KR20120134053A - 기계적 거칠기화를 위한 도구 및 방법 - Google Patents

Abstract

작업 공정에서 내연 기관의 실린더 보어를 준비하여 이후에 상기 실린더 보어가 열에 의해 코팅될 수 있도록 하는 장치가 제안된다.

Description

기계적 거칠기화를 위한 도구 및 방법{TOOLS AND METHOD TO MECHANICAL ROUGHNING}

내연기관의 실린더 보어(bore)내에서 마찰공학적으로(trobological) 적합한 표면을 제조하기 위해, 거칠기화(roughening), 열적 코팅 및 호닝(honing)이라는 공정 사슬이 그 역할을 한다. 거칠기화는, 기판 표면에 적합한 지형(topography)을 만드는 역할을 하며, 상기 지형은 열에 의해 분사된 층(thermal sprayed layer)과 기판사이의 고정적 결합을 가능하게 한다. 프로파일 형태 및 프로파일 깊이의 제조는 층의 부착 인장 강도에 현저한 영향을 미친다. 층의 부착 자체는 두 재료의 상호간 접착, 거칠기 프로파일의 형태 요소와 내부에 위치한 층 사이에서 얻어지는 래터럴(lateral) 수축 응력, 그리고 융기한(raised) 거칠기 프로파일 요소의 언더컷에 의해 발생하는 래디얼(radial) 형상 맞춤에 의해 정해져 있다.

본 발명은 기판 표면의 기계적 거칠기화를 위한 도구 및 방법에 관한 것으로서, 이로 인하여 본 발명에 따라 준비된 기판 표면상에는 매우 양호한 부착성의 코팅물이 적용될 수 있다. 모래분사, 레이저빔 또는 고압워터젯과 같은 다른 방법 외에, 절삭(chipping)과 변형이 공정 기술적으로 상호간에 결합된 기계적 가공 방법도 공지되어 있다. 이러한 후자의 가공 방법은 다시, 절삭과 가압이 적용되는 공정을 나타낸다. 이 때, 가압 도구와 물질 사이에는 활주 과정이 존재한다. 절삭과 변형의 또 다른 조합은, 이후의 압연을 포함하는 절삭에 있다. 이 때, 우선 정밀 보링(fine boring), 회전 또는 밀링(milling)에 의해 제조된 표면 프로파일은 압연에 의해 변형된다. 이 때, 롤러는 기판 표면에 걸쳐 구르고, 기판 표면의 변형에 의해 부착 특성의 개선을 야기한다.

본 발명은 최종적으로 언급한 절삭과 압연(또는 롤링)의 조합에 대해 다루므로, 이후에서 이하의 종래 기술을 인정한다.

EP 2 267 178 A2는 절삭과 압연의 조합으로 거칠기화 방법을 설명한다. 압연 구동은, 조합형 도구의 경우 롤러가 금형 커터와 가지는 간격이 제1방법 단계에서 잘려 들어간 금형 프로파일(웹(web), 폭 및 전진)의 주기성에 의존하도록 설계되어 있다. 롤러는 각각 프로파일 웹(profiled web)을 덮어씌운다.

절삭 도구 및 롤러의 축방향 배열은 금형 커터와 상기 금형 커터의 운동학적 조건, 즉 전진, 웹의 폭, 프로파일 깊이에 의존한다. 이는 커터와 롤러를 위한 작업면들의 상호간 정확한 조정을 필요로 한다. 롤러는 항상 웹의 폭만 가공하므로, 여기서는 롤러의 낮은 공구 수명을 고려해야 한다. 그 밖에도, 롤러는 래디얼 방향에서 커터에 대해 상대적으로 재조정할 수 없으므로, 마모율이 서로 상이할 때 새로운 조정이 더 이상 가능하지 않고, 따라서 변형 정도가 감소하고, 더 적은 언더컷이 발생한다.

DE 10 2006 004 769 A1은 거칠기화 방법으로부터 시작하는데, 상기 방법에서 기판 표면은 제1방법 단계에서 절삭 가공되고, 이후의 단계에서 먼저 절삭 제조된 프로파일 첨단들(peaks)은 "구부려"진다. 이러한 일은 압연, 압축 또는 조사(illumnination)에 의해 실시할 수 있다. 기판 표면, 즉 차후 코팅물과의 접촉면은 언더컷부분들을 포함한 프로파일 금형내에 존재한다. 롤러는 절삭된 프로파일에 대해 직각으로 기울어져 있지 않아서, 롤러와 절삭된 프로파일 사이에 미끄러짐(slippage)이 발생한다.

