KR20120114116A - Using hydroforming for lightweight camshaft and it's manufacturing method - Google Patents

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김광순
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Abstract

PURPOSE: A lightweight cam shaft and a manufacturing method thereof using hydroforming are provided to improve the durability of a cam shaft by strengthening coupling between parts through hydroforming. CONSTITUTION: A lightweight cam shaft comprises a pipe-shaped shaft(110) and elliptical lobes(130). The elliptical lobes are hydroformed with the shaft penetrating the inner cavities and connected through expanded parts(120) formed of swelling parts of the shaft. The elliptical lobes are connected to the shaft into one body.

Description

하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트 및 그 제조방법{USING HYDROFORMING FOR LIGHTWEIGHT CAMSHAFT AND IT'S MANUFACTURING METHOD}Lightweight camshaft using hydroforming and its manufacturing method {USING HYDROFORMING FOR LIGHTWEIGHT CAMSHAFT AND IT'S MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 캠샤프트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하이드로포밍 공법을 이용하여 일련의 몸체로 샤프트 및 로브를 성형할 수 있어 내구성이 향상되는 동시에, 경량화 목적에도 부합될 수 있는 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트 및 그 캠샤프트 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a camshaft and a method for manufacturing the same, and more particularly, a hydroforming method can be used to form a shaft and a lobe in a series of bodies using a hydroforming method, thereby improving durability and meeting a lightweighting purpose. It relates to a lightweight camshaft and a camshaft manufacturing method thereof.

캠샤프트(camshaft)는, 사이클 기관에서, 흡기 또는 배기 밸브를 개폐하기 위한 다수의 캠이 길이 방향을 따라 설치된 축을 말한다. The camshaft refers to an axis in which a plurality of cams for opening and closing an intake or exhaust valve are provided along the longitudinal direction in a cycle engine.

도 1은 일반적인 캠샤프트를 나타낸 도면이다. 도 1을 살펴보면 확인할 수 있듯이, 기존의 캠샤프트의 경우, 중공 관 형태가 아니라 중실 봉 형태의 샤프트(10) 외면 상에 등 간격으로 다수 개의 로브(30)가 억지 끼워 맞춤 되어 고정 결합되는 구조를 가졌다. 1 is a view showing a general cam shaft. As can be seen by looking at Figure 1, in the case of the conventional camshaft, a structure in which a plurality of lobes 30 are forcibly fitted at fixed intervals at equal intervals on the outer surface of the shaft 10 in the form of a hollow rod rather than a hollow tube. Had

다만, 이와 같은 방식으로 캠샤프트를 제조할 경우에는, 작업이 까다로운 탓에 작업자의 수고가 증가됨은 물론, 작업에 소요되는 시간이 증가되어, 결과적으로는 캠샤프트의 생산성 저하를 초래하였다. However, when manufacturing the camshaft in this manner, the labor is difficult due to the difficult work, as well as the time required for the work is increased, resulting in a decrease in productivity of the camshaft.

그 외에도, 상기와 같은 방식으로 캠샤프트를 제조할 경우에는, 중실 봉 형태의 샤프트(10)를 부품으로 사용함에 따라, 캠샤프트의 자체 중량이 무거워져 최근의 차량 경량화 추세에도 반하는 원인으로 작용하였다.
In addition, when manufacturing the camshaft in the above manner, the use of the solid rod-shaped shaft 10 as a component, the weight of the camshaft itself became heavy, acting as a cause against the recent trend of lighter vehicle weight. .

본 발명의 목적은, 캠샤프트의 제조에 요구되는 공정이 간단하게 하여, 제품 성형을 신속하게 수행할 수 있는 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트 및 그 제조방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a lightweight camshaft using hydroforming and a method of manufacturing the same, which simplify the process required for the manufacture of a camshaft and can perform product molding quickly.

본 발명의 다른 목적은, 다수의 부품 결합을 배제하는 동시에, 하이드로포밍을 통해 부품 간의 결합력을 강화시켜, 내구한도가 증가될 수 있는 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
Another object of the present invention is to provide a lightweight camshaft using hydroforming, and a method of manufacturing the same, by which a plurality of parts may be removed and a bonding force between parts may be strengthened through hydroforming to increase the endurance limit.

본 발명의 하나의 사상에 따르면, 관 형태의 샤프트; 및 상기 샤프트가 내부 중공을 통해 관입한 상태에서 하이드로포밍 되며, 상기 하이드로포밍 된 샤프트에서 외연이 부풀어 형성된 확관부를 통해 면접하여 다수 개가 연결되는 타원형태의 로브;를 포함하여, 상기 로브가 상기 하이드로포밍 된 샤프트와 일련의 몸체로 연결 성형되는 것을 특징으로 하는 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트를 제공할 수 있다. According to one aspect of the invention, the tubular shaft; And an elliptical lobe which is hydroformed in a state in which the shaft is infiltrated through the inner hollow and is connected to a plurality of lobes by interviewing through an expansion pipe formed by swelling the outer edge of the hydroformed shaft. It is possible to provide a lightweight camshaft using a hydroforming, characterized in that the molded shaft and the series is formed by connecting the body.

여기서, 상기 샤프트는 원형의 폐단면을 형성하며, 상기 로브는 타원형의 폐단면을 형성할 수 있다. Here, the shaft may form a circular closed cross section, and the lobe may form an elliptical closed cross section.

