KR101661458B1

KR101661458B1 - 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법

Info

Publication number: KR101661458B1
Application number: KR1020160006769A
Authority: KR
Inventors: 김현수
Original assignee: (주)용암금속
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-01-20
Publication date: 2016-10-05
Anticipated expiration: 2036-01-20

Abstract

본 발명은 중공부 영역이 구비된 이너레이스 열간 단조품 영역; 및 상기 중공부 영역에 위치하되, 둘레에 플랜지부 및 내경에 보스중공부 영역이 구비된 보스 열간 단조품 영역;을 포함하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품에 있어서, 상기 복합 단조품을 열간단조 제조하는 단계; 상기 열간단조 제조된 복합 단조품을 보스 외경 트리밍 장치로 트리밍해 이너레이스와 보스를 분리하는 단계; 및 상기 트리밍된 이너레이스를 이너레이스 내경 피어싱 장치로 피어싱해 스크랩을 제거하는 단계; 를 포함하고, 상기 복합 단조품을 열간단조 제조하는 단조금형은, 상기 보스와 분리된 이너레이스 단조품의 최종 목표치수(S0)가 아닌 변형량을 고려한 역설계 치수(S1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법에 대한 것으로, 상기 복합 단조품의 단조금형에 의한 제조공정 및 단조품의 분리공정인 보스 외경부 트리밍 또는 이너레이스 내경부 피어싱 시 발생할 수 있는 이너레이스의 변형을 고려한 역설계로 최종 분리 단조품이 목표 치수에 가깝게 제조되는 효과가 있다.

Description

이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법{Method for manufacturing Double Forging Parts of inner race and boss}

본 발명은 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 재료회수율을 증가시켜 재료의 손실을 방지하도록 제조된 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 분리공정 시 발생하는 변형을 고려하여 상기 복합 단조품을 목표형상에 가깝게 제조 및 분리하는 방법에 관한 것이다.

열간단조 성형방법에 의해 제조되는 단조품으로 이너레이스(inner race)와 보스(boss)가 있다.

일반적으로, 승용차의 주행시 동력을 끊지 않고도 기어비를 변화시킬 수 있도록 하기 위한 핵심 장치인 유성캐리어 내에는 유성기어와 일방향 클러치(one-way clutch: 원웨이 클러치)가 조합되어 있다.

이때, 상기 이너레이스는 일방향 클러치에서 동력을 전달하는 중요한 부품으로서, 동력전달 시 디스크와 이너레이스가 허브기어 타입으로 조립되어 슬립을 유도하며 간극을 조절한다.

또한, 상기 오버드라이브(over drive)는 차가 일정 속도 이상이 되면 연비를 좋게 하고 소음을 줄이기 위해 변속기에 입력되는 엔진 회전수보다 출력 회전수를 높게 해주는 것을 말하는 것으로, 오버 드라이브 클러치의 보스, 즉, 보스는 이러한 오버 드라이브에 장착되어지는 부품이다.

상기 이너레이스와 상기 보스는 자동변속기 내에서 전혀 다른 목적으로 사용되는 별개의 부품이기는 하나, 각각, 업셋-블로커-피니셔 공정으로 이루어진 열간단조 공정에서 밀폐 단조 후, 피어싱하여 내경부의 홀을 뚫는 방법으로 제조된다는 점에서 공통적이다.

이때, 이너레이스 단조품의 경우, 1600톤 내지 2500톤 프레스에서 열간단조한 후, 피어싱 펀치와 하형 다이로 이루어진 단동식 금형으로 내경부를 피어싱하여 최종 단조품을 얻는 방식에 해당하는데, 상기 이너레이스 단조품 중량은 소형, 중형 및 대형의 경우, 각각 1.9kg, 2.0kg 및 2.2kg 정도이다.

하지만, 이너레이스 단조품을 제조하기 위한 투입 중량은 각각 2.7kg, 2.9kg 및 3.1kg으로, 즉, 상술한 내경부를 피어싱하는 공정에서 0.7 내지 0.9kg 정도가 피어싱되어 스크랩으로 버려지고 있으며, 따라서, 재료 회수율이 약 67 내지 71% 정도에 그쳐 재료의 손실이 상당히 크다는 문제점이 있다.

따라서, 스크랩으로 버려지는 재료를 활용하기 위해 상기 보스의 외경이이너레이스의 내경보다 작은 경우, 상기 이너레이스의 내경 영역에 보스부를 복합 단조품으로 제조한 후 이를 분리하는 공정을 통해 재료의 손실을 방지할 수 있다.

한편, 상기와 같이 복합 단조품으로 제조된 이너레이스와 보스는 분리공정을 필요로 하게 된다.

이때, 상기 분리공정은 복합 단조품으로 제조된 이너레이스와 보스의 경계지점을 가압하여 펀칭이나 절단하는 방식으로 분리되는데, 이러한 목표치수에 맞게 설정된 단조금형에서 단조공정이 이루어지거나, 또는 단조품의 분리공정에서 분리장치의 펀칭이나 절단부위의 가압에 따라 제품형상의 변형이 발생하여 분리된 최종 단조품은 목표치수보다 뒤틀린 형상으로 제조된다.

따라서, 상기 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조 및 분리공정 시 발생하는 변형을 고려하여 상기 복합 단조품을 목표형상에 가깝게 제조 및 분리하는 방법이 필요하다.

한국공개실용신안 제20-2011-0003433호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 이너레이스 단조품의 제조에 있어서, 내경부를 피어싱하는 공정에서 스크랩으로 버려지는 재료를 활용함으로써, 재료의 손실을 방지할 수 있도록 제조된 이너레이스와 보스의 복합 단조품을, 변형없이 효과적으로 제조 및 분리하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은, 보스 외경부 트리밍, 이너레이스 내경부 피어싱 및 보스의 내경부 피어싱 3단계 공정을 통해 이너레이스와 보스의 복합 단조품을 분리하는 한편, 상기 분리공정인 보스 외경부 트리밍 또는 이너레이스 내경부 피어싱 시 발생할 수 있는 이너레이스의 변형을 고려하여 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 지적된 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 중공부 영역이 구비된 이너레이스 열간 단조품 영역; 및 상기 중공부 영역에 위치하되, 둘레에 플랜지부 및 내경에 보스중공부 영역이 구비된 보스 열간 단조품 영역;을 포함하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품에 있어서, 상기 복합 단조품을 열간단조 제조하는 단계; 상기 열간단조 제조된 복합 단조품을 보스 외경 트리밍 장치로 트리밍해 이너레이스와 보스를 분리하는 단계; 및 상기 트리밍된 이너레이스를 이너레이스 내경 피어싱 장치로 피어싱해 스크랩을 제거하는 단계; 를 포함하고, 상기 복합 단조품을 열간단조 제조하는 단조금형은, 상기 보스와 분리된 이너레이스 단조품의 최종 목표치수(S0)가 아닌 변형량을 고려한 역설계 치수(S1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 보스와 분리된 이너레이스 단조품의 최종 목표치수(S0)는, 열간단조시 생성되는 스케일(Scale) 두께를 포함하고, 상기 스케일 두께는, 이너레이스 상단 내경이 내경방향(X축 음의방향)으로 0.1mm 이상이고, 이너레이스 하단 외경이 외경방향(X축 양의방향)으로 0.1mm 이상인 것을 특징으로 하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 단조금형의 역설계 치수(S1)는, 상기 이너레이스 단조품의 최종 목표치수(S0)보다, 이너레이스 상단 내경이 외경방향(X축 양의방향)으로 0.4mm, 이너레이스 하단 외경이 내경방향(X축 음의방향)으로 0.6mm 차이가 나는 것을 특징으로 하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 보스 외경 트리밍 장치는, 상기 단조금형에 의해 제조된 이너레이스 단조품(100-1)의 트리밍 시 변형량을 고려해 역설계 치수(S2)를 갖도록 구성되는, 상단 내경을 지지하는 상부 트리밍 스트리퍼 및 하단 외경을 지지하는 하부 트리밍 다이를 포함하고, 상기 보스 외경 트리밍 장치의 역설계 치수(S2)는, 상기 역설계 단조금형에 의해 제조된 복합 단조품 치수(S1)와 비교하여, 상기 이너레이스 단조품 상단 내경을 지지하는 상부 트리밍 스트리퍼가 상기 이너레이스 상단 내경방향(X축 음의방향)으로 0.3mm만큼의 사이 간극(d3)을 포함하고, 상기 이너레이스 단조품 하단 외경을 지지하는 하부 트리밍 다이가 상기 이너레이스 단조품 치수(S1)보다 이너레이스 하단 외경방향(X축 양의방향)으로 0.4mm의 사이 간극(d3')을 포함하는 것을 특징으로 하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 보스 외경 트리밍 장치에 의해 트리밍된 이너레이스 단조품은, 상기 단조금형에 의해 제조된 복합 단조품 치수(S1)와 비교해, 이너레이스 상단 내경이 내경방향(X축 음의방향)으로 0.3mm, 이너레이스 하단 외경이 외경방향(X축 양의방향)으로 0.4mm의 변형량을 갖도록 트리밍되어, 이너레이스 단조품의 최종 목표치수(S0)에 비해, 이너레이스 상단 내경이 +0.1mm, 이너레이스 하단 외경이 -0.2mm인 것을 특징으로 하는 너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 이너레이스 내경 피어싱 장치는, 상기 트리밍 장치에 의해 트리밍된 이너레이스 단조품의 피어싱 시 변형량을 고려해 역설계 치수(S3)를 갖도록 구성되는, 상단 내경을 지지하는 상부 피어싱 스트리퍼 및 하단 외경을 하부 피어싱 다이를 포함하고, 상기 피어싱 장치의 역설계 치수(S3)는, 상기 역설계 트리밍 장치에 의해 트리밍된 이너레이스 단조품 치수와 비교하여, 상기 트리밍된 이너레이스 단조품 상단 내경을 지지하는 상부 피어싱 스트리퍼가 상기 이너레이스 상단 내경방향(X축 음의방향)으로 0.2mm만큼의 사이 간극(d4)을 포함하고, 상기 트리밍된 이너레이스 단조품 하단 외경을 지지하는 하부 피어싱 다이가 상기 트리밍된 이너레이스 단조품 치수보다 이너레이스 하단 외경방향(X축 양의방향)으로 0.3mm의 사이 간극(d4')을 포함하는 것을 특징으로 하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 이너레이스 내경 피어싱 장치에 의해 피어싱된 이너레이스 단조품은, 상기 트리밍 장치에 의해 트리밍된 이너레이스 단조품 치수(S2)와 비교해, 이너레이스 상단 내경이 내경방향(X축 음의방향)으로 0.3mm, 이너레이스 하단 외경이 외경방향(X축 양의방향)으로 0.3mm의 변형량을 갖도록 피어싱되어, 이너레이스 단조품의 최종 목표치수(S0)에 비해, 이너레이스 상단 내경이 -0.1mm, 이너레이스 하단 외경이 +0.1mm인 것을 특징으로 하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 이너레이스 단조품의 상하단 내외경부 치수는 ±0.2mm의 오차를 포함하고, 상기 단조금형, 보스 외경 트리밍 장치 및 이너레이스 내경 피어싱 장치의 역설계 치수는 ±0.2mm의 오차를 포함하는 것을 특징으로 하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법을 제공한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 스크랩 제거에 의해 재료의 손실을 방지할 수 있도록 제조된 이너레이스와 보스의 복합 단조품을, 최소한의 공정으로 효과적으로 분리하는 한편, 상기 복합 단조품의 단조금형에 의한 제조공정 및 단조품의 분리공정인 보스 외경부 트리밍 또는 이너레이스 내경부 피어싱 시 발생할 수 있는 이너레이스의 변형을 고려한 역설계로 최종 분리 단조품이 목표 치수에 가깝게 제조되는 효과가 있다.

