KR20170087599A - 자동차용 유성기어 캐리어의 소재, 캐리어 제조방법, 캐리어 - Google Patents

자동차용 유성기어 캐리어의 소재, 캐리어 제조방법, 캐리어 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동변속기를 구성하는 캐리어의 내구성 및 내마모성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 소성가공이 용이한 알루미늄 소재를 제공하며, 상기 소재에 의해서 캐리어 캡과 플레이트의 형상을 소성가공으로 제조하고 연결하여 접합에 의해서 단일체가 되게 하여 제조원가를 절감할 수 있는 자동변속기용 캐리어 제조방법과, 상기한 제조방법에 의해서 내구성 및 내마모성이 향상되고 중량이 저감된 품질이 크게 향상된 캐리어를 제공하려는 것이며,
본 발명에 의하면, 캐리어를 구성하는 캐리어 캡과 플레이트를 각각 제조하고 결합하여 접합하여 단일체로 연결하였기 때문에 설비비용이 절감되는 효과가 있으며,
캐리어가 고강도 알루미늄 소재에 의해서 제조되었기 때문에 소성가공이 용이하여 생산성의 우수하고, 캐리어의 중량을 저감시킬 수 있어 자동차 연비를 개선하는 데 기여하는 효과가 있다.

Description

자동차용 유성기어 캐리어의 소재, 캐리어 제조방법, 캐리어{Automotive for planet gear carrier material, manufacturing method of the carrier, the carrier}
본 발명은 자동차용 유성기어 캐리어의 소재, 캐리어 제조방법, 캐리어에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 고인장 강도와 내마모성이 우수하도록 개발된 캐리어 소재와, 상기 소재를 이용한 캐리어 제조방법과 상기 제조방법에 의해서 내구성이 우수하고 경량화 된 캐리어에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 자동변속기(Automatic transmission)를 구성하는 유성기어의 캐리어는 변속기 주축의 피동축에 설치되어 선 기어(Sun Gear)와 링 기어(Ring Gear) 사이에 개재된 유성기어를 지지하여 변속기 주축의 선 기어와 함께 회전하도록 조립되어 구성되는 것으로서, 상기한 캐리어(Carrier)는 자동변속기의 핵심부품 중 하나이다.
상기와 같은 캐리어(Carrier)를 제공하기 위한 종래 캐리어의 소재 및 제조방법을 살펴본다.
먼저, 소재가 금속(철)인 경우에 제조방법으로 냉간, 온간 및 열간단조에 의해서 성형하고 용접한 후, 절삭가공을 통해서 완성해 왔다.
이렇게 제조된 자동변속기용 유성기어의 캐리어는 여러단계로 가공을 하는 관계로 생산성이 떨어지고 원가가 비싸게 형성되며, 또한 소재가 중량이 무거운 철금속인 관계로 자동차의 연비를 나쁘게 하는 원인을 제공하는 단점이 있다.
또한, 프레스 펀칭 작업시 재료에 변형, 즉 터짐 또는 찢어지는 식의 재료의 파손 및 변형을 가져오기 때문에 원하는 형태의 제품을 생산하는데 불량이 많이 발생하는 등 어려움이 따르는 단점이 있다.
상기한 단점을 해결하기 위하여 비철금속(고장력, 내마모성 알루미늄 합금)을 재료로 사용하고 있는데, 이러한 철금속에 의한 성형시 발생하는 단점과 중량이 무거운 단점은 해결할 수 있다.
그러나, 종래 비철금속 재료는 성형을 위한 열간가공시 강도가 약해지고 정밀도가 떨어지는 단점이 있다.
상기한 바와 같은 캐리어 소재 및 제조방법에 단점들을 해결하기 위하여 최근에는 캐리어의 형상을 금속분말에 의한 소결공법에 의해서 제조하고 절삭가공과 용접으로 통하여 완성하는 것으로 제조공정의 단순화를 달성하였고, 생산성도 양호한 편이나, 금속분말에 의한 소결공법으로 제조된 캐리어는 취성이 있어 캐리어가 쉽게 깨어지는 현상이 있어 캐리어의 수명이 단축되는 등 캐리어 재료 및 제조방법에 많은 문제점이 있다.
