KR20240047660A - 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치 및 이를 이용한 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트헬리칼 세레이션 성형장치 및 이를 이용한 성형방법에 관한 것으로, 냉간 단조 성형을 위한 가압로드가 형성되고, 가압로드 선단에 압력을 인가받도록 펀칭로드(2)가 형성되며, 펀칭로드 직하 및 주변으로 금형의 고정내지는 공작물의 고정을 위한 다수의 통공(4)이 형성된 테이블(3)로 구비된 유압프레스(1)를 통해 자동차용 드라이브 샤프트에 포함되는 플런징 샤프트(중간샤프트)와 등속조인트에서 플런징 샤프트(5)를 구성하는 아우터 튜브와 인너 샤프트의 각각의 선단이 등속조인트와 백래시 없이 억지 결합하도록 헬리칼 각도인 5'~10°를 가진 헬리칼 세레이션의 성형장치에 있어서, 상기 헬리칼 세레이션 성형장치(100)는 유압프레스(1)의 테이블(3) 상에 안치결합하여 고정하고, 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트(5)(아우터 튜브와 인너 샤프트)의 헬리칼 세레이션(HS) 성형이 이루어지는 선단부가 끼움결합되며, 플런징 샤프트(5)의 후단을 펀칭로드(2)가 가압하여 플런징 샤프트(5) 선단부 외경이 하향 가압되면서 리듀싱 성형부(232)와 가이드 성형부(234)에 형성된 헬리칼 각도의 곡률을 따라 플런징 샤프트(5)의 선단측 외경이 회전이동하면서 항상성이 유지되는 헬리칼 세레이션(HS)이 가압성형 및 가이드되도록 마련된 세레이션 성형금형수단(200)과; 상기 세레이션 성형금형수단(200)의 리듀싱 성형부를 따라 하향 이동하여 헬리칼 세레이션(HS)이 가압성형된 플런징 샤프트(5) 선단을 상향가압하여 헬리칼 각도로 성형된 리듀싱 성형부의 헬리칼 세레이션의 골과 산의 헬리칼 각도의 곡률을 따라 가압성형시 회전방향의 반대방향으로 회전하면서 상향배출되도록 상기 세레이션 성형금형수단(200)과 동일 수직선상의 테이블 하측으로 마련된 취출수단(300);으로 형성된 것으로, 후가공 공정이 필요없어 생산성이 향상되고, 항상 동일한 헬리칼 세레이션 성형제품을 얻을 수 있어 항상성이 유지되며, 높은 품질과 내마모성 및 내구성이 증대되어 자동차의 동력전달과정에 따른 동력전달 효율증가가 가능한 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트헬리칼 세레이션 성형장치 및 이를 이용한 성형방법에 관한 것이다.

Description

자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치 및 이를 이용한 성형방법{plunging shaft helical serration molding apparatus of drive shaft for automobile and molding method using the same}

본 발명은 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치 및 이를 이용한 성형방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래 전조로 자동차용 드라이브 샤프트의 아우터 튜브 헬리칼 세레이션을 성형의 문제점인 고비용, 품질불량, 추가 가공공정으로 인한 생산시간 확대를 해결하도록 소성가공의 특성을 이용한 단조성형을 통해 헬리칼 세레이션의 치수정밀성 향상, 저비용, 품질불량 최소화, 가공공정의 축소를 통한 생산시간 단축을 통해 빠르고, 정밀하면서도 대량생산이 가능한 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치 및 이를 이용한 성형방법에 관한 것이다.

자동차용 드라이브 샤프트(drive shaft)는 파이널 드라이브와 휠을 연결하는 샤프트이다. 독립 현가장치에서 파이널 드라이브는 차체에 고정되어 있으나, 양쪽 바퀴가 독립하여 움직이기 때문에 자유롭게 위아래로 움직이는 샤프트가 필요하다. 이와 같은 드라이브 샤프트는 차량의 중앙으로부터 절반씩 구동시키기 때문에 하프(half) 샤프트라고도 한다.

즉, 드라이브 샤프트는 차량의 구동 라인에 사용되는 것으로, 중간 샤프트(intermediate shaft)와 그 양측에 각각 설치되는 등속 조인트를 포함한다. 이러한 드라이브 샤프트는 중간 샤프트가 플런징(plunging) 가능한 플런징 어셈블리로 이루어진다.

플런징 어셈블리는 볼 스플라인(ball spline) 구조를 이용한 플런징 샤프트의 형태로 구현되는 것이 일반적이다. 이러한 플런징 어셈블리는 관 형태의 아웃터 튜브(outer tube), 인너 샤프트(inner shaft)로 이루어지는 플런징 샤프트, 그리고 플런징 유닛(plunging unit)을 포함한다. 플런징 유닛은 플런징 샤프트인 아웃터 튜브와 인너 샤프트 사이에 개재되어 플런징 동작이 가능하도록 한다. 아웃터 튜브와 인너 샤프트에서 서로 짝을 이루는 볼 그루브가 각각 구비되고, 플런징 유닛은 이들 볼 그루브에 배치되는 볼과 이를 수용하는 볼 케이지를 포함한다.

상기와 같이 구성된 드라이브샤프트의 중간샤프트인 플런징 샤프트(아우터 튜브와 인너 샤프트)의 각각의 일측 선단에는 등속조인트(CV joint)와 결합하기 위한 헬리칼 세레이션이 외주연에 형성된다.

등속조인트는 플런징 샤프트(아웃터 튜브, 인너 샤프트)를 통해 엔진의 동력을 전달받고 플런징 샤프트의 단부에 결합된 이너레이스와 이를 감싸는 아우터레이스 사이를 복수 개의 볼로 매개하여 동력을 등속으로 전달하게 되며, 등속조인트의 구성으로는 앞서 언급한 바와 같이, 아우터레이스, 이너레이스로 구성되어 있다.

따라서, 드라이브샤프트를 구성하는 아우터 튜브와 이너 샤프트의 각각의 일측 선단에 형성된 헬리칼 세레이션은 엔진동력을 전달하기 위해 등속조인트의 이너레이스에 축결합되어 아우터 튜브와 이너샤프트의 회전에 따라 이너레이스가 아우터레이스의 하우징에서 등속회전하도록 결합되기 위한 구성이다.

따라서, 상기 헬리칼 세레이션은 등속조인트와 결합에 있어서, 결합의 헐거움이나 유동이 없이 온전히 엔진 동력을 전달하기 위한 결합력을 유지하도록 일정각도로 플런징 샤프트인 아우터튜브과 인너샤프트의 축선의 외주연 둘레를 따라 나선형 내지는 스프라인으로 성형되도록 구성된다. 이와 같은 헬리칼 세레이션의 나선형 내지는 스프라인 형상의 성형 구성은 등속조인트의 이너레이스와의 결합과정에서 백래시의 증가로 인한 헐거움이나 유동을 방지하도록 억지끼움과 같은 형태로 유동없이 동력전달의 손실없이 가능하도록 견고히 고정되도록 하고, 운행과정에서의 외부충격이나 진동으로 인한 결합 불량을 방지하도록 형성된다.

즉, 상기와 같이 헬리칼 세레이션에 형성되는 나선형상이나 스플라인 형상의 성형의 각도는 동력전달은 위한 등속조인트와 플런징 샤프트의 결합에 있어 상당히 중요하게 작용하고 있고, 이와 같은 헬리칼 세레이션의 나선형 내지는 스플라인 형상의 각도를 헬리칼 각도로고도 하며, 헬리칼 각도로 가장 이상적인 각도는 5'~10°로 형성된다.

이에 헬리칼 세레이션의 성형은 자동차의 엔진 동력을 전달하기 위한 중요한 요소이고, 이러한 헬리칼 세레이션을 성형하기 위해서 종래에는 래크형 기어전조를 이용하여 헬리칼 세레이션을 성형하였다. 상기 래크형 기어전조는 한 쌍의 래크형 다이 사이에 플런징 샤프트(아우터 튜브, 인너샤프트)의 선단측 외주연이 대응되도록 넣고, 다이를 좌우로 움직이면서 압력을 가하여 헬리칼 세레이션을 성형하도록 형성된다.

상기와 같은 전조 성형의 장점은 가공속도가 빠르고, 절삭칩이 생기지 않아 표면이 깨끗하며, 작은 동력으로도 쉽게 가공이 가능하고, 비교적 단단한 제품의 생산이 가능하면서도 경제적 이점이 있기 때문에 사용하지만, 헬리칼 세레이션의 특성상 헬리칼 각도를 가진 스플라인을 성형해야 하기 때문에 단순한 래크형상이 아닌 헬리칼 형상의 고가의 금형비로 인해 오히려 경제적이지 못한 문제가 있다.

또한, 래크 형상의 금형에 형성되는 스플라인의 가공상의 문제가 발생되면 헬리칼 세레이션도 함께 문제가 발생되어 불량이 발생되고, 플런징 샤프트에 형성되는 헬리칼 세레이션의 간격의 수치오차가 다량 발생되는 문제점과 더불어 소재경 편차 및 래크 형상의 금형인 설비의 백래시에 의한 외경 불안정 및 한계 게이지에 있어서 합격된 공작물이 통과할 수 있는 치수를 갖는 측정면의 측(측정면의 폭은 정지측보다 길다)으로 정의되는 통과 게이지(Go-gauge) 통과측만의 치수를 가진 한계 게이지에 삽입이 불가능한 문제점이 다량 발생될 수 있다.

더욱이, 소재경을 가공하는 공정이 추가되어 공정 손실발생과 이로 인한 생산시간 증대의 문제가 있다.

나아가, 전조 성형의 특성상 금형을 가진 양쪽 다이의 힘이 균형을 유지해야 하는 데 작업과정이나 사용과정에서 어느 한 쪽의 다이의 힘이 다른 한 쪽의 다이의 힘보다 크게 작용하게 되면 플런징 샤프트에 성형되는 헬리칼 세레이션의 성형 불량이 발생되고, 래크 형상의 금형의 피치의 간격이 최초에는 일정할 수 있으나 사용과정에서 마모나 손상으로 인해 백래시가 증가하게 되면 플런징 샤프트에 성형되는 헬리칼 세레이션의 피치(간격)나 헬리칼 세레이션의 갯수에 있어 모자라는 문제로 인한 성형 불량이 발생되기 때문에 차량 운행에 있어 동력전달과정에서 발생되는 회전력에 문제가 발생되고, 이로 인한 안전사고나 차량 결함으로 이어지는 문제가 발생된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 대안으로 최근에는 단조 성형을 시도하고 있는 실정이다. 하지만 앞서 언급한 바와 같이, 단조성형의 경우 헬리칼 세레이션 자체가 헬리칼 각도가 없는 수직선상으로 형성되었을 경우에는 상기한 문제점을 해결할 수 있는 대안이 될 수 있지만, 이러한 단조 성형을 하기 위한 너클 프레스에서는 사실상 성형이 어렵다.

