KR20100121841A - 원웨이 클러치용 아웃터레이스의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원웨이 클러치 내부에 사용되는 아웃터레이스의 제조방법에 관한 것으로, 고탄소강의 소재를 준비 및 선별하는 재료 준비단계와; 준비된 소재를 단조에 적합하도록 연화시키는 열처리단계와; 열처리된 소재의 표면에 윤활제를 도포하는 윤활처리단계와; 윤활처리된 소재의 외치를 단조 성형하는 외치성형단계와; 외치 성형된 소재의 내경을 절삭하는 내경절삭단계와; 내경절삭된 소재의 내치를 절삭 가공하는 내치 브로치가공단계로 구성된 것을 기술적 특징으로 한다.

이를 통해 아웃터레이스의 외치를 단조 성형하여 절삭가공에 비하여 기계적 강도가 높고, 이에 더하여 외치형에 테이퍼를 형성시킬 수 있어 상대부품과의 결합정밀도가 향상된다.

아웃터 레이스, 원웨이 클러치

Description

원웨이 클러치용 아웃터레이스의 제조방법 {MANUFATURING METHOD FOR OUTER-RACE OF ONE WAY CLUTCH}

본 발명은 원웨이 클러치에 사용되는 아웃터레이스의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 아웃터레이스를 단조 성형하여 절삭가공에 비하여 기계적 강도가 높고, 이에 더하여 외치형에 테이퍼를 형성시킬 수 있어 상대부품과의 결합정밀도가 향상되는 원웨이 클러치용 아웃터레이스의 제조방법에 관한 것이다.

아웃터레이스(outer race)는 자동변속기(automatic transmission)의 토크 컨버터(torque convertor) 내의 스타터(startor)에 압입되고 원웨이 클러치(one way clutch)와 리액션 샤프트(reaction shaft)에 일체로 구성되어 역회전을 방지하는 기능을 갖는 부품이다.

이러한 아웃터레이스는 상대부품과 조립 결합되는데, 이 상대부품은 아웃터레이스와 결합되는 부분이 테이퍼 형성되는 것이 일반적이다.

상대부품은 주로 다이캐스팅으로 제조되는데, 이 다이캐스팅방법은 필요한 주조형상에 완전히 일치하도록 정확하게 기계 가공된 강제(鋼製)의 금형(金型)에 용융금속(熔融金屬)을 주입하여 금형과 똑같은 형상을 얻는 정밀주조법이고, 이 때문에 상대부품은 탈형이 쉽도록 테이퍼(빼기구배, slope)가 형성되는 것이다.

그러나 아웃터레이스는 통상 절삭 가공되고 있으며, 내, 외치형의 양측면에 테이퍼를 형성하는 것은 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 절삭 가공 기술적으로도 많은 한계가 따르고 있어 아웃터레이스에는 테이퍼 없이 직선으로 절삭가공하고 있다.

따라서 직선 가공된 아웃터레이스가 상대부품과 결합되면, 아무리 아웃터레이스와 상대부품이 정밀 가공되더라도 테이퍼와 비테이퍼진 면이 서로 접촉하기 때문에 정밀하게 결합되기 어렵다.

또한 아웃터레이스와 상대부품 간에 지속적인 유동이 발생하면 마찰로 인한 부품의 손상을 초래할 수 있으며, 차량 변속미션의 원활한 동작을 방해하여 주행에 불편을 줄 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 정밀치수를 요하는 아웃터레이스에 있어서 외치형의 테이퍼를 절삭가공하지 못하던 문제를 해소하여 조립부품과의 정밀결합이 가능토록 하는 한 아웃터레이스의 제조방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한 내외치 모두가 절삭 가공된 아웃터레이스 보다 높은 기계적 강도를 갖는 아웃터레이스의 제조방법을 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적에 따른 본 발명은 고탄소강의 소재를 준비 및 선별하는 재료 준비단계와; 준비된 소재를 단조에 적합하도록 연화시키는 열처리단계와; 열처리된 소재의 표면에 윤활제를 도포하는 윤활처리단계와; 윤활처리된 소재의 외치를 단조 성형하는 외치성형단계와; 외치 성형된 소재의 내경을 절삭하는 내경절삭단계와; 내경절삭된 소재의 내치를 절삭 가공하는 내치 브로치가공단계로 이루어진 것에 의해 달성된다.

