KR850000283B1 - 두 개의 금속부재의 결합방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

두 개의 금속부재의 결합방법

제1도 내지 제4도는 본 발명을 플라이휠 마그네토의 보스와 컵모양의 판과의 결합에 적용된 실시예를 나타내는 도면으로서,

제1도는 플라이휠 마그네토의 주요부의 종단면도.

제2도는 결합전의 보스의 외관도.

제3a도,제3b도는 보스의 홈 부분의 확대 종단면을 나타내는 도면으로서,

제3a도는 홈만을 가공한 상태의 단면도.

제3b도는 다시 너얼링 가공을 실시한 상태의 단면도.

제4도는 보스의 홈부분의 확대횡단면도.

제5도는 결합전의 플라이휠 코어의 종단면도.

제6도는 프레스에 의한 걸합공정을 나타내는 도면.

제7도는 본 발명에 있어서의 코어 및 보스부의 칫수 관계에 대한 설명도.

제8도는 본 발명에 있어서의 s/b와 간극 단면직의 관계를 나타내는 도면.

제9도는 본 발명의 효과를 설명하기 위한 도면.

제10도는 본 발명의 결합방법에 따른 다른 실시예를 나타내는 도면.

제11도는 본 발명의 방법에 의하여 결합한 치차의 종단면을 나타내는 도면.

제12도는 본 발명의 다른 실시예인 홈 가공법을 나타내는 도면.

제13도는 본 발명을 플랜지를 가진 보스와 원판의 결합에 적용한 실시예를 나타내는 도면이다.

본 발명은 축과 원판과 같은 두개의 금속부재를 직접 결합하는 방법에 관한 것이며,특히 큰 토오크를 전달하는 회전기기분야에서 적합한 결합방법에 관한 것이다. 두 개의 금속부재, 예를들면 축과 원판을 직접결합하는 종래의 방법으로서는 압입법, 즉 원판의 중공부에 축을 압입하여 결합하는 방법이 있다. 그러나 이 방법은 결합강도에 한계가 있으며 특히 토오크의 크기가 급격히 변동하는 분야에서는 사용할 수가 없다. 또 결합강도를 높이기 위하여 축의 바깥둘레를 미리 너얼링 가공을 하여 이 축을 원판의 중공부에 압입하는 방법도 있다. 그러나 이 방법에서는 압입시 원판의 중공부 근처가 너얼링의 돌기에 의하여 깎이거나 가공경화가 생기거나 한다. 이 때문에 원판의 축의 너얼링내에 충분하게 끼지 않아 전단강도를 얻을 수가 없게 된다. 또 압입시 중공부 근방이 깎이기 때문에 원판과 축의 중심을 일치시키는 것도 곤란하게 된다. 또 결합력을 증가시키기 위하여 압입력을 크게 하면 축이 구부러지는 결점이 있다. 또 두개의 금속부재를 직접 결합하는 다른 방법으로 축의 결합부 표면에 고리모양의 홈을 설치하고, 이축을 원판의 중공부에 십입하고, 다음에 원판의 끝부를 금형으로 가압하여 소성 변형시켜 그 일부를 상기 홈내로 유입시킴으로써 축과 원판을 결합시키는 방법도 알려져 있다. 그러나 이 방법에서는 금형으로 가압하기 때문에 원판이 홈속으로 유입하는 방향뿐만 아니라 반경방향 외측으로도 소성 변형하므로 원판의 일부를 홈속으로 충분히 유입시킬 수가 없게 된다. 따라서 큰 토오크 전달을 견딜 수 있는 결합강도를 얻을 수 없는 걸점이 있다.

본 발명의 목적은, 두개의 금속부재를 고리모양의 결합면에서 직접 결합함에 있어서, 기계적으로 견고한 결합력을 얻을 수 있는 결합방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 특징은 제1의 금속부재의 결합면에 고리모양의 홈을 설치하고, 이 홈의 바닥면에 너얼링 가공등으로 요철부를 형성하고, 한편 제2금속부재에 제1의 금속부재의 결합면과 걸어맞춰지는 결합면을 설치하여 이 결합면의 근방을 냉간가압하여 소성변형시킴으로써 상기 홈속으로 제2금속부재의 재료를 유동시켜서 두 금속부재를 결합하는 것이다.

