KR102116911B1 - 볼 조인트 하우징 제조방법 - Google Patents

볼 조인트 하우징 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 볼 조인트 하우징 제조방법은 에너지 소비 및 사이클 타임을 감소시키고, 소재의 유동응력에 고려하여 냉간단조 성형함으써 성형하고자 하는 성형품의 치수정밀도를 향상시키는 것은 물론, 투입되는 원소재 손실을 방지하기 위한 볼 조인트 하우징 제조방법에 관한 것이다.

Description

볼 조인트 하우징 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR BALL JOINT HOUSING}
본 발명은 볼 조인트 하우징 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소재의 유동응력 및 체적흐름을 고려한 성형을 함으써 성형하고자 하는 성형품의 치수정밀도를 향상시키는 것은 물론, 투입되는 원소재 손실을 방지할 수 있는 볼 조인트 하우징 제조방법에 관한 것이다.
볼 조인트(Ball Joint)는 프런트 서스펜션의 앞에 있는 너클 암(Knuckle Arm)의 상하 양단에 설치되어 있는 조인트로서, 타이어의 방향을 자유롭게 변경하거나 상하로 움직일 수 있도록 볼 스터드(Ball Stud)라 불리는 합금강 종류의 구형태(球狀)의 부품을 하우징으로 감싼 모양으로 되어 있다. 볼 스터드와 하우징 사이에는 미끄러지기 쉽고, 내구성이 있는 표면 경화강과 소결합금, 나일론, 폴리우레탄 등으로 만들어진 볼 시트(Ball Seat)가 삽입되어 있다.
특히, 볼 조인트 하우징은 차축과 프레임을 연결하고 주행중 노면에서 받는 진동이나 충격을 흡수하여 승차감과 안전성을 향상시키는 자동차 현가장치의 구성품의 하나인 로워암에 조립되며, 상기 로워암은 현가장치인 쇽업쇼버 스트럿 하부에 연결되어 현가장치를 지지하고 이를 차체와 연결하는 역할을 하며, 로워암 한쪽 끝에 볼 조인트가 있어 이를 통해 스티어링 너클과 연결된다.
즉, 볼 조인트 하우징은 현가장치와 조향장치를 연결해주는 중요한 역할을 수행하는 관계로 우수한 기계적 특성이 요구한다.
그러나 종래의 볼 조인트 하우징의 경우, 냉간단조 방식으로 제조되는데 구체적으로 소재의 절단, 절단된 소재의 1차 업셋팅, 2차 후방압출 단계, 3차 업셋팅 단계, 4차 최종 업셋팅 단계를 통해 제조되었으며, 단조공정과 후속 단조공정 사이의 대기시간으로 인해 발생하는 가공경화를 제거하기 위해 별도로 열처리를 하는 장치를 필요하는 관계로 사이클 타임이 증가하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 한국등록특허 제10-1137626호(특허문헌 1)에는 흑단봉(B/S bar)을 절단하고 구상화 소둔 쇼트 및 윤활 처리시킨 시드(Seed)봉을 준비하고, 준비된 시드봉을 시드 투입장치를 통하여 냉간단조용 고속 포밍기에 투입시켜 포밍 가공하는 시드봉 투입식 볼 조인트 케이스 제작방법이 개시되어 있다.
그러나 시드봉 투입식 볼 조인트 케이스 제작방법의 경우, 절단 공정과 단조 성형 공정을 분리되어 구성되어 있고, 냉간단조용 고속 포밍기에 소재 투입 전, 소재를 원형톱(circular saw)를 사용하여 시드봉을 형성하는 과정 뿐만 아니라 형성된 시드봉 중 불량 소재를 미리 선별하는 과정이 필요하므로 사이클 타임이 상대적으로 증가되는 문제점이 여전히 있었다.
