KR20090078601A - 요크 제조공정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 요크 제조공정에 관한 것으로, 그 목적은 단조공정에서 소성가공에 의해 중공형상을 만들어 투입되는 원자재를 절감하고 단조품에 중공형상의 구멍을 절삭하는 과정이 생략되고 바로 정밀가공과 스플라인 가공을 할 수 있으므로 중공구멍을 절삭하는 공정이 절약되고 전체 생산 비용도 절감되는 요크 제조공정을 제공함에 있다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 변속기와 차동기어 사이에 장착되어 동력을 전달하는 역할을 하는 프로펠러 샤프트 부품의 요크를 제조하는 공정에 있어서, (a) 원통형의 원자재를 열간단조 가능 온도로 가열하는 단계; (b) 상기 원자재를 해머나 프레스에 장착된 제 1 금형에 놓고, 소성가공하여 너클부와 축부가 형성된 1차 단조품을 성형하는 단계; (c) 상기 1차 단조품을 식지않은 고온 상태에서 제 2 금형의 하형에 놓고, 너클부를 제 2 금형의 상형으로 덮어씌워 및 고정하며, 상기 축부의 중공형상을 만들기 위한 상형펀치가 하형으로 상기 1차 단조품을 밀어내어 2차 단조품을 성형하는 단계;로 이루어지는 요크 제조공정에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

요크, 제조공정, 제조방법, 중공성형, 절삭가공.

Description

요크 제조공정 {YOKE MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 요크 제조공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 중공형상을 단조공정에서 제작하여 원자재를 절감하고, 구멍을 절삭하는 과정이 생략되어 전체 생산 비용이 절감되는 요크 제조공정을 제공함에 있다.

일반적으로 요크는 자동차의 스티어링이나 엔진의 동력을 전달하는 추진축 등과 같이 회전되는 주축에 대하여 종동축이 동일선상에 있지 않고 소정각도 기울어지게 배치되거나 또는 동일선상에 배치되는 경우 상기 주동축의 동력을 종동축에 원활히 전달하고자 하는 경우 주로 이용되는 것으로, 요크는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부에 너클부(11)를 형성하고 너클부(11) 하부의 파이프 내면에 스플라인이 형성된 축부(12)로 구성된다.

종래의 경우 너클부 형상의 성형가이드홈이 형성된 성형틀에 주물을 주입한 다음 일정시간이 지난 후 상기 성형틀의 성형가이드홈에서 식혀진 너클부를 얻게되는 주물성형방식에 의해 제작하고, 중공의 파이프 내면에 스플라인이 형성된 축부 를 제작한 후, 축부 상부와 너클부 하부를 용접하여 요크를 제작한다.

이와같이 너클부와 축부를 용접에 의해 제작하는 종래의 요크는 별도의 장치에서 너클부와 축부를 제작하여야 하는 번거로움이 있고, 이로 인해 설비비가 증대되며, 용접시 열에 의해 너클부 또는 축부의 뒤틀림 등과 같은 변형이 발생될 수 있으며, 용접부위는 취약하므로 사용시 견고하지 못한 문제점을 가지고 있다.

또한, 너클부는 주물성형방식에 의해 제작되므로 내구성 내식성이 약해 비교적 작은 충격에도 쉽게 파손됨은 물론 부식이 잘되고, 내구성을 높여주기 위해 담금질이나 뜨임이나 불림 등과 같이 금속의 결정구조를 변화시켜 강도나 경도를 높여줌과 동시에 부식을 방지하기 위해 니켈 등으로 요크의 표면을 도금해야 하므로 요크의 가격이 높아지게 되고, 요크 제작에 따른 가공 공정이 많고 또 요크 제작에 오랜 시간이 소요되며 그로 인해 제품의 가격이 높아 경쟁력이 저하되는 문제점을 가지고 있다.

