KR101015206B1

KR101015206B1 - 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법

Info

Publication number: KR101015206B1
Application number: KR1020080050512A
Authority: KR
Inventors: 박성하; 김영순; 정태형; 배인호
Original assignee: 주식회사 삼양감속기
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2011-02-18
Also published as: KR20090124355A

Abstract

본 발명은 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하이포이드 단조기어를 제작하기 위한 기어 치형 기본 데이터와 작업시 발생되는 여러 가지 문제점을 고려한 데이터를 비교하여 기어 치형값 및 금형 치형값을 자동으로 결정하여 기어의 3차원 모델링을 제작하여, 시뮬레이션시켜 문제가 없을 경우, 금형을 제작하여 단조기어를 제작하여 실제 성능검사를 거쳐 최종 금형을 제작하는 방법이다.

상기에 의하면, 종래에 비해 단조용 금형의 제작 기간이 단축되고, 제작 비용이 감소되며, 치형 생성 초기부터 발생될 수 있는 여러 가지 문제점을 치형에 반영하여 단조 기어의 품질을 향상시킬 수 있음은 물론, 시뮬레이션을 이용하여 치형을 파악하고, 치형값을 수정할 수 있어 종래 반복하여 제작되는 금형과 기어의 반복제작 및 수정 제작과정을 생략할 수 있기 때문에 작업 효율성을 향상시킬 수 있다.

금형, 기어, 단조, 수정, 시뮬레이션

Description

하이포이드 단조기어용 금형 제작방법{The method of manufacturing mold for the forging hypoid-gear}

본 발명은 금형 제작방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하이포이드 단조기어를 제작하기 위한 기어 치형 기본 데이터와 작업시 발생되는 여러 가지 문제점을 고려한 데이터를 비교하여 기어 치형값 및 금형 치형값을 자동으로 결정하여 기어의 3차원 모델링을 제작하여, 시뮬레이션시켜 문제가 없을 경우, 금형을 제작하여 단조기어를 제작하여 실제 성능검사를 거쳐 최종 금형을 제작하는 방법이다.

상기에 의하면, 종래에 비해 단조용 금형의 제작 기간이 단축되고, 제작 비용이 감소되며, 치형 생성 초기부터 발생될 수 있는 여러 가지 문제점을 치형에 반영하여 단조 기어의 품질을 향상시킬 수 있음은 물론, 시뮬레이션을 이용하여 치형을 파악하고, 치형값을 수정할 수 있어 종래 반복하여 제작되는 금형과 기어의 반복제작 및 수정 제작과정을 생략할 수 있기 때문에 작업 효율성을 향상시킬 수 있는 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법에 관한 것이다.

일반적으로, 기어는 피니언 등과 치합되어 회전되기 때문에 강도를 향상시키 기 위해 단조로 제작되고 있다.

특히, 베벨기어는 동력의 전달을 수직방향으로 전달시키기 위해 다양하게 사용되고 있으며, 동력을 전달을 원활하게 하기 위해 정밀성이 요구되고 있다.

이러한, 베벨기어는 치형의 형상에 따라 스트레이트와 스파이럴 및 하이포이드(hypoid)로 구분되며, 하이포이드 베벨기어는 다른 형상에 비하여 그 제작과정이 더욱 어려워 제작에 어려움이 있다.

도 1은 종래 단조기어용 금형의 제작방법을 도시한 순서도이다.

도면에서 도시한 바와 같이, 종래 금형 제작방법은 기어 데이터와 이에 대응하는 일반적인 단조 금형 제작시 필요한 데이터를 이용하여 단조용 금형을 제작하게 된다.

이렇게 제작된 단조용 금형을 이용하여 단조기어를 제작하게 되고, 제작된 단조기어의 치형 및 성능을 검사하게 된다.

다시 말해, 제작된 하이포이드 단조기어의 치형 형상을 육안 또는 측정장치를 이용하여 검사하고, 치합되는 피니언과 치물림시켜 성능검사를 실시하는것이 일반적이다.

이러한 하이포이드 단조기어의 치형 및 성능검사에 의해 측정된 데이터를 초기 기어 치형 데이터와 비교하여 필요한 치형에 따라 수정값을 결정하고, 이 수정값을 반영하여 치형 데이터를 재생성한다.

