KR20050020094A - 자동차용 차동장치 케이스의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 차동장치 케이스의 제조방법에 관한 것으로서, 차동장치 케이스를 주조함에 있어서, 주물작업에 따라 국부적으로 조직이 불균일하여 취약한 기계적 물성을 갖는 표면조직, 특히 윈도우 에지(window-edge)부의 표면조직에 과냉(chill)조직의 발생을 억제할 수 있는 유도 덧살 형상의 자체 칠러(chiller)부를 임의로 적용한 다음 냉각후 제거함으로써, 상기 윈도우 에지부의 표면 및 심부 모두 균일한 조직으로 제어가능하여 전체적으로 균일한 강도와 안정된 품질을 도모할 수 있는 자동차용 차동장치 케이스의 제조방법에 관한 것이다.

Description

자동차용 차동장치 케이스의 제조방법{Method for manufacturing of differential-case for automobile}

본 발명은 자동차용 차동장치 케이스의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차동장치 케이스를 주조함에 있어서, 주물작업에 따라 국부적으로 조직이 불균일하여 취약한 기계적 물성을 갖는 표면조직, 특히 윈도우에지(window-edge)부의 표면조직에 과냉(chill)조직의 발생을 억제할 수 있는 유도 덧살 형상의 자체 칠러(chiller)부를 임의로 적용한 다음 냉각후 제거함으로써, 상기 윈도우 에지부의 표면 및 심부 모두 균일한 조직으로 제어가능하여 전체적으로 균일한 강도와 안정된 품질을 도모할 수 있는 자동차용 차동장치 케이스의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진에서 발생한 동력은 프런트 엔진 리어 드라이브(FR:Front engine Rear drive)방식의 자동차인 경우, 변속기에서 변속과 동시에 회전력의 변환이 이루어져 추진축으로 전달된다.

상기 추진축은 자동차의 진행 방향에 대하여 보통 평행으로 설치되어 있으며, 회전력은 좌우 구동축으로 나뉘어 원활한 발진과 더 강력한 토크를 얻을 목적에 따라 종감속 장치를 두고 있다.

이러한 종감속 장치는 주행중 좌우 바퀴의 회전차가 있을 때, 자동적으로 원활한 주행이 될 수 있도록 차동장치가 구비되어 있는 바, 상기 차동장치 안에 있는 디프 기어와 피니언은 차동장치의 주요 부품으로서, 차가 회전할 때 안쪽과 바깥쪽 바퀴의 회전수를 다르게 하는 기능을 하게 된다.

이때, 차동은 양쪽바퀴에 걸리는 저항의 차이에 의해 이루어지게 된다.

한편, 차동장치의 구조는 차동장치 케이스 내에 차동 피니언이 피니언 샤프트에 결합되어 있고, 이것에 사이드 기어가 물려있으며, 사이드 기어 중심부는 스플라인으로 되어 있으며, 구동축인 액슬 샤프트와 결합되어 있다.

또한, 차동장치 케이스(Differential Case)는 링 기어와 일체로 되어 있으며, 회전력은 축에서 구동 피니언→링기어→차동케이스→차동피니언→사이드기어→액슬샤프트 등의 순서로 전달하게 된다.

여기서, 상기 차동장치 케이스에 사용되는 구상흑연주철 소재는 FCD450, FCD500, FCD600, 그리고 FCD700 등이 있으며, 자동차의 고출력화 및 컴팩트화에 따라 고강도와 박육화로 개발되고 있는 추세이다.

그러나, 도 7과 8a 및 8b의 도면에서와 같이, 기존의 주조방식에 의해 제조된 차동장치 케이스의 윈도우 에지부에서는 특히 주물작업에 따른 응고특성, 주조방안, 제조공정 및 형상에 의해 국부적으로 취약한 기계적 물성을 갖는 표면조직이 발생함으로써, 크랙발생을 야기시켜 파손되는 사례가 발생하였다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 윈도우 에지(window-edge)부의 표면조직에 과냉(chill)조직의 발생을 억제할 수 있는 유도 덧살 형상의 자체 칠러(chiller)부를 임의로 적용한 다음 냉각후 제거함으로써, 상기 윈도우 에지부의 표면 및 심부 모두 균일한 조직으로 제어가능하여 전체적으로 균일한 강도와 안정된 품질을 도모할 수 있는 자동차용 차동장치 케이스의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 자동차용 차동장치 케이스를 주조함에 있어서,