한편, 너클부와 축부가 동일선상에 일체형으로 구비될 경우에도 외형을 제작후 축부의 내부를 중공 하여야 하는데 이때 드릴이나 선삭 등의 절삭가공으로 요크를 중공 형상으로 만드는 방법은 절삭하여 버리는 재료의 낭비가 심하고, 시간과 마모되는 절삭공구비용 등 소비재의 비용이 많이 소요된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 그 목적은 단조공정에서 소성가공에 의해 중공형상을 만들어 투입되는 원자재를 절감하고 단조품에 중공형상의 구멍을 절삭하는 과정이 생략되어 바로 정밀가공과 스플라인 가공을 할 수 있으므로 생산 비용이 절감되는 요크 제조공정을 제공함에 있다.

또한, 중공의 파이프를 압출성형, 펀칭 등을 행하여 너클부와 축부를 일체로 형성함으로써 내구성이 뛰어난 고품질의 요크를 제작함은 물론 보다 효율적이면서도 용이하게 요크를 제작하여 작업의 효율성 등을 향상시킴으로써 제품의 가격 경쟁력을 높일 수 있는 요크 제조공정을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 변속기와 차동기어 사이에 장착되어 동력을 전달하는 역할을 하는 프로펠러 샤프트 부품의 요크를 제조하는 공정에 있어서, (a) 원통형의 원자재를 열간단조 가능 온도로 가열하는 단계; (b) 상기 가열된 원자재를 제 1 금형에 놓고, 소성가공하여 너클부와 축부가 형성된 1차 단조품을 성형하는 단계; (c) 상기 1차 단조품을 식지않은 고온 상태에서 제 2 금형의 하형에 놓고, 너클부를 제 2 금형의 상형으로 고정한 후에, 상기 축부에 중공부를 구비하는 최종 단조품을 성형 하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

(a-1) (b)단계 이전에 상기 원자재를 제 1 금형에 배치 및 가공하기 용이하도록 먼저 해머나 프레스로 너클부와 축부의 대략적인 형상을 예비 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.

(b-1) (c)단계 이전에 상기 1차 단조품을 트리밍 금형의 하형부에 놓고 트리밍 금형의 상형부를 하강하여 (b)단계에서 생성된 잔류 스크랩 부분을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

(c)단계에서 1차 단조품에 중공부를 성형하기 용이하도록 (b)단계에서 1차 단조품 축부 상단에 가이드홈이 생성될 수 있다.

(c)단계에서 1차 단조품의 축부 바닥면은 가이드실린더와 접촉하며, 상기 가이드실린더는 중공부의 성형이 진행됨에 따라 상기 바닥면에 대해 일정한 압력을 하방으로 이동함으로써 축부의 원주면이 하형 내면과 접촉한 상태로 2차 성형이 이루어질 수 있다.

상기 (c)단계는 2차 단조품 중공부 성형시 끝단에 잔여물을 남겨두고 성형하는 단계,와 상기 잔여물을 제거하여 중공부 성형을 완성하는 단계로 이루어질 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 중공단조에 의한 제품 중량감소로 제조원가가 절감되고, 제품 중량 감소로 열처리비 또한 절감되며, 내경 가공량 감소로 가공 시간단축 및 가공비가 절감된다.

또, 가공설비가 축소되고, 중공형상에 대한 절삭 가공이 없어짐으로써, 버려지는 원자재 비용이 줄어들고, 기계 가공 단축에 의해 납기기간이 단축되며, 기계 가공량 감소로 생산성이 향상되고, 그로 인해 공구 수명 또한 향상된다.

또한, 중공단조품에 따른 열처리로 제품 품질이 향상되고, 단조기술이 향상되며, 유사제품의 수평전개로 원가절감 효과가 극대화되어 생산성을 크게 높이는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

