KR20140052368A - 타이로드 엔드 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 조향장치에 사용되는 타이로드 엔드의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 원소재인 환봉을 가열과 동시에 업셋팅하는 예비 성형체 제조 공정, 예비 성형체의 헤드부를 열간 가압 성형하는 1차 성형 공정 및 자루부의 다각면을 일거에 형성하는 2차 성형 공정으로 구성되는 단순화된 공정을 거쳐 타이로드 엔드를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는, 적당한 길이로 절단한 환봉 형상의 원 소재를 전기 업셋팅 장치에 장착한 후 전류를 인가하여 원 소재의 상단을 국부 가열하면서 동시에 원 소재를 종축 방향으로 서서히 압축함으로써 유선형 헤드부와 몸체를 가지는 예비 성형체를 형성하는 단계; 상기 예비 성형체의 유선형 헤드부를 최종적으로 생산될 타이로드 엔드의 헤드부 외면 형상에 대응하는 형상을 가지는 상부 금형과 하부 금형의 사이에 위치시킨 후 상기 상부 금형과 하부 금형 및 피어싱핀을 가지는 상형핀과 하형핀을 각각 수직 이동시켜 가압함으로써 타이로드 엔드의 헤드부 외면, 상부 요홈, 하부 요홈 및 상기 상부 요홈과 하부 요홈을 관통하는 피어싱공을 가지는 성형 헤드부를 가지는 1차 성형체를 형성하는 단계; 및 상기 1차 성형체를 종축을 중심으로 회전시키고, 상기 회전하는 1차 성형체의 몸체부를 상기 1차 성형체와 같은 방향으로 회전하며 3개의 절삭팁을 가지는 정삼각형 형상의 다각 절삭날을 이용하여 절삭함으로써 6각의 다각면을 가지는 다각부를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이로드 엔드 제조방법이 제시된다.

Description

타이로드 엔드 제조방법{A manufacturing method of a tie-rod end}

본 발명은 자동차의 조향장치에 사용되는 타이로드 엔드의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 원소재인 환봉을 가열과 동시에 업셋팅하는 예비 성형체 제조 공정, 예비 성형체의 헤드부를 열간 가압 성형하는 1차 성형 공정 및 자루부의 다각면을 일거에 형성하는 2차 성형 공정으로 구성되는 단순화된 공정을 거쳐 타이로드 엔드를 제조하는 방법에 관한 것이다.

타이로드 엔드는 자동차의 조향장치의 타이로드에 결합하는 부품으로서 다각면이 형성되는 자루부, 자루부의 단부에 볼스터드가 결합되는 관통공을 가지는 환형의 헤드부로 이루어진다.

이와 같은 타이로드 엔드는 열단 단조 또는 냉간 단조 등을 이용하여 제조하게 되는데 등록특허 제10-0455072호 "타이로드 엔드 냉간 가공방법", 공개특허 특1999-0030872호 "타이로드 엔드 제조방법", 공개특허 제10-2011-0117340호 "냉·온간 복합 단조방법 및 이를 위한 단조설비, 냉·온간 복합단조에 의한 차량용 타이로드엔드의 제조방법, 냉·온간 복합단조에 의한 차량용 견인고리의 제조방법", 등록실용신안 제20-0171464호 "타이로드 엔드 제조장치"에서는 타이로드 엔드의 제조방법 및 그 제조설비에 관하여 제시하고 있다.

등록특허 제10-0455072호는 타이로드 헤드부의 외주면 형상에 대응하는 상하 금형의 사이에 유선형의 헤드부를 가지는 프리폼을 위치시킨 후 상·하형 다이의 상형핀과 하형핀으로 가압하여 타이로드 엔드를 냉간 가공하는 방법에 관하여 개시하고 있다.

그러나 이와 같은 냉간 단조 공정은 매우 큰 압력의 프레스 장비를 요한다는 점에서 장치 설비비가 상승하는 문제가 있으며, 냉간 단조 후의 공정에서 별도의 피어싱 공정을 요하며, 자루부의 다각면을 미리 CNC 선반 등으로 가공해야 하므로 공정이 연속적이지 못하다는 문제가 있다.

