KR20020043626A - 내부 스펀 허브 및 그 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의하면, 구경을 구비하는 허브는 환형의 박판상 금속 원판(10)의 일부로 스펀-롤 성형된다. 상기 허브는 환형의 박판상 금속 원판(10)의 일부를 상기 구경으로부터에서 반경 방향 외측으로 변위시킴으로써 성형된다. 이와 같이 하여 상기 환형의 박판상 금속 원판(10)과 일체형으로 된 허브는 이 허브의 성형 전의 상기 환형의 박판상 금속 원판(10)의 두께와 동등하거나 그 이상인 웨브를 형성한다. 상기 웨브는 벨트 수용부를 구비하는 림을 스펀-롤 형성하는 데에 이용되고, 따라서 단일체의 스펀-롤 성형 풀리를 형성하는 데에도 이용될 수도 있다. 상기 웨브는 상기 허브 및 웨브로부터 독립된 부분인 벨트 수용부를 구비하는 림에 서로 연결하는 데에도 역시 이용될 수 있다.

Description

내부 스펀 허브 및 그 제작 방법 {INTERNAL SPUN HUB AND METHOD OF MAKING SAME}
원료 봉재(原料棒材; bar stock)로부터 성형한 기계 가공 허브를 박판상 금속으로 성형한 웨브(web) 및 림(rim)에 부착시켜 풀리를 만드는 경우가 종종 있다. 박판상 금속 웨브(또는 원판) 및 림은 기계 가공된 허브에 용접, 납땜, 파스너 또는 접합에 의해 부착된다. 기계 가공된 허브는 폐쇄 구경과 같은 복잡한 형상을 제공하는 수가 있으나, 중량, 비용 및 림에 대한 허브 조립시의 축방향 정렬과 관련된 공정의 복잡성 등의 부수적인 문제점들을 초래한다.
박판상 금속으로 만든 허브 또는 풀리는 일련의 다이스(dies)를 사용하는 프레스 성형법이나 심봉(心棒; mandrel)과 롤러를 사용하는 스핀 성형법 또는 이들의 조합에 의하여 성형될 수 있다. 예를 들면, 프레스 성형한 허브가 일체형으로 마련된 풀리는 미국 특허 제5,441,456호에 개시되어 있는데, 이 특허의 도 5에는 계단형 구경이 도시되어 있고, 도 8에는 스플라인(spline)을 수용하는 홈이 마련된 구경이 도시되어 있다. 벨트를 수용하는 홈은 풀리의 림에 스핀 성형된다. 허브가 일체형으로 마련된 또 다른 풀리는 미국 특허 제4,824,422호에 도시되어 있다.
독일 특허 제4,444,526호에는 스핀 성형법에 의하여 허브를 성형하는 방법이 개시되어 있는데, 이 특허에는 반대측에서 주축대 심봉(主軸臺心棒; head stock mandrel)에 의하여 지지되는 박판상 금속으로 만든 회전하는 환형 원판의 일측면에 대하여 성형 롤러가 압박을 가한다. 이 성형 롤러는 금속 부분을 회전 원판의 측면에 대하여 반경 방향 내측으로 점차 변위(變位)시키는 한편, 상기 원판 일부를 얇아지도록 하며, 두께가 최초의 박판상 금속의 두께보다 얇은 측벽을 형성한다. 금속이 변위됨에 따라 환형파(環形波)가 형성되는데, 이는 점차 축방향으로 확장된다. 상기 원판에 대하여 동시에 허브를 일체형으로 성형하는 도중에, 성형 롤러는 심봉에 대하여 상기 환형으로 변위시킨 금속에 압박을 가한다. 이러한 허브에 관련되는 문제점은 성형된 허브의 측벽이 그 허브의 한쪽 측면으로부터만 성형된다는 것이다. 그 밖에, 그러한 허브를 성형하기 위해서는, 다량의 금속을 변위시켜야 하므로, 보다 작은 외경을 요하는 허브를 성형하는 데에는 가일층 어려움이 있다.
