KR20080084061A - 중장비용 부싱의 제조장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단조에 의한 후방 가압식 피어싱 공법을 수행하고 후공정 중공축 압출을 통한 중장비용 부싱의 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 프레스장치에 의하여 상/하 이동이 되는 제1상부홀더, 원통형 공간이 형성된 제1상부다이스, 제1소재의 동심도를 맞추기 위한 펀치가이드, 상기 제1소재의 상면을 가압하는 제1상부펀치, 프레스 장치에 고정되기 위한 제1하부홀더, 원통형 공간이 형성된 제1하부다이스, 제1소재의 저면을 가압하는 카운터펀치, 프레스장치에 의하여 상/하 이동이 되는 제2상부홀더, 원통형 공간이 형성된 제2상부다이스, 제2소재의 상면을 가압하는 제2상부펀치, 제2소재의 동심도를 맞추기 위한 멘드렐, 프레스 장치에 고정되기 위한 제2하부홀더, 원통형 공간이 형성된 제2하부다이스로 구성된다.

본 발명에 따른 중장비용 부싱의 제조장치 및 방법에 의하면, 부싱의 제조를 단조공법으로 전환하는 후방가압 피어싱 공법을 수행하고 중공축 압출을 통하여 고강도, 고내마모성을 지닌 중장비용 부싱을 생산할 수 있다.

중장비, 부싱, 단조

Description

중장비용 부싱의 제조장치 및 방법{Manufacturing Apparatus and Method of Bushing for Heavy Equipment}

도 1은 본 발명에 따른 부싱의 제조에 이용되는 소재를 나타낸 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 중장비용 부싱의 제조장치에서 제1단조단계가 진행되기 전을 나타낸 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 중장비용 부싱의 제조장치에서 제1단조단계가 진행되는 과정을 나타낸 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 제1단조단계를 거쳐 가공된 소재를 나타낸 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 중장비용 부싱의 제조장치에서 제2단조단계가 진행되기 전을 나타낸 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 중장비용 부싱의 제조장치에서 제2단조단계가 진행되는 과정을 나타낸 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 제2단조단계를 거쳐 가공된 소재를 나타낸 사시도,

도 8은 본 발명에 따른 중장비용 부싱의 제조방법을 나타낸 순서도,

도 9는 본 발명에 이용되는 소재의 열처리하는 조건을 나타낸 그래프,

도 10은 본 발명에 이용되는 후방 가압 피어싱 공정을 해석한 그래프,

도 11은 본 발명에 이용되는 중공축 압출 공정을 해석한 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 제1상부금형 110: 제1상부펀치

200: 제1하부금형 210: 카운터펀치

250: 가압부 300: 제2상부금형

310: 제2상부펀치 350: 멘드렐

400: 제2하부금형

본 발명은 중장비용 부싱의 제조장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 단조에 의한 후방 가압식 피어싱 공법을 수행하고 후공정 중공축 압출을 통한 중장비용 부싱의 제조장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 장갑차, 전차 등 군사적으로 이용되는 차량, 콤바인 등 농업용 차량, 주로 눈이나 얼음 위에서 이동하는 것을 목적으로 하는 설상차, 굴착기, 불도저 등 건설용 차량 등은 용도의 특성상 험한 길이나 비탈길에서도 이동이 용이하도록 그 주행장치로 무한궤도(Caterpillar)식 트랙체인이 장착된다.

트랙체인은 여러 개의 슈우(Shoe)들이 서로 연속적으로 연결 설치되어 장비 전체를 지탱하면서 주행하도록 되어 있다. 그래서, 주행 환경에 따른 각종 하중(피로, 충격, 인장 및 마모하중 등)이 트랙체인에 과도하게 작용하기 때문에 그에 충분히 견딜 수 있도록 설계되어야 한다.

슈우들은 트랙링크에 의해 상호 연결되는데, 트랙링크는 슈우의 좌측과 우측에 각각 장착되어 슈우를 상호 연결한다. 좌측 트랙링크와 우측 트랙링크는 연결핀에 의해 상호 연결되는데, 이를 위해 좌/우측 트랙링크에는 각각 홀이 형성되어 있으며, 연결핀의 양단은 트랙링크의 홀에 각각 장착/배치된다.

그리고, 연결핀의 마모를 방지하기 위하여 연결핀은 부싱(Bushing)에 의해 감싸여지는데, 부싱은 형상은 단순하지만 지름에 비해 길이가 길고 극한 상황에서 연결고리 역할을 수행하기 때문에 고강도, 고내마모성을 필요로 하며, 소재분야의 요소기술을 총체적으로 요구하는 부품이다.

