KR101539848B1

KR101539848B1 - 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징 제조방법

Info

Publication number: KR101539848B1
Application number: KR1020130107539A
Authority: KR
Inventors: 고석재
Original assignee: 고석재
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-07-27
Also published as: KR20150028642A

Abstract

본 발명은 플랜지가 스핀들 하우징의 일측 단부에 형성된 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징 제조방법에 관한 것으로, 일정길이로 절단되어 미리 설정된 온도로 가열된 봉형의 소재를 전용금형에 올려 놓고 가압하는 업셋공정(P10)과, 상기 소재를 하부금형(1)에 배치하고 상부금형(2)을 프레스로 가압하여 소재 상부 중앙에 1차 가압홈을 형성하는 버스터공정(P20)과, 상기 소재를 전용의 하부금형(3)에 넣고 상부금형(4)을 프레스로 가압하여 소재 상부 중앙에 2차 가압홈을 형성하는 브로커공정(P30)과, 상기 소재를 가압성형하여 스핀들 하우징 부분과 그 상부에 플랜지 부분이 일체로 된 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징 형상을 얻는 피니셔공정(P40)과, 관통홀을 형성하는 피어싱공정(P50), 및 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징에서 요구되는 기계적 특성을 얻기 위한 열처리공정과, 치수로 가공하는 기계가공공정(P60)을 포함하여 구성됨으로써, 상부에 플랜지가 일체로 형성된 스핀들 하우징을 일관 공정들로 얻게 되므로, 대량 생산이 가능하여 생산성이 크게 향상되고, 균일한 품질의 제품을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

플랜지부착 일체형 스핀들 하우징 제조방법{A MANUFACTURING PROCESS FOR SPINDLE HOUSING WITH INTEGRAL FLANGE}

본 발명은 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징 제조방법에 관한 것으로, 특히 스핀들 하우징의 직경보다 반경방향으로 확장되어 형성된 플랜지를 스핀들 하우징의 일측 단부에 일체로 구비하도록 단조가공하여 제조하는 개선된 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계의 스핀들이나 차량의 리어 엑슬의 구동축을 보호하기 위하여 스핀들 하우징을 사용한다. 이러한 스핀들 하우징은 축을 회전가능하게 지지하기 위한 것으로, 원통형의 형태를 갖는다.

이러한 스핀들 하우징은 하중지지 및 동력을 후륜으로 전달하기 위한 장치에 사용되는 주요한 부품으로, 일정한 강도와 내구성이 요구되며, 주로 단조 가공을 통해 제조한다.

상기한 스핀들 하우징의 종래 제조방법은 유압식 프레스를 사용하여 제조하는 공정 특성상, 제품 생산 속도가 늦어 제품의 생산성과 작업성이 떨어지고 이로 인해 제품 대량 생산이 어려운 문제가 있었다.

이에 대한 개선책으로 본 출원인은 2012.02.24. 등록된 한국 특허 제10-1122876호에서 "기계식 프레스를 이용한 스핀들 하우징 제조방법"을 제안하여 기계식 프레스 사용을 통해 스핀들 하우징을 제조하여 제품의 생산성을 향상시키고, 특정 비율에 따른 프레싱 가공을 통해 제품의 강도 및 내구성을 높일 수 있도록 하였다.

이러한 스핀들 하우징은 사용시에 프레임과 같은 다른 부품들에 설치하여 사용되며, 이를 위하여 볼트 체결을 위한 홀들이 형성된 플랜지를 필요로 한다.

이러한 스핀들 하우징에 플랜지를 상부에 형성한 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징은, 도 1과 2에서 개략적으로 도시된 바와같이 원기둥형태의 스핀들하우징 소재와, 플랜지용의 환상의 소재를 각각 전용의 금형들에 배치하여 프레스로 업셋공정과, 버스터공정과, 브로커공정과, 피니셔공정과, 피어싱공정 및 기계가공공정을 거쳐 스핀들 하우징과 플랜지를 별도로 성형하고, 도 3에 도시된 바와같이 플랜지를 스핀들 하우징 일측 단부, 도면에서 상부 외측에 용접하여 제조하게 된다.

