KR101264418B1 - 가열 성형된 허브 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

불규칙한 형상의 단조물의 제조 방법에 있어서. 빌렛을 가열하고, 펀치 및 다이를 갖는 다이 세트의 캐비티 내에 가열된 빌렛을 위치시키며, 다수의 방사상으로 연장되고 원둘레 방향으로 이격되는 캐비티의 말단들로 빌렛 물질의 이동을 개시하기 위하여 다이 세트의 상기 펀치를 다이 세트의 캐비티 내로 진행시키고, 물질의 일부를 상기 펀치 및 다이 사이의 틈 영역으로 들어가게 하기 위하여 펀치를 상기 다이로 계속하여 진행시켜 다수의 축 방향으로 연장하는 플래시 부분들을 갖는 불규칙한 형상을 갖는 단조물을 제조한다.

Description

가열 성형된 허브 및 그 방법{HOTFORMED HUBS AND METHOD}
도 1은 종래 공정 중 개발된 일련의 중간 단계들을 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 최종 단조된 허브의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 단조 공정의 다양한 단계들을 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 도 2에 설명된 완성된 허브를 제작하기 위해서 동작할 수 있는 펀치 및 다이 어셈블리를 나타내는 단면도이다.
도 5는 내부에 위치하는 완성된 허브를 갖는 도 4에 도시된 펀치 및 다이를 나타내는 확대 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
10：허브 12：몸체
14：제1 단부 16：제2 단부
18：플랜지 22：패드 부분들
24：웨브 부분들 34：플래시 부분들
40：빌렛 42：버스트
44：단조물 50：펀치 및 다이 어셈블리
52：다이 어셈블리 54：펀치 어셈블리
60：캐비티 62：포켓
본 발명은 철제 부품들을 단조하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 가열 성형된 불규칙한 형상의 단조체들 및 불규칙한 형상의 부품들을 단조하는 방법에 관한 것이다.
자동차 및 다른 산업적 적용 분야들은 현탁(suspension) 또는 파우더 전달 부품들이 상대적으로 높은 하중과 작용하거나 이를 전달할 목적으로 종종 구조적으로 견고해질 것을 요구한다. 높은 하중에 대한 요구 때문에 이러한 부품들은 종종 단조 공정을 통해 철강을 이용하여 만들어진다. 근래 시장에서 철강의 값이 급격히 증가하기 때문에 철제 구조적 부품을 만들 때 발생하는 철제 잔해의 양을 줄이는 것이 바람직하다.
허브(hub), 스핀들(spindle) 및 기어와 같이 임의의 불규칙한 형상을 갖는 부품들을 위하여 공지된 단조 방법들은 단조 작업에서 발생하는 플래시(flash)를 제거하기 위하여 후속하는 다듬질 및/또는 기계 작업을 종종 필요로 한다. 예를 들면, 반지름 방향을 따라 외부로 연장되며 원둘레 방향으로 이격하는 돌출부들을 갖는 부품은 도 1에 도시된 단조 공정을 통하여 제조된다. 공지된 공정은 실질적으로 실린더 형상을 갖는 소재를 빌렛(billet)(4)을 형성하기 위하여 소정의 길이로 자르는 것부터 시작한다. 증가된 직경을 갖고 버스트(bust)(5)라 불리는 감소된 길이의 구조물을 형성하기 위하여 빌렛(4)은 가열되고 단조 다이(die)에 놓여진다. 소재를 완성된 단조체(6)로 더 성형하기 위해 버스트(5)는 후속의 단조 다이 캐비티(cavity)에 놓여진다. 완성된 단조체(6)는 반지름 방향으로 연장하고 몇 밀리미터의 두께를 갖는 플래시로 이루어진 트림 링(trim ring)(7)을 포함할 수 있다.
플래시는 부품의 작은 지름에서부터 완성된 부품의 큰 지름까지 종종 큰 지름을 넘어설 때까지 연장한다. 플래시는 완성된 부품의 디자인에 따라서 링으로 형성되거나 더 작은 몇몇의 단편들로 형성된다. 플래시는 다이 캐비티의 말단들이 철로 채워지도록 하기 위하여 필요하다. 공지된 단조 다이들은 철이 방사상으로 연장되는 돌출부들의 사이 및 주위로 흐르도록 하기 위한 통로들을 포함한다. 이 공정은 반지름 방향으로 연장하는 돌출부들을 갖는 다이 캐비티들의 영역들이 적절히 채워지는 가능성을 증가시키는데 효과적인 반면에 이 공정은 생산되는 각 부품을 위해 상대적으로 많은 양의 잔해를 발생시킨다. 예를 들어, 전형적인 플래시는 무게가 약 50 그램 내지 약 400 그램 또는 더 많이 나갈 수 있으며 부품의 크기에 따라 다르다.
