KR20140103154A - 단조 부품을 재성형하기 위한 방법 - Google Patents

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규정된 최종 윤곽을 구비하는 단조 부품을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 단조 부품을 얻기 위해 블랭크를 예비-단조하는 단계 및 다이 내에서 단조 부품을 후속 재성형하는 단계를 포함하고, 여기서 재성형 단계 중에 단조 부품 내에 하나 또는 복수의 공구가 삽입되고, 공정 중에 단조 부품의 재료는 특정의 최종 윤곽이 얻어지는 방식으로 변위된다.

Description

단조 부품을 재성형하기 위한 방법{METHOD FOR RESHAPING FORGED PARTS}
본 발명은 단조 부품을 성형하기 위한 방법, 특히 단조 부품 상에 소위 이차적 성형 요소를 형성하기 위한 방법에 관한 것이다. 이와 같은 단조 부품의 예는, 예를 들면, 상용 차량을 위한 스티어링 너클(steering knuckle)이다.
자동차 산업에서 뿐만 아니라 수송 및 상용 차량(즉, 예를 들면, 자동차, 트럭, 건설 차량, 열차) 분야에서, 복잡한 형상을 갖는 고응력 단조 부품이 점점 더 많이 사용되고 있다. 동시에, 부품의 정밀도를 위한 요건도 증가하였다. 예를 들면, 서두에서 언급한 상용 차량을 위한 스티어링 너클과 같은 단조 부품의 제조 시에, 종래 기술에서는 먼저 단조에 의해 원료 부품을 생성하고, 이 원료 부품을 디버링(deburring) 후에 다시 기계적으로, 즉 기계가공에 의해 재가공함으로써 필요한 정밀도를 갖는 베어링 시트와 같은 원하는 특징을 형성하여 완제품에 도달한다. 그러나 이러한 기계적 재가공에 의해, 한편으로 단조 부품을 위한 처리 시간이 길어지고, 다른 한편으로 후속 기계가공에 의한 재료의 제거로 인해 완제품을 위해 요구되는 원료 부분이 증대된다. 양자 모두 비용을 상당히 증가시킬 뿐만 아니라 환경적 영향도 증대시킨다. 재료 절약의 관점에서 이와 같은 부품을 캐스팅하는 것이 고려될 수 있으나, 캐스팅 제품은 단조 제품에 비해 상용 차량의 스티어링 너클과 같은 고응력 부품의 경우에 상당한 중요성을 가질 수 있는 재료 견실성 및 부하 용량에 대해 명백한 결점을 가진다.
이러한 문제로부터 출발하여, 본 발명의 목적은 제조 정확도를 상실하지 않고 사용되는 부품의 중량을 감소시키고, 원료 부품의 중량을 감소시키고, 그 결과 동시에 전체적으로 제조 시간을 감소시키는 단조 부품을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 단조 부품을 제조하기 위한 방법에 의해 해결된다. 바람직한 실시형태는 종속 청구항에 명시되어 있다.
본 발명에 따르면, 소정의 최종 윤곽(contour)을 갖는 단조 부품을 제조하기 위한 방법은 단조 부품을 얻기 위해 블랭크를 예비-단조하는 단계, 및 다이 내에서 상기 단조 부품을 후속 성형하는 단계를 포함하고, 성형 중에 하나 또는 복수의 공구가 단조 부품 내로 삽입되고, 공정 중에 단조 부품의 재료는 소정의 최종 윤곽이 얻어지도록 변위된다.
본 발명의 의도 내에서, 최종 윤곽은 (디버링 또는 고온 교정(hot straightening)과 같은 잠재적인 미세한 기계가공 전의) 완성된 단조 부품의 표면의 형상으로서 이해되어야 하고, 그러므로 이것은 또한 리세스(recess), 노치, 언더컷 등을 포함한다. 이에 대해, 외부 윤곽은 대체로 단조 부품으로부터 외방을 향하는 단조 부품의 표면의 일부인 것으로 고려되어야 하고, 따라서, 예를 들면, 언더컷, 노치 등을 전혀 포함하지 않는다. 종래의 단조에서, 외부 윤곽은 단조 다이의 내면의 형상에 의해 결정된다. 본 발명의 경우, 예비-단조 중에, 최종 윤곽보다 작은 외부 윤곽을 갖는 바람직하게는 반제품인 또는 거의 완성된 단조 부품이 얻어진다. 예비-단조는 단일 단조 단계, 뿐만 아니라 2 또는 다중 단조 단계로 이루어질 수 있고, 이 단계에 의해 단조 부품의 최종 윤곽에 접근한다.