공개문헌 DE 10 2008 024 313 A1도 마찬가지로 절단 이후의 압연 가공을 나타낸다. 그러나, 롤러는 수많은 나이프 디스크를 포함하여 형성되어 있고, 나이프 디스크의 절단날은 프로파일 웹들의 간격내에 배치되어 있다. 이러한 설계의 큰 단점은, 우선 도구가 축방향 포지션에서 사전 작업된 프로파일 금형의 프로파일 첨단 포지션에 정확하게 정렬되어, 융기한 프로파일 웹에 래디얼 이송(radial feed)되어 프로파일을 쪼개야 한다는 것이다. 또한, 나이프 디스크의 간격을 융기한 웹의 전진 또는 간격에 정확하게 맞춰 준비할 필요가 있다. 여기서도, 압연 도구는 축방향 위치 및 설계 시 프로파일 위주로 정해지며, 이는 공정의 준비 시 취급을 어렵게 하고, 나이프 디스크들을 이격시킬 때 소모적 제조과정을 포함한다.

DE 20 2009 014 180 U1에는 마찬가지로 절삭 공정이 프로파일 웹의 변형을 위한 압연 공정과 조합된다. 이러한 방법에서, 롤러는 프로파일 웹의 전진 또는 간격을 위주로 하는 프로파일링을 갖추어야 한다. 이러한 도구는 압연측에서 마모가 심하여, 경제적인 운용이 가능하지 않다. 또한, 금형 커터에 대한 롤러 외형부(contour)의 축방향 이격은 도구의 준비 시 상당한 비용을 필요로 한다.

앞에 언급한 모든 방법에서는 고비용으로 제조 및 조절해야 하는 도구들이 필요하며, 이러한 도구들은 비교적 급속하게 마모되고, 일부는 재조정이 불가능하여, 경제적이면서 공정 안정적인 대량 생산은 용이하지 않거나 불가능하다.

본 발명의 과제는 기계적 거칠기화를 위한 장치 및 방법을 제공하는 것으로, 이러한 장치는 이후의 코팅 방법과 무관하게 장착될 수 있다. 이 때 본 발명에 따른 장치는 호닝 기계뿐만 아니라 머시닝 센터상에도 장착될 수 있다. 재료 및 프로파일 기하학에 따라, 최소량 윤활 또는 완전 윤활이 가능해야 한다.

과제 수립에 상응하여 본 발명은 조합형 도구를 고려하는데, 상기 도구는 가공 단계들

- 정밀 보링(제1도구),

- 금형 절단(제2도구), 즉 프로파일링된 표면의 제조, 그리고

- 압연(제3도구)

을, 작업편(workpiece)이 클램핑된 상태에서, 동시에 하나의 작업 행정(working stroke)으로 또는 차례로 복수 개의 작업 행정으로 작업편의 (클램핑-)포지션의 변화 없이 실시한다.

이러한 컨셉으로, 모든 공정이 동일한 운동역학 및 축위치를 포함하고, 따라서 둘레를 빙 돌면서 프로파일 절단 시 일정한 프로파일 깊이가 달성되는 것이 보장되는데, 정밀 보링 절단 및 프로파일 절단이 동일한 도구 내에서 동일한 회전축상에 위치하기 때문이다. 도구는 이중 이송 장치를 포함한 호닝 기계 또는 이에 견줄법한 이송 수단을 구비한 가진 머시닝 센터상에 장착 가능하다.

본 발명에 따른 조합형 도구는 기계 스핀들(machine spindle)과 단단히 결합되어 있으며, 먼저 가동하는 제1도구의 정밀 보링 절단으로 상부 보어 가장자리의 가공을 시작한다.

적어도 하나의 정밀 보링 커터는 수직성(perpendicularity) 및 포지션과 관련하여 보어의 위치 정확도를 제공한다. 정밀 보링 커터는 도구 내에 단단히 장착되거나, 납땜되거나 접착되어 있으면서 가공 직경으로 연마되거나, 또는 상기 정밀 보링 커터는 굽힘형 홀더상에 또는 고정식 장착 홀더상에 나사 조립되거나 조여져 끼인 상태로 있으면서, 조정 나사에 의해 필요한 축방향 포지션으로, 그리고 원하는 작업 직경으로 조절될 수 있다.

제2도구의, 전진 방향에서 후방에 배치된 절단판(금형 커터)은 약 50 ㎛의 최소 추가수치만큼 보어의 직경을 확대시켜서, 제1도구에 의해 만들어진 표면이 완전히 동축으로 제거된다.

제2도구의 절단판은 바람직하게는 복수 개의 부분 커터들로 구성되고, 부분 커터들은 횡단면 및 유효한 절삭 횡단부와 관련하여 점차적으로 증가한다. 이로써, 제2도구의 절삭 용적은 복수 개의 부분 커터들에서 나눠지고, 이는 공구 수명의 증대를 야기한다.

