KR20200080000A

KR20200080000A - 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법

Info

Publication number: KR20200080000A
Application number: KR1020180169792A
Authority: KR
Inventors: 박준일
Original assignee: 박준일
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2020-07-06
Also published as: KR102188802B1

Abstract

본 발명은 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법에 관한 것으로, 소재를 다이스에 삽입하고 펀치로 가압 소성 변형시켜 파이프부(100)와 요크부(200)로 이루어진 파이프조인트를 성형한 후, 상기 파이프부(100) 내측에 스플라인(110)을 형성하는 파이프조인트 형성단계(S100); 상기 요크부(200)를 침탄방지수단에 의해 침탄방지되도록 처리하는 침탄방지전처리단계(S200)와; 상기 침탄방지수단에 의해 침탄방지된 요크부(200)와 파이프부(100)를 탄소농도 1.1%로 820~880℃ 사이에서 60~120분 사이로 침탄열처리하여 0.2~0.4mm의 경화층을 형성하는 침탄열처리단계(S300)와; 상기 침탄열처리단계를 통해 형성된 경화층의 변형방지를 위하여 파이프조인트를 탄소농도 0.8%, 780~810℃ 온도에서 변형이 최소화될 수 있는 온도로 선택하여 온도를 내려서 30분간 선택된 온도를 유지하여 경도 Hv610~Hv810의 강도를 확보하도록 염욕에 퀀칭(quenching)하는 1차 온도조정단계(S400)와; 상기 1차 온도조정단계의 유지 온도에서 경도 Hv610~Hv810의 범위중 선택되는 요구경도에 따라 염욕온도 210~320℃ 사이에서 염욕온도를 설정하고, 상기 1차 온도조정단계를 거친 파이프조인트를 30분이상 90분 이내로 염욕에 냉각유지하여 파이프조인트의 내경 X,Y,Z 대각선 O·B·D 편차가 20㎛ 이내로 최소화되도록 유지하면서 심부는 베이나이트 조직으로 변화되는 염욕냉각단계(S500)와; 상기 염욕냉각단계를 거친 파이프조인트의 상기 요크부(200)의 침탄방지수단을 제거하는 마감단계(S600);를 포함한 것으로, 요크부 일체형 파이프조인트의 기존 질화열처리의 문제점인 강도와 경도의 저하로 인한 샤프트조인트의 결합작동시 발생되는 압흔(눌림자국)으로 인한 작동불량이 방지되도록 침탄열처리를 통해 파이프조인트의 파이프부분의 강성을 향상시켜 압흔의 발생을 방지하여 파이프조인트의 작동 불량없이 사용수명이 증대되고, 침탄열처리로 인한 파이프의 변형으로 인한 파이프조인트와 샤프트조인트의 조립불량을 방지함과 함께 결합정밀성을 향상시키도록 염욕 냉각을 통해 파이프부분의 변형방지가 가능하여 제품불량의 최소화가 가능한 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법에 관한 것이다.

Description

자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법{Manufacturing method of integral pipe joint of yoke part of automobile universal joint}

본 발명은 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파이프조인트에 샤프트조인트가 파이프조인트 내에서 볼 구름운동을 통한 축선상으로 이동하는 과정에서 파이프조인트 내부의 종래 질화열처리로 인한 강도 및 경도가 떨어져 파이프조인트의 선형의 변형 및 마찰에 의한 압흔의 발생을 해결하도록 요크부가 일체로 형성된 파이프조인트의 파이프(튜브) 부분이 기존 질화열처리로 얻지 못한 강도와 경도를 침탄열처리한 후에 염욕 냉각 경화시켜 파이프(튜브) 부분의 강도와 경도를 증가시킴으로써, 샤프트조인트의 파이프조인트 삽입결합을 통해 작동되는 과정에서의 마찰로 인한 선형의 변형 및 볼에 의한 구름운동에 따른 압흔의 발생을 방지할 수 있는 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 운전자가 차량의 진행방향을 조절하기 위하여 조향장치가 제공된다. 차량의 조향장치는 운전석 전방에 설치되어 운전자의 조작에 의해 차량의 진행방향을 바꾸기 위한 스티어링 휠과, 스티어링 휠의 하부에 설치되는 스티어링 칼럼과, 스티어링 휠의 회전운동을 직진운동으로 전환시킴과 동시에 조향력을 증대시켜 타이어의 방향을 변경시키는 기어박스와, 스티어링 칼럼에 전달된 회전력을 기어박스로 전달하기 위한 유니버설 조인트를 포함한다.