공개특허 특1999-0030872호는 열간 단조의 일종으로서 소재 절단 공정, 예비 성형 공정, 유선형 헤드부 성형 공정, 육각면 형성 포밍공정, 소둔 공정, 프레스 공정, 트리밍 공정, 피어싱 공정의 다단계 공정을 거쳐 타이로드 엔드를 제조하고 있다.

그런데 이와 같은 종래의 열간 공정은 그 단계가 많고 지나치게 복잡하여 제작비 상승의 요인이 되며, 많은 단계별 공정 설비를 요한다는 단점이 있다.

공개특허 제10-2011-0117340호의 경우에는 냉간 단조와 열간 단조 공정을 복합시켜 타이로드 엔드를 제조하는 것인데 금속 소재를 냉간 가공하여 유선형 헤드부를 가지는 1차 성형물을 만드는 냉간 단조 공정과, 유선형 헤드부를 고주파 유도 가열장치를 이용하여 가열한 후 유선형 헤드 부분만을 3차에 걸쳐 온간 단조하도록 하고 있다.

그런데, 이러한 종래의 복합 단조의 경우에도 그 공정과 절차가 매우 복잡하고 많은 시설과 장비를 요한다는 점에서 단점이 존재한다.

따라서 유선형 헤드부를 형성하기 위하여 복잡한 공정을 거치지 않으면서, 1회의 열간 단조로 피어싱 공정까지 완료되며, 자루부의 다각면 가공이 1회로 종결할 수 있도록 타이로드 엔드 제조 공정을 개선할 필요가 생기게 되었다.

등록특허 제10-0455072호 "타이로드 엔드 냉간 가공방법" 공개특허 특1999-0030872호 "타이로드 엔드 제조방법" 공개특허 제10-2011-0117340호 "냉·온간 복합 단조방법 및 이를 위한 단조설비, 냉·온간 복합단조에 의한 차량용 타이로드엔드의 제조방법, 냉·온간 복합단조에 의한 차량용 견인고리의 제조방법" 등록실용신안 제20-0171464호 "타이로드 엔드 제조장치"

본 발명의 목적은 적당한 길이로 절단된 원소재를 1회의 공정에 의한 예비 성형체 형성, 1회의 공정에 의한 헤드부 정밀 형성과 피어싱 공정의 완료, 1회의 공정에 의한 자루부 다각면 형성 공정을 완료하도록 하는 것이다.

그리하여 타이로드 엔드 제조의 전 공정을 단순화하고 간략화함으로써 타이로드 엔드 제조에 요구되는 장치와 설비를 간략화하고 공정 속도를 촉진하여 생산성 향상을 이루는 것을 그 목적으로 한다.

전술한 목적의 달성을 위하여 본 발명에서는, 적당한 길이로 절단한 환봉 형상의 원 소재를 전기 아크 업셋팅기에 장착한 후 전류를 인가하여 원 소재의 상단을 국부 가열하면서 동시에 원 소재를 종축 방향으로 서서히 압축함으로써 유선형 헤드부와 몸체를 가지는 예비 성형체를 형성하는 단계; 상기 예비 성형체의 유선형 헤드부를 최종적으로 생산될 타이로드 엔드의 헤드부 외면 형상에 대응하는 형상을 가지는 상부 금형과 하부 금형의 사이에 위치시킨 후 상기 상부 금형과 하부 금형 및 피어싱핀을 가지는 상형핀과 하형핀을 각각 수직 이동시켜 가압함으로써 타이로드 엔드의 헤드부 외면, 상부 요홈, 하부 요홈 및 상기 상부 요홈과 하부 요홈을 관통하는 피어싱공을 가지는 성형 헤드부를 가지는 1차 성형체를 형성하는 단계; 및 상기 1차 성형체를 종축을 중심으로 회전시키고, 상기 회전하는 1차 성형체의 몸체부를 상기 1차 성형체와 같은 방향으로 회전하며 3개의 절삭팁을 가지는 정삼각형 형상의 다각 절삭날을 이용하여 절삭함으로써 6각의 다각면을 가지는 다각부를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이로드 엔드 제조방법이 제안된다.

