그만큼 기어 샤프트건설 기계에서 가장 중요한 지지 및 회전 부품으로, 회전 운동을 실현할 수 있습니다.기어기어축은 다른 부품들과 함께 장거리 토크 및 동력 전달에 사용될 수 있습니다. 높은 전달 효율, 긴 수명, 그리고 컴팩트한 구조라는 장점을 가지고 있어 건설 기계 동력 전달 장치의 핵심 부품으로 널리 사용되고 있습니다. 현재 국내 경제의 급속한 발전과 사회기반시설 확충에 따라 건설 기계에 대한 수요가 새롭게 증가할 것으로 예상됩니다. 기어축의 재질 선정, 열처리 방식, 가공 지그의 설치 및 조정, 호빙 공정 매개변수, 그리고 이송 속도는 기어축의 가공 품질과 수명에 매우 중요한 영향을 미칩니다. 본 논문에서는 자체적인 경험을 바탕으로 건설 기계용 기어축 가공 기술에 대한 구체적인 연구를 수행하고, 이에 따른 개선 설계 방안을 제시하여 건설 기계용 기어축 가공 기술 향상에 강력한 기술적 지원을 제공하고자 합니다.

가공 기술에 대한 분석기어 샤프트건설 기계 분야

연구의 편의를 위해 본 논문에서는 건설 기계에 사용되는 대표적인 입력 기어축, 즉 스플라인, 원주면, 호면, 숄더, 홈, 링 홈, 기어 등 다양한 형상의 기하학적 표면과 형상 요소로 구성된 전형적인 계단형 축 부품을 선정하였다. 기어축은 일반적으로 정밀도 요구 사항이 높고 가공 난이도가 비교적 높기 때문에 재료, 인벌류트 외측 스플라인, 기준점, 치형 가공, 열처리 등 가공 공정의 주요 단계를 정확하게 선택하고 분석해야 한다. 기어축의 품질과 가공 비용을 확보하기 위해 기어축 가공의 주요 공정들을 아래에서 분석한다.

재료 선택기어 샤프트

동력 전달 장치에 사용되는 기어축은 일반적으로 고품질 탄소강인 45강, 합금강인 40Cr, 20CrMnTi 등으로 제작됩니다. 이러한 재질은 일반적으로 요구되는 강도를 충족하고 내마모성이 우수하며 가격 또한 적절합니다.

황삭 가공 기술 기어 샤프트

기어 샤프트는 높은 강도가 요구되므로, 원형 강재를 직접 가공하는 것은 재료와 노동력이 많이 소모됩니다. 따라서 일반적으로 단조품을 블랭크로 사용하며, 대형 기어 샤프트에는 자유단조, 금형단조를 사용할 수 있습니다. 소형 기어의 경우, 샤프트와 일체형 블랭크로 제작하는 경우도 있습니다. 블랭크 제조 시, 자유단조 블랭크의 경우 GB/T15826 규격을 준수해야 하며, 금형단조 블랭크의 경우 GB/T12362 시스템 규격을 준수하여 가공해야 합니다. 단조 블랭크는 불균일한 결정립, 균열 등의 단조 결함이 없어야 하며, 관련 국가 단조 평가 규격에 따라 검사해야 합니다.

블랭크의 예비 열처리 및 황삭 가공

기어 샤프트가 많이 사용되는 블랭크는 대부분 고품질 탄소 구조강 및 합금강으로 만들어집니다. 재료의 경도를 높이고 가공성을 개선하기 위해 노멀라이징 열처리를 적용합니다. 노멀라이징 공정은 960℃에서 공랭하여 경도 HB170~207을 유지합니다. 또한 노멀라이징 열처리는 단조 결정립을 미세화하고 결정 구조를 균일하게 하며 단조 응력을 제거하는 효과가 있어 후속 열처리를 위한 기반을 마련합니다.

황삭 가공의 주된 목적은 가공 대상물의 표면에 가공 여유를 확보하는 것이며, 주요 표면의 가공 순서는 부품의 위치 기준 선택에 따라 결정됩니다. 기어축 부품 자체의 특성과 각 표면의 정밀도 요구 사항은 위치 기준에 영향을 받습니다. 기어축 부품은 일반적으로 축을 위치 기준으로 사용하므로 기준을 통일하고 설계 기준과 일치시킬 수 있습니다. 실제 생산에서는 외경을 황삭 위치 기준으로 사용하고, 기어축 양 끝단의 상단 구멍을 정밀 위치 기준으로 사용하며, 오차는 치수 오차의 1/3~1/5 이내로 제어합니다.

예비 열처리 후, 블랭크의 양쪽 끝면을 (선에 맞춰) 선삭 또는 밀링 가공하고, 양쪽 끝의 중심 구멍을 표시한 다음 드릴링하고, 마지막으로 외측 원을 황삭 가공합니다.

외측 원 마무리 가공 기술

정밀 가공 과정은 다음과 같습니다. 기어 샤프트 양 끝단의 상단 구멍을 기준으로 외경을 정밀하게 가공합니다. 실제 생산 공정에서는 기어 샤프트를 일괄 생산합니다. 기어 샤프트의 가공 효율과 품질을 향상시키기 위해 일반적으로 CNC 가공을 사용하며, 이를 통해 모든 가공물의 가공 품질을 프로그램으로 관리할 수 있어 일괄 생산의 효율성을 보장할 수 있습니다.

완성된 부품은 작업 환경 및 부품의 기술적 요구 사항에 따라 담금질 및 템퍼링 처리를 할 수 있으며, 이는 후속 표면 담금질 및 표면 질화 처리의 기초가 되어 표면 처리로 인한 변형을 줄일 수 있습니다. 만약 설계상 담금질 및 템퍼링 처리가 필요하지 않다면, 바로 호빙 공정으로 진행할 수 있습니다.

