KR102033393B1 - 웜휠의 허브 및 냉간 인발을 이용한 웜휠의 허브의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

웜휠의 허브 및 냉간 인발을 이용한 웜휠의 허브의 제조 방법은 냉간 인발을 통해 강재파이프의 외주면에 요철을 형성하여 허브와 보스부의 결합력을 향상시키며, 강재파이프의 가공 경화 및 시효 경화를 발생시켜 압입 강도를 확보하기 위한 일정 수준 이상의 경도와 강도를 제공함으로써 허브와 조향축의 체결 시 헛도는 현상을 방지하고, 제품의 신뢰성이 향상되며, 생산 원가가 절감되는 효과가 있다.

Description

웜휠의 허브 및 냉간 인발을 이용한 웜휠의 허브의 제조 방법{Hub of Worm Wheel and Method for Manufacturing Hub of Worm Wheel Using Cold Drawing}

본 발명은 웜휠의 허브의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 냉간 인발을 통해 강재파이프의 외경부에 요철을 형성시키며, 냉간 인발 공정 중 가공 경화 및 시효 경화를 발생시켜 압입 강도를 확보하기 위한 일정 수준 이상의 경도와 강도를 제공하는 웜휠의 허브 및 냉간 인발을 이용한 웜휠의 허브의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에 장착되는 동력 보조 조향장치에는 모터에 의해 조향력이 조절되는 MDPS(Motor Driven Power Steering)가 있다.

MDPS는 차속 센서 및 조향 토크 센서 등과 같은 각종 센서에서 감지된 차량의 운행 조건에 따라 전자 제어 장치에서 모터를 정밀하게 구동하고, 모터에서 발생한 토크가 감속기를 거쳐 조향컬럼 또는 피니언에 전달되어서 조향컬럼 및 피니언에 연결된 조향휠을 조작하는 운전자의 조향력을 돕게 된다.

이러한 MDPS는 운전석의 조향휠과 랙바와 결합되는 피니언이 내장된 기어박스 부위 등에 모터를 구비한 감속기를 설치하고, 운전자가 조작하는 조향휠의 회전력이 모터와 감속기에 의해서 랙바에 전달될 수 있는 장치이다.

도 1은 종래 기술에 따른 MDPS의 감속기 내부 구조를 나타낸 단면도이다.

감속기는 중간부에 웜(102)이 형성된 금속 재질의 웜축(104)이 구비되고, 웜축(104)의 양단에 웜베어링(106)이 각각 설치되어 웜축(104)을 지지하며, 웜축(104)과 모터축(108)이 연결되어 모터(110)의 구동에 의해 웜축(104)이 회전하는 구조로 되어 있다.

감속기는 웜축(104)의 중간부에 형성된 웜(102)과 치합될 수 있도록 웜(102)의 외경 일측에는 수지 조성물로 된 웜휠(200)이 기어 맞물려 있다.

웜휠(200)은 운전자가 조작하는 조향휠(미도시)의 회전력을 전달하는 조향축(112)에 장착되어, 모터(110)의 구동에 의한 웜축(104)의 회전력이 조향축(112)에 전달되게 된다. 웜기어 방식으로 치합되는 이들 웜휠(200)과 웜축(104)은 외부로부터의 보호를 위해 하우징(116)의 내부에 장착되어 있다.

감속기는 모터(110)의 구동력에 의해 웜축(104)과 웜휠(200)이 연동되면서 조향축을 회전시켜 운전자의 조향력을 보조하게 된다.

따라서, 모터(110)의 구동으로 웜축(104)이 회전하면 웜휠(200)이 연동되어 회전하고, 이때 웜휠(200)이 컬럼의 조향축 또는 기어박스의 조향축에 결합되어 운전자의 조향력을 보조하게 된다.

도 2는 종래 기술에 따른 웜휠의 구성을 나타낸 사시도이다.

