KR100513506B1 - 냉간단조를 이용한 투피스 플랜지너트용 고정와셔 및 이의제조방법 - Google Patents

냉간단조를 이용한 투피스 플랜지너트용 고정와셔 및 이의제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소성을 갖는 금속 소재를 가공하기 알맞은 원판형태로 절단하는 단계; 원판형태로 절단된 상기 소재를 다수개의 금형과 펀치가 포함된 다단 성형기와 단조프레스로 1차 단조작업을 하는 단계; 상기 1차 단조작업을 거치며 발생한 1차 가공품 내부의 응력을 제거하기 위하여 풀림처리를 하는 단계; 상기 1차 가공품이 금형과 고착되는 것을 방지하고 표면이 깨끗하도록 윤활처리(본데루베)하는 단계; 윤활처리를 마친 1차 가공품에 완제품 형상의 홈이 형성된 금형을 이용하여 2차 단조작업을 하는 단계; 2차 단조작업을 거치며 발생한 2차 가공품 내부의 응력을 해소하고, 표면은 단단하면서 내부는 연한 상태의 우수한 기계적 성질을 얻기 위하여 담금질 처리 후 뜨임 처리하는 과정으로 이루어진 QT열처리 작업을 하는 단계; 마지막으로 상기 2차 가공품에 산화 및 부식 방지를 위하여 피막을 입히는 단계를 거쳐 제작되어, 냉간단조로 성형하여 제조 공수 절감할 수 있고, 생산 자동화를 통한 대량생산 및 제조원가 절감이 가능한 투피스 플랜지형 고정와셔를 제공한다.

Description

냉간단조를 이용한 투피스 플랜지너트용 고정와셔 및 이의 제조방법 {Fixing washer for two-piece flange nut using cold forging and manufacturing method thereof}
본 발명은 냉간단조를 이용한 투피스 플랜지너트용 고정와셔 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 차량(특히 대형차)의 휠너트로 사용되는 투피스 플랜지너트에 있어서 플랜지너트와 결합되는 고정와셔를 냉간단조로 제조하는 방법 및 이를 이용하여 제작한 고정와셔에 관한 것이다.
일반적으로 자동차는 차체와 섀시로 크게 나눌 수 있으며, 차체는 사람이 탈 수 있는 공간, 화물을 적재할 수 있는 공간과, 엔진이 위치할 수 있는 공간을 포함하여 구성되고, 섀시는 동력을 발생하는 엔진을 비롯하여 동력전달장치, 조향장치, 현가장치, 주행장치를 포함하여 구성된다.
엔진에서 발생된 동력은 변속기와 차축을 거쳐 구동바퀴까지 전달된다. 차축에는 브레이크 슈와 마찰을 일으켜 제동작용을 하는 드럼이 구비되어 있고, 드럼의 일면에는 휠이 고정될 수 있는 소정 개수의 스터드볼트가 돌출되어 있다.
도 1은 투피스 플랜지너트를 이용하여 바퀴를 결합한 상태를 도시한다.
상기 도 1을 참조하여, 타이어를 포함하는 휠(10)은 상술한 바와 같이 드럼(미도시)의 일면 돌출된 스터드볼트(12)에 결합되어 투피스 플랜지너트(14)에 의해 고정된다. 상기 투피스 플랜지너트는 너트의 바닥면에 원형의 플랜지가 형성된 플랜지너트에 고정와셔가 결합되어 형성된다.
종래의 투피스 플랜지너트용 고정와셔는 소재를 재결정온도 이상으로 가열한 뒤 단조작업을 하는 열간단조로 제작되며, 그 과정은 다음과 같다.
