KR101128380B1

KR101128380B1 - 언더컷 베벨기어 단조장치

Info

Publication number: KR101128380B1
Application number: KR1020100014892A
Authority: KR
Inventors: 맹수호
Original assignee: 삼웅단조 (주)
Priority date: 2010-02-19
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2012-03-23
Also published as: KR20110095431A

Abstract

본 발명은 기어치의 일 측면이 치근으로 갈수록 내측으로 경사진 언더컷 베벨기어의 기어치를 치형다이를 회전시키면서 정밀하게 압축 성형할 수 있는 언더컷 베벨기어 단조장치에 관한 것으로, 하형 테이블에 베벨기어의 기어치에 상응하는 치형 공동이 형성된 치형다이와 상기 치형다이가 내부에 고정된 치형다이 홀더를 이젝션 펀치 헤드를 중심으로 회전가능하게 설치하고, 상형 펀치 외주에 상형 펀치와 함께 베벨기어의 몸체에 상응하는 공동을 형성하는 환형 상다이를 상다이 홀더에 결합하여 상형 펀치 외측에서 일정범위를 상하로 슬라이딩 가능하게 설치하고, 상기 상다이 홀더에는 상기 상다이 홀더에 하방 압축력을 부여하는 스프링을 연결하여, 다이 폐쇄 행정에서 상기 치형다이와 상형 펀치와 상다이가 폐쇄 중공을 형성하고, 압축 행정에서 상기 스프링이 수축되면서 상기 상다이 홀더에 하방을 향한 강한 압축력을 작용하게 함과 동시에 상기 치형다이 홀더를 일정 범위 회전시켜, 언더컷 기어치가 성형되게 하되, 상기 상다이 홀더 하면에는 상기 상다이 및 상다이 홀더 하면보다 더 하방으로 돌출된 접동링을 회전 가능하게 설치하고, 상기 접동링 상부에는 슬라이딩 베어링을 설치하여, 다이 폐쇄 행정에서, 상형의 접동링만이 하형의 치형다이 홀더와 면접촉하게 하고, 압축 행정에서, 상기 치형다이 홀더가 회전할 때 상기 접동링이 상기 치형다이 홀더에 밀착되어 함께 회전하게 한 것을 특징으로 한다.

Description

언더컷 베벨기어 단조장치{FORGING APPARATUS FOR UNDERCUT BEVEL GEAR}

본 발명은 언더컷 베벨기어 단조장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 기어치의 일 측면이 치근으로 갈수록 내측으로 경사진 언더컷 베벨기어의 기어치를 치형다이를 회전시키면서 정밀하게 압축 성형할 수 있는 언더컷 베벨기어 단조장치에 관한 것이다.

소형의 스트레이트 베벨기어, 스파이럴 베벨기어, 하이포이드 베벨기어 등의 베벨기어는 주로 자동차의 직각 구동 전달용으로 사용된다. 이들 소형 베벨 기어는 절삭 가공하는 것보다, 단조 성형하여야 연속적이고 치밀한 단류선에 의한 고강도 기아치 조직을 얻을 수 있다.

일반적으로 소형 베벨 기어를 단조 성형함에 있어서는 폐쇄 다이 단조 방법이 사용된다. 폐쇄 다이 단조 방법은 상형에 상다이를 하방으로 일정 범위 이내에서 밀어 낼 수 있는 가압 수단을 구비하고, 단조 가공시에는 우선 하다이에 소재를 놓고, 램을 하강시켜 상다이와 하다이가 서로 연접하면서 소재를 둘러싼 폐쇄된 공동(空洞)을 형성하게 한 후 압축 행정을 통하여 단조 성형하는 방법이다. 상기 가압수단으로는 유압스프링, 공압스프링, 코일스프링 등을 사용하기 때문에, 상다이와 하다이가 연접한 상태에서 상형에 마련된 가압 수단에 의한 압착력이 상다이와 하다이 사이에 작용할 때, 이러한 압착력은 압축 행정이 진행되면서 점점 더 커진다. 소형 베벨 기어를 단조할 때 이처럼 폐쇄 다이 단조 방법을 사용하는 것은 기어치를 정밀하게 성형하고, 소재의 낭비를 최소화하기 위해서이다.

