KR20090012322A

KR20090012322A - 표면 마감처리를 위한 방법 및 평활 툴

Info

Publication number: KR20090012322A
Application number: KR1020087027888A
Authority: KR
Inventors: 지그프리드 그루흘러; 프리더 아서; 프란츠 바이딩거
Original assignee: 마우저-베르케 오베른도르프 마쉬넨바우 게엠베하
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2009-02-03
Also published as: WO2007118467A1; EP2010358A1; US20090235503A1; BRPI0710012A2; MX2008013275A

Abstract

본 발명은 표면을 마감처리하기 위한 방법과 평활 툴(4) 및 평활 처리에 의해 가공되는 공작물에 관한 것이다. 피가공 표면은 볼록한 평활 부재를 구비한 평활 툴에 의해 형상화 공정을 통해 평활 처리된다.

평활 툴, 피가공 표면, 커넥팅 로드, 다이어프램 틸팅 헤드, 툴 샤프트, 공작물

Description

표면 마감처리를 위한 방법 및 평활 툴{METHOD AND SMOOTHING TOOL FOR FINISHING SURFACES}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 표면 마감처리 방법, 청구항 11의 전제부에 따른 상기 표면 마감처리 방법에 적합한 평활 툴 및 청구항 19에 따른 공작물에 관한 것이다.

이러한 유형의 방법 및 평활 툴(smoothing tool)은 예컨대, 커넥팅 로드(connecting rod)의 표면을 마감 처리하는데 사용된다. 내연기관에서, 피스톤은 커넥팅 로드의 소형 커넥팅 로드 아이(connecting rod eye)에서 피스톤 핀을 통해 지지되고, 커넥팅 로드의 대형 커넥팅 로드 아이는 크랭크샤프트에 연결된다. 지금까지는, 베어링 부시가 소형 커넥팅 로드 아이 내부에 삽입되었다. 경량화 제조 및 비용 최소화를 위해 노력을 기울이는 과정에서, 소형 커넥팅 로드 아이가 피스톤 핀을 직접 에워싸도록 이 베어링 부시를 없애려고 하였다. 이러한 맥락에서, 소형 커넥팅 로드 아이의 베어링 표면을 고정밀도로 제조하는 것이 필요하다. 지금까지, 이 소형 커넥팅 로드 아이는 정밀 선반작업에 의해 피스톤 핀의 장축으로 원형, 타원형 및/또는 트럼펫 형상으로 형성되었다. 그 결과, 정밀 선반작업에 의해 달성되는 표면 품질은 베어링 연결의 내구성을 보장하기에 충분히 양호하지 않 은 것으로 드러났다.

또 다른 문제점은 부시 없이 단조된 커넥팅 로드에서 특히, 마모의 증가가 관찰되었다는 점이다. 본 출원인은 이러한 마모의 증가는 주조 블랭크(cast blank)의 분리작업으로 거슬러 올라가야 한다고 주장했다. 이들 영역은 공작물의 규칙적인 구조 보다 더 높은 경도를 갖는다. 만약, 이 주조 블랭크로부터 커넥팅 로드가 단조에 의해 제조되면, 이러한 분리는 특히, 대형 및 소형 커넥팅 로드 아이의 중앙 원주 영역에서 발생하여 베어링 조합이 이 영역에서 마모를 겪게 될 것이다.

이에 비해, 본 발명의 목적은 장치 측면에서 간단한 노력으로 표면품질을 향상시키는 방법 및 툴(tool)을 제공하는데 있다. 더욱이, 향상된 표면 품질과 내마모성을 갖는 공작물이 제공될 것이다.

이러한 본 발명의 목적은 상기 방법과 관련하여 청구항 1의 특징의 조합, 청구항 11에 따른 평활 툴 및 청구항 19에 따른 공작물에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 표면 마감처리는 부분 재형성(reshaping) 과정에 수행되는데, 여기서는, 기계 가공될 표면에 대해 볼록면으로 가압하여 상기 기계 가공될 표면을 따라 이동하는 평활 툴이 사용된다. 따라서, 본 발명은 칩 제거에 의해 표면이 평활 처리되는 종래의 표면 마감처리 방법을 이용하지 않는다. 본 발명에 따른 방법의 특성은 볼록한 평활 부재가 가공된 표면에 대해 압착되고 그 자체로서 예컨대, 스피닝 동작과 같은 회전등의 동작을 수행하지 않는 점에 있다.

