KR20210061580A - Method for cold forging a rotor of vacuum pump in automobile - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a rotor which is a component of a vacuum pump by using cold forging. According to the present invention, by using alloy steel, the engine pump rotor for a vehicle with excellent strength and durability can be manufactured without breakage of a flow line.

Description

자동차 진공펌프용 로터의 냉간단조 제조방법{Method for cold forging a rotor of vacuum pump in automobile}Method for cold forging a rotor of a vacuum pump in automobile {Method for cold forging a rotor of vacuum pump in automobile}

본 발명은 자동차에 사용되는 진공펌프를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공펌프의 부품인 로터를 냉간단조를 이용하여 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of manufacturing a vacuum pump used in an automobile, and more particularly, to a method of manufacturing a rotor, which is a component of a vacuum pump, by cold forging.

일반적으로 차량의 브레이크시스템에 필요한 진공을 생성하기 위해 엔진에 진공펌프를 적용하고 있으며, 진공펌프의 구동방식으로는 엔진의 캠축을 이용한 직접구동방식이 선호되고 있고, 이를 위해 엔진의 전, 후면에 진공펌프가 장착되고 있다.In general, a vacuum pump is applied to the engine to generate the vacuum required for the vehicle's brake system, and the direct drive method using the camshaft of the engine is preferred as the driving method of the vacuum pump. A vacuum pump is installed.

진공펌프는 도 9에 도시되는 바와 같이, 흡기구(2)와 배기구(3)가 설치된 펌프 하우징(1)내에 베인(5)이 흡기구(2)와 배기구(3)가 유체의 흐름방향에 대하여 직각으로 설치되며, 흡기구(2)로 흡인된 공기와 급유구(6)를 통하여 공급되는 오일이 로터(4)의 회전에 따라 회동하는 베인(5)에 의하여 각 작용점에서 단계적으로 압축되고, 이 압축작용에 의하여 생성된 진공력을 오일과 함께 배기구(3)로 배출하도록 구성된다.As shown in Fig. 9, the vane 5 in the pump housing 1 in which the intake port 2 and the exhaust port 3 are installed, and the inlet port 2 and the exhaust port 3 are perpendicular to the flow direction of the fluid. The air sucked through the intake port 2 and the oil supplied through the oil supply port 6 are compressed in stages at each operating point by a vane 5 that rotates according to the rotation of the rotor 4. It is configured to discharge the vacuum force generated by the action to the exhaust port 3 together with the oil.

베인(5)을 회동시키는 로터(4)는 진공펌프의 회전수, 흡입주기를 결정하는 중요한 부품으로 반복적으로 회전됨에 따라 높은 내구성, 고강성, 고강도, 내마모성이 요구되고 있다. The rotor 4 that rotates the vanes 5 is an important part that determines the number of revolutions and suction cycles of the vacuum pump. As it is repeatedly rotated, high durability, high rigidity, high strength, and wear resistance are required.

이와 같은 로터의 제조를 위한 기술이 대한민국 특허등록 제10-1877422호, 대한민국 공개특허 제2015-0067407호에 개시되어 있는데, 대한민국 특허등록 제10-1877422호에는 로터를 절삭 가공하여 제조하는 기술이 개시되어 있는데, 로터의 제조를 위하여 금속 봉재를 절삭가공하면 절삭에 의한 재료손실이 발생함은 물론, 절삭 시 금속 결정입자가 일방항으로 형성하는 단류선의 절손이 발생하여 충격하중에 대한 저항성이 약해지는 문제가 있다. A technology for manufacturing such a rotor is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1877422 and Korean Patent Publication No. 2015-0067407, and Korean Patent Registration No. 10-1877422 discloses a technology for manufacturing by cutting the rotor. However, if the metal bar is cut for the manufacture of the rotor, material loss due to cutting occurs, as well as breakage of the single flow line formed by metal crystal grains in one direction during cutting, resulting in weakened resistance to impact load. there is a problem.

그리고, 대한민국 공개특허 제2015-0067407호 '오일 펌프로터 제조방법'에는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 탄소(C)의 혼합분말로 소결 성형하여 로터를 제조하는 방법이 개시되어 있는데, 분말 소결방식은 정밀한 성형이 가능하다는 장점은 있으나, 분말 소결을 위한 고가의 장비가 필요함은 물론, 강도와 내구성이 저하되는 문제가 있다. In addition, Korean Patent Application Publication No. 2015-0067407'Oil Pump Rotor Manufacturing Method' discloses a method of manufacturing a rotor by sintering and molding a mixed powder of chromium (Cr), molybdenum (Mo), and carbon (C). The sintering method has the advantage that precise molding is possible, but it requires expensive equipment for powder sintering, and there is a problem that strength and durability are deteriorated.

