KR102133458B1 - Manufacture apparatus for hellical gear based on cold forging - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치는, 워크피스의 형상변화를 위해 상기 워크피스가 압착되는 폐쇄공간을 제공하는 금형유닛; 상기 금형유닛의 일측에 배치되어 상기 워크피스의 일면을 가압하는 제1 가압부; 및 상기 금형유닛의 타측에 배치되어 상기 워크피스의 타면을 가압하는 제2 가압부를 포함하고, 상기 금형유닛은, 상기 제1 가압부에 의해 상기 워크피스가 삽입되는 제1 공간을 제공하는 제1 금형유닛; 및 상기 제1 금형유닛의 일측에 배치되어 상기 제1 공간에 삽입된 워크피스의 일부가 압축되어 형상이 변형되는 제2 공간을 제공하는 제2 금형유닛을 포함하고, 상기 제2 금형유닛은, 상기 제2 공간에 배치되어 상기 워크피스가 상기 제2 공간에 가압되면 상기 워크시트의 외면에 치형을 형성하는 치형형성부를 포함하며, 상기 치형형성부는, 상기 제2 공간의 상단에서 하단으로 연장되고 서로 평행하는 다 수의 홈을 포함하고, 상기 홈은 상단에서 하단까지 비틀림 설정각도를 가지며 연장되며, 상기 제2 금형유닛의 두께는, 30mm 내지 50mm 사이이고, 상기 제2 금형유닛의 치형간격이 1.5mm 내지 4mm일 때, 상기 제2 금형유닛에 형성된 다수의 홈이 연장되는 방향을 나타내는 설정각도는 12도 내지 24도인 것을 것을 특징으로 한다. Cold forging-based helical gear precision molding apparatus according to an embodiment of the present invention, a mold unit for providing a closed space in which the workpiece is compressed for the shape change of the workpiece; A first pressing part disposed on one side of the mold unit to press one surface of the work piece; And a second pressing portion disposed on the other side of the mold unit to press the other surface of the workpiece, wherein the mold unit provides a first space into which the workpiece is inserted by the first pressing portion. Mold unit; And a second mold unit disposed on one side of the first mold unit to provide a second space in which a part of the workpiece inserted in the first space is compressed to deform the shape, and wherein the second mold unit includes: It is disposed in the second space, and when the workpiece is pressed against the second space, it includes a tooth-forming portion forming a tooth on the outer surface of the worksheet, and the tooth-forming portion extends from an upper end to a lower end of the second space It includes a plurality of grooves parallel to each other, and the grooves extend from a top to a bottom with a set twist angle, the thickness of the second mold unit is between 30 mm and 50 mm, and the tooth spacing of the second mold unit is When it is 1.5mm to 4mm, the set angle indicating the direction in which a plurality of grooves formed in the second mold unit extend is characterized in that it is 12 to 24 degrees.
Description
본 발명은 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치에 관한 것이다.The present invention relates to a cold forging-based helical gear precision molding apparatus.
일반적으로 기어(gear)는 동력전달이나 가/감속이 필요한 기계장치에 다양하게 사용될 수 있다. 최근 자동차나 선박 등 동력전달 기계장치의 개발이 활발하게 이루어지면서 이러한 기어에 대한 수요가 늘어나고, 워크피스 형상 개발도 발전하고 있는 실정이다. In general, gears (gear) can be used in a variety of machinery that requires power transmission or acceleration / deceleration. Recently, as the development of power transmission machinery such as automobiles and ships has been actively developed, the demand for such gears is increasing, and the development of the shape of the workpiece is also developing.
상기 기어는 다양한 크기와 형태로 제작되어 각종 기계부품에 사용되고 있다. 특히, 최근에는 일반 평기어보다 헬리컬기어(Helical Gear)가 많이 사용되고 있다. The gear is manufactured in various sizes and shapes and is used in various mechanical parts. In particular, helical gears are more commonly used than general spur gears in recent years.
도 1은 헬리컬기어의 구성을 도시한 사시도이다. 도 1을 참조하면, 상기 헬리컬기어(10)는 기어의 전체적인 바디를 구성하고, 축을 형성하는 본체부(11), 상기 본체부의 외측에 형성되어 동력을 전달하는 기어부(12)를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 본체부(11)는 원기둥 형상이거나, 또는 내부에 공공이 형성된 링형상일 수 있다. 1 is a perspective view showing the configuration of a helical gear. Referring to FIG. 1, the
상기 기어부(12)는 상기 본체부(11)의 외측에 형성되어, 축방향으로부터 일정각도로 휘어질 수 있다. 일 예로, 상기 본체부(11)가 원기둥인 경우, 상기 본체부(11)의 상측에서 하측으로 외벽을 따라 일정각도로 기울여진 형태의 치형(13)이 다 수개 형성될 수 있다. The
상기 헬리컬기어는 일반 평기어보다 물림률이 좋아서 동력의 전달효과가 뛰어날 뿐만 아니라 회전 시 발생하는 소음도 작은 효과가 있어 널리 사용되고 있다. 다만, 상기 헬리컬기어는 톱니줄기가 기어의 축방향으로부터 일정각도로 휘어지도록 제작됨에 따라 제작공정이 일반 평기어에 비해 까다로운 단점이 있다. The helical gear is widely used because it has a better bite rate than a general spur gear, and thus has excellent power transmission effect and low noise generated during rotation. However, the helical gear has a disadvantage in that the manufacturing process is more difficult than that of a general spur gear as the toothed stem is bent at a certain angle from the axial direction of the gear.
종래에는 워크피스(Work Piece)를 제작한 후, 그 외측에 헬리컨기어의 치형을 절삭하여 가공하는 절삭공정을 통해 헬리컬기어를 제조하였다.Conventionally, after manufacturing a work piece, a helical gear was manufactured through a cutting process of cutting and processing a tooth shape of a helical gear outside.
이러한 종래의 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치나 제조방법에 대한 선행문헌은 아래와 같다.Prior literature on such a conventional cold forging based helical gear precision molding apparatus or manufacturing method is as follows.
[선행기술문헌][Advanced technical literature]
[특허문헌][Patent Document]
국내출원번호 10-2012-0137376 (공개일자 : 2013년 11월 26일, 발명의 명칭 : 기어를 절삭하기 위한 공구 및 기어를 절삭하는 방법)Domestic application number 10-2012-0137376 (published date: November 26, 2013, title of invention: a tool for cutting gears and a method for cutting gears)
종래의 헬리컬기어를 제작하는 절삭공정은 아래와 같은 문제가 있다. The cutting process for manufacturing a conventional helical gear has the following problems.
첫째, 헬리컬기어의 기어간 간격이나 치형의 높이가 고르게 형성되지 못하는 문제가 있다. 즉, 절삭기를 활용하여 그 형상으로 금속재질을 절삭하는 공정이다 보니 절삭과정에서 흔들림과 같은 약간의 외부 충격이 있는 경우에는 헬리컬기어의 치형이 고르게 형성되지 못하여 기어간 맞물림이 제대로 이루어지지 않는 문제가 있다.First, there is a problem in that the spacing between the gears of the helical gear and the height of the teeth are not evenly formed. That is, since it is a process of cutting a metal material into its shape by using a cutting machine, if there is a slight external impact such as shaking in the cutting process, the teeth of the helical gear cannot be formed evenly, and there is a problem that meshing between gears is not properly performed. have.
둘째, 절삭공정의 경우 기어를 절삭하기 위한 절삭과정이 복잡하고, 하나의 헬리컬기어를 제조하기 위해서는 수십개의 치형을 절삭해야 됨에 따라, 제작시간과 제작비용이 많이 들어가는 단점이 있다. Second, in the case of the cutting process, the cutting process for cutting the gear is complicated, and in order to manufacture a single helical gear, dozens of teeth have to be cut, so there is a disadvantage in that manufacturing time and manufacturing cost are high.
셋째, 상기 절삭공정을 통해 헬리컬기어가 제조되고 난 후에도 헬리컬기어가 정상적으로 작동하기 위해서는 후공정이 필요한데, 이 후공정 단계의 시간이 오래 걸리고 비용이 많이 드는 문제가 있다.Third, after the helical gear is manufactured through the cutting process, a post-process is required for the helical gear to operate normally, but this post-process step takes a long time and is expensive.
이에 최근에는 냉간단조공법을 활용하여 헬리컬기어를 제조하는 장치나 방법이 개발되고 있는 실정이다. 냉간단조공법이란, 상온 또는 재결정온도 이하의 온도에서 워크피스를 압착하여 조직을 개선하고 성형을 함으로써, 원하는 형상을 만드는 공정이다. Accordingly, recently, a device or method for manufacturing a helical gear using a cold forging method has been developed. The cold forging method is a process of forming a desired shape by compressing a work piece at a temperature below normal temperature or recrystallization temperature, and improving the structure and molding.