본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 평활 툴은 특히, 커넥팅 로드 아이의 표면을 마감 처리함에 있어 매우 성공적으로 사용될 수 있다.

평활 툴의 샤프트는 방사상으로 이송 가능한 인피드 헤드에(infeed head) 고정되는 것이 바람직하다. 예컨대, 이 인피드 헤드는 다이어프램 틸팅 헤드(diaphragm tilting head)이다. 단면이 타원형이거나 트럼펫 형상으로 축방향으로 형성된 홈(recesses)을 지지하는 이러한 인피드 헤드에 의해, 어떠한 방식으로든 홈이 구비되거나 구조화된 표면이 제공되거나 기계 가공될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 볼록한 평활 부재는 실제로 단단한 툴 샤프트에 지지되어 바이어스 스프링에 의해 결합방향으로 예응력을 받지 않는다. 그러나, 특수한 응용예에서는, 볼록한 평활 부재에 결합방향으로 탄성적으로 예응력을 부여하는 것이 필요할 수 있다. 이 경우, 평활 부재를 수용하는 영역은 탄성적일 수 있다. 본 발명의 특별히 바람직한 실시예에서, 툴 샤프트는 예컨대, 부식에 의해 툴 샤프트로부터 깔끔하게 절단되는 평행 링크의 형태를 취한다. 본 발명의 대체 변형예에서, 이 툴 샤프트는 최소 하나의 스프링, 특히 판스프링(leaf spring)에 의한 스프링 링크의 형태를 취한다. 평행 링크의 편향을 감지하는 미세 측정 방식을 갖는 공정 제어에 의해, 예컨대 대칭 회전에 의해 5 ㎛의 평활 부분을 갖는 직경이 발생한다는 것이 확인되었다.

평활 부재의 재질로서 천연 다이아몬드 또는 그에 대응하는 경도의 물질이 형이 사용되는 바람직하다. 예컨대, 다이아몬드 볼이나 다이아몬드 볼 조각이 사용된다. 본 발명의 양호한 실시예에서, 평활 부재의 평활면의 반경은 약 2 내지 6 mm의 범위에 있다.

상기 방법의 특별히 바람직한 변형예에서, 평활 툴은 대략 앞서 사용된 공작기계의 그것과 동일한 이동 궤적을 따라 안내된다.

평활 툴은 소정의 표면 압력이나 정의된 바이어스로 피가공 표면에 대해 가압되는 것이 바람직하다. 이것은 피가공 표면에 작용하는 평활 툴의 표면 압력 또는 바이어스 작동력이 소정의 허용오차 범위내에서 유지되는 사실에 의해 달성된다. 이러한 방법을 통해, 실제로 종래 방법에 의한 것보다 더 낮은 조도 깊이(roughness depths)가 달성될 수 있다. 예비 테스트에서 얻어진 조도 깊이는 1/1000 mm 이하였다. 예컨대, 대칭 회전에 의해 5 ㎛의 평활 부분을 갖는 직경이 발생한다는 것은 가압력의 적절한 공정 제어에 의해 확인되었다. 원하는 지속적인 가압력은 예컨대, 평활 부재에 작용하는 원심력으로 인해 얻어질 수 있고 평활 툴의 속도에 의해 조절될 수 있다.

