KR20100046252A - 엔지니어링 부품의 검사 및 리퍼비싱 방법 - Google Patents

Abstract

사용이 끝난 또는 손상된 엔지니어링 부품들의 리퍼비싱은 마모 또는 손상된 임계표면으로부터 재료를 제거하기 위해 서브트랙티브 표면 엔지니어링 공정을 이용하여 실행된다. 이 방법은 상기 부품에 대해 그 표면으로부터 제1 양(quantity)의 재료를 제거하는 공정을 초기에 실시하는 단계; 손상 범위를 판정하기 위해 상기 부품의 표면을 검사하는 단계; 및 이어서 필요한 경우 그 이상 양의 재료를 제거하는 공정을 실시하는 단계를 포함한다.

Description

엔지니어링 부품의 검사 및 리퍼비싱 방법{MRTHOD FOR INSPECTING AND REFURBISHING ENGINEERING COMPONENTS}

본 출원은 2007년 8월 28일자에 출원된 미국 임시 출원번호 제60/966 417호의 우선권을 주장한 것으로, 그 내용 전부는 참조에 의해 본 명세서에 편입된다.

본 발명은 일반적으로 기하공차(geometrical tolerance) 범위 내에서 금속 부품(metal component)을 유지하는 서브트랙티브 표면 엔지니어링 기술(subtractive surface engineering technique)을 사용하여 그 금속 부품을 허용가능한 작동상태(operational condition)로 리퍼비싱(refurbishing)하거나 복원(restoring)하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 금속접촉기구(metal contact mechanism)에 대해 금속에 사용되는 공차를 타이트(tight)하기 위해 제작되거나 다듬질된 부품들과 자사설계 생산 기하학적 사양(original manufacturing geometric specification)이 없거나 이용될 수 없는 부품들에 특히 적용할 수 있다. 또한, 이 방법은 리퍼비싱을 위한 이러한 부품들과 리퍼비싱된 그 제품의 평가방법에 관한 것이다.

캠축, 크랭크축, 베어링, 기어 등을 포함하는 것으로, 사용이 끝났거나 마모되었거나 손상된 고가치의 금속 부품들과 저장, 취급, 조립 또는 수송 중에 손상된 신형 부품들은 그 부품의 사용이 끝난 임계표면(critical surface)을 재연삭(regrinding)하거나 재가공(re-machining)(예를 들면, 밀링(milling)과 선삭(lathing) 등)을 함으로써 리퍼비싱되는 경우가 있을 수 있다. 작동이 성공적으로 되면, 그 부품은 새로운 부분(part)으로 교체된 부품의 경우보다 더 적은 비용으로 수리상태로 되돌릴 수도 있다. 그러나, 이를 행하기 위해서는, 기계기술자(machinist)는 임계표면을 올바르게 리퍼비싱할 수 있도록 부품의 엔지니어링 사양 도면(Engineering Specification Drawing, ESD) 또는 그에 상당하는 사양서(specification sheet)의 사본을 지니고 있어야 한다. 상기 ESD는 처음부터 부품을 제조하는데 사용되는 모든 치수, 그 모든 치수에 대한 공차, 부품의 재료 및 열처리 등과 같은 정보를 포함할 것이다. 이러한 정보는, 기계기술자가 부품의 임계표면을 올바르게 재연삭하거나 재가공하여 그 결과를 검사(inspection)할 수 있도록 하는데 필요하게 된다.

또한, 흔히 복잡하고 값비싼 부품 특수 공구(Component Specific Tooling, CPT)는 재연삭 또는 재가공 작업 및/또는 부품 특수 검사를 위해 금속 부품을 고정하는데 요구된다. 기계기술자는 이러한 CST의 세트(set)를 지니고 있어야 하고 또는 그 부품을 고정 및/또는 검사하는데 적합한 공구를 제조할 수 있어야 한다.

상기와 같은 리퍼비싱이 주문자 상표부착 생산자(Original Equipment Manufacturer, OEM)의 시설과 다른 시설에서 행해지는 경우가 있으므로, ESD 및/또는 CST는 입수할 수 없어 아마도 OEM으로부터 달성할 수 없을 것으로 보인다. 사실상, 많은 OEM들은 그 ESD를 제3자에게 이용할 수 없게 하고 있다. 그래서, 십중팔구 이러한 부품들은 엄청난 비용으로 폐기될 것이다. 많은 경우에 있어서, 교체용 부품은 더 이상 제작되지 않거나 구입하는데 오랜 준비시간을 필요로 한다. 이는 기계 유용성의 상당한 손실 또는 사용이 끝난 부품이 공급된 기계 전체의 조기 폐기를 초래할 수 있다.

또한, ESD와 CST가 유용하더라도, 재연삭 또는 재가공 처리의 실행시와 설치시에 상당한 인력과 값비싼 장비가 필요하게 된다. 단지 하나의 개별적인 항목을 위해, 재가공의 비용은 필요로 하는 노력을 정당화하지 않을 수도 있다. 이러한 일은, 단일 기계가 정밀 검사되는 경우에 흔히 있고, 이 경우 형상과 크기의 변화에 따른 적은 수의 다른 부품이 리퍼비싱될 필요가 있을 것이다. 재연삭 또는 재가공 처리에 의한 리퍼비싱 비용은 너무 비싸서 상업적으로 실행가능하지 않다.

추가적인 문제는 원래의 공차(original tolerance)를 유지하는 것이다. 어떤 환경에 있어서, 재연삭은 재료를 상당히 제거하여 부품이 소형화되버릴 수도 있다. 이는 작업을 착수하기 전에 언제나 결정될 수 있는 것은 아니며 이러한 처리에 있어서의 고 수준의 스크랩(scrap)은 작업의 전체 비용을 증대시킨다. 통상, 재연삭 공정은 연삭기 또는 선반에 부품을 설치하여 정렬하는 단계, 제1 패스(pass)를 실행하는 단계, 부품의 정렬을 검사하여 조정하는 단계 및 원하는 양의 재료를 제거하는 후속 패스를 실행하는 단계를 포함한다. 때로는, 그저 정확한 정렬을 달성하기 위해 다수의 패스가 요구될 수도 있다. 어떤 과정에서는, 단일 패스로 효과적으로 연삭될 수 있는 최소량의 재료는 10-20미크론(micron)이다. 부품을 완성하는데 3개의 패스가 요구되면, 60미크론 정도가 제거되었을 것이다. 예를 들면, 양쪽 면(face)으로부터 재료가 제거된 기어 톱니의 경우, 120미크론의 전체 치수 변화가 생길 수도 있다.

또 추가적인 문제는, 이러한 리퍼비싱 방법이 표면재료 이동(surface material movement), 변형(deformation), 함침(impregnation), 찢김(tearing), 도말(smearing) 및/또는 금속 중첩(metal overlapping)을 일으킬 수 있다는 것이다. 이와 같은 재료의 응력을 받은 형태는, 이후 "표면 왜곡(surface distortion)" 이라고 하는데, 표면 손상이 확인될 수 없고 부품이 성공적으로 복원되지 않고 수리상태로 복구될 수 있을 정도로 검사기술의 효율성을 방해할 수 있다.

