KR20010073024A

KR20010073024A - 기어 랙 생산방법 및 이 방법을 실행하기 위한 스탬핑 장치

Info

Publication number: KR20010073024A
Application number: KR1020017002500A
Authority: KR
Inventors: 브렌너알프렛
Original assignee: 피터 킬겐스테인/한스-루츠 몬샤우; 젯트에프 랭크씨스템 게엠베하
Priority date: 1998-08-29
Filing date: 1999-08-21
Publication date: 2001-07-31
Also published as: DE59904183D1; AU5853899A; US6601428B1; EP1107840B1; JP4429526B2; EP1107840A1; WO2000012245A1; JP2002523245A; KR100563597B1; AU757169B2; ES2192077T3; DE19839428A1

Abstract

본 발명은 자동차의 랙 피니언 조향 조립체의 기어 랙용 블랭크(10) 생산방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다: 제1 단계에서, 본질적인 원형 단면을 갖는 초기 소재(7)는 서로에 대해 이동 가능한 적어도 3개 이상의 성형 툴(1, 2, 3)을 갖는 스탬핑 장치 내로 삽입된다. 제2 단계에서, 적어도 하나 이상의 성형 툴(1, 2, 3)에 적어도 하나 이상의 힘이 적어도 하나 이상의 방향으로 작용되어 상기 성형 툴(1, 2, 3)을 서로에 대해 이동시켜, 상기 초기 소재(7)는 상기 기어 랙용 블랭크(10)로 재성형된다. 상기 블랭크(10)는 완성될 기어 랙의 기어 물림의 적어도 축방향 영역에서의 원형 실린더의 형상과 다른 형상이 주어진다. 본 발명의 방법을 사용하면, 상기 초기 소재의 일부분은 완성될 기어물림 영역에서의 심각한 변형 경화를 결과시키지 않으면서 이 영역의 중앙으로부터 벗어나 일측으로 이동된다.

Description

기어 랙 생산방법 및 이 방법을 실행하기 위한 스탬핑 장치{METHOD FOR PRODUCING A GEAR RACK, AND A STAMPING DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD}

이러한 유형의 방법은 종래 기술에 따른 독일 특허출원 제 197 26 697.5 호의 요지의 일부를 형성한다. 기어 랙 생산용 블랭크는 적어도 그 톱니 시스템 영역에서의 원형 실린더와는 다른 형상을 갖는다. 지금까지, 이러한 블랭크는 예를 들면, 기계가공 공정, 압출 혹은 다른 성형 공정에 의해 생산 가능하였다. 이러한 성형 생산 공정 동안, 큰 변형 경화가 다양한 영역에서 블랭크에 발생할 수 있었다. 그러나, 후속의 비절삭 성형 공정은 이러한 변경 경화에 의해 매우 힘들게 수행된다. 이러한 문제는 개별 성형 공정 사이에 부가적인 어닐링 공정을 도입함으로써 해소될 수 있었다. 그러나, 이러한 열처리 공정이라는 것은 초기 소재로부터 블랭크를 거쳐 완성 기어 랙을 만드는 냉간 성형작업에서의 작업 중단을 뜻하게 된다.

비절삭 방법에서의 또 다른 공정들이 예를 들면 DE-C2-32 02 254 에 개시되어 있다. 이 방법에서는, 기어 랙이 상부 다이와 하부 다이 사이에서의 궤도단조(orbital forging)에 의해 원통형 초기 소재로부터 생산된다. 이 방법에서도, 또한 변형경화가 기어 랙의 톱니 시스템 영역에서 발생하고, 이 변형 경화가 기어 랙의 생산을 보다 힘들게 하고 있다.

본 발명은 자동차의 랙 피니언 조향 시스템의 기어 랙용 블랭크를 생산하는 방법 및 이 방법을 수행하기 위한 스탬핑 장치에 관한 것이다.

본 발명을 바람직한 실시예를 이용하고, 하기에 설명된 도면을 참조하는 다음의 상세한 설명에서 보다 상세히 기술할 것이다:

도 1은 그 초기위치에 있는 본 발명에 따른 스탬핑 장치의 개략도.

