KR20130109059A

KR20130109059A - 복합 형상의 환형 요소, 특히 롤링 베어링의 외부 링에 대한 스틸 인서트를 롤링함으로써 제조하기 위한 설비

Info

Publication number: KR20130109059A
Application number: KR1020130031523A
Authority: KR
Inventors: 스테파노 갈프레; 파비오 로스타그노
Original assignee: 아크티에볼라게트 에스케이에프
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2013-10-07
Also published as: MX2013003324A; EP2644297B1; CN103357799A; ITTO20120267A1; CN103357799B; BR102013006919A2; KR102036379B1; EP2644297A1

Abstract

설비(1)는 제1 축에 대해 평행한 제2 축 주위에서 회전하는 축-대칭 형상의 맨드릴(10)과 협력하고 소정의 종방향 프로파일을 가지며 제1 축 주위에서 회전하는 축-대칭 형상의 성형 공구(5)를 가지며, 맨드릴의 제1 및 제2 방사상 숄더 표면(17, 18)과 협력하고 사용 중에 성형 공구 상에 가해진 수직 스러스트(S)를 지지하는 지지부에 의해 회전하는 제1 및 제2 수용 롤(14, 15)을 가지며, 상기 방사상 숄더 표면들 사이에 작업 표면(11)이 형성되고, 맨드릴의 제1 및 제2 작업 표면(17, 18)의 종방향 프로파일의 마주보는 단부(21, 22)에 제1 및 제2 직경(D1, D2)을 가지며, 제1 직경은 제2 직경보다 작고, 제1 숄더 표면(17)은 맨드릴의 제1 단부(20)에 바로 인접하도록 배열된다.

Description

복합 형상의 환형 요소, 특히 롤링 베어링의 외부 링에 대한 스틸 인서트를 롤링함으로써 제조하기 위한 설비{EQUIPMENT FOR MANUFACTURING BY ROLLING A COMPLEX SHAPE ANNULAR ELEMENT, IN PARTICULAR A STEEL INSERT FOR AN OUTER RING OF A ROLLING BEARING}

본 발명은 롤링 베어링의 외부 링에 대한 스틸 인서트를 롤링함으로써 제조하기 위한 설비에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 바람직하게는 휠 허브 유닛용 스틸 인서트를 제조하는데 적용될 수 있으며, 외부 링은 지면으로부터 차량으로 그리고 역으로 전달되는 정적 및 동적 유형의 응력을 견디기에 적합하고 플랜지가 제공될 수 있는 외부 몸체 및 헤르츠 유형의 응력을 견디기에 적합하며, 롤링 몸체에 대한 2개의 롤링 레이스가 제공된 환형 스틸 인서트로 구성된다. 더욱 일반적으로, 본 발명에 따르는 설비는 신뢰성 있고 용이한 방식으로 임의의 복잡한 형상의 환형 요소를 제조하는데 사용될 수 있다.

예를 들어, WO2012003848호에 따른 가장 최신의 휠 허브 유형에서, 전술된 유형의 외부 링은 2가지의 상이한 재료를 사용하여 두 가지의 단계에서, 즉 우선 내부 방사상 표면 상에 롤링 레이스가 형성된 환형 스틸 인서트가 형성되는 단계, 그 뒤 알루미늄 또는 경량의 합금으로 제조된 플랜지형 요소가 인서트 상으로 공압출되는 단계로 형성된다. 이 방식으로, 외부 링, 이에 따라 전체적으로 휠 허브 유닛의 총 중량의 감소가 구현된다.

이때에 공지된 해결방법은 단조 블랭크를 칩-형성함으로써 인서트를 제조하는 것이며, 이에 따라 소성 변형에 의해 인서트에 대해 필요한 프로파일 중 적어도 일부를 제조하는데 있어서 더 용이해지고 더 신속해진다.

그러나, 예를 들어, 환형 요소 상에서 롤링에 의해 복합적인 축-대칭 형상의 프로파일을 제조하는 것이 일부 제안된 경우를 제외하고 현재는 가능하지 않다.

