KR20180029300A - 냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법은, 단차부를 갖는 몸체부와, 상기 몸체부의 일단부에 일체를 이루는 플랜지부와, 상기 몸체부의 타단부 외주면에 형성된 기어부로 이루어진 중공형 드라이브샤프트를 제작하기 위한 방법으로서, 단축환봉을 준비하는 단축환봉 준비단계와; 상기 단축환봉의 중심축을 관통하는 중공홀을 형성하는 CNC드릴링단계와; 상기 CNC드릴링단계를 완료한 가공물을 전방압출가공을 통해 가공물의 길이를 신장시킴과 동시에 상기 단차부를 형성하는 전방압출공정과, 상기 전방압출공정을 마친 가공물을 업세팅가공을 통해 상기 플랜지부를 형성하는 업세팅공정과, 상기 업세팅공정을 마친 가공물에 기어부를 형성하는 기어형성공정으로 이루어진 다단냉간단조단계를 포함한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은, 단축형 환봉을 출발소재로 사용하여 CNC드릴을 이용해 중공홀을 형성할 수 있으므로, 건드릴 공정을 회피하여 재료비 및 가공비용을 대폭 감소시킬 수 있고, 또한, 반복 순차적 전방압출 및 업세팅 과정을 통해 길이를 연장함과 아울러 플랜지부와 단차부와 기어부를 형성함으로써, 높은 동심도의 확보가 가능함은 물론 전체적인 치수정밀도가 뛰어난 중공형 드라이브샤프트를 생산할 수 있게 한다.

Description

냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법{Method for manufacturing long hollow type drive shaft through cold forging precess}

본 발명은 차량의 자동변속기 내에 설치되는 부품인 드라이브샤프트의 제작방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법에 관한 것이다.

차량의 자동변속기에 사용되는 종래의 드라이브샤프트는 정밀도가 균일하지 못하였고, 가공 중 금속재료의 흐름이 단절되어 강도 및 내구성이 좋지 못하다는 단점을 갖는다. 특히 플랜지부와 본체의 경계 부분에서 금속재료의 흐름이 단절되어 응력이 집중되고 그에 따라 진동이나 충격에 취약하다는 문제를 갖는다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 국내등록특허공보 제10-0808646호(인볼류트 스플라인을 가지는 자동변속기용 샤프트 오버드라이브 클러치 냉간단조 방법 및 그 장치)가 개시된 바 있다.

상기 냉간 단조방법은, 성형재료를 금형에 고정시킨 상태로 가압하여 플랜지부와 몸체부를 갖는 1차예비성형품을 형성하는 단계와, 상기 1차예비성형품을 다시 프레싱하여 몸체부에 관통중공을 형성하는 2차예비성형품 형성단계와, 2차예비성형품의 몸체부를 2단으로 형성하는 3차예비성형품 형성단계와, 몸체부의 하단에 스플라인기어를 형성하는 최종성형품 형성단계로 구성된다.

그런데 상기한 종래의 단조방법은, 1차예비성형품 제작단계가 단조방식으로 이루어지므로 몸체부의 길이를 어느 이상 길게 확장할 수 없어 단축샤프트 정도만 제작할 수 있다는 한계를 갖는다. 즉, 상기 방법으로는 장축 드라이브샤프트를 제작할 수 없는 것이다.

이에 따라, 장축 드라이브샤프트를 제작하기 위한 방법으로서 건드릴(gun drill)을 이용하는 방식도 적용되고 있다.

건드릴을 이용하는 방식은, 애초에 충분한 길이를 갖는 환봉형 장축을 열간단조하여 플랜지부와 몸체부와 단차부를 먼저 형성한 후, 건드릴을 이용해 몸체부의 중심축부에 중공홀을 형성하는 과정을 포함한다.

그런데 상기한 건드릴 이용방식은, 중공홀의 내경 대비 몸체부의 길이가 길기 때문에 건드릴 공정시 상하단부의 동심 정밀도가 저하한다는 단점을 갖는다. 이러한 문제는 후속공정에 포함된 2차선삭시, 가공물의 흔들림을 야기하기 때문에 작업자의 고도한 숙련도를 요구함은 물론 절삭비의 상승을 초래한다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 단축형 환봉을 출발소재로 사용하여 CNC드릴을 이용해 중공홀을 형성할 수 있으므로, 건드릴 공정을 회피하여 재료비 및 가공비용을 대폭 감소시킬 수 있는 냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법을 제공함에 목적이 있다.

