KR100297093B1 - 볼스터드및그의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 스티어링 계통이나 서스펜션 계통의 관절부에 사용되는 볼 스터드에 관한 것이다. 본 볼 스터드의 제조방법은 비조질강을 머리부(10)와 테이퍼부(20), 꼬리부(30)가 일체로 형성되도록 냉간단조로 구상화하는 단계와, 상기 냉간단조품을 자동이송장치로 이송하여 머리부(10)와 꼬리부(30)를 스토퍼(50)로 고정하고 테이퍼부(20)를 클램핑장치(40)로 고정하는 단계와, 고정된 상기 냉간단조품의 머리부(10)와 꼬리부(30)에 롤다이스(60)로 롤링하여 목부(12)를 성형하는 단계와, 상기 목부가 성형된 냉간단조품을 자동이송장치로 이송하여 꼬리부(30)를 스토퍼(50)로 고정하고 테이퍼부(20)를 클램프장치로 고정한 후 롤 다이스(60)로 머리부(10)를 버니싱하는 단계와, 상기 버니싱공정이 완료된 냉간단조품의 꼬리부(30)에 나사를 성형시키는 단계를 포함한다. 이에 따라, 볼 스터드의 제조공정을 간소화시킴과 동시에 절삭가공을 하지 않고 롤링공정에 따른 소비재의 절감으로 인한 비용을 절감시킴은 물론 볼 스터드의 기계적 성질을 향상시킬 수 있다.

Description

볼 스터드 및 그의 제조방법

본 발명은 볼 스터드 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차의 스티어링 계통이나 서스펜션 계통의 관절부에 사용되는 볼스터드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 종래에 사용되어진 볼 스터드(Ball Stud)의 제조공정은 도1과 도2에 도시된 바와 같이, 열처리가 필요한 구조용강재(S1)를 어닐링(Annealing:풀림)처리하여(S2) 머리부(2)와 테이퍼부(5) 그리고 꼬리부(6)로 구성되어 있는 구상화 된 냉간단조품(1)을 형성하고, 상기 냉간단조품(1)을 다시 켄칭(Quenching:담금질), 템퍼링(Tempering:뜨임)에 의한 열처리를 하여 강도를 향상시킨다(S3).

여기서, 어닐링(Annealing:풀림)은 금속재료를 적당한 온도로 가열한 다음, 상온에서 서서히 냉각시키는 열처리작업으로, 이 공정은 가공 또는 담금질(켄칭)등에 의하여 경화된 구조용강재의 내부균열을 없애고 결정립(結晶粒)을 미세화시켜 재료의 연성(延性)을 높이게 된다. 또한, 상기 켄칭(Quenching:담금질)은 고온으로 가열한 금속재료를 급랭시키는 열처리작업으로, 구조용 강재의 경도를 높이게 된다.

그리고, 상기 템퍼링(Tempering:뜨임)은 담금질(켄칭)한 강한 경도(硬度)는 높아지도록 하거나 재질이 여리게 되므로 A1 변태점 이하의 온도(726℃)로 재 가열하는 열처리 작업으로, 구조용 강재의 경도를 낮추고 점성을 높이게 된다.

따라서, 상기와 같은 열처리(켄칭, 템퍼링)된 냉간단조품(1)의 꼬리부(6)에 핀홀구멍가공을 한 후(S4), 냉간단조품(1)의 목부(4)와 머리부(2)의 절삭가공을 하여 볼 스터드의 형체를 갖춘다(S5). 상기 냉간단조품(1)의 머리부(2) 절삭가공이 완료되면, 다시 머리부(2)에 버니싱(Burnishing)공정을 하여 거칠기를 연마하고(S6) 최종적으로 꼬리부(6)의 나사전조공정을 거치면서 볼 스터드의 제품을 완성한다(S7).

여기서, 상기 버니싱(Burnishing)은 가공물 표면에 공구를 대고 표면에 나타난 작은 볼록 부분을 없애고 오목부분을 메워 표면을 평활하게 하는 방법으로, 냉간단조품의 표면이 평활해지는 동시에 경도가 상승하고, 압축력을 잔류시켜 강도와 내마모성을 향상시키게 된다.

한편, 도2에 도시된 바와 같이 냉간단조품(1)은 머리부(2)와 테이퍼부(5), 꼬리부(6)로 구성되어 있고, 상기 머리부(2)는 절삭가공을 이룰수 있도록 가공여유를 확보하고 있으며, 상하형의 분할선상에는 머리부(2)의 가공 후 머리부(2)의 진구도를 향상시킬 수 있도록 머리부(2)의 구면으로부터 융기된 단(3)이 원주방향으로 형성되어 있다. 이때, 상기 머리부(2)의 가공여유는 1mm정도이다.