최종 생산단계에서의 엔지니어링 부품의 초정밀다듬질(superfinishing) 방법은 수년간 알려져 왔다. 초정밀다듬질의 한 가지 방법은 렘 케미칼스 인코포레이티드(REM Chemicals Inc.)로부터 입수할 수 있는 화학적으로 가속된 진동 다듬질이다. 그 절차는 다량의 비연마성 매체(non-abrasive media)와 함께 진동 다듬질 장치 안에 부품이 도입된 약간 산성 인산염 용액과 같은 활성화학물질(active chemistry)을 사용한다. 이 활성화학물질은 부품의 금속 표면에 비교적 부드러운 컨버젼 코팅(conversion coating)을 형성할 수 있다. 매체 요소(media element)의 진동 작용은 울퉁불퉁한 산(asperity peak)으로부터 코팅을 제거할 뿐이어서, 코팅의 골 영역(depressed area)이 남겨질 것이다. 활성화학물질에 의해 금속 표면을 끊임없이 습윤(wetting)시킴으로써, 코팅은 지속적으로 재구성(re-form)될 것이며, 이에 의해 노출된 하지 금속(bare underlying metal)이 새롭게 노출된 상기 영역을 피복하여 새로운 층을 제공한다. 그 부분이 인접 영역보다 더 높게 되면, 어떤 거칠기(roughness)가 실질적으로 제거되었을 때까지 그 부분은 지속적으로 연마될 것이다. 이러한 초정밀다듬질 공정의 일반적인 설명은 공유한 미국특허 제4,491,500호, 제4,818,333호 및 제7,005,080호 그리고 미국특허공개 제2002-0106978호 및 제2002-088773호에 제공되어 있으며, 그 각각의 내용은 참조에 의해 본 명세서에 편입된다. 대형 기어의 표면에 이러한 공정의 적용에 대하여는 국제공개번호 WO2004/108356에 설명되어 있고, 그 내용 또한 참조에 의해 본 명세서에 편입된다.

사용이 끝난 기어의 리퍼비싱시에 이러한 공정의 효용성을 판명하기 위한 연구들이 수행되어 왔다. 이러한 연구들에 기초하여, 이물질로 인한 손상(foreign object damage, FOD), 스코링(scoring), 미세피팅(micropitting), 피팅(pitting), 쪼개짐(spalling), 부식 등과 같은 손상을 제거할 때 유리한 효과가 정말로 달성될 수 있음이 판명되었다. 부품들의 리퍼비싱 정도는 지금까지는 부재들의 초기 검사에 따른 손상 깊이에 의해 판정되었다. 기어의 경우, 그 손상 깊이는 미국기어협회(American Gear Manufactures Association, AGMA)가 최대 백러시(backlash)를 권장하는 0.1 미만이어서, 리퍼비싱은 거의 가능한 고려된다. 이 깊이를 초과하는 손상의 경우, 그 부품은 일반적으로 폐기처분을 하는 것으로 권장되었다. 이와 같은 손상 평가에 기초하여, 초기에 평가된 대부분의 기어들은 리퍼비싱을 하기에 적합하다고 생각하지 않았다. 부가적으로, 초정밀다듬질을 이용하는 리퍼비싱이 실시된 부품들 중, 많은 부품들은 그 처리시에 나타나게 될 뿐인 과도한 손상의 존재로 인해 처리 후에 잇달아 폐기처분되었다. 이러한 경우에서, 부품을 폐기처분할 뿐만 아니라 완전한 리퍼비싱 사이클을 실행하는데 소요되는 시간이 낭비되었다.

이러한 과정은 표면 손상 범위를 판정하기 위해 금속 부품들의 비파괴 검사(non-destructive testing)에 이용할 수 있다. 그러나, 현미경 사진촬영과 형광침투검사를 포함하는 이러한 과정은 매우 복잡하고 그 작업들이 리퍼비싱과정의 총 비용에 대폭 부가된다. 그래서, 성공적으로 복원된 부품에 대해 총 비용과 시간에 불필요하게 부가함이 없이 많은 부품들을 복원하게 할 수 있는 리퍼비싱용 후보 부품(candiate component)을 평가하기 위한 과정의 개선이 요망되었다.

발명의 간단한 요약

본 발명의 제1 형태에 따르면, 부품의 마모 또는 손상된 임계표면(critical surface)으로부터 재료를 제거하기 위해 서브트랙티브 표면 엔지니어링(Subtractive Surface Engineering, SSE)을 이용하여 사용이 끝난 또는 손상된 부품을 검사(inspection) 및/또는 리퍼비싱하기 위한 방법으로서, 상기 부품에 대해 그 표면으로부터 제1 양(quantity)의 재료를 제거하는 공정을 초기에 실시하는 단계; 손상 범위(extent of damage)를 판정하기 위해 상기 부품의 표면을 검사하는 단계; 및 이어서 그 이상 양의 재료를 제거하는 공정을 실시하는 단계; 를 포함하는 방법이 제공되어 있다. SES 공정을 초기에 실시한 후에만 손상 판정을 실행함으로써, 놀랍게도 이러한 재료 제거 방법이 표면 왜곡을 유발하지 않기 때문에 리퍼비싱용 후보물을 평가할 때 정확도 향상이 달성될 수 있음을 알게 되었다. 이러한 방식으로, 전체 리퍼비싱 공정을 받는 후보물의 갯수는 늘어날 수도 있고 부정확한 손상 판정으로 인하여 다음에 폐기처분되는 리퍼비싱이 끝난 부품들의 갯수는 줄어든다. 제1 양의 재료를 제거하는 초기 공정을 실시하는 추가적인 작업은 부품들의 폐기처분시 감소하는 만큼 옵셋(offset)될 수도 있다. 마찬가지로, 이러한 SSE 공정을 사용할 때, 검사 중에 하지 손상(underlying damage)의 방해(masking)로 인해 재연삭 또는 재가공 방법 이후 표면 응력(surface distress)으로 인해 수리대상 부품을 부정확하게 복구할 가능성이 제거된다.

여기서, "공정을 초기에 실시하는 단계" 는, 이 단계가 부품 자체로부터 다른 어떠한 재료의 제거 전에 실시한다는 사실을 말하는 것임을 이해해야 한다. 이는 그리스(grease), 먼지, 산화, 코킹(coking), 파편 함침(debris impregnation) 및 기타 코팅층들을 포함하여 부품의 표면 상의 다른 재료가 제거될 수 있다는 것을 배제하는 것은 아니다.

검사는 외관상 손상 범위를 판정하는데 적합한 종래의 어떠한 방법에 의해서도 실시되어도 좋다. 여기서, "범위" 는 손상의 적합한 어떠한 계측도 포함하는 것임을 이해해야 하며, 깊이, 영역, 거칠기에 한정되는 것은 아니다. 여기서, "깊이" 는 표면에 수직한 최대 깊이 지점이라고 이해될 수 있고, "영역"은 표면의 평면 내의 손상 영역을 말하는 것이라고 이해될 수 있으며, "외관"은 표시물(marker) 또는 형광 침투액(fluorescent penetrant)을 사용하거나 사용함이 없 이 확대하여 또는 육안으로 손상이 외부로부터 보일 수 있다는 사실을 말하는 것이다. 처리를 초기 실행한 후에 손상 판정이 실시된다는 사실은, 표면 상태에 기반한 부품(component)들의 초기 사전선택(pre-selection)을 SSE 처리를 수행하기 전에 실시하지 않는다는 사실을 말하는 것이다. 파열된 톱니 또는 베어링 등의 시각적 거시 스케일 손상(visible macro-scale damage)으로 인한 부품들의 선택과 스크래핑(scrapping)이 처리 전에 초기 단계에서 실시될 수도 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

