KR800000875B1 - 마찰압접 감합방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

마찰압접 감합방법

제1도는 본 발명에 있어서의 공작과정을 모형적으로 표시하는 단면도

제2도는 공작과정에 있어서의 추력 및 이동거리의 모형적선도

제3도는 본 발명 실시예의 공작과정을 표시하는 단면도

제4도는 동 실시예에 있어서의 추력 및 이동거리의 시간선도

제5도는 본 발명의 타실시예의 공작과정을 표시하는 단면도

제6도-제10도는 본 발명의 각종 응용형태를 표시하는 도면

본 발명은 환통 혹은 원통상의 금속부재의 후랜지모양, 차륜모양 등의 금속부재를 감합시키는 공작방법에 관한 것이다.

종래 이종류의 공작에는 소감(燥嵌), 전기용접, 개스용접, 마찰압접 등이 사용되고 있었다.

그런데 소감은 후랜지등의 두께가 얇은 경우, 강력한 감합을 얻을수가 없으며, 감합전에 정밀도가 높은 가공을 요하는 등의 결점이 있었다. 또 용접은 수공이 많이들어서 대량생산에 적합하지 않을 뿐만 아니라 접합부분에 이질재가 혼입되는 결점이 있었다.

또한 마찰압접은 접합시에 강력한 압접력을 요함과 아울러 그 접합부분은 충격에 대한 강도가 낮은 결점이 있었다.

발명자는 먼저 높은 작업능률과 강대한 접합강도를 가지고 있는 공작방법을 개발하고 일특원소 50-152407호 로서 특허출원을 행하였으나 그 공작방법은 원형공을 가지고 있는 제1부재와, 그 원형공과 동축상으로 배치되고, 그 원형공보다도 훨씬 큰 외경의 원주형 외면을 가지고있는 제2부재와의 사이에서 상기 한 축 둘레에 상대적 회전운동을 주어가면서 상기한 원형공내에 제2부재를 압입하는 방법이다.

본 발명은 상기한 특허출원의 공작방법을 개량하여 보다 확실하게 공작을 실시하는 것을 목적으로 한다.

이하 도면에 따라서 그 발명을 설명한다.

예컨대 제1a도에 표시하는 바와 같이 판상의 금속부재(1)에 비교적 소경의 원공(2)을 천설하여 놓고, 비교적 대경인 환봉모양의 금속부재(3)를 원공(2)과 동축(4)상에 놓고, 금속부재(3)의 회전운동을 부여하면서 이것을 공(2)내로 서서히 삽입한다.

그 삽입과정은 아래와 같다.

먼제 제1a도에 표시하는 부재(1)과 (3)이 서로 떨어지 상태하에서 제2도에 표시하는 바와 같이 시각 t₀에서 부재(3)를 보내는 유압실린더(도면표시 생략)의 공급압을 0에서 p₂까지 타이머로서 서서히 증대시킨다.

시각 t₁에 있어서 양부재는 제1b도에 표시하는 바와같이 완전히 접촉되고 이때 실린더의 유압은 공급압 p₂보다 낮은 p₁을 표시한다. 시각 t₀에서 t₁까지의 사이를 스로오프(slope) 영역이라 칭한다. 시각 t₁에서 t₂에걸쳐서 실린더의 유압은 대략 p₁을 유지하며 이사이에 부재(1)과 (3)의 접촉부분의 온도는 점차로 상승하여 시각 t₂에 있어서는 금속의 용융온도에 도달하여 제1c도에 표시하는 바와 같이 부재(3)는 부재(1)에 약간 잠식된 상태로 된다.

이 기간을 가열영역이라 칭한다.

시각 t₂에서 t₃에 걸쳐서는 실린더의 유압이 p₁에서 p₂로 상승하며 시각 t₃에 있어서는 제1d도에 표시하는 바와같이 부재(1)과 (3)의 경계면(5)은 원추형으로 된다.

즉 본기간은 원추형경계면이 성형되는 기간이므로 성형영역이라 칭한다. 시각 t₃에서 t₄에 걸쳐서는 실린더의 유압은 공급압(p₂)에 대략 대등한 압력을 유지하고 시각 t₄에 있어서는 원추형의 경계면(5)의 선단이 공(2)의 출구의 약간 전방에 도달하게 된다.

이 기간은 경계면(5)의 원추를 성장시키면서 부재(3)이 부재(1)내를 전진하므로 전진영역이라 칭한다.