급속 냉각단계에서 발생하는 파손되기 쉬운 과냉조직을 제거하기 위하여 조형 작업 중, 용탕 주입시에 상,하형으로 이루어진 주형의 틈새를 일정한 간격으로 확장하여 차동장치 케이스(10)의 윈도우 에지부(20)에 덧살로 이루어진 칠러부(30)를 유도하는 단계와;

상기 칠러부(30)를 구형상으로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 칠러부(30)는 표면의 칠부(31)와, 냉각속도가 서서히 전달되어 냉각능을 감쇠시키는 통로를 제공하는 칠약세부(32)로 이루어지도록 제조하는 것을 특징으로

또한, 상기 윈도우 에지부(20) 및 칠러부(30)의 상호 경계부위인 목부(33)에는 사상제거가 용이하도록 노치(35)를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 방법에 따른 각 공정을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차용 차동장치 케이스의 제조 공정을 나타낸다.

먼저, 공정순서로서 조형, 주입 및 후처리의 순서로 이루어지는데, 상기 조형단계에서는 차동장치 케이스(10)를 주조하기 위한 몰드를 제작하고, 이어서, 그 몰드에 중자 세팅을 실시하여 코어를 만든 후, 용탕을 주입하여 냉각시키게 된다.

다음으로, 상기 후처리 단계에서 탈사를 하게 되고, 표면의 불순물을 제거하기 위한 쇼트 브라스트(shot blast)공정을 거친 다음, 기본적인 버르(burr)를 제거하기 위한 사상 공정에 이르게 된다.

이와 같이, 도 1에 도시된 바와 같은 단계적인 공정을 거쳐 차동장치 케이스(10)를 제조하게 된다.

위와 같은 자동차용 차동장치 케이스를 주조함에 있어서, 상기 차동장치 케이스(10)의 윈도우 에지(window-edge)부(20) 표면조직은 자연적으로 급랭되어 과냉(chill)조직이 만들어져 표면경화가 이루어지게 되는데, 이러한 과냉조직은 급속 냉각 단계에서 발생하는 가장 파손되기 쉬운 조직으로서, 낮은 인성으로 인하여 구동중 변형 피로, 충격 및 기타 응력에 깨지는 조직이다.

따라서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예는 상기와 같은 과냉조직을 제거하기 위하여, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 조형 작업 중, 몰드 성형시에 상,하형으로 이루어진 몰드의 틈새를 일정한 간격으로 확장하여 임의 덧살을 유도하게 되는데, 이때, 이러한 주조공정에서 제조되는 덧살을 칠러(chiller)부(30)라 한다.

상기 칠러부(30)는 과냉조직을 첨부도면에 도시된 바와 같이, 구형상으로 제작한 것으로서, 이는 작업자가 용탕 주입공정 및 탈사공정 사이에 일정한 도구를 가지고 유도된 덧살을 상기 형상으로 제조하게 되는 것이다.

한편, 상기 윈도우 에지부(20) 및 칠러부(30)의 상호 경계부위에는 사상제거가 용이하도록 노치(35)를 형성하게 된다.

이와 같이, 제조된 구형상으로 이루어진 칠러부(30)의 냉각속도 전달능은 외부표면인 칠(chill)부(31)에서 심부방향으로 냉각속도가 서서히 전달되므로 과냉조직 발생능은 저감하게 되는 바, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 칠러(30)의 심부는 표면부에 비하여 과냉조직 발생율이 30%정도 낮게 발생하게 된다.

이와 같이, 과냉조직 발생능이 저조한 심부의 칠약세부(32)는 칠러부(30) 및 윈도우 에지부(20)의 경계부위인 목부(33)에서 냉각능을 감쇠시키는 통로를 제공함으로써, 상기 칠러부(30)가 제거된 부위 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제품의 실사용부인 윈도우 에지부(20)의 시작부에서 정상 조직부(21)를 얻게 된다.

그러나, 도 5에 도시된 바와 같이, 평판형으로 이루어진 칠러부(30)를 적용할 경우, 그 칠러부(31)의 박육부에서의 빠른 냉각속도는 선부와 후부가 동일한 면적과 동일한 형상으로 되어 있기 때문에 칠러부(30)의 냉각속도 전달능과 그에 따른 과냉조직 발생능은 윈도우 에지부(20)의 심부까지 전달되므로 개선의 효과가 없다.