이들 베벨 기어들의 기어치 단면은 이끝으로부터 이뿌리로 갈수록 외측으로 확장되는 것도 있지만, 이끝으로부터 이뿌리로 갈수록 일측은 외측으로 확장되고, 이측은 내측으로 경사진 것도 있다. 특히, 이끝으로부터 이뿌리로 갈수록 기어치 단면의 일측은 외측으로 확장되고, 일측은 내측으로 경사진 베벨 기어를 언더컷 베벨 기어라고 한다. 도 1c는 이러한 언더컷 베벨 기어 중 특히 하이포이드 베벨 기어의 일 예를 도시한 것이다. 언더컷 베벨 기어는 축방향(도 1c에서는 상방에서)에서 기어치를 바라 볼 때, 기어치 양측면 중 외측으로 확장된 측면은 보이지만, 내측으로 경사진 측면은 보이지 않는다. 도 1c의 부호 u는 기어치(3)의 언더컷 측면이다.

이와 같은 구조를 갖는 언더컷 베벨 기어의 기어치는 수직 방향의 충격을 가하는 일반적인 단조 방법에 의하여는 성형할 수 없다. 치형다이를 언더컷 기어치에 부합되게 언더컷 치형을 갖도록 만든다 하더라도, 여기에 놓인 소재에 수직 압축력을 부여할 때, 소재가 경사진 내측으로 충전되기 어렵고, 다이에 형성된 치형의 언더컷 측면에는 단조 부하가 걸리지 않는 반면, 반대편 측면에 부하가 크게 걸려 치형이 깨지기 쉽기 때문이다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 미국 특허등록 제7,000,444호는 압축 행정 과정에서 치형다이를 언더컷 측면의 내측 경사 변위 만큼 편심 서보 모터와 같은 제어된 로터리 작동기에 의하여 회전시키는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 위 미국 특허등록 제7,000,444호 발명에 제안된 방법은, 그 명세서에 기재된 설명과 달리, 폐쇄 다이 단조 또는 폐쇄 공동(空洞) 단조에는 절대 사용할 수 없다는 단점이 있다. 그 이유는 다음과 같다.

위에서 설명한 바와 같이, 폐쇄 다이 단조 또는 폐쇄 공동(空洞) 단조에서는 압축 행정 이전에 상다이 및 하다이간의 다이 폐쇄 행정이 이루어지고, 이 다이 폐쇄 행정에는 소재의 성형은 이루어지지 않으며, 상다이에 마련된 압축 수단에 의한 상다이 및 하다이간의 강한 압착만 이루어진다. 이와 같은 다이 폐쇄 행정 다음에 이루어지는 기어치 압축 성형 단계인 압축 행정에서는 압축 행정이 진행될 수록 상다이 및 하다이간의 압착력이 점점 강해지는 것이다. 따라서, 위 미국 특허등록 제7,000,444호 발명에 제안된 방법에 의하면, 압축 행정에서 하다이를 회전시키는 것은 불가능하고, 따라서, 언더컷 기어치를 형성하는 것도 어려운 것이다.

