KR100959635B1 - 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트 제조방법 - Google Patents

건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트의 제조방법에 관한 것으로써, 예비성형체를 유압 프레스를 이용한 전방압출공정을 통해 성형하는 전방압출단계와, 상기 예비성형체를 금형에 넣고 유압 프레스로 가압하여 치형이 형성되는 단조단계를 포함하여 이루어진다.
특히, 상기 단조단계에서는 치형 형성시 상기 예비성형체의 후면이 상향으로 소재가 유동됨을 억제함을 특징으로 한다.
Figure R1020080000389
건설용기계, 드라이브 샤프트, 압출, 단조

Description

건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF TURNING DRIVESHAFT OF CONSTURUCTION MACHINE}
본 발명은 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트의 제조방법에 관한 것으로써, 특히, 전방압출단계와, 치형단조단계를 포함하여 이루어지는 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트의 제조방법에 관한 것이다.
건설용 기계의 상부선회체는 선회모터가 선회감속기를 통해 모터에 연결된 드라이브 샤프트에 동력을 전달하여 상부선회체를 선회할 수 있도록 되어있다. (한국특허공개공보 제1998-057547호, 제2004-0055954호)
일반적으로 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트는 원소재를 단조 후 절삭공법(이하 종래기술 1)을 통하여 제조되었다.
상세히는 예비성형체의 성형을 위하여 소재를 절단하고 열간단조를 위한 가열을 한 다.
가열을 한 소재를 해머(HAMMER)에 의한 상하 타격작업(HAMMER ROLLING)을 수 차례 진행함과 동시에 작업자의 수작업으로 소재를 좌우 90도 반복 회전을 수 차례 실시 하여 대략의 예비성형을 진행한다.
이렇게 성형된 예비성형체는 단조공정(HAMMER DIE FORGING)을 통해 치형부 원주 형상을 성형 후 단조공정에 의한 플래쉬(FLASH)의 제거 및 최종적으로 절삭공정을 통한 치형부 형상을 가공하게 된다.
이와 같이 종래기술 1에 따른 단조에 의한 예비성형체 성형 후 치형부 원주 형상을 절삭에 의해 치형부 형상으로의 가공은 단조 공정시 플래쉬(FLASH)가 발생하여 투입소재 중량 대비 회수율이 나쁘게 된다.
또한 원주 형상의 단조품에 치형가공을 할 경우 단조 단류선이 끊어지게 되어 피로강도 및 충격에 의한 치형 파단이 발생할 위험이 높다.
치형부를 단조공법에 의해 성형하는 공법(이하 종래기술 2)은 한국등록특허공보 제429946호, 제692620호에 제시되어 있는데 이는 주로 소형제품의 냉간단조에 적용된다.
상세히는 냉간단조공법을 이용한 자동차 스타트모터용 피니언 기어의 제조방법에 관한 것이다.
이에 따르면 외경기어부 및 내경헬리컬기어부를 기계적 절삭가공을 통해서 각각 따로 제작하는 대신 냉간단조공정으로 외경기어부 및 내경헬리컬기어부를 동시에 성형하여 치수정밀도와 기계적 성질이 우수하고, 생산성 향상과 가공비 절감을 도모한다.
이와 같은 종래기술 2를 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트와 같은 대형제품의 치형 형성에 적용시 성형의 곤란함과 더불어 금형의 파손의 우려가 있어 그 적용이 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 종래기술 1과 종래기술 2의 문제를 해결하기 위한 것으로, 발명의 목적은 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트의 제조방법을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트 제조방법은, 예비성형체를 전방압출공정을 통해 성형하는 전방압출단계와, 상기 예비성형체를 금형에 넣고 치형부를 성형하는 단조단계를 포함하되, 특히, 상기 단조단계에서의 치형 형성시 상기 예비성형체의 후면이 상향으로 소재가 유동됨을 억제하는 것을 특징으로 한다.
상세히는 소재를 가열 후, 전방압출공정을 통해 소재로부터 단면적이 작은 축과 소재보다 직경이 큰 부분으로 형성된 예비성형체를 성형한다.