종래 기술에 따른 웜휠(200)은 중심부가 조향축이 삽입되는 중공의 허브(210)와, 바깥 영역에 웜축(104)의 웜기어와 치합되는 웜휠기어(220a)가 형성되어 있는 기어형성부(220)와, 허브(210)의 외주면과 기어형성부(220)의 내주면 사이에 일체로 형성되는 플라스틱 재질의 보스부(230)로 이루어진다.

이러한 웜휠(200)은 중공의 허브(210)와 보스부(230)와의 체결과 헛도는 것을 방지하기 위해 허브(210)의 외경부에 표면적을 넓히기 위한 요철을 형성시킨다.

또한, 웜휠(200)과 조향축(114)과의 체결과 헛도는 것을 방지하기 위하여 일정 수준 이상의 압입 강도가 필요하다. 압입 강도를 확보하기 위해서는 허브(210)의 경도를 최종 경도 Spec 24 내지 30 HRC 정도가 되어야 한다.

종래의 허브(210)의 제조 방법은 환봉을 소정의 길이로 절단하는 절단 공정과, 적당한 온도로 가열한 후 천천히 냉각하는 구상화 열처리 공정과, 금형을 사용하여 상온에서 제품의 형태를 만드는 냉간 단조 공정과, 담금질과 템퍼링의 QT(Quenching & Tempering) 열처리 공정과, 제품의 외경과 내경을 절삭하는 CNC 선삭 가공을 통해 허브를 완성하는 냉간단조 공법이 있으며, 또 다른 공법은 원형의 심리스 파이프를 제작하여 소정의 길이로 절단하여 CNC 선삭 가공을 통해 허브를 완성하는 선삭 공법이 있다.

종래의 허브(210)의 제조 방법인 선삭 공법은 낱개로 CNC(Computer Numerical Control)에 결합하고 허브의 외경과 내경을 절삭 가공하게 되어 원료의 손실이 많으며, 기계 가공으로 인한 원가가 상승하는 단점이 있고, 허브와 조향축의 압입력 부족에 따른 헛도는 단점이 있다.

냉간 단조 공법은 단조 공정을 위해서 허브의 경도(15 HRC)가 낮은 환봉을 사용하므로 압입 강도를 확보하기 위한 경도(24 내지 30 HRC)를 구현하지 못하며, 압입 강도가 나오지 않으므로 허브와 조향축의 체결 시 헛돌게 된다.

냉간 단조의 문제점을 극복하기 위해서는 QT(Quenching & Tempering) 열처리 공정을 수행하여 경도를 높이게 되나 열처리시 재료의 변형 및 담금질 크랙 발생 등 품질 문제를 발생시킬 수 있으며 제조 원가도 상승하게 되는 문제가 있다.

한국 공개특허번호 제10-2017-0114492호("발명의 명칭: 웜 휠 보스 외형관 인발 제조방법")

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 냉간 인발을 통해 강재파이프의 외경부에 요철을 형성시키며, 냉간 인발 공정 중 가공 경화 및 시효 경화를 발생시켜 압입 강도를 확보하기 위한 일정 수준 이상의 경도와 강도를 제공하는 웜휠의 허브 및 냉간 인발을 이용한 웜휠의 허브의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 냉간 인발을 이용한 웜휠의 허브의 제조 방법은,

강재파이프를 제1 파이프 인발금형의 내측에 끼워서 통과시켜 제1 파이프 인발금형의 형상대로 상기 강재파이프를 가공하여 상기 강재파이프 외경부에 요철 형상 및 가공 경화를 형성하는 제1 인발 단계;

상기 제1 인발 단계를 통과한 강재파이프를 소둔로에 넣어 제1 온도에서 가열하면 가공 경화를 유지한 상태에서 내부 응력을 제거하는 제1 소둔열처리 단계;

상기 제1 소둔열처리 단계를 통과한 강재파이프를 제2 파이프 인발금형의 내측에 끼워서 통과시켜 상기 제2 파이프 인발금형의 형상대로 상기 강재파이프를 가공하여 최종 제품의 외형을 제조하고, 가공 경화를 형성하는 제2 인발 단계;

