KR101015493B1 - 자동차용 스터브 샤프트 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 스터브 샤프트에 관한 것으로서, 스터브 샤프트를 제작함에 있어서, 바 소재에 포밍(forming) 공법을 적용함으로써, 재료의 조직을 보다 안정화시켜 비틀림 강도의 취약점을 보완하고, 그에 따른 제품의 품질을 안정화시킬 수 있으며, 제작 비용을 줄일 수 있어 가격 경쟁력을 높일 수 있는 자동차용 스터브 샤프트를 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 구성은 스터브 샤프트를 제작하는 방법에 있어서, 중실형의 바(bar)를 일정 형상의 금형에 고정하며, 상기 금형에 고정된 바를 포밍 머신(forming machine)을 이용하여 포밍 공법으로 제작하는 것을 특징으로 한다.

스터브 샤프트, 프로펠러 샤프트, 바, 금형, 포밍 머신, 헤딩 머신

Description

자동차용 스터브 샤프트 제작 방법{Manufacturing Method of a Stub Shaft for a Vehicle}

도 1은 종래 기술에 따른 자동차용 스터브 샤프트를 개략적으로 나타내는 정면도,

도 2는 종래 기술에 따른 자동차용 프로펠러 샤프트의 스터브 샤프트를 개략적으로 나타내는 정면도,

도 3은 본 발명에 따른 포밍 머신을 이용한 자동차용 스터브 샤프트의 제작 예시를 개략적으로 나타내는 도면,

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 스터브 샤프트 1a : 함몰부

10 : 바 20 : 금형

30a, 30b : 포밍 금형

본 발명은 자동차용 스터브 샤프트에 관한 것으로서, 스터브 샤프트를 제작함에 있어서, 바 소재에 포밍(forming) 공법을 적용함으로써, 재료의 조직을 보다 안정화시켜 비틀림 강도의 취약점을 보완하고, 그에 따른 제품의 품질을 안정화시킬 수 있으며, 제작 비용을 줄일 수 있어 가격 경쟁력을 높일 수 있는 자동차용 스터브 샤프트에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 조향 장치(操向裝置,Steering System)는 진행 방향을 운전자가 의도하는 방향으로 바꾸기 위해 조작력을 스티어링 기어 및 링크 등에 전달하는 조작 기구와, 스티어링 샤프트의 회전을 감속하여 조작력을 증대함과 아울러 조작 기구의 운동 방향을 바꾸어 주는 기어 기구와 상기 기어 기구의 작동을 전륜에 전달하고 좌·우륜의 관계 위치를 바르게 지지하는 링크 기구들을 포함하고 있다.

상기한 조작 기구는 스티어링휠과 스티어링 샤프트 및 조향 칼럼 등으로 이루어진다. 여기서 조향 칼럼(steering column)은 운전을 위한 스티어링 휠을 지지하는 동시에 조향 장치의 일부를 이루며 상기 조향 장치와 연결된 스티어링 샤프트와 이를 감싸는 자켓으로 이루어져 있다.

이러한 조향 칼럼은 스티어링 휠에 의해 발생하는 회전 운동을 전달하는 스티어링 샤프트를 지지할 수 있게 튜브형 강체로 설계되어 있고, 차체와 같은 강성을 이루도록 지지되며, 차량의 충돌시에는 충돌 에너지를 흡수할 수 있도록 하고 있다.

또한, 엔진의 동력은 변속기를 거쳐 드라이브 샤프트를 매개로 하여 바퀴까지 전달된다. 이와 같이 드라이브 샤프트는 강한 비틀림을 받으면서 고속으로 회전하기 때문에 이에 견디도록 충분한 내구성을 갖추기 위해서 속이 비어있는 중공의 강판이나 환형봉 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다.

도 1은 종래 기술에 따른 자동차용 스터브 샤프트를 개략적으로 나타내는 정면도, 도 2는 종래 기술에 따른 자동차용 프로펠러 샤프트의 스터브 샤프트를 개략적으로 나타내는 정면도이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 종래의 자동차용 드라이브 샤프트의 스터브 샤프트(100)는 솔리드 바(101)를 사용하거나, 강판형 튜브(미도시) 또는 스터브 샤프트(미도시)를 사용한다.

상기한 바와 같이 중공 형상을 갖는 솔리드 바(101)는 변속기와 차량 바퀴 등과 같은 부자재들 간의 자재 이음을 위하여 일측 선단에 단조 등의 성형 과정을 거친 로드(102)를 용접 등의 수단으로 고정시킨다.