도 3에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 롤링에 의해 환형 요소(L)의 방사상 내부 표면 상에서 필요한 프로파일의 제조는 축(X) 주위에서 자유롭게 회전하도록 배치된 맨드릴(M)과 회전 성형 공구(F) 사이에 요소(L)를 개재하는 것을 포함하며, 공구(F)는 회전에 의해 화살표(S)에 따라 맨드릴(M)에 대해 가압되고, 이에 따라 맨드릴(M)은 스러스트(S)에 따라 사용 중에 맨드릴(M)에 의해 지지될 수 없는 축방향 스러스트를 생성하는 것을 방지하기 위하여 동일한 직경을 갖는 맨드릴(M)의 원통형 숄더 표면(P1, P2)과 협력하고 아이들링 방식으로 회전하는 한 쌍의 수용 롤(R1, R2)에 의해 공구(F)에 대해 마주보는 측면 상에서 횡방향으로 지지되어야 한다. 맨드릴(M)의 방사상 표면은 요소(L)의 내부 방사상 표면 상에서 필요한 프로파일을 네거티브하게 모사하는 숄더(P1, P2)들 사이의 방사상 평면 상에 종방향 프로파일을 갖는다.

그 결과, 숄더(P1, P2)의 직경은 가공되는 요소(L)의 최소 내부 직경보다 작아야 하며, 이와는 달리 맨드릴(M)은 도 3에 도시된 바와 같이 요소(L)를 통과하는 작업 위치에 삽입될 수 없다. 축(X)을 따른 상당한 직경 변화가 야기되는 프로파일(P)의 존재 시에, 맨드릴(M)의 프로파일(P)은 맨드릴(M)의 십자가 섹션의 국부적으로 좁아지는 맨드릴(M) 내에서 생성을 결정하는 최소 직경 "d"을 가질 것이며, 이에 따라 맨드릴(M)은 파괴의 위험성 없이 스러스트(S)를 견디지 못할 수 있다.

본 발명의 목적은 적어도 전술된 단점이 제거된 환형 요소의 내부 방사상 벽 상에 소정의 축-대칭 종방향 프로파일을 롤링함으로써 제조하기에 적합한 설비를 제공하는 데 있으며, 더욱 일반적으로는 환형 요소의 내부 방사상 벽을 따라 직경의 현저한 차이가 있는 상태에서 방사상 벽 상에 복합적인 형상의 환형 요소를 제조할 수 있는 데 있다.

본 발명에 따라서, 환형 요소의 방사상 표면 상에 소정의 축-대칭 종방향 프로파일을 롤링함으로써 제조하기 위한 설비는 청구항 제1항에 개시된 바와 같이 제공된다.

본 발명의 특징 및 이점은 첨부 도면에 따른 하기 실시 형태의 비-제한적인 예시의 설명에서 명확해질 것이다.

도 1은 환형 블랭크의 마주보는 단부에 상이한 직경을 갖는 환형 블랭크를 가공하는 동안의 본 발명에 따른 설비를 도식적으로 도시하는 도면.
도 2는 원뿔형 표면이 형성되어야 하는 환형 요소의 제조에 적용되는 본 발명의 설비를 단순화된 방식으로 도시하는 도면.
도 3은 환형 요소의 롤링 작업의 종래 기술을 도시하는 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 설비에 속한 맨드릴의 제1 및 제2 실시 형태를 각각 도시하는 도면.

도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 도면부호 1은 도 1의 예에서 롤링 베어링의 외부 링에 대한 스틸 인서트를 제조하기 위해 사용가능하고 마주보는 단부에 상이한 직경을 갖는 단조 스틸 블랭크로 구성되며, 가공되는 환형 요소(4)의 방사상 표면(radial surface, 2, 4) 상에 소정의 축-대칭 프로파일을 롤링하기 위한 설비를 나타낸다.

