KR102047397B1

KR102047397B1 - 냉간단조방식을 이용한 자동차용 스터드 볼트 제조방법

Info

Publication number: KR102047397B1
Application number: KR1020190103881A
Authority: KR
Inventors: 김현곤
Original assignee: 김현곤
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2019-11-22

Abstract

본 발명은 냉각단조방식을 이용한 자동차용 스터드 볼트 제조방법에 관한 것으로서, 일정 길이 및 직경을 갖는 봉형상의 선형 강재를 사용하여 중앙에 형성시킨 중앙돌부를 중심으로 상하의 양쪽에 제1나사부 및 제2나사부를 각각 형성시켜 자동차의 엔진브라켓과 엔진을 결합시키는데 사용되는 자동차용 스터드 볼트를 제조하되, 냉간단조방식을 이용하여 제조하는 자동차용 스터드 볼트 제조방법에 있어서, (A) 상기 봉형상의 선형 강재의 표면을 윤활 처리하는 단계; (B) 상기 윤활 처리된 봉형상의 선형 강재를 냉간단조용 헤딩머신으로 투입하여 냉간단조에 의한 가압 성형을 통해 강재의 중앙부에 중앙돌부를 성형하는 단계; (C) 상기 중앙돌부가 성형된 강재를 나사 전조기에 투입하여 중앙돌부의 상하 양쪽으로 제1나사부 및 제2나사부를 형성하여 스터드 볼트를 제조하는 단계; (D) 상기 중앙돌부와 제1나사부 및 제2나사부를 갖는 스터드 볼트에 대해 열처리를 수행하는 단계; (E) 상기 열처리를 마친 스터드 볼트를 표면처리하는 단계;를 포함하고, 상기 봉형상의 선형 강재는 중량%로, 탄소(C) 0.2~0.6%, 규소(Si) 0.15~0.35%, 망간(Mn) 0.3~0.9%, 인(P) 0.03% 이하(0% 제외), 황(S) 0.035% 이하(0% 제외), 나머지는 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재로 이루어지며; 상기 (B)단계에서는 강재의 중앙부에 중앙돌부를 성형하되, 원형플레이트 구조에 의한 원형와셔부를 형성하고 상기 원형와셔부에 연장되어 일체 구비되는 육각너트부를 형성하여 자동차의 엔진브라켓과 엔진을 결합시 체결력을 증대시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉간단조방식을 이용한 자동차용 스터드 볼트 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF STUD BOLT FOR CAR USING COLD FORGING PROCESS}

본 발명은 냉간단조방식을 이용한 자동차용 스터드 볼트 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중앙돌부를 중심으로 상하의 양쪽에 나사산이 각각 형성되어 자동차의 엔진브라켓과 엔진을 결합시키는데 사용되는 자동차용 스터드 볼트를 냉간단조방식을 이용하여 용이하게 제조할 수 있도록 하며, 기계적 물성 및 내식성을 강화하는 등 양질의 자동차용 스터드 볼트를 제조할 수 있도록 한 자동차용 스터드 볼트 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 나사볼트는 기계부품 등을 비롯한 다양한 소재에 대해 2개 이상의 소재 간을 견고하게 체결하여 고정시키는데 사용되는 결합용 기계요소로서, 파스너 제품 중의 하나이다.

상기 나사볼트는 둥근 봉의 몸체에 나사를 내어 나사부를 갖는 형태로 이루어지는 것으로서, 보통은 헤드부를 형성하는 구성이 주류를 이루고 있으며, 자동차용, 중장비용, 가전공장용, 건설현장용 등을 비롯한 다양한 산업분야에 두루 사용되고 있다.

이와 같은 결합용 기계요소인 나사볼트는 대부분이 단조, 특히 냉간단조를 이용하여 성형 가공함으로써 헤드부를 형성하고, 전조 다이스를 이용한 전조 가공을 통해 나사부를 형성하는 순서로 제조하고 있다.

하지만, 종래 나사볼트는 자동차나 중장비 등의 차량용으로 사용되는 경우 강성이 요구되고 있고, 쉽게 녹이 스는 현상에 의해 체결력이 약화되거나 손상되는 문제점이 있었다.

또한, 종래 나사볼트는 제조시 잦은 성형불량이 초래되는 문제점이 있었다.

한편, 자동차용 스터드 볼트는 그 중앙부를 중심으로 상하의 양쪽에 나사산이 각각 형성된 것으로, 자동차의 엔진브라켓 등에 적용되어 일측이 엔진브라켓에 체결되고 타측이 엔진쪽에 체결됨으로써 엔진브라켓과 엔진을 결합시키는데 사용되고 있고, 이 또한 상술한 문제점을 가지고 있으며, 상기한 기능으로 사용되는 자동차용 스터드 볼트를 제조하는 제조방법을 제안하고자 한다.