그리고, 상기 샤프트는, 내경으로부터 외경까지의 두께가 1 ~ 3 mm인 것이 바람직하다. The shaft preferably has a thickness from the inner diameter to the outer diameter of 1 to 3 mm.

또한, 상기 로브는, 상기 하이드로포밍 된 샤프트의 상기 확관부를 통해 다수 개가 각각 90도씩 어긋나게 고정 연결될 수 있다.
In addition, the plurality of lobes, through the expansion portion of the hydroformed shaft may be fixedly connected to each other by a 90-degree shift.

본 발명의 또 하나의 사상에 따르면, 설정된 길이로 관 형태의 샤프트를 마련하는 샤프트준비단계; 상기 샤프트 외면 상에서 다수 개의 확관부가 등 간격으로 형성될 수 있도록, 상기 확관부가 형성되는 위치를 설정하는 튜브위치설정단계; 상기 설정된 위치 상에 타원형 로브를 사전 배치하는 로브위치배치단계; 및 준비된 금형 틀 속에 상기 로브가 사전 배치된 상기 샤프트를 설치한 후, 상기 샤프트의 중공을 통해 고압수를 주입하여 상기 설정된 위치에서 상기 확관부를 확관 팽창시키도록 하이드로포밍을 실시하는 하이드로포밍단계;를 포함하는 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트 제조방법을 제공할 수 있다. According to yet another aspect of the present invention, a shaft preparation step of providing a shaft of the tubular shape with a set length; A tube positioning step of setting a position at which the expansion tube is formed such that a plurality of expansion tubes are formed at equal intervals on the shaft outer surface; Lobe position arrangement step of pre-positioning the elliptical lobe on the set position; And a hydroforming step of installing the shaft in which the lobe is pre-arranged in the prepared mold frame, and injecting high pressure water through the hollow of the shaft to hydroexpand the expanded portion at the set position. It can provide a lightweight camshaft manufacturing method using a hydroforming comprising a.

이때, 상기 하이드로포밍단계에서, 상기 확관부의 확관율은 5 ~ 7%인 것이 바람직하다. At this time, in the hydroforming step, the expansion rate of the expansion portion is preferably 5 to 7%.

그리고, 상기 하이드로포밍단계는, 상기 샤프트의 중공을 통해 고압수가 주입됨에 따라, 상기 샤프트의 길이 방향에 대해 기 설정된 위치 구간에서 상기 샤프트가 확관 팽창되어 부풀어진 형태의 상기 확관부를 형성할 때, 상기 확관부가 상기 로브의 내경 쪽으로 밀착되어 상기 샤프트 및 상기 로브가 일련의 몸체로 연결 성형될 수 있다.
And, in the hydroforming step, when the high-pressure water is injected through the hollow of the shaft, when the shaft is expanded in the predetermined position section with respect to the longitudinal direction of the shaft to form the expanded portion of the expanded form, The expansion pipe may be in close contact with the inner diameter of the lobe, and the shaft and the lobe may be connected and molded into a series of bodies.

본 발명에 따르면, 캠샤프트의 제조에 요구되는 공정이 간단하게 하여, 제품 성형 작업의 효율을 향상시킬 수 있음은 물론, 더욱 신속하게 제품을 생산할 수 있도록 해주는 효과가 있다. According to the present invention, the process required for the manufacture of the camshaft is simplified, it is possible to improve the efficiency of the product forming operation, there is an effect that can produce the product more quickly.

또한, 본 발명에 따르면, 다수의 부품 결합을 배제함에 따라 제품 경량화를 도모할 수 있으며, 하이드로포밍을 통해 샤프트와 로브 간의 결합력을 강화하여 제품 수명이 증가될 수 있는 효과가 있다.
In addition, according to the present invention, it is possible to reduce the weight of the product by eliminating a plurality of parts coupling, there is an effect that can increase the product life by strengthening the coupling force between the shaft and the lobe through hydroforming.

도 1은 종래의 캠샤프트를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트의 측 단면을 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트의 부위별 절단면을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트를 이용한 캠샤프트 제조방법을 나타낸 순서도이다.1 is a view showing a conventional cam shaft.
2 is a view showing a lightweight camshaft using hydroforming according to the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view showing a side cross-section of the lightweight camshaft using hydroforming according to the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view showing a cut section for each portion of the lightweight camshaft using hydroforming according to the present invention.
5 is a flowchart showing a camshaft manufacturing method using a lightweight camshaft using hydroforming according to the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트 및 이를 이용한 캠샤프트 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a lightweight camshaft using hydroforming and a camshaft manufacturing method using the same will be described with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various forms. It is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

또한, 도면에서 발명을 구성하는 구성요소들의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소와 접하여 설치될 수 있고, 소정의 이격거리를 두고 설치될 수도 있으며, 이격거리를 두고 설치되는 경우엔 상기 어떤 구성요소를 상기 다른 구성요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제3의 수단에 대한 설명이 생략될 수도 있다.
In the drawings, it is to be noted that the sizes of the constituent elements of the invention are exaggerated for clarity of description, and when it is described that any constituent element is present inside or connected to another constituent element, The element may be installed in contact with the other element, may be installed at a predetermined distance from the element, and may be provided with a third element for fixing or connecting the element to the other element, The description of the means may be omitted.