도 1a는 일반적인 방식에 의한 이너레이스의 열간 단조 공정을 설명하기 위한 도면이고, 도 1b는 일반적인 방식에 의한 이너레이스의 피어싱 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 열간 단조 공정 후의 이너레이스의 열간 단조품을 도시한 개략적인 도면이고, 도 2b는 피어싱 공정 후의 이너레이스의 열간 단조품을 도시한 개략적인 도면이며, 도 2c는 피어싱 공정 후의 이너레이스의 열간 단조품을 도시한 사시도이다.
도 3a는 일반적인 방식에 의한 보스의 열간 단조 공정을 설명하기 위한 도면이고, 도 3b는 일반적인 방식에 의한 보스의 피어싱 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 열간 단조 공정 후의 보스의 열간 단조품을 도시한 개략적인 도면이고, 도 4b는 피어싱 공정 후의 보스의 열간 단조품을 도시한 개략적인 도면이다.
도 5는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 열간 단조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a는 본 발명의 제1실시예에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품을 도시한 개략적인 단면도이고, 도 6b 및 도 6c는 도 6a의 이너레이스와 보스의 복합단조품이 분리된 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품 분리장치를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 분리장치를 통한, 이너레이스와 보스의 복합 단조품을 분리를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 10a 내지 도 10c는 역설계 미적용 시 트리밍 장치에 의해 보스 외경부가 트리밍되는 과정을 도시한 도면이다.
도 11a 내지 도 11c는 역설계 미적용 시 피어싱 장치에 의해 이너레이스 내경부가 피어싱되는 과정을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 역설계가 적용된 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 열간 단조 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 역설계가 적용된 보스 외경부 트리밍 장치의 트리밍 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 역설계가 적용된 이너레이스 내경 피어싱 장치의 피어싱 공정을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소와 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1a는 일반적인 방식에 의한 이너레이스의 열간 단조 공정을 설명하기 위한 도면이고, 도 1b는 일반적인 방식에 의한 이너레이스의 피어싱 공정을 설명하기 위한 도면이다.

또한, 도 2a는 열간 단조 공정 후의 이너레이스의 열간 단조품을 도시한 개략적인 도면이고, 도 2b는 피어싱 공정 후의 이너레이스의 열간 단조품을 도시한 개략적인 도면이다.

즉, 도 2a는 도 1a의 이너레이스의 열간 단조 공정에 의한 결과물이며, 도 2b 및 도 2c는 도 1b의 이너레이스의 피어싱 공정 후의 결과물에 해당한다.

먼저, 도 1a 및 도 2a를 참조하면, 일반적인 방식에 의한 이너레이스의 열간 단조 공정은 하형 코어 금형(11)과 하형 다이(12)의 상부에 부품을 배치시킨 후, 상형 펀치(10)를 하강하여 프레스함으로써, 이너레이스 예비 열간 단조품(1)을 제조한다.

이후, 도 1b 및 도 2b, 2c를 참조하면, 상기 이너레이스 예비 열간 단조품(1)을 피어싱 하형 다이(22)의 상부에 배치시킨 후, 피어싱 상형 펀치(20)로 압력을 가하여 내경부를 피어싱함으로써, 이너레이스 중공부(2a)를 포함하는 이너레이스 열간 단조품(2)을 제조할 수 있다.

한편, 상기 내경부를 피어싱함에 따른 스크랩은 피어싱 하형 다이(22)의 중앙홀(21)을 통해 배출될 수 있다.

이때, 상술한 바와 같이, 이너레이스 열간 단조품(2)의 경우, 이너레이스 열간 단조품 중량이 소형, 중형 및 대형의 경우, 각각 1.9kg, 2.0kg 및 2.2kg 정도이다.

하지만, 이너레이스 열간 단조품을 제조하기 위한, 상기 부품의 투입 중량은 각각 2.7kg, 2.9kg 및 3.1kg 으로, 즉, 상술한 내경부를 피어싱하는 공정에서 0.7 내지 0.9kg 정도가 피어싱되어 스크랩으로 버려지고 있으며, 따라서, 재료 회수율이 약 67 내지 71% 정도에 그쳐 재료의 손실이 상당히 크다는 문제점이 있다.

도 3a는 일반적인 방식에 의한 보스의 열간 단조 공정을 설명하기 위한 도면이고, 도 3b는 일반적인 방식에 의한 보스의 피어싱 공정을 설명하기 위한 도면이다.

또한, 도 4a는 열간 단조 공정 후의 보스의 열간 단조품을 도시한 개략적인 도면이고, 도 4b는 피어싱 공정 후의 보스의 열간 단조품을 도시한 개략적인 도면이다.

즉, 도 4a는 도 3a의 보스의 열간 단조 공정에 의한 결과물이며, 도 4b는 도 3b의 보스의 피어싱 공정 후의 결과물에 해당한다.

먼저, 도 3a 및 도 4a를 참조하면, 일반적인 방식에 의한 보스의 열간 단조 공정은 하형 코어 금형(31)과 하형 다이(32)의 상부에 부품을 배치시킨 후, 상형 펀치(30)를 하강하여 프레스함으로써, 보스 예비 열간 단조품(3)을 제조한다.

이때, 상기 보스 열간 단조품(4)은 중공부(4a)를 포함하는 몸체부(4b) 영역 및 상기 몸체부 둘레에 플랜지부(4c)를 포함하는 형상으로 제조될 수 있다.

이후, 도 3b 및 도 4b를 참조하면, 상기 보스 예비 열간 단조품(3)을 피어싱 하형 다이(42)의 상부에 배치시킨 후, 피어싱 상형 펀치(40)로 압력을 가하여 내경부를 피어싱함으로써, 보스 중공부(4a)를 포함하는 보스 열간 단조품(4)을 제조할 수 있다.

한편, 상기 내경부를 피어싱함에 따른 스크랩은 피어싱 하형 다이(42)의 중앙홀(41)을 통해 배출될 수 있다.

이때, 상기 보스 열간 단조품(4)의 경우, 1.43kg 정도이며, 보스 열간 단조품을 제조하기 위한, 상기 부품의 투입 중량은 1.5kg 정도로, 즉, 상술한 내경부를 피어싱하는 공정에서 미비한 정도가 피어싱되어 스크랩으로 버려지고 있으며, 따라서, 재료 회수율이 약 95% 정도이므로 재료의 손실은 그다지 크지 않음을 알 수 있다.

결과적으로, 본 발명에서는 상기에서 기술한 바와 같이, 이너레이스 열간 단조품을 제조함에 있어서는, 피어싱되어 스크랩으로 버려지는 재료가 과다하기 때문에, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 스크랩으로 버려지는 재료를 활용하기 위한 방안으로, 이너레이스와 보스의 복합 단조품을 제조하고자 하는 것이다.

즉, 본 발명은 이너레이스 열간 단조품에서 피어싱되어 스크랩으로 버려지는 소재를 최대한 활용하여 이너레이스 열간 단조품 내경부에 보스를 배치하여 단조하는 기술에 해당하는 것으로, 이는 상기 이너레이스의 소재와 상가 보스의 소재가 동일(예를 들면, SCR420HB 소재)한 것이기 때문에 가능한 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 서로 적용분야가 상이하더라도, 동일한 소재를 사용하고, 작은 제품(보스)의 외경이 큰 제품(이너레이스)의 내경보다 작은 경우 적용할 수 있는 것이라 할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 이너레이스 열간 단조품의 내경부에 보스 단조품을 배치하여 이너레이스의 피어싱 되는 스크랩을 최대한 활용하기 때문에, 재료의 투입 중량을 절감하고, 또한, 1회의 단조에 의해 두 개의 제품을 얻을 수 있는 장점이 있다.

이하에서는, 이너레이스와 보스의 복합 단조품에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 5는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 열간 단조 공정을 설명하기 위한 도면이다.

또한, 도 6a는 본 발명의 제1실시예에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품을 도시한 개략적인 단면도이고, 도 6b 및 도 6c는 도 6a의 이너레이스와 보스의 복합단조품이 분리된 상태를 도시한 도면이다.

또한, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품을 도시한 개략적인 단면도이다.

먼저, 도 5를 참조하면, 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 열간 단조 공정은 하형 코어 금형(111)과 하형 다이(112)의 상부에 부품을 배치시킨 후, 상형 펀치(110)를 하강하여 프레스함으로써, 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100)을 제조할 수 있다. 이는 일반적인 열간 단조 공정과 동일하므로, 이하, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

한편, 상기 제조되는 이너레이스와 보스의 복합 단조품은 역설계 미적용 시, 금형 및 다이가 원하는 단조품의 목표치수에 맞게 제조되나, 후술하는 분리공정에 의해 형상이 목표치수에서 벗어나 뒤틀린 형상을 갖게 된다. 이에 대해서는 도 10 내지 도 11에 대한 설명에서 후술하기로 한다.

다음으로, 도 6a를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100)은 다음과 같이 정의될 수 있다.

이때, 도 6a에서는 일반적인 이너레이스와 보스의 열간 단조품과 대비하기 위하여, 도 2 및 도 4에 도시된 도면부호를 통하여 영역을 정의하였다.

도 6a를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100)은 이너레이스 예비 열간 단조품 영역(1) 및 상기 이너레이스 예비 열간 단조품 영역(1)의 내부에 위치하는 보스 예비 열간 단조품 영역(3)을 포함한다.

상기 이너레이스 예비 열간 단조품 영역(1)은 이너레이스 열간 단조품 영역(2) 및 상기 이너레이스 열간 단조품 영역(2)의 내경부에 위치하는 이너레이스 중공부 영역(2a)을 포함한다.

또한, 상기 보스 예비 열간 단조품 영역(3)은 보스 열간 단조품 영역(4) 및 상기 보스 열간 단조품 영역(4)의 내경부에 위치하는 보스 중공부 영역(4a)을 포함한다.