유니버설 조인트는 샤프트조인트 및 이 샤프트조인트에 슬립 이동 가능하면서 회전토크를 전달할 수 있도록 조립되는 파이프조인트로 구성된다. 샤프트조인트의 외주면 길이방향으로는 세레이션이 형성되고, 파이프조인트의 내측에는 스플라인과 대응되는 스플라인이 형성되어 파이프조인트는 샤프트조인트에 치차 결합으로 연결되어 회전토크를 전달할 수 있으면서 축방향으로 슬립이동 할 수 있다.

파이프조인트의 각 단부에는 요크부가 형성되어 기어박스에 연결된다. 여기서, 상기 파이프조인트의 제조는 요크부와 파이프가 분리제작되어 요크부에 파이프를 끼워 용접하여 사용하였다. 하지만, 요크부와 파이프가 분리된 상태에서 끼움결합하여 용접사용된 파이프조인트는 차량에 장착한 후 운행중 용접부 크랙으로 분리되어 차량의 대형사고를 유발하는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하고자 최근에는 냉간단조를 이용하여 요크부가 일체형으로 이루어진 구조로 성형하고 있다. 요크부가 일체로 형성된 파이프조인트는 냉간단조로 요크부를 성형하고, 2차로 냉간단조 성형하여 파이프부를 성형하여 하나의 단일체의 제품으로 만들게 됨에 따라 요크부가 파이프로부터 분리되는 종래의 파이프조인트와 같은 차량의 사고가 발생되지 않도록 근본적인 해결책이 되었다.

이와 같은 요크부가 일체로 형성된 파이프조인트는 냉간단조로 일체형 파이프가 형성됨에 따라 표면마모와 강성을 위하여 열처리 공정을 통해 강도를 확보하였다. 여기서, 파이프의 열처리 방법중 가열온도와 냉각에 따라 선형의 변형 등과 같은 파이프 변형이 가장 최소화되는 질화열처리를 행하여 현재까지 요크부가 일체로 형성된 파이프조인트가 사용되고 있다.

그러나, 이와 같은 질화열처리에 의한 파이프의 경도와 경화층 깊이가 낮은 관관계로 볼에 의한 눌림자국이 생긴다든지 선형의 변형으로 인해 샤프트조인트와의 결합이 원할하지 못하는 등의 여러가지 문제가 발생되어 보다 더욱 큰 힘에도 견딜 수 있는 침탄공정을 통한 열처리방법으로 바뀌게 되었다.

통상 질화열처리시에는 파이프조인트의 파이프 부분의 경도가 Hv 570 이상, 화합물층 깊이 0.02mm 인 반면에 침탄열처리시에는 Hv 650 이상, 경화층 깊이 0.3~0.4mm로 질화열처리에 비해 침탄열처리에 의한 방법이 파이프조인트의 압흔으로부터 강한 효과를 가져오게 되었다.

즉, 침탄공정으로 파이프조인트의 파이프부분을 열처리하게 되면 강도면에서는 많은 효과를 보았으나 파이프부분의 변형은 질화열처리에 비하여 더 많은 변형이 발생되는 문제로 인해 사용할 수 없는 제품이 생산되는 즉, 불량제품의 생산이 다량발생되는 문제가 있었다.

이를 다시 구체적으로 설명하면 파이프조인트의 파이프부분은 기존에는 요크부에 방질화처리를 한 후, 파이프부에 질화열처리를 하여 표면부터 20㎛의 열처리 화합물 등을 형성하여 마모에 견딜수 있도록 하여 사용하였으나 파이프조인트에 슬립 이동되게 체결되는 샤프트조인트와의 마찰로 압흔이 발생되고, 강성이 부족하여 사용중 변형되는 문제가 있었다.

이에 질화열처리에 따른 상기와 같은 문제점을 해결하고자 표면에서 0.2~0.4 mm 정도까지 탄소를 침투시켜 강도를 확보하는 침탄열처리를 하게 되었다. 여기서, 파이프조인트의 파이프부분의 강도를 확보하기 위한 침탄열처리는 820~880℃로 승온하여 경화층 0.2~0.4 mm 정도로 확보할 수 있도록 60~120분 침탄후, 변형방지를 위하여 810~820℃로 온도를 내려서 오일퀀칭(oil-quenching)을 하여 강도를 확보한다. 이때, 파이프 내경의 X,Y,Z 대각선 OBD 편차가 최대 80㎛ 발생되어 조립시 샤프트조인트와 정확히 체결되지 않는 문제가 발생된다.

