KR100346946B1 - 자동차용 트랜스미션에 있어서의 토크 전달부재와 스플라인 치형의 성형방법 및 스플라인 치형의 성형장치 - Google Patents

Abstract

금속제 디스크 플레이트(3a)의 중앙에 원통 형상의 보스(5)가 일체로 형성된 피가공물의 보스 외주면에 스플라인 치형(12)을 성형하는 스플라인 치형 성형방법에 있어서, 스플라인 치형의 인장성형용 치형(12)이 형성된 원통형 다이(14)와, 다이(14) 중앙에 배치된 보스 가이드용 맨드릴(16)에 대해, 보스(5)가 맨드릴(16)에 결합되도록 피가공물을 배치하고 디스크 플레이트(3a)를 펀치로 눌러서, 다이(14)와 맨드릴(16) 사이의 빈틈에 보스(5)를 끼워 보스(5) 외주면에 스플라인 치형(5a)을 인장성형한다.

Description

자동차용 트랜스미션에 있어서의 토크 전달부재와 스플라인 치형의 성형방법 및 스플라인 치형의 성형장치{Torque Transmitting Member in Automotive Transmission, Method for Forming Spline Teeth, and Apparatus for Forming the Same}

도 8은, 자동차의 오토 트랜스미션에 사용되는 종래의 캐리어 플레이트(Carrier Plate) 조립품을 나타낸다. 도면에 있어서, 캐리어 플레이트 조립품(1)은 링 형상의 베이스 플레이트(Base Plate-2)와, 상기 베이스 플레이트(2)에 용접으로 일체화된 캐리어 플레이트(3)로 되어 있다.

이 캐리어 플레이트(3)는 프레스 성형체로 이루어진 것으로, 주위 3곳에 상기 베이스 플레이트(2)에 접합되는 벽면부(4)를 하강시켜 성형하고 중심에는 보스부(Boss Portion-5)를 올려 성형하고 있다.

또한, 각 벽면부(4) 사이에 있어서 캐리어 플레이트(3)의 주변부와 베이스 플레이트(2)의 사이에, 3개의 유성기어(Planetary Gears-6)를 축을 향하게 하여 도시하지 않은 썬기어(Sun gear) 및 인터널기어(Internal gear)에, 상기한 각 유성기어(6)의 내측 및 외측을 결합시킨 구조로 되어 있다.

그리고 상기 보스부(5)는 인출축의 축단에 결합하는 것으로, 그 외주면에는 인출축(7) 연결구멍 내부둘레의 인너 스플라인 홈(Inner Spline Grooves-7a)에 연결되는 스플라인 치형(Spline Teeth-5a)이 형성되어 있다.

이 스플라인 치형(5a)의 형성방법으로서는, 종래에는 도 9에 제시하는 바와 같은 절삭가공 방법이 행해지고 있었다.

우선, 최초의 공정에서는, (a)에 제시하는 바와 같이, 프레스 성형으로 원주상 3곳에 벽면부(4)를 형성하여, 중심위치에 보스부를 성형하고, 여기에다 (b)에 제시하듯 선단 테이퍼를 절삭가공 및 기단부(基壇部)의 홈을 잘라 가공하여 테이퍼(5b) 및 홈(5c)을 이룬 후, 캐리어 플레이트(3)를 소정의 각도로 회동시키면서, 그 정지 시점에 쉐이빙 머신(Shaving Machine)의 칼날구를 보스부(5) 축방향으로 왕복이동시킴으로써, (c)에 제시하는 바와 같이 스플라인 치형(5a)을 형성하도록 하고 있다.

그러나 상기한 종래 스플라인 치형의 성형방법에 있어서는, 다음과 같은 문제점이 있었다.

우선, 절삭가공에 따라 스플라인 치형을 형성하기 위해서는, 가공 공정수가많고 가공비용이 많이 든다는 것 이외에, 프레스 공정과 절삭공정이라고 하는 종류의 또 다른 공정이 불가피하게 요구되므로, 자동적으로 연속생산은 할 수 없었다.