부싱은 그 내부에 연결핀이 장착되어야 하는바 중공 원통형상으로 형성된다. 즉, 트랙링크 사이에는 중공 원통형상의 부싱이 배치되고, 연결핀은 좌/우측의 트랙링크에 형성된 홀과 부싱의 내부를 관통하여 장착되어, 좌/우측 트랙링크는 연결핀에 의해 상호 연결된다.

종래의 부싱 제조방법은 절단공정, 내경드릴가공공정, 내경정삭가공공정, 외경 및 전장 맞춤공정, 열처리공정, 외경연마공정 등으로 이루어진다.

절단공정은 소정의 지름을 가지는 긴 환봉을 준비한 후, 원하는 길이를 가지도록 필요한 길이로 절단하는 공정이고, 내경드릴가공공정은 절단공정에 의해 절단된 환봉의 내경을 드릴로 형성하는 공정이다.

그리고, 내경정삭가공공정은 내경드릴가공공정에 의해 형성된 내경을 정밀하게 가공하는 공정이고, 상기 외경 및 전장 맞춤공정은 상기 내경정삭가공공정에 의해 내경이 형성된 환봉의 외경 및 크기를 일정한 크기로 맞추는 공정이다.

열처리공정은 외경 및 전장 맞춤공정을 수행한 환봉을 열처리하는 공정이고, 외경연마공정은 열처리 된 환봉의 외경을 깨끗하게 연마하면서 외경을 정밀하게 사이징하는 공정이다.

상술한 바와 같이 종래의 부싱 가공은 절삭가공에 의하여 이루어지고 있음을 알 수 있다. 그러나, 위와 같은 종래의 부싱 제조방법에 의하면, 부싱의 내경을 드릴로 가공하여 제조하는바, 공정을 진행할 때 공정시간이 많이 소모되고, 이로 인해 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 부싱의 내경을 드릴로 가공하면 많은 스크랩이 발생하고, 이로 인해 재료의 손실이 커져 재료비용이 많이 소모될 뿐만 아니라, 완성품에 대하여 재료 회수율이 매우 낮은 문제점이 있다.

한편, 단조품이 절삭품에 비하여 강도면에서 우수하다는 것은 이미 널리 알려져 있는 사실이다. 그 이유는 크게 세 가지로 요약된다. 첫째, 단조 과정을 통하여 미세조직의 제어가 가능한 것이다. 즉, 결정의 크기를 작게 할 수 있다. 둘째, 단조 과정에서 내부의 기공이나 결함이 압접됨으로써 내부의 결함을 줄여 준다. 셋째, 단조품은 대부분 봉재로부터 만들어지는데 봉재는 제조 과정에서 내부에 금속결 또는 금속유동선(Metal Flow Line)을 형성하게 되며, 단조를 통하여 최종 제품과 유사한 형태의 모양으로 성형이 되는 과정에서 금속 유동선을 살릴 수 있기 때 문이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 부싱의 제조 방법을 단조공법으로 전환하는 후방 가압 피어싱 공법을 수행하고 후공정 중공축 압출을 통하여 고강도, 고내마모성을 지닌 중장비용 부싱의 제조장치 및 방법를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 프레스장치에 의하여 상/하 이동이 되는 제1상부금형과 상기 제1상부금형의 직하부에 해당하는 프레스장치에 고정되어 원통형의 제1소재가 삽입되는 제1하부금형으로 구성되며, 상기 제1상부금형에 구비된 제1상부펀치와 상기 제1하부금형에 구비된 가압부에 의하여 상기 제1소재를 피어싱함으로써 중공부가 형성된 원통형의 제2소재로 가공시키는 카운터펀치가 포함된 제1단조부; 프레스장치에 의하여 상/하 이동이 되는 제2상부금형과 상기 제2상부금형의 직하부에 해당하는 프레스장치에 고정되어 상기 제1단조부에서 가공된 상기 제2소재가 삽입되는 제2하부금형으로 구성되며, 상기 제2상부금형에 구비된 제2상부펀치와 맨드렐을 이용하여 상기 제2소재를 일단부에 돌출부가 형성된 제3소재로 가공하는 제2단조부가 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조장치를 제공한다.