여기서, 상기 1차 성형체의 몸체부에 다각부를 형성하기 전에 1차 성형체의 덧살을 제거하는 트리밍 공정이 수행되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 환봉 형상의 원 소재로부터 1회의 업셋팅 공정에 의한 예비 성형체 공정, 상·하부 금형을 이용한 1회의 열간 단조 공정에 의한 1차 성형체 공정, 다각 절삭날을 이용하여 1회의 공정으로 몸체에 다각면을 형성하는 2차 성형체 공정의 3단계 공정에 의하여 타이로드 엔드 완제품 생산 공정이 종료하게 되므로 전체 생산 공정수가 획기적으로 감소되고 필요 장비나 설비가 대폭 생략되는 장점이 있다. 따라서 타이로드 엔드의 생산 단가가 저렴하고 공정 관리가 용이하다는 장점이 있다.

도1은 본 발명에 의한 타이로드 엔드 제조공정을 순서대로 나타낸 공정 개략도.
도2 및 도3은 본 발명에 따른 전기 업셋팅 장치의 정면도 및 측면도.
도4는 본 발명에 따라 헤드부를 열간 단조하는 공정을 순서대로 나타낸 개략적인 단면도.
도5는 본 발명에 따라 몸체의 다각부를 형성하는 공정을 나타낸 개략적인 단면도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 관하여 상술한다.

도1은 본 발명에 의한 타이로드 엔드 제조공정을 순서대로 나타낸 공정 개략도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 타이로드 엔드 제조방법은 크게 환봉을 필요한 길이로 절단하여 원 소재(10)를 획득하는 단계(도1의 (a)), 상기 환봉 형상의 절단 소재를 본 발명의 전기 업셋팅 장치(100)에 로딩하여 부분 가열과 압축을 동시에 수행하여 유선형 헤드부(22)와 직선의 몸체(21)를 가지는 예비 성형체(20)로 가공하는 단계(도1의 (b)), 상기 가열된 예비 성형체(20)의 유선형 헤드부(22)를 상부 금형(211)과 하부 금형(221) 사이에 위치시킨 후 열간 단조함으로서 성형 헤드부(32)를 가지는 1차 성형체(30)로 가공하는 단계(도1의 (c)) 및 상기 1차 성형체(30)의 몸체(31)에 육각면과 같은 다각면(43a)을 형성하는 단계(도1의 (d))로 이루어진다.

상기 환봉 형상의 소재는 약 210mm 정도의 길이를 가지도록 절단하여 원 소재로 가공된다.

필요한 길이로 절단된 환봉 형상의 원 소재(10)는 도2 및 도3에 도시한 바와 같은 본 발명의 전기 업셋팅장치(100)에 로딩되어 유선형 헤드부(22)와 몸체(21)를 가지는 예비 성형체(20)로 가공된다.

도2 및 도3은 본 발명에 따른 전기 업셋팅 장치의 정면도 및 측면도이다. 상기 전기 업셋팅장치(100)는 본체(101)의 상하에 각각 상부 유압 실린더(110)와 하부 유압 실린더(120)를 가진다. 상기 상부 유압 실린더(110)의 실린더 로드의 선단은 상부 전극(131)이 장착되는 상부 전극체(130)에 연결되어 상부 전극(131)을 상하로 직선 이동시킨다.

상기 하부 유압 실린더(120)는 본체(101)의 하단 내부에 장착되는 것으로서 하부 전극(141)이 장착되는 하부 전극체(140)를 상하로 직선 이동시키기 위한 것이다.

상기 상부 전극(131)은 구리와 같이 열전도성이 우수한 금속으로 이루어지며, 로딩된 원 소재(10)의 상단에 접촉하여 원 소재의 상단부를 부분 가열함과 동시에 하향 압축한다.

상기 상부 전극(131)이 고정되는 상부 전극체(130)는 본체(101)에 고정 장착되는 슬라이드 레일(132)에 의하여 안내되어 상부 유압 실린더(110)에 의하여 승강한다.

상기 하부 전극(141)이 고정 장착되는 하부 전극체(140)는 본체(101)의 하방에 고정 부착되는 슬라이드 레일(142)에 의하여 안내되어 하부 유압 실린더(120) 의하여 승강한다.

