KR20050043760A - 질량축적부를 구비한 세로부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그 양단부에 질량축적부를 구비한 세로부재(1)를 성형하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 방법은, (가) 상기 블랭크를, 그 주위로 복수의 구동가능한 성형요소(6,7,8,9,10,11 등)가 배치되는 세로방향의 축선을 가지며, 또한 적어도 서로 떨어져서 위치되며 상기 세로방향의 축선 상으로 상기 공동의 반대쪽 단부에 배치되는 가동의 제1접합요소 및 제2접합요소를 포함하는 금형수단(20)의 공동 내에 위치시키는 단계와, (나) 상기 성형요소를 상기 블랭크의 중앙부(2)와 서로 접합하도록 움직임으로써, 상기 블랭크의 중앙부를 압박하여 좁히며, 그 결과 발생하는 질량축적부를 상기 블랭크의 양단부를 향하도록 강요하는 단계, 및 (다) 상기 제1접합요소와 제2접합요소(16,17)를 상기 세로방향의 축선을 따라 서로를 향하도록 움직여 상기 공동의 각 반대쪽 단부에서 상기 질량축적부과 접합시키는 단계를 포함하는데, 이는 상기 성형요소와 조합되어 부재의 최종형태를 결정한다.

Description

질량축적부를 구비한 세로부재{LONGITUDINAL COMPONENT WITH MASS ACCUMULATIONS}

본 발명은 그 양단에 질량축적부를 구비한 세로부재와 그 제조방법에 관한 것이다. 상기 세로부재는 자동차의 조향로드(steering rods)와 커넥팅로드와 같은 그 양단에 질량축적부를 구비한 부재의 제조에 있어서 사전성형체(preform)로 사용될 수 있다. 본 발명은 무주조핀(flashless) 금속제의 자동차 커넥팅로드의 제조에 있어서 사전성형체로 사용될 수 있는 부재의 제조에 적합한 실시예를 참조하여 기재될 것이다.

내부연소엔진에 사용되는 커넥팅로드는 일반적으로 몸체부(body portion)에 의해 서로 연결된 크랭크단부(crank end)와 핀단부(pin end)를 포함한다. 이러한 커넥팅로드는 일반적으로 3가지의 주요한 금속 성형가공법 중 하나에 의해 제조되는데, 상기 주요한 성형가공법은 "통상의 열간단조법", "주조법" 및 "분말야금성형 및 다듬질법"이다. 이보다 더 최신의 단조가공법은 일련의 단조가공단계를 수행하기에 앞서 사전성형체가 유도가열되는 무주조핀 단조가공법이다. 미국특허공보 제5,544,413호(Stevens 등)는 커넥팅로드의 제조에 일반적으로 사용되는 상기 3가지의 주요한 금속 성형가공법의 상세한 내용을 제공할 뿐만 아니라, 커넥팅로드의 제조를 위한 상기의 무주조핀 단조가공법을 기재하고 있다.

커넥팅로드의 무주조핀 단조가공법의 장점은 오직 정량(precise quantity)의 원재료만이 사전성형체로 사용되므로, 다른 방식으로는 마무리 단조가공(finished forging) 및 2차 모따기작업을 필요로 하는 주조핀을 실질적으로 제거한다는 것이다. 다른 장점은 중량(weight)이 정확하게 통제되므로, 성형(shaping)을 실질적으로 최종부재의 단계에 근접시키는 것을 가능하게 한다는 것이다.

미국특허공보 제5,544,413호에 도시된 사전성형체는 일반적으로 원통형의 단면을 가지며 고탄소강 또는 다른 적합한 재질로 만들어진 것이다. 사전성형체는 압출법, 크로스롤법(cross rolling), 다듬질법 또는 여러 제조기술들의 조합과 같은 공지의 많은 제조기술로써 제조될 수 있다. 이러한 사전성형체와 관련된 문제점은, 상기 사전성형체가 제1단부와 제2단부를 구비한 몸체부를 포함하는 한편, 최종 형상을 얻기 위한 3단계 이상의 단조가공에 앞서 1700℉ ∼ 2250℉ 범위의 단조온도를 얻기 위한 가열과정을 거쳐야 한다는 것이다. 이점 때문에 상기 사전성형체를 제조하는 단계를 합산하면 4단계의 성형과정으로 된다.

무주조핀 단조법에 사용되기 위한 사전성형체로서, 단조가공될 커넥팅로드의 원하는 형상에 더 근접한 형상인, 그 양단부에 질량축적부를 구비한 세로부재를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 이것은 적어도 1단계의 단조과정과 가열과정을 생략하는 것을 가능하게 할 것이다.

