KR100308696B1 - 자동차 조향장치용 피니언샤프트의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 조향장치인 피니언샤프트를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 자동차의 조향장치에 사용되는 피니언 샤프트를 제조하기 위하여, 일정형상으로 성형된 탄소강의 소재를 가열한후 서냉시켜 내부균열을 제거하고 연성을 증대시키기 위한 1차 열처리공정과, 상기 열처리된 소재를 알카리성 수용액에 넣어 소재표면의 이물질 제거 및 윤활성을 증대하기 위한 본데공정과, 상기 소재를 제품규격에 맞추어 프레스에서 가압성형하는 냉간단조공정과, 상기 냉간단조된 소재의 가열냉각하여 기계적 성질을 향상시키기 위한 2차 열처리공정과, 상기 2차 열처리된 소재를 강구로써 타격하여 소재표면의 피로수명을 증대시키기 위한 쇼트피닝공정과, 상기 쇼트피닝된 소재를 로울러 다이스에 이하여 가압하면서 피니언을 성형하는 전조공정을 순차적으로 실행하는 것으로서, 제품의 내부조직이 치밀하여져 기계적성질이 향상될 뿐 아니라, 작업효율을 향상시킬 수 있는 유익한 발명인 것이다.

Description

자동차 조향장치용 피니언샤프트의 제조방법{A MANUFACTURING PROCESS OF PINION SHAFT FOR AN AUTO STEERING MECHANISM}

본 발명은 자동차의 조향장치인 피니언샤프트의 제조방법에 관한 것으로, 특히 상기 피니언을 전조가공하므로서 작업시간을 단축시킴은 물론 제품의 질이 향상되도록 한 피니언샤프트의 제조방법에 관한 것이다.

종래 자동차의 조향측에 장치되는 피니언샤프트를 제조하기 위하여는 탄소강인 소재를 여유치수로서 성형하는 열간단조공정과, 상기 열간단조공정에서 제조된 소재를 제품의 치수에 따라 절삭가공하는 절삭공정과, 상기 절삭공정에서 제조된 소재를 열처리하기 위한 열처리공정을 순차적으로 실행하는 것으로서, 절삭에 의하여 피니언샤프트의 제조가 이루어지므로 제조과정이 복잡하고 단위시간당 능률이 저하될 뿐 아니라, 조직의 강인성이 저하되는 문제가 있으며 보다 구체적으로 종래 피니언샤프트 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

첫째, 종래의 제조방법은 제품의 여유치수로서 단조작업된 소재를 절삭가공에 의하여 완제품의 치수로 제조하는 것으로서, 그 작업이 어렵고 단위시간당 생산능률이 저하되는 원인이 되었으며, 특히 피니언부의 기어이빨을 가공하기 위하여는 정밀기계에서 절삭이 이루어져야 되므로 작업이 어렵고 불량발생율이 많았다.

둘째, 상기 피니언샤프트의 피니언부는 기어의 특성상 외면의 높은 경도와 함께 조직의 강인성이 요구되므로 절삭가공된 소재를 열처리수단인 담금질에 의하여 표면경도를 증대시킨후에 어닐링에 의하여 내부조직에 강인성을 증대시키는 과정이 순차적으로 실행되어야 하므로 작업의 고도성이 요구될 뿐 아니라, 열처리 시간이 지연되는 원인이 되었다.

셋째, 상기 절삭공정에서 제조된 제품은 그 표면에 절삭가공된 상태의 거친면이 남게되므로 표면정밀도를 갖기 위하여 별도의 연삭작업을 하여야 되며, 특히 피니언의 경우에 그 표면에 거칠면 제품의 작동시 소음발생의 원인이 되므로 피니언의 이빨 표면을 연삭하여 표면거칠기가 양호한 상태로 가공하여야 하며, 이러한 연삭작업시 시간과 인력의 손실이 많을 뿐 아니라, 정밀가공이 요구되므로 불량발생률이 많았다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 연구개발된 것으로서, 피니언샤프트를 냉간단조에 의하여 제조하므로서 생산효율을 상승시키고 조직의 강인성이 증대되도록 하는데 그 기술적 과제가 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 피니언샤프트에 있어서, 피니언부를 전조작업에 의하여 가공하므로 작업효율의 상승은 물론, 고품질의 제품을 제조하도록 하는데 있다.