소성을 갖는 소재를 일정크기로 절단하는 단계와;
일정크기로 절단된 소재를 가열로에서 재결정 온도 이상으로 가열하는 단계와;
가열된 소재를 원하는 형상이 되도록 단조작업하는 단계와;
단조작업을 거친 소재의 표면에 쇼트볼이나 그릿을 투사시켜 쇼트피닝하는 단계와;
단조작업과 쇼트피닝을 거치며 발생된 소재 내부의 응력을 제거하기 위하여 풀림처리를 하는 단계와;
풀림처리를 마친 소재에 외부가공 및 절단 작업을 하는 1차 가공단계와;
1차 가공을 거친 1차 가공품의 내부에 2차로 홈가공을 하는 단계와;
1차, 2차 가공을 거치며 발생된 2차 가공품 내부의 응력을 제거하고, 표면은 단단하면서 내부는 연한 상태의 우수한 기계적 성질을 얻기 위하여 QT열처리 작업을 하는 단계와;
마지막으로 2차 가공품에 산화 및 부식방지를 위하여 피막을 입히는 단계;
로 이루어진다.
상기한 종래의 제조방법은 투피스 플랜지너트용 고정와셔를 성형하기 위해서는 9단계의 많은 제조 공수를 거쳐 생산되므로, 생산성이 저하되고, 제조원가가 상승되는 문제점이 있다.
또한 단조작업시 열간단조를 사용하므로, 열간단조에서 발생할 수 있는 단조겹침, 형상 및 조직의 불균일과 같은 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 투피스 플랜지너트용 고정와셔를 다단성형기와 단조프레스에 의해 냉간단조방법으로 성형하여 제조 공정수를 절감할 수 있으며, 생산 자동화를 통한 대량생산 및 제조원가 절감이 가능하도록 하는 냉간단조를 이용한 투피스 플랜지너트용 고정와셔 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 투피스 플랜지너트용 고정와셔의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 투피스 플랜지너트용 고정와셔의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
상기 도 2를 참조하면, 본원 발명에 의한 투피스 플랜지너트용 고정와셔의 제조방법은, 일정한 두께의 평판이 롤형태로 감겨 공급되는 소성의 금속 소재를 프레스 등의 펀칭기계를 사용하여 가공하기 알맞은 원판형태로 절단하는 작업(S10); 다수개의 금형과 펀치가 구비된 다단성형기와 단조프레스를 이용하여 단류선이 파괴되지 않는 범위 내에서 이루어지는 1차 단조작업(S20); 상기 1차 단조작업 단계를 거쳐 제작된 1차 가공품은 그 내부에 응력이 발생되어 기계적 성질이 저하됨에 따라 상기 내부응력을 제거하기 위해 상기 1차 가공품을 재결정 온도까지 가열한 후 고온에서 천천히 식혀 조직이 안정된 상태가 되도록 하는 풀림처리(S30); 풀림처리를 마친 상기 1차 가공품이 후술할 2차 단조작업(정밀가공) 과정에서 금형과 고착되는 것을 방지함과 동시에 단조작업으로 인하여 거칠어진 상기 1차 가공품의 표면을 깨끗하고 매끄럽게 하기 위한 윤활처리(본데루베)과정(S40); 윤활처리까지 마친 상기 1차 가공품에 완제품 형상의 홈이 요각된 금형을 사용하여 수행되는 2차 단조작업(S50); 상기 2차 단조작업을 거치며 발생된 2차 가공품 내부의 응력을 해소하고, 표면은 단단하면서 그 내부는 연하여 기계적 성질이 우수하도록 담금질 처리 후 뜨임 처리하는 과정으로 이루어진 QT열처리 작업(S60); 및 상기 QT열처리 작업을 마친 제품에 산화 및 부식 방지를 위한 피막을 입히는 단계(S70);로 제작공정이 완료됨을 알 수 있다.
여기서 S20 단계와 S50 단계의 1,2차 단조작업에는 냉간단조가 사용된다. 상기 냉간단조는 해당 소재를 재결정이 시작되는 재결정 온도 이하로 가열한 뒤, 각 단계에 맞는 형상으로 요각된 금형에 안착시키고 단조하는 냉각단조를 사용한다.
