KR20110045311A - 자동차용 조향 조인트 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

샤프트조인트와 파이프조인트의 일측에 각각 형성되는 요크부를 샤프트조인트 및 파이프조인트와 일체형으로 냉간다단 단조공정으로 제조하여 제품의 안전성을 높인 자동차용 조향 조인트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 자동차용 조향 조인트 제조방법은, 준비된 소재를 샤프트조인트용 다이스에 삽입하고 펀치로 가압 소성 변형시켜 샤프트부와 요크부를 일체형으로 성형하는 샤프트조인트 성형공정; 상기 샤프트조인트 샤프트부의 외주면에 스플라인을 성형하는 공정; 상기 샤프트조인트 요크부의 선단을 고르게 하여주는 노칭공정; 상기 샤프트조인트의 요크부에 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결하기 위하여 연결홀을 가공하는 홀 가공공정; 준비된 또 다른 소재를 파이프조인트용 다이스에 삽입하고 펀치로 가압 소성 변형시켜 상기 샤프트부가 삽입되는 파이프부와 요크부를 일체형으로 성형하는 파이프조인트 성형공정; 상기 샤프트조인트 샤프트부가 통과할 수 있도록 상기 파이프조인트 파이프부 내부에 관통홀을 가공하는 공정; 상기 샤프트조인트 샤프트부에 형성된 스플라인과 맞물릴 수 있도록 상기 파이프조인트 파이프부의 내측에 다른 스플라인을 성형하는 공정; 상기 파이프조인트 요크부의 선단부를 고르게 라운드 형태로 처리하는 노칭공정; 상기 샤프트조인트가 삽입된 파이프조인트를 피고정체에 고정할 수 있도록 파이프조인트 파이프부의 외주면에 고정홈을 형성하는 공정; 상기 성형된 파이프조인트의 요크부에 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결하기 위하여 연결홀을 가공하는 홀 가공공정; 상기 각각 제조된 샤프트조인트의 샤프트부를 파이프조인트의 파이프부에 삽입하여 완성된 조향 조인트의 형태를 갖도록 하는 조립공정을 포함되는 자동차용 조향 조인트 제조방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 스티어링 컬럼과 연결되도록 이루어진 요크부 및 샤프트부가 일체로 이루어지면서 샤프트부 외주면에 스플라인이 형성된 샤프트조인트; 상기 샤프트조인트의 샤프트부가 내부로 슬라이드 이동 가능하게 치차 결합되도록 다른 스플라인이 형성된 파이프부 및 이 파이프에서 연장되어 기어박스와 연결되는 다른 요크부를 갖는 파이프조인트; 를 포함하고 상기 샤프트부에 형성된 스플라인 외측 면에는 윤활작용을 위하여 피막층이 형성된 자동차용 조향 조인트를 제공한다.

냉간다단단조, 조향조인트,샤프트조인트,파이프조인트,요크부,피막층

Description

자동차용 조향 조인트 및 그 제조방법{STEERING JOINT FOR VEHICLE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 자동차용 조향 조인트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장축의 샤프트조인트와 파이프조인트의 일측에 각각 형성되는 요크부를 샤프트조인트 및 파이프조인트와 일체형으로 각각 형성하여 제품의 안전성을 높인 자동차용 조향 조인트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 운전자가 차량의 진행방향을 임의로 바꾸기 위하여 조향장치가 제공된다. 이 조향장치는 운전석 전방에 설치되어 운전자의 조작에 의해 차량의 진행방향을 바꾸기 위한 스티어링 휠과, 상기 스티어링 휠의 하부에 설치되는 스티어링 컬럼과, 상기 스티어링 휠의 회전운동을 직진운동으로 전환시킴과 동시에 조향력을 증대시켜 타이어의 방향을 변경시키는 기어박스와, 상기 스티어링 컬럼에 전달된 회전력을 기어박스로 전달하기 위한 조향 조인트 어셈블리를 포함한다.

상기 조향 조인트 어셈블리는, 샤프트조인트와, 이 샤프트조인트에 슬라이드 이동 가능하도록 조립되는 파이프조인트로 구성된다.

상기 샤프트조인트의 외주면 길이방향으로는 기어가 형성되고, 파이프조인트의 내주면 에는 상기 기어와 대응되는 스플라인이 가공되어, 샤프트조인트는 파이프조인트에 치차 결합으로 연결된 상태로 슬라이드 이동할 수 있도록 되어있다.

그리고 샤프트조인트와 파이프조인트의 각 단부에는 요크부가 각각 연결되어, 하나의 요크부는 상기 스티어링 컬럼에 결합되고, 다른 하나의 요크부는 상기 기어박스에 결합된다.

상기와 같은 조향 조인트 어셈블리는, 샤프트조인트와 파이프조인트 및 각각의 요크부를 제작한 후, 이들 요크부를 샤프트조인트와 파이프조인트에 각각 용접으로 연결하여 제작하게 된다.

이러한 종래의 조향 조인트 어셈블리 중에서 실용신안 제 172612호의 조향 중간축 조립체는 조향 중간축의 중심축부 일단부에 슬립 이음 되는 중공축부와 조인트의 요크가 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하고 있으며, 실용신안 제 273958호의 인터미디트 조향축은 인터미디트 축부의 양끝단에 조향축 및 조향기어와 굴절상태로 결합되기 위한 요크부가 각각 구비되는 인터미디트 조향축에 있어서 상기 인터미디트 축부와 상기 요크부는 냉간단조에 의해 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.

