KR100912152B1

KR100912152B1 - 링 기어용 평선의 제조 방법

Info

Publication number: KR100912152B1
Application number: KR1020070056638A
Authority: KR
Inventors: 히또시 구시다; 오사무 이시가미; 노리오 오오꼬찌; 쇼오지 미야자끼
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2009-08-14
Also published as: KR20070118544A; US8448488B2; JP4283856B2; JP2008018468A; US20070289350A1

Abstract

본 발명의 과제는 원형 강 소재를 이용하여, 평선 제품 표면 경도와 치수 정밀도 양방을 만족하고, 또한 경도 편차를 저감시키고, 평선 표면의 경도 상승을 완하하기 위한 열처리가 불필요한 링 기어용 평선을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

이 과제를 해결하기 위해 탄소 함유량이 0.30 내지 0.60%인 원형 강을 소재로 하여, 냉간 가공 공정에 의해 링 기어용 평선을 제조할 때, 적어도 1회의 냉간 압연 또는 냉간 롤러 인발을 행한 후, 적어도 1회의 폭방향 압하 또는 4방향 압하를 행하고, 이 냉간 가공 공정의 최종 단계에서, 구멍 다이스에 의해 평선의 전체 주위면을 가공하는 인발을 행하고, 또한 이 냉간 가공 공정에서의 총 단면 감소율이 최대 65% 이하로 되도록 한다. 이에 의해, 양호한 치수 정밀도와 폭방향 및 두께방향의 경도 편차 저감을 실현할 수 있고, 중간 열처리를 필요로 하지 않고, 평선 측면의 균열의 발생을 억제하여 소요의 강도를 얻을 수 있다.

원형 강 소재, 평선, 냉간 가공 공정, 냉간 압연, 냉간 롤러 인발, 다이 인발, 총 단면 감소율

Description

링 기어용 평선의 제조 방법{FLAT WIRE MANUFACTURING METHOD OF MANUFACTURING FLAT WIRE FOR RING GEAR}

도1은 냉간 가공 공정에서의 총 단면 감소율과 표면 경도의 관계를 도시하는 설명도.

도2는 냉간 가공 공정에서의 상하면(넓은면부)을 압하할 때의 측면(좁은면부)의 형상을 모식적으로 도시한 설명도.

도3은 실시 형태의 냉간 가공 공정의 흐름을 도시하는 설명도.

도4는 실시 형태에서의 냉간 가공 공정의 일례를 도시하는 설명도.

도5는 2방향 폭방향 압연 또는 4방향 압연을 모식적으로 도시하는 설명도.

도6a 및 도6b는 원형 강으로부터 평선으로의 인발을 모식적으로 도시하는 설명도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 원형 강(소재)

2: 평선

2a: 상하면

2b: 측면

3: 측방향 롤

4a, 4b: 상하 롤

4c, 4d: 측방향 롤

5: 인발 다이스

본 발명은 원형 강 소재로부터 평선을 제조하는 냉간 가공 공정에서, 소재 표면의 경도 상승을 완화하기 위한 열처리가 불필요하고, 제품 치수 정밀도가 양호한 링 기어용 평선의 제조 방법에 관한 것이다.

링 기어나 나선형 스프링 등의 재료로서 사용되는 평선의 제조 방법으로서, 열간 압연된 평선(평강) 소재로부터 인발에 의해 제조하는 방법, 열간 압연된 원형 강 소재로부터 인발에 의해 평선을 제조하는 방법, 열간 압연된 원형 강 소재로부터 냉간 압연 공정만으로 평선을 제조하는 방법, 상기 원형 강 소재로부터 열간 압연 공정만으로 평선을 제조하는 방법 등이 알려져 있다.

