KR100870534B1 - 원형봉으로부터 치형을 가진 스플라인 부품을 생산하기 위한 이형 인발 공정용 중간패스의 다이 설계 방법 및 그에 의해 제조되는 스플라인 부품 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현재 현장 작업자의 경험에만 의존하고 있는 이형 인발 제품 생산에 있어 가장 중요한 중간패스의 다이 단면 형상을 효율적으로 설계할 수 있는 방법을 제시함으로써, 현장경험에 의존하지 않고도 시행착오 없이 효율적으로 이형 인발 공정용 중간 패스의 다이 단면 형상을 설계할 수 있도록 하기 위한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 원형 단면의 초기 소재에서 치형을 가진 스플라인 이형 인발 제품 생산에 있어 중간 패스에 대한 다이 단면 형상을 설계하는 방법으로서, 초기 원형 소재와 최종 제품의 단면 형상을 결정하는 단계와, 상기 초기 원형 소재와 최종 제품의 단면을 도심이 일치하도록 연결하는 단계와, 초기 소재 재질을 고려한 패스 당 최대 단면감소율을 고려하여 컷팅 단면형상을 추출하는 단계와, 최대 단면 감소율에 기초한 스케일 계수를 적용하여 최종 제품의 단면을 확대한 단면 형상을 추출하는 단계와, 최대 단면감소율을 고려한 컷팅 단면 형상과 스케일 계수를 적용한 최종 제품의 단면적을 확대한 단면 형상을 연결하여 중앙부의 단면형상을 추출하는 단계를 포함하는 원형봉에서 치형을 가진 스플라인부품 생산을 위한 이형 인발 다이 설계 방법을 제공한다.

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Description

원형봉으로부터 치형을 가진 스플라인 부품을 생산하기 위한 이형 인발 공정용 중간패스의 다이 설계 방법 및 그에 의해 제조되는 스플라인 부품{Cross sectional profile design method of shape drawing die for spline from round bar and spline manufactured thereby}

본 발명은 금속성형가공 방법 중, "단면이 복잡한 이형 인발 공정의 다이 단면형상 설계 및 그에 의해 제조되는 스플라인 부품”에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 치형을 가진 스플라인 제품의 이형 인발 공정에 있어 중간 단계의 다이 단면 형상을 효율적으로 설계하는 방법 및 그에 의한 스플라인 부품 제조에 관한 것이다.

일반적으로, 치형을 가진 스플라인 제품의 이형 인발 공정에서 최종 패스의 다이 단면 형상은 최종 제품의 형상과 동일하지만, 중간 패스의 다이 단면 형상은 다양하게 변할 수 있기 때문에 중간 다이 단면 형상을 적절하게 설계하는 것이 매우 중요하다.

그럼에도 현재까지 이형 인발 공정에 있어 중간 다이 단면형상은 현장 작업자의 경험에 의해 설계가 되고 있는 실정이다.

즉, 현재까지 이형 인발 공정의 중간 패스의 다이 단면 형상은 체계적인 설계가 이루어지지 않고 있으며, 현장 작업자의 시행 착오 및 경험에 의존하기 때문에 초경 이형 인발 다이의 과도한 소비로 인하여 개발비용이 과도하게 소요되고 있다.