특수한 응용예의 경우, 피처리 표면에는 홈(recesses)이 형성되는 것이 유리하다. 즉, 이들 홈은 원주방향의 그루브(groove), 원주상의 나선형 또는 십자형등의 형태로 이루어질 수 있다. 이것은, 평활 툴을 적절히 제어함으로써, 응력 집중 및 그에 따른 공작물 및/또는 평활 툴의 손상을 방지하기 위해 상기 홈의 영역에서 평활 툴이 분리되는 일부 경우에 유리하다. 더욱이, 평활 툴에 의해 홈, 예컨대 윤활골(lubricating troughs)을 부품 표면 내부에 도입하는 것이 가능하다. 이러한 평활 툴은 상기 윤활골을 도입하기 위한 소형 볼 및 상기 직경 표면을 평활처리하기 위한 대형 볼을 갖는 다용도 툴일 수 있다.

피가공 표면의 치수 안정도는 예비가공 툴이 먼저 이론적 조절 치수에 맞게 조절된 후, 허용공차 범위내의 중앙값 또는 기타 다른 값에 도달할 때 까지 예비가공, 예컨대 정밀 보오링(fine boring)작업이 툴 절삭날의 제어 또는 조절에 의해 수행될 때 더욱 향상될 수 있다.

후속 단계에서, 이 값은 공작기계에서 0으로 설정되어 소위 마스터(master)로 불리는 측정 스테이션으로 전송되어 고정된다.

툴이 변경되는 경우, 상기 0 측정치는 마스터로부터 설정되어 공작기계의 툴로 전송된다. 이러한 측정치의 전송은 기계제어에 의해 또는 툴 절삭날(인피드 툴)의 조절에 의해 수행될 수 있다.

본 발명의 양호한 변형예에서, 평활 툴이 제 위치에 놓여있는지의 여부는 평활작업 이후에 체크된다. 이러한 방식으로, 예컨대 평활 부재가 손상되었는지 또는 여전히 그대로 존재하는지의 여부가 결정될 수 있다.

본 명세서의 도입부에서 언급했던 바이어스는 평활 작업 중에 평활 툴의 변형(평탄화)이 보상될 수 있도록 조절된다.

이것은 제조측면에서 평활 툴이 적어도 하나의 예비 가공 절삭날을 갖는 다용도 툴인 경우에 특히, 유리한 것으로 판명되었다.

예비 가공 절삭날은 상기 평활 부재에 대해 거의 직경 위치에 해당하는 지점에 배치되어 평활 툴 또는 예비 가공 절삭날이 회전 운동에 의해 선택적으로 결합될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 출원서는 베어링 보어/홈의 원주벽의 중앙부에 있는 단조부품에 원주상의 그루브를 형성하기 위해 마모거동(wear behavior)을 향상시키기는 방법을 제시하고 있다. 상기 원주상의 그루브는 분리요소들이 부분적으로 마모되어 더 이상 베어링 보어의 주 지지 영역(main supporting area)에 위치하지 않음으로써 내마모성이 종래의 해결방법에 비해 실제로 향상될 수 있도록 설계된다.

그러나, 어떤 상황 하에서는, 상기 분리요소들이 더 이상 베어링의 주 지지 영역에 위치하지 않는 것이 필수적인 정밀 선삭(precision-turning)에 의해서만 베어링 홈 및 원주상의 그루브가 있는 원주벽을 가공하는 것이 충분할 수 있다. 본 출원인은 기계가공 방법과 무관하게 별도의 독립 청구항을 그루브의 형성에 맞추려는 권리를 확보하였다.

본 발명의 다른 유리한 장점은 추가 종속항들의 주제이다.

본 발명의 양호한 실시예는 도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명될 것이다.

도 1은 피가공 커넥팅 로드를 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 평활 툴의 개략도이다.

도 3은 공동 샤프트 콘(hollow shaft cone)에 삽입되는 도 2의 평활 툴의 정면도이다.

도 4는 공작기계의 스핀들에 삽입되는 도 3의 평활 툴의 사시도이다.

도 5는 도 4의 평활 툴을 포함한 다이어프램 틸팅 헤드의 측면도이다.

도 6은 편향상태에 있는 도 5의 평활 툴을 포함한 다이어프램 틸팅 헤드의 측면도이다.

도 7은 도 6의 평활 툴을 포함한 다이어프램 틸팅 헤드의 평면도이다.

