KR102345891B1

KR102345891B1 - 드라이브 샤프트의 제조방법

Info

Publication number: KR102345891B1
Application number: KR1020210048926A
Authority: KR
Inventors: 박영견
Original assignee: 박영견
Priority date: 2021-04-15
Filing date: 2021-04-15
Publication date: 2022-01-03

Abstract

본 발명의 드라이브 샤프트를 제조하는 방법이 개시된다. 드라이브 샤프트를 제조하는 방법은 중공을 가진 관 형상의 금속소재의 단부를 가열하여 가열구간을 형성하는 단계, 상기 가열구간을 길이방향으로 압축하여 두께를 증가시키는 업셋단조를 수행하여 업셋단조구간을 형성하는 단계 및 상기 업셋단조구간의 외경을 감소시키도록 다이공 내에 상기 업셋단조구간을 밀어 넣어 압출구간을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

드라이브 샤프트의 제조방법{Method Of Manufacturing The Drive Shaft}

본 발명은 차량용 드라이브 샤프트의 제조방법에 관한 것이다.

차량은 엔진의 동력을 양측 휠에 전달하기 위한 드라이브 샤프트를 포함한다. 드라이브 샤프트는 중실형 드라이브 샤프트와 중공형 드라이브 샤프트가 있다. 중공형 드라이브 샤프트는 차량의 경량화 및 떨림 현상인 공진에 의한 소음 개선에 효과적이다.

중공형 드라이브 샤프트의 경량화율을 높이기 위해 두꺼운 관형 금속소재를 전구간에 걸쳐 스웨징(Swaging) 공법으로 중공형 드라이브 샤프트의 다단 형상을 제조하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 스웨징 공법은 다단 형상을 만들기 위해 많은 단계를 거쳐야 하므로 초기 투자비가 크고, 제조 비용이 상승하는 문제점이 있다.

스웨징 공법의 문제를 해결하기 위해, 일반 관형 금속소재를 업셋 단조에 의해 관형 금속소재의 양단부의 두께를 증가시키는 기술이 있다. 그러나, 업셋단조에 의해 제조된 드라이브 샤프트는 휠이 조립되는 양단부를 CNC선반을 이용하여 소정 치수 및 형상으로 선삭 가공하여야 할 필요가 있다. 결과적으로, 업셋 단조에 의한 드라이브 샤프트 제조방법은 선반가공에 의한 원소재의 낭비와 추가적인 작업이 요구되고 있다.

또한, 가공을 위한 업셋단조부 길이와 두께가 크고 두꺼워야 하므로 업셋단조 제조비용이 상승하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 재료비를 절감하고 작업시간 및 인력을 절감할 수 있는 드라이브 샤프트의 제조방법을 제공하는 데에 있다.

상술한 과제를 달성하기 위한 드라이브 샤프트의 제조방법이 제공된다. 드라이브 샤프트의 제조방법은 중공을 가진 관 형상의 금속소재의 단부를 가열하는 단계, 가열된 상기 단부를 길이방향으로 압축하여 두께를 증가시키는 업셋단조를 수행하는 단계 및 상기 업셋단조 구간의 외경을 감소시키도록 다이공 내에 상기 업셋단조 구간을 밀어 넣어 압출하는 단계를 포함한다.

상기 업셋단조는 상기 단부의 두께를 외측과 내측 방향으로 증가시킬 수 있다.

상기 방법은 압출 구간의 적어도 일부를 추가 가열하는 단계, 추가 가열된 상기 압출 구간을 압축하여 내측 방향으로 두께를 증가시키는 추가 업셋단조를 수행하는 단계, 및 상기 추가 업셋단조 구간의 외경을 감소시키도록 다이공 내에 상기 업셋단조 구간을 밀어 넣는 추가 압출하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 추가 업셋단조는 상기 압출 구간 중 적어도 일부 또는 전체 구간을 메움 처리할 수 있다.

