KR930012257B1 - 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조된 축과 그 축의 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조된 축과 그 축의 제조 방법 및 제조 장치

제1도 및 제2도는 본 발명의 제1태양의 실시 예에 따른 냉간단조축을 나타낸 것으로써, 제1도는 축의 정면도이고, 제2도는 플랜지부와 그 주위의 종단면 확대도.

제3도 내지 제6도는 본 발명의 제3태양의 실시 예에 따른 장치를 나타낸 것으로써, 제3도는 장치의 종단면도.

제4도는 상기 장치의 제2형틀세트 부분의 종단면 확대도. 제5도는 상기 장치에 구성된 반송장치의 개략적인 평면도이고, 제6도는 제5도에 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 절단한 단면도.

제7a도는 미가공 상태인 막대부재의 정면도.

제7b도는 본 발명에 따르는 장치의 제1형틀세트에서 단조된 상태의 냉간단조 축을 나타내는 정면도.

제8도 및 제9도는 본 발명의 제1태양의 또 다른 실시 예에 따른 냉간단조 축을 나타낸 것으로써, 제8도는 그 축의 정면도, 제9도는 플랜지부와 그 주위의 종단면 확대도.

제10도 내지 제13도는 본 발명의 제3태양의 또 다른 실시 예에 따르는 장치를 나타낸 것으로써, 제10도는 그 장치의 종단면도, 제11도는 그 장치의 제3형틀세트 부분의 종단면 확대도.

제12도는 그 장치의 반송장치의 개략적인 평면도.

제13도는 제12도에서 ⅩⅢ-ⅩⅢ선을 따라 절단한 단면도이다.

제14a도는 본 발명에 또 다른 실시 예에 따르는 냉간단조 축이 되기 위한 미가공 상태에서의 막대부재를 나타내는 정면도.

제14b도는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르는 장치의 제1형틀세트에서 단조된 상태의 냉간단조축을 나타내는 장면도.

제15도는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르는 장치의 제2형틀세트에서 단조된 상태의 냉간단조축을 나타내는 정면도.

제16도 내지 제19도는 종래의 냉간단조축의 설명도로써, 제16도는 장착된 냉간단조축이 사선으로 표시되어 있는 기동모타를 나타내는 정면도.

제17도 내지 제19도는 종래의 방법으로 축을 냉간단조하는 각각의 단계를 나타내는 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기동모타(starter motor) 2 : 전동자 축

3, 12 : 기어 4a, 15 : 작 직경부

4b : 대직경부 4c, 13 : 플랜지부

10, 20 : 냉간단조축 11 : 축 본체부

14 : 테이퍼부 21 : 제1형틀세트

22 : 제2형틀세트 23 : 반송장치

29, 30 : 녹아웃핀(knock-out pin) 31, 32 : 클램프

본 발명은 내연기관의 기동모타(starter motor)의 전동자 축 등에 사용될 수 있도록 일단에 기어, 톱니 등의 이형형상부가 형성된 냉간단조된 축과 그 축의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 제16도에 예시한 바와 같이, 내연기관의 기동모타(1)에 사용되는 전동자 축(2)의 일단부에는, 내연기관의 크랭크축(crankshaft)에 단방향 클러치(one-way clutch)를 통하여 연결되는 기어(3)가 형성되어 있다.

상기 전동자 축(2)의 경우, 그 외형형상과 기어(3)는 일반적으로 절삭 가공에 의하여 형성되지만 제작의 단순화를 위하여 냉간단조에 의해 서로 형성시키려는 노력이 전개되어 왔다.

지금까지 행해진 냉간단조는 제17도와 제18도에 도시된 방법으로 행하여진다.

먼저, 제17도에 도시된 것과 같은 막대부재 W1를 소재로써 준비한다. 이 막대부재 W1은 단조형틀에서 전방 압출 됨에 따라 제18도에 도시한 바와 같이 대직경부(4a)와 소직경부(4b)을 갖는 원형축(shaft blank)(W2)이 형성되고, 그후 제19도에 나타낸 바대로, 소직경부(4a)는 그 외부 면이 고르게 되도록 다른 형틀에 의해서 재차 압출 되고, 동시에 대직경부(4b)의 일단부에는 플랜지부(4c)가 형성되도록 비교적 약한 힘에 의해 압축되며, 대직경부(4b)의 타단부로부터는 미리 설정된 길이 만큼의 기어(3)가 형성된다.

이에 따라, 전동자 축(2)이 완성된다.

그러나, 전술한 통상의 전동차 축(2)은 다음과 같은 결점이 있다.

즉, 전술한 냉간단조에 의해 전동자 축을 성형하는 경우, 성형 후 열처리하는 동안 가끔 전동자 축(2)의 휨 변형이 발생하는바, 이러한 휨 변형은 성형 후 교정되어져야 한다. 그러나 이러한 휨 변형을 교정하는 경우, 전동자 축의 소직경부(4a)와 플랜지부(4c) 간의 연결부에 교정력으로 인한 응력이 집중되어 그 연결부 형상의 변화가 상당히 크기 때문에, 자칫 전동자 축이 파손되는 결점을 초래한다.

또한, 기동모타(1)가 기동하게 되면, 전동자 축(2)은 크랭크축으로부터 반력(대향력)을 받게 되어, 전동자 축이 비틀리게 된다. 그러한 경우, 비틀림 력과 비틀림 진동은 전술한 경우와 마찬가지로 소직경부(4a)와 플랜지부(4c) 사이의 연결부에 응력을 집중하게 된다.