그리고 수정값을 반영하여 단조금형을 다시 제작하여 단조기어를 제작하게 되고, 다시 제작된 단조기어의 치형 및 성능 검사를 다시 실시하여 불량 유무를 검 사하게 된다.

하이프이드 단조기어에 불량이 발생될 경우, 상기의 과정을 다시 반복하여 단조금형과 단조기어를 수정하여 다시 제작하게 되고, 불량이 없을 경우, 단조금형에 의해 일정량을 단조기어를 제작하여 단조금형의 최종 성능을 검사한 후, 단조기어를 양산하게 된다.

그러나, 이러한 하이포이드 단조금형의 제작과정은 단조기어의 제작과정에서 발생되는 문제점을 미리 예측하거나 수정할 수 없어 단조금형을 반복하여 수정제작 해야 하고, 또 이들 단조금형에 의해 단조기어가 반복적으로 제작되어 성능검사가 이루어지게 됨에 따라, 제작 기간이 길고, 제작비용이 많이 드는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로써, 하이포이드 단조기어를 제작하기 위한 기어 치형 기본 데이터와 작업시 발생되는 여러 가지 문제점을 고려한 데이터를 비교하고, 기어 치형값 및 금형 치형값을 자동으로 결정하여 기어의 3차원 모델링을 제작한 후, 시뮬레이션 과정을 통해 치형을 파악함으로써 종래 반복하여 제작되는 금형과 기어의 반복제작 및 수정 제작과정을 생략할 수 있다.

그리고 시뮬레이션 과정에, 문제가 없을 경우, 금형을 제작하여 하이포이드 단조기어를 제작함으로써 실제 성능검사를 거쳐 최종 금형을 제작함에 따라 종래에 비해 단조용 금형의 제작 기간이 단축되고, 제작 비용을 감소시킬 수 있다.

또한, 치형 생성 초기부터 발생될 수 있는 여러 가지 문제점을 치형제작에 반영하여 하이포이드 단조기어의 품질을 향상시킬 수 있음은 물론, 시뮬레이션을 이용함에 따라 작업 효율성을 향상시킬 수 있는 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법을 제공하는 것이 목적이다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 하이포이드 단조기어를 제작하기 위한 기어 치형 기본 데이터를 입력하는 치형 기본 데이터 입력단계, 상기 기어 치형 기본 데이터와 단조 작업시 발생되는 간섭 및 변형량을 고려한 데이터를 적용하여 기 어 치형값을 수정하고, 이 수정된 기어 치형값에 의해 금형의 치형값을 자동으로 결정하는 치형 수정값 자동 결정단계, 상기 수정된 금형 치형값에 의해 가상의 단조기어를 3차원 모델링하여 생성시키는 치형 데이터 재생성단계, 상기 3차원 모델링하여 생성된 단조기어를 상대기어와 치접촉이 원활한지를 확인하는 치접촉 시뮬레이션 단계, 상기 치접촉 시뮬레이션을 통해 문제가 발생되면, 치형값을 수정하여 치형data를 재생성하고 치접촉 시뮬레이션을 통해 문제발생유무를 반복적으로 확인하는 단계, 상기 치접촉 시뮬레이션에서 통과된 금형 치형값에 따라 실제 단조용 금형을 가공하는 단조용 금형 가공단계, 상기 가공된 단조용 금형에 의해 실제 단조기어를 제작하는 단조기어 제작단계, 상기 제작된 단조기어의 치형을 검사하고, 이 단조기어와 치합되는 피니언과의 치물림시켜 성능을 검사하는 단조기어 치형 및 성능 검사단계 및 상기 단조기어의 치형 검사와 피니언과의 치물림 성능에 문제발생시 그에 따라 상기 치형 수정값 자동 결정단계로 이동하여 금형 치형값을 수정하고, 문제가 없을 경우 양산시키도록 검사하는 단조용 금형 성능 검사단계를 포함하여 이루어진다.

바람직하게, 상기 치형 수정값 자동 결정단계는, 종래 단조기어 제작시 발생되는 금형과 단조기어 간의 간섭에 의해 발생되는 치형 저면 불량을 제거하기 위한 간섭 원인 제거단계 및 종래 단조기어 제작시 지속적인 금형의 압력이나 속도 또는 열에 의해 발생되는 치형 변형량을 고려한 변형량 수정단계를 포함하여 이루어진다.