이러한 종래 기술은 기계 및 부품 제조분야에서 널리 이용되어 오는 기술로서 제조되는 부품은 일체형으로 제조될 수밖에 없는 기술이나 다단단조공정이 아닌 프레스를 이용한 단일 단조공정으로서 제작되고 있고, 이렇게 단일 단조공정으로 제품을 제작할 경우 제품의 변형량이 많기 때문에 프레스에서의 느린 가압에 의하 여 성형속도가 매우 느린 단점이 있다.

또 공개특허 특2000-0058458의 경우 이러한 단일 단조공정을 여러 개 나열하여 복합단조를 하는 경우도 있으나 다수의 프레스가 필요하며 프레스간 공정이동도 어려운 단점이 있다.

또한 이러한 단일 단조공정의 냉간단조 기술은 냉간단조 전후의 성형 변화율이 클 경우 미성형 또는 성형이 이루어지지 않는 단점을 가지고 있고, 비대칭의 요크부를 개략적으로 성형한 후 몸통부 내부의 세레이션 형상을 절삭 가공하여 사용하여 왔다.

그러나 이와 같은 종래의 단일단조공정으로 제조한 조향 조인트는, 큰 성형변화율에 의하여 금속 내부에 존재하는 단류선을 단락시킴으로서 소재의 강도를 매우 낮추어 금속의 크랙(Crack) 및 크립(Creep) 현상을 초래하고 이 부위에서 파손을 유발하여 운전자의 안전성을 유지 하지 못하며 생산성이 떨어짐으로 매우 높은 제조원가가 소요된다.

또한 종래의 자동차용 조향 조인트는, 샤프트조인트와 파이프조인트에 각각의 요크부를 용접으로 연결하여 제조하게 되므로, 용접 시 발생되는 열에 의하여 소재의 특성이 변하여 강도가 낮아지고, 이로 인하여 제품의 안전성 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 샤프트조인트와 파이프조인트의 일측에 각각 제공되는 요크부를 일체형으로 형성하여 제품의 안전성과 신뢰성을 높이면서 용접공정이 필요 없고, 다단단조공정에 의하여 하나의 제품을 수초 안에 제조할 수 있어 생산성을 높이고 제조비용을 낮출 수 있는 자동차용 조향 조인트 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

또한 본 발명은 한기의 냉간다단단조 설비를 이용하여 샤프트조인트와 파이프조인트의 제조공정이 동시에 이루어지는 냉간다단단조 공정에 의하여 1행정마다 하나의 샤프트조인트 및 파이프조인트를 제조할 수 있는 자동차용 조향 조인트 제조방법을 제공하는데 있다.

또한 본 발명은 파이프조인트 내부에 스플라인을 성형할 때 스플라인의 뒤틀림현상을 방지할 수 있는 교정공정을 행하여 조향 조인트의 정밀성을 향상시켜 조향장치로부터 운전자에게 전달되는 소음과 진동을 줄일 수 있는 자동차용 조향 조인트 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 제안하는 자동차용 조향 조인트 및 그 제조방법은,

준비된 소재를 샤프트조인트용 다이스에 삽입하고 펀치로 가압 소성 변형시켜 샤프트부와 요크부를 일체형으로 성형하는 샤프트조인트 성형공정; 상기 샤프트 조인트 샤프트부의 외주면에 스플라인을 성형하는 공정; 상기 샤프트조인트 요크부의 선단을 고르게 하여주는 노칭공정; 상기 샤프트조인트의 요크부에 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결하기 위하여 연결홀을 가공하는 홀 가공공정; 준비된 또 다른 소재를 파이프조인트용 다이스에 삽입하고 펀치로 가압 소성 변형시켜 상기 샤프트부가 삽입되는 파이프부와 요크부를 일체형으로 성형하는 파이프조인트 성형공정; 상기 샤프트조인트 샤프트부가 통과할 수 있도록 상기 파이프조인트 파이프부 내부에 관통홀을 가공하는 공정; 상기 샤프트조인트 샤프트부에 형성된 스플라인과 맞물릴 수 있도록 상기 파이프조인트 파이프부의 내측에 다른 스플라인을 성형하는 공정; 상기 파이프조인트 요크부의 선단부를 고르게 라운드 형태로 처리하는 노칭공정; 상기 샤프트조인트가 삽입된 파이프조인트를 피고정체에 고정할 수 있도록 파이프조인트 파이프부의 외주면에 고정홈을 형성하는 공정; 상기 성형된 파이프조인트의 요크부에 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결하기 위하여 연결홀을 가공하는 홀 가공공정; 상기 각각 제조된 샤프트조인트의 샤프트부를 파이프조인트의 파이프부에 삽입하여 완성된 조향 조인트의 형태를 갖도록 하는 조립공정을 포함되는 자동차용 조향 조인트 제조방법을 제공한다.

상기 조립공정을 제외한 모든 공정은 서로 마주보는 방향으로 나란히 설치된 다이스와 순차 이송다이로 이루어진 펀치부들이 동시에 작동하면서 1행정마다 완전한 하나의 샤프트조인트 및 파이프조인트가 각각 제조된다.

상기 샤프트조인트 샤프트부에 스플라인을 성공하는 공정 후에는 성형된 스플라인의 외측면에 박막의 피막을 형성하는 피막처리공정을 더 행한다.

