KR101322363B1 - 요크 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전방이 튜브압출 성형된 환형의 원자재의 샤프트부와 너클부를 일체로 성형하고 성형된 너클부를 프레스로 펀칭하고 벤딩하여 너클부의 인장부를 가공함으로써 주물방식으로 제조되는 요크의 제조방법에 따른 문제점을 해결함은 물론, 샤프트부와 너틀부가 하나의 환봉 원자재로 구성될 수 있어 내구성 향상은 물론, 제조과정이 간단하게 이루어짐에 따라 생산성 및 작업효율성의 증대를 가져오고, 성형부하 감소에 의한 금형 수명을 연장시킬 수 있을 분만 아니라, 제조공정 중의 버가 형성되는 것을 방지하여 그라인딩과 같은 추가공정이 생략되어 작업시간의 단축에 따른 경제적인 효율성을 얻을 수 있는 요크 제조방법을 제공하고자 한다.
이를 위해 본 발명은, 환봉의 원자재를 절단하여 튜브압출 성형하여 너클(knuckle)부(10)와 샤프트(shaft)부(20)가 형성되도록 요크성형부재(100)를 가공하는 제1공정(S1); 제1공정(S1)에서 가공된 요크성형부재(100)의 너클부(10)를 펀칭하여 너클부 (10) 양측에 각각 판상의 인장부(11)(12)를 가공하는 제2공정(S2); 제2공정(S2)에서 인장부(11)(12)가 가공된 너클부(10)측으로 샤프트부(20)의 내부가 관통되도록 피어싱(piercing) 가공과 인장부(11)(12)의 내측에 각각 연결공(13)을 펀칭가공하는 제3공정(S3); 제3공정(S3)에서 연결공(13)이 가공된 인장부(11)(12)를 너클부(10)에 대해 상부측으로 절곡되도록 1차벤딩 가공하는 제4공정(S4); 제4공정(S4)에서 1차벤딩된 인장부(11)(12)를 너클부(10)에 대해 수직되게 절곡되도록 2차벤딩 가공하는 제5공정(S5); 제3공정(S3)에서 피어싱 가공된 샤프트부(20)의 내주면을 스플라인 가공하는 제6공정(S6)이 포함되어 이루어진다.

Description

요크 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF FOR YOKE UNIVERSAL JOINT}

본 발명은 유니버셜 조인트에 사용되는 요크 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 요크의 포크부에 대한 가공시에 그라인더 등의 별도 연마기를 이용한 모서리 가공공정을 생략하고 곡면처리를 용이하게 할 뿐만 아니라, 성형부하 감소에 따른 금형 수명을 연장하고 버(bur)가 형성되는 것을 미연에 방지함으로써 작업성 및 생산성의 향상을 기대할 수 있는 요크 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 요크라 함은 자동차의 스티어링이나 엔진의 동력을 전달하는 추진축 등과 같이 회전되는 주축에 대하여 종동축이 동일선상에 있지 않고 소정각도 기울어지게 배치되거나 또는 동일선상에 배치되는 경우 주동축의 동력을 종동축에 원활히 전달하고자 하는 경우 주로 이용되는 것이다.

이러한 요크(yoke)는, 대부분 주철을 용해한 후 용해된 주철을 요크형상의 성형홈이 형성된 성형틀에 주입한 다음 일정 시간이 지난 후 성형틀의 성형홈에서 식혀진 요크를 얻게 되는 주물성형방식에 의해 제작되었다.

이에 따라, 주물성형방식에 의해 제작되는 대부분의 제품과 마찬가지로 내구성 내식성이 약해 비교적 작은 충격에도 쉽게 파손됨은 물론 부식이 잘 발생되고 요크의 제작이 적정크기 이하로는 제한되는 문제점이 있었다.

또한, 주물성형방식에 의해 제작되는 요크는 주물사를 이용하여 요크모양의 성형홈을 형성한 성형틀에 용해된 주철이 주입된 후 식어 제작됨으로 상기 성형홈에서 성형되는 요크의 표면이 거칠기 때문에 밀링 드릴링 커팅 연삭 절삭 팁핑 등과 같은 공정이 필연적으로 병행되어야함은 물론 이에 따른 가공 공정이 많아지고 요크 제작에 오랜 시간이 소요되며 그로 인해 제품의 가격이 높아 경쟁력이 저하되는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 주물성형방식에 의해 제작되는 요크의 단점인 내구성을 높여주기 위해서는 담금질이나 뜨임이나 불림 등과 같이 금속의 결정구조를 변화시켜 강도나 경도를 높여줌과 동시에 부식을 방지하기 위해 니켈 등으로 요크의 표면을 도금해야 하는 바, 이러한 공정 역시 요크의 가격을 상승시키는 원인이 되고 있다.