상기 예비성형체는 직경이 큰 부분과 단면적이 작은 축이 형성된 부분으로 이루어 진다.
상기 전방압출공정을 통해 성형된 상기 예비성형체를 단조용 금형에 넣은 후 치형 형성을 위한 단조공정을 실시, 상기 예비성형체의 직경이 큰 부분의 소재가 단조용금형의 금형공동부로 유동하게 된다.
이때, 예비성형체의 직경이 큰 부분의 후면이 상향으로 유동함을 억제하기 위해 단조용 금형의 상부에는 형성하고자 하는 제품의 치형의 형상과 동일한 형상을 성형 하여, 예비성형체의 후면을 가압하도록 한다.
이에 의하여 상기 예비성형체의 직경이 큰 부분은 소재가 횡방향으로 유동하게 되며, 소재의 상향으로의 유동이 억제된다.
상기 전방압출단계와 상기 단조단계는, 행정거리(STROKE)가 긴 유압프레스를 사용하므로 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트와 같은 대형제품의 생산이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트 제조방법에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
1. 제품의 생산에 있어 가공여유 감소에 의한 선삭 가공비 및 치형 가공비와 원재료의 투입량, 가공시간을 감소시켜 제조비용이 저렴해지는 이점이 있다.
2. 예비성형체의 성형 및 최종제품의 성형이 하나의 장비에서 작업이 가능하다.
3. 금형공동부를 밀폐해서 단조하므로 플래쉬(FLASH)가 발생하지 않아 단조회수율이 거의 100%에 달한다.
4. 단조공정에 의한 치형형성이므로 드라이브 샤프트 치형의 단류선이 끊어지지 않아 치형부위 피로강도를 향상시켜 치형 파단의 위험을 줄일 수 있다.
5. 상기 전방압출단계와 단조단계는 행정거리(STROKE)가 긴 유압프레스를 사용하므로 길이가 긴 대형제품의 생산에 적합하다.
이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트 제조방법 순서도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 예비성형체의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 최종제품의 사시도이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금형공동부 치형부에서의 소재의 유동단계이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트 제조방법은, 소재(100)를 하향으로 전방압출하여 상기 소재의 하단부로부터 상기 소재보다 단면적이 작은 축(130)이 형성되는 예비성형체(120)를 성형하는 전방압출단계(S1)와, 상기 예비성형체의 직경이 큰 부분(140)에 치형을 성형하기 위하여 상기 예비성형체의 축(130)은 단조용 금형하부(300)에 의해 지지되며 상기 예비성형체의 직경이 큰 부분의 외측면부(141)는 단조용 금형상부(330)와 금형하부(300)에 의해 압착되어 횡방향으로 치형이 성형되는 단조단계(S2)를 포함하여 이루어진다.
특히, 상기 전방압출단계(S1)와 상기 단조단계(S2)는 행정거리(STROKE)가 긴 유압프레스를 사용하므로 건설용 기계에 사용됨이 일반적인 대형제품의 생산이 가능하다.
먼저 원통형의 소재(100)를 제품길이에 따라 적당한 크기로 절단한 후 가열한다.
상기 가열공정에 의해 재료의 유동성이 향상되어 특히, 제품의 크기가 큰 경우 성형이 용이하게 된다.
상기 전방압출단계(S1)는 상기 가열공정을 거친 소재(101)를 유압프레스를 이용, 전방압출을 통하여 상기 소재의 하단부(111)로부터 상기 가열공정을 거친 소재(101)보다 단면적이 작은 축(130)과 상기 소재보다 직경이 큰 부분(140)을 형성한다.
상기 전방압출단계(S1)의 금형은 유압프레스에 연결된 압출용 상부 펀치(220)와 소재가 삽입되는 압출용 하부 다이(200)로 구성된다.
상기 압출용 상부 펀치(220)의 수평 방향 단면의 형상은 원형이며, 상기 압출용 상부 펀치(220)의 직경은 하부 다이(200)의 직경보다 약간 작게하여 가열공정을 거친 소재(101)를 가압시, 하부 다이의 측면부(201)와의 접촉에 의한 마찰을 방지하여 상기 압출용 상부 펀치(220)의 가압방향으로의 이동을 가능하게 한다.
