KR20210006803A - 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드의 제조방법과 이를 이용한 쇽업쇼바 경량 피스톤로드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드의 제조방법 및 이를 이용한 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드에 관한 것으로, 양단에 피스톤로드 형상부(1)가 단조형성된 쇽업쇼바의 피스톤로드를 반분하여 형성되고, 상기 반분된 피스톤로드의 반분된 일단이 개방된 중공부(110)가 형성되며, 상기 중공부(100) 내부에 다수의 경량보강리브(120)가 내주연 둘레를 따라 중심축선과 평행하게 길이방향으로 길게 형성된 반분된 경량 로드부재(100) 한 쌍을 각각의 개방된 중공부(110) 측 일단이 서로 마주보게 대응하여 마찰용접을 통해 일체로 결합하고, 고주파 열처리로 표면을 열처리한 후, 황삭연마 및 중삭연마를 통해 표면 거칠기를 개선하며, 크롬도금을 통해 내구성 및 내마모성, 표면조도를 향상시키고, 버핑연마를 통해 표면 치수 정밀도를 향상시켜 형성되는 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드를 제조함으로써, 중공부에 의한 두께가 경량화에 최적화되어 요구되는 경량화가 가능하고, 내구성 및 내마모성이 향상되며, 변형교정의 공정이 필요 없어 제조시간 단축과 이를 통한 생산비용 절감 및 생산효율이 증가되고, 피스톤로드의 기능을 올바르게 수행할 수 있는 제품품질의 달성이 용이하여 제품불량이 현저히 줄어들며, 자동차의 연비향상 및 제품의 무게 감량이 가능한 쇽업쇼바의 내식성이 향상된 경량 피스톤로드의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드의 제조방법과 이를 이용한 쇽업쇼바 경량 피스톤로드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래 환봉소재의 피스톤로드의 특성상 무게가 상당하여 쇽업쇼바의 경량화에 따른 문제점을 개선하여 경량화가 가능하고, 이를 통해 자동차의 중량을 줄일 수 있어 연비개선효과가 있으며, 피스톤로드의 제조공정을 줄여 생산비용 절감과 생산효율이 증가될 수 있고, 내구성 증대와 제품불량이 최소화되는 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드의 제조방법과 이를 이용한 쇽업쇼바 경량 피스톤로드에 관한 것이다.
일반적으로 쇽업쇼바(SHOCK ABSORBER)는 충격을 흡수하는 장치이고 다양한 요소에 사용되는 부품이다. 특히 자동차가 주행하면서 노면의 상태에 따라 오는 충격을 전후좌우 바퀴 인근에 설치된 쇼바가 충격을 흡수해주는것은 가장 대표적인 것이다. 또한, 자동차의 트렁크 도어의 개폐에도 쇽업쇼바는 사용되고 있고, 가정의 싱크대 도어의 개폐 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있는 실정이다.
이와 같은 종래의 쇽업쇼바의 피스톤로드의 제조방법을 살펴보면 먼저 환봉소재의 표면강도를 높이기 위해 고주파열처리를 통해 표면경도를 높이는 공정을 수행한다. 여기서, 통상 환봉의 고주파 열처리는 환봉 소재의 표면에 고온(고주파 열처리 온도는 대략 850~900℃로 온도 구간을 특정할 수 없다)으로 빠르게 열처리 후, 얻어지는 경도 HRC 50~55를 370℃에서 템퍼링하여 표면경도두께 0.5~1.0㎜, 경도 HRC 40~45가 얻어지고, 이후, 교정을 통해 환봉소재의 직선도를 교정하고, 환봉소재의 양끝단을 피스톤로드 형상부로 가공한다. 다음으로, 환봉소재를 황삭연마로 1차 연마하고, 중삭연마로 2차 연마한 후, 크롬도금을 하여 조도관리를 한다. 이후, 치수 정밀도를 향상하기 위한 버핑(버프연마)를 하여 쇽업쇼바의 피스톤로드를 제조한다.
상기와 같은 피스톤로드의 제조방법은 환봉소재를 그대로 가공하기 때문에 피스톤로드의 무게의 경량화가 불가능하다. 즉, 환봉소재의 무게가 그대로 쇽업쇼바의 무게로 가중되기 때문에 경량화에는 문제가 있고, 피스톤로드의 무게와 충격에 의한 압력을 완충하기 위한 쇽업쇼바의 완충능력을 향상시켜야 하는 문제가 발생된다.
이와 같이 다양한 분야에 널리 사용되고 있는 종래의 쇽업쇼바는 현재 다양한 형태로 제조되고 있으나 피스톤로드를 환봉으로 사용하고 있는 관계로 경량화가 어렵다. 즉, 설치되는 제품에 피스톤로드의 무게가 가중되기 때문에 적당한 무게의 쇽업쇼바가 설치되어야만 제품 전체의 하중에 무리가 가지 않고 작동이 원할하게 이루어질 수 있다.
