KR101302392B1 - 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법 - Google Patents

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남정학
정상호
고경환
박기효
심우신
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주식회사 윤성테크
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Abstract

본 발명은 중공부를 형성하기 위한 드릴 가공을 삭제하여 사이클 타임을 줄일 수 있고 메탈 플로우를 유지할 수 있으며 절삭 칩의 미 발생으로 환경 친화적일 수 있는 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법을 제공하는 것이 그 기술적 과제이다. 이를 위해, 본 발명의 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법은, 빌렛에 축 방향 홀이 형성되도록 상기 빌렛을 단조 가공하는 단계; 상기 단조 가공된 빌렛의 축 방향 홀이 샤프트의 중공부가 되도록 상기 단조 가공된 빌렛을 축 방향으로 압출 가공하는 단계; 및 상기 압출 가공된 빌렛의 외주면이 상기 샤프트의 외형을 갖도록 상기 압출 가공된 빌렛의 외주면을 가공하는 단계를 포함한다.

Description

압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법{Manufacturing method of hollow type shaft for compressor}
본 발명은 자동차용 공기조화장치 등에 사용되는 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차 실내의 공기조화를 위하여 사용되는 공기조화장치에 있어서, 열 교환 매체를 고온고압으로 압축시켜 이를 열교환기로 유출시키는 압축기는 자동차의 엔진에 의해 구동된다. 공기조화장치를 사용하지 않는 경우 엔진으로부터의 구동력을 차단시키기 위한 전자 클러치가 압축기에 설치된다. 압축기는 풀리를 통해 전달되는 엔진의 동력을 전자 클러치의 단속 작용에 의해 선택적으로 전달받아 증발기로부터 공급되는 냉매를 압축하여 응축기로 보내는 장치이다.
압축기는 전자 클러치의 허브와 연결되는 샤프트를 포함하며, 샤프트는 중공형으로 가공된다. 중공형 샤프트의 중공부는 오일 유로로써 이를 통해 베어링 등의 해당 부품으로 윤활과 냉각을 위한 오일 등이 유동하게 된다.
종래의 압축기용 중공형 샤프트는 선삭 가공을 통해 가공된다. 즉, 전체 외형은 틀 가공 등을 통해 만들어지고, 중공부에 해당하는 내경은 드릴 가공 등을 통해 형성된다.
그러나, 종래의 압축기용 중공형 샤프트가 선삭 가공으로 만들어지므로 사이클 타임(cycle time)의 증대로 원가가 상승되는 문제가 있다.
또한, 선삭 가공으로 인한 메탈 플로우(metal flow)의 단선으로 비틀림 응력에 취약해지는 문제가 있다. 또한, 선삭 가공시 발생되는 절삭 칩(chip)으로 환경 오염이 유발되는 문제가 있다.
본 발명의 기술적 과제는, 중공부를 형성하기 위한 드릴 가공을 삭제하여 사이클 타임을 줄일 수 있고 메탈 플로우를 유지할 수 있으며 절삭 칩의 미 발생으로 환경 친화적일 수 있는 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법은, 빌렛에 축 방향 홀이 형성되도록 상기 빌렛을 단조 가공하는 단계; 상기 단조 가공된 빌렛의 축 방향 홀이 샤프트의 중공부가 되도록 상기 단조 가공된 빌렛을 축 방향으로 압출 가공하는 단계; 및 상기 압출 가공된 빌렛의 외주면이 상기 샤프트의 외형을 갖도록 상기 압출 가공된 빌렛의 외주면을 가공하는 단계를 포함한다.
일예로, 상기 압출 가공된 빌렛의 외주면을 가공하는 단계는, 상기 압출 가공된 빌렛의 외주면이 다단으로 단차진 형상을 갖도록 상기 압출 가공된 빌렛의 외주면을 선삭 가공하는 단계; 상기 선삭 가공된 빌렛의 외주면의 단부를 세레이션 가공하는 단계; 및 상기 세레이션 가공된 빌렛의 외주면을 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 예로, 상기 압출 가공된 빌렛의 외주면을 가공하는 단계는, 상기 압출 가공된 빌렛의 외주면의 단부를 세레이션 가공하는 단계; 상기 세레이션 가공된 빌렛의 외주면이 다단으로 단차진 형상을 갖도록 상기 세레이션 가공된 빌렛의 외주면을 선삭 가공하는 단계; 및 상기 선삭 가공된 빌렛의 외주면을 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 압출 가공된 빌렛의 외주면을 가공하는 단계는, 상기 압출 가공된 빌렛의 외주면에 상기 중공부와 관통되는 오일공을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 빌렛을 단조 가공하는 단계는, 상기 축 방향 홀의 끝단 형상을 반구 형상으로 단조 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법은, 축 방향 홀이 형성된 제1 빌렛을 준비하는 단계; 상기 제1 빌렛의 축 방향 홀이 샤프트의 중공부가 되도록 함과 동시에 상기 제1 빌렛의 외주면이 다단으로 단차진 형상의 샤프트의 주축이 되도록 상기 제1 빌렛을 축 방향으로 다단 압출 가공하는 단계; 별도의 세레이션부를 갖도록 제2 빌렛의 외주면에 세레이션을 단조 및 전조 가공하는 단계; 및 상기 다단 압출 가공된 주축과 상기 단조 및 전조 가공된 세레이션부를 결합하는 단계를 포함한다.
