KR101178558B1 - 압축기용 풀리의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축기용 풀리의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열간단조 후, 베이스부에 대해서 부분 냉간단조를 시행함으로써 제작이 용이하고 베이스부의 강도는 물론 특히 브릿지부의 강도가 향상되도록 한 압축기용 풀리의 제조방법에 관한 것이다.

이에 본 발명에 의한 압축기용 풀리의 제조방법은 원판형의 베이스부 및 상기 베이스부와 일체로 되어 상기 압축기의 길이방향으로 돌출되는 내측링부와 외측링부를 구비하는 압축기용 풀리의 제조방법에 있어서,

금속재를 일정온도 이상으로 가열하는 가열단계(S1)와; 상기 금속재를 내측링부와 외측링부 및 베이스부를 구비한 풀리 형상으로 고온상태에서 단조성형 하는 열간단조 단계(S2)와; 상기 내측링부의 내부면을 연결하는 연결부에 관통공을 형성하는 중심부 피어싱단계(S3)와; 가열된 상기 풀리를 상온으로 냉각시키는 냉각단계(S4)와; 냉각된 상기 풀리의 내?외부면을 절삭가공하는 황삭가공단계(S5)와; 상기 풀리의 베이스부를 상온 상태에서 단조성형 하는 부분 냉간단조단계(S6)와; 상기 베이스부에 슬롯을 관통 형성하는 슬롯 피어싱단계(S7); 및 상기 풀리의 표면에 V홈부(Groove) 및 완성가공을 하는 정삭 가공단계(S8); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 상기 압축기용 풀리의 제작이 용이해질 뿐만 아니라 부분 냉간단조를 통해 베이스부의 강도가 향상된다는 작용효과가 있다.

특히, 힘이 집중되는 브릿지부의 강도가 비약적으로 향상된다는 특유의 작용효과가 있다.

압축기, 풀리, 브릿지부, 열간단조, 냉간단조, 슬롯

Description

압축기용 풀리의 제조방법{Manufacturing method of compressor pulley}

도 1은 일반적인 압축기용 풀리를 나타낸 사시도.

도 2는 종래의 압축기용 풀리의 제조방법을 나타낸 단계도.

도 3은 종래의 압축기용 풀리의 단류선을 나타낸 단면도.

도 4는 본 발명의 압축기용 풀리의 제조방법을 나타낸 단계도.

도 5는 황삭가공단계의 풀리 단면을 나타낸 단면도.

도 6은 본 발명의 압축기용 풀리의 위치별 강도를 나타낸 그래프.

도 7은 본 발명의 압축기용 풀리의 단류선을 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명의 압축기용 풀리를 나타낸 사시도.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

10: 풀리 11: 베이스부

12: 슬롯 13: 브릿지부

14: 내측링부 15: 관통공

16: 외측링부 17: V홈부(groove)

18: 연결부

120: 압축기

본 발명은 압축기용 풀리의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열간단조 후, 베이스부에 대해서 부분 냉간단조를 시행함으로써 제작이 용이하고 베이스부의 강도는 물론 특히 브릿지부의 강도가 향상되도록 한 압축기용 풀리의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 압축기는 자동차 공조시스템에 적용되어 엔진으로부터 동력을 전달받아 구동하면서 증발기에서 저압 기체로 된 냉매를 고온, 고압으로 압축하여 응축기로 이송하는 역할을 수행하는 것이다.

이러한 상기 압축기는 엔진의 크랭크축과 벨트를 통해 연결된 풀리에 의해 동력을 전달받게 되는데, 상기 풀리는 도1에 참조되는 바와 같이 압축기(120)의 길이방향과 수직으로 배치된 원판형의 베이스부(111)와 상기 베이스부(111)로부터 상기 압축기(120)의 길이방향으로 돌출된 내측링부(114) 및 외측링부(116)로 구성되고, 이렇게 구성된 상기 외측링부(116)의 외부면에는 상기 엔진의 크랭크축과 연결된 벨트(미도시)가 걸려 회전하게 되며, 이 회전력은 상기 내측링부(114)의 내부면에 일단이 고정된 샤프트에 전달되고 그로 인해 상기 압축기(120)는 압축작용을 수행하게 된다.