한국 등록특허: 제10-1360695호(2014년02월03일.등록) 한국 등록특허: 제10-0419737호(2004년02월10일.등록) 한국 공개특허: 제10-2013-0005551호(2013년01월16일.공개)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유성기어를 구성하는 캐리어의 내구성 및 내마모성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 소성가공이 용이한 알루미늄 소재를 제공하며, 상기 소재에 의해서 캐리어 컵과 캐리어 플레이트의 형상을 소성가공으로 제조하고 연결하여 접합에 의해서 단일체가 되게 하여 제조원가를 절감할 수 있는 자동차용 유성기어 캐리어 제조방법과, 상기한 제조방법에 의해서 내구성 및 내마모성이 향상되고 중량이 저감되면서 품질이 크게 향상된 캐리어를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 유성기어를 구성하는 캐리어의 소재는 중량비 규소(Si):17%, 중량비 철(Fe):0.5%, 중량비 구리(Cu):5.0%, 중량비 망간(Mn):0.5%, 중량비 마그네슘(Mg):0.55%, 중량비 아연(Zn):0.1%, 중량비 티타늄(Ti):0.2%, 중량비 알루미늄(Al):76.15%를 용해하여 연속주조법을 통해서 잉곳(Ingot)을 제조한 후, 알루미늄 단조공정을 통해서 단조후, 인장강도 450Mpa 연신율 9%를 가지는 고강도 알루미늄 소재를 마련한다.
알루미늄 소재를 계산된 소정의 두께로 절단하여 마련한 미가공 소재를 온도 500℃~520℃로 가열한 상태에서 블랭킹(Blanking)공정으로 캐리어 소재를 만들고, 피어싱(Pierceing)공정으로 캐리어 소재의 중심에 구멍을 만들고, 포밍(Foring)공정으로 캐리어 플레이트 형상을 만들고, 피어싱(Pierceing)공정으로 캐리어 캡을 결합하기 위한 결합구멍을 만들어 캐리어 플레이트를 완성한다.
그리고, 다시 미가공 소재로 온도 500℃~520℃로 가열한 상태에서 블랭킹(Blanking)공정으로 캐리어 소재를 만들고, 프리폼(Preform)공정으로 가형상을 만든 다음, 피어싱(Pierceing)공정으로 중심에 구멍을 만들고, 포밍(Foring)공정으로 캐리어 캡을 캐리어 플레이트에 결합하기 위한 결합부와 받침부가 구비된 캐리어 캡을 완성한다.
상기 공정에 의해서 제조된 캐리어 플레이트와 캐리어 캡을 준비하고 캐리어 플레이트에 형성된 결합구멍에 캐리어 캡에 형성된 결합부를 끼워 결합하고, 여기에 알루미늄 브레이징 소재를 놓고, 온도 450℃~600℃로 가열하여 알루미늄 브레이징 소재가 용융되어 결합부와 결합구멍의 틈새 및 받침부가 결합구멍의 일측 주변에 밀착되어 형성된 틈새로 유입되어 상호 접합하고, 캐리어 플레이트와 캐리어 캡이 접합된 상태에서 내경과 외경을 선삭가공하고, 펀칭공정으로 소정의 위치에 홀을 형성하고 MCT가공으로 피니언홀을 형성하고 검사하는 것으로 캐리어가 제조되는 것이다.
