초록 ▼

1. 최종목표
자동차 변속기 시스템에 조립되어지는 부품인 카운터샤프트 기어를 단조함에 있어 외경치형부와 중간 스플라인 치형부를 일체형으로 성형하고, 스플라인 치형을 정밀성형하여 연삭에 의한 기계가공을 생략하여 사용할 수 있도록 열간단조 및 냉간사이징의 복합 공정을 개발
1) 카운터샤프트 기어의 스플라인 치형 정밀 열간단조 기술 개발.
- 스플라인 치형의 냉간사이징 형상을 적절히 유도할 수 있는 열간단조품의 형상 최적화를 달성
- 블로커 형상의 최적화를 통하여 스플라인 치형부의 성형을 원활하게 하고, 금형수명을

1. 최종목표
자동차 변속기 시스템에 조립되어지는 부품인 카운터샤프트 기어를 단조함에 있어 외경치형부와 중간 스플라인 치형부를 일체형으로 성형하고, 스플라인 치형을 정밀성형하여 연삭에 의한 기계가공을 생략하여 사용할 수 있도록 열간단조 및 냉간사이징의 복합 공정을 개발
1) 카운터샤프트 기어의 스플라인 치형 정밀 열간단조 기술 개발.
- 스플라인 치형의 냉간사이징 형상을 적절히 유도할 수 있는 열간단조품의 형상 최적화를 달성
- 블로커 형상의 최적화를 통하여 스플라인 치형부의 성형을 원활하게 하고, 금형수명을 향상시킬 수 있는 기술 개발.
2) 카운터샤프트 기어의 열간단조품을 이용하여 스플라인 치형에 대한 냉간사이징 기술을 개발
- 냉간 사이징 시 외경부 흔들림 공차 0.1, 스플라인 치형부 치수정밀도 0.1mm 이하가 될 수 있는 정밀성형기술 개발
- 스플라인 치형 형상에 대한 연삭가공 없이 사용할 수 있는 기술 개발.
2. 개발내용 및 결과
1) 자동차용 변속기의 일체형 Counter shaft gear 치형 무연삭 정밀 단조기술을 개발함에 있어 제품사양 및 특성을 분석하고 제품 제조공정설계를 완료하였다.
2) 열간단조, 냉간단조, 냉간 사이징 공정에 대한 3차원 시뮬레이션을 수행하였다. 각각의 공정에서 소재의 미충진 현상을 검토하고 최종 제품에서 발생할 수 있는 폴딩 결함을 미리 예측하였으며, 또한 유효응력 및 유효 변형률 분포를 검토하였다. 이를 통하여 단조 공정을 최적화하였다.
3) 단조 공정 시 단조금형에 작용하는 응력해석 및 탄성변형 해석을 수행하여 금형에서 응력이 집중되는 부분을 확인하였으며 , 탄성변형 량을 금형설계에 반영하였다.
4) 단조 공정 해석 및 금형의 응력해석 결과를 바탕으로 단조 금형 설계를 완료하고, 단조금형을 제작하였다.
5) 제작된 금형을 사용하여 열간단조, 냉간단조 및 냉간사이징 공정을 통하여 카운터샤프트 기어에 대한 시제품을 제작하였으며, 치수정밀도 및 형상정밀도를 만족하는 우수한 단조품을 얻어내었다.
6) 최종 제품을 길이방향과 수직방향으로 절단하여 내부단면의 금속 유동 조직을 분석하였으며, 매우 양호한 형태의 금속 유동 조직을 확인할 수 있었다.
7) SCR420H 원소재와 열간 단조품, 열처리 후 단조품 조직 및 냉간단조품의 금속조직을 분석하였다. 제품 전체에 펄라이트와 페라이트의 혼합상 조직이 골고루 펼쳐져 있어, 매우 양호한형태의 금속조직을 얻을 수 있었다.
8) 최종 개발 제품에 대한 평가 결과로부터 개발 목표치에 대해 우수한 결과를 얻어내었다.
3. 사업성과
? 기술적 성과
- 기존의 생산방법보다 기계가공에 필요한 시간과 비용을 줄여서 생산성을 향상시키고, 금형의 마멸특성을 양호하게 하여 금형의 교환주기가 길어진다.
- 스플라인 치형부와 외경부를 따로 제작하여 용접하는 기존의 생산 방법에 비해 일체형으로 제품을 단조하기 때문에 두 부품을 마찰용접한 제품에 비해 내구성, 내피로성 등 기계적 성질이 우수하고, 제품의 품질이 향상된다.
? 경제적 성과
① 기존 제품에 대한 원가절감효과 연간 28~30억원 예상
- 소재절감효과 연간 2.7억원(0.18kg/EA×120만개, 216ton) 이상
- 스플라인 치형 가공비 절감 17.2억원(1430원/EA) 이상
- 마찰용접 비용 절감 3.6억원(300원/EA)
- 물류비용 절감 및 기타 부대비용 절감
② 변속기 제조 MAKER의 영업이익 및 정밀성형기술의 개발을 통한 선진기술확보
③ 카운터샤프트 정밀단조 금형의 수입대체효과 연간 10억원
4. 향후추진계획
① 개발품을 다이모스, 위아 등의 변속기 제조업체에 공급토록 추진
② 개발품 샘플을 일본, 중국, 유럽 등에 공급하여 국제시장 개척
③ 현대파워택 등 자동변속기 제조 메이커에 개발품의 샘플을 공급하여 유사품목 개발 타진