상기 가열단계는 상기 금속소재와 상기 금속소재의 단부를 감싸는 고주파 코일의 상대 회전에 의해 수행될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 드라이브 샤프트의 제조방법은 업셋 단조된 금속소재의 양단부를 압출 공정에 의해 휠을 조립하는 치수 및 형상으로 형성함으로써 원소재 낭비가 없고 추가적인 선삭가공의 생략에 의한 제조비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드라이브 샤프트의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1의 전처리 공정에서 단계별 드라이브 샤프트의 형상을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가열장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 업셋 단조 공정을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압출 공정을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 드라이브 샤프트의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7 및 8은 도 6의 전처리 공정에서 단계별 드라이브 샤프트의 형상을 나타내는 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 드라이브 샤프트(1)의 제조방법을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 드라이브 샤프트의 제조 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 도 1의 전처리 공정에서 단계별 드라이브 샤프트의 형상을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가열장치를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 업셋 단조 공정을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 압출 공정을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 드라이브 샤프트(1)의 제조 방법은 전처리 공정(S111~S114)과 후처리 공정(S115~S118)을 포함한다.

단계 S111에서, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같은 관 형상을 가진 소정의 길이를 가진 금속소재(10)를 준비한다. 여기서, 금속소재(10)는 후술하는 업셋 단조 공정(S113)에 의한 길이 감소 및 압출 공정(S114)에 의한 길이 증가를 고려하여 최종적인 드라이브 샤프트(1)가 될 수 있는 길이로 마련될 수 있다.

단계 S112에서, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이 금속소재(10)의 단부를 가열하여 가열구간(11,12)을 형성할 수 있다.

관 형상의 금속소재(10)는 중공형의 단부가 가열되는 과정에서 가열부위에 열이 고르게 전달되지 않을 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가열장치(1)는 금속소재(10)를 고정하는 고정부(110) 및 금속소재(10)의 단부를 가열하기 위한 가열부(120)를 포함한다.

고정부(110)는 예를 들면 컨베이어와 같은 공급부(미도시)로부터 공급된 금속소재(10)를 고정할 수 있다. 고정부(110)에 지지된 금속소재(10)는 후술할 가열부(120)의 히팅코일(124)의 중심축에 동일선상에 정렬된다. 고정부(110)에는 금속소재(10)가 고정된 상태에서 이탈되지 않도록 하는 클램프(112)가 구비되어 있다.

가열부(120)는 고정부(110)에 지지된 금속소재(10)의 단부를 가열할 수 있다. 가열부(120)는 가열본체(121), 가열본체(121)를 고정부(110)를 향해 접근 또는 이격하도록 마련된 슬라이딩 레일(122), 가열본체(121)에 대해 회전가능하게 지지된 원통형의 코일수용부(123), 및 코일수용부(123)에 수용된 히팅코일(124)을 포함한다.

가열부(120)는 가열본체(121)를 슬라이딩 이동시키는 슬라이딩 구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 슬라이딩 구동부는 슬라이딩 레일(122)에 마련된 선형기어(미도시)와 선형기어에 맞물리는 원형기어로 이루어진 랙피니언 및 원형기어를 회전시키는 모터로 구현될 수 있다.

가열부(120)는 코일수용부(123)를 회전시키기 위한 회전구동부(미도시) 및 히팅코일(124)에 전원을 공급하는 전원공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

가열본체(121)는 기둥형상으로 고정부(110)에 고정된 금속소재(10)의 높이에 코일수용부(123)를 지지한다. 가열본체(121)는 슬라이딩 레일(122)을 따라 접근 또는 이격 이동될 수 있다.

슬라이딩 레일(122)은 고정부(110)와 가열부(120) 사이에 마련될 수 있다.

코일수용부(123)는 가열본체(121)에 회전 가능하게 지지될 수 있다. 코일수용부(123)는 원통형으로 히팅코일(124)을 수용하여 지지할 수 있다. 코일수용부(123)의 중심축은 고정부(110)에 고정된 금속소재(10)의 중심축과 일치하도록 배치될 수 있다.

히팅코일(124)는 코일수용부(123)에 수용되며, 고주파 유도 가열에 따라 금속소재(10)의 단부(12)를 회전하면서 가열할 수 있다.

이하, 금속소재(10)의 단부를 가열하는 과정을 설명한다.