그 이유로는 너클 프레스에서는 성형시 심한 충격 및 과다한 성형힘으로 수직으로 가하는 성형은 용이하지만 헬리칼 세레이션의 헬리칼 각도인 5'~10°각도의 나선형 내지는 스프라인 형태의 성형은 불가능하다. 즉, 너클 프레스는 단순히 수직으로 눌러 성형하는 형태에서는 용이할 수 있지만 정밀성과 내구성을 보전하면서 헬리칼 각도로 성형은 불가능하다. 설사 최초 헬리칼 각도로 성형이 가능하더라도 제품 자체를 취출하는 과정에서 헬리칼 각도에 대하여 역으로 작용하기 때문에 헬리칼 각도에 해당되는 폭으로 플런징 샤프트의 헬리칼 세레이션을 깍아 먹거나 변형시켜 제품불량으로 이어지게 된다.

따라서, 상기와 같은 종래 드라이브 샤프트의 헬리칼 세레이션 성형에 있어 기존 전조 성형에 의한 문제점을 해결함과 동시에 기존 단조 성형의 문제점도 함께 해결이 가능하면서 품질이 항상 동일하게 성형할 수 있는 항상성이 확보되고, 헬리칼 세레이션의 품질 향상과 생산시간의 단축, 추가 공정의 불필요하면서 생산성 향상과 생산시간 단축이 가능한 드라이브 샤프트의 헬리칼 세레이션 성형이 가능면서 이를 통해 드라이브 샤프트의 헬리칼 세레이션을 통해 차량의 동력전달효율 증가와 안전성이 확보될 수 있는 기술이 요구되고 있는 실정이다.

1. 대한민국 등록특허 제10-0793692호, 등록일자 2008년01월04일. 2. 대한민국 등록특허 제10-1464865호, 등록일자 2013년11월18일. 3. 대한민국 등록특허 제10-2131625호, 등록일자 2020년07월02일.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출한 것으로, 기존 성형방법의 문제점인 소재경의 편차 및 전조나 단조 성형의 설비의 백래시에 의한 외경불안정 내지는 불량, 통과 게이지(Go-Gauge) 삽입 불가능한 문제점 및, 소재경 가공 공정의 추가로 인한 공정손실과 생산시간 증대, 생산성 저하를 방지할 수 있는 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치 및 이를 이용한 성형방법를 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 항상성을 가진 드라이브 샤프트의 헬리칼 세레이션의 성형을 통해 차량의 동력전달의 효율성 증대와 안전성이 확보될 수 있는 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치 및 이를 이용한 성형방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트헬리칼 세레이션 성형장치는 냉간 단조 성형을 위한 가압로드가 형성되고, 가압로드 선단에 압력을 인가받도록 펀칭로드(2)가 형성되며, 펀칭로드 직하 및 주변으로 금형의 고정내지는 공작물의 고정을 위한 다수의 통공(4)이 형성된 테이블(3)로 구비된 유압프레스(1)를 통해 자동차용 드라이브 샤프트에 포함되는 플런징 샤프트(중간샤프트)와 등속조인트에서 플런징 샤프트(5)를 구성하는 아우터 튜브와 인너 샤프트의 각각의 선단이 등속조인트와 백래시 없이 억지 결합하도록 헬리칼 각도인 5'~10°를 가진 헬리칼 세레이션의 성형장치에 있어서, 상기 헬리칼 세레이션 성형장치(100)는 유압프레스(1)의 테이블(3) 상에 안치결합하여 고정하고, 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트(5)(아우터 튜브와 인너 샤프트)의 헬리칼 세레이션(HS) 성형이 이루어지는 선단부가 끼움결합되며, 플런징 샤프트(5)의 후단을 펀칭로드(2)가 가압하여 플런징 샤프트(5) 선단부 외경이 하향 가압되면서 리듀싱 성형부(232)와 가이드 성형부(234)에 형성된 헬리칼 각도의 곡률을 따라 플런징 샤프트(5)의 선단측 외경이 회전이동하면서 항상성이 유지되는 헬리칼 세레이션(HS)이 가압성형 및 가이드되도록 마련된 세레이션 성형금형수단(200)과; 상기 세레이션 성형금형수단(200)의 리듀싱 성형부를 따라 하향 이동하여 헬리칼 세레이션(HS)이 가압성형된 플런징 샤프트(5) 선단을 상향가압하여 헬리칼 각도로 성형된 리듀싱 성형부의 헬리칼 세레이션의 골과 산의 헬리칼 각도의 곡률을 따라 가압성형시 회전방향의 반대방향으로 회전하면서 상향배출되도록 상기 세레이션 성형금형수단(200)과 동일 수직선상의 테이블 하측으로 마련된 취출수단(300);으로 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 세레이션 성형금형수단(200)은 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)와 투입공(4)이 위치된 동일 수직선상의 테이블(3) 상에 결합되고, 중심에 금형결합공(212)이 투입공(4)과 동일 수직선상에 관통 형성된 금형 하우징(210)과; 상기 금형결합공(212) 내부 하부에 끼움결합되고, 중심에 가이드통공(222)이 펀칭로드(2)와 투입공(4)이 위치된 동일 수직선상에 상기 취출수단(300)이 상하이동하여 헬리칼 세레이션(HS)이 성형된 플런징 샤프트(5)의 선단을 상측으로 가압하여 밀어올리도록 마련되며, 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)의 가압에 따른 압력을 받침지지하도록 형성된 바툼가이드금형(220)과; 상기 바툼가이드금형(220) 상부에 안치되고, 중심으로 헬리칼 각도로 헬리칼 세레이션 문양이 형성된 리듀싱 성형부(232)와 가이드 성형부(234)가 상기 가이드통공(222)과 동일 축선상에 형성되며, 플런징 샤프트(5)의 선단이 상기 리듀싱 성형부(232)상측으로 끼움되어 펀칭로드(2)의 가압속도와 압력에 의해 플런징 샤프트(5)가 리듀싱 성형부(232)를 통해 헬리칼 각도의 곡률을 따라 하향 회전이동하면서 선단측 외경이 가압성형되고, 상기 리듀싱 성형부(232) 하측으로 헬리칼 각도의 곡률이 연속되도록 내주연에 헬레컬 세레이션 문양이 형성된 상기 가이드 성형부(234)에 의해 플런징 샤프트(5) 선단측 외주연에 헬리칼 세레이션(HS)이 가압속도에 따라 가이드 성형부의 헬리칼 각도의 곡률을 따라 하향 회전하며 안내되도록 마련된 세레이션 성형금형(230)과; 상기 세레이션 성형금형(230) 상부면에 대응되어 결합되고, 펀칭로드(2)에 의한 플런징 샤프트(5) 후단을 가압하는 과정에서 세레이션 성형금형(230)이 유동하지 않도록 바툼가이드금형(220)과 함께 상하로 세레이션 성형금형(230)이 고정되도록 마련되며, 중심에 펀칭공(242)이 리듀싱 성형부(232)와 동일 수직선상에 형성되는 탑가이드금형(240)과; 상기 금형 하우징(210) 상부에 결합되어 탑가이드금형(240)이 상측으로 이탈되지 않고, 상하 움직임 없이 고정되도록 마련된 홀더링(250);으로 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 플런징 샤프트(5)(아우터 튜브와 인너 샤프트의 헬리칼 세레이션 성형전 직경은 리듀싱 성형부(232)보다 크게 형성되되, 상기 펀칭로드(2)의 가압에 의해 상기 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션(HS)이 성형되는 선단측 외주연은 리듀싱 성형부(232)에서 등속조인트에 결합되는 치수로 축관(관경이 축소)되면서 헬리칼 세레이션의 산과 골의 표면 밀도가 압축되어 경도 향상과 내마모성 및 내구성이 증대되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 플런징 샤프트의 선단측 외주연을 가압성형하여 형성된 헬리컬 세레이션의 산과 골이 가압성형에 따른 복원량에 대응되도록 상기 리듀싱 성형부(232)의 내경은 헬리컬 세레이션이 성형된 설계된 외경보다 작게 형성되되, 상기 플런징 샤프트(5)의 선단측 외주연에 가압성형되는 헬리컬 세레이션(HS)의 외경 복원량에 대하여 완충되도록 가이드 성형부(234)의 내경이 리듀싱 성형부(232) 내경보다 크게 형성하여 치수오차가 최소화되고, 리듀싱 성형부(232)에서 헬리칼 각도를 따라 원할하게 회전하면서 가압성형되도록 동일한 헬리칼 각도의 곡률로 안내되는 것을 특징으로 g나다.

한편, 상기 취출수단(300)은 유압프레스(1)의 가압로드 선단에 형성된 펀칭로드(2)와 동일축선상의 형성되는 테이블(3)의 통공(4)을 통해 바툼가이드금형(220)에 형성된 가이드통공(222)을 통해 가이드 성형부(234)의 중심 상측으로 돌출형성되고, 플런징 샤프트(5) 선단이 리듀싱 성형부(232)를 통해 헬리칼 세레이션이 성형될 길이만큼 가이드 성형부(234) 하측으로 하향이동되는 푸싱로드핀(310)과; 상기 바툼가이드금형(220)의 가이드통공(222)과 동일축선상의 테이블 직하로 결합되고, 가이드 성형부(234) 하측으로 하향이동된 푸싱로드핀(310)이 플런징 샤프트(5)의 헬리컬 세레이션이 형성된 일단에 접한 상태로 플런징 샤프트(5)를 일정속도로 수직의 중심축선을 따라 밀어올리면서 헬리칼 각도의 곡률을 따라 회전하여 배출되도록 일정압력으로 작동되는 취출유압실린더(320)로 형성되되, 상기 취출실린더의 푸싱로드핀의 가압속도는 0.6~8.0 m/min로 플런징 샤프트(아우터 튜브와 인너 샤프트)의 하단에 접하여 가이드 성형부(234)와 리듀싱 성형부(232)의 헬리칼 각도의 곡률을 따라 회전하면서 수직이동하여 플런징 샤프트(5)가 리듀싱 성형부(232) 상측으로 취출되도록 마련된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 가이드 성형부(234)의 길이는 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션이 성형되는 길이보다 길게 형성되어 헬리칼 세레이션 요구 길이에 따라 성형이 가능하고, 취출수단(300)의 푸싱로드핀(310)에 의해 플런징 샤프트(5)에 성형될 헬리칼 세레이션의 길이에 대응되도록 플런징 샤프트 선단의 회전하향이동을 제한하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)의 가압속도는 0.6~8.0 m/min 인것을 특징으로 한다.