부분 커터들의 절삭 횡단부의 변화는 깊이 증가(즉 래디얼 방향으로) 뿐만 아니라 폭 증가(즉 축 방향 또는 전진 방향으로)와 함께 이루어질 수 있다.

제2도구의 금형 커터를 이용하여, 유리한 방식으로 직사각형 홈/프로파일이 일반적으로 제조될 수 있으나, 분사 프로파일, 원형 프로파일, 마름모꼴 프로파일 또는 사다리꼴 프로파일이 금형 커터로 제조될 수도 있다. 금형 커터는 한 부분으로 이루어진 절단판으로, 이 절단판은 각각의 프로파일 형태에 상응하여 소결되거나/소결되고 연마되거나 침식된다.

프로파일은 직사각형 프로파일, 사다리꼴 프로파일 또는 삼각형 프로파일과 같은 금형 절단된 마이크로 구조들을 포함하고, 이러한 구조들의 플랭크에는 프로파일 웹의 변형에 의해 부가적으로 서브 마이크로 프로파일, 즉 최소의 균열 및 인편(imbrications)을 포함하며 일종의 언더컷과 같은 측면의 물질 오버행(material overhang)은 부착 강도의 증대에 기여한다. 변형공정은 미끄러짐 없이 설계되되, 절삭이 아니라 압연 프로파일의 압형만이 변형 단계에서 재료 유동을 야기하도록 설계되어야 한다. 본 방법은 경제적인 공구 수명으로 인하여 열적으로 코팅된 실린더 보어의 제조 시 시리즈 생산에 투입될 수 있어야 한다.

제2도구의 금형 커터는 굽힘형 홀더상에 배치되어 있고, 본 발명에 따른 장치의 제1이송 시스템(1)에 의해 예컨대 전기 기계적으로 치수 조절된다. 그러므로, 절단판의 마모를 보상하고 치수 정확하게 작업하면서 공구 시간을 증대시키기 위해서는, 가공 전, 가공 동안 또는 가공 이후 재조정이 가능하다.

전진 방향에 반대로, 축 방향에서 가장 작은 가요 간격을 두어, 회전 가능하게 위치한 (변형-)롤러를 포함한 제3도구가 배치되어 있다. 롤러는 축방향 및 래디얼방향에서, 상기 롤러가 구름 마찰(rolling friction)에 의해서만 작동하도록 위치한다. 축방향 베어링은 행정 방향(stroke direction)을 위해 가공 기능으로 설계되어 있다.

바람직하게는, 롤러 또는 제3도구는 래디얼 방향에서 이송될 수 있다. 이러한 이송은 포지션 제어되거나/포지션 제어되고 동력 제어될 수 있다. 동력 제어된 이송 시, 롤러는 먼저 제1도구에 의해 절단된 금형 프로파일에 놓이고, 상기 금형 프로파일을 바람직하게는, 언더컷이 생성되도록 변형시킨다. 소정의 이송력으로 인하여, 원하는 변형이 신뢰할만하고 공정 안정적으로 달성될 수 있다. 기계의 이송 장치에 의해 생성되며 능동으로 제어되는 이송력 외에, 수동적 이송력은 원심력의 형태로 작용할 수 있다.

이러한 이송은 본 발명에 따른 장치의 제2이송바(feed bar)에 의해 이루어지며, 제2이송바는 다시 호닝 기계 또는 머시닝 센터의 제2이송 시스템에 의해 작동한다.

작업편과 롤러 사이에 미끄러짐 또는 활주 없이 롤러의 순수한 구름 기능을 보장하기 위해, 롤러는 보어의 가공 시 장치의 전진으로부터 발생하는 경사짐에 상응하여 기울어져 있다. 이를 통해, 롤러의 공구 수명은 현저히 증대되고, 표면 구조화의 공정 안정성은 개선된다.

롤러의 래터럴면(lateral surface)은 예컨대 다이아몬드 결정과 같은 경성 재료의 결정을 구비하며, 이러한 결정은 결정 구조를 고려하여, 결정 첨단이 제1도구에 의해 만들어진 융기한 프로파일 웹안으로 함몰부들을 가압하도록 설계되며, 이러한 함몰부들에 의해 물질이 측면에서 밀려 나오며, 이로써 물질 오버행로 인하여 언더컷 방식의 프로파일이 형성된다.

결정은 웹의 폭에 따라 설계될 수 있다. 결정은 예컨대 융기한 프로파일 웹의 폭의 삼분의 일(1/3)일 것이다.