바람직한 검사방법은 FOD, 마모 또는 충분한 리프트 영역의 미세피팅 등의 손상을 시각적으로 확인하여 표시하고, 자(ruler) 등의 측정공구를 사용하여 위치를 사진 기록하고, 손상을 가로지르는 직접적인 포로필로필터 측정을 실시하여 손상 범위를 기록함으로써 실시된다. 마찬가지로, 다른 바람직한 검사방법은, McNiff, B; Musial, W.; Errichello, R.(" Documenting the Progression of Gear Micropitting in the NREL Dynamometer Test Facility"; 2002 Conference Proceeding of the American Wind Energy Association WindPower 2002 Conference, 3-5 June 2002, Portland, Oregon, Washington, DC: American Wind Energy Association, 2002; 5pp.)에 의해 설명된 그래파이트 및 테이프 리프팅 방법이며, 그 내용 전체는 참조에 의해 본 명세서에 편입된다. 이러한 그래파이트 및 테이프 리프팅(tape lifting) 방법은 부품 리퍼비싱의 보수 단계 중에 비교를 위한 손상 위치를 맵핑(mapping)하는데 특히 유용하다.

이하에서, SSE 처리는 표면 왜곡이 없이 작고, 실질적으로 균일하고, 조절되는 양으로 금속 부품의 처리표면으로부터 재료를 동시에 제거할 수 있는 평탄화 처리를 말하는 것이다. SSE 처리는 개별적으로 또는 한꺼번에 다량의 부품에 대해 실시될 수 있다. SSE 처리의 정의 내에 있는 처리가 포함되지만 진동 다듬질과 비연마성 매체 처리를 사용하는 화학적으로 가속된 진동 다듬질, 연마성 매체 처리, 항력 다듬질(drag finishing), 스핀들 디버 머신(spindle deburr machine), 원심원판기(centrifugal disc machine), 연마성 매체 텀블링(tumbling), 가루형태 연마 텀블링(loose abrasive tumbling), 스핀들 디버 머신, 원심 원판기, Abral^TM 처리 및 페이스트계(paste based) 처리에 한정되는 것은 아니다. 바람직한 처리들은 사실상 등방성(isotropic)이며 다듬질된 표면 상에 방향성을 갖는 잔류 흔적(residual trace)을 실질적으로 일으키지 않는다.

SSE 처리를 사용함으로써, 최소량의 재료를 적어도 마모 또는 손상된 임계면으로부터 안정하고 비용 효율적으로 제거할 수 있다. 이에 따라, 고가치의 금속 부품들의 리퍼비싱을 달성할 수 있다. 특히 중요하게 주목할 점은, SSE 처리가 표면 왜곡이 없이 재료를 제거하고, 이에 따라 얻어지는 표면의 성질을 검사하기 위한 실제 그림을 나타낸다는 것이다. 특히, 금속 부품의 표면층이 제거되기만 하면, 실제 미세피팅, 피팅(pitting), 스커핑(scuffing), 부식 또는 동적 피로균열(dynamic fatigue cracking)의 정도가 더 좋게 결정될 수 있다. 특히, 표면 미소균열(microcrack) 등의 표면 손상의 존재 및 정도가 SSE 처리를 통해 외부층을 제거한 후에 명백해지고 및/또는 측정될 수 있을 뿐이라는 것을 알았다. 기계가공(연삭, 선삭), 연마(polishing), 샌드 블라스팅(sand-blasting)을 포함하는 그 밖의 처리들은 물리적으로 표면을 왜곡시킨다. 이러한 표면 왜곡은 실제로 표면 손상을 감추거나 악화시킬 수 있어, 다음의 손상 판정의 정확성이 떨어지고 어쩌면 성공적으로 리퍼비싱되지 않은 부품을 수리상태로 되돌린다.

제안된 SSE 처리들은 이전에 사용된 재연삭 또는 재가공 처리들보다 더 페일 세이프(fail-safe)인 것으로 생각된다. 특히, 이러한 처리들은 취급 기계에서 부품의 부정확한 위치로 인한 설치 실패에 덜 민감하다. 더구나, 연삭 및 기계가공 처리들은 템퍼 번(temper burn)으로서 알려진 야금학적 손상(metallurgical damage)을 일으키기 쉬울 수 있다. 이러한 기계가공 처리들은 대체로 템퍼 번이 부품을 손상시지 않는 것을 보장하기 위해 최종 니탈 에칭 검사(Nital etch inspection)를 필요로 한다. 본 발명은 다른 이유로 인해 이를 실시할 수도 있음을 이해할 수 있더라도 템퍼 번 검사를 필요로 하지 않는다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기한 방법은 표면 손상을 드러내기 위해 단시간 동안 SSE를 실행하는 단계; 표면을 검사하는 단계; 스톡 제거(stock removal) 예측이 기하공차(geometrical tolerance)를 초과하면, 즉 재료 제거 예측이 허용가능한 기하공차 범위 내에 있으면 그때 진행되게끔 표면 손상의 정도를 판정하여 스톡 제거를 초기에 예측하는 단계; 부표면(sub-surface) 손상을 드러내기 위해 SSE를 실행하는 단계; 표면 손상의 범위 또는 존재를 판정하고 스톡 제거 예측이 기하공차를 초과하면, 부품이 스크랩(scarp)되게끔 즉, 스톡 제거 예측이 허용가능한 기하공차 범위 내에 있으면 그때 진행되게끔 필요하면 초기의 스톡 제거 평가를 변경하기 위해 부품 표면을 모니터링(monotoring)하는 단계; 예측된 스톡 제거를 제거하기 위해 SSE를 계속 행하는 단계; 부품이 재사용을 위해 적합한지를 판정하기 위해 처리된 표면을 최종적으로 검사하는 단계; 를 포함한다. 이와 같이, 부표면 손상의 진행은 재료의 제거에 따라 관찰될 수 있고 부품이 성공적으로 리퍼비싱되었는지에 대해 그리고 리퍼비싱되었을 때를 판정할 수 있다.