상기 파이프조인트의 요크부와 샤프트조인트의 요크부의 성형공정은 1차공정을 통하여 V자 형태로 성형한 다음 2차공정으로 U자 형태로 성형하여 완성한다.

상기 파이프조인트의 파이프부 내측에 스플라인 성형공정이 완료된 후 성형된 스플라인을 교정하기 위한 교정공정이 더 행하여진다.

또한 본 발명은, 스티어링 컬럼과 연결되도록 이루어진 요크부 및 샤프트부가 일체로 이루어지면서 샤프트부 외주면에 스플라인이 형성된 샤프트조인트; 상기 샤프트조인트의 샤프트부가 내부로 슬라이드 이동 가능하게 치차 결합되도록 다른 스플라인이 형성된 파이프부 및 이 파이프에서 연장되어 기어박스와 연결되는 다른 요크부를 갖는 파이프조인트; 를 포함하고 상기 샤프트부에 형성된 스플라인 외측면에는 윤활작용을 위하여 피막층이 형성된 자동차용 조향 조인트를 제공한다.

상기 피막층은 플라스틱으로 이루어지고, 상기 파이프조인트의 일측단 요크부 사이에는 샤프트조인트가 통과할 수 있도록 관통홀이 형성된다.

본 발명에 의한 자동차용 조향 조인트 제조방법은, 하나의 냉간다단 단조설비에서 요크부가 일체로 성형된 샤프트조인트 및 파이프조인트의 제조공정이 한 번에 이루어져 1행정마다 완전한 하나의 샤프트조인트 및 파이프조인트가 제조되므로 종래의 단일 단조공정과 비교하여 제품의 안전성과 신뢰성을 높일 수 있으며, 생산성을 높이고 원가를 절감할 수 있다.

이와 아울러 요크부의 용접공정을 행하지 않아도 되므로 소재의 특성이 변하지 않아 종래에 비하여 조향 조인트의 강도를 높일 수 있고, 제조를 빠르게 할 수 있으므로 그 만큼 제조비용을 낮출 수 있다.

또한 파이프조인트 내부에 스플라인을 성형할 때 이 스플라인의 뒤틀림현상을 방지할 수 있는 교정공정을 행하여 조향 조인트의 정밀성을 향상시킬 수 있으므로 조향장치로부터 운전자에게 전달되는 소음과 진동을 줄일 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 자동차용 조향 조인트의 제조방법을 설명하기 위하여 조향 조인트를 구성하는 샤프트조인트가 제조되는 과정을 나타내는 도면으로서, 본 발명의 자동차용 조향 조인트를 구성하는 샤프트조인트는 냉간다단단조 기술로서 제조되는데, 이를 위하여 먼저 도 1a에서와 같이 원소재 절단공정을 통하여 소정의 외경을 갖는 원재료를 소정의 길이로 절단하여 소재(M)를 마련한다.

상기 소재(M)의 절단은 원소재를 냉간다단 단조장비에 투입하여 원형으로 감겨져 있는 원소재를 포마기 압연공급부에서 직선으로 평활하게 하여 공급하면서, 그 단부가 스토퍼에 접촉되면, 커팅 나이프가 작동하면서 일정길이의 소재를 절단하는 통상적인 방법으로 이루어질 수 있다.

이러한 절단공정시 절단된 소재(M)는 제조하려는 샤프트조인트의 길이 및 체적과 펀치부의 작용으로 압축되는 비율을 정확히 계산하여 절단 길이를 미리 결정한 후 진행된다.

이렇게 소재(M)가 마련되면, 이 소재(M)를 도시되지 않은 이송장치에 의하여 순차적으로 설치된 다이스를 차례로 이동하면서 이들 각각의 다이스와 대응되는 방향으로 설치된 펀치로 소재(M)를 가압 소성 변형시켜, 도 1b 내지 도 1d에서와 같이 샤프트부와 요크부를 일체형으로 성형하는 샤프트조인트 성형공정을 행한다.

상기 샤프트조인트 성형공정은, 절단된 소재(M)가 마련되면, 이 소재(M)를 단조로 업세팅하여 샤프트부(100)로 성형될 부분과, 요크부(200)로 성형될 부분을 개략적인 모양으로 성형하는 제1공정(도 1b참조)과, 상기 요크부(200)로 성형될 부분을 업세팅으로 예비 성형하는 제2공정(도 1c참조)과, 상기 요크부(200)로 성형될 부분을 펀치 핀으로 가압하여 양측이 개방부로 이루어진 일정 깊이의 브이(V)자 홈(210)을 형성하면서 그 양측으로 서로 대향되는 요크부(200)를 성형하는 제3공정(도 1d참조)과, 스파이더 장착시 상대되는 조인트의 간섭을 피하기 위한 상기 브이자홈(210)을 유자(U)홈(220)으로 가압성형하면서, 이와 함께 이어홀 가공의 위치 및 스파이더 장착시 상대되는 조인트의 간섭을 피하기 위하여 요크부(200) 내측면에 소정의 라운드 형태의 홈(230)을 성형하는 제4공정(도 1e참조)과, 양측이 개방부로 이루어진 일정 깊이의 유자홈(220)을 더욱 라운드지게 성형하면서 그 양측으로 서로 대향되는 요크부(200)의 선단부 높이를 동일하게 성형하는 제5공정(도 1f참조)과, 상기 1공정(도 1b참조)에서 샤프트부(100)로 성형된 부분에 이 샤프트부와 평행한 방향으로 샤프트부의 원주방향을 따라서 스플라인(110)을 형성하는 제6공정(도 1g참조)으로 이루어질 수 있다.

