KR20180029301A - 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법 - Google Patents

Abstract

냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법에 관한 본 발명은, 기어부와 플랜지부가 단차지도록 형성되어 있는 플랜지형 허브클러치를 제작하기 위한 방법으로서, 환봉소재를 열간단조하여 중심축부에 축구멍을 갖는 1차가공물을 얻는 열간단조단계와; 상기 1차가공물의 외주면을 선삭하여 일정한 외경의 외주면을 가지도록 하는 1차선삭단계와; 상기 1차선삭단계를 마친 2차가공물을 냉간단조금형에 세팅한 상태로 전방 압출시켜, 상기 외주면의 일부분에 기어부, 나머지 부분에 플랜지부가 형성되게 하는 냉간배압단조단계와; 상기 냉간배압단조단계를 통해 얻은 냉간단조가공물을 선삭하되, 상기 기어부만 선삭하여 선삭된 기어부와 선삭되지 않은 플랜지부에 단차가 형성되도록 하는 마감선삭단계를 포함한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법은, 열간단조와 냉간단조를 조합한 복합단조를 적용하며 특히 가스스프링을 통해 최적 배압을 부가하는 배압단조를 통해 기어부를 형성하고, 기어부를 외주선삭하여 선명한 단차를 갖는 플랜지를 형성하므로, 그만큼 정밀성이 뛰어난 플랜지형 허브클러치를 제조할 수 있게 한다.

Description

냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법{Method for manufacturing flange type hub clutch through cold forging process using back pressure}

본 발명은 차량의 자동변속기에 사용되는 부품인 허브클러치의 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 열간단조와 선삭가공과 냉간 배압단조가 복합 구성된 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법에 관한 것이다.

차량이 주행하는 데 필요한 바퀴의 구동력은 주행환경에 따라 매우 빈번하게 변화되며 이는 변속기를 통해 적절히 제어된다. 특히 자동변속기는 자동차의 주행속도나 그 주행에 관련된 각종 정보를 토대로, 목표하는 변속 단의 변속기어가 자동으로 동작되면서 적절한 토크와 회전력을 출력한다.

가령, 자동변속기 중 8단 변속기에 적용되는 오버드라이브 허브 클러치는 엔진의 여유 출력을 이용하여 추진축의 회전 속도를 엔진의 회전속도보다 빠르게 하고, 2세대(GEN Ⅱ) 자동변속기에 들어가는 허브클러치는 3단과 5단 및 후진 구동시 작동하여 리어 에뉼러스 기어(Rear Annulus gear)로 동력을 전달하거나 차단하는 기능을 하는 것이다.

이와같이 자동변속기내 허브 클러치는, 변속기 내부에서 주위의 여러 기어들과 맞물려 엔진의 동력을 수시로 단속하면서 차량의 속도를 변경하는 중요 역할을 하는 필수 부품으로서, 원가 및 품질 측면에서 지속적이고 꾸준한 경쟁력을 갖추도록 연구되고 있다.

가령, 국내공개특허공보 제10-2007-010436호(클러치디스크의 허브 단조방법)에는, 원자재를 재결정온도 이상의 온도로 가열한 상태로 단조하는 형타단계와, 형타를 마친 성형물의 외형을 절단하여 허브의 형태를 성형하는 트리밍단계와, 트리밍단계를 마친 성형물을 재결정온도 이상으로 가열하는 열처리단계와, 열처리를 마친 성형물을 냉간단조시키는 냉간가공단계와, 냉간가공을 마친 성형물을 다시 열처리하는 열치리단계와, 열처리를 마친 성형물을 칫수에 맞도록 가공하는 완성단계를 포함하는 프로세스가 개시된 바 있다.

