KR20140050241A - 캠 샤프트 어셈블리 제조방법 및 캠 샤프트용 분할형 엔드피스 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캠 샤프트용 분할형 엔드피스 제조방법에 관한 것으로써, 특히, 환봉형태의 소재를 통해 제조하는 엔드피스를 두개의 부재로 분할하여 재료비 및 가공비를 절감하고, 각각의 부재는 부위별 특성에 맞는 재질로 제조하여 재료선정의 자유도를 높일 수 있는 캠 샤프트용 분할형 엔드피스 제조방법에 관한 것이다.

Description

캠 샤프트 어셈블리 제조방법 및 캠 샤프트용 분할형 엔드피스 제조방법{Manufacturing method of camshaft assembly and endpiece for camshaft}

본 발명은 캠 샤프트용 분할형 엔드피스 제조방법에 관한 것으로써, 특히, 환봉형태의 소재를 통해 제조하는 엔드피스를 두개의 부재로 분할하여 재료비 및 가공비를 절감하고, 각각의 부재는 부위별 특성에 맞는 재질로 제조하여 재료 선정의 자유도를 높일 수 있는 캠 샤프트용 분할형 엔드피스 제조방법에 관한 것이다.

종래의 캠 샤프트 어셈블리 제조방법은 한국공개실용신안공보 제2010-0010947호에 제시된 것이 있다.

샤프트(10)의 단부에 조립되는 엔드 피스(20)의 일면에는 끼움공(11)에 끼워지는 끼움축(21)이 일체로 형성되고, 상기 끼움축(21)의 외측 둘레면에는 그 끼움축(21)을 끼움공(11)에 강제 압입방식으로 끼워 견고히 고정시키기 위한 널링부(22)가 가공 되어 있다.

상기 널링부(22)는 길이방향으로 바른줄 형 널링홈이 바람직하며, 끼움축(21)의 외경에 따라서, 널링홈의 간격 및 깊이를 변경하는 것이 바람직하다.

또한 상기 엔드 피스(20)의 타면에는 여러 개의 홀(25) 과 그루브(24), 볼팅용 텝(23) 등이 형성되어 있되, 엔드 피스의 강제 압입 전에 선 가공 되어지는 것이며, 그 용도는 각종 부품(스프라켓, 기어류, 가변 밸브 타이밍(CVVT) 장치 등)을 체결 및 캠 샤프트(1)의 회전면이 되는 저널부 등이다.

이러한 종래의 캠샤프트 어셈블리에서는 엔드피스의 소재로 S45C(탄소강재)를 사용하거나 가공성 향상을 위해 SUM43(쾌삭강재)을 주로 사용하였다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 엔드피스는 환봉 형태의 소재를 구입 후, 기계가공을 거쳐 최종형상의 제품을 만들어야 하기 때문에 엔드피스의 최종 형상에 따라 제품 제조 과정에서 스크랩으로 버려지는 재료(도2에서 붉은 색 부분)의 양이 증가하여 최종제품의 가격경쟁력을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 재료비 및 가공비를 절감하고, 각각의 부재는 부위별 특성에 맞는 재질로 제조하여 재료 선정의 자유도를 높일 수 있는 캠 샤프트용 분할형 엔드피스 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 캠 샤프트용 분할형 엔드피스 제조방법은, 제1부재와 제2부재를 가공하는 가공단계와, 상기 제1부재에 상기 제2부재를 조립하는 조립단계를 포함하며, 상기 가공단계에서 상기 제1부재와 상기 제2부재 중 적어도 하나는 봉형태의 소재를 기계가공하여 제조한다.

전술한 구성에서, 상기 제1부재는 바디부로 가공되며, 상기 제2부재는 상기 바디부에 끼워지는 디스크로 가공되고, 상기 조립단계는 상기 제1부재에 상기 제2부재를 브레이징 또는 강제압입 또는 열간압입하여 조립할 수 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 캠 샤프트 어셈블리 제조방법은, 제1부재와 제2부재를 가공하여 엔드피스를 가공하는 가공단계와, 상기 제1부재에 상기 제2부재 및 샤프트를 끼워 넣은 후에 브레이징접합 하여 상기 제1부재 및 상기 제2부재 및 상기 샤프트를 서로 결합시키는 조립단계를 포함한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 캠 샤프트 어셈블리 제조방법은, 제1부재와 제2부재를 가공하는 엔드피스를 가공하는 가공단계와, 강제압입접합 또는 열간압입접합 또는 마찰압접하여 상기 제1부재 및 상기 제2부재 및 상기 샤프트를 서로 결합시키는 조립단계를 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 캠 샤프트 어셈블리 제조방법 및 캠 샤프트용 분할형 엔드피스 제조방법에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