본 발명은 스핀-롤(spin-roll) 성형법에 의하여 제작되는 박판상 금속(薄板狀金屬; sheet metal)으로 만든 허브(hub) 또는 풀리(pulley)에 관한 것이지만, 더욱 구체적으로 말하자면 환형(環形)의 박판상 금속 원판(金屬圓板; sheet metal disc)을 구경(口徑)으로부터 반경 방향 외측으로 변위(變位)시킴으로써 스펀-롤(spun-roll) 성형한 허브를 구비하는 풀리에 관한 것이다.
이들 본 발명의 목적과 기타의 목적 및 장점들은 첨부한 도면과 그에 관한 설명을 검토함으로써 명백하게 될 것이다.
도 1은 스핀-롤 성형기의 주요 구성 요소 및 상기 스핀-롤 성형기에 배치된 상태의 환형의 박판상 금속 원판을 도시하고 있는 개략 단면도이고,
도 2는 도 1에 유사하나, 스핀-롤 성형의 개시 무렵의 상기 성형기 및 원판의 위치를 나타낸 도면이며,
도 3은 도 2에 유사하나, 작업 진행 단계를 도시한 도면이고,
도 4는 도 3에 유사하나, 또 하나의 작업 진행 단계를 도시한 도면이며,
도 5는 도 3에 유사하나, 또 다른 작업 진행 단계를 도시한 도면이고,
도 6은 도 3에 유사하나, 또 하나의 작업 진행 단계를 도시한 도면이며,
도 7은 도 2에 유사하나, 최종 스핀-롤 성형 단계를 도시한 도면이고,
도 8a 내지 도 8g는 환형 원판 중심선으로부터 반경 방향의 선을 따라 절단한 단면도로서, 임의의 별도의 작업을 비롯하여, 환형 원판의 일부로부터의 금속 부분의 점진적 변위와 본발명의 허브 성형법을 나타내고 있는 도면이며,
도 9는 내부 나선(螺線)이 마련된 본 발명 허브의 단면도이고,
도 10은 도 9에 도시된 허브를 성형하는 데 사용되는 성형 롤러의 단면도이며,
도 11은 폐쇄 구경이 마련된 본 발명에 의한 허브의 단면도이고,
도 12는 도 11에 도시된 허브를 성형하는 데 사용되는 성형 롤러의 단면도이며,
도 13은 본 발명의 허브가 마련된 편평한 풀리의 단면도이고,
도 14는 본 발명의 허브가 마련된 V자형 리브를 붙인 풀리의 단면도이며,
도 15는 본 발명의 허브가 마련된 V자형 벨트 풀리의 단면도이다.
본 발명에 따르면, 구경이 마련된 허브는 환형의 박판상 금속 원판의 일부로부터 스펀-롤 성형된다. 상기 허브는 상기 환형의 박판상 금속 원판의 일부를 상기 구경으로부터 반경 방향 외측으로 변위시킴으로써 성형된다. 이와 같이 하여 성형시킨 상기 환형의 박판상 금속 원판과 일체로 성형된 허브는 두께가 이 허브의 성형 전의 상기 환형의 박판상 금속 원판의 두께와 동등하거나 그 이상인 웨브를 형성한다. 이 웨브는 벨트 수용부가 마련되어 있는 림을 스펀-롤 성형하는 데에도 이용될 수 있으므로, 단일체(one-piece)의 스펀-롤 성형 풀리로 된다. 상기 웨브는 상기 허브와 웨브로부터 독립된 부분인 벨트 수용부를 구비하는 림과 연결시키는 데에도 역시 사용될 수 있다.
상기 스피닝 공정(spinning process) 중에, 성형 롤러는 동시에 회전 중인 환형의 박판상 금속 원판의 구경에 대하여 압박을 가한다. 금속의 일부를 축방향으로 연장되는 칼라(collar)의 형상으로 변위시키는 상기 성형 롤러는 회전 원판의 구경에 대하여 축방향 진동의 유무에 관계 없이 반경 방향 외측으로 점진 이동한다. 상기 성형 롤러는 여러 가지 허브 형상을 성형하기 위한 다양한 표면을 포함한다. 그 밖에, 상기 스피닝 공정은 상이한 시간에 상기 환형의 박판상 금속 원판에 작용하는 1개 이상의 성형 롤러를 포함할 수도 있다.
