KR102556379B1 - 볼트 가공용 전조 다이스 - Google Patents

Abstract

볼트 가공용 전조 다이스가 개시된다. 개시된 본 발명의 예시적인 일 실시 예에 따른 볼트 가공용 전조 다이스는, 볼트 소재의 섕크부의 외주 면을 소성 변형시켜 섕크부의 외주 면에 설정된 리드 각의 나선을 전조 가공하도록 되어 있는 것으로서, ⅰ)한쪽 면에 구비된 가공 면을 포함하며, 베이스 프레임에 고정되게 설치되는 평판 형상의 고정 다이와, ⅱ)고정 다이의 가공 면과 설정된 간격을 두고 한쪽 면에 구비된 가공 면을 포함하며, 고정 다이의 길이 방향을 따라 베이스 프레임에 왕복 이동 가능하게 설치되는 평판 형상의 가동 다이와, ⅲ)고정 다이 및 가동 다이의 각각의 가공 면에 구비되며, 일정 간격을 두고 산과 골이 연속적으로 경사지게 연장되는 다수 열의 전조 치형들을 포함하며, 다수 열의 전조 치형들의 각각은, 볼트 소재의 섕크부가 도입되도록 하는 도입부와, 도입부에 연결되어 섕크부의 외주 면에 나선이 점진 성형되도록 하는 점진 성형부와, 점진 성형부에 연결되어 섕크부의 외주 면에 설정된 최종 나선이 성형되도록 하는 나선 성형부를 포함할 수 있다.

Description

볼트 가공용 전조 다이스{ROLLING DIES FOR FORMING BOLT}

본 발명의 실시 예는 볼트 가공 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 볼트 소재의 외주 면에 나선을 전조 가공하도록 되어 있는 볼트 가공용 전조 다이스에 관한 것이다.

일반적으로, 두 개 이상의 부품을 체결하는 체결용 기계요소로는 볼트와 너트를 포함하는 체결부재가 대표적이다. 체결부재는 자동차 제조 분야를 비롯하여 여러 기계 산업 분야에 사용되고 있다. 이러한 체결부재에서 볼트는 헤드부와 봉형의 섕크부로 구성되며, 그 섕크부의 외주 면에는 나선이 형성되어 있다.

볼트의 나선은 알려진 바와 같은 절삭 가공 방식과 전조 가공 방식으로 가공되고 있다. 이중에서 전조 가공 방식은 절삭 가공 방식과 비교할 때, 가공면의 강도가 높고, 가공 속도가 빠르며, 볼트의 정도가 일정하고, 재료가 절감되는 장점이 있어 볼트의 가공에 널리 사용되고 있다.

더 나아가, 상기한 전조 가공 방식은 전조 치형이 형성된 전조 다이스(당 업자는 통상적으로 롤링 다이스라고도 한다)를 통해 볼트 소재(당 업자는 블랭크 라고도 한다)의 외주 면(섕크부의 외주 면)을 전조 치형으로 압입하여 소성 변형시킴으로써, 볼트 소재의 외주 면에 설정된 리드 각을 갖는 나선을 전조하는 방식이다. 이와 같은 전조 가공 방식은 전조 다이스의 형상에 따라 평판형 다이스 방식과 원통형 다이스 방식으로 나뉠 수 있다.

이 중에서, 평판형 다이스 방식의 전조 다이스는 고정 다이와 가동 다이를 구비하며, 고정 다이와 가동 다이의 서로 마주하는 다이스 면에 산과 골이 교호로 배치된 다수의 나선 전조 치형들이 경사지게 형성되어 있다.

이와 같은 평판형 전조 다이스의 고정 다이와 가동 다이에서, 다수의 나선 전조 치형들은 볼트 소재가 맞물려 도입(장입)되도록 하는 소재 도입부와, 그 도입부와 연결되어 볼트 소재의 외주 면에 원하는 나선이 가공되도록 하는 나선 성형부를 구비하고 있다.

