KR101105746B1 - 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 스프링 댐퍼콘, 브레이크 플레이트 등이나 산업용 링 기어의 제조시 사용되는 링 형상의 블랭크를 1차적으로 긴 띠와 같은 형상으로 금형에 의한 프레스로 블랭킹하고, 2차적으로 내경 및 외경을 확장한 다음 두께와 폭의 편차를 없애기 위한 롤 스피닝 가공을 통해 무용접 링 형상의 블랭크를 효율적으로 제조할 수 있음으로써 롤 스피닝 가공을 통하여 내경 및 외경을 확장시켜 원하는 크기의 블랭크로 가공함과 동시에 응력을 골고루 분산시킬 수 있음에 따라 후가공시 열처리에 따른 변형 응력의 편차를 최소화하여 안정된 진원도와 평면도를 확보한 무용접 상태로 품질이 크게 향상된 블랭크를 효율적으로 제조할 수 있음과 아울러, 원재료 투입 대비 수율을 극대화할 수 있어서 원재료 구매 등에 소요되는 비용을 대폭 절감시킬 수 있도록 하여 궁극적으로 제작 원가의 절감에 따른 부품의 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 등의 많은 장점이 구비된 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법을 제공한다.

링 기어용 블랭크, 무용접 제조방법, 프레스 가공, 성형기, 롤 스피닝 장비

Description

링 기어용 블랭크 무용접 제조방법{Blank manufacturing method for ring gear without welding}

본 발명은 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차용 스프링 댐퍼콘, 브레이크 플레이트 등이나 산업용 링 기어의 제조시 사용되는 링 형상의 블랭크를 1차적으로 긴 띠와 같은 형상으로 금형에 의한 프레스로 블랭킹하고, 2차적으로 내경 및 외경을 확장한 다음 두께와 폭의 편차를 없애기 위한 롤 스피닝 가공을 통해 무용접 링 형상의 블랭크를 효율적으로 제조할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 차량에 장착되는 스프링 댐퍼콘, 스타트 링기어, 브레이크 피스톤 리턴링, 브레이크 플레이트, 캐리어 등과 산업 모터용 링 기어 등의 제조시 사용되는 링 기어용 무용접 블랭크를 제조할 때는 가스, 레이저 절단, 금형에 의한 프레스 블랭킹 공정이 포함되어 진행되는 데, 종래의 제조방법은 도 1에 도시한 바와 같이, 금형에 의한 프레스 블랭킹 공정에 의해 사각 소재(1a)에 링 형상의 블랭 크(2a) 전체를 가공해야 하므로 인해 절단 응력 100%를 소화할 수 있는 대용량의 프레스를 구비해야 함에 따라 이에 따른 작업 현장의 설치 공간을 많이 차지하게 되며, 프레스의 설치 비용 등이 많이 소요됨과 아울러, 금형의 펀치와 다이의 조기 마모를 유발하므로 사용 수명이 짧아지게 되는 문제점이 있었다.