환봉형태의 소재를 통해 제조하는 엔드피스를 두개의 부재로 분할하여 재료비를 절감하고, 가공시간을 단축하여 가공비가 절감되며 각각의 부재는 부위별 특성에 맞는 재질로 제조할 수 있어서 재료 선정의 자유도가 증가한다.

상기 제1부재는 바디부로 가공되며, 상기 제2부재는 상기 바디부에 끼워지는 디스크로 가공되고, 각 부재의 형태가 환봉형상에 근접하여 재료비를 더욱 절감할 수 있다.

또한, 상기 조립단계는 상기 제1부재에 상기 제2부재 및 샤프트를 끼워넣은 후에 브레이징접합하여 조립하여, 한번의 브레이징접합을 통해 제1부재와 제2부재를 조립하는 동시에 엔드피스에 샤프트까지 조립할 수 있다.

도 1은 종래의 캠 샤프트 어셈블리 조립 구조를 나타낸 사시도.
도 2는 종래의 엔드피스 기계가공시 버려지는 부분을 표시한 개략도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔드피스 기계가공시 버려지는 부분을 표시한 개략도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔드피스 측면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캠 샤프트 어셈블리 측면도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캠 샤프트 어셈블리 조립상태도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캠 샤프트 어셈블리 조립상태를 나타내는 단면도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캠 샤프트 어셈블리 조립후 Cu 배출을 나타내는 측면도.
도 9내지 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캠샤프트 어셈블리 조립 상태를 나타내는 단면도.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

참고적으로, 이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.

도 3 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 캠 샤프트 어셈블리 제조방법은, 제1부재(301)와 제2부재(302) 중 적어도 하나를 환봉형태의 소재에서 기계가공하여 엔드피스(300)를 가공하는 가공단계와, 상기 제1부재(301)에 상기 제2부재(302) 및 샤프트(100)를 끼워넣은 후에 브레이징접합하여 상기 제1부재(301) 및 상기 제2부재(302) 및 상기 샤프트(100)를 서로 결합시키는 조립단계를 포함한다.

본 실시예의 캠샤프트 어셈블리는 샤프트(100)와 상기 샤프트(100)에 결합되는 캠(200)으로 구성되는 캠샤프트와, 상기 캠샤프트에 조립되는 엔드피스(300)를 포함한다.

이와 같은 캠 샤프트 어셈블리를 제조하는 방법은 아래와 같다.

상기 가공단계는 제1부재(301)와 제2부재(302) 중 적어도 하나를 환봉형태의 소재를 기계가공하여 엔드피스(300) 형상으로 가공한다.

이와 같이 환봉형태의 소재를 기계가공하여 제조한 엔드피스는 가격대비 높은 기계적 특성을 갖기 때문에 기계구조용 부품에 주로 사용된다.

엔드피스(300)는 CVVT 등과 같은 구조물이 장착되는 부분이다.

엔드피스(300)는 바디부(301)와, 바디부(301)의 외주면에 돌출되게 형성되는 디스크(302)를 포함한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 엔드피스(300)의 제1부재(301)와 제2부재(302) 모두를 환봉형태의 소재를 기계가공하여 제조한다.

이와 같이 환봉형태의 소재를 통해 제조하는 엔드피스(300)를 두개의 부재로 분할하여 가공함으로써 재료비를 절감하고, 가공시간을 단축히여 가공비가 절감되며 각각의 부재는 부위별 특성에 맞는 재질로 제조할 수 있어서 재료 선정의 자유도를 높일 수 있는 이점이 있다. 예를 들어, 바디부(301)의 형상이 복잡하여 여러단계의 기계가공 공정이 필요한 경우, 가공 시 발생하는 Burr를 용이하게 제거할 수 있는 재질을 선정하여 가공할 수 있다.

제1부재(301)는 바디부(301)로 가공되며, 제2부재(302)는 바디부(301)에 끼워지는 디스크(302)로 가공된다.

