KR101278662B1 - 헬리컬 기어 냉간 사이징 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소재를 열간에서 업셋팅한 후 밀폐단조하여 치형을 예비성형한 헬리컬 기어를 냉간에서 사이징하여 치수정도를 향상하게 하는 헬리컬 기어의 냉간 사이징 금형에 관한 것으로, 상·하부플레이트 사이에 서포트와 피스톤에 의하여 위치가 고정되는 예비성형된 헬리컬 기어를 하부하우징에 회동가능하게 고정된 가이드의 헬리컬 치형에 치합시키고 상부하우징에 고정된 헬리컬 툴을 하강시 상·하부하우징이 결합되면서 헬리컬 치형을 따라 회동하면서 헬리컬 툴에 의하여 예비성형된 헬리컬 기어의 치형이 사이징될 수 있게 한 것을 특징으로 한다.

Description

헬리컬 기어 냉간 사이징 금형{helical gear cold sizing mold}

본 발명은 소재를 열간에서 업셋팅(upsetting)한 후 밀폐단조하여 치형을 단조한 헬리컬 기어를 냉간에서 사이징(sizing)하여 치수정도를 향상하게 하는 헬리컬 기어의 냉간 사이징 금형에 관한 것이다.

자동차의 변속기에는 기어의 물림율이 높고 회전이 원활하여 소음의 발생이 적은 헬리컬 치형의 기어가 널리 사용되고 있다.

헬리컬 기어에는 소재의 표면에 비틀림 치차가 형성되도록 절삭가공하거나 비절삭 가공하는 방법이 사용되고 있다.

종래 헬리컬 기어의 절삭가공방법은 주로 호빙머신에서 가공되고 있었으나, 절삭가공에는 많은 시간이 소요되고 절삭칩이 발생되므로 재료의 손실이 발생하고 절삭으로 형성되는 치형은 피로강도가 떨어진다는 문제점이 있었고, 비절삭 가공방법에는 분말성형법, 열간 또는 냉간단조법이 있었으나 분말성형법은 성형되는 헬리컬 기어의 강도가 상대적으로 낮아 적용에 제한이 따르고, 열간단조법의 경우 성형되는 치형의 치수정도가 낮아 성형 후 절삭 또는 연삭과 같은 재가공과정이 필요하였으며, 냉간단조법의 경우 단조에 필요한 가압력이 1500톤 이상으로 매우 높아 압력의 제어가 어렵고, 또한 높은 압력으로 금형의 수명이 단축되며 치면에 충진불량과 같은 현상이 발생하기 쉽다는 문제점이 있었다.

그러나 절삭가공에 비하여 단조방법에 의하여 제조되는 헬리컬 기어는 소재의 손실이 없고 가공시간이 짧아 생산성을 높일 수 있으며, 치형의 피로강도를 향상시킬 수 있어 차량의 고성능화로 변속기의 단수가 증가되는 추세에 따라 보다 헬리컬 기어를 컴팩트하게 하면서 저비용으로 제조하여야 할 필요가 증가됨에 따라 헬리컬 기어를 단조방법에 의하여 제조하는 방법 또는 장치의 개발필요성이 대두되고 있다.

본 발명은 헬리컬 기어를 비절삭 가공방법인 단조방법에 의하여 성형하되 열간단조와 냉간단조의 장점을 살려 열간단조된 헬리컬 기어를 냉간 사이징하여 치수정도를 높임으로써 열간 단조된 헬리컬 기어의 재가공을 불필요하게 하거나 간략하게 할 수 있게 하는 헬리컬 기어 냉간 사이징 금형을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 냉간단조금형의 가압력과 가공량을 줄여 금형의 수명을 연장할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 일정한 길이로 절단된 소재를 열간에서 업셋팅(upsetting)하고 밀폐단조하여 헬리컬 기어의 형태를 성형한 다음, 헬리컬 기어의 치형을 단조하고 냉각시켜 사이징 금형으로 헬리컬 기어의 치수정도를 향상하는 냉간단조를 수행한다.

사이징 금형은 상·하부플레이트 사이에 상·하부플레이트에 결합고정되는 복수의 핀 실린더와 핀에 의하여 가이드 되면서 상부플레이트가 승·하강되게 구성되고, 상·하부플레이트에는 각각 상·하부하우징이 결합되며 상부하우징에는 중심부에 피스톤을 수용하는 실린더 하우징이 구비되고 하부하우징에는 가운데에 서포트를 수용하는 가이드가 구비된다.

