KR101959175B1 - 자동차용 판스프링의 체결에 사용되는 u볼트 제조방법 - Google Patents

자동차용 판스프링의 체결에 사용되는 u볼트 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 U볼트(100) 제조방법에 관한 것으로서,
환봉(110)을 소정 길이로 절단하는 소재절단단계(S10);
상기 환봉(110) 양단에 전조를 통해 나사부(102)를 형성하는 전조단계(S40);
상기 환봉(110)을 소정의 온도로 가열하여 U자 형상으로 절곡하는 절곡단계(S50);
상기 U자 형상으로 절곡된 환봉(110)에 열처리를 통해 제품 특성을 향상시키는 열처리단계(S60);
상기 열처리 후 환봉(110) 표면에 도료를 도포하는 도장단계(S70);를 포함하며,
상기 전조단계(S40)를 통해 나사부(102)를 형성함으로써 절삭작업에 비해 나사부(102)의 제작 정밀도를 높이고, 제작 시간을 단축하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차용 판스프링의 체결에 사용되는 U볼트 제조방법{Manufacturing method of U bolt used to fasten automobile leaf spring}
본 발명은 자동차용 판스프링의 체결에 사용되며, 양단에는 나사부가 형성되고 상기 양단 사이에는 몸체부를 이루는 U자 형상의 U볼트 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 U볼트의 나사부를 전조단계를 통해 제작함으로써 가공정밀도와 생산효율을 높이는 한편, 전조단계 이전에 환봉의 몸체부를 바이스로 고정하고 환봉의 양단에 인접하게 배치된 한 쌍의 금형을 상기 환봉의 양단을 향해 가압하는 나사부 강도향상단계를 수행함으로써 나사부의 강도를 향상시키고, 나사부 형성에 소요되는 재료 또한 절감하는 U볼트 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 중량의 화물을 싣는 대형자동차의 경우 통상 판스프링을 이용하여 자동차의 현가장치를 구성하며 다수가 중첩되어 형성되는 판스프링은 'U'형 볼트를 이용하여 자동차의 차체에 결합하게 된다.
상기와 같이 사용되는 'U'형 볼트는 환봉 소재의 양단에 나사부를 형성하고 그 내측에 몸체부를 형성하여 'U'자 형으로 절곡함으로써 'U'형 볼트의 내측에 위치하는 판스프링의 양측면이 'U'형 볼트와 접촉할 수 있도록 하여 견고한 결합을 이룰 수 있게 된다.
U볼트의 양단에는 나사부가 형성되는데, 통상적으로 절삭가공을 통해 나사부를 형성하는 경우가 많다.
절삭가공으로 나사부를 형성하게 되면 각각의 나사산을 모두 가공해야 하므로, 가공시간이 오래 걸리고 여러 가공조건의 영향을 받게 되어 신뢰성 있는 가공정밀도를 보장할 수 없다.
이러한 문제를 해결하기 위해 U볼트의 나사부를 형성함에 있어서 전조가공이 이용되고 있다.
전조가공은 절삭가공에 비해 가공속도가 빨라 가공생산성을 높일 수 있고, 절삭가공에 비해 신뢰성 있는 가공정밀도를 제공한다.
U볼트로 판스프링을 체결하기 위해서는 체결구멍이 형성된 브래킷에 U볼트의 나사부를 삽입한 후 너트로 체결한다.
그런데 소정 직경으로 형성된 환봉은 양단에 전조가공이 이뤄지면 양단부의직경이 증가하게 된다. 이로 인해 전조가공된 나사부의 직경은 환봉의 몸체부 직경보다 커지게 된다.
이로 인해 환봉의 몸체부 직경이 브래킷의 체결구멍과 동일하면, 나사부의 직경은 브래킷의 체결구멍 직경보다 커서 체결구멍에 나사부가 삽입될 수 없다.