본 발명은 위 미국 특허등록 제7,000,444호에 기재된 언더컷 베벨 기어 단조장치의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 폐쇄 다이 단조 방법을 사용하면서도 하형과 상형간의 압착 마찰 없이 원활하게 하다이(치형다이)를 회전시킬 수 있는 언더컷 베벨기어 단조장치를 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 과제는, 하형 테이블에 베벨기어의 기어치에 상응하는 치형 공동이 형성된 치형다이와 상기 치형다이가 내부에 고정된 치형다이 홀더를 이젝션 펀치 헤드를 중심으로 회전가능하게 설치하고, 상형 펀치 외주에 상형 펀치와 함께 베벨기어의 몸체에 상응하는 공동을 형성하는 환형 상다이를 상다이 홀더에 결합하여 상형 펀치 외측에서 일정범위를 상하로 슬라이딩 가능하게 설치하고, 상기 상다이 홀더에는 상기 상다이 홀더에 하방 압축력을 부여하는 스프링을 연결하여, 다이 폐쇄 행정에서 상기 치형다이와 상형 펀치와 상다이가 폐쇄 중공을 형성하고, 압축 행정에서 상기 스프링이 수축되면서 상기 상다이 홀더에 하방을 향한 강한 압축력을 작용하게 함과 동시에 상기 치형다이 홀더를 일정 범위 회전시켜, 언더컷 기어치가 성형되게 하되, 상기 상다이 홀더 하면에는 상기 상다이 및 상다이 홀더 하면보다 더 하방으로 돌출된 접동링을 회전 가능하게 설치하고, 상기 접동링 상부에는 슬라이딩 베어링을 설치하여, 다이 폐쇄 행정에서, 상형의 접동링만이 하형의 치형다이 홀더와 면접촉하게 하고, 압축 행정에서, 상기 치형다이 홀더가 회전할 때 상기 접동링이 상기 치형다이 홀더에 밀착되어 함께 회전하게 함으로서 달성된다.

상기 치형다이 홀더 상부 외측에는 확장링을 삽입 고정하고, 상기 확장링에는 방사 방향으로 연장된 아암을 형성하며, 상기 아암에는 아암을 중심으로 회전 가능한 회전링을 설치하여, 압축 행정에서 지렛대 또는 테이퍼 핀에 의하여 상기 회전링을 밀어 치형다이 홀더를 회전시키는 것이 바람직하다. 상기 회전링을 미는 수단으로는 상기 상형에 연동하는 지렛대 또는 테이퍼 핀 등의 기구적인 방법을 사용할 수도 있고, 서버 모터, 스텝 모터 등 전기 모터를 사용할 수도 있다.

상술한 본 발명의 구성에 의하면, 다이 폐쇄 행정에서 상형과 하형이 접동링에서만 접촉하게 되고, 상기 접동링은 접동링 상부의 슬라이딩 베어링과 접촉하여 용이하게 회전하게 되므로, 압축 행정에서 상형과 하형간에 강한 밀착력이 작용하더라도 상기 치형다이가 상기 접동링과 함께 회전하여 베벨기어의 언더컷 기어치를 정밀하게 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1a은 본 발명에 따른 단조장치에 사용되는 블랭크의 사시도이다.
도 1b는 본 발명에 따른 단조장치에 사용되는 치형다이에 대한 사시도이다.
도 1c는 본 발명에 따른 단조장치에 의하여 제조된 언더컷 베벨기어의 사시도이다.
도 2a는 블랭크와 함께 도시한 본 발명에 따른 언더컷 베벨기어 단조장치의 단면도이다.
도 2b는 도 2a의 "A"부분에 대한 확대도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 언더컷 베벨기어 단조장치의 다이 폐쇄 행정에 대한 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 "B"부분에 대한 확대도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 언더컷 베벨기어 단조장치의 압축 행정에 대한 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 "C"부분에 대한 확대도이다.
도 5는 본 발명에 따른 언더컷 베벨기어 단조장치의 복귀 행정에 대한 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 언더컷 베벨기어 단조장치의 이젝션 행정에 대한 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 언더컷 베벨기어 단조장치의 구체적인 실시 내용을 상세하게 설명한다.

도 1a은 본 발명에 따른 단조장치에 사용되는 블랭크(1)의 사시도이고, 도 1b는 본 발명에 따른 단조장치에 사용되는 치형다이(3)에 대한 사시도이고, 도 1c는 본 발명에 따른 단조장치에 의하여 제조된 언더컷 베벨기어(11)의 사시도이다. 도 1a 내지 도 1c에는 언더컷 기어치가 형성된 하이포이드 베벨기어를 예시적으로 도시하였지만, 본 발명은 언더컷 기어치가 형성된 스트레이트 베벨기어나 스파이럴 베벨기어에도 그대로 적용된다. 일반적으로 베벨기어는 회전축에 조립되기 때문에 링기어형태를 가지므로, 이하에서는 베벨링기어를 예시적으로 설명한다.