롤러는, 상기 롤러가 항상 특정한 웹 폭을 가진 복수 개의 프로파일 웹들을 덮어씌워서 이들이 동시에 변형되도록 할만한 길이를 가진다.

따라서, 축방향에서 제2도구에 대해 상대적으로 롤러를 정확하게 포지셔닝하는 것은 불필요하다.

변형 롤러의 다이아몬드 코팅된 길이는 가능한 한, 국부적으로 축방향 통과 시 가능한 한 많은 접촉 시간이 달성될 만큼의 크기로 설계되어야 한다.

본 발명에 따른 장치는 3개의 도구들(정밀 보링 커터, 금형 커터 및 롤러)을 포함하므로, 이러한 도구들은 동일한 전진으로 작동한다.

그러므로 바람직하게는 롤러의 회전축이 장치의 전진에 상응하여 기울어지므로, 롤러의 회전축은 제1도구에 의해 만들어진 프로파일 웹의 종축 길이에 대해 직각이다.

이로써, 프로파일 웹상에서 롤러의 구름동작에 활주동작이 겹치는 것을 방지하기 위해, 융기한 프로파일 웹안에 다이아몬드 결정 첨단의 압형만이 발생하며, 그루브(grooves)가 발생하지 않는다. 다이아몬드 결정의 각인(변형) 외에 절삭 효과가 필요하면, 이는 변형해야 할 웹의 종축과 관련하여 롤러의, 목적에 맞게 비직각(non-orthoginal)인 축 위치에 의해 달성될 수 있다.

이러한 결정 각인으로 인하여 재료 유동이 이루어짐으로써, 융기한 프로파일 웹은 변형되고 측면에는 리지(ridge) 및 물질 오버행이 형성된다. 롤러는 소정의 가압력을 가진 이송 시스템에 의해, 프로파일 웹의 변형을 위해 보어벽에 대해 래디얼로 이송될 수 있다.

다른 변형예는 롤러의 원추형 형성에 있는데, 이러한 롤러는 가공 지점을 축방향으로 통과하는 것이 증가함에 따라, 증대된 압력을 형성하고, 이로써 웹의 뒤틀림 증가를 야기한다.

이 때 먼저 절단된 프로파일 웹의 두 대안예에서, 웹의 높이는 10% 내지 50%만큼 감소할 수 있다. 변형 이후에 남는 프로파일 깊이는 약 100 ㎛이다.

갈바닉으로(galvanical) 적용된 니켈 매트릭스 또는 소결된 결합 챔퍼(binding chamfer) 내에서 다이아몬드 결정이 유지된다는 것을 언급할 수 있다. 개별 다이아몬드 결정은 특정한 가변적 배열 밀도를 갖는 단결정형 결정이며, 이 결정은 특정한 농도로 롤러의 표면에 배치되어 있다. 바람직하게는, 결정은 파편화가 잘 되지 않고, 견고하고 단단해야 하며, 단 작은 쐐기각(wedge angle)을 포함하는 성질이 있어야 한다.

정밀 보링 커터, 금형 커터 및 롤러는 전체 보어 길이의 통과 이후 하향 행정 시 완전히 하부 보어 에지를 넘어 지나간다는 것을 언급할 수 있다. 이 부분에서 작은 간격을 두어 크랭크축 베어링(crankshaft bearing)을 위한 베어링 블록들의 결함 에지가 위치하므로, 정밀 보링 커터, 금형 커터 및 롤러는 기하학적으로 최소 간격을 가지며 종축 방향에서 구성적으로 배치되어 있다.

하부 전향점(turnaround point)으로부터 보어의 상부에 위치한 도구의 상부 말단층안으로 가는 출발할 때, 금형 커터 및 롤러는 래디얼로 뒤로 물러남으로써, 완전히 거칠어진 보어면을 충돌 없이 통과한다.

제2도구는 제1도구에 의해 달성된 보어 직경에 비해 가공된 보어의 직경을 약간 확대시키므로, 제1도구는 장치가 보어로부터 출발할 때 래디얼로 뒤로 물러나지 않는다.

냉각 윤활 재료를 위한 배출 개구부는 정밀 보링, 금형 절단 및 압연 시 각각 가공 지점을 향해 있고, 예컨대 절단 첨단을 향해있다. 본 발명에 따른 장치는 건식 가공 시, 경우에 따라 냉기- 또는 드라이 아이스 플러싱(flushing) 또는 다른 극저온 매질(cryogenic medium)을 이용하여 최소량 윤활 또는 완전 윤활을 포함한 가공으로서 구동된다. 이 때 내연기관의 크랭크 하우징은 가능한 한 세척 및 건조 없이 열적 코팅에 공급되어야 한다.

