KR20070053652A - 톱니형 부품의 제조방법 - Google Patents

Abstract

냉간단조에 의해서 톱니형 부품을 제조하는 방법에 있어서, 냉간단조로 초기 톱니형을 가공하는 초기공정과, 완성 톱니형을 냉간단조로 사이징(sizing) 가공하는 완성공정과의 중간에, 냉간단조에 의해, 초기 톱니형의 톱니두께와 거의 동일하게 유지하거나, 초기 톱니형의 톱니두께보다 10% 이하의 범위내에서 톱니두께를 감소시킴과 동시에, 초기 톱니형으로부터 톱니끝을 밀어내는 중간공정을 개재시킨다. 초기 톱니형에 있어서의 톱니바닥의 양쪽의 둥근 부분이 완성 톱니형에 있어서의 톱니바닥의 양쪽의 둥근 부분보다 크다.

Description

톱니형 부품의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING TOOTHED PARTS}

본 발명은, 기어, 스프로켓 기어, 스프라인 기어와 같은 톱니형 부품의 제조방법, 특히 냉간단조에 의한 제조방법에 관한 것이다.

금속재료를 사용하여 냉간단조에 의해서 기어를 제조하는 방법은, 특허문헌 1에 나타나 있는 바와 같이, 공지이다.

도 1 A, B는, 특허문헌 1에 기재의 종래의 냉간단조에 의한 평기어의 제조방법을 나타내고 있다. 원통형상의 금속재료(10)는, 원하는 기어의 바깥지름에 가까운 치수를 갖는다. 그 원통형상의 금속재료(10)의 하단을 틀(11)의 구멍(11A)에 삽입하여, 화살표 X의 방향에서 눌러 넣고, 펀치(도시하지 않음)에 의해서 그 금속재료(10)를 눌러, 재료(10)의 바깥둘레에 볼록한 톱니형을 형성한다. 이 재료 (10)의 바깥둘레에 형성된 볼록한 톱니형은, 틀(11)의 톱니형(12)에 대응하는 것이다. 톱니형의 톱니밑동과 톱니끝의 관계는, 재료(10)와 틀(11)에서는 거꾸로 된다. 이 틀(11)의 톱니형(12)은, 정규의 전체 톱니 깊이 H를 갖는다. 그러므로, 재료 (10)의 바깥둘레에 형성된 톱니형도, 이와 마찬가지로 정규의 전체 톱니 깊이 H를 갖는 것이 된다.

도 1 A, B에 있어서, 부호 13은 피치원을 나타내고 있다. 부호 14는 틀 (11)의 톱니형(12)의 치선원(齒先圓)을 나타내고 있고, 부호 15는 그 치원원(齒元圓)을 나타내고 있다.

종래의 냉간단조에 의한 기어의 제조방법에 있어서, 틀(11)의 톱니형(12)의 톱니형 성형개시부의 끝단면(16)은 경사지고 있지만, 틀(11)의 축심에 직교하는 면에 대한 끝단면(16)의 경사각도 B는 30°이하가 되고 있다. 이 경사각도 B가 작을수록, 불완전한 톱니형부가 적어진다.

또한, 재료(10)는 하나의 공정으로 냉간단조하는 경우도 있지만, 미리 열간 또는 온간으로 예비성형한 후, 어닐링하여, 표면 윤활처리 등을 실시하고 나서, 냉간단조로 마무리 형성을 하는 경우도 있다.

도 1에 나타나 있는 종래의 냉간단조에 의한 기어의 제조방법에 있어서는, 최종 제품의 기어의 품질의 좋고 나쁨은, 단조용의 틀에 관한 요인이 50∼80%를 차지한다고 생각된다.

도 1에 나타내는 방법에 있어서는, 오목한 틀의 내부에서 성형을 실시하고 있고, 이것을 인다이(In-Die) 성형이라고 부르고 있다. 이 제조방법에 이용하는 금속재료는, 둥근 막대, 링 형상의 소재, 열간 또는 온간단조에 의한 예비가공품 등이다.

도 1의 종래법에 있어서는, 하나의 공정으로 기어를 냉간단조하여 마무리 치수를 얻는 것이다. 그 때문에, 톱니형(12)의 톱니형 성형개시부의 경사 끝단면 (16)에 걸리는 하중(압력)은, 200kgf/㎟내지 280kgf/㎟로도 된다. 이 하중(압력)은, 틀 재료로서 최고 수준의 재질이라도 틀의 파괴강도의 70∼90%가 되고 있다.

다른 한편, 특허문헌 2에 나타나 있는 바와 같이, 소재를 얻어야 할 평기어의 기어형상의 톱니윤곽보다 톱니끝과 톱니두께의 양쪽 모두가 작게 설정된 기어 형상을 갖는 1차가공 기어에 설치하여 성형하는 제 1 가공공정과, 상기 1차가공 기어에 톱니형 이외의 부분에서 재료를 자유롭게 유동시키면서 2차가공 기어로 압축 성형하는 제 2 가공공정과, 상기 2차가공 기어를 최종제품으로 하여 스트레치 성형하는 제 3 가공공정으로 이루어지고, 이러한 각 공정을 냉간단조 가공으로 실시하는 평기어의 단조가공방법도 공지이다.

도 2의 A에서부터 (E)는 특허문헌 2에 기재된 방법을 나타내고 있고, 도 2 (A)는 제 1 가공공정, 도 2 (B)는 제 2 가공공정을 실시하는 금형을 나타내고 있다.

도 2 A에 있어서, 200은 다이, 201은 다이(200)의 톱니형부이고, 다이 (200)에 끼워맞춤하는 펀치(202) 및 펀치(202)와 대응하여 투과구멍(203) 내에 끼워 통하게 한 녹아웃 핀(204)이 설치되어 있다. 205는 소재, 206은 다이(200)로 가공된 1차 가공 기어이다.

도 2 B에 있어서, 210은 다이, 211은 다이(210)의 톱니형부, 212는 톱니형부(211)와 연이어 통하여 다이(210)를 관통하는 투과구멍, 213은 다이(210)에 끼워 맞춤하는 펀치, 214는 다이(210)의 투과구멍(212) 내에 삽입한 녹아웃 핀이다. 또, 215는 다이(200)에서 가공된 2차가공 기어로 투과구멍(212)을 향하여, 재료의 융기부(216)가 형성되어 있다.

도 2 A에 있어서, 소재(205)로부터 설치하여 성형된 1차가공 기어(206)는, 재료의 다이로의 충만은 불충분하고, 결육(缺肉:살두께 부족)(207)이 생기고 있다. 다음에, 도 2 B의 다이로 1차가공 기어(206)를 투입하고, 펀치(213)에 의한 압축성형에 의해서 재료를 톱니형부(211)에 충만시켜, 2차가공 기어(215)를 성형한다.

펀치(213)에 의한 압축성형에서 성형된 2차가공 기어(215)는, 성형가공 중에 톱니형 이외의 부분에 재료를 구속하지 않는 개소에서 재료를 자유롭게 유동시켜 융기부(216)를 형성하고 있는 것에 의해, 재료가 톱니형부(211)에 충만하여 톱니끝부에 생기는 결육을 해소하고 있다.

도 2 C∼E는, 제 1 가공공정으로 성형 가공되는 1차가공 기어(206)와 제 2 가공공정으로 성형 가공되는 1차가공 기어(215)와의 톱니형 형상을 비교한 도면이고, 제 1 가공공정으로 성형된 톱니형 윤곽(206A)은 제 2 가공공정으로 성형된 톱니형 윤곽(215A)보다 톱니끝도 톱니두께도 작아지도록 설정되어 있다.

특허문헌 1 일본 특허공개 공보 평성9-300041호

특허문헌 2 일본특허 공보 제2913522호

특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 냉간단조 때의 최고 하중은, 틀의 내면의 톱니형 성형개시부의 경사 끝단면(16)에 발생하는 것이 많다. 종래는, 이 최고 하중을 내리는 연구가 부족했기 때문에, 틀(11)의 수명이 짧았다. 그것에 기인하여 제품 정밀도가 악화되는 결점도 있었다.

특히, 헬리컬 기어를 냉간단조에 의해 제조하는 경우에는, 틀(11)의 톱니형 (12)을 한쪽만으로 쓰러뜨리려고 하는 하중이 더해지기 때문에, 경사면(16) 부근의 파손의 확률이 높아지기 쉬운 경향이 있었다. 그것이, 결과적으로, 틀(11)의 수명 을 짧게 하고 있었다.

