KR20020078833A - Manufacturing method for cam and shaft - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 캠과 샤프트의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중공체의 샤프트와 캠을 소결에 의해 접합시킬 때 샤프트의 내부에서 고온/고압이 작용하더라도 그 고온의 내부온도와 압력에 의해 샤프트의 어느 한쪽 단부에 끼워진 엔드피스가 위치에서 이탈되는 것을 방지하는 캠과 샤프트의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a cam and a shaft, and more particularly, when a high temperature / high pressure is applied inside the shaft when the hollow shaft and the cam are joined by sintering, the shaft is caused by the internal temperature and pressure of the high temperature. A method of manufacturing a cam and a shaft to prevent the end piece fitted to either end of the deviate from the position.
도 1에는 자동차의 중공 소결 캠샤프트의 일 예를 보인 정면도가 도시되어 있다.1 is a front view showing an example of a hollow sintered camshaft of an automobile.
도시된 바와 같이, 자동차의 샤프트는 엔진의 구성 요소인 도면 표현을 생략한 실린더 블록과 실린더 헤드의 사이에 설치된다.As shown, the shaft of the vehicle is provided between the cylinder block and the cylinder head, which omit the drawing representation which is a component of the engine.
상기 샤프트(10)에는 밸브를 개폐시키기 위하여 밸브 수와 같은 수의 캠(20)이 배열되어 있으며, 그 양단부에는 엔드 피스(30)(40)가 브레이징 접합법에 의해 장착된다.The shaft 10 has the same number of cams 20 as the number of valves is arranged to open and close the valves, and end pieces 30 and 40 are mounted at both ends thereof by a brazing bonding method.
상기한 엔드 피스(30)(40) 중 일단부에 구비된 엔드 피스(30)에는 오일펌프와 배전기 등을 구동시키기 위한 도면 표현을 생략한 헬리컬 기어(또는 스프라켓, 풀리)가 장착되고, 타단부에 구비된 엔드 피스(40)에는 연료펌프 구동용 편심 캠 또는 샤프트의 회전수를 인식시키기 위한 센서 감지용 핀 등이 설치된다.The end piece 30 provided at one end of the end pieces 30 and 40 is equipped with a helical gear (or sprocket, pulley), which omits the drawing representation for driving the oil pump and the distributor, and the other end. The end piece 40 provided in the eccentric cam for driving the fuel pump or a sensor sensing pin for recognizing the rotational speed of the shaft is installed.
상기한 샤프트는 장시간 사용하게 되므로 내마모성이 큰 주철을 주로 사용하여 왔다.Since the shaft is used for a long time, cast iron having a large wear resistance has been mainly used.
상기와 같이 샤프트를 주철로 사용하게 될 경우 내부가 채워진 원통형으로 형성된 구조에 의해 중량이 무거워지는 결점이 있었다.When the shaft is used as cast iron as described above, there was a drawback that the weight becomes heavy due to the structure formed into a cylindrical shape filled inside.
상기와 같은 결점을 해소하기 위하여 최근에는 샤프트의 내구성과 내마모성 그리고 강도는 유지하면서 중량을 비교적 감소시킬 목적으로 내부가 중공체인 금속 파이프를 샤프트의 모재로 사용하여 왔다.In order to alleviate such drawbacks, a metal pipe having a hollow body as a base material of the shaft has been recently used for the purpose of relatively reducing the weight while maintaining the durability, wear resistance, and strength of the shaft.
즉, 내부가 중공체인 금속 파이프로 제작된 샤프트의 모재를 디벌링 공정 그리고 세정공정을 거친 후 그 샤프트에 캠을 설치 및 제조하는 공정을 살펴보면 다음과 같다.That is, the process of installing and manufacturing a cam on the shaft after the deburring process and the cleaning process of the base material of the shaft made of a metal pipe having a hollow body is as follows.
먼저 캠(20)의 대략적인 제조공정을 살펴보면, 금속분말 원료를 혼합 및 성형하여 캠을 제조하고 제조된 캠(20)을 샤프트(10)의 설정된 위치에 대해 임시 조립하고 양쪽 끝 단부에는 프론트 엔드 피스(30)과 리어 엔드 피스(40)을 끼운 후 그와 인접된 곳에 구리로 제작된 링을 끼운후 브레이징에 의해 접합한다.First of all, the manufacturing process of the cam 20 is described. The cam powder is manufactured by mixing and molding metal powder raw materials, and the manufactured cam 20 is temporarily assembled with respect to the set position of the shaft 10. After inserting the piece 30 and the rear end piece 40, a ring made of copper is inserted into an adjacent portion thereof, and then joined by brazing.