더욱 일반적으로(도 2), 설비(1)(도 2에서 단지 부분만이 도시됨)는 내부 방사상 표면(2)이 상당히 상이한 크기를 갖는 2개 이상의 직경에 의해 획정되는(delimit) 환형 요소(4)(도 2에서 4b)를 가공하기 위하여 사용된다.

간략함을 위해 유사하거나 동일한 세부사항에 대해 동일한 도면부호를 사용하며, 설비(1)는 방사상 섹션 내에 제1 소정의 종방향 프로파일(7)을 갖는 외부 방사상 표면(6)에 의해 전체적으로 획정된, 공지된 유형의 축-대칭 형태의 성형 공구; 제1 축(X1) 주위에서 공구(5)를 회전시키기 위하여 블록(도 1)으로 도식적으로 도시된 수단(8); 및 예를 들어 회전 축(X1)에 작용하도록 도 1에 도식적으로 도시된 바와 같이 가공되는 환형 요소(4)를 향하고 제1 축(X1)에 대해 수직인 성형 공구(5) 상에 횡방향 스러스트(lateral thrust, S)를 가하기 위하여 단지 도 1에 도식적으로 도시된 수단(9)을 포함한다.

설비(1)는 사용 중에 수단(9)에 의해 공구(5)에 가해진 스러스트(S)를 수용하기 위한 위치에서 성형 공구(5)의 측면에 의해 배열되고 축(X1)에 대해 평행한 제2 축(X2) 주위에서 회전하는 축-대칭 형태의 맨드릴(10)(도 2에서 10b)를 추가로 포함하며, 맨드릴(10)은 방사상 섹션(도 2에서 12b)에서 소정의 종방향 프로파일(12)을 갖는 외부 방사상 작업 표면(11) 및 맨드릴(10, 10b)의 제2 프로파일(12, 12b)과 공구(5)의 제1 프로파일(7) 사이에서 가공되는 환형 요소(4)(4b)에 대해 획정된 수용 공간(13)을 가지며, 맨드릴(10, 10b)은 사용 중에 완전히 가공되는 환형 요소(4, 4b)를 결합하도록 성형된다.

실제로, 도 1에 도시된 설비(1)와 도 2에 도시된 설비 간의 차이는 맨드릴, 특히 상이한 형상 및 크기의 2개의 환형 요소(4, 4b)를 가공하기에 적합한 맨드릴(10 또는 10b)의 표면(11)의 크기 및 형상에 있다. 따라서, 하기에서 단지 도 1에 관하여 구체적으로 기술될 것이며, 이는 도 2에 또한 동일하게 적용되기 때문이다.

설비(1)는 성형 공구(5) 상에서 수단(9)에 의해 가해진 수직 스러스트(S)를 지지하기에 적합한 지지부(16)에 의하여 축(X1, X2)에 대해 평행한 제3 축(X3) 주위에서 회전하는 제1 수용 롤(14) 및 제2 수용 롤(15)을 추가로 포함하고, 제1 롤(14)과 제2 롤(15)은 맨드릴(10)의 제2 방사상 숄더 표면 및 제1 방사상 숄더 표면(17)과 각각 협력하고, 상기 방사상 숄더 표면들 사이에 작업 표면(11)이 형성된다.

따라서, 설비(1)는 아이들링 상태로 맨드릴(10)의 제1 단부(20)를 지지하기 위한 (공지된) 수단(19)을 포함하고, 상기 제1 단부는 가공되는 환형 요소(4) 내에서 맨드릴(10)의 사용 중에 삽입 방향(V)으로 배열되며, 사용 중에 도 1 및 도 2에 명확히 도시된 바와 같이 가공되는 환형 요소(4)로부터 축방향으로 돌출된다.