본 발명의 목적은 환형의 박판상 금속 원판의 일부를 구경으로부터 반경 방향 외측으로 변위시킴으로써 스펀-롤 성형되는 허브를 제공하기 위한 것이다. 본 발명은 축방향 정렬과 관련된 복잡성을 줄임으로써 제작의 용이성을 제공한다. 나아가, 본 발명은 소형의 콤팩트한 허브 및 풀리의 생산능(生産能)을 제공해준다.
본 발명의 또 다른 목적은 스핀 성형 공정 후에 두께는 변하지 않고 강도는 더 높은 웨브와 일체를 이루는 허브를 스핀 성형하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
도 1 내지 도 7을 보면, 구경(26)을 구비한 환형의 박판상 금속 원판(10)은 스핀-롤 성형기(12)에 의한 작업 위치에 배치되어 있는데, 상기 성형기는 주축대 압형기(壓型器; head stock tooling)(14), 성형 롤러(16) 및 파지구(把持具; holding tool)(18)를 구비하고 있다.
도 1에 있어서, 주축대 압형기(14)에는 원판(10)의 외경(30)을 수용하기 위한 규격의 원주형(圓柱形) 오목부(22)가 마련되어 있는데, 상기 오목부의 깊이는 원판(10)의 두께(T)보다 작다. 상기 파지구(18)에는 원판(10)의 외경(10)의 일부를 수용하기 위한 대응하는 원주형 오목부(24)가 마련되어 있는데, 이 파지구의 오목부의 깊이는 원판(10)의 두께(T)보다 작다.
성형 롤러(16)에는 희망하는 재료의 유동(流動) 작업에 대응하는 외부 윤곽 표면(outer profile surface)(34)이 마련되어 있다. 도 1에 있어서, 성형 롤러(16)에는 원판(10) 재료를 집적(集積)하여 평탄하게 하기 위한 외부 윤곽 표면(34)이 포함되어 있다.
도 2는 성형 작업 전에 스핀-롤 성형기(12)에 삽입시킨 환형 원판(10)을 나타내고 있다. 이 원판(10)은 상기 파지구(18)의 오목부(24) 및 상기 주축대압형기(14)의 오목부(22)의 내부에 결합되어 있다. 성형 롤러(16)는 구경(26)과 축방향으로 정렬되도록 구경(26) 내부에서 배치된다. 상기 주축대 압형기(14)는 소정량의 회전수(rpm)로 회전한다.
도 3은 환형의 박판상 금속 원판(10)이 회전하고 있는 동안에 성형 롤러(16)의 외부 윤곽 표면(34)이 구경(26)에 압압되도록, 반경 방향 외측 위치로 이동시킨 성형 롤러(16)를 도시하고 있다. 상기 원판의 회전시 상기 성형 롤러(16)는 자유로이 회전할 수도 있고, 또 상기 성형 롤러(16)는 구경(26)의 축에 평행한 축을 따라 진동을 일으킬 수도 있다. 상기 성형 롤러(16)는 상기 구경(26)으로부터 원판(10) 금속의 일부를 반경 방향 외측으로 변위시키기 시작한다. 상기 구경과 허브의 선택된 크기와 형상을 형성하기 위해서는, 상기 성형 롤러(16)의 반경 방향 이동과 외부 윤곽 표면(34)을 이용한다.
예를 들면, 도 4는 원판(10) 금속을 집적하여 분할하는 데 이용되는 볼록한 외부 윤곽 표면(42)이 마련된 다른 예의 성형 롤러(40)를 도시하고 있다.
도 5는 원판(10) 금속을 집적하여 평탄화하는 데 이용되는 평탄한 외부 윤곽표면(52)이 마련된 다른 예의 성형 롤러(50)를 도시하고 있다.
이와 유사하게, 도 6는 원판(10)의 금속을 집적하는 데 이용되는 오목한 외부 윤곽 표면(62)이 마련된 다른 예의 성형 롤러(60)를 도시하고 있다
도 7에는 허브(70)의 성형 후에 스핀-롤 성형기(12)로부터 제거된 환형의 박판상 금속 원판(10)이 도시되어 있다. 상기 허브(70)는 일체형의 원판 또는 웨브(10) 및 구경(26)을 포함하고 있다. 상기 허브(70)는 원판(10) 또는 웨브의제1 표면(27)과 제2 표면(29)으로부터 상기 구경(26)의 축(A)과 평행한 방향으로 연장되어 있다.