특히, SSE 처리에 대한 중요한 표시부(indicator)가 반드시 손상의 전체 깊이가 아니라 손상의 최대 표면적의 지점 또는 최대 표면 거칠기의 지점이라는 것을 알았다. 표면 재료의 초기 제거에 의해 외관상 손상이 크기를 성장시킬 수 있다. 이와 같이 마스킹(masking)된 손상은 재료 제거시에 노출되게 된다. 그 손상이 그 최대 크기에 도달되고 영역 및/또는 깊이 및/또는 거칠기가 증가하기 시작하면, 남아있는 마이크로피팅 또는 부식 피팅 등의 손상이 잔존하더라도 그 진행은 종료된다. 이와 같이, 손상의 전체 깊이가 부품을 공차 범위 외로 되게 하지 않고 허용가능하게 제거될 수 있는 것보다 더 깊어지더라도 부품을 성공적으로 처리할 수 있다. 이와 관련하여 주목할 점은, 마이크로피팅 자체가 반드시 해롭지 아니하며 연장 사용 중에 안정하게 유지될 수 있다는 것이다. 언더컷(undercut)을 제거하면, 마스킹된 불안정한 금속은 수리상태로 되돌려질 때 성장하거나 또다른 파편(debris)을 생성하지 않는, 일반적으로 안정화된 잔류 마이크피팅 영역을 남길 것으로 생각된다. 마이크로피팅의 특성과 다른 표면 및 부표면 손상에 관한 그 이상의 정보는 R.L. Errichello에 의한 위의 통합된 문헌에 의해 제시된다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 예를 들면 마이크로피팅을 포함하는 손상을 갖는 부품들에 대해, 상기 방법은 적어도 소정의 마이크로피팅 영역들의 범위와 위치를 판정하는 단계를 포함하고, 이에 의해 마이크로피팅 영역들의 다음 단계, 깊이, 거칠기 및/또는 표면적을 모니터링하고 이것이 감소 추세를 나타내기만 하면 진행을 종료하도록 한 것이다. 이는, 후속 측정이 이전에 판정된 손상 범위와 같거나 또는 바람직하게는 그보다 적은 손상 정보를 나타내는 지점을 주시함으로써 결정될 수 있다. SSE 처리의 중요한 이점에 따르면, 부품이 "설치(set-up)" 또는 정확히 위치될 필요가 없으므로, 필요하다면 그 부품은 검사를 위해 쉽게 제거되어도 좋다. 더구나, SSE 처리가 효율적으로는 연속 처리이므로, 원하는 바와 같이 자주 검사를 반복할 수 있어, 손상 제거의 진행을 극히 정확히 모니터링할 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 이러한 점진적인 모니터링은 각각의 패스(pass)에 대해 결정된 재료량을 제거하는 기계가공 절차에 대해 가능하지 않다. 프로필로미터, 캘리퍼(caliper), 자(ruler), 마이크로미터(micrometer), 위트니스 쿠폰(witness coupon), 표시부 및/또는 그래파이트와 테이프 리프팅 방법을 사용함으로써, SSE 처리는, 부품이 그 품질 등급과 같이 부품의 일반적인 지식에만 기초하여 기하공차 범위 내에 유지하는 것을 보장하면서 실행될 수 있다. 본 발명의 또 다른 이점에 따르면, 손상량에 기초하여 또는 손상이 성공적으로 제거될 때 진행을 종료하여도 좋다. 깊이와 크기 양쪽과 SSE를 사용하는 재료 제거의 점진적인 특성에 관하여 손상을 정확히 모니터링하는 결과로서, 손상이 실질적으로 제거되는 지점을 정확히 결정할 수 있다. 여기서, "실질적으로 제거" 는 요구하는 소망의 다듬질에 따라 하나 하나에 기초하여 정의될 수도 있다. 예를 들면, 그것은 최대 깊이 손상이 처리되는 지점으로서 선택될 수도 있다. 여기서, 손상은 완전히 사라지고, 손상 깊이는 그 원래 깊이의 5% 미만이고, 손상 깊이는 10미크론 미만이고, 손상 영역은 그 원래 크기의 50%, 30% 또는 10% 미만이고, 표면 거칠기는 감소하며, Ra는 0.25미크론 미만이다.

이 방법의 바람직한 실시형태에 따르면, 재료의 0.1∼10미크론 범위의 두께가 초기 SSE 처리 단계 중에 제거된다. 이러한 재료의 양은 대부분의 경우에 실제 손상의 초기 범위를 드러내는데 적당함을 알았다. 재료의 보다 많은 또는 보다 적은 양이 더 드러내기 위해 후속 단계에서 제거되어도 좋음을 이해할 수 있다. 제거를 위한 재료의 후속 단계의 계산은 초기 처리 후 검사에 기초될 수도 있다.

본 발명의 중요한 양상은 제거되는 재료의 양을 모니터링하는 것이다. 많은 SSE 처리를 위해, 리퍼비싱 상태 하에 부품과 같거나 유사한 재료의 위트니스 쿠폰을 사용할 수 있다. 이는 부품과 같은 상태로 되며 그 크기 감소는 마이크로미터를 사용하여 모니터링될 수도 있다. 그러나 이러한 절차는 임의의 요인에 민감하다. 위트니스 쿠폰은 동일한 비율로 소모되도록 하기 위해 부품과 같거나 유사한 야금학적 조성을 가져야 한다. 더구나, 그 독특한 기하형태 때문에, 그 크기 감소는 부품의 것과 같지 않을 것이다. 대안적으로, 알려진 절차를 위해, 재료 제거는 처리시간에 기초될 수도 있다. 화학적으로 가속된 진동 다듬질의 바람직한 처리의 경우에서, 오퍼레이터는, 일정한 강 등급(steel grade)이 시간 당 1미크론의 비율로 소모되어 그에 따라 처리를 조절한다. 이러한 처리는 또한 알려지지 않은 부품에 대해 예를 들면, 강 등급의 평가를 요구하고 부식 또는 표면 다듬질 등의 다른 요인들이 결과에 영향을 미칠 수도 있으므로 잘못을 일으키기 쉽다. 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기한 절차는 처리될 부품의 표면에 제공된 깊이 표시부에 의해 모니터링되어도 좋다. 상기 깊이 표시부는 홈(groove), 패턴(pattern) 또는 알려진 깊이 또는 기하형태 등이어도 좋고, 이에 의해 재료의 일정량의 제거에 의해 상기 표시부가 변화되거나 사라지게 된다. 이러한 표시부는 적절한 표면 상의 1개 이상의 위치에 제공되어도 좋고 하나의 깊이 또는 일련의 깊이를 나타내도록 제공되어도 좋다. 깊이 표시부는 또한 알려진 표시 형태로 부품 상에 이미 존재할 수도 있고, 예를 들면 엔지니어링 부품의 경우, 남아있는 연마 라인들의 제거가 사용될 수도 있다. 이러한 연마 라인들의 깊이가 부품들 사이에서 변화할 수도 있지만, 그 깊이가 일반적으로 리퍼비싱되는 부품의 품질과 공차에 관련되므로 그들을 사용하는 것은 놀랍게도 편리함을 알았다. 여기서, 높은 공차의 부품은 1미크론 깊이의 매우 미세한 잔류 연마 라인들을 가질 수 있는 반면, 낮은 공차의 부품은 10미크론 깊이의 연마 라인들을 가질 수 있을 것이다. 연마 라인들(또는 다른 표시부들)의 제거는 예를 들면 10x 배율을 사용하는 시각적 검사에 의해 그 곳에서 쉽게 확인될 수 있다. 표시부는 또한 또 다른 재료 제거를 위한 처리를 보정(calibration)하는데 사용될 수도 있다. 그래서, 화학적으로 가속화된 진동 다듬질을 사용하여 처리하는데 1시간 내에 2미크론이 제거되면, 16미크론을 제거하는데 8시간 처리가 예측될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기한 방법은 복수의 사용이 끝난 부품에 대해 실시될 수도 있고, 이에 의해 처리를 초기에 실행한 후에, 검사시에 그 부품들은, 손상 크기가 예정된 허용가능한 양보다 큰 경우(예를 들면, 동적 피로 균열이 나타난 경우) 버려진다. 이와 같이, 수천의 부품은 특히 비용 효율적 방식으로 한번에 리퍼비싱될 수 있다. 모든 부품에 대한 초기 절차를 실행하고 이 처리 후에만 검사함으로써, 증가된 효율성을 달성할 수 있고 전체적으로 회수율이 증가되었다(즉, 폐기물이 감소되었다). 가장 바람직하게는, 복수의 사용이 끝난 부품은 동시에 리퍼비싱될 수도 있고, 이에 의해 SSE 처리 중에 적어도, 그 부품들 모두 같은 처리조건을 받게 된다.