도 2는 생산 공정 마지막에 해당하는 위치에 있는 도 1의 스탬핑 장치를 도시한 도.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 방법에 따라 생산되며, 단면으로 된 기어 랙용 블랭크의 3개의 실시예를 도시하는 도.

도 6은 블랭크의 사시도.

본 발명의 목적은 특히, 후에 완성될 기어 랙 톱니 시스템의 영역에서, 경미한 변형 경화만이 발생하도록 하면서 기어 랙용 블랭크를 생산하는 것이다. 이 영역은, 예를 들면 궤도 단조와 같은 후속의 성형 공정 동안에, 소재의 큰 이동이 여기에서 발생하기 때문에 상당히 중요한 의미를 갖는다. 이 방법에 의해 전체 생산비는 크게 감소될 것이다.

이러한 목적은 특허청구의 범위 제1항에 기재된 방법 및 제10항에서 특징되는 것으로 이 방법을 수행하기 위한 스탬핑 장치에 의해 달성된다.

기어 랙용 블랭크를 생산하기 위한 본 발명에 따른 방법에서, 제1 단계로서 서로에 대해 이동 가능한 적어도 3개 이상의 성형 툴을 갖는 스탬핑 장치를 사용하여, 본질적으로 원형 단면을 갖는 초기 소재가 성형 툴 사이에 삽입된다. 제2 단계에서, 적어도 하나 이상의 힘이 적어도 하나 이상의 성형 툴에 적어도 하나 이상의 방향에서 작용하여 성형 툴을 서로에 대해 이동시킨다.

그 결과, 초기 소재는 기어 랙용 블랭크로 형성되고, 이 블랭크에는 기어 랙의 톱니 시스템의 적어도 축방향 영역에서의 원형 실린더와는 다른 형상이 형성된다. 서로에 대해 이동 가능한 3개의 성형 툴 중 적어도 하나 이상에 힘을 가함으로써, 기어 랙의 계속된 생산 공정에서 상대적으로 큰 변형을 경험하는 블랭크의영역에서 심각한 변형 경화 없이 초기 소재가 변형될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 부가적인 장점은 후속의 성형 공정, 특히 궤도 공정 동안에 버(burr)가 형성되는 것을 피하면서 간단한 방법으로 블랭크를 형성할 수 있다는 것에 있다.

제10항에 그 특징이 기술되어 있는 스탬핑 장치가 이 방법을 수행하기 위해 사용된다. 상술한 장치는 하나는 고정되고, 다른 2개는 서로에 대해서 및 고정된 성형 툴에 대해서 이동 가능한 적어도 3개 이상의 성형 툴을 갖는데, 이들은 서로에 대해 이동 가능하다. 성형 툴 중 2개는 서로를 향해 경사져 있고, 기어 랙의 대칭면을 중심으로 대칭인 작용 면적을 갖는다. 이 대칭면은 후에 완성될 기어 랙의 톱니 시스템에 수직이고, 기어 랙의 종방향 축선을 갖는다. 제3 성형 툴은 기어 랙의 상술한 대칭면에 수직인 작용면적을 갖는다.

이러한 스탬핑 장치로서, 본 발명에 따른 방법을 사용하여 초기 소재로부터의 성형 공정 동안에 상대적으로 큰 마찰력을 극복할 필요 없이 그리고 임계영역에서 발생하는 심한 변형 경화 없이 기어 랙용 블랭크를 생산할 수 있다.

이 방법의 편리하고 장점 많은 기술특징은 종속항 제2항 내지 제9항에 포함되어 있고, 스탬핑 장치의 기술특징은 종속항 제11항 내지 제13항에 기술되어 있다. 따라서, 본 방법의 제2 단계 동안에, 기어 랙 톱니 시스템의 적어도 축방향 영역에서 톱니 시스템 외측의 블랭크 주변이 되는 초기 소재에 볼록 혹은 오목 종방향 측면부가 형성될 수 있고, 이 종방향 측면부는 본 방법의 계속되는 공정 동안에 궤도 모멘트(orbiting moments)를 지지하는 기능을 한다. 본 방법의 제2 단계 동안에, 기어 랙의 톱니 시스템 영역이 되는 블랭크에는 서로에 대해 본질적으로대칭적으로 배치되고, 평면 혹은 아치형이 될 수 있는 2개의 면적부가 형성된다. 종방향 측면부는 서로 다른 단면, 예를 들면, 원형 단편, 삼각형, 사각형 혹은 모든 이러한 형상들의 조합과 같은 단면을 가질 수 있다.