이와 같은 역할을 수행하는 상기 풀리(110)는 벨트(130)의 인장력을 견딜 수 있도록 금속재로 제작되는 것이 일반적이며, 상기 풀리(110)의 재료가 되는 상기 금속재는 냉간단조 공법에 비해 강도는 약하지만 제작비가 저렴한 열간단조 공법으로 제작된다.

도 2는 종래의 압축기용 풀리의 제작단계를 나타낸 순서도로써, 풀리(110)의 제작을 위해서는 먼저 원소재가 되는 금속재가 마련되고, 상기 마련된 금속재는 필요에 따라 일정크기로 절단된 후, 가열단계를 거쳐 약1,000℃~1,250℃정도로 가열된다. 이처럼 가열된 금속재는 열간단조 단계에서 베이스부(111) 및 내측링부(114) 와 외측링부(116)가 형성된 풀리형상을 갖게 된다. 이때 상기 금속재는 프레스에 의해 약 800ton ~ 1,300ton 정도의 압력을 받아 단조성형 되는데, 금속재의 재질 및 온도 그리고 예상되는 풀리의 형상 및 프레스의 압력에 따라 상기 단조성형은 1회 이상 반복된다.

상기 열간단조단계를 거친 풀리(110)는 내측링부(114)의 내부에 샤프트의 일단부가 삽입되도록 관통공(115)이 형성되는 중심부 피어싱단계를 거친 후, 냉각단계를 통해 상온 상태로 냉각된다. 이렇게 냉각된 풀리(110)는 황삭가공단계를 거치면서 슬롯 피어싱공정을 위한 치수와 두께를 확보한다. 상기 황삭가공단계를 거친 풀리(110)는 슬롯 피어싱 단계를 통해 상기 베이스부(111)에 슬롯(112)이 관통 형성되고 상기 브릿지부(113)만 남게 된다. 이렇게 슬롯 피어싱단계를 거친 풀리(110)는 표면에 V홈(Groove)및 완성가공을 하는 정삭 가공단계를 거쳐 완성된다.

위와 같은 단계를 거쳐 완성된 상기 풀리(110)는 압축기(120)의 샤프트에 연결되어 회전하게 되는데, 상술한 바와 같이 상기 풀리(110)는 금속재를 가열하여 단조성형 하는 열간단조를 거쳐 제작됨에 따라 제작이 용이한 반면, 힘이 집중되는 브릿지부(113)의 강도가 부족하게 되어 쉽게 파손된다는 문제점을 안고 있다.

이와 같은 문제를 극복하고자 상기 풀리(110)의 제작과정에서 금속재를 가열하여 단조성형 하는 열간단조를 시행하지 않고, 금속재를 상온상태에서 단조성형하는 냉간단조를 시행함으로써 브릿지부(113)의 강도가 향상되도록 하였다. 그러나 상기 냉간단조를 통해 상기 브릿지부(113)의 강도는 향상되었으나, 브릿지부(113)를 제외한 나머지 부분 또한 강도가 향상됨에 따라 상기 베이스부(111)의 중앙부에 관통공(115)을 형성하는 중심부 피어싱 단계와, 상기 베이스부(111)에 슬롯(112)을 형성하는 슬롯 피어싱단계를 수행하는데 어려움이 있고, 상기 외측링부(116)의 외부면에 V홈부(Groove, 117)를 가공하는 홈부가공이 어려움은 물론 상기 홈부가공에 사용되는 가공팁의 손상이 크고 세미-롤 포밍시 V홈(Groove, 117)부 형상의 정밀도 확보가 어렵다는 추가적인 문제가 발생되었다. 이에 덧붙여 상기 열간단조는 약 800ton ~ 1,300ton 정도의 프레스 압력이면 충분하지만 이에 비해 상기 냉간단조는 약 2,500ton 이상의 프레스 압력이 필요함에 따라 설비가 대형화 된다는 문제점도 발생하였다.