상기와 같이 샤프트(10)에 대해 캠(20)을 임시로 조립한 상태에서 약 1100℃ 정도의 고열을 유지하는 소결로 내측에 투입하여 설정된 시간동안 경과시키면 샤프트(10)와 캠(20)의 접촉된 부위가 확산방법에 의해 일부 용융되며 접착된다.As described above, when the cam 20 is temporarily assembled with respect to the shaft 10, the pump 20 is introduced into the sintering furnace that maintains a high temperature of about 1100 ° C. and then elapses for a predetermined time. The contacted areas are partially melted and adhered by the diffusion method.
상기와 같이 소결공정에 의해 샤프트(10)와 캠(20)이 접착되고 나면 이들을 소결하는 공정 중 고열에 의해 샤프트의 일부분이 미세할 정도로 휘어질 수 있고, 그와 같이 미세하게 휘어진 부분은 자동밴딩 교정기에 의해 휘어진 부분을 바로잡은 후 전장 저널가공과 드릴과 키 그리고 홀 등의 세미가공을 한다.After the shaft 10 and the cam 20 are adhered by the sintering process as described above, a part of the shaft may be bent to a minute degree by high heat during the sintering process, and the minute bent portion may be automatically bent. After correcting the bent part by the braces, semi-machining of full length journal processing, drills, keys and holes are performed.
상기와 같이 세미가공이 완성되면 다시 샤프트의 저널과 캠을 연삭하여 제품을 완성하게 된다.When the semi-processing is completed as described above to finish the product by grinding the journal and cam of the shaft again.
그러나, 상기와 같은 샤프트(10)를 제조하는 공정 중 특히 샤프트(10)에 캠(20)이 끼워지고 그 양단부에 엔드 피스(30)(40)을 끼운 상태에서 브레이징에 의해 접합하는 과정 중에는 다음과 같은 문제점이 발생되었다.However, during the process of manufacturing the shaft 10 as described above, in particular, the cam 20 is fitted to the shaft 10 and the end pieces 30 and 40 are fitted to both ends thereof. The same problem occurred.
즉, 1100℃ 이상의 고열을 유지하는 소결로의 내부에 캠(20)이 끼워진 샤프트(10)를 투입한 상태에서 고열에 의해 브레이징 부착하는 과정 중에는 중공체인샤프트(10)의 내부에는 고온/고압이 발생되고 그 고온의 내부온도와 압력에 의해 샤프트(10)의 어느 한쪽 단부에 끼워진 엔드 피스(30)가 제위치를 벗어나며 이탈되는 문제점이 발생되었다.That is, during the process of brazing attachment by high heat while the shaft 10 in which the cam 20 is fitted is inserted into the sintering furnace that maintains a high temperature of 1100 ° C. or higher, a high temperature / high pressure is applied to the inside of the hollow shaft shaft 10. There arises a problem that the end piece 30, which is generated and fitted to either end of the shaft 10 due to its high internal temperature and pressure, is released out of position.
더욱 상세하게는, 샤프트(10)의 한쪽 끝단부에는 헬리컬 기어(또는 스프라켓 풀리)가 끼워지는 비교적 큰 엔드 피스(30)가 장착되고 다른 쪽 끝단부에는 회전수를 감지하기 위한 센서의 목표물인 핀 등이 장착되므로 상대적으로 작은 엔드 피스(40)가 장착되는 구조에 의해 중공체의 샤프트(10)의 내부에서 작용되는 고온/고압은 상대적으로 취약한 구조의 엔드 피스(30)이 장착된 쪽으로 집중하게 된다.More specifically, one end of the shaft 10 is equipped with a relatively large end piece 30 into which a helical gear (or sprocket pulley) is fitted and at the other end a pin which is a target of the sensor for sensing the rotational speed. As the back is mounted, the high temperature / high pressure acting inside the shaft 10 of the hollow body by the structure in which the relatively small end piece 40 is mounted is concentrated to the side where the end piece 30 of the relatively weak structure is mounted. do.