도 8은 탄성 툴 샤프트의 측면도이다.

도 9는 도 8의 평활 툴의 확대도이다.

도 10은 다용도 툴의 형태를 갖춘 평활 툴의 측면도이다.

도 11은 도 10의 다용도 툴의 측면도이다.

도 12는 평활 툴이 확대된 상태의 다용도 툴의 측면도이다.

도 13은 예비 가공 절삭날이 확대된 상태의 다용도 툴의 측면도이다.

도 14는 바이어스 작동력에 따른 평활 부재의 침투곡선(penetration curve)을나타낸 그래프이다.

도 15는 본 발명의 방법에 따라 평활 처리된 표면을 도시한 도면이다.

도 16은 커넥팅 로드의 정밀 보오링되고 평활 처리된 베어링 홈의 조도 깊이를 도시한 그래프이다.

도 1은 베어링 부시를 이용하지 않고 피스톤(도시생략)의 피스톤핀이 삽입될 수 있도록 고품질 표면 마감 처리될 소형 베어링 아이(2)를 가공할 커넥팅 로드(1)를 도시한 것이다. 도 2에 개략적으로 도시된 평활 툴(4)의 표면 마감처리를 위해, 볼록한 평활 부재(8)가 툴 샤프트(6)에 이용된다. 도 1은 탄성없이 강성을 갖는 평활 툴(4)의 실시예를 도시하고 있다. 이 평활 툴(4)은 천연 다이아몬드 또는 이에 상응하는 재질로 구성되는 것이 바람직하고, 툴 샤프트(6)의 수용 보어(10)에 삽입되는 클램핑 나사(12)에 의해 툴 샤프트(6)에 장착되되 볼록하거나 구형인 평활면(14)이 툴 샤프트(6)로부터 방사상의 방향으로 돌출되도록 하는 것이 바람직하다. 도시된 실시예에서, 이 평활면(14)는 약 2.75 mm의 반경을 갖도록 설계되고, 물론 다른 반경, 예컨대 5 mm의 반경의 평활면이 사용될 수 있다.

도 3은 종래의 공동 샤프트콘(HSK)(16)에 삽입되어 방사상으로 이송 가능한 툴에 삽입됨으로써 평활 부재(8)가 예응력을 받을 수 있고 피가공 표면에 대해 이송될 수 있는 강성 툴 샤프트를 포함한 도 2의 평활 툴(4)을 도시한 도면이다.

도 4에 따른 이러한 툴 장치는 공작기계(2)의 스핀들(18)에 삽입되어, 평활 부재(9)가 커넥팅 로드 아이(2)(도 1 참조)의 소정 이동궤적을 따라 이동가능한 상태가 된다. 이러한 맥락에서, 이것은 커넥팅 로드 아이의 이동궤적이 정밀 보오링 작업중에 조절되는 이동궤적에 대응할 때 바람직하다. 도시된 실시예에서, 평활 툴(4)은 다이어프램 틸팅 헤드(22)에 삽입된다.

도 5에 따르면, 상기 다이어프램 틸팅 헤드(22)는 툴 헤드(30)의 피니언(28)이 배치되는 장축에 대해 비스듬히 연장하는 포크 그루브(fork groove)(26)를 포함하는, 축방향으로 조절 가능한 포크(24)를 구비한다. 이 툴 헤드(30)는 다이어프램(32)에 작동가능하게 연결됨으로써, 포크 그루브(26)가 변위될 때 툴 헤드(30)는 기울어지고 그에 따라 평활 툴(4)은 도 6에 도시된 바와 같이, 방사상 방향으로 편향되고 방사상 인피드 또는 리셋 이동을 수행하게 된다. 이를 위해, 툴 헤드(30)는 도 7에 따라 두 개의 웹(web)(34,36) 사이의 중앙에 배치되어 회전축(swivel axis)을 형성한다. 다이어프램 틸팅 헤드(22)를 적절히 제어함으로써, 평활면(14) 은 피가공 표면에 대해 소정의 위치에 배치될 수 있다. 이것은 본 발명에 따른 방법에서는, 평활면(14)이 피가공 표면에 비해 10 ㎛ 만큼 예응력을 더 받을 때 바람직하다. 즉, 평활면(14)은 피가공 표면에 비해 공작물 속으로 10 ㎛ 만큼 예응력을 받아 평활 평면(smoothing plane)을 형성한다.