고정부(110)에 금속소재(10)가 준비되면, 가열본체(21)가 슬라이딩 레일(122)을 따라 고정부(110) 측으로 이동된다. 그 결과, 코일수용부(123) 내의 히팅코일(124)에 금속소재(10)의 단부가 삽입될 수 있다.

히팅코일(124)에 고주파 전원이 인가됨과 동시에 코일수용부(123)가 회전된다. 따라서, 금속소재(10)의 단부는 회전하는 히팅코일(124)에 의해 전체적으로 균일하게 가열될 수 있다. 이와 같이, 가열된 금속소재(10)의 단부는 다음의 업셋단조 공정(S112)으로 이동된다.

다른 실시예로서, 히팅코일(124)이 고정되어 있고 금속소재(10)가 회전하도록 하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

단계 S112에서, 가열된 금속소재(10)의 가열구간(12)은 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 업셋 단조금형(20)과 펀치금형(30)에 의해 업셋 단조처리된다.

업셋 단조금형(20)은 가열구간(12)의 외경(D2)보다 큰 직경(D3)을 가진 단조공(22)을 포함한다. 금속소재(10)의 가열구간(12)이 단조공(22)에 삽입되면, 단조공(22)의 내면과 금속소재(10)의 가열구간(12)의 외면 사이에는 소정의 제1갭이 형성될 수 있다.

펀치금형(30)은 가열구간(12)의 내경(D1)보다 작은 직경(D4)을 가진 제1펀치부(32)와 단조공(22)의 직경(D3)와 동일한 직경(D5)을 가진 제2펀치부(34)를 포함한다.

도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 가열구간(12)의 내부 및 단조공(22)에는 각각 제1 및 제2펀치부(32,34)가 압입된다. 제1펀치부(32)의 직경(D4)은 가열구간(12)의 내경(D1)보다 작기 때문에 가열구간(12)의 내면과 제1단조펀치(32)의 외면 사이에 소정의 제2갭이 형성될 수 있다. 그리고, 제2펀치부(34)는 단조공(22)의 직경(D3)과 같기 때문에 제2펀치부(34)의 압입에 의해 단조공(22) 내에 위치한 금속소재(10)의 가열구간(12)은 압축시킬 수 있다. 그 결과, 금속소재(10)의 가열구간(12)을 구성하는 금속소재는 제1갭과 제2갭으로 확장 이동됨으로써, 길이가 줄어들고 외경과 내경이 각각 증감되면서 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이 두께가 증가된 제1 및 제2업셋단조 구간(13,14)이 형성될 수 있다.

단계 S114에서, 제1 및 제2업셋단조구간(13,14)은 도 5에 나타낸 바와 같이 제1 내지 제3압출금형(41,42,43)에 의해 최종적인 드라이브 샤프트(1)에 해당하는 형상 및 치수로 압출 가공된다. 제1 내지 제3압출금형(41,42,43)은 각각 제1 내지 제3압출공(411,421,431)을 포함하고 있다. 제1 내지 제3압출공(411,421,431)은 점차적으로 큰 치수를 가진 제1 내지 제3직경(d1,d2,d3)을 가진다. 제1 내지 제3압출공(411,421,431)은 각각 입구 및 출구가 제1 내지 제3직경(d1,d2,d3)보다 크게 확장되어 제1 및 제2업셋단조구간(13,14)이 용이하게 삽입될 수 있게 한다.

도 5의 (a)에 나타낸 와 같이, 제1업셋단조구간(13)은 제1 내지 제3압출공(411,421,431)에 강한 압력으로 밀어 넣음으로써 도 2의 (d)에 나타낸 바와 같이 제1 내지 제3외경(d1,d2,d3)을 가진 제1압출구간(15)이 성형될 수 있다.

마찬가지로, 도 5의 (b)에 나타낸 와 같이, 제2업셋단조구간(14)은 제1 내지 제3압출공(411,421,431)에 강한 압력으로 삽입됨으로써 도 2의 (d)에 나타낸 바와 같이 제1 내지 제3외경(d1,d2,d3)을 가진 제2압출구간(16)이 성형될 수 있다.

상술한 압출금형(411,421,431)의 수 및 제1 내지 제3직경(d1,d2,d3)의 치수는 요구되는 드라이브 샤프트(1)의 형상 및 치수에 따라 결정될 수 있다.