또한, 스플라인 치형을 새로 이루는데 쓰이는 칼날을 피하기 위해서는, 보스부 기단부분의 홈 가공이 필수이며, 캐리어 플레이트의 보스부(5) 기단부의 두께가 얇아지고 여기에 토크가 전달시 응력이 집중하기 쉽게 되어, 취약한 구조로 되어 있었다.

게다가, 상기의 가공은 표면을 깎는 것이어서 그 전단계인 프레스성형 가공에 의해 가공 경화된 표면 및 재료의 흐름을 단절시키기 때문에, 깎은 부분의 경도가 낮고 이에 따라 캐리어 플레이트 보스부의 표면강도가 저하되어 마모되기 쉽다는 등의 결점이 있었다.

본 발명은 이상과 같은 문제를 해결하는 것이므로, 그 목적은 표면경도가 높은 스플라인 치형을 지니는 자동차용 토크 전달용 부재 및 스플라인 치형의 성형방법 및 상기 방법에 이용되는 스플라인 치형 성형장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 디스크 플레이트와 일체형으로 돌출해서 형성되어 있는 원통 형상의 보스(Boss)부 외주에 스플라인 치형을 성형하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명 방법이 적용되는 스플라인 치형 성형장치의 한 실시예의 전체구성을 나타내는 단면도.

도 2는 도 1에 있어서 A부를 확대한 단면도.

도 3(a)는 프레스가공 전의 브랭크(Brank) 사시도.

도 3(b)는 프레스가공된 캐리어 플레이트의 사시도.

도 3(c)는 프레스 가공된 캐리어 플레이트의 단면도.

도 3(d)는 스플라인 치형이 성형된 캐리어 플레이트의 사시도.

도 3(e)는 스플라인 치형이 성형된 캐리어 플레이트의 단면도.

도 4는 보스부 기단부 주변을 확대한 사시도.

도 5는 가공부위와 피가공 부위에 있어서 경도 비교 결과를 나타내는 예시도.

도 6(a)는 본 발명 방법에 따른 보스부 원주방향의 재료의 흐름을 나타내는 예시도.

도 6(b)는 종래의 절삭가공에 의한 보스부 원주방향의 재료의 흐름을 나타내는 예시도.

도 7은 본 발명 방법이 적용되는 캐리어 플레이트를 포함하는 오토 트랜스미션의 일부를 분해한 사시도.

도 8은 종래의 캐리어 플레이트를 포함하는 오토 트랜스미션의 일부를 분해한 사시도.

도 9는 종래의 스플라인 치형 절삭가공 방법을 나타내는 공정도.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구범위 제 1항에 따른 자동차용 토크 전달부재는, 금속제 디스크 플레이트 중앙에 원통 형상의 보스부가 일체로 돌출해서 형성되고, 보스부의 외주에 스플라인 치형이 형성된 자동차용 토크 전달부재에 있어서, 스플라인 치형을 보스부의 후방쪽에 접한 펀치로 눌러내림으로써 보스 외층부를 보스 선단측에서 축방향으로 잡아당겨 성형하는 동시에, 보스부 기단에는 보스부의 재료흐름에 의한 덧살(즉, 다이와 맨드릴 사이의 빈틈에 압입되지 않는 보스의 외층부)을 보스 기단부분에 집중시킴으로써, 스플라인 치형의 봉우리부와 봉우리부 사이의 위치에 있는 외주면에, 평면도로 봤을 때 반원 형상을 한, 미세한 팽창부를 최대 경도를 가지도록 형성한 것으로 예를 들어, 청구범위 제 2항에 있어서, 베이스 플레이트에 용접고정되는 벽면부가 원주방향 다수개의 지점에 형성된 오토 트랜스미션용 캐리어 플레이트에 적용될 수 있다.

