KR20090053787A

KR20090053787A - 알루미늄 휠 내부의 오목부들을 전기화학적으로 연마하기 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20090053787A
Application number: KR1020097003503A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 제이. 코메티; 제임스 코로스케니; 호르스트 키쎌
Original assignee: 익스트루드 혼 코포레이션
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-05-27
Also published as: TW200811318A; WO2008024965A2; US20090321274A1; WO2008024965A3; CA2661019A1; AU2007286616A1; JP2010501730A; CN101505901A; US20080210571A1; EP2069096A2; EP2069096A4

Abstract

휠과 같은 알루미늄 가공대상물의 벽 내부에 있는 오목부들을 전기화학적으로 연마하기 위한 장치는 상부 플래튼에 장착된 음극을 가진다. 상기 가공대상물은 양극으로 작용하는 하부 플래튼의 위에 설치된다. 상기 음극과 상기 양극을 통하는 전류가 동시에 가해지는 동안에 전해액이 상기 음극과 상기 양극의 사이로 통과된다. 상기 전류는 연마를 최대화하기 위해 선택적으로 펄싱되지만, 동시에 잔류하는 소재를 씻어내는 것을 허용하면서 상기 음극과 상기 가공대상물을 냉각시키기 위해 펄싱된다.

휠, 연마, 전기화학, 알루미늄, 가공, 펄스

Description

알루미늄 휠 내부의 오목부들을 전기화학적으로 연마하기 위한 장치 및 방법{Machine and method for electrochemically polishing indentations within an aluminum wheel}

본 발명은 일반적으로 전기화학적 연마에 관한 것이며 보다 구체적으로는 알루미늄 휠들을 전기화학적으로 연마하는 것에 관한 것이다.

전기화학적 가공(electrochemical machining, ECM)은 연마되어 나타나는 매끄러운 표면을 부여하기 위해 금속 가공대상물로부터 소재를 제거하기 위한 공정이다. 이와 같은 공정은 높은 이온 강도를 가지는 전해액을 사용하여 일어난다. 가공되는 상기 가공대상물은 양극으로서 역할을 하며, 상기 전기화학적 가공 장치의 전극은 음극으로서 역할을 한다. 상기 연마 공정에서 전류는 상기 양극과 음극 사이에 흐른다. 이 조건들 하에서, 상기 전극은 형삭 공구로서 역할을 한다. 수소가 전극 표면에서 형성되는 동안에, 양극으로서 역할을 하는 상기 가공대상물은, 예를 들어, 금속 수산화물 형태로 국부적으로 녹는다. 상기 전기화학적 가공 방법은 패턴들 또는 임의로 형상화된 구멍들이 상대적으로 간단하면서 정확한 방식으로 금속 가공대상물에 형성되는 것을 가능하게 한다. 미리 결정된 형상을 제조하기 위해 순수하게 소재를 제거하는 것과 대조적으로, 더욱 매끄러운 표면 가공을 달성할 목적 으로 상기 가공대상물로부터 소재를 보다 적게 제거함으로써, 상기 전기화학적 가공 공정은 또한 가공대상물을 연마하기 위해 사용될 수도 있다.

그러나, 대형 가공대상물들을 전기화학적으로 연마하는 것은 상당히 큰 전류를 필요로 하며, 과거에는, 이와 같은 제한의 결과로서, 전기화학적 연마는 상대적으로 작은 표면들에 제한되었다. 더구나, 끊임없는 전류로, 소재는 상기 가공대상물로부터 제거되며, 상기 전해액은 상기 가공대상물의 잔류물을 항상 함유한다.

방법 및 장치가 필요하며, 그에 의해, 휠과 같은, 보다 큰 가공대상물이 잔류물을 제거하여 우수한 가공을 초래하는 효율적인 방식으로 전기화학적으로 연마될 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 휠과 같은 알루미늄 가공대상물의 벽 내부에 있는 공지된 구조의 오목부들을 전기화학적으로 연마하기 위한 장치를 대상으로 한다. 상기 가공대상물의 공간은 가공대상물이 상기 장치에서 차지하는 공간을 한정한다. 상기 장치는 상부 플래튼(upper platen)으로부터 연장되는 음극을 가지는 상기 상부 플래튼을 가지며, 여기서 상기 음극은 오목부와 연관되며, 여기서 상기 음극은 상기 오목부의 형상과 유사하지만 더 작은 형상을 가지며 그 사이로 상기 음극과 상기 오목부의 사이에 전해액의 도입을 위한 갭을 한정하기 위해 상기 오목부에 인접하게 배치되도록 제조된다. 하부 플래튼은 상기 상부 플래튼과 정렬되며, 여기서 상기 하부 플래튼은 상기 휠을 수용하도록 제조되며, 여기서 제1 위치에서 상기 음극이 상기 하부 플래튼으로부터 떨어지며, 제2 위치에서 상기 음극이 상기 하부 플래튼에 설치된 상기 가공대상물의 상기 오목부의 위치에 인접한 상기 음극과 함께 상기 하부 플래튼에 가까워지도록, 상기 상부 플래튼 및 상기 하부 플래튼은 서로에 대하여 이동 가능하다. 또한 상기 장치는 상기 휠과 접촉하기 위한 양극 슈들(anode shoes)을 가지며, 여기서 상기 슈들이 상기 가공대상물들과 접촉할 때 상기 가공대상물 자체가 양극으로 작용하도록, 상기 슈들은 전기적으로 전도성이 있다. 입구 통로는 상기 음극과 상기 가공대상물의 상기 오목부의 사이에 있는 상기 갭의 내부에 전해액을 도입하며 출구 통로는 상기 음극과 상기 가공대상물의 상기 오목부의 사이에 있는 상기 갭에서 전해액을 제거한다. 전력 공급기는 그 사이에 있는 전해액을 통해서 상기 상부 플래튼의 상기 음극과 상기 하부 플래튼의 상기 양극의 사이에 전류를 제공하며, 제어기는 상기 음극과 상기 양극 사이의 상기 전류를 제어한다.

