KR20190077420A - 작업물에 채널을 형성하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

작업물에 채널을 형성하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

작업물 안으로 삽입되는 프로브(probe)(2)를 포함하는 마찰 교반 채널 형성 공구가 개시된다. 프로브(2)는 어깨부(3)의 보어(14)로부터 연장되어 있고 그 보어 안에 회전 가능하게 장착되며, 프로브 표면은, 어깨부가 작업물과 접촉한 상태에서 프로브가 회전할 때, 소성화된 작업물 재료를 어깨부 쪽으로 이동시켜 어깨부의 보어 안으로 들여 보내도록 형성되어 있다. 어께부(3)는 어깨부의 외부로부터 보어(14)까지 연장되어 있는 적어도 하나의 배출부(4)를 가지며, 그리하여 소성화된 재료가 배출부를 통해 보어에서 나갈 수 있다.

Description

작업물에 채널을 형성하기 위한 방법 및 장치
본 발명은 작업물에 채널을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다.
마찰 교반 용접의 개발은 마찰 교반 채널 형성으로 알려져 있고, 마찰 교반 가공은 의도적으로 재료가 작업물 벌크로부터 이동되게 하여 채널을 형성하도록 수정된다. 이 방법은 유체(예컨대, 열교환을 위한 유체) 또는 다른 재료를 위한 통로를 형성하기 위해 사용된다. 이 방법에 대한 처음 알려져 있는 설명은 US6923362B에 대한 출원에 나타나 있다.
US6923362B에는, 내부 유체 유동이 필요한 금속체, 예컨대 열교환기에 일체형 채널을 만드는 것이 기재되어 있다. 또한, 가변 방향의 나사산을 갖는 공구가 기재되어 있는데, 이 공구는 핀 길이의 중간에서부터 재료를 말단 선단에 있는 또한 어깨부 근처에 있는 영역 쪽으로 이동시켜, 작업물(들)에 채널을 형성하고 또한 채널에 인접하여 재료의 미세 조직이 생성되고, 이는 마찰 교반 가공된 영역에서 발견되는 것과 유사하다. 이 기술을 사용할 때 여러 문제가 나타난다. 즉, 변위된 재료는 일반적으로 공구 어깨부(일반적으로 작업물로부터 어느 정도의 틈새를 둠)의 바로 아래에 또는 공구로부터 멀리 있는 작업물의 표면에 퇴적되어, 가공되지 않은 표면에 비해 높은 가공된 표면이 생기고/생기거나 많은 플래시(flash)가 발생된다. 회전하는 어깨부로 마찰 교반을 수행할 때 표면 마무리는 기껏해야 상당히 거칠고, 전형적인 반복적인 초승달형 패턴이 나타난다. 또한, 예컨대 (구불구불한 또는 곡선형 채널을 만들기 위해) 코너를 라운딩할 때 또는 작업물에 열이 점진적으로 축적됨으로 인해 온도/힘이 가공 중인 재료의 점소성적인(viscoplastic) 특성을 변화시킬 때, 형성된 채널의 단면은 가공 조건의 변화 동안에 크게 변할 수 있다. 상업적인 제품에 대해 이 방법을 사용하고자 할 때의 특별한 우려는, 특히 공구 후퇴 측에서 채널 내측면의 거친 표면 및 표면의 거칠기이다.
PT105628B에는, 마찰 교반 채널을 개방하거나 만들기 위한 절차가 기재되어 있는데, 이 경우, 가공 중에 과잉 재료를 제거하여 근위 표면을 대략 평평하게 유지하여 가공후 마무리에 대한 필요성이 감소된다. 재료의 변위는 회전 공구의 기하학적 특징에 의해 일어나고, 그 공구는 함께 회전하는 스크롤드 어깨부와 나사식 프로브를 포함한다. 2개의 공구 설계가 설명되는데, 한 공구는 요소로부터 추출된 재료가 플래시로서 표면 상에 퇴적될 수 있게 해주고, 플래시는 공구 경로의 트랙의 가장자리에 결합되어 유지되고, 제 2 설계는 회전 어깨부에 결합되는 절삭 인서트를 가지며, 이 절삭 인서트는 추출된 재료를 부스러기로서 절단할 수 있다. 설명된 공구와 방법은 작업물 표면에 존재하는 재료 부스러기의 양을 줄여주지만, 공구가 지나가는 표면은 거칠게 될 것이고, 전술한 초승달형 자국이 여전히 있다. 추가로, 점소성적인 재료가 표면 쪽으로 몰리게 됨에 따라, 종종 회전 어깨부에 의해 가공된 트랙의 가장자리는 상당한 플래시 립을 갖게 된다.