본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 부품들의 대량 배치(large batch)에 대해, 모든 부품이 통계학적으로 계산된 제거 대상의 최대 재료 양에 기초하여 예정기간 동안 초기 검사없이 SSE 처리를 받게 될 수도 있다. 그 후에, 그 부분들을 개별적으로 또는 표본에 기초하여 검사될 수도 있고 그 부분들이 허용되는지 또는 스크랩되는지에 대해 판정을 할 수도 있다. 이와 같이 특별한 경우에 있어서는, 재료 제거가 기하공차를 유지하면서 최대 통계적 허용가능한 제거를 달성하기 위해 초기에 계산되므로 후속의 또 다른 처리를 실시하지 않는다.

배치 처리(batch processing)를 위해, 부품들은 동일하거나 상이할 수도 있다. 그래서, 다수의 동일한 부품 또는 다수의 상이한 부품들, 예를 들면, 단일 기계로부터 기어, 샤프트, 베어링 등 모두에 대해 동시적인 처리를 실시할 수 있다. 개별적인 설치가 요구되지 않기 때문에, 부품들은 적어도 초기에는 함께 쉽게 처리될 수도 있고 이에 따라 동일한 처리 조건이 필요하다. 이는, 표면 다듬질을 위한 하나의 부품 검사가 다른 부품과 동일하게 적용되는 것으로 기대될 수 있으므로 예를 들면 품질 관리 관점으로부터 유익할 수도 있다. 이는, 모든 부품이 야금학적으로 유사하지만 다른 재료의 경우에 사용될 수도 있는 경우 특별히 적용할 수 있다. 어떤 상황에서는, 처리를 하지 말아야 하는 부품들의 부분은 그 절차의 부분적인 완료 후에 마스킹될 수도 있다.

SSE 처리는 연마성 매체 처리, 연마성 복합 처리(abrasive compound process) 또는 연마성 또는 비연마성 매체에 의한 화학적으로 가속화된 진동 가공처리를 사용하여 진동공급용기(vibratory bowl)와 진동통(vibratory tub), 스핀들 및 항력 다듬질 가공 등의 대량 다듬질 장비(mass finishing equipment)를 통해 실시될 수 있다. 가장 바람직한 절차는 화학적으로 가속화된 진동 초다듬질 처리이다. 이러한 처리는 극히 낮은 표면 거칠기(0.1미크론 미만의 Ra)를 갖는 등방성 다듬질을 할 때 극히 효과적임을 보였다. 더구나, 순한 인산염 활성화학물질이 산화철(ferric oxide)에서 인산철(ferric phosphate)로 변환하는 능력을 가져 그 이상의 증식이 금지되므로 남아있는 부식 피트(corrosion pit)이 안정화될 수 있는 추가 이점을 갖는다.

본 발명의 중요한 이점에 따르면, SSE 처리는 0.25미크론 미만의 표면 다듬질 Ra를 달성할 수 있다. 이와 같이, 부품이 리퍼비싱될 뿐만 아니라 초다듬질 초평탄 표면(ultra-smooth surface)의 알려진 이점으로부터 유익한 점도 있다. 이는 단일 설비에서 단일 절차로 달성될 수도 있다.

일반적으로, 상기 방법은 부품의 엔지니어링 사양 도면 또는 동등한 사양서를 참조하지 않고 실행될 수 있다. 따라서, 상기 방법을 실행하는 사람은 제조업자들에 의해 강요될 수도 있는 제한사항들, 특히 ESD가 제3자에게 조차 적용되지 않을 수 있는 상황들에 의해 덜 구속된다. 그래서, 동일한 SSE 처리와 장비는 수가 적든지 많든지 간에 기하학적으로 다른 부품들을 경제적으로 리퍼비싱하는데 사용될 수도 있다. 가장 중요하게는, 상기 절차는 재연마 또는 재가공 처리보다 설치와 처리를 위한 인력, 시간 및 비용을 훨씬 덜 필요로 하며 표면 손상을 마스킹할 수 있는 표면 왜곡을 초래하지 않는다. 상기 처리는 또한 부품 특수 공구(tooling)를 사용하지 않고 실행될 수도 있어, 예를 들면 단 한번의 작업(one-off job)에 대해 상당한 비용 절감을 가져 올 수 있다. 그러나, 임의의 특수 공구는 리프팅(lifting), 지지(suppoting), 분해(disassembling) 부품들 등에 대해 요구될 수도 있다.

하나의 실시형태에 있어서, 본 발명은 상술한 방법에 따라 리퍼비싱되는 엔지니어링 부품에 관한 것이다. 리퍼비싱된 부품은 상당량 제거된 재료를 가질 수 있는데, 이는 예를 들면, 이물질 손상, 스코링, 미세피팅, 피팅, 쪼개짐, 부식 등으로 인한 손상을 안정화시키는데 충분하다. 그 부품은 특히 남아있는 안정화된 손상의 존재에 의해 차별화된다.

더 바람직하게는, 상기 부품은 0.1미크론 미만 또는 더 정확하게는 0.05미크론 미만의 다듬질이 달성될 수 있더라도 0.25미크론 미만의 표면 거칠기 Ra로 다듬질된 표면을 갖는다. 중요하게는, FOD 등의 대규모 손상의 경우에, 피트의 모서리 또는 가장자리는 그 영역에 더 이상의 디스트레스(distress)를 유발함이 없이 상기 처리에 의해 평탄화될 수도 있다.

본 발명에 따른 부품은 기어, 샤프트, 베어링, 피스톤, 액슬(axle), 캠(cam), 시트(seat), 씰(seal)로 이루어지는 군에서 선택된 어떠한 금속 엔지니어링 부품이라도 좋다. 본 발명은 또한 예를 들면 단일 기계에 대해 부품 세트를 폼하는 것으로 고려되며, 여기서 각 부품은 동일한 최종 조건과 같은 처리에 의해 다듬질되어 있다.

다른 형태에 있어서, 본 발명은 부품의 임계 표면으로부터 재료를 제거하기 위해 서브트랙티브 표면 엔지니어링 처리(subtractive surface engineering process)를 사용하여 부 표면 손상에 대해 사용이 끝난 엔지니어링 부품들을 검사하는 방법으로서, 상기 부품에 대해 그 표면들로부터 제1 양(quantity)의 재료를 제거하는 공정을 실시하는 단계; 외관상 손상(apparent damage) 범위를 판정하기 위해 상기 부품의 표면들을 검사하는 단계; 상기 검사에 기초하여, 상기 부품이 재사용을 위해 충분히 리퍼비싱(refurbish)되었는지, 혹은 상기 부품이 폐기처분되여야 하는지를 판정하는 단계; 를 포함하는 검사방법에 관한 것이다. 본 발명의 간단한 형태에 있어서, 모든 부품은 부품을 요구된 공차 범위 내에 유지하는데 충분한 양으로 처리될 수도 있다. 다음으로, 예를 들면 남아있는 손상의 절대 최대 범위 또는 깊이에 기초하여 판정을 할 수 있다. 이와 같이 설명한 절차를 수반함으로써, 표면 손상에 기초하여 부품들의 검사와 사전 선택을 먼저 실행하지 않고, 리퍼비싱을 위해 효능의 유익한 증대가 달성될 수 있어 초기 결정된 절차의 부정확성과 비용을 피할 수 있다.

