KR930012258B1 - 긴 기계소자의 단부에 이형형상부를 형성하는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

긴 기계소자의 단부에 이형형상부를 형성하는 방법

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 실행하는데 적합한 냉간단조기의 전체 형상을 나타내는 개략도.

제2도는 제1도의 Ⅱ가 나타내는 부분의 확대도.

제3도는 상기의 냉간 단조기에 의해서 형성된 소재의 측면도.

제4도는 완성된 축을 나타내는 측면도.

제5도 및 제6도는 종래의 축 제조방법을 나타내는 측면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 23 : 축 2, 22 : 축본체

3, 20 : 기어 4 : 소재

5 : 대 직경부 6 : 소 직경부

10 : 상부 구조체 11 : 하부구조체

12 : 펀치 지지대 13 : 형틀 지지대

13a : 외측반부 13b : 내측반부

14 : 펀치 15 : 형틀

17 : 기어 형성부 18 : 축본체 형성부

18a, 18b : 단(Step) 19 : 축본체

19a, 19b : 단(Step) 21 : 성형된 소재

본 발명은 냉간단조에 의해서 긴 기계소자의 단부에 이형형상부(shaped configuration)를 형성하는 방법에 관한 것이다.

단부에 이형형상부가 형성되어 있는 긴 기계소자로는 예를 들면, 자동차의 엔진을 시동시키기 위한 기동모타의 전동자 축(armature shaft)같은 것이 있다.

이러한 전동자축으로 사용되는 것으로는 그 축과 일체 또는 공축으로 구동되는 기어 또는 톱니가 단부에 형성된 긴축을 들 수 있다.

위와 같은 축을 제조할 때는 칫수에 있어서의 높은 정확도와 우수한 강도를 얻기 위해 냉간단조가 선호된다.

제4도에 있어서, 참조번호(1)은 일반적인 축의 한 예를 나타내고 있다. 축(1)은 축 본체(2)를 포함하고, 그 단부에 기어(3)가 형성된다.

지금까지 상기와 같은 축(1)을 제조하는 경우에는 제5도에 도시한 바와 같이, 미리 대 직경부(5)가 형성되어 있는 금속막대 형상의 소재(4)를 형틀 내에 위치시킨 후 또 다른 형틀에 형성되어 있는 펀치 등을 이용하여 하중을 인가하므로 써 상기 대직경부(5)의 타단부에 미리 설정된 길이(형틀 내에 형성되어 있는 기어형성용 이빨 길이) 만큼의 기어(3)를 형성시킴과 동시에 소직경부(6)의 외주면이 균일하게 되도록 축을 완성하는 첫 번째 방법이 있고, 축(1)의 형상과 일치하도록 내부공간의 일단부에 기어 형성용 이빨이 형성되어 있는 제1형틀 내에 녹여진 금속소재를 충진시키고 상기 형틀 내에 삽입될 수 있을 정도의 직경을 가지도록 제2형틀에 형성되어 있는 펀치를 상기 소재가 삽입된 형틀 내로 고압력으로 삽입시키므로 써, 상기 소재의 말단부에 기어가 형성되면서 제1형틀의 내부공간으로 채워져 들어가도록 하여 축을 제조하는 방법이 있었다.

상기와 같이 성형된 소재는 펀치와 대향되게 형틀 속에 삽입되어 있는 녹 아웃 핀(knock-out pin)을 사용하여서, 형틀 바깥으로 밀어 낸다.

그러나, 상기의 첫 번째 방법에서는, 대 직경부(5)를 형성하기 위한 추가 공정이 필요하게 되고, 상기의 두 번째 방법에서는, 소재가 형틀 내부에서 신장됨에 따라 형틀 내부표면과 소재사이에 큰 마찰 저항이 발생하게 되므로 펀치에 힘을 가하기 위한 단조하중은 상기의 저항을 극복할 정도로 커야만 한다.

결국, 단조 중에 스코어(scores)등과 같은 결함이 소재 내에 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 펀치마저 손상될 확률이 높아진다.

그러므로, 상기의 형틀내부 표면과 소재간의 마찰 저항을 감소시킬 목적으로, 펀치에 힘을 가할 때, 소재의 외주면에 윤활제를 바르는 방법이 적용되기도 한다. 그러나 윤활제를 바른다 하더라도 이 윤활제가 소재와 형틀의 내면 사이에 존재하게 됨에 따라 오히려 치수의 정확도에 해를 준다는 불리함을 야기 시킨다.