단계 S114에서 압출 가공되어 성형된 제1 및 제2압출구간(15,16)은 금속소재(10)의 단부 측으로 갈수록 외경 및 내경 치수가 감소된다. 결과적으로, 제1 및 제2압출구간(15,16)을 가진 금속소재(10)는 최종적으로 요구되는 드라이브 샤프트(1)의 외형치수로 성형될 수 있기 때문에 별도의 CNC 선반가공이 필요없다.

단계 S115에서, 제1 및 제2압출구간(15,16)을 가진 금속소재(10)는 전조기를 이용하여 스플라인 가공한다. 전조 가공은 드라이브 샤프트(1)의 양단에 휠을 결합하기 위한 나사를 형성할 수 있다.

단계 S116에서, 전조 가공된 금속소재(10)는 표면을 경화시켜 내구성을 확보하기 위해 담금질(Quenching)과 템퍼링(Tempering) 처리된다.

전조 가공된 금속소재(10)는 고주파 열처리기를 이용하여 제1온도로 가열한 후에 냉각시키는 담금질 및 잔류 응력을 감소시키기 위해 담금질한 소재를 고주파 열처리기를 이용하여 제1온도보다 낮은 제2온도로 가열한 후에 냉각시킨다.

단계 S117에서, 이전 단계의 고주파 열처리된 금속소재(10)는 치수가 변형되므로 직진도를 확보하기 위해 교정 작업을 수행한다.

단계 S118에서, 교정 처리된 금속소재(10)는 미관 및 내식성을 위하여 예를 들면 전착 도장(Electro Painting)이 수행된다.

이와 같이, 본 발명의 드라이브 샤프트(1)는 전처리 공정으로 가열, 업셋단조와 압출 공정을 통해 기본적 형상을 완성함으로써 후처리 공정에서 CNC 선반 가공할 필요가 없어 작업시간과 인력을 절감할 수 있고, 가공에 의해 버려지는 원소재를 줄일 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 드라이브 샤프트의 제조 방법을 나타낸 순서도이고, 도 7 및 8은 도 6의 전처리 공정에서 단계별 드라이브 샤프트의 형상을 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 드라이브 샤프트(1)의 제조 방법은 전처리 공정(S121~S127)과 후처리 공정(S128~S131)을 포함한다.

단계 S121에서, 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같은 관 형상을 가진 소정의 길이를 가진 금속소재(10)를 준비한다.

단계 S122에서, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이 금속소재(10)의 단부는 1차 가열에 의해 1차 가열구간(12)이 형성될 수 있다. 1차 가열은 도 3에 나타낸 가열장치(100)에 의해 금속소재(10)와 히팅코일(124)의 상대 회전에 의해 균일하게 이루어질 수 있다.

단계 S123에서, 금속소재(10)의 1차 가열구간(12)은 도 7의 (c)(d)에 나타낸 바와 같이 제1업셋 단조금형(20)과 제1펀치금형(30)에 의해 1차 업셋 단조 처리된다.

금속소재(10)의 가열된 단부(12)는 1차 업셋단조에 의해 길이가 줄어들고 외경과 내경이 각각 증감되면서 도 7의 (e)에 나타낸 바와 같이 두께가 증가된 1차 업셋단조 구간(14)으로 성형될 수 있다.

단계 S124에서, 업셋단조 구간(14)은 도 7의 (f)에 나타낸 바와 같이 제1압출금형(44)에 의해 제1압출구간(16)으로 성형될 수 있다. 제1압출금형(44)은 제1직경(d4)을 가진 제1압출공(441)을 포함하고 있기 때문에, 제1압출구간(16)은 압출에 의해 업셋단조 구간(14)의 외경보다 줄어든 외경(d4)을 가진다. 또한, 제1압출구간(16)은 압출에 의해 업셋단조 구간(14)의 내경보다 줄어든 내경(d5)을 가진다.

단계 S125에서, 도 8의 (g)에 나타낸 바와 같이 제1압출구간(16)의 적어도 일부 구간(17)은 2차 가열에 의해 2차 가열구간(17)이 형성될 수 있다. 2차 가열은 도 3에 나타낸 가열장치(100)에 의해 금속소재(10)와 히팅코일(124)의 상대 회전에 의해 균일하게 이루어질 수 있다.