따라서 통상적으로 나사부에 전조가공을 하기 전에 나사부를 절삭가공을 통해 직경이 줄어들도록 가공한다. 이러한 상태에서 전조가공을 하면 나사부의 직경이 브래킷 체결구멍의 직경과 거의 동일하게 되어 브래킷 체결구멍에 삽입이 가능하게 되는 것이다. 결과적으로 절삭가공이 추가적으로 요구되어 생산성을 떨어뜨리고, 배출되는 절삭칩은 환경을 오염시키는 문제가 있다.
이와 반대로, 환봉 몸체부의 직경이 브래킷 체결구멍의 직경보다 작으면 나사부의 전조가공 후에 나사부를 브래킷 체결구멍에 삽입은 가능하지만, U볼트가 브래킷에 체결된 후 환봉 몸체부의 직경이 브래킷 체결구멍의 직경보다 작아 몸체부가 차량 이동중 체결구멍 내부에서 요동할 수 있어, 판스프링을 안정적으로 지지할 수 없게 된다.
따라서 이러한 U볼트 제조상의 문제를 해결할 수 있는 새로운 U볼트 제조방법의 개발이 절실히 요청된다.
공개특허공보 10-2006-0107814호
본 발명의 U볼트 제조방법은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여 창안한 것으로서, U볼트 나사부의 강도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 U볼트 나사부의 형성에 소요되는 재료를 절감하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 U볼트 나사부의 형성에 절삭가공을 배제하여 칩배출로 인한환경오염을 줄이는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 U볼트 제조방법은 환봉을 소정 길이로 절단하는 소재절단단계;
상기 환봉 양단에 전조를 통해 나사부를 형성하는 전조단계;
상기 환봉을 소정의 온도로 가열하여 U자 형상으로 절곡하는 절곡단계;
상기 U자 형상으로 절곡된 환봉에 열처리를 통해 제품 특성을 향상시키는 열처리단계;
상기 열처리 후 환봉 표면에 도료를 도포하는 도장단계;를 포함하며,
상기 전조단계를 통해 나사부를 형성함으로써 절삭작업에 비해 나사부의 제작 정밀도를 높이고, 제작 시간을 단축하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 소재절단단계 후에 수행되는 단계로서, 상기 절단된 환봉의 양단 외주면을 면취하여 상기 환봉 양단에 면취면을 형성하는 면취단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명은 상기 면취단계와 전조단계 사이에 수행되는 단계로서, 환봉의 중앙을 이루는 몸체부를 바이스로 고정하고, 나사부가 형성될 환봉의 양단에 인접하여 상기 환봉의 길이방향으로 직경이 상기 환봉 몸체부의 직경보다 작고, 길이는 완성된 U볼트 나사부의 길이만큼의 삽입홈이 형성된 금형을 한 쌍으로 배치한 후, 상기 한 쌍의 금형을 몸체부 중앙방향으로 가압하여 상기 환봉의 양단이 상기 삽입홈에 삽입되도록 하여 환봉 양단부가 가압되어 직경은 감소되고 길이는 증가되도록 하는 나사부 강도향상단계;를 더 포함하며,
상기 나사부 강도향상단계를 통해 환봉의 양단에 압축응력이 부가되어 양단부의 조직이 치밀해지고, 강도가 중앙부에 비해 크게 되며, 양단부의 길이는 증가되고, 양단부의 직경이 몸체부의 직경보다 감소되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 U볼트 제조방법은 U볼트 나사부의 강도가 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 U볼트 나사부의 형성에 소요되는 재료를 절감하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 칩배출로 인한 환경오염을 줄이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 U볼트가 판스프링에 체결되는 상태를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 U볼트 제조방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 절단단계를 통해 제작된 환봉의 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 면취단계를 통해 제작된 환봉의 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 나사부 강도향상단계를 통해 제작된 환봉의 사시도 및 정면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 나사부 강도향상단계에서 U볼트의 몸체부를 바이스로 고정하는 상태를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 나사부 강도향상단계에서 금형을 U볼트의 나사부로 가압하는 상태를 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 전조단계를 통해 제작된 환봉의 정면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 절곡단계, 열처리단계, 도장단계를 통해 제작된 U볼트의 정면도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명함에 있어서, 본 발명에 따른 실시 예를 기준으로 설명한 것으로서, 본 발명의 기술을 본 문서에 기재된 실시 예에 기재된 실시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
아울러, 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
도 1은 본 발명에 따른 U볼트(100)가 판스프링(120)에 체결되는 상태를 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하여 설명한다.