여기서 상기 제3공정(도 1d참조)의 브이자 홈(210)을 성형하는 과정에서 브이자 홈(210)의 성형각도는 120-130도가 좋으며 가장 좋은 각도는 126도이다. 그 이유는 브이자 홈(210)의 성형각도가 120도 이하이면 성형 후 금속자체의 탄성 복원력에 의하여 요크부(200)가 오므라드는 현상이 발생하고, 브이자 홈(210)의 성형각도가 130도 이상이면 성형부하에 의하여 펀치 핀의 수명이 단축된다.

또한 브이자 홈(210)의 좌우측 끝부분은 2R 이상의 냉간다단단조에서 성형되는 곡률반경이 필요하며, 만약 2R 이하로 될 경우 성형 시 요크부(200)에 금속의 단류선이 파괴된다. 즉, 각으로 꺾이게 되면 꺾이는 지점부터 파괴가 발생한다.

또한 제3공정(도 1d참조)을 행할 때 상기 샤프트조인트의 요크부(200) 하부 외측면도 브이자 홈(210)과 같이 브이자 형태로 성형하고, 계속하여 제4공정(도 1e참조)에서 요크부(200)의 내부면을 유자(U)홈(220)으로 성형하면서 그 외부면도 유자(U) 형태로 성형하는데, 이러한 공정을 통하여 다이스(금형)내에서 요크부분을 성형하는 힘의 분산을 최적으로 분산하여 단조성형의 취약부분을 없애고 성형성을 증가시키게 된다.

또한 요크부(200)를 성형하는 제3공정 내지 제6공정(도 1d 내지 도 1g참조) 에서는 도 1h 및 도 1i에서와 같이 다이스(D)와 초경(H)으로 분리된 금형을 이용하여 성형하게 되는데, 도 1h와 같이 초경(H)이 다이스(D) 외부로 위치한 상태에서 도 1i와 같이 초경(H)이 금형의 역할을 하는 다이스(D) 내부로 이동하면서 요크부(200)를 열압축하며 성형하는 수직분할 형태의 금형으로 성형하게 되는데, 이로 인하여 다이스(금형)(D)의 수명을 향상시킬 수 있다.

상기 샤프드부(100)의 외주면에 스플라인(110)을 성형하는 제6공정(도 1g참조)에서는 금형의 내부에 암수 반대가 되는 스플라인형태로 가공된 다이스를 사용 하여 스플라인을 성형하며, 이때 스플라인 성형금형 초입부의 각도는 100-120도가 적합하며 110도가 가장 최적이다. 성형금형 초입부의 각도가 100도 이하이거나 또는 120도 이상일 경우는 스플라인 성형시 마찰력의 급격한 상승으로 스플라인 금형에 소재가 고착되거나 성형이 정밀하게 되지 않는 경우가 발생할 수 있다.

이렇게 성형된 샤프트조인트(S)는, 도 1g에서와 같이 샤프트부(100)와 요크부(200)는 일체형으로 이루어지면서, 요크부(200)는 양측면이 개방된 유자홈(220)의 양면으로 서로 대향되는 구조를 갖는다.

이렇게 냉간다단단조에 의하여 샤프트조인트(S)가 성형되면, 요크부(200)의 선단부는 면이 고르지 못하고, 또 여기에 스파이더와 같은 다른 조인트가 연결되므로 프레스 등으로 노칭공정을 행하여 도 2에서와 같이 요크부(200)의 선단부를 고르게 라운드면(240)으로 처리하는 단계를 갖는다.

이러한 노칭공정은 요크부(200)의 꼭짓점(선단부)이 좌우 대칭이 되어야 하며 유자홈(220) 하단부에서 노칭부의 꼭짓점의 높이가 동일하여야 한다.

이는 노칭공정 후 노칭부의 요크부(200)의 꼭짓점이 모든 성형공정의 기준점이 되기 때문에 꼭지점이 좌우 대칭이 되지 않을 경우 이후의 가공이 틀어지거나 꼭짓점의 높이가 동일하지 못할 경우 샤프트조인트(S)를 정확하게 가공할 수 없다.

상기 노칭공정이 완료되면, 도 3에 도시된 바와 같이 성형된 샤프트부(100)의 외측에 스플라인(110)의 수직방향으로 절단면으로서 지지홈(120)를 성형하는 공정을 행한다.

이와 같은 지지홈(120) 성형공정이 완료되면, 윤활작용을 위하여 스플라 인(110)의 외측면에 플라스틱류 등으로 얇게 피막처리 하여 피막층(125)을 형성할 수 있는데, 이러한 피막처리 공정을 행할 경우 피막층(125)이 빠지지 않도록 샤프트부의 스플라인(110)을 절삭 가공하여 지지홈(120)을 형성하는 공정을 행한다.

이와 같이 스플라인(110)에 피막층(125)을 성형하는 공정이 완료되면, 도 4와 같이 샤프트부(100) 절삭하여 자동차 부품을 경량화 시키기 위한 샤프트절삭부(130)를 가공하는 공정을 수행할 수도 있다.