본 발명자의 발견에 의하면, 헬리컬 기어의, 냉간단조에 의한 가공의 경우에는, 틀의 톱니형의 한쪽 면(겉쪽의 면)에 집중적으로 하중이 걸리고, 그 안쪽면에는 그다지 하중이 걸리지 않는다. 그 때문에, 톱니형의 겉쪽과 안쪽에서 하중의 차이가 현저하고, 그것에 기인하는 톱니형 결손이 많다.

특허문헌 2에 기재된 방법은, 다음과 같은 문제가 있다.

도 2 E에 나타내는 바와 같이, 완성 톱니형의 윤곽보다 톱니끝과 톱니두께의 양쪽 모두를 포함하여 톱니형 전체를 작은(마른) 형상, 치수로 성형하기 때문에, 소성 가공율이 커진다.

가공율이 커지면, 가공품의 소성가공 경화가 진행되고, 변형저항이 커져서, 성형이 곤란하게 된다.

또한 형상계수도 커지고, 스트레칭 성형 압력(성형하중)이 커져, 틀의 변형이 커진다. 그 때문에 가공품의 정밀도가 낮아진다. 틀도, 가공 스피드를 높이면 파손되기 쉽다.

1차가공으로 작게 성형한 톱니형을 도 2 E에서 나타내는 바와 같이 2차가공으로 크게 하는(두껍게 하는) 방법은 정밀도상 바람직하지 않다. 예를 들면, 톱니폭이 커짐에 따라, 톱니폭의 중앙부와 끝단면부가 두꺼워지는 비율(성형 정도)의 차이가 커져 버린다. 톱니형이 불균일하게 되어, 원통도가 나빠진다.

특히 고정밀도의 기어를 다량 생산하는 방법으로서는 특허문헌 2에 기재된 방법은 적합하지 않다.

정밀도를 올리려고 성형 하중을 크게 해 가면, 피가공물의 변형이 커져, 나중의 열처리 때의 처리변형이 커진다. 하중이 커질수록, 틀이 갈라지기 쉬워진다.

따라서, 본 발명은, 가공용의 틀의 수명을 길게 할 수 있음과 동시에, 질이 좋은 톱니형을 제조할 수 있는, 냉간단조에 의해 톱니형 부품 예를 들면 기어를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 해결수단을 예시하면, 다음에 나타내는, 냉간단조에 의한 톱니형 부품의 제조방법과, 그 방법에 의해 제조된 톱니형 부품이다.

① 냉간단조에 의해서 톱니형 부품을 제조하는 방법에 있어서, 초기 톱니형을 형성하는 초기공정과, 사이징 가공으로 완성 톱니형을 형성하는 완성공정과의 사이에, 냉간단조에 의해, 초기 톱니형의 톱니두께와 거의 동일하게 톱니두께를 유지하거나, 초기 톱니형의 톱니두께보다 10% 이하의 범위내에서 톱니두께를 감소시킴과 동시에, 초기 톱니형으로부터 톱니끝을 밀어내는 중간공정을 개재시키는 것을 특징으로 하는, 냉간단조에 의한 톱니형부품의 제조방법.

② 초기 톱니형에 있어서의 톱니바닥의 양쪽의 둥근 부분이 완성 톱니형에 있어서의 톱니바닥의 양쪽의 둥근 부분보다 큰 것을 특징으로 하는 상술의 제조방법.

③ 중간공정에 있어서, 톱니두께가 동일하게 유지되거나, 또는 감소함과 동시에, 톱니끝이 여러 차례의 냉간단조에 의해서 둥근 부분이 있는 형태로 단계적으로 밀어내어져서 완성 톱니형의 톱니끝에 가까워져 가는 것을 특징으로 하는 상술의 제조방법.

④ 완성공정으로 마무리용의 틀의 입구부에 가이드부를 설치하고, 가이드부의 길이를 톱니폭의 반 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 상술의 제조방법.

⑤ 완성공정에 있어서 두께가 0.02∼0.1㎜ 감소하도록 톱니형을 사이징 가공하여 조정하는 것을 특징으로 하는 상술의 제조방법.

⑥ 초기 톱니형으로부터 사이징 가공 전까지를 파트 포머(parts fomer)에 의해서 3∼5단으로 형성하여, 사이징 가공 직전에 연화 어닐링 처리 또는 윤활피막 부착 처리를 하는 것을 특징으로 하는 상술의 제조방법.

⑦ 초기공정과 중간공정의 사이에서 톱니형의 연화 어닐링 처리를 하는 것을 특징으로 하는 상술의 제조방법.

⑧ 초기공정과 중간공정과의 사이에서 톱니형의 윤활피막 부착 처리를 하는 것을 특징으로 하는 상술의 제조방법.

⑨ 초기공정과 중간공정에 있어서의 다단의 냉간단조의 각각에 있어서, 가공품의 톱니형의 톱니끝이, 틀의 톱니형의 톱니끝에 도달하기 전에, 밀어내기를 멈추는 것을 특징으로 하는 청구항 1 내지 8 중의 어느 한 항에 기재의, 냉간단조에 의한 톱니형 부품의 제조방법.

⑩ 상술의 제조방법에 의해 제조된 톱니형 부품.

본 발명의 하나의 실시형태에 의하면, 톱니형 부품의 적합예가 기어이고, 냉간단조로 기어를 제조하는 방법이, 다음과 같은 일련의 공정을 포함한다.

① 금속재료의 소재(예를 들면 원기둥의 중간재)를 냉간단조로 초기 톱니형을 갖는 초기 가공품을 형성하는 초기공정.

② 초기 톱니형의 초기 가공품을 냉간단조하여, 초기 톱니형의 톱니두께와 거의 동일하게 유지하거나, 10% 이하의 범위에서 톱니두께를 감소시킴과 동시에, 톱니끝을 밀어내는 중간공정.

③ 그 중간공정 후, 톱니형을 사이징(마무리 조임) 가공하여 완성 톱니형을 형성하는 공정.

중간가공의 때에, 톱니두께를 증가시키지 않는다. 톱니두께는, 중간가공의 때에는, 거의 동일하거나, 오히려(10% 이하의 범위에서) 감소시킨다. 그것에 의해, 보다 낮은 하중으로 단조를 실행할 수 있다. 그 결과, 가공압력을 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 가공 스피드를 높이는 것도 가능해진다.

또한, 예를 들면 기어나 스프라인 톱니 등의 톱니형 부품을 고정밀도로 냉간단조에 의해 제조할 수 있다.

상술과 같은 중간공정을 개재시키면, 최종적인 공정으로 가공품의 톱니형이 틀의 톱니형과 일치하기 쉽다. 헬리컬 기어의 경우에서도, 톱니의 비틀림각이 커져도, 제품 정밀도에 차이가 별로 생기지 않는다.

종래의 조임가공만에 의한 기어의 제조법과 비교하여, 틀에 높은 면 압력하의 마찰이 없어지기 때문에, 틀의 수명을 연장할 수 있다. 예를 들면, 종래의 조임 성형법에 비해 수명은 3∼10배가 된다.

톱니폭이 얇은 기어, 체인 스프로켓 등을 냉간단조에 의해 제조할 수 있다. 이 경우, 다른 단조법과 비교해서 강도와 생산속도를 향상시킬 수 있다.

금속재료의 둘레방향의 바깥쪽 영역을, 안쪽 영역과 비교하여 축방향으로 두 껍게 하면, 톱니형에 따른 화이버 플로우(fiber flow)가 되어, 절삭톱니 절단에 비교하여, 높은 강도를 얻을 수 있다. 종래의 정밀 전단(剪斷)에서 생기고 있던 늘어짐이나 2차 절단이 생기지 않는다.

복수의 다른 틀을 이용하여, 각 틀에 맞추어 단계적으로 톱니형을 성형하면, 화이버 플로우가 양호해져, 균열을 일으키지 않는다.

동일한 틀을 이용해도, 중간공정의 '밀어내기'나 '스트레칭'의 정도를 바꾸면서 단계적으로 톱니형을 복수단으로 성형하면, 톱니끝이 원호나 다른 산 형상의 둥근 부분이 있는 형태(꼭대기부가 한가운데에 위치하는 곡면)를 만들면서, 틀 내에서 완성 톱니형의 톱니끝의 형태에 가까워져서 가고, 화이버 플로우가 양호해져, 균열을 일으키지 않는다.

복수의 냉간단조마다, 다음과 같이 하면, 그 직후는, 한층 보다 낮은 하중으로 단조를 실행할 수 있다.

① 윤활 피막을 실시한다.

연화 어닐링을 실시한다.

③ 톱니형의 조정을 실시한다. 톱니두께는 거의 동일.

④ 가공 경화율이 높은 재질의 경우는 제 3 가공도 고려하여 치수 배분한다.

⑤ 톱니형부 이외의 형상, 치수도 하중이 낮아지도록 배분한다.