상기 성형장치를 이용한 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세리이션의 성형방법은 냉간 단조 성형을 위한 가압로드가 형성되고, 가압로드 선단에 압력을 인가받도록 펀칭로드(2)가 형성되며, 펀칭로드 직하 및 주변으로 금형의 고정내지는 공작물의 고정을 위한 다수의 통공(4)이 형성된 테이블(3)이 구비된 유압프레스(1)를 이용한 드라이브샤프트의 플런징 샤프트(5)(아우터 튜브와 인너 샤프트) 선단측 외주연에 헬리칼 세리이션(HS)을 성형하는 방법에 있어서, 플런징 샤프트(5)의 취출을 위한 취출수단(300)을 테이블(3) 하부면에 결합하여 준비하고, 펀칭로드(2)와 동일수직선상에 금형하우징(210)이 고정결합한 후, 금형하우징(210) 내부에 바툼가이드금형(220)-세레이션 성형금형(230)-탑가이드금형(240) 순으로 결합하여 홀더링(250)으로 고정하는 세레이션 성형금형수단(200)을 준비하며, 헬리칼 세레이션이 성형되지 않은 플런징 샤프트(5)를 준비하는 성형 전처리단계(S100)와; 상기 성형 전처리단계를 통해 준비된 플런징 샤프트(5)의 헬리컬 세레이션이 외주연에 성형되기 위한 선단이 상기 세레이션 성형금형수단(200)의 탑가이드금형(240)을 통해 투입되어 헬리칼 세레이션 형상이 가공된 리듀싱 성형부(232) 상부면에 안치되고, 리듀싱 성형부(232) 중심과 플런징 샤프트(5) 및 펀칭로드(2)가 동일 수직선상에 위치되는 공작물 투입단계(S200)와; 상기 플런징 샤프트(5)의 후단에 펀칭로드(2)가 대응되어 일정속도로 가압하면서 플런징 샤프트(5) 선단이 리듀싱 성형부(232)를 통과하면서 내주연에 헬리칼 세레이션 형상이 가공된 리듀싱 성형부의 헬리칼 각도의 곡률을 따라 플런징 샤프트가 회전하면서 선단측 외주연에 헬리칼 세레이션이 가압성형되는 공작물회전 성형단계(S300)와; 상기 플런징 샤프트의 선단측 외주연이 헬리칼 각도의 곡률을 따라 회전가압 성형되는 리듀싱 성형부(232)의 하부를 통과하는 지점으로부터 리듀싱 성형부의 헬리컬 각도 곡률과 동일한 헬리칼 곡률로 연속되도록 내주연에 헬리컬 세레이션 형상이 가공된 가이드 성형부(234)를 통해 상기 플런징 샤프트의 선단측 외주연에 가압성형된 헬리칼 세레이션이 가이드 성형부(234)의 헬리칼 세레이션의 헬리칼 각도 곡률을 따라 회전 하향이동하고, 동시에 플런징 샤프트의 선단이 취출수단(300)의 푸싱로드핀(310) 상단과 접하면서 헬리칼 세레이션의 성형될 길이만큼 가이드 성형부(234)에서 회전 하향이동하며, 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션이 가이드 성형부(234)의 헬리칼 각도의 곡률로 안내되면서 리듀싱 성형부(232)의 회전성형작동이 보다 원할하게 이루어지는 공작물회전 가이드단계(S400)와; 상기 공작물회전 가이드단계를 통해 가이드 성형부(234) 하측으로 하향이동되어 테이블(3) 하측으로 돌출된 푸싱로드핀(310)을 상측으로 일정압력과 속도로 밀어올려 푸싱로드핀(310)이 플런징 샤프트(5)를 가이드 성형부(234)를 거쳐 리듀싱 성형부(232) 상측으로 공작물 투입단계의 위치로 헬리칼 곡률을 따라 회전하며 상향이동시켜 배출되도록 마련된 공작물 회전취출단계(S500);로 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 성형 전처리 단계(S100)는 플런징 샤프트(5)의 선단측 외주연에 헬리칼 세레이션(HS)이 성형이 완료된 플런징 샤프트(5)의 아우터 튜브 또는 인너 샤프트가 리듀싱 성형부(232)와 가이드 성형부(234)에 형성된 헬리칼 세레이션(HS)의 헬리칼 각도 곡률을 따라 회전하며 상향 이동하여 배출되도록 상기 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)와 테이블(3)의 통공(4)과 동일 수직선상의 테이블 하부면에 취출수단(300)이 구비되도록 준비하는 취출수단설치단계(S120)와; 상기 리듀싱 성형부(232)와 가이드 성형부(234)가 형성된 세레이션 성형금형(230) 하부면에 바툼가이드금형(220)이 대응되고, 상부면에는 탑가이드금형(240)이 대응되어 금형하우징(210)에 끼움되어 유압프레스의 압력으로 인한 세레이션 성형금형(230)의 유동방지와 축선의 변화를 방지하며, 금형하우징(210) 상부에 상기 탑, 바툼 가이드금형(220,240)과 세레이션 성형금형(230)이 이탈되지 않도록 홀더링(250)이 결합된 세레이션 성형금형수단(300)을 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)와 테이블(3)의 통공(4) 및 취출수단(300)과 동일 수직선상에 중심이 위치되도록 테이블(3)에 고정하는 성형금형설치단계(S140)와; 드라이브 샤프트의 헬리칼 세레이션이 성형되지 않은 플런징 샤프트(5)(아우터 튜브와 인너 샤프트)를 준비하는 공작물 준비단계(S160);로 마련된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션 성형전 직경은 리듀싱 성형부(232)보다 크게 형성되되, 상기 펀칭로드(2)의 가압에 의해 상기 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션(HS)이 성형되는 선단측 외주연은 리듀싱 성형부(232)에서 등속조인트에 결합되는 치수로 축관(관경이 축소)되면서 헬리칼 세레이션의 산과 골의 표면 밀도가 압축되어 경도 향상과 내마모성 및 내구성이 증대되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 리듀싱 성형부(232)의 내경보다 가이드 성형부(234)의 내경이 더 크게 형성되어 리듀싱 성형부를 통해 플런징 샤프트의 선단측 외주연에 헬리컬 세레이션의 가압성형에 따른 플런징 샤프트의 복원량에 대응되어 완충되어 치수오차가 최소화되고, 리듀싱 성형부(232)에서 헬리칼 각도의 곡률을 따라 원할하게 회전하면서 가압성형되도록 연속되면서 동일한 헬리칼 각도의 곡률을 통해 안내되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 취출수단(300)의 푸싱로드핀의 가압속도는 0.6~8.0 m/min로 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션이 가압성형된 선단면에 접하여 가이드 성형부(234)와 리듀싱 성형부(232)의 헬리칼 각도의 곡률을 따라 회전하면서 수직이동하여 플런징 샤프트(5)가 리듀싱 성형부(232) 상측으로 취출되도록 마련된 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 가이드 성형부(234)의 길이는 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션이 성형되는 길이보다 길게 형성되어 헬리칼 세레이션 요구 길이에 따라 성형이 가능하고, 취출수단(300)에 의해 플런징 샤프트(5)에 성형될 헬리칼 세레이션의 길이에 대응되도록 플런징 샤프트 선단의 회전하향이동을 제한하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)의 가압속도는 0.6~8.0 m/min 인것을 특징으로 한다.

본 발명은 기존 래크에 의한 전조성형방법의 문제점인 소재경의 편차 및 전조나 성형의 설비의 백래시에 의한 외경불안정 내지는 불량, 통과 게이지(Go-Gauge) 삽입 불가능한 문제점 및, 소재경 가공 공정의 추가로 인한 공정손실과 생산시간 증대, 생산성 저하를 방지할 수 있는 효과가 있고, 항상성을 가진 드라이브 샤프트의 헬리칼 세레이션의 성형을 통해 차량의 동력전달의 효율성 증대와 안전성이 확보될 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치의 전체 설치 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치의 세레이션 금형수단의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치의 세레이션 금형수단의 단면도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치의 성형과정을 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치를 이용한 성형방법의 블럭도이다.
도 9는 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치를 이용한 성형방법의 성형전처리단계의 세부 블럭도이다.
도 10은 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치를 이용한 성형방법을 통해 생산된 헬리칼 세레이션이 성형된 플런징 샤프트이다.

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 다수의 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 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치 및 이를 이용한 성형방법의 실시예에 따른 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치의 전체 설치 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치의 세레이션 금형수단의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치의 세레이션 금형수단의 단면도이고, 도 4 내지 도 7은 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치의 성형과정을 도시한 단면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치를 이용한 성형방법의 블럭도이고, 도 9는 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치를 이용한 성형방법의 성형전처리단계의 세부 블럭도이며, 도 10은 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치를 이용한 성형방법을 통해 생산된 헬리칼 세레이션이 성형된 플런징 샤프트이다.

본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런지 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치는 종래 래크에 의한 전조방식이 아닌 유압프레스를 이용한 냉간 단조로 이루어지는 것으로, 기존 냉간 단조의 문제점으로 공작물과의 협착이나 단순한 형상의 제조에 불과한 문제점을 개선하여 가공시간의 단축 및 이를 통한 생산성 향상과 별도의 후가공없이 바로 제품이 완료되어 사용이 가능하고, 내구성 및 내마모성이 향상되도록 형성된 것으로, 특히 가공이 어려운 자동차의 동력전달계 중 등속조인트(CV Joint)의 아우터 튜브와 인너 샤프트로 구성되는 드라이브 샤프트(중간샤프트 ; 하프샤프트) 양단에 형성되는 헬리칼 세레이션의 형성을 위한 것이다.

통상의 세레이션은 축이나 샤프트 외주연에 축선과 동일방향의 직선형태를 이루고 있는 골과 산이 둘레를 따라 등간격으로 형성된다. 이와 같은 세레이션은 암수가 결합시, 축선방향으로 쉽게 이탈이 용이하기 때문에 암, 수중 어느 한 쪽은 직선형 세레이션이 아닌 본 발명의 헬리칼 각도를 가진 헬리칼 세레이션으로 형성하여 억지 끼움으로 고정되도록 구성하게 된다.

즉, 자동차의 등속조인트의 아우터 튜브 내에 볼에 의해 회전하는 이너 레이스의 내주연에 형성된 세레이션은 통상적으로 내주연에 헬리칼 각도로 성형하기 어려운 문제점을 고려하여 직선형태의 세레이션이 형성되고, 이너 레이스에 결합되는 드라이브 샤프트의 아우터 튜브 또는 인너 샤프트의 이너 레이스와 결합되는 선단측에 헬리칼 각도를 가진 헬리칼 세레이션을 형성함으로써, 결합과정에서 헬리칼 각도만큼 억지끼움이 되어 동력전달 과정에서 발생되는 충격으로 인한 결합이 해제되는 문제가 없이 원활하게 동력전달이 가능하도록 형성된다.

따라서, 헬리칼 각도는 실질적으로 5'~10°의 각도로 형성되기 때문에 육안으로 확인했을 때에는 직선형 세레이션과 크게 차이가 없을 정도이지만 결합시에는 완전리 다른 결과를 가져오게 되는 것이다.

이와 같은 헬리칼 세레이션은 종래에는 단조 성형이 불가능하여 전조에 의한 성형이 주로 사용되었다. 이러한 전조 중에서도 세레이션 가공은 래크 다이를 서로 마주보게 구비한 후, 그 사이에 아우터 튜브 또는 인너 샤프트의 선단측 외주연 둘레가 위치되도록 한 후, 양 다이를 서로 반대방향으로 밀어 외주연 둘레에 세레이션을 형성하도록 구성하기 때문에 실질적으로 원형의 둘레에 세레이션 형성과정에서 래크 다이의 평면형 헬리칼 각도를 가진 형상으로 전조시, 치수 오차가 발생되고, 골의 폭이 넓어 백래시가 발생하여 동력전달을 위한 품질에 문제가 발생된다.