즉, 경량화를 위해 너무 작은 쇽업쇼바를 적용하게 되면 쇽업쇼바가 완충할 수 있는 힘이 제한되기 때문에 쇽업쇼바의 기능을 올바르게 수행하지 못하는 문제가 있고, 완충할 수 있는 힘을 높이게 되면 쇽업쇼바의 무게가 상당하여 제품 전체 무게에 영향을 주게 되는 문제가 있다.
예를 들면 자동차에 적용되는 쇽업쇼바와 같은 경우 자동차의 완충능력을 떨어뜨리면서 경량화를 위해 설계된 쇽업쇼바보다 작은 것을 적용할 경우에는 연비향상을 가능할 수 있으나 쇼바의 완충기능이 저하되어 승차감이 저하되는 문제가 있고, 차량 전체에 충격으로 인한 손상의 문제가 발생된다. 또한, 승차감이나 차량의 손상을 방지하고자 완충능력이 큰 쇽업쇼바를 적용하게 되면 쇽업쇼바 전체 무게로 인해 자동차의 차량 중량이 늘어나 연비개선이 어려운 문제가 있고, 이로 인한 연료소모가 늘어나 에너지 낭비를 초래하게 되는 문제가 있다.
따라서, 쇽업쇼바의 경량화를 위해 최근 많은 노력을 기울이고 있고, 환봉형태가 아닌 심레스파이프를 적용한 피스톤로드를 적용하여 경량화를 하려 시도하고 있다.
상기와 같은 심레스파이프를 적용한 피스톤로드의 제조방법은 현재 가장 최신의 기술로 개시되고 있는 것으로, 피스톤로드 형상부를 구성하는 양끝단을 단조성형을 통해 성형한다. 여기서, 피스톤로드 형상부는 통상 S45C 급의 철강재로 사용하여 가공이 용이하도록 마련한다. 그리고, 로드몸체부를 형성하는 부분은 심레스파이프로 재질은 역시 S45C 철강재로 사용하도록 소재를 준비한다.
다음으로, 피스톤로드 형상부를 구성하는 단조성형품을 열처리한다. (조질처리) 열처리는 소재를 로에 투입한 후, 서서히 온도를 증가시켜 850℃±20℃에서 약 90분간 열처리후, 오일냉각(오일퀀칭)을 통해 서서히 냉각하고, 이후, 다시 승온하여 450℃~530℃로 120분간 템퍼링하여 열처리한다.
이후, 피스톤로드 형상부를 구성하는 단조성형품을 로드몸체부를 형성하는 심레스파이프 양단에 용접부를 형성하도록 단면가공한 후, 마찰용접을 통해 단조성형품과 심레스파이프를 용접하여 피스톤로드형상부가 로드몸체부 양단에 결합되도록 한다.
다음으로, 고주판 열처리를 통해 로드몸체를 열처리하고, 피스톤로드 형상부를 구성하는 양끝단면을 선반에 고정하여 회전시키며 가공하는 정삭가공을 한다. 이후, 앞서 종래 피스톤로드의 연마공정과 동일하게 1차로 황삭연마, 2차로 중삭연마를 하고, 크롬도금처리를 통해 조도관리가 되도록 하여 버핑(버핑연마)를 통해 최종 심레스파이프를 이용한 경량화된 쇽업쇼바의 피스톤로드를 완성한다.
하지만, 상기와 같은 심레스파이프르 적용한 피스톤로드는 근본적으로 자동차의 연비개선 또는 제품의 중량을 줄이면서 쇽업쇼바의 완충능력을 그대로 유지할 수 있도록 최근 개시되고 있지만 이러한 심레스파이프는 중심부의 심부가 없는 파이프형태이긴 하나 소재의 두께가 두꺼워 전체 중량감소가 많이 이루어지지 않고 있으며, 조도관리가 어려워 항상 불량이 다발로 발생되는 제조공정이다.
더욱이, 심레스파이프는 심부가 없는 파이프 형태로 측면 충격으로 인한 변형이 초래될 수 있고, 이러한 변형은 피스톤로드의 직선도 불량을 초래하여 쇽업쇼바의 작동불량으로 이어져 사용수명이 단축되는 결과를 초래한다. 앞서도 언급한 바와 같이, 심레스파이프는 규격화된 두께로 제조되고 있어 이를 경량화하기 위해서는 별도의 가공을 다시해야 하는 문제와 축선상으로 받는 힘의 작용에 대하여는 특별한 문제가 없지만 측면으로 가중되는 힘에 대하여는 취약성이 있다. 즉, 심레스파이프를 이용한 형태의 경량 피스톤로드는 단순히 환봉의 내부를 비운상태에 불과한 것으로, 힘의 작용부분에 대하여는 전혀 고려되지 못하고, 이러한 부분을 해결하기 위해서는 두께 자체가 두꺼워져야 하는 필요성으로 인해 요구하는 경량화에는 미치지 못하는 문제가 있는 것이다.