또한, 소재(sheet)를 사용할 때 투입되는 사각 소재(1a)의 단면적 대비 무용접 블랭크(2a)의 스크랩(S) 발생 비율은 80%~50%로 수율은 통상 15% 내외이기 때문에 원재료가 많이 소요되고, 이에 따른 원재료 구매 비용의 증가를 초래하여 결국 제작 원가의 상승 요인으로 작용하여 부품의 가격 경쟁력이 저하되며, 특히 종래의 제조 공법상 프레스 블랭킹 공정에 의해 제조된 무용접 링 형상의 블랭크(2a)의 경우 사각 소재(1a) 내부의 종,횡 방향으로의 압연에 따른 두께 편차 및 응력 편차가 발생하므로 인해 후가공시, 특히 스프링 댐퍼콘의 경우에 SK5로 오스템퍼링(Austempering) 열처리를 하면 진원도 및 평탄도가 조악해지는 불리한 특성이 있어서 고품질의 블랭크를 제조하기가 어려운 등의 많은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명은 롤 스피닝 가공을 통하여 내경 및 외경을 확장시켜 원하는 크기의 블랭크로 가공함과 동시에 응력을 골고루 분산시킬 수 있음에 따라 후가공시 열처리에 따른 변형 응력의 편차를 최소화하여 안정된 진원도와 평면도를 확보한 무용접 상태로 품질이 크게 향상된 블랭크를 효율적으로 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 원재료 투입 대비 수율을 극대화할 수 있어서 원재료 구매 등에 소요되는 비용을 대폭 절감시킬 수 있도록 하여 궁극적으로 제작 원가의 절감에 따른 부품의 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 블랭크의 제조 공정 특성상 띠 형상의 블랭킹에 따른 저용량의 프레스로도 작업을 진행할 수 있을 뿐만 아니라, 금형의 펀치 및 다이의 사용 수명을 연장시킬 수 있는 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 띠 형상의 사각 소재에 띠 원형상의 블랭크를 성형하는 제 1 단계와, 상기 띠 원 형상의 블랭크를 성형기에 의해 팔각 링 형상과 유사한 블랭크로 성형하는 제 2 단계와, 상기 팔각 링 형상과 유사한 블랭크를 링 형상과 유사한 블랭크로 성형하는 제 3 단계와, 상기 링 형상과 유사한 블랭크를 롤 스피닝 장비에 의해 최종 링 형상의 블랭크로 성형하는 제 4 단계를 진행하는 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법에 있어서, 상기 제 1 단계는 띠 형상의 사각 소재에 외경 양측을 블랭킹하지 않고도 프레스 가공에 의해 띠 원형상의 블랭크를 성형하고, 상기 띠 원 형상의 블랭크의 내경 스크랩의 좁은 폭을 원활하게 확장하기 위해서 띠 원 형상의 블랭크의 내경의 좁은폭을 5㎜~40㎜로 형성하며, 상기 제 2 단계는 상기 띠 원 형상의 블랭크를 성형기의 내경 확장 성형죠 사이에 삽입시킨 후 외경 축소 성형죠를 내경 방향으로 가압하여 팔각 링 형상과 유사한 블랭크로 성형하고, 상기 제 3 단계는 상기 팔각 링 형상과 유사한 블랭크를 외경 스톱퍼의 내부에 삽입하여 원하는 외경 위치로 조정시킨 후 상기 외경 스톱퍼의 내부에 설치된 내경 확장펀치를 외경 방향으로 작동하여 링 형상과 유사한 블랭크로 성형하되 상기 내경 확장펀치를 외경 방향으로 작동시 팔각 링 형상의 블랭크는 상기 외경 축소 성형죠와 외경 스톱퍼, 전체 상부와 하부에 의해 구속되며, 상기 제 4 단계는 상기 링 형상과 유사한 블랭크의 두께 편차 및 발생된 평면도와 진원도를 개선시키기 위해 롤 스피닝 장비의 스피닝 로울러와 맨드릴 사이에 상기 링 형상과 유사한 블랭크를 삽입하여 상기 스피닝 로울러를 회전시킴과 동시에 상기 맨드릴을 상승시켜서 상기 링 형상과 유사한 블랭크의 내,외경을 확장시킴으로써 목표의 크기를 갖는 최종 무용접 링 형상의 블랭크를 성형하는 것을 특징으로 하는 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법을 제공한다.

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이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명은 자동차용 스프링 댐퍼콘, 브레이크 플레이트 등이나 산업용 링 기어의 제조시 사용되는 링 형상의 블랭크를 1차적으로 긴 띠와 같은 형상으로 금형에 의한 프레스로 블랭킹하고, 2차적으로 내경 및 외경을 확장한 다음 두께와 폭의 편차를 없애기 위한 롤 스피닝 가공을 통해 무용접 링 형상의 블랭크를 효율적으로 제조할 수 있음으로써 롤 스피닝 가공을 통하여 내경 및 외경을 확장시켜 원하는 크기의 블랭크로 가공함과 동시에 응력을 골고루 분산 시킬 수 있음에 따라 후가공시 열처리에 따른 변형 응력의 편차를 최소화하여 안정된 진원도와 평면도를 확보한 무용접 상태로 품질이 크게 향상된 블랭크를 효율적으로 제조할 수 있게 된다.

또한, 원재료 투입 대비 수율을 획기적으로 극대화할 수 있어서 원재료 구매 등에 소요되는 비용을 대폭 절감시킬 수 있도록 하여 궁극적으로 제작 원가의 절감에 따른 부품의 가격 경쟁력을 확보할 수 있음과 아울러, 블랭크의 제조 공정 특성상 띠 형상의 블랭킹에 따른 저용량의 프레스로도 작업을 진행할 수 있어서 작업 현장에서 프레스의 설치 공간을 줄일 수 있음과 아울러, 프레스의 설치 비용 등을 절감시킬 수 있음은 물론, 금형의 펀치 및 다이의 사용 수명을 연장시킬 수 있는 등의 많은 장점이 구비된 매우 유용한 발명이다.

