단조에 의한 성형 방법 및 케이스의 성형 방법

단조에 의한 성형 방법 및 케이스의 성형 방법{MOLDING METHOD BY FORGING AND MOLDING METHOD FOR CASE}

본 발명은 단조에 의한 성형 방법 및 케이스의 성형 방법에 관한 것이다.

종래부터, 각종 기계 부품 등은 비용적인 면에서 단조에 의해 제작되는 경우가 많지만, 이 경우 그 중간 제품으로서 평판형 소재의 중심부에 패딩한 형상의 것이 필요해지는 경우가 많이 생긴다. 예컨대, 스프로킷, 기어, 풀리, 캠, 링크, 부착 브래킷 등의 부품 제작의 경우이다.

또한, 다양한 분야에 있어서, 내측에 보스를 설치한 캡 형상의 케이스가 널리 이용되고 있다. 예컨대, 내연 기관의 기통 내에 연료를 분사 공급하는 분사 장치의 전자 제어 밸브의 케이스로서, 컵 형상의 부재이며 그 내측에 전자 코일 및 자심(慈芯)을 조립 부착하기 위한 내부 보스가 일체로 형성되어 있는 부재가 이용되고 있다. 이와 같은 내부 보스가 달린 컵 형상 케이스도 또한, 비용적인 면에서 단조에 의해 형성되는 경우가 많아, 이 경우에도 그 중간 제품으로서 평판형 소재의 중심부에 패딩한 형상의 것이 필요해진다.

이와 같이, 소재를 단조에 의해 성형하고자 하는 경우에 있어서, 평판형 소재의 중심부에 패딩한 형상의 중간 제품을 필요로 하는 경우, 종래에서는 저 탄소강의 둥근 막대를 절단하여 얻어진 원주형의 소재를 가압 성형 가공하는 방법에 의해 제작되는 것이 일반적이다.

또, 일본 특허 공개 제2000-94088호 공보에는, 단조한 슬래브를 구(球) 형상화 어닐링하고, 쇼트 본더라이징 처리(shot bonderizing treatment)를 한 소재를 이용하여 내부 보스가 달린 컵을 성형하도록 한 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 의한 경우, 둥근 막대 강재의 절단 공정을 포함하므로, 둥근 막대의 직경은 비교적 작은 것으로서 절단 비용의 줄이기를 도모하고, 절단한 둥근 막대 부재를 단조함으로써 내부 보스가 달린 컵의 성형에 적합한 두께 형상의 소재로 하고 있다. 또한, 이와 같은 수고를 줄이기 위해, 평판형의 강재(슬래그)를 준비하여, 단조에 의해 내부 보스가 달린 케이스를 성형하는 방법도 공지한다.

그러나, 그와 같은 중간 제품을 저 탄소강의 둥근 막대를 절단하여 얻어진 원주형의 소재를 가압 성형 가공함으로써 얻은 방법에 따르면, 절단 비용이 높아 최종 제품의 비용도 상승해 버린다고 하는 과제가 있다.

또한, 판형의 소재를 이용하여 내부 보스가 달린 컵 형상 케이스를 단조에 의해 성형하고자 하면, 비교적 얇은 판형의 소재를 전방 압출에 의해 컵 형상으로 가압 성형하게 되지만, 이때 성형하여 얻어진 컵 바닥부의 두께를 주위 벽보다도 두껍게 하여, 바닥부에 내부 보스 성형을 위한 재료 두께를 확보하는 것이 어려워, 부피 부족이라는 문제점이 발생하기 쉬웠다.

본 발명의 목적은 종래 기술에서의 상술한 문제점을 해결할 수 있는 단조에 의한 성형 방법 및 케이스의 성형 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 목적은 펀칭에 의한 판형 소재를 이용하여 고 품질의 케이스를 제조하기 위한 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 케이스를 저 비용, 고 품질로 제조할 수 있는 케이스의 성형 방법을 제공하는 데 있다.

발명의 요약

본 발명의 특징은 소재의 단조에 의한 성형 방법에 있어서, 판형 소재를 준비하는 제 1 공정과, 상기 소재의 주연부의 두께를 그 중심부의 두께에 비해 얇게 하는 제 2 공정으로 이루어지는 점에 있다.

본 발명의 다른 특징은 케이스의 성형 방법에 있어서, 판형 소재를 준비하는 제 1 공정과, 상기 소재의 주연부의 두께를 그 중심부의 두께에 비해 얇게 하는 제 2 공정을 구비한 점에 있다.

본 발명의 또 다른 특징은 내부 보스가 달린 컵 형상의 케이스의 성형 방법에 있어서, 판형 소재를 준비하는 공정과, 상기 소재의 주연부의 두께를 그 중심부의 두께에 비해 얇게 하는 동시에 그 중심 두께부에 오목부를 가압 성형하는 공정과, 상기 가압 성형하는 공정에 의해 얻어진 중간 제품을, 전방 압출 성형에 의해 바닥부의 두께가 주위 벽부의 두께보다 두꺼운 컵 형상 부재로 가압 성형하는 공정을 구비한 점에 있다.