단계 S126에서, 2차 가열구간(17)은 도 8의 (h)(i)에 나타낸 바와 같이 제2업셋 단조금형(50)과 제2펀치금형(60)에 의해 2차 업셋 단조 처리된다.

2차 가열구간(17)은 2차 업셋단조에 의해 길이가 줄어들고 내경이 줄어들면서 도 8의 (i)(j)에 나타낸 바와 같이 가열구간의 일부 또는 전체가 채워진 2차 업셋단조 구간(18)으로 성형될 수 있다.

단계 S127에서, 2차 업셋단조 구간(18)은 도 8의 (k)에 나타낸 바와 같이 제2 및 제3압출금형(45,46)에 의해 제2압출구간(19)으로 성형될 수 있다. 제2 및 제3압출금형(45,46)은 각각 제2 및 제3직경(d6, d7)을 가진 제2 및 제3압출공(451,461)을 포함하고 있기 때문에, 제2압출구간(19)은 압출에 의해 제1압출구간(16) 및 제2 업셋단조 구간(18)의 외경보다 줄어든 제2외경(d6) 및 제3외경(d7)을 가진다.

이하, 후처리 가공(S128~S131)은 도 1의 후처리 가공(S115~A118)과 유사하므로 설명을 생략한다.

앞서 설명한 명세서에서, 본 발명 및 그 장점들이 특정 실시예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 아래의 청구항에서 설명하는 바와 같은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변경이 가능함은 이 기술 분야에서 보통의 기술을 가진 자에게 명백할 것이다. 이에 따라, 명세서와 도면은 한정 보다는 본 발명의 예시로서 간주되어야 한다. 모든 이러한 가능한 수정들은 본 발명의 범위 내에서 이루어져야 한다.

1: 드라이브 샤프트
10: 금속소재
11,12,17: 가열구간
13,14,18: 업셋구간
15,16,19: 압출구간
20,50: 업셋단조금형
30,60: 펀치금형
41,42,43,44,45,46: 압출금형

Claims

드라이브 샤프트를 제조하는 방법에 있어서,
중공을 가진 관 형상의 금속소재의 단부를 가열하여 가열구간을 형성하는 단계;
상기 가열구간을 길이방향으로 압축하여 두께를 증가시키는 업셋단조를 수행하여 업셋단조구간을 형성하는 단계; 및
상기 업셋단조구간의 외경을 감소시키도록 다이공 내에 상기 업셋단조구간을 밀어 넣어 압출구간을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 업셋단조는 상기 압출구간 중 적어도 일부 또는 전체 구간을 메움 처리하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 업셋단조는 상기 단부의 두께를 외측과 내측 방향으로 증가시키는 방법.
드라이브 샤프트를 제조하는 방법에 있어서,
중공을 가진 관 형상의 금속소재의 단부를 가열하여 가열구간을 형성하는 단계;
상기 가열구간을 길이방향으로 압축하여 두께를 증가시키는 업셋단조를 수행하여 업셋단조구간을 형성하는 단계; 및
상기 업셋단조구간의 외경을 감소시키도록 다이공 내에 상기 업셋단조구간을 밀어 넣어 압출구간을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 압출구간의 적어도 일부를 추가 가열하여 추가 가열구간을 형성하는 단계;
상기 추가 가열구간을 길이방향으로 압축하여 중공의 내측 방향으로 두께를 증가시키는 추가 업셋단조를 수행하여 추가 업셋단조구간을 형성하는 단계; 및
상기 추가 업셋단조구간의 외경을 감소시키도록 다이공 내에 상기 추가 업셋단조구간을 밀어 넣어 추가 압출구간을 형성하는 단계를 더 포함하며,
상기 추가 업셋단조는 상기 추가 압출구간 중 적어도 일부 또는 전체 구간을 메움 처리하는 방법.
삭제
제3항에 있어서,
상기 가열 단계는 상기 금속소재와 상기 금속소재의 단부를 감싸는 고주파 코일의 상대 회전에 의해 수행되는 방법.