대한민국 등록특허공보 제10-1964082호

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 중앙돌부를 중심으로 상하의 양쪽에 나사산이 각각 형성되어 자동차의 엔진브라켓과 엔진을 결합시키는데 사용되는 자동차용 스터드 볼트를 냉간단조방식을 이용하여 용이하게 제조할 수 있도록 한 자동차용 스터드 볼트 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 기계적 물성 및 내식성을 강화하는 등 양질의 자동차용 스터드 볼트를 생산할 수 있도록 한 자동차용 스터드 볼트 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 스터드 볼트의 제조시 성형불량을 극히 최소화할 수 있도록 하는 등 불량제품의 발생을 최소화할 수 있도록 한 자동차용 스터드 볼트 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉간단조방식을 이용한 자동차용 스터드 볼트 제조방법은, 일정 길이 및 직경을 갖는 봉형상의 선형 강재를 사용하여 중앙에 형성시킨 중앙돌부를 중심으로 상하의 양쪽에 제1나사부 및 제2나사부를 각각 형성시켜 자동차의 엔진브라켓과 엔진을 결합시키는데 사용되는 자동차용 스터드 볼트를 제조하되, 냉간단조방식을 이용하여 제조하는 자동차용 스터드 볼트 제조방법에 있어서, (A) 상기 봉형상의 선형 강재의 표면을 윤활 처리하는 단계; (B) 상기 윤활 처리된 봉형상의 선형 강재를 냉간단조용 헤딩머신으로 투입하여 냉간단조에 의한 가압 성형을 통해 강재의 중앙부에 중앙돌부를 성형하는 단계; (C) 상기 중앙돌부가 성형된 강재를 나사 전조기에 투입하여 중앙돌부의 상하 양쪽으로 제1나사부 및 제2나사부를 형성하여 스터드 볼트를 제조하는 단계; (D) 상기 중앙돌부와 제1나사부 및 제2나사부를 갖는 스터드 볼트에 대해 열처리를 수행하는 단계; (E) 상기 열처리를 마친 스터드 볼트를 표면처리하는 단계;를 포함하고, 상기 봉형상의 선형 강재는 중량%로, 탄소(C) 0.2~0.6%, 규소(Si) 0.15~0.35%, 망간(Mn) 0.3~0.9%, 인(P) 0.03% 이하(0% 제외), 황(S) 0.035% 이하(0% 제외), 나머지는 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재로 이루어지며; 상기 (B)단계에서는 강재의 중앙부에 중앙돌부를 성형하되, 원형플레이트 구조에 의한 원형와셔부를 형성하고 상기 원형와셔부에 연장되어 일체 구비되는 육각너트부를 형성하여 자동차의 엔진브라켓과 엔진을 결합시 체결력을 증대시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 (A)단계에서는, 탕세수 60~70℃의 온도조건에서 3분~5분 동안 탕세 처리하는 공정; 수계윤활제를 30~40℃의 온도조건으로 강재의 표면에 도포하는 공정; 적외선 조사를 통한 복사열 또는 마이크로파 조사를 통한 전자기파로 건조 처리하는 공정;을 포함하며, 상기 수계윤활제는 파단강도 350~5000kg/cm²이고 파단연신도 1~10%이며 평균분자량 10000∼100000인 폴리에스테르 또는 폴리우레탄 수지성분; 붕산염, 규산염, 바나듐산염, 몰리브덴산염 및 텅스텐산염 중에서 선택되는 1종 이상의 제1무기성분; 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 탄산아연, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 인산칼슘, 인산아연 중에서 선택되는 1종 이상의 제2무기성분; 수산기 또는 아마이드기를 갖는 에틸렌옥사이드, 디에탄올아민, 소비톨, 글리세린 중에서 선택되는 1종 이상의 윤활성분;을 포함하는 형태로 구성할 수 있다.

여기에서, 상기 (D)단계에서는, 30~40℃의 온수에 계면활성제를 10~15%로 희석시킨 탈지액을 2~3kgf/㎠의 분사압력으로 분사함으로써 탈지 처리하는 탈지공정; 30~40℃의 증류수를 2~3kgf/㎠의 분사압력으로 분사함으로써 1차 세척한 후 40~50℃의 증류수를 1~2kgf/㎠의 분사압력으로 분사함으로써 2차 세척 처리하는 수세공정; 150~180℃의 열풍을 30~40Nm³/min의 토출 조건으로 공급하여 건조 처리하는 건조공정; 850~900℃의 온도 및 CP(Carbon Potential) 분위기 조건에서 60~80분 동안 1차 열처리하되, 상기 CP에 대해 농도 0.8~0.9%를 유지하도록 조정하는 담금질공정; 냉각수를 갖는 교반압력기 내에서 처리하되, 10~20℃의 온도 및 교반압력 0.1~0.3kgf/cm² 조건에서 냉각 처리하는 냉각공정; 250~280℃의 온도에서 100~150분 동안 2차 열처리하는 뜨임공정;을 순차적으로 실시할 수 있다.

여기에서, 상기 (E)단계에서는, 탈지제 40~60g/L를 포함하는 탈지액을 이용하여 pH 10~12 및 30~40℃의 온도 조건에서 7~8분 동안 1차 침적 탈지한 후 상기와 동일한 조건에서 2차 침적 탈지 처리하는 침적탈지공정; 30~40℃의 증류수를 2~3kgf/㎠의 분사압력으로 분사함으로써 1차 세척 및 동일 조건으로 2차 세척한 후 40~50℃의 증류수를 1~2kgf/㎠의 분사압력으로 분사하면서 초음파 발진을 통해 3차 세척 처리하는 수세공정; 염산 15~30% 농도 또는 황산 10~15% 농도를 갖는 산세용액에 과산화수소를 첨가하여 혼합하되 50~60℃의 온도 조건에서 산처리하는 산처리공정; 전해탈지제 50~100g/L를 포함하는 전해탈지액을 이용하여 40~60℃의 온도 및 1~4A/dm²의 전류밀도 조건에서 1~5분 동안 침지 처리하는 전해탈지공정; 내식성을 부여하기 위해 표면에 아연도금을 입히는 아연도금공정; 황산 또는 염산 10~20% 농도를 갖는 에칭액을 이용하여 40~50℃의 온도 조건에서 에칭 처리하는 에칭공정; 3가 크롬 100중량부에 대해서 아황산염 20~30중량부, 질산염 5~10중량부, 니켈 1~3중량부, 인산 100~150중량부를 포함하는 크로메이트액을 이용하여 처리하는 크로메이트공정; 80~100℃의 열풍을 20~30N㎥/min의 토출 조건으로 공급하여 탈수 건조 처리하는 탈수건조공정;을 순차적으로 실시할 수 있다.