상기 압출용 상부 펀치(220)의 수직 방향 단면의 형상은 직선이다.
상기 압출용 하부다이(200)에 있어 소재가 삽입되는 부분의 직경은 소재보다 약간 직경을 크게하여 소재의 삽입이 가능하게 한다.
상기 압출용 하부 다이(200)는 소재의 하단부(111)와 접하는 부분부터 단면적이 감소한다.
상기 하부 다이의 축형성부(207)는 라운드(210)를 형성하여 압출공정에서의 유동저항을 감소시킨다.
상기 하부 다이의 축형성부(207)로부터 소재가 압출되는 공동부로의 형상은 제품에 따라 축형성부(207)로부터 공동부(240)까지 평행하게 하거나 경사지게 할 수 있다.
본 발명에서는 경사지게 하여 예비성형체의 축 형성에 있어 경사부를 형성케한다.
가열된 소재를 하부 다이에 넣는다.
이 때 삽입된 소재의 측면부는 압출용 하부 다이의 측면부(201)와 접하게 되며, 소재의 상면부(113)는 압출용 상부 펀치(220)와 접촉하기 전의 상태이다. 소재의 측면부와 하단부가 만나는 부분은 압출용 하부 다이의 축형성부(207)에 의해 지지된다.
상기 소재로부터 예비성형체(120)를 성형하기 위하여 상기 소재를 상기 압출용 하부 다이(200)에 넣은 상태에서 유압프레스를 가압하면 프레스에 연결된 압출용 상부 펀치(220)가 하강한다.
하강한 압출용 상부 펀치(220)는 소재의 상면부(113)와의 접촉이 발생하며, 유압프레스를 더욱 가압하게 되면 상기 소재가 변형을 일으키게 되어 상기 하부 다이의 축형성부 (207)로부터 다이 공동부(240)로의 소재 유동이 발생하여 축(130)이 형성된다.
이와 같이 소재의 하단부로부터는 축(130)이 형성되며, 축을 형성하지 않은 부분은 펀치의 가압에 의해 변형이 발생하여 단면적이 약간 증가하게 된다.
상기 전방압출단계를 통하여 원소재의 단면적보다 단면적이 작은 축(130)과 원소재의 직경보다 그 직경이 약간 큰 부분(140)으로 구성된 예비성형체(120)가 성형된다.
상기 예비성형체(120)는 소재의 하단부(111)로부터 전방압출공정에 의해 변형이 발생하여 소재보다 단면적이 작은 축(130)이 형성이 된다.
상기 축(130)의 단면은 원형의 형상이며 예비성형체의 직경이 큰 부분(140)과 일체형으로 연결이 되며 상기 연결부(150)로부터 축(130)의 단면적은 점진적으로 감소한다.
상기 예비성형체(120)에서 상기 전방압출공정단계에서 축(130)을 형성하지 않고 가압에 의해 소재보다 약간 직경이 크게 된 부분(140)은 단조단계에서 치형이 형성될 부분이다.
상기 예비성형체의 직경이 큰 부분(140)의 수평 방향의 단면은 원형의 형상이며 수직 방향의 단면은 직선의 형상을 가지며 아래로는 소재보다 단면적이 작은 축과 연결이 된다.
상기 단조단계(S2)는 상기 전방압출단계(S1)에서 성형된 예비성형체(120)를 금형하부(300)에 넣고 유압프레스에 의해 금형상부(330)가 하향으로 가압, 상기 예비성형체의 직경이 큰 부분의 외측면부(141)가 횡방향으로 금형하부의 치형형상의 공동부(310)에 소재가 채워지며 치형이 형성된다.
치형형성을 위한 상기 단조용 금형은 상부(330)와 하부(300)으로 구성된다.
금형상부은 하면부(331), 상면부(332), 측면부(333)로 이루어진다.
예비성형체의 직경이 큰 부분(140)과 접촉하는 면인 금형상부의 하면부(331)는 평평한 형상이며 금형상부의 상면부(332)는 유압프레스의 가압과정에서 유압프레스와 연결된다.
