KR100454670B1 - 서머스타트 컵 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서머스타트 컵 제조 방법에 관한 것으로, 구리함량 80%이상, 아연함량이 약 20%정도이며, 이외에 납과 철과 주석이 극소량 포함된 단동을 인발한 후 730~900℃에서 풀림열처리하여 상온에서 45-50%의 연신율을 가지도록 하여 모재를 형성하는 모재형성공정과, 상기 모재를 이용하여 스프링 안내핀과 컵을 동시에 일체형으로 다단 단조 가공이 가능하도록 하기 위하여 경도 HV 35-40에서 풀림처리후 냉간성형하여 각 단계별 금형과 펀치를 제조하는 제조공정과, 상기 모재를 절단한 후 상기 펀치와 금형을 사용하여 다단 단조가공하여 스프링 안내핀과 컵을 동시에 일체형으로 가공하는 단조가공 공정으로 구성되는 서머스타트 컵 제조 방법을 제공함으로써, 서머스타트컵의 내구성과 신뢰성이 향상되어 컵과 스프링 안내핀의 경계면에서 발생되던 작동불량이 발생되지 않도록 하고, 금형을 실제로 성형하기 전에 시뮬레이션을 통하여 불량요소들을 제거하므로 제조공정에서 발생되는 불필요한 낭비요소가 제거되어 생산비가 대폭 절감되도록 한 것이다.

Description

서머스타트 컵 제조방법{Manufacturing method for thermostart cup}

본 발명은 서머스타트 컵 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 컵과 판을 동일한 재질의 일체형 구조로 냉간단조방법으로 제조하여 대량생산이 가능하도록 하는 서머스타트 컵 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차부품인 서머스타트는 엔진의 동력발생중 생성된 열을 냉각시스템을 통하여 충분히 냉각시켜 엔진효율 저하를 막고 다른 부품기능을 원활하게 하는 부품으로써, 자동차엔진의 냉각수가 엔진의 실린더블록과 헤드블록에서 흡수한 열을 라디에이터에서 방출을 하도록 엔진블록과 라디에이터를 연결하는 냉각수 순환파이프 관로에 조립이 된다.

이러한 서머스타트의 구조를 살펴보면 황동재 서머스타트컵 내부에 열을 흡수하면 팽창하는 특수한 왁스와 왁스의 팽창력에 밀려 상승하는 밀핀을 넣고 고무패킹으로 밀봉을 한 것으로, 밀핀이 컵의 상측방향으로 동작할 수 있도록 안내 브라켓트가 컵을 지지하고 있으며 컵의 하부에 스텐레스재질의 스프링 안내핀이 용접되어 있어서, 과열된 냉각수가 서머스타트컵을 가열하면, 컵 내부에 있는 왁스가 팽창을 하며, 고무튜브 속에 있는 밀핀을 밀어올려 밀핀이 상승을 한다. 밀핀이 상승을 하는 힘으로 서머스타트컵이 밑으로 하강을 하게 되고 컵의 외부에 고정된 고무패킹이 브라켓트로부터 이탈을 하며, 이때 과열된 냉각수가 브라켓트와 고무패킹 사이의 틈새를 통해 라디에이터로 들어가게된다.

그러나, 상기한 종래의 서머스타트는 스텐레스재질의 스프링안내핀과 황동의 서머스타트컵을 이종용접하여 제작을 하거나, 황동재컵과 핀을 별도로 제작하여 커어링하여 조립생산하였으므로, 반복작동하게 될 때 핀의 변형, 용접부 이탈, 컵 홈과 편심으로 인하여 자동차의 고장이 잦거나 기능저하가 생기며, 이와 같은 냉각순환계의 기능저하는 엔진과열, 동절기 연료과다 소모를 초래한다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 컵과 판을 동일한 재질의 일체형 구조로 냉간단조방법으로 제조하여 대량생산이 가능하도록 하는 서머스타트 컵 제조 방법을 제공하는 데 있다.

도 1a내지 도 1e는 본 발명에 따른 서머스타트 컵 제조방법에 따른 단조 공정별 결과물을 나타내는 도면

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예를 하기에서 살펴본다.