당업계에 나타나 있는 위의 해결책 중 어떤 것도 균일하고 일관적인 채널을 형성하는 방법을 주지 못하며, 또한 표면 마무리 또는 변위된 재료에 대한 만족스런 제어의 문제를 해결하지 못하는 것 같다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 마찰 교반 채널 형성 공구는 작업물 안으로 삽입되는 프로브(probe)를 포함하고, 이 프로브는 어깨부의 보어로부터 연장되어 있고 그 보어 안에 회전 가능하게 장착되며, 프로브 표면은, 어깨부가 작업물과 접촉한 상태에서 프로브가 회전할 때, 소성화된 작업물 재료를 어깨부 쪽으로 이동시켜 어깨부의 보어 안으로 들여 보내도록 형성되어 있고, 상기 어께부는 어깨부의 외부로부터 상기 보어까지 연장되어 있는 적어도 하나의 배출부를 가지며, 그리하여 상기 소성화된 재료가 상기 배출부를 통해 보어에서 나갈 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 마찰 교반 채널 형성 방법은, 본 발명의 제 1 양태에 따른 마찰 교반 채널 형성 공구의 프로브를 회전시키는 단계; 회전하는 프로브를 작업물에 진입시키고 공구의 어깨부를 작업물에 접촉시키며, 그리하여 프로브의 회전에 의해 프로브 주위의 작업물 재료가 소성화되고 또한 프로브를 따라 위로 올라가 어깨부의 보어에 들어가고 이어서 어깨부에 있는 배출부 또는 배출부 중의 하나를 통해 나가는 단계(상기 어깨부, 또는 어깨부가 반경 방향 내측 및 외측 부분을 갖는 경우에는 적어도 어깨부의 반경 방향 외측 부분은 작업물에 대해 회전하지 않음); 및 채널이 작업물의 내부에 형성되도록 작업 조건 하에서 공구를 작업물을 따라 횡단시키는 단계를 포함한다.
어깨부는 회전하는 프로브가 작업물에 진입하기 전 또는 후에 작업물과 접촉할 수 있고, 후자의 경우에, 프로브는 어깨부의 보어로부터 연장되고, 어깨부는 이미 작업물과 접촉해 있다.
프로브는 작업물 벌크로부터 높은 정도의 재료 제거를 촉진하는 형태로 제공된다. 이는 일반적으로 작업물 벌크로부터 멀어지는 방향으로 일어나는 재료의 이동을 촉진시키는 나사산 및/또는 홈(flute)의 형태로 되어 있다. 이는 전형적인 마찰 교반 용접(또는 가공) 프로브와 다르고, 이 프로브는 WO95/26254 및 EP-B-0615480의 교시에 따라 재료 혼합을 촉진하도록 설계되어 있다.
작업물로부터 재료를 추출하는 공정에 의해, 작업물에 폐쇄형 채널이 형성된다. 하나 이상의 작업물의 경우에, 그 공정을 사용하여, 채널이 형성되고 있는 중에 작업물을 함께 연결할 수 있다. 이는 프로브의 특수한 설계로 달성되고, 이 프로브는 보통 재료를 다른 방향 및 다른 크기로 이동시키도록 설계되어 있는 특징적 부분을 갖는다. 작업물 재료가 금속인 경우, 채널 주위에 있는(또는 가공된/연결된 영역을 구성하는) 재료는 일반적으로 정련된 야금학적 입자 크기를 갖는 변형된 금속으로 형성되고, 알려져 있는 관련된 재료 특성 이익이 그에 의해 제공된다. 본 발명에 따라 가공된 작업물은 일반적으로, 더 전통적인 마찰 교반 공구의 사용과 비교하여, 특징적인 "좁고" 평평한 면의 미세구조 풋프린트를 가지며, 그 전통적인 마찰 교반 공구에서는, 프로브의 일 단부에 있는 회전체(예컨대, 어깨부)의 작용 또는 원추형 프로브의 사용에 의해 생기는 "V" 형태가 나타난다.