상기 블랭크(1)는 환봉을 압축한 후 그 중심부를 펀치로 타격하여 중공부를 형성한 것이다.

상기 치형다이(3)는 원통형 소재 상면에 베벨기어(11)의 언더컷 기어치(13)에 상응하는 치형공동(teeth cavity)과 언더커 기어치(13)의 골에 상응하는 치형(5)을 형성한 금형이다. 상기 치형다이(3)에 의하여 성형하고자 하는 베벨기어의 기어치(13)가 언더컷 면(u)을 갖기 때문에 상기 치형다이(3)의 치형중공(5)도 이에 상응하는 언더컷 면(u')을 갖는다. 도 1c에 도시된 바와 같은 링기어를 단조할 경우, 중심부에 중공(9)이 형성된 원통형 소재를 사용하여 치형다이(3)를 만들지만, 링기어를 단조하는 경우가 아니면, 원통형 소재를 사용할 필요가 없다.

도 1c를 참조하면, 본 발명에 의하여 단조 된 베벨기어는 기어치(13)와 몸체(15) 경계에 플래시(19)가 존재함을 알 수 있다. 즉, 본 발명은 언더컷 기어치(13)를 정밀하고 균일하게 성형하기 위하여 플래시(19) 발생을 약간 허용하는 폐쇄 다이 단조 장치인 것이다. 단조 후 상기 플래시(19)는 제거된다. 후술하는 바와 같이, 본 발명에 의하여 성형된 언더컷 기어치(3)는 매우 정밀하고 균일하기 때문에 절삭 등의 후가공이 불필요하다.

도 2a는 블랭크와 함께 도시한 본 발명에 따른 언더컷 베벨기어 단조장치의 단면도이고, 도 2b는 도 2a의 "A"부분에 대한 확대도이다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 언더컷 베벨기어 단조장치는 하형과 상형을 포함하고, 상기 하형은 하형 테이블(57a, 57b, 57c)에 설치되고, 상형은 취부판(23a, 23b, 23c)에 의하여 램(21)에 설치된다.

상기 하형은 상기 치형다이(3)와, 상기 치형다이(3)의 동심축상 하부에 마련되어 치형다이(3)를 슬라이딩 가능하게 지지하는 원통형상의 치형다이 받침(67)과, 상기 치형다이(3) 및 치형다이 받침(67) 내부에 마련되어 다이 폐쇄 행정 및 압축 행정에서 상형의 코어펀치(41)를 수용하여 안내하고, 이젝션 행정에서 단조된 베벨기어를 밀어 내는 펀치 헤드(71)와, 상기 펀치 헤드(69) 하부에 연결되고 이젝션 동력의 피스톤 로드(85)에 의하여 상하 구동되는 이젝션 펀치(69)와, 상기 이젝션 펀치(69) 및 치형다이 받침(67) 하부를 지지하는 펀치받침(83)을 포함한다. 상기 치형다이 받침(67)의 내경은 치형다이(3)와 내경과 동일하게 형성하고, 치형다이 받침(67)의 외경은 치형다이(3)의 외경보다 크게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 치형다이(3)와 치형다이 받침(67) 사이에는 슬라이딩이 원활하게 이루어지도록 슬라이딩 베어링(79)을 구비한다. 상기 슬라이딩 베어링(79)은 황동에 그라파이트를 함몰시킨 오일리스 베어링인 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 펀치 헤드(69)는 상형의 코어펀치(41)를 수용할 수 있도록 두께가 얇은 원통형상으로 형성한다.

