KR101580146B1

KR101580146B1 - 자동차 조향장치용 샤프트 조인트의 요크부 성형방법

Info

Publication number: KR101580146B1
Application number: KR1020140067300A
Authority: KR
Inventors: 김정현
Original assignee: (주)성진포머
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2014-06-03
Publication date: 2016-01-04
Also published as: KR20150139164A; WO2015186903A1

Abstract

본 발명은 자동차 조향장치용 샤프트 조인트 일측 단부에 요크부를 성형하되, 요크부성형을 위한 압출펀치의 단조압출하중을 감소시켜 압출펀이의 사용수명을 연장시킬 수 있게 한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일정길이로 절단된 소재를 다이스에 공급, 펀치로 가압하여 소재 일측에 면취부를 성형하는 면취성형공정과, 상기 소재를 이송하여 압출성형다이스에 공급, 펀치로 가압하여 샤프트와 머리부가 형성되게 하는 압출성형공정과, 상기 소재를 이송하여 예비성형다이스에 공급, 펀치로 가압하여 샤프트 일측에 예비요크를 성형하는 예비성형공정과, 상기 소재를 이송하여 요크성형다이스에 공급, 펀치로 가압하여 샤프트 일측에 요크부를 성형하되, 상기 요크부 성형시 각형 펀치를 사용하여 성형되는 요크부 내에 각형의 경사면이 성형되게 함으로서 펀치의 가압하중을 줄여 펀치금형의 내구성이 향상되도록 하는 요크부 성형공정과, 상기 소재를 스플라인 성형다이스에 공급, 펀치로 가압하여 샤프트에 스플라인을 성형하는 스플라인 성형공정으로 제조되게 한 것이다.

Description

자동차 조향장치용 샤프트 조인트의 요크부 성형방법{YOKE FORMING METHOD OF SHAFT JOINT FOR AUTOMOBILE STEERING SYSTEM}

본 발명은 자동차 조향장치용 샤프트 조인트의 요크부 성형방법에 관한 것으로서, 특히 샤프트 조인트에 구성되는 요크부 성형을 위한 압출펀치의 형상을 각형으로 변경하여 단조압출 하중을 감소시킴과 동시에, 압출펀치의 사용수명을 연장시킬 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 자동차 조향장치는 운전자의 조작에 의해 방향을 전환하기 위한 스티어링휠과, 상기 스티어링휠 하부에 설치되는 스티어링칼럼과, 스티어링휠의 회전운동을 직선운동으로 전환시킴과 동시에 타이어의 방향을 변경시키는 기어박스와, 스티어링칼럼에 전달된 회전력을 기어박스로 전달하기 위한 유니버설 조인트로 구성된다.

상기 유니버설 조인트는, 샤프트 조인트와 샤프트 조인트에 회전력을 전달하는 파이프 조인트로 구성되며, 이때 샤프트 조인트 외면에 요철형태로 구성된 스플라인이 파이프 조인트 내면에 요철형태로 구성된 스플라인에 끼워져 결합되어 있어 회전력을 전달하면서 축방향으로 이동할 수 있게 구성된다.

상기 샤프트 조인트 및 파이프 조인트 단부에는 요크를 구성하되, 샤프트 조인트에 구성된 요크는 스티어링칼럼에, 파이프조인트에 구성된 요크는 기어박스에 연결되며, 상기 유니버설 조인트를 구성하는 샤프트 조인트 및 파이프 조인트는 냉간단조공정을 통하여 성형되고 있다.

냉간단조공정을 통하여 성형되는 샤프트 조인트에 관한 선행기술을 검토하여 보면, 특허공개번호 10-2000-0058458호 "자동차의 조향장치용 스티어링 요크의 제조방법"(특허문헌 1)과, 특허공개번호 10-2006-0116099호 "자동차용 유니버설 조인트 및 제조방법"(특허문헌 2) 등이 제공된바 있다.

상기 특허문헌 1의 기술내용을 검토하여 보면 환봉소재 준비공정과 원소재 절단 및 사전처리공정과, 축부를 성형하는 전방압출공정과, 요크부를 성형하는 후방압출공정과 세레이션부 성형공정과 후가공공정으로 자동차의 조향장치용 스티어링요크를 제조하게 된다.

특허문헌 2에 게재된 샤프트 조인트 제조과정을 보면 소정의 길이와 외경을 갖는 소재를 금형의 역할을 수행하는 다이스에 삽입하고, 펀치에 가압소성변형시켜 샤프트부와 요크부를 일체형으로 성형하는 샤프트 조인트 성형공정, 상기 샤프트 조인트의 요크부에 다른 조인트를 연결하기 위한 홀가공공정, 상기 샤프트부의 외측면에 기어를 성형하는 공정으로 샤프트 조인트를 제조한다는 것이다.

