KR20090113888A - 금속 재료의 면취 장치 및 면취 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 재료나 금속 구조 부재의 코너부를 경제적이고 효율적으로 양호한 작업 환경 하에서 면취할 수 있는 면취 장치를 제공하기 위한 것으로, 진동 장치의 진동 방향의 선단부에, 진동 방향과 직교하는 방향으로 연장되고 이 연장 방향과 직교하는 단면이 곡률 반경 R의 저부를 구비하고, 선단측으로 개방된 홈을 가지는 면취용의 진동 단자와, 이 진동 단자를 그 축 방향으로 10Hz ~ 50kHz의 주파수 및 O.1kW ~ 4kW의 일률로 진동시키는 진동 장치를 구비하는 금속 재료의 면취 장치를 제공한다.

면취 장치, 진동 단자, 홈, 곡률 반경, 코너부

Description

금속 재료의 면취 장치 및 면취 방법{CHAMFERING DEVICE AND CHAMFERING METHOD FOR METALLIC MATERIAL}

본 발명은 금속 재료나 금속 구조 부재의 코너부의 면취 장치 및 면취 방법에 관한 것으로, 타격 진동에 의해 면취하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

교량, 철골 또는 조선용의 골재로서 사용되는 강판이나 강 부재 등의 금속 재료나 금속 구조 부재에는, 조립 전 또는 조립 후에, 목적에 따라 각종 도장이 실시되는 경우가 많고, 예를 들면, 선각(船殼)의 조립의 경우에 있어서도, 강 부재에는 적어도 방청용 도장의 실시가 요구되고 있는 상황이 되고 있다.

한편, 강판이나 강 부재의 가장자리는 예리한 코너(모서리)부가 되어 있기 때문에, 도장을 실시하였을 경우에 도막이 이 코너부로부터 쉽게 박리되고 있다. 이 도막의 박리를 방지하기 위해서, 코너부에 면취를 실시하고, 예리한 코너부를 매끄러운 곡률을 가지는 곡면으로 하는 것이 행해지고 있다. 이러한 면취로는, 그라인더로 연삭하는 방법, 곡면 형상의 절삭부를 가지는 초경(超硬) 팁 부착 커터로 절삭하는 방법 등이 알려져 있다.

또한, 금속 재료의 가장자리 부분을 처리하는 방법으로서 일본 공개 특허 소49-59768호 공보에는, 금속 박판을 타발하거나 전단한 후에 남는 버(burr)를 제거 하기 위한 버 제거 장치가 제안되어 있다. 이 장치는 금속 박판의 가장자리 부분을 수용하도록 형성된 조(jaw) 부분을 가지는 공구와 이 공구를 금속 박판의 가장자리에 대향시켜 해머 작용하는 피닝 공구를 구비하고 있다. 이 버 제거 장치는 금속 박판을 대상으로 하는 것이며, 일본 공개 특허 소49-59768호 공보의 도 1과 도 3에 도시된 바와 같이, 조 부분은 금속 박판의 가장자리의 표리면(表裏面)에 동시에 접촉하도록 형성되는데, 다시 말하자면, 가장자리에서 표리의 코너부를 사이에 두도록 구성되어 있다. 또한, 진동 장치로서의 해머 작용하는 피닝 공구는, 통상체(筒狀體) 내에 축 주위로 회전 가능하게 삽입된 해머의 저면에 설치된 복수의 오목부에, 통상체의 바닥 내에 수용된 경구(硬球)가 전동기에 의한 해머의 축 방향 회전에 따라 출입함으로써, 축선 방향의 진동을 발생시키고, 그 진동에 의해 조 부분으로 금속 박판의 판 두께 방향의 표리면을 동시에 타격하여 버를 제거하는 것이다.

또한, 일본 공개 특허 평4-210824호 공보에는, 금속 판재의 이송로를 사이에 두고 수평 방향으로 대향하는 2개 1세트의 V형 롤을 이송 방향으로 병렬로 복수 세트 배치하고, 각 롤 세트에는 롤 가압 기구를 설치함과 동시에 V형 롤의 각도를 각각 다르게 한 에지 롤 가공 장치가 개시되어 있으며, 금속판을 이송하면서, 금속판의 양측 단부 면에 V형 롤을 가압하고, 상하 모서리부에 각도가 다른 평면적인 압축 가공을 단계적으로 실시하는 에지 롤 가공 방법이 개시되어 있다.

