KR20180088956A - 소착이 억제되는 냉간 단조 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 볼조인트 케이스를 제조하는 데 이용되는 냉간 단조 금형에 관한 것으로서, 냉간 단조용 성형기에 배치되고, 원통형 재료로부터 소정 길이로 절단된 가공 대상의 소재가 다이에 구속되고 펀치에 의해 타격되어 원기둥 형태로 형성되는 1차 업셋팅 금형; 냉간 단조용 성형기에 배치되고, 1차 업세팅된 원기둥 형태의 소재가 다이에 구속되고 펀치에 의해 타격되어 원기둥 형태의 소재의 하부에 홈이 가공되고 모서리 부분이 둥글게 가공되는 2차 업셋팅 금형; 냉간 단조용 성형기에 배치되고, 2차 업세팅된 소재의 상부가 펀치에 의해 가압되어 공간부가 형성되는 3차 후방 압출 금형; 냉간 단조용 성형기에 배치되고, 3차 후방 압출된 소재의 공간부가 펀치에 의해 가압되어 볼 조인트의 볼이 수납되는 홀부분(10)이 형성되는 4차 후방 압출 금형; 냉간 단조용 성형기에 배치되고, 4차 후방 압출된 소재가 다이에 일측만 구속되고 타측은 외부에 노출한 상태에서 펀치로 타격되어 상부 외주면으로 단턱 형태가 형성되는 5차 오픈 업셋팅 금형; 및 냉간 단조용 성형기에 배치되고, 5차 오픈 업세팅된 소재에서 단턱 형태를 볼 조인트 케이스의 프렌지 부분으로 성형 가공하는 6차 업셋팅 금형을 포함는 것이다.

Description

소착이 억제되는 냉간 단조 금형{COLD PRESS FORMING DIE HAVING RESTRAINED FUSION}

본 발명은 냉간 단조 금형에 관한 것으로서, 구체적으로는 자동차의 조향 장치에 사용되는 볼조인트 케이스의 냉간 단조 금형으로서 단조 시에 가공 대상물과 금형 사이의 소착이 억제되는 냉간 단조 금형에 관한 것이다.

자동차용 볼조인트 케이스는 자동차 조향 장치를 이루는 요소 중의 하나인 볼조인트의 볼을 수용하여 내부에서 볼이 회전 가능하게 결합하여 주는 것이다. 이러한 볼 조인트는 조향 기구에서 섹터축의 일단에 결합된 피먼트 아암과 드래그 링크 또는 릴레이 로드 사이에 결합되어 조향 휘일의 움직임을 전달하는 것이다.

자동차용 볼조인트 케이스는 주로 프레스를 이용한 냉간 단조 방법으로 제조되며, 도 1에 도시되어 있는 제조 공정의 블록도를 참조하면, 그 제조 공정은, 원통형의 소재를 소정 길이로 절단하는 절단 단계, 절단된 소재의 1차 업셋팅(Upsetting) 단계, 구상화 소둔, 쇼트 및 윤활 단계, 2차 후방 압출 단계, 구상화 소둔, 쇼트 및 윤활 단계, 3차 업셋팅(Upsetting) 단계, 구상화 소둔, 쇼트 및 윤활단계, 최종의 4차 업셋팅(Final Upsetting) 단계로 이루어진다.

구상화 소둔 공정은 단조 공정(Upsetting)과 다음 단조 공정 사이의 대기시간으로 인해 소재가 냉각되면서 발생하게 되는 가공 경화를 제거하기 위한 열처리 공정으로서 별도의 열처리 장치가 필요하며, 각 단조 공정이 끝날 때마다 수행해야 하는 공정이다.

쇼트 공정은 단조 공정 이후 소재의 표면에 발생하는 녹과 같은 이물질을 제거하기 위해 소재의 표면에 모래를 분무하여 표면에 부착된 이물질을 제거하는 공정으로서, 소둔 공정과 마찬가지로 별도의 장치가 있어야 하며, 각 단조 공정 사이에서 매번 수행해야 하는 공정이다.

윤활 공정은 단조 공정 이후 소재가 금형에 소착되는 것을 방지하기 위해 윤활제를 소재 표면에 바르는 공정으로 각 단조 공정 이후 소재들을 한꺼번에 모아 윤활공정을 거쳐 다음 단조공정으로 넘어가게 된다.

이상과 같은 소둔, 쇼트 및 윤활공정을 수행하기 위해서는 단조공정이 끝난 소재를 매번 이동시켜야 하므로 완성된 볼조인트 케이스를 얻기까지의 전체 공정에 소요되는 시간이 길어져 생산성이 떨어지게 되고, 소둔, 쇼트 및 윤활 공정을 수행하기 위해서는 많은 인력과 장치가 필요하게 되므로 제조 단가가 높아지는 문제점이 있다.

