KR101179361B1 - 열간 밀폐단조에 의한 아우터레이스 제조방법 및 아우터레이스 제조용 단조금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단조금형의 구조 개선에 의해 아우터레이스를 밀폐단조 가공함으로써, 단조 공정을 간소화시켜 제품 생산성을 향상시키고, 제품의 제조비용 및 단가를 절감할 수 있도록 한 열간 밀폐단조에 의한 아우터레이스 제조방법 및 아우터레이스 제조용 단조금형에 관한 것이다.
이를 위해, 단조소재를 업세팅하는 단계와; 피니셔금형세트를 통해 단조소재를 밀폐단조 가공하되, 홀더에 형성된 스플라인홈에 의해 단조소재에 세레이션부를 성형하면서 단조소재의 상단에 가공여유부를 성형하는 단계와; 트리밍금형세트를 통해 단조소재 중앙을 피어싱 가공하는 단계와; 단조소재의 내경을 균일하게 절삭하는 단계와; 단조소재의 가공여유부를 커팅하고, 나머지 단조소재를 여러 등분 커팅하여 다수의 아우터레이스를 생산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 구성에 따라, 피니셔금형세트의 홀더에 다수의 스플라인홈을 형성하고 스플라인홈 상부에 가공여유공간을 조성하여 한 번의 밀폐단조로 단조소재에 세레이션부를 성형함은 물론, 가이드포스트에 의한 유격에도 정밀한 세레이션부를 형성 가능하여 제품을 간편하고 신속하게 제조할 수 있고, 또한 단조소재를 커팅 가공하여 다수의 제품을 생산하므로, 제품의 생산성을 극대화시키고, 제품의 단가 및 제조비용을 절감하여 제품의 가격경쟁력을 높일 수 있는 효과도 있다.

Description

열간 밀폐단조에 의한 아우터레이스 제조방법 및 아우터레이스 제조용 단조금형{Forging mold for manufacturing outer race and method for manufacturing outer race by Closed-die hot forging}

본 발명은 아우터레이스 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단조금형의 구조 개선을 통해 프레스 가공되는 단조소재 상부에 가공여유를 두어 밀폐단조를 가능하게 함으로써, 단조 공정을 간소화시키고, 한 번의 단조 가공으로 다수의 아우터레이스를 생산 가능하여 제품 생산성을 향상시키며, 제품의 제조비용 및 단가를 절감할 수 있도록 한 열간 밀폐단조에 의한 아우터레이스 제조방법 및 아우터레이스 제조용 단조금형에 관한 것이다.

소성가공 중에서도 단조가공은 소재의 손실을 최소화하면서 원하는 형상의 제품을 성형하는 가공방법으로, 자동차, 선박, 항공기 산업의 기초 핵심부품을 대량생산 할 수 있어, 그 적용범위가 점차 확대되어 가고 있다.

특히, 소성가공산업은 제품 품질의 고급화가 가능하고, 다른 제조공정으로 대체 곤란한 고기능, 고품질 부품의 생산방식에 최적의 공정으로써, 최근 기존 공정의 고도화 및 복합화 가공기술, 신기술분야와의 융합에 따른 제품의 고기능화, 고부가가치화의 추세에 따라 기술개발 및 실용화가 급속히 확산되고 있는 실정에 있다.

이와 같은, 단조가공은 제조공법과 제조설비 등에 따라 열간단조, 온간단조, 냉간단조 등으로 구분할 수 있는데, 이 중 열간단조는 금속유동성 향상과 작은 힘으로 큰 변형을 주어 조형을 쉽게 할 수 있는 장점으로 인해 통상적으로 많이 사용되고 있다.

그리고, 냉간단조는 정형(Net Shape)성형이 가능하여 재료 이용률의 대폭적 향상을 도모하고, 후절삭 가공의 배제 및 절감을 이룩하여 자원 및 에너지 절감을 실현시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 소재 가열에 따른 환경 유해적 요소 발생을 억제할 수 있고, 환경 친화적인 공정으로 자동차 부품의 경우 고정밀도 부품의 생산이 가능한 장점이 있어, 다품종 소량 생산이 주를 이루고 있다.

그러나, 일부 부품의 경우 특별한 형상 특성에 의해 어느 하나의 통상적인 단조 공법만으로는 생산이 불가능하여, 단조가공과 기계가공 등을 병행하여 복합적으로 부품을 제조하기도 한다.