U볼트(100)는 적재된 복수의 판스프링(120)을 체결하기 위한 구성으로서, 양단에는 나사부(102)가 형성되고 상기 양단 사이에는 몸체부(101)를 이루며, U자 형상을 이루고 있다.
U볼트(100) 체결방법은 U볼트(100)를 적재된 판스프링(120)의 상부에 배치하고, 판스프링(120) 하부에서 브래킷(130)을 U볼트(100) 나사부(102)에 끼워서 너트(140)로 체결한다.
이 때 브래킷(130)에는 U볼트(100) 몸체부(101) 직경과 비교하여 거의 같거나 약간 큰 직경을 가진 체결구멍(130a)이 형성되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 U볼트(100) 제조방법의 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, U볼트(100) 제조방법은 소재절단단계(S10), 면취단계(S20), 나사부(102) 강도향상단계(S30), 전조단계(S40), 절곡단계(S50), 열처리단계(S60), 도장단계(S70)를 포함한다.
U볼트(100) 제조방법의 각 단계를 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 따른 절단단계를 통해 제작된 환봉(110)의 정면도이다.
도 3에서 확인되는 바와 같이, U볼트(100)를 제작하기 위해 소정 직경의 환봉(110)이 절단된다.
이 때 절단길이는 나사부(102) 강도향상단계(S30)를 통해 증가될 나사부(102)의 길이를 고려하여 절단된다. 즉 소재절단단계(S10)에서 환봉(110)을 절단하는 절단길이는 절곡되기 전 U볼트(100)의 길이 보다 짧은 것이다. 결과적으로 환봉(110) 재료를 절감할 수 있게 되는 것이다. 이에 대해서는 상세히 후술하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 면취단계(S20)를 통해 제작된 환봉(110)의 정면도이다.
환봉(110)의 양단부에는 나사부(102)가 형성되므로, 나사부(102)의 단부에 면취작업을 수행한다.
도 5는 본 발명에 따른 나사부(102) 강도향상단계(S30)를 통해 제작된 환봉(110)의 사시도 및 정면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 나사부(102) 강도향상단계(S30)에서 U볼트(100)의 몸체부(101)를 바이스(300)로 고정하는 상태를 설명하는 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 나사부(102) 강도향상단계(S30)에서 금형(400)을 U볼트(100)의 나사부(102)로 가압하는 상태를 설명하는 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이 나사부(102) 강도향상단계(S30)를 거친 환봉(110)은 양단의 나사부(102) 직경이 몸체부(101) 직경 보다 작게 형성된다. 또한 나사부(102)의 길이는 나사부(102) 강도향상단계(S30) 이전 보다 늘어나게 된다. 그러나 몸체부(101)의 직경과 길이는 나사부(102) 강도향상단계(S30) 이전과 동일하다.
나사부(102) 강도향상단계(S30)는 몸체부(101) 고정단계와 나사부(102) 가압단계를 포함한다.
도 6(a)는 바이스(300)가 몸체부(101)를 고정하기 전의 상태를 설명하는 도면이고, 도 6(b)는 바이스(300)가 몸체부(101)를 고정한 상태를 설명하는 도면이다.
몸체부(101) 고정단계는 환봉(110)의 몸체부(101)를 하부 바이스(302)의 홈(300a)에 배치한 후 상부 바이스(301)를 유압실린더(200)의 동력에 의해 가압하여 몸체부(101)를 고정하는 단계이다. 이 때 상부 및 하부 바이스(302)에 형성된 홈(300a)은 몸체부(101) 직경과 동일하여 몸체부(101)에 형태 변형은 일어나지 않는다.