본 발명에 따른 성형에 의하면, 최종 윤곽을 얻기 위해 기계적 및/또는 기계 마무리 가공이 불필요하므로 더 적은 재료를 이용하여 블랭크를 제조하는 것이 가능하다. 따라서, 잠재적 재가공은 시간을 절약하기 위해 정확한 치수의 달성에 집중될 수 있고, 이것이 한편으로 완제품 상의 원료 재료 부분이 감소되고 다른 한편으로 제조 중에 상당한 시간이 절약될 수 있도록 최소량의 재료를 (예를 들면, 디버링의 형태로) 제거하기만 하면 되는 이유이다. 더욱이, 원료 부품의 더 낮은 중량 뿐만 아니라 단조 부품의 더 낮은 재료 중량(체적)에 기인되어 공장 내에서의 수송 중에 그리고 또한 그 후의 이송 중에 절약이 이루어질 수 있다. 이들 모두는 제조비에 플러스 효과를 줄 뿐만 아니라 더 낮은 환경적 영향을 갖는 제조에도 기여한다. 단조 부품 내에 공구 또는 공구들을 삽입하는 것과 이것에 대응하는 재료의 변위에 의해, 다이는 최적의 방식으로 "내부로부터" 충전되고, 그 결과 다이의 불완전 충전에 의해 실질적으로 더 적은 폐기물을 유발한다. 다시 말하면, 성형 단계, 즉 종래 기술에 비해 추가된 단계를 제공함으로써 채산성 뿐만 아니라 공정 안정성의 양자 모두에 관하여 이익을 산출한다.
더욱이 성형에 의해, 특히 공구/공구들을 삽입함에 의해, 재료가 변위되고, 따라서 (최종 윤곽의) 표면에 평행한 재료의 섬유 배향이 유지되는 것이 장점이다. 이러한 방식으로, 완성된 단조 부품은 특히 에지 및 굴곡부에서 견실성이 향상될 뿐만 아니라 단조 부품(예를 들면, 베어링 시트)의 표면의 더욱 복잡한 형상 특징을 갖는다.
여기서, 성형의 개시 시에, 최종 단조 부품을 위해 필요한 것보다 더 큰 체적(이것은 소정의 최종 윤곽에 의해 한정된다)의 재료가 상기 다이 내에서 이용 가능한 것이 바람직하고, 따라서 성형 중에 공구/공구들을 삽입함으로써 재료는 다이의 에지에서 버(burr) 내로 유입한다. 그 결과 다이의 완전한 충전에 관한 추가의 공정 안정성이 달성된다.
바람직하게, 성형 중에 단조 부품 내에 삽입되는 공구는 펀치(맨드렐) 또는 중공 펀치(중공 맨드렐)이다. 펀치 또는 중공 펀치를 사용함으로써, 높은 성형력이 가해질 수 있고, 이것은 성형 중의 효과적인 재료 변위 및 다이의 완전한 충전을 유발한다. 또한 중공 펀치는 삽입점에서 단조 부품의 특히 정밀한 성형을 가능하게 하고, 따라서 최종 윤곽을 결정하기 위해 특히 효과적으로 사용될 수 있다.