이에 기존 전조 방식보다 최근에는 단조방식을 시도하고 있지만 실질적으로 단조방식의 문제점으로 공작물과 금형간의 협착의 문제점 내지는 축과 같은 360도 방향의 둘레를 따라 성형하기 보다는 기존 단조와 같이 평면형 가압을 통한 단조성형에 불과하고, 세레이션의 헬리칼 각도에 의한 취출이 사실상 금형을 절반으로 분리한 상태로 구성하지 않는 한 불가능하다는 문제점으로 인해 제조시간이 증대되고, 생산성 저하 및 생산효율이 떨어지게 된다. 즉, 제품 하나를 생산할 때마다 금형을 분리해야 하는 작업이 병행되어야 하고, 절반으로 형성된 금형이 서로 만나는 부위로 인해 단조 성형과정에서 불필요한 공작물의 티가 형성되어 이를 제거하기 위한 후가공이 필요하게 되어 오히려 작업시간 증대와 더불어 생산단가가 상승하게 되는 문제가 있기 때문에 아직까지도 전조방식을 고집하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치는 상기와 같은 문제를 해결한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 통상적인 냉간 단조 성형을 위한 가압로드가 형성되고, 가압로드 선단에 압력을 인가받도록 펀칭로드(2)가 형성되며, 펀칭로드 직하 및 주변으로 금형의 고정내지는 공작물의 고정을 위한 다수의 통공(4)이 형성된 테이블(3)로 구비된 유압프레스(1)를 통해 자동차용 드라이브 샤프트에 포함되는 플런징 샤프트(중간샤프트)와 등속조인트에서 플런징 샤프트(5)를 구성하는 아우터 튜브와 인너 샤프트의 각각의 선단이 등속조인트와 백래시 없이 억지 결합하도록 헬리칼 각도인 5'~10°를 가진 헬리칼 세레이션의 성형시, 금형의 분리없이 생산이 가능하고, 생산시간 단축과 더불어 후가공 없이 내구성 및 내마모성이 향상된 제품의 생산을 통해 보다 안전한 자동차 동력전달을 위한 드라이브 샤프트의 제공이 가능한 것이다.

이에 본 발명에 따른 헬리칼 세레이션 성형장치(100)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 세레이션 성형금형수단(200), 취출수단(300)으로 구성된다. 여기서, 취출수단은 종래 헬리칼 각도를 가진 세레이션을 단조 성형함에 있어서는 없는 구성으로 본 발명에서 헬리칼 각도를 가진 세레이션의 금형분리 없이 취출하기 위한 것이다.

상기 세레이션 성형금형수단(200)은 유압프레스(1)의 테이블(3) 상에 안치결합하여 고정하고, 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트(5)(아우터 튜브와 인너 샤프트)의 헬리칼 세레이션(HS) 성형이 이루어지는 선단부가 끼움결합되며, 플런징 샤프트(5)의 후단을 펀칭로드(2)가 가압하여 플런징 샤프트(5) 선단부 외경이 하향 가압되면서 리듀싱 성형부(232)와 가이드 성형부(234)에 형성된 헬리칼 각도의 곡률을 따라 플런징 샤프트(5)의 선단측 외경이 회전이동하면서 항상성이 유지되는 헬리칼 세레이션(HS)이 가압성형 및 가이드되도록 마련된 것으로, 금형 하우징(210), 바툼가이드금형(220), 세레이셩 성형금형(230), 탑가이드금형(240), 홀더링(250)으로 구성된다.

상기 금형 하우징(210)은 후술되는 바툼가이드금형(220), 세레이셩 성형금형(230), 탑가이드금형(240)이 내설되어 고정되도록 구성된 것으로, 원통형상으로 형성되어 내부에 상기 금형들이 안치고정되도록 형성된다. 이와 같은 상기 금형 하우징(210)은 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)와 투입공(4)이 위치된 동일 수직선상의 테이블(3) 상에 결합되고, 중심에 금형결합공(212)이 투입공(4)과 동일 수직선상에 관통 형성된다.

여기서, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 동일수직선상에 상기 구성들이 나열되어야 하는 것은 세레이션 성형과정에서 중심으로부터 편심되거나 서로가 동일축선상에 위치되지 않을 경우 어느 한 측으로 힘이 가중되어 세레이션 성형에 있어 불량을 초래하게 된다. 따라서, 최초 금형 하우징(210)이 유압프레스의 펀칭로드와 펀칭로드와 동일수직선상에 형성된 테이블(3) 상의 어느 하나의 투입공(4)과 일치되도록 테이블에 고정하는 것이 후술되는 세레이션 성형금형수단과 취출수단의 결합을 통한 세레이션 성형 품질을 좌우할 수 있다.

상기 바툼가이드금형(220)은 후술되는 세레이션 성형금형의 바닥부분을 받침지지하고, 압력에 따른 유동을 방지와 후술되는 취출수단의 출몰을 통한 취출수단의 동일 수직선상으로의 수직이동을 가이드하도록 금형 하우징에 형성된 금형결합공의 바닥면인 테이블 상에 안치고정되게 끼움결합되는 것으로, 상기 금형결합공(212) 내부 하부에 끼움결합되고, 중심에 후술되는 취출수단의 푸싱로드핀이 세레이션 성형금형측으로 수직이동되도록 가이드하는 가이드통공(222)이 펀칭로드(2)와 투입공(4)이 위치된 동일 수직선상에 상기 취출수단(300)이 상하이동하여 헬리칼 세레이션(HS)이 성형된 플런징 샤프트(5)의 선단을 상측으로 가압하여 밀어올리도록 마련되며, 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)의 가압에 따른 압력을 받침지지하도록 형성된다. 여기서, 상기 바툼가이드금형(220)은 금형 하우징의 금형결합공의 형상에 대응되는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 세레이션 성형금형(230)은 드라이브 샤프트를 구성하는 플런징샤프트(하프샤프트;중간샤프트)는 아우터 튜브와 인너 샤프트로 구성되고, 아우터 튜브와 인너 샤프트가 등속조인트의 이너 레이스에 형성된 직선형 세레이션과 결합되기 위한 헬리칼 각도를 가진 헬리칼 세레이션을 이너 레이스와 결합되는 선단측 외주연에 성형하기 위한 것으로, 상기 바툼가이드금형(220) 상부에 안치되고, 중심으로 헬리칼 각도로 헬리칼 세레이션 문양이 형성된 리듀싱 성형부(232)와 가이드 성형부(234)가 상기 가이드통공(222)과 동일 축선상에 형성된다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 아우터 튜브와 인너 샤프트(이하 플런징 샤프트)의 선단이 상기 리듀싱 성형부(232)상측으로 끼움되어 펀칭로드(2)의 가압속도와 압력에 의해 플런징 샤프트(5)가 리듀싱 성형부(232)를 통해 헬리칼 각도의 곡률을 따라 하향 회전이동하면서 선단측 외경이 가압성형되고, 상기 리듀싱 성형부(232) 하측으로 헬리칼 각도의 곡률이 연속되도록 내주연에 헬레컬 세레이션 문양이 형성된 상기 가이드 성형부(234)에 의해 플런징 샤프트(5) 선단측 외주연에 헬리칼 세레이션(HS)이 가압속도에 따라 가이드 성형부의 헬리칼 각도의 곡률을 따라 하향 회전하며 안내되도록 마련된다.

즉, 상기 세레이션 성형금형(230)은 도 3에 도시된 바와 같이, 리듀싱 성형부(232)와 가이드 성형부(234)로 형성된 것으로, 리듀싱 성형부의 헬리칼 각도와 가이드 성형부(234)의 헬리칼 각도가 동일한 곡률로 연속된다. 다만, 리듀싱 성형부(232)는 최초 플런징 샤프트의 헬리칼 세레이션이 성형될 선단 외주연의 직경보다 축소되어 가압에 의한 축관으로 표면이 압축되면서 헬리칼 세레이션이 성형된다. 이는 플런징 샤프트의 세레이션이 성형될 선단 외주연측 표면이 가압에 의해 밀도가 상승하도록 함과 함께 이를 통한 경도의 증가와 더불어 내구성 향상 및 내마모성이 향상될 수 있다.

한편, 가이드 성형부(234)는 리듀싱 성형부보다는 내경이 크게 확대된 형상으로 헬리칼 각도의 곡률만 동일할 뿐 내경이 크게 형성됨에 따라 리듀싱 성형부에서 헬리칼 각도로 세레이션이 성형된 후, 헬리칼 각도의 곡률을 따라 이동이 용이한 공간의 확보와 리듀싱 성형부에서 내경이 축소되면서 성형된 후, 통상적인 금속의 가압성형에 따른 복원량에 대하여 보상될 수 있는 공간의 확보 및 헬리칼 각도 곡률의 가이드를 통해 리듀싱 성형부의 헬리칼 세레이션의 성형이 원활하게 이루어지도록 하기 위함이다.

따라서, 상기 세레이션 성형금형(230)은 제작과정에서 리듀싱 성형부(232)와 가이드 성형부(234)를 개별 구성하여 하나의 단위체로 조립구성하는 것이 바람직하다.

상기 탑가이드금형(240)은 전술한 바툼가이드금형(240)과 동일 유사한 작용을 하는 것으로, 세레이션 성형금형의 유동방지 및 고정과 더불어 플런징 샤프트의 중심축선상으로 정밀하게 리듀싱 성형부로 유도하여 투입되도록 구성된 것으로, 상기 세레이션 성형금형(230) 상부면에 대응되어 결합되고, 펀칭로드(2)에 의한 플런징 샤프트(5) 후단을 가압하는 과정에서 세레이션 성형금형(230)이 유동하지 않도록 바툼가이드금형(220)과 함께 상하로 세레이션 성형금형(230)이 고정되도록 마련되며, 중심에 펀칭공(242)이 리듀싱 성형부(232)와 동일 수직선상에 형성된다.

여기서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 탑가이드금형(240)의 펀칭공(242)에는 플런징 샤프트의 세레이션 성형이 필요한 선단 외주연측이 아래를 향하도록 펀칭공 상부에서 투입하고, 펀칭로드에 의해 그 상부를 가압하여 리듀싱 성형부를 통해 헬리칼 세레이션 형상이 성형되도록 구성된다.

상기 홀더링(250)은 도 3에 도시된 바와 같이, 바툼가이드금형, 탑가이드금형, 세레이션 성형금형이 금형 하우징으로부터 이탈되는 것을 방지함과 동시에 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 취출수단에 의해 플런징 샤프트가 취출과정에서 가압되는 압력에 의한 금형들의 이탈을 방지하기 위한 것으로, 상기 금형 하우징(210) 상부에 결합되어 탑가이드금형(240)이 상측으로 이탈되지 않고, 상하 움직임 없이 고정되도록 마련된다.

