KR100829138B1 - 테이퍼 로울러 베어링 내륜 사이징 다이 - Google Patents

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KR100829138B1
KR100829138B1 KR1020060094033A KR20060094033A KR100829138B1 KR 100829138 B1 KR100829138 B1 KR 100829138B1 KR 1020060094033 A KR1020060094033 A KR 1020060094033A KR 20060094033 A KR20060094033 A KR 20060094033A KR 100829138 B1 KR100829138 B1 KR 100829138B1
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Abstract

본 발명은 상부로부터 상부 내경면과, 걸림부와, 하부 내경면으로 이루어지며, 상기 걸림부는 하향으로 갈수록 지름이 감소하며, 상기 상부 내경면은 상부로부터 제1수직부와, 상기 제1수직부의 하방으로부터 내향 경사지게 형성된 제1경사부와, 상기 제1경사부로부터 하방으로 형성된 대경사이징부로 이루어지며; 상기 하부 내경면은 상기 걸림부의 하단으로부터 하방으로 내향 경사진 경사부와, 상기 경사부 하단으로부터 하방으로 형성된 소경사이징부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 테이퍼 로울러 베어링 내륜 사이징 다이에 관한 것으로 ; 종래의 사이징 방식으로는 불가능했던 내륜부의 사이징 성형이 가능하게 되었으며, 사이징 성형에 의하여 롤 성형된 내륜부의 외경면 진원도를 향상시켜 후공정에서의 원재 소모량 및 사이클 타임을 대폭 절감할 수 있는 효과가 있다.
테이퍼 로울러 베어링, 내륜, 전조, 사이징, 다이

Description

테이퍼 로울러 베어링 내륜 사이징 다이{Sizing Dies for the Inner Ring of Tapered Roller Bearing}
도 1은 테이퍼 로울러 베어링을 도시한 일부 절단 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 테이퍼 로울러 베어링의 단면을 확대 도시한 것이다.
도 3은 기존의 사이징 공정을 도시한 단면도이다.
도 4는 내륜으로 가공되는 내륜부를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르는 내륜 사이징 다이를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시한 사이징 다이의 내경부를 확대 도시한 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따르는 사이징 다이를 이용한 내륜부 사이징 과정을 도시한 단면도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100: 사이징 다이 110: 상부 내경면
111: 제1수직부 113: 제1경사부
114: 제1곡면부 115: 대경사이징부
120: 걸림부 130: 하부 내경면
131: 경사부 133: 소경사이징부
135: 역경사부 137: 제2확장부
본 발명은 테이퍼 로울러 베어링 내륜의 사이징 다이에 관한 것으로, 단조 공정과 전조 공정을 거쳐 생산된 내륜부의 외경면 진원도를 향상시킬 수 있으므로, 내륜의 생산 사이클이 대폭 단축되었으며, 선삭 가공되어 제거되는 소재의 양을 감소시킬 수 있으므로 내륜 생산을 위하여 소요되는 소재의 양을 감소시킬 수 있는 테이퍼 로울러 베어링 내륜 사이징 다이에 관한 것이다.
도 1은 테이퍼 로울러 베어링(1500)을 도시한 일부 절개 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시한 테이퍼 로울러 베어링(1500)의 단면을 도시한 것이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 테이퍼 로울러 베어링(1500)은 원추 형태의 로울러(1505)가 전동체로서 내장되어 있으며, 내륜(1503)의 큰턱에 의하여 축방향으로 지지된다. 상기 테이퍼 로울러 베어링(1500)은 경방향 하중과 축방향 하중을 동시에 받을 수 있으며, 부하 능력이 깊은 홈 베어링이나 앵귤러 콘택트 볼 베어링보다 큰 고부하 용량 베어링으로서 로울러 치수와 로울러 개수를 극대화시켜 부하 능력을 최적화하 여 설계한다. 테이퍼 로울러 베어링(1500)은 보통 쌍으로 사용되며 이 경우 내륜(1503)끼리 또는 외륜(1501)끼리의 간격을 축방향으로 조정함에 따라 적당한 내부 틈새를 설정할 수 있다. 또한, 테이퍼 로울러 베어링(1500)은 분리형이기 때문에 내륜(1503)과 외륜(1501)을 개별적으로 설치할 수가 있다. 도 1에서 미설명 부호 1507은 상기 로울러(1505)가 일정 간격으로 내륜(1503)과 외륜(1501) 사이에 위치할 수 있도록 하는 리테이너를 도시한 것이다.