제1도는 플라이휠 마그네토의 종단면을 나타내다. 도면에서 301은 엔진의 구동축이고, 그 한끝에 테이퍼부(302)가 형성되어 있다. 100은 중공의 보스이고, 재질은 구조용 탄소강 즉, ASPM 570(A~E) 75이다. 보스(100)는 키이(30) 및 너트(306)에 의해 구동축(301)에 고정되어 있다. 200은 컵모양의 플라이 휠 코어로서 재질은 연강 즉 ASPM 1038이다. 코어(200)에는 영구자석(311)과 자극편(312)이 원주상에 교대로 배치되어 있고 자극편(312)의 내면은, 발전 코일(31)이 감겨진 고정 철심(314)과 간격을 두고 마주대하고 있다.

코어(200)는 보스(100)에 직접 결합된다. 따라서 구동축(301)과 코어(200)가 일체로 결합되어 구동축(301)과 함께 코어(200)가 회전하게 된다. 다음에, 코어(200)와 보스(100)의 결합방법에 대하여 설명한다. 먼저,제2도는 결합전의 보스의 외관을 나타낸다. 보스(100)의 결합면(101)에는 고리모양의 홈(102)이 마련되며, 다시 그 홈의 밑면은 너얼리 가공된다. 홈 부분의 상세한 도면이 제3a도, 제3b도 및 제4도에 나타나 있다. 제3a도는 너얼링 가공전의 홈의 형상을 나타낸 것이다. 홈의 폭(B) 및 깊이는, 결합부분에 요구되는 축방향의 전단 강도에 따라 결정된다. 홈의 깊이(H₀)는 0.2~0.1㎜정도가 좋다. 홈은 너무나 깊이하여도 결합강도의 증가에 도움이 되지 않는다. 홈의 측면의 경사각(

)은 30°~70°범위내이며 45°정도로 하는 것이바람직하다. 다음에 제3b도 및 제4도의 표시와 같이 홈의 밑면에 너얼링 가공에 의하여 연속된 요철부(103)를 만든다. 요철부의 높이(H₁)는 0.2~ 0.1㎜, 꼭지각 β는 60°~120°범위이며 90°전후가 바람직하다. 요철부의 꼭지점은 결합면(10)보다 외측으로 나오지 않는 것이 좋다.

한편, 컵모양의 코어(200)에는, 제5도의 표시와 같이, 결합면(201)을 갖는 중공부(202)가 설치된다. 판의 두께(t)는 보스의 홈의 폭(B)보다 약간 크게 한다. 또 중공보 직경(D₂)과 보스 결합면 직경(D₁)의 관계는 코어의 중공부(202)에 보스(100)를 가볍게 삽입할 수 있을 정도 즉 삽입시 미끄럼 결합상태 또는 유동적 결합 상태가 되도록 하는 것이좋다. D₁에 비하여 D₂가 커지면 보스와 코어의 중심을 일치시켜 결합하기가 곤란하게 된다.

한편 D₁가 D₂보다 작아지면, 결합전에 보스를 압입할 필요가 있어 작업성이 저하된다.

제6도는 결합공정을 나타낸다.

코어(200)는 프레스 기계의 하형(下型)(400)의 평면부(400)에 재치된다.

다음에 보스(100)가 코어 중공부(202)에 삽입되어, 볼스타(410)위에 설치된 하형(400)의

부 (402)에 놓여지게 된다.

상부 누름판(300)의 중공부에는 금형끝부(500)가 배치된다. 601은 프레스 금형의 베드부이고 슬라이드(602)에 고정된다. 상부 용수철 누름판(603)과 용수철(604)과 하부 용수철 누름판(605)과 용수철 안내로(606)들이 슬라이드(602)와 상부 누름판(300)상이에 배치된다. 그리고 상부 용수철 누름판(603)은 슬라이드(602)에 고정되어 있다. 또 상부 누름판(300)의 아암(30)의 부분은 볼트(607)에 의하여 상부 용수철 누름판(603)에 고정된다. 결합 공정은 냉간에서 행해진다.

