KR101183536B1 - 장구형 중공 단조품 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소재 손실율이 매우 낮고, 제품 수율이 높고, 플랜지에 대한 내부 단련 및 치밀화 효과가 크고, 단조품 전체의 단류선 및 조직배열이 끓힘없이 연속적으로 형성되며, 특히 플랜지의 단류선(grain flow) 및 조직배열이 내측을 중심으로 반타원 형태로 중첩되어 단조품의 내구성(수명), 내균열성 및 내충격성이 향상된 장구형 중공 단조품 및 그 제조 방법을 개시한다.

중공, 단조품

Description

장구형 중공 단조품 및 그 제조 방법{FORGED PRODUCT WITH HOLLOW BODY AND TERMINAL FLANGES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 장구형 중공 단조품 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 소재 손실율이 매우 낮고, 제품 수율이 높으며, 플랜지에 대한 내부 단련 및 치밀화 효과가 크고, 단조품 전체의 단류선 및 조직배열이 끓힘없이 연속적으로 형성되며, 특히 양측 플랜지의 단류선(grain flow) 및 조직배열이 반타원 형태로 중첩되어 단조품의 내구성(수명), 내균열성 및 내충격성이 향상된 장구형 중공 단조품 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

장구형 중공 단조품은 중공(中空)형 원형 몸통 양단에 몸통 길이 방향에 대하여 직각 방향으로 확장된 원형 플랜지가 형성된 형태를 갖는다. 이 플랜지에는 후가공에 의하여 기어치가 형성된다. 이러한 형태의 제품을 절삭가공할 경우, 1개 제품을 가공하는 데도 많은 시간이 소요되기 때문에, 이러한 형태의 제품을 대량으로 생산할 경우에는 단조 가공을 해야 가공이 빠르고 소재를 절약할 수 있다.

이처럼 기어 성형 모재로 사용하는 장구형 중공 단조품은 그 양단 플랜지에 기어치가 방사방향으로 성형 되기 때문에, 단조 후 플랜지의 높은 기계적 특성(조직치밀도, 내구성, 내충격성, 내마모성)이 요구된다. 특히, 플랜지에 형성되는 기어치는 동력전달시 원주 방향의 힘과 충격을 받기 때문에 기어치 뿌리와 기어치 산의 조직 배열이 연속적으로 연결되는 것이 내구성, 내충격성 및 내마모성의 측면에서 바람직하다.

종래, 장구형 중공 단조품을 성형하는 데는 2가지 방법이 주로 사용되었다.

그 하나의 방법이 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 방법은 동시 형단조(die forging) 방법으로, 상부금형 및 하부금형에 장구형 중공 단조품의 외부 형상을 압축성형할 수 있는 있는 캐비티를 절반씩 파고, 캐비티에 1250 ℃ 내외로 가열된 환봉을 장입한 후 가압하여 몸통(1a)과 양단 플랜지(3a, 5a)를 동시에 성형하고 형맞춤면으로 버(burr)(11a)가 나오게 하는 방법이다. 이 방법은 장구형 중공 단조품의 각 부분을 열간 형단조에 의하여 동시에 성형하는 방법이다. 이 방법에 의할 경우, 몸통(1a) 내부의 중공은 버(burr) 뽑기 후 드릴 등 절삭기계로 별도로 형성한다.

장구형 중공 단조품을 성형하는 다른 방법이 도 3에 도시되어 있다. 도 3에 도시된 단조 방법을 크로스 롤링(cross rolling)에 의한 단조 방법이라고 한다. 내경이 형성된 외측 롤러 내에, 외측 롤러의 내경보다 작은 외경을 갖는 내측 롤러를 설치하고, 외측 롤러 내경면 및 내측 롤러 외경면에는 장구형 중공 단조품의 외부 형상을 압축성형할 수 있는 돌기를 형성하고, 두 롤러 사이에 1250 ℃ 내외로 가열된 환봉을 넣어 원주방향으로 전동(轉動)시키면서 몸통(1b) 및 양단 플랜지(3b, 5b)를 동시에 압착성형하고, 플랜지 양측에 버(burr)(11b)를 발생시키는 방법이다. 이 방법도 장구형 중공 단조품의 각 부분을 동시에 성형한다는 점에서 위 동시 형단조(die forging) 방법과 같다. 이 방법에 의할 경우에도, 중공은 버(burr) 뽑기 후 드릴등 절삭기계로 별도로 형성한다.