따라서, 상기와 같은 심레스파이프를 이용한 피스톤로드의 제조방법 역시, 전체적인 무게를 줄이는 데에는 한계가 있어 실질적으로 쇽업쇼바의 무게를 줄임으로 인한 자동차의 연비개선이나 제품의 무게 감량에는 큰 효과가 없고, 제품의 불량률이 높은 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로, 피스톤로드의 경량화를 위해 내부 중공부를 형성하고, 중공부의 강도를 유지하여 축선상의 가해지는 힘과 축선과 직교되는 측면에 가해지는 힘을 견딜 수 있도록 경량보강리브로 구성된 저탄소 함량의 강제를 소재로 사용하여 단조성형한 경량 로드부재를 성형준비함에 따라 중공부에 의한 두께가 경량화에 최적화되어 요구되는 경량화가 가능하고, 내구성 및 내마모성이 향상되며, 변형교정의 공정이 필요 없어 제조시간 단축과 이를 통한 생산비용 절감 및 생산효율이 증가되고, 피스톤로드의 기능을 올바르게 수행할 수 있는 제품품질의 달성이 용이하여 제품불량이 현저히 줄어들며, 자동차의 연비향상 및 제품의 무게 감량이 가능한 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드의 제조방법 및 이를 이용한 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드의 제조방법은 일단에는 피스톤이 결합되어 실린더측으로 결합되고, 타단은 대상물이 결합되도록 마련된 피스톤로드 형상부가 양단에 형성된 쇽업쇼바의 피스톤로드의 제조방법에 있어서, 탄소함량 C 0.15~0.35% 이하 소재로 양단에 피스톤로드 형상부가 단조성형된 피스톤로드를 반분하여 구비하고, 상기 반분된 피스톤로드의 반분된 일단이 개방된 중공부가 형성되며, 상기 중공부 내부에 다수의 경량보강리브가 내주연 둘레를 따라 형성된 반분된 경량 로드부재 한 쌍을 가공준비하는 경량로드 가공준비단계(S100)와; 상기 반분된 경량 로드부재 한 쌍의 각각의 중공부에 개방된 일단이 마주보도록 대응결합하고, 변형교정이 필요 없도록 회전마찰에 의한 마찰용접을 통해 용접하여 일체로 구성하는 마찰용접단계(S200)와; 상기 마찰용접단계를 통해 반분된 경량 로드부재가 단일체로 결합형성된 피스톤로드를 고주파를 사용하여 재료의 표면을 급가열하고 별도의 퀀칭단계 없이 60~120분간 템퍼링하여 표면경도두께가 0.3~0.8㎜, HRC 38~48을 얻는 고주파 열처리 단계(S300)와; 상기 고주파 열처리 단계를 마친 경량 로드부재 표면의 흑피제거 및 마찰용접단계에서 용접부위를 절삭가공하는 황삭연마단계(S400)와; 상기 황삭연마단계를 통해 연마된 경량 로드부재 표면의 거칠기를 진정시켜 표면스크레치가 없어지도록 연마하는 중삭연마단계(S500)와; 상기 중삭연마단계를 통해 연마된 경량 로드부재의 표면 내구성 및 내마모성 향상, 조도관리를 위한 크롬도금단계(S600)와; 상기 크롬도금단계를 통해 도금코팅된 경량 로드부재 표면에 연마재를 도포한 후, 버프를 회전시켜 연마하여 경량 로드부재 표면의 치수 정밀도를 향상하도록 마무리하는 버핑연마단계(S700);를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드의 제조방법을 이용한 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드는 일단에는 피스톤이 결합되어 실린더측으로 결합되고, 타단은 대상물이 결합되도록 마련된 피스톤로드 형상부(1)가 양단에 형성된 쇽업쇼바의 피스톤로드에 있어서, 양단에 피스톤로드 형상부(1)가 단조형성된 쇽업쇼바의 피스톤로드를 반분하여 형성되고, 상기 반분된 피스톤로드의 반분된 일단이 개방된 중공부(110)가 형성되며, 상기 중공부(100) 내부에 다수의 경량보강리브(120)가 내주연 둘레를 따라 중심축선과 평행하게 길이방향으로 길게 형성된 반분된 경량 로드부재(100) 한 쌍을 각각의 개방된 중공부(110) 측 일단이 서로 마주보게 대응하여 마찰용접을 통해 일체로 결합하고, 고주파 열처리로 표면을 열처리한 후, 황삭연마 및 중삭연마를 통해 표면 거칠기를 개선하며, 크롬도금을 통해 내구성 및 내마모성, 표면조도를 향상시키고, 버핑연마를 통해 표면 치수 정밀도를 향상시켜 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 경량로드부재(100) 소재는 탄소함량 C 0.15~0.35% 이하의 저탄소강인 것을 특징으로 하고, 상기 고주파 열처리는 반분된 경량 로드부재(100)가 마찰용접을 통해 단일체로 결합형성된 피스톤로드를 고주파를 사용하여 재료의 표면을 급가열하고 별도의 퀀칭단계 없이 60~120분간 템퍼링하여 표면경도두께가 0.3~0.8㎜, HRC 38~48인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 경량보강리브(120)는 내주연에 대하여 반원 형상으로 요입 형성되어 중심축선과 평행하게 길이방향으로 길게 형성됨에 따라 경량 로드부재(100)의 무게 감량 및 축선상과 직교되는 힘의 작용에 대하여 중공부와 외주연 사이의 경량 로드부재의 두께에 대한 강도를 유지하도록 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 