본 발명에 따른 장치의 부가적 변형예는, 도구의 상부의 고정 말단쪽으로 베벨 커터(bevel cutter)가 더 내장되는 것에 있는데, 베벨 커터는 하부의 전향점에 도달하면서 소정의 피스톤 접합 챔퍼의 연결을 위해 상부 보어 에지의 가공을 위한 회전만을 실시한다.

본 발명에 따른 장치를 이용하여, 높은 부착 인장 강도를 위한 효과적 거칠기 프로파일은 이후의 코팅 방법과 무관하게 제조될 수 있다. 보링, 금형 절단 및 압연은 도구의 하향 행정 시 국부적으로 차례로 실시되므로, 자동차 크랭크 하우징의 보링 시 30초 미만의 최소 가공 시간이 달성될 수 있다. 미세 보링 절단, 금형 절단 및 압연의 축방향 배열은 최소 간격을 두어 실시되어, 낮은 오버런(overrun)으로 크랭크 하우징내의 실린더 보어가 가공될 수 있다.

롤러의 다이아몬드 코팅에 의해, 먼저 절단된 금형 프로파일에 의존하여 변형 도구를 축방향에서 정확하게 조정하는 일이 생략된다. 이로써, 공정은 견고하고 용이하게 취급 가능하다.

본 발명의 부가적 이점, 유리한 형성방식은 이하의 도면 및 그 설명으로부터 추론 가능하다.

도 1a은 롤러에 의한 변형 이전 및 이후의 프로파일 웹을 도시한다.
도 1b은 본 발명에 따른 장치에 의해 거칠어진 표면의 예시적 횡단부를 치수와 함께 도시한다.
도 1c는 본 발명에 따른 장치에 의해 거칠어진 표면의 다른 예시적 횡단부를 치수와 함께 도시한다.
도 2는 정밀 보링 커터를 포함하는 본 발명에 따른 도구의 종단면을 도시한다.
도 3a은 금형 커터 및 롤러를 포함한 도구를 도시한다.
도 3b은 금형 커터를 도시한다.
도 3c는 롤러의 배열을 도시한다.

도 1a은 우선 변형 이전의 프로파일 웹(1)을, 그리고 본 발명에 따른 롤러(미도시)에 의한 변형 이후의 프로파일 웹(3)을 예시적으로 도시한다. 프로파일 웹(1)은 제1도구의, 그에 상응하여 프로파일링한 절단판에 의해 제조된다.

이러한 예에서 프로파일 웹은 직사각형 횡단부 또는 정사각형 횡단부를 가진다.

프로파일 웹(3)은 제2도구를 이용한 압연에 의해 프로파일 웹(1)으로부터 생성된다. 프로파일 웹(3)의 융기한 면은 변형 공정에 의해 초기의 프로파일 깊이에 비해 현저히 감소하였다. 실무에서, 상기 감소는 프로파일 웹(1)의 높이의 50%까지 이르는 것이 증명되었다.

제2도구의 롤러는 바람직하게는 다이아몬드 결정들을 구비하므로, 프로파일 웹(3)의 융기한 면은 웅덩이 형태의 함몰부/각인부를 포함하고, 이는 롤러가 구를 때 다이아몬드 결정 첨단에 의해 형성되었다.

프로파일 웹에 대한 상기 언급한 감소 및 다이아몬드 결정 첨단에 의해, 프로파일 웹(3)의 에지는 강하게 뒤틀려서, 물질 오버행 및 마이크로 균열이 발생하고, 이로 인하여 언더컷 방식의 형상 맞춤 가능한 외형부가 생성된다.

도 1b은 모든 공정 단계에 있어서 사전 보링부터 시작하는 직경 관계를 도시한다. 마찬가지로, 실시예가 상술되어 있다.

도 1a로부터, 사전 보링을 위해 직경(D0)으로 조절된 제1도구의 고정식 커터는 보어로부터 출발할 때 손상을 입지 않는다는 것이 분명해지는데, 도시된 예에서 보어 직경이 압연 후에, 직경(D0)보다 0.2 mm만큼 더 크기 때문이다.

또한, 프로파일 웹(1)의 제조를 위해 필요한 절삭 용적이 제1도구의 절단판에 있어 전체적으로 3개의 부분 커터들상에 나누어지는 것을 양호하게 확인할 수 있다.

도 1c에는 본 발명에 따른 도구를 이용하여 제조된 거칠기 프로파일의 횡단부가 도시되어 있다.