그러나, 종래 기술에서와 같이 플랜지를 별도로 제조하여 스핀들 하우징의 일측 단부, 즉 도면에서 상부에 용접하여 일체화하여 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징을 생산하는 것은, 2개의 부품을 별도로 단조 프레스를 사용하여 단조 및 기계가공하고 용접해야 하므로 생산속도가 늦어 대량 생산이 어려운 문제와, 플랜지와 스핀들 하우징의 품질 균일성을 얻기 어려운 문제, 플랜지를 스핀들 하우징에 용접함에 따른 용접 결함과 숙련된 용접 기능인력을 확보해야 하는 어려움이 있었다.

이에 대하여 스핀들 하우징과 그 일측에 플랜지를 일체로 단조가공할 수 있는 스핀들 하우징의 제조방법에 대한 개선이 요망되었다.

한국 특허 제10-1122876호 (2012.02.24. 등록)

본 발명은 상기한 종래 플랜지를 구비한 스핀들 하우징의 제조방법에 대한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 스핀들 부분의 후방 압출 성형 방식을 적용하면서 플랜지를 스핀들 하우징의 일측 단부에 동시에 성형할 수 있도록 여러 공정간의 체적 분배기술을 적용하여 수직 단조 성형으로 플랜지가 일측 단부에 일체로 형성된 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징의 제조방법의 제공을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징 제조방법은, 플랜지가 스핀들 하우징의 일측 단부에 일체로 형성된 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징 제조방법에 있어서, 일정길이로 절단되어 미리 설정된 온도로 가열된 봉형의 소재를 전용금형에 올려 놓고 가압하는 업셋공정(P10)과, 상기 업셋공정에서 얻은 소재를 하부금형에 배치하고 상부금형을 프레스로 가압하여 소재 상부 중앙에 1차 가압홈을 형성하는 버스터공정(P20)과, 상기 버스터 공정을 거친 소재를 전용의 하부금형에 넣고 상부금형을 프레스로 가압하여 소재 상부 중앙에 2차 가압홈을 형성하는 브로커공정(P30)과, 상기 브로커공정을 거친 소재를 하부금형에 넣고, 요구되는 스핀들 하우징에서 상부에 형성될 플랜지 형상을 갖고 플랜지를 형성하는 상부금형과, 사용시 스핀들이 배치되는 관통홀을 위한 최종 가압홈을 형성하도록 상부금형을 상기 상부금형 속에 배치시켜 프레스로 가압하여 스핀들 하우징 부분과 그 상부에 플랜지 부분이 일체로 된 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징 형상을 얻는 피니셔공정(P40)과, 상기 피니셔 공정에서 가압홈의 하단부가 막힌 형태로 상부에는 플랜지가 형성된 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징의 형상을 갖는 소재를 하부금형에 넣고 상부금형을 프레싱하여 최종 가압홈의 막힌 하단부를 관통하여 스핀들이 배치될 관통홀을 형성하는 피어싱공정(P50), 및 상기 피어싱공정에서 상부에 플랜지가 일체로 형성되고 관통홀이 형성된 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징에서 요구되는 기계적 특성을 얻기 위한 열처리공정과, 치수로 가공하는 기계가공공정(P60)을 포함하며, 상기 버스터공정과 브로커공정 및 피니셔공정들에서 상부 금형을 가압함에 따라 스핀들 하우징 부분들에서의 재료가 점차 상부로 유동하여 플랜지를 형성하도록 피니셔공정과 비교하여 공정별로 소재의 체적이 분배되어 성형되도록 하는 것을 특징으로 하여 구성된다.

