KR101858163B1 - 일체형 요크 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일체형 요크 제조방법에 관한 것으로써, 구체적으로는 차량 인텀샤프트에 적용되는 튜브형 요크의 제조방법으로 종래의 단조성형 공정을 배제하고 1,2차 스웨이징 가공공정을 통해 요크 제조공정을 간소화할 수 있는 일체형 요크 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 알루미늄 합금 빌렛을 주조하는 단계; 상기 빌렛을 소정 형상으로 압출하여 압출품을 형성하는 단계; 상기 압출품을 정밀절단 가공하는 단계; 상기 압출품을 스웨이징(swaging) 가공하는 단계; 및 상기 압출품을 시효 경화시키는 단계;를 포함한다.

Description

일체형 요크 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF INTERGRATED YOKE}
본 발명은 일체형 요크 제조방법에 관한 것으로써, 구체적으로는 차량 인텀샤프트에 적용되는 튜브형 요크의 제조방법으로 종래의 단조성형 공정을 배제하고 1,2차 스웨이징 가공공정을 통해 요크 제조공정을 간소화할 수 있는 일체형 요크 제조방법에 관한 것이다.
인텀샤프트(intermediate shaft, IMS)는 자동차의 조향장치에서 스티어링컬럼과 스티어링기어를 연결하여 칼럼의 회전을 스티어링기어에 전달하여 주는 역할을 한다.
국내의 경우, 통상적으로 인텀샤프트의 튜브형 요크(yoke)는 스틸(steel) 소재만 사용하고 있으며, 여러 차례의 소둔, 피막공정 및 단조성형 공정을 통해 일체형 요크 및 용접타입의 요크를 생산하고 있다.
해외의 경우, 차량의 경량화를 위하여 스틸 소재대신 알루미늄 소재를 사용하고 요크를 생산하고 있으나, 국내와 같이 단조성형 공정을 통해 일체형 요크 및 용접타입의 요크를 생산하고 있다.
이러한 단조성형 공정을 통해 전체 요크제작공정이 늘어남에 따라 원가 측면에서 불리한 문제점이 있다.
또한, 알루미늄 소재의 강도를 부여하기 위한 용체화 처리 시 온도는 약 520~560도로써, 단조성형을 할 경우 치수변형문제가 발생할 수 있다.
또한, 단조성형 시, 윤활제를 사용하기 때문에 이물질이 존재할 수 있어 완제품의 상품성을 낮출 수 있는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0971219호(2010.07.20.공고.)
본 발명의 목적은 종래의 단조성형 공정을 배제하고 1,2차 스웨이징 가공공정을 통해 요크 제조공정을 간소화할 수 있는 일체형 요크 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 알루미늄 합금 빌렛을 주조하는 단계; 상기 빌렛을 소정 형상으로 압출하여 압출품을 형성하는 단계; 상기 압출품을 정밀절단 가공하는 단계; 상기 압출품을 스웨이징(swaging) 가공하는 단계; 및 상기 압출품을 시효 경화시키는 단계;를 포함한다.
본 발명에서 상기 알루미늄 합금 빌렛을 주조하는 단계는 Si:0.5~1.3중량%, Fe:0.7 중량%이하, Cu:0.4중량%이하,Mn:0.4~1.1 중량%, Mg:0.6~1.2 중량%, Cr:0.4 중량%이하, Zn:0.25 중량%이하, Ti:0.15 중량%이하이고, 잔부가 알루미늄으로 이루어진 알루미늄 합금을 빌렛으로 주조한다.
본 발명에서 상기 압출품을 형성하는 단계는 상기 압출품을 용체화 처리하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 압출품을 스웨이징 가공하는 단계는 상기 압출품의 단면적을 축소시키는 단계; 및 상기 압출품의 내경 및 외경중 어느 하나에 스플라인 가공하는 단계;를 포함한다.
