KR100217604B1 - 이중구조를 갖는 싱크로나이저 링과 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이중구조를 갖는 싱크로나이저 링과 그 제조방법에 관한 것으로서,더욱 상세하게는 싱크로나이저 링의 구조를 동분말 소결재로 이루어진 내경 압입부와 소결합금재로 이루어진 외부링 몸체부의 이중구조로 분리 형성하되 내경압입부가 외부링 몸체부의 내경으로 압입된 채 일체화되게 구성하므로써 종래보다 원가를 절감하고 마찰력을 크게 향상시킨 새로운 형태의 싱크로나이저 링과 이를 제조하기 위해 원료분말을 가압 성형하고 소결하는 제조방법에 관한 것이다

Description

이중구조를 가진 싱크로나이저 링과 그 제조방법

본 발명은 이중구조를 갖는 싱크로나이저 링과 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 싱크로나이저 링의 구조를 동분말 소결재로 이루어진 내경 압입부와 소결합금재로 이루어진 외부링 몸체부의 내경으로 압입된 채 일체화되게 구성하므로써 종래보다 원가를 절감하고 마찰력을 크게 향상시킨 새로운 형태의 싱크로나이저 링과 이를 제조하기 위해 원료 분말을 가압 성형하고 소결하는 제조방법에 관한 것이다.

싱크로나이저 링(Synchronizer Ring)이란 자동차 수동변속기에서 속도가 다른 두 기어 사이의 상대속도를 동일하게 하기위해 두 기어 사이의 마찰기능을 수행하는 동기링을 말한다

종래의 싱크로나이저 링은 제1도에서 도시된 바와 같이 단일구조의 링으로 구성되어 있었는 바, 특히링 몸체부가 Cu를 주성분으로 하고 Al, Mn, Si, Fe, Cr, Ni, Pb, Zn등이 혼합된 황동 단조재로 이루어져 있었다.

이러한 종래의 황동단조재 싱크로나이저 링을 제조하는 방법은 통상적으로 Cu 5965 중량, Al 1.73.7 중량, Mn 2.23.8 중량, Si 0.51.3 중량, Fe 0.6 중량이하, Cr 0.070.27중량, Ni 0.20.6 중량, Pb 0.18 중량이하, 그리고 Zn잔여량으로 원료 성분을 구성하고, 이 원료 성분을 용해, 용탕운반, 연속주조, 컷팅(Cutting), 가공등이 연속주조방법으로 제조하거나 용해,빌릿(BILLET)제작(SEMI연속주조), 컷팅, 대열, 열간압출, 직선교정, 컷팅, 가공 등의 압출방법으로 단순 성형하여왔다.

그러나, 싱크로나이저 링은 싱크로나이저 허브(도시되지 아니함)에 끼워져 축방향으로 미끄럼운동하도록 되어있기 때문에 종래의 링 재질은 비교적 쉽게 마모되고 그 원가도 비교적 비싼 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 링 재질이 마모성과 비용의 문제점을 개선하기 위해, 싱크로나이저 링의 외부링 몸체부를 Fe계 원료 분말을 가압 성형한 소결 합금재로 구성하고 내경 압입부는 강판에 Cu 분말이 코팅 소결된 이중 재질로 구성함으로써 값싼 원료로 내마모성이 우수한 새로운 형태의 싱크로나이저 링과 그 제조방법을 제공하는 것이다.

제1도는 종래의 싱크로나이저 링의 구조를 나타낸 사시도이고,

제2도는 본 발명에 따른 이중구조의 싱크로나이저 링에 대한 분리 사시도이며,

제3도는 제2도에서 결합된 상태의 A-A선 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 외부링 몸체부 2 : 내경압입부

3 : 결합홈 4 : 결합턱

5 : 동분말 소결재 6 : 강판

7 : 소결합금재

본 발명은 자동차 기어에 조립되는 싱크로나이저 링에 있어서, 싱크로나이저 링을 Fe계 소결합금재의 몸체부(1)와 Cu 분말이 코팅되어 소결된 재질의 내경압입부(2)로 분리 구성하되 외부링 몸체부(1)의 내측면에 형성된 결합홈(3)에 내경압입부(2)의 외측면에 형성된 결합턱(4)이 끼워져 새로 압입된 채 일체화 되어 있는 이중구조의 싱크로나이저 링을 그 특징으로 한다.

또한 본 발명은 자동차 기의에 조립되는 싱크로나이저 링을 제조함에 있어서, Fe계 소결 합금재 원료분말을 가압 성형한 후 소결하여 외부링 몸체부를 제조하고, 냉간압연 강판위에 Cu분말을 뿌려 소결하고 가압성항하여 내경압입부를 제조한 다음, 상기 외부링 몸체부를 내경으로 상기 내경 압입부를 압입시켜서 일체화 시킴을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 제2도에 도시된 바와 같이 종래와 동일한 형상을 갖는 싱크로나이저 링의 외부링 몸체부(1)의 내경부를 별개의 내경압입부(2)로 분리 구성한 것으로서, 이때 외부링 몸체부(1)는 Fe를 주성분으로 하는 원료분말을 소결하여 만든 소결합금재로 이루어져 있고, 내경압입부(2)는 냉간압연강판에 Cu분말이 코팅소결된 동분말 소결재로 이루어져 있다.