따라서, 이형 인발 다이 단면형상의 체계적인 설계방법이 강하게 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 현재 현장 작업자의 경험에만 의존하고 있는 치형을 가진 스플라인 이형 인발 제품 생산에 있어 가장 중요한 중간패스의 다이 단면 형상을 효율적으로 설계할 수 있는 방법을 제안함으로써, 현장 경험에 의존하지 않고도 시행 착오 없이 누구라도 쉽고 효율적으로 이형 인발 공정용 중간 패스의 다이 단면 형상을 설계할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명은 상기와 같이 중간패스의 다이 단면 형상을 효율적으로 설계할 수 있는 방법에 의해 제품에 과도한 응력이 걸리지 않도록 하여 제품의 소성 변형을 방지할 수 있도록 함으로써 치수 정밀도가 높은 치형을 가진 스플라인 부품을 제조할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 원형 단면의 초기 소재에서 치형을 가진 스플라인 이형 인발 제품 생산에 있어 중간 패스에 대한 다이 단면 형상을 설계하는 방법으로서, 사용되는 초기 소재 재질을 고려한 패스 당 최대 단면감소율, 단면감소율에 기초한 스케일 계수(Scale factor), 그리고 최종제품의 단면형상을 이용하여 중간 패스의 다이 단면 형상을 결정하는 것을 특징으로 하는 원형봉으로부터 치형을 가진 스플라인 부품을 생산하기 위한 이형 인발 공정용 중간패스의 다이 설계 방법을 제공한다.

즉, 본 발명은 원형 단면의 초기 소재에서 치형을 가진 스플라인 이형 인발 제품 생산에 있어 중간 패스에 대한 다이 단면 형상을 설계하는 방법으로서, 초기 원형 소재와 최종 제품의 단면 형상을 결정하는 단계와, 상기 초기 원형 소재와 최종 제품의 단면을 도심이 일치하도록 연결하는 단계와, 초기 소재 재질을 고려한 패스 당 최대 단면감소율을 고려하여 컷팅 단면형상을 추출하는 단계와, 최대 단면 감소율에 기초한 스케일 계수를 적용하여 최종 제품의 단면을 확대한 단면 형상을 추출하는 단계와, 최대 단면감소율을 고려한 컷팅 단면 형상과 스케일 계수를 적용한 최종 제품의 단면적을 확대한 단면 형상을 연결하여 중앙부의 단면형상을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이형 인발 공정용 중간패스의 다이 설계 방법을 제공한다.

한편, 본 발명은 상기한 이형 인발 공정용 중간패스의 다이 설계 방법에 의해 제조되는 스플라인 부품을 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 효과는 다음과 같다.

먼저, 상기의 방법으로 스플라인 이형 인발공정 시 중간패스 다이단면형상을 결정할 경우 현재 현장 작업자의 경험에만 의존하고 있는 중간패스 다이단면형상 설계를 보다 효율적이고 체계적으로 수행할 수 있다.

즉, 기존의 현장 작업자의 경험에 의존하여 중간패스 다이단면형상을 설계한 경우 시행착오에 의한 것으로 최종 제품의 성공적인 생산까지 초경 다이 제작 및 테스트의 반복작업을 계속 수행해야만 한다.

그러나, 본 발명에서 제안하는 방법을 적용할 경우, 이러한 시행착오에 의한 반복작업을 최소화할 수 있어 불필요한 고가의 초경 다이 제작을 해소할 수 있기 때문에 이형 인발 제품 개발비용을 획기적으로 줄일 수 있다.

한편, 본 발명은 중간패스의 다이 단면 형상이 효율적으로 설계됨에 따라 생산되는 제품에 과도한 응력이 걸리지 않게 되고 제품의 소성 변형이 방지됨으로써, 치수 정밀도가 높은 치형을 가진 스플라인 부품을 제조할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부도면 도 1 내지 도 11을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 이형 인발 다이의 설계 단면을 설명하기 위한 것으로서, 치형을 가진 스플라인 이형 인발 제품의 각 단계별 단면 형상을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 중간패스 다이 단면 형상 설계 과정을 보여주는 흐름도이며, 도 3 내지 도 6은 본 발명에 따른 중간패스 다이 단면 형상 설계 과정을 보여주는 참고도이다.

그리고, 도 7은 단면감소율을 고려한 중간 제품 단면 형상과 스케일 계수를 적용한 단면 형상과 이들을 연결한 중간 다이 단면 형상을 함께 겹쳐서 나타낸 도면이다.