그리고 상기 간섭 원인 제거단계는, 금형에 의한 하이포이드 단조기어 제작 시 빼기 구배 각도를 수정하는 치저부 비틀림 각도 수정단계 및 금형에 의한 단조기어 제작시 치저부의 라운드값을 수정하는 치저부 형성 라운드값 수정단계를 포함하여 이루어진다.

좀더 상세하게 수정내용을 설명하면, 상기 치저부 비틀림 각도 수정단계에서 기어의 비틀림 각이 25°인 경우, 빼기 구배는 0.5°이상으로 하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 치저부 형성 라운드값 수정단계에서 라운드값이 0.5mm 이상을 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 변형량 수정단계는, 상기 하이포이드 단조용 금형에서 가해지는 압력과 속도에 의해 각 위치에 의해 두께가 다르게 형성되는 변형량을 수정하는 치폭 두께에 따른 변형량 수정단계 및 상기 단조용 금형에 의한 단조 후, 기어의 열처리시 발생되는 변형량을 수정하는 열처리 변형량 수정단계를 포함하여 이루어지도록 한다.

그리고 상기 치폭 두께에 따른 변형량 수정단계에서, 상기 금형의 성형하중이 900톤(t)이고, 성형속도가 6m/s인 경우, 변형량은 0.04 ~ 0.5mm으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열처리 변형량 수정단계에서, 상기 기어의 열처리(침탄) 변형량은 0.02 ~ 0.05mm으로 하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의한 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법에 의하면, 종래에 비해 단조용 금형의 제작 기간이 단축되고, 제작 비용이 감소되며, 치형 생성 초기부터 발생될 수 있는 여러 가지 문제점을 치형에 반영하여 단조 기어의 품질을 향상시킬 수 있음은 물론, 시뮬레이션을 이용하여 치형을 파악하고, 치형값을 수정할 수 있어 종래 반복하여 제작되는 금형과 기어의 반복제작 및 수정 제작과정을 생략할 수 있기 때문에 작업 효율성을 향상시킬 수 있게 하는 매우 유용하고 효과적인 발명이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

또한, 본 실시 예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고 단지 예시로 제시된 것이며, 그 기술적 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.

도 2는 본 발명에 따른 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법을 도시한 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따른 단조기어용 금형 제작방법에 따른 치형 수정값 자동 결정단계를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법에 따른 기어 내경부의 변화량 수정을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법에 따른 기어 중간부의 변화량 수정을 도시한 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법에 따른 기어 외경부의 변화량 수정을 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법에 따른 변화량을 고려한 전체 치형 곡선 수정을 도시한 도면이다.

도면에서 도시한 바와 같이, 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법은 치형 기본 데이터 입력단계(S100)와 치형 수정값 자동 결정단계(S200), 치형 데이터 재생성단계(S300), 치접촉 시뮬레이션단계(S400), 단조용 금형 가공단계(S500), 단조기어 제작단계(S600), 단조기어 치형 및 성능 검사단계(S700) 및 단조용 금형 성능 검사단계(S800)로 구성된다.

치형 기본 데이터 입력단계(S100)는 하이포이드 단조기어를 제작하기 위한 기어 치형 기본 데이터를 입력하는 것으로, 단조기어 데이터와 이를 제작하기 위한 하이포이드 단조금형의 데이터를 입력하게 된다.

치형 수정값 자동 결정단계(S200)는 단조 작업시 발생되는 간섭 및 변형량을 고려한 데이터를 치형 기본 데이터 입력단계(S100)에서 입력된 기본 데이터와 비교하여 기어 치형값을 수정하고, 이 수정된 기어 치형값에 의해 금형의 치형값을 자동으로 결정하게 된다.

다시 말해, 단조 작업시 예측되는 예측값을 반영하여 기어 치형값을 수정하고, 이 수정된 기어 치형값에 의해 금형 치형값을 수정하여 단조금형의 3차원 모델링을 생성시키게 된다.

치형 데이터 재생성단계(S300)는 치형 수정값 자동 결정단계(S200)에서 생성된 3차원 단조금형 모델링을 이용하여 가상의 3차원 단조기어 모델링을 생성하게 된다.

이렇게 생성된 3차원 단조기어 모델링은 치접촉 시뮬레이션단계(S400)에서 가상의 피니언과 치접촉 시뮬레이션시켜 단조기어 치형의 문제점 유무 및 필요 수정값을 측정하게 된다.