본 발명은 상기 압출품을 형성하는 단계에서 상기 압출품은 F 열처리 상태로 압출되어 냉각수에 급랭되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 압출품의 단면적을 축소시키는 단계는 40~60%의 단면감소율만큼 상기 압출품의 단면적을 축소시키는 1차 스웨이징 단계; 및 15~30%의 단소감소율만큼 상기 압출품의 단면적을 축소시키는 2차 스웨이징 단계;를 포함한다.
본 발명에서 상기 압출품을 시효 경화시키는 단계는 상기 압출품을 인공 시효 경화시키는 T6 열처리 단계를 포함한다.
본 발명은 상기 T6 열처리 단계에서 인공시효경화 과정은 상기 압출품을 160℃~200℃ 온도에서 6시간 내지 12시간동안 인공시효경화 시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 일체형 요크제작방법은 단조성형 공정을 배제하고, 1,2차 스웨이징 가공공정을 통해 요크 제조공정을 간소화하여 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 압출품의 용체화 처리공정 후, 스웨이징 가공공정을 진행하여, 압출품의 물성치 산포가 적고, 압출품의 치수변형을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 스웨이징 가공공정을 통해 단조성형 공정 시 윤활제 사용에 의한 이물질 존재 우려를 배제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1a는 차량용 인텀샤프트(1)의 사시도이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 일체형 요크(10)의 사시도이다.
도 2a는 종래의 일체형 요크 제작방법의 순서도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 단조 단계별 압출품을 나타낸 도이다.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 요크 제작방법의 순서도이다.
도 4는 도 3에 도시된 압출/용체화 과정의 순서도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 요크 제작방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 1a는 차량용 인텀샤프트(1)의 사시도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 일체형 요크(10)의 사시도이다.
그리고 도 2a는 종래의 일체형 요크 제작방법의 순서도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 단조단계별 압출품을 나타낸 도이다.
도 1a,b에 도시된 바와 같이, 일체형 요크(10)는 차량용 인텀샤프트(intermediate shaft, IMS)(1)에 적용되는 튜브형 요크로써, 전술된 바와 같이 종래의 일체형 요크 제작공정에는 여러 차례의 단조공정이 포함된다.
보다 구체적으로 도 2a를 참조하여 종래의 일체형 요크 제작방법을 살펴보면 다음과 같다.
우선, 일정 성분비로 조성된 알루미늄 함금 빌렛을 주조하고(S11), 주조된 빌렛을 소정 형상으로 압출하여 압출품을 형성한다.(S12)
압출품은 F 열처리를 진행한 후, 정밀절단 가공된다.(S13)
그 후, 압출품은 크랙(crack) 발행을 방지하기 위하여, 1차적으로 소둔(annealing)과 피막 처리를 진행한 후(S14), 단조성형 공정이 진행된다.(S15)
1차 소둔, 피막 공정 및 단조 공정(S14,15)이 진행된 압출품은 2차 소둔, 피막 공정 및 단조성형 공정이 진행되어 외경이 성형된다. (S16,17)
그 후, 압출품은 3차 소둔, 피막 공정 및 단조성형 공정이 진행되어 내경이 성형된다.(S18,19)
3차 소둔, 피막 공정 및 단조성형 공정(S18,19)까지 진행된 압출품은 용체화 처리가 진행된다.(S21)
보다 구체적으로, 용체로에 압출품을 주입하여 T4 열처리를 통해 고용체를 형성함으로써 압출품에 강도를 부여한다.
그 후, 용체화 처리된 상기 압출품은 T6 열처리가 진행되며, 160℃~200℃ 온도에서 6시간 내지 12시간동안 인공 시효 경화된다.(S22)
그 후, 시효 열처리된 압출품에 홀, 브로치 가공을 진행한다.(S23)
전술된 바와 같이, 종래의 요크제작방법은 3차례의 소둔, 피막 공정 및 단조성형 공정이 포함됨으로써, 전체 요크제작공정이 증가되어 원가 측면에서 불리한 문제점이 있다.
또한, 용체화 처리 시 온도는 약 520~560도로써, 단조성형을 할 경우 압출품의 용체화 처리 시 압출품의 치수변형문제가 발생할 수 있다.