일예로, 상기 세레이션부를 결합하는 단계에서, 상기 주축과 상기 세레이션부는 용접에 의해 결합될 수 있다.
다른 예로, 상기 세레이션부를 결합하는 단계에서, 상기 주축과 상기 세레이션부는 압입에 의해 결합될 수 있다.
상기 주축과 상기 세레이션부를 압입하기 전에 그 사이에 실링 부재가 삽입될 수 있다.
상기 실링 부재는 오-링(O-ring) 또는 가스켓(gasket)일 수 있다.
상기 제1 빌렛을 준비하는 단계는, 상기 축 방향 홀의 끝단 형상을 반구 형상으로 단조 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명 다른 실시예에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법은, 상기 다단 압출 가공이 완료된 후, 상기 다른 압출 가공된 빌렛의 외주면에 상기 중공부와 관통되는 오일공을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법은 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 압출 공법으로 원하는 길이의 중공부를 형성할 수 있으므로, 사이클 타임(cycle time)의 감소로 원가를 저감시킬 수 있다.
또한, 압출 공법으로 메탈 플로우(metal flow)가 유지되므로 종래 기술에 비해 비틀림 응력에 강할 수 있다.
또한, 압출 공법으로 원하는 길이의 중공부가 형성되므로 중공부 형성시에는 절삭 칩(chip)이 발생되지 않아 환경 친화적일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법에 의해 샤프트가 제조되는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 변형례에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법에 의해 샤프트가 제조되는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법을 나타낸 플로우차트이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법에 의해 샤프트가 제조되는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이고, 그리고 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법을 나타낸 플로우차트이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법을 상세히 설명한다.
먼저, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 빌렛(B1 참조)(billet)에 축 방향 홀(H1)이 형성되도록 빌렛(B1 참조)을 단조 가공한다(S110). 특히, 빌렛(B1)을 단조 가공하는 과정에서, 축 방향 홀(H1)의 끝단 형상을 반구 형상으로 단조 가공하여, 이 후 압출 가공시 홀(H1)의 내부에 응력이 집중되는 것을 최소화할 수 있다.
이 때, 홀(H1)의 내부에 응력이 집중되는 것을 최소화하기 위해, 축 방향 홀(H1)의 끝단 형상을 반구 형상으로 단조 가공할 수 있다.
그리고 나서, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 단조 가공된 빌렛(B1)(이하, "1차 가공 빌렛"이라 함)의 축 방향 홀(H1)이 샤프트[도 1(c)의 100]의 중공부(101)가 되도록 1차 가공 빌렛(B1)을 축 방향으로 압출 가공한다(S120). 이 때, 압출 가공을 위해 압출 가공용 다이(10)(die)가 사용된다.
이렇게 압출 가공된 빌렛(B2)(이하, "2차 가공 빌렛"이라 함)의 외주면이 샤프트(100)의 외형을 갖도록 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면을 가공한다(S130, S140 및 S150).
일예로, 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면을 가공하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면이 다단으로 단차진 형상[도 1(c) 참조]을 갖도록 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면을 선삭 가공한다(S130). 그리고 나서, 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면의 단부에 세레이션[도 1(c)의 102 참조](serration)이 형성되도록 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면의 단부에 세레이션 가공한다(S140). 일예로, 세레이션 가공은 전조 가공을 포함하는 가공일 수 있다. 끝으로, 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면을 연마한다(S150).
이와 더불어, 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면을 가공하는 동안, 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면에 중공부(101)와 관통되는 오일공(미도시)을 형성할 수 있다. 이렇게 오일공을 형성하는 이유는 샤프트(100) 주변의 베어링(미도시) 등으로 오일 또는 냉매가 유입될 수 있도록 중공부(101)의 오일 또는 냉매를 샤프트(100) 외부로 안내하기 위함이다. 나아가, 오일공을 형성하는 시기는 압출 가공이 완료된 후라면 언제든지 할 수 있을 것이다. 즉, 압출 가공과 선삭 가공 사이, 선삭 가공과 세레이션 가공 사이, 세레이션 가공과 연마 가공 사이, 또는 연마 가공 후 중 어느 한 시기에 하면 된다.