본 발명의 양태에 따라서, 맨드릴(10)의 제1 및 제2 방사상 숄더 표면(17, 18)은 소정의 종방향 프로파일(12)의 마주보는 단부(21, 22)에서(도 4a, 도 4b)에 서로 상이한 제1 직경(D1)과 제2 직경(D2)을 각각 가지며, 제1 숄더 표면(17)의 제1 직경(D1)은 특히 제2 숄더 표면(18)의 제2 직경(D2) 보다 작고, 게다가 제1 숄더 표면(17)은 맨드릴(10)의 제1 단부(20)에 바로 인접하게 배열되고 이에 따라 사용 중에 가공되는 요소(4) 내에서 맨드릴(10)의 삽입 방향(V)으로 대향된다.

따라서, 제1 수용 롤(14)과 제2 수용 롤(15)은 상이한 직경을 가지며, 특히 롤(14)은 롤(15)보다 크다.

제1 숄더 표면(17)은 축방향으로 직경(D1)과 동일한 일정한 직경을 갖는 원통형 표면에 의해 형성되고, 제2 숄더 표면(18)은 제1 단부(20)에 마주보는 맨드릴(10)의 제2 단부(23)에 배열된다.

본 발명의 추가 양태에 따라서 맨드릴(10)의 외부 방사상 작업 표면(11)은 적어도 하나의 지점에서 제1 및 제2 숄더 표면(17, 18)과 접촉하는 원뿔형 표면(C)(도 4a) 내에 항시 형성된 상태로 유지되도록 추가로 성형되어 맨드릴(10)의 전체 형상이 원뿔과 비슷하다.

제2 방사상 숄더 표면(18)은 이의 마주보는 단부(24, 25)에서 최대 직경과 같은 제2 직경(D2)을 갖는 오목한 만곡된 표면과 같이 성형되고, 상기 표면(18)은 맨드릴(10) 상에 소정의 방사상 깊이를 갖는 환형 요홈(26)을 형성한다.

그 뒤, 제2 수용 롤(15)은 맨드릴(10) 상에서 생성될 수 있는 축방향 스러스트(A)(도 4)를 흡수하고 축방향으로 고정된 상태로 맨드릴(10)을 유지시키기 위하여 맨드릴(10)의 환형 요홈(26)과 결합되는 표면(18)의 형상과 정합되는 볼록한 만곡된 표면(28)에 의해 획정된 주변 외부 변부(27)를 갖는다.

특히, 롤(14, 15) 및 맨드릴(10)의 기술된 기하학적 형상의 작용에 의해, 스러스트(S)는 볼록한 성형된 변부(27)의 덕택으로 롤(15)로 인하여 지지부(16)에 의해 본 발명에 따라 흡수되는 맨드릴(10) 상에서의 축방향 스러스트(A)를 항시 생성할 것이다.

맨드릴(10)의 환형 요홈(26)의 깊이는 원뿔형 표면(C)의 테이퍼(α)(도 4a)만큼 더 높으며, 이 경우 도 4b는 표면(C)의 각도와 유사한 각도(α1)를 도시한다. 환형 요홈(26)은 방사상 평면 상에 원뿔형 표면(C)의 테이퍼(α)만큼 더 작을 수 있거나 또는 환형 요홈(26)의 더 큰 방사상 깊이를 수득하기 위해 형성되는 반경에 의해 형성된 원 호 프로파일을 추가로 갖는다. 필수적으로, 도 4a 및 도 4b에 명확히 도시된 바와 같이, 요홈(26)과 변부(27)가 성형되어 테이퍼(α)가 증가함에 따라 변부(27)의 볼록한 표면(28)과 요홈(26)의 오목한 표면(18) 사이의 접촉 각(β)이 증가하고, 모든 경우에 접촉(또는 롤링) 각(β)은 항시 환형 요홈(26)의 방사상 프로파일 내에 있다. 오목한 표면(18)/볼록한 표면(28) 결합의 목적은 정확한 방식으로 맨드릴(10)를 축방향으로 배치시킬 뿐만 아니라 수용 롤(15)에 의해 지지 부(16)에 축방향 스러스트(A)를 전달하기에 적합해지는데 있다.