이때, 치접촉 시뮬레이션단계(S400)에서 생성된 3차원 단조기어 모델링 치형에 문제점이 발생될 경우, 그 측정값에 따라 상기 치형 수정값 자동 결정단계(S200)에서 다시 3차원 단조금형 모델링을 생성하게 된다.

다시 생성된 3차원 하이포이드 단조금형 모델링은 다시 3차원 단조기어 모델링을 생성시키고, 다시 생성된 3차원 단조기어 모델링은 다시 치접촉 시뮬레이션단계(S400)에서 가상의 피니언과 치접촉 시뮬레이션시켜 단조기어 치형의 문제점 유무 및 필요 수정값을 측정하게 된다.

이러한 과정을 반복하여 치접촉 시뮬레이션단계(S400)에서 문제가 없을 경우, 단조용 금형 가공단계(S500)를 거쳐 실제 하이포이드 단조금형이 제작되게 된다.

그리고 제작된 단조금형을 이용하여 단조기어 제작단계(S600)에서 실제 단조기어를 제작하게 된다.

이렇게 제작된 하이포이드 단조기어는 단조기어 치형 및 성능 검사단계(S700)에서 치형을 검사하고, 피니언과 치물림시켜 성능을 검사하여 실제 제작된 단조기어의 문제점을 검사하게 된다.

이 하이포이드 단조기어 치형 및 성능 검사단계(S700)에서 문제점이 발생된 단조기어는 그 수정값을 가지고 치형 수정값 자동 결정단계(S200)로 이동하여 상기 의 과정을 거치게 된다.

그리고 단조기어 치형 및 성능 검사단계(S700)에서 단조기어의 문제점이 발생되지 않을 경우, 단조용 금형 성능 검사단계(S800)에서 단조기어를 제작한 단조금형의 성능을 검사하여 하이포이드 단조기어를 양산하게 된다.

이때, 치형 수정값 자동 결정단계(S200)는 간섭 원인 제거단계(S210)와 변형량 수정단계(S220)으로 구성되며, 간섭 원인 제거단계(S210)에서는 종래 단조기어 제작시 발생되는 금형과 단조기어 간의 간섭에 의해 발생되는 치형 저면 불량을 제거하기 위해 치형값을 수정하게 된다.

이 간섭 원인 제거단계(S210)는 치저부 비틀림 각도 수정단계(S211)와 치저부 형성 라운드값 수정단계(S212)로 구성되며, 치저부 비틀림 각도 수정단계(S211)에서는 금형에 의한 단조기어 제작시 빼기 구배 각도를 수정하게 된다.

그리고 치저부 형성 라운드값 수정단계(S212)에서는 금형에 의한 단조기어 제작시 치저부의 라운드값을 수정하게 된다.

이때, 치저부 비틀림 각도 수정단계(S211)에서 일 실시 예로 기어의 비틀림 각이 25°인 경우, 빼기 구배가 0.5°이상으로 형성됨이 바람직하다.

또한, 치저부 형성 라운드값 수정단계(S212)에서 일 실시 예로 치형의 치저부에 형성되 라운드값이 0.5mm 이상을 유지함이 바람직하다.

그리고 변형량 수정단계(S220)에서는 종래 단조기어 제작시 지속적인 금형의 압력이나 속도 또는 열에 의해 발생되는 치형 변형량을 수정하게 된다.

이 변형량 수정단계(S220)은 치폭 두께에 따른 변형량 수정단계(S221)와 열 처리 변형량 수정단계(S222)로 구성되며, 치폭 두께에 따른 변형량 수정단계(S221)에서는 단조용 금형에서 가해지는 압력과 속도에 의해 각 위치에 의해 두께가 다르게 형성되는 변형량을 수정하고, 열처리 변형량 수정단계(S222)에서는 단조용 금형에 의한 단조 후, 기어의 열처리시 발생되는 변형량을 수정하게 된다.

이때, 치폭 두께에 따른 변형량 수정단계(S221)에서 일 실시 예로 금형의 성형하중이 900톤(t)이고, 성형속도가 6m/s인 경우, 변형량은 0.04 ~ 0.5mm이며, 열처리 변형량 수정단계(S222)에서 일 실시 예로 기어의 열처리(침탄) 변형량은 0.02 ~ 0.05mm임이 바람직하다.

