KR101767326B1

KR101767326B1 - 기어 제조 방법

Info

Publication number: KR101767326B1
Application number: KR1020150191174A
Authority: KR
Inventors: 이광희
Original assignee: 이광희
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2015-12-31
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2035-12-31
Also published as: KR20170080024A

Abstract

본 발명은 소재 준비 단계와, 소재에 치형을 절삭하여 복수의 기어치(21)를 가지는 기어 반제품을 제조하는 단계(ST-110, 치형 절삭 단계)와, 치형 절삭된 기어 반제품을 열처리하는 단계(ST-120, 열처리 단계)와, 열처리 된 기어 반제품을 전조하는 단계(ST-130, 전조 단계)로 이루어지며; 상기 치형 절삭된 기어 반제품(20)의 기어치(21)에는 원주 방향 양측으로 여유살부(28)가 구비되며, 상기 전조 단계(ST-130)에서는 전조 다이에 의하여 여유살부가 가압되어 기어 반제품이 기어로 제조되는 기어 제조 방법에 관한 것이다.

Description

기어 제조 방법{A Manufacturing Method Of Gear}

본 발명은 기어 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제조 공정이 간단하고, 고정밀 및 고품질의 기어 제조가 가능하며, 제조 비용과 시간이 절감되는 기어 제조 방법에 관한 것이다.

기어는 절삭 가공, 방전 가공 및 소성 가공 등의 방법에 의하여 제조된다. 절삭 가공방법으로는 호브 절삭법, 피니언 커터법, 랙 커터법이 있으며, 절삭 가공에서는 일반적으로 CNC 호빙머신을 이용한다. CNC 호빙머신의 테이블에 가공물을 장착한 후에 가공물을 테이블로 회전시키면서 가공한다. 일반적으로 차량 또는 감속기 등의 기어를 가공할 경우에는 소음저감의 목적으로 호빙 가공 후에 치형 다듬질인 세이빙 가공을 하여 표면 조도 개선과 동시에 리드 크라우닝 등 치형 수정을 하게 된다. 특히 정숙성나 정밀도를 요구하는 고급 차종 또는 공작기계에 사용되는 기어는 고정밀도를 요구하므로, 열처리한 후 치연삭을 함으로써, 고정밀도의 기어 를 생산한다.

도 1은 기어의 일부를 개략적으로 도시한 것으로, 기어(10)는 원주 방향을 따라 복수의 치(11)를 가진다. 도 1에서 도면부호 13은 피치원을, 15는 이끝원을, 19는 이뿌리원을, θ은 압력각을, 19는 인벌류트 치형에서의 기초원을 도시한 것이다. 기어의 표준 압력각(θ)은 14°, 20°, 25°이다. 이들에 대한 구체적인 설명은 주지의 내용이므로 생략한다.

도 2는 종래의 절삭 가공에 의한 기어 제조 단계를 도시한 것으로, 냉간 또는 열간 단조를 하고 가공전 열처리(어닐링 또는 노멀라이징)를 하여 소재를 준비한다(ST-10). 준비된 소재는 선삭에 의하여 필요한 외경 및 내경을 가지도록 가공한다(ST-20).

그리고 치형 절삭을 하여 기어 형태로 가공한다(ST-30). 치형 절삭은 호빙, 쉐이빙 및 밀링 등의 방법으로 가공한다. 가공된 치형을 검사하고(ST-40), 열처리를 하며(ST-50), 연마 가공(ST-60)을 하고 검사(ST-70)를 거쳐 출하하게 된다.

상기에서 열처리는 재료나 용도 등에 따라 침탄 담금질 후 템퍼링을 하거나, 고주파 열처리를 하여 표면 경도는 높게 하는 한편, 심부 경도는 표면보다 낮은 값을 가지도록 한다.

일반적으로 표면 경도는 HRc 55∼63 범위가 되도록 하며, 경화깊이는 0.8∼1.4㎜ 범위가 되도록 열처리를 한다.

