KR101651066B1 - 자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법은 원소재를 절단하는 단계; 상기 절단한 원소재를 1200 내지 1250℃ 온도에서 가열하는 단계; 상기 가열한 원소재를 한쌍의 원형 단조 롤 금형에 투입하여 다단 성형하여 예비성형체를 성형하는 단계; 상기 예비성형체를 절곡되도록 벤딩 성형하는 단계; 상기 벤딩 성형한 예비성형체를 단조 금형에 투입하여 여유분의 재료를 두고 최종 단조품 형상과 유사하게 예비 성형하는 블로커 성형 단계; 상기 블로커 성형한 예비성형체를 본 성형하는 피니셔 성형 단계; 상기 피니셔 성형한 예비성형체의 외주면에 형성된 플래쉬를 제거하는 피어싱/트리밍 단계;를 포함하여 구성되고, 상기 예비성형체를 성형하는 단계에서 상기 가열한 원소재를 상기 한쌍의 원형 단조 롤에 투입하여 상기 예비성형체를 헤드부, 몸체부 및 꼬리부 3영역으로 구분하여 성형하고, 상기 몸체부는 단면적이 타원형이 되도록 1차 성형 후, 마름모형이 되도록 2차 성형하고, 상기 마름모형 단면적은 서로 수직으로 만나는 두 대각선의 길이는 서로 다르고, 상기 마름모형 단면적의 네 개의 각 중 어느 하나의 각도(α)가 95 내지 105°범위를 이루며, 상기 2차 성형 이후에 추가적인 성형시에는 2차 성형된 마름모형과 동일한 형상의 축소된 단면적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법{Forging method of vehicle control arm}

본 발명은 자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단조 롤을 사용하여 예비성형체의 단면적을 가변하여 작업의 효율성을 향상시키고, 성형 시 플래쉬의 량을 절감할 수 있는 자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법에 관한 것이다.

자동차에서 컨트롤 아암(control arm)은 현가장치(suspension) 및 조향장치(steering system) 등에 장착되는 부품으로, 다양한 형상과 여러 종류의 컨트롤 아암이 있다.

자동차의 현가 장치는 차축과 차체를 연결하여, 자동차가 주행할 때 차축이 노면에서 받는 진동이나 충격을 차체에 직접 전달되지 않도록 하여 차체나 하물의 손상을 방지하고 승차감을 좋게 하는 장치이다.

현가장치 시스템에서 컨트롤 아암은 높은 강도와 내구성을 요구하는 매우 중요한 부품이며, 높은 기계적 요구특성을 만족시키면서도 경량화를 달성해야 하기 때문에 그 단면 형상이 매우 복잡하다.

현가장치 및 조향장치에 적용되는 컨트롤 아암은 헤드부, 몸체부, 꼬리부의 3부분으로 형상을 구분할 수 있으며, 헤드부와 몸체부의 단면적 차이가 상당히 크고, 몸체부의 중앙이 길이방향에 대해 휘어지고 비틀어져 있어, 열간단조 성형하기에 매우 복잡하고 까다로운 형상을 가지고 있다.

복잡한 구조물은 열간 단조 시에 단조겹침, 결육 등의 불량이 발생하기 쉬우며, 이러한 문제를 해결하기 위해 소재의 치수를 크게 적용하면, 최종 단조품에 대한 투입 중량이 높아 원가 상승의 원인이 되고 또한, 금형수명을 저하시키는 원인이 된다.

종래에는, 원소재를 일정 길이로 절단한 후 약 1200 내지 1250℃ 온도로 가열하여 블로커 성형공정에서 최종형상에 가까운 형상이 되도록 성형하고 피니셔 성형공정에서 제품을 최종형상으로 성형한 후 트리밍/피어싱 공정을 거쳐 최종 단조품을 생산하는 형단조 프레스에 의한 단조방법을 사용했다.

이러한 형단조 프레스에 의한 단조방법은 헤드부의 단면 형상과 몸체부의 단면형상에 대해 투입 원소재의 일정한 단면적이 적용되기 때문에 원소재의 투입이 과다하고, 금형 손실이 큰 문제점이 있다.