이하의 상세한 설명에서는, 일 예로 자동차의 4 사이클 기관에서, 흡, 배기 밸브를 개폐하기 위한 캠을 설치한 축인 캠샤프트에서, 샤프트(110)와, 로브(130)를 하이드로포밍 성형을 통하여 일체로 형성되도록 한다. In the following detailed description, for example, in a four-cycle engine of an automobile, the shaft 110 and the lobe 130 are integrally formed through a hydroforming molding in a cam shaft which is an axis provided with a cam for opening and closing the intake and exhaust valves. To form.

이를 위해, 관 형태의 샤프트(110)의 길이 방향으로 하이드로포밍이 실시됨에 따라, 기 설정된 샤프트(110)의 위치 상에 다수 개의 확관부(120)가 확관되어 팽창 성형되며, 이의 외면으로 로브(130)가 접합되는 캠샤프트의 구조를 중심으로 설명하기로 한다.
To this end, as the hydroforming is performed in the longitudinal direction of the tubular shaft 110, a plurality of expansion pipes 120 are expanded and formed on the position of the predetermined shaft 110, and a lobe (the outer surface thereof) is formed. It will be described with reference to the structure of the cam shaft 130 is bonded.

도 2는 본 발명에 따른 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트를 나타낸 도면이다.2 is a view showing a lightweight camshaft using hydroforming according to the present invention.

도 2에 도시된 캠샤프트는, 4 사이클 기관에서 흡, 배기 밸브를 개폐하는 작용을 수행하기 위해 다수의 캠이 설치된 축 부재를 말한다. 본 발명에서는, 캠이 설치한 축을 지칭하는 구성으로서 샤프트(110)가 이에 해당된다. The camshaft shown in FIG. 2 refers to a shaft member in which a plurality of cams are installed to perform the action of opening and closing the intake and exhaust valves in a four cycle engine. In the present invention, the shaft 110 corresponds to the configuration that refers to the axis provided by the cam.

샤프트(110)는 관 형태로 형성되어 하이드로포밍 공법을 통해 일체로 형성된다. 이어서 상기 샤프트(110) 외면 일부 구간에는 하이드로포밍 공정에 의해 구간 별로 확관되어 팽창된 다수의 확관부(120)가 형성될 수 있다. 즉, 샤프트(110) 내로 주입된 고압수의 수압에 의해 상기 샤프트(110) 상에서 로브(130)가 연결될 구간에서는 관의 외경이 부풀어 팽창될 수 있는데, 이러한 확관 팽창 부위를 확관부(120)라 지칭한다. 이러한 확관부(120)의 외면으로 타원형태의 로브(130)가 면접 연결되어 일련의 몸체로 성형됨에 따라 본 발명에 따른 캠샤프트가 제조될 수 있다. Shaft 110 is formed in a tubular shape is integrally formed through a hydroforming method. Subsequently, a plurality of expansion parts 120 expanded and expanded by sections by a hydroforming process may be formed in some sections of the outer surface of the shaft 110. That is, in the section where the lobe 130 is connected on the shaft 110 by the hydraulic pressure of the high pressure water injected into the shaft 110, the outer diameter of the tube may be inflated and expanded. Refer. The camshaft according to the present invention may be manufactured as the lobe 130 having an elliptical shape is connected to the outer surface of the expansion pipe 120 and is molded into a series of bodies.

여기서, 로브(130)는, 상기 확관부(120)가 형성된 구간으로 연결 성형되며, 캠샤프트 내에서 실질적인 작용, 예를 들면 4 사이클 기관에서 흡기, 배기 밸브를 개폐하는 작용을 수행한다. Here, the lobe 130 is connected and molded into the section in which the expansion pipe 120 is formed, and performs a substantial action in the camshaft, for example, opening and closing the intake and exhaust valves in a four cycle engine.

구체적인 실시 형태로서, 상기 로브(130)는 상기 샤프트(110)의 길이방향으로 각각이 90도씩 서로 어긋나게 고정되어 다수 개가 연결되는 형상을 가질 수 있다. As a specific embodiment, the lobe 130 may have a shape in which a plurality of lobes 130 are fixed to each other by 90 degrees in the longitudinal direction of the shaft 110.

이와 같은 샤프트(110)와 로브(130) 간의 연결 관계에 따라, 상기 샤프트(110)가 축 회전할 때, 상기 로브(130)는 상기 샤프트(110)와 동일 방향으로 회전하게 되며, 그 결과 인접 배치된 흡기, 배기 밸브의 개폐 조절을 담당할 수 있게 된다. According to the connection relationship between the shaft 110 and the lobe 130, when the shaft 110 rotates axially, the lobe 130 rotates in the same direction as the shaft 110, so that the adjacent The opening and closing adjustment of the arranged intake and exhaust valves can be performed.

그리고 샤프트(110) 상에서 상기 로브(130)가 배치되는 개수 및 형태는 캠샤프트의 제조 시 제품 목적에 따라 또는 제품 주문자의 요구에 따라 다양하게 설계 변형될 수 있으며, 도시된 실시예에 의해 본 발명이 굳이 제한될 필요는 없다.
And the number and shape of the lobe 130 is disposed on the shaft 110 can be variously designed and modified according to the purpose of the product in the manufacture of the camshaft or the needs of the product orderer, according to the embodiment shown This need not be limited.

도 3은 본 발명에 따른 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트의 측 단면을 나타낸 단면도이다.Figure 3 is a cross-sectional view showing a side cross-section of the lightweight camshaft using hydroforming according to the present invention.