상기 제1상부금형은, 프레스장치에 의하여 상/하 이동이 되는 제1상부홀더, 상기 제1상부홀더 내부에 설치되며 상기 제1상부홀더에 의하여 상/하 이동 가능하게 지지가 되면서 그 중심부분은 하방이 개구된 원통형 공간이 형성된 제1상부다이스, 상기 제1상부다이스의 원통형 공간 내에서 상기 제1상부홀더에 고정설치되어 상기 제1소재의 동심도를 맞추기 위한 펀치가이드, 상기 펀치가이드의 내부에 구비되어 상기 제1소재의 상면을 가압하는 제1상부펀치가 포함되는 것이 바람직하다.

상기 제1하부금형은, 상기 제1상부금형의 직하부에 해당하는 프레스 장치에 고정되기 위한 제1하부홀더, 상기 제1하부홀더의 내부에 설치되며 상기 제1상부다이스의 직하부에 위치하고 그 중심부분은 상방으로 개구된 원통형 공간이 형성된 제1하부다이스, 상기 제1하부다이스의 원통형 공간의 하부에 설치되며 그 하부에 구비된 가압부의 지지에 의하여 상기 제1소재의 저면을 가압하는 카운터펀치가 포함된 것이 바람직하다.

상기 제2상부금형은, 프레스장치에 고정되어, 프레스장치에 의하여 상/하 이동이 되는 제2상부홀더, 상기 제2상부홀더의 내부에 설치되며 상기 제2상부홀더에 의하여 상/하 이동 가능하게 지지가 되면서 그 중심부분은 하방으로 개구된 원통형 공간이 형성된 제2상부다이스, 상기 제2상부다이스의 원통형 공간 내에서 상기 제2상부홀더에 고정설치되어 제2소재의 상면을 가압하는 제2상부펀치, 상기 제2상부펀치의 중심부에 구비되어 상기 제2소재의 동심도를 맞추기 위한 멘드렐이 포함된 것이 바람직하다.

상기 제2하부금형은, 상기 제2상부금형의 직하부에 해당하는 프레스 장치에 고정되기 위한 제2하부홀더, 상기 제2상부다이스의 직하부에 위치하여 고정되고 그 중심부분은 상방으로 개구된 원통형 공간이 형성된 제2하부다이스가 포함된 것이 바람직하다.

상기 제1상부금형과 제1하부금형을 통하여 상기 제1소재가 상기 제2소재로 가공되며, 상기 제2상부금형과 제2하부금형을 통하여 상기 제2소재가 제3소재로 가공되고, 상기 제3소재를 가공하여 부싱이 완성되는 것이 바람직하다.

상기 제1소재, 제2소재, 제3소재 및 부싱의 제질은 고탄소강인 것이 바람직하다.

상기 제1상부펀치와 상기 카운터펀치의 지름은 상기 부싱의 내경과 동일한 것이 바람직하다.

상기 카운터펀치는 상기 가압부에 의하여 상방으로 지지가 되고 있으며, 상기 가압부의 가압력에 반발하여 하부로 일정 간격 이동할 수 있는 것이 바람직하다.

상기 가압부의 상부는 상기 카운터펀치의 하면에 접하고, 상기 가압부의 하부는 상기 제1하부홀더의 내부 저면에 지지가 되는 것에 의하여, 상기 가압부가 상기 카운터펀치를 상방으로 지지하게 되는 것이 바람직하다.

상기 가압부는 스프링, 유압시스템 또는 공압시스템인 것이 바람직하다.

상기 펀치가이드의 지름은 상기 제1하부다이스의 중앙부에 형성된 원통형 공간의 지름과 동일한 것이 바람직하다.

상기 제1상부펀치, 제2상부펀치, 카운터펀치, 제1상부다이스, 제2상부다이 스, 제1하부다이스 및 제2하부다이스의 재질은 고속도 공구강인 것이 바람직하다.

상기 제1상부펀치, 카운터펀치, 제2상부펀치 및 멘드렐의 외주면은 질화티타늄으로 코팅된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 소정의 지름을 가지는 원통형 소재를 원하는 길이의 제1소재로 절단하는 절단단계; 상기 절단단계에 의해 절단된 제1소재의 기계적 성질을 변화시키기 위해 상기 제1소재를 가열하는 열처리단계; 상기 열처리단계에 의해 열처리된 제1소재의 외주면을 윤활처리하는 윤활처리단계; 상기 윤활처리단계를 거친 제1소재의 상면과 하면의 중앙부를 각각 가압하여 피어싱을 함으로써 제2소재로 가공하는 제1단조단계; 상기 제1단조단계를 거쳐 중공부가 형성된 제2소재의 상면을 가압하여 일단부에 돌출부가 형성되는 제3소재로 가공하는 제2단조단계; 상기 제2단조단계를 거쳐 가공된 제3소재의 돌출부를 제거하여 부싱으로 완성하는 표면처리단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조방법을 제공한다.