일본 공개 실용신안 소62-77616호 공보에는, 저주파의 상하 진동을 발생시키는 진동원과, 성형 공구와, 상기 저주파의 상하 진동을 상기 성형 공구에 전달하는 전달부와, 탄성 부재로 왕복동이 가능하게 유지된 전달부와 상기 성형 공구를 갖춘 상측 금형과, 피가공물을 위치 결정하고 고정하는 하측 금형으로 이루어진 금형으로 구성된 진동 성형 가공 장치가 개시되어 있다. 저주파의 상하 진동에 의해, 하측 금형에 고정된 피가공재에 굽힘이나 조임 등의 소성 가공을 실시하는 것이다.

한편, 최근에 금속 재료의 용접 지단부(止端部)에 초음파 충격 처리, 해머 피닝 처리 등의 타격 처리를 실시함으로써, 그 부위로의 응력 집중과 잔류 응력을 동시에 저감시키고, 용접 이음부의 피로 강도를 개선하는 것이 알려져 있고, 예를 들면 일본 공개 특허 제2003-113418호 공보에는, 금속 재료의 피로가 문제가 되는 개소에 초음파 충격 처리를 실시하여 금속 재료의 피로 수명을 향상시키는 방법이 제안되어 있으며, 초음파 충격 처리를 실시함으로써, 용접 지단부가 소정의 곡률을 가지도록 변형되고 응력 집중이 완화되는 것이 개시되어 있다.

그러나, 그라인더로 연삭하는 방법에서는, 면취하는 면의 곡률 반경이나 면취 폭의 조정은 작업자의 숙련에 의하기 때문에, 이를 일정하게 유지하는 것이 어렵고, 작업에 수반된 연삭 부스러기나 분진의 발생에 의하여 작업 환경은 열악해지게 된다. 또한, 커터에 의해 절삭하는 방법에서는, 일정한 절삭성을 유지하기 위해서 팁의 교환이나 발생하는 절삭 부스러기의 처리를 위한 비용이 필요하고, 절삭 분진의 발생 등으로 작업 환경이 반드시 양호하다고는 할 수 없는 등의 문제가 있다. 또한, 일본 공개 특허 소49-59768호 공보의 장치에서는, 조 부분이 금속 박판의 가장자리의 표리면의 코너부에 동시에 접촉하도록 형성되어 있기 때문에, 즉 표리의 코너부를 사이에 두도록 구성되어 있기 때문에, 금속 박판의 표리의 각각의 코너부는 조 부분의 경사면과 접촉할 수 있을 뿐이고, 따라서 표리의 각각의 코너 부를 완만한 곡률을 가진 면으로 면취할 수 없다. 더욱이, 금속 박판의 편면이 다른 부재와 용접되거나 연결되어 판 두께 방향을 조 부분에 삽입할 수 없는 경우에는, 적용이 불가하다는 문제가 있다. 또한, 진동 장치는 전동기로 해머 축을 회전시키고, 이 회전에 따라 해머 축의 저부(低部)에 마련한 오목부에 강구가 출입함으로써, 축선 방향의 진동을 얻으며, 진동수나 진폭에는 당연히 한계가 있고, 높은 주파수로 진동시키고 높은 일률로 버를 제거하는 것은 곤란하다.

또한, 일본 공개 특허 평4-210824호 공보의 장치는, 소정 폭으로 분할된 금속 판재를 대상으로 하고 있고, 금속 판재의 반송 장치나 V형의 각도를 변경한 롤 쌍을 금속판의 반송 방향으로 다단으로 구비할 필요가 있고 설비 비용이 크다. 또한, 형상이 복잡한 금속 판재나 구조물 등에는 적용할 수 없다고 하는 문제가 있다.

또한, 일본 공개 실용신안 소62-77616호 공보에 기재된 성형 장치는, 전자 부품이나 기계 부품 등의 소형의 부품을 하측 금형에 고정하고, 상측 금형에 의한 진동에 의해, 상측 금형과 하측 형과의 사이에 휨이나 조임 등의 소성 가공을 실시하며, 금속 부재 또는 구조 부재의 면취를 실시하는 것은 아니다.