또한 단조 된 제작물을 형틀 바깥으로 밀어내기 위해 필요한 녹아웃핀의 작동행정이 최소한, 형틀로부터 축본체(2)를 밀어내기 위해 필요한 길이, 즉, 축본체의 길이와 같아야만 한다.

또한, 상기 제작물을 녹아웃핀으로 밀어낼 때 축본체(2)의 외주면 표면 전체가 형틀의 내면과 접촉하며 미끌어지면서 큰 마찰 저항을 일으키게 됨에 따라 녹아웃핀에 힘을 가하기 위한 하중도 커야 하므로 결국 단조기의 전체 크기가 커질 수 밖에 없는 것이다. 그러므로 상기의 방법들은 효과적이라고 할 수가 없다.

더구나, 녹아웃핀은 기어의 이빨과 그 형상이 일치하거나 그 직경이 기어의 루트써클(rout circle)보다 적어야 한다. 그러나, 녹아웃핀의 작동행정의 길이 전체에 걸쳐서 기어의 이빨과 일치하도록 이발을 형성하려면 비용이 많이 들게 된다. 반면에, 녹아웃핀을 기어의 루트써클보다 작은 직경을 갖도록 형성한다면 핀에 작용하는 압력이 증가하여 핀이 손상될 염려가 있게 된다.

본 발명의 목적은, 상기의 문제점들을 해결하면서 긴 기계소자의 단부에 이형형상부를 냉간단조에 의해 형성할 수 있도록 하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 긴 기계소자의 일단부에 이형형상부를 형성할 때 적은 마찰 저항으로 정확하게 형성시킬 수 있는 냉간단조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따라서 제공된 긴 기계소자의 일단부에 이형형상부를 형성하는 방법은, 소재가 압력을 받는 부분의 반대편 쪽인 형틀 전단부에 이 소재보다 직경이 작은 이형형상형성부를 형성하고, 상기 소재가 형틀 내에 삽입된 경우 이 소재의 외부면과 형틀내부면 간의 간격이 형틀 후단부 쪽으로 점차 증가하도록 상기 이형형상형성부로부터 형틀 후단부까지의 내경을 점차 증가시킨 적어도 하나이상의 단을 구성하고, 상기 소재의 전단부와 접경되도록 긴 기계소자 본체 형성부를 형성하는 단계와, 상기 이형형상형성부에서 소재의 전단부를 압축하여 단조하기 위하여 상기 형틀 내에 펀치를 압입하므로 써 소재 전단부에 이형형상부를 형성함과 동시에 형틀의 긴 기계소자 본체 형성부의 내부면 형상에 따라 소재의 나머지 부분을 압입하는 단계와, 상기 형틀의 전단부에 배치된 녹아웃핀을 삽입하여 상기 단조 된 소재가 압출 되도록 형틀 바깥으로 밀어내는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라 긴 기계소자의 일단부에 이형형상부를 형성하는 상기의 방법에서, 형틀의 내경은 형틀의 전단부에서 후단부로 감에 따라 소재가 압력을 받는 방향에 대하여 점차적으로 증가한다.

그렇게 함으로써 펀치를 가지고 소재를 형틀 속으로 밀어 넣으면서 성형을 할 때 생기는 마찰 저항이 현저하게 감소된다.

결과적으로, 단조할 때 생기는 결함의 발생이 감소되고, 펀치에 큰 하중을 가할 클 필요가 없게 되며, 그에 따라 윤활제를 사용할 필요가 없게 됨으로써, 치수의 정확도가 개선될 수 있다.

또한, 단조된 소재를 녹아웃핀으로 형틀 바깥으로 밀어낼 때 긴 기계소자의 본체의 외주면 표면과 형틀의 내면이 서로 접촉하면서 미끌어지는 길이가 줄어 들므로 소재를 형틀 바깥으로 밀어내기 위한 녹아웃핀이 행정을 줄일 수 있다. 그러므로 펀치의 경우와 마찬가지로, 녹아웃핀에 걸리는 하중도 클 필요가 없게되고 녹아웃핀이 손상될 염려도 없게 된다. 더구나 펀치와 녹아웃핀에 걸리는 유효 하중을 감소시킬 수 있고 녹아웃핀의 행정이 줄어 들 수 있기 때문에 냉간단조기의 크기를 줄이는 것도 가능하게 된다.