상기 열처리단계에는 770℃ 내지 750℃로 냉각시키는 단계, 730℃ 내지 710℃로 냉각시키는 단계, 510℃ 내지 490℃로 냉각시키는 단계 및 210℃ 내지 190℃로 냉각시키는 단계가 포함된 것이 바람직하다.

상기 윤활처리단계는 펀치의 파손 및 마모를 줄이기 위하여 극압첨가제를 펀치 선단면에 도포하는 단계가 포함된 것이 바람직하다.

상기 윤활처리단계는 탈지공정, 수세공정, 화성피막공정을 거쳐 수세공정, 중화공정 및 윤활공정이 포함된 것이 바람직하다.

상기 표면처리단계에는 CNC 선반을 이용하여 표면을 처리하는 단계가 포함된 것이 바람직하다.

<실시예>

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 부싱의 제조에 이용되는 소재를 나타낸 단면도, 도 2는 본 발명에 따른 중장비용 부싱의 제조장치에서 제1단조단계가 진행되기 전을 나타낸 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 중장비용 부싱의 제조장치에서 제1단조단계가 진행되는 과정을 나타낸 단면도, 도 4는 본 발명에 따른 제1단조단계를 거쳐 가공된 소재를 나타낸 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 중장비용 부싱의 제조장치에서 제2단조단계가 진행되기 전을 나타낸 단면도, 도 6은 본 발명에 따른 중장비용 부싱의 제조장치에서 제2단조단계가 진행되는 과정을 나타낸 단면도, 도 7은 본 발명에 따른 제2단조단계를 거쳐 가공된 소재를 나타낸 사시도, 도 8은 본 발명에 따른 중장비용 부싱의 제조방법을 나타낸 순서도, 도 9는 본 발명에 이용되는 소재의 열처리하는 조건을 나타낸 그래프, 도 10은 본 발명에 이용되는 후방 가압 피어싱 공정을 해석한 그래프, 도 11은 본 발명에 이용되는 중공축 압출 공정을 해석한 그래프이다.

본 발명에 따른 중장비용 부싱의 제조장치는, 도 1 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 제1상부금형(100)과 제1하부금형(200)으로 구성되어 원통형 제1소재(w1)을 후방 가압식 공법을 이용하여 중공부가 형성된 제2소재(w2)로 가공하는 제1단조부와 제2상부금형(300)과 제2하부금형(400)으로 구성되어 제2소재(w2)를 중공축 전방 압출 공법을 이용하여 일단부에 돌출부가 형성되는 제3소재(w3)로 가공하는 제2단조부로 구성이 된다.

제1상부금형(100)은, 도 2와 도 3에 나타낸 바와 같이, 프레스장치에 고정되어, 프레스장치에 의하여 상/하 이동이 되는 제1상부홀더(140), 제1상부홀더(140) 내부에 설치되며 제1상부홀더(140)에 의하여 상/하 이동 가능하게 지지가 되면서 그 중심부분은 하방으로 개구된 원통형 공간이 형성된 제1상부다이스(130), 제1상부다이스(130)의 원통형 공간 내에서 제1상부홀더(140)에 고정설치되어 제1소재(w1)의 동심도를 맞추기 위한 펀치가이드(120), 펀치가이드(120)의 내부에 구비되어 제1소재(w1)의 상면을 가압하는 제1상부펀치(110)가 포함되어 구성된다.

제1하부금형(200)은, 도2와 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1상부금형(100)의 직하부에 해당하는 프레스장치에 고정되기 위한 제1하부홀더(240), 제1하부홀더(240)의 내부에 설치되며 제1상부다이스(130)의 직하부에 위치하고 그 중심부분은 상방으로 개구된 원통형 공간이 형성된 제1하부다이스(230), 제1하부다이스(230)의 원통형 공간의 하부에 설치되며 그 하부에 구비된 가압부(250)의 지지에 의하여 제1소재(w1)의 저면을 가압하는 카운터펀치(210)가 포함되어 구성된다.