본 발명의 다른 실시예는 알루미늄 가공대상물의 벽 내부에 있는 공지된 구조의 오목부들을 전기화학적으로 연마하는 방법을 대상으로 한다. 가공대상물의 공간은 상기 가공대상물이 상기 장치에서 차지하는 공간을 한정한다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

a) 플래튼에 알루미늄 가공대상물을 설치하는 단계;

b) 상기 가공대상물에 적어도 하나의 양극을 장착하는 단계;

c) 상기 가공대상물의 내부에 있는 상기 오목부 내부에 적어도 하나의 음극을 배치하며, 그에 의해 상기 음극과 상기 양극의 사이에 갭을 한정하는 단계;

d) 상기 갭의 내부에 전해액의 흐름을 도입하는 단계;

e) 상기 음극과 상기 양극의 사이에 전류를 도입하는 단계; 및

f) 상기 흐르는 전해액이 상기 오목부의 표면을 씻어내는 것을 허용하도록 상기 전류를 펄싱(pulsing)하는 단계.

도 1은 본 발명에 따른 장치 및 방법을 사용하여 연마될 수 있는 일반적인 휠의 정면도이며;

도 2는 도 1에 도시된 상기 휠의 일부분의 확대도이며;

도 3은 그로부터 연장된 양극을 가지는 상부 플래튼의 일부분의 사시도이며;

도 4는 본 발명에 따른 장치의 개략도이며;

도 5는 도 4에 도시된 장치이지만 가공 공정을 수행하기 위해 상호 인접한 상부 플래튼 및 하부 플래튼을 가지는 장치의 개략도이며; 및

도 6은 폐쇄된 포켓을 연마하기 위해 사용되는 음극의 평면도이다.

도 1 및 2는 상기 도면들에서 차량의 몸체로부터 연장된 돌기부들(도시되지 않음)에 상기 휠(10)을 장착하기 위해 이를 통해 돌출해 있는 복수개의 돌출부 구멍들(lug holes, 25)을 가지는 허브(20) 및 타이어(도시되지 않음)를 지지하는 휠 림(wheel rim, 15)을 한정하는 원통형의 외형을 가지는 알루미늄 휠인, 휠(10)과 같은, 일반적인 가공대상물의 상세한 부분들을 도시하고 있다.

상기 휠(10)은 상기 휠(10)의 벽(35) 내부에 있는 공지된 구조의 복수개의 오목부들(30)을 가진다. 특히, 상기 오목부(30)는 상기 휠(10)의 상기 벽(35)을 통해 연장된 윈도우(40) 또는 상기 휠(10)의 상기 벽(35)을 통해 오직 부분적으로 연장된 포켓(45)일 수 있다. 상기 윈도우(40)와 관련된 전기화학적 연마 공정이 상기 포켓(45)과 관련된 공정과 약간 다르다는 것이 인정되어야 한다. 특히, 상기 전해액은 상기 공정 동안에 상기 윈도우(40)를 통해 씻겨질 수도 있지만 상기 전해액은 상기 포켓(45)으로 도입되어 그로부터 제거되어야 한다.

상기 전기화학적인 공정이 효과적이기 위해서, 양극이 연마되는 상기 가공대상물의 형상에 거의 합치하게 되는 것이 필요하다. 도 3에 주의를 돌려서, 음극(50)이 상기 윈도우(40)의 외형과 대체로 유사한 외형을 가지기 위해 형상화된다(도 2). 상기 음극(50)은 갭을 형성하기 위해 상기 윈도우(40)의 외형보다 약간 더 작아야 한다. 상기 갭은 두 가지의 이유들을 위해 존재한다. 우선 첫째로, 상기 윈도우(40)로부터 소재를 제거하는 화학 반응을 촉진시키기 위해 상기 갭의 내부에 전해액을 도입하는 것이 필요하다. 둘째로, 상기 갭은 상기 음극과 상기 양극 사이의 전기 아크 방전을 방지하기 위해 유지되어야 하는데, 이는 이와 같은 아크 방전이 상기 윈도우(40)의 벽들(42)에 자국을 형성할 것이기 때문이다. 음극들(50)은 일반적으로 황동으로 만들어진다. 황동이 긴 수명을 위해 효과적이지만, 비자성 스테인레스강과 같은, 다른 소재가 상기 음극(50)의 소재로 사용될 수 있다.

