KR20160033204A - 피스톤 로드의 제조 방법 - Google Patents

피스톤 로드의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

중실의 로드 본체와 중실의 로드 헤드를 접합하여 피스톤 로드를 제조하는 피스톤 로드의 제조 방법이며, 로드 본체와 로드 헤드의 서로의 단부면을 마찰 압접에 의해 접합하는 제1 공정과, 로드 헤드측으로부터, 로드 본체와 로드 헤드의 접합면을 관통하도록 축심부에 구멍 가공을 실시하는 제2 공정을 구비한다.

Description

피스톤 로드의 제조 방법 {PISTON ROD MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 피스톤 로드의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 로드 본체 및 로드 헤드는, 연속 주조로 제조되는 철강 재료를 가공함으로써 제조된다. 연속 주조로 제조되는 철강 재료의 중심부에는, 중심 편석에 의한 불순물이 존재한다. 그로 인해, 로드 본체와 로드 헤드를 마찰 압접에 의해 접합하면, 중심 편석 부분에서 지연 파괴가 발생할 우려가 있다.
JP2011-56531A에는, 로드 본체 및 로드 헤드의 축심부를 단부면으로부터 도려내어, 중심 편석에 의한 불순물을 제거하는 공정과, 로드 본체와 로드 헤드의 서로의 단부면을 마찰 압접에 의해 접합하는 공정을 구비하는 피스톤 로드의 제조 방법이 개시되어 있다.
JP2011-56531A에 개시되는 피스톤 로드의 제조 방법에 의하면, 축심부에 존재하는 불순물을 제거한 후, 서로의 단부면을 마찰 압접에 의해 접합함으로써 일체화하므로, 접합면에 불순물이 없는 피스톤 로드를 제조할 수 있다. 따라서, JP2011-56531A에 개시되는 피스톤 로드의 제조 방법에 의하면, 로드 본체와 로드 헤드의 접합 강도를 향상시킬 수 있다.
JP2011-56531A에 개시되는 피스톤 로드의 제조 방법에서는, 마찰 압접 전에, 로드 본체 및 로드 헤드의 단부면을 도려내고 있으므로, 마찰 압접에 의해 접합면의 내주측에 비드가 발생한다. 마찰 압접 후에 내주측에 형성되는 비드는 제거할 수 없으므로, 비드 근원부에 응력이 집중되어, 접합체가 접합면으로부터 파괴될 우려가 있다.
본 발명은, 접합체의 내구성의 저하를 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태에 의하면, 중실의 로드 본체와 중실의 로드 헤드를 접합하여 피스톤 로드를 제조하는 피스톤 로드의 제조 방법이며, 상기 로드 본체와 상기 로드 헤드의 서로의 단부면을 마찰 압접에 의해 접합하는 제1 공정과, 상기 로드 헤드측으로부터, 상기 로드 본체와 상기 로드 헤드의 접합면을 관통하도록 축심부에 구멍 가공을 실시하는 제2 공정을 구비한다.
도 1은 피스톤 로드의 제조 공정 전의 로드 본체 및 로드 헤드를 도시하는 평면도로, 일부 단면으로 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 피스톤 로드의 제조 방법의 제1 공정을 도시하는 도면으로, 일부 단면으로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 관한 피스톤 로드의 제조 방법의 제2 공정을 도시하는 도면으로, 일부 단면으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 관한 피스톤 로드의 제조 방법에 의해 제조된 피스톤 로드를 도시하는 도면으로, 피스톤 로드의 외주의 버어를 절제하지 않는 경우를 나타낸다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
본 실시 형태에 관한 피스톤 로드의 제조 방법은, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)를 마찰 압접에 의해 접합하여 피스톤 로드(1)를 제조하는 것이다. 본 실시 형태에서는, 피스톤 로드(1)는 액추에이터(도시하지 않음)로서 사용되는 유체압 실린더의 실린더 본체에 진퇴 가능하게 삽입된다.
로드 본체(2) 및 로드 헤드(3)는, 연속 주조로 제조되는 중실의 탄소강을 가공함으로써 제조된다. 탄소강으로서는, 예를 들어 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 공정 전(마찰 압접 전)의 로드 본체(2) 및 로드 헤드(3)를 도시하는 평면도이다.
로드 본체(2)는, 실린더 본체 내를 미끄럼 이동하는 피스톤(도시하지 않음)이 연결되는 소직경부(2a)와, 중실이며, 소직경부(2a)보다도 대직경인 대직경부(2b)를 갖는다. 로드 본체(2)의 대직경부(2b)에는, 평면 형상의 단부면(2c)이 형성된다.
로드 헤드(3)는 부하에 연결되는 환형의 클레비스(3a)와, 중실이며, 로드 본체(2)의 대직경부(2b)와 동일한 직경의 바디부(3b)를 갖는다. 바디부(3b)에는, 평면 형상의 단부면(3c)이 형성된다.
피스톤 로드(1)는, 로드 본체(2)에 있어서의 중실의 대직경부(2b)의 단부면(2c)과 로드 헤드(3)에 있어서의 중실의 바디부(3b)의 단부면(3c)을 마찰 압접에 의해 접합하여 일체화함으로써 제조된다.