상기 원형 강 소재로부터 냉간 압연 공정 또는 열간 압연 공정만으로 평선을 제조하는 경우, 인발 공정에 의해 제조하는 경우에 비해 압연 속도를 상승시킬 수 있으므로, 생산성이 향상되는 반면, 압연 가공이기 때문에 제품 치수 정밀도는 저하된다. 특히, 열간 압연 공정에 의한 경우에는 냉간 압연 공정에 의한 경우 이상으로 제품 치수 정밀도가 문제가 되는 결과, 스케일이나 탈탄층을 제거하기 위한 기계 가공 등의 처리가 필요해진다. 또한, 상기 원형 강 소재로부터 인발 공정에 의해 평선을 제조하는 경우, 도6a에 도시한 바와 같이 인발 전의 원형 강 소재(1)의 폭은 제품 평선[인발 다이스(5)]의 폭 치수보다도 크지 않으면, 소재가 인발 다이스(5) 내에 충만하지 않는다. 이로 인해, 평선의 편평률이 높아지면, 도6b에 도시한 바와 같이 극단으로 큰 원형 강 소재(1)가 필요해지고, 단면 감소율이 지나치게 커져 단선을 일으킨다.

한편, 상기 원형 강 소재로부터 냉간 가공 공정에 의해, 냉간 가공율이 크고 폭이 넓은 평선을 제조하는 경우에는, 평선의 측면부에서 균열이 쉽게 발생하기 때문에, 예를 들어 특허 문헌 1에서는 냉간 압연 가공의 최초 또는 임의의 단계에서, 평선의 측면부에 폭방향으로 1.5 내지 15%의 면 감소 가공을 적어도 1회 행하는 나선형 스프링용 평선의 제조 방법이 개시되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 소64-27703호 공보

상기 특허 문헌 1에 기재된 평선 측면부의 폭방향의 단면 가공율의 범위 1.5 내지 15%는, 본 발명자들이 실험에 의해 검토를 행한 바로는 냉간 가공에 의해 제조된 링 기어용 평선의 요구 경도 스펙(사양)과는 직접적으로는 관계되지 않고, 이 링 기어용 평선의 경도는 냉간 가공 공정에서의 총 단면 감소율에 의해 결정되는 것이 명백해졌다. 또한, 특허 문헌 1에 기재되어 있는 냉간 압연 가공만으로 평선에 마무리한 경우, 전술한 바와 같이 제품 평선의 치수 정밀도가 저하되는 결과, 두께 방향과 폭방향으로 경도에 편차를 발생시켜 양호한 평선 제품을 제조할 수 없는 것이 명백해졌다.

따라서, 본 발명의 과제는 원형 강을 소재로서 이용하여, 링 기어용 평선의 요구 사양인 제품 표면 경도와 치수 정밀도의 양쪽을 만족시키고, 또한 평선의 폭방향 및 두께 방향의 편차를 저감시켜 평선 표면의 경도 상승을 완화시키기 위한 열처리가 불필요한 링 기어용 평선의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기한 과제를 해결하기 위해, 이 발명에서는 이하의 구성을 채용한 것이다.

즉, 청구항 1에 관한 발명은, 탄소 함유량이 0.30 내지 0.60%인 원형 강 소재로부터 냉간 가공 공정에 의해 링 기어용 평선을 제조하는 방법이며, 상기 냉간 가공 공정이 적어도 1회의 냉간 압연 또는 냉간 롤러 인발을 행한 후, 이 냉간 가공 공정의 최종 단계에서 구멍 다이스에 의해 평선의 전체 주위면을 가공하는 인발을 행하는 공정을 구비하고, 이 냉간 가공 공정에 있어서의 총 단면 감소율을 상기 탄소 함유량에 대응하여 55 내지 65% 이하로 한 것을 특징으로 하는 링 기어용 평선의 제조 방법이다.

또한, 청구항 2에 관한 발명은, 상기 냉간 압연 또는 냉간 롤러 인발과 마무리 인발 사이에 평선의 측면을 적어도 1회 폭방향으로 압하하는 공정, 또는 평선의 상하면 및 측면을 적어도 1회 4방향으로부터 압하하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 상기 청구항 1에 기재된 링 기어용 평선의 제조 방법이다.