보어는 매끄러운 형태를 갖거나, 또는 프로브를 따르는 또는 그로부터 멀어지는 방향으로의 재료 이동을 도와주기 위한 특징적 부분을 갖는 나사산/텍스쳐드 형태를 가질 수 있다.
단일의 배출부가 제공될 수 있지만 바람직하게는 복수의 배출부가 있다. 복수의 배출부를 제공하면, 구불구불한 경로를 만들 때 "코너링" 성능이 개선되며, 제거되는 재료의 일관적인 공급 압력으로 인해 일관적인 채널 프로파일이 얻어진다. 배출부는 바람직하게는 보어 주위에 대칭적으로 제공되지만, 용례에 따라서 갯수와 배치는 변할 수 있다. 일반적으로, 각 배출부는 보어로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 있지만, 배출부는 축방향 성분을 갖는 방향을 가질 수 있다. 배출된 재료는 릴 상에 감기거나, 다른 방식으로 저장될 수 있거나(예컨대, 재활용을 위해), 절삭 부스러기 제거에 전형적인 방식으로 본체로부터 절단/송풍될 수 있다.
작업물(들)과 접촉하는 어깨부의 일부분은 전형적으로 내마모성을 가지며, 저마찰, 내마모성, 온도 저항성, 확산 저항성, 낮은 반응성 및 고체 상태 윤활 중의 하나 이상을 갖는 표면 코팅 또는 처리가 제공될 수 있다. 어깨부의 접촉 부분은 단순한 평평한 작업물을 위한 평판 형태이거나, 또는 작업물의 형상(원통의 내측 또는 외측 형상, 코너, 단차형/상이한 두께의 작업물)에 일치할 수 있다. 접촉 부분은 단순히 프로브 주위의 링 형태로 제공될 수 있다.
어깨부와 회전 수단 사이에 배치되는 베어링 근처의 영역에서 어깨부의 온도 제어는 일반적으로 베어링, 어깨부와 프로브를 지지하고/보유하는 더 넓은 구조체 및 회전 수단에 대한 손상을 방지하기 위해 필요하다. 또한, 작업물(들)에 가장 가까운 어깨부의 일부분 및/또는 프로부 및/또는 작업물 그 자체에 대한 온도 제어를 개별적으로 모니터링하고 유지하는 것이 종종 유용한데, 왜냐하면, 온도가 변하면, 물리적(예컨대, 점소성적) 특성이 변하고 이에 따라 가공된 작업물의 특성이 변하기 때문이다. 재료 특성 또는 가공 온도가 변하면, 단면, 내부 표면 마무리 및 재료 특성이 변할 수 있다. 본 발명에 따른 방법과 장치는 특히 유용한데, 공구의 상이한 요소에 의해 제공되는 열적 입력, 위치 및 하향력이 세밀하게 또한 독립적으로 제어될 수 있어, 형성된 채널에 대한 더 양호한 제어가 가능하고 또한 특별한 용도를 위해 추출된다면 추출된 재료의 특성에 대한 제어도 더 양호하게 되기 때문이다. 마찰 교반 채널 형성 공구가 함께 회전하는 핀과 어깨부로 이루어지는 종래 기술의 기술을 사용하면, 제어는 훨씬 덜 될 수 있다.
프로브는 어깨부로부터 완전히 돌출한 상태에서 작업물에 침투할 수 있지만, 후퇴 가능한 프로브를 사용하는 것이 바람직한데, 이 경우, 프로브의 침투 깊이는 가공 사이클의 다른 부분에서 변할 수 있다. 채널을 형성할 때, 프로브 깊이의 변화를 사용하여, 채널 깊이 또는 채널 크기를 변화시킬 수 있다.