또한, 일본 공개 특허 제2003-113418호 공보에는, 용접부 지단부의 형상을 개선하는 것은 제안되어 있지만, 금속 부재의 코너부의 면취를 실시하는 것에 대하여는 전혀 시사되어 있지 않다.

본 발명은, 이러한 문제를 해결하고 금속 재료나 금속 구조 부재의 코너부를 경제적이고 효율적으로 양호한 작업 환경 하에서 면취할 수 있는 면취 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로, 선단부에 소정 형상의 홈을 구비한 진동 단자에 의해, 금속 재료나 금속 구조 부재의 코너부를 타격하고 면취를 실시하도록 한 것이며, 그 요지로 하는 바는 이하와 같다.

(1) 진동 장치의 진동 방향의 선단부에 진동 방향과 직교하는 방향으로 연장되고, 이 연장 방향과 직교하는 방향의 단면이 곡률 반경 R의 저부를 구비하고, 선단측으로 개방된 홈을 구비하는 면취용의 진동 단자와, 이 진동 단자를 그 축 방향으로 10Hz ~ 50kHz의 주파수와 O.1kW ~ 4kW의 일률로 진동시키는 진동 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 면취 장치.

(2) 상기 면취용 진동 단자의 홈의 개방 각도가 90°±10°인 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 금속 재료의 면취 장치.

(3) 상기 면취용 진동 단자의 홈의 저부의 곡률 반경 R이 0.5mm ~ 5mm인 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 금속 재료의 면취 장치.

(4) 상기 면취용 진동 단자가 봉상체(棒狀體)인 것을 특징으로 하는 (1) ~ (3) 중 어느 하나에 기재된 금속 재료의 면취 장치.

(5) 상기 면취용 진동 단자가 상기 진동 장치의 핀 홀더에 회전 가능하게 축지(軸支)된 원반 형상체이고, 상기 홈은 이 원반 형상 진동 단자의 외주에, 원반의 직경 방향의 단면에 있어서 그 외경 방향으로 개방되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 (1) ~ (3) 중 어느 하나에 기재된 금속 재료의 면취 장치.

(6) (1) ~ (5) 중 어느 하나에 기재된 면취 장치를 이용하고, 진동 단자를10Hz ~ 50kHz의 주파수로 진동시키고, O.1kW ~ 4kW의 일률로 금속 재료의 코너부를 면취하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 면취 방법.

도 1은 본 발명의 면취 장치의 개요를 나타내는 단면 모식도이다.

도 2는 본 발명의 면취 장치의 봉상의 면취용 진동 단자의 일례를 나타내는 도면이며, (a)는 사시도, (b)는 홈이 연장된 방향에서의 측면도, (c)는 홈이 연장된 방향과 직교하는 방향에서의 측면도, (d)는 상면도이다.

도 3은 도 2의 봉상의 면취용 진동 단자의 홈의 개방 각도(α)를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 면취 장치의 봉상의 면취용 진동 단자의 다른 예를 나타내는 사시도이며, (a)는 각봉(角棒)의 선단부에, (b)는 원주(圓柱) 상에 설치된 사각 형상부의 선단부에 각각 홈을 형성한 예이다.

도 5는 본 발명의 면취용 진동 단자의 다른 형태를 나타내는 단면 모식도이다.

도 6은 본 발명의 면취 장치를 이용하여 강 부재의 코너부를 면취하는 상황을 나타내는 모식도이다.

도 7은 실시예에서 사용한 봉상의 면취용 진동 단자의 홈이 연장된 방향에서의 측면도이며, 홈의 저부의 곡률 반경이 (a)는 1.0mm, (b)는 2.0mm, (c)는 3.0mm의 경우를 각각 나타낸다.

도 8은 실시예에서 면취 전후의 강 부재 시료의 단면 형상을 나타내는 모식도이며, (a)는 면취 전, (b)는 면취 후의 상황을 나타낸다.

도 9는 실시예에서 면취한 강 부재 시료 2의 단면의 마크로 조직 사진이다.

도 10은 실시예에서 면취한 강 부재 시료 2의 코너부의 단면의 미세 조직 사진이며, (a)는 면취 전(미처리부), (b)는 홈의 저부의 곡률 반경이 1.0mm인 면취용 진동 단자를 이용하여 면취하였을 경우를 각각 나타낸다.

