KR100857776B1 - 비대칭형 단조품의 단조금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절단한 환봉을 압축 성형하여 복수의 방사상 플랜지를 갖는 허브 베어링 내륜 또는 외륜용 비대칭형단조품을 성형하는데 사용되는 단조금형에 관한 것이다.

본 발명의 단조금형(1,3)은 하나 이상의 반경 방향 돌출부(53)를 갖는 단조품(61)을 성형하는 데 사용되는 단조금형(1,3)에 있어서, 상기 돌출부(53)가 형성되는 쪽의 상형(1) 또는 하형(3)의 돌출측 내경부 필릿구간(13)은 상기 돌출부(53)가 형성되지 않는 쪽의 상기 상형(1) 또는 하형(3)의 평탄측 내경부 필릿구간(15) 보다 곡률반경이 더 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면, 상하형 압착 시 소재가 곡률반경이 작은 필릿구간 보다 곡률반경이 큰 필릿구간을 통해 더 많이 바깥쪽으로 유동하므로, 황성형품의 외주연을 따라 발생되는 플래시 양을 돌출부의 존재 유무와 관계없이 균일하게 유지할 수 있게 되어 소재의 낭비를 대폭 줄일 수 있게 된다.

단조, 금형, 비대칭, 황성형, 필릿, 곡률반경, 단차

Description

비대칭형 단조품의 단조금형{An unaxi-symmetric product forging die}

도 1은 복수의 방사상 플랜지를 갖는 비대칭형의 허브 베어링 내륜 또는 외륜용 단조품을 도시한 사시도이다.

도 2a는 도 3의 단조품을 성형하는 과정에서 환봉을 알맞은 중량으로 절단하는 단계를 도시한 것이다.

도 2b는 도 3의 단조품을 성형하는 과정에서 업세팅 단계를 개략적으로 도시한 것이다.

도 2c는 도 3의 단조품을 성형하는 과정에서 황성형 단계를 개략적으로 도시한 것이다.

도 2d는 도 3의 단조품을 성형하는 과정에서 다듬질 성형 단계를 개략적으로 도시한 것이다.

도 3은 도 2a, 2b, 2c 및 2d에 도시된 과정을 통해 성형된 단조품을 도시한 평면도이다.

도 4는 도 2c의 황성형에 의해 성형된 황성형품을 도시한 평면도이다.

도 5는 황성형 시 소재의 편위 상태를 예시한 단면도이다.

도 6은 황성형 시 소재의 편위 상태를 예시한 상하형 평면도이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르는 단조금형에 의해 성형된 단조 품의 평면도이다.

도 8은 도 3의 A-A선에 대응하는 방향으로서, 본 발명에 따른 단조금형의 일 실시 예를 도시한 개략 단면도이다.

도 9는 도 8의 단조금형 중 하형의 평면도이다.

도 10은 도 8의 단조금형에 의해 황성형된 성형품의 평면도이다.

도 11은 도 10의 A-A선에 따르는 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 상형 3 : 하형

13 : 돌출측 내경부 필릿구간 15 : 평탄측 내경부 필릿구간

17 : 변이구간 19 : 분리선

21 : 웨브부 23 : 리브부

25,27 : 웨브면 29,31 : 랜드부

33 : 플랜지부 53 : 플랜지

55 : 소재 61 : 단조품

71 : 황성형품 73 : 플래시

본 발명은 단조금형에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절단한 환봉을 압축하여 복수의 방사상 플랜지를 갖는 허브 베어링 내륜 또는 외륜용 단조품을 성형하는데 사용되는 단조금형에 관한 것이다.

일반적으로 단조는 금형과 단조기계로 금속재료에 압축 하중을 가하여 성형하는 가공법으로, 전통적인 방식대로 해머와 모루를 이용하는 수작업에서부터 금형 세트, 단조용 프레스나 기계 해머 등의 설비를 이용하는 기계 작업까지 다양한 종류가 있다.