또한, 각 단조공조에서 소재의 체적흐름을 고려하지 않은 금형 설계로 인해 볼 조인트 하우징의 외주면에 형성된 플랜지 영역에 접힘 현상이나 크랙이 빈번히 발생하는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-1137626호(2012.04.10.등록) 한국등록특허 제10-0587215호(2006.05.30.등록)
본 발명은 소재의 유동응력 및 체적흐름을 고려하여 성형함으써 성형하고자 하는 성형품의 치수정밀도를 향상시키는 것은 물론, 단조 성형 후 내경 절삭 공정이 없어 투입되는 원소재 손실을 방지할 수 있는 볼 조인트 하우징 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 볼 조인트 하우징 제조방법은 에너지 소비 및 사이클 타임을 감소시키고, 소재의 유동응력에 고려하여 냉간단조 성형함으써 성형하고자 하는 성형품의 치수정밀도를 향상시키는 것은 물론, 투입되는 원소재 손실을 방지하기 위한 볼 조인트 하우징 제조방법에 관한 것으로서, 길이방향 길이가 직경보다 긴 길이를 갖도록 소재를 절단하는 소재 절단 공정(S100); 상기 소재 절단 공정(S100)에서 절단된 소재(100)의 후단부 외경을 확장시키고, 상기 절단된 소재(100)의 후단부와 선단부가 연결되는 연결부에는 라운드 형상의 곡면을 형성시키며, 상기 절단된 소재(100)의 후단면 중앙부에서 테두리 방향으로 하향 경사지게 형성시키는 1차 업셋팅 공정(S200); 상기 1차 업셋팅 공정(S200)에서 성형된 소재(200)에 플랜지(401)를 형성할 예비 영역의 상단 높이에 대응하는 높이로 성형된 소재(200)의 후단 중앙부에서 선단 방향으로 움푹하게 패인 내측홈(300a)을 형성하여 성형된 소재(200)의 후단부 길이방향 길이를 확장시키는 1차 후방압출 공정(S300); 상기 1차 후방압출 공정(S300)에서 성형된 소재(300)에 형성된 내측홈(300a)을 플랜지(401)를 형성할 예비 영역의 높이 중앙에 대응하는 깊이로 더 깊게 형성하여 플랜지(401)를 형성시키는 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400); 상기 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)에 성형된 소재(400)의 플랜지(401)의 외경 및 성형된 소재(400)의 선단부 외경를 확장시키는 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500); 상기 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)에서 성형된 소재(500)에 형성된 내측홈(300a)을 더 깊게 형성하여 성형된 소재(500)의 선단부 길이방향 길이를 확장시키는 4차 후방압출 공정(S600); 및 상기 4차 후방압출 공정(S600)에서 성형된 소재(600)의 후단 외측 둘레를 따라 라운드 형상의 곡면을 형성하고, 성형된 소재(600)의 내측홈(300a)이 형성된 영역을 보정하며, 성형된 소재(600)의 플랜지(401)의 외경을 확장시키는 보정 공정(700)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 1차 후방압출 공정(S300), 상기 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400), 상기 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)에서는 각각 성형된 소재(300, 400, 500)의 선단면 중앙에서 후단 방향으로 움푹하게 패인 이탈방지용 홈(300b)을 더 형성시키는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 1차 업셋팅 공정(S200)은 상기 소재 절단 공정(S100)에서 절단된 소재(100)를 다이스 핀(220)이 내부에 위치한 다이스 금형(210)에 인입하고 후방을 펀치핀(230) 및 펀치슬리브(240)로서 완전 구속하여 가압 성형하는 것을 특징으로 한다.
상기 1차 후방압출 공정(S300)은 상기 1차 업셋팅 공정(S200)에서 성형된 소재(200)를 다이스 핀(320)이 내부에 위치한 다이스 금형(310)에 인입하고 후방을 펀치핀(330)으로서 부분 구속하여 가압 성형하는 것을 특징으로 한다.
상기 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)은 상기 1차 후방압출 공정(S300)에서 성형된 소재(300)를 다이스 핀(420)이 내부에 위치한 다이스 금형(410)에 인입하고, 후방을 슬라이딩하는 펀치 금형(450)으로서 부분 구속하여 가압한 후, 후방으로 펀치핀(430) 및 펀치슬리브(440)로서 완전 구속하여 가압 성형하는 것을 특징으로 한다.
상기 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)은 상기 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)에서 성형된 소재(400)를 다이스 핀(520)이 내부에 위치한 다이스 금형(510)에 인입하고, 후방을 슬라이딩하는 펀치 금형(550)으로서 부분 구속하여 가압한 후, 후방으로 펀치핀(530) 및 펀치슬리브(540)로서 완전 구속하여 가압 성형하는 것을 특징으로 한다.
상기 4차 후방압출 공정(S600)은 상기 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)에서 성형된 소재(500)의 선단에서 성형된 소재(500)의 플랜지(401)의 선단면까지 다이스 핀(620)이 내부에 위치한 다이스 금형(610)에 인입하고, 성형된 소재(500)의 후방 중앙을 펀치핀(630)으로서 가압 성형하는 것을 특징으로 한다.