피스톤로드의 경량화를 위해 내부 중공부를 형성하고, 중공부의 강도를 유지하여 축선상의 가해지는 힘과 축선과 직교되는 측면에 가해지는 힘을 견딜 수 있도록 경량보강리브가 중공부의 내주연 둘레를 따라 구성된 저탄소 함량의 강제를 소재로 사용하여 단조 성형한 경량 로드부재를 성형준비함에 따라 중공부에 의한 두께가 경량화에 최적화되어 요구되는 경량화가 가능하고, 내구성 및 내마모성이 향상되며, 변형교정의 공정이 필요 없어 제조시간 단축과 이를 통한 생산비용 절감 및 생산효율이 증가되고, 피스톤로드의 기능을 올바르게 수행할 수 있는 제품품질의 달성이 용이하여 제품불량이 현저히 줄어들며, 자동차의 연비향상 및 제품의 무게 감량이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법의 블럭도이다.
도 2 내지 도 8은 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법의 제조 순서도이다.
도 9는 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법을 이용한 쇽업쇼바 경량 피스톤로드의 전체 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법을 이용한 쇽업쇼바 경량 피스톤로드의 반분된 경량 로드부재의 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법을 이용한 쇽업쇼바 경량 피스톤로드의 일부절개 사시도이다.
도 12는 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법을 이용한 쇽업쇼바 경량 피스톤로드의 도 11의 절개면 정면 단면도이다.
도 2 내지 도 8은 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법의 제조 순서도이다.
도 9는 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법을 이용한 쇽업쇼바 경량 피스톤로드의 전체 사시도이다.
도 10은 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법을 이용한 쇽업쇼바 경량 피스톤로드의 반분된 경량 로드부재의 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법을 이용한 쇽업쇼바 경량 피스톤로드의 일부절개 사시도이다.
도 12는 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법을 이용한 쇽업쇼바 경량 피스톤로드의 도 11의 절개면 정면 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다수의 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 결코 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드의 제조방법 및 이를 이용한 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드의 실시예에 따른 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법의 블럭도이고, 도 2 내지 도 8은 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법의 제조 순서도이며, 도 9는 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법을 이용한 쇽업쇼바 경량 피스톤로드의 전체 사시도이고, 도 10은 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법을 이용한 쇽업쇼바 경량 피스톤로드의 반분된 경량 로드부재의 사시도이며, 도 11은 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법을 이용한 쇽업쇼바 경량 피스톤로드의 일부절개 사시도이고, 도 12는 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법을 이용한 쇽업쇼바 경량 피스톤로드의 도 11의 절개면 정면 단면도이다.
본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드 제조방법은 종래의 황봉 및 심레스파이프의 두께에 의한 중량을 극복하여 최적의 요구되는 무게로 피스톤 로드의 제조가 가능하면서, 변형교정 단계가 별도로 필요 없어 피스톤로드 제조공정의 감소에 따른 생산효율증대 및 생산시간감소에 따른 생산비 절감과 경량화에 따른 차량연비의 절감 및 쇽업쇼바의 기능은 유지하면서 무게만을 줄일 수 있는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 경량로드 가공준비단계(S100), 마찰용접단계(S200), 고주파 열처리단계(S300), 황삭연마단계(S400), 중삭연마단계(S500), 크롬도금단계(S600), 버핑연마단계(S700)를 통해 빠른 최적의 피스톤 로드 경량화가 가능한 쇽업쇼바용 경량 피스톤로드의 생산이 가능하다.