단조 공정이 완료된 후, 플래싱을 갖는 완성된 단조품은 플래시(7)가 다듬기(trim) 다이 및 펀치를 사용하여 제거되는 다듬기 및 관통 스테이지로 옮겨진다. 필요하다면 부품에 관통구를 형성하기 위하여 소재의 슬러그(8)가 제거되는 피어싱 동작이 행해진다. 제거되는 소재는 잔해이다. 냉각 후, 다듬어진 부분은 숏 블라스트(shot blasting)법 또는 다른 적당한 방법에 의해서 깨끗해진다. 마지막으로 상기 부분은 최종 형상을 위해 기계 가공된다.
상술한 공정이 단조된 부품들을 제조하는데 유용하지만, 본 발명에 따르면 구성 부분 및 공정에 있어서의 개선이 실현될 수 있다. 예를 들면, 감소된 양의 플래시를 갖는 불규칙한 형상의 단조물을 생산하는데 보다 유리하다. 감소된 양의 플래시는 제작 공정 과정에서 발생하는 잔해의 양을 감소시킴으로서 최종 부품의 가격을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 감소된 수의 공정 단계를 갖는 부품 단조하는 공정이 제공될 수 있다. 이러한 공정 단계들의 감소는 복잡성과 단조 공정을 완료하는데 요구되는 시간을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 단조 방법은 이전에는 필요하였던 다듬질 단계에 대한 필요를 없애며 불규칙한 형상의 부품을 단조하는 제작 공정 동안 폐물로 바뀌는 철의 양을 현저하게 감소시킨다. 특히, 본 발명에 따르는 단조물 형성 방법은, 빌렛을 가열하는 단계, 펀치 및 다이를 갖는 다이 세트의 캐비티 내에 상기 가열된 빌렛을 위치시키는 단계, 다수의 방사상으로 연장되고 원둘레 방향으로 이격되는 캐비티의 말단들로 상기 빌렛 물질의 이동을 개시하기 위하여 상기 다이 세트의 상기 펀치를 상기 다이 세트의 상기 캐비티 내로 진행시키는 단계, 그리고 상기 빌렛 물질의 일부를 상기 펀치 및 상기 다이 사이의 틈 영역으로 들어가게 하기 위하여 상기 펀치를 상기 다이로 계속하여 진행시키는 단계를 포함한다.
방사형으로 연장되는 패드 부분들 및 상기 패드 부분들 사이에 위치하는 다수의 축 방향으로 연장되는 플래시 부분들을 갖는 불규칙한 형상을 갖는 단조물을 형성하기 위하여, 상기 틈 영역들은 원둘레 방향을 따라 이격되고 상기 말단들의 사이에 위치한다.
본 발명을 적용하는 것이 가능한 분야는 이하 기술되는 상세한 설명을 통해 명확해질 것이다. 다음의 상세한 설명 및 구체적인 예들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하지만 예시를 위한 목적을 지닐 뿐 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 최종적으로 단조된 허브의 사시도를 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 최종 단조된 허브(hub)는 도면 부호 10으로 도시된다. 허브(10)는 단지 불규칙한 형상을 가지는 대상체들을 단조하는 방법을 설명하기 위한 예시적인 불규칙한 형상을 가지는 단조물의 일예이다. 반지름 방향으로 연장되고 원둘레 방향을 따라 이격되는 돌출부들을 구비하는 단조된 부분들이 몇 개이든 본 발명의 범주에 속한다. 따라서 본 발명의 범주는 청구항에 의해서 정의되며, 하기의 실시예들에 의해서 제한되는 것은 아니다. 허브(10)는 제1 단부(14) 및 제2 단부(16)를 구비하며 실질적으로 실린더 형상을 가지는 중공형 몸체(12)를 포함한다. 몸체(12)와 일체로 형성된 플랜지(18)는 몸체(12)의 외부 표면(20)으로부터 방사상으로 외부로 연장된다. 방사상으로 연장되는 플랜지(18)는 제1 단부(14) 및 제2 단부(16) 사이에 축 방향을 따라 위치한다. 