KR20120110547A - 중공 액슬 샤프트 제조방법 - Google Patents

Abstract

차량용 액슬 샤프트 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 샤프트부분을 중공화하여 차량 경량화와 연비 향상에 기여할 수 있는 중공 액슬 샤프트 제조방법에 관하여 개시한다.
본 발명은, 바퀴측에 연결되는 플랜지부와, 액슬측에 연결되는 스프라인부가 샤프트부로 연결되어 있는 액슬 샤프트 제조방법에 있어서, 플랜지부와, 나머지 부분으로 이원화하여 제조하되, 상기 샤프트부를 중공 샤프트로 제조한 후, 상기 플랜지부와 상기 샤프트부를 결합하는 것은 특징으로 하는 중공 액슬 샤프트 제조방법을 제공한다.

Description

중공 액슬 샤프트 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF HOLLOW AXLE SHAFT}

본 발명은 차량용 액슬 샤프트 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 샤프트부분을 중공화하여 차량 경량화와 연비 향상에 기여할 수 있는 중공 액슬 샤프트 제조방법에 관한 것이다.

차량의 액슬 샤프트는 바퀴측에 연결되는 플랜지부와, 액슬측에 연결되는 스프라인부와, 이들을 연결하는 샤프트부를 포함한다.

그런데, 플랜지부와 샤프트부의 외경의 차이가 커서 일반적인 심리스 파이프 제조방법을 이용해서는 중공 액슬 샤프트를 제조할 수 없다.

본 발명의 목적은 샤프트부를 중공화하여 차량 경량화와 연비 향상에 도움을 주는 차량용 중공 액슬 샤프트 제조 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 액슬 샤프트의 고유 진동수를 상승시켜 액슬 샤프트 회전시에 발생하는 소음을 저감할 수 있는 중공 액슬 샤프트 제조 방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 바퀴측에 연결되는 플랜지부와, 액슬측에 연결되는 스프라인부가 샤프트부로 연결되어 있는 액슬 샤프트 제조방법에 있어서, 플랜지부와, 나머지 부분으로 이원화하여 제조하되, 상기 샤프트부를 중공 샤프트로 제조한 후, 상기 플랜지부와 상기 샤프트부를 결합하는 것은 특징으로 하는 중공 액슬 샤프트 제조방법을 제공한다.

상기 플랜지부는, 단조 가공과, 불림 열처리(Normalizing) 과정을 통해 제조되며,

상기 나머지 부분인 샤프트부와 스프라인부는, 열간 심리스(Seamless) 파이프 제조공정과, 냉간 인발 공정과, 샤프트 성형공정을 통해 제조되는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 열간 심리스 파이프 제조공정은, 중실봉 소재를 절단하고, 가열한 후, 피어싱 밀을 이용하여 중공을 형성하고, 사이징(sizing) 밀을 이용하여 치수를 조절한 후, 냉각시키는 방법으로 이루어지고,

상기 냉간인발 공정은, 상기 열간 심리스 파이프 제조공정에서 제조된 심리스 파이프를 산세, 인발, 응력해소 열처리 및 교정하는 공정을 포함한다.

상기 샤프트 성형공정은, 상기 냉간인발 공정을 거친 심리스 파이프를 로터리 스웨이징법으로 성형하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 플랜지부와 상기 나머지부분의 결합은 마찰용접에 의하여 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명은 플랜지부와 스프라인부와 샤프트부로 이루어진 액슬 샤프트 부품 중에서 샤프트부를 중공화함으로써 부품의 경량화가 가능한 효과를 가져온다.

이러한 부품의 경량화는 차량 연비 향상 및 탄소 배출량 저감 등의 효과를 가져온다.

아울러, 샤프트부의 중공화는 고유 진동수를 상승시켜 액슬 샤프트의 회전시에 발생하는 소음을 감소시키는 효과도 얻을 수 있다.

도 1은 액슬 샤프트의 외관을 나타낸 사시도
도 2는 본 발명에 따른 중공 액슬 샤프트 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정순서도,
도 3은 본 발명에 따른 중공 액슬 샤프트 제조방법의 열간심리스 파이프 제조공정을 나타낸 공정순서도,
도 4는 본 발명에 따른 중공 액슬 샤프트 제조방법의 냉간인발 공정을 나타낸 공정 순서도,
도 5는 본 발명에 따른 중공 액슬 샤프트 제조방법의 성형공정을 나타낸 단면도임.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 중공 액슬 샤프트 제조방법에 관하여 설명한다.

도 1은 액슬 샤프트의 외관을 나타낸 사시도이다.

도시된 바와 같이, 액슬 샤프트(100)는 바퀴측에 연결되는 플랜지부(110)와, 액슬측에 연결되는 스프라인부(130)와, 플랜지부(110)와 스프라인부(130)를 연결하는 샤프트부(130)가 일체로 연결되어 있다.