또한, 요크는 상부에 너클부를 형성하고 너클부 하부에 내면에 스플라인이 형성된 샤프트로 구성되는 바, 너클부 형상의 성형홈이 형성된 성형틀에 주물을 주입한 다음 일정 시간이 지난 후 성형틀의 성형홈에서 식혀진 너클부를 얻게 되는 주물성형방식에 의해 제작하고, 다시 중공의 파이프 내면에 스플라인이 형성된 샤프트를 제작하며 샤프트 상부와 너클부 하부를 용접하여 요크를 제작하는 공정에 의해 이루어진다.

이에 따라, 너클부와 샤프트를 용접에 의해 제작하는 종래의 요크는 별도의 장치에서 너클부와 샤프트를 제작하여야 하는 번거로움이 있고, 이로 인해 추가적인 설비가 필요하게 되고 이에 따른 설비비용이 가중됨은 물론 너클부와 샤프트와의 용접시에 발생되는 열에 의해 너클부 또는 샤프트의 뒤틀림 등과 같은 변형이 발생되는 문제점이 있으며, 너클부와 샤프트와의 용접부위가 취약하기 때문에 장기간 사용이 불가능한 문제점을 가지고 있다.

한편, 이러한 문제점을 해결하기 위해 다양한 요크 제조방법이 안출된 바 있다.

일예로, 등록특허 10-0971219호인 요크 제조공정이 안출된 바 있으며, 이는 변속기와 차동기어 사이에 장착되어 동력을 전달하는 역할을 하는 프로펠러 샤프트 부품의 요크를 제조하는 공정에 있어서, 원통형의 원자재를 열간단조 가능 온도로 가열하는 단계와, 상기 가열된 원자재를 제1금형에 놓고, 소성 가공하여 너클부와 축부가 형성된 1차 단조품을 성형하는 단계와, 상기 1차 단조품을 트리밍 금형의 하형부에 놓고 트리밍 금형의 상형부를 하강하여 생성된 잔류 스크랩 부분을 제거하는 단계와, 상기 1차 단조품을 식지 않은 고온 상태에서 제2금형의 하형에 놓고, 너클부를 제2금형의 상형으로 고정한 후에, 1차 단조품의 축부 바닥면은 가이드실린더와 접촉하며, 상기 가이드실린더는 중공부의 성형이 진행됨에 따라 상기 바닥면에 대해 일정한 압력을 가하면서 하방으로 이동함으로써 축부의 원주면이 하형 내면과 접촉한 상태로 2차 성형하는 단계와, 2차 단조품 중공부 성형시 끝단에 잔여물을 남겨두고 성형하는 단계 및 상기 잔여물을 제거하여 중공부 성형을 완성하는 단계로 이루어져 있다.

다른 예로서, 등록특허 10-0982725호인 요크제조방법이 안출된 바 있으며, 이는 두 개의 축 사이의 연결을 위해 상기 두개의 축 사이에 배치되되, 상기 두개의 축 중 어느 하나가 진퇴 가능하게 연결되도록 마련된 축부와, 상기 두개의 축 중 나머지 다른 하나가 회전가능하게 연결되도록 상기 축부 일단에 상기 축부와 일체로 형성되고 상호 대향되게 배치되는 한 쌍의 너클부를 구비하는 요크를 하나의 파이프소재를 가압변형시켜 제조하는 요크제조방법에 있어서, 상기 파이프소재의 일단부를 가압변형시켜 너클부형성부를 성형하는 너클부성형준비단계와, 상기 너클부형성부를 가압변형시켜 상기 한 쌍의 너클부를 성형하는 너클부성형단계를 포함하되, 상기 너클부형성부는 상호 대향되도록 배치되는 한 쌍의 신장예정부와 상기 신장예정부 사이를 연결하도록 상호 대향되게 배치되는 한 쌍의 유동예정부가 원주방향을 따라 상호 연이어 형성된 원통형상을 이루고, 상기 너클부성형단계에서는 상기 유동예정부 쪽이 상기 신장예정부 쪽으로 가압되어 유동됨과 동시에 상기 신장예정부가 길이방향으로 신장되면서 상기 너클부를 성형하도록 이루어져 있다.

이와 같은 종래 기술들은 요크를 제조함에 있어서, 주물방식과는 다른 방식으로 요크를 제조하도록 하고 있다.

그러나, 종래 기술들의 경우에는 너클부를 파이프소재의 일단부를 가압변형시켜 너클부형성부를 성형한 후에 다시 너클부를 형성하고 또한 너클부의 하부측에 형성되는 파이프소재 자체를 샤프트로 사용함에 따라 내구성이 크게 떨어지는 문제점이 있다.