후퇴 가능한 프로브 기술은, 어깨부와 작업물의 접촉을 유지하면서 프로브를 추출하기 위해 사용될 수도 있다. 어깨부의 접촉을 유지하면서 회전하는 프로브를 어깨부 보어를 통해 추출하면, 작업물 부스러기로 인한 어깨부와 프로브 어셈블리의 잠재적인 막힘이 방지될 것이다. 이 기술은 프로브의 삽입 동안에도 사용될 수 있는데, 전술한 바와 같이, 어깨부는 프로브의 삽입 전에 작업물과 접촉한다.
특별한 작업물 재료, 특히, 티타늄과 같은 산소에 민감한 재료를 위해 가스 차폐가 제공될 수 있다. 예컨대, 이는 어깨부에서 나오는 젯트의 형태로 된 국부적인 블랭킷으로서 또는 프로브 및 어깨부의 일부분과 접촉하는 작업물을 에워싸는 쉬라우드로서, 전체 작업물에 대한 분위기 제어(예컨대, 챔버 내에서의 가공)로 제공될 수 있다
프로브는 단순한 "핀", 원통 또는 다른 설계의 형태일 수 있지만, 프로브는 핀 및 반경 방향 내측 어깨부 부분의 형태일 수 잇는데, 이 경우, 그 어깨부 부분은 핀과 함께 또는 핀과는 독립적으로 회전하며, 어깨부의 나머지 또는 반경 방향 외측 부분은 적어도 부분적으로 내측 어깨부 부분의 원주 주위에 또한 적어도 부분적으로 작업물과 접촉하여 배치된다. 이 경우, 내측 어깨부 부분은 그의 면에서 스크롤(scroll) 또는 다른 형태를 가질 수 있어, 재료를 어깨부에 있는 포트 쪽으로 이동시킬 수 있고, 그 포트는 프로브에 인접하여 또는 내측 어깨부 부분의 주변에 위치된다. 내측 어께부 부분의 면은 어깨부의 나머지와 공면적일 수 있고, 또는 오목한 부분, 볼록한 부분 또는 가변적인 테이퍼형 부분을 포함하여, 임의의 수의 각진 구성을 가질 수 있다. 함께 회전하는 프로브 및 내측 어깨부 부분의 경우에, 프로브 핀과 어깨부 부분에 있는 특징적 부분은 상호 협력하는 것이 유용한데, 예컨대, 홈이 핀의 길이를 따라 형성되어 있고 어깨부 부분 상으로 계속되어 있고, 가끔은 보어에 가장 가까운 어개부의 부분까지 연장되어 있다.
가공의 초기 단계 동안에 프로브에 가해지는 힘을 줄이기 위해, 프로브가 작업물에 침투하는 위치에서 파일럿 구멍을 뚫을 수 있다.
본 방법의 실시 동안에, 가공된 작업물의 특성을 조절하기 위해 가공 파라미터(프로브 회전 속도, 구동 모터 토크, 이송 속도, 하향력)를 조절할 수 있다. 종종, 코너를 라운딩할 때, 용례에 따라서는, 형성된 채널 또는 가공된 영역의 형상, 형태 및 표면 마무리와 같은 특성을 유지하기 위해 이들 파라미터를 변화시키는 것이 필요할 수 있다.
작업물 내에서의 프로브 침투 깊이 및 어깨부 위치는 위치 및/또는 힘 제어 전략을 사용하여 제어될 수 있다. 위치 제어는 평평한 작업물 또는 부분을 적절한 치수/기하학적 정확도로 가공할 때 가장 적용 가능할 것이다. 힘 제어는, 곡면 또는 복잡한 궤도를 가공할 때 기계 및 부분의 편향을 억제하기 위한 더 유용한 전략이 될 것이다. 프로브와 어깨부를 독립적으로 제어하는 옵션이 있다. 어깨부와 작업물 표면 사이의 접촉은 힘 제어를 사용하여 보장될 수 있고, 작업물 내에서의 프로브 침투 깊이 및 채널 깊이는 위치 제어를 사용하여 제어될 수 있다.
