KR19980016016A - 합금강의 냉간압출에 의한 고정밀도 헬리컬기어의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 합금강의 냉간압출에 의한 고정밀도 헬리컬기어의 제조방법에 관한 것으로서, 금속봉을 적당한 크기로 재단하는 전단가공공정과; 상기 단기가공공정에서 재단된 금속재를 성형가공하는 압출성형공정과; 압출성형된 성형품에서 불필요한 부분을 제거하고 표면처리하는 마무리공정으로 이루어진 합금강의 냉간압출에 의한 고정밀도 헬리컬기어의 제조방법에 있어서, 상기 압출성형공정은 다이에 진입된 금속재를 램으로 압축시켜 원뿔성형을 시키는 제1단계와; 상기 제1단계에서 원뿔성형된 금속재를 유동방향의 요철형상으로 성형하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 성형된 금속재의 요철형상에 평기어의 이끝과 피치를 성형하는 제3단계와; 상기 제3단계에서 성형된 금속재를 평기어의 이뿌리를 성형하는 제4단계와; 그리고, 상기 제4단계에서 성형된 금속재의 평기어 치열에 나선각을 형성하도록 성형하는 제5단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

합금강의 냉간압출에 의한 고정밀도 헬리컬기어의 제조방법

본 발명은 합금강의 냉간압출에의한 고정밀도 헬리컬기어의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 합금강의 냉간압출에 따른 초기 성형단계에서 금속의 유동방향으로 성형되면서 진행에 따라 점차적으로 리이드각을 형성하도록 하여 압출금형이 갖는 가공저항을 감소시켜 압출속도를 증대시키고 또한 금형의 안전성을 도모하며, 또한 보다 정밀한 제품을 얻을 수 있도록하는 합금강의 냉간압출에의한 고정밀도 헬리컬기어의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 종래에는 기어가공에 있어서 절삭가공을 주로 이용하여 왔는 데, 이는 작업자가 절삭공구를 이용하여 가공물을 하나하나 가공하여야하는 불편함에도 불구하고 절삭과정에서 금속결정의 변형을 주지않는 점과 정밀한 가공이 가능하다는 점에서 재료상의 문제점을 발생시키지 않기때문이다.

그러나, 소성가공에 의한 제조방법은 절삭가공에 의한 제조방법과는 달리 금속결정 조직을 절단하지않고 압착균질하게하여 기계적강도를 높이며, 또한 대량생산이 가능하다는 장점을 갖고 있다.

따라서, 소성가공에 의한 헬리컬기어가공의 연구가 지속적으로 진행되어 왓다. 특히 압출에의한 소성가공은 1974년의 사만타(Samanta)등에 의해 평기어와 헬리컬기어의 냉간압출공정이 제시되었고, 대한민국 특허공고 93-1088에서도 개시된바 있다.

상기한 종래에 제시된 제조방법에는 공통적으로 금속소재를 성형시에 압출금형의 다이인서트단계에서 후방압출단계에 이르기까지 일정한 리이드각을 형성하는 나선치형을 성형하는 것이다.

물론, 상기한 압출가공에의한 종래의 헬리컬기어 제조방법은 일반적인 압출가공에서와 같이 소재의 선택 및 가공전 가공처리가 요구된다. 즉, 냉간가공용 소재는 변형저항이 작고 전연성이 우수한 것이 요구되며 소재의 냉간단조성은 화학조성과 더불어 열처리에의해 많은 영향을 받는다. 냉간압출 성형중 소재에는 큰 유동응력이 발생하고 금형에는 큰 가공압력이 작용하게 된다. 그러므로 성형공정 동안에 필요한 냉간단조성이 정도에 따라 소재의 적당한 열처리 공정이 필요하다. 열처리방법은 공정 전처리로서 구성화 소둔화 연화소둔 및 최종 제품에 대한 열처리로 행한다.