상기
경량로드
가공준비단계(S100)는
종래 환봉소재로 SC45C 소재인 중탄소강을 통한 가공을 통해 생산되던 피스톤로드와는 달리 탄소함량 0.15~0.35%의 저탄소강을 소재로 하여 피스톤로드 형상부와 로드몸체를 구성하는 쇽업쇼바용 피스톤로드를 제조하되, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 피시톤로드를 반분하여 반분된 일단의 내측으로 요입되게 중공부를 가공형성하여 피스톤로드의 1차 경량화를 하고, 중공부 형성시 피스톤로드의 중심축선상에 대하여 직교되는 방향의 외력에 대한 강도를 유지하면서 2차 경량화를 위한 경량보강리브를 가공형성한 피스톤로드를 반분한 경량 로드부재 한 쌍을 준비한다.
여기서, 상기 경량보강리브는 도 12에 도시된 바와 같이, 중공부 내주연에 대하여 반원 형상으로 요입 형성되어 중심축선과 평행하게 길이방향으로 길게 형성됨에 따라 경량 로드부재(100)의 중공부 형성에 따른 무게감량과 함께 2차 무게 감량을 통해 경량화 및 축선상과 직교되는 힘의 작용에 대하여 중공부와 외주연 사이의 경량 로드부재의 두께에 대한 강도를 유지하게 된다.
즉, 가공성과 용접성이 좋은 저탄소강을 이용하여 쇽업쇼바의 피스톤로드를 반분하고, 반분된 피스톤로드의 내측으로 중공부 형성과 경량보강리브의 형성을 통해 경량화 및 강도를 유지할 수 있어 가공 용접이 뛰어나 내구성이 향상될 수 있다. 나아가, 종래 환봉을 가공한 피스톤로드 또는 심레스파이프로 형성된 피스톤로드와 같이 후술되는 변형교정이 필요 없어 공정단계를 줄일 수 있어 생산성 및 생산효율의 향상을 가져올 수 있다.
상기 마찰용접단계(S200)는
전술한 경량로드 가공준비단계를 통해 준비된 단조 성형된 피스톤로드를 구성하기 위한 반분된 경량 로드부재 한 쌍을 도 3에 도시된 바와 같이, 중공부의 개방된 일단이 서로 마주보도록 대응결합하여 변형교정이 필요 없도록 회전마찰에 의한 마찰용접을 통해 단일체로 구성되는 피스톤로드를 형성한다. 여기서, 마찰용접(friction welding)은 마찰에 의한 발열(發熱)을 이용하여 금속과 금속, 금속과 플라스틱 등을 접착하는 방법으로 접착하고자 하는 곳만 고온으로 하면 되므로 나머지 부분을 가열할 필요가 없어 동력이 적게 들며 능률적이다. 또 전기가 잘 통하지 않는 재료, 전기저항용접을 하기 어려운 형태의 것도 쉽게 용접할 수 있는 장점이 있고, 마찰된 부분만이 발열되어 용접됨에 따라 이음 성능이 좋고, 용접부 주변의 변형이 없이 용접이 가능하다. 따라서, 통상의 환봉이나 심레스파이프를 통한 피스톤로드의 제조시 변형교정단계가 필요하지만 본원 발명은 변형교정이 필요없어 공정의 단순화가 가능하여 생산성 및 생산효율의 향상이 가능하다.
상기 고주파 열처리 단계(S300)는
종래 피스톤로드의 형성을 위한 환봉 또는 심레스파이프를 이용한 제조시에는 기계적 강도를 고려하여 통상 SC45C 중탄소강이 사용되어 왔고, 가공성이 저탄소강에 비해 떨어지는 문제로 인해 경량화의 한계가 있었다. 또한, 종래 환봉 또는 심레스파이프를 통한 고주파 열처리시에는 경도 HRC 50~55가 얻어져 취성이 강해지기 때문에(저탄소강도 동일) 템퍼링 온도를 370℃로 120분정도 실시하여 표면경도두께 0.5~1.0㎜, HRC 40~45가 되도록 열처리하였다. 이와 같은 종래 피스톤로드는 소재의 비용상승과 템퍼링 온도의 고온유지에 따른 에너지 낭비와 같은 문제점이 있고, 그럼에도 불구하고 경량화가 어려운 문제점 및 표면경도두께에 따른 변형률이 커서 변형교정이 필수로 필요하여 변형교정단계를 거쳐야만 하는 공정상의 생산성 및 생산효율 저하가 초래되었다.