공개특허공보 제10-2005-0080133호 특허공보 제428502호

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하려는 것으로서, 자동차의 조향 장치용 볼조인트 케이스를 제조하는 데 있어 종래의 프레스 대신 냉간 단조 금형을 사용하여 소둔, 쇼트 및 윤활 공정을 수행하지 않고도 냉간 단조 공정만으로 원하는 형태로의 성형이 가능하게 함으로써 생산성의 향상과 더불어 제조 단가를 절감시킬 수 있는 자동차용 볼조인트 케이스의 냉간 단조 금형을 제공하는 데 있다.

전술한 본 발명의 해결 과제는 자동차용 볼조인트 케이스를 제조하는 데 사용하는 것인 본 발명의 냉간 단조 금형에 의해 달성된다.

본 발명의 냉간 단조 금형은,

냉간 단조용 성형기에 배치되고, 원통형 재료로부터 소정 길이로 절단된 가공 대상의 소재가 다이에 구속되고 펀치에 의해 타격되어 원기둥 형태로 형성되는 1차 업셋팅 금형;

냉간 단조용 성형기에 배치되고, 1차 업세팅된 원기둥 형태의 소재가 다이에 구속되고 펀치에 의해 타격되어 원기둥 형태의 소재의 하부에 홈이 가공되고 모서리 부분이 둥글게 가공되는 2차 업셋팅 금형;

냉간 단조용 성형기에 배치되고, 2차 업세팅된 소재의 상부가 펀치에 의해 가압되어 공간부가 형성되는 3차 후방 압출 금형;

냉간 단조용 성형기에 배치되고, 3차 후방 압출된 소재의 공간부가 펀치에 의해 가압되어 볼 조인트의 볼이 수납되는 홀부분(10)이 형성되는 4차 후방 압출 금형;

냉간 단조용 성형기에 배치되고, 4차 후방 압출된 소재가 다이에 일측만 구속되고 타측은 외부에 노출한 상태에서 펀치로 타격되어 상부 외주면으로 단턱 형태가 형성되는 5차 오픈 업셋팅 금형; 및

냉간 단조용 성형기에 배치되고, 5차 오픈 업세팅된 소재에서 단턱 형태를 볼 조인트 케이스의 프렌지 부분으로 성형 가공하는 6차 업셋팅 금형

을 포함하는 것이다.

이러한 본 발명의 냉간 단조 금형에 의한 제조 공정을 살펴 보면, 볼조인트 케이스를 완성하기 위해 소재를 냉간 단조용 성형기에 투입한 후 소재의 절단, 1차 업셋팅, 2차 업셋팅, 3차 후방압출, 4차 후방압출, 5차 오픈 업셋팅, 6차 최종 업셋팅의 공정을 거쳐 볼조인트 케이스를 완성하게 된다.

이와 같은 본 발명의 냉간 단조 금형을 이용하여 볼 조인트 케이스를 형성함으로써, 종래의 공정에서 필수적이었던 구상화, 소둔 및 쇼트 공정이 필요 없게 됨으로써 볼 조인트 케이스 제조의 생산성이 획기적으로 향상된다.

특히, 본 발명에 따른 냉간 단조 금형과 이 냉간 단조 금형을 이용하는 볼 조인트 케이스의 제조 공정에 따르면, 압출 등의 단계에서 소재와 다이의 소착을 방지하기 위해 필수적인 윤할 공정이 생략되므로, 공정이 단순해지고 제조의 생산성이 향상된다.

도 1은 종래의 프레스를 이용한 볼조인트 케이스의 제조 공정을 보여주는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 단조 금형을 이용한 볼조인트 케이스의 제조 공정을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 볼조인트 케이스의 정면을 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 볼조인트 케이스의 후면을 보여주는 사진이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로서 본 발명에 따라 구성된 냉간 단조 금형을 이용하여 자동차용 볼조인트 케이스를 제조하는 공정에 대해 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 볼조인트 케이스의 제조공정을 나타내는 블럭도로서, 소재의 절단, 고속 포밍기에 의한 1차 업셋팅, 2차 업셋팅, 3차 후방 압출, 4차 후방 압출, 5차 오픈 업셋팅, 및 6차 최종 업셋팅을 거쳐 제품이 완성된다.

이와 같이 냉간 단조용 성형기를 이용한 공정에 의하면 종래의 업셋팅 또는 후방 압출 시 소재에 발생하는 가공 경화를 제거하기 위해 실시하던 구상화 소둔 공정을 거치지 않고 성형기에 의한 연속적인 업셋팅 또는 후방 압출만으로 볼조인트 케이스의 성형이 가능하다.

이는 냉간 단조용 성형기에 의한 업셋팅 또는 후방압출 시 소재에 발생하는 고온(500~600℃)과 고온 소재의 고속 이송에 의해 전 공정을 짧은 시간 내에 수행하므로 소재의 가공 경화로 인한 성형의 어려움이 발생하지 않기 때문이다.

