KR20120048649A - 피스톤 로드의 제조 방법 - Google Patents

피스톤 로드의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

로드 본체와 로드 헤드의 서로의 단부면을 접합하여 피스톤 로드를 제조하는 피스톤 로드의 제조 방법이며, 로드 본체 및 로드 헤드의 축심부를 단부면으로부터 도려내어, 중심 편석에 의한 불순물을 제거하는 제1 공정과, 로드 본체와 로드 헤드의 서로의 단부면을 마찰 압접으로 접합하는 제2 공정을 구비한다.

Description

피스톤 로드의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING PISTON ROD}
본 발명은 피스톤 로드의 제조 방법에 관한 것이다.
유압 실린더의 피스톤 로드의 제조 방법으로서, JP2000-240609A호에는, 중실의 로드 본체와 로드 헤드를 마찰 압접으로 접합하여 일체화하는 방법이 개시되어 있다.
일반적으로, 로드 본체 및 로드 헤드는, 연속 주조로 제조되는 철강 재료를 가공함으로써 제조된다. 연속 주조로 제조되는 철강 재료의 중심부에는, 중심 편석에 의한 불순물이 존재한다. 그 때문에, 도 4에 도시한 바와 같이, 중실의 로드 본체(51)와 로드 헤드(52)를 마찰 압접으로 접합하면, 중심부에 존재하는 중심 편석(53)은, 마찰 압접시의 소성 유동에 의해서 버어(54)로서 외주로 배출된다. 그러나, 완전하게는 배출되지 않고, 접합면에는 불순물이 얇은 막으로서 남는다.
접합면에 남은 불순물에는, 모재에 포함되어 있는 확산성 수소가 모이기 쉽기 때문에, 접합면에 있어서의 수소취화의 원인이 되어, 지연 파괴가 발생하거나 접합면을 경계로 하여 로드 본체와 로드 헤드가 분리 파괴되거나 할 우려가 있다.
본 발명은, 상기의 문제점에 감안되어 이루어진 것으로, 마찰 압접으로 접합된 로드 본체와 로드 헤드의 접합 강도를 향상시킬 수 있는 피스톤 로드의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 로드 본체와 로드 헤드의 서로의 단부면을 접합하여 피스톤 로드를 제조하는 피스톤 로드의 제조 방법으로, 상기 로드 본체 및 상기 로드 헤드의 축심부를 상기 단부면으로부터 도려내, 중심 편석에 의한 불순물을 제거하는 제1 공정과, 상기 로드 본체와 상기 로드 헤드의 서로의 상기 단부면을 마찰 압접하여 접합하는 제2 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 로드 본체와 로드 헤드는, 축심부에 존재하는 불순물을 제거한 후, 서로의 단부면을 마찰 압접하여 접합함으로써 일체화되기 때문에, 접합면에 불순물이 없는 피스톤 로드를 제조할 수 있다. 따라서, 로드 본체와 로드 헤드와의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 피스톤 로드의 제조 공정 전의 로드 본체 및 로드 헤드를 도시한 평면도이며, 일부 단부면으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 피스톤 로드의 제조 방법의 제1 공정을 도시한 평면도이며, 일부 단부면으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 피스톤 로드의 제조 방법의 제2 공정을 도시한 도면이며, 일부 단부면으로 도시한다.
도 4는 종래의 제조 방법에 따라 제조된 피스톤 로드를 도시한 평면도이며, 일부 단부면으로 도시한다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.
본 실시형태에 관한 피스톤 로드의 제조 방법은, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)를 마찰 압접으로 접합하여 피스톤 로드(1)를 제조하는 것이다. 본 실시형태에서는, 피스톤 로드(1)는, 액추에이터(도시하지 않음)로서 사용되는 유체압 실린더의 실린더 본체에 진퇴 가능하게 삽입되는 것이다.
로드 본체(2) 및 로드 헤드(3)는, 연속 주조로 제조되는 중실의 탄소강을 가공함으로써 제조된다. 탄소강으로서는, 예를 들면 탄소량 0.45%의 강이 사용된다.
도 1을 참조하여, 로드 본체(2) 및 로드 헤드(3)에 대해 설명한다. 도 1은 피스톤 로드(1)의 제조 공정전(마찰 압접전)의 로드 본체(2) 및 로드 헤드(3)를 도시한 평면도이다.
로드 본체(2)는, 실린더 본체 내를 미끄럼 이동하는 피스톤(도시하지 않음)이 연결되는 소경부(2a)와, 소경부(2a) 보다 대경의 대경부(2b)로 구성된다. 환상의 피스톤은, 소경부(2a)의 외주에 끼워져 소경부(2a)와 대경부(2b)의 경계 단차부(2d)에 걸림과 동시에, 소경부(2a)의 수나사부(2e)에 체결되는 너트로 고정된다. 로드 본체(2)의 대경부(2b)에는, 평면상의 단부면(2c)이 형성된다.