도 1은 본 발명에 의한 내부 보스가 달린 케이스의 성형 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 본 발명에 의한 내부 보스가 달린 케이스의 성형 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명에 의한 내부 보스가 달린 케이스의 성형 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명에 의한 내부 보스가 달린 케이스의 성형 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 본 발명에 의한 내부 보스가 달린 케이스의 성형 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 도 2에 도시한 제 1 중간 성형품을 이용하여 기어를 제조하는 경우의 성형 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 도 2에 도시한 제 1 중간 성형품을 이용하여 기어를 제조하는 경우의 성형 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 도 2에 도시한 제 1 중간 성형품을 이용하여 기어를 제조하는 경우의 성형 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 9는 도 2에 도시한 제 1 중간 성형품을 이용하여 풀리를 제조하는 경우의 성형 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 10은 도 2에 도시한 제 1 중간 성형품을 이용하여 풀리를 제조하는 경우 의 성형 공정을 설명하기 위한 도면이다.

도 11은 도 2에 도시한 제 1 중간 성형품을 이용하여 풀리를 제조하는 경우의 성형 공정을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해, 첨부한 도면을 따라 이것을 설명한다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시 형태를 설명하기 위한 공정도이다. 본 실시 형태에서는 내연 기관에 연료를 분사 공급하는 분사 장치의 전자 제어 밸브의 케이스를 본 발명의 방법에 의해 제조하는 경우의 예에 대해 설명한다.

우선, 도 1에 나타내는 판형 부재를 소재(1)로서 준비한다. 소재(1)는, 예컨대 저 탄소강의 평판을 펀칭하는 판금 프레스 가공에 의해 얻을 수 있다. 여기에서는, 소재(1)는 원판형의 부재이지만, 반드시 원판형일 필요는 없다.

다음에, 이 소재(1)를 업세팅(upsetting) 공정에서, 주변부의 두께를 그 중심부의 두께에 비해 얇게 하는 동시에, 그 중심 두께부에 오목부를 형성하고, 도 2에 도시한 바와 같은 형상의 제 1 중간 성형품(2)을 성형한다. 도 2에 도시한 제 1 중간 성형품(2)은 그 주연부가 링 형상 박형부(21)가 되고, 링 형상 박형부(21)의 내측이 링 형상 박형부(21)보다 두꺼운 두께부(22)가 되고, 두께부(22)의 중심부에는 오목부(22A)가 형성되어 있다.

두께부(22)는 이후의 공정에 있어서 적어도, 케이스의 바닥부 및 내부 보스로서 형성되는 것으로, 바닥부에 일체 성형되는 내부 보스를 위한 재료 분을 적어도 예상하여 두께를 두껍게 하고 있다. 또, 제 1 중간 성형품(2)은 다음의 공정에서 처리하기 전에 어닐링하고, 이로써 이후의 공정에 있어서 균열이 발생하거나 하는 일이 없도록 하는 것이 바람직하다.

제 1 중간 성형품(2)은 다음의 드로잉 및 아이어닝(Drawing and Ironing) 공정에서, 그 두께부(22)를 바닥부(32)로 하고, 링 형상 박형부(21)를 바닥부(32)로부터 일체로 연장 설치되는 주위 벽부(31)에 가압 성형하고, 도 3에 도시한 바와 같은 형상의 제 2 중간 성형품(3)으로 한다. 제 1 중간 성형품(2)은 그 중심부에 오목부(22A)가 형성되어 있으므로, 드로잉 및 아이어닝 공정에 의해 도 3에 도시한 제 2 중간 성형품을 쉽게 얻을 수 있다. 여기에서는, 케이스의 주위 벽부의 단부 모서리에 외부 방향 플랜지를 형성할 목적으로, 주위 벽부(31)의 외단부 모서리부(31A)는 약간 두꺼워지도록 드로잉 및 아이어닝 가공되고, 주위 벽부(31)는 스커트형으로 되어 있다. 그리고 주위 벽부(31)의 두께 치수는 바닥부(32)의 두께 치수보다도 작게 되어 있다. 외부 방향 플랜지의 형상이 불필요한 경우에는, 외단부 모서리부(31A)를 약간 두껍게 할 필요는 없다.

제 2 중간 성형품(3)은 다음의 전방 후방 압출 가공에 있어서, 도 4에 도시한 바와 같이 제 3 중간 성형품(4)으로 가공되고, 바닥부(42)의 내측에 내부 보스(43)가, 바닥부(42)의 외측에 외부 보스(44)가 각각 압출 가공되고, 주위 벽부(41)의 외단부 모서리부에 외부 방향 플랜지부(41A)가 성형된다. 외부 보스(44)가 불필요한 경우에는, 전방 압출 가공만으로 좋다.