그리고, 청구항 3에 관한 발명은, 탄소 함유량이 0.30 내지 0.60%인 원형 강 소재로부터 냉간 가공 공정에 의해 링 기어용 평선을 제조하는 방법이며, 냉간 가공 공정에 있어서 적어도 1회의 냉간 압연 또는 냉간 롤러 인발을 행한 소재를 상기 냉간 가공 공정의 최종 공정에서 구멍 다이스에 의해 평선의 전체 주위면을 가 공하는 인발을 행하는 공정을 구비하고, 이 냉간 가공 공정에 있어서의 총 단면 감소율을 상기 탄소 함유량에 대응하여 55 내지 65% 이하로 한 것을 특징으로 하는 링 기어용 평선의 제조 방법이다.

또한, 청구항 4에 관한 발명은, 상기 냉간 압연 또는 냉간 롤러 인발을 행한 소재를, 마무리 인발 공정 전에 평선의 측면을 적어도 1회 폭방향으로 압하하는 공정, 또는 평선의 상하면 및 측면을 적어도 1회 4방향으로부터 압하하는 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 상기 청구항 3에 기재된 링 기어용 평선의 제조 방법이다.

도1은 도면 중에 표시한 탄소 함유량(C)이 다른 3종류의 원형 강(직경 15 ㎜)을 소재로 하고, 상기 냉간 가공 공정에서 냉간 압연과 구멍 다이스에 의해 평선의 전체 주위면을 가공하는 마무리 인발을 행한 후의 제품 평선의 표면 경도(S)[HRB(로크웰 경도 B 스케일)]와 이 냉간 가공 공정에서의 총 단면 감소율(Rt)과의 관계를 나타낸 것이다. 여기서, 표면 경도(S)는 제품 평선의 넓은면(상면 또는 하면)과 측면의 경도의 평균치이다. 도1로부터, 어떠한 탄소 함유량의 경우에도 제품 평선의 표면 경도(S)는 냉간 압연이나 인발의 가공 방법에 의하지 않고, 냉간 가공 공정에 있어서의 총 단면 감소율(Rt)로 정리할 수 있는 것을 알 수 있다. 링 기어용 평선의 경우, 제품 평강을 링으로 굽힘 가공할 때의 가공성 및 균열의 발생 회피의 관점으로부터, 통상, 제품 경도(표면 경도)는 105 HRB(로크웰 경도 B스케일) 이하로 할 필요가 있으므로, 도1로부터 원형 강 소재의 탄소 함유량(C)이 0.30% 내지 0.40%인 경우에는 냉간 가공 공정에서의 총 단면 감소율(Rt)을 65% 이하로, 탄소 함유량(C)이 0.40% 내지 0.50%인 경우에는 총 단면 감소율(Rt)을 60% 이하로, 탄소 함유량(C)이 0.50% 내지 0.60%인 경우에는 총 단면 감소율(Rt)을 55% 이하로 각각 조정하면 되는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 총 단면 감소율(Rt)을 상기 탄소 함유량(C)에 대응하여 55 내지 65% 이하로 할 필요가 있다. 또한, 링 기어용 이외의 평선의 경우에도 가공성과 절삭성이 요구되므로, 냉간 가공 공정에서의 총 단면 감소율을 최대 65% 이하로 하여 제품 평선의 경도를 감소시키는 것이 바람직하다. 또한, 냉간 가공 공정의 최종 단계에서 구멍 다이스를 이용한 인발에 의해 평선의 전체 주위면을 가공하여 제품으로 마무리하기 때문에, 치수 정밀도가 양호해지고, 또한 제품 평선의 폭방향 및 두께 방향의 편차를 저감시킬 수 있다. 그리고, 냉간 가공 공정의 최종 단계에서 상기 인발 가공을 실시하기 때문에, 냉간 압연에서의 폭 넓이를 이용하여 제품 평선으로의 가공에 필요로 하는 단면 감소율의 증가를 억제할 수 있고, 또한 냉간 가공 공정에서의 총 단면 감소율의 상한치를 상기한 바와 같이 55 내지 65% 이하로 규정하였으므로, 평선 표면의 경도 상승이 비교적 작아지고, 경도 상승을 완화하기 위한 열처리를 필요로 하지 않아, 평선 측면의 균열 발생을 회피할 수 있다.