보스 외주에 성형된 스플라인 치형은, 성형시에 보스 선단측에서 기단부 축방향으로 잡아당겨진 것이고, 인장성형(즉, 재료의 판 두께 이하의 빈틈인 다이와 맨드릴 사이의 빈틈에 강제적으로 재료를 밀어 넣어 재료를 소성가공하는 성형을 지칭하는 것임)에 따라 재료가 축방향으로 흐르지만, 도 6(a)에 제시되는 바와 같이, 그 단면조직은 원주방향으로 연속되는 다수개의 층이 쌓인 형태가 되고, 그 표면경도는 원주방향으로 연속되는 다수개의 층이 절삭에 의해 나뉘어진 종래의 치형[도 6(b)참조]에 비해 가볍다.또, 인장된 재료는 보스 기단부에 모여 도 5에서도 제시하는 바와 같이, 보스 기단부 측에서 경도가 최대가 되는 동시에, 보스 기단부의 두께살을 충분히 확보할 수 있다. 즉, 토크 전달부재에 있어서, 응력이 집중되기 쉽고 보스부 기단부의 두께살을 충분히 확보하면서 보스부의 강도를 높일 수가 있다.

또한, 청구범위 제 3항에 있어서 스플라인 치형의 성형방법에 있어서는, 금속제 디스크 플레이트의 중앙에 원통 형상의 보스가 일체로 형성된 피가공물인 보스 외주면에 스플라인 치형을 성형하는 스플라인 치형 성형방법에 있어서,스플라인 치형 인장성형용 치형이 형성된 원통형 다이와, 다이 중앙에 배치된 보스 가이드용 맨드릴(Mandrel)에 대해, 보스가 맨드릴에 결합되도록 배치한 후 피가공물인 디스크 플레이트를 펀치로 눌러서, 다이와 맨드릴 사이의 빈 틈에 보스를 끼워, 보스 외주면에 스플라인 치형을 보스 선단측에서 축방향으로 인장성형하고, 인장된 보스의 외층부 중 펀치의 압입작동시 외층부의 흐름에 따라 덧살을 보스 기단부에 집중시켜, 스플라인 치형의 봉우리부와 봉우리부 사이의 위치에 있는 외주면에, 평면도로 봤을 때 반원 형상을 한 미세한 팽창부를 최대 경도를 가지도록 성형하는 구성으로 하였다.이에 따라, 피가공물인 보스를 다이에 밀어 넣음으로써, 보스 외층부를 축방향으로 잡아당기고 보스 기단부를 향해 재료를 유동시키면서 치형을 성형할 수 있게 되고, 펀치의 원샷작용으로 스플라인 치형의 성형을 완료시킬 수 있다.또, 보스부 표층부의 재료를 기단부측에 유동시키면서 치형을 인장성형함으로써, 스플라인 치형의 봉우리부와 봉우리부 사이에 위치에 있는 외주면에, 평면도로 봤을 때 반원 형상을 한 소형 팽창부를 최대 경도를 가지도록 성형하여, 스플라인 치형의 성형과정에서 보스 기단부의 강도를 확보할 수 있다.

또한, 청구범위 제 4 항에 있어서 스플라인 치형의 성형장치에 있어서는, 스플라인 치형의 인장성형용 치형이 형성된 원통형 다이와, 상기 다이의 중앙에 고정배치된 보스 가이드용 맨드릴, 그리고 맨드릴을 따라 승강하고 맨드릴에 결합되는 보스를 다이와 맨드릴 사이의 빈 틈에 결합시키는 펀치를 갖추고,상기 보스의 후방쪽에 접하도록 한 펀치로써 원샷으로 압입하여, 피가공물인 디스크 플레이트 중앙 앞면에 돌설된 보스를 상기 다이에 밀어넣음으로써, 보스 외층부를 축방향으로 잡아당겨 상기 보스 선단에서 기단부까지 두께살을 균일하게 하는 동시에,상기 보스 기단측을 향해 재료를 유동시키면서 모아, 기단부 스플라인 치형의 봉우리부와 봉우리부 사이에 위치해 있는 외주면에, 평면도로 봤을 때 반원 형상을 한 미세한 팽창부를 최대 경도를 가지도록 형성해서 보스에 치형을 성형하고, 스플라인 치형 성형용 치형이 형성된 다이를 구비하도록 구성했다.이에 따라, 맨드릴은 작업 초기 위치를 결정하는 부재로서 작용하는 동시에, 보스를 다이 내부에 압입하는 경우의 가이드 역할로서, 또 보스 내측의 성형면으로서 작용하고, 다이는 보스 기단부의 스플라인 치형의 봉우리부와 봉우리부 사이에 위치해 있는 외주면에, 평면도로 봤을 때 반원 형상을 한 미세한 팽창부를 최대 경도를 가지도록 형성해서 보스에 치형을 성형하도록 작용한다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해, 첨부도면을 참조해서 상세히 설명한다. 또, 종래의 기술로 설명한 동일부재에 관해서는 동일부호를 붙이고, 동일하지 않은 부재에만 다른 부호를 사용해서 설명한다.