본 발명의 사용으로 정밀치수를 요하는 아웃터레이스에 있어서 외치형의 테이퍼를 절삭가공하지 못하던 문제가 해소되어 아웃터레이스와 상대부품과의 결합 정밀도가 향상된다.

또한 단조성형으로 인해 내외치 모두를 브로치 가공함으로써 발생하던 브로치 툴의 교체비용이 절감되고, 아웃터레이스의 내외치를 형성하는 데에 소요되는 제조 시간이 대폭 단축된다.

이에 더하여 단조 방법으로 인해 절삭가공을 최소로 하기 때문에 소재의 사용율이 향상되고, 내외치 모두가 절삭 가공된 아웃터레이스보다 높은 기계적 강도를 갖는다.

또한 단조 성형을 통해 제품을 신속하게 성형할 수 있으며 소재의 파손이 방지되는 열간단조법에 의해서 성형되므로 완제품의 치수가 안정되면서도 빠른 성형이 가능하다.

이하에서 본 발명의 실시예를 도시한 첨부도면을 통해 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 원웨이 클러치에 사용되는 아웃터레이스에 있어서, 외치형에 테이퍼를 형성하며, 내외치를 모두 절삭 가공하는 것에 비해 상대적으로 기계적강도가 우수한 아웃터레이스를 제공하고자 한다.

이를 위해 본 발명은 도 1에서와 같이 고탄소강의 소재를 준비 및 선별하는 재료 준비단계(S100)와; 준비된 소재를 단조에 적합하도록 연화시키는 열처리단 계(S200)와; 열처리된 소재의 표면에 윤활제를 도포하는 윤활처리단계(S300)와; 윤활처리된 소재의 외치를 단조 성형하는 외치성형단계(S400)와; 외치 성형된 소재의 내경을 절삭하는 내경절삭단계(S500)와; 내경절삭된 소재의 내치를 절삭 가공하는 내치 브로치가공단계(S600)로 이루어진다.

이를 통해 제조되는 아웃터레이스는 도 2에서와 같이 링 형상의 링베이스(10)와; 상기 링베이스(10)의 내측 또는 외측 및 내외측에 돌출 형성되는 다수의 내외치(11, 12)로 구성되되; 상기 내외치(11, 12)의 치형 사이의 양측면이 서로 경사진 테이퍼부(A)가 형성된다.

이하에서는 상기 제조방법에 대하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.

(1) 재료 준비단계(S100)

재료 준비단계는 준비된 소재의 길이와 외경 등을 검사하여 기준에 적합한지를 판정하고, 이를 통해 적합하지 않은 소재를 미리 선별함으로써 제품의 불량품 발생을 줄이기 위한 단계로서, 여기서 준비되는 소재의 재질은 고탄소강이 바람직하다.

(2) 열처리단계(S200)

본 발명에서 사용되는 소재의 재질은 고탄소강이기 때문에 단일(냉간 또는 열간) 단조용으로는 적합하지 못하고, 더욱이 난가공성 소재이기 때문에 단조가 어려운 문제가 있다. 따라서 소재를 성형에 적합하도록 소재를 연화시킬 필요가 있는데, 이를 위해 소재를 가열(히팅)하는 단계이다.

열처리단계에서는 가열온도에 대한 관리가 매우 중요한데, 그렇지 못하면 과열로 인한 조직의 과대성장 및 탈탄이 심하여 제품 품질이 나빠지는 문제가 발생한다.

따라서 본 발명은 아래의 [표 1]을 통해 열처리 조건에 따른 재료의 품질 변화를 측정하였다.

열처리 방법		설 비	조직	결정 입도	탈탄층 (μ)	표면경도(HRB)	심부경도(HRB)	열처리 조건
1	열간단조품	열단프레스	조대 펄라이트	#1	94	97~99	97~99	열단품 상태
2	구상화 소둔열처리	pit로	조대 펄라이트 + 층상 펄라이트	#1	50	84~84	84~85	745℃ x 42HR
3	구상화 소둔열처리	연속로	층상 펄라이트	#1	80	87~88	88~90	745℃ x 6HR
4	노멀라이징	연속로	미세 펄라이트	#6	30	93~94	92~93	900℃ x 4HR
5	노멀라이징 + 구상화소둔열처	연속로	미세 펄라이트	#6	99	83~84	84~85	900℃ x 4HR 745℃ x 8HR

상기 표1에서 보면 4안과 5안의 노멀라이징(Normalizing), 노멀라이징 + 구상화 소둔열처리 방법 결정입도가 미세하여 단조성형에 적합하고, 2안과 4안의 구상화 소둔열처리 방안 및 노멀라이징 방법이 제품의 탄소함량이 높아 경도측면에서 적합한 것을 알 수 있다.