따라서, 기존의 열간단조에 의한 제조시 문제점으로 지적된 단조겹침, 형상 및 조직의 불균일 등과 같은 문제점이 해소됨과 동시에 생산 자동화를 통한 제조 공정수의 감소 및 재료비 절감 등으로 인하여 시간당 생산량이 늘어나 대량생산이 가능하다.
도 3은 1차 단조작업을 통하여 생산되는 1차 가공품의 제조과정을 도시한다.
상기 도 3에 도시된 S20 단계의 1차 단조작업은 다단성형기와 단조프레스를 이용하며, 그 과정은 다음과 같다.
S10 단계를 거쳐 원판형으로 전달된 소재에 상,하부 모서리를 따라서 일정한 각도의 테이퍼(22)가 형성되도록 단조작업을 한다(S21). 상기와 같이 테이퍼(22)를 형성하는 이유는 단조과정에서 흔히 나타날 수 있는 응력집중현상을 해소하기 위해서이다.
테이퍼(22)가 형성된 상기 원판형 소재를 완제품과 동일한 지름과 두께가 되도록 압축단조작업(S23)을 수행한 후, 압축된 상기 원판형 소재의 상,하면 중앙에 동심축을 갖는 한 쌍의 원형홈(24)을 형성하고(S25), 상·하면에 원형홈(24)이 형성되며 생긴 바닥면(26)은 단조프레스를 이용하여 제거하므로써, 상·하면의 원형홈(24)이 관통되어 하나의 삽입공(28)으로 형성된다(S27).
이와 같이 삽입공(28)을 형성함에 있어서, 단조작업으로 상·하면의 원형홈(24)만을 형성하고, 프레스를 이용하여 상기 바닥면을 관통하는 이유는 단조작업에서 발생하는 내부응력을 최소화하고, 소재 내부의 단류선 파괴를 피하기 위함이다.
아울러 투피스 플랜지너트용 고정와셔의 제작과정을 통해 냉간단조작업을 1,2차로 나누어 두 번 가공함은, 이러한 단조작업에 있어서 열간단조를 통해 제조되는 종래의 제품보다 형상과 조직이 균일하고 안정되며, 단조작업에서 오는 제품의 피로를 억제할 수 있다.
도 4는 본 발명에 의한 투피스 플랜지너트용 고정와셔의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 의한 투피스 플랜지너트용 고정와셔의 절단면을 도시하며, 도 6은 본 발명에 의한 투피스 플랜지너트용 고정와셔와 플랜지너트의 결합상태를 도시한 분해사시도이다.
상기 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상술한 방법으로 제조되는 투피스 플랜지너트용 고정와셔(100)는 일정 두께를 갖는 원추형으로 중앙에 원형의 관통공(102)이 형성된다. 상기 투피스 플랜지너트용 고정와셔(100)는 상면이 좁고 하면으로 내려갈수록 넓어지는 외측 테이퍼(104)가 형성되고, 상기 외측 테이퍼는(104) 투피스 플랜지너트용 고정와셔(100)의 상면으로부터 2/3지점까지 확장되어 내려가도록 형성되며, 그 이하는 동일한 지름으로 바닥면까지 이어진다. 상기 투피스 플랜지너트용 고정와셔(100)의 내측면 상단에는 하면으로 내려갈수록 좁아지는 내측 테이퍼(106)가 형성되며, 내측 테이퍼(106)의 끝은 관통공(102)의 원둘레를 형성한다. 상기 관통공(102)은 일정 두께로 형성되며, 관통공(102)이 끝나는 부분에서는 확장되는 테이퍼 형태로 형성되다가 종국에는 바닥면까지 동일한 지름의 홈으로 형성된다.
상기 투피스 플랜지너트용 고정와셔(100)와 결합되는 플랜지너트(110)는 바닥면에 투피스 플랜지너트용 고정와셔(100)의 상면과 동일한 지름의 플랜지(112)가 형성되고, 플랜지(112)의 바닥에서 아래로 돌출되도록 칼라(114)가 형성되며, 볼트가 관통하여 삽입될 수 있도록 플랜지너트(110)의 상면에서 칼라(114)의 바닥까지 암나사(116)가 형성된다.