이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법에 따른 프레스 가공에 의해 띠 형상의 사각 소재로부터 띠 원 형상의 블랭크가 성형된 형태를 나타낸 평면도이고, 도 3은 본 발명의 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법에 따른 성형기에 의해 띠 원 형상의 블랭크가 팔각 링 형상과 유사한 블랭크로 성형된 형태를 나타낸 평면도이며, 도 4는 본 발명의 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법에 따른 외경 스톱퍼와 내경 확장펀치에 의해 팔각 링 형상과 유사한 블랭크가 링 형상과 유사한 블랭크로 성형된 형태를 나타낸 평면도이고, 도 5는 본 발명의 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법에 따른 롤 스피닝 장비에 의해 링 형상과 유사한 블랭크가 최종 링 형상의 블랭크로 성형된 형태를 나타낸 평면도이다.

본 발명의 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법은 먼저, 도 2에 도시한 바와 같이 띠 형상의 사각 소재(10)에 외경 양측을 블랭킹하지 않고도 프레스 가공을 하여 띠 원형상의 블랭크(20a)를 성형하는 데, 이때 성형한 후 띠 원 형상의 블랭크(20a)의 내경 스크랩(20S)의 좁은 폭을 후술하는 공정에 의해 원활하게 확장하기 위해서 바람직하게는 상기 띠 원 형상의 블랭크(20a)의 내경의 좁은폭을 5㎜~40㎜로 형성하여 설계하고, 상기 띠 원 형상의 블랭크(20a) 중량은 최종 링 형상의 블랭크(20)의 중량과 동일하도록 설계한다.

그 다음, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 띠 원 형상의 블랭크(20a)를 성형기(30)의 내경 확장 성형죠(40) 사이에 삽입시킨 후, 외경 축소 성형죠(50)를 내경 방향으로 가압하여 팔각 링 형상과 유사한 블랭크(20b)로 성형시킨다.

그 다음, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 팔각 링 형상과 유사한 블랭크(20b)를 외경 스톱퍼(60)의 내부에 삽입하여 원하는 외경 위치로 조정시킨 후, 상기 외경 스톱퍼(60)의 내부에 설치된 내경 확장펀치(62)를 외경 방향으로 작동시키는 데, 이때 이 내경 확장펀치(62)에 의해 불안전한 팔각 링 형상의 블랭크(20)는 상기 외경 축소 성형죠(50)와 외경 스톱퍼(60)에 의해 구속됨과 동시에, 전체의 상부, 하부 또한 구속시켜, 링 형상과 유사한 블랭크(20c)로 성형된다.

여기서, 상기 불안전한 팔각 링 형상의 블랭크(20b)를 상기 외경 축소 성형 죠(50)와 외경 스톱퍼(60), 또한 전체의 상부 및 하부를 구속시키는 이유는 상기 블랭크(20)는 띠 원 형상의 좁은 부분과 넓은 부분의 확장에 따른 연신율의 차이로 특히 모서리의 두께 부분이 내경측은 기존 두께보다 얇아지며, 외경측의 두께는 기존 두께보다 두꺼워지는 현상이 발생되므로 그 이상의 연신에 따른 평면도가 커지는 현상을 방지하여 이후 공정시 품질이 저하되는 것을 방지하기 위함이다.

이 후, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 링 형상과 유사한 블랭크(20c)의 두께 편차 및 발생된 평면도와 진원도를 개선시키기 위해 롤 스피닝 장비의 스피닝 로울러(70)와 맨드릴(80) 사이에 상기 링 형상과 유사한 블랭크(20)를 삽입하여 상기 스피닝 로울러(70)를 회전시킴과 동시에, 상기 맨드릴(80)을 상승시켜서 상기 링 형상과 유사한 블랭크(20)의 내,외경을 확장시킴으로써 목표의 크기를 갖는 최종 무용접 링 형상의 블랭크(20)를 성형시킬 수 있게 된다.

이때, 상기 링 형상과 유사한 블랭크(20c)의 내,외경을 확장시킬 때 두께 편차의 상쇄와 동시에 전체 블랭크에 보유 응력을 분산시켜 균등하게 하기 위해서는 그 두께와 폭의 체적을 고려하여 내, 외경을 기준으로 최소 2%이상 확장시키는 것이 바람직하다.