상기 보정 공정(700)은 상기 4차 후방압출(S600)에서 성형된 소재(600)를 내부에 다이스 핀(720)이 위치하는 다이스 금형(710)에 인입하고, 성형된 소재(600)의 플랜지(401) 상단면 및 둘레면을 포함하는 후방을 슬라이딩하는 펀치 금형(750)으로서 가압한 후, 후방으로 펀치핀(730) 및 펀치슬리브(740)로서 부분 구속하여 가압 성형하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 볼 조인트 하우징 제조방법에 따르면, 각 공정별로 소재의 유동응력에 고려하여 금형 설계 및 가압 성형을 함으로써 볼 조인트 하우징의 플랜지 성형시 소재의 접힘 현상이나, 외주면에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명의 볼 조인트 하우징 제조방법은 소재의 유동응력 및 체적흐름을 고려한 다단 냉간단조 공법을 적용시킴으로써 제조되는 볼 조인트 하우징의 치수정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 볼 조인트 하우징 제조방법은 다단 냉간단조 전용 코일소재를 사용하여 열처리 작업을 생략할 수 있어 종래에 비해 에너지 소비 및 사이클 타임을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 볼 조인트 하우징 제조방법의 1차 후방압출 공정(S300), 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400) 및 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)에서는 각각 성형된 소재(300, 400, 500)의 선단면 중앙에서 후단 방향으로 움푹하게 패인 이탈방지용 홈(300b)을 더 형성함으로써, 본 발명의 볼 조인트 하우징 제조방법의 1차 후방압출 공정(S300), 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400) 및 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)는 각각 해당 공정이 끝단 후 후속 공정으로 성형된 소재를 이송하는 과정에서 성형된 소재가 트랜스퍼의 집게로부터 이탈하여 설비 아래로 추락하는 사고를 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징 제조방법의 각 공정을 통해 성형된 소재 각각의 단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징 제조방법의 1차 업셋팅 공정(S200)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징 제조방법의 1차 후방압출 공정(S300)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징 제조방법의 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징 제조방법의 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징 제조방법의 4차 후방압출 공정(S600)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징 제조방법의 보정 공정(S700)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징 제조방법에 따라 제조된 볼 조인트 하우징을 촬영한 사진이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징의 제조방법에 의해 제조된 볼 조인트 하우징(B1)과, 내경 절삭 공정을 통해 제조된 종래의 볼 조인트 하우징(B2)의 조도 및 경도 값을 비교한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
볼 조인트는 스티어링 너클과 서스펜션 컨트롤 암을 연결하고, 스티어링 휠의 회전 시 스티어링 너클의 회전 중심축 역할을 하여 자유롭게 조향이 가능하도록 하는 기능을 수행한다.
그리고 볼 조인트는 자동차 현가장치에 포함되는 부품으로서, 노면으로부터 전달되는 진동이나 충격을 감쇠시킴으로써 차체의 손상을 방지하고 승차감을 향상시키는 역할을 수행하는데, 이를 위해 진동 및 하중에 대한 기계적 강도가 요구된다.
특히, 볼 조인트 하우징은 서스펜션으로부터 직접적인 하중을 전달받는 컨트롤 암에 설치되는 볼 조인트에 적용되는데, 종래에 볼 조인트 하우징을 제조하는 과정에는 구상화 어닐링 열처리에 따른 에너지 사용증가과 함께 작업 준비시간이 길어지는 문제점이 있었으며, 단조 성형 후 가공된 성형품의 내외경 절삭 가공공정으로 인해 사이클 타임이 길어져 생산성이 낮아지는 것은 물론, 단조 성형 후 내외경 절삭 가공공정에 따른 소재 손실이 증가할 뿐만 아니라 최종 성형품의 피로수명이 저하되는 문제점이 있었다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징 제조방법의 각 공정을 통해 성형된 소재 각각의 단면을 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 볼 조인트 하우징 제조방법은 열처리(구상화소둔, Annealing 및 피막, Bonderite)를 한 다단 냉간단조 전용 코일소재를 사용하여 종래에 비해 에너지 소비 및 사이클 타임을 감소시키고, 소재의 유동응력에 고려하여 단조 성형함으써 성형하고자 하는 성형품의 치수정밀도를 향상시키는 것은 물론, 투입되는 원소재 손실을 방지하기 위한 것으로서, 본 발명의 볼 조인트 제조방법은 대략 원기둥 형상으로 형성된 냉간다단포머 전용코일소재를 길이방향 길이가 직경보다 긴 길이를 갖도록 절단하는 소재 절단 공정(S100)과, 상기 소재 절단 공정(S100)에서 절단된 소재(100)를 냉간다단포머 설비에 투입하여 1차 업셋팅 공정(S200)과, 1차 후방압출 공정(S300), 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)과, 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)과, 4차 후방압출 공정(S600)과, 보정 공정(S700)이 순차적으로 진행된다.
