트라이포드 등속 조인트의 제조 방법{Method of manufacturing tripod constant velocity joint}
본 발명은 자동차 구동축용 등속 조인트의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 등속 조인트는 전륜 구동차에서 종감속 장치에 연결된 구동차축에 설치되어 바퀴에 동력을 전달하는데 사용된다. 이때 구동축과 피동축의 접점이 교차각의 이등분선 상에 있게 함으로써 등속으로 동력을 전달하는 특성을 갖는다. 이러한 등속 조인트는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일체형 하우징(10)과, 하우징(10)에 구비되는 작동 기구(20)와, 그리고 하우징(10)에 연결되며 윤활유를 실링하는 부트(boot)(미도시)를 포함한다. 트라이포드 등속 조인트(tripod constant velocity joint)인 경우, 작동 기구(20)는 일반적으로 세 개의 트러니언(trunnion)(21a)이 돌출 형성되는 스파이더(spider)(21)와, 트러니언(21a))의 외주면에 구비되는 니들 베어링(needle bearing)(22)과, 그리고 니들 베어링(22)의 외주면에 구비되는 링 형상의 볼(ball)(23)을 포함한다. 특히, 일체형 하우징(10)은 허브(바퀴가 체결됨)(미도시)에 체결되는 스템부(11)와, 그리고 스템부(11)와 일체로 가공되며 상술한 작동 기구(20)를 수용하는 하우징부(12)를 포함한다. 이러한 일체형 하우징(10)은 프레스를 통한 단조 방식으로 냉간 4 내지 5 공정을 거쳐 제조되거나, 혹은 온간 4 내지 5공정과 냉간 사이징 공정을 거쳐 제조된다. 하지만, 종래의 트라이포드 등속 조인트의 제조 방법은 냉간 4 내지 5 공정이 사용되거나, 혹은 온간 4 내지 5공정과 냉간 사이징 공정(sizing process)이 사용되므로 프레스 금형비 비중이 높아지는 문제가 있다. 또한, 일체형 하우징(10) 가공시 하우징부(12) 형상을 위해 1000톤 이상의 고가 프레스(press)를 이용하다 보니 장비 보유 업체 수가 작아 제품 수급에 어려움이 있다. 또한, 고객의 요구에 따라서 하우징부(12)의 규격이 바뀌면, 하우징부(12)만이 아니라 스템부(11)를 포함한 일체형 하우징(10) 전체에 대해서 프레스 금형이 새로 제작되어야 하므로 비용이 많이 소요되고 있다. 또한, 프레스 가공의 특성상 하우징부의 찢어짐을 막기 위해 하우징부(12)의 두께가 상대적으로 크게 관리되므로 이는 일체형 하우징(10)의 전체 무게를 증가시키는 원인이 되고 있다.
본 발명의 기술적 과제는, 하우징부와 스템부부를 프레스를 통해 일체로 가공하는 대신에 하우징부와 스템부부를 따로 가공하여 프레스 가공에 따른 금형비 용 과다 문제, 제품 수급 문제, 또는 제품 과중 문제 등을 최소화할 수 있는 트라이포드 등속 조인트의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 제조 방법은, 하우징부와 스템부를 포함하는 트라이포드 등속 조인트의 제조 방법으로, 상기 하우징부를 가공하는 단계; 상기 스템부를 가공하는 단계; 및 상기 가공된 하우징부와 스템부를 결합하는 단계를 포함한다. 상기 하우징부를 가공하는 단계는, 튜브 형상의 제1 소재를 준비하는 단계; 및 상기 제1 소재의 내주면에 그 둘레 방향을 따라 간격을 두고 세 군데에 채널 형상의 볼 가이더가 형성되도록 상기 제1 소재를 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 소재를 준비하는 단계에서, 상기 제1 소재로 2.5mm 내지 5mm 두께의 소재가 준비될 수 있다. 