KR20000058458A - 자동차의 조향장치용 스티어링 요크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 유니버셜 죠인트를 통하여 기어기구에 연결되는 요크부와 축부 및 조향휠에 끼워맞춤하여 고정되는 세레이션부가 냉간단조에 의해 축부 선단에 일체로 성형되므로서 공정의 단순화를 통하여 생산성을 높이고 원가를 줄이며, 환경친화적이고 부품의 고경도화 및 경량화를 가져오며, 또 축부와 조향휠이 세레이션 결합될 때 위치결정 작업이 정확하고 신속하게 이루어져 조립작업시간이 단축되고 정확한 조립이 가능한 자동차의 조향장치용 스티어링 요크의 제작방법을 제공하는데 있으며, 이를 위해 본 발명은 요크부와 축부 및 세레이션부를 포함하는 자동차의 조향장치용 스티어링 요크의 제조방법에 있어서,

상기 축부보다 큰 직경을 가지며, 길이가 긴 환봉으로부터 일정길이만큼 절단하여 원소재를 얻은 후 풀림처리, 쇼트(shot)처리 및 윤활처리를 행하는 전처리 공정과;

상기 전처리 공정후의 원소재를 요크부가 형성될 머리부분만을 남기고 상기 축부의 직경과 같은 압출공을 가지는 금형을 통하여 압출하여 단조소성가공된 축부를 형성하는 전방압출공정과;

상기 축부의 삽입을 허용하는 삽입공을 가지며, 그 삽입공으로부터 확개된 상태로 연장하되 상기 요크부 외표면을 밀착되게 수용할 수 있는 크기 및 형상의 요크부 성형공을 구비한 금형을 통하여 상기 원소재의 머리부를 냉간 소성 변형에 의해 상기 요크부의 형상으로 가공하도록 머리부의 중앙부를 펀치다이로 눌러붙여 갈라진 포크 형상의 요크부를 형성하는 후방압출공정과;

상기 후방압출공정이 끝난 후 내면에 세레이션이 형성된 금형을 통하여 요크부의 반대쪽인 축부의 단부에 세레이션부를 형성하는 공정; 으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

자동차의 조향장치용 스티어링 요크의 제조방법{Steering yoke manufacturing process for automobile's steering system}

본 발명은 자동차의 조향장치용 스티어링 요크의 제조방법에 관한 것이다.

조향장치(Steering System)는 자동차의 진행방향을 임의로 바꾸기 위한 장치로서, 크게 조작기구, 기어기구 및 링크기구로 이루어져 있으며, 그중 조작기구는 운전자가 직접 조향조작을 하여 그 조작력을 기어기구에 전달하는 것으로 조향휠 및 조향칼럼(Steering Column)으로 이루어져 있다.

스티어링 칼럼은 자동차의 주요부품 가운데 핵심적인 기능을 수행하는 제품으로 상부에는 조향휠이, 하부에는 조향기어가 장치되어 조향휠의 조작력을 조향기어에 전달하므로써 조향기능을 수행하나, 차량의 충돌시 운전자 보호를 위한 충격흡수 기능 및 조향기어로부터 전달되는 진동과 소음을 감쇠하는 역할도 한다.

이러한 조향칼럼의 주요 부품 가운데 핵심적인 역할을 하는 것은 스티어링 요크(Steering Yoke)로서 종래 스티어링 요크의 구조를 도 10에 도시하였다.

종래 스티어링 요크(20)는 도시하지 아니한 조향기어측에 연결되는 유니버셜 죠인트(21)가 접속되는 요크부(22)와 축부(23) 및 조향휠(도시생략)에 접속하기 위한 세레이션부(25)로 구성되어 있으며, 머리부분인 요크부(22)는 생산성 및 기능성 측면에 맞추어 열간단조로 가공하고, 축부(23)는 긴 봉(bar)을 기계 가공후 양측에 세레이션부(25)(27)를 형성하고 축부(23)의 세레이션부(27)를 요크부(22)에 형성한 세레이션(27a)에 끼워맞춘 뒤 용접하거나, 또는 도시한 것과 같이 절개부(26)와 세레이션(27a)을 형성하여 축부(23)의 세레이션부(27)를 끼워맞춘 후 볼트(28)를 체결하여 조립하는 구조로 되어 있다.