잠시 도 1로 돌아가고 도 3을 참조하면, 상기 음극(50)이 상기 윈도우들(40) 중의 어느 하나에 배치될 수 있다는 것과 상기 상부 플래튼에 있는 위치 결정 핀(55)이 상기 음극(50)을 적당히 이격시키기 위해 상기 돌출부 구멍(25)의 내부에 배치될 수 있다는 것이 명백해질 것이다. 상기 음극(50)은 상부 플래튼(60)에 장착된다. 상기 상부 플래튼(60)은 상기 윈도우(40)의 내부에서 상기 음극(50)을 수직으로 배치하기 위해 상기 윈도우의 주변(43)과 접촉하는 표면들(65)을 가진다.

도 4로 주의를 돌려서, 장치(100)는 알루미늄 휠(10)의 벽(35)의 내부에 있는 공지된 구조의 상기 윈도우(40)와 같은 오목부들(30)을 전기화학적으로 연마하기 위해 도시된다. 휠 공간(12)은 실제 휠(10)이 상기 장치(100)의 내부에 배치될 때 점유되는 체적을 한정하기 위해 사용된다. 상기 장치(100)는 그로부터 연장된 두 개의 음극들(50)을 가지는 상부 플래튼(60)을 가진다. 각각의 음극(50)은 오목부(30)와 연관되며 각각의 음극(50)은 상기 오목부(30)의 형상과 유사하지만, 더 작은 형상을 가진다. 상기 음극(50)과 상기 오목부(30) 사이에 전해액의 도입을 위해서, 각각의 음극(50)은 그 사이의 갭을 한정하기 위해 상기 오목부(30)에 인접하게 배치되도록 제조된다.

하부 플래튼(105)은 상기 상부 플래튼(60)과 정렬된다. 상기 하부 플래튼(105)은 상기 휠(10)을 수용하도록 제조된다. 제1 위치(도 4)에서 상기 음극들(50)이 상기 하부 플래튼(105)으로부터 떨어질 수 있으며, 제2 위치(도 5)에서 상기 상부 플래튼(60)에 있는 상기 음극들(50)이 상기 하부 플래튼(105)에 가까이 있으며 상기 하부 플래튼(105)에 설치된 상기 휠(10)의 상기 오목부들(30)의 내부에 있도록, 상기 상부 플래튼(60) 및 상기 하부 플래튼(105)은 서로에 대하여 이동 가능하다. 도 4 및 5에서, 상기 오목부(30)는 상기 윈도우(40)이다. 상기 배치는 전해액이 그 사이에 전류를 전달하기 위해 흐를 수 있는 갭(107)을 제공한다.

도 4는 상기 하부 플래튼(105)으로부터 떨어진 상기 음극들(50)을 가지는, 제1 위치에 있는 상기 장치(100)를 도시하고 있다. 상기 휠(10)이 상기 하부 플래튼(105)에 도입될 수 있거나 상기 하부 플래튼으로부터 제거될 수 있도록 상기 장치는 셋업을 위해 사용된다. 상기 하부 플래튼은 상기 휠(10)에 있는 상기 돌출부 구멍들(25) 중의 하나 또는 그 이상과 맞물리며 그로부터 돌출된 배치 볼트들(112)을 가지는, 유리 충전 페놀 소재일 수 있는, 비전도성 베이스(110)를 제공한다. 상기 장치(100)는 상기 휠(10)과 접촉하는 양극 슈들(115)을 포함한다. 상기 슈들(115)이 상기 휠(10)과 접촉할 때, 상기 휠(10) 자체가 양극으로 작용하도록, 상기 슈들(115)은 전기적으로 전도성이 있다. 상기 양극 슈들(115)은 도 4에 도시된 제1 위치로부터 이동 가능하며, 여기서 상기 슈들(115)은 상기 휠(10)로부터 제2 위치(도 5)까지 떨어져 있으며, 여기서 상기 슈들(115)은 상기 휠(10)과 접촉한다. 상기 휠(10)이 상기 장치(100)의 내부에 설치되지 않은 경우에, 상기 제2 위치에 있는 상기 양극 슈들이 상기 휠(10)의 위치와 동일한 휠 공간(12)의 내부에 배치될 것이라는 것이 인정되어야 한다.

상기 양극 슈들(115)은, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1 위치에서 또는, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제2 위치에서, 상기 양극 슈들(115)을 인덱싱(indexing)할 수 있는 선형 실린더들(120)에 장착된다. 전력 공급기(125)는 상기 상부 플래튼(60)의 상기 음극(50)과 상기 하부 플래튼(105)의 상기 양극 슈들(115)의 사이에 전류를 제공하지만, 그와 같은 전류가 그 사이에 전해액의 도입을 통해서 상기 두 개의 부품들 사이를 통과하도록 허용한다. 그 사이에 있는 상기 전해 액(127)과, 상기 전해액(127)을 통해 상기 양극으로 작용하는 상기 휠(10)과 상기 음극(50)의 사이를 통과하는 전류의 조합은 상기 휠(10)의 상기 윈도우(40)로부터 소재를 제거하는 화학 반응을 촉진시킨다. 제어기(129)는 상기 음극(50)과 양극으로 작용하는 상기 휠(10) 사이의 전류를 제어한다.