한편, 상기와 같은 복합가공을 통해 제조되는 부품의 하나로 자동차 변속기에 적용되는 아우터레이스를 들 수 있는데, 상기 아우터레이스는 변속기에 설치되는 원웨이 클러치의 부품으로 사용된다.

이에, 상기한 아우터레이스에 대해 간단하게 설명하면, 자동 변속기에는 유성기어가 클러치와 브레이크를 매개로 하여 각각 입력과 출력 및 반력 요소로 설정되어 원하는 바의 변속비를 구현하게 되고, 상기한 클러치 및 브레이크의 각 요소를 기계적으로 결합시킬 수 있도록 원웨이 클러치가 설치된다.

이러한, 원웨이 클러치는 동축상으로 결합되는 내축과 외축 사이에 설치되어 상기 내축과 외축에 대해 각각 일방향으로의 상대적인 회전만을 허용하는 대신 반대 방향으로의 상대 회전을 구속하는 기계 요소로써, 고정 요소에 장착되어 있는 경우에는 브레이크의 역할을 하게 되고, 작동 요소에 연결되어 있는 경우에는 클러치의 역할을 하게 된다.

그리고, 도 1과 같이 상기한 원웨이 클러치에는 변속기 케이스(H)와 같은 외측 부재의 내주면에 아우터 레이스(100)가 결합이 되는데, 특히 상기 아우터레이스(100)의 외주면에는 일정 부분을 제외한 전 부분에 걸쳐 세레이션부(102)가 형성되고, 변속기 케이스(H) 내주면에는 상기 세레이션부(102)와 대응할 수 있는 다른 세레이션부(104)를 형성하여 상호 스플라인 결합이 이루어지게 되는 것이다.

한편, 상기한 아우터레이스를 제조하기 위한 기존의 열간단조 가공방법에 대해 도 2를 통해 설명하면, 먼저 고온으로 가열된 원기둥의 단조소재를 유압프레스 등을 통해 1차로 프레스가공하여 대략의 형상을 가공한 후, 1차 가공된 단조소재를 유압프레스 등을 통해 다시 2차로 프레스 가공하여 대략 도넛 형상으로 아우터레이스 제품의 두께를 갖도록 형성한다.

이 후, 프레스 가공된 단조소재를 피어싱 가공하여 중앙부를 천공 형성하고, 기계가공을 통해 단조소재 외주면을 절삭 가공하여 외주면에 다수의 세레이션부(2)를 형성한 아우터레이스(1) 제품을 제조할 수 있게 된다. 즉, 단조소재를 2차로 프레스 가공할 때에 후절삭되는 부분까지 고려하여 소재의 폭을 더 넓게 형성한 후, 기계가공을 통해 가공여유살 부분을 절삭 가공함으로써, 아우터레이스(1) 외주면에 세레이션부(2)를 형성하게 되는 것이다.

그러나, 상기한 아우터레이스 제조방법은 한 번의 단조가공을 통해 하나의 제품을 생산하는 단 캐비티 방식일 뿐만 아니라, 프레스 가공된 소재 외주면에 별도의 기계가공을 통해 다시 세레이션부를 형성해야 함으로써, 제품 생산성이 크게 저하되는 것은 물론, 제품을 제조하기 위한 비용 및 제품 제조단가가 높아져 제품의 가격경쟁력이 현저하게 떨어지는 문제가 있었다.

이에, 기존의 열간단조에 의해 세레이션부를 성형하는 방법이 시도되고 있으나, 구조적으로 상하부 금형에 세레이션부를 형성하기 위한 스플라인홈을 형성할 수 없었다.

특히, 프레스 가공과 함께 금형이 상하 운동되면, 이와 함께 상하로 작동되는 가이드포스트에서는 좌우 유격(약 0.1㎜ 내외)이 필연적으로 발생하게 되므로, 상하부 금형이 서로 정확하게 안착되지 못하게 되고, 이로 인해 기존의 단조 가공방법으로는 세레이션부 성형이 불가능한 문제가 있었다.