도 11은 실시예에서 면취한 강 부재 시료 2의 코너부의 단면의 미세 조직 사진이며, (a)는 홈의 저부의 곡률 반경이 2.0mm, (b)는 홈의 저부의 곡률 반경이 3.0mm인 면취용 단자를 이용하여 면취하였을 경우를 각각 나타낸다.

도 1은 본 발명의 면취 장치의 하나의 예의 구성의 개요를 나타내는 단면 모식도이다. 도 1에 있어서, 면취 장치(1)는 진동 장치(2)와 그 진동 방향의 선단에 장착된 면취용의 진동 단자(3)(이하, 면취 핀이라고도 표기)로 기본적으로 구성된다. 이 예에서는, 진동 장치(2)는 자왜(磁歪) 코어 또는 압전 소자로 이루어진 발진체(4)와 발진체의 주위에 감긴 발진 코일(5)을 구비하는 발진부(6)와, 발진체의 전방(이하, 발진체의 진동 방향의 전방, 면취용 진동 단자인 면취 핀이 설치된 측을 전방 또는 선단 측으로 함)에 접속된 도파체(7)를 구비하는 초음파 진동 장치의 예를 나타내고 있다.

발진부(6)와 도파체(7)는 통체(8)에 수납되고 있고, 도파체(7)는 스프링(9)을 사이에 두고 통체(8)에 유지되어 있다. 통체보다 전방으로 돌출한 도파체(7)의 선단에는 핀 홀더(10)가 설치되어 있고, 이에 의해 면취 핀(3)이 도파체에 진동 가능하게 설치되어 있다. 즉, 면취용 진동자는 진동 장치의 진동 방향의 선단측(전방측)에 장착되어 있다.

또한, 도파체(7)와 통체(8)의 주위 방향의 간격에는 밀봉체(11)가 설치되어 있고, 냉각 장치(12)로부터 냉각수 관(13)을 거쳐 통체(8) 후단에 설치된 급수구(14)와 배수구(15)로부터 냉각수를 통체 내에 공급하거나 배출하고, 진동 장치(2)를 냉각하도록 구성되어 있다. 또한, 통체의 후단에는 면취 작업용의 핸들(16)이 설치되어 있다.

또한, 진동 장치로서는 전술한 바와 같은 초음파 진동 장치 외에, 공압 진동 장치, 편심 모터 등의 진동 인가 장치 등을 이용할 수 있다.

도 2의 (a) ~ (d)는 본 발명의 면취 장치의 면취용 진동 단자, 즉 면취 핀(3)의 한 형태의 형상을 나타내는 도면이며, 이 도면에서는 원주(圓柱) 형상(봉상)의 핀의 경우를 예시하고 있다. (a)는 사시도, (b)는 홈이 연장된 방향에서의 측면도, (c)는 (b)과 직교하는 방향에서의 측면도, (d)는 상면도이다. 면취 핀(3)의 선단부에는, 진동 방향과 직교하는 방향으로 직선형으로 연장되고 이 연장 방향과 직교하는 단면이 선단측으로 개방된 홈(20)이 형성되어 있다.

홈(20)은 진동 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 있지만, 타격력을 효율적으로 면취에 제공하기 위해서는, 면취 핀의 축 중심(C)을 통과하도록 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 홈(20)은 그 연장 방향과 직교하는 단면의 형상이 개방 각도 α로 선 단측을 향해, 도면에서는 상방을 향해, 개방된 형태(V자 형상 또는 오목 형상)로 되어 있다.

홈(20)의 측면(21)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 면취 시에 처리 대상 부재(19)의 코너부(27)를 형성하는 양 측면에 대하여 일종의 안내부의 기능을 하며, 이 개방 각도(α)를 처리 대상 부재의 코너부(27)의 각도에 따라 조정하는 것이 바람직하다.

통상의 금속 부재로 형성되는 코너부의 각도는 대략 직각이므로, 이 개방 각도(α)는 90°로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 금속 부재의 절단이나 절삭 방법에 의해, 형성되는 코너부의 각도에는 편차가 있으므로, 90° ~ 90°±10°로 하는 것이 더욱 바람직하다. 80°미만이거나 100°을 넘으면, 후술하는 바와 같이 면취한 면의 폭(Wc)을 균일하게 하는 것이 어려워진다.