상기 장치(100)에 의해 제공되는 연마의 품질을 증진시키기 위해, 상기 제어기(129)는 상기 전류가 간헐적으로 상기 음극(50)에 가해지는 것을 허용하며, 그에 의해 상기 전해액(127)이 더 효과적으로 상기 휠(10)에서 나온 잔류물을 씻어내는 것을 허용하기 위한 펄싱 회로(pulsing circuit, 131)를 더 포함한다. 상기 제어기(129)는 적어도 하나의 가공 모드 및 연마 모드를 제공한다. 상기 가공 모드에서, 상기 전류는 상기 휠(10)로부터 상당한 양의 소재를 제거하기 위해 높은 상태에 있다. 상기 연마 모드에서, 상기 전류는 상기 휠(10)로부터 상당히 적은 양의 소재를 제거하기 위해 보다 낮은 상태에 있다. 결과적으로, 상대적으로 거친 가공의 휠(10)은 처음에 "가공될" 있으며 그런 다음에 가공가공된 제품을 제조하기 위해 "연마될" 수 있다. 이와 같은 2단계의 공정으로, 지금까지 상기 전기화학 가공 공정에 선행된 예비의 기계적 그라인딩 단계를 없애는 것이 가능할 수 있다.

이 공정을 위해 사용되는 전류를 펄싱하기 위한 매개변수들은 가공대상물의 크기, 상기 음극과 상기 가공대상물 사이의 갭, 및 상기 전해액의 조합과 같은 다양한 요소들에 좌우되지만, 일반적으로, 상기 가공 모드를 위한 상기 전류의 펄싱은 일반적인 가공대상물에 대해서 대략 50 ms(milliseconds)동안 온(on)되며 25 ms동안 오프(off)된다. 상기 연마 모드에서, 상기 전류의 펄싱은 대략 40 ms 동안 온 되며 20 ms 동안 오프된다. 전체적으로, 상기 전류는 20 내지 50 ms의 사이 온되며 8 내지 35 ms의 사이 오프되는 속도로 펄스될 수도 있다. 본 발명자들은 상기 펄싱 과정 자체가 상기 연마 공정의 효율를 상당히 개선하며 상기 2단계의 가공/연마 방법이 상기 펄싱 과정의 유효성을 보다 향상시킨다는 것을 발견했다.

게다가, 일반적인 가공대상물을 위한 통상의 가이드라인으로서, 상기 전류는 4,000 내지 15,000 암페어일 수 있으며 전압은 직류로 0 내지 30 볼트의 직류 전류일 수 있다. 상기 가공 공정은 더 높은 전류를 이용할 수 있지만, 상기 연마 공정을 위해서는 약 4,000 암페어의 전류가 더 효과적이다.

상기 장치(100)의 정상적인 작동을 위해 전해액(127)의 흐름이 필요하다는 것이 인정되어야 한다. 상기 전해액(127)의 흐름은 상기 양극과 상기 휠(10)의 사이에 전류의 이동을 촉진시킬 뿐만 아니라, 더욱이, 상기 휠(10)의 가공 영역으로부터 열과 잔류물을 제거하기 위한 메커니즘을 제공한다.

본 발명자들은 상기 전해액의 온도가 상기 알루미늄 가공대상물의 표면 가공의 품질에 중대한 영향을 준다는 것을 발견했다. 특히, 상기 전해액에 대한 일반적인 작동 온도는 섭씨 27 내지 28° 화씨 81 내지 82°이다. 섭씨 20 내지 25도(화씨 68 내지 77도)의 온도를 가지는 전해액이 사용되었을 때, 상기 가공대상물은 유사한 조건들 하에서 그러나 더 높은 온도의 전해액에서 존재하는 자국 형성을 포함하지 않는 우수한 표면 가공을 가졌다. 상기 뜻밖의 결과는 알루미늄 가공대상물들과 관련된 공정뿐만 아니라, 상이한 소재들의 가공대상물들과 관련된 전기화학적 연마에 적용될 수 있다.

도 4에 주의를 돌리면, 상기 전해액(127)이 상기 음극(50)의 주변 둘레에 도입될 수 있도록, 상기 전해액(127)이 저장조(135)로부터 펌프(138)을 통과하고 배관(140)을 통해서 입구 통로(143)까지 전달되며, 도 4에서 상기 입구 통로는 각각의 음극(50)을 둘러싸는 슬리브(145)이다. 도 3은 상기 슬리브(145)가 상기 상부 플래튼(60)을 통해 연장되며 상기 음극(50)을 둘러싸고 있는 것을 더 상세히 도시하고 있다. 도 3에서 씰(147)이 상기 슬리브(145)를 둘러싸고 있는 것을 주목해야 한다. 상기 씰(147)은 상기 음극(50)과 입구 통로(143)를 둘러싸는 유연하면서 공극이 없는 소재로 이루어져 있다. 상기 슬리브(145)가 상기 음극(50)의 주변 둘레에 상기 전해액(127)을 분산시키기 위한 메커니즘으로 도시되어 있지만, 상기 슬리브(145)는 동일한 결과를 달성하기 위한 대안으로 상기 음극(50)의 주변 둘레에 있는 복수개의 포트들일 수 있다. 상기 입구 통로(143)는 상기 음극(50)의 주변과 합치하며, 상이한 구조를 가지는 음극(50)이 사용될 때, 상기 관련된 입구 통로(143)는 상기 새로운 음극(50)의 주변과 다시 합치한다.

