KR20190092633A - 스티어링용 일체형 편심 요크의 경량화 냉간단조 장치 - Google Patents

스티어링용 일체형 편심 요크의 경량화 냉간단조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스티어링용 일체형 편심 요크의 경량화 냉간단조 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명은 제1 펀치(140)를 구비하는 제1 상부금형(110)과 제1 하부금형(120)으로 이루어지는 제1차 단조금형(10)에서 상기 제1 펀치에 의해 원통형 소재(A)로부터 일정한 외경을 가지는 하부 원통부(B1)와, 상기 하부 원통부(B1)로부터 점차 확장되는 테이퍼면(B2)이 형성되고, 상기 테이퍼면(B2)의 상부로부터 일정한 외경을 형성하며 상기 하부 원통부(B1)보다 외경이 큰 상부 원통부(B3)를 구비하는 1차 성형체(B)를 성형하는 제1차 단조단계(S100)와; 상기 제1차 단조단계(S100)에서 제조된 1차 성형체(B)를 제2 펀치(240)를 구비하는 제2 상부금형(210)과 제2 하부금형(220)으로 이루어지는 제2차 단조금형(20)에서 상기 제2 펀치(240)에 의해 상기 상부 원통부(B3)에서 서로 나란하게 형성되는 평면부(C1, C2)로부터 일측으로 만곡된 외주면(C3)이 형성되며 돌출되는 후벽부(C4)가 형성되도록 2차 성형체(C)를 성형하는 제2차 단조단계(S200)와; 상기 제2차 단조단계(S200)에서 성형된 2차 성형체(C)의 상부면으로부터 축방향 중심으로 일정한 깊이로 되면서 입구에 면치(C6)를 구비하는 펀치 삽입홀(C5)을 형성하는 홀 가공단계(S300)와; 상기 홀 가공단계(S300)에서 펀치삽입홀(C5)이 형성된 2차 성형체(C)의 펀치 삽입홀(C3)을 제3 펀치(340)를 구비하는 제3 상부금형(310)과 제3 하부금형(320)으로 이루어지는 제3차 단조금형(30)에서 제3 펀치(340)로 펀칭하여 상기 펀치삽입홀(C5) 보다 내경이 확장된 펀칭홀(D1)을 구비하는 3차 성형체(D)를 형성하는 제3차 단조단계(S400)와; 상기 제3차 단계(S400)에서 성형된 상기 3차 성형체(D)의 버(bur)를 제거하고 열처리하여 편심 요크를 제조하는 열처리 단계(S450);를 포함하여 경량화되고 내구성 있는 스티어링용 일체형 편심 요크를 제공한다

Description

스티어링용 일체형 편심 요크의 경량화 냉간단조 방법 및 그 장치 {Integrated cold forging method and apparatus therefor for weight of monolithic eccentric yoke for steering}
본 발명은 자동차 스티어링용 요크를 제조하기 위한 것으로, 더욱 구체적으로는 알루미늄을 소재로 하여 냉간단조 및 어닐링(annealing)공정을 통해 경량화와 내구성을 확보할 수 있는 스티어링용 일체형 요크의 경량화 냉간단조 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
자동차 산업 환경 변화로 인한 기술 개발의 이슈 변화가 발생하고 있으며, 자동차 에너지 효율 향상을 위한 부품 소재 산업 기술 고도화가 요구되고 있다.
자동차 산업의 패러다임 전환은 새로운 형태의 자동차가 요구되고 있으며, 이에 대한 반응으로 나타난 것이 고효율 자동차, 친환경 자동차, 지능형 자동차 등이다.
자동차 산업은 지구온난화와 자원고갈로 최대 격변기 직면해 있으며, 온실가스 배출억제를 위해 자동차 분야에 규제를 강화하고 있다. 따라서 연비향상 기술은 향후 자동차 시장경쟁력을 결정짓는 핵심 사항으로 작용할 것이며, 국제 환경 규제 및 연비 규제 대응의 일환으로 자동차 경량화 기술이 현실적 대안이 되고 있다.
일반적으로 자동차용 조향장치는 운전자가 핸들의 조작에 의해 주행방향을 제어하기 위한 것으로서, 상기 조향장치는 운전석 전방에 설치되어 운전자의 조작에 의해 자동차의 진행방향을 바꾸기 위한 링크기구과, 상기 링크기구의 하부에 설치되는 스티어링 칼럼과, 상기 링크기구의 회전운동을 직선운동으로 전환시킴과 동시에 조향력을 증대시켜 타이어의 방향을 변경시키는 기어기구와, 상기 링크기구 칼럼에 전달된 회전력을 기어기구로 전달하기 위한 유니버설조인트를 포함한다.
상기 유니버설조인트는 샤프트 조인트와 파이프 조인트로 구성되고, 상기 샤프트 조인트의 외주면 길이방향에는 요철이 형성되고, 파이프 조인트의 내주면에는 상기 요철부와 대응되는 스플라인이 형성되어 있어, 샤프트 조인트는 파이프 조인트에 결합, 연결된 상태로 슬라이딩 이동할 수 있게 구성된다.
