KR101272252B1 - 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

균일하고 치밀한 조직과 높은 강도를 갖도록 이루어진 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크 및 그 제조방법은, 원재료를 필요한 길이로 절단하여 소재를 마련하는 절단공정; 상기 소재를 핀치볼트요크용 다이스에 삽입하고 펀치로 가압 소성 변형시켜 소재를 업세팅하여 바디와 한 쌍의 요크부 형상으로 마련하는 예비성형공정; 상기 예비성형 된 요크부 사이를 U자형으로 성형하면서 요크부 내측면에 홈을 성형하는 공정; 상기 요크부 사이의 바디 상부면에 관통홀이 형성될 부분인 자리면을 성형하는 관통홀 예비성형공정; 상기 예비성형 된 자리면 부분을 타발하여 관통홀을 성형하는 피어싱공정; 상기 관통홀에 상대 부품이 조립되어 맞물릴 수 있도록 세레이션을 성형하는 공정; 상기 요크부의 버르(Burr)를 제거하기 위한 디버링공정; 상기 요크부 상단 양쪽면의 직선부를 완만한 곡면으로 가공하는 노칭공정; 상기 바디에 볼트가 체결될 자리인 볼트체결구멍을 형성하는 공정; 상기 바디 및 일측 요크부를 따라서 슬롯을 성형하는 공정; 상기 요크부에 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결하기 위하여 연결홀을 뚫는 연결홀 가공공정을 포함하는 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크 제조방법을 제공한다.

Description

자동차용 조향장치의 핀치볼트요크 및 그 제조방법{PINCH BOLT YOKE OF STEERING SYSTEM FOR VEHICLES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 균일하고 치밀한 조직과 높은 강도를 갖도록 이루어진 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 운전자가 차량의 진행방향을 임의로 바꾸기 위하여 조향장치가 제공된다. 이 조향장치는 운전석 전방에 설치되어 운전자의 조작에 의해 차량의 진행방향을 바꾸기 위한 스티어링 휠과, 상기 스티어링 휠의 하부에 설치되는 스티어링 칼럼과, 상기 스티어링 휠의 회전운동을 직진운동으로 전환시킴과 동시에 조향력을 증대시켜 타이어의 방향을 변경시키는 기어박스와, 상기 스티어링 칼럼에 전달된 회전력을 기어박스로 전달하기 위한 유니버설조인트를 포함한다.

상기 유니버설조인트는 샤프트조인트와, 이 샤프트조인트에 슬라이드 이동 가능하도록 조립되는 파이프조인트를 포함한다.

상기 샤프트조인트의 외주면 길이방향으로는 기어가 형성되고, 파이프조인트의 내주면 에는 상기 기어와 대응되는 스플라인이 가공되어, 샤프트조인트는 파이프조인트에 치차 결합으로 연결된 상태로 슬라이드 이동할 수 있도록 되어있다.

그리고 샤프트조인트와 파이프조인트의 각 단부에는 핀치볼트요크가 각각 연결되어 일측의 핀치볼트요크는 스티어링 칼럼에 결합되고, 다른 하나의 핀치볼트요크는 기어박스에 연결된다.

상기와 같은 핀치볼트요크는 열간 단조 공법이나 프레스 공법을 이용하여 제조된다.

도 4는 종래 기술에 의한 핀치볼트요크를 정면에서 바라본 도면으로서, 핀치볼트요크는 바디(2)와, 이 바디의 상부로 연장되는 한쌍의 요크부(4)로 구성된다. 상기 바디(2)에는 중심부를 관통하여 관통홀(6)이 형성되고, 이 관통홀(6)에 조립된 상태부품을 튼튼하게 고정할 수 있도록 관통홀(6)과 직교하는 방향으로는 볼트체결구멍(8)이 형성된다.

상기 요크부(4)에는 스파이더와 같은 다른 조인트를 조립하기 위하여 연결홀(10)이 형성된다.

이러한 핀치볼트요크는 유니버설조인트를 구성하는 샤프트조인트와 파이프조인트의 각 단부에 연결되어 입력축과 출력축이 소정의 각도로 굴절된 상태에서도 회전력을 전달할 수 있도록 연결된다.

이러한 유니버설조인트는 그 일측은 핀치볼트요크를 통하여 스티어링 칼럼에 연결되고, 타측은 다른 핀치볼트요크를 통하여 기어박스에 연결된다.

그러나 이러한 종래기술에 의한 핀치볼트요크는 제조 시 프레스를 이용한 단일 단조공정으로서 제작되고 있고, 이렇게 단일 단조공정으로 제품을 제작할 경우 제품의 변형량이 많기 때문에 프레스에서의 느린 가압에 의하여 성형속도가 매우 느린 단점이 있다.

