KR101639348B1 - 중공샤프트 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중공샤프트 열처리방법에 관한 것으로, 상기 중공 샤프트의 일단의 내경부에 암나사부를 형성하고, 상기 암나사부에 맞물리는 숫나사부를 가지고 축선방향을 따라 관통된 공기유로가 형성된 체결나사부와 상기 체결나사부의 일단에 일체로 연결된 걸이부를 갖는 현수볼트를 마련하는 단계와; 상기 체결나사부를 상기 중공사프트의 암나사부에 체결하고 상기 걸이부를 지지프레임의 수평 현수바아에 걸어 상기 중공샤프트가 수직방향으로 매달리도록 현수하는 단계; 상기 지지프레임을 열처리로에 장입하여 가열열처리를 시행하는 단계; 상기 열처리를 나온 상기 지지프레임을 냉각액를 수용한 냉각조에 침지하여 냉각하는 단계를 포함하는 것을 기술적요지로 한다. 이에 의해 열처리 작업물 대상의 품질을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Description

중공샤프트 열처리 방법{Hollowshafts heat treat method}

본 발명은 중공샤프트 열처리 방법에 관한 것이다.

침탄, 질화 등의 열처리는 열처리 대상 작업물을 소정 조건의 열처리로 내에서 가열한 다음 냉각유 등의 냉각매체가 수용된 냉각조에서 냉각하는 과정을 거친다. 열처리 대상 작업물이 소형인 경우에는, 지지프레임에 격자상으로 구획된 다수의 수용공간을 마련하고, 이들 각 개별 수용공간에 대상 작업물을 격리되게 수용하여 열처리로 및 냉각조를 순차적으로 이동시킨다.

그런데 최근 자동차 등에 적용되기 시작한 장축의 중공샤프트는 기존의 열처리 방법으로는 적절한 열처리 품질을 제공하지 못하여 불량률이 현저히 높아진다는 문제가 있다. 길이가 긴 샤프트가 지지프레임에 기립상태로 격리 수용되므로, 그 수용구조가 복잡하고, 가열과 냉각과정을 거치면서 샤프트의 자중에 의해 축선의 휨이 발생하며, 관상의 중공체 내부를 냉각매체가 원활히 유입되지 못하여 냉각속도의 편중이 발생하므로 휨이 가중되고 전체 표면의 균일한 열처리 상태를 얻을 수 없기 때문에 불량이 생긴다.

본 발명의 목적은 열처리 품질을 향상시킬 수 있는 중공샤프트의 열처리방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 중공샤프트 열처리방법은 상기 중공 샤프트의 일단의 내경부에 암나사부를 형성하고, 상기 암나사부에 맞물리는 숫나사부를 가지고 축선방향을 따라 관통된 공기유로가 형성된 체결나사부와 상기 체결나사부의 일단에 일체로 연결된 걸이부를 갖는 현수볼트를 마련하는 단계와; 상기 체결나사부를 상기 중공사프트의 암나사부에 체결하고 상기 걸이부를 지지프레임의 수평 현수바아에 걸어 상기 중공샤프트가 수직방향으로 매달리도록 현수하는 단계; 상기 지지프레임을 열처리로에 장입하여 가열열처리를 시행하는 단계; 상기 열처리로를 나온 상기 지지프레임을 냉각액을 수용한 냉각조에 침지하여 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공 샤프트 열처리방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 공기유로는 상기 체결부의 축심을 따라 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 걸이부는 고리형상인 것이 바람직하다.

한편 상기 냉각조 내에 마련되어 상기 냉각액를 교반하는 교반기를 더 포함하는 것으로 냉각공정의 효율을 향상시킬 수 있다.

그리고 상기 지지프레임은 육면체틀 형상의 프레임본체를 가지며; 상기 프레임본체는 높이방향으로 간격을 두고 상호 평행하게 배치되는 상부프레임부 및 하부프레임부과, 상기 상부프레임부 및 상기 하부프레임부를 상호 연결하는 기둥프레임부를 가지며; 상기 상부프레임부는 복수의 상기 현수바아를 상호 평행하게 지지하는 현수바아지지부를 가지며; 상기 현수바아는 상기 현수볼트들의 상기 걸이부가 길이방향을 따라 이동하는 것을 저지하여 상호간의 간격을 유지하게 하는 멈춤부를 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라 중공 샤프트가 이동할 때 상호 충돌을 방지하여 제품의 외형품질을 보장할 수 있다.