도시된 바와 같이, 상기 샤프트(110)에 대해 길이 방향을 따라 일정 구간 별로 로브(130)가 일체로 연결 고정되는데, 상기 로브(130)가 연결되는 구간에서 상기 샤프트(110)는 하이드로포밍 되어, 일정 크기로 부풀어 확관되어 팽창한다. 이와 같이 하이드로포밍이 실시됨에 따라 관이 부풀어 확관 팽창되는 부위가 확관부(120)에 해당된다. As shown, the lobe 130 is integrally connected and fixed to a predetermined section along the longitudinal direction with respect to the shaft 110. In the section where the lobe 130 is connected, the shaft 110 is hydroformed, Inflates to a certain size, expands and expands. As the hydroforming is carried out as described above, a portion of the tube that expands and expands corresponds to the expansion tube 120.

특히, 상기 샤프트(110)의 단면 치수로서, 내경으로부터 외경까지의 두께는 1 ~ 3 mm 범위 내에서 선정되는 것이 바람직하다. In particular, as the cross-sectional dimension of the shaft 110, the thickness from the inner diameter to the outer diameter is preferably selected within the range of 1 to 3 mm.

만일, 상기 샤프트(110)의 두께가 1mm 미만이면, 하이드로포밍에 의해서 확관부(120)의 모양으로 부풀어 팽창될 경우, 두께가 너무 작아져서 제품의 구조강도가 약화됨은 물론, 내구성에 악영향을 끼칠 수 있다. 이와 반대로, 상기 샤프트(110)의 두께가 3 mm를 초과하면, 샤프트(110)의 중공을 통해 주입되는 고압수에 의한 하이드로포밍 성형이 잘 이루어지지 않을 수 있으며, 이로 인해, 제품 성형성에 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 바람직한 실시 형태로서, 상기 샤프트(110)의 두께 범위를 1 ~ 3mm 이내로 제한한다.
If the thickness of the shaft 110 is less than 1 mm, when the foam is expanded and expanded in the shape of the expansion part 120 by hydroforming, the thickness is so small that the structural strength of the product is weakened and adversely affects durability. Can be. On the contrary, when the thickness of the shaft 110 exceeds 3 mm, hydroforming molding by high pressure water injected through the hollow of the shaft 110 may not be performed well, thereby adversely affecting product formability. It can be. Therefore, in the present invention, as a preferred embodiment, the thickness range of the shaft 110 is limited to within 1 to 3mm.

도 4는 본 발명에 따른 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트를 부위별 절단면을 나타낸 단면도이다.Figure 4 is a cross-sectional view showing a cut section for each portion of the lightweight camshaft using hydroforming according to the present invention.

도시된 바와 같이, 샤프트(110)는 관 형태의 부재로서, 그 단면 형상이 원형의 폐 단면을 형성한다. 그리고 로브(110)는 상기 샤프트(110)의 길이 방향에 따라 등 간격으로 이격하여 고정되는 타원 형태의 부재로서, 타원형의 폐 단면을 형성한다. 그리고, 특히, 상기 샤프트(110)가 하이드로포밍 공정에 의해 부풀어져 확관 형성되는 구간인 확관부(120)의 경우에도, 상기 샤프트(110)와 동일 형태의 원형 폐 단면을 형성하나, 상기 샤프트(110)에 비해 확관 된 크기를 갖는다. 이와 같이, 로브(130)는 샤프트(110)의 길이 구간 내에서 확관 팽창된 확관부(120)의 외면으로 면접되어 밀착 고정된다.
As shown, the shaft 110 is a tubular member whose cross-sectional shape forms a circular closed cross section. The lobe 110 is an elliptical member that is spaced apart at equal intervals along the longitudinal direction of the shaft 110 and forms an oval closed cross section. In particular, even in the case of the expansion pipe 120 which is a section in which the shaft 110 is swollen and formed by a hydroforming process, a circular closed cross section having the same shape as the shaft 110 is formed, but the shaft ( Compared to 110). In this way, the lobe 130 is interviewed to the outer surface of the expansion pipe portion 120 expanded expansion in the length section of the shaft 110 is fixed tightly.

도 5는 본 발명에 따른 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트 제조방법을 나타낸 순서도이다. Figure 5 is a flow chart showing a lightweight camshaft manufacturing method using hydroforming according to the present invention.

도시된 바와 같이, 먼저, 설정된 길이로 관 형태의 샤프트를 마련한다(S100).As shown, first, to provide a shaft in the form of a tube to a set length (S100).

여기서, '설정된 길이'란 캠샤프트 제품의 길이에 대응하여, 이와 동일하거나, 또는 하이드로포밍을 통해 확관부의 확관 팽창 시, 길이 방향으로 미소 변위만큼 수축이 발생될 수 있음을 고려하여 이보다 약간 더 길게 설정한 길이를 말한다.Here, the 'set length' corresponds to the length of the camshaft product, or slightly larger than this, in consideration of the fact that when the expansion of the expansion part is enlarged through hydroforming, shrinkage may be caused by a small displacement in the longitudinal direction. It means long set length.

또한, 이 단계에서 마련되어야 할 샤프트는 원형 폐 단면을 갖는 중공관 부재로서, 샤프트의 내경으로부터 외경까지의 두께 범위는 1 ~ 3mm인 것이 좋다. In addition, the shaft to be provided in this step is a hollow tube member having a circular closed cross section, the thickness range from the inner diameter to the outer diameter of the shaft is preferably 1-3mm.