본 발명에 따르면, 봉형상의 선형 강재를 냉간단조 처리하여 중앙지점에 중앙돌부를 성형하고, 이어서 나사가공기를 통해 중앙돌부의 상하 양측에 제1나사부 및 제2나사부를 갖는 자동차용 스터드 볼트를 용이하게 제조할 수 있고, 특히 기계적 물성 및 내식성을 강화하는 등 양질의 스터드 볼트를 제조할 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.

본 발명은 봉형상의 선형 강재를 공급하여 자동차용 스터드 볼트를 제조할 시 윤활처리 및 냉간단조를 통해 기존에 비해 성형불량 등 불량제품의 발생을 최소화할 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 스터드 볼트의 제조방법을 통해 제조하기 위한 스터드 볼트를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 스터드 볼트의 제조방법을 나타낸 개략적 전체 공정도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 스터드 볼트의 제조방법에 있어 윤활처리단계를 나타낸 상세 공정도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 스터드 볼트의 제조방법에 있어 열처리단계를 나타낸 상세 공정도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 스터드 볼트의 제조방법에 있어 표면처리단계를 나타낸 상세 공정도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 스터드 볼트의 제조방법에 사용되는 냉간단조용 헤딩머신을 나타낸 개략적 구성도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 스터드 볼트의 제조방법에 있어 냉각단조단계에서의 선형 강재 공급시 강재 소진에 의한 엔드 포인트 자동 체크기능을 설명하기 위해 나타낸 장치 예시도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 스터드 볼트의 제조방법에 있어 냉각단조단계에서의 선형 강재 공급시 강재의 공급불량 자동 체크기능을 설명하기 위해 나타낸 장치 예시도이다.

본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 자동차용 나사볼트의 제조방법은 도 1에 나타낸 바와 같이, 중량%로, 탄소(C) 0.2~0.6%, 규소(Si) 0.15~0.35%, 망간(Mn) 0.3~0.9%, 인(P) 0.03% 이하(0% 제외), 황(S) 0.035% 이하(0% 제외), 나머지는 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물을 포함하는 봉형상의 선형 강재를 소재로 구비하여 냉간단조시 과도한 인장력 발생에 의해 크랙이 발생되는 것을 방지함과 더불어 냉간단조효율을 높일 수 있도록 하며, 이러한 봉형상의 선형 강재로부터 이를 일정 길이 및 직경으로 절단한 상태에 중앙에 중앙돌부(110)를 형성하고, 상기 중앙돌부(110)의 상하부 양측에 제1나사부(120) 및 제2나사부(130)를 형성하는 형상의 자동차용 스터드 볼트(100)를 제조하기 위한 것이다.

이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 스터드 볼트 제조방법은 도 1 내지 도 10에 나타낸 바와 같이, 윤활처리단계(S10), 냉간단조단계(S20), 나사가공단계(S30), 열처리단계(S40), 표면처리단계(S50)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기 윤활처리단계(S10)는 봉형상의 선형 강재의 표면에 대해 형상 가공시 윤활성을 높여주면서 금형과의 소착을 방지함으로써 냉각단조시 성형불량을 극히 최소화할 수 있도록 전처리하는 단계이다.

상기 윤활처리단계(S10)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 탕세공정(S11), 수계윤활제 도포공정(S12), 건조공정(S13)을 순차적으로 실행하는 형태로 이루어진다.

상기 탕세공정(S11)은 탕세수를 사용하여 탕세 처리하되, 50~60℃의 온도조건에서 5분~10분 동안 탕세 처리한다.

상기 탕세공정을 통해서는 봉형상의 선형 강재의 표면에 묻어있는 각종 이물질이나 오염물질을 제거함은 물론 중화 처리함으로써 수계윤활제를 도포할 시 부착성을 높여줄 수 있다.

상기 수계윤활제 도포공정(S12)은 수계윤활제를 30~40℃의 온도조건으로 강재의 표면에 도포한다.

상기 수계윤활제 도포공정(S12)을 통해서는 수계윤화제를 도포함에 의해 외기와의 온도차에 의해 강재 표면으로 슬러지가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

이때, 상기 수계윤활제는 수지성분과 제1무기성분, 제2무기성분, 윤활성분으로 이루어진다.

상기 수지성분 100중량부에 대하여 제1무기성분 30~80중량부, 제2무기성분 20~50중량부, 윤활성분 30~50중량부로 조성하여 혼합할 수 있다.

상기 수지성분은 파단강도 350~5000kg/cm²이고 파단연신도 1~10%이며 평균분자량 10000∼100000인 폴리에스테르 또는 폴리우레탄을 사용할 수 있다.

상기 제1무기성분은 붕산염, 규산염, 바나듐산염, 몰리브덴산염 및 텅스텐산염 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.

상기 제2무기성분은 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 탄산아연, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 인산칼슘, 인산아연 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.

상기 윤활성분은 에틸렌옥사이드, 디에탄올아민, 소비톨, 글리세린 중에서 선택되는 1종 이상을 사용하되 수산기 또는 아마이드기 등의 친수기를 함유하도록 한다.

상기 건조공정(S13)은 적외선 조사를 통한 복사열을 이용하여 건조 처리하거나 또는 마이크로파 조사를 통한 전자기파로 건조 처리하며, 윤활성분에 의한 윤활효과가 저하되는 것을 방지한다.