이와 같은 외부링 외부링 몸체부(1)와 내경압입부(2)는 각각 결합홈(3)과 결합턱(4)이 서로 끼워진 채 압입되어 일체화되어 었다.

따라서 본 발명은 싱크로나이저 링의 사용 과정 중에 마모가 심한 내경부분을 종래와 달리 동 분말 소결재로 구성함으로써 마찰력을 크게 강화시킨 것이다.

본 발명에서 이중구조로 형성된 싱크로나이저 링의 제조과정을 설명하면, 본 발명의 외부링 몸체부(1)는 Fe를 주 성분으로 하는 Fe계 소결합금재로서 전체조성에 대해 C 0.30.6 중량, Cu 1.03.0 중량, Ni 1.05.0 중량, Mo 0.030.8 중량가 함유되어 있고 나머지는 Fe 성분으로 구성된 혼합원료분말(Pre-mixed material powders)을 준비하고 싱크로나이저 링의 형상을 갖춘 외부링 몸체부(1)에 상응하는 금형에 상기 원료분말을 충전한다.

상기한 Fe계 소결합금재에 있어서, 탄소(C)의 함량이 0.3 중량미만이면 첨가시 강도가 저하하게 되고, 그 함량이 0.6 중량를 초과하면 첨가시 인성이 저하되어 부품요구 특성상 좋지 않다. 소결합금재에 함유되는 구리(Cu)의 함량이 1.0 중량미만이면 첨가시 강도증가효과를 얻을 수 없고, 3중량를 초과하여 과량 사용하는 것은 경제적으로 바람직하지 못하며 유리 Cu상이 생성되어 강도증가효과가 크지 않다. 소결합금재에 함유되는 니켈(Ni)의 함량이 1 중량미만이면 첨가시 인성효과가 거의 없고, 5 중량를 초과하여 과량 사용하는 것은 비경제적이다. 그리고, 소결합금재에 함유되는 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.3 중량미만이면 첨가시 소입효과가 부족하고, 0.8 중량를 초과하여 과량 사용하는 것은 비경제적이다.

그 다음에는 부품상 요구되는 물성 및 금형손상의 문제를 고려하여 67톤/으로 가압성형하여 성형밀도 6.77.0/의 성형제품을 만든 후 114020의 환원성분위가, 예컨데 분해암모니아 가스 분위기에서 30분1시간 동안 소결시켜서 외부링 몸체부(1)를 제조한다. 이때 외부링 몸체부(1)는 그 외측부는 종래와 마찬가지로 싱크로나이저 링의 형상을 가지며 내경면에는 내경압입부(2)가 압입될 때 효율적인 압입이 가능케 하기 위한 다수의 결합홈(3)을 형성한 구조로 제조된다.

한편, 본 발명에 따른 내경압입부(2)는 얇은 링 형상으로 제조되는 바, 내경압입부(2)의 링 제조는 냉간압연강판(예컨대 SPCC, 0.20.5)위에 Cu 분말을 균일하게 뿌려 도포하고 환원성분위기, 예컨대 분해암모니아 가스 분위기 하에서 80020의 온도로 1530분간 소결한다. 이때, 부품의 내경부에 압입후 최종 가공량이 약 0.20.3인 점을 감안한다면, 냉간압연강판 위에 도포되는 Cu분말의 두께는 0.51.0범위가 바람직하다. 소결이 끝난 후에는 컷팅(Cutting)하고 가압성형하여 결합턱(4)이 형성된 내경압입부를 제조한다.

상기한 외부링 몸체부(1)와 내경압입부(2)제조를 위한 소결공정에 있어, 그 소결온도가 상기 범위미만으로 유지되면 분말입자간의 확산이 잘 이루어지지 않아 물리적, 기계적 물성이 현저하게 저하되고, 이에 반하여 소결온도가 상기 범위를 초과하여 고온으로 유지되면 과소결되어 경도가 저하된다. 또한, 본 발명에서는 소결공정을 환원성 분위기 하에서 수행하는 바, 이는 고온 소결에 따른 분자입자간의 산화를 방지하기 위함이다.

이와 같이 본 발명에 따라 제조된 외부링 몸체부(1)와 내경압입부(2)는 제2도와 같은 형상으로 각각 제조되어 외부링 몸체부(1)의 내경면에 형성된 다수위 결합홈(3)에 내경압입부(2)의 결합턱(4)이 끼워져 압입되는 바, 이때 압입은 압입공차가 +0.1+0.3이 되도록 압입시켜 싱크로나이저 링을 제조한다.

