KR20130122463A

KR20130122463A - 중공형 구동축 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20130122463A
Application number: KR1020120045814A
Authority: KR
Inventors: 김동욱; 홍대규; 권상석; 정건영
Original assignee: 서한산업(주); 한국프랜지공업 주식회사; 효림산업 주식회사
Priority date: 2012-04-30
Filing date: 2012-04-30
Publication date: 2013-11-07

Abstract

이 발명은, 중실형의 스터브 샤프트를 양단에 설치하고 중공형의 튜브를 중간에 설치하여 마찰용접으로 연결한 후 고주파 열처리를 함으로써 튜브의 사이즈 축소 및 강성 증대를 통하여 중량감소, 설계 자유도 향상, 원가 경쟁력 확보가 가능하며, 고유진동수 향상을 통하여 차량의 공진 및 쏠림 현상을 개선할 수 있는, 중공형 구동축에 관한 것으로서,
중공형의 튜브와, 상기한 튜브의 양단과 마찰용접으로 각각 연결되어 있는 중실형의 스터브 샤프트를 포함하여 이루어지며, 상기한 튜브와 스터브 샤프트가 마찰용접으로 연결된 후 풀림과 고주파 경화 및 템퍼링에 의해 고주파 열처리되는 것을 특징으로 한다.

Description

중공형 구동축 및 그의 제조방법{hollow type drive shaft and producing method thereof}

이 발명은 중공형 구동축 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 중실형의 스터브 샤프트를 양단에 설치하고 중공형의 튜브를 중간에 설치하여 마찰용접으로 연결한 후 고주파 열처리를 함으로써 튜브의 사이즈 축소 및 강성 증대를 통하여 중량감소, 설계 자유도 향상, 원가 경쟁력 확보가 가능하며, 고유진동수 향상을 통하여 차량의 공진 및 쏠림 현상을 개선할 수 있는, 중공형 구동축 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진의 동력은 변속기를 거쳐 구동축을 매개로 하여 바퀴까지 전달된다. 이와 같이, 구동축은 강한 비틈림을 받으면서 고속으로 회전하기 때문에 이에 견디도록 충분한 내구성을 갖추기 위해서 속이 비어 있는 중공의 강관이나 환봉형상으로 되어 있는 것이 바람직하다.

통상적으로, 종래기술에 따른 자동차용 드라이브 샤프트는 다음과 같은 기계적 가공을 통하여 제작되었다.

당해 분야의 숙련자들에게는 이미 널리 알려져 있듯이, 일반적으로 속이 비어 있는 강관형 튜브를 사용하는 것이 아니라, 속이 차 있는 솔리드 바아(solid bar)를 사용하였던 바, 특히 자동차용 중공형 구동축을 제작할 수 있도록 속이 꽉 차있는 솔리드 바아에 기계적 가공, 구체적으로 기술하자면 건드릴을 이용한 드릴(drilling) 작업으로 솔리드 바아의 내부에 공간을 형성시킨다.

추가로, 변속기와 차량바퀴 등과 같은 다른 부재들간의 자재이음을 위해서, 드릴작업으로 완성된 중공형의 바아는 한쪽 선단에 단조 등의 성형과정을 거친 로드를 용접수단으로 고정시킨다. 중공형의 바아와 이 바아의 한쪽 선단에 부착된 로드의 직경이 상이할 경우에는 상이한 직경차로서 걸림턱이 만들어지지 않게 축관부를 추가로 구비한다.

이상과 같이, 종래에 사용되었던 중공형의 구동축은 내경을 가공하거나 외경확대를 위해 솔리드 바아의 내부에 드릴작업을 필요로 하였다. 이처럼, 내부가 꽉 찬 솔리드형 바아에 성형을 가하여 사용하기 때문에 구동축의 중량이 무겁다. 이에 따라 차량의 중량이 무거워지는 결과를 초래한다.

더욱이, 솔리드 바아의 내경을 가공해야 하므로 가공시간이 늘어나고 작업자들의 작업공수가 늘어가게 되어 생산의 비효율성을 제공하게 된다.

또한 자재이음을 위한 세레이션부의 형성을 위해서, 솔리드 바아의 내부에 중공부를 형성한 솔리드 바아의 선단에 부가적인 로드를 갖춰야 하는데, 로드와 드릴링된 바아는 용접수단을 통하여 견고하게 장착되나, 결과적으로 용접된 로드와 드릴링된 솔리드 바아는 고속회전에 따른 비틀림현상으로 용접부위에서 강도가 약화된다.

이와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 속이 비어 있는 중공형의 튜브를 사용함으로써 특별한 중공부를 형성시키는 작업공수를 현격하게 줄임과 동시에 차체의 중량을 줄일 수 있고, 상기한 중공형의 튜브에 소성가공을 통하여 다양한 크기와 형상으로 구동축을 제작하는 기술이 대한민국 공개특허공보 공개번호 10-2005-0006343(공개일자 2005년 01월 17일)의 "자동차용 중공형의 드라이브 샤프트 및 이의 제조방법"에서 개시된 바 있다.