특수한 요건의 경우, 툴 샤프트(6)를 일정한 탄성을 발휘하도록 설계하는 것이 필요할 수도 있다. 이 경우, 평활 부재(8)을 수용하는 수용부는 탄성적일 수 있다. 도 8에 도시된 실시예에서, 이것은 예컨대, 부식에 의해 툴 샤프트(6)로 부터 깔끔하게 절단된 평행 링크(38)에 의해 달성된다. 이것은 도 8의 평활 툴(4)을 확대한 도 9에 의해 이하에서 설명될 것이다.

도 9에서 알 수 있는 바와 같이, 평행 링크(38)는 평활 부재(8)를 수용하는 웹(44)을 통해 연결되는 두 개의 다리부(40,42)를 구비한다. 평활 부재(8)는 트림 플레이트(trim plate)(46)에 의해 웹(44)에서 지지되고 클램핑 나사(12)에 의해 웹(44)에서 고정 유지된다. 다리부(40,42) 및 웹(44)은 약 0.5 mm 만큼 툴 샤프트(6)의 중앙부(48)로부터 상호 이격되어 있고, 이 경우, 중앙부(48)에서 지지되는 조절 나사(50)는 다리부(40) 속으로 나사 결합된다. 조절 나사(50)에 의해, 평활 툴(4)의 예비 편향동작 및 평행 링크(38)의 경도(stiffness)가 조절될 수 있다. 도시된 실시예에서, 엘라스토머 부재(54)가 수용되는 안착부(52)는 중앙부(48)를 관통한다. 이 엘라스토머 부재(54)는 장착 요소(56)를 통해 제 1단부가 평행 링크(38)의 좌측 다리부(40)에서 지지되고 그 제 2 단부가 평행 링크(38)의 제 2 다리부(42)에서 지지된다. 이 엘라스토머 부재(54)는 평활 툴(4)의 강성을 감소시키 기 위한 댐핑 요소의 역할을 수행한다. 도시되지 않은 실시예에서는, 엘라스토머 부재(54) 대신에 오일 댐퍼가 사용된다.

예비 가공 및 평활처리는 예컨대, 두 개의 스테이션에서 수행된다. 커넥팅 로드(1)(도 1 참조)를 가공할 때, 예비 가공은 방사상 방향으로 조절 가능한 정밀 구멍 드릴 헤드에 의한 정밀 보오링 작업에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 상기 정밀 구멍 드릴 헤드는 적절한 측정장치, 예컨대 툴 예비세팅 장치에서 세팅된 이론적 수치에 따라 초기에 예비세팅된다. 이런 다음, 정밀 보어링 작업이 수행되는데, 이때 기계가공은 허용공차 범위 이내의 중간값 또는 다른 소정값이 얻어질 때 까지 툴 절삭날의 기계제어 또는 조절에 의해 수행된다. 이러한 실제 치수가 0으로서 기계에서 설정되고 소위, 마스터라고 부르는 측정장치로 전송되어 고정된다. 툴 변경의 경우, 상기 0 치수는 마스터에 의해 직접 선택되어 공작기계 제어 또는 절삭날(방사상 툴)의 조절에 의해 기계에서 정밀 보오링 툴로 전송된다. 이 과정을 통해 확실하게 정밀 보오링 작업이 최대 정밀도로 수행됨으로써, 최대 요건에 부합되고 최소한의 소정 조도 깊이(1 ㎛이하)를 갖는 부품 기하구조가 후속 표면 평활 작업에 의해 형성된다. 본 명세서의 도입부에 개시된 바와 같이, 평활 부재(8), 바람직하기로는 다이아몬드 볼이 방사상으로 조절 가능한 인피드 툴 헤드 속으로 삽입된다. 피가공 표면에 인가되는 평활 부재(8)의 가압력 또는 표면 압력이 가공중에 제어됨으로써 소정의 허용오차 범위 내에서 유지되어 특수 바이어스(약 10㎛)가 지속적으로 유효하도록 제어방식이 설계된다. 또한, 이 바이어스는 정밀 보오링 작업으로부터 불필요한 작은 타원형을 보상하는 역할을 한다.