그러나, 상기와 같은 종래 볼 스터드의 제조공정은 후 열처리가 필요한 강재를 사용하여 냉간단조품을 생산한 후 별도의 열처리를 하여야 하는 작업상의 번거로움과 이로 인한 과다한 작업시간이 소요되고, 상기 냉간단조품을 절삭가공하므로써 이로 인한 머리부의 정확한 동심도를 얻지 못함은 물론 이로 인한 제품의 강도가 저하되는 문제점이 있다.

또한, 냉간단조품의 절삭가공에 따른 절삭량 만큼 소비재가 상승하게 되어 이로 인한 제작비용이 증가하게 되는 등의 여러 가지 경제적인 부담감을 가중시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로써, 비조질강이나 일반 구조용강재를 열처리(담금질과 뜨임)한 후 냉간단조로 생산된 냉간단조품을 절삭가공하지 않고 롤링공정에 의하여 제품을 완성함으로서 제조공정의 간소화 및 절삭공정에 따른 시간적, 경제적인 손실을 방지하여 생산성을 향상시킴과 동시에 제작비용을 절감시키고, 절삭가공에 따른 제품의 강도 하락을 방지하여 기계적 성질을 향상시킴으로써 제품의 상품성을 향상시킬 수 있도록 하는 볼 스터드의 제조방법 및 그 물건을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 소정의 길이와 크기를 갖는 비조질강으로 이루어진 볼 스터드에 있어서, 상기 비조질강의 상단영역이 구 형태로 형성된 머리부와, 상기 비조질강의 중간영역이 봉 형태로 형성된 테이퍼부와, 상기 비조질강의 하단영역이 상기 테이퍼부보다 축경된 꼬리부와, 상기 머리부의 구면 상, 하 분할영역에 원주방향을 따라서 형성된 소정의 두께를 갖는 평면부를 포함하는 볼 스터드에 의해 달성된다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 비조질강을 머리부(10)와 테이퍼부(20), 꼬리부(30)가 일체로 형성되도록 냉간단조로 구상화하는 단계와, 상기 냉간단조품을 자동이송장치로 이송하여 머리부(10)와 꼬리부(30)를 스토퍼(50)로 고정하고 테이퍼부(20)를 클램핑장치(40)로 고정하는 단계와, 고정된 상기 냉간단조품의 머리부(10)와 꼬리부(30)에 롤 다이스(60)로 롤링하여 목부(12)를 성형하는 단계와, 상기 목부가 성형된 냉간단조품을 자동이송장치로 이송하여 꼬리부(30)를 스토퍼(50)로 고정하고 테이퍼부(20)를 클램핑장치로 고정한 후 롤 다이스(60)로 머리부(10)를 버니싱하는 단계와, 상기 버니싱공정이 완료된 냉간단조품의 꼬리부(30)에 나사를 성형시키는 단계를 포함하는 볼 스터드의 제조방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 냉간단조품은 비조질강을 냉간단조시 0.15mm이내의 동심도를 유지하도록 제조되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 목부를 롤링하는 단계에서 냉간단조품은 머리부(10)의 평면부(11)에 의하여 축을 중심으로 흔들림이 없이 견고한 고정상태를 이루도록 한 것이 바람직하다.

또한, 상기 목부를 롤링하는 단계에서 냉간단조품은 머리부(10)가 접하지 않도록 냉간단조품(가)의 머리부(10)와 테이퍼부(20)에 걸쳐서 클램핑장치(40)을 설치하고 상기 클램핑장치(40) 사이에 롤 다이스(60)을 설치한 것이 바람직하다.

또한, 상기 머리부를 버니싱하는 단계에서 냉간단조품(가)은 머리부(10)의 동심도를 0.03mm 이내로 성형하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 머리부를 버니싱하는 단계에서 냉간단조품의 머리부(10)를 평균표면조도가 0.2Ra ㎛ 이하로 유지하도록 성형하는 것이 바람직하다.