도 8a 내지 도8e를 참고하여 보면, 이들 도면은 여러 가지 예의 작업 진행 단계를 비롯한, 본 발명에 의한 허브(50)의 순차적인 성형법을 보여주고 있다. 도 8a는 스핀-롤 성형 작업 전의 구경(26)이 마련되어 있는 환형의 박판상 금속 원판(10)을 도시하고 있다. 상기 원판(10)에는 외경(30) 및 두께(T)가 표시되어 있다.
도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 몇 가지 응용예에 있어서, 외부 윤곽 표면(62)이 오목한 성형 롤러(60)는 도 8b 및 도 8c에서 참조 부호64로 표시한 바와 같은 원판(10) 금속을 집적하는 데 이용된다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 원판 금속을 집적한 다음에는, 외부 윤곽 표면(42)이 볼록한 성형 롤러(40)의 사용을 포함한 다른 진행 단계를 사용하여, 도 8d 내지 도 8f에서 참조 부호44로 표시한 바와 같이, 원판(10) 금속을 분할할 수도 있다. 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 외부 윤곽 표면(52)이 평탄한 성형 롤러(50)의 사용을 포함한 또 하나의 작업 진행 단계는, 도 8g에서 참조 부호54로 표시한 바와 같이, 원판(10) 금속을 집적하여 평탄하게 하는 데 이용될 수 있다.
도 9를 참조하여 보면, 구경(74)이 마련되어 있고, 일체형의 원판(10) 또는 웨브 및 V자형 리브를 붙인 림(72)을 갖추고 있으며, 내부 나선(76)을 포함하는 본 발명의 허브(70)가 성형될 수 있다. 도 10은 상기 내부 나선(76)을 성형하는 데 이용되는 성형 롤러(71)를 나타내고 있다. 이 성형 롤러(71)에는 외부 나선(73)이 마련되어 있다.
도 11을 보면, 구경(74)이 마련되어 있고, 일체형의 원판(10) 또는 웨브 및 V자형 리브를 붙인 림(72)을 갖추고 있으며, 폐쇄 구경(77)을 포함하는 본 발명의 허브(70)도 역시 성형될 수 있다. 도 12는 상기 폐쇄 구경(77)을 성형하는 데 이용되는 성형 롤러(75)를 도시하고 있다. 이 성형 롤러(75)에는 돌출면(79)이 포함되어 있다.
원판(10) 또는 웨브가 일체로 성형되어 있는 본 발명의 허브(70)는, 예컨대 도 13 내지 도 14에 도시된 것들과 같은 풀리와 함께 사용될 수 있다. 도 13에 의하면, 원주형 풀리(80)가 도시되어 있다. 원판(10)(또는 웨브)의 외주연부(外周緣部)는 기지의 방식으로 분할되어 있어서, 벨트(도시하지 않음)를 수용하기 위한 일체형의 원주형 림(82)을 형성한다.
V자형 리브를 붙인 풀리(90)는 도 14에 도시되어 있는데, 여기서 원판(10)의외주연부는 기지의 방식으로 분할되어 있어서, V자형 리브를 붙인 벨트와 맞물리기 위한 복수 개의 V자형 홈(94)이 마련된 림(92)을 형성한다.
도 15에는 V자형 벨트 풀리(100)가 도시되어 있는데, 여기서 원판(10)의 외주연부는 기지의 방식으로 분할되어 있어서, V자형 홈(104)이 적어도 1개인 림(102)을 형성한다.
이상의 본 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명을 예시하기 위한 목적으로서, 특허 청구의 범위를 제한하고자 하려는 의도가 아니다.

Claims (12)

  1. 환형(環形)의 박판상(薄板狀) 금속 원판(圓板; disc)의 일부 및 구경(口徑)으로 스펀-롤(spun-roll) 성형된 허브(hub)로서,
    상기 환형의 박판상 금속 원판의 일부를 상기 구경으로부터 반경 방향 외측으로 변위시킨 것을 특징으로 하는 스펀-롤 성형된 허브.