대한민국 공개특허공보 공개번호 제2004-0039642호 대한민국 공개특허공보 공개번호 제2009-0054129호

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 단조금형의 구조 개선을 통해 프레스 가공되는 단조소재 상부에 가공여유를 두어 밀폐단조를 가능하게 함으로써, 단조 공정을 간소화시키고, 한 번의 단조 가공으로 다수의 아우터레이스를 생산 가능하여 제품 생산성을 향상시키며, 제품의 제조비용 및 단가를 절감할 수 있도록 한 열간 밀폐단조에 의한 아우터레이스 제조방법 및 아우터레이스 제조용 단조금형을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아우터레이스 제조방법은, 일정크기로 절단되어 가열된 단조소재를 프레스 가공하여 단조소재를 업세팅하는 단계와; 피니셔금형세트를 통해 업세팅된 단조소재를 밀폐단조 가공하되, 상기 피니셔금형세트 홀더의 내주면에 형성된 다수의 스플라인홈에 의해 단조소재 외주면에 다수의 세레이션부를 성형하면서 상기 단조소재의 상단 테두리를 따라 일정 두께의 가공여유부를 성형하는 단계와; 트리밍금형세트를 통해 세레이션부가 성형된 단조소재 중앙을 피어싱 가공하는 단계와; 피어싱 가공된 단조소재의 내주면을 절삭하여 단조소재의 내경을 균일하게 형성하는 단계와; 단조소재의 가공여유부를 포함한 일단부를 원주방향으로 커팅하여 제거하고, 나머지 단조소재 부분을 원주방향으로 여러 등분 커팅하여 다수의 아우터레이스를 생산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 아우터레이스 제조용 단조금형은, 일정크기로 절단된 단조소재를 원하는 제품 형상으로 프레스 가공하기 위한 단조금형에 있어서, 업세팅 가공된 단조소재를 밀폐단조 가공하여 단조소재 외주면에 다수의 세레이션부를 성형할 수 있도록 내주면에 다수의 스플라인홈을 형성한 홀더를 하부금형 외측에 설치하고, 단조소재 상단 테두리를 따라 일정 두께의 가공여유부를 성형할 수 있도록 홀더의 스플라인홈 상단과 상부금형 사이에 가공여유공간을 두고 밀폐단조 가공하는 피니셔금형세트를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 피니셔금형세트의 홀더에 다수의 스플라인홈을 형성하면서, 상기 스플라인홈 상부에 가공여유공간을 조성함으로써, 한 번의 밀폐 단조 가공을 통해 단조소재 외주면에 세레이션부를 성형하는 것은 물론, 가이드포스트에 의한 유격에 불구하고 정밀한 형상의 세레이션부를 형성할 수 있게 된다. 따라서, 단조 공정을 간소화시켜 제품을 간편하고 신속하게 제조하고, 제품 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 밀폐단조를 통해 가공된 단조소재에 단순한 커팅 가공만을 통해 여러 개의 아우터레이스 제품을 생산할 수 있으므로, 제품의 생산성을 극대화시키는 것은 물론, 제품의 단가 및 제조비용을 절감하여 제품의 가격경쟁력을 가일층 높일 수 있는 효과도 있다.

도 1은 일반적인 아우터레이스의 설치 구조를 나타낸 단면도,
도 2는 종래 기술에 의한 아우터레이스의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정도,
도 3은 본 발명에 의한 아우터레이스의 제조방법을 순차적으로 도시한 공정도,
도 4a, 4b는 본 발명의 피니셔금형세트에 의한 밀폐 단조 가공 전후를 도시한 작동 상태 단면도,
도 5a, 5b는 본 발명의 트리밍금형세트에 의한 피어싱 가공 전후를 도시한 작동 상태 단면도.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 내지 도 5b는 본 발명의 열간 밀폐단조에 의한 아우터레이스 제조방법 및 아우터레이스 제조용 단조금형에 대해 도시한 것으로, 상기 아우터레이스(10)는 도넛형의 몸체 외주면에 다수의 세레이션부(11)를 형성하여 구성한다.

이에, 상기한 아우터레이스 제조방법에 대해 도 3을 통해 살펴보면, 먼저 업세팅단계에서는 단조소재를 일정크기로 절단 및 가열한 후 프레스하여, 단조소재의 높이를 줄이면서 단면을 넓히는 가공을 실시한다.

밀폐단조 가공단계에서는 피니셔금형세트(20)를 통해 업세팅된 단조소재를 밀폐단조 가공하는 것으로, 상기 피니셔금형세트(20)의 외측에는 홀더(23)가 형성되고, 상기 홀더(23)의 내주면에 상하 길이방향으로 다수의 다수의 스플라인홈(24)이 형성되므로, 상기 스플라인홈(24)에 의해 단조소재 외주면에 상하 길이방향으로 다수의 세레이션부(11)를 성형할 수 있다. 이와 동시에 상기 단조소재의 상단 테두리를 따라 일정 두께의 가공여유부(12)를 성형하게 된다.