로드 본체(2) 및 로드 헤드(3)는 연속 주조로 제조되는 중실의 철강 재료를 가공함으로써 제조되는 것이다. 용강 중의 불순물은, 고체보다도 액체에 남는 경향이 있으므로, 연속 주조에서는, 마지막에 응고되는 축심부에 불순물이 집적되기 쉽다. 이로 인해, 연속 주조로 제조되는 철강 재료의 축심부에는, 중심 편석에 의한 불순물이 존재한다. 따라서, 로드 본체(2)의 축심부 및 로드 헤드(3)의 바디부(3b)의 축심부에는, 중심 편석에 의한 불순물이 존재한다. 도 1∼도 3에 있어서, 불순물(10)은 점선으로 모식적으로 나타낸다.
다음으로, 도 2 및 도 3을 참조하여, 피스톤 로드(1)의 제조 공정에 대해 설명한다.
우선, 제1 공정에서는, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 서로의 단부면(2c, 3c)을 마찰 압접에 의해 접합한다. 이하에, 제1 공정인 마찰 압접의 순서를 구체적으로 설명한다.
(1) 도 1에 도시하는 바와 같이, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)를 서로의 단부면(2c, 3c)이 대향하도록 동축적으로 배치한다.
(2) 다음으로, 도 2에 도시하는 바와 같이, 로드 헤드(3)를 축 중심으로 회전시킨 상태에서, 로드 본체(2)를 로드 헤드(3)를 향해 이동시켜 로드 본체(2)의 단부면(2c)을 로드 헤드(3)의 단부면(3c)에 압박하여, 접합면(11)에서 마찰열을 발생시킨다. 마찰열에 의해 접합면(11) 근방이 연화된다.
(3) 압박에 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 압박하여, 접합면(11) 근방의 고온부를, 도 2에 도시하는 바와 같이, 외주측으로 소성 유동시켜 버어(12)로서 배출한다. 이와 같이, 접합면(11) 근방의 고온부는, 외주측으로 버어(12)로서 배출되므로, 가령, 접합면(11)에 불순물이 존재하고 있었다고 해도, 불순물을 배출하는 효과가 높아, 접합면(11)은 청정해진다. 또한, 버어(12)의 배출은, 로드 본체(2)의 버어(12a)와 로드 헤드(3)의 버어(12b)의 경계점(12c)이, 도 2에 도시하는 바와 같이, 로드 본체(2) 및 로드 헤드(3)의 외주면의 외측으로 될 때까지 행해진다.
(5) 마지막으로, 상기 (4)의 압박 상태를 소정 시간 유지함으로써, 접합면(11)에 있어서의 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 상호 확산을 촉진시켜, 양자의 접합이 완료된다. 이상과 같이 하여, 마찰 압접에 의한 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 접합이 행해진다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 피스톤 로드(1)의 외주측의 버어(12)는 접합 완료 후에 절제되고, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 외주는 매끄럽게 연속된 상태로 가공된다. 피스톤 로드(1)의 외주측의 버어(12)는, 제1 공정의 완료 후에 절제해도 되고, 후술하는 제2 공정의 완료 후에 절제해도 된다. 또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 버어(12)의 절제를 행하지 않고, 피스톤 로드(1)의 외주측에 버어(12)가 남아 있어도 된다.
제1 공정의 완료 후에는, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 마찰 압접부에 대해, 초음파 탐상 등의 비파괴 시험에 의한 품질 검사가 행해진다. 이러한 품질 검사에 의해, 마찰 압접부에 있어서의 접합의 문제 등을 검출할 수 있다.
다음으로, 제2 공정에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 로드 헤드(3)측으로부터, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 접합면(11)을 관통하는 구멍(13)을 축심부에 형성하는 구멍 가공이 행해진다.
제2 공정인 구멍 가공은, 드릴 등의 절삭 공구를 로드 헤드(3)측으로부터, 로드 헤드(3) 및 로드 본체(2)의 축심부를 통과하도록 삽입함으로써 행해진다. 절삭 공구는, 도 3에 있어서의 좌측으로부터 로드 헤드(3)의 클레비스(3a), 바디부(3b)에 걸쳐 로드 헤드(3)의 축심부를 통과하도록 삽입된다. 절삭 공구는, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 접합면(11)에 도달하면, 그대로 접합면(11)을 관통한다. 절삭 공구는, 로드 본체(2)의 축심부를 통과하여 소정의 깊이에 도달할 때까지 삽입된다. 이와 같이, 제2 공정에서는, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 접합면(11)을 관통하도록 절삭 공구가 삽입되어 구멍 가공이 행해진다.