이때, 도 6a에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 상기 이너레이스 중공부 영역(2a)은 상기 보스 예비 열간 단조품 영역(3)을 포함하고, 상기 이너레이스 중공부 영역(2a)은 상기 보스 예비 열간 단조품 영역(3)보다 큰 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명의 제1실시예에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100)은 이너레이스 예비 열간 단조품 영역(1) 및 상기 이너레이스 예비 열간 단조품 영역(1)의 내부에 위치하는 보스 예비 열간 단조품 영역(3)을 포함하고, 상기 이너레이스 예비 열간 단조품 영역(1)은 이너레이스 열간 단조품 영역(2) 및 상기 이너레이스 열간 단조품 영역(2)의 내경부에 위치하는 이너레이스 중공부 영역(2a)을 포함한다.
또한, 상기 이너레이스 중공부 영역(2a)은 상기 보스 예비 열간 단조품 영역(3)을 포함하고, 상기 보스 예비 열간 단조품 영역(3)은 상기 보스 열간 단조품 영역(4) 및 상기 보스 열간 단조품 영역(4)의 내경부에 위치하는 보스 중공부 영역(4a)을 포함한다.

다음으로, 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100')은 다음과 같이 정의될 수 있다. 본 발명의 제2실시예에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품은 후술할 바를 제외하고는 상술한 제1실시예와 동일할 수 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100')은 이너레이스 예비 열간 단조품 영역(1') 및 상기 이너레이스 예비 열간 단조품 영역(1')의 내부에 위치하는 보스 예비 열간 단조품 영역(3')을 포함한다.

상기 이너레이스 예비 열간 단조품 영역(1')은 이너레이스 열간 단조품 영역(2') 및 상기 이너레이스 열간 단조품 영역(2')의 내경부에 위치하는 이너레이스 중공부 영역(2a')을 포함한다.

또한, 상기 보스 예비 열간 단조품 영역(3')은 보스 열간 단조품 영역(4') 및 상기 보스 열간 단조품 영역(4')의 내경부에 위치하는 보스 중공부 영역(4a')을 포함한다.

이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 상기 이너레이스의 중공부 영역(2a')은 상기 보스 예비 열간 단조품 영역(3')을 포함하고, 상기 이너레이스의 중공부 영역(2a')은 상기 보스 예비 열간 단조품 영역(3')보다 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제1실시예와 제2실시예의 공통점 및 차이점은 다음과 같다.

본 발명에 따른 제1실시예와 제2실시예의 공통점은 이너레이스 열간 단조품의 내경부에 보스 단조품을 배치하여 이너레이스의 피어싱 되어지는 스크랩을 보스의 열간 단조품으로 활용한다는 점이다.

이는 상기 이너레이스 중공부 영역과 상기 보스 예비 열간 단조품 영역이 동일하다는 것을 통해 설명되어질 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 제1실시예와 제2실시예의 차이점은 이너레이스의 피어싱 되는 스크랩을 보스의 열간 단조품으로 활용함에 있어서, 보스의 열간 단조품의 방향에 대한 것이다.

즉, 도 6a의 보스 예비 열간 단조품과 도 7의 보스 예비 열간 단조품의 형상을 비교하면, 이들 보스 예비 열간 단조품이 상호간에 180도 위치변경한 관계임을 알 수 있다.

본 발명에서, 보스 예비 열간 단조품의 단조된 형상을 제한하는 것은 아니나, 이너레이스 예비 단조품의 내경부에 보스 예비 단조품을 배치할 때, 보스의 형상을 기존의 밀폐단조 방향(도 3a와 동일 방향)에 역으로 배치하는 것이 블로커 공정에서 살 채움이 양호하고, 겹침 등의 결함 발생을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 도 6a 및 도 7의 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 높이에서 알 수 있는 바와 같이, 보스의 형상을 기존의 밀폐단조 방향(도 3a와 동일 방향)에 역으로 배치함으로써, 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 높이가 제1실시예의 경우에 더 낮은 것을 알 수 있으며, 이는 상기 이너레이스와 보스의 복합단조품을 제조하기 위한 금형의 사이즈를 결정하는 것으로, 따라서, 본 발명은 상술한 제1실시예의 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 형상이 바람직하다 할 수 있다.

한편, 예시적으로, 본 발명에서의 이너레이스와 보스의 복합 단조품을 제조하기 위한 투입 중량은 대형의 이너레이스를 기준으로 할때, 3.74kg의 제품을 투입하였다.

즉, 3.74kg의 제품을 투입하여 이너레이스와 보스의 복합 단조품을 제조하였다.

하지만, 상술한 바와 같이, 일반적인 제조공정에서는 대형의 이너레이스의 제조하기 위하여, 3.1kg의 부품을 투입하고, 보스를 제조하기 위하여, 1.5kg의 부품을 투입하였으나, 본 발명에서는 그만큼의 차이인 0.86kg의 원소재를 절감하는 효과를 달성할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 추후의 공정인 복동식 트리밍 및 피어싱 공정에 의하여, 이너레이스 열간 단조품(2)과 보스 열간 단조품(4)이 제조된 경우에 있어서의 단조품의 중량은 3.64kg(이너레이스 단조품 2.2kg, 보스 단조품 1.48kg)이었다.

즉, 3.74kg의 부품을 투입하여, 3.64kg의 열간 단조품을 제조하였으며, 따라서, 재료회수율 97%로 재료의 손실을 매우 크게 줄일 수 있다.

한편, 상기 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100)은 1회의 열간 단조 공정에 의하여, 이너레이스 예비 열간 단조품 영역(1) 및 보스 예비 열간 단조품 영역(3)을 정의할 수 있으며, 트리밍 및 피어싱 공정에 의하여, 이너레이스 열간 단조품(2)과 보스 열간 단조품(4)이 제조될 수 있다. 이는 2실시예의 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100')의 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

또한, 상기 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100)은 트리밍 및 피어싱 공정에 의해 이너레이스 예비 열간 단조품 영역(1) 및 보스 예비 열간 단조품 영역(3)을 분리할 수 있다.

즉, 도 6a를 참조한 바, 도 6a의 A 영역에 해당하는 어느 한 지점에서 트리밍하여 이너레이스 열간 단조품 영역(2)을 얻을 수 있고, 상기 4a 영역을 피어싱하여 보스 예비 열간 단조품 영역(3)을 얻을 수 있다. 또한, 도 6b를 참조한 바, 트리밍 및 피어싱으로 분리된 이너레이스 열간 단조품 영역(2) 및 보스 예비 열간 단조품 영역(3)은 후가공처리에 의해 각가의 이너레이스 열간 단조품 및 보스 예비 열간 단조품으로 완성될 수 있다.

이때, 상기 도 6a의 A 영역은, 이너레이스의 내경(2a) 또는 보스의 외경(3) 사이 지점에 해당하며, 상기 이너레이스의 내경(2a) 및 보스의 외경(3) 사이에 A 영역이 존재하는 이유는 추후 단조품의 기계 가공을 위한 가공 여유가 필요하기 때문이다.

따라서, 보스의 외경부 트리밍과 이너레이스의 내경 피어싱은 별도의 공정으로 이루어져야 할 필요성이 있다.

또한, 이너레이스와 보스의 복합 단조품을 이너레이스의 내경(2a)과 보스의 외경(3) 사이 중간 지점인 A2지점에서 트리밍 하는 방법도 있으나, 이는 트리밍된 이너레이스의 내경 및 보스의 외경에 각각 가공여유가 존재하므로 기계 가공 공정에서 제거해야 할 스크랩의 양이 많아져 시간과 비용이 많이 드는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명에서는 도 6c를 참조한 바, 보스의 외경(3) 지점인 A3 지점에서 복합단조품을 트리밍한 후, 이너레이스 내경(2a) 지점인 A1 지점에서 스크랩을 제거하고, 트리밍된 보스의 내경(4a)을 피어싱하는 공정만을 추가함으로써 이너레이스와 보스의 복합단조품의 트리밍 분리 시, 트리밍 영역의 변형을 줄이는 한편 기계 가공량을 줄일 수 있다.

즉, 도 6c를 참조한 바, 보스 외경부 트리밍(A3 지점)→이너레이스 내경부 피어싱(A1 지점)→보스 내경부(4a) 피어싱의 3단계 공정을 통해 본 발명에 따른 이너레이스의 내경 및 보스의 내·외경을 트리밍 및 피어싱하여 분리할 수 있다.

한편, 상기 1단계 트리밍 공정에서 보스 영역은 트리밍되면서 파단되어 하부 금형의 공간부로 낙하하게 된다.

이때, 상기 1단계 트리밍 공정에서 이너레이스의 상부영역은 상부금형에 지지되고 이너레이스의 하부영역은 하부금형에 지지된 상태로, 상기 상부금형이 하부금형으로 가압되면서 이너레이스 내경과 보스 외경 사이가 파단된다.

그런데 이때, 상기 이너레이스의 상하부영역이 각각 상하부금형에 지지된 상태로 가압되어 트리밍 되므로 이너레이스의 상하부 양쪽에서 압력이 작용해 뒤틀림 변형이 발생할 수 있다(도 10a 내지 도 10c 참조).

이하에서는, 상기한 이너레이스와 보스의 복합 단조품을 3단계 공정에 따라 분리하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품 분리장치 및 방법에 관해 설명하기로 한다.

이너레이스와 보스의 복합 단조품 분리장치는, 본 발명에 따른 상기 이너레이스와 보스의 복합단조품을 각각의 열간 단조품으로 제조하기 위해 트리밍 및 피어싱 공정을 진행하는 장치이다.

이때, 상기 트리밍 및 피어싱 공정을 통해, 복합 단조품의 트리밍 또는 피어싱 공정 시 발생하는 단조품의 응력변형을 최소화하면서, 분리 공정단계도 간소화하여 이너레이스 열간 단조품과 보스의 열간 단조품을 분리할 수 있다.

본 발명에 따른 트리밍 및 피어싱 공정에서의 주요 내용은, 보스 외경부를 트리밍하여 이너레이스와 보스를 분리한 후, 분리된 이너레이스의 외경 스크랩을 피어싱하는 한편, 분리된 보스의 내경(4a)을 피어싱하는 것이다.

즉, 본 발명에서의 이너레이스와 보스의 복합 단조품은, 도 6a 및 도 6c를 기준으로, 상기 보스 예비 열간 단조품 영역(3)의 트리밍은 상기 이너레이스 중공부 영역(2a)의 피어싱 영역 내부에 포함되는 것을 특징으로 한다.

이는 상기 이너레이스 중공부 영역 내부에 상기 보스 예비 열간 단조품 영역이 포함되는 것을 통해 설명될 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품 분리장치를 도시한 개략적인 단면도이다.

도 8a는 보스 외경부 트리밍장치 및 이너레이스 내경부 피어싱 장치를 도시하였고, 도 8b는 상기 보스 외경부 트리밍 장치에 의해 트리밍 된 보스의 내경부 피어싱 장치를 도시하였다.

먼저 도 8a를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 상기 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 분리장치는,

상기 복합 단조품의 보스 열간 단조품 영역(4)의 외경부를 트리밍하는 장치; 및

상기 트리밍된 이너레이스 열간 단조품 영역(2)의 내경부를 피어싱하는 장치;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100)은, 중공부 영역(2a)이 구비된 이너레이스 열간 단조품 영역(2); 및

상기 상기 중공부 영역(2a)에 위치하되, 둘레에 플랜지부(4c) 및 내경에 보스중공부 영역(4a)이 구비된 보스 열간 단조품 영역(4);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100)에서 상기 보스 열간 단조품 영역(4)의 외경부(3) 직경은 상기 이너레이스 열간 단조품 영역(1)의 내경부(2a) 직경보다 작은 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복합 단조품의 보스 열간 단조품 영역(4)의 외경부를 트리밍하는 장치 및 상기 트리밍된 이너레이스 열간 단조품 영역(2)의 내경부를 피어싱하는 장치는, 상하 한 세트로 구성된 금형홀더에 조립될 수 있다.