또한 샤프트 조인트와 파이프 조인트의 각 단부에는 핀치요크가 각각 연결되어 있어 일측 핀치요크는 스티어링 칼럼에 결합되고, 타측 핀치요크는 기어기구에 연결된다.
상기와 같은 핀치요크는 냉간단조공법이나 프레스공법을 이용하여 제조하여 왔다.
프레스공법을 이용한 핀치요크의 제조는 프레스를 이용한 단일단조공정으로 제조되고, 단일단조공정으로 제품을 제작할 경우에는 제품의 변형량이 많기 때문에 가압량을 서서히 작용시켜야하므로 생산성이 저조하게 되는 단점이 있다.
또한 냉간단조공정으로 핀치요크를 성형할 경우 냉간단조공정의 특성상 발생되는 표면스케일, 윤활제 비산에 의한 작업환경악화 등과 같은 문제점이 있고, 열에 의해 소재의 특성이 변하여 강도가 낮아지고, 이로 인하여 제품의 안정성이 저하되며, 정밀도를 위해 추가적인 절삭공정을 하여야 하는 문제점이 있는 것이었다.
이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로서, 냉간단조성형기술을 이용할 수 있다. 냉간단조는 일정한 형상의 소재를 단조기에 투입하고 여러 단계의 단조 과정을 통하여 원하는 제품을 성형하는 기술로 자동차 부품같이 작고 정밀한 부품을 생산하는데 적합한 기술이다.
프레스성형 및 냉간단조공정의 문제를 해결하기 위한 것으로, 냉간단조성형기술을 이용한 핀치요크제품 성형의 선행기술이 특허 제10-1272252호 '자동차용 조향장치의 핀치볼트요크 및 그 제조방법'이 제안되었다.
상기 선행기술은 원재료를 필요한 길이로 절단하여 소재를 마련하는 절단공정과, 상기 소재를 핀치볼트 요크용 다이스에 삽입하고, 펀치로 가압 소성변형시켜 소재를 업셋팅하여 외측에 홈이 형성된 바디와, 한 쌍의 요크부 형상을 마련하는 예비성형공정과, 상기 예비 성형된 요크부 사이를 U자형으로 성형하면서 요크부 내측면에 홈을 성형하는 공정과, 상기 요크부 사이의 바디 상부면에 관통홀이 형성될 부분인 자리면을 성형하는 관통홀 예비성형공정과, 상기 예비성형된 자리면 부분을 타발하여 관통홀을 성형하는 피어싱 공정과, 상기 관통홀에 상대부품이 조립되어 맞물릴 수 있도록 세레이션을 성형하는 다단게의 공정으로 자동차 조향장치의 핀치볼트요크를 제조하는 것이다.
이러한 장치는 예비성형공정에서 원통형의 소재를 펀칭하여 바디, 홈, 요크를 한번에 성형하게 되는데, 이 경우 다이스와 펀치에 무리한 부하가 전달되기 때문에 성형이 어려울 뿐만 아니라, 성형제품에 안정적인 단류선 생성이 어렵고, 과부하로 금형이 파손되거나 수명이 극히 단축되는 문제가 발생된다.
또한, 편심 요크의 형상이 비대칭적으로 이루어짐으로 성형이 어려운 단점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 스티어링용 편심요크를 제조함에 있어서 알루미늄 일체형으로 무게를 경감하며, 냉간 단조를 이용하여 편심단조의 품질을 개선하여 균일하고 치밀한 조직과 높은 내구성 및 정밀도를 구비할 수 있도록 자동차용 조향장치의 스티어링용 편심 요크를 경량화할 수 있는 일체형 냉간단조 방법 및 그 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 목적 및 그 기술적 과제는 앞서 기재한 기술적 과제에 한정되는 것이 아니다. 따라서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 스티어링용 일체형 편심 요크의 경량화 냉간단조 방법의 기술적인 특징은 제1 펀치(140)를 구비하는 제1 상부금형(110)과 제1 하부금형(120)으로 이루어지는 제1차 단조금형(10)에서 상기 제1펀치에 의해 원통형 소재(A)로부터 일정한 외경을 가지는 하부 원통부(B1)와, 상기 하부 원통부(B1)로부터 점차 확장되는 테이퍼면(B2)이 형성되고, 상기 테이퍼면(B2)의 상부로부터 일정한 외경을 형성하며 상기 하부 원통부(B1)보다 외경이 큰 상부 원통부(B3)를 구비하는 1차 성형체(B)를 성형하는 제1차 단조단계(S100)를 포함하여 이루어진다.
