KR20140110701A

KR20140110701A - 볼트 제조 방법 및 이에 사용되는 금형 구조체

Info

Publication number: KR20140110701A
Application number: KR1020130119207A
Authority: KR
Inventors: 박영근
Original assignee: (주)일신
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2013-10-07
Publication date: 2014-09-17
Also published as: KR101530882B1

Abstract

볼트 제조 방법 및 이에 사용되는 금형 구조체가 개시된다. 본 발명은, 금속 소재가 삽입되는 소재 삽입구, 및 소재 삽입구의 상부에 구비되며, 소재 삽입구에 삽입된 금속 소재의 상부가 가압되는 경우에 금속 소재의 상부에서 육각 머리부가 성형되도록 육각형의 성형틀을 형성하는 머리부 지지대를 구비한다. 본 발명에 따르면, 육각 머리부 하단에 스크랩(SCRAP)이 발생되지 않고, 육각 머리부 하단의 외경이 증가되지 않음으로써, 별도의 선삭가공을 통해 스크랩을 절삭하고, 외경을 가공하여야 하는 등의 후처리 가공비용이 발생되지 않도록 하는 볼트 제조 방법 및 이에 사용되는 금형 구조체가 제공된다. 아울러, 본 발명에 따르면, 육각 머리부의 성형에 있어서의 제품 완성도를 높일 수 있게 된다.

Description

볼트 제조 방법 및 이에 사용되는 금형 구조체{Method for Manufacturing Bolt, and Molding Structure Used Threrein}

본 발명은 볼트 제조 방법 및 이에 사용되는 금형 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 육각 머리부 하단에 스크랩(SCRAP)이 발생되지 않고, 육각 머리부 하단의 외경이 증가되지 않음으로써, 별도의 선삭가공을 통해 스크랩을 절삭하고, 외경을 가공하여야 하는 등의 후처리 가공비용이 발생되지 않도록 하는 볼트 제조 방법 및 이에 사용되는 금형 구조체에 관한 것이다.

단조는 금형과 단조기계로 금속재료에 압축 하중을 가하여 성형하는 가공법으로 가장 오랜된 금속 가공 공정의 하나이다. 대부분의 단조는 금형 세트, 단조용 프레스나 기계 해머와 관련 설비를 사용하여 구성된다.

단조품은 응력을 크게 받는 중요한 용도, 예를 들면, 항공기의 착륙용 기어나 제트 엔진의 부품에 신뢰성있게 사용될 수 있다.

일반적인 단조품에는 볼트와 리벳, 커넥팅 로드, 터어빈의 축, 기어, 공구 등의 기계부품과 기계, 철도, 수송 기계의 구조용 부품을 들 수 있다.

한편, 육각머리 볼트를 제조함에 있어서, 종래 기술에 따른 열간 단조 방법에 의하면, 단조용 육각머리 볼트를 햄머 프레스를 이용하여 단조하며, 그 과정에서 육각머리부 하단에 스크랩(SCRAP)이 발생하고, 육각머리부 하단의 외경이 증가하게 됨으로써, 별도의 선삭가공을 통해 스크랩을 절삭하고, 전조경 및 외경을 가공하여야 하는 등 후 처리 가공비용이 증가된다는 문제가 있었다.