상기 방안에서는 열처리 설비로서 크게 연속로와 Pit로를 사용하였는데, 연속로는 제품의 부피에 대한 문제가 적고 작업이 유리한 장점이 있는 반면, Pit로는 제품의 부피에 대한 제약이 크고, 열처리 시간이 오래 소요되는 문제가 있어 Pit로를 사용하는 것보다는 연속로를 적용실시 하는 것이 보다 바람직하다.

또한 구상화 소둔열처리 방법은 제품의 탄소 함량이 높은 장점이 있으나, 열간 단조시 제품의 소재상태가 불안정한 문제가 있고, 소둔에 많은 시간이 소요되는 반면에 소재의 부피가 커 처리량이 적어 효율성이 낮은 단점이 있다.

노멀라이징 방법은 소재를 풀어줌으로써 응력을 제거하여 소재가 안정되는 장점이 있으나, 구상화 소둔열처리 보다 중량대비 부피가 큰 문제가 있어 단조가 어렵다.

따라서 탄소함량에서는 다소 불리하나 제품이 단조성형에 보다 적합하고, 작업에 유리한 5방안의 노멀라이징 후 구상화 소둔열처리 방안을 사용한다.

이에 의해 본 발명은 노멀라이징의 장점인 결정입자의 크기가 미세화되고 주조품이나 단조품에 존재하는 편석을 제거하여 균일한 조직을 만들 수 있는 장점이 있으며, 단조성형에서는 소재의 연화를 주목적으로 하면서도 탄화물의 분포를 균일하게 하게 할 수 있는 장점이 있다.

(3) 윤활처리단계(S300)

윤활처리단계는 열처리된 소재의 표면에 윤활제를 도포함으로서 소재표면에 코팅층을 형성시키는 단계이다.

이처럼 윤활처리하는 것은 상온의 소재에 윤활제가 도포되면 소재 표면에 윤활제에 의한 코팅층이 형성되고, 이 코팅층이 단조 성형시 금형과 링소재 간의 부착을 방지하는 이형제의 기능을 하게 된다.

(4) 외치형성단계(S400)

외치형성단계는 표면에 윤활제 코팅층이 형성된 소재의 외경에 외치를 단조 성형하는 단계이다.

통상 아웃터레이스는 내외치를 브로치가공 하여 제조하게 되는데, 이처럼 내외치 모두를 브로치 가공하게 되면 브로치 툴(tool)의 수명이 매우 짧아 툴 교체에 따른 비용소모가 큰 단점이 있다.

따라서 본 발명에서는 내외치 중에서도 외치만을 단조 성형하여 이러한 문제를 해소한다.

외치를 내치보다 먼저 성형하는 것은 내치 가공을 위해 내경을 절삭한 다음 외치를 단조하게 되면 성형압력에 의해서 소재가 변형되기 쉽고, 이에 의해 불규칙한 크랙 등이 발생하기 쉽기 때문에 내경을 절삭하지 않은 속이 찬 소재의 상태 그대로 외치를 선 가공하는 것이다.

이처럼 단조 성형을 통해 외치를 형성하게 되면 브로치 가공을 하지 않기 때문에 브로치 툴 교체에 대한 비용을 대폭 줄일 수 있고, 내외치 모두를 절삭 가공하는 것에 비하여 생산 속도가 빠르기 때문에 대량생산에 적합해 진다.

더욱이 생산 완료된 완제품의 기계적 강도가 내외치 모두를 절삭 가공한 제품에 비해 상대적으로 우수한 장점이 있다.

(5) 내경 절삭단계(S500)

내경 절삭단계는 소재에 외치를 단조 가공하고 난 후, 내치를 가공하기에 앞서 소재의 내경을 절삭하여 아웃터레이스에서 요구하는 적정치수의 내경을 만드는 단계이다.