상기 금형상부의 측면부(333)는 성형하고자 하는 제품의 치형형상과 동일한 형상을 가진다.
상기 금형하부(300)는 치형을 형성하기 위한 단조용 금형하부의 치형형상의 금형 공동부(310)와 상기 금형하부의 하단부에 상기 예비성형체의 축을 지지할 수 있는 축지지부(304)가 있다.
상기 축지지부(304)의 수평방향의 단면의 형상은 원형이며, 단면적은 상기 예비성 형체의 축(130)을 삽입하기 위해 축의 단면적보다 약간 크게한다.
상기 축지지부(304)의 길이는 상기 예비성형체의 축(130)과 같다.
상기 금형하부에는 치형형성을 위한 치형형상의 공동부(310)가 있으며 상기 금형 공동부의 측면부(301)에는 가공하고자하는 치형의 형상이 가공되어 있다.
상기 단조용 금형하부의 치형형상의 공동부(310)의 단면의 형상은 성형하고자 하는 제품의 치형형상과 동일한 형상을 가지며 치형이 형성될 상기 예비성형체의 직경이 큰 부분보다 직경이 크게하여 상기 예비성형체의 삽입이 가능하게 한다.
상기 금형하부 공동부의 축지지부(304)와 연결된 부분은 평평한 형상을 가진다.
상기 전방압출단계에서 성형된 예비성형체(120)를 상기 금형하부(300)에 넣는다.
상기 예비성형체의 축(130)은 상기 금형하부의 축지지부(304)에 삽입되며, 상기 예비성형체의 직경이 큰 부분의 하면부는 상기 금형하부의 공동부에 있는 축지지부(304)와 축지지부에 연결된 부분에 의해 지지된다.
치형 형성용 금형에 삽입된 상기 예비성형체(120)는 다음과 같은 과정을 거쳐 상기 예비성형체의 직경이 큰 부분(140)에 치형이 형성된다.
상기 예비성형체(120)를 금형하부(300)에 넣은 상태에서 유압프레스를 가압하면 금형상부의 하면부(331)가 예비성형체의 직경이 큰 부분의 후면부(142)에 접촉하게 된다.
상기 유압프레스를 더욱 가압하게 되면 상기 예비성형체(120)가 변형을 일으키게 된다.
상기 예비성형체의 직경이 큰 부분(140)의 소재는 단조용 금형하부의 치형형상의 공동부(310)로 횡방향으로 유동한다.
이때 치형 형성과정에서 플래쉬(FLASH)의 발생을 배제하고, 가압과정에서 단조용 금형상부의 하면부(331)와 접하는 상기 예비성형체의 직경이 큰 부분의 후면부(142)가 가압방향과 반대방향인 상향으로 소재가 유동함을 억제하기 위하여 단조용 상부금형의 측면부(333)에는 최종 제품의 치형의 형상과 동일한 형상을 성형하여 금형상부(330)와 금형하부(300)가 맞물리며 밀폐시켜 가압한다.
상기 예비성형체의 축(130)은 축지지부(304)로 지지되어 있는 상태에서 상기 유압프레스의 가압에 의하여 단면적이 약간 증가한다.
상기 예비성형체(120)로부터 치형형성을 위한 단조단계에서 상기 예비성형체의 직경이 큰 부분(140)의 형상 변화는 다음과 같다.
상기 예비성형체의 직경이 큰 부분(140)이 금형상부의 하면부(331)와 접촉하게 되어 변형이 시작된다.
가압에 의해 소재는 상기 단조용 금형하부의 치형형상의 공동부(310)로 횡방향으로 유동을 시작한다.
상기 금형상부의 측면부(333)에는 성형하고자 하는 제품의 치형형상과 동일한 형상이 성형되어 있어 금형하부의 측면부(301)와 맞물려 상기 예비성형체의 직경이 큰 부분(140)을 가압하므로 가압방향과 반대인 상향으로의 소재의 유동이 억제된다.
경우에 따라서, 단조용 금형상부의 측면부(333)에 최종제품의 치형의 형상과 동일한 형상의 성형이 곤란하다면, 금형상부의 측면부(333)에는 성형하고자 하는 제품 의 치형형상의 성형 없이 원기둥 형상으로 할 수 있다. 이때 가압방향의 반대방향인 상향으로 유동된 소재부분은 추후 절삭공정을 통하여 제거할 수 있다.