그러나, 위의 2가지 방법은 다음과 같은 단점이 있어 개선이 필요하다.

우선, 위 동시 형단조(die forging) 방법과 크로스 롤링(cross rolling) 방법은 고온에서 몸통 및 양측 플랜지를 동시에 성형하기 때문에 치수정밀도를 높이기 위하여 버(burr)를 대량으로 발생시켜야 하고, 중공을 단조후 드릴 등 절삭기계에 의하여 별도로 뚫어야 하므로, 버와 중공의 부피에 해당하는 소재를 손실하는 문제점이 있다. 따라서, 소재의 손실율이 매우 크고 투입된 환봉에 대한 제품 수율이 너무 낮은 문제점이 있다.

또한, 위 동시 형단조(die forging) 방법과 크로스 롤링(cross rolling) 방법에 의 할 경우, 버 뽑기 및 중공의 드릴링 가공에 시간이 많이 소요되어 제품생산성이 떨어진다.

또한, 몸통 부위와 플랜지 부분이 외경차가 상대적으로 크기 때문에 몸통과 플랜지를 동시에 단조할 경우 금형이 손상되기 쉽고, 따라서 금형의 수명이 짧다.

또한, 위 동시 형단조(die forging) 방법과 크로스 롤링(cross rolling) 방법은 몸통 및 양측 플랜지를 일시에 성형하기 위하여 최종단조품 보다 부피가 큰 소재를 이용하고, 플랜지(3, 5)의 직경이 몸통(1) 직경보다 상대적으로 크기 때문에, 플랜지(3, 5)에 대한 내부 단련 효과가 적고, 플랜지에 형성된 기어치의 치근과 치산의 조직에 불연속이 발생하며, 고온(1250 ℃ 내외)에서 열간 단조하기 때문에 단류선이 거의 형성되지 않을 뿐만 아니라, 단조 소재 성분 원소의 배합율이 달라지는 문제점이 있다.

