[논문]SCM420H 유성기어의 쇼트피닝 효과에 관한 연구

안인효; 안민주; 류성기

doi:10.14346/jkosos.2011.26.1.015

[국내논문] SCM420H 유성기어의 쇼트피닝 효과에 관한 연구
A Study on the Effect of the Shot Peening in SCM420H Planetary Gear 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.26 no.1, 2011년, pp.15 - 20

안인효 (한국폴리텍항공대학) , 안민주 (한국폴리텍VII대학) , 류성기 (경상대학교 기계항공공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

This study deals with the effect of the shot peening in SCM420H planetary gears. The hardness and roughness of the gear surface can be improved by shot blast and shot peening. there in, the shot peening techniques are welcomed especially as one of the physical surface improvement methods. The two treatments are used widely, because of the qualitative analysis of shot blast and shot peening has become possible and the surface treatment can be done with little costs compared with other surface improvement methods. Therefore, this study investigates the effects of shot blast and shot peening in surface shape. The fatigue strength test at a constant stress amplitude is performed by using an electrohydraulic serve-controlled pulsating tester. And fatigue test also explained characteristics of shot blast and shot peening of planetary gears.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

이 두 가지 처리를 한 이유는 생산 현장에서는 쇼트피닝과 쇼트블라스트를 구분 없이 무분별하게 사용하고 있기 때문이다. 따라서 이 각각의 처리 방법이 기 어 치 면의 경도, 조도 및 치형 변화와 Pitch error 등의 변화에 미치는 효과를 고찰하고 또한 전기-유압 서보 피로시험기로 굽힘 피로시험을 통해 S-N곡선을 구하여 쇼트피닝이 기어의 이 뿌리 위험 단면에서의 피로강도에 미치는 영향을 고찰하고자 한다
본 연구에서는 쇼트블라스트와 쇼트피닝 처리가 기어의 표면경도, 표면조도, 치형 및 피치 에러 등과 같은 표면성상의 변화 및 피로강도 변화에 어떤 영향을 미치는지를 분석한 연구이며, 본 연구에서 얻은 결과는 다음과 같다
따라서 유성기어는 선반으로 제품 가공 시 연마 여유까지 계산해서 제품을 만들고 열처리 후 내경연마가 필수적 이다. 본 연구에서는 침탄 열처리 과정에서 원통도와 진원도가 수치적으로 얼마나 변하는지를 측정하고, 그리고 CQB와 CQP 처리 후 원통도 와 진원도의 향상 정도를 파악하고 침탄 열처리 후 연마과정을 생략할 수 있는 지를 알아보고자 했다. 진원도 측정에 사용된 측정기는 RANDC0M41C 를 이용하였다.

제안 방법

이용하여 제작하였다. 또한 기어의 침탄 열처리 후 쇼트블라스트와 쇼트피닝 처리를 각각 실시하였다. 이 두 가지 처리를 한 이유는 생산 현장에서는 쇼트피닝과 쇼트블라스트를 구분 없이 무분별하게 사용하고 있기 때문이다.
시험기어의 시편은 저석 커터로 절단하여 마운팅 한 후 폴리싱(polishing)과 래핑(lapping) 을 실시하였으며, 측정부위는 기어의 마모나 절손이 많이 일어나는 PCD 부분에서 경도를 측정하였다. 경도 측정조건은 하중 300 gf, 지속시간 20초로 하였다.
시험기어의 재료는 KSD 규격의 SCM 420H를 人]용하였으며, 그 화학적 조성비를 Table 2 에 나타냈다. 재료의 성분 분석은 소재업체에 의뢰하여 분석을 하였다.
0 을 추천하므로 본 시험의 비파괴 반복하중 수는 N= 3引。6으로 하였다. 전기유압서보식 굽힘 피로 시험기를 사용하여 CQ, CQB, CQP를 피로시험을 하였으며, 그 시험결과를 정리하여 S-N곡선의 경사 부와 수평부를 구하여 Fig. 12에 나타냈다. Fig.
조도측정은 조도측정기(HOMMEL TEST T500) 를 이용하였으며, 시험편 5 EA에 대한 각각의 CQ, CQB, CQP를 10점 평균거칠기(既), 최대높이 거칠기(Rmax), 중심선 평균거칠기(Ra)를 측정하여 Fig. 4에 나타냈다. Fig.
치형 측정은 기어 잇줄의 좌표를 디지털적으로 측정하여 이것을 이론상의 잇줄과 비교하여 오차를 산출흐]는 방법이다. 측정방법은 치형측정기(CLP-65)를 이용하여 기어의 회전중심을 측정기준으로 하고 약 90° 마다 1개의 이의 좌우 양 치면을 측정했다. 그리고 유성기어는 스퍼기어로서 KS B 1405에 의해 9등급으로 나누어지며, 사용 목적에 따라서 각각의 오차에 대한 조합하여 Glade를 나타낸다.