거칠기 프로파일의 기하학은 이하의 치수로 특징지워져 있다:

프로파일 깊이(Pt): 50 - 200 ㎛

프로파일 폭(Pw): 50 - 400 ㎛

언더컷의 크기(GHs): ≤ 0.5 x Pw (25 - 200 ㎛)

마이크로거칠기(Mrh): ≤ 0.5 x Pt (25 - 100 ㎛)

프로파일 간격(Pa): ≥ 2 x GHs

언급한 파라미터의 상호작용으로부터 기판과 코팅물 사이에서 축방향 및 탄젠트 방향에서 높은 부착 인장 강도 및 높은 전단 강도가 얻어진다.

특히 본 발명에 따른 도구를 이용하여 변형(롤링)에 의해 제조된 언더컷은 웹의 융기한 면의 큰 마이크로 거칠기와 연관하여, 원하는 특성을 구현한다.

언급한 공정 파라미터는 본 발명에 따른 도구에 의해 조절될 수 있다.

마이크로 거칠기 깊이는 도구의 롤러상에서 다이아몬드 결정들의 크기 및 형태에 의해 근본적으로 영향을 받는다.

언더컷의 크기(GHs)는, 롤러상에 위치한 다이아몬드 결정들이 기판안으로 가압되어 웹이 변형되도록 하는 이송력에 상당히 의존한다.

또한, 거칠기의 결과는 전진 속도, 윤활제의 종류 및 윤활제의 용적 흐름과 압력에 의존한다.

도 2는 본 발명에 따른 장치(5)의 실시예를 종단면으로 도시한다. 이 때, 단면 평면은 미세 보링을 위해 역할하는 제3도구(7)가 가시적이도록 놓여있다.

제1도구(7)는 기본 몸체(9)와 나사 조립되어 있다. 제1도구(7)는 캐리어(13)상에 고정된 미세 보링 절단판(11)을 포함한다. 캐리어(13)는 관절식으로 또는 탄성적으로 기본 몸체(9)와 결합되어 있다.

제1멈춤 나사(set screw)(15)에 의해 미세 보링 절단판(11)은 직경(D0)을 정확히 조절하기 위해 래디얼로 조절될 수 있다.

제2멈춤 나사(17)에 의해 미세 보링 절단판(11)은 축 방향에서 조절될 수 있다.

도 2에는 채널(19)을 확인할 수 있고 채널을 통해 냉각 윤활제가 공급될 수 있다.

기본 몸체(9) 내에 바람직하게는 복수 개의 미세 보링 절단판(11)이 둘레에 걸쳐 분포하여 배치되어 있으며, 이러한 절단판은 도구(5)의 투입 전에 원하는 가공 직경으로 조절된다. 복수 개의 미세 보링 절단판(11)의 사용에 의해 공구수명이 현저히 증대된다.

모든 미세 보링 절단판(11)은 캐리어(13)내에 위치하고, 캐리어는 래디얼 방향으로뿐만 아니라 축 방향으로도 조정 가능하다.

도 3a는 도 2에 비해 90도만큼 어긋난 종단면으로 본 발명에 따른 장치를 도시한다.

이러한 도면에서 프로파일 웹(1)의 제조를 위한 제2도구(도 1a 참조) 및 프로파일 웹(1)의 변형을 위한 제3도구(23)를 확인할 수 있다.

기본 하우징(9)내에 제1이송바(25) 및 제2이송바(27)가 축 방향으로 이동 가능하게 안내되어 있다.

이송바(25, 27)는 제2도구(21) 및 제3도구(23)의 독립적인 래디얼 이송 동작을 가능하게 한다.

이송바(25)가 기본 몸체(9)의 축 방향에서 제2도구(21)의 방향으로 움직이면, 파이프형 원추부(31)는 래디얼로 배치된 이송핀(33)을 래디얼 방향에서 이동시킨다. 이송핀(33)은 다시 금형 절단판(37)을 포함한 굽힘형 홀더(35)를 래디얼로 외부를 향해 가압한다. 이를 통해 제2도구(21)의 이송이 이루어진다.

굽힘형 홀더(35)는 다시 축방향 조정에 의해 그 포지션이 조절될 수 있다.

제2이송바(27)는 제3도구(23)의 이송을 야기하고, 제3도구는 제2도구(21)에 의해 먼저 만들어진 프로파일 웹(1)을 롤러(39)로 변형한다.

이러한 목적을 위해, 제2이송바(27)는 마찬가지로 제2도구(23)쪽으로 움직이고, 가공해야 할 보어벽에 대한 롤러(39)의 래디얼 이송이 이루어진다. 롤러(39)의 래디얼 이송이 형상 맞춤식으로 이루어져서, 이송력이 롤러(39)상에 작용하는 원심력과 무관하게 제어될 수 있는 경우가 특히 유리하다.