상기 제1 소재를 준비하는 단계는, 상기 제1 소재로 저탄소강의 소재를 준비하는 단계; 및 상기 준비된 제1 소재를 침탄열처리 공정을 통해 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 소재를 성형하는 단계는, 상기 제1 소재의 내부에 맨드렐(mandrel)을 넣는 단계; 및 상기 제1 소재의 외주면을 포밍 공정(forming process)으로 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 소재를 성형하는 단계는, 상기 볼 가이더의 치수를 확보하기 위해 상기 성형된 제1 소재를 사이징(sizing)하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 소재를 사이징하는 단계에서, 상기 제1 소재는 압출 공정(extrusion process)으로 사이징될 수 있다. 상기 스템부를 가공하는 단계는, 솔리드 형상의 제2 소재를 준비하는 단계; 및 상기 제2 소재가 스템 형상을 갖도록 상기 제2 소재를 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제2 소재를 성형하는 단계에서, 상기 제2 소재는 냉간 단조 또는 열간 단조로 성형될 수 있다. 상기 제2 소재를 성형하는 단계에서, 상기 제2 소재 중 상기 하우징부의 단부에 결합될 결합부는 상기 하우징부의 단부와 동일한 형상 또는 둥근 원형으로 성형될 수 있다. 상기 결합부가 둥근 원형으로 성형될 경우, 상기 결합부는 그 외경이 상기 하우징부의 최외곽부 외경과 동일하거나 최외곽부 외경보다 최대 5mm 크게 설성되도록 성형될 수 있다. 상기 하우징부와 상기 스템부를 결합시키는 단계에서 상기 하우징부와 상기 스템부의 결합 위치를 잡기 위해, 상기 하우징부를 가공하는 단계 또는 상기 스템부를 가공하는 단계 중 적어도 어느 하나의 단계에서 위치 설정부가 선 가공될 수 있다. 상기 결합시키는 단계는, 상기 하우징부와 상기 스템부를 서로 용접하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 결합시키는 단계는, 상기 용접하기 전에 상기 하우징부와 상기 스템부를 압입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 용접하는 단계에서, 프로젝션 용접(projection welding)이 사용될 수 있다. 상기 용접하는 단계에서, 아크 용접(arc welding)이 사용될 수 있다. 상기 용접하는 단계에서, 레이저 용접(laser welding)이 사용될 수 있다. 상기 용접하는 단계에서, 스폿 용접(spot welding)이 사용될 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 제조 방법은 다음과 같은 효과를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면, 하우징부와 스템부를 프레스를 통해 일체로 가공하는 대신에 하우징부와 스템부를 따로 가공함에 따라, 제조 비용을 줄일 수 있고, 제품의 수급율을 높일 수 있으며, 제품을 경량화할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 튜브 형상의 제1 소재로 하우징부를 가공함에 따라, 종래에 비해 제품의 무게를 대략 15%이상 줄일 수 있으며, 제1 소재의 절단 길이에 따라 원하는 길이의 하우징부를 제작할 수 있어 프레스를 통해 원하는 길이를 얻는 종래의 기술에 비해 원가를 상당히 줄일 수 있다.
도 1은 일반적인 트라이포드 등속 조인트를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 제조 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 제조 과정을 나타낸 플로우차트이다.
도 5는 도 4의 하우징부 가공 과정의 하나의 예를 나타낸 플로우차트이다.
도 6은 도 4의 스템부 가공 과정의 하나의 예를 나타낸 플로우차트이다.