본 발명은 위와 같은 종래 장구형 중공 단조품 및 그 제조 방법이 갖는 문제점을 해결하고자 안출 된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 제1의 과제는, 버(burr) 발생을 최소화하고, 소재의 절삭 손실 없이 중공을 형성하여, 소재 손실율을 현저하게 줄이고 제품 수율을 높일 수 있는 장구형 중공 단조품 및 그 제조 방법을 제 공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 제2의 과제는, 단조 후 버 뽑기와 중공의 드릴링 공정을 줄임으로써, 제품 생산에 소요되는 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있는 장구형 중공 단조품 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 제3의 과제는, 양단 플랜지 및 중공 몸통을 단계별로 구속단조함으로써, 금형 손상을 최소화하고, 금형의 수명을 늘릴 수 있는 장구형 중공 단조품 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 제4의 과제는, 플랜지에 대한 내부 단련 및 치밀화 효과가 크고, 플랜지의 단류선(grain flow) 및 조직배열이 몸통 중심선을 중심으로 반타원 형태로 중첩되며, 단조품 전체의 단류선 및 조직배열이 끓힘없이 연속적으로 형성되어, 단조품의 내구성, 내균열성 및 내충격성이 매우 우수하고 단조품의 수명이 연장되는 장구형 중공 단조품 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하고자 하는 본 발명에 따른 장구형 중공 단조품은, 환봉 일단의 소정 길이를 압축 팽창시켜 압축 팽창된 부분의 단류선(grain flow)들이 내측을 중심으로 반타원 형태로 중첩되도록 형성한 제1플랜지와, 상기 제1플랜지 및 제1플 랜지 하부 환봉의 중심부를 길이 방향으로 펀칭하여 비관통 중공을 형성하면서 상기 제1플랜지 하부 환봉의 길이를 상기 비관통 중공의 부피에 상응하는 길이만큼 늘려 형성한 중공 몸통과, 상기 중공 몸통 하부의 잔여 비관통 환봉을 압축 팽창시켜 압축 팽창된 부분의 단류선(grain flow)들이 내측을 중심으로 반타원 형태로 중첩되도록 하고 그 중심부를 상기 비관통 중공과 연통되게 천공하여 형성한 제2플랜지를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상술한 과제를 해결하고자 하는 본 발명에 따른 장구형 중공 단조품의 제조 방법은, 환봉의 제1플랜지 성형부를 개방하고 나머지를 구속할 수 있는 금형의 캐비티 내에 환봉을 장입한 후, 환봉의 개방된 부분을 압착함으로써 제1플랜지를 형성하는 제1성형단계와, 제1성형단계에서 얻은 1차단조품의 제1플랜지 하부 환봉은 금형내에 구속하고 제1플랜지는 비구속한 상태에서 중공형성용 펀치로 제1플랜지 상면 중심을 길이방향으로 타격하여 비관통 중공을 형성함과 동시에, 비관통 중공의 부피만큼 제1플랜지 하부 환봉를 제1플랜지측으로 늘려 중공 몸통을 형성하는 제2성형단계와, 제2성형단계에서 얻은 2차단조품의 제1플랜지 및 중공 몸통을 클램프로 구속하고, 중공 몸통하부 비관통 환봉을 비구속한 상태에서 금형의 캐비티 내에서 압착 및 확장하여 상기 중공 몸통 하단에 제2플랜지를 형성하는 제3성형단계와, 상기 제3성형단계에서 얻은 3차단조품의 제2플랜지 중심부를 상기 비관통 중공과 연통되게 천공하여 관통 중공을 형성하는 제4성형단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 버(burr) 발생이 거의 없고 단조 후 중공을 별도로 천공하여 소재를 버릴 필요가 없으므로, 소재 손실율이 낮고, 제품 수율이 높으며, 제품 생산에 소요되는 시간이 획기적으로 단축될 뿐만 아니라, 양단 플랜지 및 중공 몸통을 단계적으로 구속단조하므로 금형의 수명이 늘어나는 효과가 있으며, 무엇보다도, 플랜지에 대한 내부 단련 및 치밀화 효과가 크고, 단조품 전체의 단류선이 끓힘없이 연속적으로 형성되며, 플랜지에서는 단류선(grain flow)이 플랜지에 형성될 기어치의 치근을 중심으로 반타원 형태로 중첩되므로, 단조품의 내구성, 내균열성 및 내충격성이 매우 우수하고 단조품의 수명이 연장되는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하면서, 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 장구형 중공 단조품을 단류선과 함께 도시한 정단면도이고, 도 2a는 본 발명에 따른 장구형 중공 단조품의 외관사시도이며, 도 2b는 도 2a에 도시된 장구형 중공 단조품을 후가공한 후 플랜지에 기어치를 형성한 중공축 양단차기어의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 장구형 중공 단조품은 제1플랜지(3)와, 제2플랜지(5)에 형성된 단류선(grain flow)(GF)들이 내측을 중심으로 반타원 형태로 중첩되도록 형성되고, 플랜지(3, 5)에 형성된 단류선(GF)과 몸통(1)에 형성된 단류선들이 끓힘없이 연결된 데 특징이 있다. 이러한 형태의 단류선을 얻기 위해서는 하나의 환봉을 소재의 절삭 제거 없이 단조만으로 성형하여야 한다. 플랜지(3, 5)에 형성된 단류선(GF)들이 내측을 중심으로 반타원 형태로 중첩될 때, 플랜지에 형성되는 기어치도, 그 치근과 치산의 단류선 및 조직배열이 끓힘 없이 연결되어 우수한 기계적 특성(내구성, 내충격성, 내마모성)을 발휘하게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 단류선(grain flow)들이 내측을 중심으로 반타원 형태로 중첩되도록 하기 위하여, 상기 제1플랜지(3)는 환봉 일단의 소정 길이를 압축 팽창시켜 형성한다. 또한, 상기 몸통(1)과 상기 제1플랜지(3)의 단류선들이 연속적으로 형성되게 하기 위하여, 상기 몸통(1)은 상기 제1플랜지(3) 및 제1플랜지 하부 환봉의 중심부를 길이 방향으로 펀칭하여 비관통 중공을 형성하면서 상기 제1플랜지 하부 환봉의 길이를 상기 비관통 중공의 부피에 상응하는 길이만큼 늘려 형성한다. 또한, 상기 제2플랜지(5)에 있어서도 단류선(grain flow)들이 내측을 중심으로 반타원 형태로 중첩되고, 그 단류선들이 상기 제1플랜지(3) 및 몸통(1)의 단류선들과 연결되게 하기 위하여, 상기 제2플랜지(5)는 상기 비관통 중공이 형성된 몸통(1) 하부의 비관통 환봉 잔여부를 압축 팽창시켜 형성한다.

