KR100810102B1

KR100810102B1 - 헤드부가 확경된 부품용 단조금형 및 그 단조품

Info

Publication number: KR100810102B1
Application number: KR1020060091219A
Authority: KR
Inventors: 맹혁재
Original assignee: 맹혁재
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2026-09-20

Abstract

본 발명은 헤드부가 확경된 부품용 단조금형 및 그 단조품에 관한 것으로, 하부금형과 상부금형으로 이루져 헤드부가 확경된 단조품을 성형하는 단조금형에 있어서; 상기 하부금형에 장입된 재료를 타격하여 가압성형하도록 상기 상부금형에 마련된 펀치의 하단면에는 요입홈이 형성되고, 그 요입홈에 의해 단조품의 헤드부 상면에는 그에 대응되는 돌출부가 형성되며, 이 돌출부를 형성하도록 성형한 것을 그 기술적 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 단조공정을 단축할 수 있고, 그에 따른 작업의 용이성 및 효율성이 향상되며, 공정단축에도 불구하고 결육도 발생되지 않고, 조직배열이 중앙부로 수렴되게 되어 조직의 치밀화를 달성하여 기계적 성질도 향상되며, 그에 따른 기계가공품의 수명도 연장되고, 또한 트리밍없이도 정치수대로 곧바로 성형할 수 있으며, 나아가 버의 발생량도 줄여 재료의 손실절감 및 그에 따른 제조비용의 감축 효과를 기대할 수 있게 된다.

단조, 단조금형, 조직배열, 메인샤프트, 결육, 내충격성, 내구성, 헤드부, 확경, Grain Flow

Description

헤드부가 확경된 부품용 단조금형 및 그 단조품{FORGING DIE FOR ENLARGING HEAD DIAMETER TYPE PARTS AND FORGING PRODUCT THEREOF}

도 1은 종래 기술에 따른 플랜지형 헤드부를 갖는 샤프트의 단조예를 보인 단조금형의 예시적인 요부 단면도,

도 2는 종래 기술에 따른 플랜지형 헤드부를 갖는 샤프트의 단조과정을 보인 예시도,

도 3은 종래 단조품의 조직배열(Grain Flow)을 보인 예시적인 조직도,

도 4는 본 발명에 따른 단동식 단조금형의 예시적인 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 단조품의 단조과정을 보인 예시도,

도 6은 본 발명에 따라 성형된 단조품의 조직배열을 보인 예시적인 조직도,

도 7은 본 발명에 따른 단조방법을 설명하기 위한 플로우챠트,

도 8은 본 발명에 따른 다단식 단조금형의 예시적인 단면도.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

100....하부금형 200....상부금형

210....펀치 220....요입홈

300....재료 400....단조품

410....헤드부 420....돌출부

G....조직배열(Grain Flow)

본 발명은 헤드부가 확경된 부품용 단조금형 및 그 단조품에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차용 메인샤프트의 헤드 부분과 같이 직경이 확대되는 형태의 플랜지를 갖는 샤프트 부품을 단조 성형할 때에 복잡한 공정을 거치지 않고도 결육이 생기지 않으면서 기계적 성질이 우수하고 버(burr)도 생기지 않도록 개선된 헤드부가 확경된 부품용 단조금형 및 그 단조품에 관한 것이다.

일반적으로, 공작기계를 비롯한 자동차용 메인샤프트 등 대부분의 부품들은 형단조에 의해 제조되고 있으며, 여기에서 형단조란 일정한 모양으로 요각(凹刻)한 금형 사이에 재료를 놓고 두들겨서 원하는 모양의 제품을 만드는 것을 말한다.

특히, 냉간단조를 통해 헤드부의 직경이 확대되는 형태의 부품(혹은 제품) 제조시에는 결육(재료가 부족한 부분)이 생기지 않으면서 치밀한 조직배열(Grain Flow)을 가질 것이 요구된다.

이는 이러한 제품이 대부분 별도의 기계가공, 주로 기어가공을 거쳐 회전용 샤프트로 사용되기 때문에 우수한 내구성과 내충격성을 가져야 하기 때문이다.

이를 위해, 종래에는 도 1의 예시와 같은 단조금형을 이용하여 최종 단조전 에 도 2와 같이 다수의 중간 성형단계(1차, 2차, 3차)를 거쳐야만 하였다.