더욱이, 종래 기술은 너클부를 형성한 다음 다시 형성된 너클부의 모서리를 그라인더 등으로 연삭 또는 연마하여 가공함에 따라 추가적인 가공공정에 따른 작업효율성 저하는 물론 작업성이 떨어지고 생산성이 크게 저하되는 문제점이 있다.

특히, 너클부의 추가공정에 따른 성형부하에 의해 금형수명이 단축되는 문제점이 있으며 너클부에 대한 내부 모서리의 추가적인 곡면처리는 물론 너클부에 결합공을 추가로 타공함에 따라 버(bur)가 발생되어 버 제거공정이 추가로 진행되어야 하는 등의 추가적인 공정이 많아 요크의 생산에 따른 작업효율성이 떨어지고 비경제적인 문제점이 있다.

대한민국등록특허 10-0971219호(2010.07.13 등록) 대한민국등록특허 10-0982725호(2010.09.10 등록)

본 발명은 종래 요크를 제조함에 있어서 야기되는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 요크의 제조과정이 프레스의 펀칭에 의한 벤딩가공을 통해 너클부가 형성되도록 하여 추가적인 공정이 생략되어 작업시간의 단축은 물론 작업성 및 생산성은 물론 생산효율성이 크게 향상될 수 있도록 한 요크 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명인 요크 제조방법은, 환봉의 원자재를 절단하여 튜브압출 성형하여 너클(knuckle)부와 샤프트(shaft)부가 형성되도록 요크성형부재를 가공하는 제1공정; 제1공정에서 가공된 요크성형부재의 너클부를 펀칭하여 너클부 양측에 각각 판상의 인장부를 가공하는 제2공정; 제2공정에서 인장부가 가공된 너클부측으로 샤프트부의 내부가 관통되도록 피어싱(piercing) 가공과 인장부의 내측에 각각 연결공을 펀칭가공하는 제3공정; 제3공정에서 연결공이 가공된 인장부를 너클부에 대해 상부측으로 절곡되도록 1차벤딩 가공하는 제4공정; 제4공정에서 1차벤딩된 인장부를 너클부에 대해 수직되게 절곡되도록 2차벤딩 가공하는 제5공정; 제5공정에서 피어싱 가공된 샤프트부의 내주면을 스플라인 가공하는 제6공정이 포함되어 이루어진다.

상기 제3공정 후 너클부의 가장자리를 코이닝(coining)하여 코이닝부를 형성하고 형성된 코이닝부를 트리밍(trimming) 가공하는 제7공정이 더 포함되어 이루어진다.

상기 코이닝부를 트리밍하는 트리밍가공공정은 펀칭프레스에 의해 이루어진다.

상기 제4공정의 1차벤딩가공된 요크성형부재의 인장부의 벤딩각도는 너클부에 대해 30° ~ 50°로 이루어진다.

본 발명은 환형의 원자재의 전방을 튜브압출하여 샤프트부와 너클부를 각각 성형하고 성형된 너클부를 프레스로 펀칭하고 벤딩하여 너클부의 인장부를 가공함으로써 주물방식으로 제조되는 요크의 제조방법에 따른 문제점을 해결함은 물론, 샤프트부와 너틀부가 하나의 환봉 원자재로 구성될 수 있어 내구성 향상은 물론, 제조과정이 간단하게 이루어짐에 따라 생산성 및 작업효율성의 증대를 가져오고, 성형부하 감소에 의한 금형 수명을 연장시킬 수 있을 분만 아니라, 제조공정 중의 버가 형성되는 것을 방지하여 그라인딩과 같은 추가공정이 생략되어 작업시간의 단축에 따른 경제적인 효율성을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명인 요크 제조방법의 제조공정을 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명인 요크 제조방법의 제1공정에 의해 가공된 요크성형부재의 구성을 나타낸 일부절개사시도이다.
도 3은 본 발명인 요크 제조방법의 제2공정에 의해 가공된 요크성형부재의 구성을 나타낸 일부절개사시도이다.
도 4는 본 발명인 요크 제조방법의 제3공정에 의해 가공된 요크성형부재의 구성을 나타낸 일부절개사시도이다.
도 5는 본 발명인 요크 제조방법의 제4공정에 의해 가공된 요크성형부재의 구성을 나타낸 일부절개사시도이다.
도 6은 본 발명인 요크 제조방법의 제5공정에 의해 가공된 요크성형부재의 구성을 나타낸 일부절개사시도이다.
도 7은 본 발명인 요크 제조방법의 제6공정에 의해 가공된 요크성형부재의 구성을 나타낸 일부절개사시도이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도시된 바와 같이 본 발명인 요크 제조방법은, 원자재를 가공하여 요크성형부재를 성형하는 제1공정(S1), 요크성형부재에 인장부를 가공하는 제2공정(S2), 너클부와 샤프트부 및 연결공을 관통하는 제3공정(S3), 1차벤딩하는 제4공정(S4), 2차벤딩하는 제5공정(S5), 스플라인 가공공정인 제6공정(S6)에 의해 이루어진다.