시각 t₄에서 t₅에 걸쳐서는 실린더의 유압은 반대로 감소의 경향을 나타낸다.

시각 t₄에 있어서는 부재(1)의 원공(2) 출구 주변부분(6)은 단조온도에 도달하여 연화되어있다.

따라서 이무렵 이후부터 부재(3)은 제1f도에 표시하는 바와같이 부재(1)의 출구주변부분(6)을 변형시키면서 전진한다.

이 기간을 단조가능영역이라 칭한다.

최후로 부재(3)의 회전을 정지하고, 그 송입실린더에 높은 유압(P₃)을 공급하면 부재(3)는 또다시 부재(1) 내로 전진한다.

이 조작을 업세트(up set)라 칭하며 이것을 종료한 시각 t₆에 있어서의 각 부재의 상태를 제1g도에 표시한다.

그리고 접합이 안정할때까지 이상태로 보전한다.

상술한 가공에 있어서 단조가능영역에서 추력의 감퇴는 부재(3)의 전방에 위치하는 부재(1)의 출구주위 부분(6)이 온도상승에 따라 연화되어 부재(3)의 전진에 대한 저항이 감소한 것을 표시하는 것이다.

따라서 이 영역에 도달할였을 때에 업세트를 행하는 것에 의하여 단접과 동일한 양호한 접합을 얻을 수가 있는 것이며, 이 영역에 도달하기전에 업세트를 행하면 부재(3)가 소정의 깊이까지 삽입되지 않기 때문에 접합강도는 현저하게 저하함으로 상술한 추력의 감퇴가 확인된 후에 업세트를 행하는 것이 필요하다.

그렇게하기 위해서는 부재(1)과 (3)의 재질 및 칫수에 따라 원공의 내경 및 형상이나 부재(3)의 접합부분의 외경 및 형상이나 추력, 시간을 선택하여 상술한 영역이 잘나타나게 되도록하지 않으면 안된다. 그리고 상술한 공작은 다음과 같은 특징이 있다.

(ㄱ) 공의 내면과 봉의 외면과의 마찰압전인 까닭에 종래의 소감이나 평면끼리의 마찰압접과 비교하여 현저하게 큰 접합강도를 표시한다.

(ㄴ) 용융물은 원추상의 마찰면을 타고 원활하게 압출(押出)되므로 종래의 용접이나 마찰압접과 같이 접합면에 도료나 산화물등의 이질이 혼입되는 것을 방지할 수가 있다.

(ㄷ) 접합면이 원추상이기 때문에 그 쐐기효과에 의해 종래 평면끼리의 마차압접에서의 업세트 압력 보다도 현저히 적은 추력으로서, 넓은 면적에 의한 압합이 가능하다.

(ㄹ) 접합면의 성형이 자연으로 행하여지기 때문에 부재에 다소의 편심이나 경사가 있어도 지장이 없으므로 부재의 사전가공이 불필요하다.

(ㅁ) 업세트에 적당한 시기를 정확하게 발견할수 있으므로 공작에 실패가 적으며 제품의 품질이 좋다.

또한 공의 출구쪽에 스톱퍼겸 압형(押型)을 설치하여 놓고, 업세트할때에 봉상부재의 선단을 눌러서 뭉그러 뜨리면 봉상부재의 삽입되는 심도를 제어할 수 있음과 아울러 보다 강고한 접합이 행하여진다.

접합면의 양단에서는 외부로 향하여 다량의 용융된 금속이 돌출하여 소위쇠밥을 형성하는바 이것은 후가공(後加工)으로 제기한다.

제3도는 판상부재(1)로서 지름 20mm의 공을 천설한 두께 20의 SS41 강판에 지픔 48mm의 S45C 강환봉부재(3)를 매분 1500 회전시키면서 삽입하는 과정을 표시한다.

동일한 도면에 있어서 실선은 조직의 경계선이며,

(a)는 삽입전의 상태

(b)는 3mm 삽입한 때의 상태

(c)는 12.5mm 삽입한 때의 상태

(d)는 18mm 삽입한 때의 상태

(e)는 22mm 삽입한 때의 상태를 표시하며,

점선은 부재(3)의 선단이 용융변형하고 있지 않을 때의 위치를 가상선으로 표시한다.