이들 도면을 참조하면, 본 발명은 원형 단면의 초기 소재에서 치형을 가진 스플라인 이형 인발 제품 생산에 있어 중간 패스에 대한 다이 단면 형상을 설계하는 방법으로서, 사용되는 초기 소재 재질을 고려한 패스 당 최대 단면감소율, 단면감소율에 기초한 스케일 계수(Scale factor), 그리고 최종제품의 단면형상을 이용하여 중간 패스의 다이 단면 형상을 결정하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 원형 단면의 초기 소재에서 치형을 가진 스플라인 이형 인발 제품 생산에 있어 중간 패스에 대한 다이 단면 형상을 설계하는 방법으로서, 초기 원형 소재와 최종 제품의 단면 형상을 결정하는 단계와, 상기 초기 원형 소재와 최종 제품의 단면을 도심이 일치하도록 연결하는 단계와, 초기 소재 재질을 고려한 패스 당 최대 단면감소율을 고려하여 컷팅 단면형상을 추출하는 단계와, 최대 단면 감소율에 기초한 스케일 계수를 적용하여 최종 제품의 단면을 확대한 단면 형상을 추출하는 단계와, 최대 단면감소율을 고려한 컷팅 단면 형상과 스케일 계수를 적용한 최종 제품의 단면적을 확대한 단면 형상을 연결하여 중앙부의 단면형상을 추출하는 단계를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 스케일 계수는 다음 식으로 표시된다.

여기서, n: 스케일 계수, r: 단면감소율(%)

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 인발 다이 단면 형상 설계 과정에 대해 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2에 본 발명의 방법에 따른 인발 공정시 중간 패스 다이 단면 형상 설계 절차를 나타내었다. 도 2의 적용절차는 1) 내지 6)의 과정을 따른다.

1) 최종제품의 단면형상을 인식하고, 초기 원형소재의 크기를 결정한다.

2) 최종제품과 초기 원형소재의 단면을 도 3에서 보듯이 도심을 일치시킨 후 단면을 서로 연결한다.

3) 연결된 형상에 대해 도 4에서 보듯이 적용소재 재질에 따른 한 패스 당의 단면감소율을 고려하여 연결형상을 절단한다. 이때, 절단면의 단면적은 다음의 [수학식1]과 같아야 한다. 도 4에 최종 제품단면형상, 초기 원형 단면형상, 그리고 단면감소율을 고려하여 추출한 중간 단면 형상도 함께 나타내었다.

[수학식1]

----(1)

여기서, A_o : 초기소재 단면적

r : 1패스당 단면감소율(%)

A : 중간단면의 단면적

4) 스플라인 2 패스 이형 인발 공정의 경우 통상, 첫 번째 패스에서 최대한 최종 제품의 형상에 근접한 형상으로 성형한 후 마지막 2번째 패스를 성형하게 된다. 이는 첫번째 패스 통과 후 소재의 가공 경화 때문으로, 본 발명에서는 첫 번째 패스에서 가능한 최종제품과 유사한 형상으로 이형 인발을 하기 위하여 단면감소율을 이용한 스케일 계수(Scale factor)를 도입하여 첫 번째 패스 다이 단면 형상을 설계하였다. 단면감소율을 고려한 스케일 계수(Scale factor)는 [수학식2]와 같이 계산된다.

[수학식2]

--------(2)

여기서, n : 스케일 계수(Scale factor)

r : 단면감소율(%)

5) 단면감소율로 계산된 스케일 계수(Scale factor)를 이용하여 최종제품의 단면을 확대한다. 도 5에 스케일 계수를 이용한 최종제품의 확대 단면 형상을 나타내었다.

6) 마지막으로 앞의 단계 3)에서 확보된 중간 단면형상과 앞의 단계 5)에서 확보된 확대 단면형상을 연결한다. 이어 연결된 형상에 대하여 중간 부분의 단면을 추출하여 중간패스 다이 단면형상으로 결정한다. 도 6에는 추출된 단면형상을 나타내었으며, 도 7에는 설계된 중간패스 다이 단면 형상뿐만 아니라 초기 원형소재와 최종제품 단면형상을 비교하여 나타내었다.