상기 제2 인발 단계를 통과한 강재파이프를 소둔로에 넣어 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도에서 가열하면 가공 경화를 유지한 상태에서 내부 응력을 제거하며, 시효 경화를 형성하는 제2 소둔열처리 단계; 및

상기 제2 소둔열처리 단계를 통과한 강재파이프를 일정한 길이로 절단하여 웜휠의 허브를 완성하는 절단 단계를 포함하며, 상기 제2 온도는 상기 제2 인발 단계를 통과한 강재파이프의 금속 미세 조직이 재결정 이하의 온도에서 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징에 따른 중심부는 조향축이 삽입되고 외주측은 상기 웜휠의 보스부를 플라스틱 사출로 형성되는 웜휠의 허브는,

금속 재질로 중심 부분에 중공부가 형성되고, 외주면 둘레를 따라 돌출된 볼록부와 일정 깊이로 파져 있는 오목부가 교대로 복수개 형성된 요철부로 이루어진 링 형상의 허브몸체를 포함하며, 상기 허브몸체의 금속 미세 조직은 펄라이트(Pearlite)와 페라이트(Ferrite)가 섞여 있는 형태인 것을 특징으로 한다.

상기 허브몸체의 요철부는 냉간 인발 공정을 통해 형성된 금속 결정 입자가 압출 방향을 따라 메탈 플로우(Metal Flow)가 연속으로 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 허브몸체는 조향축과의 체결 시 압입 강도를 확보하는 경도 Spec 24 내지 30 HRC를 제공한다.

전술한 구성에 의하여, 본 발명은 냉간 인발을 통해 강재파이프의 가공 경화 및 시효 경화를 발생시켜 압입 강도를 확보하기 위한 일정 수준 이상의 경도와 강도를 제공하므로 허브와 조향축의 체결 시 헛도는 현상을 방지하는 효과가 있다.

본 발명은 냉간 인발을 통해 강재파이프의 가공 경화 및 시효 경화를 발생시켜 제조되므로 QT(Quenching & Tempering) 열처리 공정이 필요하지 않고, 이로 인한 제품의 신뢰성이 향상되며, 생산 원가가 절감되는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 MDPS의 감속기 내부 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 웜휠의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉간 인발을 이용한 웜휠의 허브 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파이프 인발금형의 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 파이프 인발금형의 절단 모습을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가공 경화의 변형과 응력 관계를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시효 경화에서 금속의 회복, 재결정, 결정입 성장을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 웜휠의 허브의 외형을 나타낸 사시도이다.
도 9는 종래의 냉간단조 공법의 허브와 본 발명의 허브의 최종 미세 조직을 현미경으로 본 모습을 나타낸 도면이다.
도 10은 종래의 실시예에 따른 허브의 치형의 메탈 플로우를 현미경으로 본 모습을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 선삭 공법의 허브의 치형의 메탈 플로우를 현미경으로 본 모습을 나타낸 도면이다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

웜휠의 허브 제조 방법은 열간 압연 공정을 수행한 후 냉간 인발 공정을 수행하여 제조된다.

열간 압연 공정은 금속 재료를 재결정 온도 이상(A3 변태점 이상의 온도)으로 가열해서 압연 가공하여 심리스 파이프를 제조하는 공정이다.

즉, 냉간 인발 공정을 위해서는 파이프 형상의 금속 강재가 필요하므로 열간 압출 도는 열간 압연에 의해 파이프 형상의 금속 강재를 제조한다.

열간 압연 공정은 중실의 빌렛을 절단하는 커팅공정, 절단된 빌렛을 일정 온도로 가열하는 가열공정, 가열된 빌렛에 중심부의 구멍을 뚫는 천공공정(Piercing Mill), 외경과 두께를 압연하여 정밀도를 얻는 연신공정(Elongating Mill), 최종 길이와 외경,두께를 만드는 정경공정(Stretch Reducing Mill), 파이프를 절단하는 커팅공정 및 절단한 파이프를 냉각시키는 냉각공정을 포함한다.