아울러, 종래 기술에 따른 열간 단조 방법에 의하면, 통상적으로 유류 가열로를 사용하여 소재 가열 공정을 진행하므로 소재 전체에 열이 가해져 육각머리부 밑의 외경이 증가하여 후처리로서 별도의 선삭 가공 공정이 필요하게 된다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 육각 머리부 하단에 스크랩(SCRAP)이 발생되지 않고, 육각 머리부 하단의 외경이 증가되지 않음으로써, 별도의 선삭가공을 통해 스크랩을 절삭하고, 외경을 가공하여야 하는 등의 후처리 가공비용이 발생되지 않도록 하는 볼트 제조 방법 및 이에 사용되는 금형 구조체를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 볼트 제조 방법은, (a) 금속 소재(400)를 소정의 길이에 따라 절단하는 단계; (b) 절단된 금속 소재(400)를 단조용 금형(200)에 삽입하는 단계; 및 (c) 상기 단조용 금형(200)에 삽입된 금속 소재(400)를 가압하여 상기 금속 소재(400)에서 육각 머리부(410)를 성형하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 (a) 단계 이후, 상기 (b) 단계 이전에, 절단된 금속 소재(400)를 압출하여 상기 절단된 금속 소재(400)가 일정한 직경을 갖도록 처리하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 (a) 단계 이후, 상기 (b) 단계 이전에, 상기 금속 소재(400)의 머리부를 가열하는 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 금속 소재(400)의 머리부를 가열하는 단계는, 상기 머리부의 상부에서의 최종 온도와 하부에서의 최종 온도가 차등되도록 가열하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속 소재(400)의 머리부를 가열하는 단계는, 상기 최종 온도가 상기 머리부의 상부에서 하부로 갈수록 증가되도록 차등 가열하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속 소재(400)의 머리부를 가열하는 단계는, 고주파 유도 가열장치를 이용하여 가열하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른, 볼트 제조용 금형 구조체는, 금속 소재(400)가 삽입되는 소재 삽입구(240); 및 상기 소재 삽입구(240)의 상부에 구비되며, 상기 소재 삽입구(240)에 삽입된 상기 금속 소재(400)의 상부가 가압되는 경우에 상기 금속 소재(400)의 상부에서 육각 머리부(410)가 성형되도록 육각형의 성형틀을 형성하는 머리부 지지대(250)를 포함한다.

바람직하게는, 상기 소재 삽입구(240)에 삽입되는 상기 금속 소재(400)는 일정한 직경을 갖도록 압출 처리된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소재 삽입구(240)에 삽입되는 상기 금속 소재(400)는 머리부는 부분 가열처리된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열 처리는 고주파 유도 가열장치를 이용하여 가열 처리되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 머리부는, 상기 머리부의 상부에서의 최종 온도와, 상기 머리부의 하부에서의 최종 온도가 차등되도록 가열되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 머리부는, 상기 최종 온도가 상기 머리부의 상부에서 하부로 갈수록 높아지도록 차등 가열되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 육각 머리부 하단에 스크랩(SCRAP)이 발생되지 않고, 육각 머리부 하단의 외경이 증가되지 않음으로써, 별도의 선삭가공을 통해 스크랩을 절삭하고, 외경을 가공하여야 하는 등의 후처리 가공비용이 발생되지 않도록 하는 볼트 제조 방법 및 이에 사용되는 금형 구조체가 제공된다.

아울러, 본 발명에 따르면, 육각 머리부의 성형에 있어서의 제품 완성도를 높일 수 있게 된다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트 제조 방법의 실행 과정을 설명하는 절차 흐름도,
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트 제조 방법에 사용되는 단조용 금형의 구조 및 볼트 제조 과정을 설명하는 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트 제조 방법에서의 부분 가열 방법을 설명하는 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

먼저, 본 발명에서는 상술한 배경 기술의 문제점을 해결하기 위해 고주파 유도 가열기를 이용하여 육각 머리 아래쪽의 가열 없이 볼트 허용공차 (M-0.25Φ)의 소재 사용으로 후처리의 별도 선삭가공 공정을 줄였다.

여기에서는 시중에 시판되지 않는 소재 개발이 필수적으로 요구되며 본 발명에 따른 제품을 생산함에 있어서는 아래의 표 1에 따른 소재를 사용함이 바람직하다.

순위	품명	규격(M)	개발소재경	허용공차
1	육각볼트	M20	19.75Φ	19.65~19.85Φ
2	육각볼트	M22	21.75Φ	21.65~21.85Φ
3	육각볼트	M24	23.75Φ	23.65~23.85Φ
4	육각볼트	M27	26.75Φ	26.65~26.85Φ
5	육각볼트	M30	29.75Φ	29.65~29.85Φ
6	육각볼트	M33	32.75Φ	32.65~32.85Φ
7	육각볼트	M36	35.75Φ	35.65~35.85Φ

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트 제조 방법의 실행 과정을 설명하는 절차 흐름도이다. 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 볼트 제조 방법의 실행 과정을 설명하면, 제조자는 금속 소재(400)를 제조하려고 하는 볼트의 길이에 맞추어, 소정의 길이에 따라 절단하고(S110), 금속 소재(400)가 일정한 직경을 갖도록 금속 소재(400)를 프레스 기계를 통해 압출함으로써, 금속 소재(400)의 치수 관리를 실행한다(S120).