이때, 냉간다단포머 설비에서 각 공정에서 성형된 성형품은 후속 공정으로 이동시키기 위해 성형된 성형품을 집게로 집어 다음 공정의 금형으로 이송시키는 트랜스퍼가 구성되어 있다.
상기 소재 절단 공정(S100)는 절단 설비를 통해 원소재인 냉간다단포머 전용 코일소재 기설정된 길이로 자동으로 절단하는 공정으로서, 단면의 평탄 확보를 위해 냉간다단포머 전용코일소재는 길이방향 길이(L)가 직경(d)보다 길게 절단되도록 설정하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징 제조방법의 1차 업셋팅 공정(S200)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 1차 업셋팅 공정(S200)은 절단된 소재(100)의 후단부 외경을 확장시키고, 상기 절단된 소재(100)의 후단부와 선단부가 연결되는 연결부는 라운드 형상의 곡면을 형성시키는 동시에 절단된 소재(100)의 후단면 중앙부에서 테두리 방향으로 하향 경사지게 형성하는 공정으로서, 다이스 금형(210)에 형성된 홈의 내측에는 다이스 핀(220)이 구비되며, 다이스 금형(210)의 홈에 절단된 소재(100)를 인입하여 다이스 핀(220)과 맞닿게 배치된 상태에서 절단된 소재(100)의 후단면을 펀치핀(230)과 펀치슬리브(240)로서 완전 구속상태에서 가압 성형한다.
이때, 상기 다이스 금형(210)에 형성된 홈에 절단된 소재(100)가 인입되어 절단된 소재(100)의 선단면이 다이스 핀(220)과 맞닿게 배치된 상태에서 절단된 소재(100)의 후단면 중앙을 펀치핀(230)으로서 가압하고, 상기 펀치핀(230)과 일체로 고정되어 절단된 소재(100)의 후단면 중 중앙을 제외한 나머지 영역을 펀치슬리브(240)로서 가압하여 성형하게 된다.
특히, 상기 1차 업셋팅 공정(S200)에서는 후속 공정인 1차 후방압출 공정(S300), 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)에서 가압 성형을 할 때, 해당 공정에서 성형되는 소재의 체적 흐름을 원활하기 위해 절단된 소재(100)의 후단부와 선단부가 연결되는 연결부에 라운드 형상의 곡면를 형성하는데, 이를 위해 상기 다이스 금형(210)에 형성된 홈의 둘레는 절단된 소재(100)가 다이스 금형(210)의 홈에 인입된 상태에서 절단된 소재의 선단부와 후단부 경계를 기준으로 선단 방향는 상대적으로 짧고, 후단 방향으로 상대적으로 길게 형성되며, 서로 다른 둘레로 형성된 선단 방향과 후단 방향의 홈이 연결되는 연결부에는 상기 선단 방향에서 후단 방향을 따라 라운드 형상으로 절곡부가 형성된다.
그리고 상기 1차 업셋팅 공정(S200)에서는 절단된 소재(100)를 가압 성형할 때, 후속공정인 상기 1차 후방압출 공정(S300)에서 성형된 소재(300)에 결함을 주는 주요인자인 다이스 금형(310)에 형성된 홈 내부에 에어가 잔존하는 것을 방지하기 위해 절단된 소재(100)의 후단면 중앙을 제외한 나머지 영역을 가압 하는 펀치슬리브(240)는 절단된 소재(100)와 맞닿는 선단면의 테두리에서 펀치핀(230)의 선단면 외경과 맞닿는 위치까지 하향 경사지게 형성된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징 제조방법의 1차 후방압출 공정(S300)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 상기 1차 후방압출 공정(S300)은 후속 공정인 상기 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)에서 성형된 소재(400)의 플랜지(401)를 형성하기 위해 사전에 예비 성형을 하기 위한 공정이다.
즉, 상기 1차 후방압출 공정(S300)은 성형된 소재(200)에 플랜지(401)를 형성할 예비 영역의 상단 높이에 대응하는 깊이로 성형된 소재(200)의 후단 중앙부에서 선단 방향으로 움푹하게 하게 패인 내측홈(300a)을 형성하여 성형된 소재(200)의 후단부 길이방향 길이를 확장시키기 위한 공정으로서, 다이스 금형(310)에 형성된 홈의 내측에는 다이스 핀(320)이 구비되며, 다이스 금형(310)의 홈에 성형된 소재(200)를 인입하여 다이스 핀(320)과 맞닿게 배치된 상태에서 성형된 소재(200)의 후단면을 펀치핀(330)과 펀치슬리브(340)로서 부분 구속상태에서 가압 성형한다.