대한민국 등록특허공보 제10-1877422호 (진공 펌프용 로터 가공을 위한 지그)Korean Patent Publication No. 10-1877422 (Jig for vacuum pump rotor processing) 대한민국 공개특허공보 제2015-0067407호 (오일 펌프로터 제조방법)Republic of Korea Patent Publication No. 2015-0067407 (Oil pump rotor manufacturing method)

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 자동차 진공펌프용 로터를 제조하는 방법의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명은 단류선 불량 없이 강도와 내구성이 우수한 자동차 진공펌프용 로터를 제조할 수 있는 냉간단조 제조방법을 을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention was devised to solve the problem of the method of manufacturing such a conventional automobile vacuum pump rotor, and the present invention is a cold-rolled rotor capable of manufacturing a rotor for automobile vacuum pumps having excellent strength and durability without defective single flow lines. Its purpose is to provide a forging manufacturing method.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 봉 형태의 강재를 설정된 길이로 절단하는 단계와, 절단된 상기 강재를 제1 금형에서 가압하여 하단부가 아래로 테이퍼지게 제1 성형물을 성형하는 단계와, 제1 성형물을 제2 금형에서 가압하여 상기 하단부에 제1 성형물 보다 직경이 작은 원기둥 형상의 캠샤프트 결합부가 형성되는 제2 성형물을 성형하는 단계와, 제2 성형물을 제3 금형에서 가압하여 상기 캠샤프트 결합부와 인접하게 캠샤프트 결합부 보다 직경이 큰 원기둥 형상의 로터축이 형성되는 제3 성형물을 성형하는 단계와, 제3 성형물을 제4 금형에서 가압하여 상기 로터축과 인접하게 로터축 보다 직경이 큰 원기둥 형상의 로터몸체가 형성되는 제4 성형물을 성형하는 단계와, 제4 성형물을 제5 금형에서 가압하여 로터몸체의 상면에 제4 성형물의 중심과 정렬되는 제1 내경을 성형하는 단계 및, 제1 내경이 성형된 제5 성형물을 제6 금형에서 가압하여 상기 제1 내경의 중심에 정렬되며 상기 제1 내경 보다 작은 직경의 제2 내경을 성형하는 단계를 포함하는 자동차 진공펌프용 로터의 냉간단조 제조방법을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention includes the steps of cutting a rod-shaped steel material to a set length, and pressing the cut steel material in a first mold to form a first molded product so that the lower end is tapered down. Wow, pressing the first molded product in a second mold to form a second molded product having a cylindrical camshaft coupling portion having a diameter smaller than that of the first molding at the lower end thereof, and pressing the second molded product in a third mold. Forming a third molded article in which a cylindrical rotor shaft having a diameter larger than that of the camshaft coupling portion is formed adjacent to the camshaft coupling portion, and the third molded object is pressed in a fourth mold so as to be adjacent to the rotor shaft. Forming a fourth molded product in which a cylindrical rotor body having a larger diameter than the shaft is formed, and forming a first inner diameter aligned with the center of the fourth molded product on the upper surface of the rotor body by pressing the fourth molded product in a fifth mold. And forming a second inner diameter having a diameter smaller than the first inner diameter by pressing a fifth molded product having a first inner diameter in a sixth mold to be aligned with the center of the first inner diameter and having a diameter smaller than the first inner diameter. Provides a method for cold forging of a rotor for use.

본 발명에 있어서, 상기 제3 성형물을 성형하는 단계는, 로터축 상단과 제2 성형물 상단 사이의 길이가 제2 성형물 직경의 2.5배 이상이면, 내부공간의 높이가 점점 작아지는 복수의 금형 내에서 상기 제2 성형물 순차적으로 가압하여 성형한다.In the present invention, in the step of forming the third molded product, if the length between the upper end of the rotor shaft and the upper end of the second molded product is 2.5 times or more of the diameter of the second molded product, the height of the inner space is gradually reduced in a plurality of molds. The second molded product is sequentially pressed and molded.

본 발명에 있어서, 상기 로터축을 수용하는 제4 내지 제6 금형의 내부공간은 로터축의 95~98% 부피로 형성된다. In the present invention, the inner space of the fourth to sixth molds accommodating the rotor shaft is formed in a volume of 95 to 98% of the rotor shaft.

본 발명에 있어서, 상기 강재는 크롬몰리브덴강(SCM440)이 사용된다.In the present invention, chromium molybdenum steel (SCM440) is used as the steel material.

본 발명에 있어서, 이와 같이 제조된 상기 로터는 KS B 0802에 따른 인장강도는 501~522N/㎟ 이고, KS B 0806에 따른 표면경도는 83~84HRA이다.In the present invention, the rotor manufactured as described above has a tensile strength of 501 to 522 N/mm 2 according to KS B 0802, and a surface hardness of 83 to 84 HRA according to KS B 0806.

본 발명에 있어서, ASTM E340-15에 따른 측정 시, 상기 로터 절단면에 대하여 형성되는 기공의 면적비율인 기공율은 0%이다.In the present invention, when measured according to ASTM E340-15, the porosity, which is the area ratio of the pores formed with respect to the rotor cut surface, is 0%.

본 발명에 따르면 합금강을 이용하여 단류선의 절손 없이 강도와 내구성이 우수한 자동차용 엔진펌프 로터를 제조할 수 있다. According to the present invention, it is possible to manufacture an engine pump rotor for automobiles having excellent strength and durability without breaking a single flow line using alloy steel.