도 5에 주의를 돌려서, 상기 상부 플래튼(60)이 상기 휠(10)에 대응하여 배치될 때, 상기 씰(147)이 상기 휠(10)에 대응하여 사용되며 그에 의해 상기 전해액(127)을 담을 수 있도록 상기 상부 플래튼(60)과 상기 휠(10) 사이에 방수 밀봉을 제공한다. 도 4 및 5 둘 다를 검토해 보면, 상기 전해액(127)은 상기 음극(50)의 둘레에 있는 상기 슬리브(145)를 통해서 이동하며 도 4에서 상기 휠(10)의 상기 윈도우(40)인 출구 통로(150)를 통해서 이동한다. 상기 장치에서, 상기 전해액(127)은 상기 윈도우(40)를 통해서 수집 탱크(153)로 배출될 수도 있으며 이때 상기 수집 탱크에서 상기 전해액이 다시 사용되기 위해 상기 저장조(135)로 반송된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 저장조(135)에 있는 상기 전해액(127)은 상기 연마 공정 동안에 도입되었던 상기 전해액(127)으로부터 불순물을 제거하기 위해 재생 스테이션(155)으로 우회된다. 하나의 재생 기술은 상기 사용된 전해액에 질산 철의 도입을 포함하며 그 이후에 상기 유체는 원심 분리된다. 상기 기술은 "전기화학적 연마 어플리케이션들에서 전해액들을 재생하기 위한 공정"이라는 명칭으로 2006년 8월 21일에 출원되었으며 본 출원인과 동일한 양수인에게 양도된 미국 특허 동시계속출원 제11/465,839호에서 더 잘 설명된다. 또한 도 4에서 상기 휠(10)이 전해액의 손실을 최소화하기 위해 상기 탱크(153)에 대하여 밀봉을 제공하도록, 상기 휠(10)이 상기 수집 탱크(153)의 위에 놓여 있다는 것에 주목해야 한다.

본 발명의 상기 음극들(50)은 도 1 및 2에 도시된, 상기 휠(10)의 상기 윈도우(40)에 따라 움직이도록 주문에 따라 만들어 진다. 각각의 음극(50)이 제거 가능하며, 휠들 상의 다른 형상들의 오목부들을 수용하기 위해 다른 형상의 음극으로 대체될 수도 있다는 것이 인정되어야 한다. 도 3, 4 및 5는 상기 상부 플래튼(60)에 제거 가능하게 장착된, 상기 음극(50)을 도시하고 있다. 상기 상부 플래튼(60)이 상기 휠(10)로부터 이격되어 있는 상기 제1 위치(도 4)에서 상기 상부 플래튼(60)이 상기 휠(10)에 인접해 있는 상기 제2 위치(도 5)로 상기 상부 플래튼이 이동될 수도 있도록, 상기 상부 플래튼(60)은 지주들(posts, 160)에 슬라이딩 가능하게 설치된다. 또한 상기 상부 플래튼(60) 및 상기 하부 플래튼(105)이 상기 휠(10)인 상기 양극과, 상기 음극들(50)로부터 전기적으로 절연되어 있는 것이 인 정되어야 한다.

도 1의 면밀한 검토로부터, 휠(10)의 내부에 다수의 윈도우들(40)이 있다는 것이 명백하다. 본 발명의 일 실시예에서, 단일의 윈도우가 또한 연마될 수 있지만 두 개의 윈도우들(40)이 동시에 연마된다. 상이한 윈도우들이 상기 동일한 음극에 의해 연마될 수 있도록, 본 발명은 또한 상기 휠(10) 또는 다른 가공대상물을 인덱스하기 위해 설계된다. 그러나, 상기 전기화학적 연마 공정은 높은 전류를 필요로 하기 때문에, 전기화학적 연마를 위한 선행기술의 설계들은 단일의 음극을 사용한다. 더구나, 다수의 오목부들(30)을 가지는 휠(10)이 연마를 위해 다른 오목부들(30)을 상기 음극들(50)과 정렬시키기 위해 회전될 수도 있도록 상기 하부 플래튼(105)은 인덱스 가능하다. 특히, CNC 제어 서보-드라이브 모터(163)는 축(172)을 회전시키는 제2 풀리(170)를 회전시키기 위해 벨트(167)를 구동시키는 풀리(165)를 구동시키며, 그에 의해 상기 하부 플래튼(105)과 그에 장착된 상기 휠(10)을 회전시킨다. 그렇게 함으로써, 상이한 윈도우들(40)이 연마를 위해 상기 음극들(50)과 정렬되도록 상기 휠(10)을 인덱스하는 것이 가능하다. 결과적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 휠(10)에 있는 상기 8개의 윈도우들(40)을 연마하는 것은, 윈도우(40)에 작동하는 단일의 음극(50)이 있을 때, 상기 휠(10)을 8회 인덱스하는 것과 대조적으로 상기 휠(10)을 단지 4회 인덱스하는 것을 필요로 한다.