이런 냉간단조공법의 경우, 절삭가공에 비해 금속소재를 압착시켜 형상의 변화를 줌으로써 제작되는 소재의 기계적 성질을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 원소재의 낭비를 줄임으로써 경제적 효과가 높은 장점이 있다. 다만, 종래의 냉간단조공법은 아래와 같은 문제가 있다.In the case of such a cold forging method, it is possible to improve the mechanical properties of a material to be produced by compressing a metal material compared to cutting, thereby changing the shape, and also has an advantage of high economic efficiency by reducing waste of raw materials. However, the conventional cold forging method has the following problems.
첫째, 금형에 워크피스를 압축시킴으로써 원하는 형상의 소재를 제작함에 따라, 금형의 내구성이 단시간에 감소하는 문제가 있다.First, as a material having a desired shape is manufactured by compressing a workpiece in a mold, there is a problem in that the durability of the mold decreases in a short time.
둘째, 금형의 내구성이 단시간에 감소함에 따라, 금형제작비용이 많이 소요되어, 제조비용이 늘어나는 문제가 있다.Second, as the durability of the mold decreases in a short period of time, there is a problem in that the manufacturing cost of the mold increases, which increases the manufacturing cost.
셋째, 하나의 금형을 통해 원하는 형상을 제조하려다 보니 제조시간이 오래 걸리는 문제가 있다.Third, there is a problem in that it takes a long time to manufacture a desired shape through one mold.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 절삭이 아닌 냉간단조방식을 활용한 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a cold forging-based helical gear precision molding apparatus using a cold forging method rather than cutting.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치는, 워크피스의 형상변화를 위해 상기 워크피스가 압착되는 폐쇄공간을 제공하는 금형유닛; 상기 금형유닛의 일측에 배치되어 상기 워크피스의 일면을 가압하는 제1 가압부; 및 상기 금형유닛의 타측에 배치되어 상기 워크피스의 타면을 가압하는 제2 가압부를 포함하고, 상기 금형유닛은, 상기 제1 가압부에 의해 상기 워크피스가 삽입되는 제1 공간을 제공하는 제1 금형유닛; 및 상기 제1 금형유닛의 일측에 배치되어 상기 제1 공간에 삽입된 워크피스의 일부가 압축되어 형상이 변형되는 제2 공간을 제공하는 제2 금형유닛을 포함하고, 상기 제2 금형유닛은, 상기 제2 공간에 배치되어 상기 워크피스가 상기 제2 공간에 가압되면 상기 워크시트의 외면에 치형을 형성하는 치형형성부를 포함하며, 상기 치형형성부는, 상기 제2 공간의 상단에서 하단으로 연장되고 서로 평행하는 다 수의 홈을 포함하고, 상기 홈은 상단에서 하단까지 비틀림 설정각도를 가지며 연장되며, 상기 제2 금형유닛의 두께는, 30mm 내지 50mm 사이이고, 상기 제2 금형유닛의 치형간격이 1.5mm 내지 4mm일 때, 상기 제2 금형유닛에 형성된 다수의 홈이 연장되는 방향을 나타내는 설정각도는 12도 내지 24도인 것을 것을 특징으로 한다.Cold forging-based helical gear precision molding apparatus according to an embodiment of the present invention, a mold unit for providing a closed space in which the workpiece is compressed for the shape change of the workpiece; A first pressing part disposed on one side of the mold unit to press one surface of the work piece; And a second pressing portion disposed on the other side of the mold unit to press the other surface of the workpiece, wherein the mold unit provides a first space into which the workpiece is inserted by the first pressing portion. Mold unit; And a second mold unit disposed on one side of the first mold unit to provide a second space in which a part of the workpiece inserted in the first space is compressed to deform the shape, and wherein the second mold unit includes: It is disposed in the second space, and when the workpiece is pressed against the second space, it includes a tooth-forming portion forming a tooth on the outer surface of the worksheet, and the tooth-forming portion extends from an upper end to a lower end of the second space It includes a plurality of grooves parallel to each other, and the grooves extend from a top to a bottom with a set twist angle, the thickness of the second mold unit is between 30 mm and 50 mm, and the tooth spacing of the second mold unit is When it is 1.5mm to 4mm, the set angle indicating the direction in which a plurality of grooves formed in the second mold unit extend is characterized in that it is 12 to 24 degrees.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치는 다음과 같은 효과가 있다. The cold forging-based helical gear precision molding apparatus according to the embodiment of the present invention constituting the above configuration has the following effects.
첫째, 헬리컬기어의 치형이 고르게 형성되어, 후공정에 소요되는 비용이나 시간이 절감되는 효과가 있다.First, the teeth of the helical gear are evenly formed, thereby reducing the cost and time required for the post-process.
둘째, 헬리컬기어 제작을 위해 사용되는 금속소재의 강도를 센싱하여 적절압력으로 가압하기 때문에, 사용되는 금형의 내구성이 상승되는 효과가 있고, 이에 따라 금형제작비용이 절감되는 효과가 있다.Second, since the strength of the metal material used for manufacturing the helical gear is sensed and pressurized at an appropriate pressure, the durability of the mold used is increased, and accordingly, the mold manufacturing cost is reduced.
셋째, 하나의 헬리컬 기어를 제작하기 위한 공정을 다단계로 나누어 다 수의 금형을 사용하여 제작함에 따라, 제조시간이 절감되고 금형의 내구성이 향상되는 효과가 있다.Third, as the process for manufacturing one helical gear is divided into multiple stages and manufactured using a plurality of molds, manufacturing time is reduced and durability of the molds is improved.
도 1은 헬리컬 기어의 구성을 도시한 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치의 헬리컬 기어 제조유닛의 사시도
도 3은 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치의 구성 중 헬리컬 기어 제조유닛의 금형유닛을 분리한 사시도
도 4는 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치의 구성 중 헬리컬 기어 제조유닛의 측단면도
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치로 헬리컬 기어를 제조하는 단계를 도시한 도면
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치를 통한 헬리컬기어 제조방법의 플로우 차트
도 7은 헬리컬 기어 제조유닛의 구성 중 제2 금형유닛의 측단면도1 is a perspective view showing the configuration of a helical gear
Figure 2 is a perspective view of a helical gear manufacturing unit of a cold forging-based helical gear precision molding apparatus according to an embodiment of the present invention
Figure 3 is a perspective view of the cold forging-based helical gear precision molding device of the helical gear manufacturing unit of the mold unit separated
Figure 4 is a side sectional view of the helical gear manufacturing unit of the configuration of the cold forging-based helical gear precision molding device
5 is a view showing a step of manufacturing a helical gear with a cold forging-based helical gear precision molding apparatus according to an embodiment of the present invention
6 is a flow chart of a method for manufacturing a helical gear through a cold forging-based helical gear precision molding apparatus according to an embodiment of the present invention
7 is a side sectional view of a second mold unit in the configuration of the helical gear manufacturing unit