들어가기에 앞서, 본 발명을 설명하는데 있어서, 그 실시 예가 상이하더라도 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하고, 필요에 따라 그 설명을 생략할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사시도이고, 도 2 는 본 발명에 따라 완성된 요크의 예시도이며, 도 3 은 본 발명의 전체 공정을 나타낸 예시도이고, 도 4 는 본 발명의 1차 단조품의 단면도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제조방법으로 생산된 요크(1)는 자재이음에 연결되는 너클부(11), 추진축에 연결되는 축부(12)와 축부 내부의 중공부(13)를 포함한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 요크 제조공정은 원자재(1a)를 열간단조 가능 온도로 가열하는 단계, 원자재(1a)를 너클부(11)와 축부(12)의 형상으로 예비 가공하는 단계, 예비 가공된 원자재(1a)를 제1 금형(2)에 놓고 1차 단조품(1b)으로 성형하는 단계, 1차 단조품(1b)을 트리밍 금형(3)에 놓고 잔류 스크랩부분을 소거하는 단계, 아직 식지 않은 1차 단조품(1b)을 제2 금형(4)에 놓고, 상형펀치(43)와 가이드실린더(44)를 이용하여 중공형상을 가공하는 2차 성형을 통해 2차 단조품(1c)으로 성형하는 단계, 2차 단조품을 피어싱 금형(5)에 놓고 피어싱펀치(52)를 이용하여 중공성형시 남은 잔여물(10c)을 제거하는 단계를 포함한다.

열간단조는 1000℃~1250℃의 고온으로 강을 가열해 변형 저항을 적게하고 작은 힘으로 큰 변형을 주어 조형을 쉽게 할 수 있도록 하며 단련효과를 더해 재질의 개선강화를 꾀하는 단조방법의 하나이다.

열간단조는 생산속도가 빠르므로 생산성이 좋고 복잡한 형상의 성형을 쉽게할 수 있어 일반적으로 사용되고 있다.

상기의 구성에 따른 본 발명에서 요크 제조공정에 사용되는 금형 단조장치는 다음과 같다.

금형 단조장치들은 해머나 프레스를 구동장치로 삼는 것이 바람직하다.

제1 금형(2)은 요크(1)의 형상대로 금형을 갖추어 원자재(1a)를 소성가공하여 1차 단조품(1b)를 만든다. 제1 금형(2)은 요크(1)의 너클부(11)의 형상대로 제작된 상부형틀과, 축부(12)의 형상대로 제작된 하부형틀이 맞닿도록 이루어져 있다.

이때, 1차 단조품(1b)에 축부 중앙 상면에는 추후의 중공가공을 용이하게 하기 위해 가이드홈(10b)이 생성되는 것이 바람직하다.

또한, 제1 금형(2)은 도 3에 도시된 바와 같이 요크(1)를 수직으로 세워놓은 상태에서 상부와 하부의 형상틀이 맞닿도록 제작되는 것에 한정되는 것은 아니며, 예비가공된 원자재(1a)가 수평으로 눕혀진 상태에서 단조될 수 있도록 상부와 하부의 형상이 대칭되는 모양의 형틀로 이루어질 수도 있다.

트리밍 금형(3)은 단조품 외형의 마감을 위한 것으로서, 하형부(32)는 1차 단조품(1b)을 밑에서 받쳐주는 형상을 가지며, 상형부(31)는 최종단조품의 외형에 상응하도록 형상하여서, 상형부(31)가 하강하여 1차 단조품(1b)에 잔류되었던 스크랩부분을 제거하도록 한다.

제2 금형(4)은 최종적으로 제품을 생산하기 위한 외형틀을 갖추고 있다.

상형(41)은 1차 단조품(1b)을 상부에서 너클부(11)를 고정하며, 하형(42)은 1차 단조품(1b)을 밑에서 받쳐주는 형상과 축부(12)의 외형규격을 갖추고 있다.

바람직하게는, 하형(42) 중심 하부에는 축부(12)가 삽입되는 밑단에 가이드실린더(44)가 장착되는데, 가이드실린더(44)는 축부(12) 바닥면에 대해 일정한 압력을 가하며, 상부에서 가해지는 힘에 따라 서서히 밀려 내려가도록 설치된다.

상형(41)은 상부 중앙이 천공되어 그 천공된 구멍을 통해 상형펀치(43)가 1차 단조품(1b)에 가해지게 되어 2차 단조품(1c)을 성형하게 된다..