도 1은 본 발명 방법이 적용되는 스플라인 치형 성형장치의 전체구성을 나타내고, 도 2는 그 요부 구조를 사시도와 단면도로 제시한 것이며, 도 3(a)~3(e)는 각 프레스 공정에 있어서 피가공물인 캐리어 플레이트의 형상 변화를 사시도와 단면도로 나타내고 있다.

우선 도 3(a)에 있어서, 캐리어 플레이트(3)의 전개형상에 브랭크 커트(Brank cut)시킨 금속제 브랭크(3')는, 그 후 각종 프레스 공정을 거쳐 도 3(b), 3(c)에 제시하듯 벽면부(4)는 하강해서 성형되는 동시에, 원통 형상의 보스부(5)는 세워 올려 형성된다. 평판형상 디스크 플레이트(3a)의 중앙 앞면에 보스부(5)가 돌출되고, 디스크 플레이트(3a)의 둘레 가장자리부 후방측에 벽면부(4)가 돌출된 구조로 되어 있다.

그 후, 이 캐리어 플레이트(3)는 도 1, 도 2에 제시하는 성형장치(10)에 셋팅된다. 또, 도 1, 도 2에 있어서 좌측이 성형 전, 우측이 성형 후의 상태를 나타내고 있다.

성형장치(10)의 주요부는, 내측 둘레부에 스플라인 치형 성형용 치형(12)을 형성한 원통형 다이(14)와, 상기 다이(14)의 내측 둘레부에 동심상으로 고정배치되고, 앞쪽 끝이 다이(14)의 상부에 돌출된 맨드릴(16)과 다이(14)의 상부에 있어서 피가공물인 캐리어 플레이트(3)를 다이(14) 내부를 향해 눌러내릴 수 있는 펀치(18)를 구비하고 있다.

다이(14)의 내부 직경, 즉 스플라인 치형 성형용 치형(12)의 치형바닥 사이 직경은, 보스부(5)의 외부직경과 같거나 조금 작게, 치형(12)의 높이는 보스부(5)의 덧살 이내의 치수로 설정되어 있다.

또한, 펀치(18)의 앞쪽 끝은 맨드릴(16)이 여유있게 결합될 수 있도록 내부가 원통 형상으로 구성되고, 맨드릴(16)의 외부 직경은 보스부(5)의 내부 직경과 같아 맨드릴(16) 상부 돌출부의 끝에 보스부(5)를 결합하여 보스부(5)의 앞쪽 끝이 다이(14)의 앞쪽 끝과 대응하게 됨으로써, 스플라인 치형(5a)의 성형준비가 완료된 상태가 된다.