이렇게 샤프트부 절삭공정이 완료도면 샤프트조인트의 요크부(200)에 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결하기 위하여, 도 5에서와 같이 요크부(200)에 연결홀(250)을 뚫는 홀 가공공정을 행한다. 연결홀(250)은 스파이더와 다른 조인트를 연결하고 회전 작동을 하는 기능을 하며, 타원형으로 성형될 경우 회전 작동이 되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 것을 방지하고자 요크부(200)에 연결홀(250)을 뚫는 홀 가공공정을 행하게 되는데, 이러한 공정은 드릴에 의한 1차 가공 및 리머에 의한 2차 정밀 가공을 수행하여 성형할 수 있다.

또한 이 연결홀(250)은 연결홀 단면의 조도가 거칠 경우 조향장치의 작동성능에 문제가 발생할 수 있어 높은 조도를 요구한다. 이때 리머의 2차 정밀 가공은 조도를 향상 시킬 수 있는 방법이다. 그리고 이러한 공정이 완료된 후에는 연결홀(250) 양쪽면의 거친 부분을 절삭도구로 제거하는 공정을 더욱 행할 수도 있다.

한편, 상기와 같은 샤프트조인트(S)에 조립되는 파이프조인트의 제조는 상기 에서와 같이 냉간다단단조 기술로서 제조되는데, 파이프조인트의 제조를 위하여 먼저 도 6a에서와 같이 원소재 절단공정을 통하여 소정의 외경을 갖는 원재료를 소정 의 길이로 절단하여 소재(M')를 마련한다.

상기 소재(M')의 절단은 원소재를 포마기에 투입하여 원형으로 감겨져 있는 원소재를 포마기 압연공급부에서 직선으로 평활하게 하여 공급하면서, 그 단부가 스토퍼에 접촉되면, 커팅 나이프가 작동하면서 일정길이의 소재를 절단하는 통상적인 방법으로 이루어질 수 있다.

이러한 절단공정시 절단된 소재(M')는 제조하려는 파이프조인트의 길이 및 체적과 펀치부의 작용으로 압축되는 비율을 정확히 계산하여 절단 길이를 미리 결정한 후 진행된다.

이렇게 소재(M')가 마련되면, 이 소재(M')를 도시되지 않은 이송장치에 의하여 순차적으로 설치된 다수개의 다이스를 차례로 이동하면서 이들 각각의 다이스와 대응되는 방향으로 설치된 다수개의 펀치로 소재(M')를 가압 소성 변형시켜, 도 6b 내지 도 6g에서와 같이 파이프부와 요크부를 일체형으로 성형하는 파이프조인트의 냉간다단단조 기술에 의한 성형공정을 행한다.

상기 파이프조인트 성형공정은, 절단된 소재(M')가 마련되면 파이프부(300)에 관통홀이 성형되는 부분인 중심자리면(310)을 각각 형성하는 제1공정(도 6b참조)과, 상기 중심자리면(310)을 관통하여 절단된 소재의 내부에 관통공(320)을 형성하는 제2공정(도 6c참조)과, 소재의 절반수준의 관통공(320)을 요크부(400)로 성형되어질 소재부분을 제외하고 더욱 깊은 관통공으로 연장 성형하는 제3공정(도 6d참조)과. 상기 요크부(400)로 성형될 부분을 펀치 핀으로 가압하여 양측이 개방부로 이루어진 일정 깊이의 브이(V)자 형상의 홈(410)을 형성하면서 그 양측으로 서 로 대향되는 요크부(420)를 성형하면서, 이와 아울러 스파이더 장착시 상대되는 조인트의 간섭을 피하기 위하여 요크부(420)의 내측면 상단에 라운드 형태의 홈(430)을 각각 성형하는 제4공정(도 6e참조)과, 상기 브이자 형상의 홈(410)을 유자(U)홈(440)으로 가압성형하면서, 양측으로 서로 대향되는 요크부(420)의 선단부 길이를 동일하게 조절하여 성형하는 제5공정(도 6f 참조)과, 상기 파이프부(300)에 형성된 내경홀(320)과 연결된 관통공(330)을 형성하여 파이프부(300) 내부에 관통된 홀을 형성하고, 내경홀(320)의 스플라인이 형성될 부분을 소정의 내경으로 축관 하는 제6공정(도 6g참조)으로 이루어질 수 있다.

도 6e에서와 같이 요크부(420) 분할시 가압하는 펀치는 성형되는 브이자 홈 형상(410)과 대응되는 형상으로 이루어지고, 다단구조의 브이자 펀치로 이루어진다. 이때 브이자 형상 홈(410)의 제1단(A)각도는 140-150도로 성형될 수 있으며 142도에서 가장 최적이다. 그 이유는 브이자 홈(410)의 제1단(A) 각도를 140도 이하로 성형하면 요크부(420)의 분할이 쉬우나 요크부(420)외 인접하는 내경 부위가 변형하기 어렵고, 브이자 홈(410)의 제1단(A)각도를 150도 이상으로 성형하면 요크부(420)의 성형이 어렵다.

이러한 브이자 홈(410)의 좌우에 형성된 제2단(B)은 그 각도가 줄어 60-70도의 각도로 이루어지며 63도가 최적이다. 이때 제2단(B)의 각이 꺾이는 부위는 2R 이상의 냉간다단단조에서 성형되는 곡률반경이 필요하며, 만약 2R 이하로 될 경우 요크부(420)에 금속의 단류선이 파괴된다. 즉, 각으로 꺾이게 되면 꺾이는 지점부터 파괴가 발생한다.