상기 상부 전극(131)과 하부 전극(141)은 상하로 서로 이격하여 위치하되 그 종축방향의 중심축이 일치하도록 위치한다.

상기 상부 전극체(130)의 일측에는 상부 리미트 스위치(161)가 위치하여 상부 전극(131)의 승강 스트로크를 검출하고 조절한다.

상기 하부 전극체(140)의 일측에는 하부 리미트 스위치가(162)가 위치하여 마찬가지로 하부 전극(141)의 승강 스트로크를 검출하고 조절한다.

상기 상·하부 리미트 스위치(161,162)는 각각 슬라이드 가이드(161b,162b)에 의하여 상하로 위치 이동이 가능하며, 상기 각 슬라이드 가이드(161b,162b)에 나란하게 눈금자(161a,162a)가 마련된다.

상기 상부 전극(131)과 하부 전극(141)의 사이 본체(101)에는 원 소재(10)를 고정 지지하기 위한 클램핑 수단(150)이 마련된다.

상기 클램핑 수단(150)은 본체(101)에 좌우로 직선 이동 가능하게 마련되는 좌 클램프(151)와 우 클램프(152)로 구성된다. 상기 좌 클램프(151)는 외주면에 나사산이 형성되는 스크류축(153)과 이에 결합하는 스크류너트(153a)에 의하여 좌우로 직선 나선 이동한다. 도면에서 미설명 부호 153b는 핸들을 나타낸다.

상기 우 클램프(152)는 우측에 위치하는 클램핑 유압 실린더(155)에 연결되어 좌우로 직선 이동한다.

따라서 원 소재(10)의 직경에 따라 좌 클램프(151)를 좌우로 적절히 이동시켜 원 소재(10)의 종축이 상부 전극(131)과 하부 전극(141)의 중심에 정확히 위치하도록 한 후 우 클램프(152)를 좌로 이동시켜 가압함으로써 원 소재(10)를 공고하게 지지하게 된다.

이 상태에서 상부 전극(131)과 하부 전극(141)을 각각 하방과 상방으로 직선 이동시켜 원 소재(10)의 상단과 하단에 접촉하도록 한다.

다음으로 컨트롤 박스(170)에서 전원 스위치를 온(ON)시키면 상부 전극(131)과 하부 전극(141)에 전류가 인가된다. 그러면 상기 원 소재(10)는 전기 아크 용접과 같은 원리에 의하여 가열되게 된다

본 발명에서는 원 소재(10) 전체를 가열하는 것이 아니라 장차 유선형 헤드부(22)가 될 상단 부분만을 국부 가열하게 된다. 이를 위하여 상기 좌·우 클램프(151,152)의 대향면에는 각각 구리 소재의 클램핑 팁부(151a,152a)가 장착된다.

상기 구리 클램핑 팁부(151a,152a)는 각각 원 소재(10)의 외주면에 접촉하는 것으로서 원 소재(10)와의 접촉 지점에서 열을 신속하게 흡수함으로써 클램핑 팁부(151a,152a)의 아래에 위치하는 원 소재(10)의 몸체(21)는 가열되지 않도록 한다. 즉, 원 소재(10)는 유선형 헤드부(22)가 될 상단 부분만이 국부 가열되는 것이다.

원 소재(10)의 국부 가열이 시작된 후 일정 시간이 경과한 다음 원 소재(10)의 상단과 하단에 접촉하고 있는 상부 전극(131)과 하부 전극(141)이 각각 하방과 상방으로 서서히 직선 이동하면서 상기 원 소재(10)를 가압하게 된다.

예를 들어, 원 소재(10)의 직경이 20mm이고, 길이가 210mm인 경우, 총 가열시간은 30초이고, 가열 시작 후 약 10초 후에 상부 전극(131)과 하부 전극(141)이 각각 하향과 상향으로 이동하여 20초 동안 압축을 시작한다. 이때 원 소재의 중량은 약 530g 이었다.