제2도구(21)와 다이아몬드 장착된 롤러(39)를 가진 제3도구(23) 사이에 절삭 방향전환기(도 3a에 미도시)가 바람직하게는 기본 몸체(9)에 설치된 경우가 유리한 것으로 확인되었다. 따라서, 제2도구(21)에 의해 생산된 절삭물이 롤러(39)와 기판의 웹(1, 3) 사이에 도달하는 것이 방지된다. 이를 통해서는, 롤러(39)가 손상될 수 있거나/손상될 수 있고, 제어되지 않고 예측할 수 없는 웹(1, 3)의 강한 뒤틀림이 일어난다. 두 경우는 원하지 않는 경우이다.

롤러(39)는 이송 프레임(41)내에 축방향 및 래디얼방향에서 위치한다. 이 때, 롤러(39)의 기울기는 상기 롤러가 바람직하게는 프로파일 웹(1)의 종축 방향에 대해 직각이도록 조정된다. 이를 통해, 롤러(39)는 프로파일 웹(1)에 걸쳐 활주 동작 없이 구르고, 원하는 변형을 야기한다. 이를 통해, 롤러(39)의 공구 시간이 매우 상당히 증대된다.

도 3b는 계단형 부분 커터들(43, 45, 47)을 포함한 금형 절단판(37)을 도시하고, 이러한 부분 커터들은 점진적으로 물질안에 더 깊이 침투한다.

부분 커터들(41, 43, 45)의 축방향 간격은 보링 가공 시 전진동작에 상응한다. 부분 커터들(41, 43, 45)은 각각 약 0.1 mm의 물질을 제거할 수 있다.

도 3c는 이송 프레임(41)내에서 롤러(39)가 수용된 것을 도시한다. 조정 나사에 의해 롤러(39)의 회전축은 보어 또는 제1도구(21)에 의해 만들어진 프로파일 웹(1)의 종축에 대해 조절될 수 있다.

이송 프레임(41)은 원심력에 의해 래디얼로 풀려나오는 것에 반하여 리프 스프링(leaf spring)에 의해 보호된다.

Claims (35)