그런데 상기한 종래의 허브 단조방법은, 기어부가 열간단조로 성형되므로 기계적 강도가 약하고 치수정밀도가 높지 않다는 단점을 갖는다. 특히 열간단조시 살접힘이나 미성형부분이 발생할 확률이 높다는 단점을 갖는다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 열간단조와 냉간단조를 조합한 복합단조를 적용하며 특히 가스스프링을 통해 최적 배압을 부가하는 배압단조를 통해 기어부를 형성하고, 기어부를 외주선삭하여 선명한 단차를 갖는 플랜지를 형성하므로, 그만큼 제품의 정밀성이 뛰어난 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법을 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법은, 외주면에 기어부와 플랜지부가 단차지도록 형성되어 있는 플랜지형 허브클러치를 제작하기 위한 방법으로서, 환봉형 소재를 준비하는 환봉소재 준비단계와; 상기 환봉소재를 열간단조하여 중심축부에 축구멍을 갖는 1차가공물을 얻는 열간단조단계와; 상기 1차가공물의 외주면을 선삭하여 일정한 외경의 외주면을 가지도록 하는 1차선삭단계와; 상기 1차선삭단계를 마친 2차가공물을 냉간단조금형에 세팅한 상태로 전방 압출시켜, 상기 외주면의 일부분에 기어부, 나머지 부분에 플랜지부가 형성되게 하는 냉간배압단조단계와; 상기 냉간배압단조단계를 통해 얻은 냉간단조가공물을 선삭하되, 상기 기어부만 선삭하여 선삭된 기어부와 선삭되지 않은 플랜지부에 단차가 형성되도록 하는 마감선삭단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉간배압단조단계는; 냉간단조금형에 2차가공물을 장착한 상태로 2차가공물을 두께방향으로 일정거리만큼 전방압출하여, 치형이 형성된 기어부와 치형이 형성되지 않은 플랜지부를 형성하는 전방압출공정과, 상기 전방압출공정을 마친 가공물을 다른 냉간단조금형에 장착한 상태로 업세팅하여 기어부와 플랜지부의 형성을 반복하는 업세팅공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전방압출공정은; 기어성형부와 승강형 슬리브를 갖는 다이의 슬리브에 상기 2차가공물을 올린 상태로, 펀치를 하향 가압하여 상기 2차가공물이 슬리브와 함께 하강하며 그 외주면이 상기 기어성형부에 의해 소성변형되어 치형이 형성되도록 하는 공정인 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 냉간배압단조단계의 전에 행해지는 단계로서, 냉간단조를 위하여 소재의 경도를 낮추는 전처리단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법은, 열간단조와 냉간단조를 조합한 복합단조를 적용하며, 특히 가스스프링을 통해 최적 배압을 부가하는 배압단조를 통해 기어부를 형성하고, 기어부를 외주 선삭하여 선명한 단차를 갖는 플랜지를 형성하므로, 그만큼 정밀성이 뛰어난 플랜지형 허브클러치를 제조할 수 있게 한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법을 통해 제작된 허브클러치를 나타내 보인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법에서의 냉간배압단조 단계의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법을 도식적으로 나타내 보인 도면이다.

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

기본적으로, 본 실시예에 따른 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법은, 도 1a 및 도 1b에 도시한 허브클러치(11)를 제작하기 위한 방법이다. 특히 후술할 냉간배압단조단계(108)를 통해 치형부와 플랜지부(11b)를 형성하고, 치형부를 선삭하여 선삭면(11e)과 플랜지부(11b)의 외주면이 확실한 단차를 가지게 하는 일 특징을 갖는다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법을 통해 제작된 허브클러치(11)를 나타내 보인 사시도이다.

도면을 참조하면, 상기 허브클러치(11)는 그 외주면에 기어부(11c)와 플랜지부(11b)를 가지며 중심축부에는 축구멍(11a)을 구비한다. 상기 허브클러치(11)는 차량의 2세대(GEN Ⅱ)자동 변속기의 내부에 설치되는 부품으로서, 3단 및 5단과 후진시 회전하며 동력을 전달한다.

도면부호 11d는 보강리브이다. 상기 보강리브(11d)는 허브클러치(11)의 구조적 강도를 보강하기 위한 것으로서, 차량의 다운사이징 및 경량화를 위해 허브클러치(11)를 알루미늄으로 제작할 때 적용된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법을 설명하기 위한 블록도이다. 또한, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법을 도식적으로 나타내 보인 도면이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법에서의 2차선삭단계를 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와같이, 본 실시예에 따른 플랜지형 허브클러치 제조방법은, 환봉소재준비단계(100)와, 열간단조단계(102)와, 1차선삭단계(104)와, 전처리단계(106)와, 냉간배압단조단계(108)와, 마감선삭단계(110)의 기본 구조를 갖는다.