기어축 톱니 및 스플라인 가공 기술

건설 기계의 동력 전달 시스템에서 기어와 스플라인은 동력과 토크를 전달하는 핵심 부품이며, 높은 정밀도를 요구합니다. 기어는 일반적으로 7~9등급 정밀도를 사용합니다. 9등급 정밀도의 기어는 기어 호빙 커터와 기어 셰이핑 커터 모두 요구 사항을 충족할 수 있지만, 기어 호빙 커터의 가공 정밀도와 효율성이 기어 셰이핑 커터보다 훨씬 높습니다. 8등급 정밀도가 요구되는 기어는 먼저 호빙 또는 셰이빙 가공 후 트러스 가공을 할 수 있습니다. 7등급 고정밀 기어의 경우, 생산 배치 규모에 따라 다른 가공 기술을 사용해야 합니다. 소량 생산이나 단일 제품 생산의 경우, 호빙(홈 가공) 후 고주파 유도 가열 및 담금질 등의 표면 처리 방법을 거쳐 최종적으로 연삭 가공을 통해 정밀도를 달성할 수 있습니다. 대량 생산의 경우, 먼저 호빙 가공 후 셰이빙 가공을 합니다. 그 다음 고주파 유도 가열 및 담금질을 거쳐 마지막으로 호닝 가공을 합니다. 담금질이 필요한 기어의 경우, 도면에 요구되는 가공 정밀도 수준보다 더 높은 수준으로 가공해야 합니다.

기어축 스플라인은 일반적으로 직사각형 스플라인과 인벌류트 스플라인 두 가지 유형이 있습니다. 높은 정밀도가 요구되는 스플라인에는 롤링 치형과 연삭 치형이 사용됩니다. 현재 건설 기계 분야에서는 압력각이 30°인 인벌류트 스플라인이 가장 많이 사용됩니다. 그러나 대형 기어축 스플라인의 가공 기술은 복잡하고 특수 밀링 머신이 필요하며, 소량 생산의 경우 인덱싱 플레이트를 사용하여 숙련된 기술자가 밀링 머신으로 가공할 수 있습니다.

치아 표면 침탄 또는 중요 표면 담금질 처리 기술에 대한 논의

기어축 표면 및 주요 축 직경 부위의 표면은 일반적으로 표면 처리가 필요하며, 표면 처리 방법에는 침탄 처리와 표면 담금질이 있습니다. 표면 경화 및 침탄 처리의 목적은 축 표면의 경도와 내마모성을 향상시키는 것입니다. 강도, 인성 및 소성 측면에서는 일반적으로 스플라인 톱니, 홈 등은 표면 처리가 필요하지 않으며 추가 가공이 필요합니다. 따라서 침탄 또는 표면 담금질 전에 도료를 도포하고, 표면 처리가 완료되면 가볍게 두드린 후 도료를 제거합니다. 담금질 처리 시에는 온도, 냉각 속도, 냉각 매체 등의 요소에 주의를 기울여야 합니다. 담금질 후에는 휘어짐이나 변형 여부를 확인하고, 변형이 큰 경우에는 응력을 제거하고 다시 성형해야 합니다.

중심 구멍 연삭 및 기타 주요 표면 마감 공정 분석

기어축의 표면 처리가 완료되면 양 끝단의 상단 구멍을 연삭하고, 연삭된 표면을 정밀 기준점으로 삼아 다른 중요한 외면과 단면을 연삭해야 합니다. 마찬가지로 양 끝단의 상단 구멍을 정밀 기준점으로 삼아 도면 요구 사항을 충족할 때까지 홈 주변의 중요한 표면들을 마무리 가공합니다.

치아 표면 마무리 공정 분석

치아 표면의 마무리는 양 끝의 상단 구멍을 마무리 기준으로 삼아 정밀도 요구 사항이 최종적으로 충족될 때까지 치아 표면 및 기타 부분을 연마하는 방식으로 진행됩니다.

일반적으로 건설 기계 기어축의 가공 경로는 블랭킹, 단조, 노멀라이징, 황삭 선삭, 정삭, 황삭 호빙, 정삭 호빙, 밀링, 스플라인 디버링, 표면 담금질 또는 침탄, 중심 구멍 연삭, 중요 외면 및 단면 연삭 순이며, 선삭 홈 근처의 중요 외면 연삭 제품은 검사 후 보관됩니다.

실무를 종합해 보면, 기어 샤프트의 현재 공정 경로 및 공정 요구 사항은 위와 같지만, 현대 산업의 발전과 함께 새로운 공정 및 신기술이 지속적으로 등장하고 적용되며, 기존 공정 또한 끊임없이 개선되고 구현되고 있습니다. 가공 기술 또한 끊임없이 변화하고 있습니다.

결론적으로

기어축 가공 기술은 기어축 품질에 지대한 영향을 미칩니다. 각 기어축 가공 기술은 제품 내 위치, 기능, 관련 부품의 위치와 밀접한 관련이 있습니다. 따라서 기어축 가공 품질을 확보하기 위해서는 최적의 가공 기술을 개발해야 합니다. 본 논문은 실제 생산 경험을 바탕으로 기어축 가공 기술을 구체적으로 분석합니다. 가공 재료 선정, 표면 처리, 열처리, 절삭 가공 기술에 대한 상세한 논의를 통해 기어축 가공 품질 및 효율적인 가공을 보장하는 생산 방식을 제시합니다. 효율적인 가공 기술은 기어축 가공에 중요한 기술적 지원을 제공할 뿐만 아니라, 유사한 제품의 가공에도 유용한 참고 자료가 될 것입니다.