이 경우 상부 전극(131)의 하양 스트로크 거리는 9mm 이었고, 하부 전극(141)의 상향 스트로크 거리는 32mm 이었다. 따라서 전체적으로는 41mm 정도 원 소재(10)의 길이가 축소되었으며, 축소된 원 소재(10)의 길이에 해당하는 만큼의 체적이 원 소재(10)의 상단으로 압축되어 도1의 (b)에 도시한 바와 같이 유선형 헤드부(22)를 형성한다.

이와 같은 조작에 의하여 유선형 헤드부(22)와 몸체(21)를 가지는 1차 성형체(20)의 제조가 완료된다.

도면에서 미설명 부호 112와 122는 각각 상부 유압 실린더(110)와 하부 유압 실린더(120)의 유량 내지는 속도 조절기를 나타낸다.

상기 가열된 예비 성형체(20)를 가열된 열이 식기 전에 재빨리 다음 공정인 열간 금형 단조 공정으로 이동시킨다.

도4는 본 발명에 따라 헤드부를 열간 단조하는 공정을 순서대로 나타낸 개략적인 단면도이다. 도시한 바와 같이 가열된 예비 성형체(20)의 유선형 헤드부(22)를 상형(210)과 하형(220)의 사이에 위치시킨 후 상형(210)을 하강시켜 가압함으로써 성형 헤드부(32)를 가지는 1차 성형체(30)를 제조한다.

상기 성형 헤드부(32)는 상부 요홈(32a), 하부 요홈(32b)과 상기 상부 요홈(32a)과 하부 요홈(32b) 간을 관통하여 형성되는 피어싱공(32c)을 가진다.

상기 상형(210)에는 성형 헤드부(32)의 상부 외면에 대응하는 캐비티를 가지는 상부 금형(211)이 마련되고, 상기 하형(220)에는 성형 헤드부(32)의 하부 외면에 대응하는 캐비티를 가지는 하부 금형(221)이 마련된다.

상기 상형(210)에는 상기 상부 요홈(32a)에 대응하는 하단 형상을 가지며 하부 선단에 상기 피어싱공(32c)을 형성하기 위한 피어싱핀(212a)이 형성된 상형핀(212)이 승강 가능하도록 장착된다.

상기 하형(220)에는 상기 하부 요홈(32b)에 대응하는 상단 형상을 가지는 하형핀(222)이 승강 가능하도록 장착된다. 이때 상기 하형핀(222)의 상단 중앙부에는 상기 피어싱핀(212a)의 선단이 요입될 수 있도록 피어싱홈(222a)이 형성될 수 있다.

이과 같은 형상을 가지는 상형(210)과 하형(220) 및 상형핀(212)과 하형핀(222)을 각각 하향 및 상향 이동시켜 도4에 도시한 바와 같이 예비 성형체(20)의 유선형 헤드부(22)를 가압하게 되면 도2의 (c)에 도시한 바와 같은 성형 헤드부(32)를 가지는 1차 성형체(30)가 제조된다.

이때 성형 헤드부(32)에는 상부 요홈(32a), 하부 요홈(32b) 및 피어싱공(32c)이 단 1회의 공정에 의하여 동시에 형성되어 있는 것을 알 수 있다.

이와 같이 가공된 1차 성형체(30)에는 불필요한 덧살(33)이 형성되어 있으며, 몸체(31)에는 아직 육각면과 같은 다각면이 형성되어 있지 않으므로 이를 위한 후공정을 요한다.

도5는 본 발명에 따라 몸체의 다각부를 형성하는 공정을 나타낸 개략적인 단면도이다. 도시한 바와 같이 최종적으로 제조되는 2차 성형체(40)의 몸체(41)의 성형 헤드부(42)의 반대측 선단 외주면에는 다각면(43a)으로 이루어지는 다각부(43)가 형성된다.

종래에는 이러한 타이로드 엔드의 다각부(43)를 한 면씩 CNC 등의 절삭기계를 이용하여 절삭가공하였으나 본 발명에서는 회전하는 다각 절삭날(300)을 이용하여 보다 신속하게 가공하게 된다.

즉 도시한 바와 같이 1차 성형체(30)를 반시계 방향(또는 시계방향)으로 회전시키고, 3개의 절삭팁(①,②,③)을 가지는 다각 절삭날(300)을 같은 방향인 반시계 방향으로 회전시켜가며 몸체(31)의 외주면을 절삭하여 다각면(43a)을 일거에 형성하게 되는 것이다.