상기와 같이 제조된 캐리어는 캐리어 캡을 결합하기 위한 결합부와 받침부를 만들어 캐리어 플레이트에 형성된 결합구멍에 결합되고, 받침부가 결합구멍의 일측 주변에 밀착되어 알루미늄 브레이징 소재가 용융되어 모세관 현상으로 틈새에 스며들어 접합되는 구성으로 되어 있는 것이 본 발명에 특징이다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 캐리어를 구성하는 캐리어 캡과 플레이트를 각각 제조하고 결합하여 접합하여 단일체로 연결하였기 때문에 설비비용이 절감되는 효과가 있으며,
캐리어가 고강도 알루미늄 소재에 의해서 제조되었기 때문에 소성가공이 용이하여 생산성이 우수하고, 캐리어의 중량을 저감시킬 수 있어 자동차 연비를 개선하는데 기여하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 캐리어 플레이트의 성형단계를 보인 예시도
도 2는 본 발명에 의한 캐리어 캡의 성형단계를 보인 예시도
도 3은 본 발명에 의해 제조된 캐리어 플레이트의 사시도
도 4는 본 발명에 의해 제조된 캐리어 캡의 사시도
도 5는 본 발명에 의한 캐리어 캡과 플레이트가 결합된 상태의 단면도
도 6은 본 발명에 의한 캐리어의 제조공정을 보인 플로우 차트이다.
이하, 본 발명에 자동차용 유성기어 캐리어의 소재, 캐리어 제조방법, 캐리어를 도면과 관련하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
상기 목적을 달성하기 위한 자동차용 유성기어 캐리어의 소재는, 중량비 규소(Si):15~19%, 중량비 철(Fe):0.4~0.6%, 중량비 구리(Cu):3.0~6.0%, 중량비 망간(Mn):0.1.~0.7%, 중량비 마그네슘(Mg):0.35~0.75%, 중량비 아연(Zn):0.05~0.12%,중량비 티타늄(Ti):0.1~0.3%, 중량비 알루미늄(Al):72.6~81%를 용해하여 연속주조법을 통해서 잉곳(Ingot)을 제조한 후, 알루미늄 단조공정을 통해서 단조후, 인장강도 450Mpa 연신율 9%응 가지는 고강도 알루미늄 소재를 마련한다.
상기 고강도 알루미늄 소재로 캐리어를 제조하는 방법을 공정에 따라 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
제 1공정
본 발명에 의해서 제조된 고강도 알루미늄 소재를 계산된 소정의 두께로 절단하여 미가공 소재를 준비한다.
제 2-1공정
제 1공정에 의한 미가공 소재로 캐리어 플레이트를 제조하는데, 상기 미가공 소재를 온도 500℃~520℃로 가열한 상태에서 블랭킹(Blanking)공정으로 캐리어 소재(1)를 만들고, 피어싱(Pierceing)공정으로 캐리어 소재의 중심에 구멍(11)을 만들고, 포밍(Foring)공정으로 캐리어 플레이트 형상을 만들고, 피어싱(Pierceing)공정으로 캐리어 캡(20)을 결합하기 위한 결합구멍(12)을 만들어 캐리어 플레이트(10)를 완성한다.
제 2 -2공정
상기 2-1공정을 포함하고 포밍(Foring)공정에서 캐리어 플레이트(10)의 외주연에 치형(13)을 추가적으로 만들어 치형(13)이 있는 캐리어 플레이트(10)를 완성한다.
제 3공정
제 1공정에 의한 미가공 소재로 캐리어 캡(20)을 제조하는 데, 상기 미가공 소재를 온도 500℃~520℃로 가열한 상태에서 블랭킹(Blanking)공정으로 캐리어 소재(1)를 만들고, 프리폼(Preform)공정으로 가형상을 만든 다음, 피어싱(Pierceing)공정으로 중심에 구멍(23)을 만들고, 포밍(Foring)공정으로 캐리어 캡(20)을 캐리어 플레이트(10)에 결합하기 위한 결합부(21) 및 받침부(22)를 만들어 결합부(21)와 받침부(22)가 구비된 캐리어 캡(20)을 완성한다.