상기 냉간단조단계(S20)는 단조성형기인 냉간단조용 헤딩머신(1)을 사용하는 것으로서, 상기 봉형상의 선형 강재(M)를 냉간단조용 헤딩머신(1)으로 공급하여 나사볼트의 규격에 맞는 기장으로 절단한 후 절단된 강재를 냉간단조방식으로 성형 가공함으로써 강재의 중앙부에 중앙돌부를 성형하는 단계이다.

이때, 상기 냉간단조용 헤딩머신(1)은 코일 형태로 수회 권선된 상태에 있는 봉 형상의 선형 강재를 전방(前方)으로 이송하여 공급하기 위한 원재료공급부(10)와, 상기 원재료공급부(10)를 통해 이송 공급되는 강재를 일정 길이로 절단 처리하는 절단부(20)와, 상기 절단부(20)를 통해 일정 길이로 절단된 강재에 대해 단계적으로 가압 성형함으로써 하측방향으로 내려감에 따라 직경이 축소되어 다단 구조를 갖는 형태의 나사볼트(300)로 성형하는 성형부(30)를 포함한다.

여기에서, 상기 냉간단조용 헤딩머신(1)은 상기 원재료공급부(10)를 통해 선형 강재인 강재를 전진 이송시켜 전방을 향해 공급하되, 절단부(20)에서의 절단 작업시에는 원재료공급부(10) 측 동작을 일시 정지시켜 강재의 공급을 일시 중단한 상태에 있도록 제어하고, 이렇게 원재료공급부(10)를 일시 정지한 상태에 절단부(20)에서 강재 측 선단부를 절단하는 작업을 수행하도록 제어하며, 절단부(20)에서의 절단 작업이 완료되면 다시 원재료공급부(10)를 동작시킴에 의해 강재를 전진시켜 공급하도록 제어한다.

즉, 상기 냉간단조용 헤딩머신(1)은 상술한 과정을 반복하여 동작하도록 제어되며, 절단부(20)에서 규격별 기장으로 절단된 강재를 성형부(30)에서 성형 처리한다.

특히, 상기 냉간단조단계(S10)에서는 상기 냉각단조용 헤드머신(1)을 통해서 절단된 강재를 가압 성형함으로써 중앙 부분에 중앙돌부(310)를 갖도록 성형하되, 자동차의 엔진브라켓과 엔진을 결합시 체결력을 증대시킬 수 있도록 하기 위해 원형플레이트 구조에 의한 원형와셔부(311)를 형성하고 상기 원형와셔부(311)에 연장되어 일체 구비되는 육각너트부(312)를 형성하도록 성형 처리한다.

상기 나사가공단계(S30)는 중앙에 상기와 같은 구조의 중앙돌부(310)를 성형시킨 강재를 나사가공기에 투입하여 중앙돌부(310)를 갖는 강재의 상하부 양측에 제1나사부(320) 및 제2나사부(330)를 각각 형성함으로써 스터드 볼트(300)의 형태를 갖도록 제조하는 단계이다.

이때, 상기 스터드 볼트(300)는 중앙돌부(310)를 기준으로 상하 대칭되는 나사부(320)(330)를 갖도록 형성된다.

상기 열처리단계(S40)는 상기 윤활처리단계(S10)와 냉각단조단계(S10) 및 나사가공단계(S30)를 통해 중앙돌부(310)와 제1나사부(320) 및 제2나사부(330)를 갖도록 제조된 스터드 볼트(300)에 대해 경도를 향상시키는 등 기계적 물성을 높이기 위해 열처리하는 단계이다.

상기 열처리단계(S40)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 탈지공정(S41), 수세공정(S42), 건조공정(S43), 담금질공정(S44), 냉각공정(S45), 뜨임공정(S46)을 순차적으로 실시하는 형태로 이루어진다.

상기 탈지공정(S41)은 스터드 볼트에 대해 30~40℃의 온수에 계면활성제를 10~15%로 희석시킨 탈지액을 2~3kgf/㎠의 분사압력으로 분사함으로써 탈지 처리한다.

상기 수세공정(S42)은 탈지를 마친 스터드 볼트에 대해 30~40℃의 증류수를 2~3kgf/㎠의 분사압력으로 분사함으로써 1차 세척한 후, 다시 40~50℃의 증류수를 1~2kgf/㎠의 분사압력으로 분사함으로써 2차 세척 처리한다.

상기 건조공정(S43)은 수세를 마친 스터드 볼트에 대해 150~180℃의 열풍을 30~40Nm³/min의 토출 조건으로 공급하여 건조 처리한다.

상기 담금질공정(S44)은 건조를 마친 스터드 볼트에 대해 850~900℃의 온도 및 CP(Carbon Potential) 분위기 조건에서 60~80분 동안 1차 열처리한다.

이때, 상기 CP에 대해서는 스터드 볼트에 대한 기계적 물성을 더욱 향상시키는 등 담금질 효율을 높일 수 있도록 CP에 대해 농도 0.8~0.9%를 유지하도록 조정함이 바람직하다.

상기 냉각공정(S45)은 담금질을 마친 스터드 볼트에 대해 냉각수를 갖는 교반압력기 내에서 처리하되, 10~20℃의 온도 및 교반압력 0.1~0.3kgf/cm² 조건에서 냉각 처리한다.

상기 뜨임공정(S46)은 냉각을 마친 스터드 볼트에 대해 250~280℃의 온도에서 100~150분 동안 2차 열처리한다.

이와 같은 열처리단계(S50)를 실시함으로써 표면경도 450 HV 이상을 만족하고 탈탄 또는 가탄 없이 열처리함으로써 기계적 물성을 증대시킬 수 있는 장점을 제공할 수 있다.