상부플레이트가 프레스에 의하여 하강하면 상부플레이트에 결합된 실린더 하우징과 상부하우징 및 피스톤이 하강하면서 피스톤의 하부 원주방향에 결합된 헬리컬 툴과 가이드의 상·하부면에 형성된 홈이 결합되어 가이드의 중심부에 위치한 서포트에 안치된 가공물인 헬리컬 기어를 피스톤이 눌러 고정하면서 헬리컬 툴이 계속 하강하면 가이드의 내경에 형성된 헬리컬 치형과 헬리컬 기어가 치합되고 서포트와 피스톤에 의하여 고정된 헬리컬 기어에 대하여 가이드가 회동하면서 하강하면 상부하우징의 단부에 구비된 헬리컬 툴이 하강하면서 가이드의 회동과 연동하여 헬리컬 기어의 치형을 사이징하게 구성된다.

본 발명은 열간단조로 예비성형된 헬리컬 기어를 냉간 사이징으로 치수정도를 향상할 수 있게 하여 헬리컬 기어의 열간 단조에 따른 치수정도의 저하를 방지할 수 있게 하고, 과도한 냉간 단조에 따른 금형수명의 단축이나 치형형성의 불량을 방지할 수 있게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 헬리컬 기어의 성형공정의 개요
도 2는 본 발명 헬리컬 기어의 냉간 사이징 금형의 측단면도(a) 및 절개도(b)
도 3은 본 발명 실린더 하우징의 평면도(a) 및 측면도(b)
도 4는 본 발명 피스톤의 측면도
도 5는 본 발명 상부하우징의 측단면도(a) 및 사시도(b)
도 6은 본 발명 하부하우징의 측면도(a) 및 사시도(b)
도 7은 본 발명 가이드의 측단면도(a) 및 사시도(b)
도 8은 본 발명 헬리컬 툴의 측단면도(a) 및 사시도(b)

이하에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 열간단조로 예비성형된 헬리컬 기어를 냉간단조로 사이징하여 치수정도를 향상하게 하는 냉간 단조 사이징 금형에 관한 것이다.

본 발명의 냉간단조 사이징 금형은 상·하부플레이트(1,2) 사이에 상·하부플레이트(1,2)에 결합고정되는 복수의 핀 실린더(3)와 핀(4)에 의하여 상부플레이트(1)가 가이드 되면서 프레스(도면미도시)에 의하여 수직방향으로 승·하강되게 구성되어 있다.

핀 실린더(3)와 핀(4)에 의하여 가이드 되면서 승·하강되는 상부플레이트(1)에는 피스톤(5)과, 피스톤(5)을 고정하는 실린더 하우징(6) 및 실린더 하우징(6)을 고정하고 피스톤(5)을 중심으로 일정각도 범위 내에서 회동할 수 있게 구성된 상부하우징(7)이 결합되어 있고, 상부하우징(7)의 가운데 저면에는 헬리컬 툴(8)이 피스톤(5)을 중심으로 결합되어 있다.

하부플레이트(2)에는 하강하는 피스톤(5)의 하부와 대응되는 위치에 서포트(9)가 고정되어 있고, 서포트(9) 주위에는 내경에 헬리컬 치형(11)이 형성된 가이드(10)가 결합되어 있으며, 가이드(10)는 하부플레이트(2)에 고정되어 있는 하부하우징(12)에 대하여 일정각도 범위 내에서 회동가능하게 수용되어 있다.

서포트(9)의 상부 가이드(10)의 헬리컬 치형(11)이 형성된 부분에는 가공물인 예비성형된 헬리컬 기어(도면미도시)가 위치한다.

가이드(10)는 하부하우징(12)에 대하여 승·하강할 수 있게 구성되어 있으며, 가이드(10)의 승·하강은 상부하우징(7)에 의하여 하강하고 코일스프링(14)에 의하여 리턴될 수 있게 구성되어 있으나 유압실린더(도면미도시)에 의하여 리턴되게 구성할 수도 있다.

상부플레이트(1)가 프레스에 의하여 하강하면 상부하우징(7)의 가운데에 위치한 피스톤(5)이 서포트(9)와 가이드(10)에 의하여 위치가 고정된 예비성형된 헬리컬 기어를 누르면서 고정하고, 상부하우징(7)은 계속 하강하면서 상부하우징(7)의 하부에 결합된 헬리컬 툴(8)이 가이드(10)와 접촉하게 된다.

