KR20230155679A

KR20230155679A - 건드릴로 가공한 중공차축 및 제조방법

Info

Publication number: KR20230155679A
Application number: KR1020220055148A
Authority: KR
Inventors: 신희증
Original assignee: (주)동하정밀
Priority date: 2022-05-04
Filing date: 2022-05-04
Publication date: 2023-11-13

Abstract

본 발명품은 비틀림 피로 강도가 우수한 자동차용 중공 드라이브 샤프트이다. 종래의 기술은 용접관을 마찰 용접으로 체결한 중공 드라이브 샤프트로써, 고주파 열처리 등과 같은 담금질 열처리로 충분한 경화층을 확보하기 어려워 충분한 비틀림 피로 강도를 확보할 수 없다. 그러나, 중실 부재를 고주파 열처리등과 같은 담금질 열처리로 경화시키면 두껍게 경화층을 확보할 수 있다. 따라서 본 개발품은 이러한 비틀림 피로 강도를 해결하고자 중실 부재를 사용하여 고정밀 전조 가공, 고주파열처리 등과 같은 담금질 열처리로 두껍게 경화층을 확보한 후, 건드릴 가공으로 중공화시켜, 마찰용접으로 체결하여 제조한다.

Description

건드릴로 가공한 중공차축 및 그 제조방법{GUN DRILLED HOLLOW SHAFT AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은 자동차용 중공 드라이브 샤프트의 비틀림 피로 강도를 증대시키는 것에 관한 것이다. 더 상세하게는, 두 개의 중실 부재를 각각 전조 가공과 담금질 열처리를 한다. 그리고, 건드릴 가공과 마찰용접으로 제작한 중공차축 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차 연비를 향상시키기 위해 동력 전달용 샤프트 경량화시키는 것이 강하게 요구되고 있다. 자동차용 부품에 있어서의 중실 부재를 중공 부재로 치환하는 다양한 시도가 이루어지고 있다. 그 시도 중에서 구동력을 차륜에 전달하는 드라이브 샤프트의 비틀림 피로강도를 높이는 기술이 검토되고 있다. 자동차용 부품을 중공화하는 목적은 단순한 경량화 뿐만 아니라, 비틀림 강성의 향상에 의한 가속 응답의 개선이나, 진동 특성의 향상에 의한 주행중에 실내 정숙성의 개선도 기대할 수 있기 때문에, 이것에 응할 수 있고, 그것에 수반하여, 특수 형상으로 가공된 중공 샤프트의 개발 요청이 높아지고 있다. 예를 들면, 양 축단부를 등속 조인트에 체결하는 샤프트의 설계에 있어서, 샤프트의 중간부를 가능한 한 얇은 두께로 직경을 크게 하여, 비틀림 강성을 높이는 동시에, 진동 특성의 개선도 행해지고 있다. 또, 한편으로, 등속 조인트에 체결하는 양 축 단부를 종래 이용되어 온 중실 부재의 직경과 동등하게 함으로써, 기존의 등속 조인트를 그대로 사용할 수 있는 메리트가 있다. 중공 드라이브 샤프트의 제조 방법으로서, 중공 소관의 양단부에 중공 또는 중실의 샤프트를 마찰 압접 등으로 체결하여 제조하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법으로는 중공부의 직경을 크게 하고 양단부의 직경을 작게하는 것은 곤란하다. 따라서, 이러한 문제를 개선하기 위해 용접관을 이용하지 않고, 두 개의 중실 부재로 그 특이한 형상을 확보하고, 담금질 열처리로 충분히 경화층을 확보한 후, 중공으로 가공하고, 마찰 용접으로 체결하여 제조하는 방법이 있다. 중실 부재를 이용하여, 중공 드라이브 샤프트를 제조하는 경우에, 충분한 담금질 경화층을 확보할 수 있고, 또 제품으로써 고수명이 얻어지도록 비틀림 피로 강도를 확보할 수 있다.