그러나 상기한 종래의 스티어링 요크의 제조방법에 의하면 요크부(22)를 열간 가공하는데 따라 소재가열에 의한 분진 및 유해가스 발생, 소음공해, 과다한 스크랩 생성으로 인한 재료 이용율 저감 등의 문제가 있으며, 요크부(22)와 축부(23)의 연결을 위한 여러 가지 후가공, 즉 절개부(26) 및 세레이션(27) 가공 등이 필요하고 또 용접이나 볼트체결 등의 작업이 이루어지기 때문에 공정수의 증가로 원가가 상승되는 문제점이 있었다.

한편, 축부(23)와 요크부(22), 축부(23)와 조향휠(도시생략)이 암수 한쌍의 세레이션에 의해 계합될 때 정확한 결합위치 설정이 곤란하므로 작업시간이 많이 소요되고 결합위치에 약간씩 오차가 생기는 문제점도 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 제안한 것으로서 그의 목적으로 하는 것은

유니버셜 죠인트를 통하여 기어기구에 연결되는 요크부와 축부 및 조향휠에 끼워맞춤하여 고정되는 세레이션부가 냉간단조에 의해 축부 선단에 일체로 성형되므로서 공정의 단순화를 통하여 생산성을 높이고 원가를 줄이며, 환경친화적이고 부품의 고경도화 및 경량화를 가져오는 자동차의 조향장치용 스티어링 요크의 제작방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 축부와 조향휠이 세레이션 결합될 때 위치결정 작업이 정확하고 신속하게 이루어져 조립작업시간이 단축되고 정확한 조립이 가능한 자동차의 조향장치용 스티어링 요크의 제작방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 자동차의 조향장치용 스티어링 요크의 제작방법은

요크부와 축부 및 세레이션부를 포함하는 자동차의 조향장치용 스티어링 요크의 제조방법에 있어서,

상기 축부보다 큰 직경을 가지며, 길이가 긴 환봉으로부터 일정길이만큼 절단하여 원소재를 얻은 후 풀림처리, 쇼트(shot)처리 및 윤활처리를 행하는 전처리 공정과;

상기 전처리 공정후의 원소재를 요크부가 형성될 머리부분만을 남기고 상기 축부의 직경과 같은 압출공을 가지는 금형을 통하여 압출하여 단조소성가공된 축부를 형성하는 전방압출공정과;

상기 축부의 삽입을 허용하는 삽입공을 가지며, 그 삽입공으로부터 확개된 상태로 연장하되 상기 요크부 외표면을 밀착되게 수용할 수 있는 크기 및 형상의 요크부 성형공을 구비한 금형을 통하여 상기 원소재의 머리부를 냉간 소성 변형에 의해 상기 요크부의 형상으로 가공하도록 머리부의 중앙부를 펀치다이로 눌러붙여 갈라진 포크 형상의 요크부를 형성하는 후방압출공정과;

상기 후방압출공정이 끝난 후 내면에 세레이션이 형성된 금형을 통하여 요크부의 반대쪽인 축부의 단부에 세레이션부를 형성하는 공정; 으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 청구항 2 기재에 의하면

상기 세레이션의 잇빨들 중 어느 하나의 잇빨은 다른 것들보다 크게 제작되므로써 이에 대응되는 조향휠과 하나의 조립위치만을 가지게 되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 스티어링 요크를 나타내는 도면