도1은 종래 볼 스터드의 제조공정을 도시한 블록도이고,

도2는 종래 볼 스터드를 제조하기 위한 냉간단조품을 도시한 정면도이고,

도3은 본 발명에 의한 볼 스터드를 제조하기 위한 냉간단조품을 도시한 정면도이고,

도4는 본 발명에 의한 볼 스터드의 제조공정을 도시한 흐름도이고,

도5는 본 발명에 의한 제조공정 중 냉간단조품의 목부 롤링공정을 개략적으로 도시한 단면도이고,

도6은 본 발명에 의한 제조공정 중 냉간단조품의 머리부 버니싱공정을 개략적으로 도시한 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

가 : 냉간단조품 10 : 머리부

11 : 평면부 12 : 목부

20 : 테이퍼부 30 : 꼬리부

40 : 클램핑장치 50 : 스토퍼

60 : 롤 다이스 100 : 목부 롤링공정

200 : 머리부 버니싱공정 300 : 꼬리부 나사전조공정

이하, 본 발명에 의한 볼 스터드 및 그의 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도3은 본 발명에 의한 볼 스터드를 제조하기 위한 냉간단조품을 도시한 정면도이고, 도4는 본 발명에 의한 볼 스터드의 제조공정을 도시한 흐름도이며, 도5는 본 발명에 의한 제조공정 중 냉간단조품의 목부 롤링공정을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도6은 본 발명에 의한 제조공정중 냉간단조품의 머리부 버니싱공정을 개략적으로 도시한 단면도이다.

먼저, 도3에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 볼 스터드를 제조하기 위해서는 먼저 봉 형상으로 이루어진 비조질강을 준비하고, 상기 비조질강은 냉간단조에 따라 제조된다. 즉, 구 형상의 머리부(10)와, 허리부분의 테이퍼부(20)와, 외부와 결합되는 나사가 형성된 꼬리부(30)가 길이방향으로 일체화 된 냉간단조품 즉 볼 스터드를 형성한다. 상기 머리부(10)에는 중앙영역의 원주면에 원주방향을 따라 소정의 폭(t)을 갖는 평면부(11)가 형성되어 있다. 이때, 상기 평면부(11)는 상, 하로 분할되는 중앙영역에 거의 완전 평면에 가깝게 이루어져 있다.

여기서, 상기 볼 스터드의 냉간단조품(가)은 롤링공정에 의해서 머리부(10)와 테이퍼부(20)와 꼬리부(30)가 일체로 형성되는데, 특히 머리부(10)에는 롤링시 굴곡을 갖는 구면을 따라 롤링면이 형성되고, 이 롤링면은 체적이 큰 부분과 작은 부분으로 아주 미세하게 구분되어 머리부(10)의 진구도가 형성된다. 그리고, 상기 냉간단조품(가)은 비조질강에 한정하지 않고, 열처리한 후 냉간단조된 모든 강재를 사용하여 제조할 수 있다.

상술한 바와 같은 볼 스터드의 제조방법은 도4 내지 도6에 도시된바와 같이, 먼저 원통형상의 비조질강을 일정한 길이만큼 구획하여 절단된 비조질강을 준비한다(S10).

상기 비조질강을 냉간가공으로 대략적인 볼 스터드의 형상이 이루어진 냉간단조품(가)을 형성하고, 이 냉간단조품(가)은 자동이송장치를 이용하여 롤링장치에게로 이송한다. 이 때, 상기 냉간단조품(가)은 머리부(10)와 테이퍼부(20)와 꼬리부(30)로 나누어져 있다. 그러면, 상기 롤링장치에서는 상기 머리부(10)와 꼬리부(30)을 스토퍼(50)로 고정하면서 클램핑장치(40)로 테이퍼부(20)를 고정한 후에 롤 다이스(Roll Die)로 머리부(10)와 테이퍼부(20)의 목부(12)를 롤링하여 목부를 성형한다(S100).

여기서, 상기 목부(12)를 성형하는 공정에서 냉간단조품(가)은 상기 평면부(11)를 스토퍼(50)와 클램핑장치(40)로 경고하게 고정하여 상기 머리부(10)가 냉간단조품(가)의 축을 중심으로 흔들림이 없도록 한다. 또한, 상기 냉간단조품(가)의 접힘현상이 일어나지 않도록 상기 머리부(10)로부터 테이퍼부(20)에 걸쳐서 클램핑장치(40)을 설치하고, 상기 클램핑장치(40)와 상기 스토퍼(50)사이에 롤 다이스(60)을 설치하여야 한다. 이때 상기 롤 다이스(60)는 2롤과 3롤을 사용하여 목부롤링공정을 할 수 있다.

이와 같이, 상기 목부롤링공정이 완료되면, 자동이송장치로 버니싱을 위한 장치에게로 이송한 후, 상기 냉간단조품(가)의 머리부(10)를 거칠기가 거의 나타나지 않도록 연마하여 버니싱 공정을 시행한다(S200). 이 때, 상기 냉간가공에서의 동심도의 편차를 보정하기 위하여 테이퍼부(20)를 클램핑장치(40)로 고정하고 꼬리부(30)를 스토퍼(50)로 고정한 후에 버니싱 공정을 수행한다.