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구조나 방법에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily practice. The present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the structures or methods described herein.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치의 헬리컬 기어 제조유닛의 사시도이고, 도 3은 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치의 구성 중 헬리컬 기어 제조유닛의 금형유닛을 분리한 사시도이며, 도 4는 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치의 구성 중 헬리컬 기어 제조유닛의 측단면도이다.Figure 2 is a perspective view of a helical gear manufacturing unit of a cold forging-based helical gear precision molding apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a cold forging-based helical gear precision molding apparatus configuration of the helical gear manufacturing unit of the mold separation One perspective view, Figure 4 is a side sectional view of the helical gear manufacturing unit of the configuration of the cold forging-based helical gear precision molding apparatus.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 헬리컬기어의 금형유닛, 제1 가압부(200) 및 제2 가압부(300)를 포함할 수 있다.2 to 4, the mold unit of the helical gear according to the embodiment of the present invention, may include a first pressing
상기 금형유닛은 상기 워크피스(20)가 삽입되어 압착되는 공간을 제공하는 수단이다. 상세히, 상기 금형유닛은 제1 금형유닛(110) 및 제2 금형유닛(120)을 포함할 수 있다. 아래에서는 상기 제1 금형유닛(110)이 상기 제2 금형유닛(120)의 하부에 배치되고, 상기 제1 가압부(200)는 상기 제1 금형유닛(110)의 상측에 배치되며, 상기 제2 가압부(300)는 상기 제2 금형유닛(120)의 하측에 배치된 것을 기준으로 작성하나, 이에 한정되지 않고 상기 제2 금형유닛(120)이 상기 제1 금형유닛(110)의 하부에 배치된 경우에도 적용될 수 있음을 알려둔다.The mold unit is a means for providing a space in which the
상기 제1 금형유닛(110)은 헬리컬기어가 형성될 원재료인 금속재료(이하 워크피스(20)(WorkPiece)가 삽입되는 부분이다. 상세히, 상기 제1 금형유닛(110)은 상기 제2 금형유닛(120)의 상측에 배치되어 상기 워크피스(20)가 삽입되어 1차 가공되기 전의 상태를 유지할 수 있다. The
또한, 상기 워크피스(20)는 축방향을 기준으로 내부에 중공이 형성될 수 있다. 즉, 상기 워크피스(20)는 축 방향으로 내부가 뚫려있는 원기둥 형상일 수 있다. In addition, the
상기 제1 금형유닛(110)은 상기 워크피스(20)가 삽입되고, 상기 제1 가압부(200)가 왕복운동할 수 있는 제1 공간(111)이 형성된 제1 금형본체(112)와, 상기 제1 공간(111)에 배치되어 상기 워크피스(20)가 안착될 수 있는 안착부(113)와, 상기 제1 금형본체(112)를 보호하기 위해 상기 제1 금형본체(112)의 외부를 감싸는 제1 하우징을 포함할 수 있다. The
상세히, 상기 제1 공간(111)은 상기 제1 금형본체(112)의 축 방향을 따라 상기 제1 금형본체(112) 내부의 중공 형상을 가질 수 있다. 상기 제1 안착부(113)는 상기 제1 공간(111)의 일 측에 형성될 수 있고, 이 경우 상기 제1 공간(111)의 타측을 통해 상기 제1 가압부(200)가 왕복 운동할 수 있다.In detail, the
또한, 상기 제1 안착부(113)는 상기 워크피스(20)가 삽입되어 안착함과 동시에 좌우로 흔들리지 않는 직경의 크기를 가질 수 있다. In addition, the
상기 제1 가압부(200)는 상기 제1 금형유닛(110)의 상측에 배치되어, 상기 제1 금형유닛(110)에 안착된 상기 워크피스(20)를 가압하는 수단이다. 상세히, 상기 제1 가압부(200)는 상기 제1 금형유닛(110) 상측에서 하방으로 이동하여 상기 워크피스(20)의 일면을 하측으로 가압할 수 있다. 상기 제1 가압부(200)가 상기 워크피스(20)의 일면을 가압하면 상기 워크피스(20)는 회전하며 상기 제1 금형유닛(110) 및 상기 제2 금형유닛(120)에 삽입될 수 있다.The first
또한, 상기 제1 가압부(200)는 상기 제1 공간(111)에 회전하며 상기 워크피스(20)를 가압할 수 있고, 이 경우 상기 워크피스(20)는 상기 제1 가압부(200)의 회전방향을 따라 회전하면서 상기 제1 금형유닛(110) 및 상기 제2 금형유닛(120)에 삽입될 수 있다. In addition, the first
상세히, 상기 제1 가압부(200)는 상기 워크피스(20)의 중공에 삽입되는 제1 삽입부(210)와, 상기 워크피스(20)의 일면에 접촉되어 상기 워크피스(20)를 가압하는 제1 접촉부(220)를 포함할 수 있다. 다만, 상기 제1 삽입부(210)는 상기 워크피스(20)에 중공이 형성되지 않은 경우는 생략될 수 있다.In detail, the first
상기 제1 삽입부(210)는 상기 워크피스(20)의 중공과 동일한 직경으로 형성되어 상기 워크피스(20)에 삽입되는 부분이다. 상기 제1 가압부(200)가 상기 워크피스(20)의 일면을 가압할 때, 상기 제1 삽입부(210)가 상기 워크피스(20)의 중공에 삽입됨으로써, 상기 워크피스(20)가 진동하거나 흔들리는 것을 방지하는 효과가 있다. The
상기 제1 접촉부(220)는 상기 제1 삽입부(210)보다 큰 직경으로 형성되어 상기 워크피스(20)의 일면을 가압할 수 있는 수단이다. 상세히, 상기 제1 접촉부(220)는 상기 제1 안착부(113)의 직경과 상기 워크피스(20) 중공의 직경 사이의 직경을 가질 수 있고, 이에 따라 상기 제1 안착부(113)에는 삽입되나 상기 워크피스(20)의 중공에는 삽입되지 않고 상기 워크피스(20)의 일면을 가압할 수 있다.The
상기 제2 금형유닛(120)은 상기 제2 가압부(300)가 왕복운동할 수 있는 제2 공간(121)이 형성된 상기 제2 금형본체(122)와, 상기 제2 공간(121)에 배치되어 상기 워크피스(20)의 외측에 형성될 치형에 대응되는 형상이 내측에 형성되어 있는 치형형성부(123)와, 상기 제2 금형본체(122)를 보호하기 위해 상기 제2 금형본체(122)의 외부를 감싸는 제2 하우징을 포함할 수 있다. The
상세히, 상기 제2 공간(121)은 상기 제2 금형본체(122)의 축방향을 따라 형성된 중공일 수 있다. 상기 제2 공간(121)을 통해 상기 제2 가압부(300)가 상기 워크피스(20)를 가압하기 위해 왕복운동할 수 있다. In detail, the
더욱 상세히, 상기 안착부(113)에 상기 워크피스(20)가 배치된 경우, 상기 제1 가압부(200)는 상기 워크피스(20)의 일면에 접촉하여 회전하면서 상기 워크피스(20)를 일측으로 가압할 수 있다. 이 경우, 상기 워크피스(20)가 상기 제1 가압부(200)의 회전방향과 동일방향으로 함께 회전하면서 상기 금형유닛의 제1 공간(111) 및 제2 공간(121)으로 삽입되고, 상기 워크피스(20)의 일부, 즉 치형이 형성되기 위한 부분이 상기 제2 공간(121)에 형성된 상기 치형형성부(123)에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 삽입된 상기 워크피스(20) 일부의 외측에는 상기 치형형성부(123)의 내측형상에 대응되는 치형이 형성될 수 있다. In more detail, when the
또한, 상기 치형형성부(123)는 후술할 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치의 다 수의 상기 헬리컬기어 제조유닛의 제조단계에 따라 다르게 형성될 수 있다. 상세한 부분은 후술한다.In addition, the
위 실시예에서는 상기 금형유닛이 제1 금형유닛(110)과 제2 금형유닛(120)으로 분리된 경우로 설명하였으나 이에 한정되지 않고, 상기 제1 금형유닛(110)과 상기 제2 금형유닛(120)이 일체형으로 형성되어 상기 금형유닛을 형성할 수 있고, 상기 제1 금형유닛(110)과 상기 제2 금형유닛(120)의 상하방향 또한 서로 변경될 수 있다. In the above embodiment, the mold unit is described as being separated into the
상기 제2 가압부(300)는 상기 제2 금형유닛(120)의 하측에 배치되어, 상기 제1 금형유닛(110)에 안착되고 상기 제2 금형유닛(120)에 의해 치형이 형성된 상기 워크피스(20)를 일방과 반대되는 타방으로 가압하는 수단이다. 일 예로, 상기 제2 가압부(300)는 상기 제2 금형유닛(120) 하측에서 상방으로 이동하여 상기 워크피스(20)의 타면을 상측으로 가압할 수 있다.The second
상기 제2 가압부(300)는 상기 워크피스(20)의 타면에 접촉되어 상기 워크피스(20)를 가압하는 제2 접촉부(310) 및 상기 제2 접촉부(310)로부터 연장되어 상기 제2 접촉부(310)를 지지하고 상기 제2 금형본체(122)의 상기 제2 공간(121)을 왕복이동하는 제2 삽입부를 포함할 수 있다.The second
상기 제2 접촉부(310)가 상기 워크피스(20)의 타면을 가압하면, 상기 치형형성부(123)에 끼워져 외측에 치형이 형성된 워크피스(20)는 상방으로 이동할 수 있다. 이 경우, 상기 워크피스(20)의 외측에 형성된 치형을 더 정교하게 다듬어지면서 상기 치형형성부(123)로부터 상기 워크피스(20)가 분리될 수 있다. When the
본 발명의 실시예에 따른 헬리컬기어 제조유닛은 상기 제1 가압부(200)에 연결되어 상기 제1 가압부(200)가 상기 워크피스(20)를 1차 가압할 때 상기 워크피스(20)의 소성변형을 위해 상기 제1 가압부(200)가 상기 워크피스에 가하는 제1 압력값을 측정할 수 있는 센서부(230) 및 상기 센서부(230)에 의해 측정된 상기 제1 압력값을 기준으로 상기 제1 가압부(200) 및 상기 제2 가압부(300)가 상기 워크피스(20)를 가압할 수 있도록 상기 제1 가압부(200) 및 상기 제2 가압부(300)의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. The helical gear manufacturing unit according to an embodiment of the present invention is connected to the first
상세히, 상기 센서부(230)는 상기 제1 가압부(200)가 테스트 가압을 실시할 때, 상기 워크피스(20)가 소성변형을 일으키기 위한 제1 압력값을 측정할 수 있다. 소성변형시점을 판단하기 위해, 금형의 홈 내에는, 금형 홈에 상기 워크피스가 침투했는지를 확인하는 추가 센싱모듈이 더 포함될 수 있다. 즉, 금형 홈에 센싱모듈에서, 상기 제1 가압부의 압력으로 인해 상기 워크피스가 소성변형을 일으켜 금형의 홈 내측으로 인입함을 감지하면, 상기 시점을 소성변형시점으로 판단하고, 그 시점의 제1 가압부(200)의 압력을 제1 압력값으로 설정할 수 있다. In detail, the
즉, 상기 제1 압력값은 상기 워크피스(20)가 소성변형을 일으키기 위한 최소응력값일 수 있다. That is, the first pressure value may be a minimum stress value for the
상기 제어부는 상기 센서부(230)가 상기 제1 압력값을 측정하면 상기 제1 가압부(200) 및 상기 제2 가압부(300)가 상기 제1 압력값을 기준으로 일정 압력값으로 상기 워크피스(20)를 가압할 수 있도록 상기 제1 가압부(200) 및 제2 가압부(300)의 동작을 제어할 수 있다. In the control unit, when the