상부 금형을 가압함에 따라 스핀들 하우징 부분들에서의 재료가 상부로 유동하여 플랜지를 형성하기 위한 공정별 체적 분배에 의한 성형은, 가열된 소재를 1차 가압하는 업셋공정에서는 가압된 소재 최대 외경을 차기의 버스터공정의 스핀들 하우징의 샤프트 외경보다 1mm ~ 2mm 작도록 성형하고, 상기 버스터공정에 의한 1차 및 브로커공정에 의한 2차 가압홈의 깊이를 피니셔공정에서 얻어지는 깊이와 비교하여 각각 15% ~ 25%, 55% ~ 65%로 되도록 성형하며, 상기 브로커공정(P30)에서 성형되는 소재의 상부에 해당하는 대단부의 체적이 피니셔 대단부 체적의 75% ~ 85%가 되도록 성형하는 것을 포함한다.

상기 기계가공공정(P60)전에는 피어싱공정에서 상부에 플랜지가 일체로 형성되고 관통홀이 형성된 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징에서 요구되는 기계적 특성을 얻기 위한 열처리공정을 거치는데 1차 ?칭(Quenching)으로 800~900℃에서 80~100분간 유지되게 하고, 2차 템퍼링(Tempering) 으로 500~650℃에서 100~150분간 유지하여 수행한다.

상기 업셋공정에서 부터 브로커공정까지 소재 온도를 1100 ~ 1250℃로 유지하고, 피니셔공정에서 피어싱공정까지 소재 온도를 950 ~ 1100℃로 유지하여 열간 단조가공한다.

이와 같이 본 발명에 따라 공정간 체적분배기술을 적용한 제조방법에 따라, 종래 기술에서와 같이 별도의 플랜지를 성형 및 용접에 의해 스핀들 하우징에 형성하지 않고도, 상부에 플랜지가 일체로 형성된 스핀들 하우징을 일관 공정들로 얻게 되므로, 대량 생산이 가능하여 생산성이 크게 향상되고, 균일한 품질의 제품을 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 스핀들 하우징의 단조 프레스가공 공정을 개략적으로 도시한 공정도.
도 2는 종래 스핀들 하우징을 프레임에 체결고정하기 위한 플랜지를 단조가공하는 공정을 보여주는 개략적인 공정도.
도 3은 도 1에 의한 스핀들 하우징과 도 2의 플랜지를 용접하여 제조하는 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징의 단면도.
도 4는 본 발명에 따라 플랜지가 스핀들 하우징의 상부에 일체로 형성된 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징의 제조방법을 보여주는 공정도.

이하에서는 본 발명에 대한 실시예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4에 도시된 바와같이, 본 발명에 의한 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징의 제조방법은, 가열된 봉형의 소재를 전용금형에서 기계식 프레스를 이용하여 프레싱하는 업셋공정(P10)과, 버스터공정(P20)과, 브로커공정(P30)과, 피니셔공정(P40)과, 피어싱공정(P50) 및 기계가공공정(P60)을 포함하여 이루어진다.

상기한 공정들은 수직 단조성형으로 수행되며, 이때 소재들은 최종적으로 스핀들 하우징의 일측, 도면에서는 상부에서 플랜지가 형성되도록 소재에서 상부 금형에 의해 홈으로 부터 시작하여 관통홀이 성형되는 각 공정에서의 소재의 체적을 최종 피니셔 단계와 비교하여 적절히 분배되게 하여 수행한다.

이와 같이 피니셔 단계와 비교하여 각 공정에서의 소재의 체적이 적절히 분배되게 성형함으로써, 봉상의 소재로 부터 성형공정을 거치면서 점차적으로 소재의 일부분이 상부로 유동하여 스핀들 하우징 상부에 일체로 플랜지가 형성되도록 하기 위한 본 발명의 핵심적 기술로서 공정간의 체적 분배기술이라 한다. 이러한 소재의 체적 분배는 본 명세서에서 스핀들 하우징으로 성형되는 소재의 외경과 소재에 형성되는 관통홀을 위한 홈의 깊이로 표현된다.