여기서, 고정 다이와 가동 다이는 다수의 나선 전조 치형들의 도입부에 대응하는 구간에 테이퍼 구간을 형성하고 있는데, 그 테이퍼 구간은 볼트 소재의 이송 방향을 따라 도입부에서 나선 성형부로 갈수록 점차 다이의 두께가 두꺼워지는 테이퍼 형상으로 구비된다.

이와 같은 고정 다이와 가동 다이의 도입부에 대응되는 구간에 테이퍼 구간을 형성함에 따라, 고정 다이와 가동 다이의 나선 성형력(수직하중)이 동일하여 볼트 소재의 나선 성형성이 우수하다.

그러나, 종래 기술에 따르면, 고정 다이와 가동 다이의 다수의 나선 전조 치형들은 도입부 및 나선 성형부에서의 치형 높이(나사산 높이)가 볼트 소재의 이송 방향을 따라 동일하다.

따라서, 종래 기술에서는 도입부로 볼트 소재가 장입할 때, 다수의 전조 치형들에 볼트 소재가 점 접촉하게 된다. 이로 인해 다수의 전조 치형들과 볼트 소재의 외주 면 간 충격 및 다수의 전조 치형들에서의 응력 집중 현상이 발생하게 되고, 이로 인해 도입부에서의 다수의 전조 치형들이 마모 및 변형되면서 균열이나 국부 파손되는 등 결과적으로는 전조 다이스의 수명이 짧아질 수 있다.

더 나아가, 종래 기술에서는 고정 다이 및 가동 다이의 테이퍼 구간을 따라 볼트 소재가 이송하게 되므로, 고정 다이와 가동 다이의 접선력에 의한 볼트 소재의 슬라이딩 발생으로 고정 다이와 가동 다이의 도입부에서 볼트 소재가 탈락될 가능성이 높다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 볼트 소재의 외주 면을 소성 변형시키는 전조 치형 구조를 개선하여 응력 집중으로 인한 전조 치형의 마모 및 변형을 최소화할 수 있고, 볼트 소재가 전조 치형의 도입 측에서 탈락될 가능성을 최소화할 수 있도록 한 볼트 가공용 전조 다이스를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시 예에 따른 볼트 가공용 전조 다이스는, 볼트 소재의 섕크부의 외주 면을 소성 변형시켜 상기 섕크부의 외주 면에 설정된 리드 각의 나선을 전조 가공하도록 되어 있는 것으로서, ⅰ)한쪽 면에 구비된 가공 면을 포함하며, 베이스 프레임에 고정되게 설치되는 평판 형상의 고정 다이와, ⅱ)상기 고정 다이의 가공 면과 설정된 간격을 두고 한쪽 면에 구비된 가공 면을 포함하며, 상기 고정 다이의 길이 방향을 따라 상기 베이스 프레임에 왕복 이동 가능하게 설치되는 평판 형상의 가동 다이와, ⅲ)상기 고정 다이 및 상기 가동 다이의 각각의 가공 면에 구비되며, 일정 간격을 두고 산과 골이 연속적으로 경사지게 연장되는 다수 열의 전조 치형들을 포함하며, 상기 다수 열의 전조 치형들의 각각은, 상기 볼트 소재의 상기 섕크부가 도입되도록 하는 도입부와, 상기 도입부에 연결되어 상기 섕크부의 외주 면에 나선이 점진 성형되도록 하는 점진 성형부와, 상기 점진 성형부에 연결되어 상기 섕크부의 외주 면에 설정된 최종 나선이 성형되도록 하는 나선 성형부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 볼트 가공용 전조 다이스에 있어서, 상기 나선 성형부는 삼각 단면 형상으로 형성된 제1 치형을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 볼트 가공용 전조 다이스에 있어서, 상기 제1 치형의 산 높이를 h1이라고 할 때, 상기 도입부는 상기 제1 치형의 산 높이(h1)보다 작은 산 높이(h2)로 형성된 제2 치형을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 볼트 가공용 전조 다이스에 있어서, 상기 점진 성형부는 상기 도입부에서 상기 나선 성형부로 갈수록 점차 커지는 산 높이(h3)로 형성된 제3 치형을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 볼트 가공용 전조 다이스에 있어서, 상기 제2 치형은 상기 고정 다이와 상기 가동 다이의 사이에서 상기 섕크부의 단면 직경(d)에 대응되는 간격으로 각각 배치될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 볼트 가공용 전조 다이스에 있어서, 상기 제2 치형은 상기 섕크부의 외주 면을 가압하도록 상기 볼트 소재의 이송 방향을 따라 설정된 길이로 형성된 플랫 면을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 볼트 가공용 전조 다이스에 있어서, 상기 제2 치형의 산 높이(h2)는 (h1/2)을 만족할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 볼트 가공용 전조 다이스에 있어서, 상기 제2 치형의 산 높이(h2)는 (h1/2)+(0.01~1.0)mm를 만족할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 볼트 가공용 전조 다이스에 있어서, 상기 제3 치형은 상기 플랫 면에서 상기 제1 치형의 산 꼭지점으로 이어지도록 형성된 경사 면을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 볼트 가공용 전조 다이스에 있어서, 상기 경사 면은 상기 볼트 소재의 상기 섕크부의 외주 면과 선 접촉할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 볼트 가공용 전조 다이스에 있어서, 상기 제3 치형의 산 높이(h3)는 h1/2에서 h1으로 점차 커질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 볼트 가공용 전조 다이스에 있어서, 상기 제2 치형의 길이(L)는 상기 섕크부의 단면 직경(d)을 만족할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 볼트 가공용 전조 다이스에 있어서, 상기 섕크부의 외주 면에 성형되는 상기 나선의 나사 산 지름이 상기 점진 성형부에서 상기 나선 성형부로 갈수록 점차 커질 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 다수 열의 전조 치형들의 마모 및 변형을 최소화함으로써, 다수 열의 전조 치형들의 균열이나 국부 파손을 방지할 수 있고, 이로 인해 전조 다이스의 수명을 더욱 연장시킬 수 있다.