그러나, 이러한 방식은 중간 성형단계를 다수회 거쳐야 하기 때문에 공정이 복잡하고 제조비용이 상승함은 물론 치수의 정밀도를 높이기 위해 상부금형과 하부금형이 만나는 부위에 마련된 여유공간으로 재료의 일부가 밀려나면서 발생되는 버(burr)(혹은 플래쉬(Flesh)라고도 함)의 양도 많아 재료의 손실이 증대되는 문제를 낳았다.

뿐만 아니라, 도 1의 도시와 같이, 하부금형(10)의 캐비티내에 장입된 재료(30)를 상부금형(20)의 펀치(22)가 낙하 타격하여 단조하는 형태의 종래 대부분의 단조금형은 펀치(22)의 하부면이 성형될 재료(30)의 상부면, 즉 헤드 상면과 동일한 평면형상으로 형성되어 있어 단조시 도 3의 헤드부 조직배열(G)이 중앙에서 주변부로 확산 이동되는 현상, 즉 중앙에서 버(32) 쪽으로 퍼지는(발산) 형태로 형성되게 되어 그 부위의 조직이 치밀하지 못하며 단류선(조직배열)이 축방향 직선형으로 배열되게 되어 기계적 성질(내구성, 내충격성)이 급격히 저하되는 문제도 양산하고 있다.

따라서, 이러한 취약구조를 갖는 단조품을 가지고 그 헤드부에 기어 등의 기계가공을 하게 되면 사용시 충격에 의해 기계가공된 부위가 쉽게 절단, 탈락, 파손, 마모되는 등의 수명단축을 초래하게 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 자동차용 메인샤프트와 같이 헤드부 혹은 길이 일부가 확경되는 형태의 플랜지를 갖는 단조품 성형시 복잡 다대한 중간 성형과정을 거치지 않으면서도 결육이 발생되지 않고, 조직배열이 중앙부로 수렴되도록 하여 조직의 치밀화를 달성함으로써 기계적 성질도 향상시킴은 물론 버의 발생량도 줄여 재료의 손실절감 및 그에 따른 제조비용의 감축을 도모할 수 있도록 한 헤드부가 확경된 부품용 단조금형 및 그 단조품을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 하부금형과 상부금형으로 이루어져 헤드부가 확경된 단조품을 성형하는 단조금형에 있어서; 상기 하부금형에 장입된 재료를 타격하여 가압성형하도록 상기 상부금형에 마련된 펀치의 하단면에는 요입홈이 형성된 것을 특징으로 하는 헤드부가 확경된 부품용 단조금형을 제공한다.

이때, 상기 요입홈은 1~1.5mm의 깊이를 갖고 요입형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 요입홈은 그 직경이 상기 헤드부 하단과 인접한 단조품의 최종 단차부의 직경과 동일하게 형성된 것에도 특징이 있다.

또한, 본 발명은 하부금형과 상부금형으로 이루어져 헤드부가 확경된 단조품을 성형하는 단조방법에 있어서; 재료를 열처리하여 연화시키고 그 표면을 윤활처리하는 단조 전처리단계와; 전처리된 상기 재료를 최종제품에 대응되도록 다단의 단차부를 형성하는 1차 가압성형단계와; 1차 가압성형된 재료를 최종 처리하여 그 상단에 헤드부를 형성하되 상기 헤드부의 상면에는 돌출부가 형성되도록 하는 2차 가압성형단계와; 2차 가압성형된 단조품을 제품 사이즈에 맞게 사이징하여 단조품을 완성하는 사이징 및 제품 완성단계를 포함하여 구성되는 것에 의해서도 달성될 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은 하부금형과 상부금형으로 이루어진 단조금형에 의해 헤드부가 확경되게 성형되는 단조품에 있어서; 상기 단조품의 헤드부 상면에는 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 헤드부가 확경된 부품용 단조품을 제공한다.

이때, 상기 돌출부의 돌출높이는 1~1.5mm인 것이 바람직하다.