또한, 본 발명은 반복 순차적 전방압출 및 업세팅 과정을 통해 길이를 연장함과 아울러 플랜지부와 단차부와 기어부를 형성함으로써, 높은 동심도의 확보가 가능함은 물론 전체적인 치수정밀도가 뛰어난 냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법을 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법은, 자동변속기의 인너드럼 언더드라이브 클러치내에 설치되는 것으로서, 일정길이의 중공파이프의 형태를 취하며 그 외주면에 단차부를 갖는 몸체부와, 상기 몸체부의 일단부에 일체를 이루는 플랜지부와, 상기 몸체부의 타단부 외주면에 형성된 기어부로 이루어진 중공형 드라이브샤프트를 제작하기 위한 방법으로서, 일정길이 및 직경을 갖는 단축(短軸)환봉을 준비하는 단축환봉 준비단계와; CNC드릴을 이용해 상기 단축환봉의 중심축을 관통하는 일정내경의 중공홀을 형성하는 CNC드릴링단계와; 상기 CNC드릴링단계를 완료한 가공물을 냉간단조금형에 세팅한 후 전방압출가공을 통해 가공물의 길이를 신장시킴과 동시에 상기 단차부를 형성하는 전방압출공정과, 상기 전방압출공정을 마친 가공물을 별도의 냉간단조용 업세팅금형으로 옮겨 위치시킨 후 업세팅가공을 통해 상기 플랜지부를 형성하는 업세팅공정과, 상기 업세팅공정을 마친 가공물을 다른 냉간단조용 금형에 세팅한 후 측방압출가공을 통해 상기 기어부를 형성하는 기어형성공정으로 이루어진 다단냉간단조단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 단축환봉은, 직경대비 길이가 2.0 내지 2.5배의 사이즈를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전방압출공정은; 상기 단차부를 이루는 제1단차부를 형성하는 측부1차성형과정과, 상기 1단차부와 몸체부의 일단부 사이에 제2단차부를 형성하는 측부2차성형과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 업세팅공정은; 상기 측부2차성형과정을 통해 형성된 제2단차부 부분을 전방 압출하여 플랜지예비성형부를 형성하는 예비성형과정과, 상기 예비성형과정을 마친 가공물을 또 다른 금형에 세팅한 상태로 업세팅하여 플랜지부를 완성하는 플랜지부성형과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법은, 단축형 환봉을 출발소재로 사용하여 CNC드릴을 이용해 중공홀을 형성할 수 있으므로, 건드릴 공정을 회피하여 재료비 및 가공비용을 대폭 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 반복 순차적 전방압출 및 업세팅 과정을 통해 길이를 연장함과 아울러 플랜지부와 단차부와 기어부를 형성함으로써, 높은 동심도의 확보가 가능함은 물론 전체적인 치수정밀도가 뛰어난 중공형 드라이브샤프트를 생산할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 상기 도 1의 제조방법을 통해 제작된 드라이브샤프트의 구조를 나타내 보인 절제 사시도이다.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법에서의 소재의 각 단계별 변화를 나타내 보인 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

기본적으로, 본 실시예에 따른 장축 중공형 드라이브 샤프트 제조방법은, 출발소재로서 단축(短軸) 환봉을 사용하며 특히 다단 냉간단조방식을 적용함으로써, 작업 중 좌굴이나 겹침현상의 발생을 방지함은 물론 건드릴의 사용을 회피함으로써 제작비용을 크게 절감하고 치수 정밀성이 뛰어난 제품을 제작할 수 있게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 상기 도 1의 제조방법을 통해 제작된 드라이브샤프트(11)의 구조를 나타내 보인 절제 사시도이다. 또한, 도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법에서의 소재의 각 단계별 변화를 나타내 보인 도면이다.