그리고 다음 면압 공정에 있어서, 제 3 중간 성형품(4)은 2개의 금형을 이용하여 예정된 최종 형상으로 가압 성형되고, 도 5에 도시한 내부 보스가 달린 케이스(5)가 최종 제품으로서 얻을 수 있다. 내부 보스가 달린 케이스(5)에 있어서, 바닥부(52)와 주위 벽부(51)는 대략 동일한 두께가 되고, 바닥부(52)에는 내부 보스(53)와 외부 보스(54)가 동일축에 정렬하여 성형되어 있다. 내부 보스(53)는 전자 솔레노이드를 조립 부착하기 위한 부재로서 설치되고, 외부 보스(54)는 베어링 부재를 수납하기 위한 부재로서 설치되어 있다. 그리고 주위 벽부(51)의 외단부 모서리에는 외부 방향 플랜지부(51A)가 주위 벽부(51)와 직각을 이루도록 하여 일체로 연장되어 있다.

도 1 내지 도 5에 도시한 공정을 따라서 내부 보스가 달린 케이스를 성형하면, 판형 소재를 이용하여 바닥부에 내부 보스, 혹은 이것에다가 외부 보스를 압출에 의해 형성할 수 있으므로, 둥근 막대를 절단한 소재를 가압, 성형한 후 내부 보스가 달린 케이스를 성형하는 종래의 방법에 비해, 저 비용으로 고 품질인 제품을 쉽게 제조할 수 있다. 또, 본 공정의 도 5의 변형 예로서, 내부 보스만을 성형하는 것도 가능하다. 특히 동등한 부피로 내부 보스만 성형함으로써, 내부 보스, 외부 보스 동시 성형과 비교하여 내부 보스 높이를 높게 하는 것이 가능해진다.

이상, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 설명하였지만, 도 2에 나타낸 제 1 중간 성형품(2)은 범용성이 있는 부재이다. 제 1 중간 성형품(2)은, 예컨대 스프로킷, 기어, 풀리, 캠, 링크, 부착 브래킷의 제조를 위한 중간 제품으로서 사용할 수 있다.

도 6 내지 도 8을 참조하여, 도 2에 나타낸 제 1 중간 성형품(2)을 이용하여 기어를 제조하는 경우의 공정을 설명한다. 우선, 제 1 중간 성형품(2)을 준비하고, 전후방 압출 단조 가공에 의해, 제 1 중간 성형품(2)의 중심부의 두께 부분을 전후방으로 압출하여, 제 1 중간 성형품(2)의 중심 부분에 보스부(61)를 성형하는 동시에, 얇은 부분을 균일한 두께의 원 형상 박판부(62)를 성형한다. 여기에서는, 보스부(61)는 바닥이 있는 원통형의 컵 형상으로 형성되어 있는 상태이다.

도 6에 도시한 중간 성형품을 프레스 가공에 의해 보스부(61)의 바닥부(61A)를 제거한다. 이 펀칭 가공에 의해, 도 7에 도시한 바와 같이 원통형의 보스(63)를 형성한다.

그런 후, 원 형상 박판부(62)의 외주 부분에 트리밍 프레스 가공을 하고, 원 형상 박판부(62)에 복수의 기어(62A)를 형성하고, 보스(63)를 갖는 기어(6)를 얻을 수 있다(도 8).

다음에, 도 9 내지 도 11을 참조하여 도 2에 도시한 제 1 중간 성형품(2)을 이용하여 풀리를 제조하는 경우의 공정을 설명한다. 우선, 제 1 중간 성형품(2)을 준비하여 프레스 가공에 의해 제 1 중간 성형품(2)의 박육부의 외주연 부분용 두께를 두껍게 하는 가공을 행하여, 도 9에 도시한 바와 같이 외륜부(71)를 성형한다.

외륜부(71)의 성형 후, 전후방 압출 단조 가공에 의해 그 중심부의 두께 부분을 전후방으로 압출하여, 중심 부분에 보스부(72)를 성형하는 동시에, 외륜부(71)와 보스부(72) 사이의 얇은 부분을 균일한 두께로 하고, 원 형상 박판부(73)를 성형한다(도 10). 여기에서는, 보스부(72)는 바닥이 있는 원통형의 컵 형상으로 형성되고, 외륜부(71)는 성형되어, 소요의 치수 형상의 외륜(74)이 된다.

그리고 프레스 가공에 의해 보스부(72)의 바닥부(72A)를 제거하는 펀칭 가공을 행하여, 도 11에 도시한 바와 같이 원통형의 보스(75)를 형성한다.

이상의 공정에 의해, 보스(75)와 외륜(74)이 대략 균일한 두께의 원 형상 박판부(73)에 의해 일체화된 풀리(7)를 얻을 수 있다. 또, 외륜(74)에는 용도에 따라서 절삭 등으로 홈 가공을 하는 등 하여, 목적으로 하는 최종 제품의 형태로 할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의한 단조에 의한 성형 방법 및 케이스의 성형 방법은 스프로킷, 기어, 풀리, 캠, 링크, 부착 브래킷 등의 부품을 저 비용으로 제작하고, 또한 내부 보스가 달린 컵 형상 케이스를 저 비용으로 고 품질로 제조하는 데 도움이 된다.