기계재료학-공기압 실린더

소개글

기계재료학-공기압 실린더에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 제품 개요

2. 기능 분석 및 설계 조건
-로드 커버 & 헤드 커버
-피스톤
-피스톤 로드
-실린더 튜브
-체결 로드

3. 설계 조건에 따른 재료 선정

4. 결론

본문내용

1. 제품 개요
<공압 실린더>
1.1 대기중의 공기를 압축해 생성된 공기의 압력 에너지를 직선적인 기계적 힘이나 운동 등의 동력으로 바꾸어 이용하는 기기.
1.3 공압 실린더 단독으로는 이용되지 않고, 산업자동화 기기등에서 컴프레셔, 청정화기기, 공기압 보조기기, 방향제어기기 등의 다른 기기들과 함께 쓰인다.
1.4 사회 전반에서 쓰이지 않는 곳이 없다고 할 정도로 모든 분야에서 이용 된다.
1.5 부품 구성
2. 기능분석 및 설계조건
2.1 로드 커버 & 헤드 커버
실린더의 양단에 설치되어 피스톤 행정의 위치를 결정한다. 완충 기구가 내장된 것은 헤드 커버부분에 설치되어 있고 피스톤 로드를 지지하고 있는 피스톤 로드 부싱과 로드 실용 패킹이 장착되어 있다. 피스톤의 움직임에 의해 지속적인 충격이 가해지므로 재질로는 충분한 강도와, 내마멸성 요구된다.
2.2 피스톤
피스톤은 공기의 압력을 받아 실린더 속을 왕복운동 함으로써 운동에너지를 생산하는 기능을 한다. 피스톤과 실린더 사이에 내열성과 내마모성이 요구되며, 피스톤과 커버사이에 지속적인 충돌이 발생하므로 충분한 강도를 가져야 한다.
2.3 피스톤 로드
피스톤 로드는 피스톤에 연결되어 피스톤의 운동을 실린더 밖으로 전달하여 기계적 에너지로 변환하는 기능을 한다. 직접적으로 외부와 연결되어 있어서 재료 선정에 있어서 매우 중요하다. 작용하는 부하에 따라 압축, 인장, 굽힘, 진동 등의 하중에 견딜 수 있는 충분한 강도와 내마모성이 요구된다.
2.4 실린더 튜브
실린더 튜브는 피스톤 움직임을 안내하는 것으로 안에는 압축공기로 채워져 있다. 압축공기의 힘을 견딜 수 있는 충분한 강도가 요구되며, 피스톤의 미끄럼 운동이 발생하게 되므로 피스톤과 실린더 튜브 사이에 내마모성과 내열성이 요구된다.
2.5 체결 로드
체결 로드는 실린더 내에 공압을 견딜 수 있어야 하며, 또한 피스톤과 커버 사이에 피스톤의 왕복운동에 의해 발생되는 충격에도 견딜 수 있어야 한다. 따라서 충분한 강도가 요구된다.
3. 설계조건에 따른 재료선정
3.1 로드 커버 & 헤드 커버
커버 재질은 Al-Cu 합금이 사용된다. 이 합금은 주조성과 기계 가공성, 강도와 경도 등의 기계적 성질이 우수하나, 고온에서 균열이 발생하는 결점이 있다. 이를 보완 해 주기 위해 1%정도의 규소(Si)를 첨가시키면 억제가 가능하며, 주조성 또한 개량된다. 또 여기에 Mn, Ni 등을 0.2% 정도 첨가하면 고온 강도가 현저하게 개량된다.
3.2 피스톤
피스톤에는 Al에 4%의 구리 2%Ni, 1.5%Mg를 함유하고 있는 Al-Cu-Ni-Mg계 합금을 이용한다. 이 합금은 내열용 합금으로서 고온에서 강한 것이 특징이다. 보통 Y합금이라고 불리며 자동차, 항공기용 엔진에 이용된다.
3.3 피스톤 로드
피스톤 로드에는 불순물이 적은 0.6~1.5%의 탄소를 함유한 고탄소강에 담금질과 뜨임을 해주어 강도와 경도 개선한 탄소공구강(SM45C)이 사용된다. 가공이 용이하여 목공용, 연질 금속용, 경절삭용 공구로 많이 사용되고 있다. 이외에 특수강, 스테인리스 등도 특수 용도로 사용된다.
3.4 실린더 튜브
재질로는 용도와 걸리는 부하에 따라 다르지만, 일반적으로 알루미늄 합금(A6063-T5, Si 0.2~0.6%, Fe 0.35이하, Cu 0.1%이하, Mn 0.1%이하 Mg (0.45~0.9%)에 고온가공에서 냉각 후 인공시효 경화처리를 한 것을 사용한다. 이 합금(A6063-T5)은 충격값과 내력, 내식성이 좋다. 이외에도 주철, 포금, 황동, 탄소 강관, 스테인리스 및 플라스틱 튜브도 사용된다.
3.5 체결 로드 (참고 교제 P277 ~ P291, 기계적ㆍ물리적 성질이 아주 잘 정리되어 있음)
실린더내의 공압에 견뎌야 하며, 피스톤의 왕복운동 시 실린더가 움직이지 않도록 충분히 고정되어야 한다. 따라서 충분한 강도가 요구되므로, 일반적으로 강도와 경도가 높은 탄소강(SCM3, 탄소 0.33%~0.38%) 제품을 사용한다.
4. 결론
4.1 로드 커버 & 헤드 커버
커버에 사용되는 알루미늄 합금은 강도와 경도가 높고 내마멸성, 내열성 등 기계적 성질이 뛰어나 커버로 사용되기에 적합하다. 또한 주조성, 가공성이 뛰어나다. 하지만 표준화 된 제품이 아니기 때문에 대량 생산은 하지 않고 많은 업체에서 다품종 소량 생산한다.
4.2 피스톤
피스톤에 사용되는 Y합금은 내열성과 내마모성이 좋아 피스톤에 적합하다. 또 피스톤은 다이 캐스팅 방법으로 대량생산이 가능하므로 가격이 경제적이다. 하지만 여기에 용도에 따라 열처리, 도금 등을 추가로 하게 되면 추가 비용이 발생한다.
4.3 피스톤 로드
피스톤 로드에 이용되는 탄소공구강은 강도와 경도가 좋으므로 피스톤 왕복 운동의 의한 힘을 받기에 적합하다. 또한 값이 싸고 대량생산이 가능하다. 가공 또한 비교적 용이하므로 목공용, 연질 금속용, 경절삭용 공구에 많이 이용된다.
4.4 실린더 튜브
실린더용 튜브에 사용되는 알루미늄 합금은 다이 캐스팅 방법에 의해 대량생산이 가능한 합금으로 경제성이 좋다. 또 실린더와 피스톤간 마찰에 의한 내마모성과 내열성 좋아 적합하다.
4.5 체결 로드
체결로드에 사용되는 탄소강의 볼트와 너트는 충분한 강도를 갖으며, 대량 생산되어 가격도 저렴하다. 볼트와 너트는 표준화된 제품들이 시중에 많으므로 그 중에 맞는 것을 사용 하면 된다. 가격은 사이즈 마다 다르지만, 작은 것의 경우 10~30원 정도 선이다.
참고 문헌
- 학술지 ‘공기압 실린더의 설계에 관한 연구’ - 김도태, 김동수, 주민진
- http://www.kccpr.com/html/
- http://www.tpcpage.co.kr/
- http://www.smckorea.co.kr/
- 자동화 설계를 위한 공압 시스템 기술(성안당) 11판
- 기계재료학 (북스힐)

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