바람직한 실시형태에 따르면, 완성된 단조 부품의 이차적 성형 요소는 이 공구 및/또는 공구들에 의해 형성된다. 본 출원의 의도 내에서 이차적으로 형성되는 요소는 단조 부품 표면의 형상 특징이고, 이것(예를 들면, 트럭 스티어링 너클 상의 베어링 셸(shell)을 위한 시트)은 다이(상호 접근하는 방향으로 이동되는 다이 하프(half))에 의한 단조에 의해서는 제조될 수 없거나 어렵게 겨우 제조될 수 있다. 특히, 종래 기술에서는 이차적 성형 요소의 형성은 재료-제거 기계가공 공정을 필요로 하였고, 이것은 사용되는 재료를 증대시킬 뿐만 아니라 처리 시간도 연장시켰다. 공구/공구들에 의해 이와 같은 이차적 성형 요소를 성형함으로써 상당히 많은 재료 및 따라서 시간이 절약될 수 있다.
특히 바람직한 실시형태에서, 성형은 실질적으로 선행하는 예비-단조 단계의 온도에서 실행된다. 여기서 단조 공정으로부터 여전히 높은 온도로 인해, 실질적으로 동력-절약형 성형이 가능하고, 동시에 성형을 위해 단조 부품을 가열하기 위한 추가의 에너지가 요구되지 않는 것이 유리하다.
더욱이 공구/공구들에 의해 결정되는 성형 방향/방향들이 다이의 폐쇄 방향에 실질적으로 수직한 것이 유리하다. 성형 시에, 예비-단조된 블랭크는 다이 내에 장입되고, 다이는 폐쇄된다. 다이의 폐쇄 방향에 실질적으로 수직한 상기 성형 방향으로 공구를 삽입함으로써, 공구의 측면을 향해 변위된 재료는 거의 이상적인 방식으로 다이에 의해 결정되는 다이 공동 내에 충전될 수 있다. 바람직하게 이 다이 공동은 소정의 최종 윤곽의 외부 윤곽을 한정하고, 다시 말하면, 실질적으로 외방으로 향하는 완성된 단조 부품의 표면의 위치를 결정하고, 반면에 리세스, 노치, 또는 유사한 이차적 성형 요소가 공구(예를 들면, 중공 펀치)에 의해 한정될 수 있다. 이것은 또한 다이의 효율적인 충전에 기여하고, 이러한 방식으로 과도한 재료의 사용을 방지한다.
마지막으로, 성형 후 단조 부품은 디버링 또는 고온 교정 단계를 밟는 것이 특히 유리하다. 이러한 방식으로, 중공 펀치로 인해 대량의 재료를 제거할 필요 없이 또는 고온 교정에 상당한 노력을 사용함이 없이 단조 부품의 휘어짐(warping) 거동은 효율적으로 보상될 수 있고, 제조의 정밀도는 일관되는 최소의 재료 사용 및 짧은 처리 시간과 함께 일관되게 향상된다.
이하, 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시형태를 첨부한 도면에 의해 하나의 실시예로서 설명한다.
도 1은 스티어링 너클의 예를 이용하는 종래 기술에 따른 제조 방법을 개략적으로 도시하고;
도 2는 또한 스티어링 너클의 예를 이용하는 소정의 최종 윤곽을 갖는 단조 부품을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 일례를 개략적으로 도시하고;
도 3은 종래 기술에 의해 제조되는 스티어링 너클과 본 발명에 따라 제조된 스티어링 너클의 비교를 도시한 것으로서, 양자 모두 사시도 및 베어링 시트를 통한 방사 단면도이고;
도 4는 성형 공정 중의 성형 방향 및 최종 윤곽 충전을 도시하는 퇴적된 블랭크를 구비하는 하부 다이 하프의 사시도를 도시하고; 그리고
도 5는 본 발명에 따라 제조된 스티어링 너클의 방사 단면도를 도시하는 것으로서, 단조 후의 스티어링 너클의 도면과 성형 후의 스티어링 너클의 도면은 윤곽의 충전을 강조하기 위해 중첩되어 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 트럭 스티어링 너클의 제조 과정의 경로를 개략적으로 보여준다. 강으로 제조된 블랭크(10)는 먼저 압축되고, 예비-프레싱되고, 제 1 단계의 예비-단조(도 1a 내지 도 1c)를 받고, 형성될 부품의 실질적 외형이 제조된다. 후속되는 제 2 단계의 예비-단조(도 1d) 중에, 이 중간 제품(10')의 세밀한 외부 윤곽은 (소정의 최종 윤곽보다 크지 않은) 다이에 의해 제조된다. 최종 디버링 또는 고온 교정 단계(도 1e)에서, 단조된 완제품(10'')이 얻어지도록 과잉의 단조 재료가 제거된다. 그러나, 단조 공정에 의해, 예를 들면, 베어링 셸용 측방 노치와 같은 복잡한 3 차원 윤곽이 형성될 수 없으므로, 완성된 단조 부품(10'')은 여전히 기계가공에 의해 기계적으로 재가공되어야 한다. 따라서 재가공 중에 축적된 과잉의 재료는 완제품 상의 원료 재료의 부분을 증대시키고, 이것은 이를 위해 요구되는 처리 시간 및 제조비를 증가시키고, 또한 더 큰 환경적 영향을 유발한다.