이와 같은 방법을 통하여 건설용기계의 선회용 드라이브 샤프트를 완성하게 되며, 가공여유 감소에 의한 소재와 선삭 가공비 및 치형가공비를 절감시킬 수 있으며, 치형을 밀폐하여 단조하므로 치수정밀도가 높고, 플래쉬(FLASH)가 발생하지 않으며 단류선이 끊어지지 않아 치형부위의 피로강도가 향상되는 이점이 있다.
또한, 종래의 제조방법을 사용할 경우, 원재료 투입중량이 21kg, 해머에 의한 상하 타격작업(HAMMER ROLLING)과 단조공정(HAMMER DIE FORGING)후 예비성형체 중량이 18kg, 제품중량이 13.6kg으로 제품가공량이 4.4kg이 필요하나, 본원발명의 제조공법을 사용할 경우에는 원재료 투입중량이 15.6kg, 제품중량이 13.6kg, 제품가공량이 2kg으로 되어 원재료 량이 작아지게 되어 제조비용이 저렴해지며 제품가공량도 작아져서 가공 공구 자체의 수명을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
또한, 상기 전방압출단계의 전후공정 및 상기 단조단계 후의 공정에서 상기 드라이브 샤프트의 제조에 필요한 다른 공정이 올 수도 있다.
본 발명인 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트의 제조방법은 굴삭기와 같 은 건설용 기계에 사용되는 대형 선회용 드라이브 샤프트의 제조에 적합하다.
도 1은 종래의 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트 제조방법 순서도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트 제조방법 순서도
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트의 예비성형체의 단면도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트 사시도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 금형공동부 치형부에서의 소재의 유동단계
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
100 : 소재 101 : 가열공정을 거친 소재
111 : 소재 하단부 113 : 소재 상면부
120 : 예비성형체 130 : 예비성형체의 축 140 : 예비성형체의 직경이 큰 부분
141 : 예비성형체의 직경이 큰 부분의 외측면부
142 : 예비성형체의 직경이 큰 부분의 후면부
150 : 예비성형체의 축과 직경이 큰 부분과의 연결부
200 : 압출용 하부다이 201 : 압출용 하부다이의 측면부
207 : 압출용 하부다이의 축형성부 210 : 압출용 하부다이의 라운드부
220 : 압출용 상부펀치 240 : 압출용 하부다이의 공동부
300 : 단조용 금형하부 301 : 단조용 금형하부의 측면부 304 : 단조용 금형하부의 예비성형체의 축지지부
310 : 단조용 금형하부의 치형형상의 공동부
330 : 단조용 금형상부 331 : 단조용 금형상부의 하면부
332 : 단조용 금형상부의 상면부 333 : 단조용 금형상부의 측면부
400 : 완성된 드라이브 샤프트의 치형부분
500 : 완성된 드라이브 샤프트의 축부분

Claims (2)

  1. 소재를 하향으로 전방압출하여 상기 소재의 하단부로부터 상기 소재보다 단면적이 작은 축이 형성되는 예비성형체를 성형하는 전방압출단계;
    상기 예비성형체의 직경이 큰 부분에 치형을 성형하기 위하여 상기 예비성형체의 축은 금형에 의해 지지되며, 상기 예비성형체의 직경이 큰 부분의 외측면부는 금형에 의해 압착되어 횡방향으로 치형이 성형되는 단조단계를 포함하여 이루어지되,
    상기 단조단계에서 치형 형성시 상기 예비성형체의 후면이 상향으로 소재가 유동됨을 억제하고, 상기 예비성형체의 직경이 큰 부분은 횡방향으로 유동하여, 치형을 형성하되, 상기 예비성형체의 축은 금형에 의해 지지되어 있는 상태에서 단면적이 증가하는 것을 특징으로 하는 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트 제조방법
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전방압출단계, 상기 단조단계는 유압프레스를 사용함을 특징으로 하는 건설용 기계의 선회용 드라이브 샤프트 제조방법
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