상기와 같은 치형 절삭(ST-30) 후 열처리 공정(ST-50)을 통하여 기어를 제조하는 경우, 변형에 의해 가공기어의 변형 및 정밀도가 떨어지는 단점이 있다. 또한, 연마 공정(Tooth Grinding)의 경우는 열처리 후에 수행되기 때문에 고정밀도의 기어 생산은 가능하나 생산성의 저하로 생산단가가 높아지고 대량생산이 어렵다는 문제점이 있었다.

또한, 전조 가공의 경우에는 압력각(θ)을 표준 압력각의 크기로 제조하는 것이 매우 어렵고, 40°정도의 크기로 제조되는 문제점이 있었다.

1) 대한민국 등록번호 제10-0237124호 등록특허공보 2) 대한민국 공개번호 제10-2003-0033032호 공개특허공보 3)대한민국 등록번호 제10-0716344호 등록특허공보 4) 대한민국 등록번호 제10-0848784호 등록특허공보

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해격하기 위하여 제안된 것으로, 열처리 온도를 낮출 수 있으므로 열처리에 의한 왜곡 발생이 감소하고, 기어의 정밀도는 향상되고, 기어 제조 시간과 비용이 절감되며, 정밀 기어의 대량 생산이 가능한 기어 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은 소재 준비 단계와, 소재에 치형을 절삭하여 복수의 기어치를 가지는 기어 반제품을 제조하는 단계(치형 절삭 단계)와, 치형 절삭된 기어 반제품을 열처리하는 단계(열처리 단계)와, 열처리 된 기어 반제품을 전조하는 단계(전조 단계)로 이루어지며; 상기 치형 절삭된 기어 반제품의 기어치에는 원주 방향 양측으로 여유살부가 구비되며, 상기 전조 단계에서는 여유살부가 전조 다이에 가압되어 기어 반제품이 기어로 제조되는 기어 제조 방법을 제공한다.

상기에서, 여유살부의 두께는 피치원에서 최대가 되며 이끝원과 이뿌리원으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 제조되는 기어는 인버류트 기어이고, 상기 여유살부는 이끝원에서 기초원까지의 범위에서 구비되며, 상기 여유살부의 두께는 피치원에서 최대인 것을 특징으로 한다.

상기에서, 여유살부의 두께는 피치원에서 최대가 되며, 피치원에서 상기 여유살부의 두께는 100∼200㎛ 범위로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 여유살부의 두께는 피치원에서 최대가 되며, 피치원에서 여유살부의 두께와 열처리 단계 후의 경도는 반비례 관계를 가지도록, 기어 반제품에 여유살부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 열처리 단계에서는 열처리 단계 후의 기어 반제품의 여유살부의 표면 경도가 기어 최종 경도의 70∼85％ 범위가 되도록 열처리되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르는 기어 제조 방법에 따르면, 열처리 온도를 낮출 수 있으므로 열처리에 의한 왜곡 발생이 감소하고, 기어의 정밀도는 향상되고, 기어 제조 시간과 비용이 절삭 가공 방법에 대비할 때 30％감소 되는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 기어의 일부를 도시한 정면도이며,
도 2은 종래 기술에 의한 치형 절삭 기어 제조 방법을 도시한 순서도이며,
도 3은 본 발명에 따르는 기어 제조 방법을 도시한 순서도이며,
도 4는 본 발명에 따르는 기어 제조 방법에서 기어로 제조될 기어 반지품의 일부를 도시한 정면도이다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 기어 제조 방법에 대하여 설명한다. 설명에서 종래 기술과 중복되는 부분에 대한 기재는 생략한다.

도 3은 본 발명에 따르는 기어 제조 방법을 도시한 순서도이며, 도 4는 본 발명에 따르는 기어 제조 방법에서 기어로 제조될 기어 반지품의 일부를 도시한 정면도이다.