또한, 단조성형 시, 윤활제를 사용하기 때문에 이물질이 존재할 수 있어 완제품의 상품성을 낮출 수 있는 문제점이 있다.
이러한 종래의 요크제작방법의 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 요크제작방법을 살펴보면 다음과 같다.
도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 요크 제작방법의 순서도이고, 도 4는 도 3에 도시된 압출/용체화 과정의 순서도이다.
도 3을 참조하면 우선, 일정 성분비로 조성된 알루미늄 합금 빌렛을 주조한다.(S110)
알루미늄 합금 빌렛의 성분비는 Si:0.5~1.3중량%, Fe:0.7 중량%이하, Cu:0.4중량%이하,Mn:0.4~1.1 중량%, Mg:0.6~1.2 중량%, Cr:0.4 중량%이하, Zn:0.25 중량%이하, Ti:0.15 중량%이하이고, 잔부가 알루미늄으로 이루어진다.
주조된 빌렛을 소정 형상으로 압출하여 압출품을 형성한다.(S120)
보다 구체적으로, 압출과정은 주조된 빌렛을 480℃~540℃의 온도범위로 가열하고(S121), 450℃~500℃의 온도범위로 예열된 압출기의 금형을 통과시켜 T4 열처리 상태인 소정 형상으로 압출한다.(S122,S123)
여기서, 압출품 형성 시(S120), 빌렛은 용체화 처리공정도 함께 진행된다.(S130)
보다 구체적으로, 압출된 압출품은 금형의 전방에 배치된 냉각수조에서 바로 급냉된다.(S131)
이는 열처리형 합금에서 실시하는 열처리로써 고상선(고체상태가 유지되는 한계선) 온도를 넘지 않는 범위 내의 고온에서 일정시간 유지한 뒤 급속히 냉각(Quenching)시켜 과포화 고용체를 형성시키는 열처리 방식이다.
따라서, 종래에는 압출품을 형성한 후, 이를 별도의 용체로에 주입하여 고용체화하였으나, 본 발명은 빌렛이 압출기의 금형 통과 시, T4 열처리 상태인 압출품으로 압출되도록 하여 요크 제조공정을 간소화할 수 있다.
용체화 처리된 압출품은 스트레칭과정을 거치며(S132), 보다 구체적으로 압출품의 양단을 클램프 체결 후 인장력을 가하여 압출품의 진직도 및 잔류응력을 제거한다.
그리고, 압출품은 시효 열처리(Aging)가 진행되며(S133), 보다 구체적으로 용체화 열처리 및 급냉 후 얻어진 과포화 고용체를 실온 이상의 약 160~200℃ 온도에서 가열됨으로써 미세한 석출물들이 형성되어 압출품을 한층 더 강화시키는 인공시효 열처리이다.
그 후, 용체화 처리된 압출품을 정밀절단 가공하고(S140), 절단 가공된 압출품을 스웨이징(swaging) 가공한다.(S150)
본 발명의 스웨이징 가공은 로터리 스웨이징장치를 이용하며, 다이스에 압출품이 삽입되고, 다이스는 회전과 동시에 압출품의 중심을 향해 2,000~2,500 strokes/mim회로 성형하중을 가한다.
성형하중시간은 40초~50초이며, 압출품이 다이스 형상에 따라 소성변형이 이루어진다.
보다 구체적으로, 절단 가공된 상기 압출품의 단면적을 1,2차 스웨이징 가공을 통해 축소시킨다.(S151,152)
완성품의 단면적을 구현하기 위해 한번의 스웨이징 가공으로 상기 압출품의 단면적을 축소시킬 경우, 크랙이 발생할 우려가 있으므로 스웨이징 가공을 2차례로 나누어 진행한다.
1차 스웨이징 가공을 통해 40~60%의 단면감소율만큼 상기 압출품의 단면적을 축소시킨다.(S151)
단면감소율이 40%이하일 경우는 스웨이징 가공 횟수가 증가되며, 60% 이상일 경우 압출품에 크랙이 발생할 가능성이 있다.