한편, 상기 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)의 가압속도는 0.6~8.0 m/min 인것이 바람직하다. 일반적으로 펀칭로드(2)의 압력은 본 발명에 따른 헬리칼 각도를 가진 헬리칼 세레이션의 성형하기 위한 최소 및 최대의 가압속도로서 0.6 m/min 보다 작으면 헬리칼 각도의 곡률이나 세레이션의 형상의 불량이 빈번하게 되고, 가이드 성형부에서의 헬리칼 각도에 따른 곡률 궤적과 서로 일치되지 않아 가이드 성형부에서의 변형을 초래하는 문제점이 발생된다. 즉, 헬리칼 각도인 5'~10°의 구간 곡률은 속도에 비례하기 때문에 속도가 0.6 m/min 보다 작으면 헬리칼 각도가 5' 보다 작아지는 문제가 발생한다. 반면에 펀칭로드의 가압속도가 8.0 m/min 보다 크게 되면 유압에 의한 충격과 과도한 성형압력으로 공작물인 플런징 샤프트가 헬리칼 각도에 따른 곡률을 따라 리듀싱 성형부에서 회전하며 성형이 불가능해지고, 금형 자체에 공작물인 플런징 샤프트(5)가 눌러 붙는 현상이 발생되어 금형의 손상과 더블어 제품 자체 생산이 불가능해지는 문제가 발생된다.

따라서, 펀칭로드에 의한 가압속도인 0.6~8.0 m/min의 속도는 유압압력에 의한 성형 충격을 최소화하여 부드러운 유압에 의한 가압이 가능하고, 이에 따른 가압속도를 통해 헬리칼 세레이션이 형성되어야 할 길이와 헬리칼 각도의 품질이 높은 제품 생산이 가능다. 또한 금형의 사용수명 증대도 가능하다. 즉, 헬리칼 각도를 가진 세레이션의 성형에 있어서 실질적으로 유압은 재질이나 특성에 따라 달라질 수 있지만 세레이션을 성형하기 위한 부분에서 가압속도는 세레이션 품질에 영향을 미치기 때문에 속도의 조정은 세레이션 품질과 연결된다.

한편, 상기 플런징 샤프트(5)(아우터 튜브와 인너 샤프트)의 헬리칼 세레이션 성형전 직경은 리듀싱 성형부(232)보다 크게 형성되되, 도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 펀칭로드(2)의 가압에 의해 상기 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션(HS)이 성형되는 선단측 외주연은 리듀싱 성형부(232)에서 등속조인트에 결합되는 치수로 축관(관경이 축소)되면서 헬리칼 세레이션의 산과 골의 표면 밀도가 압축되어 경도 향상과 내마모성 및 내구성이 증대된다.

즉, 리듀싱 가압부(232)를 통해 관경에 변화가 생겨 축소변형됨에 따라 헬리칼 세레이션이 성형되면서 축소되는 플런징 샤프트의 선단부측 외주연의 표면은 변형에 따른 조직의 밀도가 상승하게 되고, 밀도의 상승은 곧 경도의 증가와 내구성 및 내마모성증대가 가능하게 된다.

나아가, 상기와 같이 조직의 밀도증가를 통해 성형이 된 이후에는 별도의 후가공도 필요없어 제품의 공정수가 줄어들고, 이를 통한 생산시간을 단출할 수 있게 된다. 상기와 같이 직경이 축소되면서 가압속도에 의해 리듀싱 성형부에서 가압되어 변형되면서 성형되는 헬리칼 세레이션이 형성된 플런징 샤프트의 선단측 외주연 부분은 일반적인 가압된 금속조직의 특성상 변형된 일부가 다시 원상태로 돌아가려는 복원량이 발생되고, 이에 따른 복원량을 계산하여 정확한 헬리칼 세레이션의 치수를 성형하게 되는 데 이를 완충하기 위해 상기 플런징 샤프트의 선단측 외주연을 가압성형하여 형성된 헬리컬 세레이션의 산과 골이 가압성형에 따른 복원량에 대응되도록 상기 리듀싱 성형부(232)의 내경은 헬리컬 세레이션이 성형된 설계된 외경보다 작게 형성되되, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 플런징 샤프트(5)의 선단측 외주연에 가압성형되는 헬리컬 세레이션(HS)의 외경 복원량에 대하여 완충되도록 가이드 성형부(234)의 내경이 리듀싱 성형부(232) 내경보다 크게 형성하여 치수오차가 최소화되고, 리듀싱 성형부(232)에서 헬리칼 각도를 따라 원할하게 회전하면서 가압성형되도록 동일한 헬리칼 각도의 곡률로 안내되도록 형성된다.

따라서, 상기와 같은 플런징 샤프트의 선단측 외주연에 헬리칼 각도의 곡률을 가진 헬리칼 세레이션이 치수 오차범위 내에서 높은 품질로 빠른 생산이 가능하고, 별도의 후가공없이 생산이 가능하도록 서형이 가능하여 생산성 향상과 생산시간 단축을 통한 비용 절감을 가져올 수 있는 것은 자명한 것이다. 하지만, 상기와 같이 성형한 후 일반적인 단조성형의 유압프레스의 경우에는 금형 내에 단조된 제품이 취출이 용이하지만 본 발명에 따른 플런징 샤프트의 선단 외주연에 형성되는 헬리칼 각도의 헬리칼 세레이션은 헬리칼 각도로 인해 사실상 금형을 분할하여 제작하지 않은 이상 취출이 불가능하고, 금형을 분할하여 제작할 경우 금형과 금형이 서로 맞닿아 있는 연결부위로 인해 후가공이 필요하게 되는 문제점이 있어 아래와 같은 특별한 취출수단(300)이 필요하게 된다.

즉, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 취출수단(300) 역시 헬리칼 각도의 곡률에 따라 회전 취출되도록 함으로써, 별도의 금형 분해없이 바로 취출 및 투입이 가능하여 생산시간 단축과 공정의 단축이 가능하다. 이와 같은 상기 취출수단(300)은 전술한 세레이션 성형금형수단(200)의 리듀싱 성형부를 따라 플런징 샤프트가 하향 이동하면서 선단측 외주연에 헬리칼 세레이션(HS)이 가압성형된 플런징 샤프트(5) 선단을 상향가압하여 헬리칼 각도로 성형된 리듀싱 성형부의 헬리칼 세레이션의 골과 산의 헬리칼 각도의 곡률을 따라 가압성형시 회전방향의 반대방향으로 회전하면서 상향배출되도록 상기 세레이션 성형금형수단(200)과 동일 수직선상의 테이블 하측으로 마련된 것으로, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 취출수단(300)은 푸싱로드핀(310), 취출유압실린더(320)로 구성된다.

여기서, 상기 푸싱로드핀(310)은 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 유압프레스(1)의 가압로드 선단에 형성된 펀칭로드(2)와 동일축선상의 형성되는 테이블(3)의 통공(4)을 통해 바툼가이드금형(220)에 형성된 가이드통공(222)을 거쳐 세레이션 성형금형의 가이드 성형부(234)의 중심 상측으로 돌출형성되고, 플런징 샤프트(5) 선단이 리듀싱 성형부(232)를 통해 헬리칼 세레이션이 성형될 길이만큼 가이드 성형부(234) 하측으로 하향이동된다.

또한, 상기 푸싱로드핀(310)은 헬리칼 세레이션이 성형될 길이만큼 하향 이동된 플런징 샤프트(5)의 선단을 다시 상측으로 밀어올려 플런징 샤프트의 선단 외주연측에 형성된 헬러칼 세레이션의 헬리칼 각도의 곡률에 따른 하향이동과 반대방향의 상향이동을 통해 회전하면서 리듀싱 성형부(232) 상측으로 배출되도록 가압하게 된다.

상기 취출유압실린더(320)는 전술한 푸싱로드핀(310)이 상측으로 상승하여 플런징샤프트(5) 선단을 가압하고, 선단이 가압되도록 바툼가이드금형(220)의 가이드통공(222)과 동일축선상의 테이블 직하로 결합되고, 가이드 성형부(234) 하측으로 하향이동된 푸싱로드핀(310)이 플런징 샤프트(5)의 헬리컬 세레이션이 형성된 일단에 접한 상태로 플런징 샤프트(5)를 일정속도로 수직의 중심축선을 따라 밀어올리면서 헬리칼 각도의 곡률을 따라 회전하여 배출되도록 일정압력으로 작동되되, 상기 취출실린더의 푸싱로드핀의 속도 역시 앞서 펀칭로드의 속도와 동일한 속도인 0.6~8.0 m/min로 플런징 샤프트(아우터 튜브와 인너 샤프트)의 하단에 접하여 가이드 성형부(234)와 리듀싱 성형부(232)의 헬리칼 각도의 곡률을 따라 회전하면서 수직이동하여 플런징 샤프트(5)가 리듀싱 성형부(232) 상측으로 취출되도록 마련된다.

즉, 플런징 샤프트의 취출은 리듀싱 성형부(232)의 역방향으로 취출되기 때문에 성형과정에서의 플런징 샤프트의 회전방향과는 반대방향으로 회전하게 되고, 이 때, 취출수단의 푸싱로드핀의 가압속도가 0.6 m/min 보다 작게되면 이미 성형된 헬리칼 세레이션의 파손으로 인한 제품불량이 발생되고, 8.0 m/min 보다 크게 되면 리듀싱 성형부의 헬리칼 세레이션을 손상시켜 금형 손상으로 인한 문제가 발생된다. 다만, 세레이션이 이미 성형되어 있기 때문에 사실상 성형시의 속도보다는 상기 범위에서 취출속도를 빠르게 하여도 세레이션 성형 품질에 큰 영향을 주지 않는다. 여기서, 취출속도를 빠르게 함으로써, 공정시간을 단축할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 헬리칼 세레이션을 성형하기 위한 금형과 취출수단을 통해 단조성형을 하면서도 빠른 성형과 생산성 증대 및 후가공이 불필요하여 생산효율과 비용 절감이 가능하다. 이에 플런징 샤프트의 취출을 위한 상기 가이드 성형부(234)의 길이는 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션이 성형되는 길이보다 길게 형성되어 헬리칼 세레이션 요구 길이에 따라 성형이 가능하고, 취출수단(300)의 푸싱로드핀(310)에 의해 플런징 샤프트(5)에 성형될 헬리칼 세레이션의 길이에 대응되도록 플런징 샤프트 선단의 회전하향이동을 제한하도록 형성된다.