한편, 상기 다이스 금형(310)에 형성된 홈의 둘레는 성형된 소재(200)가 다이스 금형(310)의 홈에 인입된 상태에서 성형된 소재(200) 선단부와 후단부 경계를 기준으로 선단 방향는 상대적으로 짧고, 후단 방향으로 상대적으로 길게 형성되며, 서로 다른 둘레로 형성된 선단 방향과 후단 방향의 홈이 연결되는 연결부에는 상기 선단 방향에서 후단 방향을 따라 라운드 형상으로 절곡부가 형성된다.
상기 1차 후방압출 공정(S300)에서는 성형된 소재(200)의 후단면 중앙을 펀치핀(330)으로서 가압 성형하고, 상기 펀치핀(330)에 일체로 형성된 펀치슬리브(340)는 성형된 소재(200)와 직접적으로 맞닿지 않는 위치에서 상기 펀치핀(330)을 가이드 및 센터링 해주는 역할을 수행하는 것이며, 성형된 소재(200)의 후단면 중앙만을 상기 펀치핀(330)으로 가압함으로써 성형된 소재(200)의 후단면 중앙을 제외한 나머지 영역에 구속되지 않은 공간을 통해 체적 흐름이 유도되어 성형된 소재(200)의 후단부 길이방향 길이가 확장되는 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징 제조방법의 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 상기 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)은 상기 1차 후방압출 공정(S300)에서 성형된 소재(300)에 형성된 내측홈(300a)을 더 깊게 형성하여 상기 성형된 소재(300)에 플랜지(401)를 성형하기 위한 공정으로서, 다이스 금형(410)에 형성된 홈의 내측에는 다이스 핀(420)이 구비되며, 다이스 금형(410)의 홈에 상기 1차 후방압출 공정(S300)에서 성형된 소재(300)를 인입하고, 후방을 슬라이딩하는 펀치 금형(450)으로서 부분 구속하여 가압한 후, 후방으로 펀치핀(430) 및 펀치슬리브(440)로서 완전 구속하여 가압 성형한다.
이때, 상기 다이스 금형(410)에 형성된 홈의 후단부는 상기 1차 후방압출 공정(S300)에서 성형된 소재(300)에 플랜지(401)를 예비 성형할 수 있도록 홈의 선단부 둘레에 비해 큰 둘레를 갖도록 형성되고, 서로 다른 둘레로 형성된 상기 다이스 금형(410)에 형성된 홈의 선단부와 후단부를 연결하는 연결부는 상기 선단 방향에서 후단 방향을 따라 라운드 형상으로 절곡부가 형성된다.
상기 다이스 금형(410)의 홈에 상기 1차 후방압출 공정(S300)에서 성형된 소재(300)를 인입하여 다이스 핀(420)과 맞닿게 배치된 상태에서 상기 펀치 금형(450)이 상기 다이스 금형(410)이 위치한 방향으로 슬라이딩 안착하게 되며 성형된 소재(300)에 플랜지(401)를 성형하기 위한 체적의 흐름을 유도하기 위해 상기 펀치핀(430) 및 펀치슬리브(440)를 동시에 성형된 소재(300)의 후단면을 완전 구속하여 가압 성형한다.
특히, 상기 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)에서 펀치 금형(450)을 이용하여 상기 다이스 금형(410)이 위치한 방향으로 슬라이딩 안착하여 성형된 소재(300)에 플랜지(401)를 예비 성형하기 위한 체적의 흐름을 유도하기 위해, 상기 펀치핀(430) 및 펀치슬리브(440)를 동시에 성형된 소재(300)의 후단면을 완전 구속하여 가압 성형하는 이유는 펀치 금형(450)을 슬라이딩 방식이 아닌 고정방식으로 적용하여 가압 성형하면 상기 다이스 금형(410)과 상기 펀치 금형(450) 사이에 갭이 발생하여 플랜지(401)로 유도되어야 하는 소재의 체적 흐름이 갭이 발생된 공간으로 유도될 수 있기 때문에 이를 방지하기 위함이다.
그리고 상기 펀치핀(430)은 성형된 소재(300)에 형성된 내측홈(300a)을 더 깊게 형성할 수 있도록 성형된 소재(300)의 후단면 중앙을 가압 성형하고, 상기 펀치핀(430)에 일체로 형성된 펀치슬리브(440)는 성형된 소재(300)의 후단면 중 중앙을 제외한 나머지 영역을 가압 성형하는 동시에 상기 펀치핀(430)을 가이드 및 센터링 해주는 역할을 수행한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징 제조방법의 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 내지 5에 도시된 바와 같이, 상기 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)은 상기 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)에서 성형된 소재(400)의 플랜지(401)의 외경을 확장시키기 위한 공정으로서, 다이스 금형(510)에 형성된 홈의 내측에는 다이스 핀(520)이 구비되며, 다이스 금형(510)의 홈에 상기 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)에서 성형된 소재(400)를 인입하고, 후방을 슬라이딩하는 펀치 금형(550)으로서 부분 구속하여 가압한 후, 후방으로 펀치핀(530) 및 펀치슬리브(540)로서 완전 구속하여 가압 성형한다.