그러나, 상기한 공개번호 10-2005-0006343에서 개시된 중공형 구동축을 포함한 종래의 중공형 구동축은 상대적으로 사이즈가 크고, 강도는 낮은 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 중실형의 스터브 샤프트를 양단에 설치하고 중공형의 튜브를 중간에 설치하여 마찰용접으로 연결한 후 고주파 열처리를 함으로써 튜브의 사이즈 축소 및 강성 증대를 통하여 중량감소, 설계 자유도 향상, 원가 경쟁력 확보가 가능하며, 고유진동수 향상을 통하여 차량의 공진 및 쏠림 현상을 개선할 수 있는, 중공형 구동축 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 중공형의 튜브와, 상기한 튜브의 양단과 마찰용접으로 각각 연결되어 있는 중실형의 스터브 샤프트를 포함하여 이루어지며, 상기한 튜브와 스터브 샤프트가 마찰용접으로 연결된 후 풀림과 고주파 경화 및 템퍼링에 의해 고주파 열처리되면 바람직하다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 방법의 구성은, 중공형의 튜브와 중실형의 스터브 샤프트를 준비하여 중공형의 튜브의 양단에 중실형의 스터브 샤프트를 마찰용접하는 단계와, 런아웃을 고정한 후 450~500℃ 에서 풀림 처리를 하는 단계와, 용접 비드 및 그루브를 가공한 뒤에 고주파 경화 및 템퍼링을 하는 단계와, 자분탐상을 한 후 완성품 검사를 하는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.

이 발명의 구성은, 상기한 중공형 튜브는, C 0.30~0.40 wt%, Si 0.15~0.35 wt%, Mn 1.2~1.6 wt%, P 0.02 이하 wt%, S 0.02 이하 wt%, Cr 0.35 이하 wt%, B 0.001~0.006 wt%의 합금강 재료를 포함하여 이루어지면 바람직하다.

이 발명의 구성은, 상기한 중실형 스터브 샤프트는, C 0.40~0.44 wt%, Si 0.15~0.35 wt%, Mn 0.55~0.90 wt%, P 0.03 이하 wt%, S 0.03 이하, Mo 0.15~0.35, Cr 0.85~1.25 wt%의 합금강 재료를 포함하여 이루어지면 바람직하다.

이 발명은, 중실형의 스터브 샤프트를 양단에 설치하고 중공형의 튜브를 중간에 설치하여 마찰용접으로 연결한 후 고주파 열처리를 함으로써 튜브의 사이즈 축소 및 강성 증대를 통하여 중량감소, 설계 자유도 향상, 원가 경쟁력 확보가 가능하며, 고유진동수 향상을 통하여 차량의 공진 및 쏠림 현상을 개선할 수 있는, 효과를 갖는다.

도 1은 이 발명의 일 실시예에 따른 중공형 구동축의 외관 구성도이다.
도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 중공형 구동축의 조립전 구성도이다.
도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 중공형 구동축의 제조방법의 공정 흐름도이다.
도 4는 이 발명의 일 실시예에 따른 중공형 구동축의 제조 공정중 경도변화를 나타낸 그래프이다.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.

참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다. 또한, 본원의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 이 발명의 일 실시예에 따른 중공형 구동축의 외관 구성도이고, 도 2는 이 발명의 일 실시예에 따른 중공형 구동축의 조립전 구성도이다.

도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 일 실시예에 따른 중공형 구동축의 구성은, 중공형의 튜브(1)와, 상기한 튜브(1)의 양단과 마찰용접으로 각각 연결되어 있는 중실형의 스터브 샤프트(2a, 2b)를 포함하여 이루어지며, 튜브(1)와 스터브 샤프트(2a, 2b)가 마찰용접으로 연결된 후 풀림과 고주파 경화 및 템퍼링에 의해 고주파 열처리되는 구조로 이루어진다.

도 3은 이 발명의 일 실시예에 따른 중공형 구동축의 제조방법의 공정 흐름도이다.

도 3에 도시되어 있는 바와 같이 이 발명의 일 실시예에 따른 중공형 구동축의 제조방법은, 중공형의 튜브(1)와 중실형의 스터브 샤프트(2a, 2b)를 준비하는 단계(S1)와, 중공형의 튜브(1)의 양단에 중실형의 스터브 샤프트(2a, 2b)를 마찰용접하는 단계(S2)와, 런아웃을 고정하는 단계(S3)와, 풀림 처리를 하는 단계(S4)와, 용접 비드 및 그루브를 가공하는 단계(S5)와, 고주파 경화 및 템퍼링을 하는 단계(S6)와, 자분탐상을 하는 단계(S7)와, 완성품 검사를 하는 단계(S8)를 포함하여 이루어진다.

상기한 구성에 의한, 이 발명의 일 실시예에 따른 중공형 구동축의 작용은 다음과 같다.

먼저, 중공형의 튜브(1)와 중실형의 스터브 샤프트(2a, 2b)를 준비한다(S1).