상기 업셋공정(P10)에서는 일정길이로 절단된 봉형의 소재를 1150 ~ 1250℃로 가열하여 전용금형에 올려 놓고 가압된 소재의 최대 외경이 후술하는 차기공정(버스터공정)의 스핀들 하우징의 샤프트 외경보다 1mm ~ 2mm 작도록 성형한다. 따라서, 차기 공정에서 스핀들 하우징의 샤프트 외경이 증가하게 되는데, 이것은 후술하는 버스터공정과 브로커공정에서 상부금형에 의해 스핀들 하우징에 관통홀을 형성하는 동안 재료가 측방으로 밀려남에 따라 이루어진다.

버스터공정(P20)에서는, 상기 전용의 하부금형(1)에 배치된 가열된 소재를 상부금형(2)을 프레스로 가압하여 프레싱하여 소재 상부 중앙에 1차 가압홈을 형성하며, 이때 소재의 샤프트 외경은 차기 공정(브로커공정)의 스핀들 하우징 외경보다 1mm ~ 2mm 작도록 하고, 상부금형에 의해 형성되는 1차 가압홈 깊이를 피니셔공정에서 얻어지는 깊이의 15% ~ 25% 수준으로 한다. 이때의 소재 온도는 1150 ~ 1200℃로 유지되게 한다.

상기 브로커공정(P30)에서는, 전술한 버스터 공정을 거친 소재를 전용의 하부금형(3)에 넣고 상부금형(4)을 프레스로 가압하여 프레싱하여 소재 상부 중앙에 2차 가압홈을 형성하며, 이때 성형되는 소재의 상부에 해당하는 대단부의 체적이 피니셔 대단부 체적의 75% ~ 85%가 되도록 하며, 이때 소재의 외경도 피니셔 공정의 스핀들 하우징의 외경보다 1mm ~ 2mm 작도록 하고, 2차 가압홈의 깊이를 피니셔공정에서 얻어지는 깊이의 55% ~ 65% 수준이 되도록 한다. 이때의 소재 온도는 1100 ~ 1150℃로 유지되게 한다.

피니셔 공정(P40)에서는, 브로커공정을 거친 소재를 요구되는 스핀들 하우징과 그 상부에 일체로 된 플랜지 형상의 윤곽을 갖는 하부금형(5)에 넣고 플랜지 형성을 위한 상부금형(6)과, 사용시 스핀들이 배치되는 관통홀을 위한 최종 가압홈을 형성하도록 상부금형(7)을 상부금형(6) 속에 배치시켜 프레스로 가압하여 프레싱함으로써, 스핀들 하우징 부분과 그 상부에 플랜지 부분이 일체형으로 성형되며, 이때 상기 가압홈은 하단부에서 막힌 형태로 된다. 이때의 소재 온도는 1050 ~ 1100℃로 유지되게 한다.

피어싱공정(P50)에서는, 전술한 피니셔 공정에서 가압홈의 하단부가 막힌 형태로 상부에는 플랜지가 형성된 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징의 형상을 갖는 소재를 하부금형(8)에 넣고 상부금형(9)을 프레싱하여 막힌 하단부를 관통하여 스핀들이 배치될 관통홀을 형성한다. 이때의 소재 온도는 950 ~ 1050℃로 유지되게 한다.

최종적인 기계가공공정(P60)에서는 전술한 피어싱공정에서 상부에 플랜지(11)가 일체로 형성되고 관통홀이 형성된 스핀들 하우징(10)에서 요구되는 기계적 특성을 얻기 위한 열처리공정으로 1차 ?칭(Quenching)으로 800~900℃에서 80~100분간 유지되게 하고, 2차 템퍼링(Tempering) 으로 500~650℃에서 100~150분간 유지하여 수행하고, 그런 다음 요구되는 정밀 치수를 얻도록 연삭, 선삭, 밀링, 고주파 열처리 등의 기술을 이용하여 가공한다.