방사상으로 연장되는 플랜지(18)는 원둘레 방향을 따라 이격되며 방사상으로 연장되는 다수의 패드 부분들(22)을 포함한다. 다수의 웨브(web) 부분들(24)은 상기 패드 부분들(22) 사이에 위치하고 패드 부분들(22)과 일체로 형성된다. 각 웨브 부분(24)은 한 쌍의 패드 부분들(22) 사이에서 연장된다. 패드 부분들(22) 및 웨브 부분들(24)은 공통 상부 표면(26)을 공유한다. 웨브 부분들(24)은 패드 부분들(22)과 비교할 때 감소된 두께를 갖는다. 이에 따라, 웨브 부분들(24)은 각기 상부 표면(26)에 반대되는 하부 표면(28)을 포함한다. 하부 표면(26)은 각 패드 부분(22)의 측벽(30)에서 나와 측벽(30)으로 들어간다. 각 패드 부분(22)은 몸체(12)의 외부 표면(20)으로부터 나와 외부 표면(20)으로 들어가는 바닥 표면(32)을 포함한다. 본 발명에 따른 허브(10)를 형성하는 방법에 따라, 측벽(30)은 실질적으로 매끈하며 연속적인 표면으로 형성된다. 이러한 매끈한 표면은 다듬질된(trimmed) 표면과는 반대로 정확한 위치 특성을 가진다. 단조된 측벽 표면들은 일반적으로 단조체를 기계 가공하기 전에 기준 데이터로 사용된다.
다수의 플래시 부분들(34)이 상부 표면(26) 및 웨브 부분들(24)의 외부 주변 가장 자리(36)로부터 축 방향으로 연장된다. 플래시 부분들(34)은 소재의 실질적으로 얇고 벽진 부분들로 원둘레 방향을 따라 이격되며, 각 패드 부분들(22)의 사이에 위치한다. 각 플래시 부분들(34)은 대략적으로 각 웨브 부분들(24)의 중간 지점에서 최대 높이에 이르고 플래시 부분(34)이 각 패드 부분들(22) 중 하나로 접근할 때 실질적으로 제로(0) 높이로 기울어지고 상부 표면(26)에 융합된다. 축 방향으로 연장되는 플래시 부분이 상부 표면(26)을 전체적으로 에워싸는 점도 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 허브(10)를 제조하기 위한 단조 방법에서 정의되는 다양한 단조 단계들을 설명하기 위한 도면이다. 단조 방법은 빌렛(billet)(40)을 형성하기 위하여 소재를 길이로 절단하는 것으로서 시작한다. 버스트(bust)(42)를 형성하기 위하여 빌렛(40)은 가열되어 단조 다이에 놓여져 빌렛(40)의 길이가 감소되고 빌렛(40)의 직경이 증가된다. 후속하여 버스트(42)는 완료된 단조물(44)이 형성되는 완료 다이에 놓여진다. 완료된 단조물(44)은 관통구(48)를 정의하기 위하여 소재의 슬러그(slug)(46)가 제거되는 피어스(pierce) 다이로 옮겨진다. 플래시 부분(34)은 완료된 단편(도시되지 않음)을 정의하기 위해서 후속하는 기계 가공 과정에서 제거된다. 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 공정은 다듬기 다이 및 펀치를 가지고 방사상으로 연장되는 플래시 부분을 제거하기 위한 다듬기 단계를 포함하지 않음을 알 수 있을 것이다. 또한, 플래시 부분(34)으로 나타낸 버려지는 소재의 양이 다듬기 링(7)을 한정하는 소재의 양에 비해서 실질적으로 감소한다.
도 4는 완료된 단조된 허브(10)를 형성하기 위해 동작할 수 있는 다이 어셈블리(52) 및 펀치 어셈블리(54)를 포함하는 펀치 및 다이 어셈블리(50)를 설명한다. 펀치 어셈블리(54)는 허브(10)를 형성하기 위하여 고정적인 다이 어셈블리(52)에 대해서 이동 가능하다. 도 4는 중심선(56)의 우측에 웨브 부분들(24) 중 하나를 형성하는 장비(tooling)의 일부를 나타낸다. 패드 부분들(22) 중 하나를 형성하는 장비의 일부는 중심선(56)의 좌측에 도시된다.