그러나, 상기한 종래의 제조방법은 연속적인 금형을 통해 최대 전단응력이 작용하는 다이인서어트부에서 압출금형의 다이랜드의 치형과 재료에 미치는 소성가공 응력이 압출방향과 일치한 방향으로 작용하지 않고 일정한 리이드각을 형성하며 작용하기 때문에 큰 성형압력이 필요하고 그에 따라 금형에 큰 무리를 주어 금형상의 안정성을 신뢰할 수 없으며, 아울러 제품의 가공초기부위가 큰 가공응력으로인해 손상을 입을 뿐만아니라 지대한 마찰과 저항응력으로인해 높은 마찰열이 발생되어 정밀한 제품을 얻을 수 없으며 또한 압출속도가 낮아 대량생산의 어려움이 있다는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 합금강의 냉간압출에 따른 다인인서트에서 금속의 압출유동방향으로 성형되면서 압출되도록 하여 1) 압축가공에 따라 금형에 걸리는 전단응력을 감소시켜 금형의 안정성을 도모하고 2) 보다 정밀한 제품을 얻을 수 있도록하는 합금강의 냉간압출에의한 고정밀도 헬리컬기어의 제조방법을 제공하는데에 있다.

상기한 본 발명에 있어서, 금속봉을 적당한 크기로 재단하는 전단가공공정과; 상기 전단가공공정에서 재단된 금속재를 성형가공하는 압출성형공정과; 압출성형된 성형품에서 불필요한 부분을 제거하고 표면처리하는 마무리공정으로 이루어진 합금강의 냉간압출에의한 고정밀도 헬리컬기어의 제조방법에 있어서, 상기 압출성형공정은 다이에 진입된 금속재를 램으로 압축시켜 원뿔성형을 시키는 제1단계와; 상기 제1단계에서 원뿔성형된 금속재를 유동방향의 요철형상으로 성형하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 성형된 금속재의 요철형상에 평기어의 이끝과 피치를 성형하는 제3단계와; 상기 제3단계에서 성형된 금속재를 평기어의 이뿌리를 성형하는 제4단계와; 그리고, 상기 제4단계에서 성형된 금속재의 평기어 치열에 나선각을 형성하도록 성형하는 제5단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 합금강의 냉간압출에의한 고정밀도 헬리컬기어의 제조방법이다.

상기한 본 발명에 있어서, 전단가공공정에서 금속봉을 일정한 크기로 절단하고, 압출성형공정의 제1단계에서 원뿔성형하며, 제2단계에서 유동방향으로 요철성형하고, 제3단계에서 금속재의 요철부위에 이끝과 피치를 성형하며, 제4단계에서 이뿌리를 성형하고, 제5단계에서 유동방향으로 형성된 평기어 치열이 소정의 나선각을 형성하여 헬리컬기어를 성형하여 녹아웃시키고, 마무리공정에서 압출된 헬리컬기어를 다듬질과 전면침탄처리등의 표면처리를 하여 완전한 헬리컬기어를 성형한다.

도1은 본 발명인 합금강의 냉간압출에의한 고정밀도 헬리컬기어의 제조방법을 설명하기위한 다이의 횡단면도를 도시한 것이며,

도2는 종래의 압출금형의 다이랜드의 치형형상을 도시한 것이고,

도3은 상기한 종래의 제조방법에의한 압출금형의 성형다이의 탄성변형량과 전단응력분포에 따른 데이타를 도식화한 것으로서,

(a)는 반경방향 탄성변형량이고, (b)는 금형의 회전방향 탄성변형량을 나타낸 것이며, (c)는 금형의 압출축 방향 탄성변형량을 나타낸 것이고, (d)는 다이인서트의 각 지점에서의 최대주응력을 나타낸 것이며, (e)는 금형의 이뿌리부(압출기어의 이끝)에서의 압축응력을 나타낸 것이고, (f)는 응력치를 헬리컬 다이랜드 압출축 높이에 대하여 나타낸 것이며,

도4는 본 발명에의한 압출금형의 성형다이의 치형을 도시한 것이고,

도5는 본 발명에의한 압출금형의 응력분포와 탄성변형을 그래프화 한 것으로서,

(a)는 본 발명에 의한 압출금형의 반경방향 탄성변형량을 도시한 것이고, (b)는 금형의 회전방향 탄성변형량을 나타낸 것이며, (c)는 금형의 압출출방향 탄성변형량을 나타낸 것이고, (d)는 다이인서트 각 지점에서의 최대 주응력을 나타낸 것이며, (e)는 피치원 부근의 압축응력상태를, (f)는 금형에 작용하는 응력치를 헬리컬다이랜드 압출축 높이에 대하여 나타낸 것이고,