그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 볼트 가공용 전조 다이스를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 볼트 가공용 전조 다이스를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 볼트 가공용 전조 다이스에 적용되는 전조 치형을 개략적으로 도시한 일부 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 볼트 가공용 전조 다이스에 적용되는 전조 치형을 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 볼트 가공용 전조 다이스의 작용 효과를 설명하기 위한 그래프이다.
위에서 참조된 도면들은 반드시 축적에 맞추어 도시된 것은 아니고, 본 발명의 기본 원리를 예시하는 다양한 선호되는 특징들의 다소 간략한 표현을 제시하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 특정 치수, 방향, 위치, 및 형상을 포함하는 본 발명의 특정 설계 특징들이 특정 의도된 응용과 사용 환경에 의해 일부 결정될 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

여기에서 사용되는 용어는 오직 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적이고, 본 개시를 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥상 명시적으로 달리 표시되지 않는 한, 복수 형태들을 또한 포함하는 것으로 의도된다.

본 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 '포함하는' 이라는 용어는 명시된 특징들, 정수, 단계들, 작동, 엘리먼트들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 나타내지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계들, 작동, 컴포넌트들, 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것은 아니라는 것이 또한 이해되어야 할 것이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, '및/또는' 이라는 용어는 연관되어 나열된 하나 이상의 항목들 중 임의의 하나 또는 모든 조합들을 포함한다.

또한, 본 명세서에서 '결합된' 이라는 용어는 컴포넌트들이 상호 간에 직접 연결되거나 또는 하나 이상의 매개 컴포넌트들을 통해 간접적으로 연결되는 두 개의 컴포넌트들 간의 물리적 관계를 표시한다.

여기에서 사용되는 바와 같은 차량', '차량의', '자동차' 또는 본 명세서에서 사용되는 다른 유사 용어는 일반적으로, 승용 차량, 스포츠 유틸리티 차량(SUV), 버스, 트럭, 다양한 상용 차량을 포함하는 자동차(passenger automobiles)를 포함하고, 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차, 전기차 기반의 PBV(Purpose Built Vehicle) 차량, 수소 동력 차량 및 다른 대체 연료 차량(예를 들어, 석유가 아닌 다른 리소스로부터 유도된 연료)을 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 볼트 가공용 전조 다이스를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 볼트 가공용 전조 다이스를 개략적으로 도시한 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 볼트 가공용 전조 다이스(100)는 자동차 조립 공장의 차체 조립 라인 및 의장 부품 조립 라인 등에서 조립 대상 부품(복수의 차체 부품들 및 복수의 의장 부품들 등)을 상관 부품에 체결하기 위한 체결 부재로서의 볼트(1)를 제조하는 공정에 적용될 수 있다.