또한 상기 제1차 단조단계(S100)에서 제조된 1차 성형체(B)를 제2 펀치(240)를 구비하는 제2 상부금형(210)과 제2 하부금형(220)으로 이루어지는 제2차 단조금형(20)에서 상기 제2펀치(240)에 의해 상기 상부 원통부(B3)에서 서로 나란하게 형성되는 평면부(C1, C2)로부터 일측으로 만곡된 외주면(C3)이 형성되며 돌출되는 후벽부(C4)가 형성되도록 2차 성형체(C)를 성형하는 제2차 단조단계(S200)를 포함하여 이루어진다.
또한 상기 제2차 단조단계(S200)에서 성형된 2차 성형체(C)의 상부면으로부터 축방향 중심으로 일정한 깊이로 되면서 입구에 면치(C6)를 구비하는 펀치 삽입홀(C5)을 형성하는 홀 가공단계(S300)를 포함하여 이루어진다.
또한 상기 홀 가공단계(S300)에서 펀치삽입홀(C5)이 형성된 2차 성형체(C)의 펀치 삽입홀(C3)을 제3펀치(340)를 구비하는 제3 상부금형(310)과 제3 하부금형(320)으로 이루어지는 제3차 단조금형(30)에서 제3 펀치(340)로 펀칭하여 상기 펀치삽입홀(C5) 보다 내경이 확장된 펀칭홀(D1)을 구비하는 3차 성형체(D)를 형성하는 제3차 단조단계(S400)를 포함하여 이루어진다.
또한 상기 제3차 단계(S400)에서 성형된 상기 3차 성형체(D)의 버(bur)를 제거하고 열처리하여 편심 요크를 제조하는 열처리 단계(S450)를 포함하여 이루어진다.
상기 제3차 단조단계(S400)는 상기 제3상부금형(310)이 제3하부금형(320)에 안내되는 가이드핀(350)과; 상기 제3펀지(340)의 하단부가 출몰 가능하게 제3펀지(340)의 외주면을 감싸며 제3상부금형(310)에 고정되는 상부다이(350)에 슬라이딩 이동가능하게 설치되어 하부다이(160)에 접촉하며 제3펀지(340)를 안내하는 이중가이드(390)를 구비하며, 상기 제3펀치(340)는 상기 2차 성형체(C)의 면치(C6)에 확장된 면치(C7)를 형성하도록 경사진 확장 면치성형부(341)가 형성되며, 상기 제3 하부다이(360)는 상기 제2차 단조금형(20)에서 상기 제2펀치(240)에 의해 상기 상부 원통부(B3) 서로 나란하게 형성되는 평면부(C1, C2)로부터 일측으로 만곡된 외주면(C3)을 가지도록 돌출되는 후벽부(C4)에 대응하는 제3 성형공간(321)을 구비하여 3차 성형체(D)를 제조한다.
상기 3차 성형체(D)는 상기 제3 펀치(340)의 휨을 방지하기 위해 평면 면취부(D1, D2)를 구비하되, 상기 평면 면취부(D1, D2)는 축방향 중심으로부터의 길이(L1, L2)가 편심되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제3 하부다이(360)는 상기 제3 성형공간(321) 상부에 이중가이드(390)의 하단부를 수용하는 수용홈(361)이 형성되어 상기 이중가이드(390)를 안내한다.
상기 이중가이드(390)는 상기 수용홈(361)에 수용되어 상기 제3 펀치(340)가 펀치 삽입홀(C5)에 삽입되어 3차 성형체(D)의 확장된 펀칭홀(D1)을 형성할 때 3차 성형체(D)가 팽창되는 상단부를 가압하며 성형할 수 있게 되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2차 단조단계(S200)는 하부다이(260)에 1차 성형체(B)의 하부 원통부(B1) 외주면에 대응하는 제2 성형공간(261)이 구비되며, 상기 하부다이(260)에 상기 1차 성형체(B)의 하부 원통부(B1)가 삽입 안착되어 2차 성형체(C)가 제조되고, 상기 제2 성형체(C)는 상기 제3차 단조단계(S400)에서 제 펀치(340)가 삽입되는 펀치 삽입홀(C5)이 후가공되는 홀 가공단계(S300)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1차 단조단계(S300)는 상기 소재(A)의 하단부가 삽입 안착되며, 1차 성형체(B)의 상부 원통부(B3)가 형성되는 제1 성형공간(161)을 구비하는 제1 하부다이(160)를 포함하여 1차 성형체(B)가 제조되도록 이루어진다.
상기 제1차 단조단계(S100)는 소재(A)에 대한 제1차 어닐링 열처리단계(S50)가 선행되고, 상기 제2차 단조단계(S200)는 상기 제1차 단조단계(S100)로 제조된 1차 성형체(B)에 대한 제2차 어닐링 열처리단계(S150)가 선행되며, 상기 제3차 단조단계(S400)는 상기 홀 가공단계(S300)로 제조된 2차 성형체(C)에 대한 제3차 어닐링 열처리단계(S350)가 선행되는 것을 포함한다.