스탬핑 장치에서는, 3개의 성형 툴 중 오직 하나만이 고정되는 것이 바람직하다. 이 경우, 고정 성형 툴은 대칭면을 중심으로 대칭으로 배치된 2개의 성형 툴 중 하나 혹은 그 작용 면적이 기어 랙의 대칭면에 수직인 성형 툴일 수 있다. 만약 2개의 이동 가능한 성형 툴이 기어 랙의 대칭면을 중심으로 대칭인 성형 툴이라면, 이러한 2개의 성형 툴은 각각의 경우 동일한 힘과 동일한 속도로 기어 랙의 대칭면에 수직인 방향으로 간단한 방법으로 작동되어질 수 있다. 한편, 만약 그 작용 면적이 기어 랙의 대칭면에 수직인 성형 툴이 2개의 이동 가능한 성형 툴에 속한다면, 이 성형 툴은 다른 성형 툴의 속도의 절반의 속도롤 이동하여 다른 성형 툴에 결합된다.

두 경우 모두에 있어서, 기어 랙의 대칭면은 그 작용 면적이 대칭면에 수직인 성형 툴에 대해 그 위치가 변하지 않은 채 남아있게 된다. 블랭크의 오목 혹은 볼록 종방향 측면부의 대응체가 이 성형 툴에 포함되어지기 때문에, 이 종방향 측면부는 항상 기어 랙의 대칭면에 남아 있게 된다.

본 발명에 따른 스탬핑 장치는 서로에 대해 이동 가능한 3개의 성형 툴(1, 2, 3)을 구비하고 있다. 이 성형 툴 중의 하나, 이 경우에는 성형 툴(1)은 고정되어 있다. 다른 2개의 성형 툴(2, 3)은 서로에 대해서 그리고 성형 툴(1)에 대해서 이동 가능하다. 성형 툴(1, 2)은 서로를 향해 경사지고 대칭면(6)을 중심으로 서로 대칭으로 놓인 작용면적(4, 5)을 갖는다. 대칭면(6)은 본질적인 원형 단면을 갖는 초기 소재(7)에 속해있다. 대칭면(6)은 초기 소재(7)로부터 후에 완성될 기어 랙의 톱니 시스템에 수직으로 놓여 형성된다. 또한, 대칭면(6)은 초기 소재(7) 나아가 후에 완성될 기어 랙의 종방향 축을 갖는다. 성형 툴(3)은 대칭면(6)에 수직인 작용면적(8)을 갖는다.

볼록 종방향 측면부(9)가 성형 툴(3)의 작용 면적(8)에 형성된다. 실시예에서, 종방향 측면부(9)는 대략 반원형 단면을 갖는다. 그러나, 이 단면은 삼각형, 사각형 혹은 모든 이러한 형상들의 조합으로 동일한 효과를 내도록 형성될 수도 있다.

도 1 및 도 2에 따른 실시예에서, 서로 이동 가능한 2개의 성형 툴(2, 3)은,실제 성형 공정동안 성형 툴(3)이 성형 툴(2)의 속도의 절반속도로 이동하면서 서로 결합된다. 실제의 성형 공정은 작용 면적(4)이 초기 소재(7)의 외측 윤곽선에 접촉하자마자 시작된다.

성형 공정의 마지막이 도 2에 도시되어 있다. 성형 툴(2) 및 성형 툴(3)은 초기 소재(7)로부터 블랭크(10)가 형성되는 개별 종료 위치에 위치되어 있다.

상술한 스탬핑 장치를 이용하여, 자동차용 랙 피니언 조향 시스템의 기어 랙용 블랭크를 생산하기 위한 본 발명에 따른 방법이 아래에 기술되어 있다.