상기 전해액(127)은 염화나트륨(NaCl) 또는 질산나트륨(NaNO₃)의 용액 및 물로 이루어져 있다. 염화나트륨이 소재의 제거를 대상으로 하는 가공 단계를 위한 전해액으로서 선호되고 있는 반면에, 질산나트륨은 표면 가공을 대상으로 하는 연마 단계를 위한 전해액으로서 선호되고 있다. 일반적인 적용을 위한 전해액(127)의 흐름은 25 내지 55 갤런/분(gallons per minute) 사이일 수 있다. 특별한 예로서, 20인치의 직경과 그 크기에 비례하는 오목부들(30)을 가지는 휠(10)에 대해, 전해액의 흐름은 45 내지 50 갤런/분 사이일 수 있다. 18인치의 직경과 그 크기에 비례하는 오목부들(30)을 가지는 휠(10)에 대해, 전해액의 흐름은 30 내지 35 갤런/분 사이일 수 있다. 상기 음극(50)과 상기 윈도우(40)의 상기 벽(42) 사이의 상기 갭(107)은 일반적으로 약 0.75 mm이나, 작동하는 동안에 보다 고도의 연마가 요구되는 영역들에서, 상기 갭은 약간 더 작아질 수도 있으며, 너무 작은 갭은 상기 음극(50)과, 상기 휠(10)인 상기 양극 사이에 바람직하지 않은 아크 방전을 가져올 것이라는 것에 유념해야 한다.

상기 전해액(127)이 상기 음극들(50)의 둘레에 흐름에 따라, 상기 전해액이 상기 휠(10)을 냉각시킬 뿐만 아니라, 게다가, 상기 휠(10)에 있는 상기 윈도우(40)의 상기 벽(42)에 쌓인 어떤 불순물을 씻어 낼 기회를 가질 수 있도록, 상기 제어기(129)의 상기 펄싱 회로(131)가 상기 전류를 온 및 오프시킬 수 있다.

지금까지의 검토는 휠(10)에 있는 윈도우(40)를 전기화학적으로 연마하는 것을 대상으로 하였다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 상기 오목부(30)는 또한 상기 휠(10)의 상기 벽(35)을 통해 연장되지 않은 포켓(45)일 수 있다. 결과적으로, 포켓(45)을 연마하기 위해, 상기 전해액(127)은 다른 방식으로 유도되어야 한다. 도 6은 그로부터 연장되어 있는 음극(180)을 가지는 상기 상부 플래튼(60)을 도시하고 있다. 씰(182)은 상기 상부 플래튼(60)이 상기 포켓(45)의 위에 배치될 때 방수 밀봉을 제공하기 위해 상기 음극(180)을 둘러싸고 있다. 이런 설계의 목적은 상기 음극(180)의 측면들과 정면에 걸쳐 전해액(127)을 전하기 위한 것이다. 특히, 상기 음극(180)의 일 측면에 있는 입구 통로(185)는 현재 폐쇄된 챔버(187)인 것에 상기 전해액(127)을 도입한다. 상기 전해액(127)은 상기 음극(180)을 가로질러 흐르며 출구 통로(189)를 통해 상기 챔버(187)로부터 제거되며 그런 다음 상기 통로에서 상기 전해액은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 수집 탱크(153)로 전해진다. 도 1에 도시된 상기 휠(10)에 관하여, 도 6에 도시된 상기 상부 플래튼(60)은, 연마되기 위해 상기 포켓(45)에 인접한 상기 돌출부 구멍들(25)의 내부에 끼이는, 두 개의 위치 결정 핀들(190)을 가진다(도 6).

또한 본 발명은 알루미늄 휠(10)의 상기 벽(35) 내부에 있는 공지된 구조의 오목부들(30)을 전기화학적으로 연마하는 방법을 대상으로 한다. 휠 공간은 휠(10)이 상기 장치(100)에서 차지하는 공간을 한정한다. 상기 방법은 알루미늄 휠(10)을 플래튼(105)에 설치하며, 예를 들어, 양극 슈(115)를 통해 상기 휠(10)에 적어도 하나의 양극을 장착하는 단계들로 이루어져 있다. 적어도 하나의 음극(50)은 상기 휠(10)의 상기 오목부(30)의 내부에 배치되며, 그에 의해 상기 음극(50)과 상기 양극 사이의 갭(107)을 한정한다. 전해액(127)은 상기 갭의 내부에 도입되며 그런 다음 전류가 상기 음극(50)과 상기 양극의 사이에 도입된다. 상기 전류는 상기 흐르는 전해액(127)이 상기 오목부(30)의 표면으로부터 불순물을 씻어내는 것을 허용하기 위해 맥동된다. 상기 전해액은 상기 연마 공정 동안에 재순환되며, 더구나, 상 기 전해액은, 여기서 이전에 설명된 재생 공정과 같은, 재생 공정을 통해서 재생된다.