내경을 절삭 가공하는 것은 내외경을 모두 단조 가공하면 내외경의 상호 동심도가 요구수준에 도달하는지 그 여부를 판단하기 위한 기준을 설정하기 어렵고, 더욱이 단조성형은 치수의 정밀도가 절삭 공보다 상대적으로 낮기 때문에 절삭가공을 통하여 미리 내경을 아웃터레이스가 요구하는 적정의 치수로 선 가공하고, 외치만을 단조 성형하여 아웃터레이스의 내외치 간의 치수정밀도를 유지하기 위함이다.

(6) 내치 브로치가공단계(S600)

내경이 절삭된 소재의 내경을 브로치 툴에 의해 절삭 가공하는 단계이다.

내경을 브로치 툴에 의해 절삭 가공하는 것은 통상적으로 널리 실시하고 있는 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이 외치를 단조 성형함에 있어서 외치는 열간 단조법과 냉간 단조법을 혼합한 복합단조법을 적용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 열간 단조는 성형이 쉽고, 성형간에 크랙이 발생할 소지를 줄여주기 때문에 초기 제품 형상을 잡는데에 유리한 장점이 있으나, 치수가 불안정하여 정밀 결합을 요하는 부분에는 바람직하지 못하고, 냉간 단조는 성형이 어려운 단점이 있음에도, 성형되는 면이 매끄럽고 치수가 안정되는 장점이 있으므로, 외치의 형상을 잡는 초기 단조시에 열간 단조를 사용하고 마무리를 냉간 단조하여 제품의 성형이 쉬우면서도 치수정밀도가 높다.

한편, 본 발명의 단조 성형을 위해 적용되는 장치는 당업자가 용이하게 실시하기 위해 다양한 다이세트, 설비 중 어느 하나를 적용 실시할 수 있는 것이므로, 본 발명에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하에서는 상기 제조방법를 이용해 제조되는 아웃터레이스에 대해 설명하기로 한다.

아웃터레이스는 도 2 내지 도 4에서와 같이 원형의 링베이스(10)의 내, 외경에 각각 내치(11)외 외치(12)가 형성되는데, 이러한 외치는 절삭가공이 아닌 단조성형되어 도 4에서와 같은 테이퍼부(A)가 형성된다.

링베이스(10)의 내외경에 각각 내외치(11, 12)를 형성하는 것은 절삭가공으로도 가능한 것이나, 본 발명에서와 같이 그 외치형의 양측변에 경사진 테이퍼부(A)를 동시에 형성하는 것을 절삭가공방법으로는 기술적으로 한계가 따른다.

이러한 테이퍼부(A)는 원웨이 클러치 내의 상대부품에 형성된 테이퍼의 각도에 준하는 정도의 테이퍼로서 이를 통해 상대부품과의 정밀하게 결합된다.

도 1은 본 발명에 따른 원웨이 클러치용 아웃터레이스의 제조방법을 보인 순서도,

도 2는 본 발명에 따른 원웨이 클러치용 아웃터레이스를 보인 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 원웨이 클러치용 아웃터레이스를 보인 측면도

도 4는 본 발명에 따른 원웨이 클러치용 아웃터레이스의 단면도이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

10: 링베이스 11: 내치

12: 외치 A: 테이퍼부

Claims (4)

1. 자동변속기에 사용되는 원웨이 클러치용 아웃터레이스의 제조방법에 있어서,

   고탄소강의 소재를 준비 및 선별하는 재료 준비단계(S100)와;

   준비된 소재를 단조에 적합하도록 연화시키는 열처리단계(S200)와;

   열처리된 소재의 표면에 윤활제를 도포하는 윤활처리단계(S300)와;

   윤활처리된 소재의 외치를 단조 성형하는 외치성형단계(S400)와;

   외치 성형된 소재의 내경을 절삭하는 내경절삭단계(S500)와;

   내경절삭된 소재의 내치를 절삭 가공하는 내치 브로치가공단계(S600)로 구성된 것을 특징으로 하는 원웨이 클러치용 아웃터레이스의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 열처리단계는 소재를 노멀라이징 후 구상화 소둔열처리 하여 연속로에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 원웨이 클러치용 아웃터레이스의 제조방법.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 열처리단계는 900~970℃의 온도로 4~6시간 노멀라이징되고, 연속적으로 754℃의 온도로 7~8시간 소둔열처리되는 것을 특징으로 하는 원웨이 클러치용 아웃 터레이스의 제조방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 외치 형성단계에 있어서 외치는 열간과 냉간을 혼합한 복합단조에 의해 가공되는 것을 특징으로 하는 원웨이 클러치용 아웃터레이스의 제조방법.

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