KR100196341B1 - 철로 된 토오크 전달 차량 구동축 요소를 형성하는 방법 - Google Patents

Abstract

철로부터 고주파 경화된 토오크 전달축을 형성하는 방법. 먼저, 축의 예비성형물을 주조하거나 또는 다른 방식으로 형성시킨다. 그런다음 철 물질이 퍼얼라이트, 바이나이트, 또는 템퍼 말텐사이트와 같은 바람직한 미세구조를 갖도록, 예비 성형물을 열처리 시킨다. 열처리에 이어서, 경화되지 않은 축은 바람직한 허용도 또는 특정 형태를 이루기 위해 기계가공될 수 있다. 마지막으로, 경화되지 않은 축의 표면 및 외부 영역을 바람직하게는, 고주파 가열장치에 의해 강화시킨다. 결과적으로, 결과의 철 축의 표면 및 외부 영역은 경화되고, 반면에 축의 내부 영역은 상대적으로 경화되지 않은 채로 남게 된다.

Description

철로 된 토오크 전달 차량 구동축 요소를 형성하는 방법

도면은 본 발명에 따라 철로부터 고주파 경화된 토오크 전달축을 형성하는 방법과 관련된 단계들의 흐름도를 나타냄.

본 발명은 일반적으로 고주파 경화 공정, 특히 철로부터 고주파 경화된 토오크 전달축을 형성하는 방법에 관한 것이다.

금속성 토오크 전달축 및 이와 유사한 요소들은 서로 다른 많은 용도에 널리 사용된다. 특히, 회전가능한 금속 토오크 전달축은 액슬 샤프트, 요우크 샤프트 등을 포함하는 차량 구동 장치에서 흔히 사용된다. 사용시, 이들축은 차량을 움직이는 차량 엔진에 의해 그 위로 비교적 큰 토오크 하증을 받을 수 있다. 따라서, 이러한 축은 이들 하중을 전달하기 위해 충분히 경화되어야 한다.

차량 구동 장치 축은 보통 경화된 강철(steel)로부터 형성되었다. 과거에, 이들 강철축은 통상의 경화 공정에 의해 전체 경화(through hardened)되었다. 달리 말하면, 전체 축(표면으로부터 코어까지)은 전형적으로 45RC 내지 50RC 범위로 경화되었다. 이러한 유형의 축은 요구되는 토오크 하중을 지탱할 수 있었으나, 다소 열등한 피로 수명을 가졌다. 그 결과, 관통 경화된 축은 차량 엔진 및 기타의 원인으로 발생되는 반복되는 하중 때문에 파손 되었다.

보다 최근에, 차량 구동 장치 축은 단지 표면과 그 근처만 경화된 강철로부터 형성되었다. 따라서, 이들 축의 코어는 경화되지 않거나 또는 보다 낮은 정도로 경화되었다. 전형적으로, 이러한 축의 케이스, 즉 표면 및 외부영역은 50RC 내지 55RC 로 경화되었으며, 반면 코어는 경화되지 않은 채로 있거나 또는 단지 20RC-30RC 로 경화되었다. 강철축의 이러한 표면 경화 공정은 통상적인 고주파 경화 기술을 사용함으로써 수행되었다. 결과의 축은 요구되는 토오크 하중을 지탱하면서 충격 및 피로로 인한 파손에 견딜 수 있는 것으로 밝혀졌다.

비록 표면 경화된 강철축 및 기타 토오크 전달 요소들이 차량내에서 만족스럽게 기능하는 것으로 입증되었다 할지라도, 다른 고려할 사항들이 명백해 졌다. 특히, 강철로부터 특정의 요소를 형성하기 위한 비용은 가능한 비용 절약의 한 영역으로서 주목되어 왔다. 따라서, 만족스러운 성능을 제공하면서 보다 덜 비싼 물질로부터 요소를 형성하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명은 철로부터 고주파 경화된 토오크 전달축을 형성하기 위한 방법에 관한 것이다. 먼저, 축의 예비 성형물을 주조하거나 또는 성형한다. 그런 다음 예비 성형물을 열처리하여 철 물질이 퍼얼라이트, 바이나이트 또는 템퍼(tempered) 마르텐사이트와 같이 원하는 미세구조를 갖도록 한다. 열처리에 이어서, 경화되지 않은 축을 원하는 허용도 또는 특정 형태를 가지도록 기계가공할 수 있다. 마지막으로, 경화되지 않은 축의 표면 및 외부영역을 경화하며, 바람직하게는 고주파 가열 장치에 의해 경화시킨다. 결과적으로, 결과 얻어지는 철 축의 케이스, 즉 표면 및 외부영역은 경화되며, 반면 상기 축의 내부영역은 상대적으로 경화되지 않은 채로 남는다.