플랜지부(110)의 외경과 샤프트부(130)의 외경은 큰 차이를 가지고 있다.

이로인해, 플랜지부(110)와 샤프트부(130)와 스프라인부(130)를 일체로 심리스(Seamless) 파이프 공정을 적용할 수는 없다.

본 발명은 플랜지부(110)와 나머지 부분(샤프트부와 스프라인부)를 별도의 공정을 통해 제조한후, 이들을 결합하는 방식으로 샤프트부가 중공으로 형성된 중공 액슬 파이프 제조방법을 제공한다.

도 2는 본 발명에 따른 중공 액슬 샤프트 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정순서도이다.

본 발명은 플랜지부와, 나머지 부분(샤프트부와 스프라인부)을 분리하여 제조한 후, 이들을 결합하는 방법으로 액슬 샤프트를 제조하는 방법을 제공한다.

플랜지부를 일체로 제조할 경우 플랜지부와 샤프트부의 외경 차이로 인하여 심리스 파이프 제조공정을 적용할 수 없었으나,

샤프트부와 스프라인부를 플랜지부에서 별도로 분리하게 되면, 이들은 심리스 파이프 공정을 통해서 제조될 수 있으므로, 샤프트부를 중공화할 수 있게 된다.

즉, 본 발명에 따른 중공 액슬 샤프트 제조방법은, 플랜지부 제조, 샤프트부와 스프라인부 제조, 및 플랜지부와 샤프트부의 결합의 세가지로 구분할 수 있다.

먼저, 플랜지부 제조 공정에 관하여 살펴본다.

플랜지부 제조공정은 소재마련 단계(S-21)와, 단조 가공 단계(S-22)와, 불림 열처리 단계(S-23)를 포함한다.

소재마련 단계(S-21)는 원소재를 단조 가공할 수 있는 크기로 절단한다.

단조 가공 단계(S-22)는 절단된 소재를 단조 가공하여 플랜지부의 형상으로 성형한다.

열처리 단계(S-23)는 불림 열처리(Normalizing)를 수행하게 되는데, 불림 열처리는 가공의 불균일에 따른 조직의 불균질성을 제거하고, 내부 응력을 제거하는 효과를 가져온다.

다음으로, 샤프트부와 스프라인부의 제조 공정에 관하여 살펴본다.

샤프트부와 스프라인부 제조 공정은 소재마련 단계(S-31)와, 열간 심리스 파이프 제조공정(S-32)과, 냉간 인발 공정(S-33)과, 샤프트 성형 공정(S-34)과, 고주파 열처리 공정(S-35)을 포함한다.

소재마련 단계(S-31)는 샤프트부와 스프라인부를 형성할 중실봉을 절단하고,

열간 심리스 파이프 제조공정(S-32)는 절단된 중실봉을 가열한 후 피어싱을 통해 중공을 형성하고, 내경과 외경의 치수를 조절하는 방법으로 이루어진다. 열간 심리스 파이프 제조공정(S-32)에 관한 상세한 설명은 도 3을 참조하여 후술한다.

냉간 인발 공정(S-33)은 제조된 심리스 파이프를 다시 산세처리 한 후, 인발 가공하고 열처리하는 방법으로 이루어진다. 냉간 인발 공정(S-33)에 관한 보다 상세한 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.

샤프트 성형 공정(S-34)은 더욱 정밀한 치수로 인발된 심리스 파이프를 가공하는 공정이다. 대표적으로 로터리 스웨이징법(Rotary swaging)을 사용할 수 있다. 로터리 스웨이징 법은 주축을 회전시키며 소재축에 직각방향의 형으로 단속적으로 가압하여 단면을 감소시키고 축방향으로 늘리는 가공 방법이다.

고주파 열처리 공정(S-35)은 급속한 가열과 급속한 냉각에 의해서 부품의 표면만을 열처리 경화시키는 공정이다.

상술한 바와 같이, 플랜지부와, 샤프트부와 스프라인부를 각각 제조한 후 이들을 결합하여 중공 액슬 샤프트를 제조한다.

플랜지부와 샤프트부의 결합은 용접을 통해서 이루어질 수 있다. 특히 마찰 용접 방법을 사용할 수 있다. 마찰용접은 두 재료에 가압력을 가하면서 접합 표면르 서로 마착할도록 하여 그 때 발생하는 마찰열로 두 모재가 접합되도록 하는 방법이다.

그리고, 플랜지부와 샤프트부의 결합은 베어링 등을 이용한 조립에 의하여 이루어 질 수도 있다.

도 3은 본 발명에 따른 중공 액슬 샤프트 제조방법의 열간심리스 파이프 제조공정을 나타낸 공정순서도이다.