제1 단계에서, 본질적인 원형 단면을 갖는 초기 소재(7)가 성형 툴(1, 2, 3) 사이의 스탬핑 장치 내로 삽입된다. 제2 단계에서, 성형 툴(2)에 화살표(11)의 방향으로 힘이 작용된다. 이 공정에서, 상술한 방법으로 성형 툴(2)에 결합된 성형 툴(3)은 적어도 축방향 영역(12)에서의 원형 실린더와는 다른 형상이 초기 소재(7)에 형성되도록 이동된다. 도 6에서, 축방향 영역(12)은 블랭크(10)로부터 생산된 기어 랙의 톱니 시스템이 놓이는 곳에 위치된다.

제2 단계 동안에, 오목 종방향 측면부(13)가 볼록 종방향 측면부(9)에 의해 초기 소재(7)에 간단한 방법으로 형성된다. 종방향 측면부(13)는 대칭면(6) 상의 블랭크(10)에 후에 완성될 기어 랙의 톱니 시스템에 대향되는 쪽에 정확하게 간단한 방법으로 위치된다. 본 발명의 방법의 제2 단계 동안에, 대칭면(6)은 성형 툴(2)의 성형 툴(1)쪽으로의 이동의 반 만큼 이동된다.

본 발명의 방법의 또 다른 단계에서, 이 단계는 본 출원의 요지는 아니지만, 기어 랙은 궤도 단조(orbital forging)에 의해 블랭크(10)로부터 형성된다. 종방향 측면부(13)가 궤도 단조 동안의 궤도 모멘트(orbiting moment)에 대해 블랭크(10)를 지지할 수 있도록 블랭크(10)에 형성된다.

또한, 하나의 종방향 측면부(13) 대신에, 2개 이상의, 이에 따라 보다 작아진 종방향 측면부들이 블랭크에 형성될 수 있다.

본 발명의 방법의 제2 단계 동안에, 적어도 기어 랙의 톱니 시스템의 영역에는, 서로에 대해 본질적으로 대칭이며, 서로를 향해 경사져 있고, 서로를 향해 경사진 성형 툴(2, 1)의 작용면적(4, 5)에 의해 형성된 2개의 평탄부(14, 15)가 블랭크에 형성된다. 만약 작용면적(4, 5)이 평탄한 형상이 아니고 서로 일정한 각을 형성하는 다양한 단면 영역으로 설계된다면, 평탄부(14, 15)에는 다각형 표면이 형성된다. 동일한 원리로, 평탄부(14, 15)는 어느 정도의 크라운(crown) 형상으로 설계될 수도 있다.

도 4에 따른 블랭크(10A)의 실시예에서, 작용면적(4, 5)은 또한, 평탄면이 없는 원호형상으로 되어 있다. 그 결과, 블랭크(10A)에는 서로에 대해 본질적으로 대칭적으로 배치되고, 후에 완성될 기어 랙의 톱니 시스템 영역에 간단한 방법으로 제한되는 2개의 함몰부(16, 17)가 형성된다.

평탄부(14, 15)와 대칭면(6) 사이의 각은 간단하게는 12°내지 30°사이의 범위이고, 구체적으로는, 20°±5°의 범위 내에 있다. 평탄부(14, 15)가 평탄한 영역으로 설계되지 않고 다각형 표면 혹은 함몰부(16, 17)로 설계되면, 이러한 값들이 또한 적용된다. 이러한 경우, 평균 각도 범위가 적용된다.

도 3 및 4에 따른 블랭크의 실시예들에서, 종방향 측면부(13)는 각각의 경우오목한 형상으로 되어 있다. 종방향 측면부(13)는 도 3에서는 원형 단편으로서, 도 4에는 삼각형 단면으로서 설계되어 있다.

도 5는 그 종방향 측면부가 볼록한 형상으로 되어 있어 블랭크에 소위 Y-형 단면이 형성된 기어 랙 블랭크(10B)를 도시하고 있다.