  2. 환형의 박판상 금속 원판의 일부 및 구경으로 스펀-롤 성형된 허브를 구비한 풀리로서,
    상기 환형의 박판상 금속 원판의 일부를 상기 구경으로부터 반경 방향 외측으로 변위시킨 것을 특징으로 하는 허브를 구비하는 풀리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속 원판은 벨트 수용부가 마련된 림(rim)과 일체를 이루는 웨브(web)를 포함하는 것인 허브를 구비하는 풀리.
  4. 제3항에 있어서, 상기 벨트 수용부는 실질적으로 원주(圓柱)면을 포함하는 것인 허브를 구비하는 풀리.
  5. 제3항에 있어서, 상기 벨트 수용부는 1개 이상의 V자형 홈을 포함하는 것인 허브를 구비하는 풀리.
  6. 제3항에 있어서, 상기 림은 스핀 성형법에 의하여 박판상 금속으로 성형되는 것인 허브를 구비하는 풀리.
  7. 제2항에 있어서, 상기 웨브는 벨트 수용부를 구비하는 림과 서로 연결되는 것인 허브를 구비하는 풀리.
  8. 벨트 수용부가 마련된 림이 마련된 환형의 박판상 금속 원판의 일부와 웨브에 의하여 연결된 구경으로 스펀-롤 성형된 허브를 구비하는 풀리로서,
    상기 환형의 박판상 금속 원판의 일부를 상기 구경으로부터 반경 방향 외측으로 변위시킨 것을 특징으로 하는 스펀-롤 성형된 허브를 구비하는 풀리.
  9. 벨트 수용부가 마련된 림과, 제1 및 제2 표면이 마련되고 상기 림을 허브와 상호 연결하는 웨브를 포함하는 박판상 금속으로 성형된 단일체형 풀리로서,
    상기 허브는 상기 웨브의 제1 및 제2 표면의 양표면으로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 단일체형 풀리.
  10. 구경(口徑)을 구비하는 허브의 성형 방법으로서,
    상기 구경을 포함하는 환형의 박판상 금속 원판을 회전시키는 단계와,
    상기 구경에 대하여 고정구를 반경 방향 외측으로 소정의 거리만큼 이동시켜상기 환형의 박판상 금속 원판을 변위시킴으로써 허브를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구경이 구비된 허브의 성형 방법.
  11. 구경이 구비된 허브의 성형 방법으로서,
    구경을 구비하는 환형의 박판상 금속 원판을 스펀-롤 성형기 내에 삽입하는 단계와,
    상기 환형의 박판상 금속 원판을 상기 스펀-롤 성형기에 고정하는 단계와,
    성형 롤러를 상기 구경과 축방향으로 정렬되도록 배치하는 단계와,
    상기 성형 롤러를 상기 구경 내부로 이동시키는 단계와,
    상기 환형의 박판상 금속 원판을 회전시키는 단계와,
    상기 성형 롤러를 상기 원판의 구경에 대하여 반경 방향 외측으로 소정의 거리만큼 이동시켜 상기 환형의 박판상 금속 원판을 변위시킴으로써 허브를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구경이 구비된 허브의 성형 방법.
  12. 허브 및 웨브가 구비된 풀리의 성형 방법으로서,
    구경을 구비하는 환형의 박판상 금속 원판을 스펀-롤 성형기 내에 삽입하는 단계와,
    상기 환형의 박판상 금속 원판을 상기 스펀-롤 성형기에 고정하는 단계와,
    성형 롤러를 상기 구경과 축방향으로 정렬되도록 배치하는 단계와,
    상기 성형 롤러를 상기 구경 내부로 이동시키는 단계와,
    상기 환형의 박판상 금속 원판을 회전시키는 단계와,
    상기 성형 롤러를 상기 원판의 구경에 대하여 반경 방향 외측으로 소정 거리만큼 이동시켜 환형의 박판상 금속 원판 재료를 변위시킴으로써 허브를 형성하는 단계와,
    풀리 성형 롤러를 상기 웨브의 외부 표면에 대하여 압박을 가하도록 배치하는 단계와,
    상기 풀리 성형 롤러를 상기 웨브의 외부 표면에 대하여 반경 방향 내측으로 소정 거리만큼 이동시켜 상기 재료를 변위시킴으로써 벨트 수용부를 구비하는 림을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 허브 및 웨브를 구비하는 풀리의 성형 방법.
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