도2에 모식적으로 도시한 바와 같이, 원형 강 소재(1)로부터 상기 냉간 압연 또는 냉간 롤러 인발을 행하면, 평선(2)(피성형재)은 화살표 P 방향으로 압하되어 그 측면(자유 표면)(2b)의 형상은 볼록 형상이 된다. 상기 냉간 가공 공정에서의 최종 단계에 있어서의 인발에 이용하는 구멍 다이스의 측면 형상은 평면이므로, 측면이 볼록 형상인 평선을 인발하면, 측면의 가공률이 동일하지 않게 되고, 측면의 표면 상태가 편평면인 상하면에 비해 나빠진다. 상기한 바와 같이, 평선의 측면을 폭방향으로 압하함으로써 측면의 볼록 형상이 시정되므로, 제품 평선의 전체 주위면에 걸쳐서 양호한 표면 상태를 실현할 수 있다. 또한, 평선의 제품 형상으로는, 한쪽 또는 양쪽 측면에 R(라운딩)이 형성된 것이 있고, 이 경우에는 공형(孔型) 롤을 이용하여 평선의 측면을 폭방향으로 압하할 수 있다.

이하에, 본 발명의 실시 형태를, 실시예로 나누어 첨부한 도3 내지 도5를 기초로 하여 설명한다.

도3은 실시 형태의 링 기어용 평선의 냉간 가공 공정에 의한 제조 방법의 흐름을 나타낸 것으로, 소재로서 탄소 함유량이 0.30% 내지 0.60%의 원형 강을 이용하여, 우선 냉간 압연 또는 냉간 롤러 인발에 의해 원형 강을 압하하여 편평 형상으로 순차 가공해 간다(S10). 이 가공 과정에서, 도2에 도시한 바와 같이 압하에 의해 볼록 형상이 된 평선(2)(피가공재)의 측면(2b)을 적어도 1회 폭방향으로 압하(2방향 압하)하거나, 또는 평선(2)의 상하면(2a) 및 측면(2b)을 적어도 1회 4방향으로부터 압하(4방향 압하)하여 측면의 볼록 형상을 시정한다(S10a). 이 2방향 압하 또는 4방향 압하는 냉간 압연 또는 냉간 롤러 인발에 의한 상하면(넓은면)(2a)(도2 참조)의 압하와 교대로 행하는 것이 바람직하다. 다음에, 이 냉간 가공 공정의 최종 단계에서, 구멍 다이스를 이용한 인발에 의해 평선의 전체 주위면을 가공한다(S20). 이 인발에 의한 단면 감소율은 10 내지 50%의 범위로 결정할 수 있고, 일반적으로는 30% 정도가 바람직하다. 그리고, 상기 냉간 가공 공정(S10, S10a, S20)에 있어서의 총 단면 감소율을 상기 원형 강의 탄소 함유량에 대응하여 55% 내지 65% 이하로 하여 제품 평선으로 마무리한다.