한편, 표 1은 본 발명의 실시예와 비교예의 물성 특성을 비교한 것으로서, 본 발명의 실시예는 비교예와 비교하여 동일한 기계적 특성을 갖는 차동장치 케이스(10)의 윈도우 에지부(20)에서의 기지조직에서 차이가 있는 바, 이는 냉각속도에서 기인한 것이다.

즉, 상기 실시예는 페라이트 및 펄라이트로 이루어진 기지조직에서 페라이트의 비율이 40%이하로 감소되게 제조된 것으로서, 칠러부(30)에 형성된 칠약세부(32)에서의 냉각능 감쇠통로의 제공에 의한 냉각속도의 저하가 주 원인이다.

상기와 같이, 구형상으로 이루어진 칠러부(30)의 적용으로 인한 냉각속도의 저하는 도 6a 및 도 6b에 나타낸 바와 같이, 흰부분으로 이루어진 페라이트 조직의 비율을 감소시키는 반면에, 검게 보이는 펄라이트의 비율은 상대적으로 증대시킴으로써, 차동장치 케이스(10)의 윈도우 에지부(20)의 표면 및 심부 모두 균일한 조직으로 제어 가능하게 된다.

따라서, 상기와 같이 급속한 냉각을 보조하는 역할을 하는 칠러(chiller)부(30)는 조형 작업시 추가로 설치해야 하는 일반적인 조형공정이 아닌 주조작업 특성상 고려해야 하는 용탕 수축여유, 금형뽑기, 구배여유, 및 타 제조공정에 비해 상대적으로 여유로운 치수관리 등으로 발생하는 상,하형 분할 틈새를 고의로 확장하여 임의 덧살을 유도 성형함으로서, 기존의 공정을 최소한 변경하지 않고, 국부적인 경도 및 강도의 개선 효과를 이룰 수 있도록 되어 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 차동장치 케이스의 제조방법에 의하면, 국부적으로 응력이 집중되는 차동장치 케이스의 윈도우 에지부에서의 초기 크랙 발생 및 기계적 물성 저하를 방지하여 전체적으로 균일한 강도와 안정된 품질을 갖도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 차동장치 케이스의 제조공정을 나타내는 블록도,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 차동장치 케이스를 나타내는 사시도,

도 3은 도 2의 'A-A'선 단면도,

도 4는 도 3의 냉각속도에 따른 조직상태를 나타내는 도면,

도 5는 본 발명에 따른 냉각속도에 따른 조직상태를 나타내는 다른 실시예,

도 6a는 본 발명에 따른 자동차용 차동장치 케이스의 표면조직을 나타내는 도면,

도 6b는 본 발명에 따른 자동차용 차동장치 케이스의 심부조직을 나타내는 도면,

도 7은 종래의 자동차용 차동장치 케이스의 윈도우 에지부를 나타내는 도면,

도 8a는 종래의 자동차용 차동장치 케이스의 표면조직을 나타내는 도면,

도 8b는 종래의 자동차용 차동장치 케이스의 심부조직을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 차동장치 케이스 20 : 윈도우 에지(window-edge)부

21 : 정상 조직부 30 : 칠러(chiller)부

31 : 칠(chill)부 32 : 칠약세부

33 : 목부 35 : 노치

Claims (3)

1. 자동차용 차동장치 케이스를 주조함에 있어서,

   급속 냉각단계에서 발생하는 파손되기 쉬운 과냉조직을 제거하기 위하여 조형 작업 중, 용탕 주입시에 상,하형으로 이루어진 주형의 틈새를 일정한 간격으로 확장하여 차동장치 케이스(10)의 윈도우 에지부(20)에 덧살로 이루어진 칠러부(30)를 유도하는 단계와;

   상기 칠러부(30)를 구형상으로 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 차동장치 케이스의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 칠러부(30)는 표면의 칠부(31)와, 냉각속도가 서서히 전달되어 냉각능을 감쇠시키는 통로를 제공하는 칠약세부(32)로 이루어지도록 제조하는 것을 특징으로 하는 자동차용 차동장치 케이스의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 윈도우 에지부(20) 및 칠러부(30)의 상호 경계부위인 목부(33)에는 사상제거가 용이하도록 노치(35)를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 차동장치 케이스의 제조방법.