모든 블랭크 형상의 경우에 있어서, 톱니 시스템의 성형을 용이하게 하기 위해 후에 완성될 기어 랙의 톱니 시스템 영역에 충분히 많은 양의 재료가 있을 필요가 있다. 따라서, 실제적인 변형 경화 없이 재료가 중심으로부터 주로 톱니 시스템 영역으로 이동되면서 초기 소재(7)가 성형된다. 이 것이 도 3 내지 도 5에 도시되고 원형 형상과는 다른 블랭크(10, 10A, 10B)의 단면을 결과시킨다.

다른 변형 및 서로 다른 종방향 측면부(13), 평탄부(14, 15) 및 함몰부(16, 17)의 조합들이 본 발명의 범주 내에서 존재 가능하다.

스탬핑 장치의 제2 실시예에서, 성형 툴(1, 2, 3)들은 상술한 실시예에서와 동일한 방법으로 설계된다. 서로에 대해서 그리고 제3 성형 툴에 대해서 이동 가능한 2개의 성형 툴의 결합만이 다른 점이다. 이 실시예에서, 성형 툴(1, 2)은 대칭면(6)을 향하여 서로 반대방향으로 이동하는 방법으로 서로 연결된다. 이 경우, 성형 툴(3)은 고정된다.

2개의 성형 툴(2, 3) 혹은 성형 툴(1, 2) 사이를 결합시키는 대신, 서로 독립적으로 작용하는 2개의 힘이 2개의 이들 성형 툴에 작용할 수도 있다.

2개의 성형 툴 중 어느 것이 서로에 대해서 그리고 고정된 제3 성형 툴에 대해서 이동하는가 하는 것은 이 방법에서 중요하지 않다.

참조 부호

1:성형 툴

2:성형 툴

3:성형 툴

4:작용면적

5:작용면적

6:대칭면

7:초기 소재

8:작용면적

9:종방향 측면부

10:블랭크

11:화살표

12:축방향 영역

13:종방향 측면부

14:평탄부

15:평탄부

16:함몰부

17:함몰부

Claims

서로에 대해 이동 가능한 적어도 3개 이상의 성형 툴(1, 2, 3)를 갖는 스탬핑 장치를 이용하여, 자동차의 랙 피니언 조향 시스템의 기어 랙용 블랭크를 생산하기 위한 방법에 있어서,

본질적으로 원형 단면을 갖는 초기 소재(7)가 상기 성형 툴(1,2, 3) 사이에 삽입되는 제1 단계;

적어도 하나 이상의 힘이 상기 성형 툴(1, 2, 3) 중 적어도 하나 이상에 적어도 하나 이상의 방향으로 작용하여 상기 성형 툴(1, 2, 3)을 서로에 대해 이동시켜, 상기 초기 소재(7)가 상기 기어 랙을 위한 블랭크(10)로 형성되고, 이 블랭크(10)에는 상기 기어 랙 톱니 시스템의 적어도 축방향 영역에서의 원형 실린더와는 다른 형상이 주어지는 제2 단계를 포함하는 기어 랙용 블랭크 생산방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 단계 동안에, 상기 톱니 시스템 외측의 상기 블랭크(10)의 주변에 상기 기어 랙 톱니 시스템의 적어도 상기 축방향 영역에서 상기 초기 소재(7)에 볼록 혹은 오목 종방향 측면부(13)가 형성되고, 이 종방향 측면부(13)는 상기 방법의 계속된 공정 동안의 공정 모멘트를 지지하는 기능을 하는 것을 특징으로 하는 기어 랙용 블랭크 생산방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 단계 동안에, 후에 완성될 기어 랙의상기 톱니 시스템의 적어도 축방향 영역(12)에서의 상기 블랭크(10)에는 서로에 대해서 본질적으로 대칭으로 배치되고 서로를 향해 경사져 있는 적어도 2개 이상의 평탄부(14, 15)가 형성되는 것을 특징으로 하는 기어 랙용 블랭크 생산방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 단계 동안에, 후에 완성될 기어 랙의 상기 톱니 시스템의 적어도 축방향 영역(12)에서의 상기 블랭크(10)에는 서로에 대해서 본질적으로 대칭으로 배치되는 적어도 2개 이상의 단면 함몰부(16, 17)가 형성되는 것을 특징으로 하는 기어 랙용 블랭크 생산방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 종방향 측면부(13)에는 상기 제2 단계 동안에 원형 단편 형상의 단면이 형성되는 것을 특징으로 하는 기어 랙용 블랭크 생산방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 종방향 측면부(13)에는 상기 제2 단계 동안에 사각형 단면이 형성되는 것을 특징으로 하는 기어 랙용 블랭크 생산방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 종방향 측면부(13)에는 상기 제2 단계 동안에 삼각형 단면이 형성되는 것을 특징으로 하는 기어 랙용 블랭크 생산방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 종방향 측면부(13)에는 상기 제2 단계 동안에 원형 단편, 사각형 및 삼각형의 요소가 조합되어 구성되는 단면이 형성되는 것을 특징으로 하는 기어 랙용 블랭크 생산방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 스탬핑 장치에 있어서,