이 상태에서 펀치(18)를 하강시켜 보스부(5) 안쪽에 접하게 하고, 이어서 펀치(18)를 눌러내려, 보스부(5)가 맨드릴(16)과 다이(14) 사이의 빈 틈(즉, 스플라인 치형 인장성형을 위한 공간)에 압입되면서 보스부(5)의 외주에 스플라인 치형(5a)이 인장 성형된다.즉, 보스부(5)가 맨드릴(16)을 따라 하강하는 경우에, 보스부(5)의 외층부가 치형(12)에 의해 축방향으로 잡아당겨져 스플라인 치형(5a)이 성형된다. 또한, 이 때 보스부(5)는 그 재료의 흐름에 의해 축방향으로 연장되고, 도 3(b), 3(c)에 제시하는 가공 전의 최초높이 H1에 대해, 도 3(d), 3(e)에 제시하는 바와 같이 가공 후는 이 보다 높은 높이인 H2가 되지만, 그 내부 직경은 맨드릴(16)에 의해 최초의 직경으로 유지되고, 보스부(5)를 인장성형한 후 외층부 두께(t2)은 성형전 외층부 두께(t1)와 같거나 조금 작아진다.

또, 인장성형에 의해 재료의 방향이 보스부(5)의 앞쪽 끝에서 기단측으로 흐르게 되고 여기에 그 덧살이 집중되지만, 보스부(5)가 축방향으로 연장되어 보스부(5)의 앞쪽 끝에서 기단까지 외층부 두께(t2)가 균일하게 된다.

특히, 잡아당겨진 재료는 도 4에 제시하는 바와 같이, 보스부(5) 기단부에 있어서 스플라인 치형(5a)의 봉우리 부분과 봉우리 부분 사이에 위치하는 외주면에, 평면도로 봤을 때 반원 형상의 고경도 소형 팽창부(5d)를 형성한다.

더욱이 성형후는 펀치(18)가 상승하고, 이어서 도 2 우측에 제시하는 바와 같이, 넉아웃(Knock out-20)이 상승해서 스플라인 치형(5a)이 성형된 캐리어 플레이트(3)를 밀어올려 맨드릴(16)로부터 멀어지게 함으로써 하나의 성형 싸이클이 완료된다.

그 후, 유성기어(6)를 축 지지하는 구멍들을 형성, 소정의 기어를 조합해서 일체화하고, 베이스 플레이트(2)에 용접함으로써 도 7에 제시하는 캐리어 플레이트 조립품(1A)이 이루어진다.

도 5는 상기의 성형공정을 거쳐 얻어진 보스부(5) 치형의 봉우리 부분 위치에서 세로방향으로 절단한 단면의 각 부분에 있어서 경도(비커어스 경도)를 나타내는 것이다. 도면에 있어서의 경도는, 각각 표면으로부터 0.05cm 깊이의 경도와 덧살 중심 경도를 나타내는 것이고, 인장성형된 가공면, 즉 보스부(5) 스플라인 치형(5a) 부분의 경도는, 인장성형되어 있지 않은 비가공면의 경도에 비해 전반적으로 높고, 보스부(5) 기단부 부분 외측에서의 경도가 최고치를 나타내고 있어, 강도의 증가를 확인할 수 있다.

또한 도 6은 가공형태에 있어서 보스부(5) 원주방향의 재료의 흐름을 나타내는 예시도로서, 본 발명 방법에 따른 보스부(5)의 단면형태는 도 6(a)에 제시하듯이, 직경중심을 향해 압축되는 재료의 흐름을 나타내고 있는데 대해, 종래의 절삭가공에 의한 것은 도 6(b)에 제시하듯이 그 재료의 흐름을 나눈 형태로 치형이 형성되어 있어, 이 비교 결과로부터도 본 발명 방법에 따른 치형의 경도가 증가한다는 것을 알 수 있다.

더욱이 이상과 같은 실시예에서는, 캐리어 플레이트(3)의 보스부(5) 외주에 스플라인 치형(5a)을 성형하는 것에 관해 설명했으나, 디스크 플레이트(3a)에 일체로 형성된 원통 형상의 보스부(5) 외주에 스플라인 홈이 형성된 자동차용 트랜스미션 구성용 기타 토크 전달부재에도 광범위하게 적용할 수 있다.