방사상의 조절 가능한 인피드 헤드를 통해, 예컨대 윤활 슬롯등을 형성하기 위한 홈을 갖는 표면을 가공할 수 있다. 인피드 헤드를 조절하여 상기 윤활 슬롯 영역에서 평활 부재를 분리함으로써, 평활 부재가 상기 홈을 통과한 후 충격 응력에 노출되지 않도록 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 평활 부재는 상기 홈을 통과한 후만 다시 결합되기 때문이다.

평활 동작을 수행한 후, 평활 부재(8)가 여전히 제 위치에 놓여 있는지의 여부와 발생 가능한 마모가 적절히 보상될 수 있는지의 여부가 측정 장치에 의해 체크된다. 또한, 마모에 대한 각각의 측정 동작은 예비가공(정밀 보오링) 중에 수행되는데, 이 경우, 공작물이 매번 가공된 후에 평활 툴이 측정되고 발생 가능한 마모는 스테이션 지향 마모 보상(station-oriented wear compensation)(오프셋 보정) 장치에 의해 저장되고 보상된다. 이러한 보정은 활주 평균값(sliding mean value)을 이용하여 수행될 수 있는데, 이 수행동작에서, 예컨대, 툴 변경 중에는 주 공정 시간이 없는 측정장치 거부 동작이 최신 판독값 및 오프셋 보정을 통해 수행된다.

도 10은 실제로 정밀 보오링 작업에 사용되는 예비가공 절삭날(60)을 갖는 다용도 툴(58)의 형태로 이루어진 평활 툴(4)의 실시예를 도시한 도면이다. 그리고, 정밀 보오링 작업의 후속단계에서, 평활 부재(8)는 평활 툴(4)의 회전에 의해 볼 편(ball segment)과 결합할 수 있다.

도 10의 다용도 툴(58)의 측면도를 도시하고 있는 도 11에 따르면, 예비가공 절삭날(60)이 평활 부재(8)에 대해 거의 직경 위치에 해당하는 지점에 배치되어 평활 부재(8) 또는 예비가공 절삭날(60)이 회전운동에 의해 선택적으로 결합되는 경 우에 특히 유리하다. 이것은 예비가공 절삭날(60) 또는 평활 부재(8)와 결합되는 다용도 툴(58)을 도시한 도 12 및 도 13을 통해 이하에서 상세하게 설명될 것이다.

도 12에는, 다용도 툴(58)이 삽입될 수 있는 방사상 이송가능 인피드 헤드가 도시된다. 이 인피드 헤드는 툴 헤드(30)의 피니언(28)이 배치되는 장축에 대해 비스듬히 연장하는 포크 그루브(26)를 구비하는, 축방향으로 조절 가능한 포크(24)를 갖는 다이어프램 틸팅 헤드(22)의 형태를 취한다. 상기 툴 헤드(30)는 다이어프램(32)에 작동가능하게 연결됨으로써, 포크 그루브(26)가 변위될 때 툴 헤드(30)는 기울어지고 그에 따라 도 12에 도시된 바와 같은 평활 툴(4) 또는 도 13에 도시된 바와 같은 예비가공 절삭날(60)이 결합된다. 즉, 다이어프램 틸팅 헤드(22)를 적절히 제어함으로써, 평활면(14) 또는 예비가공 절삭날(60)은 한쪽 피가공 표면에 대해 소정의 위치에 배치될 수 있다.

