KR20130068267A - 마찰개질공정을 이용한 모터케이스의 용접 방법 - Google Patents

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Abstract

모터케이스의 용접 방법이 개시된다. 본 방법은, 상호 맞춤에 의해 내부에 수냉용 관로를 형성하는 내부 케이스 및 외부 케이스를 조립하여 모터케이스를 형성하는 단계와, 접촉면의 중심부로부터 가장자리까지 연장된 나선형 요홈이 형성된 숄더를 이용하여 마찰교반접합에 의해 상기 모터케이스의 양 단부를 용접하는 단계를 포함할 수 있다. 그에 의해 상호 조립에 의해 내부에 수냉용 관로를 형성하는 내부 케이스 및 외부 케이스의 양 단부를 용접하되 냉각수의 누수를 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

마찰개질공정을 이용한 모터케이스의 용접 방법{A METHOD FOR WELDING A MOTOR CASE BY FRICTION SURFACE PROCESSING}
본 발명은 모터케이스의 제조 기술에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 수냉을 위해 내부에 관로를 형성하도록 다이케스팅 공법에 의해 형성된 내부 케이스 및 외부 케이스를 조립한 후 그 양 단부를 용접하는 모터케이스의 용접 기술에 관한 것이다.
일반적으로 전기자동차 등에 적용되는 모터케이스는 다이캐스팅 공법에 의해 형성된다. 특히, 최근 경량화를 위하여 알루미늄 모터케이스가 개발되고 있는데, 모터 동작시 발생하는 열을 냉각시키기 위해서 케이스 내부를 수냉 방식으로 냉각하기 위한 수냉용 관로가 형성된 모터케이스가 개발되고 있다. 수냉 방식의 모터케이스를 제작하기 위한 방법으로, 상호 조립에 의해 내부에 수냉용 관로가 형성되는 내부 케이스 및 외부 케이스를 별도로 다이캐스팅하여 제작한 후, 이를 서로 조립한 다음 그 양 단부를 아크 용접에 의해 용접하는 방법이 사용되고 있다.
예컨대, 도 1 및 도 2에서 보듯이, 모터케이스(100)는 내부 케이스(110) 및 외부 케이스(120)를 서로 조립하여 형성된다. 여기서, 내부 케이스(110)의 외면 및 외부 케이스(120)의 내면에는 각각 관로홈(131, 132)이 형성되어 있으며, 내부 케이스(110) 및 외부 케이스(120)를 조립하게 되면, 이 관로홈들(131, 132)이 관로(130)를 형성하게 된다. 이렇게 형성된 관로(130)는 외부 케이스(120)에 형성된 인렛(121; Inlet) 및 아웃렛(122; Outlet)에 연결되며, 모터 동작시 인렛(121)을 통해 주입된 냉각수가 관로(130)를 거쳐 아웃렛(122)으로 배출됨으로써, 냉각수의 순환에 의해 모터 동작시 발생하는 열을 냉각시키게 된다.
한편, 냉각을 위해 순환되는 냉각수가 유출되지 않도록 모터케이스(100)의 단부(A)를 밀봉해야 하는데, 종래에는 이를 위해 내부 케이스(110) 및 외부 케이스(120)의 양 단부를 아크 용접을 통해 밀봉하였다. 그러나, 종래의 아크 용접 방식은 내부 케이스(110) 및 외부 케이스(120)의 재질 내부에 다량의 기공을 형성하기 때문에, 냉각수의 효과적인 밀봉이 어렵다. 즉, 아크 용접된 내부 케이스(110) 및 외부 케이스(120)의 용접부에 기공이 형성되면, 냉각수의 수압을 견디기 어려워 모터 동작시 냉각수의 누수가 발생하는 문제를 야기한다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 상호 조립에 의해 내부에 수냉용 관로를 형성하는 내부 케이스 및 외부 케이스의 양 단부를 용접하되 냉각수의 누수를 효과적으로 방지할 수 있도록 고상 접합 방식인 마찰개질공정을 이용한 모터케이스의 용접 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 접촉면의 중심부로부터 가장자리까지 연장된 나선형의 요홈이 형성된 숄더를 가진 용접공구를 이용하여 폭이 좁은 두 케이스, 즉 내부 케이스 및 외부 케이스의 단부를 마찰교반 접합하는 모터케이스의 용접 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 모터케이스의 용접 방법은, 상호 맞춤에 의해 내부에 수냉용 관로를 형성하는 내부 케이스 및 외부 케이스를 조립하여 모터케이스를 형성하는 단계와, 접촉면의 중심부로부터 가장자리까지 연장된 나선형 요홈이 형성된 숄더를 이용하여 마찰교반접합에 의해 상기 모터케이스 양 단부에서의 상기 내부 케이스 및 상기 외부 케이스의 경계부를 용접하는 단계를 포함한다.