또한, 금속 부재의 코너부의 각도가 예각 또는 둔각으로 형성되어 있는 경우에는, 이 개방 각도(α)를 그 예각 또는 둔각에 대응하는 각도로 설정함으로써 마찬가지로 면취가 가능하다.

도 3은 홈(20)의 개방 각도(α)를 나타낸 것이지만, 이 개방 각도는 홈의 연장 방향의 면에 대하여 대칭, 즉 도 3에 도시된 바와 같이, 중심축을 통과하는 선에 대하여 좌우에α/2의 각도로 하는 것이 바람직하다. 개방 각도가 홈의 연장 방향의 면에 대하여 비대칭이 되면, 면취한 면의 폭(Wc)을 균일하게 하는 것이 어려워진다. 면취 폭(Wc)은, 후술하는 도 6에 도시된 바와 같이, 코너부의 연장 방향과 직교하는 단면에 있어서 면취한 면의 양 단부의 거리이다.

도 2 (b)에 도시된 바와 같이, 홈(20)이 연장 방향과 직교하는 단면의 저부(22)는 곡률 반경(R)을 가지고 있다. 이 곡률 반경(R)은 면취 시에 처리 대상 부재(19)의 코너부의 단면 형상에 거의 모사된다. 이 곡률 반경(R)은 처리 대상재의 코너부의 소망 면취 형상에 따라 선택될 수 있다.

이 곡률 반경(R)이 너무 작으면, 면취한 코너부의 면취 폭(Wc)이 좁고 예각적인 것이 되어 면취의 효과가 작아지며, 곡률 반경이 너무 크면, 면취 작업에 의해서 유동시켜야 할 금속량이 많아져 유동한 금속에 의해 면취한 코너부의 주변에 큰 단차[코너의 연장 방향에 수직인 단면에서 면취된 코너부(폭 Wc)와 코너부 이외의 부분의 두께의 차이]가 형성되거나 처리 시간이 길어지는 등으로 인하여 바람직하지 않다.

이와 같은 관점으로부터, 곡률 반경이 0.5mm 미만이면, 면취의 효과가 충분하지 않고, 5mm를 넘으면, 코너부 근방에 단차가 크게 형성되기 쉬워지므로, 곡률 반경은 O.5mm ~ 5mm정도로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1mm ~ 3mm이다.

도 4의 (a)와 (b)는 본 발명의 면취 장치에 사용하는 면취용 진동 단자, 즉 면취 핀의 다른 형태의 예를 나타낸 사시도이다.

도 4의 (a)와 (b)는 모두 봉상의 면취 핀이며, (a)는 각주(角柱) 봉의 진동 방향(축 방향) 선단부에, (b)는 원주 봉의 진동 방향(축 방향)의 선단부에 사각 형상부(23)를 설치하고, 이 사각 형상부의 선단에 각각 직선 형상의 홈(20)을 형성한 것이다. 이러한 면취 핀의 경우에는, 도 2의 원주 봉의 경우와 비교하고, 홈의 강 도를 개선할 수 있다.

홈(20)이 길이[원주 봉의 경우에는 그 직경(d)(도 2의 (d) 참조)이고, 각주 봉 또는 원주 봉의 선단에 사각 형상부를 설치하였을 경우에는, 각주 봉 또는 사각 형상부의 변의 길이(l)(도 4의 (a)와 (b) 참조]에 거의 대응함)는 특별히 한정되는 것은 아니다. 홈이 길면, 코너부의 긴 범위를 한 번에 면취할 수 있지만, 진동 장치로부터 부여되는 일정한 타격 에너지에 대하여 코너부의 길이당 가해지는 타격 에너지는 작아지므로, 소정의 곡률 반경의 면취 형상을 얻는 데에 시간을 요한다. 그러나, 홈이 길면, 면취 핀의 오목부와 코너부의 접촉이 안정되므로 균일한 면취 폭(Wc)을 얻기가 쉬워진다. 한편, 홈의 길이가 짧아지면, 이와는 반대로 단위 길이당의 타격 에너지가 커지므로, 소정의 곡률 반경의 면취 형상을 단시간에 얻을 수 있지만, 소정의 길이를 면취하는 데에 필요로 하는 시간은 전술한 경우와 거의 같은 것으로 생각된다. 또한, 홈이 짧으면, 코너부로의 접촉이 불안정해지기 쉽기 때문에, 균일한 면취 폭으로 하는 것이 어려워진다. 진동 장치의 출력, 필요로 하는 코너부의 곡률 반경, 면취 핀의 크기 등을 감안하여 홈의 길이를 선택할 수 있다. 홈의 길이는 바람직하게는 3mm ~ 30mm이다.

