 있다).

지그(1)는 지그 본체(15)를 구비하며, 지그 본체(15)는, 스틸로 이루어지는 베이스 스탠드(base stand)(17)와, 베이스 스탠드(17)의 후부에 직립하는 상태로 설치되고 또한 스틸로 이루어지는 세로 플레이트(19)를 구비하고 있다.

베이스 스탠드(17)의 우측에는, 플랫폼(9)의 앞부분을 지지하는 제1 지지 블록(21)이 설치되어 있고, 이 제1 지지 블록(21)은 대략 스틸로 본질적으로 이루어 진다. 마찬가지로, 베이스 스탠드(17)의 우측에는, 플랫폼(9)의 뒷부분을 지지하는 제2 지지 블록(23)이 설치되어 있고, 이 제2 지지 블록(23)은 대략 스틸로 본질적으로 이루어진다. 그리고, 제1 지지 블록(21) 및 제2 지지 블록(23)의 구성은 뒤에서 상세하게 설명한다.

베이스 스탠드(17)의 좌측에는, 날개(5)의 부압면(5fb)을 지지하는 제1 지지 롤러(25)가 브래킷(27)을 통해 설치되어 있고, 세로 플레이트(19)의 좌측에는, 쉬라우드(7)의 뒤쪽 주변부를 지지하는 제2 지지 롤러(29)가 브래킷(31)을 통하여 형성되어 있다. 또한, 베이스 스탠드(17)의 좌부에는, 쉬라우드(7)의 앞쪽 주변부를 지지하는 지지 볼트(33)가 브래킷(35)을 통하여 형성되어 있다.

또한, 세로 플레이트(19)의 상부에는, 암(37)이 장착 볼트(39)에 의해 설치되어 있고, 암(37)의 선단부에는 날개(5)의 기단 부근을 고무 패드(41)를 통하여 베이스 스탠드(17)의 방향(도면 중의 아래 방향)으로 가압하는 가압 볼트(43)가 형성되어 있다. 또한, 베이스 스탠드(17)의 우측에는, 날개 뿌리부(11)를 전후에서 클램프하는 한 쌍의 클램프 바(45, 47)가 형성되어 있다.

다음에, 제1 지지 블록(21) 및 제2 지지 블록(23)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 지지 블록(21)의 지지면에는, TiC(티타늄 카바이드)로 이루어지는 제1 보호 박막(49)이, 상기 지지면을 피복하도록, 방전 퇴적에 의해 형성되어 있다. 구체적으로는, 도 3의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 방전 가공기 내에서 제1 지지 블록(21)의 지지면을 전극(51)에 대향시키고, 전기 절연성의 액체 S 내에서, 제1 지지 블록(21)의 지지면과 전극(51) 사이에 펄스형의 방전을 발생시킴으써, 상기 제1 보호 박막(49)은 상기 지지면을 피복하도록 형성된다.

여기서, 전극(51)은, TiC로 본질적으로 이루어지는 분말로부터 프레스에 의한 압축에 의해 성형한 성형체, 또는 적어도 부분적으로 소결될 수 있도록 가열 처리한 상기 성형체에 의해 구성된다. 그리고, 전극(51)은, 압축에 의해 성형하는 대신에, 슬러리 포링(slurry pouring), MIM(Metd Injection Molding), 스프레이 성형 등에 의해 성형하여도 된다.

그리고, 전기 절연성이 있는 액체 S 대신에, 전기 절연성이 있는 기체를 적용하여도 된다.

또한, 제1 지지 블록(21)의 지지면에는, TiC로 본질적으로 이루어지는 제1 보호 박막(49) 대신에, SiC(실리콘 카바이드)로 본질적으로 이루어지는 제1 보호 박막(53)이 방전 퇴적에 의해 형성되어 있어도 된다. 구체적으로는, 도 3의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이, 방전 가공기 내에서 제1 지지 블록(21)의 지지면을 Si(실리콘)로 본질적으로 이루어지는 전극(55)에 대향시키고, 알칸 탄화수소(alkane hydrocarbon)를 포함하는 오일 S 내에서 제1 지지 블록(21)의 지지면과 전극(55) 사이에 펄스형의 방전을 발생시킴으써, 제1 보호 박막(53)은 지지면을 피복하도록 형성된다.