상기 특허문헌 1 및 특허문헌 2에서 조향장치용 샤프트 조인트를 단조공정을 통하여 단계별로 샤프트 조인트를 성형한다는 것은 일반적인 제조공정과 다를바 없다.

상기 샤프트 조인트 제조과정에서 샤프트 단부에 구성되는 요크부 성형과정을 검토하여 보면 펀치다이로 요크부를 성형하되, 특허문헌 1의 경우 펀치다이 선단부의 형상이 평활하게 구성되어 있어, 펀치다이로 요크부 성형을 위하여 소재를 가압할때 단조압력하중이 높아지게 될 뿐 아니라 펀치다이에 전가되는 압력이 가중되어 사용수명이 단축되는 단점이 있다.

또한 특허문헌 2의 경우 펀치다이 선단부의 형상이 라운드형으로 구성되어 있어, 펀치다이로 소재를 가압할때 역시 단조압력하중이 높아지게 되고, 따라서 펀치다이의 사용수명이 단축되는 등의 단점이 있는 것이었다.

특허공개번호 10-2000-0058458호 "자동차의 조향장치용 스티어링 요크의 제조방법" 특허공개번호 10-2006-0116099호 "자동차용 유니버설 조인트 및 제조방법"

본 발명은 이러한 종래의 제반 단점을 시정하고자, 자동차 조향장치용 샤프트 조인트 일측 단부에 요크부를 성형하되, 요크부성형을 위한 압출펀치의 단조압출하중을 감소시켜 압출펀치의 사용수명을 연장시킬 수 있게 한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일정길이로 절단된 소재를 다이스에 공급, 펀치로 가압하여 소재 일측에 면취부를 성형하는 면취성형공정과, 상기 소재를 이송하여 압출성형다이스에 공급, 펀치로 가압하여 샤프트와 머리부가 형성되게 하는 압출성형공정과, 상기 소재를 이송하여 예비성형다이스에 공급, 펀치로 가압하여 샤프트 일측에 예비요크부를 성형하는 예비성형공정과, 상기 소재를 이송하여 요크성형다이스에 공급, 펀치로 가압하여 샤프트 일측에 요크부를 성형하되, 상기 요크부 성형시 다각형 펀치를 사용하여 성형되는 요크부 내에 각형의 경사면이 성형되게 함으로서, 펀치의 가압하중을 줄여 펀치금형의 내구성이 향상되도록 하는 요크성형공정과, 상기 소재를 스플라인 성형다이스에 공급, 펀치로 가압하여 샤프트에 스플라인을 성형하는 스플라인 성형공정으로 제조되게 한 것이다.

본 발명은 일정길이로 절단된 소재를 다이스에 공급, 펀치로 가압하여 소재 일측에 면취부를 성형하는 면취성형공정과, 상기 소재를 이송하여 압출성형다이스에 공급, 펀치로 가압하여 샤프트와 머리부가 형성되게 하는 압출성형공정과, 상기 소재를 이송하여 예비성형다이스에 공급, 펀치로 가압하여 샤프트 일측에 예비요크부를 성형하는 예비성형공정과, 상기 소재를 이송하여 요크성형다이스에 공급, 펀치로 가압하여 샤프트 일측에 요크부를 성형하되, 상기 요크부 성형시 다각형 펀치를 사용하여 성형되는 요크부 내에 각형의 경사면이 성형되게 하는 요크성형공정과, 상기 소재를 스플라인 성형다이스에 공급펀치로 가압하여 샤프트에 스플라인을 성형하는 스플라인 성형공정으로 샤프트 조인트가 제조되게 함으로서, 요크부 성형을 위한 압출펀치의 단조압출하중을 감소시켜 압출펀치의 사용수명을 연장시킬 수 있게 되는 등의 효과가 있는 것이다.

도 1 : 본 발명 포밍공정의 블럭도
도 2 : 본 발명을 위하여 절단된 소재의 상태도
도 3 : 도 2의 소재 일측에 면취부를 성형한 상태도
도 4 : 도 3의 소재 일측에 머리부를 성형한 상태도
도 5 : 도 4의 소재 일측에 구성된 머리부에 예비요크부를 성형한 상태도
도 6 : 도 5의 소재 일측에 구성된 예비요크부에 요크부를 성형한 상태도
도 7 : 도 6의 소재를 구성하는 샤프트에 스플라인을 성형한 상태도
도 8 : 본 발명 요크부 성형시 사용한 각형펀치의 구성도

이하 본 발명의 실시예를 첨부도면에 따라 공정별로 상세히 설명한다.