일 예로, 상기 제어부는, 상기 제1 압력값이 5Pa인 경우, 상기 제1 가압부(200) 및 제2 가압부(300)의 가압력값을 6 내지 8Pa의 힘으로 조절할 수 있고, 이에 따라 상기 제1 가압부(200) 및 상기 제2 가압부(300)는 조절된 가압력값으로 상기 워크피스(20)를 가압할 수 있다. 이는 상기 워크피스(20)가 손상되지 않음과 동시에 상기 금형유닛이 손상되지 않는 압력값일 수 있고, 이는 사용자가 설정함에 따라 상기 제1 압력값보다 약하게, 같게 또는 강하게 상기 제1 가압부(200) 및 상기 제2 가압부(300)는 상기 워크피스(20)를 가압할 수 있다.For example, when the first pressure value is 5 Pa, the control unit may adjust the pressing force values of the first
표 1은 상기 제1 압력값과 상기 제2 압력값 사이의 상관관계를 확인하기 위해, 상기 제2 압력값을 다르게 하여 생산되는 헬리컬기어 불량률을 측정한 데이터이다.Table 1 is data for measuring the helical gear defect rate produced by differently varying the second pressure value in order to confirm a correlation between the first pressure value and the second pressure value.
표 2를 참조하면, 제1 압력값이 100GPa와 200GPa인 경우를 나누어 실험하였다. Referring to Table 2, experiments were performed by dividing the first pressure values of 100 GPa and 200 GPa.
제1 압력값이 100GPa인 경우, 제2 압력값이 100GPa보다 낮은 경우는 대부분 불량이 일어났고, 같은 경우에도 31.1%의 불량이 발생하였다. 110GPa부터 130GPa의 불량률은 4% 미만으로 나타났으나, 140GPa에서는 14.5%로 측정되어 제1 압력값보다 30GPa가 넘어간 순간 헬리컬기어의 불량률이 높게 나타났다. 이는 과도한 힘에 의해 헬리컬기어가 손상된 것으로 판단된다.When the first pressure value was 100 GPa, the second pressure value was lower than 100 GPa, and most of the defects occurred. In the same case, 31.1% of defects occurred. From 110 GPa to 130 GPa, the defective rate was less than 4%, but at 140 GPa, it was measured as 14.5%, and the moment the 30 GPa exceeded the first pressure value, the defective rate of the helical gear was high. It is thought that the helical gear was damaged by excessive force.
마찬가지로, 제1 압력값이 200GPa인 경우, 제2 압력값이 200GPa보다 낮은 경우는 대부분 불량이 일어났고, 같은 경우에도 34.8%의 불량이 발생하였다. 220GPa부터 260GPa의 불량률은 5% 미만으로 나타났으나, 280GPa에서는 17.9%로 측정되어 제1 압력값보다 80GPa가 넘어간 순간 헬리컬기어의 불량률이 높게 나타났다. 이는 과도한 힘에 의해 헬리컬기어가 손상된 것으로 판단된다.Likewise, when the first pressure value was 200 GPa, most of the failure occurred when the second pressure value was lower than 200 GPa, and 34.8% of failure occurred in the same case. From 220 GPa to 260 GPa, the defective rate was less than 5%, but at 280 GPa, it was measured as 17.9%, and the moment the 80 GPa exceeded the first pressure value, the defective rate of the helical gear was high. It is thought that the helical gear was damaged by excessive force.
위와 같은 실험을 통해, 제2 압력값은 제1 압력값의 110% 내지 130%인 경우 가장 기어생성 효율이 높은것으로 확인되었다.Through the above experiment, when the second pressure value is 110% to 130% of the first pressure value, it was confirmed that the gear generation efficiency is the highest.
아래에서는 상기 워크피스(20)를 상기 헬리컬기어로 제조하기 위한 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a cold forging-based helical gear precision molding apparatus for manufacturing the
상기 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치는 하나 이상의 상기 헬리컬기어 제조유닛을 포함할 수 있다. The cold forging-based helical gear precision molding apparatus may include one or more helical gear manufacturing units.
상세히, 상기 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치는 상기 워크피스(20)를 다양한 형상의 헬리컬기어로 제조하기 위해, 다 수의 상기 헬리컬기어 제조유닛을 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 워크피스(20)는 다 수의 상기 헬리컬기어 제조유닛에 의해 단계별로 형상이 제조되어 최종적으로 사용자에게 필요한 헬리컬기어로 제조될 수 있다.In detail, the cold forging-based helical gear precision molding apparatus may include a plurality of helical gear manufacturing units to manufacture the
아래 실시예에서의 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치는 6개의 헬리컬기어 제조유닛을 포함할 수 있다. 다만, 이는 하나의 실시예일뿐, 제조하고자 하는 헬리컬기어의 형상에 따라 상기 헬리컬기어 제조유닛의 개수는 변동될 수 있음을 밝혀둔다. The cold forging-based helical gear precision molding apparatus in the embodiment below may include six helical gear manufacturing units. However, this is only an example, and it is revealed that the number of helical gear manufacturing units may vary depending on the shape of the helical gear to be manufactured.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치로 헬리컬 기어를 제조하는 단계를 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치를 통한 헬리컬기어 제조방법의 플로우 차트이다.5 is a view showing a step of manufacturing a helical gear with a cold forging-based helical gear precision molding apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is a cold forging-based helical gear precision molding apparatus according to an embodiment of the present invention It is a flow chart of the helical gear manufacturing method.
도 5를 참조하면, 상기 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치는 제1 내지 제6 헬리컬기어 제조유닛을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5, the cold forging-based helical gear precision molding apparatus may include first to sixth helical gear manufacturing units.
도 6을 참조하면, 상기 헬리컬기어 제조방법은, 소재가공단계(S110), 본체부 제작단계(S120), 기어부 제작단계(S130), 중공형성단계(S140), 본체부 치형형성단계(S150) 및 기어부 치형형성단계(S160)를 포함할 수 있다. 아래에서는 상기 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치를 통해 상기 헬리컬기어를 제조방법에 대해 상세히 설명한다.Referring to FIG. 6, the helical gear manufacturing method includes a material processing step (S110), a body part manufacturing step (S120), a gear part manufacturing step (S130), a hollow forming step (S140), and a body part tooth forming step (S150). ) And a gear tooth forming step (S160 ). Hereinafter, a method of manufacturing the helical gear through the cold forging-based helical gear precision molding apparatus will be described in detail.
상세히, 상기 소재가공단계(S110)는 상기 헬리컬기어가 제조되기 위한 금속소재를 상기 헬리컬기어로 제조하기 위한 워크피스(20)를 제작하는 단계일 수 있다. In detail, the material processing step (S110) may be a step of manufacturing a
더욱 상세히, 상기 소재가공단계(S110)에서 사용자는 상기 헬리컬기어를 제조하기 위해 상기 금속소재, 바람직하게는 바 형상의 금속소재를 설정된 길이로 절단하여 상기 워크피스(20)로 가공하는 단계일 수 있다. 상기 소재가공단계(S110)를 통해 상기 헬리컬기어가 제조되기 위한 원통형상의 워크피스(20)가 제작될 수 있다.In more detail, in the material processing step (S110), the user may be a step of cutting the metal material, preferably a bar-shaped metal material to a predetermined length to manufacture the helical gear, and processing the
상기 본체부 제작단계(S120)는 상기 헬리컬기어 중 상기 본체부를 제작하는 단계일 수 있다. 상세히, 상기 본체부 제작단계(S120)에서는 상기 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치의 제1 헬리컬기어 제조유닛 및 제2 헬리컬기어 제조유닛이 사용될 수 있다.The main body manufacturing step (S120) may be a step of manufacturing the main body part among the helical gears. In detail, in the main body manufacturing step (S120), a first helical gear manufacturing unit and a second helical gear manufacturing unit of the cold forging-based helical gear precision molding apparatus may be used.