도 5는 도 4에서 가상 윤곽선에 의해서 묘사된 펀치 및 다이 어셈블리(50)의 일부를 나타내는 확대 단면도이다. 펀치 및 다이 어셈블리(50)는 도 4에 도시된 바와 같이 펀치 및 다이 어셈블리(50)가 폐쇄 위치에 있을 때 펀치 어셈블리(54) 및 다이 어셈블리(52)의 사이 영역에 의해서 정의된 캐비티(60)의 말단(38)들을 포함하도록 구성된다. 말단(58)들은 패드 부분들(22)의 형상을 결정한다. 크고 방사상으로 연장되는 트림 링을 형성함이 없이 버스트(42)로부터 완료된 허브(10)까지 성형하는 큰 변화를 달성하기 위하여 포켓(62)이 펀치 어셈블리(54)와 다이 어셈블리(52) 사이에 제공된다. 포켓(62)은 소재가 패드 부분들(22)을 형성하기 위하여 캐비티(60)의 말단 부분(58)으로 계속해서 강제로 들어올 동안 포켓(62)은 캐비티(60)의 일부(64)를 채우는 물질을 받아들인다.
다이 어셈블리(52)는 측벽(30) 및 외부 주변 가장 자리(36)의 형상들을 결정하는 내벽(66)을 포함한다. 펀치 어셈블리(54)의 외벽(68)은 벽(66)의 일부와 중첩되어 단조된 물질들이 외부 표면(36)을 넘어서 방사상으로 연장되지 않도록 하며 단지 축 방향으로 연장되는 플래시 부분(34) 만이 형성되도록 한다. 펀치 어셈블리(54)가 허브(10)로부터 분리되도록 하기 위하여, 외벽(68)은 수직으로부터 약 4 내지 15도 정도의 범위의 기울기를 갖는 리드 부분(70)을 갖는다. 기울어진 부분(72)은 리드 부분(70)에 인접하게 위치한다. 기울어진 부분(72)은 수직으로부터 약 0 내지 4도 정도의 각도로 경사져서 펀치 어셈블리(54)가 플래시 부분(34)으로부터 떼어지게 한다.
전술한 허브의 실시예에 있어서, 외벽(68) 및 내벽(66) 사이의 방사 방향의 틈의 범위는 약 0.1㎜ 내지 약 1.5㎜ 정도이다. 이러한 틈은 패드 부분(22)들이 단조될 동안 축 방향의 플래시 부분들(34)이 형성될 수 있도록 한다. 또한, 포켓(62)은 회전 동작에서 선반과 함께 이 물질이 제거되는 것을 가능하게 한다. 작은 틈 수치는 기계(선반, 밀 또는 그라인드) 가공 공정이 완료되면 버려질 철의 양을 최소화한다.
또한, 전술한 바에 따르면 단순히 본 발명의 예시적인 실시예들이 도시 및 설명된다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 설명, 첨부된 도면 및 청구 범위로부터 본 발명이 하기의 청구항들에 의해서 정의된 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남 없이 다양한 변경들 및 변화들이 가능하다는 것을 인지할 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면 구성 부분 및 공정에 있어서의 개선이 실현될 수 있다. 예를 들면, 감소된 양의 플래시를 갖는 불규칙한 형상의 단조물을 생산하는 데 보다 유리하다. 감소된 양의 플래시는 제작 공정 과정에서 발생하는 잔해의 양을 감소시킴으로서 최종 부품의 가격을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 감소된 수의 공정 단계를 갖는 부품 단조하는 공정이 제공될 수 있다. 이러한 공정 단계들의 감소는 복잡성과 단조 공정을 완료하는데 요구되는 시간을 감소시킬 수 있다. 본 발명에 따른 단조 방법은 이전에는 필요하였던 다듬질 단계에 대한 필요를 없애며 불규칙한 형상의 부품을 단조하는 제작 공정 동안 폐물로 바뀌는 철의 양을 현저하게 감소시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 빌렛을 가열하는 단계;
    펀치 및 다이를 갖는 다이 세트의 캐비티 내에 상기 가열된 빌렛을 위치시키는 단계;
    다수의 방사상으로 연장되고 원둘레 방향으로 이격되는 캐비티의 말단들로 상기 빌렛 물질의 이동을 개시하기 위하여 상기 다이 세트의 상기 펀치를 상기 다이 세트의 상기 캐비티 내로 진행시키는 단계; 및
    상기 빌렛 물질의 일부를 상기 펀치 및 상기 다이 사이의 틈 영역으로 들어가게 하기 위하여 상기 펀치를 상기 다이로 계속하여 진행시키는 단계를 포함하며,