도 1은 종래 단조기어용 금형의 제작방법을 도시한 순서도이고,

도 2는 본 발명에 따른 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법을 도시한 순서도이며,

도 3은 본 발명에 따른 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법에 따른 치형 수정값 자동 결정단계를 도시한 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법에 따른 기어 내경부의 변화량 수정을 도시한 도면이며,

도 5는 본 발명에 따른 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법에 따른 기어 중간부의 변화량 수정을 도시한 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법에 따른 기어 외경부의 변화량 수정을 도시한 도면이며,

도 7은 본 발명에 따른 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법에 따른 변화량을 고려한 전체 치형 곡선 수정을 도시한 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

A : 본래 기어 치형

B : 단조 작업 변형량을 고려한 치형

C : 열처리를 고려한 치형

Claims

하이포이드 단조기어를 제작하기 위한 기어 치형 기본 데이터를 입력하는 치형 기본 데이터 입력단계;

상기 기어 치형 기본 데이터와 단조 작업시 발생되는 간섭 및 변형량을 고려한 데이터를 고려하여 기어 치형값을 수정하고, 이 수정된 기어 치형값에 의해 금형의 치형값을 자동으로 결정하는 치형 수정값 자동 결정단계;

상기 수정된 금형 치형값에 의해 가상의 단조기어를 3차원 모델링으로 생성시키는 치형 데이터 재생성단계;

상기 3차원 모델링으로 생성된 단조기어를 치접촉 시뮬레이션시켜 문제발생 유무를 측정하고, 문제발생시 치형값을 반복하여 재수정하는 치접촉 시뮬레이션단계;

상기 치접촉 시뮬레이션에서 통과된 금형 치형값에 따라 실제 단조용 금형을 가공하는 단조용 금형 가공단계;

상기 가공된 단조용 금형에 의해 실제 단조기어를 제작하는 단조기어 제작단계;

상기 제작된 단조기어의 치형을 검사하고, 이 단조기어와 치합되는 피니언과의 치물림시켜 성능을 검사하는 단조기어 치형 및 성능 검사단계; 및

상기 단조기어의 치형 검사와 피니언과의 치물림 성능에 문제발생시 그에 따라 상기 치형 수정값 자동 결정단계로 이동하여 금형 치형값을 수정하고, 문제가 없을 경우 양산시키도록 검사하는 단조용 금형 성능 검사단계를 포함하여 이루어지며,

상기 치형 수정값 자동 결정단계는,

종래 단조기어 제작시 발생되는 금형과 단조기어 간의 간섭에 의해 발생되는 치형 저면 불량을 제거하기 위해 치형값을 수정하는 간섭 원인 제거단계; 및 종래 단조기어 제작시 지속적인 금형의 압력이나 속도 또는 열에 의해 발생되는 치형 변형량을 수정하는 변형량 수정단계를 포함하여 이루어지고,

상기 간섭 원인 제거단계는,

금형에 의한 단조기어 제작시 빼기 구배 각도를 수정하는 치저부 비틀림 각도 수정단계; 및 금형에 의한 단조기어 제작시 치저부의 라운드값을 수정하는 치저부 형성 라운드값 수정단계를 포함하여 이루어지며,

상기 치저부 비틀림 각도 수정단계에서 기어의 비틀림 각이 25°인 경우, 빼기 구배가 0.5°이상인 것을 특징으로 하는 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 치저부 형성 라운드값 수정단계에서 라운드값이 0.5mm 이상을 유지하는 것을 특징으로 하는 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법.
제1항에 있어서, 상기 변형량 수정단계는,

상기 단조용 금형에서 가해지는 압력과 속도에 의해 각 위치에 의해 두께가 다르게 형성되는 변형량을 수정하는 치폭 두께에 따른 변형량 수정단계: 및

상기 단조용 금형에 의한 단조 후, 기어의 열처리시 발생되는 변형량을 수정하는 열처리 변형량 수정단계를 포함하여 이루어지는 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법.
제6항에 있어서,

상기 치폭 두께에 따른 변형량 수정단계에서, 상기 금형의 성형하중이 900톤(t)이고, 성형속도가 6m/s인 경우, 변형량은 0.04 ~ 0.5mm인 것을 특징으로 하는 하이포이드 단조기어용 금형 제작방법.
제6항에 있어서,

상기 열처리 변형량 수정단계에서, 상기 기어의 열처리(침탄) 변형량은 0.02 ~ 0.05mm인 것을 특징으로 하는 단조기어용 금형 제작방법.