즉, 가이드 성형부(234)의 길이를 길게 형성함으로써, 다양한 헬리칼 세레이션의 길이를 가진 성형에 적용하여 범용성이 확대되고, 취출수단의 푸싱로드핀이 헬리칼 세레이션이 성형되는 처음부터 플런징 샤프트의 선단에 대응시킴에 따라 플런징 샤프트에 성형되는 헬리칼 세레이션의 길이의 파악이 용이할 뿐만 아니라 취출유압실린더에 의한 푸싱로드핀의 수직상승 길이도 쉽게 계산이 가능하여 적절한 유압의 제공을 통해 푸싱로드핀의 이동거리를 계산하여 취출이 용이할 뿐만 아니라 헬리컬 세레이션의 길이가 먼저 선정될 경우에는 이를 역으로 계산하여 헬리컬 세레이션의 길이가 항상 동일하게 성형될 수 있도록 플런징 샤프트의 성형과정에 따른 회전하향이동을 제한함으로써, 동일한 헬리컬 세레이션 길이를 가진 제품의 생산이 가능하게 된다.

이에 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치를 이용한 성형방법은 종래에 단조성형은 사실상 불가능하였지만 본원 발명에서는 이를 해결한 것으로, 통상의 구성부분으로 냉간 단조 성형을 위한 가압로드가 형성되고, 가압로드 선단에 압력을 인가받도록 펀칭로드(2)가 형성되며, 펀칭로드 직하 및 주변으로 금형의 고정내지는 공작물의 고정을 위한 다수의 통공(4)이 형성된 테이블(3)이 구비된 유압프레스(1)를 이용한 드라이브샤프트의 플런징 샤프트(5)(아우터 튜브와 인너 샤프트) 선단측 외주연에 헬리칼 세레이션(HS)을 성형하는 방법이다.

이를 위해 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치를 이용한 성형방법은 앞서 유압프레스의 통상의 단조성형을 위한 구성과 더불어 도 8에 도시된 바와 같이, 성형 전처리단계(S100), 공작물 투입단계(S200), 공작물회전 성형단계(S300), 공작물회전 가이드단계(S400), 회전취출단계(S500)를 통해 플런징 샤프트의 선단측 외주연에 헬리칼 각도의 곡률을 가진 헬리칼 세레이션이 성형된 제품의 성형, 취출, 생산이 가능하고, 별도의 후가공 없이 내구성 및 내마모성이 우수하면서, 조도 불량이나 백래시 없이 억지끼움 가능한 높은 품질의 제품생산 및 생산시간 단축, 생산효율 증대, 경제적 비용절감이 가능하게 된다.

상기 성형 전처리단계(S100) 는

도 4에 도시된 바와 같이, 플런징 샤프트(5)의 취출을 위한 취출수단(300)을 테이블(3) 하부면에 결합하여 준비하고, 펀칭로드(2)와 동일수직선상에 금형하우징(210)이 고정결합한 후, 금형하우징(210) 내부에 바툼가이드금형(220)-세레이션 성형금형(230)-탑가이드금형(240) 순으로 결합하여 홀더링(250)으로 고정하는 세레이션 성형금형수단(200)을 준비하며, 헬리칼 세레이션이 성형되지 않은 플런징 샤프트(5)를 준비한다.

여기서, 상기 성형 전처리단계(S100)를 보다 세분화하면 도 9에 도시된 바와 같이, 취출수단 설치단계(S120), 성형금형 설치단계(S140), 공작물 준비단계(S160)으로 세분화할 수 있고, 상기 과정은 단일화하여 준비할 수 있다.

이에 상기 취출수단 설치단계(S120) 는

플런징 샤프트(5)의 선단측 외주연에 헬리칼 세레이션(HS)이 성형이 완료된 플런징 샤프트(5)의 아우터 튜브 또는 인너 샤프트가 리듀싱 성형부(232)와 가이드 성형부(234)에 형성된 헬리칼 세레이션(HS)의 헬리칼 각도 곡률을 따라 회전하며 상향 이동하여 배출되도록 상기 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)와 테이블(3)의 통공(4)과 동일 수직선상의 테이블 하부면에 취출수단(300)이 구비되도록 준비한다.

상기 성형금형 설치단계(S140) 는

상기 리듀싱 성형부(232)와 가이드 성형부(234)가 형성된 세레이션 성형금형(230) 하부면에 바툼가이드금형(220)이 대응되고, 상부면에는 탑가이드금형(240)이 대응되어 금형하우징(210)에 끼움되어 유압프레스의 압력으로 인한 세레이션 성형금형(230)의 유동방지와 축선의 변화를 방지하며, 금형하우징(210) 상부에 상기 탑, 바툼 가이드금형(220,240)과 세레이션 성형금형(230)이 이탈되지 않도록 홀더링(250)이 결합된 세레이션 성형금형수단(300)을 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)와 테이블(3)의 통공(4) 및 취출수단(300)과 동일 수직선상에 중심이 위치되도록 테이블(3)에 고정한다.

상기 공작물 준비단계(S160) 는

드라이브 샤프트의 헬리칼 세레이션이 성형되지 않은 플런징 샤프트(5)(아우터 튜브와 인너 샤프트)를 준비한다.

상기와 같이 취출수단의 설치 및 세레이션 성형금형의 테이블 고정과 플런징 샤프트(5)의 준비과정이 모두 완료된 후에는 플런징 샤프트(5)의 등속조인트의 이너레이스에 형성된 직선형 세레이션과 억지끼움되게 결합되는 헬리칼 세레이션이 선단측 외주연에 성형하기 위한 과정에 진입한다.

상기 공작물 투입단계(S200) 는

상기 성형 전처리단계를 통해 준비된 플런징 샤프트(5)의 헬리컬 세레이션이 외주연에 성형되기 위한 선단이 상기 세레이션 성형금형수단(200)의 탑가이드금형(240)을 통해 투입되어 헬리칼 세레이션 형상이 가공된 리듀싱 성형부(232) 상부면에 안치되고, 리듀싱 성형부(232) 중심과 플런징 샤프트(5) 및 펀칭로드(2)가 동일 수직선상에 위치되도록 한다.

여기서, 상기 공작물 투입단계에서 플런징 샤프트의 투입은 앞서 언급한 바와 같이, 탑가이드금형(240)에 등속조인트의 이너레이스의 직선형 세레이션과 결합되는 부분이 리듀싱 성형부(232) 상측에 위치되도록 투입하는 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 플런징 샤프트의 아우터 튜브는 튜브형상 부분이 상측으로 위치되도록 하여 투입하고, 인너 샤프트는 아우터 튜브에 삽입되는 부분이 상측으로 위치되도록 투입하여 등속조인트의 이너레이스와 결합되는 부위가 리듀싱 성형부(232) 상측에 위치되게 투입한다.

상기 공작물회전 성형단계(S300) 는

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 플런징 샤프트(5)의 후단에 펀칭로드(2)가 대응되어 일정속도로 가압하면서 플런징 샤프트(5) 선단이 리듀싱 성형부(232)를 통과하면서 내주연에 헬리칼 세레이션 형상이 가공된 리듀싱 성형부의 헬리칼 각도의 곡률을 따라 플런징 샤프트가 회전하면서 선단측 외주연에 헬리칼 세레이션이 가압성형된다. 여기서, 펀칭로드(2)는 플런징 샤프트의 아우터 튜브는 상측으로 위치된 튜브 부분을 가압하고, 인너 샤프트는 상측으로 위치된 아우터 튜브에 삽입되는 부분을 가압하여 반대편 선단측 외주연이 리듀싱 성형부(232)를 통해 성형된다.

또한, 상기 공작물회전 성형단계에서는 펀칭로드(2)가 가압속도 0.6~8.0 m/min으로 가압함에 따라 리듀싱 성형부(232)에 형성된 헬리칼 각도의 곡률로 성형되고, 헬리칼 각도의 곡률에 의해 플런징 샤프트는 회전하면서 성형하게 된다. 여기서, 가압속도 0.6 m/min 보다 작으면 헬리칼 각도 5'~10°에서 5' 보다 작은 각도로 성형되고, 이로 인해 후술되는 가이드 성형부의 헬리칼 각도로 형성된 헬리칼 세레이션 형상에 맞물려 취출이 어려워지거나 성형과정에서 파손되는 문제가 발생된다. 또한, 8.0 m/min 보다 크면 이 역시 헬리칼 각도의 10°보다 크게 형성되는 문제와 더불어 성형과정에서 리듀싱 성형부(232)에 눌러 붙는 문제로 인해 금형 자체가 손상되는 문제가 발생된다.

한편, 상기 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션 성형전 직경은 리듀싱 성형부(232)보다 크게 형성되되, 상기 펀칭로드(2)의 가압에 의해 상기 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션(HS)이 성형되는 선단측 외주연은 리듀싱 성형부(232)에서 등속조인트에 결합되는 치수 내지는 치수보다는 작게 형성되어 축관(관경이 축소)되면서 헬리칼 세레이션의 산과 골의 표면 밀도가 압축되어 경도 향상과 내마모성 및 내구성이 증대되며 성형된다. 즉, 리듀싱 성형부(232)의 관경이 축소됨에 따라 축소된 관경에 대응되게 헬리칼 세레이션이 성형되기 위해서는 표면 밀도가 가압에 의한 압축에 의해 증가되고, 이로 인해 내구성이나 경도향상을 통한 내마모성이 증가하게 되어 별도의 후가공이 필요없이도 제품 생산이 가능하게 된다.

상기 공작물회전 가이드단계(S400) 는

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 플런징 샤프트의 선단측 외주연이 헬리칼 각도의 곡률을 따라 회전가압 성형되는 리듀싱 성형부(232)의 하부를 통과하는 지점으로부터 리듀싱 성형부의 헬리컬 각도 곡률과 동일한 헬리칼 곡률로 연속되도록 내주연에 헬리컬 세레이션 형상이 가공된 가이드 성형부(234)를 통해 상기 플런징 샤프트의 선단측 외주연에 가압성형된 헬리칼 세레이션이 가이드 성형부(234)의 헬리칼 세레이션의 헬리칼 각도 곡률을 따라 회전 하향이동하고, 동시에 플런징 샤프트의 선단이 취출수단(300)의 푸싱로드핀(310) 상단과 접하면서 헬리칼 세레이션의 성형될 길이만큼 가이드 성형부(234)에서 회전 하향이동하며, 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션이 가이드 성형부(234)의 헬리칼 각도의 곡률로 안내되면서 리듀싱 성형부(232)의 회전성형작동이 보다 원할하게 이루어지도록 한다.

여기서, 상기 리듀싱 성형부(232)의 내경보다 가이드 성형부(234)의 내경이 더 크게 형성되어 리듀싱 성형부를 통해 플런징 샤프트의 선단측 외주연에 헬리컬 세레이션의 가압성형에 따른 플런징 샤프트의 복원량에 대응되어 완충되어 치수오차가 최소화되고, 리듀싱 성형부(232)에서 헬리칼 각도의 곡률을 따라 원할하게 회전하면서 가압성형되도록 연속되면서 동일한 헬리칼 각도의 곡률을 통해 안내된다. 즉, 통상적으로 금속을 가압 성형시, 앞서 언급한 바와 같이, 표면 밀도의 변화와 더불어 변형에 따른 금속 자체의 탄성력에 의한 복원량이 계산된다. 따라서, 복원량에 따른 치수 오차 범위내에서의 완충이 가능한 공간을 확보함으로써, 금형 내부에서의 공작물의 물림으로 인한 취출불가능과 같은 문제를 해결하기 위해 가이드 성형부의 헬리칼 각도의 곡률은 동일하게 가져가되, 관경은 리듀싱 성형부(232)보다는 크게 형성함으로써, 복원량에 따른 문제를 해결하고, 취출시, 리듀싱 성형부(232)를 통해 다시 가압성형이 이루어짐에 따라 치수 오차 범위에서의 품질이 우수한 헬리칼 세레이션의 성형이 가능하게 된다.