이는, 도 6a 내지 도 6c를 참조한 바, 상기 복합 단조품(100)에서 보스의 외경부(3)를 먼저 트리밍한 후, 상기 트리밍된 보스의 외경부로부터 소정 간격(도 6a의 A 영역) 떨어진 이너레이스 내경부(2a)에 후술하는 이너레이스 피어싱 펀치(360)에 의해 제거되어야 하는 스크랩 영역(도 6a의 A 영역)이 존재하기 때문이다.

즉, 상기 보스 외경부의 트리밍 위치(A3) 및 상기 이너레이스 내경부의 피어싱 위치(A1)가 소정 간격(A)밖에 안되므로 사이 거리가 인접한 동시에, 상기 피어싱 펀치(360)에 의해 스크랩이 제거되는 이너레이스 내경부의 트리밍 파단부 간격(g1) 역시 보스 외경부를 트리밍하는 파단부 간격(g2)과 별 차이가 없다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 복합 단조품 분리장치는, 상기 복합 단조품(100)의 보스 외경부를 트리밍하는 장치 및 이너레이스 내경부를 피어싱하는 장치가 상하 한 세트로 구성된 금형홀더에 서로 인접하여 구성될 수 있다. 이를 통해 상부금형을 한번만 가압하더라도 하부금형에 안착된 복합 단조품의 보스 외경부 트리밍 공정 및 이로부터 분리된 이너레이스 내경부를 피어싱하는 공정이 순차적으로 이루어질 수 있다.

도 8a을 참조한 바, 본 발명의 실시예에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 분리장치는,

하형 베이스(310);

하형 베이스의 상부에 위치하는 하형 다이홀더(330);

상기 하형 다이홀더의 일측 영역에 고정되는 하형 보스 트리밍 다이(350);

상기 하형 다이홀더의 타측 영역에 고정되는 하형 이너레이스 피어싱 다이(340); 를 포함하는 하형 금형; 및

상형 베이스(380);

상기 상형 베이스에 고정되고, 상기 하형 피어싱 다이와 대응되는 영역에 위치하는 상형 이너레이스 피어싱 펀치(360);

상기 상형 베이스에 고정되고, 상기 하형 트리밍 다이와 대응되는 영역에 위치하는 상형 보스 트리밍 펀치(370)를 포함하는 상형 금형을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상형 금형은, 상기 상형 이너레이스 피어싱 펀치(360)와 인접하는 영역에 위치하는 상형 피어싱 스트리퍼(361); 및 상기 상형 트리밍 펀치(370)와 인접하는 영역에 위치하는 상형 트리밍 스트리퍼(371)를 더 포함할 수 있다.

상기, 본 발명에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 분리장치는, 먼저, 하형 금형세트는 하형 베이스(310)에 사각 블록의 형태인 하형블록(320)를 고정하고, 하형 다이 홀더(330)를 조립한 후 하형 금형 전체가 조립된다.

또한, 하형 다이홀더(330)에 일정한 형태의 자리부를 파고 하형 보스 트리밍 다이(350)를 고정한다. 이때, 이너레이스의 크기가 서로 다를 수 있기 때문에 하형 보스 트리밍 다이(350)를 쉽게 교체할 수 있도록 상부에서 볼트로 고정하는 것이 바람직하다.

한편, 하형 보스 트리밍 다이(350) 및 하형 이너레이스 피어싱 다이(340)는 사각블록이 아닌 축대칭 형상을 가진다.

또한, 상형 금형세트는 상형 베이스(380)에 모든 금형이 조립된다.

즉, 상술한 바와 같이 하나의 금형세트에서 상부 일측영역에 보스 트리밍 펀치(370) 및 하부 일측영역에 보스 트리밍 다이(350)가 상하로, 상기 금형세트의 상부 타측영역에 이너레이스 피어싱 펀치(360) 및 하부 타측영역에 이너레이스 피어싱 다이(340)가 상하로 구성된다.

보다 구체적으로, 상형 베이스(380)는 사각블록의 형태이며, 그 이외의 모든 상형 금형은 축대칭 형상을 가진다.

상기 보스 트리밍 펀치(370) 및 상기 이너레이스 피어싱 펀치(360)는 각각 볼트로서 상형 베이스(380)에 완전 고정한다.

또한, 상기 보스 트리밍 펀치(370) 및 상기 이너레이스 피어싱 펀치(360)와 각각 인접한 영역에 위치하는 상형 피어싱 스트리퍼(361) 및 상기 상형 트리밍 스트리퍼(371)는, 상기 상형 베이스(380)와의 사이에 각각 구비되는 상형 펀치홀더에 스프링 압력을 주어 고정한다.

이때 상기 스프링 압력은, 상기 보스 트리밍 펀치(370) 또는 이너레이스 피어싱 펀치(360)에 의해 트리밍 또는 피어싱 공정 시, 이너레이스 단조품을 고정 지지하는 역할을 수행할 수 있다.

또한, 상기 상형 이너레이스 피어싱 스트리퍼(361), 상형 보스 트리밍 스트리퍼(371)는 단조품에 일정한 압력을 줄 수 있도록 스프링 압력을 주어 상형 베이스(380)에 고정한다.

한편, 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 상기 보스 외경부의 트리밍 위치(A3)와 상기 이너레이스 내경부의 피어싱 위치(A1)가 소정 간격(A)밖에 차이나지 않으므로, 상기 트리밍 장치 및 피어싱 장치는 트리밍 또는 피어싱 직경만 다르게 하여 대동소이한 형상으로 조립될 수 있다.

즉, 도 8a를 참조한 바, 상기 트리밍 장치에서 보스 상형 트리밍 펀치(370)의 펀칭 직경(D1)은 트리밍되는 보스 외경부(3)의 직경에 대응하고, 상기 피어싱 장치에서 이너레이스 상형 피어싱 펀치(360)의 피어싱 직경(D2)은 상기 트리밍 공정 후 분리된 이너레이스의 내경부(2a)의 직경에 대응하여 형성될 수 있다.

이로써, 상기 보스 외경부(3)가 트리밍된 후, 스크랩부를 포함하는 이너레이스는 이너레이스 내경부(2a)의 직경에 대응하여 이너레이스 상형 피어싱 펀치(360)에 의해 피어싱되며 스크랩부가 제거될 수 있다.

다음으로, 도 8b를 참조한 바, 상기 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 분리장치는 보스 내경부 피어싱 장치를 더 포함할 수 있다.

먼저 도 8a의 보스 외경부 트리밍 장치 및 이너레이스 내경부 피어싱 장치를 포함하는 한 세트의 금형홀더에 의해, 복합 단조품(100)의 보스 외경부가 트리밍되며 트리밍된 이너레이스(2)는 상기 보스 하형 트리밍 다이(350)에 그대로 안착된 상태를 유지하며, 트리밍된 보스(4)는 트리밍 장치 하부로 낙하하여 보스 및 이너레이스가 분리된다.

한편, 도 8a를 참조한 바, 상기 보스 외경부 트리밍 공정에 분리된 이너레이스(2)는 상기 이너레이스 피어싱 장치에 의해, 이너레이스 피어싱 장치의 하형 피어싱 다이(340)에 이동 안착되어 스내경부의 스크랩을 제거하기 위한 피어싱 공정을 하게 된다. 또한, 트리밍 공정에 의해 낙하한 보스는 도 8b의 보스 내경부 피어싱 장치에 이동 안착되어 보스 내경부 피어싱 공정을 추가로 진행하게 된다.

이때, 상기 도 8a의 보스 외경부 트리밍 장치 및 이너레이스 내경부 피어싱 장치를 포함하는 한 세트의 금형홀더에 의해, 보스 외경부가 트리밍되는 과정에 있어서, 이너레이스(2)의 경우에는 하형 보스 트리밍 다이(350) 및 상형 보스 스트리퍼(371)에 의해 상하부가 지지된 상태로 트리밍 되어진다.

그런데 이때, 상기 이너레이스의 상하부 단면을 각각 지지하는 보스 상형 스트리퍼(371) 및 보스 하형 트리밍 다이(350)가 이너레이스의 상하부를 가압하게 되므로 그에 따른 치수 변형이 발생할 수 있다.

이에 대해서는, 도 9 이하에 대한 설명에서 후술하기로 한다.

계속해서 도 8b를 참조한 바, 본 발명의 실시예에 따른 보스 내경부 피어싱 장치는,

하형 베이스(410);

하형 베이스의 상부에 위치하는 하형 다이홀더(430);

상기 하형 다이홀더의 일정 영역에 고정되는 하형 보스 피어싱 다이(440); 를 포함하는 하형 금형; 및

상형 베이스(480);

상기 상형 베이스에 고정되고, 상기 하형 보스 피어싱 다이와 대응되는 영역에 위치하는 상형 보스 피어싱 펀치(460); 를 포함하는 상형 금형을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상형 금형은, 상기 상형 보스 피어싱 펀치(460)와 인접하는 영역에 위치하는 상형 피어싱 스트리퍼(461)를 더 포함할 수 있다.

상기, 본 발명에 따른 보스 내경부 피어싱 장치는, 먼저, 하형 금형세트는 하형 베이스(410)에 사각 블록의 형태인 하형블록(420)를 고정하고, 하형 다이 홀더(430)를 조립한 후 하형 금형 전체가 조립된다.

또한, 하형 다이홀더(430)에 일정한 형태의 자리부를 파고 하형 보스 피어싱 다이(440)를 고정한다. 이때, 보스의 크기가 서로 다를 수 있기 때문에 하형 보스 피어싱 다이(450)를 쉽게 교체할 수 있도록 상부에서 볼트로 고정하는 것이 바람직하다.

한편, 하형 보스 피어싱 다이(440)는 사각블록이 아닌 축대칭 형상을 가진다.

상기 상형 보스 피어싱 펀치(460)는 펀치홀(470)에 의해 고정되고, 상형 보스 피어싱 스트리퍼(461)는 상형 펀치홀더(470)에 스프링 압력을 주어 고정한다. 이때 스프링 압력은 단조품의 보스 내경을 피어싱 할 때, 상기 트리밍 과정에서 응력 변형된 보스 플랜지부의 변형을 복귀 교정하는 역할을 수행할 수 있다.

또한, 상형 베이스(380)는 사각블록의 형태이며, 그 이외의 모든 상형 금형은 축대칭 형상을 가진다.

다음으로, 본 발명에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 분리장치를 통한, 복합 단조품의 분리 및 변형과정을 설명하기로 한다.