도 1의 종래 방법에 비교되는 도 2에서, 역시 트럭 스티어링 너클의 실시예를 사용하여 본 발명에 따른 단조 부품을 제조하기 위한 예시적 방법의 과정이 제시된다. 종래 기술에서와 같이, 블랭크(20)는 먼저 압축되고, 예비-프레싱되고, 2 단계로 예비-단조되어(도 2a 내지 도 2d), 완성된 단조 부품의 외부 윤곽에 실질적으로 접근한다. 그러나, 종래 기술과 달리 예비-단조 후(즉, 본 경우는 제 2 단계의 예비-단조 후), 블랭크(20')가 여전히 실질적으로 단조 온도인 상태에서 다이 내에서 단조 부품의 성형이 실행되고, 다이의 공동은 부품의 소정의 최종 윤곽의 외부 윤곽을 한정한다. 스티어링 너클의 경우, 성형 공정 중에, 즉 다이 폐쇄 중에, 스티어링 너클의 전방측 및 후방측의 각각의 중공 펀치는 반제품인 단조 부품(20') 내에 삽입되고, 이와 같은 방법으로 중공의 내향 베어링 시트(21a, 21b)(도 2e 및 도 3b)가 형성된다. 중공 펀치는 형성될 베어링 시트의 형상 및 치수를 정확하게 갖는다. 그러면, 단조 레벨에 위치하는 단조 폐기물만이 디버링/고온 교정에 의해 제거되고, 더 이상 디버링 또는 고온 교정에 의해 완성된 최종 윤곽을 생성할 필요가 없고, 따라서 실질적으로 제거되는 재료의 양이 더 적으므로 종래 기술의 디버링 또는 고온 교정에 비해 훨씬 짧은 시간이 걸린다(참조, 도 1e). 또한 이러한 시간 이득은 종래 기술에 비해 추가의 성형 단계("중공-펀치 피어싱(piercing)")(도 2e)에 의해 무효화되지 않는다. 오히려, "중공-펀치 피어싱"의 추가의 성형 단계는 베어링 시트를 형성하기 위한 추가의 기계가공을 생략시켜 준다.
도 3에서, 사시도 및 단면도는 완성된 단조 부품과 디버링된 부품 사이를 비교한 것이다. 도 3a로부터 명백한 바와 같이, 종래 방법으로 제조된 완성된 단조된 블랭크(10')는 베어링 시트를 위한 어떤 리세스도 아직 포함하고 있지 않고, 대응하는 측면 부분(11a, 11b)은 중실체이다. 따라서, 종래 방법에 의해 제조된 스티어링 너클의 중량은 32 kg이다. 이와 달리, 본 발명에 따라 제조된 트럭 스티어링 너클은 베어링 셸을 위한 리세스를 이미 가지고 있으므로, 더 이상 폐기물을 생성하는 기계가공이 불필요하다. 따라서 완성된 단조된 원료 부품도 더 가벼운 29 kg이다. 따라서 약 10 %의 재료가 절약될 뿐만 아니라 실질적으로 더 짧은 처리 시간이 달성될 수도 있다.