대상 데이터

본 연구에서는 실제 산업현장에서 가장 많이 이용하는 SCM420H 소재를 이용하였으며 기어 가공공정은 산업현장에서 일반적으로 가장 많이 사용되는 흐 버 커터(hob cutta")와 세이빙 커터(shaving cutter) 를 이용하여 제작하였다. 또한 기어의 침탄 열처리 후 쇼트블라스트와 쇼트피닝 처리를 각각 실시하였다.
본 연구에 사용한 시험기어의 제원은 Table 1과 같으며, 이뿌리에서 X선 잔류응력측정이 가능하도록 모듈 m=4.75, 잇수 戶27를 선택하였고, 피로 시험기의 부하 능력을 고려하여 이폭 b=13.58 mm를채택하였다. 시험기어의 재료는 KSD 규격의 SCM 420H를 人]용하였으며, 그 화학적 조성비를 Table 2 에 나타냈다.
58 mm를채택하였다. 시험기어의 재료는 KSD 규격의 SCM 420H를 人]용하였으며, 그 화학적 조성비를 Table 2 에 나타냈다. 재료의 성분 분석은 소재업체에 의뢰하여 분석을 하였다.
실험을 위하여 CQ, CQB, CQP의 3가지 시험 기어를 준비하였으며, CQ 후 쇼트블라스트와 쇼트피닝 조건은 Table 4와 같다.

이론/모형

본 연구에서 사용된 시험기어의 경도는 마이크로 비커스경도기 (AKAISHI MVK-E)를 사용하여 측정하였다. 시험기어의 시편은 저석 커터로 절단하여 마운팅 한 후 폴리싱(polishing)과 래핑(lapping) 을 실시하였으며, 측정부위는 기어의 마모나 절손이 많이 일어나는 PCD 부분에서 경도를 측정하였다.
본 연구에서는 침탄 열처리 과정에서 원통도와 진원도가 수치적으로 얼마나 변하는지를 측정하고, 그리고 CQB와 CQP 처리 후 원통도 와 진원도의 향상 정도를 파악하고 침탄 열처리 후 연마과정을 생략할 수 있는 지를 알아보고자 했다. 진원도 측정에 사용된 측정기는 RANDC0M41C 를 이용하였다. CQ, CQB, CQP의 원통도와 진원 도를 측정하여 그 값을 Fig.