따라서, 상기와 같은 요인에 의해 샤프트(10)의 다른 쪽 끝단부에 끼워진 엔드 피스(30)이 한쪽 끝단부에 끼워진 엔드 피스(40)에 비하여 상대적으로 취약한 구조에 의해 다른 쪽 끝단부에 끼워진 엔드 피스(30)이 샤프트(10)의 끝단부에서 정위치를 유지하지 못하고 이탈되는 문제점이 발생되었다.Accordingly, due to the above factors, the end piece 30 fitted to the other end of the shaft 10 is end-fitted at the other end by a structure that is relatively weak compared to the end piece 40 fitted to one end. There is a problem that the piece 30 does not maintain the correct position at the end of the shaft 10 is separated.
상기와 같은 요인에 의해 양쪽 끝단부에 끼워진 엔드 피스(30)의 위치가 이탈되면 결국 후 공정을 수행할 수 없고 제품을 파기시켜야 할 수밖에 없는 문제점이 발생되었다.If the position of the end piece 30 fitted to both ends due to the above factors is deviated, there is a problem that can not be carried out after the end process and the product must be destroyed.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제, 즉 본 발명의 목적은 종래와 같은 샤프트에 캠을 결합시킨 상태에서 소결로에 투입하여 접합시킬 때 발생되었던 문제점을 해결하기 위한 것으로, 중공체의 샤프트의 내부에서 고온/고압이 작용하더라도 그 고온의 내부온도와 압력에 의해 샤프트의 어느 한쪽 단부에 끼워진 엔드 피스의 위치가 틀어지게 되는 것을 방지하는 캠과 샤프트의 제조방법을 제공하는데 있다.Therefore, the technical problem to be solved by the present invention, that is, the object of the present invention is to solve the problems caused when the joint is put into the sintering furnace in the state in which the cam is coupled to the shaft as in the prior art, The present invention provides a method for manufacturing a cam and a shaft which prevents the position of the end piece fitted to either end of the shaft from being shifted by the internal temperature and pressure of the high temperature even if the high temperature / high pressure is applied therein.
도 1은 중공 소결 캠 샤프트의 내부구성을 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing the internal configuration of the hollow sintered camshaft.
도 2는 본 발명에 따른 캠과 샤프트의 제조방법을 단계적으로 보인 공정도.Figure 2 is a process diagram showing a step of manufacturing a cam and a shaft according to the present invention.
도 3은 본 발명에서 적용되는 샤프트의 다른 실시예를 보인 단면도.Figure 3 is a sectional view showing another embodiment of the shaft applied in the present invention.
도 4는 본 발명에서 적용되는 샤프트의 또 다른 실시예를 보인 단면도.Figure 4 is a sectional view showing another embodiment of the shaft applied in the present invention.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***
10;샤프트 11;홈10; shaft 11; groove
12;배기홀 30,40;엔드 피스12; exhaust hole 30, 40; end piece
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시예는, 적어도 한 개의 배기홀이 관통되고 길이 방향으로 적어도 한 개 이상의 홈이 형성된 샤프트의 모재를 준비하는 준비단계; 상기 준비단계를 완료 후 상기 샤프트의 모재에 대해 캠 및 엔드 피스 그리고 구리 링을 임시 조립하는 조립단계; 및 상기 조립단계를 완료 후 상기 샤프트를 소결로에 투입하여 상기 샤프트에 캠을 소결에 의해 일체로 접합시키고 상기 엔드 피스를 상기 샤프트의 양단부에 대해 브레이징에 의해 접합하는 접합단계로 이루어진 캠과 샤프트의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, a first embodiment of the present invention includes a preparation step of preparing a base material of a shaft through which at least one exhaust hole is formed and at least one groove is formed in a longitudinal direction; An assembly step of temporarily assembling the cam and the end piece and the copper ring with respect to the base material of the shaft after completing the preparation step; And a joining step of inserting the shaft into the sintering furnace after completing the assembling step to integrally join the cam to the shaft by sintering and joining the end piece by brazing to both ends of the shaft. It provides a manufacturing method.
바람직한 본 발명의 제2 실시예로는, 상기 배기홀은 샤프트의 적어도 어느 일측 끝단에 장착된 엔드 피스 측에 형성되는 것이 바람직하다.In a second preferred embodiment of the present invention, the exhaust hole is preferably formed at the end piece side mounted on at least one end of the shaft.
바람직한 본 발명의 제3 실시예로는, 상기 배기홀은 샤프트의 내주면과 면 접촉되는 샤프트의 외주면에 형성되는 것이 바람직하다.In a third preferred embodiment of the present invention, the exhaust hole is preferably formed on the outer peripheral surface of the shaft in surface contact with the inner peripheral surface of the shaft.