재료가 작업물로부터 추출되는 속도(및 따라서 공동 단면)는 프로브의 회전 속도 또는 스핀들 구동 모터에 의해 프로브에 가해지는 토크를 조절하여 제어될 수 있다. 마찰 교반 용접에서 처럼, 열은 공구에 가까운 작업 재료에서의 점성 소산에 의해 주로 발생되고, 그 점성 소산은 공구/작업물 계면에서의 높은 전단 응력에 의해 일어난다. 토크 제어는 공구에 의해 휩쓸리는 재료의 점성을 조작할 수 있게 해주고 또한 가공 온도와 공동 단면을 제어하는 효과적인 수단이 될 수 있다. 프로브 회전 속도의 제어는, 각 회전시에 추출되는 재료의 양을 결정할 것이지만, 작업물 내에서의 열의 결과적인 축적은 보상할 수 없을 것이다. 이들 방안은 프로브 위치와 어깨부 위치를 유지하기 위해 힘 또는 위치 제어와 함께 사용될 수 있다.
본 발명을 사용하여 얻어지는 이점은 다음을 포함한다:
● 매끄러운 표면 마무리. 가공된 작업물 포면은, 종래 기술의 회전하는 공구에 의해 생기는 전형적인 초승달형 자국 또는 종래 기술의 공구로 인한 플래시를 갖지 않을 것이다. 또한, 채널은, (종래 기술에서 처럼) 재료를 어깨부의 외측 표면으로 추출하는 대신에, 재료를 공구 안으로 추출하여 형성된다. 이리하여, 작업물의 표면에 재료의 벌지가 형성되는 것을 피할 수 있는데, 그 벌지는 가공 후에 기계 가공 또는 또는 마무리 작업을 사용하여 제거되어야 한다.
● 원통체 또는 코너 구성을 더 잘 가공할 수 있음.
● 추출되는 재료의 양을 효과적으로 제어할 수 있어, 더 연속적이고 안정적인 단면을 갖는 채널을 만들 수 있다.
본 발명에 따른 방법과 장치의 전형적인 용례는, 케이블(예컨대, 파워, 통신 또는 NDT 와이어)이 매립될 필요가 있는 긴 금속 구조체 채널을 형성하는 것을 포함한다(항공 우주 및 다른 수송 구조물, 풍력 터빈과 같은 발전 구조물). 가장 유망한 산업적 용례의 하나는, 내부 유체 유동을 위한 구불구불한 채널을 판, 관형 또는 블럭 요소에 포함시켜 열교환기를 만드는 것이다. 다른 잠재적인 용도는, 기기 또는 기구를 매립하기 위한 채널 및 윤활, 유체 저장 또는 유압을 위한 네트워크를 만드는 것을 포함한다.
채널 형성 뿐만 아니라, 본 발명의 실시 중에 제거된 재료는 압출 와이어를 형성할 수 있다. 포트는 특별한 단면을 갖도록 설계될 수 있고, 그 단면는 압출 와이어의 단면에 나타나게 된다. 와이어의 조성은 작업물의 재료에 의해 영향을 받을 것인데, 예컨대, 혼합 재료 또는 상이한 작업물은 복합 재료 와이어의 압출을 유발할 것이다.
본 발명에 따라 가공된 작업물은, 당업자에게 명백한 바와 같이, 하나의 단체형 작업물, 또는 버트(butt), 랩(lap), 코너 또는 다른 구성으로 된 복수의 작업물일 수 있다. 또한, 단지 단일체가 아닌 더 두꺼운 작업물에 대해서는, 작업물을 완전히 관통하고 제 2 본체(회전하거나 회전하지 않음) 또는 다른 형태의 베어링 장치에 의해 지지되는 프로브를 사용할 수 있다. 프로브에 있는 나사산 형태를 조절하여, 한번의 패스로 복수의 채널을 형성할 수 있고, 예컨대 가변적인 방향의 나사산이 재료를 양 본체 쪽으로 이동시킨다.
본 발명에 따라 가공된 전형적인 작업물 재료는 알루미늄, 마그네슘, 구리, 납 및 다른 유사한 재료에 기반한 금속을 포함한다. PVC와 아크릴과 같은 일부 폴리머도 가공될 수 있다. 또한, 진보된 공구 재료를 사용하여, 철, 티타늄, 니켈 등에 기반한 고온 금속을 가공할 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명의 예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치의 제 1 예의 개략적인 도이다.