⑥ ①∼⑤를 조합한다.

본 발명의 다른 실시형태를 설명한다.

중간공정 후의 톱니형의 바깥지름은 완성 톱니형보다 조금 크게 성형한다. 이것에 의해, 그 후의 공정의 사이징(마무리 조임가공)으로 정확한 톱니형을 얻는다.

초기공정 후의 가공품의 톱니두께 치수는 완성 톱니형과 동일하거나 또한 10% 이하의 범위내에서 톱니두께를 증가하도록 설정하여, 초기 톱니형의 톱니바닥의 둥근 부분을 완성 톱니형의 것보다 크게 설정한다. 이 경우, 초기공정과 중간공정과의 가공율을 적절하게 배분하면, 성형 가공압력(성형 하중)은 10∼50% 낮게 해도, 중간가공과 완성공정의 사이징(마무리 가공)에 의해 원하는 완성 톱니형을 얻을 수 있다.

가공압력을 크게 하지 않기 위해, 완전 폐색 상태로 접근하지 않는 것(즉 비폐색 단조로 하는 것)이 바람직하다. 예를 들면, 초기공정이나 중간공정에 있어서, 냉간단조의 후에, 틀의 톱니형의 톱니끝의 앞끝단과 가공품의 톱니형의 톱니끝의 앞끝단의 사이에 공간이 남도록 한다.

또한, 초기 가공형의 톱니형의 톱니끝부가 되는 부분은 완성 톱니형과 거의 같은 톱니두께이거나, 그것보다 작은 톱니두께로 설정하고, 또한, 가공품의 톱니끝 전체의 둥근 부분은 원호 그 외의 산 형상의 곡면형(한가운데에 꼭대기부가 위치하는 형태)으로 하고, 또한 크게 설정한다. 둥근 부분을 크게 하는 것에 의해, 가공 틀의 분열에 대한 강도가 향상한다.

소재의 코일재로부터 비롯하여, 파트 포머에 의해 3단∼7단으로 완성 톱니형의 성형이 가능하게 된다. 이 경우, 비용면에서 최선의 양산형태를 취할 수 있다. 헬리컬 톱니형의 경우도, 비틀림 각이 정확하게 정밀도 좋게 성형할 수 있기 때문 에, 후속공정의 정밀도 산출 기준면으로 할 수 있다.

톱니끝의 밀어내기 높이는 완성 톱니형의 60% 이상이면 상당한 효과가 인정된다.

본 발명은, 상술과 같이 비폐색 단조로 하는 것에 의해, 보다 낮은 성형하중으로 하는 것을 가능하게 한다. 성형기계는, 바람직하게는 단조 프레스(특히 파트 포머)로 한다.

다음과 같이 하면, 각 냉간단조에 있어서, 보다 낮은 하중으로 가공할 수 있다.

① 황화 몰리브덴 코팅 또는 본딩의 윤활피막을 실시한다.

② 강철의 경우 600℃∼650℃에서, 90분∼240분간, 연화 어닐링을 실시한다.

③ 톱니형의 조정을 한다. 톱니두께는 초기가공과 중간가공에서 거의 동일하게 한다. 톱니끝의 높이(톱니 깊이)와 톱니밑동의 둥근 부분과 톱니끝의 둥근 부분의 다듬는 법을 잘 조합한다.

④ 가공 경화율이 높은 재질인 경우는 중간의 추가적인 3차가공의 설정도 고려하여 치수 배분한다.

⑤ 톱니형 부분 이외의 형상, 치수의 설정, 배분을 실시한다.

⑥ 초기 가공용의 틀의 입구부에 가이드 부분을 설치한다. 가이드부의 길이는 거의 가공품의 톱니폭으로 한다. 중간가공의 틀과 초기가공의 틀과의 치수차의 손실을 해소하여, 톱니끝의 높이의 증가(밀어내기)를 유효하게 얻는다. 이것은 다량생산에 있어서 실용적으로 유효한 방법이다.

또한, 본 발명의 다른 적합한 실시형태를 말하면, 다음과 같다.

① 톱니 성형의 초기공정은 원기둥의 소재를 틀 내에 넣은 상태에서 소재의 양 끝단을 펀치로 눌러, 바깥을 향하여 소재의 측면을 스트레칭하는 성형으로 한다. 또한, 중간공정으로서 밀어내기 성형을 하고, 그때의 성형압력을 낮게 한다. 이렇게 하면, 정밀도와, 틀의 수명향상에 효과가 크다.

② 초기공정의 직후에 연화 어닐링과 윤활피막 부착을 실시한다. 이것의 주된 목적은 양호한 표면거칠기를 얻는 것이다.

③ 중간공정의 밀어내기 성형에서는, 톱니 바깥지름, 톱니면, 톱니바닥의 각 면에 0.02∼0.10의 사이징대(마무리 조임대)를 붙여 둔다. 케이스 바이 케이스로 밀어내기 성형을 3회 실시하는 경우도 있다.

④ 완성공정으로 사이징(마무리 조임가공)을 실시하고, 톱니형을 완성한다. 사이징용의 틀은, 틀의 구멍 입구부에 가이드부를 설치하여, 톱니자국을 블랭크의 전체 길이에 걸쳐서 블랭크와 틀의 톱니면을 맞댄다. 이것에 의해 사이징 압력에 의한 톱니자국의 이상을 방지할 수 있다. 이와 같이 하면, 톱니형 마무리에 필요로 하는 가공압력이 낮기 때문에, 내부 응력은 작아지고 정밀도가 높다.

⑤ 톱니형 부품의 끝단면과 구멍은 절삭한다. 가공 기준면은 톱니면 또는 톱니 바깥지름으로 한다. 또한 끝단면 각부의 모따기 절삭을 실시하는 경우도 있다.

⑥ 경화 열처리 지정이 있는 기어는 담금질을 실시한다.

⑦ 표면거칠기 향상과 미소한 핀의 제거를 한다. 예를 들면, 배럴 연마나, 쇼트피닝(shot peening)을 실시한다. 전해연마나 화학연마를 실시해도 좋다.

⑧ 톱니형 부품의 구멍과 끝단면을 연삭가공한다. 지정하지 않은 경우는 연삭가공은 하지 않는다.

⑨ 톱니형 부품을 세정한다.

⑩ 톱니형 부품을 방수처리(일반적으로는 녹방지유 도포)한다.

이러한 일련의 공정 ①∼⑩은 대표적인 예이다. ①∼④가 중요한 공정이다.

본 발명의 또 다른 실시형태를 설명한다.

원통형상의 바깥둘레면을 갖는 금속재료(예를 들면 원기둥)의 소재가, 소정의 메스 톱니형을 갖는 틀 속에 삽입되어, 그 틀 내에서 금속재료가 펀치에 의해 스트레칭 성형되어 중간의 톱니형이 냉간단조로 형성된다.

원기둥 소재의 직경을, 형의 치선원의 직경보다 작게 해도 좋고, 기어의 골짜기 직경보다 작게 해도 좋다.

원기둥 소재를 그 축심 방향에 따라서 가압하여, 틀을 향해서 둘레방향으로 밀어붙이도록 해도 좋다.

원기둥 소재의 축심 방향의 한쪽 끝단에 지지부재를 설치하고, 다른 끝단에 누름부재를 설치하고, 누름부재를 이용하여 원기둥 소재를 지지부재를 향해서 누르더라도 좋다. 또한, 지지부재와 누름부재를, 틀의 톱니형과 대응하는 톱니형을 갖도록 해도 좋다. 원기둥 소재의 축심 방향의 양 끝단에 누름부재를 설치해도 좋다.

원기둥 소재가 그 축심 방향으로 관통한 구멍을 갖고, 구멍의 형상을 유지하 기 위한 핀을 구멍 내에 배치하도록 할 수 있다.

복수의 다른 틀을 이용하여, 각 틀에 맞추어 단계적으로 톱니형을 성형해도 좋고, 동일한 틀을 이용하여, 톱니끝의 밀어내기의 정밀도를 바꾸어 단계적으로 톱니형을 성형해도 좋다.

원기둥 소재를 초기 성형시킨 후, 연화 어닐링에 의해 내부 응력을 제거해도 좋다.

조임가공에 의해서 초기의 톱니형을 성형하더라도 좋다. 조임가공한 초기의 톱니형을, 틀 내에서 톱니끝의 밀어내기 성형을 해도 좋다.

본 발명의 또 다른 실시형태를 설명한다.

본 발명은, 냉간단조에 의한 기어의 제조법을 개량한 것이다. 특히, 본 발명은, 헬리컬 기어의 제조에 대해서 현저한 효과를 이룬다. 헬리컬 톱니는, 냉간단조에 의한 제조가 매우 곤란한 것이라고 인식되어 왔지만, 본 발명에 의하면, 헬리컬 기어 또는 그것과 비슷한 기어를 효율적으로 또한 고정밀도로 제조할 수 있다.