상기 표면처리단계(S50)는 상기 열처리단계(S40)를 마친 스터드 볼트(300)에 대한 표면특성을 향상시킬 수 있도록 표면처리하는 단계이다.

상기 표면처리단계(S50)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 침적탈지공정(S51), 수세공정(S52), 산처리공정(S53), 전해탈지공정(S54), 아연도금공정(S55), 에칭공정(S56), 크로메이트공정(S57), 탈수건조공정(S58)을 순차적으로 실시하는 형태로 이루어진다.

상기 침적탈지공정(S51)은 탈지제 40~60g/L를 포함하는 탈지액을 이용하되, pH 10~12 및 30~40℃의 온도 조건에서 7~8분 동안 1차 침적 탈지한 후, 상기와 동일한 조건에서 2차 침적 탈지 처리함으로써 표면에 묻은 유분 등의 기름을 제거한다.

상기 수세공정(S52)은 30~40℃의 증류수를 2~3kgf/㎠의 분사압력으로 분사함으로써 1차 세척, 및 동일 조건으로 2차 세척한 후, 40~50℃의 증류수를 1~2kgf/㎠의 분사압력으로 분사하면서 초음파 발진을 통해 3차 세척 처리함으로써 표면에 묻어있는 탈지액을 제거한다.

상기 산처리공정(S53)은 염산 15~30% 농도 또는 황산 10~15% 농도를 갖는 산세용액에 과산화수소를 첨가하여 혼합하되, 50~60℃의 온도 조건에서 산세 처리함으로써 스케일이나 녹 등을 제거한다.

상기 전해탈지공정(S54)은 전해탈지제 50~100g/L를 포함하는 전해탈지액을 이용하되, 40~60℃의 온도 및 1~4A/dm²의 전류밀도 조건에서 1~5분 동안 침지 처리함으로써 잔류 불순물 및 스머트 등을 제거한다.

상기 아연도금공정(S55)은 표면에 아연도금을 형성하는 공정으로서, 내식성을 부여할 수 있다.

상기 에칭공정(S56)은 황산 또는 염산 10~20% 농도를 갖는 에칭액을 이용하되, 40~50℃의 온도 조건에서 에칭 처리함으로써 후공정인 크로메이트공정시 크롬 성분의 표면 밀착성을 향상시킬 수 있도록 한다.

상기 크로메이트공정(S57)은 3가 크롬 100중량부에 대해서 아황산염 20~30중량부, 질산염 5~10중량부, 니켈 1~3중량부, 인산 100~150중량부를 포함하는 크로메이트액을 이용하여 처리함에 의해 크로메이트 피막을 형성시킴으로써 광택 및 내식성을 향상시킬 수 있다.

상기 탈수건조공정(S58)은 80~100℃의 열풍을 20~30N㎥/min의 토출 조건으로 공급하여 탈수 및 건조 처리함으로써 수분을 제거함과 더불어 크로메이트 피막을 고착시켜 쉽게 박리되지 않도록 한다.

한편, 상기 윤활처리단계(S10), 냉간단조단계(S20), 나사가공단계(S30), 열처리단계(S40), 표면처리단계(S50)를 거쳐 제조 완성된 스터드 볼트에 대해 최종적으로 검사 및 선별하는 공정을 수행하는 검사 및 선별단계를 더 포함할 수 있다.

이때, 스터드 볼트의 양품 선별을 위해서는 비전선별기가 사용되고, 경도 검사를 위해 비커스경도기 또는 로크웰경도기가 사용되고, 아연도금의 도금 두께를 위해 X선을 이용한 도금두께측정기가 사용되며, 내식성을 위해 염수분문시험기 등이 사용된다.

이에 따라, 상술한 제조공정을 통해서는 경도를 비롯한 기계적 물성 및 내식성을 강화할 수 있고 우수한 품질을 갖는 양질의 스터드 볼트를 제조할 수 있으며, 특히 원혀와셔부(311)와 육각너트부(312)를 갖는 중앙돌부(310), 제1나사부(320), 제2나사부(330)를 형성한 스터드 볼트(300)를 용이하게 제조할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 상기 냉각단조단계(S20)를 수행할 시, 냉각단조용 헤딩머신(1) 상에 공급되는 선형 강재의 공급불량을 자동 체크함으로써 성형불량을 차단할 수 있도록 처리할 수 있다.

이를 위해, 냉간단조용 헤딩머신(1) 측 원재료공급부(10) 상에 장치를 부가하여 선형 강재의 공급불량을 자동 체크할 수 있다.

상기 원재료공급부(10)는 코일 형태로 수회 권선한 선형 강재를 공급하기 위한 원재료공급롤(11)과, 상기 원재료공급롤(11)을 통해 공급되는 선형 강재를 펴서 일직선으로 공급 및 직선 상태를 유지하기 위한 직선공급롤러(12) 및 상기 직선공급롤러(12)를 통해 직선 상태를 유지하면서 공급되는 선형 강재를 전방(前方)으로 이송하기 위한 한쌍의 재료공급이송롤러(13)를 포함하며, 이를 통해 선형 강재(M)를 공급한다.

이때, 상기 재료공급이송롤러(13)의 전방(前方)에 위치 및 직선 이송되는 선형 강재의 선단과 접촉 가능하게 구비되고 전원을 인가하여 선형 강재의 선단과 접촉시 통전상태를 형성하도록 구비되며 선형 강재와의 접촉 또는 비접촉 여부에 따라 발생되는 전기적 스위칭신호를 이용하여 선형 강재의 공급불량을 체크함과 더불어 선형 강재의 길이 조절에 사용하기 위한 스토퍼(110)와, 상기 스토퍼(110)에 연결되고 스토퍼(110)와 선형 강재(M)간 접촉 또는 비접촉 여부에 따라 발생되는 전기적 스위칭신호에 의한 스트로크 주기를 체크하여 기 설정된 스트로크 주기를 벗어나면 헤딩머신의 가동을 정지시킴으로써 선형 강재의 공급을 중단시키기 위한 컨트롤부(120)를 포함하는 구성을 갖게 할 수 있다.