본 발명은 이러한 구조에 의하여, 종래, 장구형 중공 단조품의 플랜지에 형성된 기 어치의 치근과 치산의 조직 불연속 및 이로 인한 기어치 마모에서 비롯되는 피팅 결합(fitting defect) 및 충격취약성을 해소한다.

도 2b는 도 2a에 도시된 장구형 중공 단조품의 양단 플랜지(3, 5)에 기어치(9a, 9b)를 형성하여 만든 중공축 양단차기어의 사시도이다. 이러한 기어는 자동차의 동력 전달 부품으로 주로 사용된다.

이하, 상술한 본 발명에 따른 장구형 중공 단조품의 제조 방법을 상세히 설명한다.

도 3는 본 발명에 따른 방법에 의하여 환봉으로 장구형 중공 단조품을 성형할 때 생성되는 각 단계별 중간단조품에 대한 정면도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 장구형 중공 단조품의 형성에 사용하는 단계별 금형 및 중간단조품에 대한 단면도이다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제1성형단계는 환봉(100)을 단차진 캐비티를 갖는 제1다이스(17a)내에 장입하고 제1펀치(29a)로 타격하여 몸통과 몸통 상단의 제1플랜지(3)를 형성하는 단계임을 알 수 있다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 제1성형단계에서 제1다이스(17a)에는 상부가 대경(大徑)이고, 하부가 소경인 T 자형의 단차진 캐비티(13)가 형성되어 있음을 알 수 있 다. 이 때 하부캐비티(소경부)의 깊이는 환봉(100)을 장입했을 때, 환봉 일단에서 제1플랜지(3)를 성형하는 데 필요한 부피에 상당하는 길이(이하, 이를 제1플랜지 성형부라 한다)만 상부 캐비티(대경부)에 돌출될 수 있는 깊이로 한다. 또한, 하부 캐비티의 직경은 환봉(100)의 제1플랜지 성형부 하부를 움직임 없이 구속할 수 있는 직경으로 하고, 상부 캐비티의 직경은 제1플랜지(3)의 직경과 같게 한다. 따라서, 환봉(100)이 캐비티에 장입된 상태에서 환봉(100)의 일부는 하부 캐비티에 삽입되고, 나머지는 상부 캐비티에 돌출되며, 돌출량은 제1플랜지(3)의 성형에 필요한 양이다. 제1성형단계에서 상부금형에는 상기 T 자형 캐비티의 상부 캐비티 내벽에 밀착되어 슬라이딩 가능한 외경을 가진 제1펀치(29a)를 구비한다. 상기 제1펀치(29a) 주위는 제1슬리브(19a)가 구비된다. 이러한 금형 구조에 의하여 제1성형단계에서는, 환봉(100)의 제1플랜지 성형부 하부인 몸통 성형부와 제2플랜지 성형부는 구속되고, 환봉(100)의 제1플랜지 성형부는 개방된다.

도 4b에 도시된 바 같이, 상기 상부금형의 제1펀치(29a)로 상기 하부금형(17a) 내에 장입된 환봉(100)을 가압하면, T 자형 캐비티의 상부 캐비티에서 환봉(100)의 머리 부분에 대한 압축 팽창이 일어나는데, 이 때 환봉(100)의 제1플랜지 성형부를 제외한 나머지 부분은 구속되어 있으므로, 환봉(100)의 제1플랜지 성형부가 캐비티(13) 내에서 압축 팽창할 때, 길이 방향에 대하여 제1플랜지 성형부의 중간 지점이 먼저 외측으로 팽창하고, 제1플랜지 성형부 상단은 하방으로 눌려 진다. 이러한 과정에 의하여, 제1플랜지의 단류선(grain flow)들이 내측을 중심으로 반타원 형태 로 중첩되어지는 것이다.

또한, 제1성형단계에서는 환봉(100)의 제1플랜지 성형부의 부피를 성형될 제1플랜지(3)의 부피에 정밀하게 부합시켜 상부 캐비티에 돌출되게 하고, 상부 캐비티의 내경과 제1펀치(29a)의 외경을 일치시키므로 단조 중에 버(burr)를 발생시키지 않는다. 도 3의 (b)는 이렇게 형성된 1차단조품(101)을 나타낸다.