본 발명에서 업셋공정에서 부터 브로커공정까지는 소재를 1100 ~ 1250℃로, 피니셔공정에서 피어싱공정까지는 소재를 950 ~ 1100℃로 유지하면서, 버스터공정과 브로커공정 및 피니셔공정의 각 공정에서의 체적 분배에 따른 열간 단조성형에 의해 버스터공정에 의한 1차 가압홈 및 브로커공정에 의한 2차 가압홈의 깊이를 피니셔공정에서 얻어지는 깊이와 비교하여 각각 15% ~ 25%, 55% ~ 65% 수준이 되도록 하여 공정을 거치면서 스핀들 하우징 부분에서의 재료가 점차로 상부, 즉 스핀들 하우징에 상부 금형에 의해 관통홀이 형성되는 동안 재료가 스핀들 하우징의 상대적으로 직경이 큰 상부로 유동하여 플랜지가 일체로 형성된 스핀들 하우징이 얻어진다.

상기한 공정들에서의 온도 범위의 하한값보다 낮은 온도에서는 재료의 유동성이 확보되지 못하여 상부에 플랜지가 형성되지 못하고, 상기한 온도범위 보다 높은 온도에서는 제품의 기계적 성질 및 원재료의 고유 품질이 손상되어 요구되는 정밀도의 제품을 얻기 어려운 문제가 발생된다.

또한, 버스터공정과 브로커공정에 의한 1차 및 2차 가압홈의 깊이를 피니셔공정에서 얻어지는 깊이와 비교하여 각각 15% ~ 25%, 55% ~ 65%로 한정한 것은, 예를들어 버스터 공정에서 하한값 보다 낮은 깊이로 1차 가압홈을 형성하게 되면, 후속되는 브로커공정에서는 더 큰 깊이로 2차 가압홈을 형성하여야 하는데, 이 경우 재료 유동성이 이러한 공정에 따르지 못하여 플랜지가 상부에 형성되지 않거나 재료의 균열과 같은 품질 하자가 발생될 수 있기 때문이며, 상한값보다 더 크게 되면 이 경우 성형 형상의 왜곡 및 상부 가압홈 성형 금형의 파손등이 발생하여 차기공정으로의 순조로운 연결이 어려워진다.

본 발명에 따라 가열된 소재를 업셋공정(P10), 버스터공정(P20), 브로커공정(P30), 피니셔 공정(P40), 피어싱공정(P50) 및 최종적인 기계가공공정(P60)까지 일관 공정들로 플랜지가 일측 단부, 도면에서 상부에 일체로 형성된 스핀들 하우징을 얻을 수 있게 되므로 대량 생산이 가능하고, 이로써 생산성이 향상되며, 균일한 품질의 제품을 얻을 수 있게 된다.

본 발명은 상기한 구체적인 실시예를 들어 설명되었지만, 당업자에 의해 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능하며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정된다.

본 발명은 내부의 관통홀에 회전가능하게 배치되는 구동축을 보호하기 위한 스핀들 하우징을 열간 단조성형하는 기술에 적용하여 효율적이고 균일한 제품 생산에 이용할 수 있다.

1, 3, 5, 8 ; 하부금형 2, 4, 6, 7, 9 : 상부금형
10 : 스핀들 하우징 11 : 플랜지
P10 : 업셋공정 P20 : 버스터공정
P30 : 브로커공정 P40 : 피니셔공정
P50 ; 피어싱공정 P60 : 기계가공공정