본 발명에 따르는 기어 제조 방법은 소재 준비 단계와, 소재에 치형을 절삭하여 복수의 기어치(21)를 가지는 기어 반제품(20)을 제조하는 단계(ST-110, 치형 절삭 단계)와, 치형 절삭된 기어 반제품을 열처리하는 단계(ST-120, 열처리 단계)와, 열처리 된 기어 반제품을 전조하는 단계(ST-130, 전조 단계)로 이루어진다.

상기 치형 절삭된 기어 반제품(20)의 기어치(21)에는 원주 방향 양측으로 여유살부(28)가 구비되며, 상기 전조 단계(ST-130)에서는 전조 다이에 의하여 여유살부(28)가 가압되어 기어 반제품(20)이 기어로 제조된다. 전조 단계(ST-130)에서의 전조 다이 등에 대한 기술 내용은 종래의 기술에 대응되는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 소재 준비 단계에서는 기어로 제조될 소재를 준비하는 단계로서, 종래 기술의 소재 준비 단계에 대응되는 구성으로서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 상기 치형 절삭 단계(ST-110)에서는 소재 준비 단계에서 준비된 소재의 외경 또는 내경에 치형을 절삭하며, 치형 절삭 방법은 종래 기술과 같이 밀링, 호빙, 쉐이핑 등의 방법으로 기어 반제품(20)을 제조할 수 있다.

본 발명의 설명에서 기어 반제품(20)은 치형 절삭 단계(ST-110)에서 가공되어 형성된 복수의 기어치(21)를 가지는 것으로 열처리 단계(ST-120)를 거치고 전조 단계(ST-130)를 거쳐 기어 완제품으로 제조될 중간 제품을 의미하며, 열처리 단계(ST-120) 후의 중간 제품도 기어 반제품으로 하여 설명한다.

상기 치형 절삭 단계(ST-110)에서 가공된 기어 반제품(20)은 복수의 기어치(21)를 가지며, 상기 기어치(21)는 최종 기어로 형성될 외면(21a)의 외측인 원주 방향 양측에 여유살부(28)가 구비된다. 상기에서 외면(21a)은 최종 기어로 형성될 가상의 외면이 된다.

상기 여유살부(20)의 두께는 피치원(23)에서 최대가 되며, 피치원(23)에서 여유살부(28)의 두께(t)는 100∼200㎛ 범위가 되도록 구비된다. 상기 여유살부(28)의 두께(t)는 이끝원(25)과 이뿌리원으로 갈수록 감소하는 형태를 가지는 것이 바람직하다. 열처리 단계(ST-120) 후 여유살부(20)의 표면이 전조 다이에 의하여 가압되어 기어치(21)가 최종의 외면(21a) 크기를 가지도록 성형될 때, 피치원(23)에서 최대의 두께(t)를 가지므로 피치원(23)에서 성형 변형량이 최대로 되고, 이끝원과 이뿌리원으로 갈수록 성형 변형량이 감소하게 된다. 따라서 전조 가공 후 피치원(23)에서 전조 가공에 의한 경화 깊이가 최대가 되고, 경도도 최대가 된다.

제조되는 기어가 인벌류트 기어인 경우에, 상기 여유살부(28)는 이끝원에서 기초원까지의 범위에서 구비된다. 이때도, 상기 여유살부(28)의 두께(t)가 피치원에서 최대가 되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 열처리 단계(ST-120)에서는 열처리 단계(ST-120) 후의 기어 반제품(20)의 여유살부(28)의 표면 경도가 기어의 표면 경도의 70∼85％ 범위가 되도록 열처리된다. 열처리 단계(ST-120)에서 기어 반제품(20)은 침탄 경화 열처리되거나 고주파 열처리되어 표면층만 경화된다. 침탄 경화 열처리되는 경우 소재의 예로 SNCM420, SNCM518H 등을 들 수 있다. 일반적인 기어의 표면 경도가 55∼63HRc이므로, 본 발명에 따르는 기어 제조 방법을 이루는 열처리 단계에서는 표면 경도가 38∼54HRc 범위가 되도록 열처리된다. 침탄 담금질 열처리에서 가열 온도를 낮게 하는 방법에 의하여 표면 경도를 낮출 수 있다.