이중 형단조(closed-die forging)는 소재를 상하 두 개의 금형 사이에 넣고 압축함으로써 양 금형 사이의 공동부 모양으로 성형하는 가공법으로, 대체로 가열, 절단, 롤링, 거친 단조, 마무리 단조, 트리밍, 후가공, 냉각의 단계를 거쳐 최종 제품을 얻게 된다.

특히, 도 1에 151로 도시된 것과 같이 복수의 방사상 플랜지(153)를 갖는 허브 베어링 내륜 또는 외륜용 비대칭형 단조품을 단조에 의해 제작하는 경우, 도 2a, 2b, 2c 및 2d에 도시된 과정을 거쳐 도 3에 도시된 바와 같은 단조품(161)을 성형하게 되는바, 각각의 과정을 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 2a로 도시된 것처럼 소재로 사용되는 환봉을 알맞은 중량으로 절단한다. 그리고 나서, 도 2b에 도시된 바와 같이 절단한 환봉토막(155)을 프레스기(157)로 압착하여 넓적하게 만드는 업세팅 작업을 한다. 뒤이어, 도 2c에 도시된 것처럼 변곡 부분의 곡률이 완만한 상하 금형(101,103) 사이의 공동부(105)에 업세팅된 소재(55)를 올리고 가압하여 공동부(105)와 동일한 형태로 황성형한다. 그 다 음, 도 4와 같이 황성형된 반제품 즉, 황성형품(171)을 도 2d에 도시된 바와 같은 변곡 부분의 곡률이 상대적으로 급한 상하 금형(107,109)의 공동부(111)에 장입하여 가압함으로써 최종 단조품으로 다듬질 성형한다. 이어서, 최종 단조품의 중앙부분을 피어싱 가공에 의해 관통하며 바깥 부분 거스러미도 트리밍하여 제거한 후, 열처리공정 등 마감공정을 수행함으로써 도 1에 도시된 것과 같은 최종제품(151)을 얻을 수 있게 된다. 이때, 황성형 공정에 사용되는 상하 금형(101,103)은 변곡부분의 곡률을 완만하게 함으로써 다듬질성형 시 변곡부분에 대한 가공 여유가 충분히 발생되도록 한다. 즉, 도 2c에 도시된 황성형 금형(101,103)은 공동부(105)의 체적이 도 2d에 도시된 다듬질 금형(107,109)의 공동부(111)의 체적보다 약 2~7% 정도 크게 하여 여유를 가짐으로써 다듬질 성형 시 황성형품(171)에 살부족이 발생하지 않도록 한다.

그런데, 위와 같은 복수의 방사상 플랜지(153)를 갖는 허브 베어링 외륜용 비대칭형 단조품과 같은 제품(151)의 경우에는 도 2c에 도시된 황성형 단조 금형(101,103)에 의해 도 4에 도시된 황성형품(171)을 황성형하는 과정에서 도시된 것처럼 플랜지(153)가 없는 부분(A)에서 플랜지(153)에 해당하는 과도한 양의 플래시(173;flash)가 발생하게 되므로, 소재 손실이 많아지는 문제점이 있었다.