또한, 도 3에서 참조되는 바와 같이 가열된 금속재를 단조성형 하는 상기 열간단조 단계에서, 후방압출에 의한 상기 내측링부(114)의 중앙을 연결하는 연결부(118)가 상기 내측링부(114)의 하부에 연장형성됨으로써, 상기 연결부(118)에 의해 상기 브릿지부(113) 주위에 형성되는 단류선이 다른 부위에 형성되는 단류선에 비해서 불균질 변형의 정도와 원통형 왜곡(barreling)이 심해져 응력이 취약해지고 이에 따라 강도가 취약해지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 압축기용 풀리의 제작에 있어서, 열간단조 후, 부분 냉간단조를 통해 가공함으로써 베이스부의 강도 향상, 특히 브릿지부의 강도가 비약적으로 향상된 압축기용 풀리의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 연결부를 내측링부의 상부에 연장형성되도록 전방압출 하여 왜곡없는 단류선을 확보하고 상기 브릿지부의 내구성을 증대하여 냉간단조 공정을 통해 생산된 풀리를 대체하는 저비용 고품질의 압축기용 풀리 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 압축기용 풀리의 제조방법은 원판형의 베이스부 및 상기 베이스부와 일체로 되어 상기 압축기의 길이방향으로 돌출되는 내측링부와 외측링부를 구비하는 압축기용 풀리의 제조방법에 있어서, 금속재를 일정온도 이상으로 가열하는 가열단계(S1)와; 상기 금속재를 내측링부와 외측링부 및 베이스부를 구비한 풀리 형상으로 고온상태에서 단조성형 하는 열간단조단계(S2)와; 상기 내측링부의 내부면을 연결하는 연결부에 관통공을 형성하는 중심부 피어싱단계(S3)와; 가열된 상기 풀리를 상온으로 냉각시키는 냉각단계(S4)와; 냉각된 상기 풀리의 내?외부면을 절삭가공하는 황삭가공단계(S5)와; 상 기 풀리의 베이스부를 상온상태에서 단조성형 하는 부분 냉간단조단계(S6)와; 상기 베이스부에 슬롯을 관통 형성하는 슬롯 피어싱단계(S7); 및 상기 풀리의 표면에 V홈부(Groove) 및 완성가공을 하는 정삭 가공단계(S8); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 황삭가공단계(S5)에서 상기 베이스부의 두께(h2) 및 브릿지부의 두께(h3)는 표준두께(h1) 보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 열간단조단계(S2)에서는 상기 연결부가 내측링부의 상부에 연장형성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 압축기용 풀리의 제조방법에 대해서 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 압축기용 풀리의 제조방법을 나타낸 단계도로써, 본 발명의 압축기용 풀리의 제조방법은 가열단계(S1), 열간단조단계(S2), 중심부 피어싱단계(S3), 냉각단계(S4), 황삭가공단계(S5), 부분 냉간단조단계(S6), 슬롯 피어싱단계(S7), 및 정삭가공단계(S8)를 포함하여 이루어진다.

도 5 내지 도 8을 참조하여 상기 풀리의 제조단계를 보다 상세히 설명하면, 상기 풀리(10)의 제작을 위해 마련된 금속재는 필요에 따라 일정크기로 절단된 후, 가열단계(S1)에서 1,150℃ 이상으로 가열된다. 상기 가열단계(S1)를 통해 1,150℃이상 가열된 금속재는 프레스에 의해 풀리 형상으로 단조성형 되는 열간단조단계(S2)를 거쳐 베이스부(11) 및 내측링부(14) 와 외측링부(16)가 형성된 풀리(10)형상을 갖게 된다. 상기 열간단조단계(S2)에서 상기 금속재는 약 800ton ~ 1,300ton 정도의 압력에 의해 단조성형 되는데, 가열된 금속재의 재질 그리고 예상되는 풀리(10)의 형상 및 프레스의 압력에 따라 단조성형 횟수가 결정된다.