만일, 샤프트의 두께가 1mm 미만일 경우에는, 하이드로포밍에 의해 부위별로 확관 팽창 시, 두께가 너무 줄어들어 제품의 강도가 약화될 수 있으며, 제품의 내구한도가 단축될 수 있는 문제가 제기될 수 있다. 이와 반대로, 샤프트의 두께가 3mm를 초과할 경우에는, 샤프트의 중공을 통해 주입되는 고압수의 수압에 의해서 하이드로포밍 성형이 원활하게 수행되기 어려우며, 그 결과 제품 성형이 어려워질 수 있는 문제가 제기될 수 있다. 즉, 본 발명에서는, 이러한 임계적 의의를 고려하여, 본 단계에서 마련하는 샤프트의 두께 치수를 1 ~ 3mm 이내로 제한한다.
If the thickness of the shaft is less than 1mm, when expanding expansion by area by hydroforming, the thickness may be reduced so that the strength of the product may be weakened, and the durability of the product may be shortened. On the contrary, when the thickness of the shaft exceeds 3mm, it is difficult to perform hydroforming molding smoothly by the hydraulic pressure of the high pressure water injected through the hollow of the shaft, and as a result, a problem may arise that product molding may be difficult. Can be. That is, in the present invention, in consideration of such critical significance, the thickness dimension of the shaft provided in this step is limited to within 1 to 3 mm.

다음 단계로서, 적정 길이 및 두께 범위에 부합되는 중공관 형태의 샤프트가 준비되면, 샤프트 내에서 로브가 결합되기 위한 구간, 즉, 하이드로포밍에 의해 샤프트 내에서 확관 팽창되어 확관부가 형성될 구간의 위치를 설정한다(S200).As a next step, when a hollow tube-shaped shaft is prepared that meets the appropriate length and thickness range, the section for joining the lobes in the shaft, that is, the section in which the expansion is expanded and expanded in the shaft by hydroforming, will be formed. Set the position (S200).

여기서, 상기 확관부는, 샤프트와 별개의 부재를 의미하는 것이 아니라, 중공관 형태의 샤프트의 길이 방향을 따라, 하이드로포밍 공정에 의해 등 간격으로 확관 팽창하여 부풀어진 부위를 의미한다. 그리고, 이러한 확관부가 형성된 위치 상에 다수의 로브가 결합되어 연결된다. Here, the expansion pipe portion does not mean a separate member from the shaft, but means a portion that is expanded and expanded at equal intervals by a hydroforming process along the longitudinal direction of the shaft in the form of a hollow tube. Then, a plurality of lobes are coupled to and connected to a position where the expansion part is formed.

즉, 이 단계는, 다수의 로브가 결합될 부위, 다시 말해 하이드로포밍 공정에 의해 샤프트 내에서 확관부가 형성될 구간 위치를 설정하는 단계이다.
In other words, this step is to set the position of the section where the plurality of lobes are to be joined, that is, the section position in which the expansion portion is to be formed in the shaft by the hydroforming process.

그 다음 단계로서, 앞서 확관부가 형성될 구간 위치가 설정되고 나면, 상기 설정된 위치 상에 타원형 로브를 미리 배치한다(S300).As a next step, after the section position in which the expansion tube is to be formed is set in advance, an elliptical lobe is disposed in advance on the set position (S300).

로브는 샤프트 내에서 등 간격 구간별로 형성된 확관부 상에 고정되되, 샤프트와 일련의 몸체를 형성하여야 한다. 특히, 구체적인 실시예로서, 확관부가 형성되는 구간마다 하나씩의 로브가 개별적으로 고정 배치되는데, 로브는 샤프트의 길이 방향으로 90도씩 서로 어긋나게 고정되는 것이 바람직하다. The lobe is fixed on the expansion pipe formed at equal intervals in the shaft and should form a shaft and a series of bodies. In particular, as a specific embodiment, one lobe is fixedly disposed for each section in which the expansion pipe is formed, it is preferable that the lobe is fixed to each other by 90 degrees in the longitudinal direction of the shaft.

이로써, 샤프트를 기준 중심축으로 하여, 다수 개의 로브가 각각의 작용 용도에 따라 서로 다른 방향으로 돌출되도록 배치 고정될 수 있다.
In this way, with the shaft as the reference central axis, a plurality of lobes can be arranged and fixed so as to protrude in different directions according to the respective application of use.

그 다음으로, 샤프트 내에 로브의 배치가 이루어지고 나면, 하이드로포밍 공정이 실시된다(S400).Next, after the lobe is placed in the shaft, a hydroforming process is performed (S400).

이 단계에서의 하이드로포밍은, 샤프트의 중공을 통해 고압수가 주입됨으로써, 기 설정된 확관부 형성 위치에서 샤프트가 확관되어 팽창하게 된다. 그리고 확관부가 부풀게 형성되게 된다. 그 결과, 부풀게 형성된 확관부와 대면하는 다수의 로브는 샤프트의 외면 상에 면접하여 결합되게 된다. In this step, the hydroforming is performed by injecting high pressure water through the hollow of the shaft, thereby expanding and expanding the shaft at a predetermined expansion portion forming position. And the dilated portion is formed to swell. As a result, a plurality of lobes facing the bulging enlarged portion are joined by being interviewed on the outer surface of the shaft.