로드 헤드(3)는 부하에 연결되는 환상의 클레비스(3a)와, 로드 본체(2)의 대경부(2b)와 동일 직경의 동체부(3b)로 구성된다. 동체부(3b)에는 평면상의 단부면(3c)이 형성된다.
피스톤 로드(1)는 로드 본체(2)의 대경부(2b)의 단부면(2c)과, 로드 헤드(3)의 동체부(3b)의 단부면(3c)을 마찰 압접으로 접합하여 일체화함으로써 제조된다.
로드 본체(2) 및 로드 헤드(3)는 연속 주조로 제조되는 중실의 철강 재료를 가공함으로써 제조되는 것이다. 용강중의 불순물은, 고체보다 액체로 남는 경향이 있기 때문에, 연속 주조에서는, 마지막에 응고하는 축심부에 불순물이 집적하기 쉽다. 이 때문에, 연속 주조로 제조되는 철강 재료의 축심부에는, 중심 편석에 의한 불순물이 존재한다. 따라서, 로드 본체(2)의 축심부 및 로드 헤드(3)의 동체부(3b)의 축심부에는, 중심 편석에 의한 불순물(10)이 존재한다. 도 1 내지 도 3에 있어서, 불순물(10)은 점선으로 모식적으로 도시한다.
이어서, 도 2 및 도 3을 참조하여, 피스톤 로드(1)의 제조 공정에 대해 설명한다.
우선, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 공정에서는, 중실의 로드 본체(2)의 축심부를 단부면(2c)으로부터 원주상으로 도려내어, 중심 편석에 의한 불순물(10)을 제거한다. 이로써, 로드 본체(2)에는, 환상부(5)로 둘러싸여지고 단부면(2c)에 개구부를 가지는 구멍부(6)가 형성된다. 구멍부(6)의 성형에 의해서 단부면(2c) 근방의 불순물(10)이 제거되기 때문에, 단부면(2c)에는 불순물(10)이 존재하지 않는다.
구멍부(6)의 내경은 로드 본체(2)의 환상부(5)의 단면적이 단차부(2d)에 형성되는 최소 단면적부(2f)보다 커지도록 형성된다. 이것은, 환상부(5)의 강도가 피스톤 로드(1)에 있어서 가장 약하게 되지 않도록 하기 위함이다. 또, 구멍부(6)의 깊이는, 접합시에 발생하는 버어(12)(도 3 참조)가 내부에 들어가는 길이로 형성된다. 또, 구멍부(6)의 저부 주연(6a)은 곡면형상이 되도록 모따기 가공된다. 이것은, 피스톤 로드(1)에 인장 압축 하중이 작용했을 경우에, 구멍부(6)의 저부 주연(6a)에 응력 집중이 생기지 않도록 하기 위함이다.
제1 공정에서는, 로드 헤드(3)에 대해서도 동일하게 중실의 동체부(3b)의 축심부를 단부면(3c)으로부터 원주상으로 도려내어, 중심 편석에 의한 불순물(10)을 제거한다. 이로써, 로드 헤드(3)의 동체부(3b)에는, 환상부(7)로 둘러싸여지고 단부면(3c)에 개구부를 가지는 구멍부(8)가 형성된다. 구멍부(8)의 성형에 의해 단부면(3c) 근방의 불순물(10)이 제거되기 때문에, 단부면(3c)에는 불순물(10)이 존재하지 않는다.
구멍부(8)의 내경 및 깊이는, 로드 본체(2)의 구멍부(6)와 대략 동일 치수로 형성된다. 또한, 구멍부(8)의 저부 주연(8a)도, 로드 본체(2)의 구멍부(6)와 같이, 곡면형상으로 모따기 가공된다.
로드 본체(2) 및 로드 헤드(3)의 축심부의 도려내기는, 절삭 가공에 의해서 행해진다. 한편, 로드 본체(2) 및 로드 헤드(3)의 축심부의 도려내기는 절삭 가공 이외의 방법, 예를 들면, 단조 등의 소성 가공으로 행해도 좋다.
이어서, 제2 공정에서는, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 서로의 단부면(2c, 3c)을 마찰 압접으로 접합한다. 이하, 마찰 압접의 순서를 구체적으로 설명한다.
(1) 도 2에 도시한 바와 같이, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)를 서로의 단부면(2c, 3c)이 대향하도록 동축상에 배치한다.
(2) 도 3에 도시한 바와 같이, 로드 헤드(3)를 축 중심으로 회전시킨 상태로, 로드 본체(2)를 로드 헤드(3)를 향해 이동시켜 로드 본체(2)의 단부면(2c)을 로드 헤드(3)의 단부면(3c)으로 가압하여, 접합면(11)에서 마찰열을 발생시킨다. 마찰열에 의해서 접합면(11) 근방이 연화된다.
(3) 가압에 의한 로드 본체(2)의 이동이 미리 정해진 소정 변위에 도달한 시점에서 로드 헤드(3)의 회전을 정지시킨다.
(4) 로드 본체(2)를 큰 하중으로 더욱 로드 헤드(3) 측으로 가압하여, 접합면(11) 근방의 고온부를, 도 3에 도시한 바와 같이, 외주측 및 내주측으로 소성 유동시켜 버어(12)로서 배출한다. 로드 본체(2)의 구멍부(6)와 로드 헤드(3)의 구멍부(8)에 의해 피스톤 로드(1)의 내부에는 중공부(13)가 존재한다. 이 중공부(13)의 존재에 의해서, 접합면(11) 근방의 고온부는, 내주측에도 소성 유동하여 버어(12)로서 배출되게 된다. 이와 같이, 접합면(11) 근방의 고온부는, 외주측 및 내주측으로 버어(12)로서 배출되기 때문에, 만일 접합면(11)에 불순물이 존재하고 있더라도, 불순물을 배출하는 효과가 높고, 접합면(11)은 청정하게 된다. 한편, 버어(12)의 배출은, 로드 본체(2)의 버어(12a)와 로드 헤드(3)의 버어(12b)의 경계점(12c)이, 도 3에 도시한 바와 같이, 로드 본체(2) 및 로드 헤드(3)의 외주면의 외측으로 될 때까지 행해진다.