바람직한 본 발명의 제4 실시예로는, 상기 배기홀은 샤프트의 외주면에 노출 형성되는 것이 바람직하다.In a fourth preferred embodiment of the present invention, the exhaust hole is preferably formed to be exposed on the outer circumferential surface of the shaft.
이하에서는 상기의 목적을 달성하는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention for achieving the above object will be described in detail.
도 2에는 본 발명에 따른 캠과 샤프트의 제조방법을 보인 공정도가 도시되어 있고, 도 3 내지 도 4에는 본 발명에 따른 실시예를 보인 단면도가 도시되어 있다.2 is a process diagram showing a method of manufacturing a cam and a shaft according to the present invention, Figure 3 to Figure 4 is a cross-sectional view showing an embodiment according to the present invention.
설명의 편의를 위해 종래와 동일한 부분, 부재에 대해서는 동일 부호를 부여한다.For convenience of explanation, the same reference numerals are given to the same parts and members as in the prior art.
부연하면 본 발명의 특징부를 부착방법에 대하여 한정하여 설명하고 샤프트의 구조에 대해서는 별도의 설명을 생략한다.In other words, the method of attaching the features of the present invention will be limitedly described, and the description of the structure of the shaft will be omitted.
준비단계Preparation
적어도 한 개의 배기홀(12)이 관통되고 길이 방향으로 적어도 한 개 이상의 홈(11)이 형성된 샤프트(10)의 모재를 준비한다.At least one exhaust hole 12 penetrates and prepares a base material of the shaft 10 in which at least one groove 11 is formed in the longitudinal direction.
상기한 샤프트(10)의 모재는 S45C의 금속으로 제작되며, 상기 배기홀(12)은 샤프트(10)의 모재를 제작 후 별도의 후 공정에 의해 형성되고, 상기 홈(11)은 샤프트(10)의 모재를 제작하는 공정 중 동시에 형성될 수 있지만 마찬가지로 모재를 제작 후 별도의 후 공정에 의해 형성될 수도 있다.The base material of the shaft 10 is made of metal of S45C, the exhaust hole 12 is formed by a separate post-process after manufacturing the base material of the shaft 10, the groove 11 is the shaft 10 ) May be formed at the same time during the manufacturing process of the base material, but likewise may be formed by a separate post-process after manufacturing the base material.
상기 배기홀(12)은 샤프트(10)의 일측 끝단에 장착된 엔드 피스(40)보다 적은 무게의 엔드 피스(30)이 설치된 측의 샤프트(10)에 형성될 수 있지만, 캠(20)의 내주면과 면 접촉되는 샤프트(10)의 외주면에 형성될 수도 있다.The exhaust hole 12 may be formed in the shaft 10 on the side where the end piece 30 weighing less than the end piece 40 mounted at one end of the shaft 10 may be formed. It may be formed on the outer circumferential surface of the shaft 10 in surface contact with the inner circumferential surface.
또한 상기 배기홀(12)은 캠(20)과 접촉되지 않는 캠(10)의 외주면에 노출되게 형성될 수도 있고 그 위치는 특별하게 한정되지 않는다.In addition, the exhaust hole 12 may be formed to be exposed to the outer circumferential surface of the cam 10 that is not in contact with the cam 20, the position is not particularly limited.
조립단계Assembly stage
상기와 같이 준비단계를 완료 후 상기 샤프트(10)의 모재에 대해 캠(20) 및 엔드 피스(30)(40)을 임시로 조립한다.After completing the preparation step as described above, the cam 20 and the end pieces 30 and 40 are temporarily assembled with respect to the base material of the shaft 10.
즉, 샤프트(10)에 끼워지는 캠(20)은 별도의 접착제에 의해 임시로 접착되고, 앤드 캡(30)(40)이 끼워지는 적어도 어느 일단부에는 엔드 피스(30)(40)를 샤프트(10)에 대해 브레이징에 의해 접합시키기 위한 구리로 제작된 링 등이 설치될 수도 있는데 이는 종래의 기술에서 설명한 바와 대동소이하므로 별도의 중복설명은 생략한다.That is, the cam 20 fitted to the shaft 10 is temporarily bonded by a separate adhesive, and the end pieces 30 and 40 are shafted at at least one end where the end caps 30 and 40 are fitted. A ring made of copper for joining by brazing may be provided for (10), which is similar to that described in the related art, and thus, redundant description thereof will be omitted.