제2상부금형(300)은, 도 5와 도 6에 나타낸 바와 같이, 프레스장치에 고정되어, 프레스장치에 의하여 상/하 이동이 되는 제2상부홀더(340), 제2상부홀더(340) 내부에 설치되며 제2상부홀더(340)에 의하여 상/하 이동 가능하게 지지가 되면서 그 중심부분은 하방으로 개구된 원통형 공간이 형성된 제2상부다이스(330), 제2상부다이스(330)의 원통형 공간 내에서 제2상부홀더(340)에 고정설치되어 제2소재(w2)의 상면을 가압하는 제2상부펀치(310), 제2상부펀치(310)의 중심부에 구비되어 제2소재(w2)의 동심도를 맞추기 위한 멘드렐(350)이 포함되어 구성된다.

제2하부금형(400)은, 도 5와 도 6에 나타낸 바와 같이, 제2상부금형(300)의 직하부에 해당하는 프레스장치에 고정되기 위한 제2하부홀더(440), 제2하부홀더(440)의 내부에 설치되며 제2상부다이스(330)의 직하부에 위치하여 고정되고 그 중심부분은 상방으로 개구된 원통형 공간이 형성된 제2하부다이스(430)가 포함되어 구성된다.

제1상부펀치(110)와 제2상부펀치(310)는 볼트 또는 나사 등의 본 분야에 관용적으로 사용되는 결합수단에 의하여 제1상부홀더(140)와 제2상부홀더(340)에 각각 고정된 상태로 설치될 수 있다.

카운터펀치(210)는 가압부(250)에 의하여 상방으로 지지가 되고 있으며, 가압부(250)의 가압력에 반발하여 하부로 일정 간격 이동할 수 있도록 설치되어 있다.

가압부(250)의 상부는 원통형으로 형성되는 카운터펀치(210)의 하면에 접하고, 가압부(250)의 하부는 제1하부홀더(240)의 내부 저면에 지지가 되는 것에 의하여, 가압부(250)가 카운터펀치(250)를 상방으로 지지하게 된다.

본 발명에서는 가압부(250)를 스프링을 사용하여 구성하였지만, 유압시스템 또는 공압시스템을 사용하여 다양한 가압력으로 조절되는 가압부(250)를 구성할 수 있다.

펀치가이드(120)는 제1소재(w1)의 냉간 단조성이 나쁘기 때문에 피어싱할 때 제1상부펀치(110)가 미세하게 흔들릴 수 있다. 그래서, 펀치가이드(120)의 지름을 제1하부다이스(230)의 중심부분에 형성된 원통형 공간의 지름과 동일하게 하여 피어싱할 때 제1상부펀치(110)의 미세한 흔들림을 방지할 수 있다.

제1상부펀치(110)와 카운터펀치(210)의 지름은 부싱(500)의 내경 사이즈를 좌우하므로 생산될 부싱(500)의 내경 사이즈에 맞도록 펀치(110, 210)의 지름을 조절하여 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 이용되는 부싱(500)을 제조하기 위한 소재는 원형의 고탄소강(SCR440B)을 사용하는 것이 바람직하지만 내마모성과 높은 강도를 가지는 다른 종류의 원형강을 사용할 수도 있다.

제1단조부에서의 후방 가압 피어싱 공법은 제1소재(w1)의 스크랩(Scrap)을 최소화시키기 위하여 적용한 공법으로서 제1소재(w1)의 외경부를 제1하부다이스(230) 내부에 고정시켜 일정시점까지는 카운터펀치(210)를 이용하여 후방 압출 공법으로 진행하고 이후 가압부(250)에 의한 후방 가압을 함으로써 피어싱 공정을 할 수 있다.

펀치(110, 210, 310)와 상/하부다이스(130, 230, 330, 430)의 재질은 고속도 공구강인 SKH51을 사용하는 것이 바람직하지만, 다른 종류의 고속도 공구강을 사용할 수도 있다.

제1상부펀치(110), 카운터펀치(210) 및 제2상부펀치(310)의 외주면은 질화티 타늄(TIN)으로 코팅을 하여 눌러 붙음 방지 및 내마모를 향상시켰다.

멘드렐(350)은 제2단조부에서 제2소재(w2)가 전방 압출될 때 원하는 형상이 유지되도록 가이드 해주는 역할을 하며, 멘드렐의 지름은 제2소재(w2)의 내경 사이즈에 맞도록 맨드렐의 지름을 조절하여 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 맨드렐(350)의 외주면은 눌러 붙음 방지 및 내마모를 향상시키기 위하여 질화티타늄(TIN) 코팅을 하였다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 부싱 제조장치를 이용하여 부싱을 제조하는 방법은 다음과 같다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 소정의 지름을 가지는 원소재를 원하는 길이의 제1소재(w1)로 절단하고(S100), 제1소재(w1)를 열처리(Annealing; 어닐링)와 윤활처리를 한다(S200).