또한 핀치볼트요크를 열간 단조로 제조할 수도 있는데, 이 경우 냉각과정 중 열 수축으로 인하여 정밀도가 떨어지고 소재의 특성이 변하여 강도가 낮아지고 이로 인하여 제품의 안전성이 저하되는 문제점이 있다.

또한 바디의 형상이 비대칭적으로 이루어짐으로 설계 및 성형이 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 냉간 단조를 이용하여 균일하고 치밀한 조직과 높은 강도를 갖도록 이루어진 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 제안하는 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크 및 그 제조방법은,

원재료를 필요한 길이로 절단하여 소재를 마련하는 절단공정; 상기 소재를 핀치볼트요크용 다이스에 삽입하고 펀치로 가압 소성 변형시켜 소재를 업세팅하여 바디와 한 쌍의 요크부 형상으로 마련하는 예비성형공정; 상기 예비성형 된 요크부 사이를 U자형으로 성형하면서 요크부 내측면에 홈을 성형하는 공정; 상기 요크부 사이의 바디 상부면에 관통홀이 형성될 부분인 자리면을 성형하는 관통홀 예비성형공정; 상기 예비성형 된 자리면 부분을 타발하여 관통홀을 성형하는 피어싱공정; 상기 관통홀에 상대 부품이 조립되어 맞물릴 수 있도록 세레이션을 성형하는 공정; 상기 요크부의 버르(Burr)를 제거하기 위한 디버링공정; 상기 요크부 상단 양쪽면의 직선부를 완만한 곡면으로 가공하는 노칭공정; 상기 바디에 볼트가 체결될 자리인 볼트체결구멍을 형성하는 공정; 상기 바디 및 일측 요크부를 따라서 슬롯을 성형하는 공정; 상기 요크부에 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결하기 위하여 연결홀을 뚫는 연결홀 가공공정을 포함하는 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크 제조방법을 제공한다.

상기 절단공정 이후에 소재 표면의 이물질 제거 및 소재의 조직을 다져 고르게 처리하는 소재 가공처리공정을 행하고, 상기 소재 가공처리공정은 소재의 연성을 높여주는 어닐링공정과, 상기 어닐링 공정이 완료된 소재 표면의 이물질을 제거하는 본데공정 및 쇼트공정으로 이루어진다. 상기 예비성형공정은 체적의 안정적인 이동을 가져오면서 펀치의 부하를 줄이기 위하여 바디의 외측면에 홈을 성형한다.

또한 본 발명은 자동차용 조향장치를 구성하는 유니버설조인트의 양단부에 연결되어 상대 부품인 스티어링 칼럼과 기어박스를 연결할 수 있도록 하는 핀치볼트요크로서,

상기 핀치볼트요크는 바디와, 상기 바디에서 연장되는 요크부를 포함하고, 상기 바디는 양쪽이 대칭형으로 이루어진 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크를 제공한다. 상기 바디 및 일측 요크부에는 슬롯이 형성된다.

본 발명에 의한 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크 및 그 제조방법은 냉간 단조를 이용하여 소재를 성형하여 소재의 원활한 체적 이동으로 품질 안정에 기여함은 물론 제작 공정의 단순화로 원가를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크의 제조방법을 설명하기 위한 도면으로 냉간단조에 의하여 소재가 핀치볼트요크로 성형되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크의 제조방법을 설명하기 위한 도면으로 냉간단조로 성형된 핀치볼트요크를 완제품으로 가공하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크를 정면에서 바라본 도면이다.
도 4는 종래기술에 따른 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크의 정면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크의 제조방법을 설명하기 위한 도면으로 냉간단조에 의하여 소재가 핀치볼트요크로 성형되는 과정을 순차적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에서 제작된 핀치볼트요크를 완제품으로 가공하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크 제조는 냉간다단단조 기술로서 제조되는데, 이를 위하여 먼저 도 1a에서와 같이 원소재 절단공정을 통하여 소정의 외경을 갖는 원재료를 소정의 길이로 절단하여 소재(M)를 마련한다.

상기 소재(M)의 절단은 원소재를 냉간다단 단조장비에 투입하여 원형으로 감겨져 있는 원소재를 포마기 압연공급부에서 직선으로 평활하게 하여 공급하면서, 그 단부가 스토퍼에 접촉되면, 커팅 나이프가 작동하면서 일정길이의 소재를 절단하는 통상적인 방법으로 이루어질 수 있다.