본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 스티어링용 일체형 편심 요크의 경량화 냉간단조 장치는 제1 상부금형(110)과 제1 하부금형(120)으로 이루어지며, 상기 제1상부금형(110)은 제1 펀치(140)를 구비하고, 상기 제1 하부금형(120)은 원통형 소재(A)로부터 일정한 외경을 가지는 하부 원통부(B1)와, 상기 하부 원통부(B1)로부터 점차 확장되는 테이퍼면(B2)이 형성되고, 상기 테이퍼면(B2)의 상부로부터 일정한 외경을 형성하며 상기 하부 원통부(B1)보다 외경이 큰 상부 원통부(B3)를 형성하는 제1 성형공간(161)이 형성되는 제1 하부다이(160)를 구비하며, 상기 제1펀치(140)가 상기 제1 하부다이(160) 상부에서 승강 동작되며 1차 성형체(B)를 성형하고, 상기 제1 하부다이(160)의 아래쪽에 위치되어 승강 동작되며 상기 제1 하부다이(160)에서 성형된 1차 성형체(B)를 탈형하는 제1 이젝터(130);를 포함하는 제1차 단조금형(10)을 포함하여 구성된다.
또한 상기 제1차 단조금형(10)에서 성형된 1차 성형체(B)를 성형하기 위한 제2상부금형(210)과 제2 하부금형(220)으로 이루어지며, 상기 제2상부금형(210)은 제2펀치(240)를 구비하고, 상기 제2하부금형(220)은 일측으로 만곡된 외주면(C3)이 형성되며 돌출되는 후벽부(C4)를 형성하는 제2 성형공간(261)이 형성되는 제2 하부다이(260)를 구비하며, 상기 제2 펀치(240)가 상기 제2 하부다이(260) 상부에서 승강 동작되며 2차 성형체(C)를 성형하고, 상기 제2 하부다이(260)의 아래쪽에 위치되어 승강 동작되며 상기 제2 하부다이(260)에서 성형된 2차 성형체(C)를 탈형하는 제2 이젝터(230);를 포함하는 제2차 단조금형(20)을 포함하여 구성된다.
또한 상기 제2차 단조금형(20)에서 성형된 2차 성형체(C)를 성형하기 위한 제3상부금형(310)과 제2 하부금형(320)으로 이루어지며, 상기 제3 상부금형(310)은 제3펀치(340)와, 상기 제3 펀치(340)를 안내하는 이중가이드(390)를 구비하고, 제3하부금형(320)은 제3 성형공간(321)이 형성되는 제3 하부다이(360)를 구비하며, 상기 제3펀치(340)가 상기 제3 하부다이(360) 상부에서 승강 동작되며 펀치삽입홀(C5) 보다 내경이 확장된 펀칭홀(D1)을 구비하는 3차 성형체(D)를 성형하며, 상기 제3 하부다이(360)의 아래쪽에 위치되어 승강 동작되며 상기 제3 하부다이(360)에서 성형된 3차 성형체(D)를 탈형하는 제3 이젝터(330);를 구비하는 제3차 단조금형(30)을 포함하여 구성된다.
본 발명에 의햐면 알루미늄을 소재로 하여 스티어링용 일체형 요크를 경량화할 수 있으며, 냉간단조 및 어닐링 공정을 통해 경량화와 내구성이 제공되어 자동차 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공정 순서도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 다른 공정 순서도.
도 3은 본 발명의 제1차 단조공정을 나타낸 단면도.
도 4는 발명의 제2차 단조공정을 나타낸 단면도.
도 5는 발명의 제3차 단조공정의 준비 상태를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 제3차 단조공정을 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 제3차 단조공정에 이젝트 공정을 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명에 따라 단조 성형체가 성형되는 과정을 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 3차 성형체가 성형되는 상태를 나타낸 확대 단면도.
도 10은 본 발명의 편심 단조 성형 상태를 보여주는 단조 성형체의 평면도.
본 발명의 특징과 장점은 첨부된 도면에 의하여 설명되는 실시예에 의하여 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
다음에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 설명하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예를 설명하기 전에, 다음의 실시예에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 본 발명의 응용이 제한되는 것이 아니다. 본 발명은 다른 실시예 들로 구현될 수 있고, 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또한, 장치 또는 요소의 방향 등과 같은 용어들에 관하여 실시예에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되며, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다. 예를 들면, "제1", "제2"와 같은 용어가 본 발명을 설명하는 실시예와 청구항에 사용되는데, 이러한 용어가 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 발명자가 발명의 용어와 개념을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념에 입각하여 기재한 것으로 해석하여야 한다.
그리고, 본 명세서에 기재된 설명과 도면에 도시된 내용들은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 관련된 것이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형된 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
따라서 본 발명은 제시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여, 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위에 기재된 기술사상의 균등한 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능하다.
다음에서 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공정 순서도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공정 순서도이다.