본 발명에서의 제1공정(S2) 내지 제6공정(S6)은 모두 프레스의 펀칭과 벤딩에 의해 가공됨으로써 종래 주물방식에 의해 요크를 제조함에 따라 야기되는 문제점을 해결할 수 있다.

더욱이, 원자재를 튜브압출한 후, 프레스 펀칭에 의해 각각의 가공공정을 통해 요크를 제조함에 따라 요크를 구성하는 샤프트부 및 너클부의 내구성이 크게 향상되어 장기간 사용에도 부식되거나 또는 인장부의 절곡된 부분이 떨어지거나 하는 것이 방지될 뿐만 아니라, 성형부하의 감소에 따른 금형 수명을 크게 연장할 수 있어 경제적인 측면에서 볼 때 매우 효율적이며, 샤프트부와 너클부가 하나의 원자재를 이용하여 일체로 가공성형됨에 따라 샤프트부와 너클부와의 용접에 의해 부착하용하는 종래 요크에 비해 내구성 및 견고성이 크게 향상된다.

본 발명인 제1공정(S1)은, 환봉의 원자재를 절단하여 튜브압출 성형하여 너클(knuckle)부(10)와 샤프트(shaft)부(20)가 형성되도록 요크성형부재(100)를 가공하는 공정이다.

즉, 원자재의 전방을 튜브압출 성형하여 도 2에 도시된 바와 같이 샤프트부(20)의 내부를 중공형성하는 공정은, 압출성형기를 이용하여 너클부(10)를 제외한 나머지 부분인 샤프트부(20)의 내부가 중공되도록 압출성형한다.

본 발명인 제2공정(S2)은, 제1공정(S1)에서 가공된 요크성형부재(100)의 너클부(10)를 펀칭하여 너클부 (10) 양측에 각각 판상의 인장부(11)(12)를 가공하는 공정이다.

상기 제2공정(S2)은, 상기 요크성형부재(100)의 너클부(10)를 인장부(11)(12)가 펀칭에 의해 성형되도록 성형금형이 구비된 펀칭프레스(미도시)의 하부에 위치한 후 펀칭프레스로 너클부(10)를 펀칭함으로써 상기 인장부(11)(12)가 판상으로 성형된다.

본 발명인 제3공정(S3)은, 제2공정(S2)에서 인장부(11)(12)가 가공된 너클부(10)측으로 샤프트부(20)의 내부가 관통되도록 피어싱(piercing) 가공과 인장부(11)(12)의 내측에 각각 연결공(13)을 펀칭가공하는 공정이다.

즉, 본 발명은 하나의 원자재를 이용하여 샤프트부(10)와 너클부(20)를 가공 성형하기 때문에 샤프트부(20)의 내부와 너클부(20)를 연결하기 위해서는 상기 제3공정(S3)을 통해 샤프트부(20)의 중공된 내부가 너클부(20)측으로 관통되도록 피어싱하는 것이다.

또한, 상기 연결공(13)은, 본 발명에 의해 제조되는 요크와 또 다른 요크가 서로 유니버셜 조인트로 연결될 때 조인트의 연결구가 각각 연결되는 수단이다.

이와 같이 본 발명은 각각의 공정들이 주물방식이 아닌 프레스의 펀칭과 벤딩에 의해 요크의 샤프트와 너클부가 가공되어 성형되기 때문에, 주물방식에 의해 제조되는 요크의 제조방법이 갖고 있는 문제점을 해결할 수 있음이 당연하다.

본 발명인 제4공정(S4)은, 제3공정(S3)에서 연결공(13)이 가공된 인장부(11)(12)를 너클부(10)에 대해 상부측으로 절곡되도록 1차벤딩 가공하는 공정이다.

상기 제4공정(S4)은, 제2공정(S2)에서 가공된 인장부(11)(12)를 너클부(10)에 대해 상부측으로 절곡되도록 벤딩프레스를 이용하여 1차벤딩 가공하는 것으로, 제4공정(S4)을 통해 인장부(11)(12)를 1차벤딩하는 이유는, 원자재의 재질이 경질인 경우에 해당되는 것으로, 예를 들어 원자재의 재질이 연질일 경우에는 상기 제4공정(S4)은 생략되어도 무방하다.