또한, 홈(20)의 깊이(t)는 면취 폭(Wc)을 감안하여 결정할 수 있지만, 이 면취 폭은 면취 핀의 곡률 반경(R)의 크기 및/또는 개방 각도(α) 등 의해서도 영향을 받으므로, 이를 감안함과 동시에, 면취 핀의 강도의 관점에서, 면취 핀의 선단부의 축에 수직인 단면(진동 방향으로 수직인 단면)의 형상[원주 봉의 직경(d), 각주 봉의 폭(W)]도 적절히 감안하여 결정하면 바람직하다. 또한, 면취 핀의 축 방향 의 길이(h)는 특별히 한정되는 것은 아니며, 홀더의 길이나 핀의 강도, 작업성 등을 감안하여 설정할 수 있다.

도 5는 면취 핀(3)외 형태의 예를 나타내는 단면 모식도이다. 이 예에서는 면취 핀이 원반 형상체이고, 이 원반(24)의 외주를 따라 직경 방향의 단면 형상이 전술한 원반의 외경 방향으로(선단측으로) 개방된 홈(20)을 구비하고 있다. 즉, 외경 방향 개방된 환상 홈이 형성된 형태로 되어 있다. 원반체(24)는, 원반체의 중심에 형성된 축 구멍(25)에 지지 축(26)이 통과하고, 이 지지 축(26)이 핀 홀더(10)에 장착됨으로써, 회전 가능하게 지지되어 있다.

이 형태의 예에서는, 면취 핀을 진동 방향으로 진동시키면서 회전시킬 수 있으므로, 진동하면서 처리 대상재의 코너부를 따라서 가압 회전에 의해서 면취 핀을 이동시키고, 면취 작업을 극히 효율적으로 진행할 수 있다. 또한, 이 경우의 홈(20)의 형상[홈의 개방 각도(α), 홈의 저부의 곡률 반경 등)은 전술한 봉상의 핀의 경우와 같이 설정할 수 있다.

면취 핀의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 적어도 처리 대상재의 코너부를 타격하여 이를 변형시키기 위한 경도를 가진 것이 필요하다. 예를 들면, HRC 경도가 62 이상인 SKH재 등의 공구용 탄소강 또는 WC(탄화텅스텐) 등의 초경재가 바람직하다.

또한, 면취 핀의 홈의 표면은 코너부와의 마찰에 의한 마모도 크기 때문에, 표면 피복 처리, 표면 경화 처리 등의 표면 처리를 실시하는 것도 바람직하다.

도 6은 본 발명의 면취 장치를 이용하여 코너부를 면취하는 상황을 나타내는 사시도이다. 도 1 및 도 6을 참조하여 그 동작을 설명한다.

도 1에 있어서, 전원과 제어 유닛(17)으로부터 케이블(18)을 통해 진동 장치(2)의 발진 코일(5)에 공급되는 전류에 의해, 발진체(4)가 진동하고, 축 방향(진동 방향, 도 1 참조)의 진동이 도파체에 전달된다. 이 진동이 도파체의 선단으로 전달되고, 선단에 부착되어 있는 면취 핀(3)이 축 방향(진동 장치의 진동 방향)으로 진동한다.

면취 핀(3)에는 전술한 바와 같이 홈(20)이 형성되어 있으므로, 도 6에 도시된 바와 같이 처리 대상으로 하는 금속 부재(19)의 코너부(27)에 면취 핀(3)의 홈을 접촉시키되, 홈의 연장 방향이 코너부의 길이 방향과 같게 되도록 접촉시키고, 진동시키면서 코너부(27)의 길이 방향을 따라 이동시킨다. 상기 진동에 의해서 면취 핀이 코너부(27)를 타격하고, 그 부분의 금속을 측방으로 유동시킴에 의해서 면취가 행하여진다.