상기 스탬핑 장치는 서로에 대해서 이동 가능한 적어도 3개 이상의 성형 툴(1, 2, 3)을 포함하고,

상기 성형 툴(1, 2, 3) 중 하나는 고정되고, 2개의 다른 툴은 서로에 대해서 그리고 상기 하나의 성형 툴에 대해서 이동 가능하고,

상기 2개의 성형 툴(1, 2, 3)은 서로를 향해 경사져 있고, 후에 완성될 기어 랙의 대칭면(6)을 중심으로 대칭인 작용면적(4, 5)을 갖고, 상기 대칭면(6)은 상기 후에 완성될 기어 랙의 톱니 시스템에 수직이고 상기 기어 랙의 상기 종방향 축선을 갖고,

상기 제3 성형 툴(1, 2, 3)은 상기 기어 랙의 상기 대칭면(6)에 수직인 작용 면적(8)을 갖는다는 특징을 갖는 스탬핑 장치.
제9항에 있어서, 서로에 대해서 및 상기 하나의 성형 툴에 대해서 이동 가능한 상기 2개의 성형 툴(1, 2, 3)들은 그 작용면적(4, 5)이 상기 기어 랙의 상기대칭면(6)을 중심으로 대칭인 성형 툴(1, 2)인 것과, 이러한 성형 툴(1, 2)은 상기 기어 랙의 상기 대칭면(6)에 본질적으로 수직방향으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 스탬핑 장치.
제9항에 있어서, 서로에 대해서 및 상기 하나의 성형 툴에 대해서 이동 가능한 상기 2개의 성형 툴(1, 2, 3) 중의 하나는 그 작용 면적(4, 5)이 상기 기어 랙의 상기 대칭면(6)을 중심으로 대칭인 상기 2개의 성형 툴(1, 2, 3) 중의 하나이고, 서로에 대해서 및 상기 하나의 성형 툴에 대해서 이동 가능한 상기 성형 툴(1, 2, 3) 중의 다른 하나는 그 작용 면적(8)이 상기 기어 랙의 상기 대칭면(6)에 수직인 성형 툴(3)인 것을 특징으로 하는 스탬핑 장치.
제11항에 있어서, 서로에 대해서 및 상기 하나의 성형 툴(1)에 대해서 이동 가능한 상기 2개의 성형 툴(2, 3)들은 그 작용 면적(8)이 상기 기어 랙의 상기 대칭면(6)에 수직인 성형 툴(3)이 상기 다른 이동 가능한 성형 툴(2)의 속도의 절반의 속도로 이동하면서 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 스탬핑 장치.
제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 2개의 성형 툴(1, 2)의 서로를 향해 경사진 상기 작용 면적(4, 5)과 상기 대칭면(6) 사이의 각도는 12°내지 30°범위 내에, 특히 20°±5°범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 스탬핑 장치.
제13항에 있어서, 상기 2개의 성형 툴(1, 2)의 서로를 향해 경사진 상기 작용 면적(4, 5)과 상기 대칭면(6) 사이의 각도는 20°±5°범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 스탬핑 장치.