도 3은 종래 기술에 의한 제품(213)의 외경을 사이징하는 과정을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이 제품(213) 사이징에 있어서 테이퍼면(911)과 수직면(913)으로 내경면이 형성된 외경 사이징 다이(900)에 제품(213)을 상부에서 가압하여 상기 테이퍼면(911)과 수직면(913)으로 제품(213)을 통과시켜, 제품(213)의 외경면을 사이징한다. 상기와 같은 외경 사이징에 의하여 단조 등의 공정을 거쳐 제조된 제품(213)을 직접 롤 성형공정에 투입할 수 있으며, 전조 공정에서 롤 성형된 제품(213)의 진원도 값이 크고, 제품(213)들 사이에 진원도 품질이 일정하지 않은 경우에도 후공정을 문제없이 진행할 수 있게 된다.
베어링의 외륜으로 제조되는 외륜부의 경우 상기와 같은 사이징을 통하여 외경의 진원도를 향상시켜 후공정을 문제없이 진행할 수 있었으나,
내륜부(211)는 도 4에 도시한 바와 같이 외경면에 내륜 대경부(211a)와, 내륜 소경부(211b)와, 경사 궤도부(211c)를 구비하므로 외륜부나 제품(213)과 같은 종래의 사이징 다이(900)로는 사이징을 수행할 수 없어 사이징이 불가능하였으며, 또한 치수 정밀도가 낮은 단조품(210)으로부터 롤 성형하므로 전조 공정을 마친 내륜부(211)의 진원도가 일정하게 유지되지 않으며 진원도 절대값도 크게 되는 문제가 있으며, 따라서 전조 공정을 마친 내륜부(211)를 선삭 가공하는데 있어서 사이클 타임이 길게 되어 테이퍼 로울러 베어링 생산 사이클이 단축되지 않는 문제가 있었으며, 선삭에 의하여 가공 제거되는 소재량도 충분히 절감되지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단조 공정과 전조 공정을 거쳐 생산된 내륜부의 외경면을 사이징 할 수 있으므로 단조품 내륜부를 별도의 가공없이 전조 공정에 투입할 수 있으며, 전조 공정을 마친 내륜부의 진원도를 향상할 수 있으며, 따라서 선삭 공정과 같은 후 공정에서 제거되는 소재의 양을 대폭 절감할 수 있으며, 후 공정의 사이클 타임을 줄일 수 있는 테이퍼 로울러 베어링 내륜 사이징 다이를 제공하는데 목적이 있는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 전조 공정에서 롤 성형된 내륜부의 외경 진원도를 향상시키는 내륜 사이징 공정에 사용되는 사이징 다이는 상부로부터 상부 내경면과, 걸림부와, 하부 내경면으로 이루어지며, 상기 걸림부는 하향으로 갈수록 지름이 감소하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 내경면은 상부로부터 제1수직부와, 상기 제1수직부 하방으로 내향 경사진 제1경사부와, 상기 제1경사부로부터 하방으로 형성된 대경사이징부로 이루어지며; 상기 하부 내경면은 상기 걸림부의 하단으로부터 하방으로 내향 경사진 경사부와, 상기 경사부 하단으로부터 하방으로 형성된 소경사이징부로 이루어져, 사이징에서 상기 제1수직부에 내륜부의 대경부가 안착하며, 상기 경사부에 내륜부의 소경부가 안착하는 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서 걸림부는 상부 내경면의 제1수직부에 대하여 110°∼120°의 각도 범위로 내향 하향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하며,
상기 상부 내경면은 대경사이징부 하방으로 상기 대경사이징부의 지름보다 큰 지름을 가지도록 형성된 제1확장부를 구비하며, 상기 하부 내경면은 소경사이징부 하방으로 소경사이징부의 지름보다 큰 지름을 가지도록 형성된 제2확장부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 소경사이징부와 제2확장부 사이에는 역경사부가 형성되며, 상기 역경사부는 소경사이징부에 대하여 10°∼14°의 각도 범위로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기에서 제1경사부는 대경사이징부에 대하여 경사각은 8°∼15°범위의 각도로 내향 경사지게 형성하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부되는 도면에 의거하여 더욱 상세하게 설명한다. 상세한 설명에 있어서 종래 기술과 동등한 기능을 하는 구성에 대하여는 종래 기술과 동일한 명칭을 사용하여 설명하며, 종래 기술과 동일한 내용에 대하여는 구체적인 설명을 생략한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르는 테이퍼 로울러 베어링 내륜 사이징 다이(100)를 도시한 개략적인 단면도이며, 도 6은 도 5에 도시한 내륜 사이징 다이(100)의 내경면을 확대 도시한 일부 단면도이며, 도 7 및 도 8은 내륜을 사이징 하는 과정을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 5에 도시한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르는 내륜 사이징 다이(100)는 전조 공정에서 롤 성형된 내륜부(211)의 외경 진원도를 향상시키기 위한 것으로서 상부로부터 상부 내경면(110)과, 걸림부(120)와, 하부 내경면(130)으로 이루어지며, 상기 걸림부(120)는 하향으로 갈수록 지름이 감소한다.