면취 핀의 홈의 저부는 소정의 곡률 반경을 가지고 있으므로, 코너부는 이 곡률 반경과 거의 유사한 곡률 반경을 가지는 코너부(28)로 면취된다. 또한, 홈의 양 측면은 처리 대상재의 코너부의 양 측면에 각각 접촉하고, 홈의 저부의 중심이 코너의 정부(頂部)에 거의 대향하도록 안내하며, 개방 각도는 홈의 연장 방향의 면에 대하여 좌우 대칭이므로, 이에 의해 코너부를 따라서 거의 균등 폭의 면취가 이루어진다.

본 발명의 면취 장치를 이용하여, 전술한 바와 같이 조작하여 면취할 때에, 진동 장치(2)에 의해 면취용 진동 단자(3)를 주파수 10Hz ~ 50kHz로 진동시키고, 0.01kW ~ 4kW의 일률로 실시하는 것이 바람직하다. 즉, 주파수 10Hz ~ 50kHz로 진동시키고, 0.01kW ~ 4kW의 일률로 진동 타격에 의한 면취를 실시함으로써, 코너부의 금속이 소성 유동하고, 코너부가 면취됨과 동시에 코너부 근방의 표면이 가공 발열하고, 이 가공 발열이 산실되지 않는 단열 상태로 반복 면취 타격을 가하므로, 열간 단조와 같은 작용을 코너부에 미치게 하고, 그 결과, 코너부 근방의 결정 조직이 미세화된다.

면취용 진동 단자(3)의 진동 주파수를 10Hz 이상으로 하는 이유는, 10Hz 미만에서는 타격에 의한 면취 시에 단열 효과를 얻을 수 없기 때문이며, 주파수를 50kHz 이하로 하는 이유는 공업적으로 적용할 수 있는 초음파의 주파수가 일반적으로 50kHz 이하이기 때문이다.

또한, 진동 단자(3)의 일률을 0.01kW 이상으로 하는 이유는, 0.01kW 미만에서는 면취에 필요한 시간이 너무 길게 걸리기 때문이며, 4kW 이하로 하는 이유는, 이를 초과하는 일률로 면취 처리를 하여도 시간 단축의 효과가 포화하고 경제성이 저하하기 때문이다.

<실시예>

이하, 실시예에 의해서 더욱 구체적으로 본 발명을 설명한다.

도 1에 도시된 면취 장치를 이용하고, 단면이 대략 정방형(코너부의 각도는 대략 90°)이고 강도 수준이 400MPa ~ 600MPa로 다른 5 종류의 강 부재 시료 1 ~ 5의 3곳의 코너부를 면취하였다. 이 때, 면취 핀은 HRC62의 SKH재로 제조되고 직경 4.8mm와 길이 35mm의 원주(圓柱) 봉상이며, 선단부의 홈의 개방 각도는 90°로 하 고 홈의 저부의 곡률 반경을 도 7의 (a) ~ (c)에 도시된 바와 같이 1R ~ 3R로 변화시킨 것을 사용하였다. 상기 강 부재 시료의 3곳의 코너부를 각각 홈의 저부의 곡률 반경이 다른 상기 도 7의 (a) ~ (c)에 도시된 면취 핀으로 면취하고, 비교를 위하여, 1곳의 코너부는 면취 전의 코너부의 상황인 상태로 미처리부로서 남겨 두었다. 면취 처리의 조건(사용한 면취 핀의 저부의 곡률 반경)과 처리한 코너 부위의 대응 관계를 도 8의 (a)와 (b)에 나타내었다.

또한, 면취 장치의 진동 장치의 진동수는 27kHz로 하고, 일률은 12kW으로 하였다.

강 부재 시료의 면취 후의 코너부 및 면취 전의 코너부(미처리부)의 곡률 반경을 측정하였다.

강 부재 시료의 종류, 강 부재 시료의 면취 전 및 각 면취 핀으로 면취한 후의 코너부의 곡률 반경을 표 1에 나타낸다.

또한, 강 부재 시료 2의 면취 후의 단면 마크로 조직 사진을 도 9에, 미세 조직 사진을 도 10의 (a)와 (b) 및 도 11의 (a)와 (b)에 나타낸다.