도 7은 도 4의 결합 과정의 하나의 예를 나타낸 플로우차트이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 제조 과정을 개략적으로 나타낸 도면이고, 그리고 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 제조 과정을 나타낸 플로우차트이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 제조 방법은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 하우징부(110)를 가공하는 과정(S100)과, 스템부(210)를 가공하는 과정(S200)과, 그리고 하우징부(110)와 스템부(210)를 결합하는 과정(S300)을 포함한다. 이하, 도 3 내지 도 5을 참조하여, 하우징부(110)의 가공 과정(S100))을 구체적으로 설명한다. 도 5는 도 4의 하우징부 가공 과정의 하나의 예를 나타낸 플로우차트이다. 먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 튜브 형상의 제1 소재(100)를 준비한다(S110). 특히, 제1 소재(100)는 2.5mm 내지 5mm 두께를 갖는 것으로 준비한다. 실험에 의하면, 저탄소강이 제1 소재(100)로 채용된 것을 기준으로, 2.5mm보다 작으면 작동 기구(도 2의 20 참조)에 대한 내구성이 저하됨을 알 수 있었고, 5mm보다 크면 무게만 증가될 뿐 내구성에는 큰 변화가 없음을 알 수 있었다. 나아가, 작동 기구(도 2의 20 참조)에 대한 하우징부(110)의 내부 표면강도를 높이기 위해 제1 소재(100)로 고탄소강 소재가 필요할 수 있으나, 탄소 함량 증대에 따른 성형성 부족과 용접 피로 강도 저하 등의 문제가 야기될 수 있으므로, 이러한 문제를 미연에 막기 위해 제1 소재(100)로 저탄소강을 사용할 수 있으며, 이와 더불어 표면강도를 높이기 위해 저탄소강의 제1 소재(100)를 침탄열처리 공정을 통해 열처리할 수 있다. 이렇게 제1 소재(100)가 준비되면, 제1 소재(100)의 내주면에 그 둘레 방향을 따라 대략 120도 간격을 두고 세 군데에 작동 기구(도 2의 20 참조)의 동작에 따른 볼(도 2의 23 참조)의 이동을 안내하기 위한 채널 형상(channel shape)의 볼 가이더[도 3(b)의 101]가 형성되도록 제1 소재(100)를 성형할 수 있다. 구체적으로, 제1 소재(100)를 성형하기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 소재(100)의 내부에 맨드렐(mandrel)(미도시)을 삽입(S120))한 한 후, 제1 소재(100)의 외주면을 포밍 공정(forming process)으로 성형한다(S130). 이 때, 맨드렐 또는 포밍기는 상술한 볼 가이더(101)를 형성할 수 있는 구성으로 이루어질 수 있다. 포밍 공정이 완료되면, 상술한 볼 가이더(101) 등의 치수를 확보하기 위해, 포밍 고정으로 성형된 제1 소재(100)를 사이징(sizing)하게 된다(S140). 사이징하는 이유를 부연하면, 포밍 공정 후에는 스프링 백(spring back) 현상으로 제1 소재(100)의 굽힘량이 감소하면서 상술한 볼 가이더(101) 등의 치수가 변경되므로 이에 대한 치수 정밀도를 높이기 위함이다. 일예로, 제1 소재(100)는 압출 공정(extrusion process)으로 사이징될 수 있다. 참고로, 도 3(c) 및 도 3(f)에서 하우징부(110)에 나타낸 점선은 치수 정밀도가 높아진 상태임을 보이기 위한 것이다. 이하, 도 3, 도 4 및 도 6을 참조하여, 스템부(210)의 가공 과정(S200)을 구체적으로 설명한다. 도 6은 도 4의 스템부 가공 과정의 하나의 예를 나타낸 플로우차트이다. 먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 솔리드 형상(solid shape)의 제2 소재(200)를 준비하다(S210). 제2 소재(200)는 솔리드 형상이기만 하면 원통 형상이든 직육면체 형상이든 무관할 수 있다. 제2 소재(200)는 저탄소강에 한정되지 않고 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 제2 소재(200)는 침탄열처리 공정에 한정되지 않고 다양한 방식으로 열처리될 수 있다. 