이를 해결하기 위해 본 발명은 탄소함량이 0.15~0.35% 저탄소강을 소재로 하여 소재비용의 절감과 중탄소강보다 우수한 경도를 얻으면서도 템퍼링 온도의 저온에 따른 에너지 절감 및 표면경도두께 역시 중탄소강보다 얇은 두께로 변형 교정이 필요없어 공정단계의 단축을 통한 생산성 및 생산효율을 증대할 수 있다.
여기서, 고주파 열처리는 통상적으로 850~900℃로 빠르게 열처리하여 냉각하는 방식으로 퀀칭이 필요없고, 온도범위의 특정이 어렵다. 이에 본 발명에 따른 경량 피스톤로드는 앞서 경량로드 가공준비단계를 통해 경량화가 가능하고, 상기 마찰용접단계를 통해 반분된 경량 로드부재가 단일체로 결합형성된 피스톤로드를 도 4에 도시된 바와 같이, 고주파를 사용하여 재료의 표면을 급가열하고 별도의 퀀칭단계 없이 종래 중탄소강과 동일한 경도값을 얻고, 이후, 60~120분간 템퍼링하여 표면경도두께가 0.3~0.8㎜, HRC 38~48을 얻도록 열처리한다.
여기서, 상기 고주파 열처리 단계를 통해 반분된 경량로드 부재가 서로 맞대어 마찰용접된 피스톤로드 표면의 내구성 향상 및 내마모성이 향상된다. 이후, 황삭연마단계 및 중삭연마단계, 크롬도금단계, 버핑단계는 통상의 공정과 동일하며, 간략히 설명한다.
상기
황삭연마단계(S400)는
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 고주파 열처리 단계를 마친 경량 로드부재의 중공부가 개방된 일면이 서로마주보며 결합된 피스톤로드 표면의 흑피제거 및 마찰용접단계에서 용접부위를 절삭가공하는 것으로, 황삭이란 거친 절삭(切削)으로 절삭 가공에 있어 공작물의 흑피(黑皮)를 없앨 때 또는 가공 여유가 클 때 행해지는 절삭 방법으로 표면이 거칠게 연마된다. 보통 황삭은 철강재 소재라 흑피가 존재하기 때문에 필수적으로 필요로한다.
상기
중삭가공단계(S500)는
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 황삭연마단계를 통해 연마된 경량 로드부재의 중공부가 개방된 일면이 서로마주보며 결합된 피스톤로드 표면의 거칠기를 진정시켜 표면스크레치가 없어지도록 연마하는 것으로, 황삭연마단계보다 거칠기가 부드럽다. 즉, 치수오차를 줄이고 후술되는 크롬도금에 따른 도금피복의 결합이 용이하도록 한다.
상기 크롬도금단계(S600)는
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 중삭연마단계를 통해 연마된 경량 로드부재의 의 중공부가 개방된 일면이 서로마주보며 결합된 피스톤로드 표면 내구성 및 내마모성 향상, 조도관리를 위한 크롬을 도금한다. 크롬도금을 함으로써, 피스톤로드의 표면 광택이 우수하고, 조도관리가 용이하여 피스톤로드의 특성상 실린더에서 중심축선상으로 가중되는 하중에 따라 왕복운동이 용이하도록 하기 위함이다. 또한, 외관이 수려하기 때문에 제품 품질향상에 도움이 된다.
상기 버핑연마단계(S700)는
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 크롬도금단계 도금된 경량 로드부재 표면을 버핑하여 표면조도 및 치수 정밀성을 향상시킨다. 즉, 반분된 경량 로드부재 한 쌍이 결합하여 형성된 쇽업쇼바의 피스톤로드가 실린더 내에서 출몰시 부드럽게 출몰가능하게 표면조도 및 치수정밀성을 향상시키는 것으로, 버핑이란 버프의 원둘레 또는 측면에 연마재를 바르고 금속 표면을 연마하는 작업으로 앞서 설명한 바와 같이, 반분된 경량 로드부재가 마찰용접을 통해 일체의 피스톤로드를 형성하여 피스톤 실린더 내에서 출몰이 용이한 표면조도를 형성하는 것이다.
상기 버핑연마단계를 통해 최종 연마된 쇽업쇼바의 피스톤로드는 쇽업쇼바의 실린더에 일단으로 피스톤이 결합하여 결합하고, 타단으로는 하중을 가진 대상물의 지지하도록 결합된다.
이와 같은 단계를 통해 본원 발명의 경량 피스톤로드는 최적으로 경량화가 가능하고, 크롬도금 등의 공정을 통해 종래와 같이 경도 및 내구성과 내마모성, 조도향상을 통해 사용수명 증대 및 불량률이 최소화될 수 있는 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드를 생산할 수 있다.