각종의 기어를, 본 발명의 방법에 따라 제조할 수 있다. 크고 작은 2개의 기어를 갖는 2단 기어나, 플랜지 부착의 기어나, 달라붙은 모따기 기어나, 레칫 (ratchet) 톱니부착의 기어나, 세레이션(serration) 부착의 기어 등을 냉간단조로 성형할 수 있다. 또한, 직선톱니 우산기어나 이것과 비슷한 기어의 냉간단조 가공도 가능하다.

본 발명의 제조방법에 의하면, 기어의 제품 정밀도는, JIS규격 2급 내지 5급 으로 할 수 있다.

본 발명의 제조방법에 의하면, 플랜지 기어나, 2단기어나, 스프라인 부착의 기어라도, 1개의 금속재료를 냉간단조만으로 일체 가공할 수 있다.

본 발명은, 열간 또는 온간으로 예비성형한 후에 냉간단조로 마무리 성형하는 방법이나, 필요에 따라서 절삭가공 등을 단조의 전후나 도중에 부가하는 방법을 포함하는 것이다. 즉, 본 발명은, 냉간단조만으로 처음부터 마지막까지 기어의 최종제품을 제조하는 방법으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서 사용하는 재료는, 주로 금속이며, 둥근 막대, 링 형상의 소재, 열간 또는 온간단조에 의한 예비성형 그 외이다. 비용면에서 바람직한 금속재료는 코일소재이다. 재질은 기어의 재료로서 통상 사용되고 있는 것은 원칙으로서 모두 사용할 수 있다.

가공소재의 바깥둘레를 미리 두께를 늘려 가공하면, 이하의 점에서 유리하다.

(1) 톱니형에 따른 화이버 플로우가 되어, 강도적으로 유리하다.

(2) 톱니면의 면 거칠기는, 틀과 동일하게 가깝기 때문에, 양산의 때에 면 거칠기의 악화가 적다.

(3) 기어의 정밀도는, 틀(다이)의 정밀도가 전사된다.

(4) 후속공정은, 파인 블랭킹(fine blanking)과 동일하게 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 금속재료의 '스트레칭'이란, 금속재료를 부풀리는 것을 포함한다. 금속재료를 부풀리는 것을, 단순히 '부풀림'이라고도 한다. 「밀어내기 」는, 톱니끝의 부분을 집중하여 융기시키는 성형이고, 특수한 스트레칭 성형(다만 톱니두께가 증가하지 않는 성형)이라고 할 수 있다.

본 발명은, 평기어, 헬리컬 기어(스파이럴 기어나 비틀림 기어라고도 부른다) 외, 여러 가지의 기어에도 적용할 수 있다.

본 발명은, 톱니폭이 얇은 것에도, 두꺼운 것에도 적용할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 금속재료의 스트레칭 가공과, 조임 가공과, 밀어내기 가공을 조합하여 이용할 수 있다. 기어의 톱니폭이 비교적 커져, 스트레칭 성형과 밀어내기만으로는 원통도를 얻기 어려운 경우는 적당한 가공율의 배분을 실시하여 조임가공하면 좋은 효과를 얻을 수 있다. 전연성(展延性)이 좋지 않은 재질의 경우도 조임가공을 병용하면 효과적이다. 가공율은 치수와 재질을 고려하여 설정한다.

소재는, 구멍이 없는 경우도 있지만, 톱니형의 성형 전에 구멍이 있는 경우도 있다. 구멍이 있는 경우는, 중심부에 멘드럴 핀(mandrel pin)을 배치하면 좋다. 이 경우, 재료 길이는 구멍이 없는 재료보다 구멍이 있는 재료의 쪽을 길게 한다. 초기의 스트레칭 가공의 때, 구멍을 소성가공하면서 양 끝단면을 가압하여 톱니형을 성형할 수도 있다.

본 발명을 이용한 헬리컬 기어의 성형법의 일례를 이하에 나타낸다.

① 헬리컬 톱니형의 성형의 초기공정은 스트레칭 성형으로 한다. 이것에 의해 비틀림 각을 정확하게 전사할 수 있음과 동시에, 중간의 가공으로부터 성형 압력을 낮게 할 수 있다.

② 초기공정의 직후에 연화 어닐링과 윤활피막 부착을 실시한다. 이 공정은, 주로 표면 거칠기를 얻기 위해 채용된다.

③ 초기공정의 틀로부터 가공품을 비틀림 각에 따라서 회전시키면서 뽑아낸다.

④ 가공품을 중간공정용의 틀에 비틀림 각에 따라서 회전시키면서 삽입하여, 중간공정의 밀어내기 성형을 실시한다. 헬리컬 톱니의 바깥지름, 톱니면, 톱니바닥의 각 면에 0.02∼0.10㎜의 사이징(마무리 조임가공)대를 붙여 둔다. 케이스 바이 케이스로 밀어내기 성형을 합계 3회 실시하는 경우도 있다. 그 후, 가공품을 비틀림 각에 따라서 회전시키면서 틀로부터 뽑아낸다.

⑤ 두께를 0.02∼0.2㎜ 감소시키도록 사이징을 실시하고, 헬리컬 톱니형을 마무리한다. 사이징용의 틀에는, 그 구멍 입구부에 가이드부를 설치한다. 톱니 자국을 블랭크(금속재료)의 전체 길이에 걸쳐서 맞춘다. 이것에 의해 사이징 압력에 의한 톱니 자국의 이상이 나오지 않다. 톱니형 마무리에 필요로 하는 가공압력이 낮기 때문에, 내부 응력은 작고 정밀도가 높다.

⑥ 헬리컬 기어의 끝단면과 구멍의 가공은 절삭에 의한다. 가공 기준면은 톱니면 또는 톱니 바깥지름으로 한다.

⑦ 경화 열처리 지정이 있는 기어는 담금질을 실시한다.

⑧ 표면 거칠기 향상과 미소한 핀의 제거를 목적으로 하여, 배럴 연마나 쇼트 피닝을 실시한다. 전해연마나 화학연마를 실시해도 좋다.

⑨ 기어의 구멍과 끝단면을 연삭가공한다. 지정하지 않은 경우는 연삭가공 하지 않는다.

⑩ 세정한다.

⑪ 녹 방지 처리한다.

상술의 어느 실시형태에 있어서도, 스트레칭 성형과 밀어내기 성형은, 펀치나 핀을 사용하여 소재나 가공품의 끝단면을 누르는 압축성형으로 하는 것이 바람직하다.

도 1 A는, 도 1 B의 1-1선에 따른 단면도이고, 종래의 냉간단조에 의한 평기어의 제조방법을 나타낸다. 도 1 B는, 도 1 A의 화살표 A로부터 본, 틀의 톱니형 성형개시 부분을 나타낸다.

도 2 A는, 종래의 다른 별도의 방법에 있어서의 제 1 가공공정에서 사용하는 금형의 단면도. B는, 제 2 가공공정에서 사용하는 금형의 단면도. C∼E는, 상술의 제 1 가공공정과 제 2 가공공정에서 성형가공된 톱니형의 비교도.

도 3은, 본 발명의 실시예의 하나를 나타낸다.

도 4는, 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다.

도 5는, 도 4의 A-A 단면도이다.

도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다.

도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에서 얻어진 톱니형(51)을 나타낸다.

도 8은, 도 7의 다음의 공정에서 얻어진 톱니형(52)을 나타낸다.

도 9는, 도 8의 다음의 공정에서 얻어진 톱니형(53)을 나타낸다.

도 10은, 도 7∼9를 합하여 나타낸다.

도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에서 얻어진 톱니형(61)을 나타낸다.

도 12는, 도 11의 다음의 공정에서 얻어진 톱니형(62)을 나타낸다.

도 13은, 도 12의 다음의 공정에서 얻어진 톱니형(63)을 나타낸다.

도 14는, 도 11∼14를 합하여 나타낸다.

도 15는, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다.

도 16은, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다.

도 17은, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다.

도 18은, 본 발명에 의해 제조된 완성품의 크랭크 스프로켓의 일례를 나타낸다.

도 19는, 도 18의 개략 정면도이다.

도 20은, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다.

도 21은, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다.

도 22는, 본 발명의 또 다른 실시예이고, 피가공물의 성형 개시상태를 나타낸다.

도 23은, 도 22의 피가공물의 성형 완료상태를 나타낸다.

도 24는, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다.

도 25는, 본 발명의 또 다른 실시예에서 얻어진 톱니형(121)을 나타낸다.