지금부터, 제1도 내지 제3도를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따라 기동모타의 전동자축을 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 제1도는, 본 발명의 방법을 실시하는데 적합한 냉간 단조기를 나타낸다.

상기 냉간 단조기는 참조기호 (10)과 (11)로 명시되어 있는 상부구조체(10)와 하부구조체(11)를 포함한다. 펀치 지지대(12)와 형틀지지대(13)가 서로 대향되도록 상부와 하부 구조체에 각각 고정된다.

펀치(14)는 펀치지지대(12)에 부착되고, 형틀(15)은 형틀지지대(13)에 부착된다. 형틀지지대(13)는 외측반부(13a)와 내측반부(13b)로 구성된다. 내측반부(13b)는 그 중심에 관통지지대(16)가 형성되어 있다. 녹아웃핀(16)은 내측반부(13b)의 구멍을 관통하며 미끌어지면서 삽입되는 것이므로, 녹아웃핀의 상단부가 형틀(15)속으로 삽입되게 된다.

이러한 냉간단조기에서, 상부와 하부 구조체는 서로 가까워 지거나 멀어지는 작동을 할 수 있도록 되어 있다.

상부, 하부 구조체가 서로 이격되어 있는 초기설정 위치(set position)에 있는 상태에서, 균일한 직경을 갖는 금속환봉 소재가 형틀에 놓여진다.

소재가 형틀에 놓여진 후, 높은 압력을 가하여 상부, 하부 구조체가 서로 가까워지는 방향으로 이동시키게 되면, 펀치(14)가 소재를 단조할 수 있을 정도의 높은 압력으로 형틀(15)속으로 삽입된다.

그후, 상부, 하부 구조체(10)(11)를 상기의 초기 설정위치로 복귀시키므로 써, 펀치가 형틀 바깥으로 빠져 나오게 되고, 녹아웃핀(16)이 형틀에 삽입됨에 따라 단조된 소재가 형틀로부터 밀려나오게 된다.

위와 같은 작동에 의해 형틀 내부공간의 형상과 동일한 형상을 갖는 단조된 소재가 만들어 질 수 있는 것이다.

한편, 상기 형틀(15)은 속이 빈 원기둥 모양으로 되어 있다.

제2도에 도시된 바와 같이 이러한 형틀에는, 이형형상형성부 또는 기어 형성부(17)가, 소재가 압력을 받는 방향, 즉 화살표 A가 나타내는 방향으로 표시된 형틀의 전단부에 형성되어 있다. 기어형성부(17)는 다수개의 이빨을 포함하고 있는데, 그 이빨은 형틀(15)의 원주방향으로 나란하게, 그 내측주면에 형성되어 있으며, 소재가 압력을 받는 방향으로 연장되어 있다. 그리고 소재의 직경보다는 작은 직경을 갖는다.

한편, 형틀(15)의 내경(inner diameter)을 점차적으로 증가시키기 위해, 적어도 한 개 이상의 단(step)이 형성되어 있다(본 실시예의 경우에는 (18a)와 (18b)로 두 개의 단이 형성되었음).

이러한 단이 형성된 부분은 긴 기계조사의 본체 형성부, 또는 축본체 형성부를 형성하게 된다.

기어형성부(17)와 그에 이웃한 단(18a)간의 형틀의 내경은 소재의 직경보다 약간 크게되어 있다. 그리고, 단(18a)과 형틀의 후단부 간의 형틀의 내경은 상기의 기어형상부(17)와 단(18a)간의 형틀의 직경보다 약간 크게 되어 있다.

따라서, 소재가 형틀에 놓인 초기상태에서, 소재는 기어형성부(17)와 단(18a)사이의 부분에 삽입될 수 있게 된다.

반면에, 녹아웃핀(16)은 기어형성부(17)의 이빨이 형성하는 직경보다 작은 직경을 갖도록 형성된다.

소재가 상기한 바와 같은 구조를 갖는 형틀(15)에 놓여지고 상기의 작동에 의해 압출 된다. 이러한 압출에 의해서 얻어진 성형된 소재(21)는 제3도에 나타난 바와 같이, 단(19a)과 단(98b)이 형성된 축본체(19)와 축본체(19)의 단부에 이형형상부로써 형성된 기어(20)를 갖는다.

성형된 소재(21)의 축본체(19)는 마침내는 절삭, 연마, 압착 등이 계속됨에 따라 균일한 직경으로 형성될 것이다. 이렇게 해서 얻어진 것이 제4도에 도시한 바와 같은 축(23)인데, 균일한 직경을 갖는 축본체(22)와, 축본체의 전단부에 형성된 기어(20)를 갖는다.