바람직한 실시형태에 있어서, 상기 방법은 적어도 하나의 또 다른 재료 제거의 검사 사이클과 판정을 하기 전의 검사를 실행하는 단계를 포함할 수도 있다. 상기 검사 사이클은, 외관상 손상 범위가 안정화될 때까지 반복될 수 있다. 예를 들면, 미세피팅의 경우, 이는 적어도 하나의 마이크피트 영역(micropit area)의 범위, 깊이 및/또는 거칠기를 판정하고, 이를 이전의 사이클에서 판정된 범위와 비교하는 단계를 포함할 수도 있다. 상기 공정은, 예를 들면 상기 마이크로피팅의 크기가 이전의 사이클에서 판정된 것보다 작을 때 종결될 수도 있다. 대안적으로, 상기 공정은, 상기 손상이 실질적으로 제거되었을 때 종결될 수도 있다. 검사방법의 그 밖의 특징은 실질적으로 상술한 바와 같이 재손실과 관련하여 보여질 수 있 다.

다음의 도면을 참조하면 본 발명의 그 이상의 특징과 이점들을 이해할 수 있을 것이다.
도 1(a) - 도 1(d)는 본 발명의 실시형태에 따른 풍력 터빈 기어의 톱니(teeth of gear)의 리퍼비싱 중에 여러 단계에서의 풍력 터빈 기어 톱니의 그래파이트 리프트 기록(graphite lift record)을 나타낸 도면이다.
도 2(a) - 도 2(d)는 도 1(a) - 도 1(d)에 기록된 톱니의 미세피팅의 영역을 가로지르는 프로필로미터 흔적(profilometer trace)을 나타낸 도면이다.
도 3(a), 도 3(b)는 본 발명의 전형적인 제2 실시형태에 따른 톱니에 대한 미세피팅의 영역을 가로지르는 프로필로미터 흔적을 나타낸 도면이다.

예시적인 실시형태들의 설명

(실시예 1)

다음은 표 Ⅰ에 상세히 기재한 바와 같이 52"(130cm) 풍력 터빈 입력단 링 기어(wind-turbine input stage ring gear)에 대해 실시한 본 발명의 전형적인 실시형태를 설명한 것이다.

재료의 선적으로부터 기어를 꺼내어 중요한 FOD(significant FOD) 및 파단 또는 균열된 톱니와 같은 대규모 손상에 대해 시각적으로 검사하였다. 실시예를 위해, FOD, 부식, 미세피팅 및 거시피팅(macropitting) 등의 표면손상을, 표 Ⅱ에 따른 프로필로필터를 사용하여 사진, 그래파이트 리프트 및 형상측정법(profilometry)으로 기록하였다.

도 1(a)는 차후에 톱니(1)로서 확인된 톱니의 측면에 대해 미세피팅된 것으로 의심스러운 것의 그래파이트의 리프트를 나타낸 것이다. 화살표는 프로필로미터 측정을 위한 손상 영역을 표시한 것이다. 이 영역은 검사 동안에 알기 쉽게 하는 손상 스폿(damage spot)의 특이성과 손상의 심각성으로 인한 전형적인 측정 위치로서 선택되었다.

도 2(a)는 톱니(1)에 대해 확인된 미세피팅의 영역을 가로지르는 프로필로미터 표면 거칠기 흔적으로서, Ra - 18미크로인치(.457미크론), Rmax - 158미크로인치(4.0미크론) 및 Rz - 90미크로인치(2.29미크론)을 나타낸다. 흔적의 수직 스케일(vertical scale)은 100미크로인치(0.25미크론)이다. 그 결과는 아래의 표 Ⅶ에 나타내져 있다.

이 기어를 표 Ⅳ에 따른 매체(media)가 충진되어 있고 표 Ⅴ에 따른 리퍼비싱 화학물질이 공급된 표 Ⅲ에 따른 진동공급용기(vibratory bowl)에 넣었다.

리퍼비싱 화학물질의 유동에 따라 기계 가동을 시작하였다. 기어를 매체 아래에 전부 잠기게 하여 리퍼비싱 화학물질로 완전히 적셨다. 진동공급용기는 항시 리퍼비싱 화학물질이 연속적으로 흐르게 하였다. 진동공급용기는, 리퍼비싱 화학물질이 3개의 별개의 슬롯형 드레인 위치(slotted draim location)로부터 연속 드레인되도록 드레인 밸브(draim valve)를 설치하지 않았다. 1시간 동안 기어를 세정 처리하고 나서 그 용기로부터 꺼내어 검사하였다. 검사 도중에 진동공급용기와 리퍼비싱 화학물질 유동을 중지하였다. 톱니(1)를 위치시켜 젖은 천(damp cloth)으로 닦아 건조하였다.

톱니(1)에 대한 미세피팅 영역의 변화량을 도 1(b)에 도시한 바와 같은 그래파이트 리프트로 기록하였다. 전체 미세피팅 영역의 감소와 기어의 본래 제작 중에 부여한 잔류 연마라인(residual grinding line)의 감소를 관찰하였다. 표면 거칠기 Ra, Rmax및 Rz를, 도 1(b)의 화살표로 표시한 바와 같이 초기 검사 중과 같은 위치에서 형상측정법으로 기록하였다. 또한, 초기 처리 후에 더 많은 손상이 나타났는지를 확인하기 위해 충분한 리프트 영역 내에서 기어를 시각적으로 검사하였다. 이러한 검사 중에, 다수의 톱니에 대한 상당한 FOD 손상을 주시하였다. 거시적 손상(macro damage) 검사 중에 중요한 FOD 손상이 보였으나, 초기 처리 및 검사 후에 그 완전한 범위가 더 명백히 보여졌다. 프로필로미터 판독은, 표면 거칠기가 초기 처리 후에 Ra - 29미크로인치(.737미크론), Rmax - 427미크로인치(10.8미크론) 및 Rz - 154미크로인치(3.91미크론) 까지 증가하였음을 나타냈다. 표면 거칠기(Rz, Rmax 및 Rz)의 이러한 증가는, 표면에서 보여진 실제 손상 깊이를 마스킹(masking)한 "표면 왜곡(surface distortion)"이 있음을 나타낸다.

다음으로, 또 1시간 동안 기어를 세정 처리하여 꺼내서 검사하였다. 진동공급용기와 리퍼비싱 화학물질 유동은 검사 중에 중지되었다. 톱니(1)를 위치시켜 젖은 천으로 닦아 건조시켰다. 토니(1)에 대한 미세피팅 영역의 감소는 미세피팅 영역의 감소를 보인 도 1(c)에 도시한 바와 같이 그래파이트 리프트로 기록되었다. 또한, 기어의 본래 제작 중에 부여한 남아있는 연마라인이 실질적으로 제거되었음을 볼 수 있다.

표면 거칠기 Ra, Rmax 및 Rz는 초기 검사 중과 같은 위치에서 형상측정법으로 기록되었다. 도 2(c)는 초기 검사 중에 톱니(1)에 대해 확인된 미세피팅의 영역을 가로지르는 표면 거칠기 흔적을 보인 것이다. 표면 거칠기는, Ra의 값이 11미크로인치(.279미크론)이고, Rmax의 값이 282미크로인치(7.16미크론)이며, Rz의 값이 71미크로인치(1.80미크론)임을 나타낸다. 주목할 점은, 표면 거칠기가 첫 처리 시간 후에 측정값으로부터 바로 감소하였다는 것이다.