상기 하형은 상기 치형다이(3)와 상기 치형다이 받침(67) 상부를 내부에 수용하는 치형다이 홀더(59)를 더 구비한다. 상기 치형다이(3)는 상기 치형다이 홀더(59) 내부에서 치형다이 홀더(59)와 일체로 고정되도록 결합되는 반면, 상기 치형다이 받침(67)은 상기 치형다이 홀더(59) 내부에서 독립적으로 슬라이딩 가능하게 결합된다. 따라서, 상기 치형다이 받침(67)과 상기 치형다이 홀더(59)가 접하는 면에도 슬라이딩 베어링(79, 81)을 매개시킨다. 치형다이 받침(67) 외경을 치형다이(3)의 외경보다 크게 형성할 경우, 치형다이 홀더(59) 내경에는 하부가 더 확장되는 단차가 형성되는 데, 이 때 상기 치형다이(3) 하부에 마련된 슬라이딩 베어링(79)을 치형다이 홀더(59) 하부까지 확장하여 치형다이 받침(67) 상면과 치형다이(3) 및 치형다이 홀더(59)의 접촉면에서 항상 미끄럼이 원활하게 이루어지게 한다. 상기 치형다이 홀더(59)의 외경은 하부로 갈수록 넓어지는 2중 단차(61, 63)를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 상부 단차(63)에는 원통형상의 확장링(73)을 삽입하여 걸쳐지게 하고, 하부 단차(61) 상부에는 치형다이 홀더 설치링(65)을 치형다이 홀더(65)와 약간의 간극이 유지되도록 설치한다. 상기 치형다이 홀더 설치링(65)은 치형다이 홀더(59)에 고정되지 않고, 약간의 간극을 유지하는 반면, 하형 테이블(57a)에는 볼트(b)에 의하여 고정된다. 상기 치형다이 홀더(59)는 하면 및 측면에서도 하형 테이블(57b)과 약간의 간극을 유지한다. 따라서, 상기 치형다이 홀더(59)는 하형 테이블(57a, 57b) 및 치형다이 받침(67)으로부터 이탈함 없이 중심축을 중심으로 용이하게 회전할 수 있다.

상기 치형다이 홀더(59)의 상부 외측에 삽입되어 상부 단차(63)에 걸쳐진 확장링(73)은 치형다이 홀더(59)와 일체로 고정되어 확장링(73)이 회전하면 상기 치형다이 홀더(59)도 함께 회전한다. 상기 확장링(73)에는 방사 방향으로 연장된 아암(75)이 연결되며, 상기 아암(75)에는 아암을 중심으로 회전 가능한 회전링(77)을 설치한다. 상기 회전링(77)은 아암(75)에 얇은 목을 형성하고 이곳에 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 회전링(77)과 아암(75) 사이에도 슬라이딩 베어링을 구비하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구조에 의하여, 상기 회전링(77)을 지렛대 또는 테이퍼 핀 등 적당한 기구를 사용하여 밀면 아암(75)과, 확장링(73)과, 치형다이 홀더(59)와, 치형다이(3)가 이젝션 펀치 헤드(71)를 중심으로 회전하게 된다.

본 발명에 따른 언더컷 베벨기어 단조장치의 상형은 상형 펀치(41, 43)와, 상기 상형 펀치(41, 43) 외측에 슬라이딩 가능하게 설치된 상다이 홀더(37)와, 상기 상다이 홀더(37)에 고정된 상다이(39)와 상기 상다이 홀더(37)에 하방 압착력을 제공하는 스프링(27)과 상기 스프링(27)을 상기 램(21) 취부판(23b, 23c)에 고정하는 스프링 홀더(31)을 포함한다. 상기 상형 펀치(41, 43)는 다이 폐쇄 행정 및 압축 행정시 상기 하형의 펀치 헤드(71)에 하부가 삽입되는 코어펀치(41)와 상기 코어펀치(41) 외주면에 삽입되고, 상기 코어펀치(41)의 하부 외측과 베벨기어(11) 몸체(15)의 하부를 성형하는 공동을 형성하는 환형펀치(43)로 구성된다. 상기 코어펀치(41)는 상기 하형의 펀치 헤드(71)에 삽입되지만, 약간의 공차가 있기 때문에 코어펀치(41) 외면이 펀치 헤드(71) 내면에 밀착되지는 않는다. 상기 상다이(39)는 환형 형태를 가지며, 내측에는 베벨기어(11) 몸체(15)의 상부를 형성하는 공동이 형성되어 있다. 상기 상다이 홀더(37)는 상기 환형 상다이(39)를 상기 환형펀치(43) 및 코어펀치(41)가 형성하는 공동 하부 외측에 배치되게 고정한다. 따라서, 상형 펀치(41, 43)와 상다이(39)는 전체적으로 베벨기어의 몸체(15)를 성형할 몸체 공동(55)을 형성하게 된다. 상기 환형 상다이(39)를 고정지지하는 상다이 홀더(37)는 상형 펀치(41, 43) 외측에서 일정범위를 상하로 슬라이딩 가능하게 설치된다. 또한, 상기 상다이 홀더(37)에는 상기 상다이 홀더(37)에 하방 압축력을 부여하는 스프링(27)이 스프링 로드(29)를 매개로 연결된다. 상기 스프링(27)은 유압스프링, 공압스프링 또는 압축 코일 스프링에서 선택될 수 있다. 상기 스프링(27)은 스프링 홀더(31)에 고정되고 상기 스프링 홀더(31)는 스프링 홀더 취부링(33)에 의하여 취부판(23b, 23c)에 부착된다. 상기 스프링 홀더(31) 하부에는 상기 상다이 홀더(37) 외측 상부까지 감싸는 스커트를 형성하고 그 하단에 상다이 홀더 스톱퍼(45)를 구비한다. 상기 상다이 홀더(37)의 상단 외측은 약간 돌출시켜, 상기 돌출부가 상기 스프링 홀더(31)의 스커트 내벽을 따고 슬라이딩하고, 상기 스프링 홀더(31)의 스커트 하단에서 상기 상다이 홀더 스톱퍼(45)에 걸림으로써 하방 진행이 제한되도록 한다.