상기에서 여유살부(28)의 두께(t)와 열처리 단계 후의 경도는 반비례 관계를 가지도록 설정하여 제조하는 것도 가능하다. 예를 들어, 제품 기어의 표면 경도를 60HRc로 하는 경우, 여유살부(28)의 두께(t)를 크게 하면 열처리 단계(ST-120) 후의 표면 경도를 낮게 하고, 열처리 단계(ST-120) 후의 열처리 경도를 높게 하는 경우 여유살부(28)의 두께(t)를 작게 하는 것이 가능하다.

상기 여유살부(20)의 두께는 피치원(23)에서 최대가 되며, 피치원(23)에서 여유살부(28)의 두께(t)는 100∼200㎛ 범위가 되도록 하며, 상기 열처리 단계(ST-120)에서는 열처리 단계(ST-120) 후의 기어 반제품의 여유살부(28)의 표면 경도가 기어 최종 경도의 70∼85％ 범위가 되도록 열처리되는 경우, 전조 단계(ST-130)를 거쳐 여유살부(28)가 가압되고, 기어치(21)가 최종 가공 기어치의 크기로 성형되며, 표면 경도는 55∼63HRc 범위로 된다.

상기와 같은 단계를 거쳐 기어가 제조됨으로써, 열처리에 의한 왜곡은 거의 발생하지 않고 열처리에 소요되는 비용이 절감되는 한편, 제조된 기어는 표면 경도 구배의 조정이 가능하게 되고, 표면 조직도 개선되며, 표면 거칠기 품질도 고품질의 기어 정도로 맞출 수 있게 된다. 표면 경도는 여유살부(20)의 두께에 따라 달라지므로 여유살부(20)의 두께를 기어치(21)의 표면에 다르게 형성함으로써 원하는 부분에서 원하는 표면 경도를 형성하는 것이 가능하게 된다.

20: 기어 반제품 21: 기어치
28: 여유살부

Claims

소재 준비 단계와, 소재에 치형을 절삭하여 복수의 기어치(21)를 가지는 기어 반제품을 제조하는 단계(ST-110, 치형 절삭 단계)와, 치형 절삭된 기어 반제품을 열처리하는 단계(ST-120, 열처리 단계)와, 열처리 된 기어 반제품을 전조하는 단계(ST-130, 전조 단계)로 이루어지며; 상기 치형 절삭된 기어 반제품(20)의 기어치(21)에는 원주 방향 양측으로 여유살부(28)가 구비되며, 상기 전조 단계(ST-130)에서는 전조 다이에 의하여 여유살부(28)가 가압되어 기어 반제품이 기어로 제조되며; 상기 여유살부(28)의 두께(t)는 피치원에서 최대가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기어 제조 방법.
제1 항에 있어서, 상기 여유살부(28)의 두께(t)는 피치원에서 이끝원과 이뿌리원으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 기어 제조 방법.
제1 항에 있어서, 제조되는 기어는 인버류트 기어이고, 상기 여유살부(28)는 이끝원에서 기초원까지의 범위에서 구비되는 것을 특징으로 하는 기어 제조 방법.
제1 항에 있어서, 상기 여유살부(28)의 두께(t)는 피치원에서 100∼200㎛ 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 기어 제조 방법.
제1 항에 있어서, 상기 여유살부(28)의 두께(t)와 열처리 단계 후의 경도는 반비례 관계를 가지도록, 기어 반제품에 여유살부(28)가 형성되는 것을 특징으로 하는 기어 제조 방법.
제1 항 또는 제4 항에 있어서, 상기 열처리 단계(ST-120)에서는 열처리 단계(ST-120) 후의 기어 반제품의 여유살부(28)의 표면 경도가 기어 최종 경도의 70∼85％ 범위가 되도록 열처리되는 것을 특징으로 하는 기어 제조 방법.