이와 같은 볼트 제조 공정에서는 헤딩 공정 및 압출 공정을 통하여 헤드부(3)와 섕크부(5)가 일체로 성형된 볼트 소재(7)를 제공한다. 그리고, 상기 볼트 제조 공정에서는 볼트 소재(7)의 섕크부(5)의 외주 면을 본 발명의 실시 예에 따른 볼트 가공용 전조 다이스(100)를 통해 전조 가공하여 그 섕크부(5)의 외주 면에 설정된 리드 각의 나선(9)을 성형한다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 볼트 가공용 전조 다이스(100)는 볼트 제조 공정에서, 섕크부(5)의 외주 면을 소성 변형시키며, 그 외주 면에 설정된 리드 각의 나선(9)을 성형할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 보호범위가 복수의 차체 부품들 및 복수의 의장 부품들을 상관 부품에 체결하기 위한 볼트를 제조하는 것에 한정되는 것으로 이해되어서는 아니되며, 다양한 종류 및 용도의 구조물을 체결하는 볼트라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.

본 명세서에서, 구성요소의 '상단부', '상부', '상단' 또는 '상부 면'은 도면에서 상대적으로 상측에 있는 구성요소의 단부, 부, 단, 또는 면을 나타내고, 구성요소의 '하단부', '하부', '하단' 또는 '하부 면'은 도면에서 상대적으로 하측에 있는 구성요소의 단부, 부, 단, 또는 면을 나타낸다.

또한, 본 명세서에서 구성요소의 단(예를 들어, 일측 단 또는 다른 일측 단 등)은 임의의 한 방향으로 구성요소의 끝을 나타내며, 구성요소의 단부(예를 들어, 일측 단부 또는 다른 일측 단부 등)는 그 끝을 포함하는 구성요소의 일정 부분을 나타낸다.

본 발명의 실시 예에 따른 상기 볼트 가공용 전조 다이스(100)는 볼트 소재(7)의 섕크부(5)의 외주 면을 소성 변형시키는 전조 치형 구조를 개선하여 응력 집중으로 인한 전조 치형의 마모 및 변형을 줄일 수 있고, 볼트 소재(7)가 전조 치형의 도입 측에서 탈락될 가능성을 최소화할 수 있는 구조로 이루어진다.

이를 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 상기 볼트 가공용 전조 다이스(100)는 기본적으로, 베이스 프레임(10), 고정 다이(20), 가동 다이(30), 그리고 다수 열의 전조 치형들(50)을 포함하여 구성되며, 이를 구성 별로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 베이스 프레임(10)은 이하에서 설명될 각종 구성요소들을 장착하기 위한 것으로서, 하나의 프레임 또는 둘 이상으로 구획된 프레임으로 구성될 수 있다.

이러한 베이스 프레임(10)에는 각각의 구성 요소들을 지지하기 위한 브라켓, 바아, 로드 플레이트, 하우징, 케이스, 블록, 격벽, 리브, 레일, 칼라 등과 같은 각종 부속요소들을 포함할 수 있다.

그러나, 상기한 각종 부속요소들은 이하에서 설명될 각각의 구성 요소들을 베이스 프레임(10)에 장착하기 위한 것이므로, 본 발명의 실시 예에서는 예외적인 경우를 제외하고 상기한 부속요소들을 베이스 프레임(10)으로 통칭한다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 고정 다이(20)는 한쪽 면에 제1 가공 면(21)이 형성된 평판 형상으로 구비되며, 베이스 프레임(10)에 고정되게 설치된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 가동 다이(30)는 고정 다이(20)의 제1 가공 면(21)에 대응하는 제2 가공 면(31)이 한쪽 면에 구비된 평판 형상으로 구비된다. 상기 고정 다이(20)와 가동 다이(30)는 제1 가공 면(21) 및 제2 가공 면(31)이 설정된 간격을 두고 서로 마주하도록 배치된다.