그리고 제4공정(도 6e참조)을 행할 때 상기 파이프조인트의 요크부(420) 하부 외측면도 브이자 홈(410)과 같이 브이자 형태로 성형하고, 계속하여 제5공정(도 6f참조)에서 요크부(420)의 내부면을 유자(U)홈(440)으로 성형하면서 그 외부면도 유자(U) 형태로 성형하는데, 이러한 공정을 통하여 다이스(금형)내에서 요크부분을 성형하는 힘의 분산을 최적으로 분산하여 단조성형의 취약부분을 없애고 성형성을 증가시키게 된다.

또한 요크부(420)를 성형하는 제4공정 내지 제6공정(도 6e 내지 도 6g참조) 에서는 도 6h 및 도 6i에서와 같이 다이스(D)와 초경(H)으로 분리된 금형을 이용하여 성형하게 되는데, 도 6h와 같이 초경(H)이 다이스(D) 외부로 위치한 상태에서 도 6i와 같이 초경(H)이 금형의 역할을 하는 다이스(D) 내부로 이동하면서 요크부(420)를 열압축하며 성형하는 수직분할 형태의 금형으로 성형하게 되는데, 이로 인하여 다이스(금형)(D)의 수명을 향상시킬 수 있다.

이렇게 냉간다단 단조공정으로 성형되는 파이프조인트는 도 6g에서와 같이 파이프부(300)와 요크부(420)는 일체형으로 이루어지며 성형되면서, 파이프부(300)의 내부에는 내경홀(320)과 연결된 관통공(330)이 성형되어 파이프부(300)의 내부는 관통된 형상으로 이루어지고, 요크부(420)는 개방된 홈(420)의 양면으로 서로 대향되는 구조를 갖는다.

이렇게 파이프부(300) 내부가 관통되면 파이프조인트와 샤프트조인트를 차량에 설치하였을 때 예를 들어 사고가 발생하면 샤프트조인트(S)가 이들 홀(320)(330)을 통과하여 운전대가 운전자에게 접촉하여 타격을 주는 위험성을 감 소시킨다.

이러한 공정이 완료된 다음에는 샤프트조인트(S)의 샤프트부(100)가 상기 관통공(330) 주변에 접촉 동작에 대한 저항을 일으키지 않도록 도 7에서와 같이 관통공(330)의 내경을 크게 넓히는 공정을 통하여 확공(350)을 성형한다. 이때 유자홈(440)의 부위는 냉간다단 단조공정에서 선단이 고르지 못한 버(Burr)가 발생하므로 디버링 가공공정을 동시에 행할 수 있다.

상기와 같은 공정이 완료되면, 도 8에 도시된 바와 같이 성형된 파이프부(300)의 내경홀(320)에 상기 샤프트조인트(S)의 스플라인(110)과 대응되는 다른 스플라인(370)을 성형하는 공정을 행하면 파이프조인트(P)의 형상을 갖는다.

상기 스플라인(370) 성형은 스웨이징공법, 프레스공법, 포밍기를 이용한 성형, 전조(Rolling)공법 등을 각각 이용하여 성형할 수 있으며, 이러한 성형공법은 통상적으로 사용되는 방법이 적용될 수 있으나 정밀한 스플라인을 성형하기위하여 본 발명에서는 도 9a 및 도 9b와 같이 스플라인 핀(SP)으로 1차 성형한 다음, 치폭과 산경 및 골경을 정밀하게 성형하기 위하여 도 9d 및 도 9e와 같이 맨드릴 핀(MP)으로 2차 스플라인 정밀 가공을 행한다.

즉, 파이프조인트(P) 내부에 스플라인(370)을 형성하기 위하여 먼저 도 9a와 같이 스플라인(370)의 형상과 대응되는 형상의 성형부(M)를 갖는 핀(SP)을 금형(D)내에 구속된 파이프조인트(P)와 동일한 축선 상에 위치시킨 후, 도 9b에서와 같이 파이프조인트(P)내부로 핀(SP)을 강제 압입하여 압출함으로써 성형부(M)와 대응되는 스플라인(370)을 파이프조인트(P) 내부에 1차로 성형한다.

상기와 같이 스플라인(370)이 형성된 파이프조인트(P)는 단조과정에서 일반적으로 형성되는 백스프링 현상이 나타날 수 있다. 이 현상은 길이가 긴 핀을 이용하여 단조 압출성형 할 경우 소재내부에 피막이 불균일하거나 미세입자의 이물질이 있을 때 부하가 많이 받는 부분이 발생하고, 이에 따라 부하편차가 발생하여 나타난다.

자동차용 조향장치와 같은 스플라인 길이가 긴 경우는 이러한 백스프링 현상이 성형 마찰저항이 많이 발생하는 부위에서 도 9c와 같이 스플라인(370)이 트위스트 되는 현상을 나타낸다. 이는 단조공정상 필연적인 것으로 이러한 트위스트 되어있는 스플라인을 직선형으로 정밀하게 교정하기 위한 교정공정이 필요하다.

상기 스플라인(370)을 직진도가 높도록 정밀 교정하기위하여 외부에 파이프의 내경 스플라인 길이 이상의 최종적으로 성형하기 위해 도 9d와 같이 치형을 성형하기 위한 스플라인핀(SP)을 파이프조인트(P)에 넣은 상태에서 도 9e와 같이 다이스(MP)가 왕복하여 2차 교정하는 방법을 사용한다.

이를 위해서는 첫 스플라인 핀(SP)에 의한 압출의 전체적인 치형이 두 번째의 스플라인 교정을 위한 핀보다 치형과 치폭이 미세하게 커야 하며 두 번째 스플라인 교정핀(맨드릴핀)(MP)은 아무런 마찰저항 없이 스플라인(370)을 직진도가 높도록 교정하기 위한 파이프조인트(P) 내에 삽입되어야 한다.