먼저, 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 제조방법에 의해 제작된 드라이브샤프트(11)는, 중공홀(21)을 가지며 길이방향으로 연장된 몸체부(17)와, 상기 몸체부(17)의 도면상 상단부에 일체를 이루는 플랜지부(13)와, 상기 플랜지부(13)의 하부에 형성된 단차부(15)와, 몸체부(17)의 하단부 외주면에 위치하는 기어부(19)로 구성된다.

상기 드라이브샤프트(11)는, 차량의 자동변속기 내부에 배치되는 동력전달용 부품으로서, 준비된 단축소재를 CNC드릴링단계(102)와 다단냉간단조단계(104)를 통해 가공하여 제작한 것이다.

본 실시예에 따른 냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법은, 단축환봉준비단계(100)와, CNC드릴링단계(102)와, 다단냉간단조단계(104)의 기본 구성을 갖는다.

상기 단축환봉준비단계(100)는, 직경대비 길이가 2.0 내지 2.5배 정도인 환봉소재(51)를 준비하는 과정이다. 이와 같이 길이가 짧은 환봉소재(51)를 출발소재로 삼은 이유는, 가공구멍(51a)을 CNC드릴로 천공하기 위해서이다.

알려진 바와같이, 길이가 어느 정도 이상 길게 연장되어 있는 장축환봉의 경우 CNC드릴로는 구멍을 형성할 수 가 없어 건드릴(gun drill)을 사용해야 하는데, 건드릴은 상하단부의 동심도를 정확히 맞추기가 힘들고 그나마 고가의 구동장비를 필요로 하므로 제작비용을 상승시킨다.

상기 단축환봉준비단계(100)를 통해 단축 환봉소재(51)가 준비되었다면, CNC드릴링단계(102)를 통해 가공구멍(51a)을 형성한다. 상기 CNC드릴링단계(102)시 U드릴을 사용함이 좋다. 상기 가공구멍(51a)은 후속 냉간단조단계를 통해 그 내경이 확장되어 중공홀(21)을 이룰 구멍이다.

상기 CNC드릴링단계(102)를 통해 가공구멍(51a)의 천공이 완료 되었다면, 다단냉간단조단계(104)를 이어간다.

다단냉간단조단계(104)는, 상기 CNC드릴링단계(102)를 마친 가공물(53)을 냉간단조금형에 세팅한 후 전방압출가공을 통해 가공물의 길이를 신장시킴과 동시에 상기 단차부(15)를 형성하는 전방압출공정(106)과, 상기 전방압출공정(106)을 마친 가공물을 별도의 냉간단조용 업세팅금형으로 옮겨 위치시킨 후 업세팅가공을 통해 플랜지부(13)를 완성하는 업세팅공정(108)과, 상기 업세팅공정(108)을 마친 가공물을 다른 냉간단조용 금형에 고정한 후 측방압출가공을 통해 상기 기어부(19)를 형성하는 기어형성단계(110)로 구성된다.

또한, 상기 전방압출공정(106)은, 측부1차성형과정(106a) 및 측부2차성형과정(106b)을 포함한다.

상기 측부1차성형과정(106a)은, 최종 제품에서 상기 단차부(15)가 될 제1단차부(53a)를 갖는 1차가공물(53)을 제작하는 과정이다. 또한 측부2차성형과정(106b)은 상기 1차가공물(53)을 다른 냉간단조금형에 고정시킨 후 전방압출하여 제2단차부(55a)를 갖는 2차가공물(55)을 형성하는 과정이다.

상기 제1단차부(53a) 및 제2단차부(53a)는 상호 다른 냉간단조금형에서 전방압출과정을 통해 형성된 부분으로서, 가령 제1단차부(53a)는 250톤의 무게에 해당하는 힘으로, 제2단차부(55a)는 170톤의 무게에 해당하는 힘으로 냉간 단조된 것이다.

아울러 상기 제2단차부(55a)는 플랜지예비성형부(57a)의 근부(根部)의 역할을 한다. 즉, 상기 제2단차부(55a) 부분을 전방압출하여 플랜지예비성형부(57a)를 형성하는 것이다.