상기 제1 헬리컬기어 제조유닛의 제1 금형유닛(1110)의 제1 공간(1111)은 상기 워크피스(20)가 삽입될 수 있는 원통형일 수 있고, 제2 금형유닛(1120)의 제2 공간(1121)에 배치된 치형형성부(1123)에 의해 상기 제2 공간(1121)은 상기 워크피스(20)의 직경보다 작은 직경을 가진 원통형상일 수 있다.The
상기 소재가공단계(S110)를 통해 제작된 상기 워크피스(20)는 상기 제1 공간(1111)으로 삽입될 수 있고, 상기 제1 헬리컬기어 제조유닛의 제1 가압부(1200)가 상기 워크피스(20)의 일면을 가압함에 따라 상기 치형형성부(1123)가 형성된 상기 제2 공간(1121) 방향으로 가압될 수 있다. 이에 따라, 상기 워크피스(20)의 일부는 회전하며 상기 제2 공간(1121)에 삽입됨과 동시에 상기 치형형성부(1123)에 의해 더 작아진 직경을 가진 부분을 생성할 수 있다. 상기 워크피스(20)에서 직경이 작아진 부분을 본체부로 정의할 수 있고, 이에 의해 상기 본체부 제작단계(S120)가 완료될 수 있다.The
상세히, 상기 본체부(21)는 상기 제1 헬리컬기어 제조유닛에 의해 제조될 수 있으나, 실시예에서는 제2 헬리컬기어 제조유닛에 의해 상기 본체부가 제1 본체부(21)와 제2 본체부(22)로 나누어진 헬리컬기어를 제조하였다. 상기 제1 본체부(21)는 상기 제1 헬리컬기어 제조유닛에 의해 생성된 본체부 부분이고, 상기 제2 본체부(22)는 상기 제2 헬리컬기어 제조유닛에 의해 생성된 본체부 부분이다. In detail, the
상기 제2 헬리컬기어 제조유닛의 제1 금형유닛(2110)은 상기 제1 헬리컬기어 제조유닛의 제1 금형유닛(1110)과 동일하고, 제2 금형유닛(2120)은 상기 제1 헬리컬기어 제조유닛의 제2 금형유닛(1120)과 동일한 형상이나, 제2 공간(2121)이 상기 제1 헬리컬기어 제조유닛의 상기 제2 공간(1121)의 직경보다 크고 상기 제1 금형유닛(2110)의 제1 공간(2111)의 직경보다 작게 형성될 수 있다. The first mold unit 2110 of the second helical gear manufacturing unit is the same as the first mold unit 1110 of the first helical gear manufacturing unit, and the second mold unit 2120 is the first helical gear manufacturing unit The same shape as the second mold unit 1120, but the
이에 따라, 상기 제2 본체부(22)의 직경은 상기 제1 본체부(21)의 직경보다 크고, 후술할 기어부(23)의 직경보다 작을 수 있다.Accordingly, the diameter of the
상기 기어부 제작단계(S130)는 상기 워크피스(20) 중 헬리컬기어의 치형이 외측에 형성될 기어부(23)를 제작하는 단계이다. 상기 기어부 제작단계(S130)에서는 상기 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치의 제3 헬리컬기어 제조유닛이 사용될 수 있다.The gear part manufacturing step (S130) is a step of manufacturing a
상기 제3 헬리컬기어 제조유닛은 제1 금형유닛(3110)의 상측에 제2 금형유닛(3120)이 배치된 형상일 수 있다. 즉, 상기 워크피스(20)가 상기 제3 헬리컬기어 제조유닛의 상기 제1 금형유닛(3110)을 통해 하측에서 삽입되는 형상일 수 있다. 상세히, 상기 워크피스(20)의 상기 기어부(23)가 상기 제1 금형유닛(3110)의 제1 공간(3111)을 통해 하측에서 삽입될 수 있다.The third helical gear manufacturing unit may have a shape in which the second mold unit 3120 is disposed above the first mold unit 3110. That is, the
이 경우, 상기 제3 헬리컬기어 제조유닛의 제1 가압부(3200)는 상기 제1 금형유닛(3110)의 하측에, 제2 가압부(3300)는 상기 제2 금형유닛(3120)의 상측에 배치될 수 있다. 상기 워크피스(20)의 기어부(23)가 상기 제1 금형유닛(3110)의 제1 공간(3111)에 삽입되면 상기 제1 가압부(3200)가 회전하면서 상기 워크피스(20)의 타면을 가압하고, 상기 워크피스(20)가 회전하면서 상기 제2 금형유닛(3120)의 치형형성부(3123)에 삽입됨으로써 기어부(23)가 형성될 수 있다.In this case, the first
상기 중공형성단계(S140)는 상기 워크피스(20)의 기어부(23)에 중공을 형성함으로써, 상기 헬리컬 기어가 외부에 결합되는 홈을 제작할 수 있는 단계이다. 상기 중공형성단계(S140)에서는 상기 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치의 제4 헬리컬기어 제조유닛이 사용될 수 있다.The hollow forming step (S140) is a step in which a hollow is formed in the
상기 제4 헬리컬기어 제조유닛은 제1 금형유닛(4110)의 하측에 제2 금형유닛(4120)이 배치된 형상일 수 있다. 상세히, 상기 워크피스(20)의 상기 기어부(23)가 상기 제1 금형유닛(4110)의 제1 공간(4111)을 통해 상측에서 삽입될 수 있다.The fourth helical gear manufacturing unit may have a shape in which the second mold unit 4120 is disposed below the first mold unit 4110. In detail, the
상기 워크피스(20)의 기어부(23)가 제1 금형유닛(4110)의 제1 공간(4111)을 거쳐 제2 금형유닛(4120)의 제2 공간(4121)에 배치되면 제1 가압부(4200)가 상기 워크피스(20)의 일면, 즉 기어부(23) 부분을 하측으로 가압할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 금형유닛(4120)에 의해 지지되는 기어부(23)의 일면에 상기 제1 가압부(4200)의 제1 삽입부(4210)가 상기 기어부(23)의 일면을 가압하면서 상기 기어부(23)에 중공이 형성될 수 있다.When the
상기 본체부 치형형성단계(S150)는 상기 워크피스(20)의 본체부에 나사형상의 치형을 형성함으로써, 추후 헬리컬기어에 너트 등을 결합할 수 있도록 하는 단계이다. 상기 본체부 치형형성단계(S150)에서는 제5 헬리컬기어 제조유닛이 사용될 수 있다.The tooth forming step (S150) of the main body is a step of forming a screw-shaped tooth on the body portion of the
상기 제5 헬리컬기어 제조유닛은 제1 금형유닛(5110)이 제2 금형유닛(5120) 하부에 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 금형유닛(5120)의 제2 공간(5121)에 배치된 치형형성부(5123)는 내부에 측방으로 연장된 다 수의 평행한 나사산이 형성될 수 있다. In the fifth helical gear manufacturing unit, a
상기 워크피스(20)의 상기 본체부(21,22)가 상기 제1 금형유닛(5110)의 제1 공간(5111)으로 삽입되면 상기 제1 가압부(5200)가 상기 워크피스(20)의 기어부(23) 부분을 가압하여 상기 본체부(22)의 일부가 상기 제2 금형유닛(5120)의 제2 공간(5121)에 삽입되도록 가압할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 공간(5121)에 형성된 상기 치형형성부(5123)에 의해 상기 워크피스(20)의 본체부(22) 일부에는 평행한 나사산 형상의 치형이 형성될 수 있다.When the
상기 기어부 치형형성단계(S160)는 상기 워크피스(20)의 기어부(23)에 나선형상의 치형을 형성함으로써, 헬리컬기어의 나사산을 형성하는 단계이다. 상기 기어부 치형형성단계(S160)에서는 제6 헬리컬기어 제조유닛이 사용될 수 있다.The gear tooth forming step (S160) is a step of forming a helical gear thread by forming a spiral tooth on the
상기 제6 헬리컬기어 제조유닛은 제1 금형유닛(6110)이 제2 금형유닛(6120) 하부에 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 금형유닛(6120)의 제2 공간(6121)에 배치된 치형형성부(123)는 제2 공간(6121) 상단에서 하단으로 연장된 다 수의 홈을 포함할 수 있다. 이 경우, 다 수의 홈은 설정각도 또는 설정곡률의 나선형상을 가질 수 있다. 자세히, 헬리컬 기어의 설정각도는, 헬리컬 기어의 기어 비틀림 각을 의미한다.In the sixth helical gear manufacturing unit, the first mold unit 6110 may be disposed under the second mold unit 6120. In addition, the
도 7은 헬리컬 기어 제조유닛의 구성 중 제2 금형유닛(120)의 측단면도이다.7 is a side cross-sectional view of the
도 7을 참조하면, 제2금형유닛 내의 헬리컬 기어를 형성하기 위한 홈을 가지는 치형형성부(123)는, 초기 워크피스가 진입하는 전방영역(A1)과, 전방영역(A1)을 통과하여 진입하는 후방영역(A2)으로 구분될 수 있다. Referring to FIG. 7, the tooth-forming
이때, 후방영역(A2)에서 워크피스에서 헬리컬 기어를 형성하기 위한 치형의 각도(이하, 설정각도(α))는, 10° 내지 20°일 수 있다. At this time, the angle (hereinafter, set angle α) of the teeth for forming the helical gear in the work piece in the rear area A2 may be 10° to 20°.