(5) 마지막으로, 상기 (4)의 가압 상태를 소정 시간 유지함으로써, 접합면(11)에 있어서의 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 상호 확산을 촉진시키고, 양자의 접합이 완료된다. 이상과 같이 하여, 마찰 압접에 의한 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 접합을 행한다.
한편, 피스톤 로드(1)의 외주측의 버어(12)는 접합 완료 후에 제거되어, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 외주는 매끄럽게 연속된 상태로 가공된다.
제1 공정에서, 로드 본체(2) 및 로드 헤드(3)의 축심부가 도려내지고, 서로의 단부면(2c, 3c)에는 불순물(10)이 존재하지 않기 때문에, 접합면(11)에 불순물이 존재하지 않는 피스톤 로드(1)를 얻을 수 있다.
이상의 실시형태에 의하면, 아래에 나타내는 작용 효과를 발휘한다.
로드 본체(2)와 로드 헤드(3)는, 축심부에 존재하는 불순물(10)을 제거한 후, 서로의 단부면(2c, 3c)을 마찰 압접으로 접합함으로써 일체화되기 때문에, 접합면(11)에 불순물이 없는 피스톤 로드(1)를 제조할 수 있다. 따라서, 접합면(11)에서의 수소취성에 의한 입계 분열이 발생하지 않아, 지연 파괴의 발생을 방지할 수 있기 때문에, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 피스톤 로드(1)의 내부에는 중공부(13)가 존재하기 때문에, 마찰 압접의 과정에서, 접합면(11) 근방의 고온부는 외주측 뿐만 아니라 내주측에도 버어(12)로서 배출된다. 따라서, 중실의 로드를 접합하는 경우와 비교하여, 보다 청정한 접합면(11)을 얻을 수 있다.
또한, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)는, 환상의 단부면(2c, 3c)을 마찰 압접으로 접합하는 것이기 때문에, 중실의 것을 접합하는 경우와 비교하여, 작은 에너지로 접합할 수 있다. 따라서, 종래와 같은 마찰 압접기를 사용했다고 하더라도, 종래 중실의 피스톤 로드 지름보다 큰 지름의 피스톤 로드(1)를 접합하는 것이 가능하게 되어, 설비비를 절감할 수 있다.
또한, 피스톤 로드(1)의 내부에는 중공부(13)가 존재하기 때문에, 피스톤 로드(1)를 경량화할 수 있다.
본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 그 기술적인 사상의 범위 내에 있어 다양한 변형이나 변경이 가능하고, 그것들도 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이 명백하다.
이상의 설명에 대해서 2009년 9월 9일을 출원일로 하는 일본에 있어서 특허 출원 제2009-207892호의 내용을 여기에 인용에 의해 포함한다.
본 발명은 액추에이터로서 사용되는 유체압 실린더의 실린더 본체에 진퇴 가능하게 삽입되는 피스톤 로드를 제조하는 제조 방법에 적용할 수 있다.

Claims (3)

  1. 로드 본체와 로드 헤드의 서로의 단부면을 접합하여 피스톤 로드를 제조하는 피스톤 로드의 제조 방법이며,
    상기 로드 본체 및 상기 로드 헤드의 축심부를 상기 단부면으로부터 도려내어, 중심 편석에 의한 불순물을 제거하는 제1 공정과,
    상기 로드 본체와 상기 로드 헤드의 서로의 상기 단부면을 마찰 압접으로 접합하는 제2 공정을 구비하는, 피스톤 로드의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 로드 본체 및 상기 로드 헤드는 연속 주조로 제조되는 중실의 철강 재료를 가공함으로써 얻어지는, 피스톤 로드의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 공정에서는, 상기 로드 본체와 상기 로드 헤드의 접합면 근방의 고온부는 외주측 및 내주측으로 소성 유동하여 버어로서 배출되고,
    상기 버어의 배출은, 상기 로드 본체의 버어와 상기 로드 헤드의 버어의 경계점이 상기 로드 본체 및 상기 로드 헤드의 외주면의 외측으로 될 때까지 행해지는, 피스톤 로드의 제조 방법.
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