도 2는 도 1에서 "B"로 표시된 부분의 개략적인 절취도이다.
도 3은 본 발명에 따라 수행되는 예시적인 구불구불한 경로를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치의 제 1 예의 사진이다.
도 5는 공구의 구조를 더 상세히 나타내고 또한 재료가 어떻게 프로브의 기하학적 특징에 의해 어깨부 보어 안으로 전달되고 이어서 배출부를 통해 나가는지를 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치의 실례를 도시한다. 이 경우, 본 장치는 본체 베어링(6)을 통해 기계 스핀들(1)을 회전 가능하게 지지하는 본체(5)를 포함하고, 그 스핀들의 상단부(30)는 기계 스핀들을 회전 가능하게 구동시키기 위한 구동 모터(나타나 있지 않음)에 연결된다. 기계 스핀들(1)은 나사식 마찰 교반 채널 형성 공구(22)를 수용하고 회전 가능하게 구동시키며, 그 공구는 본체(5)에 고정되는 어깨부(3)의 보어(14) 안에 위치되는 프로브(2)를 포함한다. 사용시, 프로브는 하중을 받으면서 가공 대상 작업물(들) 안으로 가해진다. 어깨부(3)와 본체(5)는 베어링(6)의 작용으로 인해 회전하지 않는다. 프로브(2)에 있는 나사 부분은, 선단으로부터 보어(24) 안으로 연장되어 있는 나사면(26)을 가지며, 그 보어는 재료를 어깨부(3) 쪽으로 끌어들여, 프로브(2)와 보어(24)의 벽 사이의 좁은 틈 안으로 보낸다. 어깨부(3)는 어깨부(3)의 외면과 보어(24) 사이에 연장되어 있는 복수의(이 경우에는 4개) 반경 방향 연장 배출부(4)를 갖는다. 추출된 작업물 재료는 와이어 형태로 배출부(4)를 통과하게 된다.
도 2는 도 1의 "B" 부분의 절취도를 도시하는데, 공구 주위에 대칭적으로 배치되는 회전 프로브(2)와 배출부(4)를 갖는 비회전 어깨부(3)를 나타낸다. 어깨부(3)는 볼트(7)에 의해 본체(5)의 하측 부분에 결합된다.
도 3은 예시적인 가공 경로를 나타내고, 이 도를 참조하여 본 발명에 따른 예시적인 방법을 설명한다. 도 1 및 2에 나타나 있는 장치를 사용하여, AA6082-T4의 알루미늄 합금 판에 구불구불한 채널을 형성하였고, 베어링은 수냉되었지만, 이 경우, 프로브(2) 또는 어깨부(3) 주위의 영역은 수냉되지 않았다. 6.9 mm 직경의 드릴 비트를 사용하여 입구점(9)에서 판에 파일럿 구멍을 7 mm 깊이로 뚫었다. 프로브(2)가 파일럿 구멍과 정렬된 상태에서, 비회전 어깨부(3)는 18 kN의 힘으로 판에 가압되었다. 프로브(2)는 600 rev/min의 속도로 회전되어 파일럿 구멍 안으로 점진적으로 들어갔다. 일단 완전히 들어가면, 어깨부(3)와 프로브(본체를 경유함)가 이동 방향(11)으로 5초 동안에 50 mm/min의 이동 속도로 증가되기 전에 프로부는 입구점(9)에서 5초 동안 머물렀고, 프로브는 곡선 시작점(12) 쪽으로 시계 방향(10)으로 회전된다. 일단 제 1 곡선 시작점(12)에 있으면, 장치는 제 1 곡선 종점(13)까지 곡선 궤도를 따르게 된다. 문자 "AS"가 프로브(2)의 전진측(Advancing Side)을 나타내기 위해 사용되고, 여기서 프로브의 회전 방향은 이동 방향과 동일하다. 문자 "RS"가 프로브(2)의 후퇴측(Retreating Side)을 나타내기 위해 사용되고, 여기서 프로브의 회전 방향은 이동 방향과 반대이다. 제 1 곡선 중에, AS는 곡선의 외측에 있고 RS는 내측에 있다. 그런 다음 장치는 일정한 이동 속도로 직선을 따라 제 1 곡선 종점(13)에서 제 2 곡선 시작점(16) 쪽으로 횡단하고, 이때 마찰 교반 프로브는 이동 방향(15)으로 시계 방향(14)으로 회전된다. 일단 제 2 곡선 시작점(16)에 있으면, 장치는 제 2 곡선 종점(17)까지 곡선 궤도를 다르고, 이때 RS는 외측에 있고 AS는 내측에 있다. 그런 다음 장치는 시계 방향(18)으로 회전하면서 방향(19)으로 제 2 곡선 종점(17)에서 출구점(20)까지 횡단하게 된다. 출구점에 도달하기 전에, 장치는 5초 동안에 영으로 감속된다. 일단 출구점(20)에 있으면, 프로브는 출구 구멍을 떠나면서 판으로부터 점진적으로 후퇴된다. 프로브 회전 속도 및 횡단 속도와 같은 파라미터는, 경로의 선형 부분에서부터 곡선 부분까지 이동할 때 일정하게 유지되었다.