결합시에는 먼저 슬라이드(602)가 하강하면 금형의 베드부(601)의 금형끝부(500)와 상부 누름판(300)이 하강한다. 상부 누름판(300)의 아암(303)과 볼트(607)의 머리(608) 사이에는 틈새가 생기기 때문에, 금형끝부(500)에 의하여 코어(200)가 가압되기 전에 상부 누름판(300)의 평면부(302)에 의하여 코어(200)의 면부가 가압된다. 이 가압력은 슬라이드(602)로 부터 상부 용수철 누름판(603)과 용수철(604)을 거쳐 코어(200)의 면부에 직각 방향으로 가해진다.

이에 따라 코어(200)에는 상부 스프링 누름판의 평면부(302)와 하형의 평면부(401)에 대하여 작각인 방향으로 예비응력(

)이 작용하게 된다. 이 예비응력(

₀)은 코어의 재료가 소성변형하는 하한값의 응력, 즉 변형저항 (

₁)보다 약간 작다.

이 상태에서, 다시 슬라이드(602)가 하강하면 금형끝부(500)의 선단(501)이 코어(202)의 결합면(201)의 근처를 가압한다. 이로 인하여 코어의 결합면(201)의 근처에는 상기의 변형저항(

₁)보다 큰 응력(

₂)이 발생하기 때문에 소성 변형을 하게 되고 코어의 재료가 보스(100)의 홈(102)내로 유입한다. 코어(200)는 보스의 홈(102)과 마주대하는 부분과 원통부(210)를 제외하고는 하형의 평면부(410)와 망부 스프링 누름판의 평면부(302)에 의하여 구속되어 있기 때문에 변형되지 않고, 또 원통부(201)는 금형끝부의 선담(501)으로부터 떨어져 있으므로,변형저항 (

₁)보다 큰 응력이 생기지 않는다. 따라서 소성 변형은 결합면(201)의 근방에만 제한된다.

그러므로 비교적 작은 가압력에 의하여 홈(102)내에 코어(200)의 재료의 일부가 충분히 유입되며 강력한 결합력을 얻을 수가 있게 된다. 코어 및 축의 재질을 설명과 같이 하였을 경우,

예비응력은

₀=5~15㎏/㎟,

응력은

₂=150~180㎏/㎟,

정도로 하는 것이 좋다. 따라서 코어(200)의 외경을 100㎜로 하였을 경우, 용수철(604)에 의하여 가해지는 예비하중은 약 30톤, 금형끝부(500)에서의 결합 하중은 약 30~40톤 정도가 된다. 금형끝부(500)의 선단(501)은 고리모양으로 축심이 결합면(201)의 근방이 전주위에 걸쳐 균일하게 가압되기 때문에 보스(100)와 코어 (200)의 축심이 결합시에 틀려지지 않게 된다.

제7도는 코어와 보스의 결합부분을 상세하게 나타낸 도면이다. 코어에는 금형끝부(500)의 선단(501)에 의해 가압될때에 형성되는

, (204)가 있으나, 그 깊이(h)는 홈의 깊이(H)의 약 1내지 2배 정도이머 0.6~1.0㎜정도가 바람직하다.

부(204)의 체적(u), 홈(102)내에 코어(200)의 일부가 충분히 유입될 수 있도록 정해댜 한다.그러기 위하여서는 홈(102)의 체적(V)에 상당하는 량과 딴곳으로 빠져나가는량, 예를 들면 코어가 반경방향의 외측으로 늘어나는량 등의 합계량으로 할 필요가 있다.