이러한 절단공정시 절단된 소재(M)는 제조하려는 핀치볼트요크의 길이 및 체적과 펀치부의 작용으로 압축되는 비율을 정확히 계산하여 절단 길이를 미리 결정한 후 진행된다.

이렇게 소재(M)가 마련되면, 이 소재(M)를 도시되지 않은 이송장치에 의하여 순차적으로 설치된 다이스를 차례로 이동하면서 이들 각각의 다이스와 대응되는 방향으로 설치된 펀치로 소재(M)를 가압 소성 변형시켜, 도 1b 내지 도 1f에서와 같은 각각의 제조공정을 통하여 바디와 한쌍의 요크부로 이루어진 핀치볼트요크로 성형한다.

상기와 같이 소재(M)가 마련되면 절단된 소재 표면의 이물질 제거 및 소재의 조직을 다져 고르게 처리하는 소재 가공처리공정을 더욱 행할 수도 있다.

소재 가공처리공정은 소둔(annealing), 쇼트, 본데 등으로 이루어질 수 있으며, 이러한 소재 가공처리공정을 통하여 소재(M)의 내부 조직을 고르게 하고 소재의 연성을 높여주면서 소재표면에 붙어있는 이물질 등을 제거할 수 있다. 이러한 작업으로 단조성형의 취약한 부분을 커버하고 소재(M)의 성형성을 좋게 유지할 수 있다.

이러한 공정이 완료되면 상기 소재를 도시되지 않은 핀치볼트요크용 다이스에 삽입하고 펀치로 가압 소성 변형시키는 예비성형공정을 행하여 도 1b와 같이 바디(100)와 한 쌍의 요크부(200) 형상으로 업세팅하는 예비성형공정을 행한다.

예비성형공정으로 소재의 하부는 대략적인 바디(100) 형태로 성형되고 그 상부는 서로 대향하는 상태로 대략적인 한 쌍의 요크부(200)가 성형된다.

이때 요크부(200) 내측 하단부는 사이는 라운드 형상으로 성형하는 것이 바람직한데, 그 이유는 단조 작업 시 발생하는 버르(Burr)를 제거하기가 용이하기 때문이다.

그리고 이와 아울러 이후의 제조공정을 행할 때 체적의 안정적인 이동을 가져오면서 펀치의 부하를 줄이기 위하여 바디(100)의 외측면에 홈(110)을 같이 성형한다.

이러한 공정이 완료되면 도 1c에서와 같이 요크부(200)내측 상부에 홈(210)을 성형하면서 요크부(200)사이의 하부를 U자 형태의 라운드 면으로 성형한다. 이때 바디(100)의 외측에 형성된 홈(110)도 더 확장되도록 성형한다.

이러한 공정이 완료되면 도 1d에서와 같이 상기 요크부(200) 사이의 바디(100) 부분에 관통홀이 형성될 부분에 자리면(120)을 성형하여 관통홀이 형성될 부분을 예비 성형한다.

이러한 공정이 완료된 다음에는 도 1e에서와 같이 상기 자리면(120) 부분을 타발하여 관통홀(130)을 성형하는 피어싱 공정을 행한다. 이러한 공정이 완료되면 타발로 인하여 관통홀(130)은 매끄럽지 않은 부분이 발생될 수 있으며, 관통홀(130)을 매끄럽게 하기 위하여 볼 바라싱 공정이 더 행하여 질 수 있다.

이러한 공정이 완료되면 도 1f에서와 같이 상기 관통홀(130)에 펀치핀(300)을 통과시켜 세레이션(140)을 성형하는 공정을 행한다.

펀치핀(300)의 선단부에는 세레이션(140)이 성형될 수 있도록 다수의 산이 형성되어 있으며, 세레이션(140)의 산의 개수나 크기는 여기에 조립되는 상대부품에 따라서 다양하게 형성할 수 있다.

이와 같은 이렇게 냉간다단단조에 의하여 핀치볼트요크가 성형되면 요크부(200) 사이는 면이 고르지 못하고, 또 요크부(200)에는 스파이더와 같은 다른 조인트가 연결할 수 있도록 냉간 다단단조장치에서 성형된 핀치볼트요크를 인출시켜 이것을 도 2a 내지 2e와 같은 공정을 통하여 완제품으로 가공한다.

즉, 요크부(200) 사이에 형성된 버르를 디버링공정을 통하여 제거하고(도 2a 참조), 프레스 등으로 노칭 공정을 행하여 도 2b에서와 같이 요크부(200)의 선단부를 완만한 곡면(220)으로 처리하는 단계를 갖는다.

그리고 계속하여 도 2c에서와 같이 드릴 등을 이용하여 바디(100)에 볼트가 체결될 자리를 뚫어 볼트체결구멍(150)을 형성하는 공정을 행한다.