따라서, 전동자 축(2)의 강도가 저하될 우려가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 상기의 결점들을 효과적으로 해결할 수 있도록 그 일단부에 이형형상부가 형성된 냉간단조된 축을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 본 발명에 따라 냉간단조된 축을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 본 발명에 따라 냉간단조된 축을 제조하기 위하여 상기의 방법을 실시하는데 적합한 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 제1태양에 따르면, 그 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조된 축에는 그 축의 종방향의 중간부에 형성된 플랜지부와, 그 플랜지부의 상기 이형형상부와 반대측의 기부에 직경이 점차적으로 감소되는 테이퍼(taper)부를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2태양에 따르면, 원주형 막대부재를 형틀 내에서 압축 가공하여 그 단부에 기어인 이형형상부를 형성함과 동시에 이 이형형상부의 타단부로 갈수록 직경이 증가하는 적어도 하나이상의 단을 형성하는 단계와, 상기 단계에서 이형형상부와 적어도 하나이상의 단이 형성된 축을 180˚ 역전시킨 상태로 다른 형틀에 압입하여 상기 이형형상부 반대측을 압출 하므로 써 상기 축의 중간부에는 일정 폭만큼 외부로 돌출 된 플랜지부를 형성함과 동시에 상기 플랜지부 저부에는 직경이 점차 감소되는 데이퍼부를 형성하는 단계와, 상기 단계에서 플랜지부와 테이퍼부가 형성된 축을 180˚ 역전시킨 상태로 또 다른 형틀에 압입하여 이형형상부 쪽을 압축하므로 써 상기 이형형상부 반대측 플랜지부 저부에는 축의 중심이동여부를 측정할 때 이용되도록 직경이 균일한 직선부를 형성함과 동시에 상기 직선부에 연속으로 마디부를 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제3태양에 따르면, 일단부에 이형형상부를 가진 냉간단조축의 제조장치에 있어서, 일정직경을 갖는 구속구멍이 적어도 하나이상의 단이 지도록 형성됨과 동시에 기어형성용 이빨이 형성되어 있는 형틀과, 상기 형틀에 형성된 구속구멍 내에 막대부재를 압입하도록 펀치형상으로 형성된 또 다른 형틀이 서로 대향 배치된 제1형틀세트와, 기어 마름질용 이빨이 형성되어 있는 형틀과, 개구부로부터 그 하측으로 갈수록 직경이 점차 감소하도록 데이퍼부를 형성하는 구속구멍이 적어도 하나이상의 단이 지도록 형성된 또 다른 형틀이 서로 대향 배치된 제2형틀세트와, 상기 제1, 제2형틀세트에서 가공된 축을 압지하는 클램프와, 상기 클램프에 의해 압지 된 축을 180˚로 역전시키도록 상기 클램프를 작동시키는 피니언과, 상기 클램프와 함께 선회되도록 상기 피니언과 맞물려 있는 구동기어와, 상기 구동기어를 구동시키는 액츄에이터를 포함하는 역전장치를 갖도록 반송장치가 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제1태양에 따르면, 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조된 축에서 플랜지부와 그 이웃한 부분간의 연결부분은 테이퍼부로 형성된다.

상기 연결부의 형상 변화가 완만하기 때문에 상기의 휨 변형 교정 시 또는 동력 전달 시에 비틀림 력이 축에 발생한다고 하더라도, 응력을 적절하게 분산시킴으로써 축의 강도를 증대시킨다.

또한, 본 발명의 제2태양에 따르는 방법에 의해서 일단부에 이형형상부를 갖는 축의 냉간단조 동작은 일련의 공정들을 통하여 효과적이고도 용이하게 수행될 수 있다. 위와 같이 하여, 냉간단조된 축이 효율적으로 제조될 수 있다.

더구나, 본 발명의 제3태양에 따르는 장치는, 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조된 축을 제조하기 위한 상기의 방법을 원활하게 실시할 수 있도록 한다. 특히 냉간단조축의 이형형상부가 제1형틀세트에서 형성되고, 그후 제2형틀세트에서 업셋팅(upsetting) 가공에 의해 재형성됨으로써, 그 형상이 마름질된다. 그러므로 위와 같이 형성된 이형형상부는 매우 정밀한 형상을 갖게 된다.

이하, 본 발명의 제1태양의 실시 예에 관하여 제1도 및 제2도를 참조하여 설명한다.

제1도 중 참조번호(10)은 본 실시 예에 따라 냉간단조된 축을 나타내고, 축 본체부(11)의 일단부에 이형형상부인 기어(12)가 형성되고 축 본체부(11)의 중간부에 플랜지(flange)부(13)가 형성되며, 이 플랜지부(13)의 하부에는 제2도에 도시한 바와 같이 하방으로 갈수록 점차적으로 직경이 감소하는 테이퍼(taper)부(14)가 형성되고, 축 본체(11)의 타단부에는 소직경부(15)가 형성되고, 상기 플랜지부(13)에서부터 상기 기어(12)의 상단부까지의 길이와 상기 플랜지부(13)로부터 소직경부(15)의 단부까지의 축 본체의 길이가 같도록 형성되고, 상기 소직경부(15)측에 상기 테이퍼부(14)가 형성된다.

이와 같이 형성된 축(10)은 베어링을 통하여 소직경부(15)를 기동모타의 하우징 내부에 삽입하는 방법으로 전술한 기동모타에 장착된다.

본 실시 예에 따라 상기와 같이 형성된 냉간단조축(10)에서, 테이퍼부(14)는 소직경부(15)에 일단부가 접해있는 축 본체(11)에서부터 플랜지부(13)로 감에 따라 그 단면이 완만하게 변하도록 되어 있다. 따라서, 축을 열처리할 때에 변형이 생겨서, 그 휨 변형을 교정해야할 필요가 생기거나, 심지어는 축에 대해 수직으로 외력이 가해지더라도 플랜지부(13)와 축 본체부(11) 사이의 연결부에 가해지는 응력이 완만하게 분산되어 응력집중을 피할 수 있다.