본 발명의 비-이차 양태에 따라서, 제1 수용 롤(14)은 제2 수용 롤(15)의 속도와 상이한 속도로 제3 축(X3) 주위에서 회전할 수 있도록 롤(14, 15)의 공통 지지 샤프트(30) 상에 끼워맞춤된 롤링 베어링(29)에 의해 예시된 예에서 제2 수용 롤(15)에 대해 아이들링 방식으로 지지부(16) 상에 끼워맞춤된다.

본 발명에 따라서, 환형 요소 상에 형성되는 프로파일과 상보적인, 맨드릴의 외부 방사상 표면의 종방향 작업 프로파일은 이의 마주보는 단부 상에서 원뿔과 유사한 맨드릴의 전체 형상을 결정하는 숄더 표면의 상이한 직경에 의해 획정되고, 이는 맨드릴의 외부 측면 표면이 이상적인 원뿔형 표면 내에서 상이한 직경의 언급된 숄더 표면들 사이에 형성됨을 의미한다.

이 방식으로, 2개의 숄더 표면들 중 하나의 숄더 표면은 사용 중에 파괴를 야기할 수 있는 맨드릴의 방사상 벽 내에서 직경의 급작스러운 국부적 변화를 방지하기 위하여 작업 프로파일을 따라 맨드릴의 방사상 표면의 최소 직경과 동일하거나 또는 이와 매우 유사한 직경을 갖도록 제조될 수 있다.

2개의 숄더 표면들 중 하나의 숄더 표면, 특히 맨드릴 상에 환형 요홈을 형성하는 원불형 표면과 같은 더 큰 직경의 숄더 표면을 제조함에 따라, 수용 롤 상으로 축방향 스러스트의 지지를 완화시키는 요홈과 결합되는 주변 외부의 볼록한 변부를 갖는 대응 수용 롤을 제조할 수 있다.

이 방식으로, 효율적이며 신뢰성 있는 방식으로 파괴의 위험성 없이 마주보는 축방향 단부에서 직경의 차이가 더 큰 환형 요홈을 제조할 수 있으며, 더 큰 측면 스러스트가 수용 롤에 전달되는 바와 같이 맨드릴 상에 더 깊은 환형 요홈을 제조하기에 충분할 것이다.

롤링 베어링의 외부 링과 같이 롤링에 의해 환형 요소를 수득할 수 있는 본 발명에 따른 설비를 제조함에 따라 이의 나머지 부분은 알루미늄 또는 그 외의 다른 "경량" 재료, 예컨대, 복합 재료로 제조되고, 이 제조 이전에 본 발명은 단지 칩-형성(chip-forming)에 의해 제조될 수 있으며, 이에 따라 제조 비용 및 시간 감소의 관점에서 상당한 이점이 제공된다.