헬리컬 툴(8)의 저면에 형성된 홈(13)과 가이드(10)의 상부에 형성된 홈(13')이 서로 맞물리면서 상부하우징(7)과 가이드(10)는 일체화되고, 서포트(9)에 지지되어 위치가 고정된 예비성형된 헬리컬 기어의 치형과 기이드(10)의 내경측에 형성된 헬리컬 치형(11)이 치합되어 가이드(10)는 결합된 헬리컬 치형(11)에 의하여 상부하우징(7)과 함께 일정한 각도범위 내에서 하강하면서 회동하게 된다.

가이드(10)가 상부하우징(7)에 의하여 하강하게 되면 서포트(9)에 의하여 위치가 고정된 예비성형된 헬리컬 기어의 헬리컬 치형에는 상부하우징(7)의 아래에 결합된 헬리컬 툴(8)의 헬리컬 치형(11')이 예비성형된 헬리컬 기어의 치형을 사이징하면서 하강한다.

이때 헬리컬 툴(8)은 가이드(10)와 일체로 결합된 상부하우징(7)에 의하여 헬리컬 기어의 경사각에 대응되는 일정한 각도범위 내에서 헬리컬 치형(11)을 따라 회동된다.

예비성형된 헬리컬 기어의 치형이 헬리컬 툴(8)에 의하여 사이징이 완료되면 상부하우징(7)은 상승하고 사이징된 헬리컬 기어는 가이드(10)의 상승에 따라 위쪽으로 배출된다.

본 발명은 자동차의 변속기 등 대량생산이 필요한 헬리컬 기어의 생산에 활용할 수 있다.

1. 상부플레이트 2. 하부플레이트
3. 핀 실린더 4. 핀
5. 피스톤 6. 실린더 하우징
7. 상부하우징 8. 헬리컬 툴
9. 서포트 10. 가이드
11,11'. 헬리컬 치형 12. 하부하우징
13,13'. 홈 14. 코일스프링

Claims (3)

1. 열간단조로 업셋팅 및 밀폐단조를 거쳐 치형이 예비성형된 헬리컬 기어를 냉간에서 사이징하는 금형에 있어서,
   상하 방향으로 서로 마주보도록 설치된 상·하부플레이트(1,2)와,
   상기 상·하부플레이트(1,2) 사이에 설치되고, 상기 하부플레이트(2)를 기준으로 상기 상부플레이트(1)를 수직으로 승강시키는 하나 이상의 핀 실린더(3) 및 핀(4)과,
   상기 상부플레이트(1)의 하면에 고정 설치되고, 내부에 하방을 향해 돌출 결합된 피스톤(5)이 구비된 실린더 하우징(6)과,
   상기 하우징(6)의 외주방향으로 회전 가능하게 결합된 상부하우징(7)과,
   상기 상부하우징(7)의 가운데 저면에 고정 결합되어 상기 상부하우징(7)과 함께 회전하되 회전시 상기 피스톤(5)을 회전 중심으로 하고, 내경면에 헬리컬 치형(11')이 형성된 헬리컬 툴(8)과,
   상기 피스톤(5)과 대응되도록 상기 하부플레이트(2)의 상면에 고정 설치된 서포트(9)와,
   상기 서포트(9)의 외주방향으로 회전 및 상하로 승강 가능하게 설치되고, 내경면에 헬리컬 치형(11)이 형성된 가이드(10)와,
   상기 하부플레이트(2)의 상면에 고정되고, 상기 가이드(10)의 외주방향에 설치되어 상기 가이드(10)를 회전 지지하는 하부하우징(12)과,
   상기 가이드(10)의 하강 후 상기 가이드(10)를 원위치로 상승 리턴시킬 수 있도록 상기 가이드(10)의 하부에 설치된 하나 이상의 코일 스프링(14)을 포함하고,
   상기 예비성형된 헬리컬 기어는 상기 가이드(10)의 헬리컬 치형(11)에 치합되면서 상기 서포트(9)의 상면에 놓인 후 상기 피스톤(5)의 하강으로 위치 고정되고,
   상기 상부하우징(7)과 함께 헬리컬 툴(8)이 하강하면서 상기 가이드(10)를 하강 회전시킴과 동시에 상기 헬리컬 툴(8)의 헬리컬 치형(11')에 의해서 상기 예비성형된 헬리컬 기어가 사이징되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 기어 냉간 사이징 금형.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 헬리컬 툴(8)의 저면에 형성된 홈(13)과 상기 가이드(10)의 상면에 형성된 홈(13')이 서로 맞물려 위치정렬되는 것을 특징으로 하는 헬리컬 기어 냉간 사이징 금형.
   
3. 삭제

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