이 때, 상기 제4공정(S4)의 1차벤딩가공된 요크성형부재(100)의 인장부(11)(12)의 벤딩각도는 너클부(10)에 대해 30° ~ 50°로 이루어지는 것이 바람직하다.

이는, 이후의 공정에서 인장부(11)(12)를 수직되게 벤딩함이 용이하도록 하기 위함이다.

본 발명인 제5공정(S5)은, 제4공정(S4)에서 1차벤딩된 인장부(11)(12)를 너클부(10)에 대해 수직되게 절곡되도록 2차벤딩 가공하는 공정이다.

이때에도 벤딩프레스를 이용하여 2차벤딩하는 것으로, 2차벤딩에 의해 인장부(11)(12)가 너클부(10)에 대해 수직으로 절곡되어 가공됨에 따라 요크들의 연결작업시에 너클부(10)의 인장부(11)(12)가 각각 크로스 교차되어 연결된다.

본 발명인 제6공정(S6)은, 제3공정(S3)에서 피어싱 가공된 샤프트부(20)의 내주면을 스플라인 가공하는 공정이다.

상기 제6공정(S6)에서 샤프트부(20)의 내주면에 스플라인을 가공하는 이유는, 샤프트부(20)의 내주면에 구동장치의 연결축이 끼워져 결합됨으로써 구동장치의 연결축의 회전에 의해 샤프트부(20)가 회전됨이 가능하도록 하기 위함이다.

또한, 본 발명은 상기 제3공정(S3) 후 너클부(10)의 가장자리를 코이닝(coining)하여 코이닝부를 형성하고 형성된 코이닝부를 트리밍(trimming) 가공하는 제7공정(S7)이 더 포함되어 이루어진다.

이 때, 상기 제7공정(S7)의 트리밍가공공정은 펀칭프레스에 의해 이루어진다.

이에 따라, 너클부(10)의 가장자리에 대한 그라인더 가공 등이 생략될 수 있어 추가적인 연삭 또는 연마공정에 따른 작업시간의 지연을 미연에 방지할 수 있으며, 이에 따라 경제성 향상은 물론 작업성 및 작업효율성의 증대를 가져올 수 있다.

이와 같이 본 발명은 다양하게 변형실시가 가능한 것으로 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

10 : 너클부 11, 12 : 인장부
13 : 연결공 20 : 샤프트부
100 : 요크성형부재
S1 : 제1공정 S2 : 제2공정
S3 : 제3공정 S4 : 제4공정
S5 : 제5공정 S6 : 제6공정
S7 : 제7공정

Claims (4)

1. 환봉의 원자재를 절단하여 튜브압출 성형하여 너클(knuckle)부(10)와 샤프트(shaft)부(20)가 형성되도록 요크성형부재(100)를 가공하는 제1공정(S1);
   제1공정(S1)에서 가공된 요크성형부재(100)의 너클부(10)를 펀칭하여 너클부 (10) 양측에 각각 판상의 인장부(11)(12)를 가공하는 제2공정(S2);
   제2공정(S2)에서 인장부(11)(12)가 가공된 너클부(10)측으로 샤프트부(20)의 내부가 관통되도록 피어싱(piercing) 가공과 인장부(11)(12)의 내측에 각각 연결공(13)을 펀칭가공하는 제3공정(S3);
   제3공정(S3)에서 연결공(13)이 가공된 인장부(11)(12)를 너클부(10)에 대해 상부측으로 절곡되도록 1차벤딩 가공하는 제4공정(S4);
   제4공정(S4)에서 1차벤딩된 인장부(11)(12)를 너클부(10)에 대해 수직되게 절곡되도록 2차벤딩 가공하는 제5공정(S5);
   제3공정(S3)에서 피어싱 가공된 샤프트부(20)의 내주면을 스플라인 가공하는 제6공정(S6)이 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 요크 제조방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제3공정(S3) 후 너클부(10)의 가장자리를 코이닝(coining)하여 코이닝부를 형성하고 형성된 코이닝부를 트리밍(trimming) 가공하는 제7공정(S7)이 더 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 요크 제조방법.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제7공정(S7)의 트리밍가공공정은 펀칭프레스에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 요크 제조방법.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제4공정(S4)의 1차벤딩가공된 요크성형부재(100)의 인장부(11)(12)의 벤딩각도(a)는 너클부(10)에 대해 30° ~ 50°로 이루어지는 것을 특징으로 하는 요크 제조방법.

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