도 7은 투피스 플랜지너트용 고정와셔와 플랜지너트가 결합되었을 때의 단면을 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이 플랜지너트(110)의 칼라(114)는, 투피스 플랜지너트용 고정와셔(100)의 관통공(102)에 삽입된 후 코킹작업으로 체결되어 투피스 플랜지너트(130)를 형성한다. 따라서, 플랜지너트(110)는 투피스 플랜지너트용 고정와셔(100)에 결합된 상태를 유지하며 회전이 가능해 진다.
상기 코킹작업은 압력용기 등에 사용되는 체결방식으로 상용화된 공법이어서 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투피스 플랜지너트용 고정와셔의 제조방법 및 이를 이용한 고정와셔의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 투피스 플랜지너트용 고정와셔의 제조방법 및 이를 이용한 고정와셔는 다단성형기와 단조프레스를 이용한 냉간단조방법으로 성형하여 제조 공수를 기존 9단계에서 7단계로 줄일 수 있고, 생산 자동화를 통한 대량생산 및 제조원가 절감이 가능하며, 열간단조방법으로 인한 단조겹침, 형상 불균일, 조직 불균일의 문제점을 해소하고, 냉간단조방법에 의한 치밀한 조직으로 체결장치의 기능성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 투피스 플랜지너트를 이용하여 바퀴를 결합한 상태를 도시한다.
도 2는 본 발명에 의한 투피스 플랜지너트용 고정와셔의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 1차 단조작업을 통하여 생산되는 1차 가공품의 제조과정을 도시한다.
도 4는 본 발명에 의한 투피스 플랜지너트용 고정와셔의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 투피스 플랜지너트용 고정와셔의 절단면을 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명에 의한 투피스 플랜지너트용 고정와셔와 플랜지너트의 결합상태를 도시한 분해사시도이다.
도 7은 투피스 플랜지너트용 고정와셔와 플랜지너트가 결합되었을 때의 단면을 도시한다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 투피스 플랜지너트용 고정와셔 102 : 관통공
110 : 플랜지너트 112 : 플랜지
114 : 칼라 116 : 암나사
130 : 투피스 플랜지너트

Claims (10)

  1. 소성을 갖는 금속 소재를 가공하기 알맞은 원판형태로 절단하는 단계(S10);
    원판형태로 절단된 상기 소재를 다수개의 금형과 펀치를 포함하는 다단 성형기와 단조프레스로 1차 단조작업을 하는 단계(S20);
    상기 1차 단조작업을 거치며 발생한 1차 가공품 내부의 응력을 제거하기 위하여 풀림처리를 하는 단계(S30);
    상기 1차 가공품이 금형과 고착되는 것을 방지하고 표면이 깨끗하도록 윤활처리(본데루베)하는 단계(S40);
    윤활처리를 마친 1차 가공품에 완제품 형상의 홈이 형성된 금형을 이용하여 2차 단조작업을 하는 단계(S50);
    2차 단조작업을 거치며 발생한 2차 가공품 내부의 응력을 해소하고, 표면을 단단하게 하며, 내부를 연하게 하여 기계적 성질을 높이기 위해 담금질 처리 후 뜨임 처리하는 과정으로 이루어진 QT열처리 작업을 하는 단계(S60);
    상기 2차 가공품에 산화 및 부식 방지를 위하여 피막을 입히는 단계(S70);
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 투피스 플랜지너트용 고정와셔의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2단계의 1차 단조작업은,
    다단 성형기를 이용하여 원판형태로 절단된 소재의 상·하부 모서리를 테이퍼지도록 단조작업을 하는 단계(S21)와,
    상기 테이퍼진 원판형 소재를 일정 두께까지 압축되도록 단조작업을 하는 단계(S23)와,
    상기 원판형 소재의 상·하면 중앙에 원형의 홈이 생기도록 단조작업을 하는 단계(S25)와,
    상기 단조프레스를 이용하여 상기 원판형 소재의 상·하면 중앙에 형성된 홈이 관통되도록 프레스작업을 하는 단계(S27),