열간 심리스 파이프 제조공정은,

중실봉 소재를 절단하는 소재 절단 단계(S-321)와, 가공성을 확보하기 위하여 성형온도로 가열하는 가열 단계(S-322)와, 장입 및 피어싱밀을 이용하여 중공을 형성하는 피어싱 단계(S-323)와, 사이징 밀을 이용하여 파이프의 내경, 외경, 길이 등을 조절하는 사이징 밀 단계(S-324)와, 열간 가공이 완료된 소재를 냉각시키는 냉각단계(S-325)를 포함한다.

이러한 열간 심리스 파이프 제조공정을 통해서 제조되는 파이프는 이음부(Seam)가 없어서 전체적으로 균일한 기계적 물성을 가지게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 중공 액슬 샤프트 제조방법의 냉간 인발 공정을 나타낸 공정 순서도이다.

냉간 인발 공정은, 상술한 열간 심리스 파이프 제조공정을 통해 제조된 열간 심리스 파이프를 인발가공하여 외경을 감소시키고 길이를 신장시키는 공정이다.

냉간 인발 공정은, 열간 심리스 파이프 표면의 이물질을 제거하는 산세공정(S-331)과, 산세처리된 파이프를 냉간 상태에서 인발 가공하는 인발 공정(S-332)과, 인발 공정에서 발생된 응력을 제거하기 위한 응력해소(Stress relief) 열처리 공정(S-333)과, 파이프의 직진도를 교정하는 교정 공정(S-334)을 포함한다.

도 5는 본 발명에 따른 중공 액슬 샤프트 제조방법의 성형공정을 나타낸 단면도이다.

도 5는 샤프트 성형공정 중 로터리 스웨이징법을 나타낸 단면도이다.

로터리 스웨이징 법은 도시된 바와 같이, 소재(210)의 내부에 삽입된 맨드럴(220)을 회전시키며 소재축에 직각방향으로 승하강하는 다이(230)를 단속적으로 가압하여 관의 단면을 감소시키고 축방향으로 늘리는 가공 방법이다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 중공 액슬 샤프트 제조방법은 플랜지부는 별도로 단조 가공을 통하여 제조하고, 나머지 샤프트부와 스프라인부는 열간 심리프 파이프 제조공정관 냉간 인발 공정을 통해서 제조한 후, 이들을 결합하는 방식으로 중공 액슬 샤프트를 제조할 수 있도록 해준다.

중공 액슬 샤프트는 종래의 중실 액슬 샤프트에 비하여 30% 정도의 경량화 효과를 얻을 수 있다.

또한, 중공 액슬 샤프트는 중실 액슬 샤프트에 비하여 높은 고유 진동수를 가짐으로 인해서 액슬 샤프트 회전시에 발생하는 소음을 저감시키는 효과도 가져온다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어질 것이다.

즉, 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 액슬 샤프트
110 : 플랜지부
120 : 스프라인부
130 : 샤프트부
210 : 소재
220 : 맨드럴
230 : 다이

Claims (7)

1. 바퀴측에 연결되는 플랜지부와, 액슬측에 연결되는 스프라인부가 샤프트부로 연결되어 있는 액슬 샤프트 제조방법에 있어서,
   플랜지부와, 나머지 부분으로 이원화하여 제조하되, 상기 샤프트부를 중공 샤프트로 제조한 후,
   상기 플랜지부와 상기 샤프트부를 결합하는 것은 특징으로 하는 중공 액슬 샤프트 제조방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 플랜지부는
   단조 가공과, 불림 열처리(Normalizing) 과정을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 중공 액슬 샤프트 제조방법.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 나머지 부분인 샤프트부와 스프라인부는
   열간 심리스(Seamless) 파이프 제조공정과, 냉간 인발 공정과, 샤프트 성형공정을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 중공 액슬 샤프트 제조방법.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 열간 심리스 파이프 제조공정은
   중실봉 소재를 절단하고, 가열한 후, 피어싱 밀을 이용하여 중공을 형성하고, 사이징(sizing) 밀을 이용하여 치수를 조절한 후, 냉각시키는 방법으로 심리스 파이프를 제조하는 것을 특징으로 하는 중공 액슬 샤프트 제조방법.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 냉간인발 공정은
   상기 열간 심리스 파이프 제조공정에서 제조된 심리스 파이프를
   산세, 인발, 응력해소 열처리 및 교정하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 중공 액슬 샤프트 제조방법.
   
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 샤프트 성형공정은
   상기 냉간인발 공정을 거친 심리스 파이프를
   로터리스웨이징법으로 성형하는 것을 특징으로 하는 중공 액슬 샤프트 제조방법.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 플랜지부와 상기 나머지부분의 결합은
   마찰용접에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공 액슬 샤프트 제조방법.

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