열간 압연 공정은 일반적으로 압연 가공 공정으로 공지의 기술이다.

허브는 조향축에 압입하여 체결하게 되므로 일정 수준 이상의 압입 강도가 필요하다.

본 발명의 허브 제조 방법은 냉간 인발 공정을 통해, 파이프의 외면에 요철을 형성하여 플라스틱 보스부와의 결합력을 높이며 가공 경화 및 시효 경화를 발생시켜 조향축과의 압입 강도를 확보하기 위한 최종 경도 Spec 24 내지 30 HRC를 구현할 수 있다.

하기에서는 본 발명의 허브 제조 방법으로 냉간 인발 공정을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉간 인발을 이용한 웜휠의 허브 제조 방법을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파이프 인발금형의 모습을 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 파이프 인발금형의 절단 모습을 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가공 경화의 변형과 응력 관계를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 시효 경화에서 금속의 회복, 재결정, 결정입 성장을 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 냉간 인발을 이용한 웜휠의 허브 제조 방법은 구부 공정(S100), 노멀라이징(Normalizing) 공정(S102), 제1 표면 처리 공정(S104), 제1 인발 공정(S106), 제1 소둔열처리 공정(S108), 제2 표면 처리 공정(S110), 제2 인발 공정(S112), 제2 소둔열처리 공정(S114), 교정 공정(S116) 및 절단 공정(S118)을 포함한다.

구부 공정(S100)은 열간 압연 공정을 완료한 강재파이프의 앞단을 인발금형을 통과 시켜 클램프 유닛이 잡아 당겨 인발이 진행될 수 있도록 일정길이만큼 축소시키는 공정이다.

노멀라이징 공정(S102)은 변형 공정을 통과한 강재파이프를 연속로에 넣고 A3 변태 온도 이상으로 가열하여 오스테나이트 상태로 만든 후 공기 중 냉각시킨다.

노멀라이징 공정(S102)은 결정립을 미세화시켜서 강도를 증가시키고 ?칭(Quenching)이나 완전풀림(Annealing)을 위한 재가열시에 균일한 오스테나이트 상태로 만들어주고, 주조물이나 단조품에 존재하는 편석 및 잔류 응력을 제거시켜서 균일한 조직을 만들어준다. 오스테나이트는 합금 원소가 녹아 들어간 면심 입방 조직을 이루는 철강 및 합금강을 의미한다.

노멀라이징 공정(S102)은 최종 제품의 균일한 물성을 확보하기 위하여 균일한 금속 미세 조직을 만든다.

강재의 재질, 성분에 따라 노멀라이징 온도는 상이하나, 보통 상업적인 방법으로의 노멀라이징 온도의 설정은 A3 변태점에서 약 50℃ 이상에서 실시하고 있다.

제1 표면 처리 공정(S104)은 노멀라이징 공정을 통과한 강재파이프를 산(Acid) 용액에 일정 시간 동안 담궈서 강재파이프 표면의 스케일(Scale, 산화물)을 제거하거나 미세한 쇼트볼을 강재파이프 표면에 기계 장치를 이용하여 강재파이프 표면으로 분사하여 스케일을 물리적으로 제거한다.

제1 표면 처리 공정(S104)은 스케일이 제거된 강재파이프를 피막액(인산염, 아연 등)에 담궈서 화학 반응으로 강재파이프 표면에 피막을 형성한다.

피막 형성은 강재파이프와 인발다이 및 플러그와의 마찰을 감소하고 마찰열에 의한 국부적인 녹아 붙음을 방지한다.

제1 표면 처리 공정(S104)은 강재파이프에 피막이 형성되면 금속비누 또는 몰리브덴이 함유된 특수 용액의 윤활액에 담궈서 화학적 반응이 아닌 물리적 방법으로 침적한다.