상기 업세팅공정(108)은, 상기 측부2차성형과정(106b)을 통해 형성된 제2단차부(55a)를, 도 3c의 화살표 A 방향으로 전방 압출하여 플랜지예비성형부(57a)를 형성하는 예비성형과정(108a)과, 상기 예비성형과정(108a)을 마친 가공물을 또 다른 금형에 세팅한 상태로 재차 업세팅하여 플랜지부(13)를 완성하는 플랜지부성형과정(108b)을 포함한다.

상기 플랜지부성형과정(108b)은 플랜지예비성형부(57a)를 다시 한 번 업세팅하여 플랜지부(13)를 완성하는 과정이다.

상기 예비성형과정(108a)을 통해 얻은 중간성형물은 3차가공물(57)로서, 아직 완성되지 않은 플랜지예비성형부(57a)를 갖는다. 또한 플랜지부성형과정(108b)을 마친 성형물은 4차가공물(59)로서 완성된 단차부(15)와 플랜지부(13)를 갖지만 기어부(19)가 형성되지 전의 단계이다.

상기 전방압출공정(106)과 업세팅공정(108)을 통해 단차부(15)와 플랜지부(13)가 완성되었다면 기어성형단계(110)가 이어진다.

기어성형단계(110)는, 업세팅공정(108)을 모두 마친 4차가공물(59)을 다른 냉간단조 금형에 설치한 상태로 측방압출하여 스플라인형 기어부(19)를 형성하는 과정이다.

결국, 상기한 바와같이 구성되는 본 실시예에 따른 장축 중공형 드라이브샤프트(11)는, 가공구멍(51a)이 형성되어 있는 환봉소재를 5회에 걸쳐 냉간단조하여 제작된 것으로서, 다단의 냉간단조과정을 포함하는 만큼 치수 정밀도가 뛰어나다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

11:드라이브샤프트 13:플랜지부
15:단차부 17:몸체부
19:기어부 21:중공홀
51:환봉소재 51a:가공구멍
53:1차가공물 53a:제1단차부
55:2차가공물 55a:제2단차부
57:3차가공물 57a:플랜지예비성형부
59:4차가공물

Claims (4)

1. 자동변속기의 인너드럼 언더드라이브 클러치내에 설치되는 것으로서, 일정길이의 중공파이프의 형태를 취하며 그 외주면에 단차부를 갖는 몸체부와, 상기 몸체부의 일단부에 일체를 이루는 플랜지부와, 상기 몸체부의 타단부 외주면에 형성된 기어부로 이루어진 중공형 드라이브샤프트를 제작하기 위한 방법으로서,
   일정길이 및 직경을 갖는 단축(短軸)환봉을 준비하는 단축환봉 준비단계와;
   CNC드릴을 이용해 상기 단축환봉의 중심축을 관통하는 일정내경의 중공홀을 형성하는 CNC드릴링단계와;
   상기 CNC드릴링단계를 완료한 가공물을 냉간단조금형에 세팅한 후 전방압출가공을 통해 가공물의 길이를 신장시킴과 동시에 상기 단차부를 형성하는 전방압출공정과, 상기 전방압출공정을 마친 가공물을 별도의 냉간단조용 업세팅금형으로 옮겨 위치시킨 후 업세팅가공을 통해 상기 플랜지부를 형성하는 업세팅공정과, 상기 업세팅공정을 마친 가공물을 다른 냉간단조용 금형에 세팅한 후 측방압출가공을 통해 상기 기어부를 형성하는 기어형성공정으로 이루어진 다단냉간단조단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 단축환봉은, 직경대비 길이가 2.0 내지 2.5배의 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 전방압출공정은;
   상기 단차부를 이루는 제1단차부를 형성하는 측부1차성형과정과,
   상기 1단차부와 몸체부의 일단부 사이에 제2단차부를 형성하는 측부2차성형과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 업세팅공정은;
   상기 측부2차성형과정을 통해 형성된 제2단차부 부분을 전방 압출하여 플랜지예비성형부를 형성하는 예비성형과정과,
   상기 예비성형과정을 마친 가공물을 또 다른 금형에 세팅한 상태로 업세팅하여 플랜지부를 완성하는 플랜지부성형과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간단조공법을 통한 장축 중공형 드라이브샤프트 제조방법.

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