피어싱 가공단계에서는 트리밍금형세트(30)를 통해 외주면에 세레이션부(11)가 성형된 단조소재의 중앙부를 피어싱(천공) 가공한다.

절삭 가공단계에서는 피어싱 가공된 단조소재의 내주면을 절삭하여 단조소재의 내경이 균일하게 될 수 있도록 가공한다.

커팅 가공단계에서는 단조소재 상단의 가공여유부(12)를 포함한 일단부를 원주방향으로 커팅하여 제거하고, 나머지 단조소재 부분을 원주방향으로 여러 등분 커팅하여 동일한 형상을 갖는 다수의 아우터레이스(10)를 생산한다.

여기서, 본 발명에서는 상기한 커팅 가공을 통해 하나의 단조소재에서 3개의 아우터레이스(10)를 생산하는 것을 일례로 들어 도시하고 있으나, 단조소재의 크기와 커팅가공의 조건에 따라 한번의 단조가공을 통해 3개 이상의 아우터레이스(10)도 생산할 수 있게 된다.

한편, 상기한 아우터레이스(10)를 제조하기 위한 단조금형 중 열간 밀폐단조 가공을 수행하는 피니셔금형세트(20)에 대해 구체적으로 살펴보면, 펀치(도시 생략)의 가압에 의해 가이드포스트(도시 생략)에 안내되어 승하강 이동되도록 상부와 하부에 상부금형(21)과 하부금형(22)을 각각 설치하고, 상기 하부금형(22) 외측에 홀더(23)를 설치한다.

여기서, 상기 홀더(23)는 단조소재 외주면에 상하 길이방향으로 다수의 세레이션부(11)를 성형할 수 있도록 그 내주면에 다수의 스플라인홈(24)을 상하 길이방향으로 형성한다. 그리고, 상부금형(21)이 하강하여 밀폐단조되는 경우, 단조소재 상단 테두리를 따라 가공여유부(12)를 성형할 수 있도록 상기 홀더(23)의 스플라인홈(24) 상단과 상부금형(21) 사이에는 가공여유부(12) 두께만큼의 가공여유공간(25)을 조성한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 열간 밀폐단조에 의해 아우터레이스(10)를 제조하기 위해서는, 도 3과 같이 먼저 단조소재를 일정길이로 절단하고, 절단된 단조소재를 가열한 후, 업세팅 가공을 통해 단조소재의 높이를 줄이면서 단면의 넓이를 넓힌다.

그리고, 도 4a, 4b와 같이 업세팅 가공된 단조소재를 피니셔금형세트(20)에 설치된 하부금형(22) 위에 올린 후, 상부금형(21)을 하부로 프레스 가공하여 상기 단조소재를 밀폐 단조 가공한다. 여기서, 상기 피니셔금형세트(20)의 홀더(23) 내주면에는 다수의 스플라인홈(24)이 형성되어 있어, 단조소재가 프레스 가공되면서 단조소재 외주면에는 상기 스플라인홈(24)에 대응하는 세레이션부(11)가 형성된다.

이와 함께, 상기 스플라인홈(24) 상단과 상부금형(21) 사이에는 대략 2~5㎜ 높이의 가공여유공간(25)이 조성되므로, 상부금형(21)이 하강하여 단조소재를 프레스 가공하게 되면 단조소재 상단에는 그 테두리를 따라 상기한 가공여유공간(25) 높이만큼의 가공여유부(12)가 형성된다.

이 후, 밀폐 프레스 가공된 단조소재를 피니셔금형세트(20)에서 분리하여, 도 5a, 5b와 같이 상기 단조소재를 트리밍금형세트(30) 내에 투입한 후, 코어(31)를 이용하여 단조소재 중앙을 가압하여 피어싱 가공한다.

그리고, 도 3과 같이 피어싱 가공된 단조소재를 상기 트리밍금형세트(30)에서 분리하여, 상기 단조소재 내주면을 절삭 가공하는데, 이때 상기 단조소재의 내경이 균일하게 되도록 절삭 가공한다.