이와 같은 구성에 의하여, 본 발명에 따른 베벨기어 단조장치는 다이 폐쇄 행정에서 상기 치형다이(3)와 상형 펀치(41, 43)와 상다이(39)가 폐쇄 중공을 형성하고, 압축 행정에서 상기 스프링(27)이 수축되면서 상기 상다이 홀더(37)에 하방을 향한 강한 압축력을 작용하게 함과 동시에 상기 치형다이 홀더(59)를 일정 범위 회전시켜, 언더컷 기어치가 성형하게 된다.

본 발명의 특징은 도 2b로 확대되어 도시된 부분에 있다. 즉, 본 발명의 특징은 상기 상다이 홀더(37) 하면에 상기 상다이(39) 및 상다이 홀더(37) 하면보다 더 하방으로 돌출된 접동링(49)을 회전 가능하게 설치한 데 있다. 이 때 상기 접동링(49) 상부에는 슬라이딩 베어링(51)을 더 구비하여, 접동링(49)에 상방향의 압력이 작용함에도 용이하게 회전할 수 있게 한다. 상기 접동링(49) 및 슬라이딩 베어링(51)은 상기 상다이 홀더(37) 하단 모서리 부분을 일부 삭각하고, 접동링 지지테(53) 및 볼트(b)에 의하여 회전가능하게 설치하는 것이 바람직하다. 상기 슬라이딩 베어링(51)에는 단조시마다 강한 압착력이 작용하기 때문에 빈번히 교체해 주어야 하는 데, 이와 같이 구성함으로써 슬라이딩 베어링(51)의 교체를 용이하게 할 수 있는 것이다. 후술하는 바와 같이, 다이 폐쇄 행정에서, 상형의 구성요소 중 상기 접동링(49)만이 하형의 치형다이 홀더(59)와 면접촉하게 된다. 또한, 기어치(13)를 성형하는 압축 행정에서, 상기 치형다이 홀더(59)가 회전할 때 상기 접동링(49)이 상기 치형다이 홀더(59)에 밀착되어 함께 회전함으써, 상형과 하형간에 스프링(27)에 의한 큰 압착력이 작용하는 가운데서 치형다이 홀더(59)를 큰 마찰 없이 원활하게 회전시킬 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명에 따른 언더컷 베벨기어 단조장치를 이용한 베벨기어 성형 작용을 상세히 설명한다.