이때, 상기 다이스 금형(510)에 형성된 홈의 후단부는 상기 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)에서 성형된 소재(400)에 플랜지(401)의 외경이 확장되는 방향으로 체적의 흐름을 유도할 수 있도록 상기 다이스 금형(410)에 형성된 홈의 후단부 둘레에 보다 큰 둘레를 갖고, 상기 다이스 금형(510)에 형성된 홈의 선단부는 상기 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)에서 성형된 소재(400)의 선단부 외경이 확장되는 방향으로 체적의 흐름을 유도할 수 있도록 상기 다이스 금형(410)에 형성된 홈의 선단부 둘레에 비해 큰 둘레를 갖도록 형성된다.
그리고 상기 다이스 금형(510)에 형성된 홈의 선단부와 후단부를 연결하는 연결부는 상기 선단 방향에서 후단 방향을 따라 라운드 형상으로 절곡부가 형성된다.
상기 다이스 금형(510)의 홈에 상기 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)에서 성형된 소재(400)를 인입하여 다이스 핀(520)과 맞닿게 배치된 상태에서 상기 펀치 금형(550)이 상기 다이스 금형(510)이 위치한 방향으로 슬라이딩 안착하게 되고, 이후 성형된 소재(400)의 플랜지(401)의 외경으로 체적의 흐름이 유도할 수 있도록 상기 펀치핀(530) 및 펀치슬리브(540)를 동시에 성형된 소재(400)의 후방을 완전 구속하여 가압 성형하게 된다.
즉, 상기 펀치핀(530)은 성형된 소재(400)에 형성된 내측홈(300a)을 더 깊게 형성할 수 있도록 성형된 소재(400) 후단면 중앙을 가압 성형하고, 상기 펀치핀(530)에 일체로 형성된 펀치슬리브(540)는 성형된 소재(400)의 후단면 중 중앙을 제외한 나머지 영역을 가압 성형하는 동시에 상기 펀치핀(530)을 가이드 및 센터링 해주는 역할을 수행함으로써, 성형된 소재(400)의 선단부 외경이 확장되는 방향으로 체적의 흐름을 유도되는 것이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징 제조방법의 4차 후방압출 공정(S600)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 내지 6에 도시된 바와 같이, 상기 4차 후방압출 공정(S600)은 상기 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)에서 성형된 소재(500)에 형성된 내측홈(300a)을 더 깊게 형성하여 성형된 소재(500)의 선단부 길이방향 길이를 확장하기 위한 공정으로서, 상기 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)에서 성형된 소재(500)의 선단에서 성형된 소재(500)의 플랜지(401)의 선단면까지 다이스 핀(620)이 내부에 위치한 다이스 금형(610)에 인입하고, 성형된 소재(500)의 후방 중앙을 펀치핀(630)으로서 가압 성형한다.
즉, 성형된 소재(500)의 선단부를 포함하여 성형된 소재(500)의 플랜지(401)의 선단면까지 다이스 핀(620)이 내부에 위치한 다이스 금형(610)에 인입하고, 성형된 소재(500)의 후방 중앙을 펀치핀(630)으로 가압 성형함으로써 내측홈(300a)이 더 깊게 형성된 만큼의 체적이 성형된 소재(500)의 선단부 길이방향으로 유도되는 것이다.
보다 구체적으로 다이스 금형(610)에 형성된 홈의 내측에는 다이스 핀(620)이 고정 배치되는데, 이때, 상기 다이스 핀(620)의 후단면에서 다이스 금형(610)의 후단면 까지의 길이는 상기 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)에서 성형된 소재(500)의 플랜지(401) 하단에서 성형된 소재(500)의 선단면 까지의 길이에 대응하는 길이를 갖도록 형성되어 성형된 소재(500)의 후방 중앙을 펀치핀(630)으로 가압 성형함으로써 절곡부가 형성된 영역의 높이에 대응하는 길이 체적만큼 성형된 소재(500)의 선단부 길이가 확장되게 되는 것이다.