도 26은, 도 25의 다음의 공정에서 얻어진 톱니형(122)을 나타낸다.

도 27은, 도 26의 다음의 공정에서 얻어진 톱니형(123)을 나타낸다.

도 28은, 도 25∼27을 합하여 나타낸다.

도 29는, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다.

이하, 본 발명의 여러 가지 실시예를, 도면을 참조하여 설명한다.

도 3의 실시예

도 3은, 본 발명의 적합한 실시예의 하나를 나타낸다. 이 실시예에 대해서는, 금속재료(20)가 가공되어 평기어가 성형된다. 도 3은, 설명을 위해서, 톱니형을 성형하기 전의 상태를 나타내고 있다.

틀(21)은 축심(26) 방향으로 관통한 구멍(21a)을 갖는다. 이 구멍(21a)의 둘레면에는, 오목한 톱니형(27)이 성형되어 있다. 톱니형(27)은 정규의 평톱니형이다. 부호 23은 피치원을 나타낸다. 부호 24는 톱니형(27)의 치선원을 나타낸다. 부호 25는 톱니형(27)의 치원원을 나타낸다.

도 1에 나타내는 종래예와 비교했을 때, 도 3의 금속재료(20)는, 그 직경이 치선원(24)의 직경보다 작은 점에서 상이하다. 예를 들면, 금속재료(20)의 직경이 35㎜ 정도일 때, 치선원(24)의 직경은 그것보다 0.02∼0.2㎜ 크게 한다.

금속재료(20)의 위쪽에는, 누름부재로서 가압핀(28)이 설치되어 있다. 가압핀(28)은, 화살표 X방향으로 금속재료(20)를 누르는 것이다. 가압핀(28)은, 금속재료(20)에 접하는 앞끝단부(28a)를 갖는다. 앞끝단부(28a)의 직경은, 금속재료 (20)의 직경과 거의 같다.

금속재료(20)의 아래쪽에는, 지지부재로서 지지핀(29)이 설치되어 있다. 지 지핀(29)은, 금속재료(20)를 지지한다. 지지핀(29)은, 도시가 생략된 지지수단에 의해 움직이지 않게 되어 있다. 지지핀(29)의 주위에는, 볼록한 톱니형(29a)이 성형되어 있다. 지지핀(29)의 볼록한 톱니형(29a)은, 틀(21)의 오목한 톱니형(27)에 대응하고 있다.

틀(21) 그 외를 사용하여, 냉간단조에 의해서 헬리컬 기어를 제조하는 방법의 일례를 설명한다.

우선, 틀(21) 내에 금속재료(20)를 삽입한다. 금속재료(20)의 바로 아래에는, 미리 지지핀(29)을 설치해 둔다.

틀(21) 내에 삽입한 금속재료(20)를, 가압핀(28)으로 누른다.

우선 초기공정으로서, 눌려진 금속재료(20)는, 1회째의 가압으로, 압축되어, 상하의 끝단면 사이가 축소하고, 또한 측면이 바깥을 향하여 스트레칭되어 틀(21) 내에 융기하고, 틀(21)의 정규의 톱니형(27)의 도중의 부분에, 톱니형(27)보다 작은 톱니형이 성형된다.

그와 같이 1회째의 누름으로 톱니형을 성형하고, 또한, 중간의 공정으로서, 성형압력과 성형속도를 변경하여, 2회째 또는 3회째의 누름으로, 정규의 톱니형 (27)에 대응하는 정규의 톱니형을 가공품에 성형한다.

이 중간공정에서는, 톱니두께가 동일하게 유지됨과 동시에, 톱니끝이 여러 차례의 냉간단조에 의해서 원호의 형태를 만들면서 단계적으로 돌출하고 있어 완성 톱니형의 톱니 끝에 가까워져 간다.

또한, 톱니폭이 두꺼운 제품이나 높은 정밀도의 제품인 경우는, 완성공정으 로서, 톱니형을 갖는 사이징 다이 내를 통과시키는 것에 의해, 톱니형, 그 외에 대해서 높은 정밀도를 얻는다. 이 경우, 사이징 량은, 예를 들면 0.01∼0.2㎜가 적당하다.

초기공정과 중간공정과 완성공정의 때에, 틀의 톱니형을 바꾸는 것에 의해, 동일한 방법으로 평기어를 성형할 수도 있다.

도 4∼5의 실시예

도 4∼5는, 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에 있어서는, 금속재료(30)의 바깥둘레에 비교적 낮은 하중으로 평기어가 성형된다. 도 4는, 설명을 위해서, 톱니형을 성형하기 전의 상태를 나타내고 있다. 도 5는, 도 4의 A-A 단면도이다.

틀(31)은 축심(36) 방향으로 관통한 구멍(31a)을 갖는다. 이 구멍(31a)의 둘레면에는, 오목한 톱니형(37)이 성형되어 있다. 톱니형(37)은 정규의 평톱니형이다. 부호 34는 톱니형(37)의 치선원을 나타낸다. 부호 35는 톱니형(37)의 치원원을 나타낸다. 부호 30a는 금속재료(30)의 바깥지름을 나타낸다. 부호 31b는 틀 (31)의 피치원을 나타낸다.

금속재료(30)는, 바깥둘레가 원통형으로 된 얇은 판이며, 바깥둘레의 톱니 성형 부분의 양쪽이 같은 폭에 걸쳐서 두께가 증가하고 있다. 금속재료(30)의 양쪽을 동등하게 두께를 증가시키는 것이 바람직하지만, 양쪽 중 한 쪽만을 두께를 늘리더라도 좋다.

금속재료(30)의 위쪽에는, 톱니를 갖는 펀치(38)가 설치되어 있다. 펀치 (38)는, 화살표 X방향으로 금속재료(30)를 누르는 것이다. 펀치(38)는, 하부에 볼록한 톱니형(38a)을 갖는다. 볼록한 톱니형(38a)은, 틀(31)의 오목한 톱니형(37)에 대응하고 있다.

금속재료(30)의 하부에는, 지지부재로서 지지핀(39)이 설치되어 있다. 지지핀(39)은, 금속재료(30)를 지지한다. 지지핀(39)은, 도시가 생략된 지지수단에 의해 움직이지 않게 되어 있다. 지지핀(39)의 주위에는, 볼록한 톱니형(39a)이 성형되어 있다. 지지핀(39)의 볼록한 톱니형(39a)은, 틀(31)의 오목한 톱니형(37)에 대응하고 있다.

틀(31) 그 외를 사용하여 냉간단조에 의해서 평기어를 제조하는 방법의 일례를 설명한다.

우선, 틀(31) 내에 금속재료(30)를 삽입한다. 금속재료(30)의 바로 아래에는, 미리 지지핀(39)을 설치해 둔다.

1회째의 단조로, 틀(31) 내에 삽입한 금속재료(30)를, 펀치(38)로 누른다. 그것에 의해, 우선, 금속재료(30)의 두께증가부가 눌려져서 바깥을 향하여 스트레칭하고, 2회 이후의 누름으로 금속재료(30)는 틀(31) 내에 밀어내어, 틀(31)과 같은 정밀도의 기어로 성형된다. 이렇게 하여 틀(31)에 대응한 정규의 기어를 얻을 수 있다.

마지막으로, 완성공정으로서, 가공품의 톱니형을 사이징 가공하여 완성한다.

도 6의 실시예

도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내고 있고, 특히, 금속재료의 1회 의 스트레칭과 2회의 밀어내기의 공정으로 나누어 실시하는 상황을 나타낸다. 도면 중의 부호 40은, 본 발명의 기어로서의 크랭크 스프로켓을 나타낸다. 부호 40a는 피치원을 나타낸다.

이하, 각 공정을 설명한다.

제 1 공정에 있어서, 금속재료를 소정의 틀(도시 생략)에 삽입하여 펀치에 의해 스트레칭 성형을 한다. 이것에 의해, 정규의 톱니형보다 낮은 톱니끝(톱니 깊이)를 갖는 제 1 공정의 초기 톱니형(41)을 얻는다. 제 1 공정의 톱니형 부분의 톱니끝은 부호 41a로 나타나 있다. 이 톱니끝(41a)은 큰 원호가 되고 있다.

제 2 공정에 있어서, 제 1 공정에서 얻어진 초기 톱니형(41)이, 제 1 공정에서 이용한 틀보다 몇 퍼센트 작은 톱니두께를 갖는 톱니형의 틀에 의해서 더 냉간단조되어 밀어내기 성형시킨다. 이것에 의해, 제 2 공정의 톱니형(42)을 얻는다. 제 2 공정의 톱니형 부분의 톱니끝은 부호 42a로 나타나 있다. 이 톱니끝(42a)은, 비원형의 둥근 부분이 있는 곡면형상으로 되어 있다.