도6은 SCM21를 소재로하고 종래의 제조방법과 본 발명에의한 제조방법에의해 헬리컬기어를 압출성형하고 셰이빙가공을 한후의 치형오차와 리이드오차를 비교하고, 마무리공정된 기어를 전면 침탄담금질한 후의 치형과 리이드오차를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명에 속하는 통상의 지식을 가진 자기 용이하게 실시할 수 있도록 하기위하여 본 발명의 가장바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 합금강의 냉간압출에의한 고정밀도 헬리컬기어의 제조방법으로서, 종래와는 달리 금속소재에 압출압역이 최대로 작용하는 다이인서트부위에 유동방향과 동일한 방향으로 요철형상을 성형한 후에 평기어의 치형을 단계적으로 성형하고, 상기 성형된 치열을 일정한 나선각을 갖도록 성형하여 헬리컬기어를 제조하는 방법이다.

일반적인 압출성형가공과 같이 본 발명은 금속봉을 알맞은 크기로 재단하는 전단 가공공정과, 압출성형공정, 그리고 압출된 헬리컬기어상에서 불필요한 부분을 제거하고 또한 압출 헬리컬기어를 전면침탄처리하는 등의 표면처리하는 마무리 공정으로 이루어진다.

상기한 압출성형공정에 있어서, 본 발명은, 제1단계에서 다이의 입구에 놓여진 금속재를 램을 사용하여 진입방향으로 힘을 가하여 금속재의 직경보다 작은 직경의 성형하고자하는 헬리컬기어의 이끝원에 해당되는 외주원을 형성하는 데, 이 과정에서 상기한 금속재는 갑작스런 외주원을 형성하는 것이 아니고 진입방향으로 서서히 헬리컬기어의 이끝원에 해당되는 외주원을 형성하는 원뿔형상을 성형하게 되며, 이 단계를 거친 금속재의 입자는 균일하게 된다.

그리고, 상기 제1단계에서 외주원을 형성하는 금속재의 외부표면에 치형을 용이하게 성형할 수 있게하는 제2단계에서는 성형방향으로 금속재의 외부표면에 요철형상을 형성한다.

상기한 요철형상은 다음에 형성될 치형사이에 홈이 형성됨에 따라 이루어지며, 상기한 홈은 치형사이의 폭보다 작고 이높이보다 작은 깊이를 갖게 되며, 그 성형과정은 성형됨에 따라 비례적으로 큰 각도를 가지게 된다.

상기 제3단계는 제2단계에서 형성된 금속재의 요철형상에 형성된 홈부위를 단면 중심방향으로 압입시켜 인벌류트치형을 형성하되, 금속재의 유동방향과 동일한 방향으로 치형을 형성하는 평기어의 이끝과 피치를 성형한다.

상기 제4단계는 제3단계에서 금속재의 외주에 이끝과 피치를 성형하는 압입부위를 더욱 압입시킴으로해서 이뿌리를 성형하여 완전한 기어의 칫수와 모듈등이 결정된 인벌류트 치형을 형성시킨다. 따라서, 이단계를 거친 금속재에 형성된 치형은 연속된 입자를 가지며 아울러 그 입자가 균일하게 압착되어 있기때문에 굽힘응력과 면압축응력등에서 향상된 강도를 가지게 된다.

그리고, 상기 제5단계는 상기 제4단계에서 금속재가 다이내에서 유동되는 방향으로 형성된 인벌류트치형에 유동방향과 나선각을 형성하는 방향으로 소성응력을 가해 유동방향과 나선각을 가지는 인벌류트치형을 성형하는 바, 이에 따라 헬리컬기어의 치형이 완성된다.

도1은 상기한 본 발명인 합금강의 냉간압출에의한 고정밀도 헬리컬기어의 제조방법을 설명하기 위하여 도면으로, 특히 상기한 압출성형공정을 단계별로 부합되는 형상을 컨테이너를 포함하여 다이(10)를 도시한 것이다.

가공을 위해 컨테이너내에 인서트되어있는 피가공물(100)은 다이랜드의 치형을 통과하면서 소정의 형상으로 성형하는 데, 이를 압출 중심축(z)방향으로 상기한 압출성형공정의 각 단계별로 설명하면, 부호10은 상기 제1단계를 적용한 원뿔성형부이고, 부호 12는 상기 제2단계를 적용한 요철성형부이며, 부호14는 제3단계를 적용한 평기어제1성형부이고, 부호16은 제4단계를 적용한 평기어제2성형부이며 그리고, 부호18은 상기한 제5단계를 적용한 헬리컬기어성형부이다.