먼저, 상기 환봉소재준비단계(100)는, 일정직경 및 높이를 갖는 환봉소재(35)를 준비하는 단계이다. 상기 환봉소재(35)의 재질은 알루미늄이나 스틸이다.

이어지는 열간단조단계(102)는, 상기 환봉소재(35)를 열간단조금형에 세팅한 상태로 단조하여 1차가공물(37)을 형성하는 과정이다. 상기 1차가공물(37)은, 도 4b에 도시한 바와같이, 그 중심축부에 축구멍(37a)을 구비하며, 외측에는 기어부(11c)와 플랜지부(11b)가 형성될 장소인 외주면(37b)을 갖는다. 상기 1차가공물(37)은 열간단조만을 마친 상태로서 선삭과 냉간배압단조를 앞두고 있다.

이어지는 1차선삭단계(104)는, 상기 외주면(37b)을 선삭하여, 1차가공물(37)이 설계된 외경을 가지도록 하는 과정이다. 1차선삭단계(104)를 통해 외주면(37b)의 표면이 매끈하게 가공된 2차가공물이 완성된다.

상기 1차선삭단계(104)가 완료되었다면 전처리단계(106)를 수행한다. 상기 전처리단계(106)는 1차선삭단계(104)를 마친 2차가공물의 금속조직을 개질하여 후속되는 냉간배압단조의 효율을 높이기 위한 과정이다.

전처리단계(106)에는, 어닐링(Annealing, 풀림)과, 쇼트블라스팅(Shortblasting)과, 본데라이징(Bonderizng)과정이 포함된다. 상기 어닐링은 냉간단조를 위해 가공물의 경도를 낮추는 열처리과정이다. 또한 쇼트블라스팅은, 어닐링에 의해 산화된 소재의 표면을 벗겨내는 과정이며, 본데라이징은 냉간단조시 단조금형과의 마찰을 감소시키기 위한 윤활공정이다.

상기 전처리단계(106)에 이어지는 냉간배압단조단계(108)는, 상기 2차가공물을 다이(도 3의 21)의 슬리부(23)에 장착한 상태로 펀치(27)를 이용해 배압단조시켜 냉간단조가공물(31)을 얻는 과정으로서, 전방압출공정(108a) 및 업세팅공정(108b)을 포함한다.

도 3a 및 도 3b은 냉간배압단조를 위해 사용되는 냉간단조금형의 일부분을 나타낸 도면이다.

도 3a를 참조하면, 상기 다이(21)의 내측면에 기어성형부(21a)가 돌출 형성되어 있음을 알 수 있다. 상기 기어성형부(21a)는 2차가공물(29)의 하향 이동 경로 내부로 돌출된 부분으로서, 하강하는 2차가공물(29)의 외주면에 기어홈(도 4c의 31a)을 형성하는 역할을 한다.

아울러, 상기 기어성형부(21a)의 전방에는 슬리브(23)가 승강 가능하게 구비되어 있으며, 슬리브(23)의 하부에는 가스스프링(25)이 위치한다. 상기 가스스프링(25)은 슬리브(23)를 탄성적으로 받치는 배압(背壓)을 출력한다. 즉 펀치(27)의 하강 압력에 대향하는 압력(back pressure)을 출력하는 것이다.

상기 가스스프링(25)의 배압작용이 없을 경우, 펀치(27)에 의한 슬리브의 하강시, 펀치(27)의 하강속도와 슬리브의 하강속도가 맞지 않아, 가공면에 겹침 현상이 발생할 수 있다.

여하튼, 상기 2차가공물(29)은 도 3b에 도시한 바와같이, 펀치(27)에 의해 눌리며 슬리브(23)와 함께 하강하여 냉간단조가공물(도 4c의 31)이 된다. 냉간단조가공물(31)은 그 외주면에 상기 기어홈(31a)이 형성된 상태의 가공물이다.

상기한 바와같이, 냉간배압단조단계(108)는, 상기 전처리단계(106)를 마친 2차가공물(29)을 슬리브(23)에 세팅한 상태로, 배압이 작용하는 상황에서 2차가공물(29)을 하강시켜 기어홈(31a)을 형성시키는 과정으로서 전방압출공정(108a)과 업세팅공정(108b)을 포함한다.