1. 보어의 내부면에 조합된 절삭- 및 변형 도구로서 형성되는 거칠기 프로파일을 생성하기 위해, 거칠기 프로파일의 사전 형태를 생성하기 위해 기하학적으로 특정한 커터에 의한 절삭을 위해 역할하는 절단 도구, 그리고 상기 거칠기 프로퍄일의 사전 형태의 변형을 위해 역할하는 도구를 포함하며, 이 때 상기 도구는 래디얼 방향에서 이송될 수 있는 장치에 있어서,
   제1도구(7)는 기하학적으로 특정한 적어도 하나의 커터(11)를 구비하고, 상기 제1도구(7)는 상기 절단 도구(제2 도구) 및 상기 거칠기 프로파일의 사전 형태의 변형을 위해 역할하는 도구(제3 도구)에 대해 전진 방향에서 앞에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1도구(7)는 적어도 하나의 커터(11)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 커터(11)는 간접적 또는 직접적으로 상기 장치의 기본 몸체(9)에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1도구(7)의 상기 적어도 하나의 커터(11)는 캐리어(13)상에 고정되고, 상기 캐리어(13)는 상기 기본 몸체(9)와 나사 조립되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 제1도구(7)의 적어도 하나의 커터(11)는 가공 전에 조절되는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2도구(21)의 금형 커터(37)는 복수 개의, 바람직하게는 적어도 3개의 부분 커터들(41, 43, 45)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제2도구(21)의 금형 커터(37)는 굽힘형 홀더(35)상에 고정되어, 상기 굽힘형 홀더(35)는 상기 금형 커터(37)와 이격된 위치에서 상기 기본 몸체(9)와 나사 조립되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 기본 몸체(9)내에 래디얼로 이동 가능한 이송핀(33)이 안내되어, 상기 이송핀(33)의 제1말단은 상기 굽힘형 홀더(35)를 지지하고, 상기 이송핀(33)의 제2말단은 이송바들 중 제1이송바 또는 제1이송파이프(25)의 이송 원추부(31)상에 안착하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제3도구(23)는 회전 가능하게 위치한 롤러(39)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 롤러(39)의 회전축(40)은 상기 장치(5)의 전진 방향과 알파각(alpha angle)을 이루며, 알파각은 0°보다 크고 15°보다 작은 것을 특징으로 하는 장치.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 롤러(39)의 래터럴면은 적어도 국부적으로 경성 재료, 바람직하게는 예컨대 다이아몬드와 같은 단결정형 경성 재료로 입혀지는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 롤러(39)는 래디얼방향 및 축방향에서 위치한 상태로 래디얼로 이동 가능한 이송 프레임(41)상에 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 이송 프레임(41)은 경사진 면을 포함하고, 상기 면은 제2이송바 또는 제2이송파이프(27)의 이송 원추부와 연동하는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 이송 프레임(41)은 제2이송바 또는 제2이송파이프(27)와 형상 맞춤식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
14. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 롤러(39)는 실린더형, 볼형 또는 원뿔대형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
15. 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    다이아몬드를 구비한 롤러(39)의 면의 길이는 제2도구(21)의 2개의 부분 커터들(43, 45, 47) 사이의 간격에 대해 적어도 10배이거나 또는 전진동작의 적어도 10배인 것을 특징으로 하는 장치.
16. 제 8 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이아몬드의 결정 크기는 상기 제2도구(21)에 의해 만들어진 웹(1)의 폭의 1/3보다 더 큰 것을 특징으로 하는 장치.
17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2도구(21) 및/또는 제3도구(23)는 상기 보어의 가공 이전, 가공 동안 그리고/또는 가공 이후 이송 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2도구(21)에 의해 만들어진 프로파일 웹(1)의 높이는 제3도구(23)를 이용한 이후의 압연에 의해 50%까지만큼, 바람직하게는 약 100 ㎛의 프로파일 높이로 감소하는 것을 특징으로 하는 장치.
19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1도구(7), 제2도구(21) 및 제3도구(23)는 전진 방향에서 최소 간격을 두어 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1도구(7), 제2도구(21) 및 제3도구(23)는 전진 방향(1)에서 상기 장치(5)의 회전축에 대해 동축으로 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기본 몸체(9), 상기 제2도구(21) 및/또는 상기 제3도구(23)에는 절삭물을 유도하기 위한 방향전환 외형부(contour)이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기본 몸체(9)내에는 냉각 윤활제 및/또는 극저온 매질을 위한 배출 개구부(49)가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
23. 거칠어진 표면을 가지되, 이 때 상기 거칠어진 표면은 프로파일 폭(Pw) 및 프로파일 깊이(Pt)를 가진 웹(3)을 포함하고, 상기 웹(3)은 상기 웹의 상측에서 마이크로 거칠기(Mrh)를 가지는 작업편 또는 기판에 있어서,
    상기 마이크로 거칠기(Mrh)는 다이아몬드 결정들을 이용한 변형에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 작업편 또는 기판.
24. 제 23 항에 있어서,
    상기 웹(3)의 프로파일 폭(Pw)은 50 - 400 ㎛인 것을 특징으로 하는 작업편 또는 기판.
25. 제 24 항에 있어서,
    언더컷(GHs)의 크기는 ≤0.5 x 상기 프로파일 폭(Pw) 보다 작거나 같거나, 또는 25 - 200 ㎛인 것을 특징으로 하는 작업편 또는 기판.
26. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웹(3)의 프로파일 깊이(Pt)는 50 - 200 ㎛인 것을 특징으로 하는 작업편 또는 기판.
27. 제 26 항에 있어서,
    상기 웹(3)의 마이크로 거칠기(Mrh)는 상기 웹의 상측에서 ≤ 0.5 x 프로파일 깊이(Pt) 이거나, 25 - 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 작업편 또는 기판.
28. 제 23 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 언더컷(GHs)의 크기는 0.5 x 프로파일 폭(Pw)보다 작거나 같거나, 또는 25 - 200 ㎛인 것을 특징으로 하는 작업편 또는 기판.
29. 제 23 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    프로파일 간격(Pa)은 상기 언더컷(GHs)의 크기의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 작업편 또는 기판.
30. 조합형 도구(5)에 의해 클램핑된 상태에서 작업편의 실린더 표면을 거칠기화하기 위한 방법에 있어서,
    제1도구(7)를 이용한 정밀 보링,
    제2도구(21)를 이용한 적어도 하나의 프로파일 웹(1)의 금형 절단 그리고
    제3도구(23)를 이용한 적어도 하나의 프로파일 웹(1)의 변형이라는 가공 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
31. 제 30 항에 있어서,
    상기 표면의 거칠기화는 상기 조합형 도구(5)의 작업 행정내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
32. 제 30 항에 있어서,
    상기 표면의 거칠기화는 상기 조합형 도구(5)의 복수 개의 작업 행정들에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
33. 제 32 항에 있어서,
    작업 행정들 사이에서 제2도구(21) 및/또는 제3도구(23)는 래디얼 방향에서 이송되는 것을 특징으로 하는 방법.
34. 제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,
    가공해야 할 표면에 대해 상대적인 상기 조합형 도구(5)의 축 위치는 변경없이 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
35. 제 32 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조합형 도구(5)의 전진은 모든 작업 행정에서 동일한 것을 특징으로 하는 방법.

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