코어의 상, 하면에 예비하중을 가해두면 딴곳으로 빠지는 양은 비교적 작아지며 u=1.5~2.0V정도면 된다. u를 확보하기 위하여

부 깊이(h)를 깊게하면 결합부분에 있어서의 코어의 유효 판두께가 얇아지며, 해당부분에 응력집중이 생겨서 강도가 저하된다. 또

부(204) 바닥과 홈(102)의 상단사이의 거리(S)가 대단히 짧거나 또는

부 바닥이 홈의 상단보다도 깊은 위치가 되면 결합 강도가 저하한다. 즉 홈(102)내로 유입하는 재료가 반경방향과 축방향으로 퍼지려고 하는 힘이 발생되어야 하는 것이다. 이 힘과 홈 및 너얼링에 의하여 얻어지는 전단력에 회하여 보스와 코어가 소정의 위치에 구속되는것이다. 이 힘과 홈 및 너얼링에 의하여 얻어지는전단력에 의하여 보스와 코어가 소정의 위치에 구속되는 것이다. 그러나 상기 거리(S)가 짧으면, 홈(102)내에 유입하는 재료가 반경방향과 축방향으로 퍼지려는 힘이 해제되므로서 결합력이 저하한다. 그러므로,

부(204) 의 깊이(h)를 취할 수 있는 범위에는 일정한 한도가 있게 된다.

이상과 같은 이유로,

부(204)의 폭(b)과 홈(102)의 폭(B)과의 관계를 0.5B

b

1.5B로 하는것이 바람직하다.

부(204)는 코어의 결합면(201)에 되도록 가까운편이 좋다. 결합면에서 멀면 금형끝부(500)에 의해 가압되었들때 재료(코어)가 윗쪽으로나 반경 방향외측으로 퍼지게 홈(102)내에 유효하게 유입되지 않는다. 그러므로

부(204)의 위치는 금형끝부(500)의 선단(501)의 용이 발취를 고려하여 결합면에서 약간 반경 방향 외측으로 하는 것이 좋다.

부(204)의 폭(b)과

부(204)바닥으로 부터 홈(102)의 상단까지의 거리(S)와 비, s/b는 일정범위로 하는 것이 바람직하다.

제8도는 s/b와 결합결 재료의 유동부족에 의해 발생하는 홈내 간극의 단면적과의 관계를 구한 실험 데이터를 나타난 그래프이다.

s/b가 작은 범위에서는 홈의 경사진 부분을 제외하고는 간극은 거의없다. s/b 3/4를 넘으면 홈 바닥에 간극이 있게 되며, s/b가 1이상이 되면 간극이 급격하게 증가한다. 이는 S가 커지면 금형끝부의 선단으로부터 홈의 상단까지의 거리가 멀어져서 재료가 소성유동할 때의 마찰 저항이 커지게되고 재료의 내부 응력이 높아지는 관계로 코어의 다른 부분이 변형하게 된다. 예를 들면 코어가 반경방향으로 늘어나게 되기 때문이다. 이것은 가입력을 증가시켜도 동일한 결과가 된다.

홈(102)내의 간극이 커지면 홈에 유입된 재료가 축방향 및 반경반향으로 퍼지려는 힘이 작아지므로 결합 강도가 크게 저하한다. 이와같읕 이유에서 s/b는 3/4이하로 하는 것이 바람직하다.

한편, S가 0이하, 즉 홈의 상단보다도

부가 깊어지면, 상술한 바와같이 홈(102)내에 유입된 재료가 축방향 및 반경방향으로 퍼지려는 힘이 커지지 못하고 따라서 결합강도는 작아진다.

이상의 여러가지를 종함하면, s/b는 다음과 같은 관계를 갖도록 하는 것이 바람직하다.

D

s/b

3/4

이상 설명과 같이 본 발명의 결합방법에 의하면, 너어링이 형성된 홈내에 재료가 충분히 유입되기 때문에 결합부가 축방향 및 반경방향으로 큰 전단강도를 갖게 되며, 따라서 강력한 결합력을 얻게 된다. 예를 들면, 제1도 표시의 실시예에서, 보스(100)의 걸합면 외경(D₁)을 28㎜로 했을 경우, 토오크는 90~100㎏ㆍm에 달하게 된다. 이는 종래 알려진 방법 즉, 결합면에 직접 니얼링 가공을 하고 그 축을 코어의 중공부에 압입하는 방법에 의한 강도에 대하여 약 3배가 되는 크기인 것이다. 또, 보스와 코어의 축심을 일치시키는 것도 용이하다.