즉, 상기 설정각도(α)는, 워크피스에 형성된 헬리컬 기어의 중심을 이루는 각도일 수 있으며, 상기 설정각도(α)로 형성된 헬리컬 기어가 다른 기어에 연결되어 동력을 전달할 수 있다. That is, the set angle α may be an angle forming the center of the helical gear formed on the workpiece, and the helical gear formed with the set angle α may be connected to another gear to transmit power.
이하에서는, 먼저, 유효한 헬리컬 기어를 형성하기 위한 후방영역(A2)의 치형형성부(123)의 설정각도(α) 및 치형간격을 중심으로 설명한다.Hereinafter, first, the setting angle α of the
아래에서는 상기 설정각도(α)에 따라, 금형의 내구력이 어떻게 변화하는지 실험한 결과를 확인한다.Below, we confirm the results of experiments on how the durability of the mold changes depending on the set angle (α).
표 2는 상기 설정각도(α)의 각도별로 금형이 손상될 때까지 찍어낸 핼리컬 기어의 숫자를 확인한 데이터이다.Table 2 is data confirming the number of helical gears taken until the mold is damaged for each angle of the set angle α.
표 1을 참조하면, 상기 제2 금형은 3 가지 타입을 활용하여 측정하였다. 첫번째 타입은 금형두께가 30mm이고 치형간격이 1.5mm인 금형유닛, 두번째 타입은 금형두께가 30mm이고 치형간격이 2mm인 금형유닛이며, 세번째 타입은 금형두께가 500mm이고 치형간격이 4mm인 금형유닛이다. Referring to Table 1, the second mold was measured using three types. The first type is a mold unit with a mold thickness of 30 mm and a tooth spacing of 1.5 mm, the second type is a mold unit with a mold thickness of 30 mm and a tooth spacing of 2 mm, and the third type is a mold unit with a mold thickness of 500 mm and a tooth spacing of 4 mm. .
여기서, 제2 금형의 금형 두께는, 헬리컬 기어를 형성하기 위한 치형형성부의 수직 길이로서, 실험을 통해 30mm 내지 50mm 사이일 때, 최적의 수율을 나타냄을 미리 확인하였다. Here, the mold thickness of the second mold is a vertical length of the tooth forming portion for forming the helical gear, and it was previously confirmed that the optimum yield is exhibited when it is between 30 mm and 50 mm through experiments.
자세히, 제2 금형유닛은, 구속성형을 통해 헬리컬 기어를 형성하는 금형으로, 치형형성부의 일단은 워크피스가 진입하기 위한 개구이고 타단은 워크피스가 더 이상 진입하지 못하도록 폐쇄된 구조로, 워크피스는 개구를 통해 진입하여 폐쇄부에 막힌 후 수직으로 가해지는 힘에 의해 금형의 치형형성부의 홈 측으로 팽창하게 되어 헬리컬 기어를 형성하게 되는 것이다. In detail, the second mold unit is a mold for forming a helical gear through restraint molding, one end of the tooth-forming part is an opening for the work piece to enter, and the other end is a closed structure to prevent the work piece from entering the work piece. Is that it enters through the opening and is blocked by the closing part, and then expands to the groove side of the tooth forming part of the mold by a force applied vertically to form a helical gear.
이러한 구속성형을 하기 위한 제2 금형유닛에서 형성된 헬리컬 기어의 기어샤프트의 축과 기어 사이의 동심도 각을 수직에 가깝게(적어도 0.2° 이하) 형성시키게 하기 위해서는, 제2 금형유닛의 치형형성부의 길이, 즉 금형 두께는, 30mm 내지 50mm이여야 한다. 더 바람직하게, 동심도 각을 0.1° 이내로 유지하기 위해서 제 2 금형유닛의 두께가, 38mm 내지 45mm 사이인 것을 실험을 통해 확인할 수 있었다. In order to form the concentricity angle between the shaft of the gear shaft of the helical gear and the gear formed in the second mold unit for constrained molding close to vertical (at least 0.2° or less), the length of the tooth forming portion of the second mold unit, That is, the mold thickness should be 30 mm to 50 mm. More preferably, it was confirmed through experiments that the thickness of the second mold unit was between 38 mm and 45 mm in order to maintain the concentricity angle within 0.1°.
다음으로, 이러한 세가지 금형유닛에 있어서, 상기 설정각도(α)를 각각 9°, 12°, 15°, 20°, 25° 및 28°의 5개 각도로 설정하여 금형유닛을 통해 금형이 손상될 때까지의 헬리컬기어 생산수를 측정하였다.첫번째 타입의 금형유닛에서는 설정각도(α)가 9° 및 28°인 경우 10,000개 미만의 헬리컬 기어가 생산되는 것을 확인할 수 있었고, 설정각도(α)가 12°인 경우 헬리컬기어 생산수가 급격하게 증가하였다가, 설정각도(α)가 24°를 초과하면서 헬리컬기어 생산수가 급격하게 감소함을 확인할 수 있었다.Next, in these three mold units, the set angle (α) is set to five angles of 9°, 12°, 15°, 20°, 25°, and 28°, respectively, and the mold may be damaged through the mold unit. The number of helical gear production until then was measured. In the first type of mold unit, when the set angle (α) was 9° and 28°, it was confirmed that less than 10,000 helical gears were produced, and the set angle (α) was In the case of 12°, the number of helical gear production increased rapidly, and it was confirmed that the number of helical gear production rapidly decreased while the set angle (α) exceeded 24°.
두번째 타입의 금형유닛에서는 설정각도(α)가 9° 및 28°인 경우 10,000개 미만의 헬리컬 기어가 생산되는 것을 확인할 수 있었고, 설정각도(α)가 12°인 경우 헬리컬기어 생산수가 급격하게 증가하였다가, 설정각도(α)가 24°를 초과하면서 헬리컬기어 생산수가 급격하게 감소함을 확인할 수 있었다.In the second type of mold unit, it was confirmed that less than 10,000 helical gears are produced when the set angle (α) is 9° and 28°, and when the set angle (α) is 12°, the number of helical gear production increases rapidly. However, it was confirmed that the set angle (α) exceeds 24°, and the number of helical gear production decreases rapidly.
세번째 타입의 금형유닛에서는 설정각도(α)가 9° 및 28°인 경우 12,000개 미만의 헬리컬 기어가 생산되는 것을 확인할 수 있었고, 설정각도(α)가 12°인 경우 헬리컬기어 생산수가 급격하게 증가하였다가, 설정각도(α)가 24°를 초과하면서 헬리컬기어 생산수가 급격하게 감소함을 확인할 수 있었다.In the third type of mold unit, it was confirmed that less than 12,000 helical gears are produced when the set angle (α) is 9° and 28°, and when the set angle (α) is 12°, the number of helical gear production increases rapidly. However, it was confirmed that the set angle (α) exceeds 24°, and the number of helical gear production decreases rapidly.