본 발명의 방법과 장치를 사용하면, 종래 기술의 방법과 비교하여, 제조된 채널의 일관성이 더 우수하고, 선형 횡단 동안 뿐만 아니라, 곡선의 외측 및 외측에서 AS 및 RS의 변화가 있는 곡선형 주위에서도 더욱 일관적인 단면과 내부 거칠기가 얻어진다. 또한 표면 마무리는 훨씬 더 우수하고, 가공된 영역의 현저한 플래시 또는 벌징(bulging)이 없다.
도 4는 도 3과 관련하여 설명한 단계를 수행한 바로 후의 장치의 사진을 보여주는데, 작업물 재료의 리본(21)이 배출부(4)로부터 돌출해 있다. 이 도는 가스 커튼이 공급될 수 있는 가스 배출부(32)를 또한 나타낸다.
도 5는 채널의 제조 동안의 공구의 구조(도 1의 "B" 부분으로부터 절취됨)를 더 상세히 나타내고 또한 재료가 어떻게 회전 프로브의 기하학적 특징에 의해 어깨부 보어 안으로 전달되고 이어서 배출부를 통해 나가는지를 도시하는 개략적인 단면도이다. 회전하는 프로브(2)는 작업물(33)을 횡단한다. 나사면(26)의 회전 하의 작용에 의해, 소성화된 작업물 재료(34)가 형성되고, 이 작업물 재료는 어깨부(3) 쪽으로 이동하여 어깨부의 보어(24) 안으로 들어가고 이어서 작업물 재료의 리본(21)(또는 다른 압출된 형상)으로서 배출부(4)에서 나가게 되며, 그리하여 채널(35)이 작업물에 형성된다.

Claims (21)

  1. 작업물 안으로 삽입되는 프로브(probe)를 포함하는 마찰 교반 채널 형성 공구로서, 상기 프로브는 어깨부의 보어로부터 연장되어 있고 그 보어 안에 회전 가능하게 장착되며, 프로브 표면은, 어깨부가 작업물과 접촉한 상태에서 프로브가 회전할 때, 소성화된 작업물 재료를 어깨부 쪽으로 이동시켜 어깨부의 보어 안으로 들여 보내도록 형성되어 있고, 상기 어께부는 어깨부의 외부로부터 상기 보어까지 연장되어 있는 적어도 하나의 배출부를 가지며, 그리하여 상기 소성화된 재료가 상기 배출부를 통해 보어에서 나갈 수 있는, 마찰 교반 채널 형성 공구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    프로브 표면에는, 소성화된 작업물 재료를 상기 어깨부 쪽으로 이동시키기 위해 하나 이상의 나사산 또는 홈(flute)이 형성되어 있는, 마찰 교반 채널 형성 공구.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공구는 복수의 배출부를 더 포함하고, 각 배출부는 상기 어깨부를 통해 연장되어 있고 또한 상기 보어와 연통하는, 마찰 교반 채널 형성 공구.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 배출부는 상기 보어 주위에 대칭적으로 배치되어 있는, 마찰 교반 채널 형성 공구.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배출부는 상기 어깨부의 보어로부터 반경 방향 외측으로 연장되어 있는, 마찰 교반 채널 형성 공구.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어깨부 표면은 상기 작업물과 접촉하도록 되어 있고 또한 내마모성을 갖는, 마찰 교반 채널 형성 공구.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어깨부에는, 저마찰, 내마모성, 온도 저항성, 확산 저항성, 낮은 반응성 및 고체 상태 윤활 중의 하나 이상을 갖는 표면 코팅 또는 처리가 제공되어 있는, 마찰 교반 채널 형성 공구.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어깨부 표면은 상기 프로브의 회전 축선에 수직인 평평한 표면인, 마찰 교반 채널 형성 공구.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어깨부 표면은 만곡된 작업물에 맞도록 만곡되어 있는, 예컨대 오목한, 마찰 교반 채널 형성 공구.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로브는 적어도 부분적으로 상기 어깨부의 보어 안으로 후퇴될 수 있는, 마찰 교반 채널 형성 공구.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어깨부 전체는 프로브가 회전되는 동안에 정지되어 유지되는, 마찰 교반 채널 형성 공구.