상기 공작물 회전취출단계(S500) 는

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 공작물회전 가이드단계를 통해 가이드 성형부(234) 하측으로 하향이동되어 테이블(3) 하측으로 돌출된 푸싱로드핀(310)을 상측으로 전술한 펀칭로드와 동일한 속도로 밀어올려 푸싱로드핀(310)이 플런징 샤프트(5)를 가이드 성형부(234)를 거쳐 리듀싱 성형부(232) 상측으로 공작물 투입단계의 위치로 헬리칼 곡률을 따라 회전하며 상향이동시켜 도 10에 도시된 바와 같이, 품질이 우수한 헬리칼 각도의 곡률을 가진 헬리칼 세레이션(HS)이 플런저 샤프트(5)의 등속조인트의 이너레이스와의 체결부위 선단 외주연에 형성하여 배출되도록 한다.

여기서, 상기 공작물 회전취출단계에서 상기 취출수단(300)의 푸싱로드핀의 가압속도는 앞서 상술한 펀칭로드의 소도와 동일한 속도 범위인 0.6~8.0 m/min로 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션이 가압성형된 선단면에 접하여 가이드 성형부(234)와 리듀싱 성형부(232)의 헬리칼 각도의 곡률을 따라 회전하면서 수직이동하여 플런징 샤프트(5)가 리듀싱 성형부(232) 상측으로 취출되도록 한다. 즉, 플런징 샤프트의 취출은 리듀싱 성형부(232)의 역방향으로 취출되기 때문에 성형과정에서의 플런징 샤프트의 회전방향과는 반대방향으로 회전하게 되고, 이 때, 취출수단의 푸싱로드핀의 가압속도가 0.6 m/min 보다 작게되면 이미 성형된 헬리칼 세레이션의 파손으로 인한 제품불량이 발생되고, 8.0 m/min 보다 크게 되면 리듀싱 성형부의 헬리칼 세레이션을 손상시켜 금형 손상으로 인한 문제가 발생된다. 다만, 상기 속도 범위에서 푸싱로드핀의 속도가 펀칭로드의 속도보다는 빨리 설정하여도 바람직하다. 이미 세레이션이 성형된 상태이므로, 사실상 이미 세레이션이 성형된 구간을 따라 빠르게 안내될 수 있는 것이다.

나아가, 상기 가이드 성형부(234)의 길이는 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션이 성형되는 길이보다 길게 형성되어 헬리칼 세레이션 요구 길이에 따라 성형이 가능하고, 취출수단(300)에 의해 플런징 샤프트(5)에 성형될 헬리칼 세레이션의 길이에 대응되도록 플런징 샤프트 선단의 회전하향이동을 제한하도록 형성된다.

여기서, 가이드 성형부(234)의 길이를 길게 형성함으로써, 다양한 헬리칼 세레이션의 길이를 가진 성형에 적용하여 범용성이 확대되고, 취출수단의 푸싱로드핀이 헬리칼 세레이션이 성형되는 처음부터 플런징 샤프트의 선단에 대응시킴에 따라 플런징 샤프트에 성형되는 헬리칼 세레이션의 길이의 파악이 용이할 뿐만 아니라 푸싱로드핀의 수직상승 길이도 쉽게 계산이 가능하여 적절한 유압의 제공을 통해 푸싱로드핀의 이동거리를 계산하여 취출이 용이할 뿐만 아니라 헬리컬 세레이션의 길이가 먼저 선정될 경우에는 이를 역으로 계산하여 헬리컬 세레이션의 길이가 항상 동일하게 성형될 수 있도록 플런징 샤프트의 성형과정에 따른 회전하향이동을 제한함으로써, 동일한 헬리컬 세레이션 길이를 가진 제품의 생산이 가능하게 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치 및 이를 이용한 성형방법을 통해 종래 전조 성형으로 인한 문제점과 단조 성형에 따른 문제점을 모두 해결할 수 있게 되고, 입체적인 형상에서도 금형 분할 없이도 취출이 용이하여 단조 성형의 공정시간 증대를 전조 성형에 가깝게 빠르게 성형이 가능하며, 전조 성형의 문제점이 치수 정밀성의 저하를 보다 정밀한 성형으로 가능하면서도 별도의 후가공이 없어 전체적인 공정시간 단축과 생산시간 단축 및 생산효율 증대가 가능한 것은 자명한 것이다.

이상에서는 본 발명을 하나의 실시예로서 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않고, 기술사상 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자라면 다수의 변형 및 수정이 가능함은 명백한 것이며, 본 발명의 실시예와 실질적 균등범위까지 포함된다 할 것이다.기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.

1 : 유압프레스 2 : 펀칭로드
3 : 테이블 4 : 통공
5 : 플런징 샤프트 HS : 헬리칼 세레이션
100 : 헬리칼 세레이션 성형장치 200 : 세레이션 성형금형수단
210 : 금형하우징 212 : 금형결합공
220 : 바툼가이드금형 222 : 가이드통공
230 : 세레이션 성형금형 232 : 리듀싱 성형부
234 : 가이드 성형부 240 : 탑가이드금형
242 : 펀칭공 250 : 홀더링
300 : 취출수단 310 : 푸싱로드핀
320 : 취출유압실린더 S100 : 성형 전처리단계
S120 : 취출수단설치단계 S140 : 성형금형설치단계
S160 : 공작물 준비단계
S200 : 공작물 투입단계 S300 : 공작물회전 성형단계
S400 : 공작물회전 가이드단계 S500 : 회전취출단계

Claims (14)

1. 냉간 단조 성형을 위한 가압로드가 형성되고, 가압로드 선단에 압력을 인가받도록 펀칭로드(2)가 형성되며, 펀칭로드 직하 및 주변으로 금형의 고정내지는 공작물의 고정을 위한 다수의 통공(4)이 형성된 테이블(3)로 구비된 유압프레스(1)를 통해 자동차용 드라이브 샤프트에 포함되는 플런징 샤프트(중간샤프트)와 등속조인트에서 플런징 샤프트(5)를 구성하는 아우터 튜브와 인너 샤프트의 각각의 선단이 등속조인트와 백래시 없이 억지 결합하도록 헬리칼 각도인 5'~10°를 가진 헬리칼 세레이션의 성형장치에 있어서,
   상기 헬리칼 세레이션 성형장치(100)는 유압프레스(1)의 테이블(3) 상에 안치결합하여 고정하고, 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트(5)(아우터 튜브와 인너 샤프트)의 헬리칼 세레이션(HS) 성형이 이루어지는 선단부가 끼움결합되며, 플런징 샤프트(5)의 후단을 펀칭로드(2)가 가압하여 플런징 샤프트(5) 선단부 외경이 하향 가압되면서 리듀싱 성형부(232)와 가이드 성형부(234)에 형성된 헬리칼 각도의 곡률을 따라 플런징 샤프트(5)의 선단측 외경이 회전이동하면서 항상성이 유지되는 헬리칼 세레이션(HS)이 가압성형 및 가이드되도록 마련된 세레이션 성형금형수단(200)과;
   상기 세레이션 성형금형수단(200)의 리듀싱 성형부를 따라 하향 이동하여 헬리칼 세레이션(HS)이 가압성형된 플런징 샤프트(5) 선단을 상향가압하여 헬리칼 각도로 성형된 리듀싱 성형부의 헬리칼 세레이션의 골과 산의 헬리칼 각도의 곡률을 따라 가압성형시 회전방향의 반대방향으로 회전하면서 상향배출되도록 상기 세레이션 성형금형수단(200)과 동일 수직선상의 테이블 하측으로 마련된 취출수단(300);으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 세레이션 성형금형수단(200)은 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)와 투입공(4)이 위치된 동일 수직선상의 테이블(3) 상에 결합되고, 중심에 금형결합공(212)이 투입공(4)과 동일 수직선상에 관통 형성된 금형 하우징(210)과;
   상기 금형결합공(212) 내부 하부에 끼움결합되고, 중심에 가이드통공(222)이 펀칭로드(2)와 투입공(4)이 위치된 동일 수직선상에 상기 취출수단(300)이 상하이동하여 헬리칼 세레이션(HS)이 성형된 플런징 샤프트(5)의 선단을 상측으로 가압하여 밀어올리도록 마련되며, 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)의 가압에 따른 압력을 받침지지하도록 형성된 바툼가이드금형(220)과;
   상기 바툼가이드금형(220) 상부에 안치되고, 중심으로 헬리칼 각도로 헬리칼 세레이션 문양이 형성된 리듀싱 성형부(232)와 가이드 성형부(234)가 상기 가이드통공(222)과 동일 축선상에 형성되며, 플런징 샤프트(5)의 선단이 상기 리듀싱 성형부(232)상측으로 끼움되어 펀칭로드(2)의 가압속도와 압력에 의해 플런징 샤프트(5)가 리듀싱 성형부(232)를 통해 헬리칼 각도의 곡률을 따라 하향 회전이동하면서 선단측 외경이 가압성형되고, 상기 리듀싱 성형부(232) 하측으로 헬리칼 각도의 곡률이 연속되도록 내주연에 헬레컬 세레이션 문양이 형성된 상기 가이드 성형부(234)에 의해 플런징 샤프트(5) 선단측 외주연에 헬리칼 세레이션(HS)이 가압속도에 따라 가이드 성형부의 헬리칼 각도의 곡률을 따라 하향 회전하며 안내되도록 마련된 세레이션 성형금형(230)과;
   상기 세레이션 성형금형(230) 상부면에 대응되어 결합되고, 펀칭로드(2)에 의한 플런징 샤프트(5) 후단을 가압하는 과정에서 세레이션 성형금형(230)이 유동하지 않도록 바툼가이드금형(220)과 함께 상하로 세레이션 성형금형(230)이 고정되도록 마련되며, 중심에 펀칭공(242)이 리듀싱 성형부(232)와 동일 수직선상에 형성되는 탑가이드금형(240)과;
   상기 금형 하우징(210) 상부에 결합되어 탑가이드금형(240)이 상측으로 이탈되지 않고, 상하 움직임 없이 고정되도록 마련된 홀더링(250);으로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 플런징 샤프트(5)(아우터 튜브와 인너 샤프트의 헬리칼 세레이션 성형전 직경은 리듀싱 성형부(232)보다 크게 형성되되,
   상기 펀칭로드(2)의 가압에 의해 상기 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션(HS)이 성형되는 선단측 외주연은 리듀싱 성형부(232)에서 등속조인트에 결합되는 치수로 축관(관경이 축소)되면서 헬리칼 세레이션의 산과 골의 표면 밀도가 압축되어 경도 향상과 내마모성 및 내구성이 증대되는 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 플런징 샤프트의 선단측 외주연을 가압성형하여 형성된 헬리컬 세레이션의 산과 골이 가압성형에 따른 복원량에 대응되도록 상기 리듀싱 성형부(232)의 내경은 헬리컬 세레이션이 성형된 설계된 외경보다 작게 형성되되,
   상기 플런징 샤프트(5)의 선단측 외주연에 가압성형되는 헬리컬 세레이션(HS)의 외경 복원량에 대하여 완충되도록 가이드 성형부(234)의 내경이 리듀싱 성형부(232) 내경보다 크게 형성하여 치수오차가 최소화되고, 리듀싱 성형부(232)에서 헬리칼 각도를 따라 원할하게 회전하면서 가압성형되도록 동일한 헬리칼 각도의 곡률로 안내되는 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치.
   