즉, 머리부(10)와 목부(12)사이에 나타나는 날카로운 부분을 없애고, 이 과정에서 머리부(10)는 중심선평균거칠기(Ra)가 1.2mm이하로 유지되고, 동심도의 교정량은 비조질강을 사용할 경우에 편측에서 0.1mm까지 성형할 수 있다.

그리고, 버니싱공정이 완료된 후에 상기 냉간단조품(가)의 꼬리부(30)를 전조공정으로 성형하여 나사를 형성하면 최종적으로 볼 스터드가 완성된다(S300). 이와 같은 볼 스터드의 생산 사이클은 40EA/min으로 비교적 빠르게 생산된다.

상기와 같이 제조된 볼 스터드를 볼 조인트(Ball Joint)에 조립하여 실제로 사용하게 되면, 요동 및 회전토크가 절삭가공에 따라 제조된 볼 스터드에 비하여 현저하게 저하된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 제조공정으로 제조된 볼 스터드는 통상적인 공정에 의해 제조된 볼 스터드보다 굽힘강도의 경우 150%이상 강하고, 목부(12)의 경도 또한 100Hv이상 향상되며, 피로하중이 200%이상 향상된다. 그리고 제조공정이 간소화되고 작업시간이 단축되어 생산성을 향상시킴은 물론 절삭량 만큼의 소비재가 절감되어 제조원가를 줄일 수 있고, 기계적인 강도를 향상시키므로 성능이 향상되어 장시간 동안 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 소정의 길이와 크기를 갖는 비조질강으로 이루어진 볼 스터드에 있어서; 상기 비조질강의 상단영역이 구 형태로 형성된 머리부와; 상기 비조질강의 중간영역이 봉 형태로 형성된 테이퍼부와; 상기 비조질강의 하단영역이 상기 테이퍼부보다 축경된 꼬리부와; 상기 머리부의 구면 상, 하 분할영역에 원주방향으로 따라서 형성된 소정의 두께를 갖는 평면부를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 스터드.
2. 비조질강을 머리부(10)와 테이퍼부(20), 꼬리부(30)가 일체로 형성되도록 냉간단조로 구상화하는 단계와; 상기 냉간단조품을 자동이송장치로 이송하여 머리부(10)와 꼬리부(30)를 스토퍼(50)로 고정하고 테이퍼부(20)를 클램핑장치(40)로 고정하는 단계와; 고정된 상기 냉간단조품의 머리부(10)와 꼬리부(30)에 롤 다이스(60)로 롤링하여 목부(12)를 성형하는 단계와; 상기 목부가 성형된 냉간단조품을 자동 이송장치로 이송하여 꼬리부(30)를 스토퍼(50)로 고정하고 테이퍼부(20)를 클램핑장치로 고정한 후 롤다이스(60)로 머리부(10)를 버니싱하는 단계와; 상기 버니싱공정이 완료된 냉간단조품의 꼬리부(30)에 나사를 성형 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 스터드의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 냉간단조품은 비조질강을 냉간단조시 0.15mm이내의 동심도를 유지하도록 제조되는 것을 특징으로 하는 볼 스터드의 제조방법.
4. 제 2항에 있어서, 상기 목부를 롤링하는 단계에서 냉간단조품은 머리부(10)의 평면부(11)에 의하여 축을 중심으로 흔들림이 없이 견고한 고정상태를 이루도록 한 것을 특징으로 하는 볼 스터드의 제조방법.
5. 제 2항에 있어서, 상기 목부를 롤링하는 단계에서 냉간단조품은 머리부(10)가 접하지 않도록 냉간단조품(가)의 머리부(10)와 테이퍼부(20)에 걸쳐서 클램핑장치(40)을 설치하고 상기 클램핑장치(40) 사이에 롤 다이스(60)을 설치한 것을 특징으로 하는 볼 수터드의 제조방법.
6. 제 2항에 있어서, 상기 머리부를 버니싱하는 단계에서 냉간단조품(가)은 머리부(10)의 동심도를 0.03mm 이내로 성형하는 것을 특징으로 하는 볼 스터드의 제조방법.
7. 제 2항에 있어서; 상기 머리부를 버니싱하는 단계에서 냉간단조품의 머리부(10)를 평균표면조도가 0.2Ra ㎛ 이하로 유지하도록 성형하는 것을 특징으로 하는 볼 스터드의 제조방법.