이하, 도 1 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예의 변형례에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 변형례에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법을 나타낸 플로우차트이다.
본 발명의 일 실시예의 변형례에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법은 2차 가공 빌렛의 외주면을 가공하는 방법(S230, S240 및 S250)을 제외하고는 상술한 본 발명의 일 실시예와 동일하므로 이하에서는 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면을 가공하는 방법에 대해서만 설명한다. 또한, 본 발명의 일 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여한다.
2차 가공 빌렛(B2)의 외주면을 가공하는 방법은 다음과 같다.
먼저, 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면의 단부에 세레이션[도 1(c)의 102 참조]이 형성되도록 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면의 단부에 세레이션 가공한다(S230). 일예로, 세레이션 가공은 전조 가공을 포함하는 가공일 수 있다. 그리고 나서, 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면이 다단으로 단차진 형상[도 1(c) 참조]을 갖도록 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면을 선삭 가공한다(S240). 끝으로, 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면을 연마한다(S250).
이와 더불어, 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면을 가공하는 동안, 2차 가공 빌렛(B2)의 외주면에 중공부와 관통되는 오일공(미도시)을 형성할 수 있다. 나아가, 오일공을 형성하는 시기는 압출 가공이 완료된 후라면 언제든지 할 수 있을 것이다. 즉, 압출 가공과 세레이션 가공 사이, 세레이션 가공과 선삭 가공 사이, 선삭 가공과 연마 가공 사이, 또는 연마 가공 후 중 어느 한 시기에 하면 된다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법을 상세히 설명한다.
먼저, 도 4(a)에 도시된 바와 같이, 축 방향 홀(H2))이 형성된 제1 빌렛(B11)을 준비한다(S310). 축 방향 홀(H2))이 형성된 제1 빌렛(B11)이 준비되기 위해서는, 이전 공정에서 단조나 주조 등에 의해 제1 빌렛(B11)이 가공될 수 있을 것이다. 특히, 제1 빌렛(B11)을 준비하는 과정에서, 축 방향 홀의 끝단 형상을 반구 형상으로 단조 가공하여, 이 후 다단 압출 가공시 홀(H2)의 내부에 응력이 집중되는 것을 최소화할 수 있다.
그리고 나서, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 제1 빌렛(B11)의 축 방향 홀(H2))이 샤프트[도 1(e)의 200]의 중공부(201)가 되도록 함과 동시에 제1 빌렛(B11)의 외주면이 다단으로 단차진 형상의 샤프트(100)의 주축(203)가 되도록 제1 빌렛(B11)을 축 방향으로 다단 압출 가공한다(S320).
또한, 위 방법 순서에 상관 없이, 제1 빌렛(B11)을 준비하기 전 이라도 언제든지 도 4(c)와 같이 제2 빌렛(B21)을 준비하여, 도 4(d)에 도시된 바와 같이, 별도의 세레이션부(202)를 갖도록 제2 빌렛(B21)의 외주면에 세레이션(serration)을 단조 및 전조 가공한다(S330).
이렇게 다단 압출 가공된 주축(203)과 단조 및 전조 가공된 세레이션부(202)를 도 4(e)에 도시된 바와 같이 결합한다(S340). 일예로, 주축(203)과 세레이션부(202)는 용접에 의해 결합될 수 있다. 다른 예로, 주축(203)과 세레이션부(202)는 압입에 의해 결합될 수 있다. 압입에 의해 결합될 경우 실링을 위하여, 주축(203)과 세레이션부(202)를 압입하기 전에 그 사이에 실링 부재(미도시)가 삽입될 수 있다. 실링 부재로는 오-링(O-ring) 또는 가스켓(gasket)이 사용될 수 있다.
이와 더불어, 다단 압출 가공이 완료된 후, 주축(203)의 외주면에 중공부(201)와 관통되는 오일공(미도시)을 형성할 수 있다. 이렇게 오일공을 형성하는 이유는 샤프트(200) 주변의 베어링(미도시) 등으로 오일 또는 냉매가 유입될 수 있도록 중공부(201)의 오일 또는 냉매를 샤프트(200) 외부로 안내하기 위함이다. 나아가, 오일공을 형성하는 시기는 다단 압출 가공이 완료된 후라면 언제든지 할 수 있을 것이다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법은 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 압출 공법으로 원하는 길이의 중공부를 형성할 수 있으므로, 사이클 타임(cycle time)의 감소로 원가를 저감시킬 수 있다.
또한, 압출 공법으로 메탈 플로우(metal flow)가 유지되므로 종래 기술에 비해 비틀림 응력에 강해 고강도의 품질을 확보할 수 있다.