마크로 조직 사진 및 미세 조직 사진에 있어서, 강 부재 시료 2의 단면에서의 면취 처리의 조건(사용한 면취 핀의 홈의 저부의 곡률 반경) 및 코너의 미처리부와 코너 부위의 대응 관계는 도 8 (b)에 대응하며, 도 10 (a)은 미처리부의 미세 조직 사진이다.

표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 코너부는 면취 전(미처리부)에 비하여 극히 큰 곡률 반경이 되어 있고 확실히 면취되어 있다. 또한, 이 면취된 코너부의 단면에는, 면취 핀의 홈의 저부의 곡률 반경(R)과 거의 유사한 곡률 반경을 가지는 곡면이 형성되어 있다. 따라서, 면취 핀의 곡률 반경을 적절히 선택함으로써, 소망 곡률 반경으로 면취된 코너부를 얻는 것이 가능하다.

도 9에 있어서, 면취된 코너부의 단면 형상을 미처리부와 비교하면 명백한 바와 같이, 각각 극히 매끄러운 대략 1mm(1R), 2mm(2R), 3mm(3R)의 곡률 반경을 가진 면취된 코너부가 형성되어 있다.

또한, 도 10 (a)를 도 10 (b), 도 11 (c) 및 도 11 (d)와 비교하면 명백한 바와 같이, 본 발명의 면취 장치에 의해 면취한 코너부는, 모두 표층의 결정 조직이 미세화되어 있음을 알 수 있다. 이와 같이 형상이 매끄럽고 결정 조직이 미세화된 면취부는 종래의 연삭이나 절삭 등의 종래의 면취 방법으로는 얻을 수 없는 것이며, 본 발명의 면취 장치에 의해 우수한 면취부를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 금속 재료나 금속 구조 부재의 코너부를 그라인더 디스크나 절삭 팁 등의 소모가 큰 공구를 사용하지 않고 면취할 수 있으며, 그라인더 디스크나 절삭 팁의 교환 작업이나 연삭과 절삭에 의한 부스러기의 처리 등을 필요로 하지 않는다. 따라서, 경제적이고 효율적으로 실시할 수 있다. 또한, 연삭이나 절삭에 따른 분진이나 부스러기의 발생에 의한 작업 환경의 열화를 억제하고, 작업 환경을 더욱 호적한 환경으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 면취 장치에 의하면, 코너의 면취된 면은 진동 단자의 곡률을 가진 저부에 의해서 매끄럽게 형성되고, 도장 등을 실시하였을 경우에 박리되기 어려워진다. 또한, 본 발명의 방법에 의한 면취에서는 면취 처리된 코너부의 표층의 금속 결정 조직이 미세화되므로, 종래의 절삭에 의해 면취된 코너부에 비하여, 코너부에서의 피로 균열의 발생 등을 저감할 수도 있다.

또한, 면취 대상의 금속 재료나 금속 구조 부재로서는, 철강에 한정되지 않고, 스테인리스 강, 알루미늄 합금, 티타늄 합금, 마그네슘 합금 등에도 적용 가능하다.

Claims (6)

1. 진동 장치의 진동 방향의 선단부에, 진동 방향과 직교하는 방향으로 연장되고, 이 연장 방향과 직교하는 방향의 단면이 곡률 반경 R의 저부를 구비하고, 선단측으로 개방된 홈을 구비하는 면취용의 진동 단자와, 이 진동 단자를 그 축 방향으로 10Hz ~ 50kHz의 주파수 및 0.1kW ~ 4kW의 일률로 진동시키는 진동 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 면취 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 면취용 진동 단자의 홈의 개방 각도가 90°±10°인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 면취 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 면취용 진동 단자의 홈의 저부의 곡률 반경 R이 0.5mm ~ 5mm인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 면취 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 면취용 진동 단자가 봉상체인 것을 특징으로 하는 금속 재료의 면취 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 면취용 진동 단자가 상기 진동 장치의 핀 홀더에 회전 가능하게 축지된 원반 형상체이고,

   상기 홈은, 이 원반 형상의 진동 단자의 외주에, 원반의 직경 방향의 단면에서 그 외경 방향으로 개방되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 면취 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 면취 장치를 이용하고, 진동 단자를 10Hz ~ 50kHz의 주파수로 진동시키고, O.1kW ~ 4kW의 일률로 금속 재료의 코너부를 면취하는 것을 특징으로 하는 금속 재료의 면취 방법.

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