제 4공정
제 2-1 또는 2-2공정에 의해서 제조된 캐리어 플레이트(10)와 제 3공정에 의해서 제조된 캐리어 캡(20)을 준비하고 캐리어 플레이트(10)에 형성된 결합구멍(12)에 캐리어 캡(20)에 형성된 결합부(21)를 끼워 결합한다.
제 5공정
캐리어 플레이트의 결합구멍(12)에 캐리어 캡에 형성된 결합부(21)가 결합된 일측에 알루미늄 브레이징 소재(30)를 놓고, 온도 450℃~600℃로 가열하여 알루미늄 브레이징 소재가 용융되어 결합부(21)와 결합구멍(12)의 틈새 및 받침부(22)가 결합구멍(12)의 일측 주변에 밀착되어 형성된 틈새로 유입되어 상호 접합되게 한다.
즉, 진공로(무산화) 브레이징을 시행함으로써 알루미늄 브레이징 소재가 용융되어 모세관 현상으로 결합부(21)와 결합구멍(12)의 틈새에 스며들어 접합된다.
제 6공정
캐리어 플레이트(10)와 캐리어 캡(20)이 접합된 상태에서 내경과 외경을 선삭가공한다.
제 7공정
펀칭공정으로 소정의 위치에 홀을 형성하고 MCT가공으로 피니언홀을 형성하고 검사하는 것으로 캐리어가 제조되는 것이다.
상기와 같은 방법에 의해서 제조된 캐리어는,
캐리어 캡(20)을 결합하기 위한 결합부(21)와 받침부(22)를 만들어 캐리어 플레이트(10)에 형성된 결합구멍(12)에 결합되고, 받침부(22)가 결합구멍(12)의 일측 주변에 밀착되어 알루미늄 브레이징 소재가 용융되어 모세관 현상으로 틈새에 스며들어 접합되는 구성으로 되어 있다.
상기와 같이 구성된 자동차용 유성기어 캐리어는 자동차의 자동변속기에 사용되는 것으로 자동변속기에서 유성기어 캐리어가 하는 작용은 일반적인 것과 동일하므로 설명을 생략한다.
그리고, 본 발명에 의해서 제조된 캐리어는 캐리어 캡(20)을 결합하기 위한 결합부(21)와 받침부(22)를 만들어 캐리어 플레이트(10)에 형성된 결합구멍(12)에 결합되는 구조에 받침부(22)가 결합구멍(12)의 일측 주변에 밀착되는 구성으로 되어 있기 때문에 캐리어 플레이트(10)와 케리어 캡(20)이 정확한 위치에 결합되어 캐리어의 정밀성을 향상시킬 수 있다.
특히, 알루미늄 브레이징 소재가 용융되어 모세관 현상으로 결합부(21)와 결합구멍(12) 사이의 틈새는 물론이고 받침부(22)와 결합구멍(12)의 일측 주변에 형성된 틈새에 스며들어 접착된다.
상기와 같이 결합부(21)와 결합구멍(12) 사이의 틈새는 물론이고, 받침부(22)가 결합구멍(12)의 일측 주변에 밀착됨으로 인하여 넓은 접촉부가 형성됨으로서, 알루미늄 브레이징 소재가 스며들어 접합되는 면적이 넓게 형성되는 구성으로 되어 있기 때문에 캐리어 플레이트(10)와 케리어 캡(20)의 접합상태를 더욱 견고하게 유지할 수 있게 되는 것이다.
1: 캐리어 소재 10: 캐리어 플레이트
11, 23: 구멍 12: 결합구멍
13: 치형 20: 캐리어 캡
21: 결합부 22: 받침부
30: 알루미늄 브레이징 소재

Claims (4)

  1. 자동차용 유성기어 캐리어 소재를 구성시, 중량비 규소(Si):17%, 중량비 철(Fe):0.5%, 중량비 구리(Cu):5.0%, 중량비 망간(Mn):0.5%, 중량비 마그네슘(Mg):0.55%, 중량비 아연(Zn):0.1%, 중량비 티타늄(Ti):0.2%, 중량비 알루미늄(Al):76.15%를 용해하여 연속주조법을 통해서 잉곳(Ingot)을 제조한 후, 알루미늄 단조공정을 통해서 단조후, 인장강도 450Mpa 연신율 9%를 가지도록 한 것을 특징으로 하는 고강도 알루미늄 소재.
