KR20120071439A - 플로우 포밍에 의한 자동변속기용 애뉼러스 기어 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동변속기용 애뉼러스 기어(annulus gear) 제조 방법에 관한 것으로서, 통형 작업물을 제공하는 제1 단계와, 상기 통형 작업물을 맨드릴에 고정시키고 회전시키면서 통형 작업물의 외측 둘레에 제1 롤러를 접촉시켜 둘레 방향을 따라 제1 환형 오목부를 제1 플로우 포밍(flow forming) 가공하여 성형하는 제2 단계와, 상기 통형 작업물의 길이 방향에 대해서 제1 환형 오목부의 제1 경계부와 제2 경계부를 넘어선 부분에 제2 환형 오목부 및 제3 환형 오목부를 제2 플로우 포밍 가공하여 성형하는 제3 단계를 포함한다.

Description

플로우 포밍에 의한 자동변속기용 애뉼러스 기어 제조 방법{Method for Manufacturing Annulus Gear of Automatic Transmission by Flow Forming}
본 발명은 차량의 자동 변속기에 사용되는 애뉼러스 기어 제조 방법에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 플로우 포밍에 의한 자동변속기용 애뉼러스 기어 제조 방법에 관한 것이다.
차량의 자동 변속기에는 변속비를 결정하는 유성기어 세트의 캐리어의 출력기어로 내측에 치부(齒部)가 형성되어 있는 애뉼러스 기어(annulus gear)가 사용되는데 이 애뉼러스 기어를 성형하는 방법으로 여러 가지 공정이 제안되어 왔다.
한국특허출원공개 제10-2001-0100133호에는 튜브 형상의 작업물에 황삭 공정을 거친 후 황삭 공정으로 인한 잔류 응력을 제거하는 응력 제거 공정을 수행하고, 정삭 공정과 브로칭 공정을 거치는 공정이 개시되어 있다. 그러나 이러한 종래 기술에서는 부품 부위별 두께 편차기 커서 분할 성형한 후에 용접 공정을 수행해야 하는 단점이 있다.
미국특허 제7,021,171호에는 플로우 포밍(flow forming) 공정을 통한 애뉼러스 기어 제조 방법이 개시되어 있다. 이 미국특허에서는 내측 및 외측에 치형 가공이 되어 있는 환형 부재를 맨드릴(mandrel)에 장착시키고, 그 맨드릴에 블랭크(blank)를 장착한 후 블랭크에 대해 롤러로 플로우 포밍 가공을 수행하여 블랭크가 환형 부재 위로 유동하게 하여 가공하는 방법이 개시되어 있다. 이와 같은 방법에서는 환형 내치 부재와 블랭크 두 개의 부재가 필요하여 공정이 복잡하고 환형 부재와 블랭크간의 결합의 안정성도 문제가 될 수 있으며, 판형 부재를 플로우 포밍에 사용함으로써 초기 성형이 원활하지 않은 문제점이 있다.
본 발명은, 전술한 애뉼러스 기어 성형 방법의 문제점을 해결하기 위해 성형시 부품 부위별 두께 편차의 조정이 용이한 플로우 포밍 공정을 도입하여, 용접 공정 없이 빠르고 간단한 공정으로 애뉼러스 기어를 성형할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 자동변속기용 애뉼러스 기어(annulus gear) 제조 방법에 관한 것으로서, 통형 작업물을 제공하는 제1 단계와, 상기 통형 작업물을 맨드릴에 고정시키고 회전시키면서 통형 작업물의 외측 둘레에 제1 롤러를 접촉시켜 둘레 방향을 따라 제1 환형 오목부를 제1 플로우 포밍(flow forming) 가공하여 성형하는 제2 단계와, 상기 통형 작업물의 길이 방향에 대해서 제1 환형 오목부의 제1 경계부와 제2 경계부를 넘어선 부분에 제2 환형 오목부 및 제3 환형 오목부를 제2 플로우 포밍 가공하여 성형하는 제3 단계를 포함한다.
본 발명의 양호한 실시예에 의하면, 상기 제1 환형 오목부는 통형 작업물의 길이 방향 중간에 형성되며, 상기 제3 단계 후 제1 환형 오목의 길이 방향 중간을 절단하는 제4 단계를 더 포함한다.