또한, 상기 중공형의 솔리드 바(101)와 일측 선단에 용접 고정된 로드(102)의 직경이 상이할 경우 직경의 차이로서 걸림턱이 발생되지 않도록 축관부를 더 형성한다.

또한, 자동차용 프로펠러 샤프트(200)에 사용되는 스터브 샤프트(201)는 트랜스미션으로부터 뒷 차축까지 연결되어 앞쪽에 있는 엔진의 회전력을 트랜스 미션을 거쳐 뒷 차축까지 전달하는 역할을 한다.

그리고, 상기 스터브 샤프트(201)는 스틸 조관 파이프 형태의 튜브(201a)와, 이 튜브 일측 및 타측에 일체로 용접되는 요크(201b)로 구성된다.

여기서, 상기 요크(201b)는 열간 단조법으로 제조되며, 상기 요크(201b)를 마찰 압접법으로 상기 튜브(201a)와 일체가 되도록 제조한다.

그러나, 이러한 종래의 자동차용 드라이브 샤프트(100) 및 프로펠러 샤프트(200)의 스터브 샤프트(101, 201)를 제작함에 있어 냉간 인발바 가공품이나 열간 단조품을 이용하므로, 표면 강도 및 비틀림 강도에 있어 취약점이 있으며, 비용적인 측면에서도 냉간인발바 또는 열간단조품은 상대적으로 높아 원가 상승의 요인이 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 스터브 샤프트를 제작함에 있어서, 바 소재에 포밍(forming) 공법을 적용함으로써, 재료의 조직을 보다 안정화시켜 비틀림 강도의 취약점을 보완하고, 그에 따른 제품의 품질을 안정화시킬 수 있으며, 제작 비용을 줄일 수 있어 가격 경쟁력을 높일 수 있는 자동차용 스터브 샤프트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 스터브 샤프트를 제작 하는 방법에 있어서, 중실형의 바(bar)를 일정 형상의 금형에 고정하여, 상기 금형에 고정된 바를 포밍 머신(forming machine)을 이용하여 포밍 공법으로 제작하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 자동차용 스터브 샤프트는 중실형의 바를 금형에 고정하는 고정단계; 상기 바가 단계별 제작 되도록 이동하는 이동단계; 상기 바의 일부 형상이 포밍 공정에 의해 제작되는 제작단계; 에 의해 만들어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 스터브 샤프트는 마찰 용접용 중공축 샤프트, 드라이브 샤프트, 프로펠러 샤프트, 인텀 샤프트 중 어느 하나에 사용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스터브 샤프트 단부의 스플라인은 익스트루전(extrusion) 공법으로 제작하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 포밍 공정에 사용하는 바의 직경은 30mm 이상인 것도 작업가능하다는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 포밍 공정에 사용하는 바의 열처리시 4,000Nm 이상까지 토크 전달 가능한 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로는, 스터브 샤프트를 제작하는 방법에 있어서, 중실형의 바(bar)를 일정 형상의 금형에 고정하고, 상기 금형에 고정된 바를 단계의 헤딩 머신(heading machine)을 이용하여 제작하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 스터브 샤프트는 마찰 용접용 중공축 샤프트, 드라이브 샤프트, 프로펠러 샤프트, 인텀 샤프트 중 어느 하나에 사용되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 포밍 머신을 이용한 자동차용 스터브 샤프트의 제작 예시를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 자동차용 스터브 샤프트(1)의 제작은 포밍 머신(forming machine)을 이용하여 제작한다.

상기 자동차용 스터브 샤프트(1) 제작의 구성은 중실형의 바(10), 상기 바(10)를 고정시키는 일정 형상의 금형(20), 상기 바(10)에 포밍을 하기 위한 포밍 금형(30a,30b)으로 된다.

여기서, 중실형의 바(10)를 일정 형상의 금형(20)에 고정한다.

또한, 상기 고정된 바(10)의 일측에 구비되되, 대략 원뿔 형태로 돌출부(31)가 형성된 포밍 금형(30a)과, 상기 바(10)의 직경과 일치되는 형상의 홈이 내측에 형성된 포밍 금형(30b)이 타측에 구비된다.

그리고, 상기 금형(20)으로 고정된 상기 바(10)의 일측 및 타측이 상기 포밍 금형(30a, 30b)에 의해 포밍(forming) 공법으로 제작된다.

따라서, 상기 바(10)의 일측은 상기 포밍 금형(30a)의 돌출부(31)에 의해 소정 깊이로 함몰부(1a)가 형성된다.

여기서, 상기 바(10)에 포밍 공법을 이용함으로써, 재료의 조직을 보다 안정화시켜 비틀림 강도의 취약점을 보완하며, 그것으로 품질을 안정화시킬 수 있다.