이와 같이 제1부재(301)와 제2부재(302)가 가공되어, 각 부재의 형태가 환봉형상에 근접하여 도 3에 도시된 바와 같이 버려지는 부분(붉은 색 부분)이 적어지게 된다.

엔드피스(300)는 S45C 소재로 형성될 수 있다.

도 4에 도시된 바디부(301) 및 디스크(302)의 형상을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

바디부(301)에는 중심을 관통하는 센터홀이 형성된다.

바디부(301)의 일측에는 상기 센터홀 둘레에 배치되는 유로(310)가 축방향을 따라 형성되어 있다.

또한, 바디부(301)의 일측에는 오일의 출입구에 해당하는 오일홀(320)이 유로(310)에 연통되도록 형성된다.

바디부(301)의 타측에는 직경기 감소하는 축경부가 형성되어 접합부가 형성된다.

상기 접합부는 디스크(302)가 결합되는 제1접합부(306)와 샤프트(100)가 결합되는 제2접합부(340)를 포함한다.

제1접합부(306)는 제2접합부(340)보다 외경이 더 크고 디스크(302)의 내경보다는 작게 형성된다.

제2 접합부(340)는 샤프트(100)의 내경보다 작게 형성된다.

제1접합부(306)과 제2접합부(340)의 일측 끝단에는 경사면(305)이 형성된다. 이러한 경사면(305)으로 인해 디스크(302)와 샤프트(100)를 각각의 접합부에 용이하게 끼워 넣을 수 있고, 브레이징 접합시 용융된 Cu가 원활하게 이동할 수 있다.

제2접합부(340)에서 제1접합부(306)와 근접한 일측에는 강제 압입부(343)가 일측단으로부터 이격되게 형성된다.

강제 압입부(343)의 최대 외경은 제2접합부(340)의 외경보다 더 크게 형성되고, 샤프트(100)의 내경보다 크게 형성된다.

이러한 강제 압입부(343)는 엔드피스(300)와 샤프트(100)가 조립되는 단계에서 샤프트(100)를 압입 고정하여, 엔드피스(300)와 샤프트(100)가 조립 후 브레이징 접합이 이루어지기 전까지 가조립 상태를 유지시켜주기 때문에 조립 공정이 용이해지고 조립 정밀도가 높아지는 이점이 있다.

강제 압입부(343)의 외주면은 널링가공에 의해 치형(굴곡부)이 형성되어 있다. 축방향으로 홈이 형성된 치형부는 엔드피스(300)와 샤프트(100)의 브레이징 접합시 용융된 Cu가 원활하게 배출될 수 있도록 하여 Cu 용융에 의한 접합 유무를 육안으로 관찰할 수 있어서 접합 신뢰성을 용이하게 판단할 수 있다.

제2접합부(340)에서 강제 압입부(343)가 형성된 끝단의 반대부분인 타측단에는 끼움부(341)가 형성된다. 끼움부(341)는 외경이 제2접합부(340)보다 작게 형성되며, 외주면에 원호형상의 홈이 형성되어 이하 서술되는 Cu 링(400)으로 구비되는 연질의 금속링이 안정적으로 안착되어 끼워진 상태가 유지될 수 있다.

또한, 끼움부(341)의 끝단에는 끼움부(341)로 향할수록 외경이 커지도록 형성되어 외주면이 경사지게 형성된 걸림턱(342)이 형성된다. 따라서, 걸림턱(342)의 단면형상은 후크형상으로 형성된다. 걸림턱(342)으로 인해 엔드피스(300)와 캠샤프트 조립시 Cu 링(400)이 끼움부(341)에 원활하게 끼워질 수 있으며, Cu 링(400)이 끼움부(341)에 끼워진 후에는 Cu 링(400)이 빠지지 않도록 하여 생산성이 향상된다.

디스크(302)는 중심부에 제1접합부(306)가 관통되는 관통공(303)이 형성된 원판형상으로 형성된다.

디스크(302)는 관통공(303) 일측에 경사면(305)에 대응되도록 경사면(304)이 형성된다.

또한, 이하 서술되는 것과 같은 형상의 상기 캠샤프트를 가공한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 캠샤프트는 샤프트(100)와 상기 샤프트(100)에 결합되는 캠(200)으로 구성된다.

샤프트(100)는 속이 빈 파이프로 구비되어 상기 캠샤프트의 축 역할을 하며, 저널부가 형성되어 있다.