여기서, 전극(55)은, Si(실리콘)로 본질적으로 이루어지는 고체, Si로 본질적으로 이루어지는 분말로부터 프레스에 의한 압축에 의해 성형한 성형체, 또는 적 어도 부분적으로 소결되도록 가열 처리한 상기 성형체에 의해 구성된다. 그리고, 전극(55)은, 압축에 의해 성형하는 대신에, 슬러리 포링, MIM(Metal Injection Molding), 스프레이 성형 등에 의해 성형하여도 된다.

또한, 상기 제1 보호 피막(49 또는 53) 대신에, WC(텅스텐 카바이드)로 본질적으로 이루어지는 제1 보호 피막이어도 가능하다. 이 경우에는, TiC 대신에 WC를 포함하는 전극을 이용한다. 상기 전극은, 일례로서는, 중량비가 90％인 WC와 10％인 Co(코발트)로 본질적으로 이루어지는 분말로부터 성형한 성형체, 또는 적어도 부분적으로 소결되도록 가열 처리한 성형체이다.

마찬가지로, 제2 지지 블록(23)의 지지면에는, TiC로 본질적으로 이루어지는 제2 보호 박막(57) 또는 Si로 본질적으로 이루어지는 제2 보호 박막(59)이, 지지면을 피복하도록, 방전 퇴적에 의해 형성되어 있다. 제2 보호 박막은, WC로 본질적으로 이루어지는 것이어도 가능하다.

또한, 제1 보호 박막(49)(또는 53) 및 제2 보호 박막(57)(또는 59)은, 대상물의 미끄러짐을 방지하고, 대상물에 스크래치를 입히는 것을 억제하도록, 적당한 표면 거칠기를 갖는다. 이 표면 거칠기는, 바람직하게는 Ra에서 0.4㎛ 이상 3.2㎛ 이하이다. 이것은 표면 거칠기 Ra가 0.4㎛보다 작으면, 날개 부품(3)의 미끄러짐을 충분히 억제하는 것이 곤란하고, 표면 거칠기 Ra가 3.2㎛보다 크면, 대상물에의 스크래치가 현저하게 된다.

또한, 제1 보호 박막(49)(또는 53)과 제1 지지 블록(21)의 베이스 사이의 경계, 및 제2 보호 박막(57)(또는 59)과 제2 지지 블록(23)의 베이스의 경계에는, 조 성비가 두께 방향으로 경사적으로 변화하는 융합부(융합층) B1과 B2가 각각 생성되어 있다. 이들은, 방전 퇴적을 실시할 때에 방전 조건을 적절히 선택함으로써 생성된 것으로서, 융합부 B1 및 B2의 두께는 바람직하게는 3㎛ 이상 20㎛ 이하이다. 적절한 방전 조건은, 피크 전류가 30A 이하이고, 펄스폭이 200㎲ 이하이며, 바람직하게는, 피크 전류가 20A 이하이고, 펄스폭이 20㎲ 이하이다.

여기서, 융합부 B1 및 B2의 두께가 3㎛ 이상 20㎛ 이하로 되도록 하는 것은, 박막과 지지 블록의 밀착 강도를 높이고, 또한 지지 블록의 변형을 억제하기 위함이며, 도 4 및 도 5에 나타낸 시험 결과에 근거하는 것이다.