접합면(11)을 관통한 후의 절삭 공구의 삽입 깊이는, 제1 공정에서 형성되는 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 접합체에 대해 시험이나 검사를 행함으로써 결정된다. 구체적으로는, 제1 공정에서 형성되는 접합체 중 몇 개를 견본 제품으로서 시험이나 검사를 행함으로써, 불순물(10)이 집적된 중심 편석부 중 제거가 필요해지는 부분의 깊이가 결정된다. 또한, 구멍 가공에 의해 형성되는 구멍(13)의 구멍 직경에 대해서도, 깊이와 마찬가지로 접합체에 대한 시험이나 검사의 결과에 의해 최적의 직경이 선정된다.
이와 같이 구멍 가공을 행함으로써, 지연 파괴의 원인으로 되는 축심부의 중심 편석 부분을 제거할 수 있다. 또한, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 접합면(11)을 관통하도록 구멍 가공이 행해지므로, 접합면(11)에서의 지연 파괴에 기인한 분리 파괴의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)를 마찰 압접에 의해 접합하는 제1 공정 후에, 중심 편석을 제거하는 구멍 가공인 제2 공정이 행해진다. 이로 인해, 피스톤 로드(1)의 구멍(13)의 내주에 비드가 존재하는 일이 없다. 따라서, 구멍(13)의 내주측에 응력 집중되는 일도 없다.
또한, 본 실시 형태에서는, 제1 공정에서 형성된 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 접합체에 대한 시험이나 검사에 기초하여, 구멍(13)의 깊이 및 직경이 결정된다. 이로 인해, 재료 로트의 차이 등에 의해 로드 본체(2) 및 로드 헤드(3)의 제거가 필요한 중앙 편석부의 깊이나 직경이 달라도, 확실하게 축심부의 중심 편석부를 제거할 수 있다.
또한, 제2 공정에서 형성되는 구멍(13)은, 플러그 등을 사용하여 개구부를 밀봉해도 된다. 이와 같이 함으로써, 피스톤 로드(1)가 녹의 발생하기 쉬운 장소에서 사용되는 경우에, 구멍(13) 내부에서의 녹의 발생을 방지할 수 있다.
이상의 실시 형태에 따르면, 이하에 나타내는 효과를 발휘한다.
본 실시 형태에 있어서의 피스톤 로드(1)의 제조 방법에서는, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 단부면(2c, 3c)이 마찰 압접에 의해 접합된 후에, 로드 헤드(3)측으로부터 접합면(11)을 관통하도록 축심부에 구멍 가공을 실시한다. 이로 인해, 중심 편석에 의한 불순물(10)을 제거할 수 있다. 또한, 피스톤 로드(1)의 구멍(13)의 내부에 비드가 존재하지 않으므로, 구멍(13)의 내주측에 응력이 집중되는 일도 없다. 따라서, 접합체의 내구성의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 접합체에 구멍 가공을 실시함으로써, 중심 편석에 의한 불순물(10)을 제거할 수 있으므로, 중심 편석에 의한 불순물(10)이 많아, 비교적 품질이 좋지 않은 재료를 사용하여 피스톤 로드(1)를 제조할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에 따르면, 비교적 품질이 좋지 않은 저렴한 재료를 사용하여 피스톤 로드(1)를 제조할 수 있으므로, 제조 비용을 저감시킬 수 있다.
또한, 미리 로드 본체(2)와 로드 헤드(3)의 축심부를 단부면으로부터 도려내고, 그 후에 마찰 압접을 행하는 피스톤 로드의 제조 방법의 경우에는, 얻어지는 접합체의 내부에 이미 공동이 존재한다. 이러한 경우에는, 마찰 압접부에 대해 비파괴 시험에 의한 품질 검사를 행하면 공동을 결함으로서 검출해 버린다. 이에 반해, 본 실시 형태에서는, 마찰 압접에 의한 접합 후에, 축심부에 구멍 가공을 실시하므로, 구멍(13)이 형성되기 전에 마찰 압접부에 대해 비파괴 시험에 의한 품질 검사를 실시할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따르면, 마찰 압접부에 대한 비파괴 시험에 의한 품질 검사에 있어서, 내부의 공동을 결함으로서 검출하는 것과 같은 사태는 일어나지 않아, 확실하게 결함품만을 검출할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지는 아니다.
본원은 2013년 8월 26일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2013-174759호에 기초하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

Claims (1)

  1. 중실의 로드 본체와 중실의 로드 헤드를 접합하여 피스톤 로드를 제조하는 피스톤 로드의 제조 방법이며,
    상기 로드 본체와 상기 로드 헤드의 서로의 단부면을 마찰 압접에 의해 접합하는 제1 공정과,
    상기 로드 헤드측으로부터, 상기 로드 본체와 상기 로드 헤드의 접합면을 관통하도록 축심부에 구멍 가공을 실시하는 제2 공정을 구비하는, 피스톤 로드의 제조 방법.
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