상기 열간단조단계(S2)를 거친 풀리(10)는 내측링부(14) 내부에 샤프트의 일단부가 삽입되도록 관통공(15)을 형성하는 중심부 피어싱단계(S3)를 거친 후, 냉각단계(S4)를 통해 상온 상태로 냉각된다. 이렇게 냉각된 풀리(10)는 황삭가공단계(S5)를 거치면서 1㎛Ra이상의 거칠기로 내?외부면이 가공되는데, 상기 황삭가공단계(S5)는 제작중인 풀리(10)가 완성품에 가깝도록 내?외부면을 가공하는 것으로서, 이후 진행되는 부분 냉간단조단계(S6)에서 상기 베이스부(11)의 단조성형을 고려하여 도 5(a)에 참조되는 바와 같이, 베이스부(11)의 두께(h2)가 완성된 풀리(10)의 베이스부(11) 두께인 표준두께(h1) 보다 더 크게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 황삭가공단계(S5)에 있어서, 보다 바람직하게는 도 5(b) 내지 5(e)에 참조되는 바와 같이, 완성된 풀리(10)의 베이스부(11) 두께인 표준두께(h1)에 비해 브릿지부(13)의 두께(h2)가 더 크게 형성되는 것이다. 이처럼 브릿지부(13)의 두께만 선택적으로 두거워짐에 따라 작은 압력으로도 충분한 성형이 가능해진다.

상기 황삭가공단계(S5) 이후 상기 풀리(10)는 부분 냉각단조단계(S6)를 통해 베이스부(11)만 선택적으로 단조성형 되고, 다음으로 상기 풀리(10)는 슬롯 피어싱단계(S7)를 통해 상기 베이스부(11)에 슬롯(12)이 관통 형성되고 상기 브릿지부(13)만 남게 된다. 이렇게 슬롯 피어싱단계(S7)를 거친 풀리(10)는 표면에 V홈부(Groove, 17)및 완성가공을 하는 정삭 가공단계(S8) 거쳐 완성된다.

상기 부분 냉간단조단계(S6)에서는 상기 베이스부(11)에 대해서만 부분적인 단조성형이 이루어짐에 따라 약 600ton ~ 800ton 정도의 프레스 압력이면 충분한 단조 성형이 이루어지며, 그에 따라 제작비의 절감을 가져올 수 있다.

도 6은 베이스부의 부분별 경도를 나타낸 것으로, B는 종래의 열간단조만을 통해 제작된 베이스부 경도를 나타낸 그래프이며, A는 본 발명에 따라 열간단조 후 베이스부에 대해서만 부분 냉간단조가 시행된 베이스부 경도를 나타낸 것이다.

도시된 바와 같이 상기 풀리(10)가 열간단조만을 통해 제작될 경우, 힘이 집중되는 브릿지부(②⑤, 13)를 비롯한 베이스부(①③④⑥, 11)의 경도는 약 70HRB이하인 반면, 열간단조 후 베이스부(11)에 대해서 부분 냉간단조가 시행된 경우, 종래에 비해 전반적으로 베이스부(11)의 경도가 향상되었으며, 특히 브릿지부(②⑤, 13)의 경도가 비약적으로 향상되었음을 알수 있다. 이는 열간단조를 통해 제작된 베이스부(11)는 강도에 한계가 있어 파손되기 쉬우나, 열간단조 후 베이스부(11)에 대해서 부분 냉간단조를 통해 제작된 베이스부(①③④⑥, 11)는 강도가 향상되고, 특히 힘이 집중되는 브릿지부(②⑤, 13)의 강도가 비약적으로 향상됨으로써 풀리(10)의 안정성이 향상된다.

이처럼 상기 풀리(10)의 제작에 있어서, 금속재를 가열하여 단조성형 함으로써 풀리(10)의 제작이 용이해지며, 이후 상온상태에서 베이스부(11)에 대해서만 부 분적으로 단조성형함으로써 힘이 집중되는 브릿지부(13)의 강도가 향상된다.