상기한 중공형의 튜브(1)와 중실형의 스터브 샤프트(2a, 2b)는 합긍강으로서 다음의 표 1과 같은 재질의 조합으로 이루어진다.

재질	튜브5	스터브 샤프트
C	0.30~0.40	0.40~0.44
Si	0.15~0.35	0.15~0.35
Mn	1.2~1.6	0.55~0.90
P	0.02 이하	0.03 이하
S	0.02 이하	0.03 이하
Mo	-	0.15~0.35
Cr	0.35 이하	0.85~1.25
B	0.001~0.006	-

다음에 중공형의 튜브(1)의 양단에 중실형의 스터브 샤프트(2a, 2b)를 마찰용접한다(S2). 상기한 마찰용접은 일반적으로 이종 재료에 대한 축 방향 압입하중과 회전에 의해 발생되는 마찰열로 접합부를 용융한 후 융착에 의한 고상용접(이다.

이어서, 런아웃을 고정한 뒤에(S3), 풀림 처리를 한다(S4). 중공형의 튜브(1)의 양단에 중실형의 스터브 샤프트(2a, 2b)를 마찰용접하게 되면, 마찰용접 접합부에는 열 영향 경계 기준으로 금속변태 및 이원 합금화가 이루어지며 고온 융착후 냉각에 의한 잔류 응력이 잔존하게 되는데, 풀림공정에서 일차적으로 제거를 함으로써 고주파 경화후 제품의 피로 강도를 만족시킬 수가 있다.

상기한 풀림 처리는 온도는 450~500℃ 에서 이루어지는데 비교예로서 풀림을 하지 하지 않은 경우와, 풀림 처리 온도를 700℃로 한 경우와, 풀림 처리 온도를 550℃로 한 경우에 강도 및 피로성능은 다음의 표 2와 같다.

상기한 표 2에서 알 수 있듯이 풀림 처리는 온도를 450~500℃ 로 한 경우에 강도와 피로성능이 우수하다.

풀림 처리가 이루어진 다음에, 용접 비드 및 그루브를 가공한 뒤에(S5), 고주파 경화 및 템퍼링을 한다(S6).

도 4는 이 발명의 일 실시예에 따른 중공형 구동축의 제조 공정중 경도변화를 나타낸 그래프로서, 마찰용접후 용접 경화에 의해 Hv600 근처였던 경도가 풀림처리후 Hv400 수준으로 떨어지면서 잔류응력이 제거된 것을 확인할 수 있다.

이어서, 자분탐상을 한 뒤에(S7), 완성품 검사를 한다(S8).

1 : 튜브 2a, 2b : 스터브 샤프트

Claims

중공형의 튜브와,
상기한 튜브의 양단과 마찰용접으로 각각 연결되어 있는 중실형의 스터브 샤프트를 포함하여 이루어지며,
상기한 튜브와 스터브 샤프트가 마찰용접으로 연결된 후 풀림과 고주파 경화 및 템퍼링에 의해 고주파 열처리되는 것을 특징으로 하는 중공형 구동축.
제 1항에 있어서,
상기한 풀림은 450~500℃ 에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공형 구동축.
제 1항에 있어서,
상기한 중공형 튜브는, C 0.30~0.40 wt%, Si 0.15~0.35 wt%, Mn 1.2~1.6 wt%, P 0.02 이하 wt%, S 0.02 이하 wt%, Cr 0.35 이하 wt%, B 0.001~0.006 wt%의 합금강 재료를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공형 구동축.
제 1항에 있어서,
상기한 중실형 스터브 샤프트는, C 0.40~0.44 wt%, Si 0.15~0.35 wt%, Mn 0.55~0.90 wt%, P 0.03 이하 wt%, S 0.03 이하, Mo 0.15~0.35, Cr 0.85~1.25 wt%의 합금강 재료를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공형 구동축.
중공형의 튜브와 중실형의 스터브 샤프트를 준비하여 중공형의 튜브의 양단에 중실형의 스터브 샤프트를 마찰용접하는 단계와,
런아웃을 고정한 후 450~500℃ 에서 풀림 처리를 하는 단계와,
용접 비드 및 그루브를 가공한 뒤에 고주파 경화 및 템퍼링을 하는 단계와,
자분탐상을 한 후 완성품 검사를 하는 단계를 포함하여 이루어지면 바람직하다.를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공형 구동축의 제조방법.
제 5항에 있어서,
상기한 중공형 튜브는, C 0.30~0.40 wt%, Si 0.15~0.35 wt%, Mn 1.2~1.6 wt%, P 0.02 이하 wt%, S 0.02 이하 wt%, Cr 0.35 이하 wt%, B 0.001~0.006 wt%의 합금강 재료를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공형 구동축의 제조방법.
제 5항에 있어서,
상기한 중실형 스터브 샤프트는, C 0.40~0.44 wt%, Si 0.15~0.35 wt%, Mn 0.55~0.90 wt%, P 0.03 이하 wt%, S 0.03 이하, Mo 0.15~0.35, Cr 0.85~1.25 wt%의 합금강 재료를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중공형 구동축의 제조방법.