즉, 침탄열처리는 강도는 확보되나 고온열처리로 인하여 변형이 발생되는 것을 피할수가 없다. 특히 최근에는 HOT 오일에 냉각을 하는 방법을 개시하였으나 이 역시, 변형에 대한 부분은 해결이 안되는 실정이다. 따라서, 침탄열처리후에 파이프의 변형이 최소화되는 열처리 기술이 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-1872249호, 등록일자 2018년 06월 22일.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로, 요크부 일체형 파이프조인트의 기존 질화열처리의 문제점인 강도와 경도의 저하로 인한 샤프트조인트의 결합작동시 발생되는 압흔을 침탄열처리를 통해 파이프조인트의 파이프부분의 강성을 향상시켜 압흔의 발생을 방지하고, 침탄열처리로 인한 파이프의 변형으로 인한 파이프조인트와 샤프트조인트의 조립불량을 방지하고, 결합정밀성을 향상시키도록 염욕 냉각을 통해 파이프부분의 변형방지가 가능하고, 이를 통해 제품불량의 최소화가 가능한 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법은 소재를 다이스에 삽입하고 펀치로 가압 소성 변형시켜 파이프부(100)와 요크부(200)로 이루어진 파이프조인트를 성형한 후, 상기 파이프부(100) 내측에 스플라인(110)을 형성하는 파이프조인트 형성단계(S100); 상기 요크부(200)를 침탄방지수단에 의해 침탄방지되도록 처리하는 침탄방지전처리단계(S200)와; 상기 침탄방지수단에 의해 침탄방지된 요크부(200)와 파이프부(100)를 탄소농도 1.1%로 820~880℃ 사이에서 60~120분 사이로 침탄열처리하여 0.2~0.4mm의 경화층을 형성하는 침탄열처리단계(S300)와; 상기 침탄열처리단계를 통해 형성된 경화층의 변형방지를 위하여 파이프조인트를 탄소농도 0.8%, 780~810℃ 온도에서 변형이 최소화될 수 있는 온도로 선택하여 온도를 내려서 30분간 선택된 온도를 유지하여 경도 Hv610~Hv810의 강도를 확보하도록 염욕에 퀀칭(quenching)하는 1차 온도조정단계(S400)와; 상기 1차 온도조정단계의 유지 온도에서 경도 Hv610~Hv810의 범위중 선택되는 요구경도에 따라 염욕온도 210~320℃ 사이에서 염욕온도를 설정하고, 상기 1차 온도조정단계를 거친 파이프조인트를 30분이상 90분 이내로 염욕에 냉각유지하여 파이프조인트의 내경 X,Y,Z 대각선 O·B·D 편차가 20㎛ 이내로 최소화되도록 유지하면서 심부는 베이나이트 조직으로 변화되는 염욕냉각단계(S500)와; 상기 염욕냉각단계를 거친 파이프조인트의 상기 요크부(200)의 침탄방지수단을 제거하는 마감단계(S600);를 포함한다.