이를 통해, 금형유닛에서 상기 치형형성부(123)의 상기 다 수의 홈의 설정각도(α)가 12° 내지 24°인 경우, 금형의 내구성이 가장 튼튼해지는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 더 바람직 하게는, 상기 다 수의 홈의 설정각도(α)가 14° 내지 22°인 경우, 금형의 내구성이 가장 향상되어 최적의 수율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 그리고 가장 바람직 하게는, 상기 다 수의 홈의 설정각도(α)가 18° 내지 20°인 경우, 금형의 내구성이 가장 향상되어 최적의 수율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. Through this, when the set angle (α) of the plurality of grooves of the
따라서, 실시예에서 제2 금형유닛(1230)의 전방영역(A1)과 후방영역(A2)의 설정각도는 18° 내지 20°일 수 있다. Accordingly, in an embodiment, the set angles of the front region A1 and the rear region A2 of the
상기 기어부 치형형성단계(S160)에서는 상기 워크피스(20)의 기어부(23)가 상기 제1 금형유닛(110)의 제1 공간(111)으로 삽입되면 상기 제1 가압부(200)가 상기 워크피스(20)의 기어부(23) 부분을 가압하여 상기 기어부(23)가 상기 제2 금형유닛(120)의 제2 공간(121)에 삽입되도록 가압할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 공간(121)에 형성된 상기 치형형성부(123)에 의해 상기 기어부(23)의 외면에 상기 다 수의 홈에 대응되는 형상의 치형이 형성될 수 있다.In the tooth forming step of the gear portion (S160), when the
그런데 제2금형유닛(1230)의 전방영역(A1)에 치형형성부(123)를 이루는 홈의 각도가 설정각도(α)일 경우, 초기부터 과다하게 워크피스에 충격을 가하게 되고 작용반작용의 원리상 제2금형유닛의 홈에도 과다한 충격을 주어 금형에 손상을 가할 수 있다. However, when the angle of the groove forming the
다른 실시예에서는, 이를 극복하기 위하여, 제2금형유닛의 전방영역(A1)의 홈의 각도(β)는, 후방영역(A2)의 설정각도(α)보다 더 작게 형성될 수 있다. In another embodiment, in order to overcome this, the angle β of the groove of the front region A1 of the second mold unit may be formed smaller than the set angle α of the rear region A2.
실험을 통해, 전방영역(A1)의 홈의 각도 중 초기 홈 각도는 8° 미만이여야 한다는 점을 밝혀냈다. 8° 이상으로 전방영역(A1)의 초기 홈 각도를 설정할 경우, 워크피스에 의해 초기 금형의 치형형성부(123)의 코팅에 직접적인 손상을 즉시 육안으로 확인할 수 있었다. Through the experiment, it was found that the initial groove angle among the angles of the grooves in the front region A1 should be less than 8°. When the initial groove angle of the front region A1 was set to 8° or more, the direct damage to the coating of the
바람직하게는, 전방영역(A1)의 홈의 각도(β) 중 초기 홈 각도는, 4° 초과 6° 미만인 것을 실험을 통해 확인할 수 있었다. 왜냐하면, 4° 이하로 치형형성부(123)의 초기 홈 각도를 설정하였을 경우, 설정각도(α)로 형성된 치형형성부(123)의 후방영역(A2)으로 가기 까지의 전방영역(A1)의 크기가 증가하여, 워크피스의 헬리컬 기어 중 유효영역(설정각도(α)의 기어가 형성된 영역)이 감소되는 문제가 있기 때문이다. 그리고 6°이상으로 치형형성부(123)의 초기 홈 각도를 설정하였을 경우, 금형의 치형형성부(123)의 초기 진입 홈에 과다한 충격을 주어 수율이 급격히 감소하는 문제가 있다. Preferably, the initial groove angle among the angles β of the grooves in the front region A1 can be confirmed through an experiment that is greater than 4° and less than 6°. Because, when the initial groove angle of the
다음으로, 전방영역(A1)의 초기 홈 각도는 점차적으로 증가하여 마지막 후단의 홈 각도(β)는 설정각도(α)를 이룰 수 있다. Next, the initial groove angle of the front region A1 gradually increases, so that the groove angle β at the last rear end can achieve a set angle α.
즉, 전방영역(A1)의 초기 홈 각도는 4° 초과 6° 미만으로 이루어지고, 선형적으로 홈 각도(β)가 증가하여 후단에 홈 각도는 설정각도(α)(예컨대, 14° 초과 16° 미만)에 도달하여 같아질 수 있다. That is, the initial groove angle of the front region A1 is greater than 4° and less than 6°, and the groove angle β increases linearly so that the groove angle at the rear end is a set angle α (for example, more than 14° 16 ° below).
한편, 워크피스와 치형형성부(123)의 홈에 가해지는 충격을 더욱 감소시키기 위해, 전방영역(A1)의 치형형성부(123)의 홈 깊이(이하, 치형간격)를 후방영역(A2)의 치형형성부(123)의 홈 깊이보다 얕게 형성할 수 있다. 여기서, 치형형성부(123)의 홈 깊이는, 치형의 이끝 높이와 이뿌리 높이를 합한 높이를 의미할 수 있다. On the other hand, in order to further reduce the impact applied to the grooves of the workpiece and the tooth-forming
즉, 제2금형유닛의 전방영역(A1)의 치형형성부(123)의 치형간격은, 후방영역(A2)의 치형형성부의 치형간격 보다 작게 형성될 수 있다. That is, the tooth spacing of the
마찬가지로, 전방영역(A1)의 치형형성부(123)의 초기 홈 깊이인 치형간격은 거의 0에 수렴하였다가 일 지점에서 일정 기울기로 깊이가 증가하여 후단 홈 깊이인 치형간격은, 후방영역(A2)의 설정 치형간격(1.5mm 내지 4mm)에 다다를 수 있다. Likewise, the tooth spacing, which is the initial groove depth of the
예를 들어, 실시예에서, 치형형성부(123)의 초기 홈 깊이0,5mm 내지 1.2mm로 형성되어, 워크피스의 치형형성부(123) 진입을 완충시키고, 일 지점에서 8° 내지 12° 사이로 깊이가 증가하여 후방영역(A2) 에서는 설정 치형간격인 4mm로 홈 깊이가 형성될 수 있다.For example, in an embodiment, the initial groove depth of the tooth-forming
정리하면, 제2 금형유닛의 치형형성부(123)의 전방영역(A1)은, 워크피스를 원활하게 치형형성부(123) 내로 진입시키기 위한 영역으로서, 워크피스와 금형 홈의 코팅에 최대한 충격을 완화시키기 위해 초기 홈의 깊이는, 설정 치형깊이보다 작게 형성하고, 전방영역(A1)의 후단영역에서 일정각도로 홈 깊이를 증가시켜 전방영역(A1)의 후단에서는 후방영역(A2)의 설정 치형간격에 도달할 수 있다. In summary, the front region A1 of the
또한, 다른 실시예에서는, 제2 금형유닛의 치형형성부(123)의 전방영역(A1)은, 워크피스를 원활하게 치형형성부(123) 내로 진입시키기 위한 영역으로서, 워크피스와 금형 홈의 코팅에 최대한 충격을 완화시키기 위해 전방영역(A1)의 홈의 각도와 치형간격은 점차 증가하여 후단의 홈의 각도와 치형간격은, 유효한 헬리컬 기어를 형성하기 위한 후방영역(A2)의 홈의 각도인 설정각도(α)와 치형간격과 같아질 수 있다. Further, in another embodiment, the front region A1 of the
나아가, 치형형성부(123)에는, 충격을 완화시키며 워크피스를 홈 내로 진입하기 위한 특수코팅이 더해질 수 있다. Furthermore, a special coating may be added to the
자세히, 특수코팅은, Al, Cr, Ti 및 CN 중 적어도 둘 이상의 원소를 포함한 코팅제일 수 있다. In detail, the special coating may be a coating agent containing at least two or more elements of Al, Cr, Ti and CN.
특히, 전방영역(A1)의 치형형성부의 코팅은, 금형의 수명을 결정하는 키포인트이므로, 비용과 관계없이, 워크피스 진입을 유연하게 받아들일 수 있도록 탄성력이 있으면서도 강성이 높은 제 2 특수코팅제일 수 있다. In particular, since the coating of the tooth-forming part of the front region A1 is a key point for determining the life of the mold, it can be a second special coating agent having elasticity and high rigidity to flexibly accept the entry of the workpiece, regardless of cost. have.
이러한 제 2 특수코팅제는, Al, Cr, Ti 및 CN을 모두 포함한 코팅제일 수 있다. The second special coating agent may be a coating agent including all of Al, Cr, Ti, and CN.
다만, 제 2 특수코팅제는, 그 비용이 비싸고 탄성력이 높아 유효한 헬리컬 기어 형성에는 부적절할 수 있으므로, 후방영역(A2)의 치형형성부의 코팅은, 제 1 특수코팅제로 탄성력이 제 2 특수코팅제에 비하여 상대적으로 낮을 수 있다. However, since the second special coating agent is expensive and has high elasticity, it may not be suitable for forming an effective helical gear. Therefore, the coating of the teeth forming part of the rear region A2 is the first special coating agent, and the elastic force is higher than that of the second special coating agent. It can be relatively low.