    방사상으로 연장되는 패드 부분들 및 상기 패드 부분들 사이에 위치하는 다수의 축 방향으로 연장되는 플래시 부분들을 갖는 불규칙한 형상을 갖는 단조물을 형성하기 위하여, 상기 틈 영역들은 원둘레 방향을 따라 이격되며 상기 말단들의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 불규칙한 형상의 단조물의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가열된 빌렛을 상기 캐비티 내에 위치시키는 단계 이후, 상기 펀치 및 상기 다이 사이의 계면에 평탄한 표면을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 축 방향으로 연장되는 플래시 부분들은 상기 평탄한 면으로부터 돌출되는 것을 특징으로 하는 불규칙한 형상의 단조물의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 플래시 형성 이후, 상기 플래시 부분들을 기계 가공될 부분에 위치시키는 단계 및 상기 플래시 부분들을 기계 가공하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 불규칙한 형상의 단조물의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 플래시 가공 단계 이후, 제 1 및 제 2 단부를 갖는 중공형 실린더 몸체를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 중공형 실린더 몸체와 일체로 형성된 플랜지는 상기 제 1 및 제 2 단부 사이에서 상기 중공형 실린더 몸체로부터 방사상으로 외부로 연장되는 것을 특징으로 하는 불규칙한 형상의 단조물의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 서로 이격되고 방사상으로 연장되는 다수의 패드 부분들이 형성되는 것을 특징으로 하는 불규칙한 형상의 단조물의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 서로 이격되는 다수의 플래시 부분들이 형성되며, 각 플래시 부분들은 두 개의 상기 패드 부분들 사이에 원둘레 방향으로 위치하는 것을 특징으로 하는 불규칙한 형상의 단조물의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 패드 형성 이후, 상기 패드 부분들의 주위 및 상호 연결하는 다수의 플랜지 부분에 대하여 연장되는 연속적인 외부 측벽을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 외부 측벽은 유용한 단조된 표면을 구비하여 후속하여 외부 측벽들에 수행되는 다듬질 또는 기계 가공 단계들에 대한 요구가 제거되는 것을 특징으로 하는 불규칙한 형상의 단조물의 제조 방법.
  8. 제1 단부 및 제2 단부를 구비하며, 실린더 형상을 갖는 튜브;
    상기 튜브와 일체로 형성되며, 상기 튜브로부터 방사상으로 외부로 연장되고, 제1 단부 및 제2 단부의 사이에 위치하며, 다수의 원둘레 방향으로 이격되고 방사상으로 연장되는 귀 부분들을 포함하는 플랜지; 및
    상기 플랜지의 외측 가장 자리로부터 축 방향으로 연장되고, 적어도 두 개의 상기 귀 부분들 사이에서 원둘레 방향으로 개재되는 플래시를 포함하는 단조체.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 플랜지는 상부 표면을 포함하며, 상기 플래시는 상기 상부 표면 상에서 축 방향을 따라 돌출되는 것을 특징으로 하는 단조체.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 플래시 및 상기 상부 표면은 완성된 허브를 제조하기 위하여 단조의 기계 가공에 적용되는 것을 특징으로 하는 단조체.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 플랜지는 상기 상부 표면과 대향하는 하부 표면 및 상기 상하부 표면들 사이에서 연장되는 외부 표면들을 포함하며, 상기 외부 표면으로부터 방사상으로 연장되는 플래시 또는 상기 단조체로부터 다듬질되는 물질이 제거되는 것을 특징으로 하는 단조체.
  12. 몸체;
    상기 몸체로부터 반지름 방향으로 연장되고 원둘레 방향으로 이격되는 다수의 돌출부들; 및
    상기 몸체로부터 축 방향으로 연장되고, 상기 돌출부들 중 적어도 둘 사이에서 원둘레 방향으로 개재되는 플래시 부분을 포함하는 불규칙한 형상의 단조체.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 몸체는 평탄하고 방사상으로 연장되는 표면을 포함하며, 상기 플래시 부분은 상기 방사상으로 연장되는 표면으로부터 축 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 불규칙한 형상의 단조체.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 방사상으로 연장되는 표면은 상기 돌출부들의 일부를 포함하는 것을 특징으로 하는 불규칙한 형상의 단조체.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 몸체는 튜브의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 불규칙한 형상의 단조체.
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