또한, 도 2c에 도시된 바와 같이, 부분(b)의 높이와 부분(c)의 높이가 거의 차이가 없기 때문에, 도 2b에서 업세팅된 소재(55)를 도 2c에 도시된 황성형 단조 금형(101,103)에 삽입할 때 하형(103)의 정위치에 센터링하기가 어려운 문제점이 있었다. 그리고 이로 인해 업세팅된 소재(55)는 도 5에 도시된 것처럼 하형(103)의 중심(O)에서 벗어나 편위되기 쉽고(도 5에서 O-O선은 단조금형의 중심선을, O'-O'는 업세팅된 소재(55)의 중심선을, D는 편위량의 예를 도시한 것이다), 편위된 상태로 업세팅된 소재(55)를 가압하면 도 6에 도시된 바와 같이, 편위된 방향(d 부분)으로 다량의 플래시(173)가 발생하고, 그 반대쪽(e 부분)으로는 결육이 발생함으로써 단조 불량이 야기되는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 단조금형이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 복수의 방사상 플랜지를 갖는 허브 베어링 내륜 또는 외륜용 비대칭형 단조품과 같은 제품을 단조에 의해 성형함에 있어 플랜지 형상이 없는 부분에서 플래시가 많이 발생되지 않도록 하기 위해, 황성형 위에 업세팅된 소재를 올려놓을 때 소재가 하형의 중앙에 자연스럽게 센터링될 수 있도록 함으로써 플래시로 제거되는 소재의 낭비를 줄이고, 소재의 편위로 인한 황성형 불량을 방지하고자 하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르는 하나 이상의 반경 방향 돌출부를 갖는 단조품을 성형하는데 사용되는 단조금형은 돌출부가 형성되는 쪽의 상형 또는 하형의 돌출측 내경부 필릿구간 곡률 반경은 돌출부가 존재하지 않는 쪽의 상기 상형 또는 하형의 평탄측 내경부 필릿구간 곡률 반경보다 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
그리고 하나 이상의 반경 방향 돌출부를 갖는 단조품을 성형하는 데 사용되는 단조금형은 돌출부가 형성되는 쪽의 상형 및 하형의 돌출측 내경부 필릿구간 곡률 반경은 돌출부가 존재하지 않는 쪽의 상기 상형 및 하형의 평탄측 내경부 필릿구간 곡률 반경보다 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 돌출측 내경부 필릿구간의 곡률 반경은 상기 평탄측 내경부 필릿구간의 곡률반경 보다 최대 1.2 내지 1.9배 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 돌출측 내경부 필릿구간과 상기 평탄측 내경부 필릿구간 사이에는 돌출측 내경부 필릿구간으로부터 평탄측 내경부 필릿구간으로 갈수록 곡률 반경이 점차 감소하는 곡률반경 변이구간이 존재하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 돌출부가 3개일 때 상기 돌출측 내경부 필릿구간, 상기 평탄측 내경부 필릿구간, 및 상기 곡률반경 변이구간은 각각 30°의 각도 간격을 가지고 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 분리선이 하형의 웨브면 보다 높은 위치에 형성되도록 상형은 랜드면이 웨브면 보다 낮게 형성되어 있고, 하형은 랜드면이 웨브면 보다 높게 형성되어 있는 단조금형을 제공한다.

이하, 본 발명에 따른 비대칭형 단조품의 단조금형의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 일실시 예에 따른 단조금형(1,3)은 적어도 하나 이상의 플랜지와 같은 반경 방향 돌출부(53)를 갖는 도 7에 도시된 바와 같은 비대칭 형태의 단조품(61)을 성형하는데 사용되는 것으로, 도 8 및 9에 도시된 바와 같이 형합 시 가운데 부분에 웨브부(21), 이 웨브부(21) 양단에 세로방향으로 이어진 리브부(23), 그리고 리브부(23)의 외곽에 예컨대, 120° 간격으로 돌출된 3개의 플랜지부(33)를 형성하도록 되어 있다.

특히, 본 발명의 단조금형(1,3)은 웨브부(21)와 리브부(23)가 이어지는 상형(1)과 하형(3) 각각의 내경부 필릿구간(13,15,17)이 돌출부(53)의 유무 여부에 따라 서로 다른 곡률 반경을 가지고 있는 바, 플랜지(53)가 형성되는 플랜지부(33) 쪽의 내경부 필릿구간(13) 즉, 돌출측 내경부 필릿구간(13)의 곡률 반경은 플랜지(53)가 형성되지 않는 쪽의 내경부 필릿구간(15) 즉, 평탄측 내경부 필릿구간(15)의 곡률 반경보다 최대 1.2 내지 1.9배 크게 형성된다. 다시 풀어서 기재하면 상형(1)의 돌출측 내경부 필릿구간(13) 곡률반경(r2)은 상형(1)의 평탄측 내경부 필릿구간(15)의 곡률반경(r1)보다 크게 형성되며, 하형(3)의 돌출측 내경부 필릿구간(13) 곡률반경(R2)은 하형(3)의 평탄측 내경부 필릿구간(15) 곡률반경(R1)보다 크게 형성된다. 상기에서 돌출측 내경부 필릿구간(13)은 평탄측 내경부 필릿구간(15)보다 바람직하게는 약 1.7배의 곡률반경을 가진다. 따라서 예컨대, 돌출측 내경부 필릿구간(13)의 곡률반경이 20㎜일 때, 평탄측 내경부 필릿구간(15)은 예컨대, 12㎜의 곡률반경을 가지게 된다.