제 3 공정에 있어서, 제 2 공정에서 얻어진 톱니형(42)을, 제 2 공정에서 이용한 형보다 몇 퍼센트 작은 톱니두께를 갖는 톱니형의 틀에 의해서 밀어내기 성형을 한다. 이것에 의해, 제 3 공정의 톱니형(43)을 얻는다. 제 3 공정의 톱니형의 톱니끝은 부호 43a로 나타나 있다. 이 톱니끝(43a)은, 비원형의 둥근 부분이 있는 곡면형상으로 되어 있다.

이렇게 하여, 3종류의 틀을 이용하여, 스트레칭이나 밀어내기의 정도를 바꾸어 톱니두께를 감소시키면서 단계적으로 톱니형을 성형하고, 각 틀에 맞추어 단계 적으로 둥근 부분이 있는 톱니끝을 갖는 톱니형을 성형한다.

얻어진 톱니형(43)은, 정규의 톱니형에 사이징대를 가지고 있고, 화이버 플로우가 양호해져, 균열을 일으키지 않는다.

이 톱니형(43)은, 마무리 사이징 조임가공을 실시한다.

도 7∼10의 실시예

도 7∼10은, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 도 10은, 도 7∼9를 합 쳐서 나타낸다. 도면 중의 부호 50은 기어를 나타낸다. 부호 54는 피치원을 나타낸다.

이하, 각 공정을 설명한다.

초기공정에 있어서, 금속재료를 소정의 제 1 틀(도시 생략)에 삽입하여 스트레칭 성형을 한다. 이것에 의해, 도 7에 나타내는 초기공정의 초기 톱니형(51)을 얻는다.

중간공정에 있어서, 초기공정에서 얻어진 둥근부분이 있는 톱니바닥 형상의 초기 톱니형(51)을, 소정의 제 2 틀(도시 생략)에 삽입하여 밀어내기 성형을 한다. 이것에 의해, 도 8에 나타내는 중간공정의 둥근 부분이 있는 톱니바닥 형상의 톱니형(52)을 얻는다.

이 중간공정에서는, 톱니두께가 동일하게 유지됨과 동시에, 톱니바닥이 여러 차례의 냉간단조에 의해서 둥근 부분이 있는 형태를 변화시키면서 단계적으로 밀어내어져 가서 완성 톱니형의 톱니 끝에 가까워져 간다.

완성공정에 있어서, 중간공정에서 얻어진 톱니형(52)을, 사이징(즉 조임가 공)에 의해서 톱니형을 마무리 성형한다. 이것에 의해, 도 9에 나타내는 완성 톱니형(53)을 얻는다.

얻어진 완성 톱니형(53)은, 정규의 톱니형이며, 화이버 플로우가 양호해져서, 균열을 일으키지 않는다.

도 11∼14의 실시예

도 11∼14는, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 금속재료의 스트레칭과 밀어내기를 2개의 공정으로 나누고, 또한 사이징(마무리 조임가공) 공정과 조합하여 실시하는 예이다. 도면 중의 부호 60은 기어를 나타낸다. 부호 64는 피치원을 나타낸다.

이하, 각 공정을 설명한다.

초기공정에 있어서, 금속재료를 소정의 틀(도시생략)에 삽입하여 스트레칭 성형을 한다. 이것에 의해, 도 11에 나타내는 원호형상의 톱니끝을 갖는 초기 톱니형(61)을 얻는다.

중간공정에 있어서, 초기공정에서 얻어진 초기 톱니형(61)을, 초기공정에서 이용한 틀과 다른 틀(도시 생략)에 삽입하여 밀어내기 성형을 한다. 이것에 의해, 도 12에 나타내는 원호형상의 톱니끝을 갖는 톱니형(62)을 얻는다.

완성공정에 있어서, 중간공정에서 얻어진 톱니형(62)을, 사이징한다. 이것에 의해, 도 13에 나타내는 톱니형(63)을 얻는다.

도 14는, 도 11∼13을 합하여 나타낸다.

부호 65는, 제 2 공정 후의 화이버 플로우를 개념적으로 나타낸다. 얻어진 톱니형(63)은, 화이버 플로우(65)가 양호해져, 균열을 일으키지 않는다.

도 15의 실시예

도 15는, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다.

이 실시예는, 금속재료를 스트레칭과 밀어내기로 성형한 헬리컬 기어의 톱니형(A)과 톱니자국(B)을, 삼차원 측정기에 의해 계측한 데이터를 나타낸다.

도 15 중, A와 B의 각 위쪽의 1, 5, 10, 14의 숫자는, 톱니의 순서번호를 의미한다. A와 B의 각 아래쪽의 수치는, 기준값을 0으로 하여 측정한 측정값과 JIS 규격의 정밀도 등급을 나타낸다. 좌측은 좌측 톱니면 형상을 나타내고, 우측은 우측 톱니면의 형상을 나타낸다.

표 1은, 이 도 15의 실시예에서 이용한 헬리컬 기어의 톱니수, 모듈, 압력 각, 비틀림 각, 전위계수, 및 기초 원 지름을 나타낸다.

표 1

톱니수	모듈	압력각	비틀림각	전위계수	기초원형
18	1.0000	20.000°	-25.000°	0.4918	18.4301
2.7740	8.0000	2.1700	2.1700	5.4929	22.2600
0.8000	8.0000	2.2000	2.2000	4.0019	19.1000

스트레칭과 밀어내어 기어를 성형하더라도, 최고급의 기어를 성형할 수 있는 것을 알 수 있다.

도 16의 실시예

도 16은, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다.

이 실시예는, 금속재료를 스트레칭과 밀어내기로 성형하고, 또한 조임가공하여 성형한 헬리컬 기어의 톱니형(A)과 톱니자국(B)을, 삼차원 측정기에 의해 계측 한 데이터를 나타낸다.

도 16 중, A와 B의 각 위쪽의 1, 5, 10, 14의 숫자는, 톱니의 순서번호를 의미한다. A와 B의 각 아래쪽의 수치는, 기준값을 0으로 하여 측정한 측정값과 JIS규격의 정밀도 등급을 나타낸다. 좌측은 좌측 톱니면의 형상을 나타내고, 우측은 우측 톱니면의 형상을 나타낸다.

이 도 16의 실시예에서 이용한 헬리컬 기어의 치수, 모듈, 압력 각, 비틀림 각, 전위계수, 및 기초원지름은, 표 1과 같다.

톱니형은 JIS규격 0∼1급이지만, 톱니자국의 좌측 톱니면과 우측 톱니면의 등급에서 2∼5급의 차이가 있다. 측정오차는 있지만, 실력값은 2∼4급으로 판단할 수 있다.

도 17의 실시예

도 17은, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 금속재료의 스트레칭과 밀어내기를, 여러 가지의 냉간단조 가공과 조합하여 실시하는 예이다. 기어로서 크랭크 스프로켓이 제조된다.

이하, 일련의 제조공정을 설명한다.

A는, 가운데가 원기둥의 금속재료를 코일소재로부터 소정의 길이마다 절단한 원기둥의 소재(70)를 나타내고 있다.

B는, 상술의 A의 상태에 있는 소재(70)를 냉간단조에 의해 가공하여, 아래쪽에 축지름부(71)와 움푹한 부분(72)을 성형한 가공품을 나타내고 있다.

C는, 상술의 B의 상태에 있는 가공품(70)을 냉간단조에 의해 가공하여, 위쪽 의 움푹한 부분(73)과 아래쪽의 구멍(74)을 성형한 상태를 나타내고 있다.

D는, 상술의 C의 상태에 있는 가공품(70)을 냉간단조에 의해 가공하여 확대지름부(76)와 아래쪽의 깊은 구멍(75)을 성형한 상태를 나타내고 있다.

E는, 상술의 (D)의 상태에 있는 가공품(70)을 도시가 생략된 틀 내에서 스트레칭 성형하여, 정규의 톱니형보다 톱니두께가 크고, 또한, 톱니끝이 낮은 초기의 톱니형(77)을 성형한 상태를 나타내고 있다. 또, 아래쪽에는 새롭게 구멍(78)이 성형되어 있다.

이상의 여러 공정 후, 구멍을 관통시켜 도 18에 나타내는 완성품을 얻는다.

도 18∼19는, 정규의 톱니형(87)을 갖는 완성품의 크랭크 스프로켓(79)을 나타낸다. 도 19는, 도 18의 개략 정면도이다.

도 18 및 도 19에 나타내는 크랭크 스프로켓(79)은, 도 17의 가공품(70)으로부터 성형된 크랭크 스프로켓이다.