따라서, 교정 시 강도가 저하되는 것을 억제함과 동시에 품질이 양호하게 된다.

또한, 축이 기동트모타 등에 장착되거나, 동력전달에 이용될 때 발생하는 비틀림(torsion)이나 비틀림 전동의 경우에도 상술한 바와 같이 응력집중을 피할 수 있으므로 강도를 개선할 수 있다.

이하에서 본 발명의 제3태양의 실시 예에 따르는 냉간단조된 축의 제조장치를 제3도 내지 제7도 및 제1도를 참조하여 설명한다.

제3도 중 참조번호(20)은 본 실시 예에 따르는 냉간단조축의 제조장치를 나타낸다.

이 장치에는 제1형틀세트(21) 및 이와 짝을 이루는 제2형틀세트(22)와 상기 제1형틀세트(1)와 제2형틀세트(22) 사이에서 냉간단조된 축(10)을 반송하는 반송장치(23)가 구성되어 있다. 제1 및 제2형틀세트(21)(22)는 각각 한 쌍의 형틀을 갖고 있다. 각각의 형틀세트를 구성하는 형틀들은 서로 대향되게 배치되고, 그중 한 형틀이 다른 한 형틀에 가까워지거나 멀어지는 작동을 할 수 있도록 구성되어 있고, 다른 하나의 형틀은 고정되어 있다.

제1형틀세트(21)의 형틀(21a)에는 구속구멍(24)과 이빨(25)이 형성되어 있다. 상기 구속구멍(24)은 제1형틀세트(21)의 다른 한 형틀(21b)을 향하여 개구되도록 형성되어 있고, 냉간단조축(10)의 외형을 의도된 대로 형성시킨다. 이빨(25)은 기어(12)를 형성하기 위하여 구속구멍(24)의 하단부에 형성되어 있다. 상기 제1형틀세트(21)의 또 다른 한 형틀(21b)은 형틀(21a)의 구속구멍(24)내에 삽입될 수 있도록 펀치 모양으로 되어 있다.

한편, 제2형틀세트(22)의 한 형틀(22b)에는 이빨(26)이 형성되어 있고, 또 다른 형틀(22a)에는 구속구멍(27)이 형성되어 있다.

상기 이빨(26)은 냉간단조된 축(10)의 일단부가 삽입될 수 있도록 외주면에 형성되고, 이에 따라 상기 냉간단조된 축(10)의 기어(12)가 형성된다.

상기 구속구멍(27)은 형틀(22b)을 향하여 개구 되도록 형성되어 있고, 구속구멍(27)의 개구단부로부터 그 상측으로 감에 따라 직경이 점차적으로 감소하는 데이퍼부를 형성할 수 있도록 테이퍼 형성부(27a)가 구성되어 있다.

특히, 제3도에 나타난 바와 같이, 제1형틀세트(21)를 구성하는 한 형틀(21a)의 구속구멍(24)은 하부로 연장되어 있으며, 단층식으로 그 직경이 감소하도록 형성되어 있다.

녹아웃핀(28)이 구속구멍(24)의 하부에 장착되어 있는바, 냉간단조된 축(10)이 구속구멍(24)내에서 성형된 후, 그 축(10)을 구속구멍(24)으로부터 이탈시키기 위하여 구속구멍(24)속으로 미끌어지며 삽입될 수 있도록 되어 있다.

위와 유사한 녹아웃핀(29)(30)이 제2형틀세트(22)의 형틀(22a)(22b)에도 장착되어 있고, 형틀(22a)(22b) 속으로 각각 미끌어지며 삽입되도록 되어 있다.

한편, 상기 제2형틀세트(22)의 구속구멍(27)은 제1형틀세트(21)의 구속구멍(24) 보다 그 직경이 약간 크게 되어 있다.

상기 구속구멍(27)은 그 하부의 직경이 상부의 직경보다 작게 단층모양으로 되어 있다.

제5도에 도시한 바와 같이 반송장치(23)에는 형틀세트(21)(22)에 각각 대응된 위치에 클램프(clamp)(31)(32)가 형성되어 있다.

상기 반송장치(23)는 대체로, 형틀세트(21)(22)가 종으로 배열되어 있는 방향에 대해 직교하는 방향 즉, 전. 후(횡)로 움직이도록 조정된다.

클램프(31)(32)는 제1형틀세트(21)의 형틀(21a)(21b) 및 제2형틀세트(22)의 형틀(22a)(22b)로부터 떨어져 있다가 냉간단조된 축(10)이 각각의 형틀세트(21)(22)로부터 녹아웃핀(28)(29)(30)에 의해 밀려나올 때, 이 냉간단조된 축(10)을 압지 할 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 제1형틀세트(21)의 클램프(31)에는 반송장치(23)의 전. 후 운동에 대해 180˚ 선회할 수 있는 역전장치(reversing mechanism)가 구성되어 있다.

제6도에 도시한 바와 같이, 역전장치(33)는 피니언(pinion)(34)과 구동기어(35) 및 액츄에이터(36)로 구성되어 있고, 상기 피니언(34)은 클램프(31)를 작동시키기 위해 하나의 로드(rod) 위에 고정 탑재되어 있다.

구동기어(35)가 클램프(31)와 같이 선회할 수 있도록 클램프(31)위(도면에서는 우측)에 탑재되어 있고 항상 피니언(34)과 맞물리도록 되어 있다. 액츄에이터(actuator)(36)는 구동기어(35)에 연결되어 있다. 상기와 같이 구성하면 클램프(31)가 움직일 때, 구동기어(35)와 피니언(34)이 액츄에이터(36)에 의해 선회됨으로써 클램프(31)를 역전시킨다.