그리고 절단된 부재에 대해서 황삭 가공 및 정삭 가공을 수행하는 제5 단계와, 상기 제1 오목부의 내측에 치부(齒部)를 가공하는 제6 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제6 단계는 브로칭(broaching) 가공으로 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면 부품 부위별 두께 편차 조정이 용이한 플로우 포밍 공정을 애뉼러스 기어 제작에 적용함으로써 용접 공정없이 복잡한 형상의 애뉼러스 기어를 제작할 수 있는 효과가 제공된다.
도 1은 전공정을 거치는 동안의 작업물 변화를 도시한 도면.
도 2는 후공정을 거치는 동안의 작업물 변화를 도시한 도면.
도 3은 1차 플로우 포밍 장비의 모식도.
도 4는 2차 플로우 포밍 장비의 모식도.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 전공정(前工程)을 거치는 동안의 작업물의 성형 과정을 도시한 도면이다. 도 3에는 전공정에 적용되는 플로우포밍 장치의 측면도가 도시되어 있다.
먼저 도 1(a)에 도시된 바와 같은 튜브 형상(통형; 筒形) 작업물(10)을 준비한다. 통형 작업물(10)은 하부 맨드릴(50)에 고정된다. 하부 맨드릴(50)의 측면에는 롤러 조립체가 제공되는데, 제1 성형 롤러(65)를 포함하는 제1 롤러 조립체(60)와, 제2 성형 롤러(75)를 포함하는 제2 롤러 조립체(70)가 제공된다. 하부 맨드릴(50) 금형의 형상은 작업물(10)의 가공 목표 형상에 상보적인 형상을 취한다.
작업물(10)이 하부 맨드릴(50)에 고정되면 작업물(10)이 회전하게 되고, 먼저 제1 성형 롤러(65)를 회전하는 작업물(10)의 측면에 접촉시켜서 통형 작업물(10)의 외측 둘레에 제1 환형 오목부(20)를 1차 플로우 포밍 가공한다. 즉 제1 성형 롤러(65)를 상하로 이동시키면서 제1 환형 오목부(20)의 중심 형상을 가공한다.
어느 정도 제1 환형 오목부(20)의 형상이 성형되면, 다음으로 제2 성형 롤러(75)를 회전하는 작업물(10)에 접촉시켜 상하로 움직이면서 2차 플로우 포밍(정밀 가공)을 수행한다. 2차 플로우 포밍 공정을 거치면 작업물(10)은 도 1(b)와 같이 제1 환형 오목부(20)가 외측 둘레를 따라서 성형된다. 제1 환형 오목부(20)는 통형 작업물(10)의 길이 방향 중간에 형성되는 것이 바람직하다.
다음으로 제2 환형 오목부(30) 및 제3 환형 오목부(40)를 각각 제1 환형 오목부(20)의 위와 아래 즉 제1 경계부와 제2 경계부를 넘어선 부분에 성형한다. 도 4에는 제2 환형 오목부(30)와 제3 환형 오목부(40)를 성형하기 위한 제3 롤러 조립체(80) 및 제4 롤러 조립체(90)가 도시되어 있다. 제3 롤러 조립체(80)에는 제3 성형 롤러(85)가, 제4 롤러 조립체(90)에는 제4 성형 롤러(95)가 제공된다. 제3 성형 롤러(85)의 상부에는 제1 성형부(87)가, 제4 성형 롤러(95)의 하부에는 제2 성형부(97)가 제공된다.
제3 성형 롤러(85)는 제2 환형 오목부(30)를, 제4 성형 롤러(95)는 제3 환형 오목부(40)를 플로우 포밍 가공한다. 즉 제3 성형 롤러(85)의 제1 성형부(87)와, 제4 성형 롤러(95)의 제2 성형부(97)가 회전하면서 각각 통형 작업물(10)의 길이 방향으로 소재를 연신시켜 각 부위별로 두께를 조정하며 플로우 포밍 성형을 수행한다. 이러한 공정을 거친 후의 작업물(10)의 형상은 도 1(c)에 도시된 바와 같다.