제2성형단계는 제1성형단계에서 얻은 1차단조품(101)의 제1플랜지 하부 환봉(100a)과 제1플랜지(3)의 측면은 제2다이스(17b)내에 구속하고 제1플랜지(3)의 상면은 개방한 상태에서 제2펀치(29b)로 제1플랜지(3) 상면 중심을 길이방향으로 타격하여 비관통 중공(7b)을 형성하면서, 비관통 중공(7b)의 부피만큼 환봉 길이를 제2펀치(29b) 진행 방향과 반대 방향으로 압출시키는 단계이다. 따라서, 제2성형단계는 후방압출단계라고 할 수 있다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 제2성형단계에서의 제2다이스(17b)는 제1성형단계에서의 제1다이스(17a)와 동일한 구조를 가진다. 그러나, 제2성형단계에서의 제2펀치(29b) 직경은 형성하고자 하는 비관통 중공(7b)의 직경과 같으며, T자형 캐비티(13)의 상부 캐비티 직경보다 작다. 즉, 제2성형단계에서 상부금형의 제2펀치(29b)는 비관통 중공형성용 펀치이다. 부호 19b는 슬리브이다. 상기 1차단조품(101)을 제2다이스(17b) 내에 장입하면, 1차단조품(101)의 제1플랜지(3) 하부 환 봉(100a)은 T자형 캐비티(13)의 하부 캐비티 내에서 구속되고, 제1플랜지(3)의 측면은 상부 캐비티에서 구속되지만, 제1플랜지(3)의 상면은 비구속 개방 상태가 된다.

따라서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제2펀치(29b)로 제1플랜지(3) 상면 중심을 길이방향으로 타격하면, 제1플랜지(3) 및 제1플랜지 하부 환봉(100a)에 비관통 중공(7b)이 형성되면서, 비관통 중공(7b)의 부피만큼 환봉(100a) 길이가 제1플랜지(3)측으로 늘어난다. 상기 제2펀치(29b)의 길이는 펀칭 후 비관통 중공(7b) 하부에 제2플랜지(5) 성형용 소재를 남길 수 있는 길이로 성형한다. 이렇게 하여 제1플랜지 하부에는 중공 몸통(1)이 형성되고, 중공 몸통(1) 하부에는 제2플랜지 성형용 환봉(100b)이 남게 된다.

제2성형단계는 비관통 중공(7b)을 형성하면서, 이 비관통 중공(7b)에 상당한 소재를 신장시켜 환봉(100a)이 제2펀치(29b)의 가압 방향과 반대방향인 제1플랜지(3)측으로 늘어나게 하므로 후방압출단조단계라고 할 수 있는 것이다. 이 단계에서도 소재의 손실은 전혀 없다. 도 3의 (c)는 이렇게 형성된 2차단조품(102)을 나타낸다.

제3성형단계는 제2성형단계에서 얻은 2차단조품(102)의 제1플랜지(3) 및 몸통(1) 을 구속하고, 비관통 환봉(100b)을 업세팅(upsetting)하여 몸통(1)과 연속되는 제2플랜지(5)를 형성하는 단계이다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 제3성형단계를 수행하기 위해 우선, 2차단조품(102)의 제1플랜지(3)와 몸통(1)을 클램프(23)로 구속한다. 또한, 제3성형단계의 하부금형의 제3다이스(17c)에는 제2플랜지(5)에 상응하는 캐비티(15)가 형성되고, 상부금형의 제3펀치(19c)는 상기 비관통 중공(7c)에 삽입되는 외경으로 형성된다. 부호 19c는 슬리브이다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 클램프(23)에 구속된 제2단조품(102)의 비관통 중공(7b)을 제3펀치(29c)로 타격하여 비관통 환봉(100b)을 제3다이스(17c)의 캐비티 (15)내에 가압되면, 제2단조품(102)의 비관통 환봉(100b)은 캐비티(15) 형상대로 업세팅 또는 압축되어 제2플랜지(5)가 형성된다. 이 때도, 비관통 환봉(100b)을 제외한 나머지 부분은 구속되어 있으므로, 비관통 환봉(100b)이 캐비티(15) 내에서 압축 팽창할 때, 길이 방향에 대하여 비관통 환봉(100b)의 중간 지점이 먼저 외측으로 팽창하고, 비관통 환봉(100b)의 하단은 상방으로 눌려 진다. 이러한 과정에 의하여, 제2플랜지의 단류선(grain flow)들이 내측을 중심으로 반타원 형태로 중첩되어지는 것이다. 도 3의 (d)는 이렇게 형성된 3차단조품(103)을 나타낸다. 도 3의 (d)에 도시된 바와 같이, 제3성형단계에서는 오직 제2플랜지(5)만이 성형되기 때문에 형맞춤면에서의 버(burr)(11c) 발생량이 미미하다.