여기에서, 상기 컨트롤부(120)는 스토퍼와 선형 강재 간에 발생되는 스트로크에 의한 주기 설정이 가능한 한시타이머로 구성할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 선형 강재(M)의 공급 소진에 따른 엔드 포인트를 자동 체크함으로써 성형불량을 차단할 수 있도록 처리할 수 있다.

이를 위해, 상기 원재료공급부(10) 측 직선공급롤러(12)와 재료공급이송롤러(13)의 사이에 배치되고 선형 강재가 소진되는 마지막 끝부분(end point)을 검출하기 위한 감지신호를 발생시키는 엔드포인트 검출센서(210)와, 상기 스토퍼(110)와 재료공급이송롤러(13)의 사이에 설치되고, 상기 엔드포인트 검출센서(210)로부터 선형 강재(M)의 마지막 끝부분 검출용 감지신호가 발생시 재료공급이송롤러(13)를 통해 공급되고 있는 선형 강재의 선단부 측 차단위치를 검출하기 위한 선형강재 공급차단용 정위치검출센서(220)를 더 포함하는 구성을 갖게 할 수 있다.

이때, 상기 엔드포인트 검출센서(210)는 로드 타입 리미트스위치로 구성할 수 있고, 상기 선형강재 공급차단용 정위치검출센서(220)는 근접센서로 구성할 수 있다.

이하에서는 상기 선형 강재의 공급불량은 물론 공급 소진시 엔드 포인트를 검출하는 자동 체크기능을 위한 스토퍼(110), 컨트롤부(120), 엔드포인트 검출센서(210), 선형강재 공급차단용 정위치검출센서(220)를 비롯한 기타 연결 구성요소에 대해 상세히 설명한다.

상기 엔드포인트 검출센서(210)는 상기 원재료공급부(10)의 강재공급롤(11)로부터 공급될 시, 강재(M)가 소진되는 마지막 끝부분(end point)을 검출하기 위한 감지신호를 발생시키는 역할을 담당하게 한 구성으로서, 도시한 바와 같이 로드 타입 리미트스위치로 구성할 수 있으며, 때로는 적외선 방출에 의한 발광부와 수광부를 갖는 적외선센서로 구성할 수도 있다.

여기에서, 상기 로드 타입 리미트스위치는 로드부를 강재가 공급되는 이송 경로 상에 설치하여 강재가 스쳐지나가면서 접촉될 수 있도록 배치하며, 강재와의 접촉에 의한 접점발생이 없을 경우 검출신호를 발생시킬 수 있도록 한다.

여기에서, 상기 적외선센서는 강재가 공급되는 이송경로 상에 설치하되, 강재에 발광 빛이 조사될 수 있도록 배치하며, 발광부에서 발광되는 빛이 강재에 조사되지 않고 수광부로 입사되었을 경우 검출신호를 발생시킬 수 있도록 한다.

또한, 상기 재료공급이송롤러(13)의 전방(前方)으로는 강재 공급차단용 정위치검출센서(220)를 배치하여 상기 엔드포인트 검출센서(210)로부터 강재(M)의 마지막 끝부분 검출용 감지신호가 발생시 재료공급이송롤러(13)를 통해 공급되고 있는 강재(M)의 선단부 측 차단위치를 검출할 수 있도록 하며, 이를 통해 재료공급이송롤러(13)의 가동 정지를 정확하게 제어하는데 이용할 수 있도록 한다.

부연하여, 상기 선형강재 공급차단용 정위치검출센서(220)의 배치에 의한 구성을 통해서는 상기 엔드포인트 검출센서(210)로부터 발생되는 감지신호시 바로 재료이송공급롤러(13) 등 헤딩머신(1)의 가동을 정지시키면, 재료공급이송롤러(13)에는 아직 강재가 압착되어 물려있는 상태이므로 이송 공급중인 강재의 선단부를 전진 배치하여 스토퍼(110)에까지 도달되게 함으로써 절단부(20)에서의 절단작업을 위한 장전을 완료한 상태가 되도록 한 후 재료공급이송롤러(13)의 가동을 정지시켜 강재(M)의 공급을 차단시킬 수 있게 하는 장점을 발휘할 수 있다.

상기 선형강재 공급차단용 정위치검출센서(220)는 상기 엔드포인트 검출센서(210)에서의 감지신호 발생시 동작전원이 인가되도록 구비함으로써 한시적으로 동작하도록 구성함이 바람직하며, 장치의 운용효율을 높일 수 있다.

상기 선형강재 공급차단용 정위치검출센서(220)는 강재(M)의 위치를 감지할 수 있도록 하는 것으로서, 근접센서를 사용할 수 있다.

상기 선형강재 공급차단용 정위치검출센서(220)는 재료공급이송롤러(13)와 스토퍼(110)의 사이에 설치된다.

이때, 상기 스토퍼(110)는 상기 재료공급이송롤러(13)의 전방(前方)에 위치 및 직선 이송되는 선형 강재(M)의 선단과 접촉 가능하게 구비되는 것으로서, 이송 공급되는 강재의 길이 조절에 사용하기 위한 역할을 담당하는 구성이다.