여기서, 상형(41)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상형펀치(43)가 1차 단조품(1b)에 힘을 가할 때, 너클부(11)의 변형이 일어나지 않도록 요크(1)의 너클부(11)의 내부면에 밀착되도록 한다.

피어싱 금형(5)은 제2 금형(4)에서 남겨진 중공부(13)의 잔여물(10c)을 천공하기 위한 것이다.

금형하형(51)은 2차 단조품(1c)의 축부(12)를 고정하고, 하부에는 중공부(13)의 잔여물(10c)이 배출될 수 있도록 개구되어 있다.

상부에는 피어싱펀치(52)가 중공부(13)에 삽입되어 잔여물(10c)을 제거하도록 한다.

이하 본 발명의 일 실시 예에 따른 요크(1)의 제작과정을 설명하기로 한다.

이하 본 발명의 실시 예에 의한 작용을 첨부도면과 연계하여 설명하면 다음과 같다.

도 3과 도 4를 참조하면, 원통형의 원자재(1a)를 열간단조 가능 온도로 가열하는 단계(a)와, 상기 원자재(1a)를 제 1 금형(2)에 배치 및 가공하기 용이하도록 해머나 프레스로 단조하여 너클부(11)와 축부(12)의 형상을 예비 가공하는 단계(a-1)와, 상기 예비 가공된 원자재(1a)를 제 1 금형(2)에 놓고, 단조하여 너클부(11)와 축부(12)를 가공한 1차 단조품(1b)을 성형하는 단계(b)를 거친다.

여기서, 도 4에 도시된 바와 같이, 1차 단조품(1b)을 가공할 때 상형펀치(43)가 중공성형하기 용이하도록 1차 단조품(1b) 축부 상단에 가이드홈(10b)이 생성되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 1차 단조품(1b)을 트리밍 금형(3)의 하형부(32)에 안착시켜놓고, 1차 단조품(1b)의 외형을 갖춘 상형부(31)을 하강하여 필요없는 잔류 스크랩부분을 소거하는 단계(b-1)와,

상기 1차 단조품(1b)을 식지 않은 고온이 유지된 상태에서 제 2 금형(4)의 하형(42)에 안착시켜놓고, 너클부(11)를 상형(41)으로 덮어씌워 너클부(11)가 유동되지 않도록 고정하며, 상형(41) 중앙의 상형펀치(43)가 하형(42)을 향하여 하강함으로 1차 단조품(1b)을 밀어내어 중공형상을 만들면서 2차 단조품(1c)을 성형하는 단계(c)를 거친다.

이때, 상형펀치(43)는 1차 단조품(1b)의 가이드홈(10b)에 의해 유도되는 것 이 바람직하다.

여기서, 상형펀치(43)가 1차 단조품(1b)을 밀어내어 내부에 중공성형을 만들면서 하형(42) 금형내부에 1차 단조품(1b)의 중앙부가 하부로 밀려나게 되는데, 밀려나는 바닥부에 가이드실린더(44)가 일정한 압력으로 상형펀치(43)의 반대방향으로 압력을 가하여 1차 단조품(1b)은 축부(12)를 2차 성형하며 서서히 밀려내려 가도록 한다.

그리고, 상기 상형(41)과 하형(42)은 내부 형상이 너클부(11)와 축부(12)의 최종 생산 형상에 상응하도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상형펀치(43)가 1차 단조품(1b)의 가이드홈(10b)에 유도되어 중공부(13)를 가공할 때, 축부(12)의 바닥면이 대체로 평면을 이루기 위해 가이드실린더가(44)가 일정한 압력을 가하면서 밀려나게 된다.

이때, 상형펀치(43)가 가이드실린더(44)에 의해 축부(12)의 바닥면까지 끝까지 중공부(13)를 성형할 수 없으므로, 끝단에 잔여물(10c)을 남겨두고 중공성형을 마무리하게 된다. 또한, 상형펀치(43)가 가이드실린더(44) 없이 끝까지 뚫어버리면 축부(12)에 바닥면에 요철 잔여물을 발생시켜, 이를 제거하는 공정을 더 수행해야 하기 때문이다.