각 형틀세트(21)(22)는 동일한 간격으로 배열되어 있고, 상기 반송장치(23)의 이동 범위도 상기 간격과 일치하도록 되어 있다. 또한, 반송장치(23)가 상기 범위 내에서 이동하는 동안 클램프(31)는 예를 들어 제1형틀세트(21)에서 반 가공 상태로 형성된 축을 제2형틀세트(22)에서 완전한 모양으로 성형하기 위해 역전장치(33)에 의해 180˚ 선회시킨다.

본 실시 예에 따라 위와 같이 구성된 제조장치(20)의 작동을 본 발명의 제2태양의 실시 예에 따르는 제조방법과 함께 이하에서 설명한다.

우선, 제7a도에 나타낸 바와 같이, 미가공 상태의 원주형 막대부재가 제1형틀세트(21)의 형틀(21a)에 형성된 구속구멍(24) 속에 삽입된다. 이때, 형틀(21a)과 형틀(21b)은 서로 분리되어 있다. 삽입 후, 형틀세트(21)에서 제3도에 나타난 바와 같이 상부에 위치해 있는 형틀(21b)이 하부에 놓여 있는 형틀(21a)를 향해서 하방으로 움직임으로써, 막대부재가 형틀(21a)의 구속구멍(24) 속으로 압입되게 된다.

이와 같이 구속구멍(24)에 압입된 막대부재는 전방 압출에 의해 제1형틀세트(21)에서 성형된다.

즉, 상기 제1형틀세트(21)에서의 가공에 의해 냉간단조축(10)은 반 가공된 상태가 된다. 제7b도에 도시한 바와 같이 상기 반 가공된 축은 일단부에 구속구멍(24) 내의 이빨(25)에 의해 기어(12)가 형성되고, 타단부로 감에 따라 다단상으로 직경이 증가하는 형태가 된다. 즉, 구속구멍(24)의 형태대로 성형되는 것이다.

상기 가공이 완료되면, 상부 형틀(21b)과 하부 형틀(21a)은 서로 분리된다. 이와 동시에, 형틀(21a)의 구속구멍(24) 속으로 녹아웃핀(28)이 적정강도로 삽입되므로 써 냉간단조축(10)이 제1형틀세트(21)로부터 배출되면 클램프(31)에 의해 압지 된다. 이때, 상기한 바와 같이, 냉간단조축(10)은 제1형틀세트(21)의 구속구멍(24)의 내주면에 형성된 단에 의해 다단상으로 형성되고, 그 축을 녹아웃핀(28)으로 외부로 밀어낼 때 형틀세트(21)와 축과의 접촉력, 즉 마찰저항이 그들간의 경미한 상대운동에 따라 현저히 경감되므로 축의 배출을 용이하게 한다.

상기 축의 배출에 뒤이어 반송장치(23)가 작동함에 따라, 냉간단조축(10은 180˚ 역전된 상태로 즉, 기어(12)가 하부에서 상부로 바뀐 상태로 이를 제1형틀세트(21)로부터 제2형틀세트(22)의 하부 형틀(22a)에 삽입하기 위해 미리 설정된 위치로 이동하고, 이동이 완료되어 클램프(31)의 압지가 해제되면, 냉간단조축(10)은 역전된 상태를 유지하면서, 하부 형틀(22a)의 소직경부의 구속구멍(27) 속으로 삽입된다.

이때, 제1형틀세트(21)에서 반가공상태가 된 냉간단조축(10)이 제2형틀세트(22)의 구속구멍(27) 속으로 삽입되는 것과 동시에, 반송장치(23)에 의해 새로운 막대부재가 제1형틀세트(21)에 공급되므로써 제1형틀세트(21)의 제2형틀세트(22)에서 동시에 축의 가공이 행해진다.

상기 구속구멍(27)은 개구단부에 테이퍼 형성부(27a)가 형성되어 있으므로, 냉간단조축(10)이 테이퍼 형성부(27a)의 경사면을 따라 안내됨으로써, 부드럽고 확실하게 형틀(22a)의 구속구멍(27)내로 삽입된다. 이후, 상부 형틀(21b)(22b)이 다시 한번 하부 형틀(21a)(22a)을 향해 하강함에 따라 제1형틀세트(21)와 제2형틀세트(22)에 의한 냉간단조가 행해진다.

즉, 제2형틀세트(22)에서 상부 형틀(22b)이 하강함에 따라 제1도에 도시한 바와 같이, 첫째로, 제1형틀세트(21)에 의해 반 가공 상태인 냉간단조축(10)에 형성된 기어(12)가 상부 형틀(22b)의 이빨(26)에 의해 스퀴즈(squeeze) 됨으로써 그 형상이 마름질된다. 또한 하부 형틀(22a)은 기어의 반대측 축의 단부를 스퀴즈(squeeze) 함으로써 소직경부(15)를 형성한다. 상기 소직경부의 하단부가 녹아웃핀(29)에 인접되어 계속적으로 하강하는 동작이 중단되는 시점에 업셋팅(upsetting) 가공이 시작된다. 이러한 업셋팅 가공에 의해서, 냉간단조축 본체(11)의 중간부분에 플랜지부(13)가 형성된다. 이와 동시에, 하부 형틀(22a)의 테이퍼 형성부(27a)에 의해서 기어(12)의 반대측 플랜지부(13)의 저부에 테이퍼부(14)가 형성된다. 위와 같이 하여, 제1도에 도시된 바와 같은 냉간단조된 축(10)의 최종적 형상이 얻어진다.