열처리는 도 9에 나타낸 바와 같이, 34시간 내지 35시간동안 초기에는 760℃, 중기에는 720℃, 말기에는 500℃로 서서히 냉각시키다가 마지막에 200℃ 강제 냉각시키는 방식으로 열처리를 하는데, 열처리는 예를 들면 고주파 유도로를 이용하여 열처리를 할 수도 있다.

윤활처리는 금형과 소재가 직접 접촉하는 것을 방지하는 역할을 하며, 눌러 붙음, 금형파손, 불균일, 금형 마모를 줄이기 위하여 황(S),인(P) 또는 황-인(S-P)화합물 등의 화학첨가제 또는 납(Pb), 몰리브데늄(Mo)등의 금속성 극압첨가제를 사용한다. 특히, 펀치(110, 210, 310)의 파손 및 마모를 줄이기 위하여 극압첨가제를 펀치 선단면에 도포할 수도 있다.

윤활처리는 표 1에 나타낸 바와 같이, 탈지공정, 수세공정, 화성피막공정을 거쳐, 수세공정, 중화공정 및 윤활공정을 끝으로 윤활처리를 진행한다.

공정 항목	약품명	작업온도	작업시간
탈지	4357K	55~65℃	3분
수세	H20	60~70℃	2분
화성피막	181X	70~80℃	15분
수세	H20	60~70℃	2분
중화	P21	70~80℃	2분
윤활	4601	75~80℃	8분

열처리와 윤활처리를 한 후, 제1상부금형(100)을 프레스장치에 의하여 상방으로 이동시켜, 제1하부금형(200)과 일정한 간격을 가지게 한다.

이러한 상태에서 제1단조를 위하여 열처리와 윤활처리가 된 제1소재(w1)를 제1하부다이스(230)의 원통형 내부 공간에 삽입시킨다.

원통상의 제1소재(w1)의 지름은, 최종적으로 가공하고자 하는 원통상의 부싱(500)의 외경에 비하여 큰 치수를 가지며, 제1하부다이스(230)의 원통형 공간의 내경보다 조금 작다. 이러한 제1소재(w1)의 치수는 제1단조 가공시 변형을 고려한 것이다.

제1소재(w1)가 제1하부다이스(230)에 삽입되면, 프레스장치에 의하여 제1상부금형(100)이 하강하게 된다. 제1상부금형(100)이 하강하게 되면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1상부다이스(130) 및 펀치가이드(120)가 같이 하강하게 되고, 제1상부펀치(16)가 제1소재(w1)의 상면에 접하면서 압력을 가한다.

프레스장치는 제1상부다이스(130)와 제1하부다이스(230)가 접촉할 때까지 계속해서 하강하게 되고, 제1상부펀치(110)는 제1소재(w1)에 깊은 홈을 형성한다.

이와 동시에, 제1소재(w1)의 하면에는 카운터펀치(210)에 의한 압력을 받으면서 깊은 홈이 형성된다.

한편, 카운터펀치(210)는 제1소재(w1)의 하면에 홈을 형성시키면서 생기는 반력에 기인하는 압력이 가압부(250)를 압축시키면서, 하부로 일정 간격 이동하게 된다.

따라서, 가압부(250)의 압축된 가압력에 의하여 상면으로 압력을 가하게 되고, 압력을 받은 카운터펀치(210)는 제1소재(w1)를 피어싱함으로써, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1소재(w1)에서 제2소재(w2)로 가공되는 제1단조과정을 거치게 된다(S300).

제2소재(w2)의 외경은, 실질적으로 제1소재(w1)의 변형에 의하여, 제1하부다이스(230)의 공간의 내경에 완전히 밀착되는 거의 같은 치수를 가지게 된다.

이와 같이, 제1차단조가 완료된 제2소재(w2)는, 도 5와 도 6에 나타낸 바와 같이, 제2단조부로 옮겨지게 된다. 이때, 제2소재(w2)의 외경은, 제2하부다이스(430)의 내경 보다 근소하게 작은 상태이다. 이 또한 변형을 고려해서이다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 제2소재(w2)를 제2하부다이스(430)의 원통형 내부 공간에 삽입한 후 프레스장치에 의하여 제2상부금형(300)이 하강하게 된다. 제2상부금형(300)이 일정구간 하강하게 되면, 동심도를 맞추기 위한 멘드렐(350)이 제2소재(w2)의 피어싱 된 부분으로 삽입되고, 제2상부다이스(330)가 제2하부다이스(430)의 상면에 접촉할 때까지 제2상부펀치(310)는 제2소재(w2)를 가압하게 된다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 제2소재(w2)가 완전히 가압 되면, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제2소재(w2)는 단면이 일단부에 돌출부가 형성되는 T자형인 제3소재(w3)로 가공된다(S400). 즉, 현재의 상태로서는, 완전한 원통상의 부싱(500)이 아님을 알 수 있다.