본 발명의 또다른 기술적 과제는 제품의 경도, 강인성등 기계적 성질을 향상시키고 불량발생율이 최소화되도록 하는데 있다.

도 1 은 본 발명에 의하여 제조된 제품의 사시도.

본 발명은 자동차의 조향장치에 사용되는 피니언샤프트를 제조하기 위하여, 일정형상으로 성형된 탄소강의 소재를 가열한후 서냉시켜 내부균열을 없애고 연성을 증가시키기 위한 1차 열처리공정과, 상기 열처리공정에서 제조된 소재를 알카리성 수용액에 일정시간 장입하여 소재의 표면에 윤활성분과 밀착성을 향상시키기 위한 본데공정과, 상기 본데공정에서 표면이 세척된 소재를 프레스에 의하여 가압성형하는 냉간단조공정과, 상기 냉간단조된 소재를 가열 및 냉각하면서 기계적 성질을 향상시키기 위한 2차 열처리공정과, 상기 2차 열처리된 소재의 표면 피로수명을 증대시키기 위한 쇼트피닝공정과, 상기 쇼트피닝된 소재를 로울러 다이스에 의하여 가압하면서 피니언기어를 성형하는 전조공정을 순차적으로 실행하는 것이다.

이하, 본 발명을 상기 각 공정에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

재료준비 공정

SCM415H 또는 SCM440H의 탄소강으로서, 구상세멘타이트 80% 이상의 내부조직으로된 원재료를 준비한다.

상기 원재료를 프레스에서 200∼500ton의 압력으로 단조하여서 제품의 규격과 중량에 맞춘 일정한 형태의 소재를 성형한다.

1차 열처리공정

상기 재료준비공정에서 준비된 소재를 약 760℃의 온도에서 6∼10시간동안 가열한후 서냉하므로서 소재의 내부균열을 제거하고 결정입자를 미세화시켜 연성이 증가되도록 한다.

즉, 열처리된 소재는 그 내부조직의 구상화율이 80% 이상이며, 인장강도 56kg/㎠ 이하, 경도 HRB85 이하가 유지되도록 한다.

본데공정

상기 열처리된 소재는 물세척과 염산세척을 반복적으로 실행하며, 소재표면의 이물질을 제거한후 80∼90℃ 온도로 가열된 알카리성 수용액에 5분간 넣은 후에 인출하여 건조시키는 것이다.

이러한 소재는 표면의 이물질이 제거되고 표면의 윤활성이 양호한 상태가 된다.

냉간단조공정

상기 본데공정이 완료된 소재를 냉간단조하는 것으로서, 고정금형과 유동금형으로 구성된 프레스에 상기 소재를 적재하고 200∼500ton의 압력으로써 제품의 규격과 같이 성형하는 것이다.

단조가공된 소재는 그 외형의 표면 정밀도가 제품에서 요구되는 상태로 성형된다.

2차 열처리공정

상기 단조공정에서 성형된 소재를 열처리하여 기계적 성질을 향상시키는 것으로서, 상기 소재를 860∼870℃에서 80분간 1차 가열한후 약 80℃로 냉각하여 물세척하므로서 급냉시키며, 재차 610∼640℃로 2차 가열한후 공기중에서 냉각하는 것이다.

소재는 1차 가열후 급냉될때에 내부조직이 경화되어 강도와 경도가 증가되며, 2차 가열후 서냉될때에 내부조직의 점성 및 인성이 증대되므로 제품에서 요구되는 기계적 성질이 충족되는 것이다.