그리고 2차 스웨이징 가공을 통해 15~30%의 단면감소율만큼 상기 압출품의 단면적을 축소시킨다.(S152)
1차 스웨이징 가공과 같이, 단면감소율이 15%이하일 경우는 스웨이징 가공 횟수가 증가되며, 30% 이상일 경우 압출품에 크랙이 발생할 가능성이 있다.
그 후, 스웨이징 가공된 상기 압출품의 내경 및 외경에 스플라인 가공하고, 상기 압출품을 시효 경화시킨다.(S160)
보다 구체적으로, 스플라인 가공된 상기 압출품은 T6 열처리가 진행되며, 160℃~200℃ 온도에서 6시간 내지 12시간동안 인공 시효 경화된다.
그 후, 시효처리된 상기 압출품에 홀, 브로치 가공을 진행한다.(S170)
전술된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 일체형 요크제작방법은 단조성형 공정을 배제하고, 1,2차 스웨이징 가공공정을 통해 요크 제조공정을 간소화하여 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 압출품의 용체화 처리공정 후, 스웨이징 가공공정을 진행하여, 압출품의 물성치 산포가 적고, 압출품의 치수변형을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 스웨이징 가공공정을 통해 단조성형 공정 시 윤활제 사용에 의한 이물질 존재 우려를 배제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상기와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1 : 차량용 인텀샤프트
10 : 요크

Claims (8)

  1. 알루미늄 합금 빌렛을 주조하는 단계;
    상기 빌렛을 소정 형상으로 압출하여 압출품을 형성하는 단계;
    상기 압출품을 절단 가공하는 단계;
    상기 압출품을 스웨이징(swaging) 가공하는 단계; 및
    상기 압출품을 시효 경화시키는 단계;
    를 포함하며,
    상기 압출품을 형성하는 단계는,
    상기 빌렛을 가열하는 단계, 빌렛 압출기의 금형을 예열하는 단계, 압출품이 T4 열처리 상태로 압출되도록 압출하는 단계를 순차적으로 포함하고,
    상기 압출품을 형성하는 단계와 상기 압출품을 절단 가공하는 단계 사이에는 상기 압출품을 용체화 처리하는 단계를 더 포함하며,
    상기 압출품을 용체화 처리하는 단계는,
    상기 압출품을 냉각수조에서 급랭하는 단계, 상기 압출품의 양단을 클램프 체결 후 인장력을 가해서 스트레칭하는 단계, 상기 압출품을 시효 열처리하는 단계를 순차적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 요크 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 빌렛을 주조하는 단계는
    Si:0.5~1.3중량%, Fe:0.7 중량%이하, Cu:0.4중량%이하, Mn:0.4~1.1 중량%, Mg:0.6~1.2 중량%, Cr:0.4 중량%이하, Zn:0.25 중량%이하, Ti:0.15 중량%이하이고, 잔부가 알루미늄으로 이루어진 알루미늄 합금을 빌렛으로 주조하는 것을 특징으로 하는 일체형 요크 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 압출품을 스웨이징 가공하는 단계는
    상기 압출품의 단면적을 축소시키는 단계; 및
    상기 압출품의 내경 및 외경중 어느 하나에 스플라인 가공하는 단계;
    를 포함하는 일체형 요크 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 압출품의 단면적을 축소시키는 단계는
    상기 압출품의 단면적을 40~60%의 단면감소율만큼 축소시키는 1차 스웨이징 단계; 및
    상기 1차 스웨이징 단계를 거친 상기 압출품의 단면적을 15~30%의 단면감소율만큼 축소시키는 2차 스웨이징 단계;
    를 포함하는 일체형 요크 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 압출품을 시효 경화시키는 단계는
    상기 압출품을 인공 시효 경화시키는 T6 열처리 단계를 포함하는 일체형 요크 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 T6 열처리 단계에서 인공 시효 경화과정은 상기 압출품을 160℃~200℃ 온도에서 6시간 내지 12시간동안 인공 시효 경화시키는 것을 특징으로 하는 일체형 요크 제조방법.
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