상기 원뿔성형부(10)는 내부표면에 아무런 형상이 형성되어 있지않으며, 이는 금속재의 입자를 균일하게하고 기어의 치형을 성형하는 데에 있어서 윤활작용을 돕고자하는 부분이다. 그리고, 상기 요철성형부(10)는 압출성형축(z)방향으로 사각형상의 요철이 형성되어 있어서 상기 원뿔성형부(10)를 통과한 가공물의 외주에 요철을 형성시키며, 상기 평기어제1성형부(14)는 평기어의 이끝과 피치에 해당되는 형상을 하고, 또한 상기 평기어제2성형부(16)는 평기어의 이뿌리에 해당되는 형상을 형성하고 있다. 그리고, 상기 헬리컬기어성형부(18)는 상기 평기어제2성형부(16)의 형상이 일정한 나선각을 가지며 배열되어 있다.

따라서, 상기 다이에서 구하고자하는 기초원부와 변형영역, 그리고 인벌류트 변형영역으로의 구분은 상기 원뿔성형부(10)에서는 나타나지 않고 압출이 진행되면서 점차 구별되어진다. 즉, 요철성형부(12)를 지나 평기어제1성형부(14)및 평기어제2성형부(16)에서 상기한 기초원부와 변형영역, 그리고 인벌류트변형영역의 구분이 나타나고 아울러 헬리컬기어성형부(18)에서 나선각을 형성한다.

다음은 상술한 본 발명이 추구하는 목적에 따라 실험한 결과를 종래의 방법에 의한 것과 대비하여 설명한다.

첫째, 본 발명은 다이랜드의 치형에 걸리는 전단응력과 탄성변형율을 최소화 한다.

먼저, 종래의 제조방법에의한 금형의 다이인서어트의 해석결과를 살펴보면, 도2는 종래의 압출금형의 다이랜드의 치형형상을 도시한 것으로서, 응력분포와 탄성 변형이 가장 심하게 나타난 부위이다. 이 부위에 펀치압력과 마찰력이 치면(21)(22)에, 반경방향압력이 치면(24)에 작용하고 치면(23)은 압력이 작용하지 않아 다이 이빨의 휨이 일어나 파손이 발생되었다.

도3은 상기한 종래의 제조방법에의한 압출금형의 성형다이의 탄성변형량과 전단 응력분포에 따른 데이타를 도식화한 것으로서, (a)는 반경방향 탄성변형량이고, (b)는 금형의 회전방향 탄성변형량을 나타낸 것이며, (c)는 금형의 압출축 방향 탄성변형량을 나타낸 것이고, (d)는 다이인서트의 각 지점에서의 최대주응력을 나타낸 것이며, (e)는 금형의 이뿌리부(압출기어의 이끝)에서의 압축응력을 나타낸 것이고, (f)는 응력치를 헬리컬 다이랜드 압출축 높이에 대하여 나타낸 것이다.

(a)에서 볼수 있는 바와같이 반경방향 탄성변형량은 다이인서트 높이 방향치수중 헬리컬 다이랜드부에 대한 압출기어원들을 기준한 탄성변형량을 나타냈다. 다이입구에서 변형향이 크고 다이 출구쪽으로 진행될 수록 점점 줄어들고 금형의 이끝(압출기어의 이뿌리)에서 39/1000[mm]로 가장크게 나타났으며 피치원 부근에서 34/10 00[mm], 그리고 금형의 이뿌리부(압출기어의 이끝)에서는 29/1000[mm]압축 변형이 일어났다.

그리고, (b)에서는 종래의 제조방법을 적용한 금형의 회전방향 탄성변형량은 압출금형의 이끝에서 48/1000[mm], 피치원 부근에서 27/1000[mm] 그리고, 금형의 이뿌리부에서 21/1000[mm]였다.

(c)에서 볼수있는 바와같이 종래의 헬리컬기어 제조방법에의한 금형의 압출축 방향 탄성변형량은 금형의 이끝에서 37/1000[mm], 피치원 부근에서 30/1000[mm] 그리고, 금형의 이뿌리부에서 24/1000[mm]였다.