그 다음, 제조자는 금속 소재(400)의 볼트 머리에 해당되는 부분만을 급속 가열하기 위해, 고주파 유도 가열장치를 이용한 가열을 실행한다(S130).

고주파 유도 가열은 피열물(被熱物)이 되는 금속 소재(400)를 코일 내에 두고, 코일에 고주파 전류를 흘림으로써, 금속 소재(400)의 표면에 와전류가 생김으로써 발생되는 열로 가열하는 방식으로써, 금속 소재(400)의 볼트 머리에 해당되는 부분만을 급속 가열하고, 나머지 부분에는 열이 전달되지 않도록 한다.

이와 같이 금속 소재(400)의 몸통부(450)는 가열하지 않고, 금속 소재(400)의 볼트 머리에 해당되는 부분인 머리부(410)만을 부분 가열함에 있어서는, 도 8에서와 같이 머리부(410)를 구간별로 차등가열함이 바람직할 것이다.

즉, 머리부(410)를 상부 구간(A), 중앙 구간(B), 하부 구간(C)으로 나눈 후에, 상부 구간(A)은 최종 온도가 대략 1000℃가 되도록 고주파 가열하고, 중앙 구간(B)은 최종 온도가 대략 1100℃가 되도록 고주파 가열하며, 하부 구간(C)은 최종 온도가 대략 1250℃가 되도록 고주파 가열함이 바람직할 것이다.

한편, 본 발명을 실시함에 있어서는, 상부 구간(A)은 최종 온도가 950℃ 내지 1050℃가 되도록 고주파 가열하고, 중앙 구간(B)은 최종 온도가 1050℃ 내지 1150℃가 되도록 고주파 가열하며, 하부 구간(C)은 최종 온도가 1200℃ 내지 1300℃가 되도록 고주파 가열할 수도 있을 것이다.

한편, 본 발명을 실시함에 있어서는, 머리부(410)를 도 8에서와 같이 A,B,C의 세 개의 구간으로 나누지 않고, 머리부의 상부에서 머리부의 하부로 갈수록 최종 온도가 점차적으로 증가하도록 가열하되, 머리부의 상단부와 머리부의 하단부의 온도 차이가 대략 250℃(바람직하게는 200℃ 내지 300℃)가 되도록 차등 가열할 수도 있을 것이다.

아울러, 본 발명을 실시함에 있어서는, 머리부(410)를 도 8에서와 같이 A,B,C의 세 개의 구간으로 나누지 않고, 머리부를 상부와 하부 두개의 구간으로 나눈 상태에서, 머리부의 상부와 머리부의 하부의 온도 차이가 대략 250℃(바람직하게는 200℃ 내지 300℃)가 되도록 차등 가열할 수도 있을 것이다.

한편, 전술한 바와 같이, 머리부(410)의 각 구간별로 최종 온도가 차등되도록 고주파 가열을 함에 있어서는, 머리부의 각 구간별로 독립된 고주파 코일을 각각 별도로 설치하고, 각각의 코일에 흐르는 전류의 크기를 차등 조절함으로써, 머리부(410)의 각 구간별 최종 온도가 차등되도록 가열할 수 있을 것이다.

한편, 전술한 S130 단계에서 가열이 완료된 후에 제조자는 금속 소재(400)를 도 3에서의 단조용 하부 금형(200)에 삽입한다(S140).

한편, 본 발명에서는 고주파 유도 가열 방식을 통해 금속 소재(400)의 볼트 머리에 해당되는 부분만을 급속 가열함으로써, 가압을 통해 금속 소재(400)에서 육각 머리부(410)가 성형되는 경우에 육각 머리부(410) 하단에서의 금속 소재(400)의 치수는 변형하지 않게 됨으로써, 치수를 관리하기 위한 별도의 후공정이 필요하지 않게 된다.

도 3에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 단조용 하부 금형(200)은 몸체부(210), 소재 삽입구(240), 받침부(220), 외경 지지대(230), 머리부 지지대(250), 및 워셔부 지지대(260)를 포함한다.

먼저, 소재 삽입구(240)에는 가압을 통해 볼트로 성형되는 금속 소재(400)가 삽입되며, 받침부(220)는 소재 삽입구(240)에 삽입된 금속 소재(400)의 하부를 지지한다.