윤활막의 형성은 단조 금속 소재와 금형 사이에 마찰을 줄이고 강재파이프 표면의 부식을 막아주는 역할을 한다.

제1 인발 공정(S106)은 강재파이프의 선단이 파이프 인발금형(300)의 내측에 끼워지도록 실린더(미도시)에 의하여 밀어넣어 고정하고, 상기 파이프 인발금형(300)을 통과한 강재파이프의 선단을 클램프 유니트에 의해 고정하고, 상기 클램프 유니트에 연결된 이송부를 이용하여 파이프 인발금형(300)의 내측으로 강재파이프가 통과하도록 길이 방향으로 잡아 당겨 이동시킨다.

파이프 인발금형(300)은 원형몸체(310) 및 인발지그(320)를 포함한다.

원형몸체(310)는 금속 재질로 중심 부분에 제1 중공부가 천공된 링 형상으로 형성된다.

인발지그(320)는 상기 제1 중공부에 압입하여 결합되도록 상기 원형몸체(310)보다 직경이 작고, 중심 부분에 제2 중공부가 천공된 링 형상이고, 내주면 둘레를 따라 길이 방향의 제1 가이드홈(321)이 일정 간격으로 복수개 형성되는 제1 홈부재(322)와, 상기 제1 홈부재(322)로부터 소정의 간격만큼 이격되어 내주면 둘레를 따라 길이 방향의 제2 가이드홈(323)이 일정 간격으로 복수개 형성되는 제2 홈부재(324)로 이루어진다. 제1 홈부재(322)와 제2 홈부재(324)는 내주면 둘레를 따라 형성되고, 소정의 간격만큼 이격되어 2열로 나란하게 형성된다.

인발지그(320)는 제2 중공부에 강재파이프가 삽입되면, 내주면이 강재파이프의 외주면과 접촉하면서 가압하여 강재파이프의 외주면 테두리를 따라 요철부가 형성된다.

강재파이프는 파이프 인발금형(300)을 통과하면서 외주면에 1차 치형상을 형성한다.

강재파이프는 1차 인발 공정을 통해 두께가 작아지고, 길이가 길어지고, 외주면 치형도 형성하게 되며, 이러한 과정에서 재료의 소성 변형을 하게 되어 강도와 경도가 높아지는 가공 경화가 이루어진다.

도 6에 도시된 바와 같이, 금속은 외력을 가할 때 탄성 범위(항복점)를 초과하는 경우, 소성 변형이 발생하여 완전히 변형되는 구간(가공경화 범위 AB <-> D)이 발생하게 되고, 이러한 금속의 소성 변형의 특성을 이용하여 원하는 형상의 모양을 얻는 가공을 할 수 있다.

가공 경화가 일어나는 이유는 소재가 변형을 받으면, 금속 내부에 전위가 생성되며 이러한 전위의 이동으로 인해 재료가 변형을 일으키게 된다.

전위의 이동은 경계면에 적체되며 서로 뒤엉겨 재료의 변형을 방해하게 되어 강도가 상승하게 되는 가공 경화의 원인이 된다.

이러한 가공 경화 효과를 활용하면 강도를 증가시키는 원소를 첨가하지 않고 일정 이상의 강도를 만족하는 소재를 얻을 수 있다.

제1 소둔열처리 공정(S108)은 제1 인발 공정(S106)으로 냉간 인발을 거친 강재파이프를 소둔로의 내부에 넣어서 재결정이 일어나지 않는 온도와 시간을 설정하여 내부 응력을 제거하게 된다.

제2 표면 처리 공정(S110)은 상기 제1 소둔열처리 공정(S108)을 통과한 강재파이프를 제1 표면 처리 공정(S104)과 동일한 공정으로 스케일 제거, 피막 형성 및 윤활막의 형성을 수행하게 된다.