도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 분리장치를 통한, 이너레이스와 보스의 복합 단조품을 분리를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 즉, 이너레이스 내부에 위치하는 보스 외경부를 트리밍하여 이너레이스와 보스를 분리하는 과정을 도시한 도면이다.

이때, 도 9a는 이너레이스와 보스의 제1 복합 단조품(100-1)을 보스 외경 트리밍 장치 에 안착하는 단조품 안착 및 고정단계, 도 9b는 상기 복합 단조품(100-1)의 보스의 외경부를 트리밍하는 보스 외경부 트리밍 단계, 도 9c는 상기 제1 복합 단조품(100-1)으로부터 트리밍된 이너레이스(2-1)의 스크랩을 제거하기 위해 트리밍된 이너레이스(2-1)를 이너레이스 외경 피어싱 장치에 안착하는 단조품 안착 및 고정단계, 도 9d는 상기 제1 복합 단조품으로부터 트리밍된 이너레이스(2-1)의 스크랩을 제거하는 이너레이스 내경부 피어싱 단계에 해당한다.

보다 구체적으로, 도 9a에 도시된 바와 같이, 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100-1)을 보스 하형 트리밍 다이에 안착하고, 도 9b에 도시된 바와 같이, 상형 금형세트가 하강하면서 보스 상형 트리밍 펀치(370)와 상형 트리밍 스트리퍼(371)가 단조품에 접촉한다.

상형 금형세트가 더 하강하면 보스 상형 트리밍 스트리퍼(371)가 단조품(100-1)에 변형을 주지 않는 정도의 압력을 가하면서 단조품(100-1), 보다 정확하게는 상기 복합 단조품의 이너레이스 영역(2)을 눌러주면서 상형 트리밍 펀치(370)가 단조품(100-1)의 보스 외경부를 트리밍한다.

이때 트리밍된 보스 단조품(4-1) 영역은 금형 아래로 떨어져 분리되며, 트리밍된 이너레이스 단조품(2-1) 영역은 상기 보스 하형 트리밍 다이에 그대로 남게 된다.

도 9a 내지 도 9d의 트리밍 공정으로 이너레이스 단조품(2-1)과 분리된 보스 단조품(4-1)은 도 8a의 보스 내경부 피어싱 장치에 안착시켜 보스 내경부가 피어싱될 수 있다.

한편, 상기 도 9a 및 도 9b를 참조한 바(좌측 트리밍 장치), 상기 트리밍 펀치(370)에 의해 보스 외경부의 트리밍 공정 시, 상기 이너레이스 단조품은 상형 트리밍 스트리퍼(371) 및 하형 트리밍 다이(350)에 의해 각각 지지된다.

즉, 상부 금형이 하부 금형에 가압되면서 상기 트리밍 펀치(370)가 보스 외경을 트리밍함에 있어서, 상기 상부 금형의 상형 트리밍 스트리퍼(371)가 상기 이너레이스 상단부를 지지한 상태로, 또한 상기 하부 금형의 하형 보스 트리밍 다이(350)가 상기 이너레이스의 하단부를 지지한 상태로 트리밍이 이루어지게 된다.

이때, 복합 단조품(100-1)의 보스 외경 트리밍 시에 보스 외경부에 위치한 이너레이스의 상하 단부를 각각 상형 트리밍 스트리퍼(371) 및 하형 보스 트리밍 다이(350)가 양쪽에서 가압하는 상태가 되며, 트리밍 펀치(370)는 하강하며 보스 외경부와의 경계가 되는 이너레이스 하단부를 파단하게 된다. 이때, 이너레이스 하단의 파단부에는 트리밍 펀치(370)에 의해 이너레이스의 외경방향으로 밀어내는 힘이 작용하므로, 트리밍이 완료되어 보스와 분리된 이너레이스는 트리밍 시 상호 가압되는 힘에 의해 변형을 일으킬 수 있다.

이하에서는 상기 도 9a 내지 도 9b에 해당하는 보스 외경 트리밍 시 일어나는 이너레이스의 변형을 도 10a 내지 도 10c를 통해 설명하기로 한다.

도 10a 내지 도 10c는 역설계 미적용 시 트리밍 장치에 의해 보스 외경부가 트리밍되는 과정을 도시한 도면이다.

즉, 목표치수를 갖는 단조금형에 의해 목표치수대로 제조된 복합 단조품의 보스 외경 트리밍 분리 시 발생되는 치수 변형을 도시하였다.

도 10a 내지 도 10c를 참조한 바, 상부 금형이 하부 금형에 가압되면서 상기 트리밍 펀치(370)가 보스 외경을 트리밍함에 있어서, 상기 이너레이스 단조품(100-1)은 상형 트리밍 펀치(370), 트리밍 스트리퍼(371) 및 하형 보스 트리밍 다이(350)에 의해 각각 지지된다.

이때, 상기 복합 단조품(100-1)의 내부에 위치하는 보스(4-1)는 보스 외경부가 트리밍되면서 상부 금형의 트리밍 펀치(370)에 의해 가압되며 트리밍이 이루어지게 된다. 이와 동시에, 상기 복합단조품의 외부에 위치하는 이너레이스(2-1)는 하단부가 상기 하부 금형의 보스 트리밍 다이(350)에 의해 지지되는 한편, 트리밍 펀치(370)에 의해 파단되는 순간 이너레이스 하단부는 이너레이스 외경 방향으로 밀어내는 힘(P1)이 작용하게 되며, 이와 동시에 상부 금형이 트리밍을 위해 하강하면서 트리밍 스트리퍼(371)가 상기 이너레이스 상단부를 누르며 가압지지하게 된다.

이때, 도 10b에 도시한 바와 같이, 상기 이너레이스(2-1)는 원통형 형상의 트리밍 펀치(370)가 하부로 가압되면서 이너레이스 하단의 파단부를 이너레이스 외경방향으로 밀어내는 힘(P1)이 작용하게 된다.

따라서, 도 10c에 도시한 바와 같이, 상부 금형이 하부 금형으로 하강하면서, 상기 트리밍 펀치(370)에 의해 보스 외경이 트리밍되는 순간, 이너레이스의 하단부는 외경 방향으로 밀어내는 힘(P1)에 의해 이너레이스의 하단부는 외경 방향으로의 치수 변형이 발생하게 되고, 이너레이스 하단부가 X축 양의 방향으로 뒤틀린다. 이와 반대편의 이너레이스 상단부는 X축 음의 방향으로, 즉 이너레이스 내경 방향으로의 변형이 발생하게 된다.

한편, 상기 트리밍 펀치(370)가 하부로 가압되며 이너레이스 하단의 파단부를 이너레이스 외경방향으로 밀어내는 힘이 작용할 때, 이너레이스 상단부 내경는 상부 금형의 트리밍 스트리퍼(371)에 의해 지지되며, 이너레이스 하단부 외경은 하부 금형의 보스 트리밍 다이(350)에 의해 지지되므로 각각 이너레이스가 아무리 변형되더라도 지지부의 기본 간극(d1)을 벗어나는 것 이상의 뒤틀림 변형은 발생하지 않게 된다.

이때, 본 발명에서 상기 기본 간극(d1)은 트리밍 장치의 트리밍 스트리퍼(371) 및 보스 트리밍 다이(350)와 단조품과의 X축 방향으로의 여유간격을 의미하며, 본 발명의 실시예에서 상기 여유간격은 0.3mm 내외로 설정될 수 있다.

이를 보다 자세히 설명하면, 도 10a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 상기 상부 금형의 트리밍 스트리퍼(371)는 상기 이너레이스 상단부의 내경부와 X축 방향으로 0.3mm 내외의 여유간극을 포함하고, 상기 하부 금형의 트리밍 다이(350)는 상기 이너레이스 하단부의 외경부와 0.3mm 내외의 여유간격을 포함한다.

따라서, 상기 트리밍 펀치(370)가 보스 외경부를 트리밍 시, 상기 이너레이스의 상하단부의 ±X축 방향으로의 치수변형은 최대 0.3mm 내외를 넘지 않게 된다.

도 10c는 상기 역설계 되지 않은 단조금형 및 역설계 되지 않은 트리밍 펀치(370)에 의해 보스 외경부를 트리밍한 후 이너레이스의 1차 변형량을 도시한 도면이다.

즉, 보스 외경부(A3 지점)를 트리밍한 후 이너레이스의 상단부는 외경이 X축 방향으로 0.3mm 내외, 상단부 내경은 -X축 방향으로 0.3mm 내외 치수만큼 변형되고, 이너레이스의 하단부는 외경이 X축 방향으로 0.3mm 내외 치수만큼 변형되었다.

이는 상기한 도 10a에서, 일반적인 트리밍 장치에서, 상부 금형의 트리밍 스트리퍼(371) 및 트리밍 펀치(370)가 보스 외경부를 트리밍 시, 단조품과의 여유간격(d1)이 0.3mm 내외이므로 발생된 변형치수라 할 수 있다.

이때, 트리밍 장치에서 상기 여유간격을 두는 이유는, 중심축에 대칭하는 원형의 복합 단조품의 특성 상, 복합 단조품의 진원도(眞圓度)가 모든 이너레이스 내외경에서 항상 일정한 것이 아니므로 공차가 존재하기 때문이다.

즉, 복합단조품의 이너레이스 상단부 내경을 지지하는 상형 보스 트리밍 스트리퍼(371)와, 복합단조품의 이너레이스 하단부 외경을 지지하는 하형 보스 트리밍 다이(350)와 복합단조품의 이너레이스 사이에는 각각 여유간격(d1)을 두어 진원도가 일정하지 않은 복합 단조품을 상기 트리밍 다이에 안착 가능하도록 하여 트리밍이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

한편, 본 발명의 실시예에서 상기 보스 외경부 트리밍 시, 복합 단조품이 지지되는 트리밍 장치의 여유간격(d1)을 0.3mm 내외로 설정하였으나, 이는 제조되는 복합 단조품의 사이즈에 따라 차이가 발생할 수도 있음은 물론이다.

따라서, 도 10c에서와 같이 상기 목표치수대로 설계된 단조금형에 의해 제조된 복합 단조품은, 상기 보스 외경 트리밍 공정에서 이너레이스의 변형을 초래하여, 이너레이스 상단부 외경이 X축 기준 -0.3mm, 하단부 외경이 +0.3mm만큼 변형될 수 있다.

따라서, 상기 트리밍 공정에서의 이너레이스 1차 변형을 고려한 역설계가 트리밍 장치뿐만 아니라, 트리밍 이전단계인 단조금형에서도 필요하다.

이를 위해 본 발명에서는, 이너레이스와 보스의 복합 단조품을 제조하기 위한 단조 금형을 목표치수와 똑같이 제작하는 것이 아니라, 보스 외경 트리밍 공정에서 발생되는 이너레이스의 치수 변형을 고려하여 제작할 수 있으며, 이에 대해서는 도 12 내지 도 13에 대한 설명에서 후술하기로 한다.