본 발명의 목적은 철로부터 고주파 경화된 토오크 전달축을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 현재 사용되는 것보다 덜 비싸지만 많은 분야에 사용시 만족스러운 성능을 제공하는 물질로부터 상기 토오크 전달축을 형성하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 잇점들은 첨부되는 도면을 참고로 하여, 바람직한 실시양태의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백해질 것이다.

이제 도면을 참고로 하여, 철로부터 고주파 경화된 회전 토오크 전달축을 형성하기 위한 본 발명의 방법에 관련된 단계들이 상세하게 설명될 것이다. 여기서 사용되는 용어 축은 토오크를 전달하기 위해 사용되는 동안 회전하도록 적용되는 부품을 의미한다. 공정의 제 1 단계는 축에 대한 예비 성형물을 형성하는 것이다. 이러한 제 1 단계는 먼저 일정량의 철을 일반적인 형태의 축으로 성형함으로써 수행된다. 예를 들어, 임의의 통상적인 주조 공정이 이를 위해 사용될 수 있다. 바람직하게는, 가단철 (malleable iron) 또는 연성의 철이 예비 성형물을 성형하는데 사용된다.

다음 단계는 예비 성형물 내의 철 물질이 소정의 미세구조를 갖도록 예비 성형물을 처리하는 것이다. 이러한 바람직한 미세구조는 일반적으로, 이어지는 예비 성형물의 경화가 발생될 수 있도록 철 물질의 매트릭스내에 확산된 충분한 양의 탄소를 제공함으로써 형성된다. 이것을 수행하기 위해, 예비 성형물을 오오스테나이트 온도(철의 경우, 약 1450°F) 이상에서 가열시킨 다음 냉각시킨다. 잘 알려진 바와 같이, 예비 성형물이 냉각되는 속도는 철 물질의 미세구조를 결정할 것이다. 퍼얼라이트, 바이나이트 또는 템퍼 마르텐사이트의 형성이 하기에 설명되는 바와 같이 예비 성형물의 이어지는 경화를 허용하기 때문에 바람직하다. 일반적으로, 페라이트의 형성은 바람직하지 않다.

이러한 열처리 단계에 대한 대안으로서, 몇몇 경우에, 주형이 냉각될 때 퍼얼라이트가 형성되는 방식으로 예비 성형물을 주조할 수 있다. 이것은 예비 성형물이 먼저 주조될 경우 구리와 같은 합금 물질의 일정 양을 용융철에 첨가함으로써 달성될 수 있다. 용융 철내 합금 물질의 존재는 예비 성형물이 냉각될 때 퍼얼라이트가 형성되도록 한다. 결과적으로, 원하는 미세구조를 달성하기 위해 예비 성형물을 열처리하기 위한 별도의 단계에 대한 요구가 제거될 수 있다. 그러나, 어떤 경우에서나 결과 얻어지는 부품은 성형될 최종 축의 일반적인 형태를 갖는 경화되지 않은 축이다.

다음으로, 경화되지 않은 축의 부분은 원하는 허용도 또는 특정의 형태를 이루기 위해 기계 가공되거나, 그렇지 않으면 필요한 경우 제거될 수 있다. 임의이 통상적인 기계 가공 공정이 이 단계를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 기계 가공에 따라, 경화되지 않은 축은 형성될 최종 축의 원하는 형태를 갖는다.