그리고, 가열된 원소재를 해머 프레스의 블록을 이용하여 반복타격에 의한 예비성형체를 성형하고, 형단조 성형을 통해 최종 형상을 단조한 후, 트리밍/피어싱 공정을 거쳐 최종 단조품을 생산하는 해머 성형에 의한 예비성형체를 제작하는 단조방법은 작업자의 숙련도에 따라 예비성형체의 형상과 치수에 상당한 차이가 발생하고 예비성형체의 형상이 뒤틀어지고 변형이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 동일한 작업자라 하더라도 반복타격 횟수 및 원소재 회전 정도에 따라 작업할 때마다 약간의 치수 변화가 발생하게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제들로 인해 예비성형체를 성형할 때 헤드부와 몸체부의 단면적 비를 크게 성형하기가 곤란하고 최종 단조품을 얻기 위한 소재의 투입이 과다하게 소요되는 문제점이 있다.

한국공개특허 제 10-2008-0068204호

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해서 안출된 것으로, 자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법은 단조 롤 공정에서 예비성형체에 헤드부, 몸체부 및 꼬리부의 단면적을 각각 다른 치수로 성형하여 최종 단조품의 헤드부와 몸체부의 단면적 차이로 인한 투입소재의 손실을 최소화할 수 있는 자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 단조 롤 금형으로 예비성형체의 단면적을 가변 성형하여 작업의 효율성을 향상시킬 수 있는 자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 예비성형체를 일정 각도 절곡되도록 벤딩성형하고, 최종 단조품의 단면적과 유사한 형상 및 크기로 성형하여, 성형 시 플래쉬의 량을 절감할 수 있는 자동차용 컨트롤 아암의 단조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법은 원소재를 절단하는 단계; 상기 절단한 원소재를 1200 내지 1250℃ 온도에서 가열하는 단계; 상기 가열한 원소재를 한쌍의 원형 단조 롤 금형에 투입하여 다단 성형하여 예비성형체를 성형하는 단계; 상기 예비성형체를 절곡되도록 벤딩 성형하는 단계; 상기 벤딩 성형한 예비성형체를 단조 금형에 투입하여 여유분의 재료를 두고 최종 단조품 형상과 유사하게 예비 성형하는 블로커 성형 단계; 상기 블로커 성형한 예비성형체를 본 성형하는 피니셔 성형 단계; 상기 피니셔 성형한 예비성형체의 외주면에 형성된 플래쉬를 제거하는 피어싱/트리밍 단계;를 포함하여 구성되고, 상기 예비성형체를 성형하는 단계에서 상기 가열한 원소재를 상기 한쌍의 원형 단조 롤에 투입하여 상기 예비성형체를 헤드부, 몸체부 및 꼬리부 3영역으로 구분하여 성형하고, 상기 몸체부는 단면적이 타원형이 되도록 1차 성형 후, 마름모형이 되도록 2차 성형하고, 상기 마름모형 단면적은 서로 수직으로 만나는 두 대각선의 길이는 서로 다르고, 상기 마름모형 단면적의 네 개의 각 중 어느 하나의 각도(α)가 95 내지 105°범위를 이루며, 상기 2차 성형 이후에 추가적인 성형시에는 2차 성형된 마름모형과 동일한 형상의 축소된 단면적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

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상기 꼬리부는 타원형이 되도록 1차 성형 후, 원형 형상이 되도록 2차 성형하여 단면적이 가변되는 것을 특징으로 한다.

상기 과제의 해결 수단에 의해, 자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법은 단조 롤 공정에서 예비성형체에 헤드부, 몸체부 및 꼬리부의 단면적을 각각 다른 치수로 성형하여 최종 단조품의 헤드부와 몸체부의 단면적 차이로 인한 투입소재의 손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 단조 롤 금형으로 예비성형체의 단면적을 가변 성형하여 작업의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 예비성형체를 일정 각도 절곡되도록 벤딩성형하고, 최종 단조품의 단면적과 유사한 형상 및 크기로 성형하여, 성형 시 플래쉬의 량을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 형단조 프레스의 단조 방법의 순서도.
도 2는 종래 기술에 따른 헤머 프레스의 단조 방법의 순서도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법의 순서도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법의 단조 단계를 도시한 구성도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차용 컨트롤 아암의 전체적인 형상을 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 예비성형체를 성형하는 단계에서 예비성형체의 형상을 도시한 정면도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 예비성형체를 성형하는 단계에서 예비성형체의 Y-Y'의 단면적 형상을 도시한 단면도.