이상의 설명으로 분명해지듯, 본 발명에 따른 자동차용 트랜스미션에 있어서의 토크 전달부재에 의하면, 보스부 외주면의 스플라인 치형의 표면경도는 비가공면의 경도보다 높고, 토크 전달시에 응력이 집중되기 쉬운 보스 기단부 측에서 경도가 최대가 되는 동시에, 보스부 기단부의 두께살을 충분히 확보할 수 있기 때문에, 종래에 비해 보스부의 강도가 높고 치형부분에서 꺾여 파손된다고 하는 단점을 미연에 방지할 수 있다.

또한 본 발명 방법에 따른 스플라인 치형의 성형방법에 의하면, 보스부를 다이와 맨드릴 사이의 빈틈에 결합시킴으로써 축방향으로 잡아당기고, 보스부 표층부의 재료를 기단부 측으로 유동시키면서 치형을 인장성형할 수 있으며, 펀치의 원샷으로 스플라인 치형의 성형이 완료되므로, 종래의 절삭가공에 비해 하나의 공정에 의해 완료되고, 코일소재로 일관된 프레스성형 공정에 의해 연속성형이 가능하므로 가공비용이 적게 든다.

더욱이, 본 발명에 따른 스플라인 치형의 성형장치에 의하면, 맨드릴에 의해 피가공물의 초기 위치가 결정되므로 가공정도(加工精度)가 높은 것 등의 각종 이점이 있다.

Claims (4)

1. 금속제 디스크 플레이트(3a) 중앙에 원통 형상 보스부(5)가 일체로 돌출해서 형성되고, 상기 보스부(5)의 외주에 스플라인 치형(5a)이 형성된 자동차용 토크 전달부재에 있어서;

   상기 스플라인 치형(5a)은 보스부(5)의 외층부가 보스부(5) 선단측에서 축방향으로 인장되어 성형되며,

   상기 보스부(5)의 부근에 있어서는 스플라인 치형(5a)의 봉우리부와 봉우리부사이 외주면에 고경도 소형 팽창부(5d)가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 토크 전달부재.
2. 제 1 항에 있어서;

   상기 토크 전달부재는, 베이스 플레이트(2)에 용접고정되는 벽면부(4)가 원주방향으로 다수개의 지점에 형성된 오토 트랜스미션용 캐리어 플레이트(3)인 것을 특징으로 하는 자동차용 토크 전달부재.
3. 금속제 디스크 플레이트(3a)의 중앙에 원통 형상의 보스부(5)가 일체로 돌출해서 형성된 피가공물의 보스부(5) 외주면에 스플라인 치형(5a)을 성형하는 스플라인 치형 성형방법에 있어서;

   스플라인 치형 성형용 치형(12)이 형성된 원통형 다이(14)와, 상기 다이(14)의 중앙에 배치된 보스부(5) 안내용 맨드릴(16)에 대하여 보스부(5)가 맨드릴(16)에 끼워지도록 배치한 피가공물의 디스크 플레이트(3a)를 펀치(18)로 눌러서 다이(14)와 맨드릴(16) 사이의 틈 내부로 보스부(5)를 압입함으로써 보스부(5) 외주면에 스플라인 치형(5a)을 인장성형하고,

   상기 보스부(5)에서 인장성형부위를 기단부에 집중시켜 상기 기단부측의 경도가 최대가 되도록 성형하는 것을 특징으로 하는 스플라인 치형의 성형방법.
4. 스플라인 치형 성형용 치형(12)이 형성된 원통형 다이(14)와,

   상기 다이(14)의 중앙에는 보스부(5) 안내용 맨드릴(16)이 고정배치되고,

   상기 맨드릴(16)을 따라 승강하고 맨드릴(16)에 결합되는 보스부(5)를 다이(14)와 맨드릴(16) 사이의 빈틈에 결합시키는 펀치(18)가 설치되며,

   피가공물인 디스크 플레이트(3a) 중앙 전면에 돌출 형성된 보스부(5)를 상기 다이(14)에 끼워넣음으로써 보스부(5) 외층부를 축방향으로 인장하고 보스부(5)의 기단부측을 향하여 재료를 유동시키면서 스플라인 치형(5a)을 성형할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 스플라인 치형의 성형장치.