다음으로 나사부(102) 가압단계가 수행된다.
도 7(a)는 바이스(300)가 몸체부(101)를 고정한 상태에서 나사부(102)를 금형(400)으로 가압하기 전의 상태를 설명하는 도면이고, 도 7(b)는 바이스(300)가 몸체부(101)를 고정한 상태에서 나사부(102)를 금형(400)으로 가압한 상태를 설명하는 도면이다.
환봉(110) 양단에 인접하여 환봉(110)의 길이방향으로 한 쌍의 금형(400)이 배치된다. 상기 금형(400)에는 환봉(110)의 직경보다 작고, 길이는 완성된 U볼트(100) 나사부(102)의 길이만큼의 삽입홈(400a)이 형성된다.
U볼트(100)가 판스프링(120)을 체결할 때 가장 하중을 많이 받는 부분은 나사부(102)이므로, 나사부(102)에는 응력이 집중되어 강도상 가장 취약하다. 이에 본 발명에서는 나사부(102) 가압단계를 통해 금형(400)의 삽입홈(400a)에 환봉(110)의 나사부(102)가 삽입되면서 나사부(102) 표면을 압축한다. 이로 인해 나사부(102)의 조직은 전체적으로 치밀하게 되어 강도가 향상된다.
한편, 소재절단단계(S10)에서 환봉(110)의 절단길이는 절곡 전 환봉(110)의 길이 보다 짧다. 이와 같이 환봉(110)의 길이를 짧게 형성한 이유는 나사부(102) 가압단계를 통해 환봉(110)의 나사부(102)가 금형(400)의 삽입홈(400a)에 삽입되어 가압되면서 직경은 줄어들고 길이는 증가하게 되는 것을 고려하여 짧게 절단하는 것이다. 이를 위해 금형(400)에 형성된 삽입홈(400a)의 길이는 완성된 U볼트(100) 나사부(102)의 길이만큼 형성된다.
이로 인해 불필요하게 소재를 낭비하지 않게 되고, 효율적으로 U볼트(100)를 제작할 수 있는 것이다.
종래에는 전조가공으로 인해 나사부(102)의 직경이 증가되는 것을 고려하여, 나사부(102)를 절삭하여 직경이 감소되도록 하였다. 이로 인해 재료를 낭비하게 되고, 발생되는 절삭칩은 환경오염의 문제도 유발시키는 것이다.
그라나 본 발명은 환봉(110)의 나사부(102)를 나사부(102) 가압단계를 통해 길이가 증가될 것을 고려하여 완성된 U볼트(100)의 길이보다 소정 길이만큼 짧게 형성하여 재료를 절감하고, 동시에 절삭칩 또한 생성되지 않도록 한 것이다. 그리고 상기에서 설명한 바와 같이 나사부(102)의 표면을 압축하여 강도 향상까지 가능하도록 하여 제조공정을 최적화하였다.
도 8은 본 발명에 따른 전조단계(S40)를 통해 제작된 환봉(110)의 정면도이다.
전조단계(S40)를 거치게 되면 환봉(110)의 양단에는 나사부(102)가 형성된다. 전조단계(S40)를 통해 나사부(102)는 전조단계(S40) 이전 보다 직경이 증가하게 된다. 상기의 나사부(102) 강도향상단계(S30)를 거친 환봉(110)은 나사부(102) 직경이 몸체부(101) 직경보다 작다. 그러나 전조단계(S40)를 거치면서 나사부(102) 직경은 몸체부(101) 직경과 비교하여 거의 동일하게 된다. 따라서 환봉(110)은 브래킷(130)의 체결구멍(130a)에 삽입될 때 몸체부(101)와 나사부(102) 모두 체결구멍(130a)에 간섭되지 않고 원활하게 삽입이 가능하다.