도 2는 본 발명에 따른 스티어링 요크의 제조과정을 나타낸 블록도

도 3과 도 4는 본 발명의 전방압출공정에 의한 축부 성형과정을 나타내는

도면

도 5는 본 발명의 후방압출공정에 의한 요크부 성형과정을 나타내는 도면

도 6은 본 발명의 요크부 성형을 위한 제2금형의 평면형상을 나타내는 도면

도 7은 본 발명에 의한 세레이션부 성형과정을 나타내는 도면

도 8은 본 발명에 의한 세레이션부 성형금형의 평면형상을 나타내는 도면

도 9(가) 내지 도 9(라)는 본 발명의 제작과정중 일어나는 소재의 형태 변화

를 나타내는 도면

도 10은 종래기술

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 스티어링 요크 2 : 축부

3 : 요크부 4 : 세레이션부

5 : 원소재 6 : 제1금형

7 : 상부펀치 8 : 압출공

9 : 원소재수용공 10: 머리부

12: 축부삽입공 13: 요크부 성형공

14: 펀치 15: 제3금형

16,16a : 잇빨

이하에 본 발명의 구성과 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 의해 제작된 자동차의 조향장치용 스티어링 요크를 나타내는 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 자동차의 조향장치용 스티어링 요크를 제작하는 공정을 나타내는 블록도이며, 도 3 내지 도 9는 본 발명에 따른 스티어링 요크의 제작과정을 나타내는 구성도이다.

스티어링 요크(1)는 축부(2)와 요크부(3) 및 세레이션부(4)로 구성되며, 축부(2)와 요크부(3)는 종래와는 달리 분리성형되지 아니하고 냉간단조(압출)에 의해 일체로 성형된다.

본 발명의 스티어링 요크(3)의 소재로는 기계구조용 탄소강재, 특히 SM20C가 적합하며, 길이가 축방향을 따라 연속하는 긴 길이를 가지며, 또한 직경이 상기 축부(2) 보다는 굵고, 상기 요크부(3)의 폭(B)과 비슷한 크기의 직경을 가지는 환봉으로부터 일정길이만큼 절단하여 원소재(5)를 얻는다.

이 원소재(5)를 가지고 프레스에 의한 냉간단조(압출) 작업을 통하여 요크부(3)와 축부(2) 및 세레이션부(4)가 일체된 스티어링 요크(1)를 제작하게 된다.

냉간단조(압출)시 가공성을 좌우하는 주요인자는 변형응력과 연성으로서, 압출가공성을 좋게하기 위하여 열처리, 즉 풀림처리(annealing)를 실시하게 되며, 일반적인 풀림작업을 통해 소재(5)의 경도를 H_RB 57~60 정도를 유지시키는 것이 바람직하다.

그런데 냉간단조에서는 소재가 금형에 대하여 매우 큰 접촉압력으로 유동하게 되므로써 윤활조건에 따라 단조압력 및 금형의 마모, 성형성에 큰 영향을 미치게 되기 때문에 소재에 대해 윤활피막을 입히게 되며, 일반적으로 인산염피막 또는 MoS2 피막 등에 의한 윤활피막을 하게 된다. 그리고 윤활피막 형성과 더불어 쇼트(shot)처리를 해주므로써 단조소성 가공을 위한 전처리 작업을 완료하게 된다.

전처리 작업이 끝난 원소재(5)는 프레스 단조 작업을 위해 제1금형(6)에 넣고 상부에서 하강하는 상부펀치(7)에 의해 상온에서 고압으로 원소재(5)를 가압하여 압출한다.

여기서 제1금형(6)은 축부(2)와 동일한 직경의 압출공(8)을 가지고 있으며, 압출공(8)의 상부로는 직경이 확개된 원소재수용공(9)이 연장 형성된 2단 구멍으로 되어있다.

이에따라 상부펀치(7)에 의해 원소재수용공(9)내에 수용된 원소재(5)를 높은 압력으로 압압하면, 원소재(5)가 압축되면서 소재의 조직이 직경이 작은 압출공(8)을 통해 흐르면서 압출되어져 도 4와 같이 축부(2)가 형성되어지게 된다.

상기와 같은 전방압출공정에는 약 60톤 정도의 프레스 압력이 소요되며, 전방압출공정이 끝나면 축부(2)의 경도는 H_RB 90 정도로 증가하며, 머리부(10)는 H_RB 61 정도를 유지한다.

전방압출공정이 끝나면 후방압출공정을 위해 제2금형(11)으로 축부(2)의 가공이 끝난 소재를 옮겨 성형하게 된다.(도 5 참조)

제2금형(11)은 축부(2)와 동일한 직경을 가지는 축부삽입공(12)과 그 상부의 요크부 성형공(13)을 구비하며, 요크부 성형공(13)은 평면에서 보면 도 6에서와 같이 대략 구형(矩刑) 형상을 가지므로서 완성된 요크부(3)의 수용시 그의 윤곽을 기밀하게 수용하게 되는 형상을 가진다.