다음으로, 상기 도 9a 내지 도 9b에 따라 트리밍된 이너레이스 단조품(2-1)은 도 9c 내지 도 9d에 도시한 바와 같이 상형 금형의 타측 영역에 위치한 이너레이스 외경 피어싱 장치로 이동시키고, 상기 보스 하형 트리밍 다이(350)에는 제2 복합단조품(100-2)을 안착시켜 트리밍된 이너레이스 내경을 피어싱하는 한편, 제2 복합단조품(100-2)의 보스 외경부를 트리밍하는 공정을 동시에 진행할 수 있다.

한편, 도 9d에 도시한 바와 같이, 상형 금형세트가 하강하여 상형 금형의 일측 영역에서 제2 복합단조품(100-2)의 보스 외경부를 트리밍하는 동시에, 상형 금형의 타측 영역에 구비된 이너레이스 내경 피어싱 장치에 의해 도 9b 단계에서 트리밍된 이너레이스(2-1) 단조품의 내경부 스크랩을 제거하는 피어싱 공정을 진행하게 된다.

계속해서 도 9c 및 도 9d에 해당하는 제3, 제4, 제5의 복합 단조품(100-3,4,5...) 보스 외경부 트리밍 공정 및 상기 앞선 공정에서 트리밍된 제2, 제3, 제4의 이너레이스 내경부 피어싱 공정을 동시 반복적으로 진행하게 된다.

한편, 상기 도 9b의 보스 외경부 트리밍 단계에서 트리밍된 보스(4-2) 단조품은 금형 하부로 떨어지며, 이를 도 8b에서와 같이 별도의 금형, 즉 보스 내경부 피어싱 장치에 이동하여 안착시킨다. 이때, 상기 보스 하형 피어싱 다이(440)는 상기 보스 피어싱 영역(4a)만 개구된 형상으로, 기타 보스 몸체부(4b) 및 플랜지부(4c) 하부를 지지하는 상태로 구비된다. 다음으로, 보스 내경부 피어싱 장치의 상부 금형을 가압하여 보스 내경부 피어싱 이 이루어지게 된다.

한편, 상기 이너레이스의 치수변형은 상술한 도 9a 및 도 9b에 해당하는 보스 외경 트리밍 공정뿐만 아니라, 도 9c 및 도 9d에 해당하는 이너레이스 내경 피어싱 공정에서도 발생할 수 있다.

이를 보다 자세히 설명하면, 상기 도 9c 및 도 9d를 참조한 바, 상기 이너레이스 피어싱 펀치(360)에 의해 이너레이스 내경부의 피어싱 공정 시, 상기 이너레이스 단조품은 상형 피어싱 스트리퍼(361) 및 하형 이너레이스 피어싱 다이(340)에 의해 각각 지지된다.

즉, 상부 금형이 하부 금형에 가압되면서 상기 이너레이스 피어싱 펀치(360)가 이너레이스 내경을 피어싱함에 있어서, 상기 상부 금형의 상형 피어싱 스트리퍼(361)가 상기 이너레이스 상단부를 지지한 상태로, 또한 상기 하부 금형의 하형 이너레이스 피어싱 다이(340)가 상기 이너레이스의 하단부를 지지한 상태로 피어싱이 이루어지게 된다.

이때, 이너레이스 단조품(2-1)의 내경 피어싱 시에 이너레이스 외경부에 위치한 이너레이스의 상하단부를 각각 상형 피어싱 스트리퍼(361) 및 하형 이너레이스 피어싱 다이(340)가 양쪽에서 가압하는 상태가 되며, 피어싱 펀치(360)는 하강하며 이너레이스 하단의 스크랩부를 파단하게 된다. 이때, 이너레이스 하단의 스크랩 파단부에는 피어싱 펀치(360)에 의해 이너레이스의 외경방향으로 밀어내는 힘이 작용하므로, 이너레이스 상하단부에서 2차 변형을 일으키게 된다.

이하에서는 상기 도 9c 내지 도 9d에 해당하는 이너레이스 내경 피어싱 시 발생되는 이너레이스의 변형을 도 11a 내지 도 11c를 통해 설명하기로 한다.

도 11a 내지 도 11c는 역설계 미적용 시 피어싱 장치에 의해 이너레이스 내경부가 피어싱되는 과정을 도시한 도면이다.

즉, 목표치수를 갖는 단조금형에 의해 목표치수대로 제조된 복합 단조품의 보스 외경 트리밍 분리 시 1차 치수변형된 이너레이스가 피어싱 공정에서 2차 치수변형되는 과정을 도시하였다.

도 11a 내지 도 11c를 참조한 바, 상부 금형이 하부 금형에 가압되면서 상기 피어싱 펀치(360)가 이너레이스 내경을 피어싱함에 있어서, 보스와 분리된 이너레이스 단조품(2-1)은 상형 피어싱 펀치(360), 피어싱 스트리퍼(361) 및 하형 이너레이스 피어싱 다이(340)에 의해 각각 지지된다.

즉, 상기 이너레이스 단조품(2-1)의 내부에 위치하는 스크랩(scrap)은 이너레이스 내경부가 피어싱되면서 상부 금형의 피어싱 펀치(360)에 의해 가압되며 피어싱이 이루어지게 된다. 이와 동시에, 상기 이너레이스의 하단부가 상기 하부 금형의 이너레이스 피어싱 다이(340)에 의해 지지되는 한편, 피어싱 펀치(360)에 의해 스크랩이 파단되는 순간 이너레이스 하단부는 이너레이스 외경 방향으로 밀어내는 힘(P2)이 작용하게 되며, 이와 동시에 상부 금형이 피어싱을 위해 하강하면서 피어싱 스트리퍼(361)가 상기 이너레이스 상단부를 누르며 가압지지하게 된다.

이때, 도 11b에 도시한 바와 같이, 상기 스크랩이 파단되는 이너레이스(2-1')는 원통형 형상의 피어싱 펀치(360)가 하부로 가압되면서 이너레이스 하단의 스크랩 파단부를 이너레이스 외경방향으로 밀어내는 힘(P2)이 작용하게 된다.

따라서, 도 11c에 도시한 바와 같이, 상부 금형이 하부 금형으로 하강하면서, 상기 피어싱 펀치(360)에 의해 이너레이스 내경이 피어싱되는 순간, 이너레이스의 하단부는 외경 방향으로 밀어내는 힘(P2)에 의해 이너레이스의 하단부는 외경 방향으로의 치수 변형이 발생하게 되고, 이너레이스 하단부가 X축 양의 방향으로 뒤틀린다. 이와 반대편의 이너레이스 상단부는 X축 음의 방향으로, 즉 이너레이스 내경 방향으로의 변형이 발생하게 된다.

한편, 상기 피어싱 펀치(360)가 하부로 가압되며 이너레이스 하단의 파단부를 이너레이스 외경방향으로 밀어내는 힘이 작용할 때, 이너레이스 상단부 내경은 상부 금형의 피어싱 스트리퍼(361)에 의해 지지되며, 이너레이스 하단부 외경은 하부 금형의 이너레이스 피어싱 다이(340)에 의해 지지되므로 각각 이너레이스가 아무리 변형되더라도 지지부의 기본 간극(d2)을 벗어나는 것 이상의 뒤틀림 변형은 발생하지 않게 된다.

이때, 본 발명에서 상기 기본 간극(d2)은 피어싱 장치의 피어싱 스트리퍼(361) 및 피어싱 다이(340)와 이너레이스 단조품과의 X축 방향으로의 여유간격을 의미하며, 본 발명의 실시예에서 상기 여유간격은 0.3mm 내외로 설정될 수 있다.

이에 대해서는 상술한 도 10a 내지 10c에서의 트리밍 장치의 기본 간극(d1)과 동일한 개념이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

따라서, 상기 피어싱 펀치(360)가 이너레이스 내경부를 피어싱 시, 상기 이너레이스의 상하단부의 ±X축 방향으로의 치수변형은 최대 0.3mm 내외를 넘지 않게 된다.

도 11c는 상기 역설계 되지 않은 단조금형 및 역설계되지 않은 트리밍 펀치(370)에 의해 1차 변형된 이너레이스를 피어싱 펀치(360)에 의해 내경부 피어싱하여, 최종적으로 2차 변형된 이너레이스를 도시한 도면이다.

즉, 이너레이스 내경부(A1 지점)를 피어싱한 후 이너레이스의 상단부는 외경이 ?축 방향으로 0.6mm, 상단부 내경은 ?축 방향으로 0.6mm 치수만큼 누적 변형되고, 이너레이스의 하단부는 외경이 X축 방향으로 0.6mm 치수만큼 누적 변형되었다.

다만, 이는 상기 복합 단조품(100-1)의 보스 외경 트리밍 시에 이너레이스의 변형량에 누적된 변형 치수로, 실제 상기 이너레이스 피어싱 공정에 의해 변형된 치수는, 이너레이스의 상단부는 외경이 ?축 방향으로 0.3(0.6-0.3)mm, 상단부 내경은 ?축 방향으로 0.3(0.6-0.3)mm 치수만큼 변형되고, 이너레이스의 하단부는 외경이 X축 방향으로 0.3(0.6-0.3)mm 치수만큼 변형된 것이다.

한편, 도 10 내지 도 11의 트리밍 및 피어싱 공정에서의 1, 2차 누적 변형량을 고려하여, 보스 외경부 트리밍 장치 및 이너레이스 내경부 피어싱 장치는 역설계하지 않고, 단조금형만 역설계하여 이너레이스 상단부 외경이 +0.6mm, 하단부 외경이 -0.6mm의 복합 단조품으로 제조할 수만은 없다. 왜냐하면, 이너레이스 상단부는 내경이 지지되고, 이너레이스 하단부는 외경이 각각 지지되므로, 그렇게 되면 1단계 분리공정인 트리밍 장치의 기본간극보다 훨씬 큰 이너레이스 상하단부 내외경이 트리밍 장치에 안착조차 되지 않아 분리공정 진행이 어렵기 때문이다.

따라서, 본 발명에 따른 보스 외경부 트리밍에 의해 분리된 이너레이스 내경의 스크랩을 제거하기 위해, 이너레이스 내경 피어싱 공정에서 발생할 수 있는 이너레이스의 변형을 고려한 역설계는 분리공정 단계에 따라, 전후 공정들의 적정수준 변형량을 고려해야 한다. 즉, 본 발명에서 보스 외경 트리밍 전후공정인 단조공정 및 이너레이스 피어싱 공정에 해당하는 3단계 공정에 걸쳐 역설계가 고려되어야 할 필요성이 있다.

한편, 상기 이너레이스의 목표치수는 상술한 트리밍 및 피어싱에 의한 분리 공정에서 발생하는 치수변형뿐만 아니라, 열간 단조에 의해 단조품의 표면에 생성되는 산화스케일(scale) 두께도 고려되어야 한다. 스케일은 이너레이스와 보스의 복합단조품이 각각의 이너레이스 및 보스로 분리된 후, 쇼트피닝 공정에서 최종 단조품에서 제거되는 치수이다.