본 발명에 따른 서머스타트 컵 제조 방법은 구리함량 80%이상, 아연함량이 약 20%정도이며, 이외에 납과 철과 주석이 극소량 포함된 단동을 인발한 후730~900℃에서 풀림열처리하여 상온에서 45-50%의 연신율을 가지도록 하여 모재를 형성하는 모재형성공정과, 상기 모재를 이용하여 스프링 안내핀과 컵을 동시에 일체형으로 다단 단조 가공이 가능하도록 하기 위하여 경도 HV 35-40에서 풀림처리후 냉간성형하여 각 단계별 금형과 펀치를 제조하는 제조공정과, 상기 모재를 절단한 후 상기 펀치와 금형을 사용하여 다단 단조가공하여 스프링 안내핀과 컵을 동시에 일체형으로 가공하는 단조가공 공정으로 구성된다.

한편, 상기한 구성에서 단조가공 공정을 보다 상세하게 살펴보면 우선, 절단된 모재를 총길이의 1/5정도 지점을 기준으로 전단부를 압축시킴과 아울러 후단부가 확대되도록 금형에 넣어서 성형하는 제 1공정과, 상기 제 1공정의 결과물에서 전단부는 직경이 확대되고 후단부는 이단으로 직경이 커지면서 길이가 짧아지도록 금형을 사용하여 성형하는 제 2공정과, 후단부에 컵의 내경을 형성함과 아울러 중간부를 밀어내기하며 중간부와 전단부는 후단부에 내경을 펀칭할때 체적의 이동량에 따라 직경을 키워주는 제 3공정과, 컵과 스프링 안내핀의 형상에 맞는 금형과 펀치를 사용하여 컵과 핀이 일체화된 완성된 제품을 성형하는 제 4공정으로 구성된다.

이와 같은 본 발명에서 상기 단동의 인장강도는 31.77kgf/㎟이고, 항복강도 15.2kgf/㎟로써, 고배기량의 재료로는 C2400, 저배기량의 재료로는 C2700을 사용하며, 인발한 후 풀림열처리 함으로써 소재가 구상화(球狀化)되어 인발과정에서 생기는 내부 응력이 제거되고 연성이 증가되며 상온에서 45-50%의 연신율을 가져 우수한 연성과 가단성을 가진 재료로서 다양한 냉간가공이 가능하게 되고, 냉간가공된동을 풀림열처리 하면 급속히 균열이 진행되는 화염균열(fire cracking)이 생기며 재결정전의 입계에 따라서 작은 공공이 연점상으로 발생하여 취화가 생기므로 풀림처리에 있어 취화온도 영역을 급속가열하여 피한다.

또한, 금형의 성형부 형상을 최소화함으로서 metal flow를 살리고 균일성을 갖게 하여 조직문제를 해결한다

그리고, 상기 금형은 강소성 유한요소 해석의 수행에 의하여 제품성형을 위한 Forging stock size의 간접적 평가와 실제 성형시 마찰조건의 영향을 간접적으로 평가하고, Automatic Remeshing/Rezoning기법을 적용하여 음해법에서 해의 수렴성을 확보함으로써, 실제 금형을 설계 제작할 때 소요되는 회수와 비용을 상대적으로 급격히 감소시킨다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 서모스타트 컵의 제조방법에 따른 컵과 스프링안내핀의 성형과정을 하기에서 첨부된 도면을 참조하여 살펴본다.

도 1a내지 도 1e는 본 발명에 따른 서머스타트 컵 제조방법에 따른 단조 공정별 결과물을 나타내는 도면으로써, 본 발명의 실시예에서는 직경 13.8.mm를 단조가공하여 직경 8.8mm가 되도록 하는 것을 살펴본다.

단동을 인발한 후 풀림열처리하여 모재를 형성하여 절단하되, 도 1a에 나타내는 바와 같이 길이 49mm, 직경 13.8mm로 절단한다.