(d)에서는 다이인서트의 각 지점에서의 최대주응력을 헬리컬 다이앤드 z축 높이에 대하여 나타낸 것으로서, 응력이 가장 최대로 걸리는 지점은 피치원 부근으로, 이부분의 최대주응력은 166[Mpa]의 인장응력이 작용한다.

(e)에서 보는 바와같이 금형의 이뿌리부에서 최소주응력 즉 1746[Mpa]의 압축응력이 작용한다.

(f)에서는 최대전단응력을 적용하여 그 응력치를 헬리컬 다이랜드 압출축 높이에 대하여 나타낸 것으로 최대응력점은 피치원 부근에서 1560[Mpa]로서 금형강도가 1550[Mpa]이므로 파손이 예상된다.

이에 비해 본 발명의 합금강의 냉간압출에의한 고정밀도 헬리컬기어의 제조방법를 적용한 압축금형의 성형다이는 도4에서 도시되어 있는 바와같이 평기어치형이 어느정도 형성되어 있다가 헬리컬기어치형으로 형성된다.

본 발명에의한 금형에서 응력분포와 탄성변형이 가장심하게 나타나는 부위는 평기어에서 헬리컬 다이랜드부위로 변화되기 직전인 금형의 치저부에서 발생한다. 평기어와 헬리컬기어부의 이중구조로 된 신금형은 헬리컬기어부위에서 펀치압력과 마찰력이 치면(45)에, 반경방향압력이 치면(47)에 작용하고 치면(46)에는 압력이 작용하지 않는다. 부호 41, 42, 43, 44는 상기한 금형의 성형다이의 치형의 치면을 칭한다.

도5는 본 발명에 의한 압출금형의 응력분포와 탄성변형을 그래프화 한 것으로서, (a)는 본 발명에 의한 압출금형의 반경방향 탄성변형량을 도시한 것이고, (b)는 금형의 회전방향 탄성변형량을 나타낸 것이며, (c)는 금형의 압출출방향 탄성변형량을 나타낸 것이고, (d)는 다이인서트 각 지점에서의 최대 주응력을 나타낸 것이며, (e)는 피치원 부근의 압축응력상태를, (f)는 금형에 작용하는 응력치를 헬리컬다이랜드 압출축 높이에 대하여 나타낸 것이다.

(a)에서 볼 수 있는 바와같이 본 발명은 다이인서트 높이 방향치수중 평기어와 헬리컬 다이랜드부 길이에 대한 압출기어원들은 기준한 탄성변형향을 나타냈다. 평기어로 성형된 다음 피치원주상의 나선각 방향으로 전단변형량에 의한 비틀림가공이 시작되어 나선각을 가진 헬리컬기어로 성형되는 부위에서 변형향이 가장크고 다이 출구쪽으로 진행될 수록 점점 줄어들고 금형의 이끌(압출기어의 기초원)에서 54/1000[mm]로 가장크게 나타났으며 피치원부근에서 53/1000[mm], 그리고 금형이 이뿌리부(압출기어의 이끝)에서는 51/1000[mm]압출변형이 압출축의 가절점에 따라 근사하게 발생한다.

(b)에서는 금형의 회전방향 탄성변형량은 금형의 이끝에서 32/1000[mm],피치원 부근에서 19/1000[mm] 그리고 금형의 이뿌리부에서 11/1000[mm]였다. 그리고, (c)에서 금형의 압출축 방향 탄성변형량은 금형의 이끝에서 13/1000[mm], 피치원 부근에서 10/1000[mm] 그리고, 금형의 이뿌리부에서 7/1000[mm]였다. 따라서, 본 발명에 의하여 헬리컬기어 금형을 설계할 경우에 금형의 탄성변형량이 5/1000[mm]정도로 예측되기 때문에 설계시 미리 입력사항으로 주면 된다.

(d)는 다이인서트의 각 지점에서의 최대주응력을 헬리컬 다이랜드 z축 높이에 대하여 나타낸 것으로, 응력이 가장 최대로 걸리는 지점은 금형의 이뿌리부근으로, 이부위에 최대주응력은 평기어 다이랜드부에서는 압축이 발생하다가 헬리컬기어 다이랜드부에서는 인장이 일어나며 최대주응력의 인장응력은 663[Mpa]이다.