이때, 도 9에 도시된 바와 같이, 돌출측 내경부 필릿구간(13)과 평탄측 내경부 필릿구간(15)의 사이에는 곡률반경 변이구간(17)이 존재하는데, 이 변이구간(17)은 곡률반경이 큰 돌출측 내경부 필릿구간(13)에서 곡률반경이 작은 평탄측 내경부 필릿구간(15)으로 갈수록 곡률반경이 점차 작아지도록 형성되어 있다.

따라서, 도 9에 도시된 것처럼, 금형(3)의 플랜지부(33)가 예컨대 3개이면, 플랜지부(33)와 연이어진 돌출측 내경부 필릿구간(13)도 3개가 형성되고, 각 내경부 필릿구간(13) 중간의 평탄측 내경부 필릿구간(15)도 3개가 형성되며, 돌출측 내경부 필릿구간(13)과 평탄측 내경부 필릿구간(15)을 잇는 변이구간(17)은 6개가 존재하게 되는바, 전체 내경부 필릿구간(13,15,17)의 갯수는 모두 12개가 되므로 각 내경부 필릿구간(13,15,17)의 각도 간격은 30°가 된다. 또, 예컨대, 플랜지부(33)의 갯수가 4개라면 각 내경부 필릿구간(13,15,17)의 각도 간격은 22.5°가 될 것이다.

또한, 본 발명에 따른 단조금형(1,3)은 도 9에 도시된 바와 같이 압착할 환봉 형태의 소재(55)를 하형(3) 위에 위치시킬 때, 소재(55)가 하형(3)의 중심에서 벗어나 편위되는 일이 없도록 되어 있는 바, 이를 위해 도 8에 도시된 바와 같이, 하형(3)은 랜드면(31)의 높이가 웨브면(27) 보다 높게 제작되어 외주연부를 따라 단차(S)를 형성함으로써, 소재(55)를 하형(3)의 정중앙에 배치할 수 있도록 해준다. 이때, 상형(1)은 하형(3)의 랜드면(31)과 호응하도록 랜드면(29)이 웨브면(25) 보다 낮게 형성되어 있으며, 따라서 단차(S)의 상단에 랜드면(29)과 랜드면(31)이 인접하는 분리선(19)이 생기게 된다.

이제, 위와 같이 구성된 본 발명의 실시 예실시 예 비대칭형 단조품의 단조금형(1,3)의 작동을 설명한다.

도 8에 도시된 본 발명의 단조금형(1,3)에 의해 횡봉 형태의 소재(55)를 황성형하게 되면, 상하형(1,3) 사이에 삽입된 소재(55)는 웨브부(21)에 의해 먼저 압착되면서 내경부 필릿구간(13,15,17)을 거쳐 리브부(23)와 플랜지부(33)로 점차 퍼져나간다. 이때, 압착되는 소재(55)의 유동저항은 곡률반경이 큰 즉, 유동 단면적이 일찍 커지는 돌출측 내경부 필릿구간(13)이 곡률반경이 작은 즉, 유동 단면적이 늦게 커지는 평탄측 내경부 필릿구간(15) 보다 상대적으로 적기 때문에, 더 많은 양의 소재(55)가 더 빨리 그리고 플랜지부(33)로 이동하게 된다.