제2 인발 공정(S112)은 전술한 제1 인발 공정(S106)과 동일한 공정으로 제2 표면 처리 공정(S110)을 통과한 강재파이프를 파이프 인발금형(300)을 통과시켜 최종 제품의 외형과 제품의 외주면 치형을 형성할 수 있으며, 강도와 경도가 높아지는 가공 경화가 일어난다. 여기서, 제2 인발 공정은 제1 인발 공정과 중복되는 설명을 생략한다.

제2 인발 공정(S112)의 파이프 인발금형(300)은 제1 인발 공정(S106)의 파이프 인발금형(300)과 형태가 동일하며, 아래와 같이 인발지그(320)의 외경과 내경에 있어 차이점이 있다.

파이프 인발금형(300)의 인발지그(320)는 제1 인발 공정의 인발 지그(320)보다 요철의 형상이 정밀하게 되며, 치외경, 치저경의 치수는 좀 더 작아진다.

제2 소둔열처리 공정(S114)은 제2 인발 공정(S112)으로 냉간 인발을 거친 강재파이프를 소둔로의 내부에 넣어서 재결정이 일어나지 않으며 시효경화가 일어날 수 있는 재결정 이하의 온도와 시간을 설정하여 열처리를 진행하는데 가공 경화를 유지한 상태에서 내부 응력을 제거하며, 시효 경화 효과를 얻게 된다.

제2 소둔열처리 공정(S114)은 가공 경화가 일어난 강재파이프에서 일정 온도 이상으로 가열하면, 가공 경화를 유지한 상태에서 시효 경화가 일어나 원자 상태가 안정된 상태가 되며, 강도도 증가하게 된다.

시효 경화는 강재파이프를 일정한 시간과 온도 하에 놓아두면 단단해지는 현상을 의미한다.

시효 경화가 일어나는 이유는 가공 경화에 의해서 원자가 매우 불안정한 상태가 되는데, 일정 온도 이상으로 가열하게 되면 원자가 안정한 상태로 변화하며 강도가 가공 경화보다 더 상승하게 된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 금속은 온도를 가하면 회복, 재결정, 결정립 성장 과정을 거치게 되는데, 금속이 재결정이 일어나게 되면 가공 경화의 효과가 소멸된다.

따라서, 본 발명의 제2 소둔열처리 공정(S114)은 재결정 이하의 온도에서 특히 회복을 일으키는 온도 범위에서 열처리 공정을 수행한다.

교정 공정(S116)은 강재파이프의 인발 및 열처리 시 발생된 변형을 곧게 잡아주고 외주면의 치형상이 변형되지 않도록 교정하는 마무리 가공 공정이다.

절단 공정(S118)은 교정 공정(S116)을 거친 강재파이프를 일정한 길이로 절단하는 공정이다.

강재파이프는 전술한 구부 공정(S100), 노멀라이징 공정(S102), 제1 표면 처리 공정(S104), 제1 인발 공정(S106), 제1 소둔열처리 공정(S108), 제2 표면 처리 공정(S110), 제2 인발 공정(S112), 제2 소둔열처리 공정(S114), 교정 공정(S116) 및 절단 공정(S118)을 거쳐서 웜휠의 허브(400)로 제조된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 웜휠의 허브(400)는 금속 재질로 중공부(412)가 형성되는 링 형상의 허브몸체(410)와, 상기 허브몸체(410)의 외주면 둘레를 따라 돌출된 제1 볼록부(422)와 일정 깊이로 파져 있는 제1 오목부(424)가 교대로 복수개 형성된 제1 요철부(420)와, 상기 제1 요철부(420)로부터 소정의 간격만큼 이격되어 상기 허브몸체(410)의 외주면 둘레를 따라 돌출된 제2 볼록부(432)와 일정 깊이로 파져 있는 제2 오목부(434)가 교대로 복수개 형성된 제2 요철부(430)로 이루어진다.