특히, 이러한 하이드로포밍 공정을 실시하기 위해서는, 제조하기 위한 캠샤프트의 성형 형상에 대응하는 금형 틀을 미리 준비하여야 한다. 다만, 이러한 금형 틀의 형상 및 구조는 제조되어야 할 캠샤프트의 성형 형상에 따라 조금씩 다른 형태로 준비될 수 있으므로, 본 발명은 이러한 금형 틀의 형상 및 구조에 대해서는 굳이 제한될 필요가 없다. In particular, in order to perform such a hydroforming process, the mold mold corresponding to the shaping | molding shape of the camshaft to manufacture must be prepared beforehand. However, since the shape and structure of the mold die may be prepared in a slightly different form depending on the shape of the camshaft to be manufactured, the present invention does not need to be limited to the shape and structure of the mold die.

금형 틀이 준비되면, 로브가 사전 배치된 샤프트를 장착하게 되는데, 이후, 샤프트의 중공을 통해 고압수를 주입한다. 고압수가 지닌 높은 수압의 작용으로 인하여 샤프트 내에서 확관부가 확관 팽창되며, 그 결과 확관부는 로브부의 내면을 밀착 가압하여 상호 간에 견고한 결합이 이루어지게 된다. 이와 같은 방식으로 캠샤프트가 제조되기 위한 하이드로포밍단계는 마무리될 수 있다. When the mold mold is prepared, the lobe is mounted with a pre-placed shaft, which is then injected with high pressure water through the hollow of the shaft. Due to the action of the high water pressure of the high-pressure water expands the expansion pipe in the shaft, and as a result the expansion pipe is pressed tightly to the inner surface of the lobe is a firm coupling between each other. In this way the hydroforming step for the camshaft to be manufactured can be completed.

여기서, 샤프트 내에서 하이드로포밍을 통해 확관 되는 확관부의 확관율은 5 ~ 7% 이내로 제한되는 것이 바람직하다. 바람직한 확관부의 확관율을 샤프트의 두께 치수 범위와도 연관 관계가 있을 수 있으나, 본 단계에서는 샤프트의 두께를 1 ~ 3mm로 제한하였으므로, 이러한 치수 범위를 전제로 한 바람직한 확관율을 제시한다.Here, the expansion rate of the expansion portion to be expanded through the hydroforming in the shaft is preferably limited to within 5 ~ 7%. Although the expansion ratio of the preferred expansion portion may be related to the thickness range of the thickness of the shaft, in this step, the thickness of the shaft is limited to 1 to 3 mm, and thus, a preferable expansion ratio is assumed based on this dimension range.

만일, 확관부의 확관율이 5% 미만이면, 샤프트의 확관 팽창이 미미하여, 로브와의 견고한 결합이 이루어지기 어려우며, 그 결과 제조된 캠샤프트 부품의 사용상 불량을 초래할 수 있다. 이와 반대로, 확관부의 확관율이 7%를 초과하게 되면, 확관부의 두께가 너무 얇아져 샤프트와 로브의 결합 부위가 취약해질 수 있으며, 그 결과 내구한도가 단축되거나, 사용 중 구조적인 결함을 초래할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 바람직한 확관부의 확관율은 5 ~ 7% 이내로 제한하는 것이 바람직하다.If the expansion rate of the expansion portion is less than 5%, expansion expansion of the shaft is insignificant, making it difficult to achieve a firm coupling with the lobe, which may result in a failure in use of the manufactured camshaft component. On the contrary, if the expansion rate of the expansion portion exceeds 7%, the expansion portion may become too thin and the joint portion of the shaft and the lobe become weak, resulting in shortening of the endurance limit or structural failure during use. Can be. Therefore, the expansion rate of the preferred expansion portion according to the present invention is preferably limited to within 5 to 7%.

이러한 전 단계(S100, S200, S300, S400)를 통해, 제조되는 캠샤프트는 공정이 간단하여 제품 생산성이 향상될 수 있으며, 샤프트와 로브 만의 구성을 통해 캠샤프트를 제조할 수 있어 제품 경량화를 도모할 수 있다. 아울러, 성형 공정으로 주지 검증된 하이드로포밍 방식을 이용함에 따라, 구조적으로 강인한 캠샤프트를 제조할 수 있다. Through these pre-stages (S100, S200, S300, S400), the manufactured camshaft can simplify the process and improve product productivity, and can manufacture the camshaft through the configuration of the shaft and the lobe alone, thereby making the product lighter. can do. In addition, by using a hydroforming method well known as a molding process, it is possible to manufacture a structurally robust camshaft.

이하에서는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 효과를 분명하게 입증해보기로 한다.
Hereinafter, the effects of the present invention will be clearly demonstrated through the preferred embodiments.

실시예Example

본 발명의 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 본 발명의 바람직한 예시로서 제시된 것일 뿐, 어떠한 의미에서도 본 발명이 제한되는 것으로 해석되어선 안 된다. 나아가, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
Through the preferred embodiment of the present invention will be described in more detail the configuration and operation of the present invention. However, these examples are only presented as preferred examples of the present invention, and should not be construed as limiting the present invention in any sense. In addition, the contents not described herein will be omitted if the person skilled in the art can sufficiently infer technically.