따라서, 금형(1,3)에 의해 황성형된 황성형품(71)은 도 10 및 11에 도시된 것처럼, 플랜지(53)가 형성된 방향과 플랜지(53)가 형성되지 않은 방향에 있어서 거의 균일한 양의 플래시(73)를 남기게 된다.

또한, 도 9에 도시된 것처럼, 하형(3)에 소재(55)를 삽입할 때, 소재(55)가 도 8 및 도 9에 도시된 단차(S)에 의하여 안내되어 하형(3)의 정중앙에 놓여지므로, 도 6에 도시된 것처럼 소재(55)의 편위로 인한 소재의 낭비나 불량이 발생하지 않는다.

이상과 같이, 본 발명의 단조금형에 의하면, 반경 방향으로 하나 이상의 플랜지와 같은 돌출부를 갖는 비대칭형 단조품을 황성형함에 있어, 돌출부가 존재하는 돌출측의 필릿 부분 곡률반경을 돌출부가 존재하지 않는 평탄측의 필릿 부분 곡률반경 보다 더 크게 형성하여 상하 금형에 의해 소재를 압착할 때, 돌출측으로의 소재 유동은 상대적으로 원활하게 하는 반면, 평탄측으로의 소재 유동은 상대적으로 억제되도록 함으로써, 금형의 돌출측으로 즉, 플랜지부로 더 많은 양의 소재가 이동하도록 하여 황성형품의 플래시 양을 돌출부의 존재 유무와 관계 없이 거의 균일하게 유지할 수 있게 된다. 따라서, 평탄측으로 과도한 양의 플래시가 발생되지 않게 되므로 플래시로 낭비되는 소재의 양을 대폭적으로 줄일 수 있게 된다.

또한, 황성형을 위해 하형 위에 소재를 삽입할 때 단차에 의해 소재가 쉽게 정중앙에 배치되므로, 소재의 편위로 인한 소재의 낭비나 황성형품의 불량을 미연에 방지할 수 있게 된다.

Claims (5)

1. 하나 이상의 반경 방향 돌출부(53)를 갖는 단조품(61)을 성형하는데 사용되는 단조금형(1,3)에 있어서,

   상기 돌출부(53)가 형성되는 쪽의 상형(1) 또는 하형(3)의 돌출측 내경부 필릿구간(13) 곡률 반경(r2 또는 R2)은 돌출부(53)가 존재하지 않는 쪽의 상기 상형(1) 또는 하형(3)의 평탄측 내경부 필릿구간(15) 곡률 반경(r1 또는 R1)보다 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단조금형.
2. 하나 이상의 반경 방향 돌출부(53)를 갖는 단조품(61)을 성형하는 데 사용되는 단조금형(1,3)에 있어서,

   상기 돌출부(53)가 형성되는 쪽의 상형(1) 및 하형(3)의 돌출측 내경부 필릿구간(13) 곡률 반경(r2 그리고 R2)은 돌출부(53)가 존재하지 않는 쪽의 상기 상형(1) 및 하형(3)의 평탄측 내경부 필릿구간(15) 곡률 반경(r1 그리고 R1)보다 크게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 단조금형.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,

   상기 돌출측 내경부 필릿구간(13)의 곡률 반경은 상기 평탄측 내경부 필릿구간(15)의 곡률 반경 보다 1.2 내지 1.9배 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 단조금형.
4. 제1 또는 제2 항에 있어서,

   상기 돌출측 내경부 필릿구간(13)에서 상기 평탄측 내경부 필릿구간(15) 사이에는 곡률반경이 점차 작아지는 곡률반경 변이구간(17)이 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 단조금형.
5. 제4 항에 있어서,

   상기 돌출부(53)가 3개일 때 상기 돌출측 내경부 필릿구간(13), 상기 평탄측 내경부 필릿구간(15), 및 상기 곡률반경 변이구간(17)은 각각 30°의 각도 간격을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 단조금형.

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