한편, 상기와 같은 방법을 통해 제조생산된 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드는 앞서 경량로드 가공준비단계에서 준비된 바와 같이, 경량화 및 저비용을 위해 일단에는 피스톤이 결합되어 실린더측으로 결합되고, 타단은 대상물이 결합되도록 마련된 피스톤로드 형상부(1)가 양단에 형성된 쇽업쇼바의 피스톤로드를 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 반분하여 형성되고, 상기 반분된 피스톤로드의 반분된 일단이 개방된 중공부(110)가 형성된다.
여기서, 상기 중공부(100)는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 종래 환봉에 의한 피스톤로드에 대비하여 2/3의 경량화를 가져올 수 있는 것으로, 환봉의 경우 내부가 꽉 차 있는 형태로 하중이 그대로 피스톤로드에 인가되기 때문에 피스톤로드의 하중과 쇽업쇼바의 지지력을 함께 설계해야만 요구되는 대상물의 받침지지할 수 있다. 하지만, 본원 발명은 중공부를 형성하여 내부가 비어있는 상태로 구성함에 따라 앞서 상술한 환봉 대비 1/3의 경량화가 가능하여 쇽업쇼바 전체 하중의 경량화가 가능하다.
또한, 종래 심레스파이프에 의한 피스톤로드에 대비하여 1/3의 경량화가 가능한 것으로, 심레스파이프의 경우 중심축선상에 대하여 직교되는 방향의 측면에서 작용되는 힘에 대하여 변형강도를 가져야만 하기 때문에 중심 내주연에서 외주연까지의 두께에 한정적 제한이 따르는 문제가 있지만, 본원 발명은 이를 극복하고자 경량보강리브를 도면에 도시된 바와 같이, 내주연에 대하여 반원 형상으로 요입 형성되어 중심축선과 평행하게 길이방향으로 길게 형성됨에 따라 중공부에 의한 경량화에 더불어 반원 형상의 요입형성된 경량보강리브의 형성으로 2차 경량화가 추가 가능함에 따라 경량 로드부재(100)의 무게 감량 및 축선상과 직교되는 힘의 작용에 대하여 중공부와 외주연 사이의 경량 로드부재의 두께에 대한 강도를 유지할 수 있는 것이다. 여기서, 2차 경량화를 위해 반원 형상으로 요입형성하여 경량보강리브를 형성하였으나 경량보강리브의 형성에 있어 요입형성되는 형태는 반원 형상 이외에 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드는 상기 중공부(100) 내부에 다수의 경량보강리브(120)가 내주연 둘레를 따라 중심축선과 평행하게 길이방향으로 길게 형성된 반분된 경량 로드부재(100) 한 쌍을 형성하고, 경량 로드부재(100)의 각각의 개방된 중공부(110) 측 일단이 서로 마주보게 대응하여 마찰용접을 통해 일체로 결합하고, 고주파 열처리로 표면을 열처리한 후, 황삭연마 및 중삭연마를 통해 표면 거칠기를 개선하며, 크롬도금을 통해 내구성 및 내마모성, 표면조도를 향상시키고, 버핑연마를 통해 표면 치수 정밀도를 향상시켜 형성된다.
여기서, 상기 경량로드부재(100) 소재는 탄소함량 C 0.15~0.35% 이하의 저탄소강인 것으로 중탄소강에 비해 비용을 절감할 수 있으며, 가공성능도 뛰어나 중공부 및 경량보강리브의 가공성형이 용이하게 이루어질 뿐만 아니라 종래 중탄소강을 통해 형성한 피스톤로드 대비 보다 강한 경도를 가지면서 변형률이 작다.
한편, 상기 고주파 열처리는 반분된 경량 로드부재(100)가 마찰용접을 통해 단일체로 결합형성된 피스톤로드를 고주파를 사용하여 재료의 표면을 급가열하고 별도의 퀀칭단계 없이 60~120분간 템퍼링하여 표면경도두께가 0.3~0.8㎜, HRC 38~48을 얻을 수 있는 것으로, 종래 중탄소강에 의한 고온에서의 표면경도두께나 HRC 값에 충분히 대응되어 전체적인 생산성 및 생산효율을 증대할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 하나의 실시예로서 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않고, 기술사상 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자라면 다수의 변형 및 수정이 가능함은 명백한 것이며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.