축과 원판을 결합하는 경우는 금형끝부에의해 가압할 때에 원판의 전표면에 대하여 예비하중을 가하는 것이 판면의 뒤틀림을 방지하는데 효과적이다.

예비하중을 가하지 않고 금형끝부(500)만으로 가압하면 제도에서 파선으로 나타내는 바와같이, 금형이 가압하는 쪽으로 변형을 발생한다. 원판(220)의 외경(D)이 100㎜인 것에서 0.3~0.7㎜의 변형(

)이 발생된다. 이것을 방지할 목적과 홈내로 재료가 유효하게 유입되도록할 목적으로 예비하중 ∑

₀=0.33~1.0∑

₂로 하는 것이좋다. 물론 원판의 두께가 충분하면 예비하중을 가하지 않더라도 변형이 일어나지 않는다.

제10도는 본 발명의 결합방법의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에서는, 원판(22)을 그상하면 뿐만 아니라, 외주면에 대해서도 예비응력(

₀)을 가하기 위한 외형(外型)(420)을 사용한 것이다. 원판(220)은 전표면이 구속되어 있기 때문에 금형끝부(501)로 가압했을때 재료가 홈(102)내에 홈(102)내에 완전하게 유입된다.

이 방법은 특히 원판(22)의 상, 하면의 면적이 작고, 따라서 상부 누름판(300) 및 용수철(604)에 의한 가압만으로서는 충분한 구속력을 얻을 수 없는 경우에 유효하다.

제11도는 본 발명을 치차(23)와 축(110)의 결합에 이용한 예를 나타낸다. 치차(230)의 재료는 비교적 소성변형이 용이한 고탄소강이며, 외주부에 가까운 치차 부분만을 담금질 처리한다.

제12도는 본 발명의 홈 형상의 다른 실시예를 나타낸다. 홈(102)의 바닥에는 간헐적으로 요철부(104)가 형성되어 있다. 가공법을 설명하면 우선 홈을 가공한 후 펀치(700)들을 등간격으로 배치한후, 모든 펀치들에 동시에 하중을 가함으로써 요철부(104)를 형성한다.

제13도는 외측에 변형 저항이 큰 재료가 위치하는 것 예를들면 디스크 브레이크판에 본 발명을 적용한 예를 나타낸다.

240은 스테인리그 강재의 중공원판이머 결합면(241)에 요철부를 갖는홈(242)이 설치되어 있다.

한편 130은 연강재의 중공이며, 플랜지(131)의 바깥둘레가 걸합면(132)으로 되어있다. 이 예에서는 중공축의 플랜지과 가압하여 소성변형시켜서 중공원판(240)과 결합을 하게 된다.

본 발명은, 이상 설명한 실시예에 그치지 않고 축, 원통, 원판, 컵형태의 판, 기타 각종 형태의 금속부재를 원통형태의 결합면에 결합하는 경우에 적용되다.

Claims (1)

1. 제1의 금속부재와 이 제1금속부재보다 변형 저항이 작은 재료로 이루어지는 제2금속부재가 원통상의 결합면을 가지고 결합함에 있어서,제1금속부재의 결합면에는 그 원주 방향을 따라서 홈이 설치되고, 이 홈의 바닥에는 요철부가 형성되며, 제1금속부재와 제2금속 부재의 결합면은 동심적으로 끼워져서 배설되고, 제2금속 부재의 결합면의 접속단의 근방이 냉간가압에 의해 국부적으로 소성 변형됨으로써 제2금속부재의 재료 일부가 상기 제1금속부재의 홈내로 유입됨으로써 제1금속 부재와 제2금속 부재가 결합되는 것을 특징으로 하는 두개의 금속부재의 결합방법.

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