상기 한쌍의 재료이송공급롤러(13)에는 강재(M)의 안정적인 이송 공급 및 제어를 위해 일방향성 톱니를 갖는 래칫기어(14)를 어느 일측에 구비하고 상기 래칫기어(14)에 매칭되는 래칫레버(15)를 구비하는 구성을 갖게 할 수 있다.

여기에서, 상기 래칫기어(14)와 래칫레버(15)는 강재(M)를 이송 공급시 상기 래칫기어(14)에 래칫레버(15)를 치합시켜 접촉 배치되는 상태가 되도록 제어하여 강재의 공급을 위한 이송 방향으로만 회전력을 제공할 수 있도록 하며, 역회전에 의한 후진이 수행되지 않도록 할 수 있다.

여기에서, 상기 래칫레버(15)는 동작 제어를 위한 전자변(230)을 연결하여 구성할 수 있는데, 상기 강재 공급차단용 정위치검출센서(220)로부터 검출신호가 발생시 상기 전자변(230)을 작동시킴에 의해 래칫기어(14)와의 치합상태를 해제할 수 있도록 구성할 수 있다.

상기 전자변(230)은 솔레노이드로 구성할 수 있다.

상기 스토퍼(110)는 전원 인가를 가능하게 구성을 통해 이송 공급되는 강재(M)의 제품별 길이 조절에 사용할 뿐만 아니라 강재의 공급불량을 체크하는데 사용할 수 있도록 구성할 수도 있다.

여기에서, 상기 스토퍼(110)로는 냉각단조용 헤딩머신(1)의 동작 제어를 위해 인가되는 교류전압(AC 220V)의 메인전원을 사용하여 전원을 인가하되, AC-DC 컨버터(130)를 통해 직류전원(DC 3V~12V)으로 전환하여 약전(弱電)을 인가함으로써 혹시 스토퍼(110)를 통한 전원 인가시 누설전류가 발생하더라도 감전의 위험으로부터 안전할 수 있도록 구성함이 바람직하다.

또한, 상기 전원 인가를 가능하게 한 스토퍼(110)에 있어서는 컨트롤부(120)를 포함하는 구성을 갖게 할 수 있는데, 상기 컨트롤부(120)는 스토퍼(110)에 연결되어 스토퍼(110) 측 전기적 스위칭신호에 따라 헤딩머신(1)의 계속적인 가동 또는 정지 등의 제어를 위한 용도로 사용할 수 있다.

상기 스토퍼(110)는 전원 인가시 이송 공급되는 강재(M)의 선단과 접촉하는 경우 통전상태를 형성하도록 구비된다.

즉, 상기 스토퍼(110)를 통해서는 강재와의 접촉 또는 비접촉 여부에 따라 발생되는 전기적 스위칭신호를 이용하여 강재의 공급불량을 체크하는 데에도 사용할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.

이때, 상기 스토퍼(110)는 도시하지는 않았으나, 실린더나 서보모터 등의 구동수단을 결합하여 배치위치를 전후방향으로 조절하도록 구성할 수 있으며, 구동수단과의 결합시 브래킷 등이 사용될 수 있다.

상기 컨트롤부(120)는 전원이 인가되는 스토퍼(110)와 스토퍼를 향해 이송 공급되는 강재(M)간 접촉 또는 비접촉 여부에 따라 차이가 발생되는 전기적 스위칭신호에 의한 스트로크(stroke) 주기를 체크하여 기 설정된 스트로크 주기를 벗어나면 재료공급이송롤러(13)의 가동을 정지시킴으로써 강재(M)의 공급을 중단시키는 역할을 담당한다.

상기 컨트롤부(120)는 상기 스토퍼(110)와 강재(M) 간에 발생되는 전기적 신호를 이용한 스트로크 주기를 설정 가능한 타입의 한시타이머로 구성할 수 있으며, 때로는 한시타이머가 아닌 스트로크 주기의 설정 및 변경이 가능한 마이컴으로 구성할 수도 있다 할 것이다.

이와 같은 상기 컨트롤부(120)를 통해서는 상기 스토퍼(110) 측에서 강재(M)와의 접촉 또는 비접촉에 따라 감지되는 전기적 신호를 통해 재료공급이송롤러(13)의 가동 또는 중지를 위한 제어를 수행할 수 있으며, 강재(M)의 공급불량을 원천 차단함으로써 불량제품이 양품에 혼입되는 것을 또한 방지할 수 있다.

이에 따라, 상술한 부가적인 구성을 통해서는 선형 강재(M)의 이송 공급시 리미트스위치 등의 감지신호를 발생시키는 엔드포인트 검출센서(210) 및 기타 연계되는 구성을 통해 소진되는 강재의 마지막 끝부분(end point)을 정밀하면서도 정확하게 검출하는 등 강재 소진에 따른 자동 체크기능을 발휘할 수 있고, 상기 스토퍼(110) 및 컨트롤부(120)의 구성을 통해 강재의 공급불량을 자동 체크할 수 있으며, 이러한 자동 체크기능을 구비함으로써 성형불량을 차단할 수 있는 장점을 제공할 수 잇다.

이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 극히 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 범위에 속한다 할 것이다.