상기의 방법에 따르면, 단(18a)과 (18b)이 있음으로 인해서, 축본제형성부 (18)는 소재가 압력을 받는 방향에 대하여 그 내경이 점차적으로 증가되고 있다. 그러므로, 성형을 할 때 또는, 펀치(14)로 소재를 형틀(15)속에 압입할 때, 소재의 형틀(15)의 내면 간의 마찰저항이 현저하게 감소된다.

결과적으로, 단조에 있어서 결함의 발생이 감소하고, 펀치(14)에 힘을 가하기 위한 하중을 크게 할 필요가 없어지며, 윤활제의 사용이 불필요해 짐에 따라, 치수의 정확도가 개선될 수 있다.

또한 녹아웃핀(16)에 의해서, 단조된 소재 또는 성형된 소재가 형틀(15) 바깥으로 밀려나갈 때 축본체(19)의 외주면과 형틀(15)의 내면이 서로 접촉하면서 미끌어져 들어가는 길이가 감소함에 따라, 형틀(15)로부터 소재를 밀어내기 위한 녹아웃핀(16)의 행정이 줄어들 수 있다.

또한, 펀치(14)의 경우와 마찬가지로 녹아웃핀(16)에 걸리는 하중도 클 필요가 없어지고, 심지어 녹아웃핀(16)의 직경을 작게 만든다고 하더라도 손상될 염려가 없게 된다.

부수적으로, 본 실시예는 비록, 축의 단부의 이형형상부로서 기어를 형성하는 방법에 대해서만 기술하고 있지만, 단부에 형성될 수 있는 이형형상부는 기어에만 국한되지는 않고, 각진형상 또는 실린더 형상 등도 형성할 수 있는 것이다.

또한 형틀의 내면은 단이진 형상(stepped shape) 대신에 경사진 형상 (tapered shape)으로도 형성할 수 있다.

더구나, 여기서의 긴 기계소자는 기동모타에서 사용되는 전동자축에만 국한되는 것은 아니며, 본 발명에 의한 방법이 다른 장치의 구성요소에도 적용될 수 있다고 할 것이다.

Claims (5)

1. 소재가 압력을 받는 부분의 반대편 쪽인 형틀전단부에 이 소재보다 직경이 작은 이형형상형성부를 형성하고, 상기 소재가 형틀 내에 삽입된 경우 이 소재의 외부면과 형틀내부면 간의 간격이 형틀 후단부 쪽으로 점차 증가하도록 사이 이형형상형성부로부터 형틀 후단부까지의 내경을 점차 증가시킨 적어도 하나이상의 단을 구성하고, 상기 소재의 전단부와 접경되도록 긴 기계소자 본체 형성부를 형성하는 단계와, 상기 이형형상형성부에서 소재의 전단부를 압축하여 단조하기 위하여 상기 형틀 내에 펀치를 압입하므로 써 소재 전단부에 이형형상부를 형성함과 동시에 형틀의 긴 기계소자 본체 형성부의 내부면 형상에 따라 소재의 나머지 부분을 압입하는 단계와, 상기 형틀의 전단부에 배치된 녹아웃핀을 삽입하여 상기 단조된 소재가 압출 되도록 형틀 바깥으로 밀어내는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 긴 기계소자의 단부에 이형형성부를 형성하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기의 단조된 소재 중, 상기의 이형형상부 형성부에 의해 형성되는 부분 이외의 다른 부분은 균일한 직경을 갖도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 긴 기계소자의 단부에 이형형상부를 형성하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 단이 형성된 부위의 길이는 녹아웃핀이 방해 받지 않고 상기 형틀에서 단조된 소재를 밀어낼 수 있도록 미리 결정된 것을 특징으로 하는 긴 기계소자의 단부에 이형형성상부를 형성하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기의 긴 기계소자는 자동차에 사용되는 기동모타의 전동자축이고, 상기의 이형형상부는 상기 전동차 축의 일단부에 형성되는 기어인 것을 특징으로 하는 긴 기계소자의 단부에 이형형성상부를 형성하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기의 긴 기계소자는 그 전체길이에 걸쳐서 실질적으로 동일한 직경을 갖는 안정된 금속봉인 것을 특징으로 하는 긴 기계소자의 단부에 이형형상부를 형성하는 방법.

Images