(e)는 피치원 부근에서 최소주응력 즉, 971[Mpa]의 압축응력이 작용한다.

(f)는 최대전단응력을 적용하여 그 응력치를 헬리컬 다이랜드 압출축 높이에 대하여 나타낸 것으로 최대 응력점은 피치원 부근으로 1058[Mpa]로써 금형강도 해석상 안전한 치수임을 알 수 있다.

따라서, 상기한 바에서도 알 수 있듯이 본 발명에의한 압출금형은 종래에 의한 금형보다 안전하다고 할 수 있다.

이에 부가적으로 냉간압출에의한 압출속도가 빠르고 상대적인 금형강도를 향상시켜주어 대량생산이 가능하다.

둘째, 본 발명은 보다 정밀한 헬리컬기어를 성형한다.

헬리컬기어는 위상이 연속적으로 변화한 이가 동시에 맞물림을 하는 것이 되므로 맞물림이 원활하게 진행되고 있면의 마모도 균일하다. 따라서, 진동이나 소음이 적고 고속운전에 적합하며 원활한 동력의 전달을 할 수 있다. 이러한 이유로 자동차의 변속기등에 널리 쓰이고 있어서, 헬리컬기어는 그 무엇보다 기능상 높은 정밀도를 요하고 있다.

다음은 본 발명에의해 제조된 헬리컬기어의 정밀도를 종래의 방법에의해 제조된 헬리컬기어와 대비하여 살펴본다.

먼저, 선행되어야 할 것은 소재를 금형에 넣고 압출하게 되면 압출된 기어는 무부하시 금형성형부의 기어와 똑같은 치수를 갖는 것이 아니라 여러가지 요인에 의하여 성형부의 기어와는 다른 치수를 갖게 된다는 점이다. 그 요인으로서는 압출압력에 의한 금형의 반형, 소재를 탄성회복 등이 있다.

따라서, 기어 치형의 각각의 정밀도를 향상시키기 위해서는 금형변형, 소재의 탄성회복향 외에 과방전량등을 예측하는 이를 금형제작시 보정하는 것이 필요하다.

그리고, 압출성형된 헬리컬기어를 선삭가공, 셰이빙가공을 행하고 그 다음으로 전면침탄등의 열처리를 행한다.

도6은 SCM21를 소재로하여 종래의 제조방법과 본 발명에의한 제조방법에의해 헬리컬기어를 압출성형하고 셰이빙가공을 한후의 치형오차와 리이드오차를 비교하고, 마무리공정된 기어를 전면 침탄담금질한 후의 치형과 리이드오차를 나타낸 것이다.

도면에서 보는 바와같이 종래의 제조방법에의한 헬리컬기어는 이빨의 외쪽면의 치형오차는 기어의 규격을 크게 벗어났고 피치오차는 측정조차되지 않았다. 그러나, 본 발명에의한 압출된 헬리컬기어의 우치면의 치형오차는 2급, 리이드오차는 3급에 해당되었다. 이는 나선각이 오른쪽방향으로 압출이 진행되면서 우치면은 다이면에 접하여 나선각 방향으로의 소성변형이 일어나 성형되므로 치형오차가 작은 반면, 좌치면은 다이 우치면에서 역으로 차올라와 다이공극을 채우면서 성형되므로 다이면에 접하지 않는 부분도 생기게 되어 불완전하게 치형이 성형되기 때문으로 생각된다.

압출후에 셰이빙 마무리가공된 기어의 정도를 측정한 결과, 종래에의한 헬리컬기어에서는 우치면과 좌치면이 각각 3, 5급, 인접피치오차는 양치면 모두 4급등 이빨의 오른쪽면과 왼쪽면의 차이가 거의 없었다. 따라서, 셰이빙가공 후의 기이검사결과를 종합해보면 KS기어급수 5급 정도에 해당된다. 이에 반해 본 발명의 헬리컬기어에서의 셰이빙가공 후의 단일 피치오차는 양쪽면이 모드 3급이며 치형오차와 리이드오차의 정밀도가 도면에 보는 바와같이 종래의 방법에 의한 것에 비해 보다 향상되었다. 이는 본 발명에서는 먼저 압출성형방향으로 형성된 평치차로 성형되었다가 일정한 리이드각을 갖고 비틀림에의해 헬리컬기어로 됨으로 치형의 금형내 충만도가 종래의 제조방법보다 좋았기 때문이다.