본 발명은 자동차 조향장치용 샤프트 조인트의 요크부 성형방법에 관한 것으로서, 포밍기 일측에서 공급되어 오는 재료를 원하는 길이로 절단하여 소재를 얻고, 상기 절단된 소재를 포밍기를 이용하여 면취성형공정(S1)과, 압출성형공정(S2)과, 예비성형공정(S3)과, 요크성형공정(S4)과, 스플라인 성형공정(S5)을 통하여 자동차 조향장치용 샤프트 조인트를 성형하되, 특히 요크성형공정(S4)에서 펀치에 전가되는 하중을 줄여 펀치금형의 사용수명을 연장시킬 수 있게 한다는 것이다.

본 발명에서 제공하고자 하는 샤프트 조인트(10)의 제조과정을 설명한다.

도 2 내지 도 7은 자동차 조향장치용 샤프트 조인트(10)의 제조과정을 설명하기 위한 과정을 도시한 도면으로서, 포밍기를 이용하여 냉간단조공정을 단계적으로 시행하여 제조한다.

도 2는 포밍기(도시안됨) 일측에서 공급되어 오는 재료를 절단기를 이용, 일정한 길이로 절단한 소재(20)의 상태이다.

상기 소재의 절단길이는 성형하고자 하는 샤프트 조인트(10)의 길이와 체적을 계산하여 정확한 길이로 절단한다.

상기에서 절단된 소재(20)는 포밍기에 구성된 이송장치를 통하여 면취성형공정에 구성된 면취성형 다이스(도시안됨) 전방으로 이송공급되게 한 다음, 펀치로 가압하여 소재(20) 선단부에 소재(20)의 직경보다 작은 사다리꼴 형상의 면취부(21)를 성형한다.(면취부 성형공정(S1))

상기 면취부(21)는 뒷공정인 압출성형공정(S2)에서 소재(20)가 면취부(21)를 통하여 다이스 내에 삽입, 압출성형이 용이하게 이루어질 수 있게 하는 것이다.

면취부(21)가 형성된 소재(20)는 이송장치를 통하여 일측에 구성된 압출성형다이스(도시안됨) 전방에 위치되게 한 다음 펀치로 가압하여, 소재(20)가 길게 압출되면서 소재(20)의 직경보다 작은 샤프트(30)와 샤프트(30)의 직경보다 큰 머리부(31)가 성형되게 하는 압출성형공정(S2)을 시행하게 되며, 이때 샤프트(30)와 머리부(31) 사이에는 경사면(32)이 형성되게 한다.

압출성형공정(S2)을 마친 소재는 다시 이송장치를 통하여 일측에 구성된 예비성형다이스(도시안됨) 전방으로 이송되게 한 다음, 펀치로 가압하여 샤프트(30) 선단부에 압출성형공정(S2)에서 성형된 머리부(31)가 가압되면서 예비요크부(40)가 성형되게 하는 예비성형공정(S3)을 시행하게 되며, 이때 예비요크부(40) 중심부에는 요입홈(41)이 형성되게 하고, 예비요크부(40)와 샤프트(30)의 연결부에는 곡면부(42)가 형성되게 한다.

상기에서 예비요크부(40)에 구성된 요입홈(41)은 뒷공정에서 이루어지는 요크성형공정(S4)에서 다각형 펀치에 의해 성형되는 요크부의 성형작업이 원활하게 이루어질 수 있게 하는 것이다.

또한 압출성형공정(S2)에서 샤프트(30) 일측에 머리부(31)가 성형되게 한 다음 다시 예비성형공정(S3)에서 머리부(31)보다 직경이 큰 예비요크부(40)가 단계적으로 성형되게 함으로서, 냉간단조로 성형되는 소재에 급격한 변형에 따른 피로도를 줄일수 있게 된다.

예비성형공정(S3)에서 샤프트(30) 일측에 예비요크부(40)가 형성된 소재를 다시 이송장치를 통하여 요크성형다이스(도시안됨) 전방으로 이송시킨 다음, 다각형 펀치(70)로 가압성형하여 샤프트(30) 일측에 각형요입부(51)가 형성된 요크부(50)가 성형되고, 상기 각형요입부(51)에는 경사면(52)과 평면(53)이 형성된다.

상기에서 사용되는 다각형 펀치(70)는 도 8에서와 같이 본체(71) 선단부에 1차경사면(72)과 2차경사면(73)이 다단으로 구성되게 하되, 수평부(75)에 구성된 1차경사면(72)에 의해 침상돌부(74)가 구성되게 하고, 상기 침상돌부(74)는 다각형 펀치(70) 선단중앙부에 구성되게 하여 다각형 펀치(70)로 요크부(50)를 성형할때 펀치금형에 전가되는 압력을 감소시켜 사용수명을 증대시킴과 동시에, 요크부(50)의 원활한 성형이 이루어질 수 있게 한다.