도 7은 풀리 내부에 형성된 단류선을 나타낸 것으로, 가열된 금속재를 단조성형 하는 열간단조단계(S2)에서, 상기 내측링부(14)의 중앙을 연결하는 연결부(18)가 상기 내측링부(14)의 상부에 연장형성됨으로써, 상기 풀리(10) 내부에 형성된 단류선의 불균질 변형량이 감소된다. 이는 풀리(10) 내부에 결함의 감소를 의미하는 것으로써, 그로 인해 상기 풀리(10)의 내구성이 향상된다.

상술한 바와 같이 상기 연결부(18)가 상기 내측링부(14)의 상부에 연장형성되도록 상기 가열된 금속재는 전방압출에 의해 가공됨이 바람직하다. 여기서 전방압출이란 후방압출과 반대되는 가공법으로써, 금속재의 변형이 펀치의 이동방향과 동일한 방향으로 이루어지는 것으로, 예를 들자면 요철이 형성된 다이위에 금속재를 올려놓은 후 상기 다이의 반대방향에서 프레싱을 하는 성형법을 말하는 것이다.

이처럼 가열된 금속체가 전방압출에 의해 가공되어 상기 연결부(18)가 내측링부(14)의 상부에 연장형성됨으로써, 상기 풀리(10)의 결함이 감소되고, 특히 힘이 집중되는 브릿지부(13)의 결합이 감소됨으로서 상기 풀리(10)의 내구성이 향상된다.

본 발명의 압축기용 풀리의 제조방법은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없으며 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 풀리의 제작에 있어서 열간단조 후 냉간단조를 시행함으로써 풀리를 구성하는 베이스부의 강도만 선택적으로 향상되며, 특히 힘이 집중되는 브릿지부의 강도가 비약적으로 향상된다는 작용효과가 있다.

또한, 상기 내측링부의 중앙을 연결하는 연결부가 상기 내측링부의 상부에 연장형성됨으로써, 상기 풀리 내부에 불균질 변형량이 감소되어, 상기 풀리의 내구성이 향상된다는 특유의 작용효과가 있다.

Claims (4)

1. 원판형의 베이스부(11) 및 상기 베이스부(11)와 일체로 되어 압축기의 길이방향으로 돌출되는 내측링부(14)와 외측링부(16)를 구비하는 압축기용 풀리의 제조방법에 있어서,

   금속재를 일정온도 이상으로 가열하는 가열단계(S1)와;

   상기 금속재를 내측링부(14)와 외측링부(16) 및 베이스부(11)를 구비한 풀리(10) 형상으로 고온상태에서 단조성형 하는 열간단조단계(S2)와;

   상기 내측링부(14)의 내부면을 연결하는 연결부(18)에 관통공(15)을 형성하는 중심부 피어싱단계(S3)와;

   가열된 상기 풀리(10)를 상온으로 냉각시키는 냉각단계(S4)와;

   냉각된 상기 풀리(10)의 내?외부면을 절삭가공하는 황삭가공단계(S5)와;

   상기 풀리(10)의 베이스부(11)를 상온상태에서 단조성형 하는 부분 냉간단조단계(S6)와;

   상기 베이스부(11)에 슬롯(12)을 관통 형성하는 슬롯 피어싱단계(S7); 및

   상기 풀리(10)의 표면에 V홈부(Groove, 17) 및 완성가공을 하는 정삭 가공단계(S8); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압축기용 풀리의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 황삭가공단계(S5)에서 상기 베이스부의 두께(h2)는 표준두께(h1) 보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기용 풀리의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 황삭가공단계(S5)에서 상기 슬롯(12) 사이에 형성되는 브릿지부(13)의 두께(h3)는 표준두께(h1) 보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 압축기용 풀리의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 열간단조단계(S2)에서는 상기 연결부(18)가 내측링부(14)의 상부에 연장형성되는 것을 특징으로 하는 압축기용 풀리의 제조방법.

Images