제4도는 제3도에 표시한 공정중에 부재(3)의 이동거리 및 추력의 시간적변화를 표시하며, 도면중(b)(c)(d)(e)의 각점은 제3b,c,d,e도의 각 상태에 대응한다.

또 제3도에 있어서 (11)은 부재(1)의 용융물이 부재(3)의 전방으로 향하여 압출되어 형성된부분, (12) 및 (13)은 부재(1)의 연화부분이 부재(3)의 삽입에 의하여 변형하여 형성된 부분, (14) 및 (15)는 부재(3)의 용융물이 각각 전후로 압출되어서 형성된 부분을 표시한다.

제5도는 판상부재(1)로서 지름 40mm의 공을 천설한 두께 20mm의 SM41강판에, 지름 48mm의 S45C 강환봉부재(3)를 삽입하는 과정을 표시하며,

(a)는 삽입전,

(b)는 8mm 삽입한 때

(c)는 10.5mm 삽입한 때

(e)는 19.5mm 삽입한 때를 표시한다.

이때의 이동거리 및 추력의 시간적변화는 제4도와 거의 동일한 경향을 나타낸다.

제6도 내지 제10도는 본 발명에 의한 공정의 용융예를 표시한다.

제6도에 있어서는 (a)에 표시한 바와같이 부재(1)의 공(2)은 선단이 협소한 경사면을 형성하고 있으며, 부재(3)를 삽입하는 것에 의하여 (b)에 표시하는 것과같은 접합상태가 얻어진다.

제7도에 있어서는 부재(3)의 선단이 협소한 경사면을 이루며, 이것을 부재(1)의 원주형공(2)에 삽입하는 것에 의하여 (b)에 표시하는 접합상태가 얻어진다.

제8도에 있어서는 부재(3)는 부재(1)의 공(2)과 동일한 정도의 소경부(3A)와, 대경부(3B)로부터 이루어지며, 먼저 소경부(3A)를 공(2)을 통과시킨후에 대경부(3B )를 공(2)에 삽통하는 것에 의하며, (b)에 표시하는 접합상태가 얻어진다.

이 접합상태는 특히 화살표 (16) 방향의 강한힘이 부재(3)에 작용하는 경우에 유리하다.

제9도는 부재(3)의 중간부분이 부재(1)에 접합된 상태를 표시하며, 이것은 제8a도에 표시한 부재(3) 대신 대경부(3B)의 양측에 소경부를 설치한 것을 사용하는 것에 따라서 얻어진다.

이 제9도의 응용예는 회전축의 중간부에 치차등을 부착 설치하는 경우에 유효하다.

제10도는 부재(3)를 삽입하는 것에 의하여 생기는 부재(1)의 변형을 적극적으로 이용하는 것으로서 부재(1)로서 (a)에 표시하는 폭(W)이 비교적 좁은 것을 사용하고, (b)에 표시하는 바와같이 상당히 굵은 지름의 부재(3)를 공(2)에 삽통한다.

그러면(C)에 표시하는 바와같이 삽입부분에서 부재(1)는 바깥쪽으로 팽출하고, 팽출된 부분(1A)은 보강역활을 한다.

이상의 모든 설명에 따라서 명백한 바와 같이, 본 발명에 있어서는 마찰압력에 의한 스로오프, 가열, 성형, 전진, 단조, 가능의 각 영역을 경유한후에 업세트 압력을 인가(印加)하는바 업세트 압력의 인가시기가 적절하기 때문에 항상 최양호한 상태에서의 접합이 행하여지며 제품의 품질이 대단히 높은 효과를 얻을수가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 원형공(2)을 보유하는 제1부재(1)와 그 원형공(2)과 동축(4)상에 배치되며, 그 원형공(2)의 내경보다도 충분히 큰 외경의 원주형 외면을 가지고 있는 제2부재(3)와의 사이에 상기한 축둘레에서 상대적 회전운동을 부여하면서 원형공(2) 내에 제2부재(3)를 압입하는 마찰압접감합 방법에 있어서 상기한 원형공(2)내에 제2부재(3)의 압입을 비교적 저추력(低推力)으로서 행하는 제1공정과, 제1공정에서 상기한 압입의 저항의 감퇴가 검출된후에 상대적 회전운동을 정지시킴과 아울러 추력을 증대시켜서 재차 압입을 행하는 제2공정을 설비한 것을 특징으로 하는 마찰압접 감합방법.

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