도 1에서 보듯이, 본 발명의 스티어링용 일체형 편심 요크의 경량화 냉간단조 방법은 제1차 단조단계(S100), 제2차 단조단계(S200), 홀 가공단계(S300), 제3차 단조단계(S400) 및 열처리 단계(S450)를 포함하여 이루어진다.
도 2에서 보듯이, 본 발명의 스티어링용 일체형 편심 요크의 경량화 냉간단조 방법은 바람직하게, 상기 제1차 단조단계(S100)는 소재(A)에 대한 제1차 어닐링 열처리단계(S50)가 선행되고, 상기 제2차 단조단계(S200)는 상기 제1차 단조단계(S100)로 제조된 1차 성형체(B)에 대한 제2차 어닐링 열처리단계(S150)가 선행되며, 상기 제3차 단조단계(S400)는 상기 홀 가공단계(S300)로 제조된 2차 성형체(C)에 대한 제3차 어닐링 열처리단계(S350)가 선행되는 것을 포함한다.
도 3은 본 발명의 제1차 단조금형(10)에 의한 제1차 단조공정을 나타낸 단면도이다.
이 도면을 참조하면, 본 발명의 제1차 단조금형(10)은 제1상부금형(110)과 제1하부금형(120)으로 구성된다.
상기 제1 상부금형(110)은 제1펀치(140)를 구비하고, 제1 하부금형(120)에 수직으로 고정된 가이드 샤프트(170)에 안내되어 승강이동하며 소재(A)를 성형할 수 있게 된다.
상기 제1 하부금형(120)은 원통형 소재(A)로부터 일정한 외경을 가지는 하부 원통부(B1)와, 상기 하부 원통부(B1)로부터 점차 확장되는 테이퍼면(B2)이 형성되고, 상기 테이퍼면(B2)의 상부로부터 일정한 외경을 형성하며 상기 하부 원통부(B1)보다 외경이 큰 상부 원통부(B3)를 형성하는 제1 성형공간(161)이 형성되는 제1 하부다이(160)로 구성된다.
상기 제1 펀치(140)는 상기 제1 하부다이(160) 상부에서 승강 동작되며, 1차 성형체(B)를 성형한다.
상기 제1 하부다이(160)의 아래쪽에 제1 이젝터(130)가 수직으로 위치되어 승강 동작되며 상기 제1 하부다이(160)에서 성형된 1차 성형체(B)를 탈형할 수 있게 된다.
이와 같은 제1차 단조금형(10)에 의한 제1차 단조단계(S100)는 제1 펀치(140)를 구비하는 제1 상부금형(110)과 제1 하부금형(120)으로 이루어지는 제1차 단조금형(10)에서 상기 제1 펀치에 의해 원통형 소재(A)로부터 일정한 외경을 가지는 하부 원통부(B1)와, 상기 하부 원통부(B1)로부터 점차 확장되는 테이퍼면(B2)이 형성되고, 상기 테이퍼면(B2)의 상부로부터 일정한 외경을 형성하며, 상기 하부 원통부(B1)보다 외경이 큰 상부 원통부(B3)를 구비하는 1차 성형체(B)를 성형한다.
제1 하부다이(160)에서 완성된 1차 성형체는 제1 상부금형(110)의 이젝터(130)기 상승하면 제1 하부다이(160)에서 이탈되어 제2차 단조공정을 수행할 수 있게 된다.
도 4는 발명의 제2차 단조금형(20)에 의한 제2차 단조공정을 나타낸 단면도이다.
이 도면을 참조하면, 본 발명의 제2차 단조금형(20)은 제2상부금형(210)과 제2하부금형(220)으로 구성된다,
상기 제2상부금형(210)은 제2펀치(240)를 구비하고, 제2 하부금형(220)에 수직으로 고정된 가이드 샤프트(270)에 안내되어 승강이동하며 소재(A)를 성형할 수 있게 된다.
상기 제2하부금형(220)은 일측으로 만곡된 외주면(C3)이 형성되며 돌출되는 후벽부(C4)를 형성하는 제2 성형공간(261)이 형성되는 제2 하부다이(260)를 구비하며,
상기 제2펀치(240)가 상기 제2 하부다이(260) 상부에서 승강 동작되며 2차 성형체(C)를 성형하고,
상기 제2 하부다이(260)의 아래쪽에는 제2 이젝터(230)가 수직으로 위치되어 승강 동작되며, 상기 제2 하부다이(260)에서 성형된 2차 성형체(C)를 탈형할 수 있게 된다.
이와 같은 제2차 단조금형(20)에 의한 제2차 단조단계(S200)는 상기 제1차 단조단계(S100)에서 제조된 1차 성형체(B)를 제2펀치(240)를 구비하는 제2 상부금형(210)과 제2 하부금형(220)으로 이루어지는 제2차 단조금형(20)에서 상기 제2펀치(240)에 의해 상기 상부 원통부(B3)에서 서로 나란하게 형성되는 평면부(C1, C2)로부터 일측으로 만곡된 외주면(C3)이 형성되며 돌출되는 후벽부(C4)가 형성되도록 2차 성형체(C)가 형성된다.