본 발명의 특정한 실시예들이 상세하게 설명되었지만, 세부 사항들에 대한 다양한 변형들 및 대안들이 본 출원서의 전반적인 가르침에 입각하여 개발될 수 있다는 것이 본 기술분야에서 숙련된 사람들에게 인정될 것이다. 현재 여기에 설명된 바람직한 실시예들은 단지 예시를 하기 위해 의도된 것이며 충분한 폭의 첨부된 청구항들과 그들의 모든 균등물들에 주어진 것인 본 발명의 범위에 대하여 제한을 하기 위해 의도된 것이 아니다.

Claims

알루미늄 가공대상물의 벽 내부에 있는 공지된 구조의 오목부들을 전기화학적으로 연마하기 위한 장치에 있어서,

가공대상물 공간은 가공대상물이 상기 장치에서 차지하는 공간을 한정하며,

a) 상부 플래튼;

b) 상기 상부 플래튼으로부터 연장되어 있으며, 오목부와 연관되며, 상기 오목부의 형상과 유사하지만 더 작은 형상을 가지며, 상기 음극과 상기 오목부 사이에 전해액의 도입을 위해 그 사이의 갭을 한정하도록 상기 오목부에 인접하게 배치되도록 제조되는 음극;

c) 상기 상부 플래튼과 정렬되며, 상기 가공대상물을 수용하도록 제조되며, 제1 위치에서 상기 음극들이 상기 하부 플래튼으로부터 떨어질 수 있으며 제2 위치에서 상기 음극이 상기 하부 플래튼에 설치된 가공대상물의 상기 오목부의 위치에 인접한 상기 음극과 함께 상기 하부 플래튼에 가까워지도록 상기 상부 플래튼 및 상기 하부 플래튼이 서로에 대하여 이동 가능한 상기 하부 플래튼;

d) 상기 가공대상물과 접촉할 때, 상기 가공대상물 자체가 양극으로 작용하도록 전기적으로 전도성이 있는, 상기 가공대상물과 접촉하기 위한 양극 슈들;

e) 상기 음극과 상기 가공대상물의 상기 오목부 사이의 상기 갭 내부에 전해액을 도입하기 위한 입구 통로;

f) 상기 음극과 상기 가공대상물의 상기 오목부 사이의 상기 갭으로부터 전해액을 제거하기 위한 출구 통로;

g) 상기 상부 플래튼의 상기 음극과 상기 하부 플래튼의 상기 양극 사이의 전해액을 통해 상기 상부 플래튼의 상기 음극과 상기 하부 플래튼의 상기 양극 사이에 전류를 제공하기 위한 전력 공급기; 및

h) 상기 음극과 상기 양극 사이에 상기 전류를 제어하기 위한 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 가공대상물은 휠인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

적어도 두 개의 음극들이 상기 상부 플래튼으로부터 연장되어 있으며, 각각의 음극은 오목부와 연관되며, 각각의 음극은 상기 오목부의 형상과 유사하지만 더 작은 형상을 가지며 상기 음극과 상기 오목부 사이에 전해액의 도입을 위해 그 사이의 갭을 한정하도록 상기 오목부에 인접하게 배치되도록 제조되며, 제1 위치에서 상기 음극들이 하부 플래튼으로부터 떨어질 수 있으며 제2 위치에서 상기 음극들이 상기 하부 플래튼에 설치된 가공대상물의 상기 오목부의 위치에 인접한 상기 음극들과 함께 상기 하부 플래튼에 가까워지도록 상기 상부 플래튼 및 상기 하부 플래튼은 서로에 대하여 이동 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어기는 상기 전류가 상기 음극에 간헐적으로 가해지도록 허용하며 그에 따라 상기 전해액이 상기 양극으로부터 나온 잔류물을 보다 효과적으로 씻어내기 위한 펄싱 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서,

상기 제어기는 적어도 하나의 가공 모드 및 연마 모드를 가지며, 상기 가공 모드에서, 상기 전류는 상기 가공대상물로부터 상당한 양의 소재를 제거하기 위해 높은 상태에 있으며 반면에, 상기 연마 모드에서, 상기 전류는 상기 가공대상물로부터 상당히 적은 양의 소재를 제거하기 위해 보다 낮은 상태에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 오목부는 상기 가공대상물의 벽으로부터 연장되어 있는 윈도우이며, 상기 전해액이 상기 음극의 주변 둘레에 도입될 수 있도록 상기 입구 통로는 상기 음극을 둘러싸며, 상기 전해액이 상기 윈도우를 통해 배출될 수 있도록 상기 출구 통로는 상기 윈도우인 것을 특징으로 장치.
제6항에 있어서,

상기 통로는 상기 음극의 주변 둘레에 있는 일련의 포트들인 것을 특징으로 하는 장치.
제6항에 있어서,

상기 통로는 상기 음극의 주변 둘레에 있는 슬리브인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 오목부는 상기 가공대상물의 벽에 있는 포켓이며, 전해액이 상기 포켓의 일 측면으로부터 상기 갭의 내부에 도입될 수 있으면서 상기 포켓의 타 측면으로부터 배출될 수 있도록 상기 입구 통로는 상기 포켓의 일 측면에 있는 슬롯이며 상기 출구 통로는 상기 포켓의 타 측면에 있는 슬롯인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