본 발명은 일정한 단면의 바아 재료(bar stock)로부터 질량축적부를 구비한 세로부재를 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

도1은 본 발명에 따라 제조되는 사전성형체의 형상의 제1실시예의 사시도이다.

도2는 도1의 사전성형체의 성형을 위한 금형조립체의 사시도이다.

도3(a) 내지 도3(e)는 도2의 A방향에서 바라본 금형조립체의 개략도이다.

도4(a) 내지 도4(c)는 금형조립체의 2개의 인접한 1차성형요소와 1개의 2차성형요소가 블랭크에 접합할 때의 개략적인 평면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1... 세로부재, 2... 중앙부,

3,4... 양단부, 5... 블랭크,

6,7,8,9... 1차성형요소, 10,11... 2차성형요소,

12,13,15... 3차성형요소, 16,17... 접합성형요소,

18... 공동, 19... 중앙부,

6',7'... 회동축, 20... 금형조립체,

21,22... 성형면, Z... 세로방향의 축선.

첫째, 본 발명은 연장된 형상의 블랭크(elongate blank)로부터 그 양단부에 질량축적부를 구비한 세로부재의 성형을 위한 방법으로서, 상기 방법은

(가) 상기 블랭크를, 그 주위로 복수의 구동가능한 성형요소(forming elements)가 배치되는 세로방향의 축선(longitudinal axis)을 가지며, 또한 적어도 서로 떨어져서 위치되며 상기 세로방향의 축선 상으로 상기 공동의 반대쪽 단부에 배치되는 가동의(movable) 제1접합요소(abutment elements) 및 제2접합요소를 포함하는 금형수단(a die means)의 공동(cavity) 내에 위치시키는 단계와;

(나) 상기 성형요소를 상기 블랭크의 중앙부와 서로 접합하도록 움직임으로써, 상기 블랭크의 중앙부를 압박하여 좁히며, 그 결과 발생하는 질량축적부를 상기 블랭크의 양단부를 향하도록 강요하는 단계; 및

(다) 상기 제1접합요소와 제2접합요소를 상기 공동의 각 반대쪽 단부에서 상기 질량축적부과 접합하도록 상기 세로방향의 축선을 따라 서로를 향하도록 움직여, 상기 성형요소와 조합되어 상기 부재의 최종형태를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 방법의 상기 (나)단계에서 상기 성형요소들 중 4개 이상이 상기 세로방향 의 축선에 수직을 이루는 각 회동축들의 안쪽 주위로(inwardly about) 회동가능한(pivotally movable) 1차성형요소(primary forming elements)인 것이 바람직하다.

또한, 상기 성형요소 중 4개 이상이, 그 각 요소가 2개의 1차성형요소 사이에서 상기 블랭크의 중앙부에 인접한 구역에서 상기 블랭크와 접합하는 2차성형요소(secondary forming elements)인 것이 바람직하다.

또한, 상기 성형요소 중 4개 이상이, 그 각 요소가 각 1차성형요소를 향하여 움직일 수 있고 상기 제1접합요소에서 또는 상기 제1접합요소의 근처에서 상기 블랭크와 접합하는 3차성형요소(tertiary forming elements)인 것이 바람직하다.

또한, 상기 연장된 형상의 블랭크는 그 단면이 일정한 것이 바람직하다.

도1은 세로부재(1)의 한 실시예를 도시하는데, 상기 세로부재(1)는 각 양단부에 질량축적부가 구비된 좁은 중앙부(2)를 포함한다. 상기 부재(1)는 내부연소엔진의 커넥팅로드의 무주조핀 단조를 위한 사전성형체로서 사용하기에 적합하다.

도2 내지 도4는 강철제의 둥근바아(round bar)인 블랭크(5)로부터 부재(1)를 제조하는데 사용되는 금형조립체(20)를 도시한다.

도2는 둥근 바아인 블랭크(5)로부터 부재(1)를 제조하는데 사용되는 금형조립체(20)를 도시한다. 금형조립체(20)는 세로방향의 축선(Z)을 가지는 공동(18)을 포함하는데, 상기 축선(Z)은 4개의 1차성형요소(6,7,8,9)와 4개의 2차성형요소에 의해 둘러싸인다. 명확한 설명의 편의를 위해, 2차성형요소 중 2개(10,11)만을 도시하였다. 또한, 상기 금형조립체(20)는 4개의 3차성형요소를 포함하는데, 그 중 2개(13,15)만을 도시하였다. 또한, 상기 금형조립체(20)는 2개의 접합성형요소(16,17)를 포함한다.