[실시예]

본 발명을 이용한 실제 스플라인 이형 인발 중간패스 다이 단면형상 설계 예를 나타내었다.

도 8은 외곽에 5개의 치형을 가진 스플라인 제품의 도면을 나타낸 것이다. 자동차 부품으로 사용되는 이형 인발 제품으로 최종제품의 단면적은 43.20mm²이다. 초기 소재는 직경이 10.00mm인 원형의 스틸(S17C)이다.

먼저, 적용 소재인 S17C의 1패스의 허용 단면감소율을 24%라고 하면, 초기 직경 10.00mm 원형소재에 대하여 단면감소율 24%를 적용할 경우 첫 번째 패스 다이단면적은 59.69mm²이다. 초기 원형소재와 도 8의 최종제품을 연결한 형상에 대하여 단면적인 59.69mm²인 부분의 단면을 추출하면 도 9와 같다.

도 9의 중간 단계 형상과 최종제품 단면형상을 이용하여 적절한 중간 패스 다이 단면형상을 설정하기 위해 단면감소율을 이용한 스케일 계수(Scale factor)를 앞의 [수학식2]를 이용하여 구하였다. 단면감소율 24%에 대한 스케일 계수는 1.147이다.

계산된 스케일 계수를 이용하여 최종제품의 단면형상을 1.147배 확대하였다. 확대된 단면형상은 도 10에 나타내었다.

마지막으로, 도 9의 중간단계형상과 도 10의 스케일 계수를 이용하여 최종 제품의 단면을 확대한 단면 형상을 연결하여 중앙부의 단면 형상을 추출하여 도 11과 같이 적합한 중간패스 다이 단면형상으로 결정한다.

도 12는 초기 원형소재 단면 형상, 소재의 단면감소율을 고려한 중간단계 단면 형상, 스케일 계수를 이용하여 최종제품의 단면을 확대한 단면 형상, 최종제품의 단면 형상 등을 모두 겹쳐서 나타낸 것으로서, 이를 통해 중간패스 다이 단면 형상과 다른 단면 형상과의 차이점 및 중간패스 다이 단면 형상의 결정 과정을 한눈에 확인할 수 있다.

한편, 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시 예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

본 발명은 스플라인 이형 인발 공정 시 중간패스 다이 단면 형상을 결정할 경우 현재 현장 작업자의 경험에만 의존하고 있는 중간패스 다이 단면 형상 설계를 보다 효율적이고 체계적으로 수행할 수 있도록 하는 방법을 제공한다.

따라서, 현장 작업자의 경험에 의존하여 중간패스 다이 단면 형상을 설계함에 따라 시행착오를 반복하던 기존과는 달리, 본 발명은 효율적으로 중간 패스 다이 단면 형상을 설계할 수 있어 불필요한 초경 다이 제작을 해소할 수 있기 때문에 이형 인발 제품 개발비용을 획기적으로 줄일 수 있다.

한편, 본 발명은 중간패스의 다이 단면 형상이 효율적으로 설계됨에 따라 생산되는 제품에 과도한 응력이 걸리지 않게 되고 제품의 소성 변형이 방지됨으로써, 치수 정밀도가 높은 치형을 가진 스플라인 부품을 제조할 수 있는 등 산업상 이용가능성이 매우 높다.