Claims

환형 요소(4)의 방사상 표면(2, 3) 상에서 소정의 축-대칭 종방향 프로파일을 롤링함으로써 제조하기 위한 설비(1)로서,
-방사상 섹션 내에서 제1 소정의 종방향 프로파일(7)을 갖는 외부 방사상 표면(6)에 의해 획정된 축-대칭 형상의 성형 공구(5),
-제1 축에 수직인 성형 공구 상에서 횡방향 스러스트(S)를 가하기 위한 제2 수단(9) 및 제1 축(X1) 주위에서 성형 공구를 회전시키기 위한 제1 수단(8),
-사용 중에 성형 공구에 가해지는 스러스트를 수용하기 위한 위치에서 성형 공구에 대해 횡방향으로 배열되고 제1 축에 대해 평행한 제2 축(X2) 주위에서 회전하는 축-대칭 형상이 맨드릴(10) - 맨드릴의 외부 방사상 작업 표면(11)은 방사상 섹션에서 소정의 종방향 프로파일(12)을 가지며 맨드릴의 제2 프로파일과 공구의 제1 프로파일 사이에서 가공괴는 환형 요소에 대한 수용 공간(13)이 형성되며 맨드릴(10)은 사용 중에 가공되는 환형 요소(4)와 전체적으로 결합되도록 성형됨 - ,
-성형 공구 상에 가해진 수직 스러스트를 지지하는 지지부(16)에 의해 제1 축에 평행한 제3 축(X3) 주위에서 회전하는 제1 및 제2 수용 롤(14, 15) - 제1 롤(14)과 제2 롤(15)은 맨드릴의 제1 및 제2 방사상 숄더 표면(17, 18)과 각각 협력하고 상기 방사상 숄더 표면들 사이에 제2 소정의 프로파일을 갖는 작업 표면이 형성됨 - , 및
-맨드릴의 제1 단부(20)를 아이들링 방식으로 지지하기 위한 수단(19) - 상기 제1 단부는 가공되는 환형 요소 내에서 맨드릴의 사용 중에 삽입 방향(V)으로 배열되며 사용 중에 가공되는 환형 요소로부터 축방향으로 돌출됨 - 을 포함하며,
맨드릴의 제1 및 제2 방사상 숄더 표면(17, 18)은 제2 소정의 종방향 프로파일(12)의 마주보는 단부(21, 22)에 서로 상이한 제1 직경(D1)과 제2 직경(D2)을 각각 가지며, 제1 숄더 표면(17)의 제1 직경(D1)은 제2 직경(D2) 보다 작고, 제1 숄더 표면(17)은 맨드릴의 제1 단부에 바로 인접하게 배열되는 설비.
제1항에 있어서, 제1 숄더 표면(17)은 제1 직경(D1)과 동일하고 축방향으로 일정한 직경을 갖는 원통형 표면에 의해 형성되며, 제2 숄더 표면(18)은 제1 단부에 마주보는 맨드릴의 제2 단부(23)에 배열되는 설비.
제1항 또는 제2항에 있어서, 맨드릴의 외부 방사상 작업 표면(11)은 하나 이상의 지점에서 제1 및 제2 숄더 표면(17, 18)과 접촉하는 원뿔형 표면(C) 내에서 획정되고, 이에 따라 전체 맨드릴 형상이 원뿔과 유사한 설비.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 방사상 숄더 표면(18)은 이의 마주보는 단부(24, 25)에서 최대 직경과 같은 제2 직경(D2)을 갖는 오목한 만곡된 표면과 같이 성형되고, 상기 표면(18)은 맨드릴(10) 상에 소정의 방사상 깊이를 갖는 환형 요홈(26)을 형성하는 설비.
제4항에 있어서, 제2 수용 롤(15)은 맨드릴 상에서 생성되는 임의의 축방향 스러스트(A)를 흡수하고 축방향으로 고정된 상태로 맨드릴을 유지시키기 위하여 맨드릴(10)의 환형 요홈(26)과 결합되며, 제2 방사상의 오목한 숄더 표면(18)과 정합되는 볼록한 만곡된 표면(28)에 의해 획정된 주변 외부 변부(27)를 갖는 설비.
제4항 및 제5항에 있어서, 맨드릴의 외부 방사상 작업 표면(11)은 하나 이상의 지점에서 제1 및 제2 숄더 표면(17, 18)과 접촉하는 원뿔형 표면(C) 내에 형성되고, 맨드릴의 환형 요홈(26)의 깊이는 원뿔형 표면의 테이퍼(α)만큼 더 크며, 환형 요홈(26)은 방사상 평면 내에 원 호 프로파일을 갖는 설비.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 수용 롤(14)은 제2 수용 롤(15)의 속도와 상이한 속도로 제3 축(X3) 주위에서 회전할 수 있도록 제2 수용 롤(15)에 대해 아이들링 방식으로 지지부 상에 장착되는 설비.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 수용 롤(14, 15)은 상이한 직경을 가지며, 제1 롤(14)은 제2 롤(15)보다 큰 설비.