이러한 스플라인 성형방법은 단조에 의한 금속의 압출방법과 맨드릴 삽입 후에 금형의 다이스가 왕복하여 맨드릴핀의 형상 그대로 교정하는 방법으로서 앞서 이야기 했던 백스프링 현상에 의한 미세한 트위스트(뒤틀림)를 정밀하게 교정할 수 있다. 이와 같은 공정을 통하여 파이프조인트(P)에 형성된 스플라인(370)은 도 9f에 도시된 바와 같이 직선으로 교정된다.

또한 스플라인을 성형할 경우에는, 성형방법이 금형에 의한 압출공법으로서 마찰력에 의한 소착이 발생되므로 소재에 직접 피막처리(윤활처리)를 하거나 소재의 경도가 높은 경우 열처리(어닐링, 소둔)를 한 다음, 표면에 피막처리(윤활처리)를 하여 성형할 수 있다.

상기와 같은 공정이 완료되면, 파이프조인트(P)의 요크부(420) 선단부는 면이 고르지 못하고, 또 여기에 스파이더와 같은 다른 조인트가 연결되므로, 프레스 등으로 노칭공정을 행하여 도 10에서와 같이 요크부(420)의 선단부를 고르게 라운드(450) 형태로 처리하는 단계를 행하는데, 이 단계는 도 2에서와 같은 동일한 공정으로 이루어질 수 있다.

이러한 노칭공정은 샤프트조인트와 마찬가지로 꼭짓점이 좌우 대칭이 되어야 하며 유자홈 하단부에서 노칭부의 꼭짓점(선단부)의 높이가 동일하여야 한다.

이는 노칭공정 후 노칭부의 꼭짓점이 모든 성형공정의 기준점이 되기 때문에 꼭짓점이 좌우 대칭이 되지 않을 경우 이후의 가공이 틀어지거나 꼭짓점의 높이가 동일하지 못할 경우 파이프조인트 가공시 기울어지게 된다.

이와 같은 노칭 및 디버링 성형공정이 완료되면 파이프조인트(P)의 제조가 완료되는데, 이러한 것을 다른 공정을 통하여 제조된 샤프트조인트(S)와 조립하여 사용할 수도 있지만, 조향 조인트를 피고정체에 고정할 수 있도록 도 11에서와 같이 파이프조인트(P)의 파이프부(300) 외주면에 고정홈(380)을 형성하는 고정홈 가 공공정을 더욱 행할 수도 있다. 상기 고정홈(380)의 가공은 통상적인 절삭가공으로 이루어질 수 있다.

이렇게 파이프조인트(P)가 성형되면, 파이프조인트(P)의 요크부(420)에 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결하기 위하여, 도 12에서와 같이 요크부(420)에 연결홀(460)을 뚫는 홀 가공공정을 행한다. 상기 연결홀(460)의 가공은 드릴 및 리머 등의 절삭도구를 이용할 수 도 있으나 프레스를 이용하여 천공하는 가공방법을 이용하여 형성할 수도 있다.

상기와 같이 샤프트조인트(S)와 파이프조인트(P)가 각각 제조되면, 도 13에서와 같이 샤프트조인트(S)를 파이프조인트(P)의 내측으로 삽입하여 조립하게 되는데, 이렇게 조립된 조향 조인트는 샤프트조인트(S)의 스플라인(110)과 파이프조인트(P)의 스플라인(370)이 슬라이드 이동 가능하도록 치차 결합된 구조를 갖는다.

그리고 이렇게 조립된 샤프트조인트(S)와 파이프조인트(P)로 구성된 조향 조인트의 각 요크부(200)(420)에 형성된 연결홈(250)(460)을 통하여 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결하고, 이를 자동차의 조향장치를 구성하는 스티어링 컬럼과 기어박스에 조립하여 사용하면 된다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 조향 조인트의 제조방법을 설명하기 위하여 샤프트조인트의 냉간다단 단조공정을 나타내는 도면이다.

도 2는 도 1의 공정을 통하여 제조된 샤프트조인트의 요크부 선단부에 노칭공정이 완료된 것을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 조향 조인트를 구성하는 샤프트조인트의 샤프트부에 형성된 스플라인의 외주면에 지지홈을 형성하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 자동차용 조향 조인트를 구성하는 샤프트조인트의 외부몸통절삭 가공을 수행하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 자동차용 조향 조인트를 구성하는 샤프트조인트의 요크부에 연결홀을 가공하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 자동차용 조향 조인트의 제조방법을 설명하기 위하여 파이프조인트의 냉간다단단조공정을 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 자동차용 조향 조인트의 안전성 향상을 위하여 파이프조인트에 관통홀을 확보하기 위한 관통공가공 및 확공공정이 완료된 도면이다.

도 8은 본 발명에 따른 자동차용 조향 조인트를 구성하는 파이프조인트의 파이프부의 내측에 스플라인이 성형된 것을 나타내는 도면이다.

도 9는 본 발명에 따른 자동차용 조향 조인트의 파이프조인트의 파이프부 내부에 스플라인을 성형 및 교정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 10은 본 발명에 따른 자동차용 조향 조인트를 구성하는 파이프조인트의 요크부 선단부를 라운드 형태로 처리하는 노칭가공공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 11은 본 발명에 따른 자동차용 조향 조인트를 피고정체에 고정할 수 있도록 파이프조인트의 외주면에 고정홈을 형성한 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 12는 본 발명에 따른 자동차용 조향 조인트를 구성하는 파이프조인트의 요크부에 연결홀을 가공하는 것을 설명하기 위한 도면이다.