목차 Contents

• 과제 1. 자동차용 변속기의 일체형 Counter shaft gear 치형 무연삭 정밀 단조기술 개발...1
• 사업비사용실적보고서...3
• I. 총괄현황...3
• II. 과제개발비 세부집행내역...3
• 개발결과의견서...9
• 최종보고요약서(초록)...10
• 제 1 장 서 론...12
• 제 1 절 개발기술의 개요...12
• 제 2 절 기술개발의 목표...17
• 2-1. 기술개발의 최종 목표...17
• 2-2. 세부 개발목표...17
• 제 3 절 기술개발의 범위...19
• 제 2 장 과제개발 내용 및 방법...23
• 제 1 절 Counter Shaft Gear 단조품 설계...23
• 제 2 절 Counter Shaft Gear의 열간단조 시뮬레이션...28
• 2-1. 시뮬레이션 조건...29
• 2-2. Counter Shaft Gear-5th 단조공정 해석 결과...31
• 2-3. 카운터 샤프트 1단 기어의 성형공정 해석...40
• 제 3 절 Counter Shaft Gear의 열간단조 시제품 제작...45
• 3-1. 열간단조 금형 설계...45
• 3-2. 열간단조 금형 제작...50
• 3-3. 열간단조 시제품 제작...53
• 제 4 절 Counter Shaft Gear의 냉간단조 시뮬레이션...56
• 4-1. Counter Shaft Gear 냉간단조/냉간사이징 금형 설계...56
• 4-2. 냉간단조/냉간사이징 공정의 유한요소 해석...63
• 4-3. 냉간단조/냉간사이징 공정의 유한요소 해석...65
• 4-4. 냉간사이징 공정의 유한요소 해석 결과...74
• 제 5 절 Counter Shaft Gear의 냉간단조 시제품 제작...82
• 5-1. 냉간단조/사이징 금형 제작...82
• 5-2. 냉간단조/사이징 시제품 제작...84
• 제 3 장 사업성과...90
• 제 1 절 개발품 시험분석 결과...90
• 1-1. 치형의 살채움 분석 및 Metal flow 분석...90
• 1-2. 미세조직 분석...97
• 1-3. 경도 분석...102
• 1-4. 인장강도 분석...104
• 1-5. 단조품 정밀도 분석...107
• 제 2 절 사업성과...111
• 제 4 장 결 론...114
• 제 1 절 기술개발 결과...114
• 제 2 절 기술개발의 목표 달성 여부...116
• 제 3 절 기대효과 및 사업화방안...117
• 부 록...118
• ▣ 성적서 첨부...118
• ▣ 참고문헌...134