도 1은 이형 인발 다이의 설계 단면을 설명하기 위한 것으로서, 치형을 가진 스플라인 이형 인발 제품의 각 단계별 단면 형상을 보여주는 도면

도 2는 본 발명에 따른 중간패스 다이 단면 형상 설계 과정을 보여주는 흐름도

도 3 내지 도 7은 본 발명에 따른 중간패스 다이 단면 형상 설계 과정을 보여주는 것으로서,

도 3은 초기 원형소재와 최종 제품 단면을 도심을 일치시킨 상태에서 연결한 모습을 나타낸 도면

도 4a는 단면감소율을 고려하여 컷팅한 중간 제품 단면 형상 결정 과정을 보여주는 도면

도 4b는 도 4a의 초기원형소재와 중간 제품 단면과 최종 제품 단면을 비교하기 위해 함께 겹쳐서 나타낸 도면

도 5a는 최종 제품 단면과 이에 스케일 계수를 적용한 경우의 단면 형상을 나타낸 도면

도 5b는 스케일계수를 적용한 단면 형상과 최종 제품 단면 형상을 비교하기 위해 함께 겹쳐서 나타낸 도면

도 6은 도 4b의 단면감소율을 고려한 중간 제품 단면 형상과 스케일 계수를 적용한 단면 형상을 연결하여 중간 다이 단면 형상을 결정하는 과정을 나타낸 도면

도 7은 단면감소율을 고려한 중간 제품 단면 형상과 스케일 계수를 적용한 단면 형상과 이들을 연결한 중간 다이 단면 형상을 함께 겹쳐서 나타낸 도면

도 8 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 도면으로서, 도 8은 5개의 치형을 갖는 스플라인 제품 설계 예시도

도 9는 단면감소율 24%가 적용된 중간단계 형상 및 면적을 초기 원형 소재 및 최종제품과 비교하여 나타낸 도면

도 10은 최종제품형상을 스케일 계수 1.147을 적용하여 확대한 단면 형상을 나타낸 도면

도 11은 설계된 중간패스 다이 단면 형상을 초기 원형 소재 및 최종제품과 비교하여 나타낸 도면

도 12는 초기 원형소재 단면 형상, 소재의 단면감소율을 고려한 중간단계 단면 형상, 스케일 계수를 이용하여 최종제품의 단면을 확대한 단면 형상, 최종제품의 단면 형상을 모두 겹쳐서 비교할 수 있도록 나타낸 도면

Claims (4)

1. 원형 단면의 초기 소재에서 치형을 가진 스플라인 이형 인발 제품 생산에 있어 중간 패스에 대한 다이 단면 형상을 설계하는 방법으로서,

   초기 원형 소재와 최종 제품의 단면 형상을 결정하는 단계와, 상기 초기 원형 소재와 최종 제품의 단면을 도심이 일치하도록 연결하는 단계와, 초기 소재 재질을 고려한 패스 당 최대 단면감소율을 고려하여 컷팅 단면형상을 추출하는 단계와, 최대 단면 감소율에 기초한 스케일 계수를 적용하여 최종 제품의 단면을 확대한 단면 형상을 추출하는 단계와, 최대 단면감소율을 고려한 컷팅 단면 형상과 스케일 계수를 적용한 최종 제품의 단면적을 확대한 단면 형상을 연결하여 중앙부의 단면형상을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 원형봉으로부터 치형을 가진 스플라인 부품을 생산하기 위한 이형 인발 공정용 중간패스의 다이 설계 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스케일 계수는,

   

   으로 표시되고, 여기서, n은 스케일 계수, r은 단면감소율(%) 임을 특징으로 하는 원형봉으로부터 치형을 가진 스플라인 부품을 생산하기 위한 이형 인발 공정용 중간패스의 다이 설계 방법.
3. 원형 단면의 초기 소재에서 치형을 가진 스플라인 이형 인발 제품 생산에 있어 중간 패스에 대한 다이 단면 형상을 설계하는 방법으로서,

   사용되는 초기 소재 재질을 고려한 패스 당 최대 단면감소율, 단면감소율에 기초한 스케일 계수(Scale factor), 그리고 최종제품의 단면형상을 이용하여 중간 패스의 다이 단면 형상을 결정하는 것을 특징으로 하는 원형봉으로부터 치형을 가진 스플라인 부품을 생산하기 위한 이형 인발 공정용 중간패스의 다이 설계 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항의 방법 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 스플라인 부품.

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