아울러, 본 발명에 따른 마찰개질공정용 공구는, 그립 및 숄더를 포함하고, 상기 숄더가 피접합재와 접촉되는 접촉면에는 그 중심부로부터 가장자리까지 연장된 나선형 요홈이 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상호 조립에 의해 내부에 수냉용 관로를 형성하는 내부 케이스 및 외부 케이스의 양 단부를 용접하되 냉각수의 누수를 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 접촉면의 중심부로부터 가장자리까지 연장된 나선형의 요홈이 형성된 숄더를 가진 공구를 이용하면 폭이 좁은 두 케이스, 즉 내부 케이스 및 외부 케이스의 단부를 마찰교반 접합하는 데 더 유리하다.
도 1은 일반적인 다이캐스팅 공법에 의해 제조된 모터케이스의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 모터케이스의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 마찰개질공정에 의해 모터케이스의 단부를 용접하는 공정을 설명하는 개요도이다.
도 4는 본 발명에 따른 마찰개질공정에서 사용하는 용접 공구의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 마찰개질공정에서 사용하는 용접 공구에 구비된 숄더 일 실시예를 도시한 도면으로서, (a)는 사시도이고, (b)는 숄더의 마찰면 및 나선형 요홈의 형상을 도시한 상면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 마찰개질공정에서 사용하는 용접 공구에 구비된 숄더의 다른 실시예를 도시한 도면으로서, (a)는 사시도이고, (b)는 숄더의 마찰면 및 나선형 요홈의 형상을 도시한 상면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 마찰개질공정에 의해 용접된 모터케이스의 단부를 도시한 이미지이다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 마찰개질공정을 이용한 모터케이스의 용접 방법의 바람직한 실시예에 대해 자세히 설명한다.
먼저, 도 3에는 마찰개질공정을 이용하여 모터케이스의 단부를 용접하는 공정을 도시하였다. 일반적으로, 마찰교반접합(FSP: Friction Stir Welding)이란, 프로브(Probe)를 가진 비소모성 공구(Tool)를 고속으로 회전시키면서 피접합재에 삽입하면 공구와 피접합재와의 상호 마찰에 의해 열이 발생하며, 이러한 마찰열에 의해 공구 주변의 재료가 연화되어 공구의 교반에 의한 재료의 소성유동으로 접합면 양쪽의 재료들이 강제적으로 혼합되는 원리로 피접합재의 용접이 이루어지는 용접 방법을 말한다. 이러한 접합법은 기존 용융 접합에 비해 기계적 특성 향상 및 우수한 접합부를 형성하며, 접합용 공구와 시편의 마찰열을 이용하여 기존의 용융 용접에 비해 낮은 입열로 용접이 이루어지기 때문에 작은 잔류응력, 적은 변형 등의 장점을 가진다.
본 발명은 이러한 마찰교반접합 공정을 개량하여, 프로브를 사용하지 않고 숄더에 기재와의 마찰을 증가시킬 수 있는 특별히 고안된 접합면을 형성하여 피접합재를 용접하는 마찰개질공정(Friction Surface Processing)을 창안하였다. 즉, 일반적인 마찰교반접합 공정에서의 접합용 공구는 그립, 숄더 및 프로브로 구성되며, 용접하고자 하는 두개의 피접합재 사이에 프로브를 개재한 후 이를 회전시키면서 마찰열을 발생시켜 소성 가공을 유도함으로써 두개의 피접합재를 용접하는 방식으로 행해진다. 그러나, 본 발명에 따른 마찰개질공정에서는 프로브를 사용하지 않고 특별히 고안된 접합면을 가진 숄더를 사용하여 내부 케이스 및 외부 케이스의 단부를 신뢰성있게 용접할 수 있다.