요크부 성형공(13)에 소재가 옮겨져 수용되면 펀치(14)를 하강시켜 소재 머리부(10)의 중간부위를 약 400ton 이상의 압력으로 압압하여 눌러붙이게 되며, 이에따라 소재가 양쪽으로 갈라지면서 마치 포크형상과 같은(갈라져있다는 점에서) 요크부(3)가 형성되어지게 된다.

후방압출공정이 끝나면 요크부(3)는 위치에 따라 H_RB 93∼103 정도의 경도분포를 가지도록 경화된다.

후방압출공정이 끝나면 도 7에 도시한 것과 같이 제3금형(15)을 통해 세레이션부(4)를 형성하게 된다.

여기서 제3금형(15)의 세레이션 잇빨(16)들은 모두 같은 크기의 것으로 되어 있지 아니하고 도 8에 도시하는 것과 같이 그중 한 개의 잇빨(16a)이 나머지 잇빨(16)들보다 크게 형성되어 있어, 축부(2)의 단부에 형성되는 세레이션부(4)의 잇빨들도 금형 설계 형상대로 제작되므로써 1개의 잇빨이 나머지보다 크게 제작되며, 이에 끼워 맞춤되는 조향휠의 세레이션 잇빨들도 대응되도록 성형되므로써 세레이션 결합시 정해진 삽입방향의 결합위치만을 가지게 되므로 조립위치 오차가 전혀 없게된다.

이와같이 3차에 걸친 단조작업을 수행한 후 구멍(17) 천공 등 후처리 가공작업을 하면 각부가 일체로 된 스티어링 요크(1)가 완성되게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 일련의 단조(압출)작업에 의해 스티어링 요크의 요크부와 축부가 일체로 형성되므로써 작업공정수가 크게 감소되고 제품제작 원가가 줄어들며, 환경친화적이며 제품의 고경도화와 경량화를 가져오고, 또 축부와 조향휠의 세레이션 결합시 정확한 위치를 가지도록 신속히 위치결정하여 조립할 수 있어 제작조립 오차가 제거되고 작업시간이 단축되는 효과를 가져오게 된다.

Claims (2)

1. 요크부와 축부 및 세레이션부를 포함하는 자동차의 조향장치용 스티어링 요크의 제조방법에 있어서,

   상기 축부보다 큰 직경을 가지며, 길이가 긴 환봉으로부터 일정길이만큼 절단하여 원소재를 얻은 후 풀림처리, 쇼트(shot)처리 및 윤활처리를 행하는 전처리 공정과;

   상기 전처리 공정후의 원소재를 요크부가 형성될 머리부분만을 남기고 상기 축부의 직경과 같은 압출공을 가지는 금형을 통하여 압출하여 단조소성가공된 축부를 형성하는 전방압출공정과;

   상기 축부의 삽입을 허용하는 삽입공을 가지며, 그 삽입공으로부터 확개된 상태로 연장하되 상기 요크부 외표면을 밀착되게 수용할 수 있는 크기 및 형상의 요크부 성형공을 구비한 금형을 통하여 상기 원소재의 머리부를 냉간 소성 변형에 의해 상기 요크부의 형상으로 가공하도록 머리부의 중앙부를 펀치다이로 눌러붙여 갈라진 포크 형상의 요크부를 형성하는 후방압출공정과;

   상기 후방압출공정이 끝난 후 내면에 세레이션이 형성된 금형을 통하여 요크부의 반대쪽인 축부의 단부에 세레이션부를 형성하는 공정; 으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치용 스티어링 요크의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 세레이션의 잇빨들 중 어느 하나의 잇빨은 다른 것들보다 크게 제작되므로써 이에 대응되는 세레이션의 형상을 가지는 조향휠과 하나의 조립위치만을 가지도록 하는 것을 특징으로 하는 자동차의 조향장치용 스티어링 요크의 제조방법.