샤프트(100)는 탄소강재(S45C) 소재로 제조된다.

캠(200)은 샤프트(100)의 외경부에 일정한 간격으로 결합되어 엔진의 흡/배기 밸브의 개폐 역할을 한다.

상기 조립단계는 도 6에 도시된 바와 같이, 제1부재(301)에 제2부재(302) 및 샤프트(100)를 끼워넣은 후에 브레이징접합하여 제1부재(301) 및 제2부재(302)를 샤프트(100)에 서로 결합시킨다.

제1부재(301)의 제1접합부(306)에 제2부재(302)를 끼워넣는다.

제1부재(301)의 끼움부(341)에 연질의 Cu 링(400)를 끼워넣는다.

상기 연질의 Cu 링(400)이 의미하는 바는 엔드피스(300) 및 샤프트(100) 보다 녹는점이 낮은 브레이징 충진재로 금속링을 의미한다.

이와 같이, 엔드피스(300)와 샤프트(100) 사이에 연질의 Cu링(400)을 배치시켜 호일이나 페이스트 형태의 브레이징 충진재를 사용했을 때 보다 생산성 및 접합품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 제1부재(301)의 제2접합부(340)에 샤프트(100)를 끼워넣는다.

이와 같이, 제1부재(301)에 제2부재(302) 및 샤프트(100)를 끼워넣은 후에 브레이징 접합한다.

브레이징공정을 거치면서 용융된 Cu링(400)은 모세관현상에 의해 도 7에 도시한 바와 같이, 엔드피스(300)의 제1,2접합부(306, 340)와 제2부재(302) 및 샤프트(100) 사이의 공간을 채우기 때문에 원활한 접합이 이루어질 수 있다.

용융된 Cu는 도 8에 도시된 바와 같이 제2부재(302)와 제1부재(301) 사이 및 샤프트(100)와 제2부재(302) 사이로 배출되어, Cu 용융에 의한 접합 유무를 육안으로 관찰할 수 있어서 접합 신뢰성을 용이하게 판단할 수 있다.

이와 같이 한번의 브레이징접합을 통해 제1부재(301)와 제2부재(302)를 조립하는 동시에 엔드피스(300)에 샤프트(100)까지 조립할 수 있어서 제조공정이 단순해지는 이점이 있다.

위에서는 분할형 엔드피스와 샤프트를 결합하는 방법으로 브레이징 접합방법을 설명했지만, 이외에 분할형 엔드피스와 샤프트를 결합하는 방법으로 도 9에 도시한 바와 같이 강제압입방법 또는, 열간압입방법을 적용하거나, 도 10에 도시한 바와 같이 마찰압접방법 등을 적용할 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100 : 샤프트 200 : 캠
300 : 엔드 피스 301 : 제1부재, 바디부
302 : 제2부재, 디스크 400 : Cu 링

Claims (5)

1. 제1부재와 제2부재를 가공하는 가공단계;
   상기 제1부재에 상기 제2부재를 조립하는 조립단계를 포함하며,
   상기 가공단계에서 상기 제1부재와 상기 제2부재 중 적어도 하나는 봉형태의 소재를 기계가공하여 제조하는 것을 특징으로 하는 캠 샤프트용 분할형 엔드피스 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1부재는 바디부로 가공되며, 상기 제2부재는 상기 바디부에 끼워지는 디스크로 가공되는 캠 샤프트용 분할형 엔드피스 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 조립단계는 상기 제1부재에 상기 제2부재를 브레이징 또는 강제압입 또는 열간압입하여 조립하는 캠 샤프트용 분할형 엔드피스 제조방법.
4. 제1부재와 제2부재를 가공하여 엔드피스를 가공하는 가공단계;
   상기 제1부재에 상기 제2부재 및 샤프트를 끼워 넣은 후에 브레이징접합 하여 상기 제1부재 및 상기 제2부재 및 상기 샤프트를 서로 결합시키는 조립단계를 포함하는 캠 샤프트 어셈블리 제조방법.
5. 제1부재와 제2부재를 가공하는 엔드피스를 가공하는 가공단계;
   강제압입접합 또는 열간압입접합 또는 마찰압접하여 상기 제1부재 및 상기 제2부재 및 상기 샤프트를 서로 결합시키는 조립단계를 포함하는 캠 샤프트 어셈블리 제조방법.

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