본 방법에서의 최종 단계는 경화되지 않은 축의 표면 및 외부영역(케이스)을 경화시키는 것이다. 이러한 경화는 바람직하게 통상적인 고주파 가열 장치에 의해 수행된다. 고주파 가열 장치는 경화되지 않은 축의 표면 및 외부영역의 온도를 고온으로, 전형적으로 1650°F 주변으로 증가시킨다. 이러한 가열 시간 및 철 물질의 등급은 이러한 열처리의 침투 깊이를 결정할 것이다. 경화되지 않은 축의 가열은, 이러한 열처리가 축에 대한 의도되는 용도 및 축에 의해 지탱될 것으로 기대되는 하중에 기초하여 소정의 깊이에 도달할 때까지 계속된다. 어느 경우에서나, 축의 코어, 즉 내부 영역이 가열되기 전에 가열을 중지시켜, 상기 내부 영역의 이어지는 경화가 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

경화되지 않은 축은 가열된 후, 비교적 빠른 속도로 냉각된다. 상기 속도는 축의 표면 및 외부 영역에 대한 원하는 경도 및 사용된 물질의 등급에 의해 결정된다. 냉각 공정은 임의의 통상적인 수단에 의해 수행될 수 있다. 축의 외부 영역은 50RC-55RC 로 경화시키는 반면, 그의 내부 영역은 30RC 이하의 경도 수준으로 유지하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 결과의 경화된 철 축은 많은 적용예에 있어서 비교되는 강철 축에 비하여 만족스럽게 기능하는 것으로 밝혀졌다.

이러한 방식으로 형성된 철 축은 비교가능한 강철 축에 비해 훨씬 더싸게 제조할 수 있다. 단위당 가격을 기준으로 철이 일반적으로 강철에 비해 덜 비싸기 때문에 얼마간의 비용 절약을 결과된다. 본 발명의 방법에 사용되는 철 물질은 일반적으로 강철에 비해 보다 적은 가공처리를 요하기 때문에 또 다른 비용 절약이 달성된다. 상기에서 논의된 바와 같이, 철 물질은 단순히 주조되어 예비성형물을 형성할 수 있다. 그러나, 강철이 사용될 때, 예비 성형물은 주조가 아닌 강철 저장소(steel stock)로부터 단조된다(forged).

강철 물질을 예비 성형물의 형태로 단조하는 것은 일반적으로 철을 상기의 형태로 단순히 주조하는 것에 비해 더 어렵고 시간 소모적이다. 따라서, 본 발명의 방법에서 철을 사용하는 것은 강철로부터 부품을 성형하는 공지된 방법에 비해 상당한 비용 절약을 제공하게 된다.

특허 법규의 규정에 따라, 본 발명의 작동의 원리 및 양식은 그의 바람직한 실시양태에서 설명되고 예증된다. 그러나, 본 발명은 그의 영역 또는 본질로부터 벗어나지 않고서 상세하게 설명되고 예증된 바와 다른 방법으로 실행될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims (10)

1. (a) 퍼얼라이트, 바이나이트 및 템퍼 마르텐사이트로 구성되는 군으로부터 선택된 미세구조를 갖고 코어 및 케이스를 갖는 경화되지 않은 철 축을 가단 철 또는 연성 철로부터 형성하는 단계; (b) 결과 얻어진 철 축의 케이스는 경화되고 상기 축의 코어는 상대적으로 경화되지 않은 채로 남도록 상기 경화되지 않은 축의 케이스를 경화시키는 단계; 및 (c) 엔진에 의해 발생되는 토오크 하중을 전달하도록 상기 철 축을 차량의 구동장치에 장착하는 단계로 구성되는, 철로 된 토오크 전달 차량 구동축 요소를 형성하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a)는 상기 철이 퍼얼라이트 미세구조를 갖도록 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (b)가 고주파 가열에 의해 수행되는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 차량 구동축 요소는 액슬 샤프트인 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 차량 구동축 요소는 요오크 샤프트인 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a)는 상기 철 축의 예비 성형물을 형성하고, 상기 철 축의 예비 성형물을 열처리하여 퍼얼라이트, 바이나이트 및 템퍼 마르텐사이트로 구성되는 군으로부터 선택된 미세구조를 갖는 상기 경화되지 않은 철 축을 형성하도록 함으로써 수행되는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 철 축의 예비 성형물을 형성하는 단계는 주조함으로써 수행되는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a)는 상기 철이 바이나이트 미세구조를 갖도록 하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a)는 상기 철이 템퍼 마르텐사이트 미세구조를 갖도록 하는 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a)는 열처리한 후 상기 경화되지 않은 철 축을 기계가공하는 단계를 더 포함하는 방법.