5. 제 2항에 있어서,
   상기 취출수단(300)은 유압프레스(1)의 가압로드 선단에 형성된 펀칭로드(2)와 동일축선상의 형성되는 테이블(3)의 통공(4)을 통해 바툼가이드금형(220)에 형성된 가이드통공(222)을 통해 가이드 성형부(234)의 중심 상측으로 돌출형성되고, 플런징 샤프트(5) 선단이 리듀싱 성형부(232)를 통해 헬리칼 세레이션이 성형될 길이만큼 가이드 성형부(234) 하측으로 하향이동되는 푸싱로드핀(310)과;
   상기 바툼가이드금형(220)의 가이드통공(222)과 동일축선상의 테이블 직하로 결합되고, 가이드 성형부(234) 하측으로 하향이동된 푸싱로드핀(310)이 플런징 샤프트(5)의 헬리컬 세레이션이 형성된 일단에 접한 상태로 플런징 샤프트(5)를 일정속도로 수직의 중심축선을 따라 밀어올리면서 헬리칼 각도의 곡률을 따라 회전하여 배출되도록 일정압력으로 작동되는 취출유압실린더(320)로 형성되되,
   상기 취출실린더의 푸싱로드핀의 가압속도는 0.6~8.0 m/min로 플런징 샤프트(아우터 튜브와 인너 샤프트)의 하단에 접하여 가이드 성형부(234)와 리듀싱 성형부(232)의 헬리칼 각도의 곡률을 따라 회전하면서 수직이동하여 플런징 샤프트(5)가 리듀싱 성형부(232) 상측으로 취출되도록 마련된 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 가이드 성형부(234)의 길이는 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션이 성형되는 길이보다 길게 형성되어 헬리칼 세레이션 요구 길이에 따라 성형이 가능하고, 취출수단(300)의 푸싱로드핀(310)에 의해 플런징 샤프트(5)에 성형될 헬리칼 세레이션의 길이에 대응되도록 플런징 샤프트 선단의 회전하향이동을 제한하도록 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)의 가압속도는 0.6~8.0 m/min 인것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치.
   
8. 냉간 단조 성형을 위한 가압로드가 형성되고, 가압로드 선단에 압력을 인가받도록 펀칭로드(2)가 형성되며, 펀칭로드 직하 및 주변으로 금형의 고정내지는 공작물의 고정을 위한 다수의 통공(4)이 형성된 테이블(3)이 구비된 유압프레스(1)를 이용한 드라이브샤프트의 플런징 샤프트(5)(아우터 튜브와 인너 샤프트) 선단측 외주연에 헬리칼 세리이션(HS)을 성형하는 방법에 있어서,
   플런징 샤프트(5)의 취출을 위한 취출수단(300)을 테이블(3) 하부면에 결합하여 준비하고, 펀칭로드(2)와 동일수직선상에 금형하우징(210)이 고정결합한 후, 금형하우징(210) 내부에 바툼가이드금형(220)-세레이션 성형금형(230)-탑가이드금형(240) 순으로 결합하여 홀더링(250)으로 고정하는 세레이션 성형금형수단(200)을 준비하며, 헬리칼 세레이션이 성형되지 않은 플런징 샤프트(5)를 준비하는 성형 전처리단계(S100)와;
   상기 성형 전처리단계를 통해 준비된 플런징 샤프트(5)의 헬리컬 세레이션이 외주연에 성형되기 위한 선단이 상기 세레이션 성형금형수단(200)의 탑가이드금형(240)을 통해 투입되어 헬리칼 세레이션 형상이 가공된 리듀싱 성형부(232) 상부면에 안치되고, 리듀싱 성형부(232) 중심과 플런징 샤프트(5) 및 펀칭로드(2)가 동일 수직선상에 위치되는 공작물 투입단계(S200)와;
   상기 플런징 샤프트(5)의 후단에 펀칭로드(2)가 대응되어 일정속도로 가압하면서 플런징 샤프트(5) 선단이 리듀싱 성형부(232)를 통과하면서 내주연에 헬리칼 세레이션 형상이 가공된 리듀싱 성형부의 헬리칼 각도의 곡률을 따라 플런징 샤프트가 회전하면서 선단측 외주연에 헬리칼 세레이션이 가압성형되는 공작물회전 성형단계(S300)와;
   상기 플런징 샤프트의 선단측 외주연이 헬리칼 각도의 곡률을 따라 회전가압 성형되는 리듀싱 성형부(232)의 하부를 통과하는 지점으로부터 리듀싱 성형부의 헬리컬 각도 곡률과 동일한 헬리칼 곡률로 연속되도록 내주연에 헬리컬 세레이션 형상이 가공된 가이드 성형부(234)를 통해 상기 플런징 샤프트의 선단측 외주연에 가압성형된 헬리칼 세레이션이 가이드 성형부(234)의 헬리칼 세레이션의 헬리칼 각도 곡률을 따라 회전 하향이동하고, 동시에 플런징 샤프트의 선단이 취출수단(300)의 푸싱로드핀(310) 상단과 접하면서 헬리칼 세레이션의 성형될 길이만큼 가이드 성형부(234)에서 회전 하향이동하며, 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션이 가이드 성형부(234)의 헬리칼 각도의 곡률로 안내되면서 리듀싱 성형부(232)의 회전성형작동이 보다 원할하게 이루어지는 공작물회전 가이드단계(S400)와;
   상기 공작물회전 가이드단계를 통해 가이드 성형부(234) 하측으로 하향이동되어 테이블(3) 하측으로 돌출된 푸싱로드핀(310)을 상측으로 일정압력과 속도로 밀어올려 푸싱로드핀(310)이 플런징 샤프트(5)를 가이드 성형부(234)를 거쳐 리듀싱 성형부(232) 상측으로 공작물 투입단계의 위치로 헬리칼 곡률을 따라 회전하며 상향이동시켜 배출되도록 마련된 공작물 회전취출단계(S500);로 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치를 이용한 성형방법.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 성형 전처리 단계(S100)는 플런징 샤프트(5)의 선단측 외주연에 헬리칼 세레이션(HS)이 성형이 완료된 플런징 샤프트(5)의 아우터 튜브 또는 인너 샤프트가 리듀싱 성형부(232)와 가이드 성형부(234)에 형성된 헬리칼 세레이션(HS)의 헬리칼 각도 곡률을 따라 회전하며 상향 이동하여 배출되도록 상기 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)와 테이블(3)의 통공(4)과 동일 수직선상의 테이블 하부면에 취출수단(300)이 구비되도록 준비하는 취출수단설치단계(S120)와;
   상기 리듀싱 성형부(232)와 가이드 성형부(234)가 형성된 세레이션 성형금형(230) 하부면에 바툼가이드금형(220)이 대응되고, 상부면에는 탑가이드금형(240)이 대응되어 금형하우징(210)에 끼움되어 유압프레스의 압력으로 인한 세레이션 성형금형(230)의 유동방지와 축선의 변화를 방지하며, 금형하우징(210) 상부에 상기 탑, 바툼 가이드금형(220,240)과 세레이션 성형금형(230)이 이탈되지 않도록 홀더링(250)이 결합된 세레이션 성형금형수단(300)을 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)와 테이블(3)의 통공(4) 및 취출수단(300)과 동일 수직선상에 중심이 위치되도록 테이블(3)에 고정하는 성형금형설치단계(S140)와;
   드라이브 샤프트의 헬리칼 세레이션이 성형되지 않은 플런징 샤프트(5)(아우터 튜브와 인너 샤프트)를 준비하는 공작물 준비단계(S160);로 마련된 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치를 이용한 성형방법.
   
10. 제 8항에 있어서,
    상기 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션 성형전 직경은 리듀싱 성형부(232)보다 크게 형성되되,
    상기 펀칭로드(2)의 가압에 의해 상기 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션(HS)이 성형되는 선단측 외주연은 리듀싱 성형부(232)에서 등속조인트에 결합되는 치수 내지는 치수보다 작게 형성되어 축관(관경이 축소)되면서 헬리칼 세레이션의 산과 골의 표면 밀도가 압축되어 경도 향상과 내마모성 및 내구성이 증대되는 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치를 이용한 성형방법.
    
11. 제 8항에 있어서,
    상기 리듀싱 성형부(232)의 내경보다 가이드 성형부(234)의 내경이 더 크게 형성되어 리듀싱 성형부를 통해 플런징 샤프트의 선단측 외주연에 헬리컬 세레이션의 가압성형에 따른 플런징 샤프트의 복원량에 대응되어 완충되어 치수오차가 최소화되고, 리듀싱 성형부(232)에서 헬리칼 각도의 곡률을 따라 원할하게 회전하면서 가압성형되도록 연속되면서 동일한 헬리칼 각도의 곡률을 통해 안내되는 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치를 이용한 성형방법.
    
12. 제 8항에 있어서,
    상기 취출수단(300)의 푸싱로드핀의 가압속도는 0.6~8.0 m/min로 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션이 가압성형된 선단면에 접하여 가이드 성형부(234)와 리듀싱 성형부(232)의 헬리칼 각도의 곡률을 따라 회전하면서 수직이동하여 플런징 샤프트(5)가 리듀싱 성형부(232) 상측으로 취출되도록 마련된 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치를 이용한 성형방법.
    
13. 제 8항에 있어서,
    상기 가이드 성형부(234)의 길이는 플런징 샤프트(5)의 헬리칼 세레이션이 성형되는 길이보다 길게 형성되어 헬리칼 세레이션 요구 길이에 따라 성형이 가능하고, 취출수단(300)에 의해 플런징 샤프트(5)에 성형될 헬리칼 세레이션의 길이에 대응되도록 플런징 샤프트 선단의 회전하향이동을 제한하도록 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치를 이용한 성형방법.
    
14. 제 8항에 있어서,
    상기 유압프레스(1)의 펀칭로드(2)의 일정속도인 가압속도는 0.6~8.0 m/min 인것을 특징으로 하는 자동차용 드라이브 샤프트의 플런징 샤프트 헬리칼 세레이션 성형장치를 이용한 성형방법.
    

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