상기 가동 다이(30)는 베이스 프레임(10)에 고정 다이(20)의 길이 방향을 따라 왕복 이동 가능하게 설치된다. 이러한 가동 다이(30)는 당 업자에게 잘 알려진 작동 실린더 또는 서보 모터를 포함하는 구동원(33)에 의하여 고정 다이(20)의 길이 방향을 따라 왕복 이동될 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 다수 열의 전조 치형들(50)은 볼트 소재(7)의 섕크부(5)의 외주 면을 실질적으로 전조 가공하기 위한 전조 가공 날로 구비된다.

상기 다수 열의 전조 치형들(50)은 고정 다이(20) 및 가동 다이(30)의 각각의 제1 가공 면(21) 및 제2 가공 면(31)에 구비되며, 일정 간격을 두고 산과 골이 연속적으로 경사지게 연장된다.

여기서, 상기 다수 열의 전조 치형들(50)의 산과 골은 볼트 소재(7)의 섕크부(5)의 외주 면을 소성 변형시키며, 그 섕크부(5)의 외주 면에 나선(9)의 산과 골을 성형할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 볼트 가공용 전조 다이스에 적용되는 전조 치형을 개략적으로 도시한 일부 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 볼트 가공용 전조 다이스에 적용되는 전조 치형을 개략적으로 도시한 측면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 다수 열의 전조 치형들(50)의 각각은 도입부(51), 점진 성형부(61), 그리고 나선 성형부(71)를 포함하고 있다.

상기 도입부(51)는, 고정 다이(20)가 고정된 상태로, 가동 다이(30)가 고정 다이(20)의 길이 방향을 따라서 서로 대향되게 한쪽 방향으로 이동됨으로써, 서로 마주하는 제1 가공 면(21) 및 제2 가공 면(31) 사이에서 볼트 소재(7)의 섕크부(5)가 도입(장입)되도록 하기 위한 것이다.

또한, 상기 도입부(51)는 볼트 소재(7)를 가동 다이(30)의 이동 방향을 따라 이송시키며, 섕크부(5)의 외주 면을 가압하도록 되어 있다.

상기 점진 성형부(61)는 섕크부(5)의 외주 면에 나선을 성형하는 나선 성형 시작부로서, 도입부(51)를 통해 도입된 섕크부(5)의 외주 면에 나선을 우선적으로 점진 성형하도록 되어 있다. 상기 점진 성형부(61)는 볼트 소재(7)의 이송 방향을 따라 도입부(51)에 일체로 연결된다.

그리고, 상기 나선 성형부(71)는 점진 성형부(61)에서 우선적으로 나선이 점진 성형된 섕크부(5)의 외주 면에 최종적인 나선(9)을 성형하도록 되어 있다. 상기 나선 성형부(71)는 볼트 소재(7)의 이송 방향을 따라 점진 성형부(61)에 일체로 연결된다.

더 나아가, 본 발명의 실시 예에 의한 상기 다수 열의 전조 치형들(50)의 각각은 나선 성형부(71)에서 섕크부(5)의 외주 면에 나선(9)이 최종적으로 성형된 볼트 소재(7)를 고정 다이(20)와 가동 다이(30) 사이의 외측으로 취출하도록 되어 있는 도피부(81)를 더 포함할 수도 있다.

한편, 상기에서와 같은 도입부(51), 점진 성형부(61), 그리고 나선 성형부(71)의 구조를 구체적으로 설명하면, 우선 나선 성형부(71)는 삼각 단면 형상으로 형성된 제1 치형(73)을 포함하고 있다. 이하에서는 상기 나선 성형부(71)의 산 높이를 h1 이라고 한다.

이와 같은 나선 성형부(71)의 제1 치형(73)을 기준으로, 상기 도입부(51)는 제1 치형(73)의 산 높이(h1)보다 작은 산 높이(h2)로 형성된 제2 치형(53)을 포함하고 있다. 상기 제2 치형(53)은 도입부(51)의 도입 단에서 볼트 소재(7)의 이송 방향을 따라 설정된 구간으로 연장되며, 점진 성형부(61)와 일체로 연결된다.