도 1은 본 발명에 따라 제조되는 자동차 진공펌프용 로터의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차 진공펌프용 로터의 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제조방법의 각각 단계를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 제조방법 중 로터의 내경을 형성하는 단계를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 진공펌프 로터의 도면이다.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 진공펌프 로터의 인장강도와 표면경도를 측정한 시험성적서이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 진공펌프 로터의 단류선 불량여부를 측정한 시험성적서이다.
도 8은 도 7의 측정 시 로터의 단면사진이다.
도 9는 자동차 진공펌프의 평면도이다.1 is a perspective view of a rotor for an automobile vacuum pump manufactured according to the present invention.
2 is a flow chart showing a method of manufacturing a rotor for a vehicle vacuum pump according to the present invention.
3 is a view showing each step of the manufacturing method according to the present invention.
4 is a view showing the step of forming the inner diameter of the rotor in the manufacturing method according to the present invention.
5 is a diagram of a vacuum pump rotor manufactured according to the present invention.
6 is a test report measuring tensile strength and surface hardness of a vacuum pump rotor manufactured according to the present invention.
7 is a test report measuring whether a single flow line is defective in a vacuum pump rotor manufactured according to the present invention.
8 is a cross-sectional photograph of the rotor during the measurement of FIG. 7.
9 is a plan view of an automobile vacuum pump.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로서, 도면에서의 요소의 형상, 요소의 크기, 요소간의 간격 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되거나 축소되어 표현될 수 있다.This embodiment is provided to more fully describe the present invention to those with average knowledge in the art. In the drawings, the shape of the element, the size of the element, the spacing between the elements, etc. are to emphasize a more clear description. It can be exaggerated or reduced to express.

또한, 실시예를 설명하는데 있어서, 만일 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "형성되어", "포함되어", "결합되어", "고정되어" 있다고 기재된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 형성, 포함, 결합 또는 고정되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the embodiment, if a component is described as being "formed", "included", "coupled", or "fixed" to another component, it is formed directly on the other component, It may be included, combined, or fixed, but it should be understood that other components may exist in the middle.

또한, 실시예를 설명하는데 있어서 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.In addition, when it is determined that the technical features of the present invention may be unnecessarily obscured as a matter that is already apparent to a person skilled in the art, such as a known function or a known configuration related in principle in describing the embodiment, the detailed The explanation will be omitted.

도 1은 본 발명에 따라 제조되는 자동차 진공펌프용 로터(40)의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 중공의 원형 파이프 형상으로 베인(5)과 결합되는 로터몸체(41)와, 로터몸체(41) 하부에 펌프 하우징(1)의 내부와 결합되는 로터축(42), 로터축(42)의 하부에 캠샤프트와 결합되는 캠샤프트 결합부(43)로 이루어진다. 로터축(42)과 캠샤프트 결합부(43)는 로터몸체(41)에 비하여 보다 지름이 작게 형성되도록 단차지게 형성된다.1 is a perspective view of a rotor 40 for an automobile vacuum pump manufactured according to the present invention. Referring to FIG. 1, a rotor body 41 coupled with a vane 5 in the shape of a hollow circular pipe, a rotor shaft 42 coupled with the inside of the pump housing 1 under the rotor body 41, and a rotor It consists of a camshaft coupling portion 43 coupled to the camshaft in the lower portion of the shaft 42. The rotor shaft 42 and the camshaft coupling portion 43 are stepped so that the diameter is smaller than that of the rotor body 41.

이와 같은 로터(40)를 제조하는 방법이 도 2,3에 도시되어 있다. 도 2,3을 참조하면, 본 발명에 따른 자동차 진공펌프용 로터(40)는 봉 형태의 강재(10)를 설정된 길이로 절단하는 단계(S100), 절단된 강재(10)를 제1 금형(21)에서 가압하여 제1 성형물(11)을 성형하는 단계(S110), 제1 성형물(11)을 제2 금형(22)에서 가압하여 캠샤프트 결합부(43)가 형성되는 제2 성형물(12)을 성형하는 단계(S120), 제2 성형물(12)을 제3 금형(23)에서 가압하여 로터축(42)이 형성되는 제3 성형물(13)을 성형하는 단계(S130), 제3 성형물(13)을 제4 금형(24)에서 가압하여 로터몸체(41)가 형성되는 제4 성형물(14)을 성형하는 단계(S140), 제4 성형물(14)을 제5 금형(25)에서 가압하여 로터몸체(41)의 상면에 제1 내경(44)을 성형하는 단계(S150), 및 제1 내경(44)이 성형된 제5 성형물(15)을 제6 금형(26)에서 가압하여 제2 내경(45)을 성형하는 단계(S160)를 거쳐 제조된다.A method of manufacturing such a rotor 40 is shown in FIGS. 2 and 3. 2 and 3, the rotor 40 for an automobile vacuum pump according to the present invention comprises the step of cutting the rod-shaped steel 10 to a set length (S100), and cutting the cut steel 10 into a first mold ( 21) forming the first molded product 11 by pressing (S110), the second molded product 12 in which the camshaft coupling portion 43 is formed by pressing the first molded product 11 in the second mold 22 ) Molding (S120), forming the third molded product 13 on which the rotor shaft 42 is formed by pressing the second molded product 12 in the third mold 23 (S130), the third molded product Pressing (13) in the fourth mold 24 to form the fourth molded product 14 in which the rotor body 41 is formed (S140), the fourth molded product 14 is pressed in the fifth mold 25 The first inner diameter 44 is molded on the upper surface of the rotor body 41 (S150), and the fifth molded product 15 having the first inner diameter 44 is pressed in the sixth mold 26 2 It is manufactured through the step (S160) of molding the inner diameter (45).