이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의　실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 형단조 프레스의 단조 방법의 순서도, 도 2는 종래 기술에 따른 헤머 프레스의 단조 방법의 순서도, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법의 순서도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법의 단조 단계를 도시한 구성도, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 자동차용 컨트롤 아암의 전체적인 형상을 도시한 사시도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 예비성형체를 성형하는 단계에서 예비성형체의 형상을 도시한 정면도, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 예비성형체를 성형하는 단계에서 예비성형체의 Y-Y'의 단면적 형상을 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 컨트롤 아암의 형단조 프레스 단조 방법은 원소재를 일정 길이로 절단한 후 약 1200 내지 1250도 온도가 되도록 가열하여 블로커 성형공정에서 최종형상에 가까운 형상이 되도록 성형하고 피니셔 성형공정에서 제품을 최종형상으로 성형한 후 트리밍/피어싱 공정을 거쳐 최종 열간단조품을 얻는다.

이러한 기존의 형단조 프레스 단조 방법에서는 헤드부의 단면 형상과 몸체부의 단면형상에 대해 투입 원소재의 일정한 단면적이 적용되기 때문에 원소재의 투입이 과다하고, 금형 손실이 큰 문제점이 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 컨트롤 아암의 해머 프레스 단조 방법은 가열된 원소재를 해머 프레스의 블록을 이용하여 반복타격에 의한 예비성형체를 성형하고 형단조 성형을 통해 최종 형상을 단조한 후, 트리밍/피어싱 공정을 거쳐 최종 열간단조품을 얻는다.

이러한 해머 성형에 의한 예비성형체를 제작하는 방법으로는, 작업자의 숙련도에 따라 예비성형체의 형상과 치수에 상당한 차이가 발생하고 예비성형체의 형상이 뒤틀어지고 변형이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 동일한 작업자라 하더라도 반복타격 횟수 및 원소재 회전 정도에 따라 작업할 때마다 약간의 치수 변화가 발생하게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제들로 인해 예비성형체를 성형할 때 헤드부와 몸체부의 단면적 비를 크게 성형하기가 곤란하며, 따라서 최종제품을 얻기 위한 소재의 투입이 과다하게 소요되어 진다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이 먼저, 원소재를 절단하는 단계(S110)가 실시된다.원통상의 긴 소재를 일정크기로 절단하여 준비한다.

다음으로, 상기 절단한 원소재를 1200 내지 1250℃ 온도에서 가열하는 단계(S120)가 실시된다.

상기 절단한 원소재의 단조 가공시 가압 성형 저항을 낮추어 성형을 용이하게 하기 위해 1200 내지 1250℃ 온도에서 가열하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 가열한 원소재를 단조 롤에 투입하여 다단 성형하여 예비성형체를 성형하는 단계(S130)가 실시된다.

상기 가열한 원소재를 한 쌍의 원형 단조 롤 금형 사이에 투입한다. 상기 단조 롤을 회전시켜 상기 원소재를 압착하여 헤드부(A), 몸체부(B), 꼬리부(C)의 3영역으로 구분이 되도록 성형한다.

상기 헤드부(A)는 원소재의 단면적으로서 성형되지 않는 영역이다.

상기 몸체부(B)는 1차 성형 후, 상기 원소재를 회전시켜 2차 성형하여 상기 몸체부(B)의 단면적과 길이가 가변된다.

구체적으로, 도 7을 참고하면 (a)는 1차 성형시 상기 몸체부(B)의 단면적 형상, (b)는 2차 성형시 상기 몸체부(B)의 단면적 형상을 나타낸다. 상기 몸체부(B)의 단면적이 세로직경보다 가로직경이 큰 타원형이 되도록 1차 성형하고, 상기 원소재를 90°방향 회전하여, 큰 직경의 단부를 압착 성형하여 마름모형이 되도록 2차 성형한다.

2차 성형 시, 상기 몸체부(B)의 단면적은 서로 수직으로 만나는 두 대각선의 길이는 서로 다르며, 네 개의 각 중 어느 하나의 각도(α)가 95 내지 105°범위로 구성되는 것이 바람직하다.

더 바람직하게는 상기 몸체부(B) 단면적의 각도(α)가 100°로 구성될 수 있다.

이는, 2차 성형 이후에 추가적인 성형을 할 경우, 다시 타원형으로 성형하는 1차 성형, 두 대각선 중 어느 하나의 길이가 더 긴 마름모형으로 성형하는 2차 성형 공정을 반복적으로 수행할 필요 없이 100°의 각도(α)를 이루며 두 대각선 중 길이가 더 긴 상기 몸체부(B)의 양단부를 압착하여 성형하는 한 번의 공정으로 단축할 수 있다.

상기 헤드부(A)와 상기 몸체부(B)의 단면적 비율은 1차 성형시 60 내지 65%의 범위가 되도록 하고, 2차 성형시 50 내지 55%의 범위 내에서 단면적을 감소시킨다.