내륜부(211)의 내륜 대경부(211a)를 사이징 하는 상기 상부 내경면(110)은 도 6에 도시한 바와 같이 상부로부터 하방으로 수직 형성된 제1수직부(111)와, 상기 제1수직부(111) 하방으로 형성되며 내향으로 경사진 제1경사부(113)와, 상기 제1경사부(113)로부터 하방으로 형성된 대경사이징부(115)로 이루어지며, 상기 대경사이징부(115) 하방으로 상기 대경사이징부(115)의 지름보다 큰 지름을 갖도록 형성된 제1확장부(117)를 구비한다. 베어링 내륜으로 가공되는 베어링강(STB2) 등에 대하여 사이징 품질과 사이징 다이의 수명을 측정한 결과 내향 경사진 상기 제1경사부(113)의 내향 경사각은 8°~15°범위의 각도로 형성하는 것이 바람직하였으며, 내륜 사이징 실험 결과 약12°로 형성하는 것이 더욱더 바람직하다.
상기에 있어서 제1경사부(113)와 대경사이징부(115)의 연결 부분에는 사이징 다이(100)의 수명 향상을 위하여 소정의 곡률 반경으로 형성된 제1곡면부(114)를 구비하는 것이 바람직하다.
내륜부(211)의 내륜 소경부(211b)를 사이징 하는 상기 하부 내경면(130)은 상기 걸림부(120)의 하단으로부터 하방으로 내향 경사지게 형성된 경사부(131)와, 상기 경사부(131)의 하단으로부터 하방으로 연장 형성된 소경사이징부(133)로 이루어지며, 상기 소경사이징부(133)의 하단으로부터 하방으로 상기 경사부(131)와 반대 방향인 외향 경사진 역경사부(135)를 구비하며, 상기 역경사부(135) 하단으로부터 하방으로 상기 소경사이징부(133)의 지름보다 큰 지름을 갖도록 형성된 제2확장부(137)를 구비한다.
상기에 있어서 제1수직부(111)는 수직부로 표현하고 있으나, 이는 제1경사부(113)와 구별하기 위한 것으로 상기 제1수직부(811a)는 수직 방향에 대하여 소정의 각도를 주어 형성하는 것도 가능하다.
내륜 사이징 실험 결과 상기 하부 내경면(130)의 역경사부(135)의 외향 경사각은 소경사이징부(133)에 대하여 10°∼14°의 각도 범위로 형성하는 것이 바람직하였으며, 약 12°의 각도로 형성하는 것이 더욱더 바람직하였다.
상기에 있어서 걸림부(120)는 제1 수직부(111)에 대하여 110°∼120°의 각도 범위로 하향 경사지게 형성하는 것이 바람직하고, 약 115°로 형성하는 것이 더욱더 바람직하였으며, 상기 걸림부(120)와 상부 내경면(110) 및 하부 내경면(130)이 연결되는 부분은 곡면부(119, 139)로 형성하는 것이 다이(100)의 수명 향상을 위하여 바람직하다.
도 6에서 미설명 부호 112와 138은 다이(100)의 상하부에 형성된 챔퍼부를 도시한 것이다.
상기 내륜 사이징 다이(100)는 고속도강(SKD-11)과 같은 고강도의 강으로 형성하는 것이 바람직하며, 사이징 공정 중 내륜부(211)와의 마찰에 의한 표면 손상 및 표면 손상으로 인한 파손을 방지하기 위하여 상기 다이(100)의 상부 내경면(110), 걸림부(120), 하부 내경면(130)은 래핑 공정(Lapping)을 거쳐 TiC코팅을 하는 것이 바람직하다.