다음으로는 제1 환형 오목부(20)의 중간을 절단한다. 절단하면 도 1(d)에 도시된 바와 같이 애뉼러스 기어로 가공할 수 있는 두 개의 부품이 제공된다. 다음 공정은 동일하기 때문에 하나의 애뉼러스 기어 부품에 대해서만 설명하기로 한다. 이하의 공정은 일종의 후공정으로 볼 수 있다.
도 1(e)의 하나의 애뉼러스 기어 부품에는 황삭 가공과 정삭 가공을 수행하여 더 정밀한 도 2(a)의 애뉼러스 기어 부품으로 가공한다. 도 2(a)의 애뉼러스 기어 부품은 제1 부분(100)과 제2 부분(200)으로 구성된다. 제1 부분(100)에는 전술한 바와 같이 제2 환형 오목부(30)가 형성되어 있으며, 제2 부분(200)은, 제1 환형 오목부(20)의 절반으로 구성되어 있다.
도 2(a)의 애뉼러스 기어 부품의 제2 부분(200)에 대해서 브로칭(broaching) 공정을 수행한다. 브로칭 공정은 제2 부분(200)의 내측에 치부(齒部)를 성형하기 위해 수행된다. 브로칭 공정을 통해 내치가 제2 부분(200)에 성형된 상태의 작업물이 도 2(b)에 도시되어 있다. 다음으로 애뉼러스 기어 부품의 제1 부분(100)의 둘레를 따라서 소정의 간격으로 천공하는 드릴링(drilling) 공정을 수행한다. 드릴링 공정을 거친 작업물의 상태가 도 2(c)에 도시되어 있다. 도 2(c)의 작업물에 대해서 제1 부분(100)의 단부 둘레를 따라서 잠금 러그(locking lug)를 성형하기 위해 플라이 커팅(fly cutting) 공정을 수행한다. 플라이 커팅 공정을 거친 작업물은 도 2(d)에 도시되어 있다. 이와 같이 플라이 커팅을 거쳐 잠금 러그까지 형성하면, 형상적인 면에서는 애뉼러스 기어의 성형이 완료된다. 다음 공정으로 열처리를 수행하고, 열후선삭 공정을 더 수행함으로써 최종 가공 공정을 마무리한다. 애뉼러스 기어 부품의 나머지 하나에 대해서도 전술한 후공정을 수행한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 하나의 통형 작업물에 대해서 플로우 포밍 공정을 거침으로써, 부위별 두께 편차로 인한 용접 공정을 수행할 필요가 없는 효과가 있으며, 복잡한 형상도 빠르게 성형할 수 있는 장점이 제공된다.
이상 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대해서 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되며 전술한 실시예 및/또는 도면에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 그리고 특허청구범위에 기재된 발명의, 당업자에게 자명한 개량, 변경 및/또는 수정도 본 발명의 권리범위에 포함됨이 명백하게 이해되어야 한다.
10: 통형 작업물
20: 제1 환형 오목부
30: 제2 환형 오목부
40: 제3 환형 오목부

Claims (4)

  1. 자동변속기용 애뉼러스 기어(annulus gear) 제조 방법에 있어서,
    통형 작업물을 제공하는 제1 단계와,
    상기 통형 작업물을 맨드릴에 고정시키고 회전시키면서 통형 작업물의 외측 둘레에 제1 롤러를 접촉시켜 둘레 방향을 따라 제1 환형 오목부를 제1 플로우 포밍(flow forming) 가공하여 성형하는 제2 단계와,
    상기 통형 작업물의 길이 방향에 대해서 제1 환형 오목부의 제1 경계부와 제2 경계부를 넘어선 부분에 제2 환형 오목부 및 제3 환형 오목부를 제2 플로우 포밍 가공하여 성형하는 제3 단계를 포함하는,
    애뉼러스 기어 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 환형 오목부는 통형 작업물의 길이 방향 중간에 형성되며,
    상기 제3 단계 후 제1 환형 오목의 길이 방향 중간을 절단하는 제4 단계를 더 포함하는,
    애뉼러스 기어 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    절단된 부재에 대해서 황삭 가공 및 정삭 가공을 수행하는 제5 단계와,
    상기 제1 오목부의 내측에 치부(齒部)를 가공하는 제6 단계를 더 포함하는,
    애뉼러스 기어 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    제6 단계는 브로칭(broaching) 가공으로 수행되는,
    애뉼러스 기어 제조 방법.
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