여기서, 상기 침탄방지수단은 요크부에 침탄이 방지되는 침탄방지커버 또는 침탄방지도료 중 어느 하나인 것을 특징으로 하고, 상기 염욕냉각단계의 파이프조인트 냉각은 질산칼륨(KNO₃), 질산나트륨(NaNO₃)을 주원료로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 요크부 일체형 파이프조인트의 기존 질화열처리의 문제점인 강도와 경도의 저하로 인한 샤프트조인트의 결합작동시 발생되는 압흔(눌림자국)으로 인한 작동불량이 방지되도록 침탄열처리를 통해 파이프조인트의 파이프부분의 강성을 향상시켜 압흔의 발생을 방지하여 파이프조인트의 작동불량없이 사용수명이 증대되고, 침탄열처리로 인한 파이프의 변형으로 인한 파이프조인트와 샤프트조인트의 조립불량을 방지하과 함께 결합정밀성을 향상시키도록 염욕 냉각을 통해 파이프부분의 변형방지가 가능하고, 이를 통해 제품불량의 최소화가 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법의 블럭도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법의 요크부 일체형 파이프조인트의 측면단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법의 파이프 조인트의 OBD 를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명에 따른 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트의 제조방법의 염욕냉각에 따른 O.B.D 편차의 실험결과값 및 그래프를 나타낸 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 결코 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법의 블럭도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법의 요크부 일체형 파이프조인트의 측면단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법의 파이프 조인트의 OBD 를 도시한 도면이고, 도 4 내지 도 9는 본 발명에 따른 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트의 제조방법의 염욕냉각에 따른 O.B.D 편차의 실험결과값 및 그래프를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법은 종래 요크부 일체형 파이프조인트를 질화열처리함으로서 얻어지는 강도와 경도가 샤프트조인트와의 결합 및 작동간에 압흔(눌림자국)의 발생이 빈번하여 유니버셜 조인트의 기능 및 작동불량이 빈번하고, 질화열처리과정에서의 파이프조인트의 파이프부의 선형불량 및 파이프부 내경의 X,Y,Z 대각선 O.B.D 편차가 큰 변형으로 인해 샤프트 조인트가 파이프조인트에 정확히 체결되지 못하는 문제를 침탄열처리와 염욕냉각을 통해 해결하여 압흔 발생 방지 및 변형이 최소화되어 사용수명이 증대되고, 조립불량 방지 및 결합정밀성을 향상되는 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 유니버셜 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법은 파이프조인트 형성단계(S100), 침탄방지 전처리단계(S200), 침탄열처리단계(S300), 1차 온도조정단계(S400), 염욕냉각단계(S500), 마감단계(S600)를 통해 생산된다.

상기 파이프조인트 형성단계(S100) 는

종래 요크부와 파이프부를 분리제작하고, 요크부에 파이프부를 끼워 용접사용시 문제점인 용접부 크랙으로 인한 요크부와 파이프부의 분리로 인해 차량의 대형사고를 유발할 수 있던 문제점을 개선하여 요크부와 파이프부가 일체로 형성되도록 한 것으로, 소재를 다이스에 삽입하고 펀치로 가압 소성 변형시켜 도 2에 도시된 바와 같이, 파이프부(100)와 요크부(200)로 이루어진 파이프조인트를 성형한 후, 상기 파이프부(100) 내측에 스플라인(110)을 형성한다.

이와 같이, 요크부와 파이프부가 일체로 형성된 파이프조인트는 냉간단조를 통해 요크부를 성형하고, 2차로 냉간단조를 통해 파이프부를 형성함에 따라 앞서 요크부와 파이프부가 별도 제작되어 용접결합된 방식의 문제점인 요크부와 파이프부의 분리되는 사고를 방지할 수 있게된다.

상기 침탄방지 전처리단계(S200) 는

별도 가공이 필요한 요크부에 침탄열처리에 의한 경화층의 형성을 방지하도록 하고, 파이프부에는 종래 요크부 일체형 파이프 조인트의 질화열처리에 의한 경도와 경화층의 깊이가 침탄열처리에 비해 낮아 발생되는 문제점인 압흔과 변형을 방지하기 위한 침탄열처리 전에 요크부가 침탄되지 않도록 방지한다.

여기서, 압흔은 샤프트 조인트와 결합하여 작동시 파이프조인트와 샤프트조인트의 슬립 유동이 원활하도록 결합되는 볼에 의해 발생되는 것으로, 기존 질화열처리에 의한 경도와 경화층의 깊이로는 해결되지 않는 문제점이고, 변형 역시 질화열처리 후, 냉각과정에서 파이프부의 변형으로 인한 샤프트조인트와의 결합불량을 방지하도록 보다 높은 경도와 경화층을 얻는 침탄열처리를 위한 전처리 과정이다.