Claims

플랜지가 스핀들 하우징의 일측 단부에 형성된 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징 제조방법에 있어서,
일정길이로 절단되어 미리 설정된 온도로 가열된 봉형의 소재를 전용금형에 올려 놓고 가압하는 업셋공정(P10)과,
상기 업셋공정에서 얻은 소재를 하부금형(1)에 배치하고 상부금형(2)을 프레스로 가압하여 소재 상부 중앙에 1차 가압홈을 형성하는 버스터공정(P20)과,
상기 버스터 공정을 거친 소재를 전용의 하부금형(3)에 넣고 상부금형(4)을 프레스로 가압하여 소재 상부 중앙에 2차 가압홈을 형성하는 브로커공정(P30)과,
상기 브로커공정을 거친 소재를 하부금형(5)에 넣고, 요구되는 스핀들 하우징에서 상부에 형성될 플랜지 형상을 갖고 플랜지를 형성하는 상부금형(6)과, 사용시 스핀들이 배치되는 관통홀을 위한 최종 가압홈을 형성하도록 상부금형(7)을 상기 상부금형(6) 속에 배치시켜 프레스로 가압하여 스핀들 하우징 부분과 그 상부에 플랜지 부분이 일체로 된 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징 형상을 얻는 피니셔공정(P40)과,
상기 피니셔 공정에서 가압홈의 하단부가 막힌 형태로 상부에는 플랜지가 형성된 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징의 형상을 갖는 소재를 하부금형(8)에 넣고 상부금형(9)을 프레싱하여 최종 가압홈의 막힌 하단부를 관통하여 스핀들이 배치될 관통홀을 형성하는 피어싱공정(P50), 및
상기 피어싱공정에서 상부에 플랜지가 일체로 형성되고 관통홀이 형성된 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징에서 요구되는 기계적 특성을 얻기 위한 열처리공정과, 치수로 가공하는 기계가공공정(P60)을 포함하며,
상기 버스터공정과 브로커공정 및 피니셔공정들에서 상부 금형을 가압함에 따라 스핀들 하우징 부분들에서의 재료가 점차 상부로 유동하여 플랜지를 형성하도록 피니셔공정과 비교하여 공정별로 소재의 체적이 분배되어 성형되도록 하는 것을 특징으로 하는 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징 제조방법.
제 1항에 있어서, 상부 금형을 가압함에 따라 스핀들 하우징 부분들에서의 재료가 상부로 유동하여 플랜지를 형성하기 위한 공정별 체적 분배에 의한 성형은, 가열된 소재를 1차 가압하는 업셋공정에서는 가압된 소재 최대 외경을 차기의 버스터공정의 스핀들 하우징의 샤프트 외경보다 1mm ~ 2mm 작도록 성형하고, 상기 버스터공정에 의한 1차 및 브로커공정에 의한 2차 가압홈의 깊이를 피니셔공정에서 얻어지는 깊이와 비교하여 각각 15% ~ 25%, 55% ~ 65%로 되도록 성형하며, 상기 브로커공정(P30)에서 성형되는 소재의 상부에 해당하는 대단부의 체적이 피니셔 대단부 체적의 75% ~ 85%가 되도록 성형하는 것을 특징으로 하는 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 브로커공정(P30)에서 성형되는 소재의 상부에 해당하는 대단부의 체적이 피니셔 대단부 체적의 75% ~ 85%가 되도록 성형하는 것을 특징으로 하는 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징 제조방법.
제 3항에 있어서, 상기 기계가공공정(P60)에서는 피어싱공정에서 상부에 플랜지가 일체로 형성되고 관통홀이 형성된 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징에서 요구되는 기계적 특성을 얻기 위한 열처리공정으로 1차 ?칭(Quenching)으로 800~900℃에서 80~100분간 유지되게 하고, 2차 템퍼링(Tempering)으로 500~650℃에서 100~150분간 유지하여 수행하는 것을 특징으로 하는 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징 제조방법.
제 3항에 있어서, 상기 업셋공정에서 부터 브로커공정까지 소재 온도를 1100 ~ 1250℃로 유지하고, 피니셔공정에서 피어싱공정까지 소재 온도를 950 ~ 1100℃로 유지하여 열간 단조가공하는 것을 특징으로 하는 플랜지부착 일체형 스핀들 하우징 제조방법.