정리하면, 본 발명으로 인한 냉각압출에의하여 성형된 헬리컬기어는 KS기어급수 6급의 기어를 성형하고, 이를 셰이빙가공하여 4∼5급에 해당하는 기어를 가공하였다. 이는 종래에의한 헬리컬기어의 5∼6급의 정도보다 향상된 정밀도를 얻었다. 따라서, 본 발명에 의한 헬리컬기어는 정밀한 가공을 할 수 있는 절삭가공에의한 헬리컬기어에비해 동일한 정밀도를 얻을 수 있기 때문에, 냉간압출에의한 기술 개발은 가능하게 되었다. 또한 절삭가공품에 비하여 냉간압출품의 전면 침탄처리후에 표면경도는 H_v660 정도의 경도치를 보임으로써 사용되는 제품의 표면경도 H_v660이상으로 나타났다. 이는 내마모성을 증대시키고 제품의 수명을 향상시켜주는 결과가 된다.

상기한 본 발명에 있어서, 전단가공공정에서 금속봉을 일정한 크기로 절단하고, 압출성형공정의 제1단계에서 원뿔성형하며, 제2단계에서 유동방향으로 요철성형하고, 제3단계에서 금속재의 요철부위에 이끝과 피치를 성형하며, 제4단계에서 이뿌리를 성형하고, 제5단계에서 유동방향으로 형성된 평기어 치열이 소정의 나선각을 형성하여 헬리컬기어를 성형하여 녹아웃시키고, 마무리공정에서 압출된 헬리컬기어를 다듬질과 전면침탄처리등의 표면처리를 하여 완전한 헬리컬기어를 성형한다.

상술한 바와같이 본 발명은 합금강의 냉간압출에 따른 다이인서트에서 금속의 압출유동방향으로 성형되면서 압출되도록 하여 1) 압출가공에 따라 금형에 걸리는 전단응력을 감소시켜 금형의 안전성을 도모하고 대량생산을 할 수 있으며 아울러 2) 보다 정밀한 제품을 얻을 수 있도록하는 효과가 있다.

이상에서 서술된 것은 모든 점에서 단순한 예시에 불과한 것이기 때문에, 이를 바탕으로 본 발명을 한정적으로 해석해서는 안될 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 기술적 사상 및 범위 내에 존재하는 변형예 및 균등한 실시예는 모두 본 발명의 청구 범위에 속하는 것이다.

Claims (2)

1. 금속봉을 적당한 크기로 재단하는 전단가공공정과; 상기 전단가공공정에서 재단된 금속재를 성형가공하는 압출성형공정과; 압출성형된 성형품에서 불필요한 부분을 제거하고 표면처리하는 마무리공정으로 이루어진 합금강의 냉간압출에의한 고정밀도 헬리컬기어의 제조방법에 있어서,

   상기 압출성형공정은 다이에 진입된 금속재를 램으로 압축시켜 진입방향으로 외주원을 성형시키는 제1단계와;

   상기 제1단계에서 원뿔성형된 금속재를 유동방향으로 치형과 치형사이의 폭보다 작은 폭과 이높이보다 작은 깊이를 형성하는 홈부위를 이루며 요철형상을 성형하는 제2단계와;

   상기 제2단계에서 치형과 치형사이에 유동방향으로 성형된 금속재의 요철형상의 홈부위를 중심방향으로 압입시켜 인벌류트치형의 이끝과 피치를 성형하는 제3단계와;

   상기 제3단계에서 이끝과 피치가 형성된 압입부를 더욱 압입시켜 이뿌리를 성형하여 인벌류트치형을 완성하는 제4단계와; 그리고,

   상기 제4단계에서 유동방향으로 성형된 금속재의 인벌류트치형에 유동방향과 나선각을 형성한 방향으로 소성변형응력을 가해 유동방향으로 나선각을 형성하는 인벌류트치형을 성형하는 제5단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 합금강의 냉간압출에의한 고정밀도 헬리컬기어의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2단계에서 요철형성은 성형됨에 따라 비례적으로 큰 각도를 가지며 성형되는 것을 특징으로하는 합금강의 냉간압출에의한 고정밀도 헬리컬기어의 제조방법.