도 1은 종래의 링 기어용 블랭크 제조방법에 따른 금형에 의한 프레스 블랭킹 공정에 의해 사각 소재에 링 형상의 블랭크가 가공된 형태를 나타낸 평면도

도 2는 본 발명의 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법에 따른 프레스 가공에 의해 띠 형상의 사각 소재로부터 띠 원 형상의 블랭크가 성형된 형태를 나타낸 평면도

도 3은 본 발명의 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법에 따른 성형기에 의해 띠 원 형상의 블랭크가 팔각 링 형상과 유사한 블랭크로 성형된 형태를 나타낸 평면도

도 4는 본 발명의 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법에 따른 외경 스톱퍼와 내경 확장펀치에 의해 팔각 링 형상과 유사한 블랭크가 링 형상과 유사한 블랭크로 성형된 형태를 나타낸 평면도

도 5는 본 발명의 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법에 따른 롤 스피닝 장비에 의해 링 형상과 유사한 블랭크가 최종 링 형상의 블랭크로 성형된 형태를 나타낸 평면도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10; 사각 소재 20a,20b,20c,20; 블랭크

20S; 내경 스크랩 30; 성형기

40; 내경 확장 성형죠 50; 외경 축소 성형죠

60; 외경 스톱퍼 62; 내경 확장펀치

70; 스피닝 로울러 80; 맨드릴

Claims (8)

1. 띠 형상의 사각 소재(10)에 띠 원형상의 블랭크(20a)를 성형하는 제 1 단계와, 상기 띠 원 형상의 블랭크(20a)를 성형기(30)에 의해 팔각 링 형상과 유사한 블랭크(20b)로 성형하는 제 2 단계와, 상기 팔각 링 형상과 유사한 블랭크(20b)를 링 형상과 유사한 블랭크(20c)로 성형하는 제 3 단계와, 상기 링 형상과 유사한 블랭크(20c)를 롤 스피닝 장비에 의해 최종 링 형상의 블랭크(20)로 성형하는 제 4 단계를 진행하는 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법에 있어서,

   상기 제 1 단계는 띠 형상의 사각 소재(10)에 외경 양측을 블랭킹하지 않고도 프레스 가공에 의해 띠 원형상의 블랭크(20a)를 성형하고, 상기 띠 원 형상의 블랭크(20a)의 내경 스크랩(20S)의 좁은 폭을 원활하게 확장하기 위해서 띠 원 형상의 블랭크(20a)의 내경의 좁은폭을 5㎜~40㎜로 형성하며, 상기 제 2 단계는 상기 띠 원 형상의 블랭크(20a)를 성형기(30)의 내경 확장 성형죠(40) 사이에 삽입시킨 후 외경 축소 성형죠(50)를 내경 방향으로 가압하여 팔각 링 형상과 유사한 블랭크(20b)로 성형하고, 상기 제 3 단계는 상기 팔각 링 형상과 유사한 블랭크(20b)를 외경 스톱퍼(60)의 내부에 삽입하여 원하는 외경 위치로 조정시킨 후 상기 외경 스톱퍼(60)의 내부에 설치된 내경 확장펀치(62)를 외경 방향으로 작동하여 링 형상과 유사한 블랭크(20c)로 성형하되 상기 내경 확장펀치(62)를 외경 방향으로 작동시 팔각 링 형상의 블랭크(20b)는 상기 외경 축소 성형죠(50)와 외경 스톱퍼(60), 전체 상부와 하부에 의해 구속되며, 상기 제 4 단계는 상기 링 형상과 유사한 블랭크(20c)의 두께 편차 및 발생된 평면도와 진원도를 개선시키기 위해 롤 스피닝 장비의 스피닝 로울러(70)와 맨드릴(80) 사이에 상기 링 형상과 유사한 블랭크(20c)를 삽입하여 상기 스피닝 로울러(70)를 회전시킴과 동시에, 상기 맨드릴(80)을 상승시켜서 상기 링 형상과 유사한 블랭크(20c)의 내,외경을 확장시킴으로써 목표의 크기를 갖는 최종 무용접 링 형상의 블랭크(20)를 성형하는 것을 특징으로 하는 링 기어용 블랭크 무용접 제조방법.
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