또한, 압출 공법으로 원하는 길이의 중공부가 형성되므로 중공부 형성시에는 절삭 칩(chip)이 발생되지 않아 환경 친화적일 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
B1: 단조 가공된 빌렛(1차 가공 빌렛)
B2: 압출 가공된 빌렛(2차 가공 빌렛)
H1: 축 방향 홀 10: 다이
100: 샤프트 101: 중공부
102: 세레이션

Claims (13)

  1. 빌렛에 축 방향 홀이 형성되도록 상기 빌렛을 단조 가공하는 단계;
    상기 단조 가공된 빌렛의 축 방향 홀이 샤프트의 중공부가 되도록 상기 단조 가공된 빌렛을 축 방향으로 압출 가공하는 단계; 및
    상기 압출 가공된 빌렛의 외주면이 상기 샤프트의 외형을 갖도록 상기 압출 가공된 빌렛의 외주면을 가공하는 단계
    를 포함하는 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 압출 가공된 빌렛의 외주면을 가공하는 단계는,
    상기 압출 가공된 빌렛의 외주면이 다단으로 단차진 형상을 갖도록 상기 압출 가공된 빌렛의 외주면을 선삭 가공하는 단계;
    상기 선삭 가공된 빌렛의 외주면의 단부를 세레이션 가공하는 단계; 및
    상기 세레이션 가공된 빌렛의 외주면을 연마하는 단계를 포함하는 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 압출 가공된 빌렛의 외주면을 가공하는 단계는,
    상기 압출 가공된 빌렛의 외주면의 단부를 세레이션 가공하는 단계;
    상기 세레이션 가공된 빌렛의 외주면이 다단으로 단차진 형상을 갖도록 상기 세레이션 가공된 빌렛의 외주면을 선삭 가공하는 단계; 및
    상기 선삭 가공된 빌렛의 외주면을 연마하는 단계를 포함하는 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법.
  4. 제2항에서,
    상기 압출 가공된 빌렛의 외주면에 상기 중공부와 관통되는 오일공을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 오일공을 형성하는 단계는
    상기 압출 가공하는 단계와 상기 선삭 가공하는 단계 사이, 상기 선삭 가공하는 단계와 상기 세레이션 가공하는 단계 사이, 상기 세레이션 가공하는 단계와 상기 연마하는 단계 사이, 또는 연마하는 단계 후 중 어느 한 시기에 수행되는 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 빌렛을 단조 가공하는 단계는,
    상기 축 방향 홀의 끝단 형상을 반구 형상으로 단조 가공하는 단계를 더 포함하는 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법.
  6. 축 방향 홀이 형성된 제1 빌렛을 준비하는 단계;
    상기 제1 빌렛의 축 방향 홀이 샤프트의 중공부가 되도록 함과 동시에 상기 제1 빌렛의 외주면이 다단으로 단차진 형상의 샤프트의 주축이 되도록 상기 제1 빌렛을 축 방향으로 다단 압출 가공하는 단계;
    별도의 세레이션부를 갖도록 제2 빌렛의 외주면에 세레이션을 단조 및 전조 가공하는 단계; 및
    상기 다단 압출 가공된 주축과 상기 단조 및 전조 가공된 세레이션부를 결합하는 단계
    를 포함하는 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 세레이션부를 결합하는 단계에서,
    상기 주축과 상기 세레이션부는 용접에 의해 결합되는 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법.
  8. 제6항에서,
    상기 세레이션부를 결합하는 단계에서,
    상기 주축과 상기 세레이션부는 압입에 의해 결합되는 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 주축과 상기 세레이션부를 압입하기 전에 그 사이에 실링 부재가 삽입되는 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 실링 부재는 오-링 또는 가스켓인 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법.
  11. 제6항에서,
    상기 제1 빌렛을 준비하는 단계는,
    상기 축 방향 홀의 끝단 형상을 반구 형상으로 단조 가공하는 단계를 더 포함하는 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법.
  12. 제6항에서,
    상기 다단 압출 가공이 완료된 후, 상기 다단 압출 가공된 빌렛의 외주면에 상기 중공부와 관통되는 오일공을 형성하는 단계를 더 포함하는 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법.
  13. 제3항에서,
    상기 압출 가공된 빌렛의 외주면에 상기 중공부와 관통되는 오일공을 형성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 오일공을 형성하는 단계는
    상기 압출 가공하는 단계와 상기 세레이션 가공하는 단계 사이, 상기 세레이션 가공하는 단계와 상기 선삭 가공하는 단계 사이, 상기 선삭 가공하는 단계와 상기 연마하는 단계 사이, 또는 연마하는 단계 후 중 어느 한 시기에 수행되는 압축기용 중공형 샤프트의 제조 방법.
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