제1 요철부(420)와 제2 요철부(430)는 허브몸체(410)의 외주면 둘레를 따라 형성되고, 소정의 간격만큼 이격되어 2열로 나란하게 형성된다.

본 발명의 허브(400)는 인발 공정과 소둔열처리 공정의 냉간 인발 공정을 통해 강재파이프의 가공 경화 및 시효 경화를 발생시켜 압입 강도를 확보하기 위한 최종 경도 Spec 24 내지 30 HRC를 구현한다.

도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 기존의 허브(210)는 열간 단조 공정과 담금질과 템퍼링의 QT(Quenching & Tempering) 열처리 공정을 거치면서 최종 미세 조직이 마르텐사이트(Martensite)를 형성한다. 여기서, 마르텐사이트는 강철을 담금질하면 고온에서 안정된 오스테나이트로부터 실온에서 안정한α철과 시멘타이트로 구성되는 조직으로 변화하는 변태가 일부 저지되어 단단한 조직으로 되는 것을 의미한다.

이에 반해, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 허브(400)는 인발 공정과 소둔열처리 공정의 냉간 인발 공정을 거치면서 최종 미세 조직이 펄라이트(Pearlite)와 페라이트(Ferrite)를 형성한다. 최종 미세 조직은 현미경으로 보면 단상으로 탄소가 조금 녹아 있는 페라이트의 흰 부분과 펄라이트의 검게 보이는 부분이 섞여 나타난다.

여기서, 페라이트는 900℃ 이하에서 안정한 체심입방결정의 철에 합금원소 또는 불순물이 녹아서 된 고용체를 나타내고, 펄라이트는 강의 조직에서 페라이트와 시멘타이트가 층을 이루는 조직을 나타낸다.

웜휠의 허브(400)는 금속 부품으로 단조 또는 인발 공정으로 제조되는데, 이러한 허브는 단조 또는 인발 공정을 통해 형성된 금속 결정 입자가 가공 방향을 따라 메탈 플로우(Metal Flow)가 나타난다.

메탈 플로우는 단조 및 인발품의 결정립의 배열을 나타내는 것으로 기계적 성질을 지배하는 중요한 인자이고, 강도 및 인성 등을 결정할 뿐만 아니라 입계 취화 및 내응력을 변화시킨다.

이렇게 형성된 메탈 플로우는 단조 및 인발품의 기계적 성능에 영향을 미치게 되므로 메탈 플로우가 끊기는 일이 발생하지 않도록 해야 한다.

기존의 선삭 가공법에 의한 허브(210)는 도 10에 도시된 바와 같이, 현미경으로 보면, 펄라이트(Pearlite)와 페라이트(Ferrite)로 형성되어 있으며 선삭가공에 의해 메탈플로우가 끊겨져 있어 강도 및 인성면에서 불리하고 내구성이 저하되게 된다.

또한, 낮은 강도와 경도로 인해서 허브와 조향축의 압입력 부족으로 헛도는 현상이 발생하게 된다.

이에 반해, 본 발명의 허브(400)는 제1 요철부(420)와 제2 요철부(430)를 도 11에 도시된 바와 같이, 현미경으로 보면, 메탈 플로우가 끊기지 않고 연속으로 연결되어 있는 모습을 볼 수 있다.

따라서, 본 발명의 허브(400)는 메탈 플로우가 연속으로 연결되어 있으며 높은 강도와 경도를 구현하여 내구성이 향상되며 조향축과의 체결시 헛도는 현상을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

102: 웜 104: 웜축
106: 웜베어링 108: 모터축
110: 모터 200: 웜휠
210: 허브 220: 기어형성부
220a: 웜휠기어 230: 보스부
300: 파이프 인발금형 310: 원형몸체
320: 인발지그 321: 제1 가이드홈
322: 제1 홈부재 323: 제2 가이드홈
324: 제2 홈부재 400: 허브
410: 허브몸체 412: 중공부
420: 제1 요철부 422: 제1 볼록부
424: 제1 오목부 430: 제2 요철부
432: 제2 볼록부 434: 제2 오목부