상기에서 다각형 펀치(70)에서 가압력을 감소시키기 위한 2차경사면(73)의 경사각은 40~50°정도, 바람직하게는 45°가 적합하다.

상기에서 경사각의 각도가 40°이하이면 펀치에 가해지는 하중이 증가하게 되고, 50°이상이면 하중을 줄일 수 있으나 요크부(50)에 형성되는 각형요입부(51)의 폭이 좁아 요크부(50)의 연결기능에 장애가 되기 때문에 바람직하지 않다.

요크성형공정(S4)에서 샤프트(30) 일측에 각형요입부(51)로 된 요크부(50)의 성형이 완료되면 이송장치를 통하여 스플라인 성형공정(S5)으로 이송한다.

즉 이송장치를 통하여 소재가 스플라인 성형다이스(도시안됨) 전방에 위치하게 되면 펀치로 가압하여 샤프트(30) 외면에 요철형의 스프라인(60)이 길이방향으로 성형되게 함으로서 본 발명에서 제공하고자 하는 자동차 조향장치용 샤프트 조인트(10)의 성형이 완료된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 절단된 소재를 면취성형다이스에서 펀치로 가압하여 면취부(21)를 성형하고, 상기 소재(20)를 압출성형다이스에 이송, 펀치로 가압하여 샤프트(30)와 머리부(31)가 성형되게 하고, 상기 소재를 예비성형다이스에 이송, 펀치로 가압하여 예비요크부(40)를 성형하고, 상기 소재를 다시 요크부 성형다이스에 이송, 다각형 펀치(70)로 가압하여 각형요입부(51)가 형성된 요크부(50)를 성형하고, 상기 소재를 스플라인 성형다이스에 공급, 펀치로 가압하여 샤프트(30) 외면에 요철형의 스플라인(60)이 성형되게 하는 과정으로 자동차 조향장치용 샤프트 조인트를 성형함으로서, 샤프트 조인트의 양산이 가능할 뿐 아니라 펀치금형의 단조압출하중을 줄여 사용수명을 증대시킬 수 있게 된다.

(10)--샤프트 조인트 (20)--소재
(21)--면취부 (30)--샤프트
(31)--머리부 (32)--경사면
(40)--예비요크부 (41)--요입홈
(42)--곡면부 (50)--요크부
(51)--각형요입부 (52)--경사면
(53)--평면 (60)--스플라인
(70)--다각형 펀치 (71)--본체
(72)--1차경사면 (73)--2차경사면
(74)--침상돌부 (75)--수평부

Claims

포밍기 일측에서 공급되어 오는 재료를 절단하여 소재(20)를 얻고, 상기 소재(20)를 면취성형다이스에 이송, 펀치로 가압하여 소재(20) 일측에 면취부(21)를 성형하는 면취성형공정(S1)과, 상기 소재(20)를 압출성형다이스에 이송, 펀치로 가압하여 샤프트(30)와 머리부(31)를 성형하는 압출성형공정(S2)과, 상기 소재를 예비성형다이스에 이송, 펀치로 가압하여 샤프트(30) 일측에 요입홈(41)이 형성된 예비요크부(40)를 성형하는 예비성형공정(S3)과, 상기 소재를 요크성형다이스에 이송, 펀치로 가압하여 요입부(51)가 형성된 요크부(50)가 성형되게 하는 요크성형공정(S4)과, 상기 소재를 스플라인 성형다이스에 이송, 펀치로 가압하여 샤프트(30) 외면에 스플라인(60)이 성형되게 하는 스플라인 성형공정(S5)을 통하여 자동차 조향장치용 샤프트 조인트를 제조함에 있어서, 요크성형공정(S4)에서 요크성형다이스에 이송되어 온 소재, 즉 예비요크부(40)를 다각형 펀치(70)로 가압하여 요크부(50) 내에 경사면(52)과 평면(53)으로 구성된 각형 요입부(51)가 구성되게 하되, 상기 다각형 펀치(70)는 1차경사면(72)과, 2차경사면(73)으로 구성되게 하고, 수평부(75)에 구성된 1차경사면(72)에 의해 침상돌부(74)가 구성되게 하고, 상기 침상돌부(74)는 1차경사면(72) 중앙에 구성되게 함으로서, 요크부(50) 성형을 위하여 다각형 펀치(70)로 가압할때 다각형 펀치(70)에 전가되는 압출하중을 줄일 수 있게 함을 특징으로 하는 자동차 조향장치용 샤프트 조인트의 요크부 성형방법.
삭제
삭제