즉, 방전 조건을 바꾸어 여러 두께의 융합부로 되도록 박막을 형성하면, 베이스와 박막의 경계에 생성된 융합부의 두께와 박막의 밀착 강도는 도 5와 같은 관계를 갖는다. 상기 융합부의 두께가 3㎛ 이상으로 되면, 상기 박막의 밀착 강도가 높아지게 된다는 제1 지식을 얻을 수 있다. 또한, 상기 융합부의 두께와 상기 베이스의 변형은 도 6에 나타낸 관계를 갖는다. 상기 융합부의 두께가 20㎛ 이하이면, 상기 베이스의 변형을 억제할 수 있다는 제2 지식을 얻을 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 지식으로부터, 제1 지지 블록(21) 및 제2 지지 블록(23)의 베이스의 변형을 억제하면서, 제1 보호 박막(49 또는 53) 및 제2 보호 박막(57 또는 59)의 밀착 강도를 높일 수 있도록, 융합부 B1 및 B2의 두께는 3㎛ 이상 또한 20㎛ 이하인 것이 바람직하다.

그리고, 도 4 및 도 5에서의 가로축은 상기 융합부의 두께의 대수(logarithm)를 나타내고 있고, 도 4에서의 세로축은 상기 박막의 밀착 강도를 무 차원화(dimensionless)하여 나타내고 있으며, 도 5에서의 세로축은 상기 베이스의 변형을 무차원화하여 나타내고 있다.

다음에, 본 발명의 실시예의 작용에 대하여 설명한다.

플랫폼(9)의 앞부분을 제1 지지 블록(21)에서의 제1 보호 박막(49)(또는 53)에, 플랫폼(9)의 뒷부분을 제2 지지 블록(23)에서의 제2 보호 박막(57)(또는 59)에, 날개(5)의 부압면(5fb)을 제1 지지 롤러(25)에, 쉬라우드(7)의 뒤쪽 주변부를 제2 지지 롤러(29)에, 그리고 쉬라우드(7)의 앞쪽 주변부를 지지 볼트(33)에 각각 지지시킨다. 그리고, 암(37)의 가압 볼트(43)에 의해 날개(5)의 기단 부근을 고무 패드(41)를 통해 베이스 스탠드(17) 방향으로 가압하고, 한 쌍의 클램프 바(45, 47)에 의해 날개 뿌리부(11)를 전후로부터 구속한다. 이로써, 날개 부품(3)이 지그 본체(15)에 대해서 고정된다. 즉, 암(37), 가압 볼트(43), 지지 롤러(25, 29), 및 한 쌍의 클램프 바(45, 47)는, 상기 지지 블록(21, 23)과 협동하여 날개 부품(3)을 고정한다. 이로써, 날개 부품(3)을 연삭 가공 등의 처리에 제공할 수 있다(지그(1)의 일반적인 작용).

지그(1)의 일반적인 작용 외에, 제1 지지 블록(21)에서의 지지면에 TiC로 이루어지는 제1 보호 박막(49) 또는 SiC로 이루어지는 제1 보호 박막(53)이 형성되는 동시에, 제2 지지 블록(23)에서의 지지면에 TiC로 이루어지는 제2 보호 박막(57) 또는 SiC로 이루어지는 제2 보호 박막(59)이 형성되기 때문에, 제1 보호 박막(49)(또는 53) 및 제2 보호 박막(57)(또는 59)은 높은 경도를 가지며, 제1 지지 블록(21) 및 제2 지지 블록(23)의 구성 재료의 하나로 초경합금과 같은 고가의 재료 를 사용하지 않고서도, 제1 지지 블록(21) 및 제2 지지 블록(23)의 마모를 충분히 억제할 수 있다.

또, 제1 지지 블록(21)에서의 제1 보호 박막(49)(또는 53) 및 제2 지지 블록(23)에서의 제2 보호 박막(57)(또는 59)이 방전 퇴적에 의해 형성되어 있으므로, 제1 보호 박막(49)(또는 53) 및 제2 보호 박막(57)(또는 59)의 표면 전체에 걸쳐 둥그스름한 미세 요철(rounded fine roughness)을 남길 수 있다. 이로써, 날개 부품(3)의 미끄러짐을 억제하여, 날개 부품(3)의 세트 상태를 안정시키면서, 제1 보호 박막(49)(또는 53) 및 제2 보호 박막(57)(또는 59)의 표면 전체를 플랫폼(9)에 대략 균등하게 접촉시킬 수 있다.