아울러, 상기 돌출부는 그 직경이 상기 헤드부 하단과 인접한 최종 단차부의 직경과 동일하게 형성된 것에도 그 특징이 있다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 단동식 단조금형의 예시적인 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 단조품의 단조과정을 보인 예시도이며, 도 6은 본 발명에 따라 성형된 단조품의 조직배열을 보인 예시적인 조직도이고, 도 7은 본 발명에 따른 단조방법을 설명하기 위한 플로우챠트이며, 도 8은 본 발명에 따른 다단식 단조금형의 예시적인 단면도이다.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상단부, 즉 헤드부가 확경되는 형태를 갖는 단조품의 제조를 위해 하부금형(100)과 그에 대응되며 해머링 에너지에 의해 재료(300)를 타격하여 단조하는 상부금형(200)으로 이루어진다.

이때, 상기 상부금형(200)에는 타격용 펀치(210)가 구비되는데, 상기 펀치(210)는 그 하단면이 일정크기로 요입된 요입홈(220)을 갖는다.

상기 요입홈(220)은 상기 펀치(210)의 하단면으로부터 1~1.5mm 요입되게 형성함이 바람직하다.

이는 상기 요입홈(220)에 의해 후술할 도 6의 단조품(400), 즉 헤드부(410) 상면에 돌출부(420)를 형성하게 되는데 상기 돌출부(420)의 돌출높이(D)가 1~1.5mm를 가져야 하기 때문이다.

이와 같이, 상기 돌출높이(D)를 1~1.5mm로 유지하는 것은 1mm 이하로 돌출시키게 되면 헤드부(410)의 조직배열(G)이 중앙부로 수렴되지 못하고 기존과 같이 여전히 발산되기 때문에 조직의 치밀화를 달성할 수 없고, 1.5mm 이상으로 돌출시키게 되면 수렴 효율은 동일한데 재료(300)의 손실이 크기 때문에 상기와 같은 범위로 돌출시킴이 특히 바람직하다.

또한, 상기 요입홈(220)의 직경, 다시 말해 상기 돌출부(420)의 직경은 헤드부(410)의 하측에 인접한 단차부, 즉 도 6의 도시상 제3단차부(448)와 동일직경을 갖도록 함이 바람직하다.

이는 진행하는 조직배열(G)의 흐름이 헤드부(410)를 제외한 단조품(400)의 최종 단차부(448)의 직경과 대응될 때 수렴효율이 가장 좋기 때문이며, 그보다 작을 경우에는 조직배열(G)의 상단(최종단)이 좁은 범위내로 급속히 수렴되면서 변형되는(발산하려고 하는) 곡률반경이 커져 조직의 치밀성을 떨어뜨릴 수 있으며, 그보다 클 경우에는 수렴성이 떨어지고 발산성이 높아지면서 기존과 같은 현상을 초래하므로 상기와 같이 조절함이 특히 바람직하다.

아울러, 본 발명에서는 상기 돌출부(420)로 인해 조직배열(G)의 수렴성이 급 격히 향상되므로 단동식의 경우 다수의 중간 성형과정을 거치지 않고도 단지 1차, 2차의 성형을 통해 단조품(400)의 하단부(442)로부터 제1단차부(444), 제2단차부(446), 제3단차부(448) 및 헤드부(410)까지 한번에 성형할 수 있게 된다.

즉, 하부금형(100)의 캐비티내에 장입된 재료(300)는 가압되는 상부금형(100)의 펀치(210)에 의해 다단 성형되면서 최종 헤드부(410)가 성형되고, 이때 헤드부(410)내 조직배열(G)이 발산되지 않고 돌출부(420)를 향해 수렴되기 때문에 헤드부(410)에서의 조직의 치밀성을 확보할 수 있게 되며, 동시에 조직배열(G)이 돌출부(420)를 향해 계속 진행하게 됨은 물론 버의 형성된 거의 없게 되고, 결육 현상도 없어지게 된다.

나아가, 버를 통해 손실되던 조직의 일부가 돌출부(420)를 향해 이동하게 되므로 버로 버려지는 손실폭도 그만큼 줄어들게 됨은 당연하다.

물론, 도 8의 예시와 같이 다단식을 이용하여 4차에 걸쳐 단조성형함으로서 동일한 단조품을 만들 수도 있다. 다만, 이때에는 작업공수가 줄어들지 않을 뿐이다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 단조금형을 이용한 단조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 헤드부(410)가 확경된, 즉 일종의 플랜지를 갖는 각종 공작기계를 비롯한 자동차용 메인샤프트로 사용되는 단조품(400)을 성형하기 위해 재료(300)를 단조하기에 적당하도록 처리하는 단조 전처리단계(S100)가 수행된다.