도 13은 본 발명에 따른 자동차용 조향 조인트의 샤프트조인트와 파이프조인트가 조립된 것을 나타내는 도면이다.

Claims (13)

1. 준비된 소재를 샤프트조인트용 다이스에 삽입하고 펀치로 가압 소성 변형시켜 샤프트부와 요크부를 일체형으로 성형하는 샤프트조인트 성형공정;

   상기 샤프트조인트 샤프트부의 외주면에 스플라인을 성형하는 공정;

   상기 샤프트조인트 요크부의 선단을 고르게 하여주는 노칭공정;

   상기 샤프트조인트의 요크부에 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결하기 위하여 연결홀을 가공하는 홀 가공공정;

   준비된 또 다른 소재를 파이프조인트용 다이스에 삽입하고 펀치로 가압 소성 변형시켜 상기 샤프트부가 삽입되는 파이프부와 요크부를 일체형으로 성형하는 파이프조인트 성형공정;

   상기 샤프트조인트 샤프트부가 통과할 수 있도록 상기 파이프조인트 파이프부 내부에 관통홀을 가공하는 공정;

   상기 샤프트조인트 샤프트부에 형성된 스플라인이 맞물릴 수 있도록 상기 파이프조인트 파이프부의 내측에 스플라인을 성형하는 공정;

   상기 파이프조인트 요크부의 선단부를 고르게 라운드 형태로 처리하는 노칭공정;

   상기 샤프트조인트가 삽입된 파이프조인트를 피고정체에 고정할 수 있도록 파이프조인트 파이프부의 외주면에 고정홈을 형성하는 공정;

   상기 성형된 파이프조인트의 요크부에 스파이더와 같은 다른 조인트를 연결 하기 위하여 연결홀을 가공하는 홀 가공공정;

   상기 각각 제조된 샤프트조인트의 샤프트부를 파이프조인트의 파이프부에 삽입하여 완성된 조향 조인트의 형태를 갖도록 하는 조립공정;

   을 포함하는 자동차용 조향 조인트 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 조립공정을 제외한 모든 공정은 서로 마주보는 방향으로 나란히 설치된 다이스와 순차 이송다이로 이루어진 펀치부들이 동시에 작동하면서 1행정마다 완전한 하나의 샤프트조인트 및 파이프조인트가 각각 제조되는 자동차용 조향 조인트 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 샤프트조인트 샤프트부에 스플라인을 성공하는 공정 후에는 성형된 스플라인의 외측면에 박막의 피막을 형성하는 피막처리공정을 더 행하는 자동차용 조향 조인트 제조방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 피막처리공정 직전에는 피막이 기어에 견고하게 고정될 수 있도록 기어의 원주방향으로 홈을 절삭 가공하는 지지홈 가공공정을 더욱 행하는 자동차용 조향 조인트 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 파이프조인트의 요크부와 샤프트조인트의 요크부의 성형공정은 수직으로 분할된 금형을 이용하는 자동차용 조향 조인트 제조방법.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 파이프조인트의 요크부와 샤프트조인트의 요크부의 성형공정은 1차공정을 통하여 V자 형태로 성형한 후 2차공정으로 U자 형태로 성형하여 완성하는 자동차용 조향 조인트 제조방법.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 파이프조인트 및 사프트조인트의 요크부를 1차로 성형하는 V자 형태의 각도는 샤프트조인트는 120-130도 각도로 성형하고, 파이프조인트는 140-150도 각도로 성형하는 자동차 조향 조인트 제조방법.
8. 청구항 7에 있어서,

   상기 파이프조인트의 요크부 1차 성형시 V자 형태의 요크부 상부는 60-70도 각도로 성형하는 자동차 조향 조인트 제조방법.
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 파이프조인트의 파이프부 내측에 스플라인 성형공정이 완료된 후 성형된 스플라인을 교정하기 위한 교정공정이 더 행하여지는 자동차 조향 조인트 제조방법.
10. 청구항 9에 있어서,

    상기 교정공정은 스플라인의 치형을 교정하기 위해 고정된 교정핀(맨드릴핀)에 다이스에 지지된 파이프조인트를 왕복시켜 스플라인을 교정하는 자동차 조향 조인트 제조방법.
11. 스티어링 컬럼과 연결되도록 이루어진 요크부 및 샤프트부가 일체로 이루어지면서 샤프트부 외주면에 스플라인이 형성된 샤프트조인트;

    상기 샤프트조인트의 샤프트부가 내부로 슬라이드 이동 가능 하게 치차 결합되도록 다른 스플라인이 형성된 파이프부 및 이 파이프에서 연장되어 기어박스와 연결되는 다른 요크부를 갖는 파이프조인트;

    를 포함하고,

    상기 샤프트부에 형성된 스플라인 외측면에는 윤활작용을 위하여 피막층이 형성된 자동차용 조향 조인트.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 피막층은 플라스틱으로 이루어진 자동차용 조향 조인트.
13. 청구항 11에 있어서,

    상기 파이프조인트의 일측단 요크부 사이에는 샤프트조인트가 통과할 수 있도록 관통홀이 형성된 자동차용 조향 조인트.

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