KR20120106027A - 핫스탬핑 공정을 포함하는 치형 부품 제작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 동력 전달용 치형 부품의 제작 방법은, 롤-다이 공법으로 작업물에 치형을 성형하는 제1 단계와, 상기 치형이 성형된 작업물을 가열로로 이송하여 소정의 조직이 생성되도록 가열로에서 가열하는 제2 단계와, 냉각 장치가 제공되는 금형을 포함하는 프레스 장치에 의해, 상기 소정의 조직이 생성된 작업물의 프레스 가공과 냉각 공정을 수행하는 제3 단계를 포함한다.

Description

핫스탬핑 공정을 포함하는 치형 부품 제작 방법{Manufacturing Method of Toothed Component Comprising Hot-Stamping Process}
본 발명은, 차량의 동력 전달을 위한 치형 부품의 제작 방법에 관한 것으로서, 좀 더 자세하게는 핫스탬핑 공정을 포함하는 제작 방법에 관한 것이다.
차량의 변속기는 엔진의 동력을 차축에 전달하는 장치로서 엔진 동력의 차단 및 전달을 위해 클러치와 차축 사이에 설치되며 변속비에 따라 회전력과 회전속도를 변환하는 장치이다. 이러한 차량의 변속기는 하우징, 밸브 바디, 오일 펌프와 같은 외장 부품과, 클러치, 브레이크, 차동 및 유성 기어 등의 내장 부품으로 구성되어 있다. 내장 부품은 주로 동력 전달을 위한 부품이 많은데 동력 전달을 위해서 치형 부품으로 주로 구성되어 있다.
변속기에 사용되는 드럼 클러치, 허브 클러치 등의 치형 부품은 주로 호빙, 쉐이빙과 같은 기계 가공과 전조, 단조 등의 소성 가공과 용접으로 구성된 공정으로 제조되고 있다. 그런데 이러한 기계가공에 의해 제조하면 재료의 단류선 파괴로 인한 강도 저하가 야기되며, 용접에 따른 열변형으로 제품의 치수정밀도가 낮아지는 문제가 발생한다.
이러한 문제를 해소하고자 딥 드로잉(deep drawing)과 그로브(Grob) 전조 공정을 적용하기도 하지만, 이 공정 역시 소재를 회전시켜 가면서 치형부를 각각 성형시키는 그로브 공정의 특성상, 생산성 저하라는 문제를 회피하기가 어려웠다.
이에 본 출원인은 치형 부품 제작 방법으로서 롤-다이 성형 장치와 방법을 제안한 바 있으며 특허출원 제10-2010-0114272호로 출원한 바 있다. 이 방법은 금형 내부에 회전하는 롤을 삽입하여 소재를 드로잉함으로써 치형 성형을 하는 기술로서, 판재 치형부품의 공정수 저감을 통해 생산성을 획기적으로 향상하는 것이 가능하다. 또한 롤이 회전함에 따라서 소재와 금형 사이의 마찰을 줄여 성형 하중을 저감시킬 수 있고 기존의 프레스 설비를 그대로 사용할 수 있는 장점도 있다. 전술한 특허출원의 내용은 본 명세서에 일체로서 합체된다.
롤-다이 성형 방법을 적용하더라도, 동력 전달 성능을 향상시키기 위해서는 고강도의 기계적 특성이 요구되기 때문에 성형 후에는 표면 경화 열처리가 수반되어야 하며, 소음 및 진동 저감을 위해 내.외경의 동심도 및 직각도의 높은 치수정밀도가 요구된다. 또한, 치형부의 치수 공차를 최소화하여 진동을 방지해야 하고, 치형부의 두께도 균일하게 가공되어야 하는 설계 요구 조건이 있다.
본 발명은, 롤-다이 방법을 채용한 치형 부품 제작 방법에서 후속 열처리 공정을 제외시킬 수 있으며 치수 정밀도를 높일 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 동력 전달용 치형 부품의 제작 방법은, 롤-다이 공법으로 작업물에 치형을 성형하는 제1 단계와, 상기 치형이 성형된 작업물을 가열로로 이송하여 소정의 조직이 생성되도록 가열로에서 가열하는 제2 단계와, 냉각 장치가 제공되는 금형을 포함하는 프레스 장치에 의해, 상기 소정의 조직이 생성된 작업물의 프레스 가공과 냉각 공정을 수행하는 제3 단계를 포함한다.
상기 작업물은 보론강 소재로 되어 있는 것이 바람직하며, 제2 단계의 소정의 조직은 오스테나이트 조직으로 된다.
또한 상기 제3 단계는 작업물이 마르텐사이트로 변태되도록 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 핫 스탬핑 공정을 치형 부품 제작에 적용함으로써 롤-다이 공정에 의한 치형 성형 후 후속 열처리 공정을 생략할 수 있고, 부품의 강도와 정밀도를 높이고 열변형으로 인한 뒤틀림을 방지할 수 있는 효과가 제공된다.
도 1은 본 발명에 의한 치형 부품 제작 장치를 도시한 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 치형 부품 제작 장치 중 롤-다이 성형 장치를 도시한 도면.