1. 샤프트와 로브의 중량비교1. Weight Comparison of Shaft and Lobe

하기 [표 1]에 기재된 조건에서의 바람직한 본 발명의 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트 및 이를 이용한 캠샤프트 제조방법의 실시예 1 ~ 2 및 종래의 캠샤프트 비교예 1에 따른 소재의 중량과 경량화에 따라 비교해 보았다.To the weight and weight reduction of the material according to Examples 1 to 2 of the lightweight camshaft using the hydroforming of the present invention and the camshaft manufacturing method using the same and the conventional camshaft Comparative Example 1 under the conditions described in the following [Table 1] I followed the comparison.

[표 1]에서 제품 강의 무게의 단위는 그램(g), 경량화 비율은 퍼센트(%)의 단위를 공통적으로 적용하였다. 그리고 샤프트와 로브는 모두 스틸(steel) 재질을 이용하였다.In Table 1, the unit of weight of product steel is gram (g), and the weight ratio is the unit of percent (%). And the shaft and the lobe are all made of steel (steel) material.

샤프트(shaft)Shaft 로브(lobe)Lobe 총중량(g)Gross weight (g) 경량화(%)Lightweight (%) 비 고Remarks 실시예1Example 1 370370 290290 660660 37.8%37.8% 일체형Integrated 실시예2Example 2 390390 310310 700700 34.0%34.0% 일체형Integrated 비교예1Comparative Example 1 770770 290290 10601060 -- 접합join

본 발명에 따른, 실시예1에서의 샤프트의 무게는 370g이고, 로브의 무게는 290g이며, 샤프트와 로브의 무게를 합한 총 중량은 660g이다. 실시예2에서의 샤프트의 무게는 390g이고, 로브의 무게는 310g이며, 이를 합한 총 중량은 700g이다.According to the present invention, the weight of the shaft in Example 1 is 370g, the weight of the lobe is 290g, and the total weight of the shaft and the lobe combined is 660g. The weight of the shaft in Example 2 is 390g, the weight of the lobe is 310g, and the total weight is 700g.

이에 반해, 기존의 제품인 캠샤프트의 경우, 샤프트의 무게는 770g이고, 로브의 무게는 290g이며, 이를 합한 총 중량은 1060g인 것을 확인할 수 있다.On the contrary, in the case of the existing camshaft, the weight of the shaft is 770g, the weight of the lobe is 290g, and the total weight is 1060g.

이러한 [표 1]을 통해 확인할 수 있는 결과는, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 경우는 하이드로포밍을 통해 중공관 형태의 샤프트를 로브와 결합하였을 경우, 기존의 제품인 비교예1에 비해 경량화가 뚜렷하게 이루어졌음을 알 수 있다.The results that can be confirmed through the [Table 1], in the case of Examples 1 and 2 according to the present invention, when the shaft of the hollow tube form combined with the lobe through hydroforming, compared with the conventional product of Comparative Example 1 It can be seen that is clearly made.

구체적으로 살펴보면, 본 발명에 따른 실시예1의 경우, 기존의 캠샤프트인 비교예1에 비해 37.4%의 중량 경량화가 이루어졌으며, 본 발명에 따른 실시예2의 경우, 비교예1에 비해 34.0%의 중량 경량화가 이루어졌음을 확인할 수 있다.Specifically, in Example 1 according to the present invention, weight reduction of 37.4% was achieved compared to Comparative Example 1 which is a conventional camshaft, and in Example 2 according to the present invention, 34.0% compared to Comparative Example 1 It can be confirmed that the weight reduction of the made.

특히, 최근 추세에 따르면, 에너지 소비 문제에 수반되어 각종 운송수단(예: 차량, 철도차량, 항공기, 선박)에 대해서도 연비 향상에 대한 관심이 극심하게 고조되고 있다. 이러한 연비 향상을 고려할 때, 제품의 경량화를 도모할 수 있다는 의미는 매우 유용한 효과를 가진다는 것을 알 수 있다. In particular, according to the recent trend, interest in improving fuel efficiency has also been greatly increased for various transportation methods (eg, vehicles, railroad cars, aircraft, ships) due to energy consumption. In view of such fuel efficiency improvement, it can be seen that the meaning that the product can be reduced in weight has a very useful effect.

즉, 기존의 캠샤프트에서 이용되었던 다수의 부품을 조립 또는 접합하는 방식과 달리, 본 발명에서는 하이드로포밍 공법을 이용하여 샤프트 내에 다수의 로브를 견고하게 결합시킬 수 있으며, 그 결과 제품 경량화 문제를 해결할 수 있다.That is, unlike the method of assembling or joining a large number of parts used in the conventional camshaft, the present invention can use the hydroforming method to firmly couple a plurality of lobes in the shaft, thereby solving the problem of product weight. Can be.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 캠샤프트의 제조에 요구되는 공정이 간단하여 제품 생산 속도를 향상시킬 수 있다. As described above, according to the present invention, the process required for the manufacture of the camshaft is simple, and the product production speed can be improved.