한편, 상기 펀치핀(630)에 일체로 형성된 펀치슬리브(640)는 성형된 소재(400)의 후단면과 이격 배치되어 상기 펀치핀(630)을 가이드 및 센터링 해주는 역할을 수행한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징 제조방법의 보정 공정(S700)을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1 내지 7에 도시된 바와 같이 상기 보정 공정(S700)은 상기 후방압출 공정(S600)에서 성형된 소재(600)의 후단 외측 둘레를 따라 라운드 형상의 곡면을 형성하고, 성형된 소재(600)의 내측홈(300a)이 형성된 영역을 보정하며, 성형된 소재(600)의 플랜지(401)의 외경을 확장시키는 공정으로서, 내부에 다이스 핀(720)이 위치하는 다이스 금형(710)의 홈에 상기 4차 후방압출(S600)에서 성형된 소재(600)를 인입하여 다이스 핀(720)과 맞닿게 배치된 상태에서 성형된 소재(600)의 플랜지(401) 상단면 및 둘레면을 포함하는 후단부를 상기 펀치 금형(750)이 상기 다이스 금형(710)이 위치한 방향으로 슬라이딩하고, 이후 상기 펀치핀(730) 및 펀치슬리브(740)를 동시에 성형된 소재(600)의 후방을 부분 구속하여 가압 성형하여 볼 조인트 하우징이 최종 성형된다.
특히, 상기 펀치 금형(750)은 성형된 소재의 내측홈(300a)에 보정의 간섭을 예방하기 위해 상기 다이스 금형(710) 맞닿지 않고 근접하여 이격된 위치까지만 슬라이딩되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 1차 후방압출 공정(S300), 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400) 및 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)는 각각 해당 공정이 끝단 후 후속 공정으로 성형된 소재를 이송하는 과정에서 성형된 소재가 트랜스퍼의 집게로부터 이탈하여 설비 아래로 추락하는 사고를 예방할 수 있도록 각각 성형된 소재(300, 400, 500)의 선단면 중앙에서 후단 방향으로 움푹하게 패인 이탈방지용 홈(300b, 400b, 500b)을 더 형성시키는 것이 바람직하다.
이를 위해 상기 1차 후방압출 공정(S300), 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400) 및 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)에서의 각각의 다이스 금형 내부에 구비되는 다이스 핀(320, 420, 520)의 후단면 중앙에는 원뿔 형상으로 돌출된 돌출부(321, 421, 521)가 형성되는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징 제조방법에 따라 제조된 볼 조인트 하우징을 촬영한 사진이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 볼 조인트 하우징의 제조방법에 의해 제조된 볼 조인트 하우징과, 내경 절삭 공정을 통해 제조된 종래의 볼 조인트 하우징의 조도 및 경도 값을 비교한 것이다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 볼 조인트 하우징 제조방법에 의해 제조된 볼 조인트 하우징은 단조공정 후, 별도의 내경 절삭 가공공정이 요구되지 않을 뿐만 아니라 각각 단조공정에서 성형된 성형품의 체적흐름을 고려한 금형 설계로 인해 종래의 내경 절삭 공정을 통해 제조된 종래의 볼 조인트 하우징에 비해 낮은 조도 및 높은 경도를 갖고, 이에 따라 상대적으로 우수한 내구성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명은 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
S100: 소재 절단 공정
100: 소재 절단 공정(S100)에서 절단된 소재
S200: 1차 업셋팅 공정
200: 1차 업셋팅 공정(S200)에서 성형된 소재
210: 다이스 금형 220: 다이스 핀
230: 펀치핀 240: 펀치슬리브
S300: 1차 후방압출 공정
300: 1차 후방압출 공정(S300)에서 성형된 소재
300a: 내측홈 300b: 이탈방지용 홈
310: 다이스 금형 320: 다이스 핀
321: 돌출부 330: 펀치핀
340: 펀치슬리브
S400: 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정
400: 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(400)에서 성형된 소재
401: 플랜지 400b: 이탈방지용 홈
410: 다이스 금형 420: 다이스 핀
421: 돌출부 430: 펀치핀
440: 펀치슬리브 450: 펀치 금형
S500: 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정
500: 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)에서 성형된 소재
500b: 이탈방지용 홈
510: 다이스 금형 520: 다이스 핀
521: 돌출부 530: 펀치핀
540: 펀치슬리브 550: 펀치 금형
S600: 4차 후방압출 공정
600: 4차 후방압출 공정(S600)에서 성형된 소재
610: 다이스 금형 620: 다이스 핀
630: 펀치핀 640: 펀치슬리브
S700: 보정 공정
700: 보정 공정(S700)에서 성형된 소재(볼 조인트 하우징)
710: 다이스 금형 720: 다이스 핀
730: 펀치핀 740: 펀치슬리브
750: 펀치 금형

Claims (8)

  1. 길이방향 길이가 직경보다 긴 길이를 갖도록 소재를 절단하는 소재 절단 공정(S100);
    상기 소재 절단 공정(S100)에서 절단된 소재(100)의 후단부 외경을 확장시키고, 상기 절단된 소재(100)의 후단부와 선단부가 연결되는 연결부에는 라운드 형상의 곡면을 형성시키며, 상기 절단된 소재(100)의 후단면 중앙부에서 테두리 방향으로 하향 경사지게 형성시키는 1차 업셋팅 공정(S200);