이어서, 기어를 2시간 이상 리퍼비싱 처리를 한 후에, 꺼내서 검사하였다. 진동공급용기와 리퍼비싱 화학물질 유동은 검사 중에 중지되었다. 톱니(1)를 위치시켜 젖은 천으로 닦아 검조시켰다. 톱니(1)에 대한 미세피팅 영역의 변화량은 도 1(D)에 도시한 바와 같이 그래파이트 리프트로 기록되었다. 이제 손상 범위가 상당히 감소되었고 연마 라인들이 완전히 제거되었음을 볼 수 있다.

표면 거칠기(Ra, Rmax 및 Rz)는 초기 검사 중과 같은 위치에서 형상측정법으로 기록되었다. 도 2(d)는 초기 검사 중에 톱니(1)에 대해 확인된 미세피팅의 영역을 가로지르는 표면 거칠기 흔적을 보인 것이다. 표면 거칠기는, Ra의 값이 3미크로인치(.076미크론)이고, Rmax의 값이 23미크로인치(.58미크론)이며, Rz의 값이 17미크로인치(.43미크론)임을 나타낸다. 주목할 점은, 표면 거칠기가 연장 처리 중에 초기 값 이하의 값으로 상당히 감소하였다는 것이다.

기어는 12미크로인치(0.30미크론) 이하의 Ra의 값과 잔류 표면손상의 영역 및 확실하게 감소환 거칠기에 기초하여 4시간 검사 후에 리퍼비싱된 것으로 보인다. 남아있는 잔류 표면손상은 개개의 영역에서 작고, 상당히 안정화된 표면영역이 잔류 손상 사이에 남아있도록 넓게 이격되었다. 더구나, 자사설계 생산 중에 부여한 모든 연마 라인은 톱니 나사골로부터 제거되었다. 처리 완료 시에 새로운 손상이 관찰되지 않았지만, 잔류 손상이 시각 및 그래파이트 리프트 검사를 통해 분명히 알 수 있다.

기어는 표 Ⅵ의 버니싱(burnishing) 화학물질을 사용하여 버니싱 처리 단계를 위해 진동공급용기 내로 되돌려 놓여졌다.

리퍼비싱 화학물질은 중지되었다. 버니싱 화학물질은 용기로부터 리퍼비싱 화학물질을 씻어내어, 기어 표면으로부터 리퍼비싱 단계 중에 형성된 컨버젼 코팅(conversion coating)을 제거하기 위해 용기 내에 도입되었다. 기어는 1.5시간 동안 버니싱되어 완료되었다. 최종 시각 검사는, 소량의 잔류 손상이 처리 후에 톱니(1)에 잔류하였음을 보였다. 이전의 측정에 기초하여, 스톡(stock)의 많아야 400미크로인치(10미크론)이 4시간 처리 중에 각 톱니 나사골로부터 제거되었다고 보고 있다.

표 Ⅶ에 나타난 결과에 따르면, 측정된 표면의 거칠기 값이 1시간 동안 초기 처리 후에 증가하였음을 볼 수 있다. 그 이상의 처리 시간 후에, 상기 값은 한번 더 본래의 영역과 유사한 크기를 가졌다. 4시간 처리 후에, 거칠기의 현저한 감소가 관찰될 수 있었고 전체 손상 범위가 상당히 감소되었다.

또한, 부품의 질적 평가는, 전체 손상 범위가 상당히 감소되었음을 나타냈다.

(실시예 2)

표 Ⅷ에 따른 제2 대형 입력단 유성기어를 제조하였다.

재료의 선적으로부터 기어를 꺼내어 대규모 손상에 대해 시각적으로 검사하였다. 미세피팅과 FOD 등의 표면손상을, 사진, 형상측정법 및 그래파이트 리프트 기술로 기록하였다. 도 3(a)는 10미크론의 수직 스케일로써 표 Ⅸ에 따른 프로필로미터를 사용하여 미세피팅의 영역을 가로지르는 표면 거칠기 흔적을 보인 것이다.

초기 검사에 따르면, 표면 거칠기 값 Ra가 0.68미크론, Rmax가 7.63미크론, Rz가 4.02미크론으로 기록되었다.

이 기어를 위의 표 Ⅴ에 따른 매체를 포함하는 표 Ⅹ에 따른 진동 통(vibratory tub)에 넣었다.

위의 표 Ⅳ에 표시된 바와 같은 리퍼비싱 화학물질의 유동에 따라, 다만 32리터/시간의 약간 높은 유량으로 기계 가동을 시작하였다. 기어를 매체 아래에 전부 잠기게 하여 리퍼비싱 화학물질로 완전히 적셨다. 기어는 6시간 동안 리퍼비싱 처리되었고 대응하는 새로운 부품에 대해 대략적인 재료 제거율의 사건 지식에 기초하여 대략 최대 15미크론을 제거하였다. 기어를 주기적으로 검사하였다. 이러한 검사는 진동통과 리퍼비싱 화학물질을 중지하는 단계, 매체를 몇 개의 톱니와 이격시키는 단계 및 손상 제거 추이를 시각적으로 평가하는 단계로 이루어진다. 허용된 최대시간/재료 제거에 도달하면, 리퍼비싱 화학물질 유동을 정지하고 표 Ⅵ의 버니싱 화학물질을 사용하여 버니싱 화학물질 유동을 즉시 시작하였다. 기어를 3시간 동안 버니싱하여 완료하였다.

미세피팅과 FOD 등의 표면손상을, 사진, 형상측정법 및 그래파이트 리프트 기술로 기록하였다. 도 3(b)는 1미크론의 수직 스케일로써 미세피팅의 영역을 가로지르는 표면 거칠기 흔적을 보인 것이다.

Ra의 값이 0.07미크론, Rmax의 값이 0.94미크론이고 Rz의 값이 0.61미크론임을 보였다. 최종 시각 검사는, 그 처리 후에 톱니에 잔류 미세피팅이 남아있음을 보였다. 그래파이트 리프트 결과는, 미세피팅의 영역이 상당히 감소되지 않았음을 보였지만, 프로필로미터 측정은, 그 깊이가 상당히 감소되었음을 보였다. 처리 중에 부품을 시각적으로 모니터링(visual monitoring)하면, 손상이 안정되고 새로운 손상이 전혀 관찰되지 않았음을 보였다. 잔류 표면 손상의 영역은 0.3미크론 이하의 Ra 값을 가졌다. 자사설계 생산 중에 부여된 연마 라인 모두를 톱니 나사골로부터 제거하는 것을 확실하게 하기 위하여 시작된 시간 동안 기어를 리퍼비싱 사이클 내에서 처리하였다. 이러한 관찰들에 기초하여, 부품이 리퍼비싱된 것으로 보였다.

명확성을 위해, 본 명세서에서는 본 발명의 방법들에 대해 가능한 모든 실시형태를 설명하지 않았다. 그 방법들에 대한 실제 실시형태의 개발과 실행 중에, 예컨대 시스템 관련 및 사업 관련 제한조건에 따라 하나의 실행에서 다른 실행으로 바꿀 수 있는 특수 목표를 성취하기 위해 수많은 특정의 실행을 정할 수 있음을 알 수 있다. 더구나, 이러한 개발 노력들이 복잡하고 시간 낭비일 수 있지만 이와 같은 공개의 이익을 갖는 해당 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 일상적으로 착수되는 것임을 알 수 있다.