따라서, 마지막으로, 상기 2차 단조품(1c)은 가이드실린더(44)의 사용에 따라 하부에 완전히 천공되지 않은 잔여물(10c)이 형성되는데 피어싱 금형(5)에서 금 형하형(51)에 2차 단조품(1c)을 안착시켜놓고, 피어싱펀치(52)를 하강시켜 중공성형시 남은 잔여물(10c)을 제거하는 단계를 더 포함하는 제조공정을 이룬다.

하지만, 최종 단조품의 중공부(13) 성형은 가이드실린더(44) 또는 하형(42)의 구조나 형상에 따라 변경될 수 있기 때문에 피어싱펀치(52)는 생략할 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 된다. 따라서 상기에서 설명한 것 외에도 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 본 발명의 실시 예에 대한 설명만으로도 쉽게 상기 실시 예와 동일 범주 내의 다른 형태의 본 발명을 실시할 수 있거나, 본 발명과 균등한 영역의 발명을 실시할 수 있을 것이다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 사시도이고,

도 2 는 본 발명에 따라 완성된 요크의 예시도이며,

도 3 은 본 발명의 전체 공정을 나타낸 예시도이고,

도 4 는 본 발명의 2차 단조품의 제작 예시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 요크 11 : 너클부

12 : 축부 13 : 중공부

2 : 제 1 금형 3 : 트리밍 금형

31 : 상형부 32 : 하형부

4 : 제 2 금형 41 : 상형

42 : 하형 43 : 상형펀치

44 : 가이드실린더 5 : 피어싱 금형

51 : 금형하형 52 : 피어싱펀치

Claims (6)

1. 변속기와 차동기어 사이에 장착되어 동력을 전달하는 역할을 하는 프로펠러 샤프트 부품의 요크를 제조하는 공정에 있어서,

   (a) 원통형의 원자재를 열간단조 가능 온도로 가열하는 단계;

   (b) 상기 가열된 원자재를 제 1 금형에 놓고, 소성가공하여 너클부와 축부가 형성된 1차 단조품을 성형하는 단계;

   (c) 상기 1차 단조품을 식지않은 고온 상태에서 제 2 금형의 하형에 놓고, 너클부를 제 2 금형의 상형으로 고정한 후에, 상기 축부에 중공부를 구비하는 최종 단조품을 성형하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 요크 제조공정.
2. 제 1 항에 있어서,

   (a-1) (b)단계 이전에 상기 원자재를 제 1 금형에 배치 및 가공하기 용이하도록 먼저 해머나 프레스로 너클부와 축부의 대략적인 형상을 예비 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요크 제조공정.
3. 제 1 항에 있어서,

   (b-1) (c)단계 이전에 상기 1차 단조품을 트리밍 금형의 하형부에 놓고 트리 밍 금형의 상형부를 하강하여 (b)단계에서 생성된 잔류 스크랩 부분을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 요크 제조공정.
4. 제 1 항에 있어서,

   (c)단계에서 1차 단조품에 중공부를 성형하기 용이하도록 (b)단계에서 1차 단조품 축부 상단에 가이드홈이 생성되도록 하는 것을 특징으로 하는 요크 제조공정.
5. 제 1 항에 있어서,

   (c)단계에서 1차 단조품의 축부 바닥면은 가이드실린더와 접촉하며, 상기 가이드실린더는 중공부의 성형이 진행됨에 따라 상기 바닥면에 대해 일정한 압력을 가하면서 하방으로 이동함으로써 축부의 원주면이 하형 내면과 접촉한 상태로 2차 성형이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 요크 제조공정.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 (c)단계는 2차 단조품 중공부 성형시 끝단에 잔여물을 남겨두고 성형하는 단계와 상기 잔여물을 제거하여 중공부 성형을 완성하는 단계로 이루어지는 것 을 특징으로 하는 요크 제조공정.

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