도 3a는 본 발명에 따른 언더컷 베벨기어 단조장치의 다이 폐쇄 행정에 대한 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 "B"부분에 대한 확대도이다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 다이 폐쇄 행정에서는 램(21)이 하강하여, 상형의 상형 펀치(41, 43) 및 상다이(39)와, 하형의 치형다이(3)가 닫힌다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 이 때, 상형의 구성요소 중 오로지 접동링(49)만이 하형의 치형다이(3) 외측에서 하형의 구성요소와 면접촉하여 밀착되는 것이다. 즉, 다이 폐쇄 행정에서, 상다이(39), 상다이 홀더(37), 접동링 지지테(53) 및 볼트(b) 등 상형의 다른 부분은 하형으로부터 일정 간극만큼 떨어지는 것이다. 다이 폐쇄 행정에서 코어 펀치(41)의 하단이 하형의 펀치 헤드(71)에 약간 삽입되지만, 상술한 바와 같이, 코어 펀치(41) 외경과 하형의 펀치 헤드(71) 외경간에는 약간의 헐거운 공차가 있기 때문에 엄밀한 의미에서 이들 사이에 밀착은 없게 된다. 다이 폐쇄 행정에서 상기 상형 펀치(41, 43) 및 상다이(39)에 의하여 형성되는 몸체 공동(55)과 하형의 기어치 공동(7)이 압축 성형전 베벨기어 전체에 대한 공동을 형성한다. 이 때는 상기 스프링의 수축 또는 하방 압축은 없고, 블랭크(1)의 변형도 없으며, 다만, 램(21) 하강에 의하여 상형의 접동링(49)의 하면과 하형의 치형다이 홀더(59) 상면이 밀착될 뿐이다. 또한, 다이 폐쇄 행정시에는 하형의 회전링(77)에 어떤 회전력도 가해지지 않는다. 따라서, 치형다이(3)의 회전도 없다.

도 4a는 본 발명에 따른 언더컷 베벨기어 단조장치의 압축 행정에 대한 단면도이고, 도 4b는 도 4a의 "C"부분에 대한 확대도이다.

도 4a에 도시된 압축 행정에서, 램(21)은 한 단계 추가 하강하고, 램(21)의 추가 하강 거리에 비례하여 상기 회전링(77)에 기어치(13) 언더컷(u)면 성형에 필요한 회전력이 가해진다. 따라서, 상형 펀치(41, 43)가 블랭크(1)를 타격하여 베벨기어(11)를 성형할 때, 치형다이(3)는 일정량만큼 회전하여, 치형다이(3)의 언더컷면(u')으로 소재가 유입되게 한다. 이 때는 상기 스프링(27)이 압축되면서 상다이 홀더(37)에 강한 압축력을 작용하므로, 접동링(49)과 치형다이 홀더(59)간에도 강한 밀착력이 발생한다. 그러나, 상기 접동링(49)은 상부에서 슬라이딩 베어링(51)과 접하면서 회전가능하므로 상기 치형다이 홀더(59)와 함께 회전하게 되어 치형다이 홀더(59)의 회전을 전혀 방해하지 않게 된다. 반면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의하면, 압축 행정이 이루어지는 동안에도, 하형의 치형다이(3) 및 치형다이 홀더(59)와, 상형의 상다이(39) 및 상다이 홀더(37) 사이에, 접동링(49) 접촉면을 제외하고는 간극이 존재하고, 이 곳에서 플래시(17)가 발생한다. 본 발명은 이러한 인위적 간극 형성에 의하여 언더컷 기어치를 매우 정밀하고 치밀하게 형성한다. 즉, 블랭크(1)의 부피를 언제나 성형할 베벨기어보다 약간 많게 정량 조정하고, 단조 성형시 마다 잉여 부피가 이러한 하형의 치형다이(3) 및 치형다이 홀더(59)와, 상형의 상다이(39) 및 상다이 홀더(37) 사이의 간극으로 배출되게 함으로써, 약간의 플래시(17)를 발생시키는 대신 정밀하고 치밀한 언더컷 기어치를 얻게 되는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 언더컷 베벨기어 단조장치의 복귀 행정에 대한 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 언더컷 베벨기어 단조장치의 이젝션 행정에 대한 단면도이다.