이렇게 제2 소재(200)가 준비되면, 스템 형상(stem shape)을 갖도록 상기 제2 소재(200)를 성형할 수 있다(S220). 여기서, 스템 형상이란 일반적인 트라이포드 등속 조인트의 스템부(도 1의 11 참조) 형상과 동일한 형상을 의미한다. 나아가, 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 소재(200)는 냉간 단조 또는 열간 단조로 성형될 수 있다. 이와 더불어, 제2 소재(200)를 성형하는 과정에서, 제2 소재(200) 중 하우징부(110)의 단부에 결합될 결합부(201)는 하우징부(110)의 단부와 동일한 형상[도 3(e) 참조] 또는 둥근 원형(미도시)으로 성형될 수 있다. 특히, 결합부(201)가 둥근 원형으로 성형될 경우, 결합부(201)는 그 외경이 하우징부(110)의 최외곽부 외경[돌출된 부분을 기준으로 연결한 원의 외경]과 동일하거나 최외곽부 외경보다 최대 5mm 크게 설성되도록 성형될 수 있다. 이는 가공 공차를 대비하여 충분한 용접 부위를 얻기 위함이다. 이하, 도 3, 도 4 및 도 7을 참조하여, 결합 과정(S300)을 구체적으로 설명한다. 도 7은 도 4의 결합 과정의 하나의 예를 나타낸 플로우차트이다. 먼저, 하우징부(110)에 스템부(210)를 위치시킨다(S310). 특히, 하우징부(110)와 스템부(210)의 결합 위치를 잡기 위해, 상술한 하우징부(110)의 가공 과정 또는 상술한 스템부(210)의 가공 과정 중 적어도 어느 하나의 가공 과정에서 하우징부(110) 또는 스템부(210) 중 적어도 하나에 위치 설정부(미도시)가 선(先) 가공될 수 있다. 따라서, 위치 설정부(미도시)를 통해 작업자 또는 작업 기계는 하우징부의 단부에 스템부를 빠르고 용이하고 정확하게 위치시킬 수 있다. 일예로, 도시되는 않았지만, 위치 설정부는 하우징부(110)의 단부와 스템부(210)의 결합부(201) 중 어느 하나에 형성되는 돌기와, 다른 하나에 형성되며 돌기를 수용하는 돌기홈을 포함할 수 있다. 이 후, 하우징부(110)와 스템부(210)를 서로 용접할 수 있다(S330). 용접은 다양한 실시 형태를 가질 수 있으며 후술하기로 한다. 특히, 용접하기 전에 스템부(210)의 결합부(201)를 하우징부(110)에 압입할 수 있다(S320). 이는 용접후 기밀성을 높이기 위함이다. 참고로, 하우징부(110)의 내부는 구리스와 같은 윤활제로 채워지게 되므로 이렇게 기밀성이 확보되면 윤활제가 샐 우려를 미연에 방지할 수 있다. 용접의 다양한 실시 형태로, 프로젝션 용접(projection welding)과, 아크 용접(arc welding)과, 레이저 용접(laser welding)과, 스폿 용접(spot welding) 등이 있을 수 있다. 특히, 스템부(210)의 결합부(201)가 하우징부(110)에 압입되는 경우에는, 보다 간단하고 정확한 용접 방식으로 소재 자체의 전기 저항을 이용하는 프로젝션 용접 또는 스폿 용접을 채용하는 것이 보다 바람직할 수 있다. 이상에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 트라이포드 등속 조인트의 제조 방법은 다음과 같은 효과를 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 하우징부(110)와 스템부(210)를 프레스를 통해 일체로 가공하는 대신에 하우징부(110)와 스템부(210)를 따로 가공함에 따라, 제조 비용을 줄일 수 있고, 제품의 수급율을 높일 수 있으며, 제품을 경량화할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 튜브 형상의 제1 소재(100)로 하우징부(110)를 가공함에 따라, 종래에 비해 제품의 무게를 대략 15%이상 줄일 수 있으며, 제1 소재(100)의 절단 길이에 따라 고객이 원하는 길이의 하우징부(110)를 제작할 수 있어 프레스를 통해 원하는 길이를 얻는 종래의 기술에 비해 원가를 상당히 줄일 수 있다. 이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 제1 소재 101: 볼 가이더
200: 제2 소재 201: 결합부
110: 하우징부 210: 스템부 |