이와 같이 절단된 모재는 다단계의 단조공정을 거치게 되는데, 우선 전체 단조공정 중 제 1공정을 거쳐 도 1b에 나타내는 바와 같이 총길이 57mm이며 전단은직경 8.5mm와 길이 11mm로 압축하고 후단은 직경 13.9mm와 길이 46mm가 되도록 성형한다.

이와 같이 성형된 결과물을 제 2 공정을 거치면서 도 1c에 나타내는 바와 같이 후단부 직경 20mm, 길이 4mm, 경사면길이 2mm의 확장부와, 중간부에 직경14.2mm와 길이 9mm의 확장부를 가지며, 전단부의 직경을 8.6mm로 확장한다.

이후에 제 3공정을 거치면서 도 1d에 나타내는 바와 같이 후단부에 내경을 형성하여 내경 17.5mm와 외경 21mm가 되도록 하고 전단부 직경을 8.7mm가 되도록 하며 중간부는 길이 26mm, 직경 14.8mm로 확관하고, 제 4 공정을 거치면서 도 1e에 나타내는 바와 같이 일체형인 컵과 스프링 안내핀을 성형하는데, 이 완제품의 치수를 살펴보면 전체길이 43mm이고 스프링 안내핀은 직경 8.8mm, 길이 11mm이며 컵은 길이 32mm, 외경 21mm의 치수를 갖는다.

따라서, 본 발명에 의하면 컵과 스프링 안내핀이 일체형으로 형성된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 의하면 컵과 스프링 안내핀이 일체형으로 형성되므로 서머스타트컵의 내구성과 신뢰성이 향상되어 컵과 스프링 안내핀의 경계면에서 발생되던 작동불량이 발생되지 않아 자동차의 서모스타트 컵으로 인한 고장발생율이 대폭 감소되는 효과가 있고, 금형을 실제로 성형하기 전에 시뮬레이션을 통하여 불량요소들을 제거하므로 제조공정에서 발생되는 불필요한 낭비요소가 제거되어 생산비가 대폭 절감되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 서머스타트를 구성하는 컵과 스프링 안내핀을 제조하는 방법에 있어서,

   구리함량 80%이상, 아연함량이 약 20%정도이며, 이외에 납과 철과 주석이 극소량 포함된 단동을 인발한 후 730~900℃에서 풀림열처리하여 상온에서 45-50%의 연신율을 가지도록 하여 모재를 형성하는 모재형성공정과,

   상기 모재를 이용하여 스프링 안내핀과 컵을 동시에 일체형으로 다단 단조 가공이 가능하도록 하기 위하여 경도 HV 35-40에서 풀림처리후 냉간성형하여 각 단계별 금형과 펀치를 제조하는 제조공정과,

   상기 모재를 절단한 후 상기 펀치와 금형을 사용하여 다단 단조가공하여 스프링 안내핀과 컵을 동시에 일체형으로 가공하는 단조가공 공정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 서머스타트 컵 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 단조가공 공정은 절단된 모재를 총길이의 1/5정도 지점을 기준으로 전단부를 압축시킴과 아울러 후단부가 확대되도록 금형에 넣어서 성형하는 제 1공정과, 상기 제 1공정의 결과물에서 전단부는 직경이 확대되고 후단부는 이단으로 직경이 커지면서 길이가 짧아지도록 금형을 사용하여 성형하는 제 2공정과, 후단부에 컵의 내경을 형성함과 아울러 중간부를 밀어내기하며 중간부와 전단부는 후단부에 내경을 펀칭할때 체적의 이동량에 따라 직경을 키워주는 제 3공정과, 컵과 스프링 안내핀의 형상에 맞는 금형과 펀치를 사용하여 컵과 핀이 일체화된 완성된 제품을 성형하는 제 4공정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 서머스타트 컵 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 금형은 제품성형을 위한 Forging stock size의 간접적 평가와 실제 성형시 마찰조건의 영향을 간접적으로 평가하도록 강소성 유한요소 해석을 수행하고, Automatic Remeshing/Rezoning기법을 적용하여 음해법에서 해의 수렴성을 확보한 후, 나온 결과에 따라 제작되는 것을 특징으로 하는 서머스타트 컵 제조 방법.