제2 하부다이(260)에서 완성된 2차 성형체(C)는 제2 상부금형(210)의 이젝터(230)가 상승하면 제2 하부다이(260)에서 이탈되어 홀 가공단계(S300)를 수행할 수 있게 된다.
상기 홀 가공단계(S300)는 제2 하부다이(260)에서 분리된 2차 성형체(C)를 드릴링 또는 선삭에 의해 펀치 삽입홀(C5)이 형성된다.
상기 홀 가공단계(S300)는 상기 제2차 단조단계(S200)에서 성형된 2차 성형체(C)의 상부면으로부터 축방향 중심으로 일정한 깊이로 되면서 입구에 면치(C6)를 구비하는 펀치 삽입홀(C5)이 형성된다.
도 5는 상기 홀 가공단계(S300)에서 펀치 삽입홀(C5)이 형성된 2차 성형체(C) 를 제1 하부다이(160)의 제2 성형공간(261)에 삽입하여 제3차 단조공정을 수행하기 위한 준비 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1차 단조금형(30)에 의한 제3차 단조공정을 나타낸 단면도이다.
이 도면을 참조하면, 본 발명의 제3차 단조금형(30)은 제3 상부금형(310)과 제1 하부금형(320)으로 구성된다.
상기 제3 상부금형(310)은 제3 펀치(340)가 구비되며, 제3 하부금형(320)에 수직으로 고정된 가이드 샤프트(370)에 안내되어 승강이동하며 소재(A)를 성형할 수 있게 되며, 상기 제3 펀치(340)를 안내하는 이중가이드(390)가 슬라이딩 이동 가능하게 설치된다.
제3 하부금형(320)은 제3 성형공간(321)이 형성되는 제3 하부다이(360)를 구비하여, 상기 제3 펀치(340)가 상기 제3 하부다이(360) 상부에서 승강 동작되며 펀치 삽입홀(C5) 보다 내경이 확장된 펀칭홀(D1)을 구비하는 3차 성형체(D)를 성형하게 된다.
상기 제3 하부다이(360)의 아래쪽에는 제3 이젝터(330)가 위치되어 승강 동작되며 상기 제3 하부다이(360)에서 성형된 3차 성형체(D)를 탈형할 수 있게 된다.
이와 같은 상기 제3차 단조단계(S400)는 상기 홀 가공단계(S300)에서 펀치삽입홀(C5)이 형성된 2차 성형체(C)의 펀치 삽입홀(C3)을 제3펀치(340)를 구비하는 제3상부금형(310)과 제3하부금형(320)으로 이루어지는 제3차 단조금형(30)에서 제3펀치(340)로 펀칭하여 상기 펀치삽입홀(C5) 보다 내경이 확장된 펀칭홀(D1)을 구비하는 3차 성형체(D)를 형성한다.
도 9에서 보듯이, 상기 3차 성형체(D)는 축방향 중심으로부터 일측의 길이(L1)가 다른 일측의 길이(L2) 보가 길게 형성되어 편심단조시 제3펀치(340)의 휨에 의해 금형이 밀리는 현상을 방지할 수 있게 된다. 약 0.25~0.27mm 정도가 되는 제3펀치(340)의 휨을 억제할 수 있게 된다.
예를 들면, 길이(L1)가 7.36mm가 되게 하고, 길이(L2)는 6.84 mm가 되도록 하면, 제3펀치(340)가 약 0.26mm 정도의 휨이 억제될 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 제3차 단조공정에서 제3 성형체(D)가 이젝트되는 상태를 나타낸 도면이다.
이 도면에서 보듯이, 제3 이젝터(330)가 상승함에 따라 제3 성형체(D)가 제3 하부다이(360)에서 이탈된다.
이 도면에서 참조되듯이, 상기 열처리 단계(S450)는 상기 제3차 단계(S400)에서 성형된 상기 3차 성형체(D)의 버(bur)를 제거하고 열처리하여 편심 요크를 제조한다.
상기 알루미늄 소재는 마그네슘(Mg) 0.8~1.2중량%, 규소(Si) 0.4~0.8중량%가 함유된 Al-Si-Mg계 합금일 수 있다.
상기 열처리는 510~550℃에서 용체화 처리한 후 수냉하고, 다시 160~200℃ 3~6시간 유지하여 시효경화처리하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1차 어닐링 열처리단계(S50), 제2차 어닐링 열처리단계(S250), 제3차 어닐링 열처리단계(S350)는 경도 25 ~ 40 HB가 되도록 연화시키는 연화 열처리 단계를 수행하는 것이다.
지금까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 관련된 것이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형된 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
따라서 본 발명은 제시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위에 기재된 기술사상의 균등한 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능한 실시예가 있을 수 있다.