외경 지지대(230)는 소재 삽입구(240)에 삽입된 금속 소재(400)의 외경을 지지하며, 머리부 지지대(250)는 소재 삽입구(240)에 삽입된 금속 소재(400)의 상부가 가압되는 경우에 금속 소재(400)의 상부에서 육각 머리부(410)가 성형되도록 육각형의 성형틀을 제공한다.

즉, 단조용 하부 금형(200)에는 도 3에서와 같이 금속 소재(400)의 가압을 통해 육각 머리부(410)가 일체로서 성형되도록 육각형의 성형틀을 제공하는 머리부 지지대(250)가 일체로서 형성되어 있다.

한편, 워셔부 지지대(260)는 소재 삽입구(240)에 삽입된 금속 소재(400)의 상부가 가압되는 경우에 볼트에서 워셔가 결합되는 부위인 워셔부가 형성되도록 머리부 지지대(250)의 하측에서 금속 소재(400)를 지지한다.

한편, 본 발명에서의 워셔부 지지대(260)에 의하면, 가압을 통해 금속 소재(400)에서 육각 머리부(410)가 성형되는 경우에 육각 머리부(410) 하단에서의 금속 소재(400)의 치수는 변형하지 않게 됨으로써, 치수를 관리하기 위한 별도의 후공정이 필요하지 않게 된다.

그 다음, 제조자는 도 4에서의 단조용 상부 금형(300)을 도 5에서와 같이 금속 소재(400)의 상부에 위치시킨 후에 금속 소재(400)를 가압함으로써, 도 6에서와 같이 금속 소재(400)의 육각 머리부(410)가 성형되도록 한다(S150).

전술한 S150 단계를 구체적으로 설명하면, 제조자는 도 6에서와 같이 단조용 상부 금형(300)을 전진 및 하강시킴으로써(S151,S152), 금속 소재(400)에서 육각 머리부(410)를 성형시킨 후에, 도 7에서와 같이 단조용 상부 금형(300)을 상승 및 후퇴시킴으로써(S153,S154) 금속 소재(400)의 성형을 완료한다.

한편, 금속 소재(400)의 가압에 따라 육각 머리부(410)가 형성됨에 있어서는, 도 8에서의 머리부(410)의 상부 구간(A), 중앙 구간(B), 및 하부 구간(C) 중 하부 구간(C)에서부터 성형이 시작되고, 상부 구간(A)에서의 성형이 가장 나중에 완료되는 것이 바람직할 것이다.

이는 머리부(410)의 상부 구간(A)은 가압시에 상부 금형(300)에 의한 압력이 직접적으로 전달되는 부분으로써, 그 압력에 의해 중앙 구간(B) 및 하부 구간(C)이 성형될 수 있도록, 해당 압력을 중앙 구간(B), 하부 구간(C)까지 전달하는 기능을 수행해야 하기 때문이다.

그런데, 만약 육각 머리부(410)의 성형과정에서, 머리부(410)의 상부 구간(A)에서의 변형이 가장 먼저 있게 되면, 무른 상태로 소성 변형이 이루어진 상부 구간(A)은 상부 금형(300)으로부터 가해지는 압력을 중앙 구간(B) 및 하부 구간(C)으로 성공적으로 전달할 수 없게 되며, 그에 따라 중앙 구간(B) 및 하부 구간(C)에서의 육각 머리부(410)의 성공적인 성형은 기대할 수 없게 된다.

즉, 머리부(410)의 상부 구간(A)은 상부 금형(300)에 의한 압력을 중앙 구간(B) 및 하부 구간(C)까지 전달함으로써, 하부 구간(C)에서의 소성 변형, 및 중앙 구간(B)에서의 성형을 순차적으로 완성한 후에, 최종적으로 상부 구간(A)에서의 성형이 마무리되도록 함이 바람직할 것이다.

한편, 전술한 S130단계에서 설명한 바 있듯이, 도 8에서와 같이 머리부(410)의 상부 구간(A)이 가장 낮은 온도로 가열되어 있고, 중앙 구간(B)이 그보다 높은 온도로 가열되어 있으며, 하부 구간(C)은 가장 높은 온도로 가열되어 있는 상태에서는, 하부 구간(C)은 압력에 따른 변형에 유리한 가장 무른 상태가 되고, 상부 구간(A)은 압력 전달에 유리한 상대적으로 가장 단단한 상태를 형성하게 된다.