진술한 바와 같이, 중공 드라이브 샤프트의 소재로서 중공 부재를 이용하는 경우에는, 전조 가공에 따라 발생하는 분열을 방지하기 어렵고, 담금질 열처리로 충분한 경화층을 확보하기 어렵다. 그리고, 종래의 제안에 의한 심리스 강관을 이용한 중공 샤프트는 마찰 용접 후 담금질을 해야함으로, 담금질에 의한 변형이 크고, 크랙 발생이 빈번하여 생산이 어렵다. 본 발명은, 상술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 중공 드라이브 샤프트가 구비해야 할 특성에 의거하여 충분한 경화층을 확보하는 가공 방법을 특정함으로써, 비틀림 피로 강도가 우수한 중공 드라이브 샤프트 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목표로 하고 있다.

본 발명자들은 상기의 과제를 해결하기 위해 정밀 전조 가공성, 두꺼운 담금질 경화층 및 비틀림 피로 강도에 미치는 영향에 대해 여러가지의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 중실 부재를 사용하면 전조 가공 변형이 적고, 담금질 경화층을 두껍게 가공할 수 있는 것으로 판명되었다. 종래로부터 비틀림 피로 강도를 상승시키기 위해서는 담금질 경화깊이를 두껍게 할 필요가 있는 것으로 알려져 있다. 용접 강관을 사용할 경우 담금질 열처리 과정에서 크랙과 변형으로 경화층을 두껍게 가공하기 어렵다. 문제점을 해결하기 위하여, 중실 부재를 가공 후 비경화된 심부를 건드릴 가공으로 경량화 시켜 마찰용접하면 해결된다.

본 발명의 건드릴링 중공 드라이브 샤프트에 의하면, 중실 부재를 사용함으로 우수한 전조가공성, 충분한 담금질 경화층 및 비틀림 피로 강도를 동시에 구비할 수 있기 때문에 중공 드라이브 샤프트의 전조 가공에 따라 발생하는 분열을 방지하는 동시에 충분한 담금질 열처리로 경화시킬수 있어서, 드라이브 샤프트로써 고수명을 더 달성할 수 있다.따라서, 본 발명의 중공 드라이브 샤프트는 비틀림 피로 강도를 높힐 수 있고, 자동차 부품용으로써 널리 채용할 수 있다.

도 1은 두 개의 중실 부재를 사용하여 특이한 형상과 정밀 전조 가공 및 두껍게 경화시킬 수 있는 담금질 열처리를 도시하는 도면이다.
도 2는 심부의 비경화층을 건드릴 가공을 도시하는 도면이다.
도 3은 두 개의 중공화된 가공품을 마찰용접으로 체결시킨 제품을 도시하는 도면이다.

비틀림 피로 강도를 높이기 위해 담금질 열처리로 중공 부재를 경화시키기는 어렵다. 그러나, 중실 부재를 사용하면 요구되는 충분한 경화층을 확보할 수 있다. 중공 부재를 경화시킬 때 변화량이 크지만, 중실 부재를 경화시킬때는 변화량이 작다. 비틀림 피로 강도가 높이 요구되는 자동차용 중공 드라이브 샤프트를 제조하기 위해서는 중실 부재를 전조 가공하고, 담금질 열처리하고, 심부 비경화층을 건드릴로 중공화하고, 마찰용접으로 체결하여 제조하면 해결된다. 고주파 열처리 등과 같은 담금질 열처리는 그 특이한 형상에 맞도록 다양한 경화층을 확보 할 수 있다. 또한, 매우 두꺼운 경화층을 확보하여, 제품으로써 고수명이 얻어지도록 비틀림 피로 강도를 확보할 수 있다.

101 : 중실 전조 가공 및 고주파열처리품 1번
102 : 중실 전조 가공 및 고주파열처리품 2번
103 : 중실 전조 가공 및 고주파열처리품 1번 단면도
104 : 중실 전조 가공 및 고주파열처리품 2번 단면도
105 : 건드릴 가공 중공품 1번
106 : 건드릴 가공 중공품 2번
107 : 건드릴 가공 중공품 1번 단면도
108 : 건드릴 가공 중공품 2번 단면도
109 : 마찰 용접으로 체결된 중공 드라이브 샤프트

Claims

두 개의 중실 부재를 고정밀 전조가공, 경화층을 두껍게 할 수 있는 고주파열처리 등과 같은 담금질 열처리 가공, 비경화 심부를 건드릴 가공으로 경량화 및 마찰용접으로 체결시켜 비틀림 피로 강도를 높히는 것을 특징으로 하는 중공 드라이브 샤프트