본 발명에 따른 중공샤프트의 열처리방법은 열처리 품질을 향상시켜 품질비용을 절감하고 제품효율을 향상 시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 중공샤프트의 사시도이며,
도 2는 본 발명에 따른 현수볼트가 체결된 상태를 나타낸 단면도이며,
도 3은 본 발명의 따른 실시예에 따른 현수볼트의 단면도이며,
도 4은 본 발명에 따른 지지프레임을 나타낸 사시도이며,
도 5는 본 발명에 따른 중공샤프트가 지지프레임에 현수된 상태를 나타낸 단면도이며,
도 6은 본 발명에 따른 중공샤프트 열처리방법을 나타낸 순서도이다.

이하 도면을 참고하여 본 발명에 따른 중공샤프트의 열처리방법을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 중공샤프트의 사시도이며, 도 2는 현수볼트가 중공샤프트에 체결된 상태를 나타낸 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 중공샤프트(30)는 길이방향을 따라 관통된 내경부를 갖는 긴 관상체로 형성되어 있다. 이 중공샤프트(30)는 침탄질화 등의 열처리에 투입되기 위해 일단의 내경부에 암나사부(33)가 형성된다. 이 암나사부(33)에는 현수볼트(40)가 체결된다.

현수볼트(40)는 체결나사부(43)와, 체결나사부(43)의 일단에 일체로 연결된 걸이부(45)를 갖는다. 체결나사부(43)는 외경면에 숫나사가 형성되어 암나사부(33)에 맞물린다. 체결나사부(43)에는 그 축심을 따라 관통된 공기유로(47)가 형성되어 있다. 이 공기유로(47)는 냉각과정에서 냉각유 등의 냉각매체가 중공샤프트(30)의 내부로 용이하게 유입될 수 있도록 내부 공기의 배출통로 역할을 한다. 경우에 따라서는 도 3에 도시된 바와 같이, 공기유로(48)는 체결나사부(43)의 외표면을 따라 일부분을 면취하여 축선에 대해 편심되게 형성될 수도 있다. 걸이부(45)는 도 2의 실시예와 같이 원형의 고리형상을 갖거나, 도 3에 도시된 걸이부(46)와 같이 후크형상으로 형성될 수 있다. 그 외에도 걸이부(46)의 형상은 ‘T’형상 등으로 다양하게 형성될 수 있다.

도 4는 지지프레임을 나타낸 사시도이다. 현수볼트(40)가 체결된 중공샤프트(30)는 도 4에 도시된 바와 같이 지지프레임(50)에 수직방향으로 매달려 현수된다.지지프레임(50)은 육면체틀 형상의 프레임본체(51)를 가진다. 프레임본체(51)는 높이방향으로 간격을 두고 상호 평행하게 배치되는 상부프레임부(53) 및 하부프레임부(55)를 가지며, 이들 사이에 보강프레임부(57)가 평행하게 개재되어 있다. 이들 상부프레임부(53), 하부프레임부(55) 및 보강프레임부(57)는 기둥프레임부(56)에 의해 상호 결합된 상태를 유지한다. 상부프레임부(53)의 상면에는 길이방향을 따라 소정 간격을 두고 현수바아지지부(54)가 함몰형성된다. 이 현수바아지지부(54)에 현수바아(58)가 부분적으로 수용됨으로써 현수바아(58)들은 상호 평행하게 간격을 두고 배치되게 된다. 이들 현수바아지지부(54)에 대응하여 현수바아(58) 양단 영역에도 부분적으로 절취형성된 걸림부(59b)가 마련되어 있다. 이 걸림부(59b)는 상부프레임부(53) 즉 현수바아지지부(54)에 맞물려 현수바아(58)가 길이방향을 따라 이동하는 것을 저지하는 역할을 한다. 현수바아지지부(54)와 걸림부(59b)에 의해 현수바아(58)는 자신의 길이방향 및 가로방향으로의 이동이 제한되어 중공샤프트(30)가 요동하는 것을 방지한다.

현수바아(58)에는 또한 축선방향을 따라 일정한 간격을 두고 다수의 멈춤부(59a)가 형성되어 있다. 이들 멈춤부(59a)는 현수바아(58)의 표면으로부터 함몰되게 형성되어 현수볼트(40)와 부분적으로 맞물린다. 이에 의해 현수볼트(40) 즉 중공샤프트(30)는 작업과정이나 이동과정에서 현수바아(58)의 길이방향을 따라 움직이지 않아 인접한 중공샤프트(30)와의 간섭이 방지된다. 이러한 구조를 같는 현수바아(58)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 하나의 현수바아에 의해 중공샤프트를 지지할 수 있는 형태뿐만아니라 걸이부(45, 46)의 형태에 따라 둘 이상의 현수바아에 의해 지지될 수 있다.