10: 제1차 단조금형 110: 제1 상부금형
120: 제1 하부금형 130: 제1 이젝터
140: 제1 펀치 150: 제1 상부다이
160: 제1 하부다이 161: 제1 성형공간
20: 제2차 단조금형 210: 제2 상부금형
220: 제2 하부금형 230: 제2 이젝터
240: 제2 펀치 250: 제2 상부다이
260: 제2 하부다이 261: 제2 성형공간
30: 제3차 단조금형 310: 제3 상부금형
320: 제3 하부금형 321: 제3 성형공간
330: 제3 이젝터 340: 제3 펀치
341: 확장 면취성형부 350: 가이드핀
360: 제3 하부다이 361: 수용홈
370: 제3 상부다이 390: 이중 가이드

Claims (7)

  1. 제1펀치(140)를 구비하는 제1 상부금형(110)과 제1 하부금형(120)으로 이루어지는 제1차 단조금형(10)에서 상기 제1펀치에 의해 원통형 소재(A)로부터 일정한 외경을 가지는 하부 원통부(B1)와, 상기 하부 원통부(B1)로부터 점차 확장되는 테이퍼면(B2)이 형성되고, 상기 테이퍼면(B2)의 상부로부터 일정한 외경을 형성하며 상기 하부 원통부(B1)보다 외경이 큰 상부 원통부(B3)를 구비하는 1차 성형체(B)를 성형하는 제1차 단조단계(S100)와;
    상기 제1차 단조단계(S100)에서 제조된 1차 성형체(B)를 제2펀치(240)를 구비하는 제2상부금형(210)과 제2하부금형(220)으로 이루어지는 제2차 단조금형(20)에서 상기 제2펀치(240)에 의해 상기 상부 원통부(B3)에서 서로 나란하게 형성되는 평면부(C1, C2)로부터 일측으로 만곡된 외주면(C3)이 형성되며 돌출되는 후벽부(C4)가 형성되도록 2차 성형체(C)를 성형하는 제2차 단조단계(S200)와;
    상기 제2차 단조단계(S200)에서 성형된 2차 성형체(C)의 상부면으로부터 축방향 중심으로 일정한 깊이로 되면서 입구에 면치(C6)를 구비하는 펀치 삽입홀(C5)을 형성하는 홀 가공단계(S300)와;
    상기 홀 가공단계(S300)에서 펀치삽입홀(C5)이 형성된 2차 성형체(C)의 펀치 삽입홀(C3)을 제3펀치(340)를 구비하는 제3 상부금형(310)과 제3 하부금형(320)으로 이루어지는 제3차 단조금형(30)에서 제3 펀치(340)로 펀칭하여 상기 펀치삽입홀(C5) 보다 내경이 확장된 펀칭홀(D1)을 구비하는 3차 성형체(D)를 형성하는 제3차 단조단계(S400)와;
    상기 제3차 단계(S400)에서 성형된 상기 3차 성형체(D)의 버(bur)를 제거하 열처리하여 편심 요크를 제조하는 열처리 단계(S450);를 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어링용 일체형 편심 요크의 경량화 냉간단조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3차 단조단계(S400)는,
    상기 제3상부금형(310)이 제3하부금형(320)에 안내되는 가이드핀(350)과;
    상기 제3펀지(340)의 하단부가 출몰 가능하게 제3펀지(340)의 외주면을 감싸며 제3상부금형(310)에 고정되는 상부다이(350)에 슬라이딩 이동가능하게 설치되어 하부다이(160)에 접촉하며 제3펀지(340)를 안내하는 이중가이드(390)를 구비하며,
    상기 제3펀치(340)는 상기 2차 성형체(C)의 면치(C6)에 확장된 면치(C7)를 형성하도록 경사진 확장 면치성형부(341)가 형성되며,
    상기 제3 하부다이(360)는 상기 제2차 단조금형(20)에서 상기 제2펀치(240)에 의해 상기 상부 원통부(B3) 서로 나란하게 형성되는 평면부(C1, C2)로부터 일측으로 만곡된 외주면(C3)을 가지도록 돌출되는 후벽부(C4)에 대응하는 제3 성형공간(321)을 구비하여 3차 성형체(D)를 제조하며,
    상기 3차 성형체(D)는 상기 제3 펀치(340)의 휨을 방지하기 위해 평면 면취부(D1, D2)를 구비하되, 상기 평면 면취부(D1, D2)는 축방향 중심으로부터의 길이(L1, L2)가 편심되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 스티어링용 일체형 편심 요크의 경량화 냉간단조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제3 하부다이(360)는,
    상기 제3 성형공간(321) 상부에 이중가이드(390)의 하단부를 수용하는 수용홈(361)이 형성되어 상기 이중가이드(390)를 안내하며,
    상기 이중가이드(390)는,