S100 단계는 환봉 형태의 강재(10)를 설정된 길이로 절단하는 단계로, 강재(10)로는 성형성 및 내구성이 우수한 크롬몰리브덴강(SCM440)이 사용되는 것이 바람직하다. 그리고, 강재(10)의 표면은 성형시 단조금형에 의한 표면마모를 방지하도록 보호피막이 형성되는 것이 바람직하다. 보호피막은 포타시움 하이드로겐플루오라이드(Potassium Hydrogenfluoride. KHF2) 1 내지 5 중량%, 망가네스 나이트레이트(Manganese Nitrate / Mn(NO3)2) 0.1 내지 0.5 중량%, 소디움 나이트레이트(Sodium Nitrate / NaNO3), 0.05 내지 0.2 중량%, 및 나머지 물로 이루어져, 강재(10) 표면에 코팅되어 형성되는데, 이와 같은 피막이 형성된 강재(10)는 표면이 우수한 윤활층이 형성되어 단조성형 과정에서 재료의 마모를 저감시킬 수 있다.Step S100 is a step of cutting the steel material 10 in the form of a round bar to a set length, and as the steel material 10, it is preferable that chromium molybdenum steel (SCM440) having excellent formability and durability is used. In addition, it is preferable that the surface of the steel material 10 is formed with a protective film to prevent surface abrasion by the forging mold during molding. The protective film is potassium hydrogen fluoride (KHF 2 ) 1 to 5% by weight, manganese nitrate (Manganese Nitrate / Mn(NO 3 ) 2 ) 0.1 to 0.5% by weight, sodium nitrate (Sodium Nitrate / NaNO 3 ), composed of 0.05 to 0.2% by weight, and the rest of water, and is formed by coating on the surface of the steel material 10, and the steel material 10 with such a film is formed with a lubricating layer having an excellent surface to prevent abrasion of the material during the forging process. Can be reduced.

S110 단계는 절단된 강재(10)를 제1 금형(21)에서 가압하여 제1 성형물(11)로 성형하는 단계로, 도 3에 도시되는 바와 같이, 제1 성형물(11)의 제조를 위하여 제1 가압 펀치(21a) 및 제1 성형 금형(21b)이 구비된다.Step S110 is a step of pressing the cut steel 10 in the first mold 21 to form the first molded product 11, and as shown in FIG. 3, the first molded product 11 is manufactured. 1 pressing punch (21a) and a first molding die (21b) is provided.

절단된 강재(10)를 제1 성형 금형(21b)에 인입한 후 제1 가압 펀치(21a)가 제1 성형 금형(21b)의 방향으로 이동하여 가압하는데, 제1 가압 펀치(21a)는 예를 들어 유압 프레스와 같은 장치에 의하여 작동될 수 있다. 제1 성형 금형(21b)은 예를 들어 초경합금 소재로 만들어질 수 있고 아래의 각각의 성형 금형(21b,22b,23b,24b, 25b,26b)도 마찬가지로 초경합금 또는 이와 유사한 소재로 만들어질 수 있다. 각각의 가압 펀치(21a,22a,23a,24a,25a,26a)도 동일하다.After inserting the cut steel 10 into the first molding mold 21b, the first pressing punch 21a moves and presses in the direction of the first molding mold 21b. For example, it can be operated by means of a device such as a hydraulic press. The first molding mold 21b may be made of, for example, a cemented carbide material, and each of the molding molds 21b, 22b, 23b, 24b, 25b, 26b below may also be made of a cemented carbide or a similar material. Each of the pressing punches 21a, 22a, 23a, 24a, 25a, 26a is also the same.

제1 가압 펀치(21a)에 의하여 강재(10)가 제1 성형 금형(21b) 내에서 하단부가 아래로 테이퍼진 형상을 갖는 제1 성형물(11)로 단조 가공되는데, 이것은 다음 단계에서 강재(10)의 직경보다 작은 직경으로 이루어지는 캠샤프트 결합부(43)를 형성하기 위해 필요한 전처리 공정이다.The steel material 10 is forged into a first molded product 11 having a tapered downward shape in the first molding mold 21b by the first pressing punch 21a, which is then forged in the next step. This is a pre-treatment process required to form the camshaft coupling portion 43 made of a diameter smaller than the diameter of ).

S120 단계는 제1 성형물(11)을 제2 금형(22)에서 가압하여 하단부에 제1 성형물(11) 보다 직경이 작은 원기둥 형상의 캠샤프트 결합부(43)가 형성되는 제2 성형물(12)로 성형하는 단계로, 도 3에 도시되는 바와 같이, 제2 성형물(12)의 단조 가공을 위하여 제2 가압 펀치(22a) 및 제2 성형 금형(22b)이 구비된다.Step S120 is a second molded article 12 in which the first molded article 11 is pressed in the second mold 22 to form a cylindrical camshaft coupling portion 43 having a diameter smaller than that of the first molded article 11 at the lower end. As a step of forming into, as shown in FIG. 3, a second pressing punch 22a and a second forming mold 22b are provided for forging processing of the second molded article 12.

제2 성형 금형(22b)은 단면감소율이 90% 이상일 경우 발생할 수 있는 단류선의 끊김현상을 방지하기 위하여 단면감소율이 85% 이하가 되도록 캠샤프트 결합부(43)와 인접한 상부가 테이퍼지게 내부 형상을 설계하는 것이 바람직하다.The second molding mold 22b has an internal shape such that the upper portion adjacent to the camshaft coupling portion 43 is tapered so that the cross-sectional reduction ratio is 85% or less in order to prevent the breakage of the single flow line that may occur when the cross-sectional reduction rate is 90% or more. It is desirable to design.