S10: 윤활처리단계
S20: 냉각단조단계
S30: 나사가공단계
S40: 열처리단계
S50: 표면처리단계

Claims

일정 길이 및 직경을 갖는 봉형상의 선형 강재를 사용하여 중앙에 형성시킨 중앙돌부를 중심으로 상하의 양쪽에 제1나사부 및 제2나사부를 각각 형성시켜 자동차의 엔진브라켓과 엔진을 결합시키는데 사용되는 자동차용 스터드 볼트를 제조하되, 냉간단조방식을 이용하여 제조하는 자동차용 스터드 볼트 제조방법에 있어서,
(A) 상기 봉형상의 선형 강재의 표면을 윤활 처리하는 단계; (B) 상기 윤활 처리된 봉형상의 선형 강재를 냉간단조용 헤딩머신으로 투입하여 냉간단조에 의한 가압 성형을 통해 강재의 중앙부에 중앙돌부를 성형하는 단계; (C) 상기 중앙돌부가 성형된 강재를 나사가공기에 투입하여 중앙돌부의 상하 양쪽으로 제1나사부 및 제2나사부를 형성하여 스터드 볼트를 제조하는 단계; (D) 상기 중앙돌부와 제1나사부 및 제2나사부를 갖는 스터드 볼트에 대해 열처리를 수행하는 단계; (E) 상기 열처리를 마친 스터드 볼트를 표면처리하는 단계; 를 포함하고,
상기 봉형상의 선형 강재는 중량%로, 탄소(C) 0.2~0.6%, 규소(Si) 0.15~0.35%, 망간(Mn) 0.3~0.9%, 인(P) 0.03% 이하(0% 제외), 황(S) 0.035% 이하(0% 제외), 나머지는 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물을 포함하는 강재로 이루어지며;
상기 (B)단계에서는 강재의 중앙부에 중앙돌부를 성형하되, 원형플레이트 구조에 의한 원형와셔부를 형성하고 상기 원형와셔부에 연장되어 일체 구비되는 육각너트부를 형성하여 자동차의 엔진브라켓과 엔진을 결합시 체결력을 증대시킬 수 있도록 하며;
상기 (D)단계에서는 30~40℃의 온수에 계면활성제를 10~15%로 희석시킨 탈지액을 2~3kgf/㎠의 분사압력으로 분사함으로써 탈지 처리하는 탈지공정; 30~40℃의 증류수를 2~3kgf/㎠의 분사압력으로 분사함으로써 1차 세척한 후 40~50℃의 증류수를 1~2kgf/㎠의 분사압력으로 분사함으로써 2차 세척 처리하는 수세공정; 150~180℃의 열풍을 30~40Nm³/min의 토출 조건으로 공급하여 건조 처리하는 건조공정; 850~900℃의 온도 및 CP(Carbon Potential) 분위기 조건에서 60~80분 동안 1차 열처리하되, 상기 CP에 대해 농도 0.8~0.9%를 유지하도록 조정하는 담금질공정; 냉각수를 갖는 교반압력기 내에서 처리하되, 10~20℃의 온도 및 교반압력 0.1~0.3kgf/cm² 조건에서 냉각 처리하는 냉각공정; 250~280℃의 온도에서 100~150분 동안 2차 열처리하는 뜨임공정; 을 순차적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 냉각단조방식을 이용한 자동차용 스터드 볼트 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 (A)단계에서는,
탕세수 60~70℃의 온도조건에서 3분~5분 동안 탕세 처리하는 공정;
수계윤활제를 30~40℃의 온도조건으로 강재의 표면에 도포하는 공정;
적외선 조사를 통한 복사열 또는 마이크로파 조사를 통한 전자기파로 건조 처리하는 공정; 을 포함하며,
상기 수계윤활제는 파단강도 350~5000kg/cm²이고 파단연신도 1~10%이며 평균분자량 10000∼100000인 폴리에스테르 또는 폴리우레탄 수지성분; 붕산염, 규산염, 바나듐산염, 몰리브덴산염 및 텅스텐산염 중에서 선택되는 1종 이상의 제1무기성분; 탄산마그네슘, 탄산칼슘, 탄산아연, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 인산칼슘, 인산아연 중에서 선택되는 1종 이상의 제2무기성분; 수산기 또는 아마이드기를 갖는 에틸렌옥사이드, 디에탄올아민, 소비톨, 글리세린 중에서 선택되는 1종 이상의 윤활성분; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각단조방식을 이용한 자동차용 스터드 볼트 제조방법.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 (E)단계에서는,
탈지제 40~60g/L를 포함하는 탈지액을 이용하여 pH 10~12 및 30~40℃의 온도 조건에서 7~8분 동안 1차 침적 탈지한 후 상기와 동일한 조건에서 2차 침적 탈지 처리하는 침적탈지공정;
30~40℃의 증류수를 2~3kgf/㎠의 분사압력으로 분사함으로써 1차 세척 및 동일 조건으로 2차 세척한 후 40~50℃의 증류수를 1~2kgf/㎠의 분사압력으로 분사하면서 초음파 발진을 통해 3차 세척 처리하는 수세공정;
염산 15~30% 농도 또는 황산 10~15% 농도를 갖는 산세용액에 과산화수소를 첨가하여 혼합하되 50~60℃의 온도 조건에서 산처리하는 산처리공정;
전해탈지제 50~100g/L를 포함하는 전해탈지액을 이용하여 40~60℃의 온도 및 1~4A/dm²의 전류밀도 조건에서 1~5분 동안 침지 처리하는 전해탈지공정;
내식성을 부여하기 위해 표면에 아연도금을 입히는 아연도금공정;
황산 또는 염산 10~20% 농도를 갖는 에칭액을 이용하여 40~50℃의 온도 조건에서 에칭 처리하는 에칭공정;
3가 크롬 100중량부에 대해서 아황산염 20~30중량부, 질산염 5~10중량부, 니켈 1~3중량부, 인산 100~150중량부를 포함하는 크로메이트액을 이용하여 처리하는 크로메이트공정;
80~100℃의 열풍을 20~30N㎥/min의 토출 조건으로 공급하여 탈수 건조 처리하는 탈수건조공정;을 순차적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 냉각단조방식을 이용한 자동차용 스터드 볼트 제조방법.