초기 톱니형(77)의 톱니두께와 거의 동일하게 유지하거나, 초기 톱니형(77)보다 몇% 작은 범위내에서 톱니두께를 감소시킴과 동시에, 초기 톱니형(77)보다 톱니끝을 밀어낸다. 그 결과, 완성 톱니형(87)(도 18∼20)을 갖는 완성품을 얻을 수 있다.

도 20의 실시예

도 20은, 도 18∼19에 나타내는 스프로켓을 제조하는 일례를 나타낸다. 도 20은, 완성 톱니형(87)을 성형한 후의 상태를 나타내고 있다.

틀 세트(81)는, 틀(81a)과 틀(81b)로 이루어진다.

틀(81a)의 축심(86) 방향에는, 구멍(81c)이 지나고 있다. 이 구멍(81c)의 둘레면에 오목한 톱니형(87)이 성형되어 있다. 이 톱니형(87)은, 정규의 톱니형이다. 부호 87a는 톱니형(87)의 치선원을 나타낸다. 부호 87b는 톱니형(87)의 치원원을 나타낸다.

틀(81b)은, 틀(81a)의 아래쪽에 배치되어 있다. 틀(81b)의 축심(86) 방향에는, 구멍(81c)보다 작은 지름의 구멍(81d)이 지나고 있다. 이 구멍(81d)의 둘레면이 크랭크 스프로켓(79)의 아래쪽 바깥둘레면과 대응하고 있다. 틀(81b)의 상면은 톱니형(87)을 지지한다.

크랭크 스프로켓(79)의 위쪽에는, 누름부재로서 펀치(88)가 설치되어 있다. 펀치(88)는, 화살표 X방향으로 크랭크 스프로켓(79)을 누르는 것이다.

펀치(88)의 바깥둘레면에는, 볼록한 톱니형(88a)이 성형되어 있다. 볼록한 톱니형(88a)은, 틀(81a)의 오목한 톱니형(87)과 대응하고 있다. 펀치(88)는, 아래쪽에 앞끝단부(88b)를 갖는다. 앞끝단부(88b)는, 크랭크 스프로켓(79)의 상면의 형상과 대응하는 형상을 가지고 있다.

크랭크 스프로켓(79)의 아래쪽에는, 크랭크 스프로켓(79)의 하단을 지지하기 위한 녹아웃 슬리브(89)가 설치되어 있다. 녹아웃 슬리브(89)는, 도시가 생략된 지지수단에 의해 움직이지 않게 되어 있다.

크랭크 스프로켓(79)의 안쪽에는, 펀치 멘드럴(82)이 지나고 있다.

도 20의 틀(21) 등을 사용하여 냉간단조에 의해서 크랭크 스프로켓을 성형하는 방법을 설명한다.

우선, 틀(81) 내에 톱니 성형 전의 금속재료(도시 생략)를 삽입한다. 금속재료의 바로 아래에는, 미리 녹아웃 슬리브(89)를 설치해 둔다. 금속재료의 내부에는, 펀치 멘드럴(82)을 삽입해 둔다.

틀(81)에 삽입한 금속재료를, 펀치(88)로 누른다.

눌려진 금속재료는, 스트레칭 성형되어, 틀(81a)의 톱니형에 대응한 톱니형 (87)을 갖는다.

이렇게 해서 틀(81) 세트에 의해서 크랭크 스프로켓(79)을 얻을 수 있다.

도 21의 실시예

도 21은, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예에 있어서는, 헬리컬 톱니형 피니언이 성형된다.

헬리컬 톱니형 피니언(90)을 성형하는 방법의 일례를 설명한다.

미리 구멍을 형성한 원통형의 금속재료를 소정의 틀에 설치한다(도시 생략). 구멍 안에, 그 구멍의 형상에 대응하는 형상의 핀(도시 생략)을 삽입한 상태에서, 금속재료를 그 축심 방향에 따라서 누른다. 눌려진 금속재료는, 둘레방향으로 스트레칭성형되고, 그 후, 밀어내기 성형에 의해서, 대응하는 틀의 톱니형과 같은 톱니형을 갖도록 성형된다.

밀어내기 성형 후에, 헬리컬 톱니형 피니언(90)을 비틀림 각에 따라서 회전시키면서 틀로부터 뽑아낸다.

헬리컬 톱니형 피니언(90)의 일례를 나타내면, 비틀림 각(비틀림 방향)이 250°(좌측)이고, 톱니의 정밀도가 JIS 4급 또는 5급의 것이다.

도 22와 도 23의 실시예

틀과 피가공물의 상대적인 이동거리를 작게 하면, 틀의 정밀도에 보다 가까운 가공물을 얻을 수 있다. 그 수법의 일례를 이하 도 22∼23을 참조하여 설명한다.

도 22는, 피가공물의 성형개시 상태를 나타낸다. 도 23은, 피가공물의 성형완료 상태를 나타낸다.

톱니를 성형하는 주형은 틀(101)이다. 알기 쉽게 하기 위해, 도 22에서는 틀(101)은 고정된 상태로 그려져 있다. 실제로는 틀(101)은 움직여도 좋다.

틀(101)은 축심(106) 방향으로 관통한 구멍(101a)을 갖는다. 이 구멍(101a)의 둘레면에는, 오목한 톱니형(107)이 성형되어 있다. 톱니형(107)은 정규의 톱니형이다. 부호 103은 피치원을 나타낸다. 부호 104는 톱니형(107)의 치선원을 나타낸다. 부호 105는 톱니형(107)의 치원원을 나타낸다.

금속재료(100)의 위쪽에는, 누름부재로서 상부누름핀(108)이 설치되어 있다. 상부누름핀(108)은, 금속재료(100)를 위로부터 누르는 것이다.

상부누름핀(108)의 주위에는, 위쪽 슬리브(102)가 설치되어 있다. 위쪽 슬리브(102)는, 금속재료(100)와 상부누름핀(108)을 옆쪽으로부터 지지한다.

금속재료(100)의 아래쪽에는, 누름부재로서 하부누름핀(109)이 설치되어 있다. 하부누름핀(109)은, 금속재료(100)를 아래로부터 누르는 것이다.

하부누름핀(109)의 주위에는, 아래쪽 슬리브(104)가 설치되어 있다. 아래쪽 슬리브(104)는, 고정되어 있어, 금속재료(100)와 하부누름핀(109)을 옆쪽으로부터 지지한다.

도 22의 틀(101) 등을 사용하여 냉간단조에 의해서 기어를 제조하는 방법의 일례를 설명한다.

금속재료(100)를 틀(101)의 중앙부에 투입한다. 그 후, 상부누름핀(108)과 위쪽 슬리브(102)가 아래쪽으로 이동하여, 금속재료(100)를 가둔다.

위쪽 슬리브(102)와 아래쪽 슬리브(104)를 정지시킨 상태로 한다.

상부누름핀(108)에 화살표 C방향의 압력을 가한다. 하부누름핀(109)에 화살표 D방향의 압력을 가한다. 위쪽 슬리브(102)는, 유압 또는 스프링압에 의해 틀 (101)을 끼운 상태로 멈춰져 있다. 이렇게 하여 틀(101)의 톱니형(107)을 향해서 금속재료(100)를 스트레칭 하고, 성형한다. 이것에 의해 톱니형(107)을 금속재료 (100)에 성형한다. 같은 형을 사용하여, 단조의 조건(성형의 압력이나 속도 등)을 성형마다 변경하거나, 여러 가지의 틀을 성형마다 사용한다.

도 23의 화살표 E는, 금속재료의 흐름을 모식적으로 나타내고 있다.

성형품(110)을 틀(101)로부터 꺼내기 위해서는, 상부누름핀(108)과 위쪽 슬리브(102)를 위쪽으로 이동시킨 후, 하부누름핀(109)을 위쪽으로 움직여서 성형품 (110)을 틀(101)의 바깥으로 내보낸다.

이와 같이 성형하면, 성형되는 기어와 틀의 상대적 이동거리는 매우 적기 때문에, 기어를 고정밀도로 성형할 수 있다.

도 24의 실시예

도 24는, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 중간공정의 틀 내에서 금속재료를 밀어내게 한 후, 마무리용의 사이징으로서 더 조임가공에 의해서 톱니형을 성형하는 예이다.

조임가공틀(111)은, 축심(116) 방향으로 관통한 구멍(111a)을 갖는다. 이 구멍(111a)의 둘레면에 오목한 톱니형(114)이 성형되어 있다. 부호 117은 피치원을 나타낸다.

조임가공틀(111)은, 가이드부(112)와 조임부(113)로 이루어진다.