제2 성형 금형(22b) 내에 제1 성형물(11)을 인입한 후 제2 성형 금형(22b)의 방향으로 제2 가압 펀치(22a)가 이동하면 제2 가압 펀치(22a)의 펀칭 및 가압 공정에 의하여 제1 성형물(11) 보다 직경이 작은 원기둥 형상의 캠샤프트 결합부(43)가 형성되고, 캠샤프트 결합부(43)와 인접한 상부가 테이퍼진 형상을 갖는 제2 성형물(12)이 성형된다.Punching and pressing process of the second pressing punch 22a when the second pressing punch 22a moves in the direction of the second forming mold 22b after inserting the first molding 11 into the second forming mold 22b. The camshaft coupling portion 43 having a cylindrical shape having a diameter smaller than that of the first molded product 11 is formed, and the second molded product 12 having a tapered upper portion adjacent to the camshaft coupling portion 43 is formed. do.

S130 단계는 제2 성형물(12)을 제3 금형(23)에서 가압하여 캠샤프트 결합부(43)와 인접하게 캠샤프트 결합부(43) 보다 직경이 큰 원기둥 형상의 로터축(42)이 형성되는 제3 성형물(13)로 성형하는 단계이면서 동시에 다음 단계인 S140 단계에서 로터몸체(41)을 형성하기 위한 전처리 공정이 될 수 있다.Step S130 is to form a cylindrical rotor shaft 42 having a larger diameter than the camshaft coupling portion 43 adjacent to the camshaft coupling portion 43 by pressing the second molded product 12 in the third mold 23 It may be a pretreatment process for forming the rotor body 41 in step S140, which is a next step, while molding into the third molded product 13 to be formed.

도 3에 도시되는 바와 같이, 제3 성형물(13)의 가공을 위하여 제3 가압 펀치(23a) 및 제3 성형 금형(23b)이 구비되고, 제3 성형 금형(23b) 내에 제2 성형물(12)을 인입한 후 제3 성형 금형(23b)의 방향으로 제3 가압 펀치(23a)가 이동하면 제3 가압 펀치(23a)의 펀칭 및 가압 공정에 의하여 제3 성형물(13)이 성형된다.As shown in FIG. 3, a third pressing punch 23a and a third molding mold 23b are provided for processing the third molded product 13, and a second molded product 12 in the third molding mold 23b. ), and the third pressing punch 23a moves in the direction of the third forming mold 23b, the third molded product 13 is formed by punching and pressing the third pressing punch 23a.

여기서, 로터축(42)의 상단과 제2 성형물(12) 상단 사이의 길이가 제2 성형물(12) 최대 직경의 2.5배 이상일 경우, 성형이 불안정하여 양산성이 저하되고 단조금형의 소손율이 상승될 수 있으므로 내부공간의 높이가 점점 작아지는 복수의 금형 내에서 상기 제2 성형물(12)을 순차적으로 가압하여 성형하는 방법을 통해 이를 해결할 수 있다.Here, when the length between the upper end of the rotor shaft 42 and the upper end of the second molded product 12 is 2.5 times or more of the maximum diameter of the second molded product 12, the molding is unstable, resulting in a decrease in mass production and the burnout rate of the forging mold This can be solved through a method of sequentially pressing and molding the second molded article 12 in a plurality of molds in which the height of the internal space is gradually decreased since it may be raised.

S140 단계는 제3 성형물(13)을 제4 금형(24)에서 가압하여 로터축(42)과 인접하게 로터축(42) 보다 직경이 큰 원기둥 형상의 로터몸체(41)가 형성되는 제4 성형물(14)로 성형하는 단계이다.Step S140 is a fourth molded product in which a cylindrical rotor body 41 having a larger diameter than the rotor shaft 42 is formed adjacent to the rotor shaft 42 by pressing the third molded product 13 in the fourth mold 24 This is the step of molding with (14).

도 3에 도시되는 바와 같이, 제4 성형물(14)의 성형을 위하여 제4 가압 펀치(24a) 및 제4 성형 금형(24b)가 구비되는데, 제4 성형 금형(24b)은 로터축(42)과 로터몸체(41)가 수직을 이루며 연결되는 부위를 소정의 각도를 이루도록 설계하여 단류선의 끊김현상 없이 체적변화가 용이하게 이루어질 수 있도록 유도하고 금형의 수명을 연장할 수 있다.As shown in FIG. 3, a fourth pressing punch (24a) and a fourth molding mold (24b) are provided for molding the fourth molding (14), and the fourth molding mold (24b) is a rotor shaft (42). By designing a part where the and rotor body 41 are vertical and connected to form a predetermined angle, it is possible to induce a change in volume easily without interruption of a single flow line, and to extend the life of the mold.

제4 성형 금형(24b) 내에 제3 성형물(13)을 인입한 후 제4 성형 금형(24b)의 방향으로 제4 가압 펀치(24a)가 이동하면 제4 가압 펀치(24a)의 펀칭 및 가압 공정에 의하여 제4 성형물(14)이 성형된다.Punching and pressing process of the fourth pressing punch 24a when the fourth pressing punch 24a moves in the direction of the fourth forming mold 24b after inserting the third molded product 13 into the fourth forming mold 24b. As a result, the fourth molded article 14 is molded.