그리고, 상기 점진 성형부(61)는 도입부(51)에서 나선 성형부(71)로 갈수록 점차 커지는 산 높이(h3)로 형성된 제3 치형(63)을 포함하고 있다. 상기 제3 치형(63)은 도입부(51)의 제2 치형(53) 및 나선 성형부(71)의 제1 치형(73) 사이에 설정된 구간으로 배치되며, 제2 치형(53)과 제1 치형(73)에 일체로 연결된다.

여기서, 상기 제2 치형(53)은 섕크부(5)의 외주 면을 가압하도록 볼트 소재(7)의 이송 방향을 따라 설정된 길이로 형성된 플랫 면(55)(도면에서의 상부 면)을 포함하고 있다.

상기 제2 치형(53)의 플랫 면(55)은 고정 다이(20) 및 가동 다이(30)의 성형력을 인가받아 섕크부(5)의 외주 면을 가압하면서 볼트 소재(7)가 도입부(51) 사이로부터 외측으로 탈락되는 것을 방지하도록 되어 있다.

나아가, 상기 플랫 면(55)을 포함하고 있는 제2 치형(53)의 길이(L)는 섕크부(5)의 단면 직경(d)을 만족할 수 있다. 그리고, 상기 제2 치형(53)은 고정 다이(20)와 가동 다이(30)의 사이에서 섕크부(5)의 단면 직경(d)에 대응되는 간격 또는 섕크부(5)의 단면 직경(d)보다 상대적으로 작은 간격으로 각각 배치될 수 있다.

더 나아가, 상기 제2 치형(53)의 산 높이(h2)는 (h1/2)을 만족할 수 있다. 그러나, 섕크부(5)의 외주 면을 고정 다이(20) 및 가동 다이(30)의 성형력으로 가압하면서 볼트 소재(7)가 도입부(51) 사이로부터 외측으로 탈락되는 가능성을 더 줄일 수 있도록, 제2 치형(53)의 산 높이(h2)는 하나의 예에서, (h1/2)+(0.01~1.0)mm를 만족할 수 있다.

그리고, 상기 점진 성형부(61)의 제3 치형(63)은 제2 치형(53)의 플랫 면(55)에서 볼트 소재(7)의 이송 방향을 따라 나선 성형부(71)의 제1 치형(73)의 산 꼭지점(T)으로 이어지도록 형성된 경사 면(65)을 포함하고 있다.

상기 경사 면(65)을 포함하고 있는 제3 치형(63)의 산 높이(h3)는 설정된 구간을 따라 h1/2에서 h1으로 점차 커진다. 이러한 경사 면(65)은 볼트 소재(7)의 섕크부(5)의 외주 면과 선 접촉되며, 그 섕크부(5)와의 충격에 의해 나선 성형 시작부인 제3 치형(63)에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있다.

이와 같은 점진 성형부(61)를 통하여 나선 성형부(71)에서 섕크부(5)의 외주 면에 최종적으로 성형되는 나선(9)의 나사 산 지름은 그 점진 성형부(61)에서 나선 성형부(71)로 갈수록 점차 커지게 된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예에 따른 볼트 가공용 전조 다이스(100)의 작동 및 작용을 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.

우선, 본 발명의 실시 예에서는 당 업자에게 잘 알려진 헤딩 공정 및 압출 공정 등을 통하여 헤드부(3)와 섕크부(5)가 일체로 성형된 다수의 볼트 소재들(7)이 제공된다.

여기서, 고정 다이(20)의 제1 가공 면(21) 및 가동 다이(30)의 제2 가공 면(31)에는 다수 열의 전조 치형들(50)이 각각 구비되어 있다. 그리고, 상기 고정 다이(20)와 가동 다이(30)는 제1 가공 면(21)과 제2 가공 면(31)에 각각 구비된 다수 열의 전조 치형들(50)이 설정된 간격을 두고 서로 마주하도록 이격되게 배치되어 있다.