상기 2차 성형 이후에 추가적인 성형시에는 상기 헤드부(A)와 상기 몸체부(B)의 단면적 비가 34 내지 40%가 될 수 있도록 축소시키는데, 상기 2차 성형된 마름모형과 동일한 형상의 축소된 단면적으로 예비성형체를 성형하여, 추가 성형 시, 1차 성형 공정을 생략할 수 있어 작업의 효율성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 상기 꼬리부(C)는 타원형이 되도록 1차 성형 후, 상기 원소재를 회전시켜 2차 성형하여 상기 꼬리부(C)의 단면적이 원형 형상이 되도록 가변된다.

다음으로, 상기 예비성형체를 절곡되도록 벤딩 성형하는 단계(S140)가 실시된다.

상기 예비성형체를 컨트롤 아암 단조품의 휨 각도와 유사한 각도가 되도록 구부려서 절곡부를 형성하도록 벤딩성형한다. 따라서, 최종 단조품 성형시 플래쉬가 한쪽으로 크게 치우치지 않도록 성형이 가능하고, 플래쉬의 량을 절감할 수 있다.

다음으로, 상기 벤딩 성형한 예비성형체를 단조 금형에 투입하여 잉여분을 두고 예비 성형하는 블로커 성형 단계(S150)가 실시된다.

상기 블로커(Blocker) 성형 공정은 상기 벤딩 성형한 예비성형체를 단조 금형에 넣어 여유분의 재료를 두고 최종 단조품 형상과 유사하게 예비 성형하여 투입 소재의 손실을 최소화할 수 있다.

다음으로, 상기 블로커 성형한 예비성형체를 본 성형하는 피니셔 성형 단계(S160)가 실시된다.

상기 블로커 성형 공정에서 예비 성형된 상기 예비성형체를 피니셔 금형에 삽입한 후 단조 프레스로 가압하여 성형하여 최종 성형 형상을 얻을 수 있다.

마지막으로, 상기 피니셔 성형한 예비성형체의 외주면에 형성된 플래쉬를 제거하는 피어싱/트리밍 단계(S170)가 실시된다.

상기 피니셔 성형 공정에서 상기 예비성형체가 한 쌍의 피니셔 금형에 의해 압축되면서 일부의 재료는 밖으로 유출되어 플래쉬(flash)를 형성하는데, 단조 후 피어싱/트리밍 작업으로 상기 플래쉬를 절단하여 도 5와 같이 최종 단조품을 얻을 수 있다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

A. 헤드부 B. 몸체부
C. 꼬리부 S110. 원소재 절단
S120. 가열 S130. 단조 롤에 의한 예비성형체 성형
S140. 벤딩 성형 S150. 블로커 성형
S160. 피니셔 성형 S170. 피어싱/트리밍

Claims (4)

1. 원소재를 절단하는 단계;
   상기 절단한 원소재를 1200 내지 1250℃ 온도에서 가열하는 단계;
   상기 가열한 원소재를 한쌍의 원형 단조 롤 금형에 투입하여 다단 성형하여 예비성형체를 성형하는 단계;
   상기 예비성형체를 절곡되도록 벤딩 성형하는 단계;
   상기 벤딩 성형한 예비성형체를 단조 금형에 투입하여 여유분의 재료를 두고 최종 단조품 형상과 유사하게 예비 성형하는 블로커 성형 단계;
   상기 블로커 성형한 예비성형체를 본 성형하는 피니셔 성형 단계;
   상기 피니셔 성형한 예비성형체의 외주면에 형성된 플래쉬를 제거하는 피어싱/트리밍 단계;를 포함하여 구성되고,
   상기 예비성형체를 성형하는 단계에서 상기 가열한 원소재를 상기 한쌍의 원형 단조 롤에 투입하여 상기 예비성형체를 헤드부, 몸체부 및 꼬리부 3영역으로 구분하여 성형하고,
   상기 몸체부는 단면적이 타원형이 되도록 1차 성형 후, 마름모형이 되도록 2차 성형하고, 상기 마름모형 단면적은 서로 수직으로 만나는 두 대각선의 길이는 서로 다르고, 상기 마름모형 단면적의 네 개의 각 중 어느 하나의 각도(α)가 95 내지 105°범위를 이루며,
   상기 2차 성형 이후에 추가적인 성형시에는 2차 성형된 마름모형과 동일한 형상의 축소된 단면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 꼬리부는 타원형이 되도록 1차 성형 후, 원형 형상이 되도록 2차 성형하여 단면적이 가변되는 것을 특징으로 하는 자동차용 컨트롤 아암의 단조 방법.
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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