성능/효과

1) PCD 부분의 표면경도 값은 침탄 기어(CQ)보다 쇼트블라스트기어(CQB)는 약 4 Hv, 쇼트피닝 기어(CQP)는 약 25 Hv 향상되었다.
2) 표면조도는 10점 평균 거칠기(Rz)를 기준으로 침탄 기어(CQ)보다 쇼트블라스트기어(CQB)는 약 17.4%, 쇼트피닝기어(CQP)는 약 21.6% 향상되었다.
3) Pitch error는 침탄기어(CQ)를 기준으로 쇼트블라스트기 어(CQB)는 약 30.4%, 쇼트피닝기어(CQP) 는 약 46.5% 향상된 것으로 나타났다. 흔들림(Runout) 의 경우 CQ를 기준으로 CQB는 약 15.
4) 원통도의 경우 침탄기어(CQ)를 기준으로 쇼트블라스트 기어(CQB)는 약 22.0%, 쇼트피닝기어 (CQP)는 약 22.5% 향상된 것으로 나타났으며, 진원도 는 CQ를 기준으로 CQB가 약 4.9%, CQP는 약 10.2% 향상되었다.
5) 피로강도의 경우 침탄기어(CQ)를 기준으로 쇼트블라스트 기어(CQB)는 약 32.5%, 쇼트피닝기어 (CQP)는 약 51.9% 향상되었다.
4에 나타냈다. Fig. 4에서 알 수 있듯이 10점 평균 거칠기를 기준으로 CQ보다 CQB는 약 17.4%, CQP는 약 21.6% 향상되었다. 이는 CQB와 CQP에 의한 burr 제거 및 가공경화 효과이다.
CQ에서 피치에러가 아주 높게 나타나는 이유는 열처리 후 후처리를 하지 않고 측정을 하였기 때문에 bun- 및 이물질이 붙어있어서 튀는 현상이 일어나기 때문이다. 따라서 열처리 후 후처리로 CQP가 효과적인 것을 확인할 수 있었다. 흔들림(Run-out)의 경우 CQ를 기준으로 CQB는 약 15.
9, 10에 나타냈다. 원통도 는 Fig. 9에 나타난 바와 같이 CQ를 기준으로 CQB가 약 22.0%, CQP는 약 22.5% 향상된 값이 나타났다. 진원도는 Fig.
5% 향상된 값이 나타났다. 진원도는 Fig. 10에서와 같이 CQ를 기준으로 CQB가 약 4.9%, CQP는 약 10.2% 향상된 값이 나타났다. 따라서 침탄열처리 후 연마과정을 생략하고 CQB나 CQP로 대체가 가능하다고 판단된다.
6 에 나타냈다. 피치에러의 경우 C아를 기준으로 CQB 는 약 30.4%, CQP는 약 46.5% 향상된 것으로 나타났다. CQ에서 피치에러가 아주 높게 나타나는 이유는 열처리 후 후처리를 하지 않고 측정을 하였기 때문에 bun- 및 이물질이 붙어있어서 튀는 현상이 일어나기 때문이다.

참고문헌 (12)

김광태, 정재수, "기어 기초 활용 기술", 예문사, pp. 3-7, 2001.
Wohlfahrt, H., "The Influence of Peening Condition on the Resulting Distribution of Residual Stress", Proc. of the 2nd International Conference on Shot Peening, Vol. 1, Chicago, pp. 316-331, 1984.
Xenophon, J. K., "Shot Peening Viable Method to Extending Component Lift", SAE. 891932, 1989.
Sung-ki Lyu, etc, "Effects of Surface Treatment on the Bending Fatigue Strength of Carburized Spur Gears", JSME International Journal Series C, Vol. 39, No. 1, pp. 108-114, 1996.
Proc, "First International Conference on Shot Peening", Paris. Pergamon Press. 1981.
신용승, 정성교, 서유원, "쇼트피닝한 SCM22강의 피로특성평가", 한국공작기계학회 논문집, pp. 126-131, 1998.
이종규, 김정규, "피로강도 및 수명에 미치는 Shot Peening에 의한 잔류응력의 영향", 대한기계학회 논문집 A권, 제21권, 제9호, pp. 1498-1506, 1997.

원문보기 상세보기
정성균, 이승호, 쇼트피닝 가공 개론, 세화출판사, pp. 13-29, 78, 2001.
이승호, 김희송, 정성균, 문혁, "고강도화를 위한 쇼트피닝이 피로강도에 미치는 영향", 대한기계학회 추계학술대회 논문집 A, pp. 322-327, 1997.
AGMA Standard, "Practice for carburized Aerospace Gearing", 246. 0A, pp. 11-14, 1979.
염영하, "최신 재료 시험법", pp. 200-201, 1996.
ISO/DP 6335/111, Calculation of load capacity of spur and helical gears, part 3, pp. 78-105, 1980.

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