본 발명의 정신과 범위에서 벗어남이 없이 본 명세서에서 설명한 구조와 기술에 대해 상술한 것에 부가하여 또 다른 변경을 할 수 있다. 따라서, 특정 실시형태들에 대해 설명하였지만, 그 실시형태들은 실시예에 불과하고 본 발명의 범위에 한정되는 것은 아니다.

Claims (28)

1. 엔지니어링 부품(engineering component)의 임계표면(critical surface)들로부터 재료를 제거하기 위해 서브트랙티브 표면 엔지니어링(subtractive surface engineering) 공정을 이용하여 부 표면(sub-surface) 손상에 대한 엔지니어링 부품을 검사하는 방법으로서,
   a) 상기 부품에 대해 그 표면들로부터 소정량의 재료를 제거하는 공정을 실시하는 단계;
   b) 외관상 손상 범위(extent of damage)를 판정하기 위해 상기 부품의 표면들을 검사하는 단계;
   c) 상기 검사에 기초하여,
   i. 상기 부품이 재사용을 위해 충분히 리퍼비싱(refurbish)되었는지, 혹은
   ii. 상기 부품이 폐기처분되여야 하는지
   를 판정하는 단계;
   를 포함하는 엔지니어링 부품 검사 방법.
2. 제1항에 있어서,
   적어도 하나의 후속 검사 사이클을 실행하는 단계를 포함하고, 이에 의해 후속 검사 사이클 마다 적어도 단계 a), b) 및 c)를 반복하는 엔지니어링 부품 검사 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 검사 사이클은, 외관상 손상 범위가 안정화될 때까지 반복하는 엔지니어링 부품 검사 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 손상은 미세피팅(micropitting)을 포함하고, 상기 단계 b)는 적어도 하나의 마이크피트 영역(micropit area)의 범위(extent)를 판정하는 단계를 포함하며, 상기 단계 c)는 마이크로피트 영역의 범위와 이전의 사이클에서 판정된 범위를 비교하는 단계를 포함하는 엔지니어링 부품 검사 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 공정은, 상기 마이크로피트 영역의 크기가 이전의 사이클에서 판정된 것보다 작을 때 종결되는 엔지니어링 부품 검사 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공정은, 상기 손상이 실질적으로 제거되었을 때 종결하는 엔지니어링 부품 검사 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 단계 a) 중에, 재료의 0.1∼10 미크론의 두께가 제거되는 엔지니어링 부품 검사 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   복수의 사용이 끝난 부품을 검사하는 단계를 포함하고, 이에 의해 상기 단계 a)가 같은 공정 조건하에서 모든 부품에 대해 동시 실시하는 엔지니어링 부품 검사 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 서브트랙티브 표면 엔지니어링 공정은 화학적으로 가속된 진동 공정인 엔지니어링 부품 검사 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면들로부터 재료를 제거하는 공정은 0.25미크론 미만의 표면 거칠기 Ra를 달성하도록 실시하는 엔지니어링 부품 검사 방법.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부품의 엔지니어링 사양 도면(specification drawing) 또는 그에 상당하는 사양서(specification sheet)를 참조하지 않고 실시되는 엔지니어링 부품 검사 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정은 부품 특수 공구(specific tooling)를 사용하지 않고 실시하는 엔지니어링 부품 검사 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    처리대상 표면 상에 표시부(indicator)를 제공하는 단계와 제거된 재료의 양을 판정하기 위해 상기 표시부를 검사하는 단계를 더 포함하는 엔지니어링 부품 검사 방법.
14. 엔지니어링 부품의 마모 또는 손상된 임계표면들로부터 재료를 제거하기 위해 서브트랙티브 표면 엔지니어링 공정을 이용하여 엔지니어링 부품을 리퍼비싱하는 방법으로서,
    a) 상기 부품에 대해 상기 표면들로부터 소정량의 재료를 제거하는 공정을 초기에 실시하는 단계;
    b) 손상 범위를 판정하기 위해 상기 부품의 표면을 검사하는 단계;
    c) 이어서 그 이상 양의 재료를 제거하는 공정을 더 실시하는 단계;
    를 포함하는 엔지니어링 부품 리퍼비싱 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 단계 b) 및 c)를 반복하는 단계를 더 포함하는 엔지니어링 부품 리퍼비싱 방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 단계 b) 및 c)는, 상기 손상 범위가 안정화될 때까지 반복하는 엔지니어링 부품 리퍼비싱 방법.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 손상은 미세피팅을 포함하고, 상기 단계 b)는 적어도 하나의 마이크피트 영역들의 범위(extent)를 판정하고 이에 의해 후속 단계 b)와 c) 중에, 마이크로피트 영역들의 범위를 모니터링(monitoring)하고 상기 공정은 상기 마이크로 피트 영역들의 범위가 안정화되기만 하면 종결하는 엔지니어링 부품 리퍼비싱 방법.
18. 제14항 또는 제17항에 있어서,
    상기 공정은, 상기 손상이 실질적으로 제거되었을 때 종결하는 엔지니어링 부품 리퍼비싱 방법.
19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단계 a) 중에, 재료의 0.1∼10 미크론의 두께가 제거되는 엔지니어링 부품 리퍼비싱 방법.
20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 사용이 끝난 부품들을 리퍼비싱하는 단계를 포함하고, 이에 의해 상기 공정을 초기에 실시한 후에, 상기 손상 범위가 미리 결정된 양보다 큰 경우 상기 부품들을 폐기처분하는 엔지니어링 부품 리퍼비싱 방법.
21. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 사용이 끝난 부품들을 동시에 리퍼비싱하고, 이에 의해 적어도 상기 단계 c) 중에, 상기 부품들이 모두 같은 공정조건으로 처리하는 엔지니어링 부품 리퍼비싱 방법.
22. 제14항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 서브트랙티브 표면 엔지니어링 공정은 화학적으로 가속된 진동 공정인 엔지니어링 부품 리퍼비싱 방법.
23. 제14항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정은 0.25미크론 미만의 표면 거칠기 Ra를 달성하도록 실시하는 엔지니어링 부품 리퍼비싱 방법.
24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부품의 엔지니어링 사양 도면(specification drawing) 또는 그에 상당하는 사양서(specification sheet)를 참조하지 않고 실시되는 엔지니어링 부품 리퍼비싱 방법.
25. 제14항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공정은 부품 특수 공구(specific tooling)를 사용하지 않고 실시하는 엔지니어링 부품 리퍼비싱 방법.
26. 제14항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    처리대상 표면 상에 표시부를 제공하는 단계와 제거된 재료의 양을 판정하기 위해 상기 표시부를 검사하는 단계를 더 포함하는 엔지니어링 부품 리퍼비싱 방법.
27. 0.25미크론 미만의 표면 거칠기 Ra와 잔류 표면손상(residual surface damage)을 갖는 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 따라 리퍼비싱된 엔지니어링 부품.
28. 제27항에 있어서,
    기어, 샤프트(shaft), 베어링, 피스톤, 액슬(axle), 캠, 시트(seat), 씰(seal)로 이루어지는 군에서 선택되는 엔지니어링 부품.

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