이 후, 절삭 가공된 단조소재에서 상단에 형성된 가공여유부(12)를 원주방향으로 커팅 가공하여 제거하고, 절단되고 남은 나머지 단조소재 부분을 다시 원주방향으로 여러 등분 커팅 가공하여 여러 개의 아우터레이스(10)를 생산하게 된다.

이와 같이, 본 발명의 열간 밀폐단조에 의한 아우터레이스 제조방법 및 아우터레이스 제조용 단조금형은, 피니셔금형세트(20)에 설치된 홀더(23) 내주면에 다수의 스플라인홈(24)을 형성하면서, 상기 스플라인홈(24) 상부에 가공여유공간(25)을 조성하게 된다.

따라서, 단조소재 외주면에 스플라인홈(24)에 대응하는 세레이션부(11)를 성형하는 것은 물론, 단조 가공시 가이드포스트에 의한 유격이 발생하게 되더라도 상부금형(21)이 단조소재 상단에 성형되는 가공여유부(12)에 안착됨으로써, 세레이션부(11)의 형상 가공에는 직접적으로 영향을 미치지 못하게 되어 피니셔금형세트(20)를 이용한 한 번의 밀폐단조를 통해 단조소재에 정밀한 형상의 세레이션부(11)를 형성할 수 있게 된다.

그러므로, 기존의 아우터레이스(1)를 제조하는 방법과 달리 본 발명은 세레이션부(11) 형성을 위해 단조소재를 별도 기계가공할 필요가 없으므로, 단조 공정을 간소화시킬 수 있고, 이로 인해 제품을 더욱 간편하고 신속하게 제조하여 제품 생산성을 향상시키는 것은 물론, 제품 제조 비용을 절감할 수 있게 된다.

더욱이, 상기와 같은 밀폐 단조가공을 통해 단조 가공시에 단조소재의 높이를 길게 형성한 후, 단순한 커팅 가공으로 단조소재를 동일한 두께로 여러 등분으로 절단하게 된다. 따라서, 한 번의 단조 가공을 통해 다수의 제품을 생산할 수 있어, 제품의 생산성을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제품의 단가 및 제조비용을 절감하여 제품의 가격경쟁력을 가일층 높일 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 아우터레이스 11 : 세레이션부
12 : 가공여유부 20 : 피니셔금형세트
21 : 상부금형 22 : 하부금형
23 : 홀더 24 : 스플라인홈
25 : 가공여유공간 30 : 트리밍금형세트
31 : 코어

Claims (2)

1. 일정크기로 절단되어 가열된 단조소재를 프레스 가공하여 단조소재를 업세팅하는 단계와;
   피니셔금형세트(20)를 통해 업세팅된 단조소재를 밀폐단조 가공하되, 상기 피니셔금형세트(20) 홀더(23)의 내주면에 형성된 다수의 스플라인홈(24)에 의해 단조소재 외주면에 다수의 세레이션부(11)를 성형하면서 상기 단조소재의 상단 테두리를 따라 일정 두께의 가공여유부(12)를 성형하는 단계와;
   트리밍금형세트(30)를 통해 세레이션부(11)가 성형된 단조소재 중앙을 피어싱 가공하는 단계와;
   피어싱 가공된 단조소재의 내주면을 절삭하여 단조소재의 내경을 균일하게 형성하는 단계와;
   단조소재의 가공여유부(12)를 포함한 일단부를 원주방향으로 커팅하여 제거하고, 나머지 단조소재 부분을 원주방향으로 여러 등분 커팅하여 다수의 아우터레이스(10)를 생산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열간 밀폐단조에 의한 아우터레이스 제조방법.
2. 일정크기로 절단된 단조소재를 원하는 제품 형상으로 프레스 가공하기 위한 단조금형에 있어서,
   업세팅 가공된 단조소재를 밀폐단조 가공하여 단조소재 외주면에 다수의 세레이션부(11)를 성형할 수 있도록 내주면에 다수의 스플라인홈(24)을 형성한 홀더(23)를 하부금형(22) 외측에 설치하고, 단조소재 상단 테두리를 따라 일정 두께의 가공여유부(12)를 성형할 수 있도록 홀더(23)의 스플라인홈(24) 상단과 상부금형(21) 사이에 가공여유공간(25)을 두고 밀폐단조 가공하는 피니셔금형세트(20)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 아우터레이스 제조용 단조금형.

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