상기 다이(100)로 내륜부(211)를 사이징 하는 과정을 간단하게 살펴보면, 도 7에 도시한 바와 같이 먼저 상기 내륜 사이징 다이(100)의 제1수직부(111)에 내륜부(211)의 대경부(211a)를 안착하게 하며(도 7의 'A'부), 경사부(131)에 내륜부(211)의 소경부(211b)을 안착시킨다(도 7의 'B'부).
상기와 같이 사이징의 초기 단계에서 내륜 사이징 다이(100)의 제1수직부(111)에 내륜부(211)의 대경부(211a)를 안착시키고, 경사부(131)에 내륜(211)의 소경부(211b)를 안착시킴으로써, 먼저 소경부(211b)가 사이징 다이(100)에 의하여 가압되도록 하고 소정 범위 가압된 후, 대경부(211a)도 함께 가압되도록 한다. 초기에 제1수직부(111)는 가이드 역할을 하며, 경사부(131)에 의하여 소경부(211b)만 가압되도록 함으로써, 초기 가압 저항에 의하여 내륜부(211)에 흔들림이 발생하는 것을 방지할 있으며, 내륜부(211)의 흔들림에 의하여 사이징 불량이 발생하거나 사이징 다이(100)에 무리한 응력이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같이 내륜부(211)의 내륜 대경부(211a)와 소경부(211b)를 사이징 다이(100)의 내경면에 안착시킨 상태에서 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 내륜부(211)의 대경부(211a)가 대경사이징부(115)를 지나고 소경부(211b)가 소경사이징부(133)를 지나며 대경부(211a)가 걸림부(119)에 걸리면서 안착하고, 궤도경사부(211c)가 경사부(131)와 접촉할 때까지 가압한다.
상기 가압에 의하여 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이 내륜부(211)의 대경부(211a)가 대경사이징부(115)를 지나고, 소경부(211b)가 소경사이징부(133)를 지나며, 궤도경사부(211c)가 경사부(131)에 접촉하면서, 내륜부(211)의 대경부(211a), 소경부(211b) 및 궤도경사부(211c)가 동시에 사이징되어 전조 공정을 마친 내륜부(211)의 외경 진원도의 품질이 향상된다.
상기에서 대경부(211a)가 대경사이징부(115)를 지나 제1확장부(117)에 이르게 되고, 소경부(211b)가 소경사이징부(133)를 지나 역경사부(135)에 이르게 될 때, 궤도경사부(211c)가 경사부(131)에 접촉하여 사이징되므로,
대경부(211a), 소경부(211b) 및 궤도경사부(211c) 중에서 소경부(211b)에서 먼저 사이징이 개시되고, 소정 시간 간격으로 대경부(211a)이 중첩하여 이루어지며, 상기 대경부(211a)와 소경부(211b)의 사이징이 완료된 후에 궤도경사부(211c)의 사이징이 개시되어 완료되도록 함으로써 사이징에 큰 외력이 필요하지 않게되는 한편, 사이징 다이(100)에 큰 응력이 발생하지 않는 효과가 있어, 사이징 다이(100)의 수명이 향상되며 사이징 품질이 향상되는 효과가 있다.
그리고 도 8에 도시한 상태에서 하부로부터 상방향으로 내륜부(211)를 가압 하여 내륜부(211)를 내륜 사이징 다이(100)로부터 인출하여 내륜부(211)의 사이징을 완료한다. 이때 내륜 소경부(211b)는 역경사부(135)에 의하여 안내되어 소경사이징부(133)를 거치면서, 그리고 내륜 대경부(211a)는 제1확장부(117)에서 대경사이징부(115)를 거치면서 진원도가 다시 한번 향상되면서 사이징이 완료되는 것이다.