따라서, 제3소재(w3)는 CNC(Computerized Numerical Control) 선반 등을 통하여 외경의 표면을 처리하여(S500), 돌출부가 제거되면 실질적으로 원통형 부싱(500)이 완성된다.

완성된 부싱(500)은 길이가 외경보다 더 크고, 외경과 내경 사이의 모서리는 라운딩 처리될 수 있으며, 소재를 제1단조와 제2단조 과정을 거치면서 소재의 조직을 더욱 치밀하게 할 수 있어 완성된 부싱(500)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

참고로, 도 10과 도 11은 최적 단조 공정 설계를 위하여, 후방 가압 피어싱 공정과 중공축 압출 공정을 CAE(Computer Aided Engineering)를 통하여 해석한 결과를 나타낸다.

이상 본 발명에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시예에 따라 구체적으로 설

명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지

않는 범위에서 여러가지로 변경될 수 있다.

즉, 본 발명인 중장비용 부싱의 제조장치 및 방법은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들면, 자동차 부품인 소켓(Socket)으로도 생산할 수 있으며, 농기계 브레이크 관련 부품인 피스톤을 생산할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 중장비용 부싱의 제조장치 및 방법에 의하면, 부싱의 제조를 단조공법으로 전환하는 후방가압 피어싱 공법을 수행하고 중공축 압출을 통하여 고강도, 고내마모성을 지닌 중장비용 부싱을 생산할 수 있다.

따라서, 후방가압 피어싱 공법을 이용하여 단조의 한계영역을 넓혀 생산성을 향상시키고, 고강도, 고내마모성을 지닌 중공축 단조품을 개발하여 국제 경쟁력 제고에 기여할 수 있는 효과가 얻어진다.

Claims (19)

1. 프레스장치에 의하여 상/하 이동이 되는 제1상부금형과 상기 제1상부금형의 직하부에 해당하는 프레스장치에 고정되어 원통형의 제1소재가 삽입되는 제1하부금형으로 구성되며,

   상기 제1상부금형에 구비된 제1상부펀치와 상기 제1하부금형에 구비된 가압부에 의하여 상기 제1소재를 피어싱함으로써 중공부가 형성된 원통형의 제2소재로 가공시키는 카운터펀치가 포함된 제1단조부;

   프레스장치에 의하여 상/하 이동이 되는 제2상부금형과 상기 제2상부금형의 직하부에 해당하는 프레스장치에 고정되어 상기 제1단조부에서 가공된 상기 제2소재가 삽입되는 제2하부금형으로 구성되며,

   상기 제2상부금형에 구비된 제2상부펀치와 맨드렐을 이용하여 상기 제2소재의 단면의 지름이 감소되고 길이가 늘어난 제3소재로 가공하는 제2단조부

   가 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1상부금형은, 프레스장치에 의하여 상/하 이동이 되는 제1상부홀더,

   상기 제1상부홀더 내부에 설치되며 상기 제1상부홀더에 의하여 상/하 이동 가능하게 지지가 되면서 그 중심부분은 하방이 개구된 원통형 공간이 형성된 제1상부다이스,

   상기 제1상부다이스의 원통형 공간 내에서 상기 제1상부홀더에 고정설치되어 상기 제1소재의 동심도를 맞추기 위한 펀치가이드,

   상기 펀치가이드의 내부에 구비되어 상기 제1소재의 상면을 가압하는 제1상부펀치

   가 포함되는 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1하부금형은, 상기 제1상부금형의 직하부에 해당하는 프레스 장치에 고정되기 위한 제1하부홀더,

   상기 제1하부홀더의 내부에 설치되며 상기 제1상부다이스의 직하부에 위치하고 그 중심부분은 상방으로 개구된 원통형 공간이 형성된 제1하부다이스,

   상기 제1하부다이스의 원통형 공간의 하부에 설치되며 그 하부에 구비된 가압부의 지지에 의하여 상기 제1소재의 저면을 가압하는 카운터펀치

   가 포함된 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제2상부금형은, 프레스장치에 고정되어, 프레스장치에 의하여 상/하 이동이 되는 제2상부홀더,