가이드부(112)는, 조임가공틀(111)의 입구에 모방(사전 준비)을 위해서 설치된다. 가이드부(112)의 피치원(117)의 직경은, 밀어내기 가공되기 전 공정품의 피치원의 직경보다 조금 크게 하는 것이 좋다. 예를 들면 0.05∼0.2㎜ 크게 하는 것이 좋다. 가이드부(112)의 축방향 길이는 톱니 모듈의 5배 이상이 바람직하다.

조임부(113)는, 가이드부(112)의 하단에 설치되어 있다. 조임부(113)의 톱니형(114)은, 정규의 톱니형이다.

완성 톱니형을 성형할 때, 초기공정은, 금속재료의 스트레칭 공정으로 하고, 그 후, 밀어내기 공정으로 한다. 이것에 의해 정밀한 톱니자국을 성형한다. 또한, 금속재료를 구멍(111a)에 삽입한다. 그리고, 밀어내기 가공된 톱니면을 모방(사전 준비)면으로서, 조임부(113)에 의해 금속재료를 0.05∼0.2㎜ 조임가공한다. 이것에 의해 톱니형의 오차를 지극히 작게 할 수 있다.

상술의 어느 실시예에 있어서도, 복수의 냉간단조마다(적어도 스트레칭과 밀어내기의 사이에) 가공품을 틀로부터 꺼내, 윤활피막을 실시하거나 연화 어닐링을 실시하여, 낮은 하중의 단조를 가능하게 하는 것이 바람직하다.

또한, 상술의 어느 실시형태에 있어서도, 최종 단계를 제외하여, 밀폐단조를 하지 않는 것, 즉, 다단(복수의 냉간단조)의 각각에서, 가공품의 톱니끝이 틀의 톱니끝에 도달하기 전에 성형을 정지하는 것이, 성형하중의 증대를 피하기 위해서는 바람직하다.

도 25∼28의 실시예

도 25∼28은, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 금속재료의 스트레칭과 밀어내기를 2개의 공정으로 나누고, 또한 사이징(마무리 조임가에) 공정과 조합하여 실시하는 예이다. 도면 중의 부호 120은 기어를 나타낸다. 부호 124는 피치원을 나타낸다.

이하, 각 공정을 설명한다.

초기공정에 있어서, 금속재료를 소정의 틀의 톱니형(120a)의 안쪽에 삽입하여 스트레칭 성형을 한다. 이것에 의해, 도 25에 나타내는 큰 원호형상의 톱니끝을 갖는다. 초기 톱니형(121)을 얻는다. 그때, 부호 120b로 나타내는 초승달형의 공간이 가공품의 초기 톱니형(121)의 톱니끝과 틀의 톱니형(120a)의 톱니끝의 사이에 남아 있다.

중간공정에 있어서, 초기공정에서 얻어진 초기 톱니형(121)을, 초기공정에서 이용한 틀과 다른 틀(120c)에 삽입하여 밀어내기 성형을 한다. 이것에 의해, 도 26에 나타내는 톱니형(122)을 얻는다. 부호 120d는 사이징대를 나타낸다. 또, 가압가감에 의해서는, 톱니형(122)은 틀(120c)의 윤곽 전면에 접촉하지 않는 경우도 있다.

완성공정에 있어서, 중간공정에서 얻어진 톱니형(122)을, 사이징한다. 이것에 의해, 도 27에 나타내는 완성 톱니형(123)을 얻는다.

도 28은, 도 25∼27을 합하여 나타낸다.

부호 125는, 제 2 공정 후의 화이버 플로우를 개념적으로 나타낸다. 얻어진 톱니형(123)은, 화이버 플로우(125)가 양호해져, 균열을 일으키지 않는다. 또, 도면 중 부호 120e로 나타낸 지름 r은, 플러스 쪽이면 폭넓은 공차가 있어도 좋다.

도 29의 실시예

도 29는, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는, 금속재료의 스트레칭과 밀어내기를 2개의 공정으로 나누고, 또한 사이징(마무리 조임가공) 공정과 조합하여 실시하는 예이다. 도면 중의 부호 130은 기어를 나타낸다. 부호 134는 피치원을 나타낸다.

이하, 각 공정을 설명한다.

초기공정에 있어서, 금속재료를 소정의 틀(도시 생략)에 삽입하여 스트레칭 성형한다. 이것에 의해, 큰 원호형의 톱니끝을 갖는 초기 톱니형(131)을 얻는다.

중간공정에 있어서, 초기공정에서 얻어진 초기 톱니형(131)을, 초기공정에서 이용한 틀과 다른 틀(도시생략)에 삽입하여 밀어내기 성형을 한다. 이것에 의해, 별도의 큰 원호형의 톱니끝을 갖는 톱니형(132)을 얻는다.

완성공정에 있어서, 중간공정에서 얻어진 톱니형(132)을, 사이징한다. 이것에 의해, 톱니형(133)을 얻는다. 부호 130d는 사이징대를 나타낸다.

또, 부호 131a, 133a는, 가공품의 톱니의 형상을 나타낸다. 그때, 부호 135a, 135b로 나타내는 공간이 틀의 안쪽에 남아 있다. 밀어내기에 의해 형성된 톱니형의 톱니끝의 꼭대기부는 틀의 톱니형의 톱니끝에 접촉하지 않게 되어 있다. 톱니형(133a)에는, 작은 각 R이 없으므로, 틀의 내파괴(내갈라짐) 강도가 향상한다. 밀어내기에 의해 형성된 톱니형의 톱니끝의 꼭대기부의 형상은, 원호에 한정되지 않고, 밀어내기를 유리하게 하는 것이면 둥근 부분이 있는 형상이나, 다른 자유로운 형상으로 할 수 있다.

또, 본 발명은 상술의 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명은, 폐색 단조의 형태에 한정되지 않고, 비폐색 단조의 형태를 포함한다.

Claims (10)

1. 냉간단조에 의해서 톱니형 부품을 제조하는 방법에 있어서, 초기 톱니형을 형성하는 초기공정과, 사이징 가공으로 완성 톱니형을 형성하는 완성공정과의 사이에, 냉간단조에 의해, 초기 톱니형의 톱니두께와 거의 동일하게 톱니두께를 유지하거나, 초기 톱니형의 톱니두께보다 10% 이하의 범위내에서 톱니두께를 감소시킴과 동시에, 초기 톱니형으로부터도 톱니끝을 밀어내는 중간공정을 개재시키는 것을 특징으로 하는, 냉간단조에 의한 톱니형 부품의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 초기 톱니형에 있어서의 톱니바닥의 양쪽의 둥근 부분이 완성 톱니형에 있어서의 톱니바닥의 양쪽의 둥근 부분보다 큰 것을 특징으로 하는 냉간단조에 의한 톱니형 부품의 제조방법.
3. 제 1 항 내지 제 2 항 중의 어느 한 항에 있어서, 중간공정에 있어서, 톱니두께가 동일하게 유지되거나, 또는 감소함과 동시에, 톱니끝이 여러 차례의 냉간단조에 의해서 둥근 부분이 있는 형태로 단계적으로 내밀어져서 완성 톱니형의 톱니끝의 형태에 가까워져 가는 것을 특징으로 하는 냉간단조에 의한 톱니형 부품의 제조방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 완성공정으로 가공 마무리 용의 틀의 입구부에 가이드부를 설치하고, 가이드부의 길이를 톱니폭의 반 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 냉간단조에 의한 톱니형 부품의 제조방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 완성공정에 있어서 두께가 0.02∼0.1㎜ 감소하도록 톱니형을 사이징 가공하여 조정하는 것을 특징으로 하는 냉간단조에 의한 톱니형 부품의 제조방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 초기 톱니형으로부터 사이징 가공 전까지를 파트 포머에 의해서 3∼5단으로 형성하고, 사이징 가공 직전에 연화 어닐링 처리 또는 윤활피막 부착 처리를 하는 것을 특징으로 하는 냉간단조에 의한 톱니형 부품의 제조방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 초기공정과 중간공정의 사이에서 톱니형의 연화 어닐링처리를 하는 것을 특징으로 하는 냉간단조에 의한 톱니형 부품의 제조방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 초기공정과 중간공정의 사이에서 톱니형의 윤활피막 부착 처리를 하는 것을 특징으로 하는 냉간단조에 의한 톱니형 부품의 제조방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 초기공정과 중간공정에 있어서의 다단의 냉간단조의 각각에 있어서, 가공품의 톱니형의 톱니끝이, 틀의 톱니형의 톱니끝에 도달하기 전에, 밀어내기를 멈추는 것을 특징으로 하는 냉간단조에 의한 톱니형 부품의 제조방법.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서의 냉간단조에 의한 톱니형 부품의 제조방법에 의해 제조된 톱니형 부품.

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