  2. 자동차용 유성기어 캐리어 제조방법에 있어서,
    알루미늄 소재를 계산된 소정의 두께로 절단하여 미가공 소재를 준비하는 1단계;와,
    상기 1단계;로 준비된 미가공 소재를 온도 500℃~520℃로 가열한 상태에서 블랭킹(Blanking)공정으로 캐리어 소재(1)를 만들고, 피어싱(Pierceing)공정으로 캐리어 소재의 중심에 구멍(11)을 만들고, 포밍(Foring)공정으로 캐리어 플레이트 형상을 만들고, 피어싱(Pierceing)공정으로 캐리어 캡(20)을 결합하기 위한 결합구멍(12)을 만들어 캐리어 플레이트(10)를 제조하는 2단계;
    1단계;로 준비된 소재를 온도 500℃~520℃로 가열한 상태에서 블랭킹(Blanking)공정으로 캐리어 소재(1)를 만들고, 프리폼(Preform)공정으로 가형상을 만든 다음, 피어싱(Pierceing)공정으로 중심에 구멍(23)을 만들고 포밍(Foring)공정으로 캐리어 캡(20)을 캐리어 플레이트(10)에 결합하기 위한 결합부(21)와 받침부(22)를 만들어 캐리어 캡(20)을 제조하는 3단계;와,
    2단계;에 의해서 제조된 캐리어 플레이트(10)와 3단계;에 의해서 제조된 캐리어 캡(20)을 준비하고 캐리어 플레이트에 형성된 결합구멍(12)에 캐리어 캡에 형성된 결합부(21)를 끼워 결합하는 단계;와,
    캐리어 캡에 형성된 결합부(21)와 캐리어 플레이트에 형성된 결합구멍(12)의 일측에 알루미늄 브레이징 소재(30)를 놓고, 온도 450℃~600℃로 가열하여 알루미늄 브레이징 소재(30)가 용융되어 결합부(21)와 결합구멍(12)의 틈새 및 받침부(22)가 결합구멍(12)의 일측 주변에 밀착되어 형성된 틈새로 유입되어 접합하는 단계;와,
    캐리어 플레이트와 캐리어 캡이 접합된 상태에서 내경과 외경을 선삭가공하고, 펀칭공정으로 소정의 위치에 홀을 형성하고 MCT가공으로 피니언홀을 형성하는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 유성기어 캐리어 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 2단계;의 캐리어 플레이트를 제조하는 포밍(Foring)공정시 캐리어 플레이트의 외주연에 치형(13)을 추가적으로 만들어 치형(13)이 있는 캐리어 플레이트(10)를 제조하는 것을 특징으로 하는 자동차용 유성기어 캐리어 제조방법.
  4. 캐리어 캡(20)을 결합하기 위한 결합부(21)와 받침부(22)를 만들어 캐리어 플레이트(10)에 형성된 결합구멍(12)에 결합되어 결합부(21)와 결합구멍(12) 사이 틈새와 받침부(22)와 결합구멍(12)의 일측 주변에 밀착되어 형성된 틈새로 알루미늄 브레이징 소재가 용융되어 모세관 현상으로 스며들어 접합되어 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 유성기어 캐리어.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101983341B1 (ko) * 2017-12-22 2019-05-28 현대트랜시스 주식회사 자동변속기 유성기어 캐리어 가공방법 및 그 가공장치
CN110142572A (zh) * 2019-05-23 2019-08-20 泉州市微柏工业机器人研究院有限公司 一种谐波钢轮制作工艺
US11460061B2 (en) * 2017-08-09 2022-10-04 Sumitomo Electric Sintered Alloy, Ltd. Joined component

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