   상기 제2상부홀더의 내부에 설치되며 상기 제2상부홀더에 의하여 상/하 이동 가능하게 지지가 되면서 그 중심부분은 하방으로 개구된 원통형 공간이 형성된 제2 상부다이스,

   상기 제2상부다이스의 원통형 공간 내에서 상기 제2상부홀더에 고정설치되어 제2소재의 상면을 가압하는 제2상부펀치,

   상기 제2상부펀치의 중심부에 구비되어 상기 제2소재의 동심도를 맞추기 위한 멘드렐

   이 포함된 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 제2하부금형은, 상기 제2상부금형의 직하부에 해당하는 프레스 장치에 고정되기 위한 제2하부홀더,

   상기 제2상부다이스의 직하부에 위치하여 고정되고 그 중심부분은 상방으로 개구된 원통형 공간이 형성된 제2하부다이스

   가 포함된 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제1상부금형과 제1하부금형을 통하여 상기 제1소재가 상기 제2소재로 가공되며, 상기 제2상부금형과 제2하부금형을 통하여 상기 제2소재가 제3소재로 가공되고, 상기 제3소재를 가공하여 부싱이 완성되는 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제1소재, 제2소재, 제3소재 및 부싱의 제질은 고탄소강인 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조장치.
8. 제6항에 있어서,

   상기 제1상부펀치와 상기 카운터펀치의 지름은 상기 부싱의 내경과 동일한 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조장치.
9. 제3항에 있어서,

   상기 카운터펀치는 상기 가압부에 의하여 상방으로 지지가 되고 있으며, 상기 가압부의 가압력에 반발하여 하부로 일정 간격 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 가압부의 상부는 상기 카운터펀치의 하면에 접하고, 상기 가압부의 하부는 상기 제1하부홀더의 내부 저면에 지지가 되는 것에 의하여, 상기 가압부가 상기 카운터펀치를 상방으로 지지하게 되는 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 가압부는 스프링, 유압시스템 또는 공압시스템인 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조장치.
12. 제2항 또는 3항에 있어서,

    상기 펀치가이드의 지름은 상기 제1하부다이스의 중앙부에 형성된 원통형 공간의 지름과 동일한 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조장치.
13. 제3항 또는 제5항에 있어서,

    상기 제1상부펀치, 제2상부펀치, 카운터펀치, 제1상부다이스, 제2상부다이스, 제1하부다이스 및 제2하부다이스의 재질은 고속도 공구강인 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 제1상부펀치, 카운터펀치, 제2상부펀치 및 멘드렐의 외주면은 질화티타늄으로 코팅된 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조장치.
15. 소정의 지름을 가지는 원통형 소재를 원하는 길이의 제1소재로 절단하는 절단단계;

    상기 절단단계에 의해 절단된 제1소재의 기계적 성질을 변화시키기 위해 상기 제1소재를 가열하는 열처리단계;

    상기 열처리단계에 의해 열처리된 제1소재의 외주면을 윤활처리하는 윤활처리단계;

    상기 윤활처리단계를 거친 제1소재의 상면과 하면의 중앙부를 각각 가압하여 피어싱을 함으로써 제2소재로 가공하는 제1단조단계;

    상기 제1단조단계를 거쳐 중공부가 형성된 제2소재의 상면을 가압하여 제2소재의 단면의 지름이 감소되고 길이가 늘어난 제3소재로 가공하는 제2단조단계;

    상기 제2단조단계를 거쳐 가공된 제3소재의 표면에 형성된 불필요한 부분을 제거하여 부싱으로 완성하는 표면처리단계

    가 포함된 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 열처리단계에는 770℃ 내지 750℃로 냉각시키는 단계, 730℃ 내지 710℃로 냉각시키는 단계, 510℃ 내지 490℃로 냉각시키는 단계 및 210℃ 내지 190℃로 냉각시키는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조방법.
17. 제15항에 있어서,

    상기 윤활처리단계는 펀치의 파손 및 마모를 줄이기 위하여 극압첨가제를 펀치 선단면에 도포하는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조방법.
18. 제15항에 있어서,

    상기 윤활처리단계는 탈지공정, 수세공정, 화성피막공정을 거쳐 수세공정, 중화공정 및 윤활공정이 포함된 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조방법.
19. 제15항에 있어서,

    상기 표면처리단계에는 CNC 선반을 이용하여 표면을 처리하는 단계가 포함된 것을 특징으로 하는 중장비용 부싱의 제조방법.

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