자세히, 제 2 특수코팅제는, TiN 코팅으로, 제 1 특수코팅제보다 탄성력이 낮으나, 강도가 더 높아 헬리컬 기어를 설정각도(α)와 설정 치형간격으로 정확하게 형성할 수 있다. In detail, the second special coating agent is a TiN coating, which has a lower elasticity than the first special coating agent, but has higher strength, so that the helical gear can be accurately formed at a set angle (α) and a set tooth spacing.
상기와 같은 구성의 냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치는 다 수의 헬리컬 기어 제조유닛을 통해 각 단계별로 헬리컬 기어를 제조함으로써, 헬리컬 기어의 제조시간과 제조비용을 절약할 수 있을 뿐 아니라, 상기 설정각도(α)를 조절함으로써 금형의 내구성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.The cold forging-based helical gear precision forming apparatus having the above-described configuration can not only save the manufacturing time and manufacturing cost of the helical gear by manufacturing the helical gear at each stage through a plurality of helical gear manufacturing units. There is an effect that can increase the durability of the mold by adjusting the angle (α).
Claims (7)
상기 금형유닛의 일측에 배치되어 상기 워크피스의 일면을 가압하는 제1 가압부; 및
상기 금형유닛의 타측에 배치되어 상기 워크피스의 타면을 가압하는 제2 가압부를 포함하고,
상기 금형유닛은, 상기 제1 가압부에 의해 상기 워크피스가 삽입되는 제1 공간을 제공하는 제1 금형유닛; 및 상기 제1 금형유닛의 일측에 배치되어 상기 제1 공간에 삽입된 워크피스의 일부가 압축되어 형상이 변형되는 제2 공간을 제공하는 제2 금형유닛을 포함하고,
상기 제2 금형유닛은, 상기 제2 공간에 배치되어 상기 워크피스가 상기 제2 공간에 가압되면 상기 워크피스의 외면에 치형을 형성하는 치형형성부를 포함하며,
상기 치형형성부는, 상기 제2 공간의 상단에서 하단으로 연장되고 서로 평행하는 다 수의 홈을 포함하고, 상기 홈은 상단에서 하단까지 비틀림 설정각도를 가지며 연장되며,
상기 치형형성부는, 초기 워크피스가 진입하는 전방영역과, 상기 워크피스에 유효 치형간격 및 유효 설정각도의 치형을 형성하는 후방영역으로 구분되고,
상기 제2 금형유닛의 두께는, 30mm 내지 50mm 사이이고, 상기 치형형성부의 상기 유효 치형간격이 1.5mm 내지 4mm일 때, 상기 치형형성부의 다수의 홈이 연장되는 방향을 나타내는 상기 유효 설정각도는 12도 내지 24도인 것을 특징으로 하고,
상기 전방영역의 초기 홈의 설정각도는 8도 미만으로 형성되고, 상기 전방영역의 홈의 설정각도는 점차 증가하여 상기 전방영역의 후단에서의 홈의 설정각도는 상기 유효 설정각도에 수렴하고,
상기 전방영역의 초기 홈의 치형간격은 상기 후방영역의 홈의 치형간격보다 작게 형성되고, 상기 전방영역의 홈의 치형간격은 점차 증가하여 후단의 홈의 치형간격은 상기 유효 치형간격에 수렴하고,
상기 전방영역의 초기 홈의 깊이는 0.5mm 내지 1.2mm 사이로 형성되고, 상기 전방영역의 상기 홈의 깊이는 점차 증가하여 상기 전방영역의 후단에서의 홈의 깊이는 상기 후방영역의 홈의 깊이에 수렴하고,
상기 제1 가압부가 상기 워크피스를 가압할 때의 압력값을 측정하는 센서부와, 상기 센서부에서 측정된 압력값을 기준으로 상기 제1 가압부와 상기 제2 가압부의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 제1 가압부를 동작시킨 후의 상기 센서부에서 측정된 압력값이 상기 워크피스의 소성변형을 일으키는 최소응력값인 제1 압력값으로 측정되면, 상기 제1 가압부 및 상기 제 2 가압부를 추가 제어하여 상기 측정된 제1 압력값에 따라서 상기 워크피스에 가해지는 압력값을 조절하며,
상기 센서부는, 상기 제1 가압부에서 상기 워크피스의 중공에 삽입되는 제1 삽입부의 측면에 배치되고,
상기 금형유닛의 홈 내에 배치되어 상기 워크피스가 상기 홈 내로 침투했는지 여부를 감지하는 추가 센싱모듈을 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 센서부에서 측정된 상기 제1 압력값의 110% 내지 130% 사이의 압력값인 제2 압력값을 상기 워크피스에 가하도록 상기 제2 가압부를 제어하며,
상기 치형형성부의 전방영역은, Al, Cr, Ti, C 및 N 중 적어도 둘 이상의 원소를 포함하는 제1 코팅제로 코팅되고,
상기 치형형성부의 후방영역은, Al, Cr, Ti, C 및 N을 포함하는 제2 코팅제로 코팅된
냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치.A mold unit that provides a closed space in which the work piece is compressed to change the shape of the work piece;
A first pressing part disposed on one side of the mold unit to press one surface of the work piece; And
It is disposed on the other side of the mold unit includes a second pressing portion for pressing the other surface of the workpiece,
The mold unit may include: a first mold unit providing a first space into which the workpiece is inserted by the first pressing unit; And a second mold unit disposed on one side of the first mold unit to provide a second space in which a part of the workpiece inserted in the first space is compressed to deform the shape,
The second mold unit includes a tooth-forming portion disposed in the second space to form teeth on the outer surface of the workpiece when the workpiece is pressed into the second space,
The tooth-forming portion includes a plurality of grooves extending from the top to the bottom of the second space and parallel to each other, and the grooves extend from the top to the bottom with a set twist angle,
The tooth forming unit is divided into a front region into which the initial workpiece enters, and a rear region forming a tooth having an effective tooth spacing and an effective set angle on the workpiece,
When the thickness of the second mold unit is between 30 mm and 50 mm, and the effective tooth spacing of the tooth forming portion is 1.5 mm to 4 mm, the effective setting angle indicating a direction in which a plurality of grooves of the tooth forming portion extend is 12 Characterized in that the degree to 24 degrees,
The set angle of the initial groove in the front area is less than 8 degrees, and the set angle of the groove in the front area gradually increases so that the set angle of the groove at the rear end of the front area converges to the effective set angle,
The tooth spacing of the initial groove in the front region is formed smaller than the tooth spacing of the groove in the rear region, and the tooth spacing of the groove in the front region gradually increases so that the tooth spacing of the groove in the rear end converges to the effective tooth spacing,
The depth of the initial groove in the front region is formed between 0.5 mm and 1.2 mm, and the depth of the groove in the front region gradually increases so that the depth of the groove at the rear end of the front region converges to the depth of the groove in the rear region. and,
A sensor unit for measuring a pressure value when the first pressing unit presses the work piece, and a control unit controlling an operation of the first pressing unit and the second pressing unit based on the pressure value measured by the sensor unit. Including more,
When the pressure value measured by the sensor unit after operating the first pressing unit is measured as the first pressure value that is the minimum stress value that causes plastic deformation of the workpiece, the control unit may include the first pressing unit and the second pressing unit. By further controlling the pressing portion to adjust the pressure value applied to the workpiece according to the measured first pressure value,
The sensor portion is disposed on the side of the first insertion portion that is inserted into the hollow of the workpiece in the first pressing portion,
It is disposed in the groove of the mold unit further comprises an additional sensing module for detecting whether the workpiece has penetrated into the groove,
The control unit controls the second pressing unit to apply a second pressure value between 110% and 130% of the first pressure value measured by the sensor unit to the workpiece,
The front region of the tooth-forming part is coated with a first coating agent containing at least two or more elements of Al, Cr, Ti, C and N,
The rear region of the tooth-forming part is coated with a second coating agent including Al, Cr, Ti, C and N.
Cold forging based helical gear precision forming device.
상기 제2 금형유닛에 형성된 다수의 홈이 연장되는 방향을 나타내는 유효 설정각도는 14도 내지 22도인 것을 특징으로하는
냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치.According to claim 1,
The effective set angle indicating the direction in which the plurality of grooves formed in the second mold unit extends is 14 to 22 degrees.
Cold forging based helical gear precision forming device.
상기 제2 금형유닛에 형성된 다수의 홈이 연장되는 방향을 나타내는 유효 설정각도는 20도인 것을 특징으로하는
냉간단조 기반 헬리컬 기어 정밀성형장치.According to claim 1,
The effective setting angle indicating the direction in which a plurality of grooves formed in the second mold unit extend is 20 degrees.
Cold forging based helical gear precision forming device.
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KR20200017785A (en) | 2020-02-19 |
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