상기 전방압출공정(108a)은, 상기 2차가공물(29)을 하부로 일정거리만큼 전방압출하여, 기어홈(31a)을 형성하되 플랜지부(11b)를 남기는 공정이다. 상기 기어홈(31a)을 형성함으로서 치형이 어느 정도 자리 잡힌다.

또한 업세팅공정(108b)은 전방압출공정(108a)을 마친 냉간단조가공물(31)을 다른 냉간단조금형에 장착한 상태로 업세팅하여, 기어홈(31a)과 플랜지부(11b)의 성형을 반복하여 정형(整形)하는 과정이다.

여하튼, 상기 냉간배압단조단계(108)를 통해 도 4c에 도시한 형태의 냉간단조가공물(31)이 얻어졌다면 마지막으로 마감선삭단계(110)을 수행한다.

상기 냉간배압단조(108)를 통해 형성된 기어홈(31a)의 양측부, 즉 각 기어이(tooth)의 산부에는 제거대상부(33)가 형성되기 마련인데, 마감선삭단계(110)를 통해 상기 제거대상부(33)를 제거하는 것이다.

상기 마감선삭단계(110)를 통해 제거대상부(33)를 제거함으로써, 각 기어이의 산부에는 수평의 선삭면(11e)이 형성되고, 상기 선삭면(11e)과 플랜지부(11b)와의 사이에도 직각의 선삭면(11f)이 형성된다. 기어부(11c)와 플랜지부(11b)의 사이에 단차가 만들어지는 것이다. 상기 마감선삭단계(110)를 통해 모든 공정을 마무리한다.

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:허브클러치 11a:축구멍
11b:플랜지부 11c:기어부
11d:보강리브 11e:선삭면
11f:선삭면 21:다이
21a:기어성형부 23:슬리브
25:가스스프링 27:펀치
29:2차가공물 31:냉간단조가공물
31a:기어홈 33:제거대상부
35:환봉소재 37:1차가공물
37a:축구멍 37b:외주면

Claims (4)

1. 외주면에 기어부와 플랜지부가 단차지도록 형성되어 있는 플랜지형 허브클러치를 제작하기 위한 방법으로서,
   환봉형 소재를 준비하는 환봉소재 준비단계와;
   상기 환봉소재를 열간단조하여 중심축부에 축구멍을 갖는 1차가공물을 얻는 열간단조단계와;
   상기 1차가공물의 외주면을 선삭하여 일정한 외경의 외주면을 가지도록 하는 1차선삭단계와;
   상기 1차선삭단계를 마친 2차가공물을 냉간단조금형에 세팅한 상태로 전방 압출시켜, 상기 외주면의 일부분에 기어부, 나머지 부분에 플랜지부가 형성되게 하는 냉간배압단조단계와;
   상기 냉간배압단조단계를 통해 얻은 냉간단조가공물을 선삭하되, 상기 기어부만 선삭하여 선삭된 기어부와 선삭되지 않은 플랜지부에 단차가 형성되도록 하는 마감선삭단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 냉간배압단조단계는;
   냉간단조금형에 2차가공물을 장착한 상태로 2차가공물을 두께방향으로 일정거리만큼 전방압출하여, 치형이 형성된 기어부와 치형이 형성되지 않은 플랜지부를 형성하는 전방압출공정과,
   상기 전방압출공정을 마친 가공물을 다른 냉간단조금형에 장착한 상태로 업세팅하여 기어부와 플랜지부의 형성을 반복하는 업세팅공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 전방압출공정은;
   기어성형부와 승강형 슬리브를 갖는 다이의 슬리브에 상기 2차가공물을 올린 상태로, 펀치를 하향 가압하여 상기 2차가공물이 슬리브와 함께 하강하며 그 외주면이 상기 기어성형부에 의해 소성변형되어 치형이 형성되도록 하는 공정인 것을 특징으로 하는 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 냉간배압단조단계의 전에 행해지는 단계로서,
   냉간단조를 위하여 소재의 경도를 낮추는 전처리단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 냉간 배압단조공법을 통한 플랜지형 허브클러치 제조방법.

Images