도 4에서, 본 발명에 따른 방법에서 사용되는 다이의 사시도가 도시되어 있고, 이해를 돕기 위해 하부 다이 하프(30) 만이 도시되어 있다. 여기서 실질적으로 아직 단조 온도가 아닌 제 2 단계의 예비-단조(도 2d)로 제조되는 중간 제품(20')이 다이(30) 내에 장입되고, 다이는 상부 다이 하프(도시되지 않음)을 하강시킴으로써 폐쇄된다(도 4에서 "폐쇄 방향"의 화살표 참조). 동시에, 중공 펀치(31a, 31b)가 2 개의 방향("성형 방향"의 화살표 참조)으로부터 반제품인 단조 부품(20')의 양측면 내에 가압되어 완성된 단조된 트럭 스티어링 너클(20''') 내에 베어링 시트를 형성한다. 여기서, 서로 대향하는 2 개의 성형 방향은 다이의 폐쇄 방향에 수직하게 위치된다. 선행하는 단조 공정으로부터의 여전히 높은 온도에 기인되어, 전체 다이 형상, 즉 소정의 최종 윤곽은 중공 펀치(31a, 31b)에 의해 변위된 재료로 인해 완전히 충전된다. 이것은 단조 부품(20'')의 음영으로 표시되는 윤곽에 의해 도시되어 있다. 다시 말하면, 본 발명에 따른 성형 중에, 재료는 다이 형상이 충전될 때까지 다이 내면 상의 최초에 비어 있는 다이 공간 내로 유동한다. 여기서, 바람직하게 성형의 개시 시에, 최종 단조 부품을 위해 필요한 것보다 약간 많은 체적의 를 다이 내에서 이용할 수 있다. 공구/공구들의 삽입에 기인하는 재료의 후속 변위 중에, 재료는 다이 에지에서 버 내로 유입함으로써 항상 확실하고 완전한 다이의 충전을 보장해 준다.
본 발명에 따른 방법에 의해 달성되는 원료 재료의 절약은 도 5의 단면도로부터 특히 명백하다. 도면 부호 22는 제 2 예비-단조(도 2d) 후에 제조되는 단조된 윤곽을 표시하고, 반면에 도면 부호 23은 본 발명에 따른 성형 공정 후, 즉 중공 펀치를 삽입한 후의 최종 윤곽을 표시한다. 중공 펀치를 삽입하거나 가압해 넣음으로써, 다이(30)에 의해 사전에 제공된 외부의 최종 윤곽(23)은 단조된 윤곽(22)으로부터 출발하여 충전된다. 다시 말하면, 중공 펀치가 삽입된 체적의 부분이 예비-단조된 더 적은 단조 윤곽(22)으로부터 출발하여 규정된 최종 윤곽(23)까지 다이를 충전한다.

Claims (8)

  1. 소정의 최종 윤곽을 구비하는 단조 부품을 제조하기 위한 방법으로서,
    단조 부품을 얻기 위해 블랭크를 예비-단조하는 단계, 및
    다이 내에서 상기 단조 부품을 후속 성형하는 단계를 포함하고, 상기 성형 중에 하나 또는 복수의 공구가 상기 단조 부품 내에 삽입되고, 상기 단조 부품의 재료는 상기 소정의 최종 윤곽을 얻어지도록 변위되는, 단조 부품을 제조하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    성형의 개시 시에, 상기 최종 단조 부품을 위해 필요한 것보다 더 큰 체적의 재료를 상기 다이 내에서 이용할 수 있는, 단조 부품을 제조하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공구는 중공 펀치인, 단조 부품을 제조하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구 또는 공구들에 의해 상기 완성된 단조 부품의 이차적 성형 요소가 형성되는, 단조 부품을 제조하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성형 단계는 실질적으로 선행하는 상기 예비-단조 단계의 온도에서 실행되는, 단조 부품을 제조하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구 또는 공구들에 의해 결정되는 상기 성형 방향/방향들은 상기 다이의 폐쇄 방향에 실질적으로 수직인, 단조 부품을 제조하기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다이는 상기 규정된 최종 윤곽의 외부 윤곽을 한정하는, 단조 부품을 제조하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단조 부품은 성형 단계 후에 디버링 또는 고온 교정 단계를 밟는, 단조 부품을 제조하기 위한 방법.
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