즉, 상기 침탄방지전처리단계는 상기 요크부(200)를 침탄방지수단에 의해 침탄방지되도록 처리하는 것으로, 침탄방지수단으로는 요크부에 침탄이 방지되는 침탄방지커버 또는 침탄방지도료 중 어느 하나인 것이 바람직하다. 침탄방지커버의 경우에는 요크부의 형상에 대응되는 형상으로 커버를 별도제작하여 후술되는 침탄열처리단계에서 침탄되지 않도록 방지하는 것이고, 침탄방지도료는 요크부에 페인트와 같이 도포하여 침탄을 방지하도록 하는 것으로 작업공정이나 작업의 연속성 등을 고려하여 선택적으로 사용이 가능하다

상기 침탄열처리단계(S300) 는

종래 요크부가 일체로 형성된 파이프조인트는 요크부에 방질제를 도포하고, 질화열처리를 통해 파이프조인트를 형성하였지만 앞서 언급한 바와 같이, 파이프 조인트에 결합되는 볼에 의한 압흔으로 인해 발생되어 사용중 원활한 작동이 되지 않은 문제점과 사용과정에서 변형되는 단점을 침탄열처리를 통해 압흔 및 사용과정중 파이프부의 변형을 방지할 수 있는 강도와 경화층의 깊이를 얻을 수 있다.

하지만, 상기 침탄열처리단계의 침탄열처리방법을 통해 파이프부의 강도와 경화층은 질화열처리의 문제점인 압흔, 사용과정에서 변형의 문제점을 해결할 수 있으나 침탄열처리는 오히려 질화열처리에 비해 기존 질화열처리의 냉각방식으로 냉각시에는 도 3에 도시된 바와 같이, 파이프부의 내경 X, Y, Z의 대각선 O.B.D 편차가 더 크게 이루어져 샤프트 조인트가 파이프조인트에 결합되지 않는 불량을 초래하게 되어 이를 해결하기 위한 후술되는 염욕냉각단계를 통해 해결이 가능하다.

한편, 상기 침탄열처리단계의 침탄열처리는 상기 침탄방지수단에 의해 침탄방지된 요크부(200)와 파이프부(100)를 탄소농도 1.1%로 820~880℃ 사이에서 60~120분 사이로 침탄열처리하여 0.2~0.4mm 경화층을 형성한다. 여기서, 상기 경화층이 0.2mm 이하로 형성되면 질화열처리로 인해 발생되었던 문제점인 볼에 의한 압흔, 사용과정 중의 파이프부의 변형이 발생될 수 있고, 0.4mm 보다 크게 형성되면 파이프부의 O.B.D 편차가 크게되어 샤프트조인트와의 결합불량이 발생될 수 있다.

상기 1차 온도조정단계(S400) 는

상기 침탄열처리단계를 통해 형성된 경화층의 변형방지를 위하여 파이프조인트를 탄소농도 0.8%로하고, 780~810℃ 온도에서 변형이 최소화될 수 있는 온도로 선택하여 온도를 내려서 30분간 선택된 온도를 유지하여 경도 Hv610~Hv810의 강도를 확보하도록 염욕에 퀀칭(quenching)한다.

상기 염욕냉각단계(S500) 는

염욕온도는 210~320℃ 사이에서 냉각하는 과정으로 파이프부의 경도에 따라 변형이 발생되어 O.B.D 편차가 크게 될 수 있기 때문에 상기 1차 온도조정단계의 유지 온도에서 경도 Hv610~Hv810의 범위중 선택되는 요구경도에 따라 염욕온도 210~320℃ 사이에서 염욕온도를 설정하고, 상기 1차 온도조정단계의 유지 온도에서 경도 Hv610~Hv810의 범위중 선택되는 요구경도에 따라 염욕온도 210~320℃ 사이에서 염욕온도를 설정하고, 상기 1차 온도조정단계를 거친 파이프조인트를 30분이상 90분 이내로 염욕에 냉각유지하여 파이프조인트의 내경 X,Y,Z 대각선 O·B·D 편차가 20㎛ 이내로 최소화되도록 유지한다.

즉, 염욕온도 210~320℃ 사이에서 상기 1차 온도조정단계의 경도 Hv610~Hv810의 범위중 선택되는 요구 경도에 따라 염욕 온도를 [표 1]과 같이 설정하고, 상기 1차 온도조정단계를 거친 파이프조인트를 30분이상 90분 이내로 염욕에 냉각유지하여 파이프조인트의 내경 X,Y,Z 대각선 O·B·D 편차가 20㎛ 이내로 최소화되도록 유지하는 것이다.