(제1 실시예)

탄소 함유량이 0.48%인 직경 15 ㎜의 원형 강(선재)을 소재로 하여, 도4에 원형 강 소재(1), 각 패스 출구측 형상 및 그 치수(두께×폭)를 나타낸 바와 같이, 화살표 P로 나타낸 압하 방향을 서로 90°바꾸어 상하면(2a)(넓은면) 및 측면(2b)을 교대로 압하하는 4 패스의 냉간 압연을 행하였다. 이 4 패스 냉간 압연의 종료 후, 두께 11 ㎜×폭 14.5 ㎜의 평선(피가공재)으로부터, 구멍 다이스에서 마무리의 1 패스의 인발을 행하여 두께 9 ㎜×폭 12 ㎜의 제품 평선으로 마무리하였다. 원형 강 소재로부터의 총 단면 감소율은 약 40%이다. 표1에, 4 패스 냉간 압연 후 및 마무리의 1 패스 인발 후의 평선의 표면 경도(HRB)를 나타낸다. 표1에서, 넓은면부 및 좁은면부는 평선의 상하면(2a) 및 측면(2b)을 나타낸다.

[표1]

냉간 가공 공정	표면 경도(HRB)
냉간 가공 공정	넓은면부 중심	좁은면부 중심
4 패스 압연 후	101	94
인발 후	100	100

표1로부터, 4 패스 냉간 압연 종료 후에는, 넓은면부 중심과 좁은면부 중심과의 경도의 차는 7(HRB) 존재하고 있었지만, 1 패스 인발 후에는 넓은면부 중심, 좁은면부 중심 모두 경도는 100(HRB)이 되어, 상기 경도의 차는 해소되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 4 패스 냉간 압연에서는, 1 패스 간격으로, 측면(좁은면부)이 폭방향으로 압하되어 있으므로, 인발 후의 제품 평선의 표면 상태도 전체 주위에 걸쳐 양호했다.

(제2 실시예)

상기 냉간 가공 공정 및 총 단면 감소율을 변화시켜, 두께 9 mm×폭 12 mm인 0.48% 탄소 강의 제품 평선을 제조한 후의 경도 및 그 편차, 치수 정밀도 및 표면 상태를 통합하여 표2에 나타낸다. 2방향 압연기의 롤 직경은 φ 270 mm이며, 총 단면 감소율은 원형 강 소재의 직경을 변경함으로써 변화시켰다. 표2에서, 최종 경도(제품 경도)의 ○표는 100 HRB 이하인 경우를, 최종 경도의 편차의 ○표는 제품 평선의 측면에 있어서의 두께 방향의 중심 경도(3점의 평균치)와 상면(또는 하면)에 있어서의 폭방향의 중심 경도(3점의 평균치)의 차가 5(HRB) 이하인 경우를, 치수 정밀도의 ○표는, 제품 치수(두께 9 mm×폭 12 mm)에 대해 통상의 치수 규격인 ±0.05 mm 이내인 경우를, △표는 ±0.10 mm 이내인 경우를, 제품 표면 상태의 ◎표는 육안으로 표면 상태의 불균일이 확인되지 않아 매우 양호한 상태를, ○표는 육안으로 표면 상태의 불균일이 거의 확인되지 않아 양호한 상태를, △표는 육안으로 표면 상태의 불균일이 부분적으로 확인되는 상태를 각각 나타낸다.

[표2]

표2로부터, 냉간 가공 공정이 2방향 압연만인 경우(No.1 내지 No.3)에는, 경도(제품 경도)의 편차가 허용치에 들어가지 않고, 치수 정밀도 및 표면 상태(제품 표면 상태)도 허용 레벨을 만족하고 있지 않다. 이에 비해, 냉간 압연 후에 다이스 인발을 실시한 경우(No.4 내지 No.7)에는 제품 경도와 그 편차, 치수 정밀도 및 표면 상태는 모두 양호하며, 특히 도5에 도시한 바와 같이 1 패스째의 압연 형상에 대해, 2방향 롤(3, 3)에 의한 폭방향 압연(No.8 내지 No.11), 또는 4방향 롤(4a 내지 4d)에 의한 폭방향 압연(No.12 내지 No.15)을 실시한 경우에는, 제품 표면 상태가 특히 양호하였다. 그러나, No.4 내지 No.7, No.8 내지 No.11, No.12 내지 No.15 중 어떠한 냉간 가공 공정의 경우라도, 총 단면 감소율이 60%를 넘으면, 제품 경도와 그 편차는 허용치에 들어가지 않게 된다. 또한, 상기 총 단면 감소율은 원형 강 소재의 탄소 함유량에 따라 약간의 차는 있지만, 40% 정도 확보해 두는 것이 바람직하다(No.4, No.8, No.12). 이들 결과에 의해, 본 발명의 유효성이 확인되었다. 또한, 평선의 제품 형상을, 편측 또는 양측의 측면에 R(라운딩)이 형성된 것으로 할 필요가 있는 경우에는, 폭방향의 압연을 행하는 롤(3, 3) 및 롤(4c, 4d) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 공형 롤을 이용할 수 있다.