또한, 본 실시예에 따라 구성되는 냉간단조용 성형기를 이용한 공정에 의하면 업셋팅 또는 후방압출 후 소재의 표면에 발생하는 녹을 제거하기 위한 쇼트 공정을 거치지 않아도 된다.

그리고, 각 공정 사이를 이송하는 순간에 윤활제 분사 장치에 의해 소재 표면에 윤활제가 자동으로 분사되어 소재와 금형 간의 소착을 방지하게 된다.

또한, 이러한 제조공정에서 각 공정에 따른 성형과 각 공정 사이의 이송은 성형기 내에서 고속으로 자동으로 이루어지므로 볼조인트용 케이스 완성품 한 개를 생산하는 시간은 약 1~2초 정도 밖에 소요되지 않는다.

이러한 제조 공정에 대해 구체적으로 살펴보면, 성형기에서의 1차 업셋팅과 2차 업셋팅은 소재를 금형틀에 완전히 구속시킨 상태에서 타격을 가하여 성형하는 공정이며, 3차 후방압출과 4층 후방압출은 1차, 2차 업셋팅을 거쳐 어느 정도 모양이 형성된 소재의 내부에 볼조인트의 볼을 수납하는 공간인 홀부분(10)을 성형하는 공정이다.

그리고, 5차 오픈 업셋팅과 6차 최종 업셋팅은 소재를 다이에 완전히 구속시킨 상태가 아니라 일부분만 구속시키고 일부는 금형 외부에 노출시킨 상태에서 타격을 가하여 볼조인트 케이스의 플랜지 부분(20)을 성형하는 공정이다.

도 3과 도 4는 이 발명의 일실시예에 따라 제조된 자동차용 볼조인트 케이스를 보여주는 사진으로, 3차 및 4차 후방 압출공정을 통해 성형된 볼 조인트의 볼이 수납되는 공간인 홀부분(10)과 5차 및 6차 업셋팅공정을 통해 성형된 플랜지 부분(20)을 볼 수 있다.

이상의 실시예에서 살펴 본 바와 같이, 볼조인트 케이스의 제조공정에 본 발명에 따른 냉간 단조 금형이 적용된 성형기를 사용하여 별도의 구상화, 소둔, 쇼트 및 윤활공정을 제거함으로써 종래 분당 1개 정도였던 생산량을 분당 46~50개까지 증가시켜 생산성을 획기적으로 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 냉간 단조 금형을 사용함으로써 구상화 소둔 공정없이도 소재를 용이하게 성형할 수 있으며, 쇼트 공정과 윤활 공정을 별도로 수행하지 않아도 되므로 공수를 확연히 줄일 수 있게 되고, 상기한 구상화 소둔, 쇼트 및 윤활공정을 수행하는 인력과 장치들도 불필요하게 되어 볼조인트 케이스를 제조하는 데 소요되는 비용을 대폭 절감할 수 있는 뛰어난 효과가 발생하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 냉간 단조 금형의 실시예를 설명하였으며, 이는 본 발명의 하나의 구현예에 불과하고, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 아니하고, 특허청구범위에 기재한 범위에서 다양한 수정과 변형 및 구성 요소의 부가가 가능하다.

10 : 볼조인트 케이스의 홀부 20 : 볼조인트 케이스의 플랜지부

Claims (1)

1. 자동차용 볼조인트 케이스를 제조하는 데 이용되는 냉간 단조 금형으로서,
   냉간 단조용 성형기에 배치되고, 원통형 재료로부터 소정 길이로 절단된 가공 대상의 소재가 다이에 구속되고 펀치에 의해 타격되어 원기둥 형태로 형성되는 1차 업셋팅 금형;
   냉간 단조용 성형기에 배치되고, 1차 업세팅된 원기둥 형태의 소재가 다이에 구속되고 펀치에 의해 타격되어 원기둥 형태의 소재의 하부에 홈이 가공되고 모서리 부분이 둥글게 가공되는 2차 업셋팅 금형;
   냉간 단조용 성형기에 배치되고, 2차 업세팅된 소재의 상부가 펀치에 의해 가압되어 공간부가 형성되는 3차 후방 압출 금형;
   냉간 단조용 성형기에 배치되고, 3차 후방 압출된 소재의 공간부가 펀치에 의해 가압되어 볼 조인트의 볼이 수납되는 홀부분(10)이 형성되는 4차 후방 압출 금형;
   냉간 단조용 성형기에 배치되고, 4차 후방 압출된 소재가 다이에 일측만 구속되고 타측은 외부에 노출한 상태에서 펀치로 타격되어 상부 외주면으로 단턱 형태가 형성되는 5차 오픈 업셋팅 금형; 및
   냉간 단조용 성형기에 배치되고, 5차 오픈 업세팅된 소재에서 단턱 형태를 볼 조인트 케이스의 프렌지 부분으로 성형 가공하는 6차 업셋팅 금형
   을 포함하는 것인 냉간 단조 금형

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