S150 단계는 제4 성형물(14)을 제5 금형(25)에서 가압하여 로터몸체(41)의 상면에 제4 성형물(14)의 중심과 정렬되는 제1 내경(44)을 성형하는 단계이다.Step S150 is a step of forming the first inner diameter 44 aligned with the center of the fourth molded object 14 on the upper surface of the rotor body 41 by pressing the fourth molded object 14 in the fifth mold 25.

도 3에 도시되는 바와 같이, 제1 내경(44)을 성형하기 위하여 제5 가압 펀치(25a) 및 제5 성형 금형(25b)이 구비되고, 제5 성형 금형(25b) 내에 제4 성형물(14)을 인입한 후 제5 성형 금형(25b)의 방향으로 제5 가압 펀치(25a)가 이동하면 제5 가압 펀치(25a)의 펀칭 및 가압 공정에 의하여 로터몸체(41)의 상면에 제4 성형물(14)의 중심과 정렬되는 제1 내경(44)이 성형된다.As shown in FIG. 3, a fifth pressing punch 25a and a fifth molding mold 25b are provided to mold the first inner diameter 44, and a fourth molded product 14 in the fifth molding mold 25b. ), and the fifth pressurizing punch 25a moves in the direction of the fifth forming mold 25b, the fourth molded product is placed on the upper surface of the rotor body 41 by the punching and pressurizing process of the fifth pressurizing punch 25a. A first inner diameter 44 aligned with the center of 14 is molded.

S160 단계는 제1 내경(44)이 성형된 제4 성형물(14)을 제6 금형(26)에서 가압하여 제1 내경(44)의 중심에 정렬되며 제1 내경(44) 보다 작은 직경의 제2 내경(45)을 성형하는 단계이다.Step S160 is aligned to the center of the first inner diameter 44 by pressing the fourth molded product 14 in which the first inner diameter 44 is molded in the sixth mold 26, and having a diameter smaller than the first inner diameter 44 2 This is the step of forming the inner diameter 45.

도 3에 도시되는 바와 같이, 제2 내경(45)을 성형하기 위하여 제6 가압 펀치(26a) 및 제6 성형 금형(26b)이 구비되고, 제6 성형 금형(26b) 내에 제1 내경(44)이 성형된 제4 성형물(14)을 인입한다.As shown in FIG. 3, a sixth pressing punch 26a and a sixth molding mold 26b are provided to mold the second inner diameter 45, and a first inner diameter 44 in the sixth molding mold 26b. ) The fourth molded article 14 is inserted.

제6 성형 금형(26b)의 방향으로 제6 가압 펀치(26a)가 이동하면 제6 가압 펀치(26a)의 펀칭 및 가압 공정에 의하여 제2 내경(45)이 성형되고 자동차용 진공펌프 로터(40)의 성형공정이 완료된다.When the sixth pressurizing punch 26a moves in the direction of the sixth forming mold 26b, the second inner diameter 45 is formed by the punching and pressurizing process of the sixth pressurizing punch 26a, and the vacuum pump rotor 40 for automobiles ), the molding process is completed.

도 4는 본 발명에 따른 체적변화를 고려한 금형설계의 개념도로, 이를 참조하여 S160 단계에서 제2 내경(45)를 형성할 때 로터축(42)의 체적변화를 살펴보면 다음과 같다.4 is a conceptual diagram of a mold design in consideration of a volume change according to the present invention. Referring to this, the volume change of the rotor shaft 42 when forming the second inner diameter 45 in step S160 is as follows.

S160 단계에서 제2 내경(45)을 성형하기 위하여 제1 내경(44)이 성형된 제4 성형물(14)을 제6 성형 금형(26b)에 인입하고 제6 가압 펀치(26a)로 수직가압 하는데, 이 때 제6 성형 금형(26b)의 로터축(42)를 수용하는 내부공간의 부피는 S150 단계에서 제5 성형 금형(25b)의 로터축(42)를 수용하는 내부공간의 부피보다 2~5% 만큼 증가된 체적을 갖도록 설계하여 제2 내경(45)이 형성되며 이동되는 체적이 로터축(42) 방향으로 이동할 수 있도록 함으로써 단류선의 끊김현상을 방지할 수 있게 된다.In step S160, in order to form the second inner diameter 45, the fourth molded product 14 having the first inner diameter 44 is inserted into the sixth molding mold 26b and vertically pressed with the sixth pressing punch 26a. , At this time, the volume of the internal space accommodating the rotor shaft 42 of the sixth molding mold 26b is 2~ more than the volume of the internal space accommodating the rotor shaft 42 of the fifth molding die 25b in step S150 By designing to have a volume increased by 5%, the second inner diameter 45 is formed, and by allowing the moving volume to move in the direction of the rotor shaft 42, it is possible to prevent the disconnection of the single flow line.

즉, 본 발명에 따른 자동차용 진공펌프 로터(40)의 냉간 단조방법은 상기 제4 내지 제6 성형 금형(24b,25b,26b)의 로터축(42)를 수용하는 내부공간의 부피가 전단계의 95~98% 부피를 갖도록 설계하여 단계별 체적변화를 고려하는 특징을 갖는다.That is, in the cold forging method of the vacuum pump rotor 40 for a vehicle according to the present invention, the volume of the inner space accommodating the rotor shaft 42 of the fourth to sixth molding dies 24b, 25b, 26b is It is designed to have a volume of 95~98% and has a feature that considers the volume change by step.