상기 대경사이징부(115)와 소경사이징부(133)는 하향 수직 방향으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기에서 도 8과 같이 도시된 상태에서는 내륜부(211)에 의하여 내륜 사이징 다이(100)에 내륜 사이징 다이(100)의 원주 방향으로 인장 응력이 지속적으로 발생하게 되며, 각 내륜부(211)를 사이징할 때마다 상기 인장 응력은 반복적으로 발생하게 된다. 내륜부(211)의 사이징에 의하여 반복적으로 발생하는 상기 인장 응력에 의하여 내륜 사이징 다이(100)의 수명이 단축되는 것을 방지하기 위해서는 도 8에 도시된 상태에서 내륜부(211)에 의하여 내륜 사이징 다이(100)에 인장 응력이 발생하는 것을 방지(또는 내륜 사이징 다이(100)에 발생하는 인장 응력을 감소)하여야 한다.
상기와 같이 내륜 사이징 다이(100)에 인장 응력이 발생하는 것을 방지 또는 감소하기 위하여 내륜 사이징 다이(100)는 대경사이징부(115) 하방으로 대경사이징부(115)의 직경보다 큰 직경으로 형성된 제1확장부(117)를 구비하고, 소경사이징부(815b) 하방으로 소경사이징부(815b)의 직경보다 큰 직경으로 형성된 제2확장부(815d)를 구비하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 설계변경 및 변화가 가능하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따른 테이퍼 로울러 베어링 내륜 사이징 다이(100)에 의하여 전조 공정에서 롤 성형된 내륜부(211)의 외경면을 사이징 성형하여 외경면의 진원도를 향상시킬 수 있으며, 또한 전조 성형 후에 사이징 공정이 가능함으로써 후가공 공정인 선삭 공정과 같은 다듬질 공정에서 가공 제거되는 원재의 소모량이 대폭 감소하며, 후가공 공정의 사이클 타임도 감소하는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 전조 공정에서 롤 성형된 내륜부(211)의 외경 진원도를 향상시키는 내륜 사이징 공정에 사용되는 사이징 다이(100)에 있어서, 상부로부터 상부 내경면(110)과, 걸림부(120)와, 하부 내경면(130)을 포함하여 구성되며; 상기 상부 내경면(110)은 상부로부터 하방으로 수직 형성된 제1수직부(111)와, 상기 제1수직부(111) 하방으로 형성되며 내향으로 경사진 제1경사부(113)와, 상기 제1경사부(113)로부터 하방으로 형성된 대경사이징부(115)로 이루어지며; 상기 걸림부(120)는 하향으로 갈수록 지름이 감소하며, 상기 제1수직부(111)에 대하여 110°∼120°의 각도 범위로 하향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 로울러 베어링 내륜 사이징 다이(100).
  2. 전조 공정에서 롤 성형된 내륜부(211)의 외경 진원도를 향상시키는 내륜 사이징 공정에 사용되는 사이징 다이(100)에 있어서, 상부로부터 상부 내경면(110)과, 걸림부(120)와, 하부 내경면(130)을 포함하여 구성되며; 상기 상부 내경면(110)은 상부로부터 하방으로 수직 형성된 제1수직부(111)와, 상기 제1수직부(111) 하방으로 형성되며 내향으로 경사진 제1경사부(113)와, 상기 제1경사부(113)로부터 하방으로 형성된 대경사이징부(115)로 이루어지며; 상기 하부 내경면(130)은 상기 걸림부(120)의 하단으로부터 하방으로 내향 경사지게 형성된 경사부(131)와, 상기 경사부(131)의 하단으로부터 하방으로 연장 형성된 소경사이징부(133)로 이루어지며; 상기 걸림부(120)는 하향으로 갈수록 지름이 감소하며, 상기 상부 내경면(110)은 대경사이징부(115) 하방으로 상기 대경사이징부(115)의 지름보다 큰 지름을 가지도록 형성된 제1확장부(117)를 더 포함하며, 상기 하부 내경면(130)은 소경사이징부(133) 하방으로 소경사이징부(133)의 지름보다 큰 지름을 가지도록 형성된 제2확장부(137)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 테이퍼 로울러 베어링 내륜 사이징 다이(100).
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2 항에 있어서, 상기 소경사이징부(133)와 제2확장부(137) 사이에는 역경사부(135)가 형성되며, 상기 역경사부(135)는 소경사이징부(133)에 대하여 10°∼14°의 각도 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 로울러 베어링 내륜 사이징 다이(100).
  6. 제2 항에 있어서, 상기 제1경사부(113)는 대경사이징부(115)에 대하여 8°~15°범위의 각도로 내향 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 테이퍼 로울러 베어링 내륜 사이징 다이(100).
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