S100 : 경량로드 가공준비준비단계
S200 : 마찰용접단계
S300 : 고주파 열처리단계 S400 : 황삭연마단계
S500 : 중삭연마단계 S600 : 크롬도금단계
S700 : 버핑연마단계
1 : 피스톤로드 형상부 100 : 경량 로드부재
110 : 중공부 120 : 경량보강리브
S300 : 고주파 열처리단계 S400 : 황삭연마단계
S500 : 중삭연마단계 S600 : 크롬도금단계
S700 : 버핑연마단계
1 : 피스톤로드 형상부 100 : 경량 로드부재
110 : 중공부 120 : 경량보강리브
Claims (5)
- 일단에는 피스톤이 결합되어 실린더측으로 결합되고, 타단은 대상물이 결합되도록 마련된 피스톤로드 형상부가 양단에 형성된 쇽업쇼바의 피스톤로드의 제조방법에 있어서,
탄소함량 C 0.15~0.35% 이하 소재로 양단에 피스톤로드 형상부가 단조성형된 피스톤로드를 반분하여 구비하고, 상기 반분된 피스톤로드의 반분된 일단이 개방된 중공부가 형성되며, 상기 중공부 내부에 다수의 경량보강리브가 내주연 둘레를 따라 형성된 반분된 경량 로드부재 한 쌍을 가공준비하는 경량로드 가공준비단계(S100)와;
상기 반분된 경량 로드부재 한 쌍의 각각의 중공부에 개방된 일단이 마주보도록 대응결합하고, 변형교정이 필요 없도록 회전마찰에 의한 마찰용접을 통해 용접하여 일체로 구성하는 마찰용접단계(S200)와;
상기 마찰용접단계를 통해 반분된 경량 로드부재가 단일체로 결합형성된 피스톤로드를 고주파를 사용하여 재료의 표면을 급가열하고 별도의 퀀칭단계 없이 60~120분간 템퍼링하여 표면경도두께가 0.3~0.8㎜, HRC 38~48을 얻는 고주파 열처리 단계(S300)와;
상기 고주파 열처리 단계를 마친 경량 로드부재 표면의 흑피제거 및 마찰용접단계에서 용접부위를 절삭가공하는 황삭연마단계(S400)와;
상기 황삭연마단계를 통해 연마된 경량 로드부재 표면의 거칠기를 진정시켜 표면스크레치가 없어지도록 연마하는 중삭연마단계(S500)와;
상기 중삭연마단계를 통해 연마된 경량 로드부재의 표면 내구성 및 내마모성 향상, 조도관리를 위한 크롬도금단계(S600)와;
상기 크롬도금단계를 통해 도금코팅된 경량 로드부재 표면에 연마재를 도포한 후, 버프를 회전시켜 연마하여 경량 로드부재 표면의 치수 정밀도를 향상하도록 마무리하는 버핑연마단계(S700);를 포함하는 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드의 제조방법.
- 일단에는 피스톤이 결합되어 실린더측으로 결합되고, 타단은 대상물이 결합되도록 마련된 피스톤로드 형상부(1)가 양단에 형성된 쇽업쇼바의 피스톤로드에 있어서,
양단에 피스톤로드 형상부(1)가 단조형성된 쇽업쇼바의 피스톤로드를 반분하여 형성되고, 상기 반분된 피스톤로드의 반분된 일단이 개방된 중공부(110)가 형성되며, 상기 중공부(100) 내부에 다수의 경량보강리브(120)가 내주연 둘레를 따라 중심축선과 평행하게 길이방향으로 길게 형성된 반분된 경량 로드부재(100) 한 쌍을 각각의 개방된 중공부(110) 측 일단이 서로 마주보게 대응하여 마찰용접을 통해 일체로 결합하고, 고주파 열처리로 표면을 열처리한 후, 황삭연마 및 중삭연마를 통해 표면 거칠기를 개선하며, 크롬도금을 통해 내구성 및 내마모성, 표면조도를 향상시키고, 버핑연마를 통해 표면 치수 정밀도를 향상시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드.
- 제 2항에 있어서,
상기 경량로드부재(100) 소재는 탄소함량 C 0.15~0.35% 이하의 저탄소강인 것을 특징으로 하는 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드.
- 제 2항에 있어서,
상기 고주파 열처리는 반분된 경량 로드부재(100)가 마찰용접을 통해 단일체로 결합형성된 피스톤로드를 고주파를 사용하여 재료의 표면을 급가열하고 별도의 퀀칭단계 없이 60~120분간 템퍼링하여 표면경도두께가 0.3~0.8㎜, HRC 38~48인 것을 특징으로 하는 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드.
- 제 2항에 있어서,
상기 경량보강리브(120)는 내주연에 대하여 반원 형상으로 요입 형성되어 중심축선과 평행하게 길이방향으로 길게 형성됨에 따라 경량 로드부재(100)의 무게 감량 및 축선상과 직교되는 힘의 작용에 대하여 중공부와 외주연 사이의 경량 로드부재의 두께에 대한 강도를 유지하도록 형성된 것을 특징으로 하는 쇽업쇼바의 경량 피스톤로드.
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