이와 같이 단계별 체적변화를 고려한 금형설계는 상술한 캠샤프트 결합부(43)를 형성하는 단계에서 캠샤프트 결합부(43)와 인접한 상부가 테이퍼지게 함으로써 단면감소율이 85% 이하가 되도록 금형을 설계하는 것과 같은 이유로, 소재의 가공경화를 낮추고, 단류선의 끊김현상을 방지하며, 금형에 크랙이 형성되거나 파손되는 위험을 줄이는 효과를 얻을 수 있다.In this way, the mold design considering the stepwise volume change is to design the mold so that the cross-sectional reduction ratio is less than 85% by tapering the upper portion adjacent to the camshaft coupling portion 43 in the step of forming the camshaft coupling portion 43 described above. For the same reason, it is possible to obtain the effect of lowering the work hardening of the material, preventing the breakage of the single flow line, and reducing the risk of crack formation or damage in the mold.

이와 같이 제조된 자동차 진공펌프용 로터(40)가 도 5에 도시되어 있으며, 진공펌프용 로터를 아래와 같이 인장강도, 경도, 단류선 불량을 측정하였다.The rotor 40 for an automobile vacuum pump manufactured as described above is shown in FIG. 5, and the tensile strength, hardness, and short-circuit failure of the rotor for the vacuum pump were measured as follows.

1. One. 인장강도 측정Tensile strength measurement

로터의 인장강도는 KS B 0802에 따라 측정하였고, 인장강도는 도 6의 시험성적서에 나타나는 바와 같이 501~522 N/㎟로 측정되었다.The tensile strength of the rotor was measured according to KS B 0802, and the tensile strength was measured as 501 to 522 N/mm 2 as shown in the test report of FIG. 6.

2. 2. 표면경도 측정Surface hardness measurement

로터의 표면경도는 KS B 0806에 따라 측정하였고, 표면경도는 도 6의 시험성적서에 나타나는 바와 같이 83~84 HRA로 측정되었다.The surface hardness of the rotor was measured according to KS B 0806, and the surface hardness was measured as 83 to 84 HRA as shown in the test report of FIG. 6.

3. 3. 단류선 불량여부 측정Measurement of faulty single current line

로터의 횡방향으로 절단하여 절단면의 단류선 여부를 ASTM E340-15에 따라 측정하였다. 단류선 분석결과 도 7의 시험성적서과 도 8의 시험사진에 드러나는 바와 같이, 로터 절단면에 대하여 형성되는 기공의 면적비율이 기공율(POROSITY)이 0%로 측정되었다. 따라서, 본 발명에 따른 로터는 내부적으로 단류선이 접힌 곳이나 절손과 같은 불량 없이 형성되었음을 확인할 수 있었다. By cutting in the transverse direction of the rotor, whether or not a single flow line on the cut surface was measured according to ASTM E340-15. As shown in the test report of FIG. 7 and the test photo of FIG. 8 as a result of analysis of the single flow line, the area ratio of the pores formed with respect to the rotor cut surface was measured as a porosity of 0%. Accordingly, it could be confirmed that the rotor according to the present invention was formed without defects such as a fold or breakage of a single flow line internally.

따라서, 본 발명에 따라 제조되는 진공펌프용 로터(40)는 500N/㎟ 이상의 높은 인장강도와, 80HRA 이상의 우수한 표면경도를 가지면서도, 단류성 불량도 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.Accordingly, it was confirmed that the rotor 40 for a vacuum pump manufactured according to the present invention had a high tensile strength of 500 N/mm 2 or more, an excellent surface hardness of 80 HRA or more, and no single flow defect occurred.

이상 설명한 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.The present invention described above is not limited to the described embodiments, and it is apparent to those of ordinary skill in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, such variations or modifications will have to belong to the scope of the claims of the present invention.

1 : 펌프 하우징 2 : 흡기구
3 : 배기구 4 : 로터
5 : 베인 6 : 급유구
10 : 강재 11 : 제1 성형물
12 : 제2 성형물 13 : 제3 성형물
14 : 제4 성형물 21 : 제1 금형
21a : 제1 가압 펀치 21b : 제1 성형 금형
22 : 제2 금형 22a : 제2 가압 펀치
22b : 제2 성형 금형 23 : 제3 금형
23a : 제3 가압 펀치 23b : 제3 성형 금형
24 : 제4 금형 24a : 제4 가압 펀치
24b : 제4 성형 금형 25 : 제5 금형
25a : 제5 가압 펀치 25b : 제5 성형 금형
26 : 제6 금형 26a : 제6 가압 펀치
26b : 제6 성형 금형 40 : 로터
41 : 로터몸체 42 : 로터축
43 : 캠샤프트 결합부 44 : 제1 내경
45 : 제2 내경1: pump housing 2: intake port
3: exhaust port 4: rotor
5: vane 6: oil supply port
10: steel material 11: first molding
12: second molding 13: third molding
14: fourth molded article 21: first mold
21a: 1st pressing punch 21b: 1st molding die
22: second mold 22a: second pressing punch
22b: second molding mold 23: third mold
23a: 3rd pressing punch 23b: 3rd molding die
24: 4th mold 24a: 4th pressure punch
24b: fourth molding die 25: fifth die
25a: 5th pressure punch 25b: 5th molding die
26: 6th mold 26a: 6th pressure punch
26b: sixth molding die 40: rotor
41: rotor body 42: rotor shaft
43: camshaft coupling portion 44: first inner diameter
45: second inner diameter

Claims (7)