이와 같은 상태에서, 본 발명의 실시 예에서는 구동원(33)의 구동에 의하여 가동 다이(30)를 고정 다이(20)의 길이 방향을 따라 연속적으로 전진 및 후진 이동시킨다.

이러는 과정에, 본 발명의 실시 예에서는 가동 다이(30)의 후진 이동 시, 설정된 소재 이송 경로를 따라 연속적으로 이송되는 다수의 볼트 소재(7)들을 서로 마주하고 있는 다수 열의 전조 치형들(50)의 도입부(51) 사이로 장입한다.

그러면, 상기 가동 다이(30)는 전진 이동하게 되는데, 고정 다이(20)와 가동 다이(30)의 성형력에 의하여 도입부(51)의 제2 치형(53)의 플랫 면(55)이 볼트 소재(7)의 섕크부(5)를 가압하게 되고, 가동 다이(30)의 이동에 의하여 볼트 소재(7)는 플랫 면(55)을 따라 점진 성형부(61) 측으로 회전하며 이송된다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 제2 치형(53)의 플랫 면(55)이 고정 다이(20) 및 가동 다이(30)의 성형력을 인가받아 섕크부(5)의 외주 면을 가압하며 볼트 소재(7)를 이송시킴으로써, 볼트 소재(7)가 도입부(51)의 사이로부터 탈락되는 것을 최소화할 수 있다.

그리고 나서, 상기 볼트 소재(7)의 섕크부(5)가 제2 치형(53)을 통해 점진 성형부(61)의 제3 치형(63)으로 진입하게 된다. 이때, 상기 섕크부(5)의 외주 면은 제3 치형(63)의 경사 면(65)에 선 접촉되면서 제3 치형(63)에 의하여 섕크부(5)의 외주 면에 우선적으로 나선이 점진 성형된다.

이 경우, 상기 볼트 소재(7)가 제2 치형(53)의 플랫 면(55)을 통해 이송되면서 섕크부(5)의 외주 면이 제3 치형(63)의 경사 면(65)에 선 접촉됨으로써, 나선 성형 시작점에서 섕크부(5)와의 충격에 의하여 제3 치형(63)에 집중되는 응력을 분산시킬 수 있다.

상기와 같이 제3 치형(63)에 의하여 나선이 점진 성형된 섕크부(5)는 나선 성형부(71)의 제1 치형(73)으로 진입하게 된다. 이에 상기 제1 치형(73)에 의하여 섕크부(5)의 외주 면이 소성 변형된 산과 골을 가진 최종적인 나선(9)이 성형된다.

마지막으로, 상기와 같이 나선 성형부(71)에서 외주 면에 나선(9)이 성형된 볼트 소재(7)는 다수 열의 전조 치형들(50)의 도피부(81)를 통하여 고정 다이(20)와 가동 다이(30) 사이의 외측으로 취출된다.

지금까지 설명한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 볼트 가공용 전조 다이스(100)에 의하면, 다수 열의 전조 치형들(50)의 도입부(51)에 플랫 구간을 형성함으로써, 볼트 소재(7)가 도입부(51)에서 탈락되는 것을 최소화할 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 볼트의 성형성 및 생산성을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 다수 열의 전조 치형들(50)의 점진 성형부(61)에 볼트 소재(7)의 섕크부(5)의 외주 면이 선 접촉되는 경사 구간을 형성함으로써, 도 5에 도시된 바와 같이, 섕크부(5)의 외주 면의 충격에 의해 다수 열의 전조 치형들(50)에 국부적으로 집중되는 응력을 분산시킬 수 있다. 이로써, 본 발명의 실시 예에서는 다수 열의 전조 치형들(50)의 마모 및 변형을 최소화함으로써, 다수 열의 전조 치형들(50)의 균열이나 국부 파손을 방지할 수 있고, 이로 인해 전조 다이스(100)의 수명을 더욱 연장시킬 수 있다. 더 나아가, 본 발명의 실시 예에서는 다수 열의 전조 치형들(50)의 나선 성형 시작점에 집중되는 응력을 분산시킴으로써, 고정 다이(20)와 가동 다이(30)의 성형력이 동일하여 볼트 소재(7)의 나선 성형성이 우수하다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1: 볼트 3: 헤드부
5: 섕크부 7: 볼트 소재
9: 나선 10: 베이스 프레임
20: 고정 다이 21: 제1 가공 면
30: 가동 다이 31: 제2 가공 면
33: 구동원 50: 전조 치형
51: 도입부 53: 제2 치형
55: 플랫 면 61: 점진 성형부
63: 제3 치형 65: 경사 면
71: 나선 성형부 73: 제1 치형
81: 도피부 T: 산 꼭지점
100: 볼트 가공용 전조 다이스