이처럼, 본 발명에 따른 단조는 장구형 중공 단조품의 각 부분을 점진적으로 일부 분씩 구속단조하므로, 냉간 또는 900℃이하의 온열에서 이루어질 수 있다.

도 3를 참조하면, 상기 3차단조품(103)에도 상기 비관통 중공(7b)의 바닥살이 그대로 남아 있음을 알 수 있다. 제4성형단계는 상기 비관통 중공(7b)의 바닥을 펀칭하여 관통공(25)을 형성한다. 본 발명에 의할 경우 도 3의 (e)는 이렇게 바닥이 천공된 4차단조품(104)을 나타낸다. 4차단조품은 통상의 후처리공정(트리밍, 절삭, 열처리, 교정, 검사)을 거쳐 도 1 및 도 2a에 도시된 바와 같은 장구형 중공 단조품으로 만들어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 제3성형단계에서 약간의 버(burr) 손실이 발생하고, 제4단계에서 비관통 중공(7b) 하부에 천공할 때 관통공(25)의 부피만큼의 펀칭 손실이 발생할 뿐이어서, 중공을 형성하면서도, 소재 손실율이 매우 낮고, 제품 수율이 높은 것이다. 또한, 절삭가공량이 획기적으로 줄어들어, 제품 생산에 소요되는 시간을 그만큼 단축하게 되고, 각 단계에서 장구형 중공 단조품의 일부분씩을 구속단조하면서 성형하므로, 금형의 내구성이 향상되고, 금형의 수명이 늘어나는 것이다.

또한, 본 발명에 의하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 기어치가 형성될 플랜지(3, 5)에 대한 내부 단련 및 치밀화 효과가 크고, 플랜지의 단류선(grain flow)(GF) 및 조직배열과 몸통의 단류선 및 조직배열이 균일화 되고 끓힘없이 연속될 뿐만 아니 라, 플랜지에 형성될 기어치의 치근을 중심으로 반타원 형태로 중첩되는 장점이 있다. 이를 통해 본 발명은 단조품의 전체적인 기계적 특성(내구성, 내균열성 및 내충격성)을 개선하고, 기어의 수명을 연장하는 효과를 얻게 되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 장구형 중공 단조품을 단류선과 함께 도시한 정단면도이다.

도 2a는 본 발명에 따른 장구형 중공 단조품의 외관사시도이다.

도 2b는 도 2a에 도시된 장구형 중공 단조품를 후가공한 후 플랜지에 기어치를 형성한 중공축 양단차기어의 사시도이다.

도 3는 본 발명에 따른 방법에 의하여 환봉으로 장구형 중공 단조품을 성형할 때 생성되는 각 단계별 중간단조품에 대한 정면도이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 장구형 중공 단조품의 형성에 사용하는 단계별 금형 및 중간단조품에 대한 단면도이다.

도 5a 및 도 5b는 종래 동시 형단조 방법에 의해 장구형 중공 단조품을 성형하는 방법을 나타낸다.

도 6은 종래 크로스 롤링 단조 방법에 의해 장구형 중공 단조품을 성형하는 방법을 나타낸다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 몸통 3, 3a, 3b, 5, 5a, 5b : 플랜지

7a, 7b: 중공 9a, 9b : 기어치

11a, 11b, 11c : 버(burr) 13, 15 : 캐비티

17a, 17b, 17c : 다이스 19a, 19b, 19c : 슬리브

21a, 21b, 21c : 후방펀치 23 : 클램프

25 : 관통공 27a, 27b, 27c : 전방펀치

100, 100a, 100b : 환봉 101 ~ 105 : 중간단조품

Claims (2)