자동차 진공펌프용 로터를 제조하는 방법에 있어서,
봉 형태의 강재를 설정된 길이로 절단하는 단계;
절단된 상기 강재를 제1 금형에서 가압하여 하단부가 아래로 테이퍼지게 제1 성형물을 성형하는 단계;
상기 제1 성형물을 제2 금형에서 가압하여 상기 하단부에 제1 성형물 보다 직경이 작은 원기둥 형상의 캠샤프트 결합부가 형성되는 제2 성형물을 성형하는 단계;
상기 제2 성형물을 제3 금형에서 가압하여 상기 캠샤프트 결합부와 인접하게 캠샤프트 결합부 보다 직경이 큰 원기둥 형상의 로터축이 형성되는 제3 성형물을 성형하는 단계;
상기 제3 성형물을 제4 금형에서 가압하여 상기 로터축과 인접하게 로터축 보다 직경이 큰 원기둥 형상의 로터몸체가 형성되는 제4 성형물을 성형하는 단계;
상기 제4 성형물을 제5 금형에서 가압하여 상기 로터몸체의 상면에 제4 성형물의 중심과 정렬되는 제1 내경을 성형하는 단계; 및
상기 제1 내경이 성형된 제5 성형물을 제6 금형에서 가압하여 상기 제1 내경의 중심에 정렬되며 상기 제1 내경 보다 작은 직경의 제2 내경을 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 진공펌프용 로터의 냉간단조 제조방법.In the method of manufacturing a rotor for an automobile vacuum pump,
Cutting a rod-shaped steel material to a set length;
Pressing the cut steel material in a first mold to form a first molded article so that the lower end is tapered down;
Pressing the first molded product in a second mold to form a second molded product having a cylindrical camshaft coupling portion having a diameter smaller than that of the first molded product at the lower end thereof;
Pressing the second molded product in a third mold to form a third molded product in which a cylindrical rotor shaft having a diameter larger than that of the camshaft coupling part is formed adjacent to the camshaft coupling part;
Pressing the third molded product in a fourth mold to form a fourth molded product in which a cylindrical rotor body having a larger diameter than the rotor shaft is formed adjacent to the rotor shaft;
Pressing the fourth molded article in a fifth mold to form a first inner diameter aligned with the center of the fourth molded article on the upper surface of the rotor body; And
And forming a second inner diameter that is aligned with the center of the first inner diameter by pressing the fifth molded product having the first inner diameter molded in a sixth mold and has a diameter smaller than the first inner diameter Cold forging manufacturing method of a rotor for a vacuum pump. 제1항에 있어서,
상기 제3 성형물을 성형하는 단계는,
상기 로터축 상단과 제2 성형물 상단 사이의 길이가 제2 성형물 직경의 2.5배 이상이면, 내부공간의 높이가 점점 작아지는 복수의 금형 내에서 상기 제2 성형물 순차적으로 가압하여 성형하는 것을 특징으로 하는 자동차 진공펌프용 로터의 냉간단조 제조방법.The method of claim 1,
The step of forming the third molded article,
When the length between the upper end of the rotor shaft and the upper end of the second molded product is 2.5 times or more of the diameter of the second molded product, the second molded product is formed by sequentially pressing the second molded product in a plurality of molds in which the height of the internal space gradually decreases. Cold forging manufacturing method of rotor for automobile vacuum pump. 제2항에 있어서,
상기 로터축을 수용하는 제4 내지 제6 금형의 내부공간은 로터축의 95~98% 부피로 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 진공펌프용 로터의 냉간단조 제조방법.The method of claim 2,
Cold forging manufacturing method of a rotor for an automobile vacuum pump, characterized in that the inner spaces of the fourth to sixth molds accommodating the rotor shaft are formed to have a volume of 95 to 98% of the rotor shaft. 제3항에 있어서,
상기 강재는 크롬몰리브덴강(SCM440)인 것을 특징으로 하는 자동차 진공펌프용 로터의 냉간단조 제조방법.The method of claim 3,
Cold forging manufacturing method of the rotor for automobile vacuum pump, characterized in that the steel material is chromium molybdenum steel (SCM440). 제4항에 있어서,
상기 로터의 인장강도는 KS B 0802에 따른 측정 시 501~522N/㎟ 인 것을 특징으로 하는 자동차 진공펌프용 로터의 냉간단조 제조방법.The method of claim 4,
Cold forging manufacturing method of a rotor for an automobile vacuum pump, characterized in that the tensile strength of the rotor is 501 to 522 N/㎟ when measured according to KS B 0802. 제5항에 있어서,
상기 로터의 표면경도는 KS B 0806에 따른 측정 시 83~84HRA 인 것을 특징으로 하는 자동차 진공펌프용 로터의 냉간단조 제조방법.The method of claim 5,
Cold forging manufacturing method of a rotor for an automobile vacuum pump, characterized in that the surface hardness of the rotor is 83 to 84 HRA when measured according to KS B 0806. 제6항에 있어서,
ASTM E340-15에 따른 측정 시, 상기 로터 절단면에 대하여 형성되는 기공의 면적비율인 기공율 0%인 것을 특징으로 하는 자동차 진공펌프용 로터의 냉간단조 제조방법.The method of claim 6,
When measured according to ASTM E340-15, a method for cold forging a rotor for an automobile vacuum pump, characterized in that the porosity is 0%, which is an area ratio of pores formed with respect to the rotor cut surface.
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