1차성형요소(6,7)는 제1의 다이스쌍(a pair of dies)으로, 그 성형면들(forming faces)은 공동(18) 내에서 상기 세로방향의 축선(Z)의 주위에서 서로 대향하고 있다. 1차성형요소(8,9)는 제2의 다이스쌍으로, 그 성형면들(forming faces)도 공동(18) 내에서 상기 세로방향 축선(Z)의 주위에서 서로 대향하고 있다. 상기 1차성형요소(6,7)의 제1의 쌍은 상기 1차성형요소(8,9)의 제2의 쌍에 대하여 직각을 이루도록 배치되어, 4개의 1차성형요소(6,7,8,9)의 각각은 축선(Z) 주위에 똑같이 90°를 이루게 배치된다.

이하에는 금형조립체(20)의 작동을 1차성형요소 중 제1의 쌍(6,7)과 각각의 3차성형요소(12,13) 및 그 내부에서 블랭크(5)가 부재(1)로 성형되는 공동(18) 주위의 접합성형요소(16,17)만을 도시하는 도3(a) 내지 도3(f)를 참조하여 설명한다. 도3(a)는 공동(18) 주위의 여러 금형 요소들의 폐쇄된 위치를 도시하고 있는데, 이 위치는 부재(1)의 최종 윤곽(profile)과 비슷한 윤곽을 가진다. 점선(5a)으로 도시된 윤곽은 바아(5)의 원위치를 나타낸다. 1차성형요소(6,7)는 그의 각 회동축(6',7')의 주위로 회동가능한데, 상기 회동축(6',7')은 서로 평행하며 축선(Z)에 수직하게 배치된다. 제3성형요소(12,13)는 각 1차성형요소(6,7)을 향하여 선형적으로 운동가능하며(linearly movable), 접합성형요소(16,17)는 축선(Z)를 따라 선형적으로 운동가능하다.

도3(b)는 금형조립체(20)가 개방되고 블랭크바아(5)가 공동(18) 내에 위치된 직후의 여러 성형요소들의 위치를 나타낸다. 도3(c) 내지 도3(e)는 여러 성형요소의 폐쇄동작을 각 단계별로 나타낸다. 1차성형요소(6,7)가 서서히 안쪽으로 닫힘에 따라, 그들의 각 볼록한 윤곽의(convexly contoured) 성형면(21,22)이 블랭크(5)의 중앙부(19)와 접합하여 압박함으로써, 블랭크(5)의 중앙부에 위치한 질량 중 일부를 접합성형요소(16)를 향하여 아래쪽으로, 접합성형요소(17)를 향하여 위쪽으로 강요한다. 1차성형요소(6,7)가 블랭크(5)를 압박함에 따라, 3차성형요소(12,13)가 안쪽으로 미끄러지고 상기 접합성형요소(16,17)의 축선(Z)과 평행한 안쪽을 향한 운동과 조합되어 공동(18)의 최종의 형상을 형성하는데, 상기 공동(18)의 최종형상은 블랭크(5)가 질량이 축적된 양단부(3,4)를 구비한 부재(1)로 성형되도록 한다.

도3(a) 내지 도3(f)에 도시된 금형조립체(20)의 작동은 1차성형요소(6,7)의 제1의 쌍과 그들과 관련된 3차성형요소(12,13)를 참조하여 설명되었지만, 1차성형요소(8,9)의 제2의 쌍과 그들과 관련된 3차성형요소도 1차성형요소(6,7)의 제1의 쌍과 그들과 관련된 3차성형요소(12,13)와 동시에(simultaneously) 안쪽으로 상기 블랭크(5) 위로 폐쇄된다는 점이 이해되어야 한다.

또한, 명확한 설명과 참조의 편의를 위하여, 도3(a) 내지 도3(f)에는 도2에 도시된 2차성형요소(10,11)의 작동을 도시하지 않았다. 금형조립체(20)의 폐쇄작동 동안, 1차성형요소가 내부로 회동하여(move inwardly pivotally) 블랭크(5)와 접속함에 따라 2차성형요소도 같은 작동을 한다. 그들의 작동은 이하에서 도4(a) 내지 도4(c)를 참조하여 설명될 것인데, 여기에는 2차성형요소(11)가 1차성형요소(7,8) 사이에 배치되어 있다. 도4(a)에 도시된 바와 같이, 2차 성형요소(11)는 1차 성형요소(7,8)와 함께 블랭크(5)를 향하여 선형적으로 내부를 향하여 움직인다. 상기 2차성형요소(11)는 1차성형요소(7,8) 사이에서 세로방향의 전면(longitudinal front)을 따라 블랭크(5)와 접합하여, 도4(b)와 부분확대된 도4(c)에 도시된 바와 같이 그 사이에서 주조핀이 발생하는 것을 방지한다. 각 2개의 인접한 1차성형요소는, 도4(a) 내지 도4(c)에 도시된 방식과 유사한 방식으로 작동하도록 배치된 1개의 2차성형요소를 포함한다는 것이 이해되어야 한다.