한편, 상기 플랜지부(13)의 크기는 축(10)의 소직경부(15)의 단부가 녹아웃핀(29)과 어떤 위치에서 접하는가에 따라 달라지며, 플랜지부를 형성하지 않는 것도 가능하다.

위와 같이 형성된 냉간단조축(10)은 클램프(32)에 의해 압지 되어 배출된다.

본 발명의 실시 예에 따라 냉간단조축(10)을 제조한 장치(20)와 방법을 이용하여 일단부에 기어(12)를 갖는 냉간단조축(10)을 냉간단조하는 것은 일련의 가공을 통해 효율적이고도 용이하게 수행된다. 특히, 그 축에 형성되는 기어는 제1형틀세트(21)에서 1차로 형성되고, 그후 제2형틀세트(22)에서 업셋팅에 의해 재 성형되어 그 형상이 마름질되므로 그 칫수가 매우 정확해진다.

다음은 제8도 및 제9도를 참조하여 본 발명의 제1태양의 또 다른 실시 예에 따른 냉간단조축에 대해 설명한다.

제8도에서 참조버호(110)은 본 실시 예에 따르는 냉간단조된 축을 나타낸다. 그 축은 일단부에 이형형상부가 형성되어 있으며, 그 이형형상부는 기어(111)이고, 축의 종방향에 대하여 중간부에 플랜지부(112)가 형성되어 있다. 상기 플랜지부(112)의 하부 즉, 상기 기어(111)의 반대측 플랜지부(112) 기부에는 제9도에 도시한 바와 같이 직경이 점차적으로 감소하는 테이퍼부(113)가 형성되어 있다. 또한 제9도에 명확하게 나타난 바대로, 테이퍼부(113) 하부에 직선부(114)가 형성되어 있고, 그 직선부(114) 하부에는 마디부(115)가 형성되어 있다.

더구나, 본 실시 예에서, 소직경부(116)가 마디부(115) 하부에 연속해서 형성되어 있고, 이 소직경부(116)는 냉간단조된 축(110)이 기동모타에 설치될 때에 기동모타의 하우징에 탑재된 베어링을 통하여 삽입된다.

또한, 직선부(117)는 플랜지부(112)와 기어(111) 사이에 형성되어서 축(110)이 기동모타에 설치될 때에 베어링을 지지하는 역할을 한다. 도면상 플랜지부(112) 상단에서부터 마디부(115) 하단부까지의 길이가 플랜지부(112) 상단에서부터 기어(111)가 상단부까지의 길이가 동일하도록 형성되어 있다.

한편, 상기 테이퍼부(113)는 축(110) 측면의 마디부(115)와 동일선상에 형성되어 있다.

본 실시 예에 따라 상기와 같이 형성되는 냉간단조축(110)에서, 테이퍼부(113)는 직선부(114)에서 플랜지부(112)로 갈수록 단면이 완만하게 변화한다(감소한다). 따라서 축이 열처리되는 동안 휨 변형이 일어나면 그러한 휨 변형을 교정해야 할 필요성이 생기는 경우에는 물론, 축방향과 수직으로 외력이 걸리는 경우, 플랜지부(112)와 직선부(114)를 연결하는 연결부에 걸리는 응력이 완만하게 분산되어 응력 집중을 피하게 된다.

결과적으로, 교정으로 인한 축의 강도가 저하되는 것을 억제하므로 품질이 양호해진다.

더구나, 냉간단조된 축(110)이 기동모타에 설치되거나 동력전달에 이용될 때 비틀림이나 비틀림 진동이 발생하는 경우에 있어서도, 상기와 같은 이유로 인하여 응력집중을 피할 수 있고 강도가 개선된다.

반면에, 축을 단조 하는 동안 성형 조건 등으로 인해 플랜지부(112)의 대향 면에 있는 축부 사이에 축중심의 편차가 발생할 수도 있다. 그러한 축심(axial center)의 편차 혹은 중심이동은 냉간단조축(110)의 선회를 불규칙하게 할 수 있으므로 이와 같은 경우에는 중심이동의 변위를 측정해야 할 필요가 있게 된다.

냉간단조축(110)에는 플랜지(112)의 테이퍼부(113)에 이어 연속으로 직선부(114)가 형성되며, 이 직선부(114)는 냉간단조축(110)의 중심이동 유무를 측정할 때, 기준면으로 사용될 수도 있으므로 축의 품질 향상이 용이해진다.

이하에서는, 본 발명의 제3태양의 다른 실시 예에 따라 냉간단조축을 제조하기 위한 장치에 대해서 제10도 내지 제13도 및 제1도를 참조하여 설명한다.

제10도에서 참조번호(120)은 본 실시 예에 따르는 냉간단조된 축 제조장치를 나타낸다. 이 장치에는 제1형틀세트(121)와 제2형틀세트(122), 및 제3형틀세트(123)가 구성되어 있고, 위의 각 형틀세트간에 냉간단조된 축(10)을 반송하는 반송장치(124)를 포함한다. 제1, 제2 및 제3형틀세트(121)(122)(123)는 각각 한 쌍으로 된 형틀을 갖고 있는데 이들은 서로 상하로 대향되게 배열되어 있으며, 하나의 형틀은 다른 형틀에 대해 가까워지거나 멀어지는 작동을 할 수 있도록 되어 있고 나머지 하나의 형틀은 고정되어 있다.

제1형틀세트(121)에는 그 한 형틀(121a)에 구속구멍(125)과 이빨이(126) 형성되어 있다. 구속구멍(124)은 제1형틀세트의 다른 한 형틀(121b)를 향하여 개구되어 있으며 냉간단조축(110)의 외형이 외도된 대로 형성되도록 되어 있다. 이빨(126)은 기어(111)를 형성하기 위하여 구속구멍(125)의 하측 단부에 형성되어 있다. 다른 한 형틀(121b)은 상기 형성(121a)의 구속구멍(125) 속으로 삽입되기 위하여 펀치 모양으로 형성되어 있다.