다른 형상들의 오목부들을 수용하기 위해 다른 음극들이 설치될 수 있도록 상기 음극은 상기 상부 플래튼에 제거 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 상부 플래튼은 상기 제1 위치와 상기 제2 위치의 사이로 이동하기 위해 슬라이딩 가능하게 설치되는 것을 특징으로 장치.
제1항에 있어서,

상기 상부 플래튼 및 상기 하부 플래튼은 상기 양극들과 이에 장착된 상기 음극들로부터 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 장치.
제1항에 있어서,

각각의 음극 및 입구 통로를 둘러싸는 유연하면서 공극이 없는 소재를 더 포함하며, 상기 소재는 상기 상부 플래튼과 상기 가공대상물 사이에 방수 밀봉을 제공하기 위해 상기 가공대상물에 대하여 맞물리도록 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

상기 슈들이 상기 가공대상물 공간의 내부에 설치된 가공대상물과 접촉하도록 상기 양극 슈들은 상기 가공대상물 공간으로부터 떨어진 제1 위치에서 상기 가공대상물 공간의 내부에 있는 제2 위치까지 이동 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

다수의 오목부들을 가지는 가공대상물이 다른 오목부들을 상기 음극과 정렬시키기 위해서 회전될 수 있도록 상기 하부 플래튼은 인덱스 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,

전해액이 상기 음극과 상기 양극의 사이에 있는 상기 갭을 통과한 후에 상기 전해액을 수집하기 위한 수집 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 장치.
알루미늄 가공대상물의 벽 내부에 있는 공지된 구조의 오목부들을 전기화학적으로 연마하기 위한 방법에 있어서,

가공대상물 공간은 가공대상물이 상기 장치에서 차지하는 공간을 한정하며,

a) 플래튼에 알루미늄 가공대상물을 설치하는 단계;

b) 상기 가공대상물에 적어도 하나의 양극을 장착하는 단계;

c) 상기 가공대상물의 내부에 있는 상기 오목부 내부에 적어도 하나의 음극을 배치하며, 그에 의해 상기 음극과 상기 양극의 사이에 갭을 한정하는 단계;

d) 상기 갭의 내부에 전해액의 흐름을 도입하는 단계;

e) 상기 음극과 상기 양극의 사이에 전류를 도입하는 단계; 및

f) 상기 흐르는 전해액이 상기 오목부의 표면을 씻어내는 것을 허용하도록 상기 전류를 펄싱(pulsing)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,

상기 가공대상물은 휠인 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,

상기 전류를 펄싱하는 단계는 두 개의 단계 공정이며 가공 단계에서 상기 전류는 상당한 양의 소재를 제거하기 위해 더 크며 반면에 뒤따르는 연마 단계에서 상기 전류는 상당히 적은 양의 소재를 제거하기 위해 더 작은 것을 특징으로 하는 방법.
제19항에 있어서,

상기 가공 단계를 위한 상기 전류는 대략 50 ms(milliseconds)동안 온되며 25 ms동안 오프되는 것을 특징으로 하는 방법.
제19 항에 있어서,

상기 연마 단계를 위한 상기 전류는 대략 40 ms동안 온되며 20 ms동안 오프되는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,

상기 전류는 대략 4,000과 15,000 암페어 사이이며 전압은 대략 0과 30 볼트 사이의 직류전류인 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,

상기 전류는 대략 20 내지 50 ms동안 온되며 대략 8 내지 35 ms동안 오프되는 속도로 펄싱되는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,

상기 전해액의 흐름은 25 내지 55 갤런/분의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서,

20인치의 직경을 가지는 휠에 대해, 상기 흐름 속도는 45 내지 50 갤런/분의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제18항에 있어서,

18인치의 직경을 가지는 휠에 대해, 상기 흐름 속도는 30 내지 35 갤런/분의 사이에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,

상기 전해액은 상기 갭 내부에 전해액을 제공하기 위해 재순환되는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,

상기 전해액은 재순환 전에 잔류물을 제거하기 위해 여과되는 것을 특징으로 하는 방법.
제17항에 있어서,

상기 전해액의 온도는 화씨 68 내지 77도의 사이에 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
알루미늄 가공대상물의 벽 내부에 있는 공지된 구조의 오목부들을 전기화학적으로 연마하기 위한 방법에 있어서,

가공대상물 공간은 가공대상물이 상기 장치에서 차지하는 공간을 한정하며,

a) 플래튼에 알루미늄 가공대상물을 설치하는 단계;

b) 상기 가공대상물에 적어도 하나의 양극을 장착하는 단계;

c) 상기 가공대상물의 내부에 있는 상기 오목부 내부에 적어도 하나의 음극을 배치하며, 그에 의해 상기 음극과 상기 양극의 사이에 갭을 한정하는 단계;

d) 상기 갭의 내부에 전해액의 흐름을 도입하는 단계; 및

e) 상기 음극과 상기 양극의 사이에 펄싱 전류를 도입하며, 상기 전류는 상기 가공대상물의 오목부를 연마하기 위해 미리 결정된 시간 동안에 온되며 그 다음에 상기 흐르는 전해액이 상기 오목부 표면을 씻어내는 것을 허용하기 위해 미리 결정된 더 짧은 시간 동안에 오프되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.