또한, 상기 스터브 샤프트(1)는 마찰 용접용 중공축 샤프트, 드라이브 샤프 트, 프로펠러 샤프트, 인텀 샤프트 중 어느 하나에 사용할 수 있어서 제작 비용적인 측면에서도 경쟁력을 높일 수 있다.

그리고, 상기 스터브 샤프트(1) 단부에 형성된 소정 길이의 스플라인(spline)은 롤링(rolling)을 이용하여 제작하나, 다이(die)를 이용한 익스트루전(extrusion) 공법으로 제작하는 것도 가능하다.

또한, 상기 포밍 공법에 사용하는 바(10)의 직경이 30mm 이상까지 제작 가능하다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 포밍 공법에 사용되는 바(10)의 직경이 30mm 이상으로 제작되는 것이 바람직하나, 상기 바(10)의 직경을 이에 한정하지 않는 것이 바람직하다.

여기서, 통상의 포밍 공정은 30mm 이하의 직경을 갖는 바에 적용되나, 본 발명에 의한 포밍 공정은 30mm 이상의 직경을 갖는 바(10)에 적용가능하다.

그리고, 상기 포밍 공법에 사용하는 바(10)의 열처리시 4,000N 이상까지 토크(Torque) 전달이 가능하다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스터브 샤프트(1)를 제작하는 방법에 있어서, 중실형의 바(bar,10)를 일정 형상의 금형(20)에 고정하고, 상기 금형(20)에 고정된 바(10)를 포밍 머신(forming machine) 대신에 헤딩 머신(heading machine)을 이용하여 제작하는 것도 가능하다.

여기서, 상기 스터브 샤프트(1)는 마찰 용접용 중공축 샤프트, 드라이브 샤프트, 프로펠러 샤프트, 인텀 샤프트 중 어느 하나에 사용할 수 있어서 제작 비용 적인 측면에서도 경쟁력을 높일 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 스터브 샤프트를 제작함에 있어서, 바 소재에 포밍(forming) 공법을 적용함으로써, 재료의 조직을 보다 안정화시켜 비틀림 강도의 취약점을 보완하고, 그에 따른 제품의 품질을 안정화시킬 수 있으며, 제작 비용을 줄일 수 있어 가격 경쟁력을 높일 수 있는 효과를 거둘 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허 청구 범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

Claims (8)

1. 스터브 샤프트(stub shaft)(1)의 제작방법에 있어서,

   중실형의 바(bar)(10)를 금형(20)에 고정하는 고정단계와,

   상기 금형(20)에 고정된 상기 바(10)의 양 단부를, 돌출부(31)가 형성된 포밍 금형(30a)과, 상기 바(10)의 직경과 일치되는 형상의 홈이 내측에 형성된 포밍 금형(30b)을 이용하여 포밍 머신(forming machine)으로 동시에 성형하는 성형단계를 포함하여 구성되고,

   그것에 의해, 상기 바(10)의 일측 및 타측이 포밍 공법에 의해 가공되어 제작되는 것을 특징으로 하는 자동차용 스터브 샤프트의 제작방법.
2. 스터브 샤프트(1)를 제작하는 방법에 있어서,

   중실형의 바(bar)(10)를 금형(20)에 고정하는 단계와,

   상기 금형(20)에 고정된 상기 바(10)의 양 단부를 헤딩 머신(heading machine)을 이용하여 성형하는 단계를 포함하여 구성되고,

   그것에 의해, 상기 바(10)의 일측 및 타측이 헤딩 공법에 의해 가공되어 제작되는 것을 특징으로 하는 자동차용 스터브 샤프트의 제작방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 스터브 샤프트(1)는, 마찰 용접용 중공축 샤프트, 드라이브 샤프트, 프로펠러 샤프트, 인텀 샤프트 중 어느 하나에 사용되는 것을 특징으로 하는 자동차용 스터브 샤프트의 제작방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 스터브 샤프트(1) 단부의 스플라인(spline)은 롤링(rolling)을 이용하여 제작되거나,

   또는, 다이(die)를 이용한 익스트루전(extrusion) 공법으로 제작되는 것을 특징으로 하는 자동차용 스터브 샤프트의 제작방법.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 바(10)의 직경은 30mm 이상인 것도 작업가능한 것을 특징으로 하는 자동차용 스터브 샤프트 제작방법.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 바(10)의 열처리시 4,000Nm 이상까지 토크 전달 가능한 것을 특징으로 하는 자동차용 스터브 샤프트 제작방법.
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