제2형틀세트(122)는 그 한 형틀(122a)에 이빨(127)이 형성되어 있으며, 다른 한 형틀(122b)에 구속구멍(128)이 형틀 되어 있다. 상기 이빨(127)은 냉간단조축(110)의 일단부가 이빨(127) 속으로 삽입될 수 있도록 형성되어 있으며, 상기 냉간단조축(110)에 기어(111)을 형성하는 역할을 한다. 구속구멍(128)은 다른 한 형틀(122a)을 향하여 개구되도록 형성되어 있고, 구속구멍(128)의 개구단부에서 그 하측으로 직경이 점차적으로 감소되는 테이퍼 형성부(128a)가 형성되어 있다.

제3형틀세트(123)는 그 한 형틀(123b)에 구속구멍(129)이 형성되어 있고, 그 구속구멍(129)은 다른 한 형틀(123a)을 향하여 개구되어 있다. 제11도에 도시한 바와 같이 구속구멍(129)에는 테이퍼 형성부(129a)와, 이 테이퍼 형성부(129a)에 연속되는 직선부(129b)와 이 직선부(129b)에 연속되는 마디(knurls)를 형성하기 위한 이빨(129c)이 형성되어 있다. 상기 테이퍼 형성부(129a)는 구속구멍(129)의 개구부로부터 그 내측단부로 갈수록 그 직경이 점차적으로 감소된다.

상기 형틀세트를 더욱 상세히 설명하면, 제10도에 도시한 바대로, 제1형틀세트(121)를 구성하는 형틀(121a)의 구속구멍(125)은 그 구속구멍(125)이 내부로 연장됨에 따라, 또는 제10도에서 나타난 바와 같이 하부로 연장됨에 따라, 층단식으로 그 직경이 감소하도록 형성되어 있다.

녹아웃핀(130)은 구속구멍(125)의 하부에 장착되어 있고, 이 구속구멍9125)에 의해 축이 성형된 후, 냉간단조된 축(110)을 구속구멍으로부터 밀어내기 위하여, 미끌어지면서 삽입되도록 되어 있다. 이와 유사한 녹아웃핀(131), (132) 및 (133)은 각각 제1, 제2형틀세트(122)의 형틀(122a), (122b)과 제3형틀세트(123)의 형틀(123b)에 형성되어 있고, 각각의 형틀(122a), (122b) 및 (123b) 속으로 미끌어지며 삽입될 수 있도록 되어 있다.

또한, 제2형틀세트(122)의 구속구멍(128)은 제1형틀세트(121)의 구속구멍(125) 보다 그 지경이 약간 크게 형성되어 있으며, 그 하부직경이 상부직경보다 작게 층단형상으로 되어 있다.

제12도에 나타난 바대로, 반송장치(124)에는 형틀세트(121), (122) 및 (123)와 대응되는 위치에 클램프(134), (135) 및 (136)가 구성되어 있다. 그 반송장치는 대체로 형틀세트(121), (122) 및 (123)가 종으로 배열되어 있는 상태에서 직교하는 방향 즉, 전후 운동을 하도록 되어 있다. 클램프(134), (135) 및 (136)은 각각의 형틀세트의 형틀(121a), (121b) 및 (122a), (122b)와 (123a), (123b)가 서로로부터 멀어 질 때, 또한 냉간단조축(110)이 각각의 형틀세트(121), (122) 및 (123)으로부터 밀려나올 때에 각기 대응되는 냉간단조축(110)을 압지 하도록 구성되어 있다.

또한, 제1형틀세트(121)의 클램프(134)에서 클램프(134)가 반송장치(124)의 전후운동에 의해 180˚ 선회 할 수 있는 역전장치(137)가 구성되어 있다.

이러한 역전장치(137)는 제6도를 참조로 설명되어 있는 반송장치(23)의 역전장치와 동일한 구조이다. 즉, 제13도에 도시한 바와 같이, 그 역전장치(137)에는 피니언(138)과 구동기어(139) 및 액츄에이터(140)가 구성되어 있다. 피니언(138)은 반송장치(23)의 기계장치의 경우와 마찬가지로, 클램프(134)를 작동시키기 위하여 한 로드(rod) 위에 고정 탑재되어 있다. 구동기어(139)는 클램프와 같이 움직이기 위해서 클램프(134) 위에서 선회할 수 있게 탑재되어 있고 피니언(138)과 항상 맞물려 있다. 액츄에이터(140)는 클램프(134)에 고정되어 있고, 구동기어(139)에 기계적로 연결되어 있다. 그 기계장치는 클램프(134)가 작동할 때, 클램프(134)를 역전시키기 위해 구동기어(139)와 피니언(138)이 액츄에이터(140)의 구동에 의해 선회되는 방식으로 되어 있다.

상기, 형틀세트(121), (122) 및 (123)은 동일간격으로 배열되어 있으며, 상기 반송장치(124)의 이동범위도 상기 형틀세트간의 간격과 일치되도록 되어 있다. 또한, 반송장치(124)가 상기 간격 내에서 이동하는 동안, 클램프(134)는 예를 들어, 제1형틀세트(121)에서 가공된 축을 제2형틀세트(122)에서 가공하기 위해 역전장치(137)에 의해 180˚ 선회한다.

본 실시 예에 따르는 제조장치(120)의 작동을 아래에서 설명한다.

또한, 본 발명의 제2태양의 또 다른 실시 예에 따른 제조방법에 대해서도 설명한다.