볼트체결구멍(150)은 바디(100)의 관통홀(130)에 삽입되는 인풋샤프트(미도시)를 볼트로 고정하기 위하여 제공된다.

이러한 공정이 완료되면 도 2d에서와 같이 핀치볼트요크의 일측 면에 슬롯(160)을 형성하는 공정을 행한다.

이 슬롯(160)은 바디(100)로부터 시작하여 요크부(200)의 일부분까지 대략 3mm정도의 폭으로 절삭하여 형성할 수 있으며, 이러한 슬롯(160)은 바디(100)의 관통홀(130)에 인풋샤프트가 세레인션(140)과 치차 결합된 것을 볼트로 고정할 때 긴밀하게 고정될 수 있도록 하기 위하여 형성되는 절개홈이다.

이러한 공정이 완료되면 상기 각각의 요크부(200)에 스파이더와 같은 다른 조인트를 조립하기 위하여 연결홀(230)을 뚫는 연결홀 가공공정을 행한다.

상기 연결홀(230)은 십자형 스파이더와 다른 조인트를 연결할 수 있도록 가공되는 것으로서 이러한 공정은 드릴로 연결홀을 뚫고 리머 등으로 정리 작업을 통하여 형성할 수 있다.

상기와 같은 공정을 통하여 제조된 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크는 바디의 형상이 대칭으로 이루어지는데, 이에 따라 핀치볼트요크를 제조하기 위한 설계 및 성형을 종래에 비하여 쉽게 할 수 있다.

이러한 본 발명의 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크의 사용은 바디(100)의 관통홀(130)에 도시되지 않은 유니버설조인트의 일측을 끼워 세레인션(140)과 치차 결합시키고 볼트체결구멍(150)에 볼트를 체결하여 바디(100)에 고정한다. 이때 슬롯(160)으로 인하여 볼트를 체결할 때 관통홀(130)의 내경을 약간 좁힐 수 있으므로 인풋샤프트를 관통홀(130)의 세레인션(140)과 긴밀하게 치차 결합시키며 고정할 수 있다.

그리고 요크부(200)에 형성된 연결홀(230)을 통하여 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결하고, 이를 자동차의 조향장치를 구성하는 부품에 조립하면 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예가 예시를 목적으로 설명되어 있으나 이에 제한되지는 않으며, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것도 가능하다.

100: 바디 110: 홈
120: 자리면 130: 관통홀
140: 세레이션 150: 볼트체결구멍
160: 슬롯 200: 요크부
210: 홈 220: 곡면
230: 연결홀 300: 펀치핀

Claims (6)

1. 원재료를 필요한 길이로 절단하여 소재를 마련하는 절단공정;
   상기 소재를 핀치볼트요크용 다이스에 삽입하고 펀치로 가압 소성 변형시켜 소재를 업세팅하여 바디와 한 쌍의 요크부 형상으로 마련하는 예비성형공정;
   상기 예비성형 된 요크부 사이를 U자형으로 성형하면서 요크부 내측면에 홈을 성형하는 공정;
   상기 요크부 사이의 바디 상부면에 관통홀이 형성될 부분인 자리면을 성형하는 관통홀 예비성형공정;
   상기 예비성형 된 자리면 부분을 타발하여 관통홀을 성형하는 피어싱공정;
   상기 관통홀에 상대 부품이 조립되어 맞물릴 수 있도록 세레이션을 성형하는 공정;
   상기 요크부의 버르(Burr)를 제거하기 위한 디버링공정;
   상기 요크부 상단 양쪽면의 직선부를 완만한 곡면으로 가공하는 노칭공정;
   상기 바디에 볼트가 체결될 자리인 볼트체결구멍을 형성하는 공정;
   상기 바디 및 일측 요크부를 따라서 슬롯을 성형하는 공정;
   상기 요크부에 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결하기 위하여 연결홀을 뚫는 연결홀 가공공정;
   을 포함하고,
   상기 예비성형공정에서는 체적의 안정적인 이동을 가져오면서 펀치의 부하를 줄이기 위하여 바디의 외측면 양쪽에 홈을 각각 성형하는 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 절단공정 이후에 소재 표면의 이물질 제거 및 소재의 조직을 다져 고르게 처리하는 소재 가공처리공정을 행하는 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크 제조방법.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 소재 가공처리공정은 소재의 연성을 높여주는 어닐링공정과, 상기 어닐링 공정이 완료된 소재 표면의 이물질을 제거하는 본데공정 및 쇼트공정으로 이루어진 자동차용 조향장치의 핀치볼트요크 제조방법.
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