도 4는 롤-다이 성형 장치의 롤러를 도시한 도면.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 자세하게 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 의한 제작 방법이 수행되는 장치가 도시되어 있다. 본 발명에 의한 치형 부품 제작 장치는, 롤-다이 성형 장치(20)와, 적재소(30)와, 이송 장치(40)와, 가열로(50)와, 프레스 장치(60)로 구성된다.
작업물(10)은 롤-다이 성형 장치(20)로 이송되어 외주에 치형이 성형된다. 도 2 내지 도 4에는 롤-다이 성형 장치를 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
롤-다이 성형 장치(20)는, 펀치(23)와, 스트리퍼(24)와, 복수 개의 롤러(25)로 구성되어 있다. 스트리퍼(24)와의 사이에 작업물(10)을 고정시킨 펀치(23)가 상부에서 하부로 A 방향으로 내려오면 롤러(25)가 B 방향으로 회전하면서 치형을 작업물(10)에 성형한다. 복수 개의 롤러(25)가 내측에 제공되는 환형 롤러부(200)가 도 4에 도시되어 있다. 이러한 롤-다이 성형 방법은 본 출원인의 특허출원 제10-2010-0114272호에 개시되어 있으며 이 명세서의 내용은 전체로서 본 명세서에 합체된다.
본 명세서에서는 이와 같은 공정으로 롤러(25)에 의해 치형부를 성형하는 공정을 “롤-다이 공법”이라고 정의한다. 롤-다이 공법은, 여러 단계에 걸쳐 정밀도가 높아지는 롤러를 이용하여 치형 가공 정밀도를 높이도록 수행하는 것이 바람직하다. 본 발명에 의한 치형 부품 제작에는 보론강(boron-alloyed steel) 소재의 작업물을 사용하는 것이 바람직하다. 보론강은 후술하는 급냉 공정에서 소입성이 뛰어나서 유리하다.
롤-다이 성형 장치(20)에서 치형이 가공된 작업물(11)은 적재소(30)에 적재되어 있다가 이송 장치(40)에 의해서 가열로(50)로 이송된다. 가열로에서는 작업물(11)을 가열시켜 동질의 오스테나이트 조직이 생성되도록 한다. 보론강을 사용하는 경우 가열로(50)의 온도는 900℃ 이상의 온도를 유지시키는 것이 바람직하며, 다른 재질의 소재를 사용하는 경우에는 해당 소재의 특성에 맞게 온도는 변경될 수 있다.
가열로(50)에서 오스테나이트 조직이 생성된 작업물은 프레스 장치(60)로 이송되어 2차 프레스 가공과 냉각 공정이 수행된다. 프레스 장치(60)의 상부 금형(62)와 하부 금형(64) 중 적어도 어느 한쪽에는 냉각 장치가 제공된다. 프레스 장치(60)의 펀치(65)가 위아래로 움직이면서 프레스 가공을 수행한다. 프레스 장치(60)에 의해 2차 프레스 가공되고 급냉되면서 작업물의 조직은 마르텐사이트로 변태되어 강도가 증가하고, 급격한 열변형으로 인한 부품의 뒤틀림 현상을 프레스 장치(60)의 금형(62, 64)이 막아 줄 수 있기 때문에 치수 정밀도가 향상된다.
위와 같은 공정에 의하면 롤-다이 성형으로 치형 부품의 치형을 성형하고, 간접 핫 스탬핑 공정을 이어서 가공함으로써 후속 열처리가 필요없고 높은 강도와 고정밀도의 치형 부품을 제작할 수 있다.
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 이해되어야 한다.
10: 작업물
20: 롤-다이 성형 장치
30: 적재소
40: 이송 장치
50: 가열로
60: 프레스 장치

Claims (4)

  1. 동력 전달용 치형 부품의 제작 방법에 있어서,
    롤-다이 공법으로 작업물에 치형을 성형하는 제1 단계와,
    상기 치형이 성형된 작업물을 가열로로 이송하여 소정의 조직이 생성되도록 가열로에서 가열하는 제2 단계와,
    냉각 장치가 제공되는 금형을 포함하는 프레스 장치에 의해, 상기 소정의 조직이 생성된 작업물의 프레스 가공과 냉각 공정을 수행하는 제3 단계를 포함하는,
    치형 부품의 제작 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 작업물은 보론강 소재로 되어 있는,
    치형 부품의 제작 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 단계의 소정의 조직은 오스테나이트 조직인,
    치형 부품의 제작 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제3 단계는 작업물이 마르텐사이트로 변태되도록 수행하는,
    치형 부품의 제작 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101462922B1 (ko) * 2012-11-02 2014-11-19 주식회사 성우하이텍 핫 스탬핑 프레스용 단열 장치
CN113477775A (zh) * 2021-09-08 2021-10-08 南通际维机电设备有限公司 一种自动化程度高的防偏移式汽车零部件冲压设备

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