즉, 도 8에서와 같은 온도 구간이 형성된 경우에, 상부 금형(300)에 의한 압력이 가해지게 되면, 머리부(410)의 하부 구간(C)에서부터 점차적으로 육각이 성형되고, 상부 구간(A)은 하부 구간(C) 및 중앙 구간(B)에서의 육각 성형이 순차적으로 진행되는 마지막 순간까지 상부 금형(300)에 의한 압력을 성공적으로 전달할 수 있게 되고, 최종적으로 상부 구간(A)에서의 성형이 이루어짐으로써, 육각 머리부(410)의 성형이 성공적으로 완성되는 것이다.

한편, 이후 제조자는 받침부(220)를 상부로 이동시킴으로써, 육각 머리부(410)의 성형이 완료된 금속 소재(400)를 상승시키게 되며(S155), 이로써 육각 머리부(410)가 일체로서 성형된 금속 소재(400)의 추출이 완료된다(S156).

이후 제조자는 추출된 금속 소재(400)의 육각 머리부(410)의 상부 측면에 형성된 스크랩(SCRAP)(430)을 선삭 가공으로 절삭하고, 추출된 금속 소재(400)의 나사부의 전조경을 프레스 기계 가공함으로써(S160), 볼트의 나사 품질이 일정하고, 높은 등급의 나사산이 형성된 볼트의 제조를 완료하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

또한, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

200: 하부 금형, 210: 몸체부,
220: 받침부, 230: 외경 지지대,
240: 소재 삽입구, 250: 머리부 지지대,
260: 워셔부 지지대, 300: 상부 금형,
400: 금속 소재, 410: 육각 머리부,
430: 스크랩, 450: 몸통부.

Claims

(a) 금속 소재(400)를 소정의 길이에 따라 절단하는 단계;
(b) 절단된 금속 소재(400)를 단조용 금형(200)에 삽입하는 단계; 및
(c) 상기 단조용 금형(200)에 삽입된 금속 소재(400)를 가압하여 상기 금속 소재(400)에서 육각 머리부(410)를 성형하는 단계
를 포함하는 볼트 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계 이후, 상기 (b) 단계 이전에,
절단된 금속 소재(400)를 압출하여 상기 절단된 금속 소재(400)가 일정한 직경을 갖도록 처리하는 단계를 더 포함하는 볼트 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (a) 단계 이후, 상기 (b) 단계 이전에,
상기 금속 소재(400)의 머리부를 가열하는 단계를 더 포함하는 볼트 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 금속 소재(400)의 머리부를 가열하는 단계는,
상기 머리부의 상부에서의 최종 온도와 하부에서의 최종 온도가 차등되도록 가열하는 것인 볼트 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 금속 소재(400)의 머리부를 가열하는 단계는,
상기 최종 온도가 상기 머리부의 상부에서 하부로 갈수록 증가되도록 차등 가열하는 것인 볼트 제조 방법.
금속 소재(400)가 삽입되는 소재 삽입구(240); 및
상기 소재 삽입구(240)의 상부에 구비되며, 상기 소재 삽입구(240)에 삽입된 상기 금속 소재(400)의 상부가 가압되는 경우에 상기 금속 소재(400)의 상부에서 육각 머리부(410)가 성형되도록 육각형의 성형틀을 형성하는 머리부 지지대(250)
를 포함하는 볼트 제조용 금형 구조체.
제6항에 있어서,
상기 소재 삽입구(240)에 삽입되는 상기 금속 소재(400)는 일정한 직경을 갖도록 압출 처리된 것인 볼트 제조용 금형 구조체.
제6항에 있어서,
상기 소재 삽입구(240)에 삽입되는 상기 금속 소재(400)는 머리부는 부분 가열처리된 것인 볼트 제조용 금형 구조체.
제8항에 있어서,
상기 머리부는, 상기 머리부의 상부에서의 최종 온도와, 상기 머리부의 하부에서의 최종 온도가 차등되도록 가열되는 것인 볼트 제조용 금형 구조체.
제9항에 있어서,
상기 머리부는, 상기 최종 온도가 상기 머리부의 상부에서 하부로 갈수록 높아지도록 차등 가열되는 것인 볼트 제조용 금형 구조체.