  12. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어깨부는, 상기 프로브와 함께 회전하도록 되어 있고 바람직하게는 프로브와 일체적으로 형성되어 있는 반경 방향 내측 부분을 포함하는, 마찰 교반 채널 형성 공구.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어깨부 표면, 특히 제공되는 경우에는 반경 방향 내측 부분은 소성화된 재료를 상기 어깨부의 보어 쪽으로 이동시키는 구조를 갖는, 마찰 교반 채널 형성 공구.
  14. 마찰 교반 채널 형성 방법으로서, 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 마찰 교반 채널 형성 공구의 프로브를 회전시키는 단계; 회전하는 프로브를 작업물에 진입시키고 공구의 어깨부를 작업물에 접촉시키며, 그리하여 프로브의 회전에 의해 프로브 주위의 작업물 재료가 소성화되고 또한 프로브를 따라 위로 올라가 어깨부의 보어에 들어가고 이어서 어깨부에 있는 배출부 또는 배출부 중의 하나를 통해 나가는 단계 - 상기 어깨부, 또는 어깨부가 반경 방향 내측 및 외측 부분을 갖는 경우에는 적어도 어깨부의 반경 방향 외측 부분은 작업물에 대해 회전하지 않음 -; 및 채널이 작업물의 내부에 형성되도록 작업 조건 하에서 공구를 작업물을 따라 횡단시키는 단계를 포함하는, 마찰 교반 채널 형성 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 공구는 만곡된, 전형적으로 구불구불한 경로를 따라 횡단되는, 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 배출부를 나가는 재료는 릴(reel) 상에 감기는, 방법.
  17. 제 9 항을 인용할 때 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업물은 만곡된 표면을 가지며, 상기 어깨부는 작업물과 결합하는 대응적으로 만곡된 표면을 갖는, 방법.
  18. 제 10 항을 인용할 때 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가공의 시작시에 상기 프로브는 상기 보어로부터 외측으로 회전하면서 축방향으로 이동하여 작업물과 접촉하고, 그 후에 상기 어깨부가 작업물과 접촉하고, 가공의 끝에서는 프로브가 상기 보어 안으로 후퇴되는, 방법.
  19. 제 10 항을 인용할 때 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가공의 시작시에 상기 어깨부는 작업물과 접촉하고, 그 후에 상기 프로부가 보어로부터 외측으로 회전하면서 축방향으로 이동하여 작업물과 접촉하는, 방법.
  20. 제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업물은 하나의 단체형 작업물, 또는 버트(butt), 랩(lap), 코너 또는 다른 구성으로 된 복수의 작업물인, 방법.
  21. 제 14 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작업물 재료는 알루미늄, 마그네슘, 구리, 납 또는 철, 티타늄, 니켈과 같은 고온 금속을 포함하는 금속 또는 PVC와 아크릴과 같은 폴리머 중에서 선택되는, 방법.
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