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 투피스 플랜지너트용 고정와셔의 제조방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 2단계의 1차 단조작업은,
    소재를 재결정온도 이하로 가열한 뒤 일정모양으로 요각된 금형에 안착시켜 냉간단조방법으로 가공되어지는 것을 특징으로 하는 투피스 플랜지너트용 고정와셔의 제조방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 5단계의 2차 단조작업은,
    소재를 재결정온도 이하로 가열한 뒤 일정모양으로 요각된 금형에 안착시켜 냉간단조방법으로 가공되어지는 것을 특징으로 하는 투피스 플랜지너트용 고정와셔의 제조방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제 2단계의 1차 단조작업과 상기 제 5단계의 2차 단조작업은,
    소재를 재결정온도 이하로 가열한 뒤 일정모양으로 요각된 금형에 안착시켜 냉간단조방법으로 가공되어지는 것을 특징으로 하는 투피스 플랜지너트용 고정와셔의 제조방법.
  6. 소성을 갖는 금속 소재를 가공하기 알맞은 원판형태로 절단하는 단계와;
    원판형태로 절단된 상기 소재를 다수개의 금형과 펀치를 포함하는 다단 성형기와 단조프레스로 1차 단조작업을 하는 단계와;
    상기 1차 단조작업을 거치며 발생한 1차 가공품 내부의 응력을 제거하기 위하여 풀림처리를 하는 단계와;
    상기 1차 가공품이 금형과 고착되는 것을 방지하고 표면이 깨끗하도록 윤활처리(본데루베)하는 단계와;
    윤활처리를 마친 1차 가공품에 완제품 형상의 홈이 형성된 금형을 이용하여 2차 단조작업을 하는 단계와;
    2차 단조작업을 거치며 발생한 2차 가공품 내부의 응력을 해소하고, 표면을 단단하게 하며, 내부를 연하게 하여 기계적 성질을 높이기 위해 담금질 처리 후 뜨임 처리하는 과정으로 이루어진 QT열처리 작업을 하는 단계와;
    상기 2차 가공품에 산화 및 부식 방지를 위하여 피막을 입히는 단계;
    로 이루어지는 제조방법에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 투피스 플랜지너트용 고정와셔.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 다단 성형기와 단조프레스를 이용한 단조작업을 하는 단계는,
    다단 성형기를 이용하여 원판형태로 절단된 소재의 상·하부 모서리를 테이퍼지도록 단조작업을 하는 단계와,
    상기 테이퍼진 원판형 소재를 일정 두께까지 압축되도록 단조작업을 하는 단계와,
    상기 원판형 소재의 상·하면 중앙에 원형의 홈이 생기도록 단조작업을 하는 단계와,
    상기 단조프레스를 이용하여 상기 원판형 소재의 상·하면 중앙에 형성된 홈이 관통되도록 프레스작업을 하는 단계,
    로 이루어지는 제조방법에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 투피스 플랜지너트용 고정와셔.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 1차 단조작업은,
    소재를 재결정온도 이하로 가열한 뒤 일정모양으로 요각된 금형에 안착시켜 냉간단조하는 제조방법에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 투피스 플랜지너트용 고정와셔.
  9. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 2차 단조작업은,
    소재를 재결정온도 이하로 가열한 뒤 일정모양으로 요각된 금형에 안착시켜 냉간단조하는 제조방법에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 투피스 플랜지너트용 고정와셔.
  10. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 1차 단조작업과 상기 2차 단조작업은,
    소재를 재결정온도 이하로 가열한 뒤 일정모양으로 요각된 금형에 안착시켜 냉간단조하는 제조방법에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 투피스 플랜지너트용 고정와셔.
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