도 14는 바이어스 작동력(F)에 따른 평활 부재(8)의 침투곡선(62)을 도시하고 있다. 힘-침투 깊이 특성은 약 0.5 N/㎛의 기울기를 가지고 비교적 평탄하게 연장된다. 평활 툴(4)은 25 내지 50 ㎛의 편향범위에서 작동되고 고정 멈춤부(fixed stop)에 의해 조절되는 것이 바람직하다. 도 14에 따르면, 평활 부재(8)는 약 40 N의 바이어스 작동력으로 부품 표면에 침투하기 시작한다. 약 75 N의 바이어스 작동력에서는, 예컨대 50 ㎛의 침투 깊이에 도달하게 된다.

도 15에 따르면, 본 발명에 따른 방법에 의해 0.8의 조도(RZ)를 허용하는 우수한 표면품질이 달성될 수 있는데, 이러한 표면조도 깊이는 실제로 정밀 보오링에 의해서는 달성될 수 없다.

도 16은 정밀 보오링 작업 후의 조도값이 우측에 약 2.5 내지 4㎛으로 도시되는 곡선(64)을 통해 조도 깊이 구체적인 측정을 도시한 것이다. 본 발명에 따른 평활 방법에 의해, 1 ㎛이하, 예컨대 0.7㎛로 좌측에 도시된 조도 깊이가 얻어질 수 있다. 이러한 방식(도 1 참조)으로 제조된 커넥팅 로드 아이(2)는 우수한 품질을 가지며 툴 수명 테스트에서 입증됨으로써 종래의 베어링 부시의 사용이 더 이상 필요없게 되었다. 본 발명에 따른 평활 방법에 의해 종래의 정밀 보오링에 의한 외형에 비해 진원도(roundness)가 더 향상될 수 있다. 대부분의 외형, 예컨대 원형 홈, 타원형 홈(10 ㎛) 또는 장방향으로 트럼펫 형상의 외형이 본 발명에 따른 평활 툴에 의해 형성될 수 있다.

물론, 본 발명의 방법 및 평활 툴(4)은 커넥팅 로드 아이(2)의 사용에 제한되지 않고, 높은 표면품질을 갖는 다른 표면들에 대해서도 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 방법 및 평활 툴(4)은, 규정된 윤활 슬롯(나선형, 다이아몬드 형태 등등)이 원주벽에 형성될 수 있는 실린더 보어를 가공하는데 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법 및 평활 툴(4)은, 공작기계 및 제어 측면에서 상당한 노력을 필요로 하는 호닝가공(honing)의 대안으로서 사용될 수 있다.

본 명세서의 도입부에 설명된 바와 같이, 본 발명은 특히, 베어링 홈의 원주벽 영역에서 분리요소들이 발생되는 공작물의 사용에 적합하다. 상기 분리요소들은 실질적으로 원형 바아(bars)로 단조된 중앙 원주 영역에서 형성되기 때문에, 본 발명에 의하면, 원주상의 그루브는 원주벽의 상기 중앙부 내부로 도입된다. 상기 그루브는 1 밀리미터 이상의 폭, 예컨대 3 mm를 가질 수 있고 커넥팅 로드의 경우, 그 깊이는 폭의 일부에 해당하는 정도이다. 따라서, 공작물의 마모 거동은, 그루브가 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 깊이를 가지면서 향상될 수 있다. 즉, 그루브의 폭과 깊이는, 본 발명에 따르면 100:1 이상, 바람직하기로는 1000:1 이상의 비율로 설계된다. 이 그루브는 정밀 선삭(precision-turning) 또는 평활처리에 의한 본 발명에 의해 설명된 방법에 따라 형성될 수 있다. 후자 방법의 경우, 그루브는 정밀 선삭에 의해 초기에 예비가공된 다음, 평활처리에 의해 표면 마감 처리될 수 있다. 원칙상, 그루브를 평활처리에 의해서만 형성하는 것이 가능하다.