소결 접착단계Sintered Bonding Step
상기와 같이 조립단계를 완료 후 상기 샤프트(10)를 종래의 기술에서 상술했던 바와 같이 일반적인 소결로에 투입한다.After completing the assembly step as described above, the shaft 10 is put into a general sintering furnace as described above in the prior art.
상기와 같이 상기 샤프트(10)에 캠(20)을 끼운 상태에서 약 1100℃ 이상의 고열을 유지하는 소결로의 내측에 투입한 후 설정된 시간을 경과시키게 되면 중공체인 샤프트(10)의 외주면과 캠(20)의 내주면 사이의 일부는 확산접합에 의해 용융되며 샤프트(10)에 대해 캠(20)이 일체로 부착된다.As described above, when the cam 20 is inserted into the shaft 10, the inner peripheral surface of the hollow shaft 10 and the cam ( A portion between the inner circumferential surfaces of 20 is melted by diffusion bonding and the cam 20 is integrally attached to the shaft 10.
그러나 이때 본 발명의 특징부는 상기와 같이 소결공정을 진행하게 되면 중공체인 샤프트(10)의 내측에는 고온/고압이 작용하게 되고, 그에 따라 발생되는 내부압은 상기 배기홀(12)을 통하여 외부로 배기된다.However, at this time, when the sintering process is carried out as described above, the high temperature / high pressure is applied to the inside of the shaft 10 which is a hollow body, and the internal pressure generated according to the outside is discharged to the outside through the exhaust hole 12. Exhausted.
이때 제3 실시예와 같이 배기홀(12)이 캠(20)의 내주면과 일치되는 부분에설치될 경우에는 캠(20)의 내주면과 샤프트(10)의 외주면 사이에 형성된 미세한 틈새를 통하여 외부로 배기되므로 고온/고압의 내부압에 의해 엔드 피스(30)이 틀어지거나 그 위치가 이탈되는 등의 변형은 발생되지 않게 된다.In this case, when the exhaust hole 12 is installed at a portion coinciding with the inner circumferential surface of the cam 20, as in the third embodiment, the exhaust hole 12 is moved to the outside through a minute gap formed between the inner circumferential surface of the cam 20 and the outer circumferential surface of the shaft 10. Since the exhaust is exhausted, deformation such as the end piece 30 is distorted or its position is deviated by the internal pressure of high temperature / high pressure does not occur.
따라서, 배기홀(12)을 통하여 중공체인 샤프트(10)의 내부압은 배기되며 캠(20)과 샤프트(10)가 접촉되는 내주면과 외주면 일부는 확산접합에 의해 용융되며 샤프트(10)에 대해 캠(20)이 접합된다.Therefore, the internal pressure of the shaft 10, which is a hollow body, is exhausted through the exhaust hole 12, and a part of the inner and outer circumferential surfaces of the cam 20 and the shaft 10 contacted are melted by diffusion bonding, and The cam 20 is joined.
한편, 본 발명의 제4 실시예와 같이 캠(20)과 접촉되지 않는 샤프트(10)에 배기홀(12)이 형성될 경우에는 샤프트(10)에 대해 캠(20)이 용융 접착된 상태에서 별도의 후공정에 의해 배기홀(12)을 밀봉하며 사용하게 된다.On the other hand, when the exhaust hole 12 is formed in the shaft 10 which is not in contact with the cam 20 as in the fourth embodiment of the present invention, the cam 20 is melt-bonded with respect to the shaft 10. The exhaust hole 12 is sealed and used by a separate post process.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 캠과 샤프트의 제조방법에 의하면 중공체의 샤프트의 내부에서 고온/고압이 작용하더라도 그 고온의 내부온도와 압력에 의해 샤프트의 어느 한쪽 단부에 끼워진 엔드 피스가 제 위치에서 틀어지거나 이탈되는 것을 방지하는 특징이 있다.As described in detail above, according to the manufacturing method of the cam and the shaft according to the present invention, even if a high temperature / high pressure is applied inside the shaft of the hollow body, an end piece fitted to either end of the shaft by the internal temperature and pressure of the high temperature is There is a feature that prevents misalignment or deviation in position.
지금까지는 본 발명에 따른 바람직한 실시예들에 대하여 한정하여 도시하고 설명하였지만 이에 한정되지 않고 당 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양하게 변경 사용이 가능하다.Until now illustrated and described with respect to the preferred embodiments according to the present invention, but not limited to this can be variously changed and used by those skilled in the art.
그러나, 그와 같은 변경은 본 발명의 권리범위에 속함이 명백하다.However, it is apparent that such modifications fall within the scope of the present invention.
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