이뿐 아니라, 몸체부(101)와 나사부(102)의 직경이 브래킷(130)의 체결구멍(130a)과 거의 동일하거나 약간 작으므로, 차량 운행시 체결구멍(130a)과의 유격이 크지 않아 판스프링(120)을 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
도 9는 본 발명에 따른 절곡단계(S50), 열처리단계(S60), 도장단계(S70)를 통해 제작된 U볼트(100)의 정면도이다.
전조단계(S40)를 통해 나사부(102)가 형성된 환봉(110)은 절곡단계(S50)를 통해 U자 형상으로 절곡된다.
절곡시에는 환봉(110)을 가열하여 절곡이 원활하게 이뤄지도록 하는 것이 바람직하다.
절곡단계(S50) 후에는 열처리를 통해 제품 특성을 향상시키는 열처리단계(S60)와 환봉(110) 표면에 도료를 도포하는 도장단계(S70)를 수행한다.
본 발명에 따른 U볼트(100) 제조방법은 면취단계(S20)와 전조단계(S40) 사이에 나사부(102) 강도향상단계(S30)를 수행함으로써, U볼트(100) 나사부(102)의 강도가 향상되며, U볼트(100) 나사부(102)의 형성에 소요되는 재료를 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 칩배출로 인한 환경오염을 줄일 수 있는 최적화된 제조방법을 제공한다.
100 U볼트
101 몸체부
102 나사부
110 환봉
120 판스프링
130 브래킷
130a 체결구멍
140 너트
200 유압실린더
300 바이스
300a 홈
301 상부 바이스
302 하부 바이스
400 금형
400a 삽입홈

Claims (3)

  1. 자동차용 판스프링(120)의 체결에 사용되며, 양단에는 나사부(102)가 형성되고 상기 양단 사이에는 몸체부(101)를 이루는 U자 형상의 U볼트(100) 제조방법에 있어서,
    환봉(110)을 소정 길이로 절단하는 소재절단단계(S10);
    환봉(110)의 중앙을 이루는 몸체부(101)를 바이스(300)로 고정하고, 나사부(102)가 형성될 환봉(110)의 양단에 인접하여 상기 환봉(110)의 길이방향으로 직경이 상기 환봉(110) 몸체부(101)의 직경보다 작고, 길이는 완성된 U볼트(100) 나사부(102)의 길이만큼의 삽입홈(400a)이 형성된 금형(400)을 한 쌍으로 배치한 후, 상기 한 쌍의 금형(400)을 몸체부(101) 중앙방향으로 가압하여 상기 환봉(110)의 양단이 상기 삽입홈(400a)에 삽입되도록 하여 환봉(110) 양단부가 가압되어 직경은 감소되고 길이는 증가되도록 하는 나사부(102) 강도향상단계(S30);
    상기 환봉(110) 양단에 전조를 통해 나사부(102)를 형성하는 전조단계(S40);
    상기 환봉(110)을 소정의 온도로 가열하여 U자 형상으로 절곡하는 절곡단계(S50);를 포함하며,
    상기 나사부 강도향상단계(S30)를 통한 나사부(102)의 직경 감소량은 상기 전조단계(S40)를 통한 나사부(102)의 직경 증가량과 동일하며,
    상기 나사부 강도향상단계(S30)를 통한 나사부(102)의 길이 증가량은 완성된 U볼트(100) 나사부(102)의 길이와 상기 소재절단단계(S10)에서 절단된 환봉 나사부(102) 길이의 차와 동일하며,
    상기 나사부 강도향상단계(S30)를 통해 환봉(110)의 양단에 압축응력이 부가되어 양단부의 조직이 치밀해지고, 강도가 중앙부에 비해 크게 되며, 양단부의 길이는 증가되고, 양단부의 직경이 몸체부(101)의 직경보다 감소되는 것을 특징으로 하는, U볼트(100) 제조방법.
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