압축 행정에 의하여 베벨기어의 언더컷 기어치 및 몸체가 성형되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 램(21)의 상승시켜 상형을 원위치로 복귀시키고, 상기 하형의 아암(75)에 반대 방향의 회전력을 가하여 치형다이(3)도 원위치로 복귀하게 한다. 그 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 이젝션 펀치(69)를 상승시켜 성형된 베벨기어(11)를 하형으로 부터 빼내고 집게 등으로 꺼내게 된다.

1 : 블랭크 3 : 치형다이
5 : 치형 7 : 치형공동
9 : 중공 11 : 언더컷 베벨기어
13 : 기어치 15 : 몸체
17 : 중공 19 : 플래시
21 : 램 23a, 23b, 23c : 취부판
25 : 펀치받침 27 : 스프링
29 : 스프링 로드 31 : 스프링 홀더
33 : 스프링 홀더 취부링 35 : 스프링 고정링
37 : 상다이 홀더 39 : 상다이
41 : 코어펀치 43 : 환형펀치
45 : 상다이 홀더 스톱퍼 47 : 슬라이딩 베어링
49 : 접동링 51 : 슬라이딩 베어링
53 : 접동링 지지테 55 : 몸체 공동
57a, 57b, 57c : 하형 테이블 59 : 치형다이 홀더
61, 63 : 단턱 65 : 치형다이 홀더 설치링
67 : 치형다이 받침 69 : 이젝션 펀치
71 : 펀치 헤드 73 : 확장링
75 : 아암 77 : 회전링
79, 81 : 슬라이딩 베어링 83 : 펀치받침
85 : 피스톤로드

Claims

하형 테이블(57a, 57b, 57c)에 베벨기어의 기어치에 상응하는 치형 공동(7)이 형성된 치형다이(3)와 상기 치형다이(3)가 내부에 고정된 치형다이 홀더(59)를 이젝션 펀치 헤드(71)를 중심으로 회전가능하게 설치하고, 상형 펀치(41, 43) 외주에 상형 펀치(41, 43)와 함께 베벨기어의 몸체(15)에 상응하는 공동을 형성하는 환형 상다이(39)를 상다이 홀더(37)에 결합하여 상형 펀치(41, 43) 외측에서 일정범위를 상하로 슬라이딩 가능하게 설치하고, 상기 상다이 홀더(37)에는 상기 상다이 홀더(37)에 하방 압축력을 부여하는 스프링(27)을 연결하여, 다이 폐쇄 행정에서 상기 치형다이(3)와 상형 펀치(41, 43)와 상다이(39)가 폐쇄 중공을 형성하고, 압축 행정에서 상기 스프링(27)이 수축되면서 상기 상다이 홀더(37)에 하방을 향한 강한 압축력을 작용하게 함과 동시에 상기 치형다이 홀더(59)를 일정 범위 회전시켜, 언더컷 기어치가 성형되게 하되,
상기 상다이 홀더(37) 하면에는 상기 상다이(39) 및 상다이 홀더(37) 하면보다 더 하방으로 돌출된 접동링(49)을 회전 가능하게 설치하고, 상기 접동링(49) 상부에는 슬라이딩 베어링(51)을 설치하여, 다이 폐쇄 행정에서, 상형의 접동링(49)만이 하형의 치형다이 홀더(59)와 면접촉하게 하고, 압축 행정에서, 상기 치형다이 홀더(59)가 회전할 때 상기 접동링(49)이 상기 치형다이 홀더(59)에 밀착되어 함께 회전하게 한 것을 특징으로 하는 언더컷 베벨기어 단조장치.
제 1 항에 있어서,
상기 치형다이 홀더(59) 상부 외측에는 확장링(73)을 삽입 고정하고, 상기 확장링(73)에는 방사 방향으로 연장된 아암(75)을 형성하며, 상기 아암(75)에는 아암을 중심으로 회전 가능한 회전링(77)을 설치하여, 압축 행정에서, 지렛대 또는 테이퍼 핀에 의하여 상기 회전링(77)을 밀어 치형다이 홀더(59)를 회전시키는 것을 특징으로 하는 언더컷 베벨기어 단조장치.