온도	210℃	240℃	260℃	280℃	300℃	320℃
경도	Hv800±10	Hv790±10	Hv700	Hv670	Hv650	Hv610

즉, 종래 가스나 오일을 통한 냉각방식을 통해 파이프튜브의 냉각시에는 파이프조인트의 내경 X,Y,Z 대각선 O·B·D 편차가 80㎛ 이상 발생되어 조립시 샤프트조인트와 정확한 체결이 이루어지지 않는 문제를 침탄열처리와 1차 온도조정단계를 통해 형성되는 경도 범위에서 요구 경도에 따라 염욕의 온도가 설정되어 도 5 내지 도 11에 나타난 바와 같이, 파이프조인트의 파이프부의 O·B·D 편차가 20㎛ 이내로 최소화가 가능하다.

여기서, 염욕온도에 따라 침탄층 안쪽 심부의 조직이 베이나이트 조직으로 변하고, 220℃ 부근은 미세 베이나이트로 형성되며 온도가 올라갈수록 약간씩 조대해지는 베이나이트 조직을 띠게 된다. 상기 염욕온도범위 210~320℃로 온도가 올라가도 기본적으로 가열에 의해서 발생되는 20㎛ 이내로 O·B·D 편차가 나타나기 때문에 변형이 최소화되어 파이프조인트와 샤프트조인트의 결합이 원활하게 이루어질 수 있는 것은 자명한 것이고, 제품 품질 향상이 가능하다.

상기 마감단계(S600) 는

상기 염욕냉각단계를 거친 파이프조인트의 상기 요크부(200)의 침탄방지수단을 제거하여 요크부가 일체로 형성된 파이프조인트를 제조한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 방법을 통해 압흔 방지, 사용중 변형방지, O.B.D 편차가 최소화되는 요크부가 일체로 형성된 파이프조인트 제조가 가능한 것으로 비교예와 실시예를 통해 살펴보면 다음과 같다.

<비교예>

앞서 종래 질화열처리의 문제점을 해결하고자 침탄열처리로 변경한 것으로, 침탄열처리를 통해 표면에서 0.2~0.4 mm 정도까지 탄소를 침투시켜 강도를 확보하여 압흔이 사용중 변형을 방지할 수 있도록 한다. 이 때, 침탄열처리는 파이프조인트의 파이프부분의 강도를 확보하기 위해 820~880℃로 승온하여 경화층 0.2~0.4 mm 정도로 확보할 수 있도록 60~120분 침탄후, 변형방지를 위하여 810~820℃로 온도를 내려서 오일퀀칭(oil-quenching)을 하여 강도를 확보한다.

하지만, 상기와 같이 열처리 후, 오일퀀칭을 통해 냉각함에 따른 파이프 내경의 X,Y,Z 대각선 OBD 편차가 최대 80㎛ 발생되어 조립시 샤프트조인트와 정확히 체결되지 않았다.

<실시예>

한편, 본 발명에 따른 실시예로 파이프조인트의 요크부는 침탄방지수단에 의해 처리하고, 파이프부가 노출된 상태에서 침탄열처리로에 침탄열처리를 위해 투입한다. 침탄열처리는 850℃로 승온하여 온도 균열시간 30분, 침탄시간 120분, 확산시간 30분유지후, 810℃로 온도를 내려서 40분 유지후, 240℃ 염부 냉각실로 이동하여 40분간 체품을 침적시켜 열처리 하였다. 표면 침탄층은 미세 마르텐사이트 조직을 얻었으며, 심부는 인성이 풍부한 베이나이트 조직을 얻었다.

여기서, 파이프조인트의 파이프부의 결과는 표면경도 Hv794, 경화깊이 0.35mm로 강성이 향상되었고, 도 4 내지 도 9에 나타난 바와 같이, 염욕에 의한 냉각을 통한 결과로 파이프 내경의 X,Y,Z 대각선 OBD 편차가 대부분 20㎛ 이내로 형성되어 샤프트 조인트와 파이프조인트와의 결합이 원활하게 이루어지고, 작동시 변형, 압흔의 발생이 되지 않았다.

여기서, 도 4 내지 도 9에 나타난 OBD 편차는 파이프 조인트의 내부 깊이에 따라 측정한 결과값으로 도 4는 침탄 열처리 후, 염욕에 의한 냉각을 통한 열처리 후 ODB 편차는 0.004~0.019로 20㎛ 이내의 결과를 나타내었고, 도 5는 0.001~0.018로 이 역시 20㎛ 이내의 결과를 나타내었으며, 도 6은 열후편차가 0.007~0.014, 도 7은 0.002~0.008, 도 8은 0.003~0.020, 도 9는 0.005~0.012로 20㎛ 이내의 결과를 모두 나타내어 침탄열처리 후, 염욕 냉각을 통한 파이프 조인트에 샤프트 조인트의 결합이 원활하게 이루어져 제품 불량이 최소화되고, 모다 양질의 내구성 및 내마모성을 가진 파이프 조인트의 제공을 통한 안전한 자동차 구동이 가능하게 된 것은 자명한 것이다.