나아가 본 발명에 따르면, 기존에 다수의 부품을 서로 체결하고 접합하여 캠샤프트를 제조하였던 방식을 버리고, 관형의 샤프트를 준비하여 하이드로포밍을 실시하였다. 그 결과 샤프트 내에서 확관 팽창된 확관부가 로브와 밀착 가압되어 견고하게 결합되는 방식을 이용함으로써, 제품 경량화를 효과적으로 개선할 수 있다.
Furthermore, according to the present invention, the conventional method of manufacturing a camshaft by fastening and joining a plurality of parts to each other, abandoning the method of preparing a tubular shaft was performed hydroforming. As a result, it is possible to effectively improve the product weight by using the method in which the expansion pipe expansion portion is tightly pressed and firmly coupled to the lobe in the shaft.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiments but may be manufactured in various forms, and having ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

S100: 샤프트마련단계
S200: 확관부위치설정단계
S300: 로브배치단계
S400: 하이드로포밍단계
110: 샤프트
120: 확관부
130: 로브S100: Shaft Preparation Step
S200: expansion unit positioning step
S300: Lobe Placement Step
S400: hydroforming step
110: shaft
120: expansion tube
130: Robe

Claims (7)

관 형태의 샤프트; 및
상기 샤프트가 내부 중공을 통해 관입한 상태에서 하이드로포밍 되며, 상기 하이드로포밍 된 샤프트에서 외연이 부풀어 형성된 확관부를 통해 면접하여 다수 개가 연결되는 타원형태의 로브;를 포함하여,
상기 로브가 상기 하이드로포밍 된 샤프트와 일련의 몸체로 연결 성형되는 것을 특징으로 하는 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트.
Shaft in the form of a tube; And
Including the elliptical lobe that is connected to the plurality of the hydroformed in the state in which the shaft is penetrated through the inner hollow through the expansion pipe formed by expanding the outer edge of the hydroformed shaft;
Lightweight camshaft using hydroforming, characterized in that the lobe is connected to the hydroformed shaft and a series of bodies.
제 1항에 있어서,
상기 샤프트는 원형의 폐단면을 형성하며, 상기 로브는 타원형의 폐단면을 형성하는 것을 특징으로 하는 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트.
The method of claim 1,
The shaft has a circular closed cross section, and the lobe has a lightweight camshaft using hydroforming, characterized in that forming an elliptical closed cross section.
제 1항에 있어서,
상기 샤프트는, 내경으로부터 외경까지의 두께가 1 ~ 3 mm인 것을 특징으로 하는 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트.
The method of claim 1,
The shaft is lightweight camshaft using hydroforming, characterized in that the thickness from the inner diameter to the outer diameter is 1 to 3 mm.
제 1항에 있어서,
상기 로브는, 상기 하이드로포밍 된 샤프트의 상기 확관부를 통해 다수 개가 각각 90도씩 어긋나게 고정되는 것을 특징으로 하는 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트.
The method of claim 1,
The lobe is a lightweight camshaft using hydroforming, characterized in that a plurality of dogs are fixed to each other by 90 degrees through the expansion portion of the hydroformed shaft.
설정된 길이로 관 형태의 샤프트를 마련하는 샤프트준비단계;
상기 샤프트 외면 상에서 다수 개의 확관부가 등 간격으로 형성될 수 있도록, 상기 확관부가 형성되는 위치를 설정하는 튜브위치설정단계;
상기 설정된 위치 상에 타원형 로브를 사전 배치하는 로브위치배치단계; 및
준비된 금형 틀 속에 상기 로브가 사전 배치된 상기 샤프트를 설치한 후, 상기 샤프트의 중공을 통해 고압수를 주입하여 상기 설정된 위치에서 상기 확관부를 확관 팽창시키도록 하이드로포밍을 실시하는 하이드로포밍단계;를 포함하는 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트 제조방법.
Shaft preparation step of providing a tube-shaped shaft to a set length;
A tube positioning step of setting a position at which the expansion tube is formed such that a plurality of expansion tubes are formed at equal intervals on the shaft outer surface;
Lobe position arrangement step of pre-positioning the elliptical lobe on the set position; And
Installing a shaft in which the lobe is pre-arranged in a prepared mold frame, and injecting high pressure water through the hollow of the shaft to hydroform the tube to expand and expand the expansion portion at the set position; Lightweight camshaft manufacturing method using a hydroforming comprising.
제 5항에 있어서,
상기 하이드로포밍단계에서,
상기 확관부의 확관율은 5 ~ 7%인 것을 특징으로 하는 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트 제조방법.
6. The method of claim 5,
In the hydroforming step,
Lightweight camshaft manufacturing method using hydroforming, characterized in that the expansion rate of the expansion portion is 5 ~ 7%.
제 5항에 있어서,
상기 하이드로포밍단계는,
상기 샤프트의 중공을 통해 고압수가 주입됨에 따라, 상기 샤프트의 길이 방향에 대해 기 설정된 위치 구간에서 상기 샤프트가 확관 팽창되어 부풀어진 형태의 상기 확관부를 형성할 때, 상기 확관부가 상기 로브의 내경 쪽으로 밀착되어 상기 샤프트 및 상기 로브가 일련의 몸체로 연결 성형되는 것을 특징으로 하는 하이드로포밍을 이용한 경량화 캠샤프트 제조방법.6. The method of claim 5,
The hydroforming step,
As the high pressure water is injected through the hollow of the shaft, when the shaft expands and expands in the predetermined position section with respect to the longitudinal direction of the shaft to form the expanded pipe part having an inflated shape, the expansion pipe part has an inner diameter of the lobe. Lightweight camshaft manufacturing method using a hydroforming, characterized in that the shaft and the lobe is connected to a series of closely contacted toward the body.
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