먼저, 제14a도에 나타난 바대로, 냉간단조축이 될 원주형 막대부재를 제1형틀세트(121)의 구속구멍(125) 속에 삽입함으로써 막대부재의 단부는 이빨(126)의 상부 가장자리에 닿게 된다. 막대부재 삽입 후, 제10도에 나타난 바대로 형틀세트(121), (122) 및 (123)의 상부에 위치한 각각의 형틀(121b), (122a) 및 (123a)은 하부에 놓여 있는 형틀(121a), (122b) 및 (123b)를 향하여 움직인다. 이렇게 하여 제1형틀세트(121)는 막대부재를 하방으로 압출하기 위하여 형틀(121b)의 펀치에 의해 막대부재를 형틀(121a) 속으로 압입한다.

냉간단조축(110)은 제1형틀세트(121)에서의 위와 같은 과정을 통하여 반가공상태가 된다. 이와 같이 반 가공된 상태로 된 축의 일단부에는 제14b도에 도시한 바와 같이 기어(111)가 형성되고 그 기어(111) 상부로 갈수록 다단식으로 직경이 증가하게 형성되어 있다.

상기의 과정이 완료된 후, 상부 형틀(121b), (122a) 및 (123a)와 하부 형틀(121a), (122b) 및 (123b)가 서로 멀어지도록(분리되도록) 움직일 때, 상기 냉간단조축(110)은 녹아웃핀(130)에 의해서 제1형틀세트(121)로부터 외부로 배출된 후 클램프(134)에 의해 압지 된다.

이때에, 축과 형틀세트(121)와의 접촉력 혹은 마찰저항이 그들 사이의 경미한 상대운동에 따라 감소되어지므로, 축의 배출이 용이하게 된다. 이는 냉간단조축(110)이 전술한 바와 같이 제1형틀세트(121)의 구속구멍(125)의 내주면에 형성된 단과 일치되도록 다단상으로 형성되어 있기 때문이다.

이후, 반송장치(124)의 작동으로 냉간단조축(110)은 180˚역전된 상태로 제1형틀세트(121)로부터 제2형틀세트(122)의 하부 형틀(122b)에 삽입될 수 있도록 미리 설정된 위치로 반송된다. 그 후, 냉간단조축(110)은 클램프(134)로부터 해제되고, 그 축이 역전된 상태를 유지하면서, 그 소직경부가 하부 형틀(122b)의 구속구멍(128) 속으로 삽입된다.

한편, 상기 냉간단조축(110)이 구속구멍(128) 속으로 삽입되는 것과 동시에 새로운 막대부재가 제1형틀세트(121)에 공급된다.

상기 구속구멍(128)의 개구단부에는 테이퍼 형성부(128a)가 형성되어 있다. 그러므로, 냉간단조축(110)이 구속구멍(128) 속으로 삽입되는 경우, 원활한 삽입을 보장하기 위하여 테이퍼 형성부(128a)의 경사를 따라 안내되어진다.

그 후, 상부 형틀(121b), (122a) 및 (123a)가 하부 형틀(121a), (122b) 및 (123b)를 향하여 하강하고, 그에 따라 축(110)의 냉간단조가 제1형틀세트(121)와 제2형틀세트(122) 둘 다에서 수행된다.

상부 형틀(122a)이 하부로 하강하면, 제1형틀세트(121)에 의해서 냉간단조된 축(110)에 형성된 기어(111)는 상부 형틀(122a)의 이빨(127)에 의해 최초로 스퀴즈(squeezed) 됨으로써, 그 형상이 마름질된다.

더우기, 하부 형틀(122b)은 기어(111)에 대한 축의 반대편 단부를 스퀴즈 하여 소직경부(116)가 형성되도록 한다.

그 후, 역전시킴으로써 플랜지부(112)가 냉간단조축(110)의 중간부에 형성된다. 동시에, 하부 형틀(122b)의 테이퍼 형성부(128a)에 의해 플랜지부(112)의 가까운 위치인 기어(111)의 반대측 위치에 테이퍼부(113)가 형성된다.

업셋팅(upsetting) 가공되고 있는 동안, 막대부재는 상부 형틀(122a)의 이빨(127)과 하부 형틀(122b)의 구속구멍(128) 내부로 확장됨에 따라 깨끗하게 마름질된다.

제15도는 이와 같이 행해진 냉간단조축(110)의 형상을 나타낸다.

상기의 작동이 완료된 후, 제1형틀세트(121)에 있는 냉간단조축(110)은 역전된 상태로 반송장치(124)에 의해서 제2형틀세트(122)로 반송되고, 제2형틀세트(122)에 의해 가공된 냉간단조축(110)은 다음 과정을 수행하기 위해, 제3형틀세트(123)로 반송된다.

제3형틀세트(123)에서, 냉간단조축(110)은 클램프(135)의 압지가 해제됨에 따라 구속구멍(129) 속으로 삽입되며, 이때 테이퍼 형성부(129a)가 구속구멍(129)의 개구단부에 형성되어 있으므로 축의 삽입이 원할 해 진다.

이후, 제3형틀세트의 상부 형틀(123a)이 하강될 때, 상부 형틀은 플랜지부(112)의 상측 부와 접하게 됨으로써 냉간단조축(110)을 하부 형틀(123b) 속으로 압입한다.

위와 같은 과정으로, 작은 직경부(116)와 플랜지부(112) 사이의 냉간단조축(110) 상에 마디부(115)가 형성된다. 또한 마디부(115)와 테이퍼부(113) 사이의 구속구멍(129)의 직선부(129b)에 의하여 직선부(114)가 형성된다.

이렇게 하여, 제8도 및 제9도에서 나타낸 바와 같은 냉간단조축(110)의 최종적 형상이 얻어진다.