따라서, 상기 비교예와 본 발명에 따른 실시예를 살펴볼 때, 종래 질화열처리 방법에 따른 파이프 조인트의 문제점으로 대두되었던 작동간의 볼 구름에 의한 압흔과 이로 인한 사용과정에서의 변형으로 유니버셜 조인트의 제 기능을 수행하지 못하고, 수명이 짧아지는 문제와 운행과정에서 큰 사고로 이어질 수 있는 치명적 결합을 발생할 수 있던 문제점을 침탄열처리를 통해 강도를 확보할 수 있었으나 이 역시 열처리 후 오일??칭 냉각에 따른 파이프 내경의 X,Y,Z 대각선 OBD 편차가 최대 80㎛ 발생하여 생산후, 샤프트 조인트와의 결합이 이루어지지 않는 불량품의 생산이 대다수였다.

하지만, 염욕에 의한 열처리를 통해 파이프 내경의 X,Y,Z 대각선 OBD 편차가 20㎛ 이내로 형성됨에 따라 파이프 조인트의 강도 및 OBD 편차의 최소화로 유니버셜 조인트의 그 기능을 올바르게 수행할 수 있고, 사용수명도 증대될 수 있게 되었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 이처럼 본 발명은 이들이 결합되어 구현될 수도 있다. 따라서 본 발명은 특허청구범위에 기재된 청구항들의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

P : 파이프조인트 100 : 파이프부
110 : 스플라인 200 : 요크부
S100 : 파이프조인트 형성단계 S200 : 침탄방지 전처리단계
S300 : 침탄열처리단계 S400 : 1차 온도조정단계
S500 : 염욕냉각단계 S600 : 마감단계

Claims

소재를 다이스에 삽입하고 펀치로 가압 소성 변형시켜 파이프부(100)와 요크부(200)로 이루어진 파이프조인트를 성형한 후, 상기 파이프부(100) 내측에 스플라인(110)을 형성하는 파이프조인트 형성단계(S100);
상기 요크부(200)를 침탄방지수단에 의해 침탄방지되도록 처리하는 침탄방지전처리단계(S200)와;
상기 침탄방지수단에 의해 침탄방지된 요크부(200)와 파이프부(100)를 탄소농도 1.1%로 820~880℃ 사이에서 60~120분 사이로 침탄열처리하여 0.2~0.4mm의 경화층을 형성하는 침탄열처리단계(S300)와;
상기 침탄열처리단계를 통해 형성된 경화층의 변형방지를 위하여 파이프조인트를 탄소농도 0.8%, 780~810℃ 온도에서 변형이 최소화될 수 있는 온도로 선택하여 온도를 내려서 30분간 선택된 온도를 유지하여 경도 Hv610~Hv810의 강도를 확보하도록 염욕에 퀀칭(quenching)하는 1차 온도조정단계(S400)와;
상기 1차 온도조정단계의 유지 온도에서 경도 Hv610~Hv810의 범위중 선택되는 요구경도에 따라 염욕온도 210~320℃ 사이에서 염욕온도를 설정하고, 상기 1차 온도조정단계를 거친 파이프조인트를 30분이상 90분 이내로 염욕에 냉각유지하여 파이프조인트의 내경 X,Y,Z 대각선 O·B·D 편차가 20㎛ 이내로 최소화되도록 유지하면서 심부는 베이나이트 조직으로 변화되는 염욕냉각단계(S500)와;
상기 염욕냉각단계를 거친 파이프조인트의 상기 요크부(200)의 침탄방지수단을 제거하는 마감단계(S600);를 포함하는 자동차용 유니버설 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 침탄방지수단은 요크부에 침탄이 방지되는 침탄방지커버 또는 침탄방지도료 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 자동차용 유니버설 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 염욕냉각단계의 파이프조인트 냉각은 질산칼륨(KNO₃), 질산나트륨(NaNO₃)을 주원료로 하는 것을 특징으로 하는 자동차용 유니버설 조인트의 요크부 일체형 파이프조인트 제조방법.