    상기 1차 업셋팅 공정(S200)에서 성형된 소재(200)에 플랜지(401)를 형성할 예비 영역의 상단 높이에 대응하는 높이로 성형된 소재(200)의 후단 중앙부에서 선단 방향으로 움푹하게 패인 내측홈(300a)을 형성하여 성형된 소재(200)의 후단부 길이방향 길이를 확장시키는 1차 후방압출 공정(S300);
    상기 1차 후방압출 공정(S300)에서 성형된 소재(300)에 형성된 내측홈(300a)을 플랜지(401)를 형성할 예비 영역의 높이 중앙에 대응하는 깊이로 더 깊게 형성하여 플랜지(401)를 형성시키는 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400);
    상기 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)에 성형된 소재(400)의 플랜지(401)의 외경 및 성형된 소재(400)의 선단부 외경를 확장시키는 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500);
    상기 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)에서 성형된 소재(500)에 형성된 내측홈(300a)을 더 깊게 형성하여 성형된 소재(500)의 선단부 길이방향 길이를 확장시키는 4차 후방압출 공정(S600); 및
    상기 4차 후방압출 공정(S600)에서 성형된 소재(600)의 후단 외측 둘레를 따라 라운드 형상의 곡면을 형성하고, 성형된 소재(600)의 내측홈(300a)이 형성된 영역을 보정하며, 성형된 소재(600)의 플랜지(401)의 외경을 확장시키는 보정 공정(700)을 포함하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 하우징 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 후방압출 공정(S300), 상기 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400), 상기 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)에서는 각각 성형된 소재(300, 400, 500)의 선단면 중앙에서 후단 방향으로 움푹하게 패인 이탈방지용 홈(300b, 400b, 500b)을 더 형성시키는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 하우징 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 업셋팅 공정(S200)은,
    상기 소재 절단 공정(S100)에서 절단된 소재(100)를 다이스 핀(220)이 내부에 위치한 다이스 금형(210)에 인입하고 후방을 펀치핀(230) 및 펀치슬리브(240)로서 완전 구속하여 가압 성형하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 하우징 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 후방압출 공정(S300)은,
    상기 1차 업셋팅 공정(S200)에서 성형된 소재(200)를 다이스 핀(320)이 내부에 위치한 다이스 금형(310)에 인입하고 후방을 펀치핀(330)으로서 부분 구속하여 가압 성형하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 하우징 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)은,
    상기 1차 후방압출 공정(S300)에서 성형된 소재(300)를 다이스 핀(420)이 내부에 위치한 다이스 금형(410)에 인입하고, 후방을 슬라이딩하는 펀치 금형(450)으로서 부분 구속하여 가압한 후, 후방으로 펀치핀(430) 및 펀치슬리브(440)로서 완전 구속하여 가압 성형하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 하우징 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)은,
    상기 2차 후방압출 및 2차 업셋팅 공정(S400)에서 성형된 소재(400)를 다이스 핀(520)이 내부에 위치한 다이스 금형(510)에 인입하고, 후방을 슬라이딩하는 펀치 금형(550)으로서 부분 구속하여 가압한 후, 후방으로 펀치핀(530) 및 펀치슬리브(540)로서 완전 구속하여 가압 성형하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 하우징 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 4차 후방압출 공정(S600)은,
    상기 3차 후방압출 및 3차 업셋팅 공정(S500)에서 성형된 소재(500)의 선단에서 성형된 소재(500)의 플랜지(401)의 선단면까지 다이스 핀(620)이 내부에 위치한 다이스 금형(610)에 인입하고, 성형된 소재(500)의 후방 중앙을 펀치핀(630)으로서 가압 성형하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 하우징 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 보정 공정(700)은,
    상기 4차 후방압출 공정(S600)에서 성형된 소재(600)를 내부에 다이스 핀(720)이 위치하는 다이스 금형(710)에 인입하고, 성형된 소재(600)의 플랜지(401) 상단면 및 둘레면을 포함하는 후방을 슬라이딩하는 펀치 금형(750)으로서 가압한 후, 후방으로 펀치핀(730) 및 펀치슬리브(740)로서 부분 구속하여 가압 성형하는 것을 특징으로 하는 볼 조인트 하우징 제조방법.
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