쇼트피닝공정

상기 2차 열처리된 소재의 표면 피로도를 증대시키기 위한 것으로서, 상기 소재를 쇼트머신 내부에 넣고 고압으로 분사되는 0.4mm의 강구로서 약20∼30분간 타격한다.

이러한 공정을 거친 소재는 표면의 피로도 증대와 함께 표면거칠기가 양호한 상태가 된다.

전조공정

상기 쇼트피닝된 소재는 피니언부의 기어가공을 하는 것으로서, 한쌍의 로울러 다이스가 장치된 전조기계에서 작업을 실행하는 것이다.

기어의 형태와 각도로 형성된 로울러 다이스에 상기 소재를 삽입하고 15∼25ton이상의 가압력으로 회동되는 로울러 다이스에 소재를 성형하며, 이때 로울러 다이스의 회동되는 회수가 증가됨에 따라 소재가 점진적으로 가압되면서 피니언부로 성형되는 것으로서, 상기 로울러 다이스의 7∼10회전 정도로 피니언부의 성형이 완료된다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 피니언 샤프트를 냉간단조에 의하여 성형하므로서 내부조직이 치밀하여져 기계적 성질이 향상되므로 결국 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

또한, 종래와 같이 절삭가공하는 일없이 금형에 의하여 제품의 규격이 성형되므로 작업이 간단하여 인력과 시간이 절감되어 시간당 작업효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 피니언 샤프트에 있어 피니언부를 전조가공하므로서 피니언부의 조직이 치밀하여짐은 물론, 가공하기 위한 인력과 시간을 절감할 수 있으며, 전조가공에 의하여 피니언부의 표면을 후가공할 필요없이 매끈한 상태로 제조할 수 있는 것이다.

Claims (7)

1. 자동차의 조향장치에 사용되는 피니언 샤프트를 제조하기 위하여, 일정형상으로 성형된 탄소강의 소재를 가열한후 서냉시켜 내부균열을 제거하고 연성을 증대시키기 위한 1차 열처리공정과, 상기 열처리된 소재를 알카리성 수용액에 넣어 소재표면의 이물질 제거 및 윤활성을 증대하기 위한 본데공정과, 상기 소재를 제품규격에 맞추어 프레스에서 가압성형하는 냉간단조공정과, 상기 냉간단조된 소재의 가열냉각하여 기계적 성질을 향상시키기 위한 2차 열처리공정과, 상기 2차 열처리된 소재를 강구로써 타격하여 소재표면의 피로수명을 증대시키기 위한 쇼트피닝공정과, 상기 쇼트피닝된 소재를 로울러 다이스에 의하여 가압하면서 피니언을 성형하는 전조공정을 순차적으로 실행하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치용 피니언 샤프트의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 소재의 원재료가 구상시멘트 80% 이상의 내부조직을 가진 탄소강인 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치용 피니언 샤프트의 제조방법.
3. 상기 1차 열처리공정은 소재를 약760℃의 온도에서 6∼10시간동안 가열한 후 서냉시키는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치용 피니언 샤프트의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉간단조공정을 소재를 200∼500ton의 압력으로 성형하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치용 피니언 샤프트의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 2차 열처리공정은 소재를 860∼870℃에서 80분간 1차가열후 급냉하고 재차 610∼640℃로 2차 가열후 공기중에서 냉각하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치용 피니언 샤프트의 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 쇼트피닝공정은 고압으로 분사되는 0.4mm의 강구로써 20∼30분 동안 소재를 타격하는 것을 특징으로 하는 자동차 조향장치용 피니언 샤프트의 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 전조공정은 15∼25ton의 가압력으로 회전되는 로울러 다이스에서 소재를 7∼10회전시켜 피니언부를 성형하는 것을 특징으로 하는 자동차용 피니언 샤프트의 제조방법.