질량이 축적된 단부(3,4)를 구비한 부재(1)의 성형은 어떠한 근본적인 재료의 손실도 없이 이루어진다는 점이 이해되어야 한다. 상기 바람직한 실시예에서, 부재(1)는 내부연소엔진의 커넥팅로드의 무주조핀 단조가공을 위한 사전성형체로 용이하게 사용될 수 있는데, 종래기술인 미국특허공보 제5,544,413호와 비교하여 적어도 1번의 단조단계와 사전성형체의 가열과정이 생략된다.

상기에서 설명된 실시예에서는, 도3(a)에 도시된 바와 같이 접속부재(16)와 조합되어 작동하는 3차성형요소(12,13)가 각 1차성형요소(6,7)의 아랫부분에 위치하는 것만이 도시되었지만, 다른 미도시의 실시예에서는 1차성형요소가, 그 위에 배치되어(associated therewith) 접합성형요소(17)와 조합되어 작동하는 유사한 3차성형요소를 포함할 수 있다는 점이 이해되어야 한다.

또한, 상기에서 설명된 실시예에서는 2차성형요소(10,11)가 블랭크(5) 위로 안쪽을 향하여 선형적으로 운동하였지만, 다른 미도시의 실시예에서는 상기 운동이 회동운동, 또는 선형운동과 회동운동의 조합일 수도 있다는 점이 이해되어야 한다.

또한, 본 금형조립체(20)의 실시예는 4개의 1차성형요소와 4개의 2차성형요소를 사용하지만, 다른 미도시의 실시예에서는 금형조립체는 축선(Z) 주위로 120°각도로 배치된 3개의 1차성형요소만을 포함하므로써, 단지 3개의 2차성형요소만을 필요로 할 수 있다는 점이 이해되어야 한다.

또한, 상기에서 설명된 실시예는 블랭크(5)가 둥근바아인 것으로 설명되었지만, 다른 실시예에서 블랭크(5)는 기본적으로 일정한(substantially constant) 다른 어떠한 적합한 단면일 수도 있다.

지금까지 "세로부재"로 칭한 부재는 세로방향의 축선을 가지는 부재이다.

Claims (5)

1. 연장된 형상의 블랭크(elongate blank)로부터 그 양단부에 질량축적부를 구비한 세로부재의 성형을 위한 방법에 있어서, 상기 방법은

   (가) 상기 블랭크를, 그 주위로 복수의 구동가능한 성형요소(forming elements)가 배치되는 세로방향의 축선(longitudinal axis)을 가지며, 또한 적어도 서로 떨어져서 위치되며 상기 세로방향의 축선 상으로 상기 공동의 반대쪽 단부에 배치되는 가동의(movable) 제1접합요소 및 제2접합요소를 포함하는 금형수단(a die means)의 공동(cavity) 내에 위치시키는 단계와;

   (나) 상기 성형요소를 상기 블랭크의 중앙부와 서로 접합하도록 움직임으로써, 상기 블랭크의 중앙부를 압박하여 좁히며, 그 결과 발생하는 질량축적부를 상기 블랭크의 양단부를 향하도록 강요하는 단계; 및

   (다) 상기 제1접합요소와 제2접합요소를 상기 공동의 각 반대쪽 단부에서 상기 질량축적부과 접합하도록 상기 세로방향의 축선을 따라 서로를 향하도록 움직여, 상기 성형요소와 조합되어 상기 부재의 최종형태를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세로부재의 성형방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 성형요소 중 4개 이상이 상기 세로방향의 축선에 수직을 이루는 각 회동축들의 안쪽 주위로(inwardly about) 회동가능한(pivotally movable) 1차성형요소인 것을 특징으로 하는 세로부재의 성형방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 성형요소 중 4개 이상이, 그 각 요소가 2개의 1차성형요소 사이에서 상기 블랭크의 중앙부에 인접한 구역에서 상기 블랭크와 접합하는 2차성형요소인 것을 특징으로 하는 세로부재의 성형방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형요소 중 4개 이상이, 그 각 요소가 각 1차성형요소를 향하여 움직일 수 있고 상기 제1접합요소에서 또는 상기 제1접합요소의 근처에서 상기 블랭크와 접합하는 3차성형요소인 것을 특징으로 하는 세로부재의 성형방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연장된 형상의 블랭크는 그 단면이 일정한 것을 특징으로 하는 세로부재의 성형방법.