도 5는 다수의 중공샤프트(30)들이 지지된 지지프레임(50)을 냉각조(10)에 침지하는 과정을 도시한 것이다. 냉각조(10) 내에는 냉각유 혹은 냉각수로 이루어진 냉각액(13)이 채워져 있고, 이 냉각액(13)은 냉각조(10) 내부에 설치된 교반기(15)에 의해 수평방향 또는 상하방향으로 교반될 수 있다. 이 교반기(15)에 의해 냉각조(10)에 수용된 냉각액(13)은 냉각대상인 중공샤프트(30)들을 균일하게 냉각시킬 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 중공샤프트 열처리방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다. 전술 및 도시된 바와 같이, 먼저 중공샤프트(30)의 일단에 암나사부(33)를 형성하고, 이 암나사부(33)에 맞물리는 체결나사부(43)를 가진 현수볼트(40)를 마련한다(S10). 중공샤프트(30)의 길이가 짧거나 내경이 전체 길이에 비해 충분히 큰 경우에는 냉각액의 용이하게 유출입될 수 있으므로, 본 발명에 따르지 아니하고 통상의 방법에 따라도 무방하다. 본 발명의 방법은 중공샤프트(30)의 길이가 내경의 20배 이상 되는 가늘고 긴 제품에 특히 적합한 것으로 확인되었다.

각 중공샤프트(30)의 암나사부(33)에 현수볼트(40)를 체결하고 이들을 수직방향으로 현수바아(58)에 걸어 지지프레임(50)에 현수지지한다(S20).

가열열처리 단계(S30)에서는 중공샤프트(30)가 현수된 지지프레임(50)을 열처리로에 장입하여 침탄질화 등의 열처리를 시행한다. 이후 최종적으로 열처리로에서 나온 지지프레임(50)을 가열로에서 인출하여 냉각액(13)이 수용된 냉각조(10)에 침지하여 냉각공정을 실시한다(S40). 이때 현수볼트(40) 내에 형성된 공기유로(47)에 의해 중공샤프트(30)의 내부 공기는 외부로 용이하게 방출되며, 방출된 공기가 차지하던 공간은 냉각액(13)에 의해 채워진다. 이로써 중공샤프트(30)의 내부로 유입되는 냉각액(13)의 흐름은 원활하게 진행되며, 이에 따라 냉각공정의 효율을 향상시켜 열처리 효율 및 품질을 향상시킬 수 있다.

10: 냉각조 13: 냉각액
15: 교반기 30: 중공샤프트
33: 암나사부 40, 41: 현수볼트
43,44 : 체결나사부 45, 46: 걸이부
47, 48: 공기유로 50: 지지프레임
51: 프레임본체 53: 상부프레임부
54: 현수바아지지부 55: 하부프레임부
56: 기둥프레임부 57: 보강프레임부
58: 현수바아 59a: 멈춤부
59b: 걸림부

Claims (5)

1. 중공샤프트 열처리방법에 있어서,
   상기 중공샤프트의 일단의 내경부에 암나사부를 형성하고, 상기 암나사부에 맞물리는 숫나사부를 가지고 축선방향을 따라 관통된 공기유로가 형성된 체결나사부와 상기 체결나사부의 일단에 일체로 연결된 걸이부를 갖는 현수볼트를 마련하는 단계와;
   상기 체결나사부를 상기 중공샤프트의 암나사부에 체결하고 상기 걸이부를 지지프레임의 수평 현수바아에 걸어 상기 중공샤프트가 수직방향으로 매달리도록 현수하는 단계;
   상기 지지프레임을 열처리로에 장입하여 가열열처리를 시행하는 단계;
   상기 열처리로를 나온 상기 지지프레임을 냉각액을 수용한 냉각조에 침지하여 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공 샤프트 열처리방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 공기유로는 상기 체결나사부의 축심을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 중공 샤프트 열처리방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 걸이부는 고리형상인 것을 특징으로 하는 중공 샤프트 열처리방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 냉각조 내에 마련되어 상기 냉각액을 교반하는 교반기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중공 샤프트 열처리방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 지지프레임은 육면체틀 형상의 프레임본체를 가지며,
   상기 프레임본체는 높이방향으로 간격을 두고 상호 평행하게 배치되는 상부프레임부 및 하부프레임부과, 상기 상부프레임부 및 상기 하부프레임부를 상호 연결하는 기둥프레임부를 가지며,
   상기 상부프레임부는 복수의 상기 현수바아를 상호 평행하게 지지하는 현수바아지지부를 가지며,
   상기 현수바아는 상기 현수볼트들의 상기 걸이부가 길이방향을 따라 이동하는 것을 저지하여 상호간의 간격을 유지하게 하는 멈춤부를 갖는 것을 특징으로 하는 중공 샤프트 열처리방법.

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