Claims (8)

1. 열간 압연 공정을 완료한 강재파이프를 인발금형을 통과시켜 외경과 두께를 축소시키는 구부 단계;
   상기 구부 단계를 통과한 강재파이프를 연속로에 넣고 A3 변태 온도 이상으로 가열하여 오스테나이트 상태로 만든 후 공기 중 냉각시키는 노멀라이징 단계;
   상기 노멀라이징 단계를 통과한 강재파이프의 표면에 형성된 스케일을 제거하고, 특수 용액에 담궈서 상기 노멀라이징 단계를 통과한 강재파이프의 표면에 윤활막을 형성하는 제1 표면 처리 단계;
   상기 강재파이프를 제1 파이프 인발금형의 제1 인발지그의 내측에 끼워서 통과시켜 제1 파이프 인발금형의 형상대로 상기 강재파이프를 가공하여 강재파이프 외경부에 요철 형상 및 가공 경화를 형성하는 제1 인발 단계;
   상기 제1 인발 단계를 통과한 강재파이프를 소둔로에 넣어 제1 온도에서 가열하면 가공 경화를 유지한 상태에서 내부 응력을 제거하는 제1 소둔열처리 단계;
   상기 제1 소둔열처리 단계를 통과한 강재파이프를 상기 제1 인발지그보다 크기가 작은 제2 파이프 인발금형의 제2 인발지그의 내측에 끼워서 통과시켜 상기 제2 인발지그의 형상대로 상기 강재파이프를 가공하여 최종 제품의 외형을 제조하고, 가공 경화를 형성하는 제2 인발 단계;
   상기 제2 인발 단계를 통과한 상기 강재파이프를 소둔로에 넣어 상기 제1 온도보다 낮은 제2 온도에서 가열하면 가공 경화를 유지한 상태에서 내부 응력을 제거하며, 시효 경화를 형성하는 제2 소둔열처리 단계; 및
   상기 제2 소둔열처리 단계를 통과한 상기 강재파이프를 일정한 길이로 절단하여 웜휠의 허브를 완성하는 절단 단계를 포함하며, 상기 제2 온도는 상기 제2 인발 단계를 통과한 상기 강재파이프의 금속 미세 조직이 재결정 이하의 온도에서 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 인발을 이용한 웜휠의 허브의 제조 방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 소둔열처리 단계와 상기 제2 인발 단계의 사이에,
   상기 제1 소둔열처리 단계를 통과한 강재파이프의 표면에 형성된 스케일을 제거하고, 특수 용액에 담궈서 상기 제1 소둔열처리 단계를 통과한 강재파이프의 표면에 윤활막을 형성하는 제2 표면 처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 인발을 이용한 웜휠의 허브의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 파이프 인발금형과 상기 제2 파이프 인발금형은 중심 부분에 중공부가 천공된 링 형상이고, 내주면 둘레를 따라 길이 방향의 가이드홈이 일정 간격으로 복수개 형성되는 홈부재로 이루어져 있으며,
   상기 제1 인발 단계와 상기 제2 인발 단계를 통과하는 경우, 상기 웜휠의 허브는 중공부가 형성되는 링 형상의 허브몸체와, 상기 허브몸체의 외주면 둘레를 따라 볼록부와 오목부가 교대로 복수개 형성되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 인발을 이용한 웜휠의 허브의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 소둔열처리 단계는 상기 제1 인발 단계를 통과한 강재파이프를 소둔로에 넣어 재결정 온도 이하의 온도와 시간을 설정하여 가열하는 단계와,
   상기 제2 소둔열처리 단계는 상기 제2 인발 단계를 통과한 강재파이프를 소둔로에 넣어 가공경화 유지와 시효경화 효과가 일어나는 재결정 이하의 온도와 시간을 설정하여 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 인발을 이용한 웜휠의 허브의 제조 방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

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