물론, 본 발명에 따른 방법은, 홈의 형상이 실제로는 인피드 헤드에 의해 추적될 수 있기 때문에, 타원형 베어링 홈(커넥팅 로드) 또는 원형에서 편향되는 단면에 사용될 수 있다. 평활처리에 의해 가공된 원주 그루브의 주요 장점은, 연속적인 오일막이 차단없이 형성되는 클린 오일 통로가 형성됨으로써 공작물 또는 부시가 없는 커넥팅 로드의 마모 거동이 더욱 향상된다는 사실에 있다.

본 발명은 표면 마감처리를 위한 방법과 평활 툴, 및 평활처리에 의해 가공되는 공작물에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 피가공 표면은 볼록한 평활 툴을 통한 형상화 공정(shaping process)에 의해 평활 처리된다.

Claims

표면, 특히 베어링 홈을 마감처리하기 위한 방법으로서,

상기 표면을 예비가공, 특히 정밀 보오링 작업을 수행하는 단계; 및

상기 가공 표면에 대해 압착되어 이 가공 표면을 따라 이동되는 볼록한 평활 툴(4)에 의한 부분 재형상화 공정을 통해 상기 가공 표면을 평활 처리하는 단계

를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 평활 툴(4)은 거의 예비가공을 위한 툴의 이동 궤적을 따라 안내되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 평활 툴(4)은 소정의 표면압력 또는 소정의 바이어스 작동력으로 상기 표면에 대해 압착되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 평활처리 후의 조도 깊이는 1/1000 mm 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 표면에는 그루브 형상 또는 슬롯 형상의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서,

상기 표면에는 마이크로 범위 내의 깊이를 갖는 원주상의 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 평활 툴(4)은, 상기 표면압력 또는 바이어스 작동력이 소정의 허용오차 범위 내에서 일정하게 유지되도록 작동가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법으로서,

예비가공 툴을 이론적 설정치로 예비설정하는 단계;

상기 허용오차 범위의 중간값에 도달될 때 까지 상기 예비가공을 수행하는 단계;

형성된 값을 기계에서 0 치수값으로 선택하는 단계;

상기 0 치수값을 측정 스테이션(마스터)에 전송하고 고정하는 단계; 및

툴 변경의 경우, 상기 0 치수값을 상기 측정 스테이션에서 선택하여 선택된 0 치수값을 기계내의 평활 툴에 전송하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 평활처리 이후, 상기 평활 툴(4)이 제 위치에 놓여있는지의 여부는 측정 스테이션에서 체크하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 평활 툴(4)의 변형은 평활처리 중에 보상되는 것을 특징으로 하는 방법.
강성 툴 샤프트(6)로부터 돌출되는 볼록한 평활 부재(8)를 포함하는 평활 툴.
제11항에 있어서,

상기 평활 부재(8)는 다이아몬드, 바람직하기로는 천연 다이아몬드로 구성되는 것을 특징으로 하는 평활 툴.
제11항 또는 제12항에 있어서,

상기 툴 샤프트(6)는 방사상으로 이송 가능한 인피드 헤드(30)에 고정되는 것을 특징으로 하는 평활 툴.
제13항에 있어서,

상기 인피드 헤드는 다이어프램 틸팅 헤드(22)인 것을 특징으로 하는 평활 툴.
제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 예비가공 절삭날(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 평활 툴.
제15항에 있어서,

상기 예비가공 절삭날(60)은 상기 평활 부재(8)에 대해 거의 직경 위치에 해당하는 지점에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 평활 툴.
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

평활 부재(8)의 평활면(14)의 반경은 2 내지 6 mm인 것을 특징으로 하는 평활 툴.
제11항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 평활 부재(8)는 상기 툴 샤프트(6)에 고정되는 것을 특징으로 하는 평 활 툴.
평활처리에 의해 원주벽이 마감되는 적어도 하나의 베어링 홈을 포함하는 공작물.
제19항에 있어서,

상기 원주벽의 중앙부에는 원주상의 그루브가 형성되는 것을 특징으로 하는 공작물.
제20항에 있어서,

상기 그루브는 20 ㎛ 이하의 깊이, 바람직하기로는 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 공작물.