예를 들어, 육각면으로 이루어지는 다각부(43)를 형성한다고 할 때, 각 육각의 다각면(a~f)은 3개의 절삭팁(①~③)을 꼭지점으로 하는 정삼각형 형상의 회전하는 다각 절삭날(300)에 의하여 순차 가공된다.

즉, a -> b -> c -> d -> e -> f의 다각면은 순서대로 ① -> ② -> ③ -> ① -> ② -> ③의 절삭팁에 의하여 순서대로 절삭 가공되는 것이다.

이와 같이 하면 종래와 같이 각 절삭면을 가공하기 위하여 각 면마다 일일이 절삭 가공한 후 소재를 다시 재장착하여 다른 면을 가공하는 공정을 되풀이할 필요가 없게 되어 다각부(43) 성형 공정이 매우 단순화되는 이점이 있다.

본 발명은 자동차의 조향장치에 적용되는 타이로드 엔드의 제조공정에 관한 것으로서 종래와 비교하여 원 소재로부터 최종 제품에 이르는 제조 공정이 매우 간략하고 신속하여 생산성이 우수한 제조방법에 관한 것이다. 따라서 자동차용 타이로드 엔드 단조 업계에서 본 발명을 채용하는 경우 생산성의 극대화를 이루게 될 것으로 생각된다.

10: 원 소재 20: 예비 성형체
21: 몸체 22: 유선형 헤드부
30: 1차 성형체 31: 몸체
32: 성형 헤드부 32a: 상부 효홈
32b: 하부 요홈 32c: 피어싱공
33: 덧살 40: 2차 성형체
41: 몸체 42: 성형 헤드부
43: 다각부 43a: 다각면
100: 전기 업셋팅장치 101: 본체
110: 상부 유압 실린더 120: 하부 유압 실린더
130: 상부 전극체 131: 상부 전극
132: 슬라이드 레일 140: 하부 전극체
141: 하부 전극 142: 슬라이드 레일
150: 클램핑 수단 151: 좌 클램프
151a: 클램핑 팁부 152: 우 클램프
152a: 클램핑 팁부 153: 스크류축
153a: 스크류너트 153b: 핸들
155: 클램핑 유압 실린더 161: 상부 리미트 스위치
162: 하부 리미트 스위치 170: 컨트롤 박스
210: 상형 211: 상부 금형
212: 상형핀 212a: 피어싱핀
220: 하형 221: 하부 금형
222: 하형핀 222a: 피어싱홈
300: 다각 절삭날

Claims (2)

1. 적당한 길이로 절단한 환봉 형상의 원 소재를 전기 업셋팅 장치에 장착한 후 전류를 인가하여 원 소재의 상단을 국부 가열하면서 동시에 원 소재를 종축 방향으로 서서히 압축함으로써 유선형 헤드부와 몸체를 가지는 예비 성형체를 형성하는 단계;
   상기 예비 성형체의 유선형 헤드부를 최종적으로 생산될 타이로드 엔드의 헤드부 외면 형상에 대응하는 형상을 가지는 상부 금형과 하부 금형의 사이에 위치시킨 후 상기 상부 금형과 하부 금형 및 피어싱핀을 가지는 상형핀과 하형핀을 각각 수직 이동시켜 가압함으로써 타이로드 엔드의 헤드부 외면, 상부 요홈, 하부 요홈 및 상기 상부 요홈과 하부 요홈을 관통하는 피어싱공을 가지는 성형 헤드부를 가지는 1차 성형체를 형성하는 단계; 및
   상기 1차 성형체를 종축을 중심으로 회전시키고, 상기 회전하는 1차 성형체의 몸체부를 상기 1차 성형체와 같은 방향으로 회전하며 3개의 절삭팁을 가지는 정삼각형 형상의 다각 절삭날을 이용하여 절삭함으로써 6각의 다각면을 가지는 다각부를 형성하는 단계
   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 타이로드 엔드 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 1차 성형체의 몸체부에 다각부를 형성하기 전에 1차 성형체의 덧살을 제거하는 트리밍 공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 타이로드 엔드 제조방법.
   

Images