1. 몸통(1)과 상기 몸통(1)의 일단에 형성된 제1플랜지(3) 및 타단에 형성된 제2플랜지(5)로 구성되고, 상기 몸통(1), 제1플랜지(3) 및 제2플랜지(5)에는 연속된 중공이 형성된 장구형 중공 단조품에 있어서,

   상기 제1플랜지(3)는 환봉 일단의 소정 길이를 압축 팽창시켜 형성하여 단류선(grain flow)들이 내측을 중심으로 반타원 형태로 중첩되도록 하고,

   상기 몸통(1)은 상기 제1플랜지(3) 및 제1플랜지 하부 환봉의 중심부를 길이 방향으로 펀칭하여 비관통 중공을 형성하면서 상기 제1플랜지 하부 환봉의 길이를 상기 비관통 중공의 부피에 상응하는 길이만큼 늘려 형성하여, 상기 몸통(1)이 압축 신장되면서 상기 몸통(1)과 상기 제1플랜지(3)의 단류선들이 연속적으로 형성되게 하고,

   상기 제2플랜지(5)는 상기 비관통 중공이 형성된 몸통(1) 하부의 비관통 환봉 잔여부를 압축 팽창시켜, 상기 제2플랜지(5)에 있어서도 단류선(grain flow)들이 내측을 중심으로 반타원 형태로 중첩되고 그 단류선들이 상기 제1플랜지(3) 및 몸통(1)의 단류선들과 연결되게 한 것을 특징으로 하는 장구형 중공 단조품.
2. 제1다이스(17a)에는 상부가 대경(大徑)이고, 하부가 소경인 T 자형의 단차진 캐비티(13)가 형성되어 있고, 하부 캐비티(소경부)의 깊이는 환봉(100)을 장입했을 때, 환봉 일단에서 제1플랜지(3)를 성형하는 데 필요한 부피에 상당하는 길이만 상부 캐비티(대경부)에 돌출될 수 있는 깊이로 하고, 하부 캐비티의 직경은 환봉(100)의 제1플랜지 성형부 하부를 움직임 없이 구속할 수 있는 직경으로 하고, 상부 캐비티의 직경은 제1플랜지(3)의 직경과 같게 하고, 상부금형에는 상기 T 자형 캐비티의 상부 캐비티 내벽에 밀착되어 슬라이딩 가능한 외경을 가진 제1펀치(29a)를 구비하여, 제1다이스(17a)에 의하여 환봉(100)의 제1플랜지 성형부 하부인 몸통 성형부와 제2플랜지 성형부는 구속하고, 환봉(100)의 제1플랜지 성형부는 개방된 상태에서, 상기 상부금형의 제1펀치(29a)로 상기 제1다이스(17a) 내에 장입된 환봉(100)을 가압하는 제1성형단계;

   상기 제1성형단계에서 얻은 1차단조품(101)의 제1플랜지 하부 환봉(100a)과 제1플랜지(3)의 측면은 제2다이스(17b)내에 구속하고 제1플랜지(3)의 상면은 개방한 상태에서 제2펀치(29b)로 제1플랜지(3) 상면 중심을 길이방향으로 타격하여 비관통 중공(7b)을 형성하면서, 비관통 중공(7b)의 부피만큼 환봉 길이를 제2펀치(29b) 진행 방향과 반대 방향으로 압출시키는 제2성형단계;

   하부금형의 제3다이스(17c)에는 제2플랜지(5)에 상응하는 캐비티(15)가 형성되고, 하부금형과 상부금형 사이에는 클램프(23)를 마련하여, 상기 제2성형단계에서 얻은 2차단조품(102)의 제1플랜지(3)와 몸통(1)을 클램프(23)로 구속하고, 상부금형의 제3펀치(19c)는 상기 비관통 중공(7c)에 삽입되는 외경으로 형성되어, 클램프(23)에 구속된 제2단조품(102)의 비관통 중공(7b)을 제3펀치(29c)로 타격하여 비관통 환봉(100b)을 제3다이스(17c)의 캐비티 (15)내에 가압하여 제2단조품(102)의 비관통 환봉(100b)을 캐비티(15) 형상대로 압축하여 제2플랜지(5)를 형성하는 제3성형단계;

   상기 제3성형단계에서 성형된 3차단조품(103)에 남아 있는 상기 비관통 중공(7b)의 바닥살을 펀칭하여 관통공(25)을 형성하는 제4성형단계;를 포함하는 장구형 중공 단조품 성형 방법.

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