상기 단조 전처리단계(S100)는 예컨대, 재료(300)의 단조 변형율을 높이기 위해 가열처리하는 열처리를 통해 가연성을 높이도록 하는 연화처리나 금형과 재료(300)간 마찰열에 의한 소착 방지를 위해 재료(300)의 표면을 윤활처리하는 것 등이 될 수 있다.

상기와 같은 단조 전처리단계(S100)가 완료되면, 이어 단조금형(상부금형+하부금형)을 이용한 1차 가압성형단계(S110)가 수행된다.

상기 1차 가압성형단계(S110)는 기존에 수행되던 다수의 중간 성형과정과 유사한 것이기는 하지만 이 단계는 단지 최종 가압성형되기 전 단계를 나누어 설명하기 위한 것일 뿐이지 기존처럼 여러 단계를 순차적으로 나누어 수행하는 것을 의미하지는 않는다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 1차 가압성형단계(S110)를 통해 도 4에 도시된 단조품(400)의 하단부(442)로부터 제1,2,3단차부(444,446,448)까지가 성형되게 된다.

이렇게 하여, 상기 1차 가압성형단계(S110)가 완료되면 단조품(400) 상단면에 돌출부(420)를 형성하면서 헤드부(410)를 구성하는 2차 가압성형단계(S120)가 수행된다.

상기 2차 가압성형단계(S120)는 앞서 설명하였듯이, 상기 돌출부(420)로 인해 헤드부(410) 내부의 조직배열(G)이 발산되지 않고 상기 돌출부(420)를 향해 수렴되면서 상기 헤드부(410)의 조직이 치밀해지게 된다.

이어, 2차 가압성형단계(S120)를 통해 완성된 단조품(400)의 외형을 다듬어 정확한 사이즈를 갖도록 하는 사이징단계(S130)를 거쳐 최종적으로 원하는 단조 품(400)이 완성되게 된다.

이와 같이, 본 발명은 단조품(400)의 상단면에 적정크기의 돌출부(420)를 형성함으로써 기존 플랜지를 갖는 샤프트용 단조품이 갖는 제반 문제를 일소할 수 있으며, 내충격성, 내구성이 뛰어난 보다 고품위의 단조품을 제조할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 단조공정을 단축할 수 있고, 그에 따른 작업의 용이성 및 효율성이 향상되며, 공정단축에도 불구하고 결육도 발생되지 않고, 조직배열이 중앙부로 수렴되게 되어 조직의 치밀화를 달성하여 기계적 성질도 향상되며, 그에 따른 기계가공품의 수명도 연장되고, 또한 트리밍없이도 정치수대로 곧바로 성형할 수 있으며, 나아가 버의 발생량도 줄여 재료의 손실절감 및 그에 따른 제조비용의 감축 효과를 기대할 수 있게 된다.

Claims

삭제
하부금형(100)과 상부금형(200)으로 이루어지되, 상기 하부금형(100)에 장입된 재료(300)를 타격하여 가압성형하도록 상기 상부금형(100)에 마련된 펀치(210)의 하단면에는 요입홈(220)을 갖는 헤드부가 확경된 부품용 단조금형에 있어서;

상기 요입홈(220)은 1~1.5mm의 깊이를 갖고 요입형성된 것을 특징으로 하는 헤드부가 확경된 부품용 단조금형.
청구항 2에 있어서;

상기 요입홈(220)은 그 직경이 상기 헤드부(410) 하단과 인접한 단조품(400)의 최종 단차부의 직경과 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 헤드부가 확경된 부품용 단조금형.
삭제
삭제
하부금형(100)과 상부금형(200)으로 이루어진 단조금형에 의해 헤드부(410)가 확경되게 성형되되, 상기 헤드부(410) 상면에 돌출부(420)를 갖는 헤드부가 확경된 부품용 단조품(400)에 있어서;

상기 단조품(400)에 형성된 돌출부(420)의 돌출높이(D)는 1~1.5mm인 것을 특징으로 하는 헤드부가 확경된 부품용 단조품.
청구항 6에 있어서;

상기 돌출부(420)는 그 직경이 상기 헤드부(410) 하단과 인접한 최종 단차부의 직경과 동일하게 형성된 것을 특징으로 하는 헤드부가 확경된 부품용 단조품.