본 발명에 따른 마찰개질공정을 자세히 설명하면, 도 3에서 보듯이, 마찰교반접합용 공구(200)를 회전시키면서 모터케이스(100)의 원주 단면을 따라 마찰개질 프로세스를 진행하게 되는데, 여기서 공구(200)는 도 4에 도시한 바와 같이 그립(230) 및 숄더(220)만으로 구성된다. 예컨대 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 다이캐스팅된 내부 케이스와 외부 케이스를 서로 조립한 후에, 용접하고자 하는 단부 경계면을 따라 숄더(220)을 고속 회전시켜 마찰열을 발생시킴으로써, 내부 케이스의 단부 및 외부 케이스의 단부를 소성 접합하게 된다. 특히, 본 마찰개질공정에서는 프로브를 사용하지 않으므로, 냉각수의 완전한 밀봉을 위해서 일반적인 마찰교반접합용 공구에서 채용하는 숄더와 달리 특별히 설계된 숄더를 사용한다.
즉, 도 5에서 보듯이, 본 발명에서 채용한 마찰개질공정용 공구(200)에 구비된 숄더(220)는, 접촉면의 중심부로부터 가장자리까지 연장된 나선형의 요홈(214)이 형성되어 있다. 여기서, 숄더(220)의 접촉면은 접합하고자 하는 두개의 케이스(110 및 120)의 경계면에 접촉되는 부위로서, 이 접촉면에 나선형의 요홈(214)이 형성되어 있다. 다시 말해서, 요홈(214)의 형성으로 인해, 숄더(220)의 접촉면은 대략 나선형의 마찰면(212)을 가지게 된다. 따라서 이러한 형상의 나선형 마찰면(212)을 가진 숄더(220)는, 예컨대 내부 케이스 및 외부 케이스의 좁은 경계면에도 불구하고 주어진 면적 내에서 마찰을 극대화할 수 있어서, 안정된 용접부를 형성하는데 유리하다. 참고로, 도 6에는 다른 형태의 숄더(220)를 도시하였으며, 도 6의 숄더(210) 역시 나선형 요홈(214)이 형성되어 있다. 도 6의 숄더(220)는 도 5의 숄더(210)에 비해 마찰면(212)의 면적이 더 크게 형성되어 있다. 마찰면(212)의 실질적인 면적 및 형상은 나선형 요홈(214)의 형상, 치수, 개수 등에 따라 달라질 수 있는데, 이는 용접하고자 하는 내부 케이스 및 외부 케이스의 치수 및 재질에 따라 적절히 변경할 수 있음을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 7에는 본 발명에 따른 마찰개질공정에 의한 모터케이스의 용접 방법에 의해 내부 케이스 및 외부 케이스의 경계부를 용접한 예를 도시하였다. 내부 케이스(110) 및 외부 케이스(120)를 조립한 후 그 접촉 단부를 마찰개질공정에 의해 용접한 결과, 도 7에서 보듯이, 매우 치밀한 구조를 갖는 용접부(B)가 형성됨을 볼 수 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (2)

  1. 상호 맞춤에 의해 내부에 수냉용 관로를 형성하는 내부 케이스 및 외부 케이스를 조립하여 모터케이스를 형성하는 단계와,
    접촉면의 중심부로부터 가장자리까지 연장된 나선형 요홈이 형성된 숄더를 이용하여 마찰교반접합에 의해 상기 모터케이스 양 단부에서의 상기 내부 케이스 및 상기 외부 케이스의 경계부를 용접하는 단계를 포함하는 모터케이스의 용접 방법.
  2. 마찰개질공정용 공구로서, 그립 및 숄더를 포함하고, 상기 숄더가 피접합재와 접촉되는 접촉면에는 그 중심부로부터 가장자리까지 연장된 나선형 요홈이 형성된 것을 특징으로 하는 마찰개질공정용 공구.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109807568A (zh) * 2019-03-20 2019-05-28 江阴海虹精密机械有限公司 薄外壁电机壳搅拌摩擦焊接工艺

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