본 발명에서는, 원형 강을 소재로 하여 냉간 가공 공정에서 링 기어용 평선을 제조할 때에, 냉간 압연 또는 냉간 롤러 인발을 행한 후, 이 냉간 가공 공정의 최종 단계에서 구멍 다이스에 의해 평선의 전체 주위면을 가공하는 인발을 행하고, 또한 이 냉간 가공 공정에 있어서의 총 단면 감소율을 원형 강 소재의 탄소 함유량 에 대응하여 55 내지 65 % 이하가 되도록 하였으므로, 양호한 치수 정밀도와 제품 평선의 폭방향 및 두께 방향의 경도 편차의 저감을 실현할 수 있고, 중간의 열처리를 필요로 하지 않고 평선 측면의 균열 발생을 억제하여 필요한 경도를 얻을 수 있다.

또한, 상기 냉간 압연 또는 냉간 롤러 인발과 마무리 인발 사이에 평선의 측면을 적어도 1회 폭방향으로, 또는 평선의 상하면 및 측면을 적어도 1회 4방향으로부터 압하하도록 하였으므로, 평선의 측면의 볼록 형상이 시정되어 제품 평선의 전체 주위면에 걸쳐서 양호한 표면 상태를 실현할 수 있다.

Claims

삭제
탄소 함유량이 0.30 내지 0.60%인 원형 강 소재로부터 냉간 가공 공정에 의해 링 기어용 평선을 제조하는 링 기어용 평선의 제조 방법이며,

상기 냉간 가공 공정이 적어도 1회의 냉간 압연 또는 냉간 롤러 인발을 행한 후, 이 냉간 가공 공정의 최종 단계에서, 구멍 다이스에 의해 평선의 전체 주위면을 가공하는 인발을 행하는 공정을 구비하고,

상기 냉간 압연 또는 냉간 롤러 인발과 마무리 인발 사이에, 평선의 상하면 및 측면을 적어도 1회 4방향으로부터 압하하는 공정을 구비하고,

이 냉간 가공 공정에 있어서의 총 단면 감소율을 상기 탄소 함유량에 대응하여 55 내지 65% 이하로 한 것을 특징으로 하는 링 기어용 평선의 제조 방법.
삭제
탄소 함유량이 0.30 내지 0.60%인 원형 강 소재로부터 냉간 가공 공정에 의해 링 기어용 평선을 제조하는 링 기어용 평선의 제조 방법이며,

냉간 가공 공정에 있어서 적어도 1회의 냉간 압연 또는 냉간 롤러 인발을 행한 소재를, 상기 냉간 가공 공정의 최종 공정에서, 구멍 다이스에 의해 평선의 전체 주위면을 가공하는 인발을 행하는 공정을 구비하고,

상기 냉간 압연 또는 냉간 롤러 인발을 행한 소재를, 마무리 인발 공정의 전에, 평선의 상하면 및 측면을 적어도 1회 4방향으로부터 압하하는 공정을 구비하고,

이 냉간 가공 공정에 있어서의 총 단면 감소율을 상기 탄소 함유량에 대응하여 55 내지 65% 이하로 한 것을 특징으로 하는 링 기어용 평선의 제조 방법.