또한, 융합부 B1 및 B2의 두께가 3㎛ 이상 20㎛ 이하로 되도록 하였기 때문에, 제1 지지 블록(21) 및 제2 지지 블록(23)의 베이스의 변형을 억제하면서, 제1 보호 박막(49)(또는 53) 및 제2 보호 박막(57)(또는 59)의 밀착 강도를 높일 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 지지 블록(21) 및 제2 지지 블록(23)의 구성 재료의 하나로 초경합금과 같은 고가의 재료를 사용하지 않고서도, 제1 지지 블록(21) 및 제2 지지 블록(23)의 마모를 충분히 억제할 수 있으므로, 지그(1)의 전체적인 제조 비용의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 날개 부품(3)의 미끄러짐을 억제하여, 날개 부품(3)의 고정 상태를 안정시키면서, 제1 보호 박막(49)(또는 53) 및 제2 보호 박막(57)(또는 59)의 표면 전체를 날개 부품(3)에 대략 균등하게 접촉시킬 수 있으므로, 제1 지지 블록(21) 또는 제2 지지 블록(23)에 접촉하여도, 날개 부품(3)에 스크래치가 거의 발생하지 않게 되어, 날개 부품(3)의 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 제1 지지 블록(21) 및 제2 지지 블록(23)의 베이스의 변형을 억제하면서, 제1 보호 박막(49)(또는 53) 및 제2 보호 박막(57)(또는 59)의 밀착 강도를 높일 수 있기 때문에, 지그(1)의 품질을 안정시킬 수 있다.

상기의 설명에서, 제1 지지 롤러(25), 제2 지지 롤러(29), 및 지지 볼트(33)를 제1 지지 블록(21) 또는 제2 지지 블록(23)과 동일한 구성으로 하여도 된다.

또한, 가공 처리를 행할 때 사용되는 지그(1) 외에, 검사 처리 등의 다른 처리를 행할 때 사용되는 지그에 제1 지지 블록(21) 또는 제2 지지 블록(23)과 동일한 구성을 적용해도 된다.

본 발명을 일부의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것은 아니다. 상기 개시 내용에 기초하여, 본 기술 분야의 통상의 기술을 가진 사람이라면 실시예의 수정 내지 변형에 의해 본 발명을 실시하는 것이 가능하다.

본 발명은, 초경합금에 의하지 않고서도 효과적으로 대상물의 움직임을 억제하고 또한 대상물의 고정시에 마모 및 변형을 최소화하는 지그를 제공한다.

Claims

대상물을 고정하기 위한 지그(jig)에 있어서,

대상물을 지지하도록 구성된 지지면을 포함하는 지지 블록;

상기 지지면을 피복하도록 방전 퇴적(discharge deposition)된, 세라믹을 포함하는 피막;

상기 지지 블록과 협동하여 상기 대상물을 고정할 수 있도록 구성된 고정 부재

를 포함하는 지그.
제1항에 있어서,

상기 피막은, Ra에서 0.4㎛ 이상 3.2㎛ 이하의 표면 거칠기를 가지는, 지그.
제1항에 있어서,

상기 피막은, 티타늄 카바이드, 실리콘 카바이드 및 텅스텐 카바이드로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나의 물질로 본질적으로 이루어지는, 지그.
제1항에 있어서,

상기 피막은, 상기 지지 블록을 워크피스(workpiece)로 하고, 티타늄 카바이드로 본질적으로 이루어지는 전극으로부터 상기 지지면에 방전 퇴적함으로써 형성 된 것인, 지그.
제1항에 있어서,

상기 피막은, 상기 지지 블록을 워크피스로 하고, 실리콘으로 본질적으로 이루어지는 전극으로부터 상기 지지면에 오일 내에서 방전 퇴적함으로써 형성된 것인, 지그.
제1항에 있어서,

상기 피막은 상기 지지면에만 형성되어 있는, 지그.