    상기 수용홈(361)에 수용되어 상기 제3 펀치(340)가 펀치 삽입홀(C5)에 삽입되어 3차 성형체(D)의 확장된 펀칭홀(D1)을 형성할 때 3차 성형체(D)가 팽창되는 상단부를 가압하며 성형할 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 스티어링용 일체형 편심 요크의 경량화 냉간단조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2차 단조단계(S200)는,
    하부다이(260)에 1차 성형체(B)의 하부 원통부(B1) 외주면에 대응하는 제2 성형공간(261)이 구비되며, 상기 하부다이(260)에 상기 1차 성형체(B)의 하부 원통부(B1)가 삽입 안착되어 2차 성형체(C)가 제조되고,
    상기 제2 성형체(C)는,
    상기 제3차 단조단계(S400)에서 제 펀치(340)가 삽입되는 펀치 삽입홀(C5)이 후가공되는 홀 가공단계(S300)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어링용 일체형 편심 요크의 경량화 냉간단조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1차 단조단계(S300)는,
    상기 소재(A)의 하단부가 삽입 안착되며,
    1차 성형체(B)의 상부 원통부(B3)가 형성되는 제1 성형공간(161)을 구비하는 제1 하부다이(160)를 포함하여 1차 성형체(B)가 제조되는 것을 특징으로 하는 스티어링용 일체형 편심 요크의 경량화 냉간단조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1차 단조단계(S100)는 소재(A)에 대한 제1차 어닐링 열처리단계(S50)가 선행되고,
    상기 제2차 단조단계(S200)는 상기 제1차 단조단계(S100)로 제조된 1차 성형체(B)에 대한 제2차 어닐링 열처리단계(S150)가 선행되며,
    상기 제3차 단조단계(S400)는 상기 홀 가공단계(S300)로 제조된 2차 성형체(C)에 대한 제3차 어닐링 열처리단계(S350)가 선행되는 것을 포함하는 스티어링용 일체형 편심 요크의 경량화 냉간단조 방법.
  7. 제1 상부금형(110)과 제1하부금형(120)으로 이루어지며,
    상기 제1 상부금형(110)은 제1펀치(140)를 구비하고,
    상기 제1 하부금형(120)은 원통형 소재(A)로부터 일정한 외경을 가지는 하부 원통부(B1)와, 상기 하부 원통부(B1)로부터 점차 확장되는 테이퍼면(B2)이 형성되고, 상기 테이퍼면(B2)의 상부로부터 일정한 외경을 형성하며 상기 하부 원통부(B1)보다 외경이 큰 상부 원통부(B3)를 형성하는 제1 성형공간(161)이 형성되는 제1 하부다이(160)를 구비하며,
    상기 제1 펀치(140)가 상기 제1 하부다이(160) 상부에서 승강 동작되며 1차 성형체(B)를 성형하고,
    상기 제1 하부다이(160)의 아래쪽에 위치되어 승강 동작되며 상기 제1 하부다이(160)에서 성형된 1차 성형체(B)를 탈형하는 제1 이젝터(130);를 포함하는 제1차 단조금형(10)과;

    상기 제1차 단조금형(10)에서 성형된 1차 성형체(B)를 성형하기 위한 제2상부금형(210)과 제2 하부금형(220)으로 이루어지며,
    상기 제2 상부금형(210)은 제2 펀치(240)를 구비하고,
    상기 제2 하부금형(220)은 일측으로 만곡된 외주면(C3)이 형성되며 돌출되는 후벽부(C4)를 형성하는 제2 성형공간(261)이 형성되는 제2 하부다이(260)를 구비하며,
    상기 제2 펀치(240)가 상기 제2 하부다이(260) 상부에서 승강 동작되며 2차 성형체(C)를 성형하고,
    상기 제2 하부다이(260)의 아래쪽에 위치되어 승강 동작되며 상기 제2 하부다이(260)에서 성형된 2차 성형체(C)를 탈형하는 제2 이젝터(230);를 포함하는 제2차 단조금형(20)과;

    상기 제2차 단조금형(20)에서 성형된 2차 성형체(C)를 성형하기 위한 제3상부금형(310)과 제2하부금형(320)으로 이루어지며,
    상기 제3 상부금형(310)은 제3펀치(340)와, 상기 제3펀치(340)를 안내하는 이중가이드(390)를 구비하고,
    제3 하부금형(320)은 제3 성형공간(321)이 형성되는 제3 하부다이(360)를 구비하며,
    상기 제3 펀치(340)가 상기 제3 하부다이(360) 상부에서 승강 동작되며 펀치 삽입홀(C5) 보다 내경이 확장된 펀칭홀(D1)을 구비하는 3차 성형체(D)를 성형하며,
    상기 제3 하부다이(360)의 아래쪽에 위치되어 승강 동작되며 상기 제3 하부다이(360)에서 성형된 3차 성형체(D)를 탈형하는 제3 이젝터(330);를 구비하는 제3차 단조금형(30)을 포함하는 것을 특징으로 하는 스티어링용 일체형 편심 요크의 경량화 냉간단조 장치.
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