일반적으로, 본 발명에 따른 복합 단조품의 열간단조 제조 시 0.1mm 내외의 스케일이 발생할 수 있으며, 쇼트피닝 공정을 거친 후의 치수가 최종 단조품의 목표치수가 되도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 이너레이스 열간단조품을 쇼트피니싱 처리한 이후 스케일 두께 약 0.1mm가 제거되므로, 상단 내경 -0.1mm 및 하단 외경 +0.1mm 이던 치수가 이너레이스 단조품의 최종 목표치수(S0)와 같아지게 된다.

따라서, 본 발명에서 이너레이스 상단 내경부는 ?축 방향으로 약 0.1mm의 스케일 두께 및 이너레이스 하단 외경부는 +X축 방향으로 약 0.1mm의 스케일 두께를 주도록 단조품 목표치수를 설정하는 것이 바람직하다.

이를 위해 본 발명에서는, 이너레이스와 보스의 복합 단조품을 제조하기 위한 열간 단조 금형을 목표치수와 똑같이 제작하는 것이 아니라, 스케일 두께, 보스 외경 트리밍 공정에서 발생되는 이너레이스의 1차 치수 변형을 고려하는 한편, 이후 단계인 이너레이스 내경 피어싱 시 발생할 수 있는 이너레이스의 2차 치수 변형까지 함께 고려하여 이너레이스를 지지하는 트리밍 상하부 금형 및 피어싱 상하부 금형에도 치수 변형을 고려한 역설계의 방식으로 제작하는 것이 바람직하다.

즉, 복합 단조품의 단조공정, 트리밍공정, 피어싱공정에서 3단계로 치수 변형이 고려되어야 할 필요성이 있다.

이하에서는 상기 복합 단조품의 트리밍 및 피어싱 공정에 의한 1, 2차 이너레이스 변형 및 스케일 제거를 고려한 이너레이스와 보스의 복합 단조품 역설계 제조방법을 설명하기로 한다.

도 12a 및 도 12b는 본 발명에 따른 역설계가 적용된 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 열간 단조 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 13a 및 도 13b는 은 본 발명에 따른 역설계가 적용된 보스 외경부 트리밍 장치의 트리밍 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 14a 및 도 14b는 본 발명에 따른 역설계가 적용된 이너레이스 내경 피어싱 장치의 피어싱 공정을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 도 12a는 본 발명의 실시예에서 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100-1)의 분리공정인 보스 외경 트리밍 공정 시의 이너레이스 1차 변형과, 이후 이너레이스 내경 피어싱 공정 시의 이너레이스 2차 변형 및 스케일 두께를 함께 고려한 역설계에 따른 단조금형을 도시한 도면이고, 도 12b는 도 12a의 단조금형에 따라 역설계된 복합 단조품을 도시한 도면이다.

도 12a를 참조한 바, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 역설계된 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100-1)은 원하는 복합 단조품의 목표치수(S0)에 맞게 단조 금형 치수를 설정하지 않고, 상기 복합 단조품의 단조공정 이후의 보스 외경 트리밍 및 상기 보스 외경 트리밍 공정 이후의 이너레이스 내경 피어싱 공정에서 발생하는 이너레이스 형상의 1, 2차 변형치수를 고려하여 단조금형 치수(S1)를 역설계 할 수 있다.

이때, 최종 단조품 목표치수(S0)란 복합 단조품을 이너레이스와 보스로 분리하여 고객사로 유통함에 있어서, 고객이 원하는 치수로 제조되어 뒤틀림이 발생하지 않은 치수오차 0인 것을 의미한다.

즉, 고객사로 유통되는 이너레이스 최종 단조품을 예로들면, 이너레이스 상하단 내외경부의 치수오차가 각각 0인 것을 의미한다.

한편, 열간단조제품의 경우 최종 단조품으로부터 제거되는 0.1mm 내외의 스케일 두께를 고려하여, 이너레이스 상단 내외경부는 최종 목표치수보다 X축 방향으로 -0.1mm, 이너레이스 하단 외경부는 +0.1mm 치수, 즉 가공오차를 포함하도록 제작되는 것이 바람직하다.

따라서, 이러한 1, 2차 변형치수 및 스케일 두께를 고려한 단조금형 치수(S1)설계가 필요하며, 본 발명에서는 단조금형 역설계(도 12 참고), 보스 외경 트리밍 금형 역설계(도 13 참고) 및 이너레이스 내경 피어싱 금형 역설계(도 14 참고) 등 총 3차에 걸친 역설계로 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100-1)을 제조 및 분리할 수 있다.

한편, 본 발명에서 상기 목표치수 또는 후술하는 역설계 치수를 X축 방향 기준 ±로 명시한 것은 설명의 편의를 위함이며, 실제로 이너레이스 및 보스, 또는 이를 지지하는 트리밍장치 및 피어싱 장치의 스트리퍼나 다이는 원형 내지 원통형의 대칭형상을 이룬다.

따라서, 본 발명의 설명에서 -X축 방향은 원의 내경방향을 의미하고, +X축 방향은 원의 외경 방향을 의미하는 것이다.

이하에서는, 본 발명의 이해를 돕기 위해 이너레이스 내경 방향을 -X축 방향으로, 이너레이스 외경 방향을 +X축 방향으로 설명하도록 한다.

먼저, 도 12a를 참조한 바, 본 발명의 역설계를 통한 단조금형 치수(S1)는, 단조품 목표치수(S0)보다 X축 방향으로 이너레이스 상단 내외경이 -0.4mm, 이너레이스 하단 외경이 +0.6mm, 이너레이스 상하단 내외경부의 뒤틀림 변형에 대한 이너레이스 하단 경사각이 단조품 목표치수인 89˚ 보다 2˚ 작은 87˚로 역설계하는 것이 바람직하다.

이는, 상술한 보스 외경 트리밍 공정 시 이너레이스의 1차 변형치수, 이너레이스 내경 피어싱 공정 시 이너레이스의 2차 변형치수 및 스케일 두께를 고려해 역설계된 단조금형 치수(S1)이다.

이와 같이 상기 역설계된 단조 금형에 의해 제조된 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100-1) 역시, 도 12b를 참조한 바 단조금형 치수와 동일한 치수의 단조품으로 제작되며, 즉 단조품 목표치수(S0)보다 이너레이스 상단 외경이 +0.4mm, 이너레이스 하단 외경이 -0.6mm이고, 이너레이스 하단 경사각이 단조품 목표치수(S0)인 89˚ 보다 2˚ 작은 87˚로 제조될 수 있다.

이때, 본 발명에서 상기 역설계 금형치수 및 이너레이스 단조품의 상단 또는 하단의 내외경부 치수는 ±0.2mm의 오차를 포함할 수 있다.

또한, 후술하는 이너레이스 단조품의 상단 또는 하단의 내외경부를 지지하는 역설계된 보스 외경 트리밍 장치 및 역설계된 이너레이스 피어싱 장치 역시, ±0.2mm의 오차를 포함할 수 있다.

다음으로, 상기 역설계된 단조 금형에 의해 제조된 역설계 치수(S1)를 갖는 복합 단조품(100-1)은 트리밍 공정에 의해 1차 이너레이스 변형이 발생하게 된다.

도 13a는 본 발명의 실시예에서 상기 도 12a의 단조금형을 통해 역설계 제조된 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100-1)을 분리하는 것으로, 즉 보스 외경 트리밍 공정 시 이너레이스 1차 변형과, 이후 이너레이스 내경 피어싱 공정 시 이너레이스 2차 변형 및 스케일 두께를 함께 고려한 2차 역설계에 따른 트리밍 장치를 도시한 도면이다.

도 13b는, 도 13a의 트리밍 장치에 의해 트리밍된 이너레이스의 1차 변형량을 도시한 도면이다.

먼저, 도 13a를 참조한 바, 상기 도 12b와 같이 역설계된 단조금형 치수(S1)대로 제조된 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100-1)은, 보스 외경부 트리밍을 통해 보스 외경부의 이너레이스(2-1)와 이너레이스 내경부의 보스(4-1)로 분리된다.

이때, 상기 역설계된 단조품(100-1)은 트리밍 장치의 상부 트리밍 스트리퍼(371) 및 하부 트리밍 다이(350)에 안착되는데, 이때 상기 상부 트리밍 스트리퍼(371) 및 하부 트리밍 다이(350) 역시 단조금형과 마찬가지로 2차 역설계된 치수(S2)를 가질 수 있다.

즉, 도 13a를 참조한 바, 본 발명의 역설계를 통한 트리밍 장치는, 역설계된 단조금형 치수(S1)에 의해 제조된 단조품 치수(S1)보다 X축 기준으로 이너레이스 상단 내경이 -0.3mm, 이너레이스 하단 외경이 +0.4mm로 역설계된 치수(S2)를 갖는 것이 바람직하다.

보다 상세히는, 상기 트리밍 장치의 역설계 치수(S2)는, 상기 역설계 단조금형에 의해 제조된 복합 단조품(100-1) 치수(S1)와 비교하여, 상기 이너레이스 단조품 상단 내경을 지지하는 상부 트리밍 스트리퍼(371)가 상기 이너레이스 상단 내경방향(X축 음의방향)으로 0.3mm만큼의 사이 간극(d3)을 포함하고, 상기 이너레이스 단조품 하단 외경을 지지하는 하부 트리밍 다이(350)가 상기 이너레이스 단조품 치수(S1)보다 이너레이스 하단 외경방향(X축 양의방향)으로 0.4mm의 사이 간극(d3')을 포함하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기와 같이 역설계된 트리밍 장치를 통해, 도 13b를 참조한 바, 단조 금형을 통해 1차 변형 치수(S1)로 역설계 제조된 이너레이스와 보스의 복합 단조품(100-1)의 트리밍 시, 트리밍 장치 치수(S2)와 동일한 치수, 즉 이너레이스 상단 내외경이 -0.3mm, 이너레이스 하단 외경이 +0.4mm로 트리밍되며, 즉 앞선 단조금형 치수(S1)보다 이너레이스 상단 내외경이 +0.1mm(S1 단조품 +0.4에서 트리밍 후 -0.3만큼 변형된 치수), 이너레이스 하단 외경이 -0.2mm(S1 단조품 -0.6에서 트리밍 후 +0.4만큼 변형된 치수)를 갖는 2차 변형된 이너레이스 단조품(2-1)을 얻을 수 있다.

다음으로, 상기 역설계된 단조 금형에 의해 제조된 역설계 치수(S1)를 갖는 복합 단조품(100-1)은 트리밍 공정에 의해 1차 이너레이스 변형이 발생한 후, 피어싱 공정에 의해 2차 이너레이스 변형이 발생하게 된다.

도 14a는, 본 발명의 실시예에서 상기 도 13a를 통해 보스 외경이 트리밍된 이너레이스(2-1)의 내경 피어싱 공정 시의 이너레이스 2차 변형을 고려한 역설계에 따른 피어싱 금형을 도시한 도면이다.

도 14b는, 도 14a의 피어싱 금형에 의해 피어싱된 이너레이스의 2차 변형량을 도시한 도면이다.

먼저, 도 14a를 참조한 바, 상기 도 13a와 같이 역설계된 트리밍 장치의 치수(S2)대로 트리밍된 이너레이스 단조품(2-1)은, 이너레이스 내경부 피어싱을 통해 이너레이스 내경부 스크랩이 분리된 최종 이너레이스 단조품(2-1')으로 분리된다.