Claims (11)

1. 볼트 소재의 섕크부의 외주 면을 소성 변형시켜 상기 섕크부의 외주 면에 설정된 리드 각의 나선을 전조 가공하도록 되어 있는 볼트 가공용 전조 다이스로서,
   한쪽 면에 구비된 가공 면을 포함하며, 베이스 프레임에 고정되게 설치되는 평판 형상의 고정 다이;
   상기 고정 다이의 가공 면과 설정된 간격을 두고 한쪽 면에 구비된 가공 면을 포함하며, 상기 고정 다이의 길이 방향을 따라 상기 베이스 프레임에 왕복 이동 가능하게 설치되는 평판 형상의 가동 다이; 및
   상기 고정 다이 및 상기 가동 다이의 각각의 가공 면에 구비되며, 일정 간격을 두고 산과 골이 연속적으로 경사지게 연장되는 다수 열의 전조 치형들;을 포함하며,
   상기 다수 열의 전조 치형들의 각각은, 상기 볼트 소재의 상기 섕크부가 도입되도록 하는 도입부와, 상기 도입부에 연결되어 상기 섕크부의 외주 면에 나선이 점진 성형되도록 하는 점진 성형부와, 상기 점진 성형부에 연결되어 상기 섕크부의 외주 면에 설정된 최종 나선이 성형되도록 하는 나선 성형부를 포함하되,
   상기 나선 성형부는 삼각 단면 형상으로 형성된 제1 치형을 포함하며, 상기 제1 치형의 산 높이를 h1이라고 할 때, 상기 도입부는 상기 제1 치형의 산 높이(h1)보다 작은 산 높이(h2)로 형성된 제2 치형을 포함하고, 상기 점진 성형부는 상기 도입부에서 상기 나선 성형부로 갈수록 점차 커지는 산 높이(h3)로 형성된 제3 치형을 포함하며,
   상기 제2 치형은 상기 고정 다이와 상기 가동 다이의 사이에서 상기 섕크부의 단면 직경(d)에 대응되는 간격으로 각각 배치되되, 상기 섕크부의 외주 면을 가압하도록 상기 볼트 소재의 이송 방향을 따라 설정된 길이로 형성된 플랫 면을 포함하고,
   상기 제3 치형은 상기 플랫 면에서 상기 제1 치형의 산 꼭지점으로 이어지도록 형성된 경사 면을 포함하는 볼트 가공용 전조 다이스.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,
   상기 제2 치형의 산 높이(h2)는 (h1/2)을 만족하는 볼트 가공용 전조 다이스.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 제2 치형의 산 높이(h2)는 (h1/2)+(0.01~1.0)mm를 만족하는 볼트 가공용 전조 다이스.
7. 삭제
8. 제1 항에 있어서,
   상기 경사 면은,
   상기 볼트 소재의 상기 섕크부의 외주 면과 선 접촉하는 볼트 가공용 전조 다이스.
9. 제1 항에 있어서,
   상기 제3 치형의 산 높이(h3)는 h1/2에서 h1으로 점차 커지는 볼트 가공용 전조 다이스.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 치형의 길이(L)는 상기 섕크부의 단면 직경(d)을 만족하는 볼트 가공용 전조 다이스.
11. 제1 항에 있어서,
    상기 섕크부의 외주 면에 성형되는 상기 나선의 나사 산 지름이 상기 점진 성형부에서 상기 나선 성형부로 갈수록 점차 커지는 볼트 가공용 전조 다이스.

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