한편, 상기 제3형틀세트(123)에서 성형하는 경우, 냉간단조축(110)이 구속구멍(129)의 이빨(129c) 속으로 삽입될 때, 냉간단조축(110)의 외주면이 구속구멍(129)의 직선부(129b)에 의해 안내되어 짐으로써, 축이 구속구멍(129)내에 정확하게 위치되어진다. 따라서, 마디부(115)의 가공은 원할하게 수행되어 정확도가 높은 마디부(115)가 형성된다.

위와 같이 형성된 냉간단조축(110)은 클램프(136)에 의해 압지 되어 배출된다.

상기 실시 예에 따라 냉간단조축(110)을 제조하기 위한 방법과 장치(120)로써, 막대부재로부터 최종적 형상의 축을 냉간단조하는 것이 일련의 과정을 통해 수행된다. 또한 플랜지부(112)가 마디부(115)보다 선행되어 형성되므로, 플랜지부(112)는 믿을 만한 단조에 기여하기 위해서 형틀세트(123)와의 연결을 위한 큰 기부를 제공한다.

부수적으로, 전술한 실시 예는 예를 들어 설명되었으나, 이는 설계조건 등에 합치되도록 다양하게 수정될 수도 있다. 예를 들어, 축의 단부에 형성되는 이형형상부는 단지 기어에만 국한되는 것이 아니고 톱니, 마디, 또는 각 형상 등으로도 될 수 있을 것이다. 간단히 말하면, 이형형상부는 축의 외부직경보다 작은 크기라면 어떠한 형상으로도 될 수 있을 것이다.

Claims (13)

1. 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조축에 있어서, 축의 종방향의 중간부에 플랜지부가 형성되고, 그 플랜지부의 상기 이형형상부의 반대측의 기부에 점차적으로 직경이 감소하는 테이퍼부가 형성된 것을 특징으로 하는 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조축.
2. 제1항에 있어서, 상기 테이퍼부와 연속되게 형성된 직선부와, 상기 직선부에 연속되게 형성된 마디부를 갖는 것을 특징으로 하는 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조축.
3. 제1항에 있어서, 상기 테이퍼부는 상기 플랜지부와 그에 인접한 축부 사이에서 완만한 경사를 갖는 연결부의 형상으로 된 것을 특징으로 하는 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조축.
4. 제1항에 있어서, 상기 플랜지부의 각 측면 상의 축 본체는 상기 축 본체가 상기 플랜지부에서 축 단부까지 연장되어 있음에 따라 층단식으로 그 직경이 감소하는 것을 특징으로 하는 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조축.
5. 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조축의 제조방법에 있어서, (Ⅰ) 미가공 봉재의 일단부에 압출 가공에 의하여 이형형상부를 형성하는 공정. (Ⅱ) 상기 Ⅰ의 공정 후, 상기 이형형상부를 구속하는 상태에서 상기 이형형상부와의 반대측의 봉재의 일부분을 압출 하는 공정. (Ⅲ) 상기 Ⅱ의 공정 후, 중간부에 업셋팅(upsetting) 가공에 의하여 플랜지부를 형성하고, 그 플랜지부의 기부에 점차적으로 직경이 감소하는 테이퍼부를 형성하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조축의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 플랜지부와 상기 테이퍼부의 형성은 상기 이형형상부를 구속하는 상태 하에 수행되는 것을 특징으로 하는 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조축의 제조방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 테이퍼부의 형성은 상기 플랜지부의 상기 이형형상부의 반대측을 압출 하는 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조축의 제조방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 플랜지부를 밀어내는 동안 상기 테이퍼부 사이의 직선부에 인접한 봉재의 일부분에 마디부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조축의 제조방법.
9. 제5항에 있어서, 상기 테이퍼부는 상기 플랜지부와 그에 인접하는 축부 사이에 완만한 경사를 갖는 연결부의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조축의 제조방법.
10. 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조축의 제조장치에 있어서, 각각 한 쌍의 형틀을 갖는 제1 및 제2 형틀세트와; 상기 형틀세트들 사이에서 축을 반송하는 반송장치를 구비하고; 상기 제1형틀세트에는 그중 한 형틀에 다른 한 형틀을 향하여 개구되며, 상기 냉간단조축의 외형을 구속하는 구속구멍과, 그 구속구멍의 내단부에 형성된 이형형상부 형성용 이빨을 구비하고; 상기 제2형틀세트에는 그 중 한 형틀에 상기 냉간단조축의 일단부가 압입됨으로써 상기 냉간단조축의 형성된 이형형상부의 형상을 마름질하는 이빨이 형성됨과 아울러, 또 다른 한 형틀에는, 상기 한 형틀을 향하여 개구되며, 그 개구단부에서 내부로 감에 따라 직경이 점차적으로 감소하는 테이퍼 형성부를 구비하는 구속구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조축의 제조장치.
11. 제10항에 있어서, 냉간단조축 상에 직선부와 마디를 형성하기 위한 제3형틀세트를 포함하는 것을 특징으로 하는 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조축의 제조장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 제3형틀세트에는, 그중 한 형틀에 다른 한 형틀을 향하여 개구되며, 테이퍼부를 갖는 구속구멍이 형성되어 있으며, 테이퍼부는 그 개구단부에서 내부로 감에 따라 직경이 점차적으로 감소하며; 상기 테이퍼부에 연속되는 직선부와; 상기 직선부에 연속되는 마디부를 형성하기 위한 이빨이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조축의 제조장치.
13. 제12항에 있어서, 각각의 제1, 제2 및 제3형틀세트에서의 상기의 구속구멍은 그 개구단부에서 내부로 연장되어 있음에 따라 층단식으로 직경이 감소하는 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 일단부에 이형형상부를 갖는 냉간단조축의 제조장치.

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