이때, 상기 역설계 트리밍 장치에 의해 트리밍된 이너레이스 단조품(2-1)은 피어싱 장치의 상부 피어싱 스트리퍼(361) 및 하부 피어싱 다이(340)에 안착되는데, 이때 상기 상부 피어싱 스트리퍼(361) 및 하부 피어싱 다이(340) 역시 상기 단조금형 및 트리밍 장치와 마찬가지로 3차 역설계된 치수(S3)를 가질 수 있다.

즉, 도 14a를 참조한 바, 본 발명의 역설계를 통한 피어싱 장치는, 역설계된 트리밍 장치에 의해 트리밍 된 단조품(S2)의 치수보다 X축 기준으로 이너레이스 상단 내외경이 -0.2mm, 이너레이스 하단 외경이 +0.3mm으로 역설계된 치수(S3)를 갖는 것이 바람직하다.

보다 상세히는, 상기 피어싱 장치의 역설계 치수(S3)는, 상기 역설계 트리밍 장치에 의해 트리밍된 이너레이스 단조품(2-1) 치수와 비교하여, 상기 트리밍된 이너레이스 단조품 상단 내경을 지지하는 상부 피어싱 스트리퍼(361)가 상기 이너레이스 상단 내경방향(X축 음의방향)으로 0.2mm만큼의 사이 간극(d4)을 포함하고, 상기 트리밍된 이너레이스 단조품 하단 외경을 지지하는 하부 피어싱 다이(340)가 상기 트리밍된 이너레이스 단조품(2-1) 치수보다 이너레이스 하단 외경방향(X축 양의방향)으로 0.3mm의 사이 간극(d4')을 포함하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기와 같이 역설계된 피어싱 장치를 통해, 도 14b를 참조한 바, 트리밍 장치를 통해 2차 변형 치수(S2)로 역설계 제조된 이너레이스 단조품(2-1)의 피어싱 시, 피어싱 장치 치수(S3)와 동일한 형상, 즉 이너레이스 상단 내외경이 -0.1mm, 이너레이스 하단 외경이 +0.1mm로 트리밍되며, 즉 앞선 트리밍 장치 치수(S2)보다 이너레이스 상단 내외경이 -0.1mm(S2 단조품 +0.1에서 피어싱 후 -0.3만큼 변형된 치수), 이너레이스 하단 외경이 +0.1mm(S2 단조품 -0.2에서 피어싱 후 +0.3만큼 변형된 치수)를 갖는 3차 변형된 최종 이너레이스 단조품(2-1')을 얻을 수 있다.

상기한 바와 같이 역설계된 피어싱 장치에 의해 피어싱된 역설계 치수를 갖는 복합 단조품(2-1')은 최종적으로 스케일 여유 두께를 포함하여, 이너레이스 상단 내외경이 -0.1mm이고, 이너레이스 하단 외경이 +0.1mm인 이너레이스 단조품(2-1')을 생성하게 되므로, 최종 목표 치수(S0)에 근접한 단조품을 얻을 수 있다.

한편, 이너레이스 열간단조품을 쇼트피니싱 처리한 이후 스케일 두께 약 0.1mm가 제거되므로, 상단 내경 -0.1mm 및 하단 외경 +0.1mm 이던 치수는 이너레이스 단조품의 최종 목표치수(S0)와 같아지게 된다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 복합 단조품 역설계 제조방법을 통해, 이너레이스와 보스는 3단계 역설계 제조되어 최종 목표 단조품 치수에 근사한 이너레이스 단조품을 얻을 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 이너레이스와 보스의 복합 단조품 분리장치는, 하나의 금형세트에 보스 외경부 트리밍 장치 및 이너레이스 내경부 피어싱 장치를 포함하여, 보스 외경부 트리밍 및 이너레이스 내경부 피어싱이 순차적으로 이루어지게 되고, 별도의 보스의 내경부 피어싱 장치를 더 포함하여 트리밍된 보스 내경부의 피어싱의 3단계 공정을 통해 최소한의 공정으로 이너레이스와 복스의 복합 단조품을 분리할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 별도의 보스 내경부 피어싱 장치를 더 포함하여 상기 보스 외경부 트리밍이 장치에 의해 트리밍된 보스를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 복합 단조품의 트리밍 및 피어싱 공정에 의한 1, 2차 이너레이스 변형 및 스케일 제거를 고려한 이너레이스와 보스의 복합 단조품 역설계 제조방법을 통해, 이너레이스와 보스의 복합 단조품을 변형 없이 최소한의 공정으로 목표치수에 근접하게 분리할 수 있는 효과가 있다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 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.

Claims

중공부 영역이 구비된 이너레이스 열간 단조품 영역; 및 상기 중공부 영역에 위치하되, 둘레에 플랜지부 및 내경에 보스중공부 영역이 구비된 보스 열간 단조품 영역;을 포함하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법에 있어서,
상기 복합 단조품을 열간단조 제조하는 단계;
상기 열간단조 제조된 복합 단조품을 보스 외경 트리밍 장치로 트리밍해 이너레이스와 보스를 분리하는 단계; 및
상기 트리밍된 이너레이스를 이너레이스 내경 피어싱 장치로 피어싱해 스크랩을 제거하는 단계; 를 포함하고,
상기 복합 단조품을 열간단조 제조하는 단조금형은, 상기 보스와 분리된 이너레이스 단조품의 최종 목표치수(S0)가 아닌 변형량을 고려한 역설계 치수(S1)를 포함하고 상기 보스와 분리된 이너레이스 단조품의 최종 목표치수(S0)는, 열간단조시 생성되는 스케일(Scale) 두께를 포함하고,
상기 스케일 두께는, 이너레이스 상단 내경이 내경방향(X축 음의방향)으로 0.1mm 이상이고, 이너레이스 하단 외경이 외경방향(X축 양의방향)으로 0.1mm 이상인 것을 특징으로 하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법.
삭제
중공부 영역이 구비된 이너레이스 열간 단조품 영역; 및 상기 중공부 영역에
위치하되, 둘레에 플랜지부 및 내경에 보스중공부 영역이 구비된 보스 열간 단조품 영역;을 포함하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법에 있어서,
상기 복합 단조품을 열간단조 제조하는 단계;
상기 열간단조 제조된 복합 단조품을 보스 외경 트리밍 장치로 트리밍해 이너레이스와 보스를 분리하는 단계; 및
상기 트리밍된 이너레이스를 이너레이스 내경 피어싱 장치로 피어싱해 스크랩을 제거하는 단계; 를 포함하고,
상기 복합 단조품을 열간단조 제조하는 단조금형은, 상기 보스와 분리된 이너레이스 단조품의 최종 목표치수(S0)가 아닌 변형량을 고려한 역설계 치수(S1)를 포함하고,
상기 단조금형의 역설계 치수(S1)는,
상기 이너레이스 단조품의 최종 목표치수(S0)보다, 이너레이스 상단 내경이 외경방향(X축 양의방향)으로 0.4mm, 이너레이스 하단 외경이 내경방향(X축 음의방향)으로 0.6mm 차이가 나는 것을 특징으로 하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법.
제 3항에 있어서,
상기 보스 외경 트리밍 장치는,
상기 단조금형에 의해 제조된 이너레이스 단조품의 트리밍 시 변형량을 고려해 역설계 치수(S2)를 갖도록 구성되는, 상단 내경을 지지하는 상부 트리밍 스트리퍼 및 하단 외경을 지지하는 하부 트리밍 다이를 포함하고,
상기 보스 외경 트리밍 장치의 역설계 치수(S2)는,
상기 단조금형에 의해 제조된 복합 단조품 치수(S1)와 비교하여, 상기 이너레이스 단조품 상단 내경을 지지하는 상부 트리밍 스트리퍼가 상기 이너레이스 상단 내경방향(X축 음의방향)으로 0.3mm만큼의 사이 간극(d3)을 포함하고, 상기 이너레이스 단조품 하단 외경을 지지하는 하부 트리밍 다이가 상기 이너레이스 단조품 치수(S1)보다 이너레이스 하단 외경방향(X축 양의방향)으로 0.4mm의 사이 간극(d3')을 포함하는 것을 특징으로 하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법.
제 4항에 있어서,
상기 보스 외경 트리밍 장치에 의해 트리밍된 이너레이스 단조품은,
상기 단조금형에 의해 제조된 복합 단조품 치수(S1)와 비교해, 이너레이스 상단 내경이 내경방향(X축 음의방향)으로 0.3mm, 이너레이스 하단 외경이 외경방향(X축 양의방향)으로 0.4mm의 변형량을 갖도록 트리밍되어,
이너레이스 단조품의 최종 목표치수(S0)에 비해, 이너레이스 상단 내경이 +0.1mm, 이너레이스 하단 외경이 -0.2mm인 것을 특징으로 하는 너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법.
제 4항에 있어서,
상기 이너레이스 내경 피어싱 장치는,
상기 트리밍 장치에 의해 트리밍된 이너레이스 단조품의 피어싱 시 변형량을 고려해 역설계 치수(S3)를 갖도록 구성되는, 상단 내경을 지지하는 상부 피어싱 스트리퍼 및 하단 외경을 하부 피어싱 다이를 포함하고,
상기 피어싱 장치의 역설계 치수(S3)는,
상기 트리밍 장치에 의해 트리밍된 이너레이스 단조품 치수와 비교하여, 상기 트리밍된 이너레이스 단조품 상단 내경을 지지하는 상부 피어싱 스트리퍼가 상기 이너레이스 상단 내경방향(X축 음의방향)으로 0.2mm만큼의 사이 간극(d4)을 포함하고, 상기 트리밍된 이너레이스 단조품 하단 외경을 지지하는 하부 피어싱 다이가 상기 트리밍된 이너레이스 단조품 치수보다 이너레이스 하단 외경방향(X축 양의방향)으로 0.3mm의 사이 간극(d4')을 포함하는 것을 특징으로 하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법.
제 6항에 있어서,
상기 이너레이스 내경 피어싱 장치에 의해 피어싱된 이너레이스 단조품은,
상기 트리밍 장치에 의해 트리밍된 이너레이스 단조품 치수(S2)와 비교해, 이너레이스 상단 내경이 내경방향(X축 음의방향)으로 0.3mm, 이너레이스 하단 외경이 외경방향(X축 양의방향)으로 0.3mm의 변형량을 갖도록 피어싱되어,
이너레이스 단조품의 최종 목표치수(S0)에 비해, 이너레이스 상단 내경이 -0.1mm, 이너레이스 하단 외경이 +0.1mm인 것을 특징으로 하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법.
제 1항, 제3항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이너레이스 단조품의 상하단 내외경부 치수는 ±0.2mm의 오차를 포함하고,
상기 단조금형, 보스 외경 트리밍 장치 및 이너레이스 내경 피어싱 장치의 역설계 치수는 ±0.2mm의 오차를 포함하는 것을 특징으로 하는 이너레이스와 보스의 복합 단조품의 제조방법.