본 발명에 따라 제조된 싱크로나이저 링에 대한 단면구조는 제3도에 도시되어 있는 바와 같이 이중복합구조로 이루어져 있는 바, 내경부위에서는 동분말 소결재(5)가 마찰력을 발휘하도록 도포된 구조로 이루어져 있고 동분말 소결재(5)와 인접한 강판(6)이 몸체를 이루는 소결합금재(7)와 인접하여 압입되어 있으므로, 종래의 황동단조재보다 값싼 Fe계 소결합금재(7)가 주재로 사용되고 마찰력을 부여하는 내경면은 동분말 소결재(5)로 이루어져 있다.

따라서 본 발명에 따른 싱크로나이저 링은 종래의 황동단조재에 비하여 저렴한 비용으로 제조되어 원가를 크게 절감하면서도 그 내경의 마찰력은 오히려 종래 보다도 향상된 기능을 보여주는 것이다. 실재로 마찰마모 시험결과 종래의 평균마찰계수값 0.09보다 약 45향상된 0.13의 평균 마찰계수값을 나타내는 것으로 밝혀졌다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 종래의 싱크로나이저 링과는 그 재질을 달리하면서도 효과적인 마찰력 부여를 위해 이중구조로 개선한 것으로서 원가 절감과 마찰력 및 내 마모성을 향상시키는 효과가 있어서 싱크로나이저 링으로 더욱 유용할 것으로 기대된다.

이하, 본 발명의 싱크로나이저 링에 대한 제조방법을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

Fe 93.9 중량, C 0.5 중량, Cu 2.0 중량, Ni 3.0 중량, Mo 0.6 중량,로 구성된 소결합금용 예비혼합 원료분말을 2000g 준비하고, 이를 이용하여 SKD 11규격의 금형에 충전한 다음 7톤/의 압력으로 가압 성형하였다. 이때 성형밀도는 6.9g/이었다. 성형된 제품은 1150의 온도하에 분해암모니아 가스 분위기 하에 40분간 통상적인 연속로에서 소결하여 싱크로나이저 링의 외부링 몸체부를 제조하였다.

[실시예 2]

냉간압연강판(SPCC, 0.4)위에 Cu분말을 0.8두께로 고르게 뿌리고 분해암모니아 가스 분위기에서 815로 20분간 소결하였다. 동 소결재가 코팅된 강판은 냉간압연재(SPCC)로 컷팅하고 통상의 유압프레스에서 9개의 결합턱이 외부로 돌설된(내경부는 상응하는 홈이 형성됨) 싱크로나이저 링 내경압입용 링을 성형 제조하였다.

[실시예 3]

상기 실시예1에서 제조된 외부링 몸체부에 상기 실시예2에서 제조된 내경압입부(링)을 강제 압입하여(압입공차 +0.2) 일체화시킴으로써 완성된 싱크로나이저 링을 제조하였다,

[비교예]

Cu 62 중량, Al 2.0 중량, Mn 3.2 중량, Si 1.0 중량, Fe 0.3 중량, Cr 0.15중량, Ni 0.5 중량, Pb 0.1 중량, Zn 30.75 중량로 이루어진 황동단조재 조성을 준비하고, 통상의 용해, 용탕운반, 연속주조, 컷팅 및 가공의 연속주조방법으로 상기 실시예3과 동일 규격의 싱크로나이저 링을 제조하였다.

[실험예]

상기 실시예3 및 비교예에서 제조된 싱크로나이저 링에 대하여 핀 온 디스크(Pin-On-Disc) 마찰 마모시험을 시행하였는 바, 이때 시험조건은 하중 : 20Lb, 회전수 : 1000rpm, 10만 싸이클, 윤활유 : W75, 온도 : 80로 하였다.

마찰 마모시험 결과 실시예3의 제품은 0.120.14사이, 비교예의 제품은 0.080.10에서 각각 마모가 관찰되었다.

본 발명에 따른 이중구조를 갖는 싱크로나이저 링은 그 원료구성상 종래의 것인 단일구조를 갖는 싱크로나이저 링에 비해 값싼 원료를 사용하면서도 실험예의 결과와 간이 마찰계수가 크게 개선된 것(약 45향상)으로 나타났다.

Claims (4)

1. 자동차 기어에 조립되는 싱크로나이저 링에 있어서, 싱크로나이저 링을 Fe계 소결합금재의 외부링 몸체부(1)와 Cu 분말이 코팅되어 소결된 재질의 내경압입부(2)로 분리 구성하되 외부링 몸체부(1)의 내측면에 형성된 결합홈(3)에 내경압입부(2)의 외측면에 형성된 결합턱(4)이 끼워져 서로 압입된 채 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 이중구조를 갖는 싱크로나이저 링.
2. 자동차 기어에 조립되는 싱크로나이저 링을 제조함에 있어서, Fe계 소결합금재 분말을 67톤/으로 가압성형한 후 114020및 환원성 분위기에서 소결하여 외부링 몸체부를 제조하고, 냉간압연 강판위에 Cu분말을 뿌려 80020및 환원성 분위기에서 소결하고 가압성형하여 내경압입부를 제조한 다음, 상기 외부링 몸체부의 내경으로 상기 내경압입부를 압입시켜서 일체화 시킴을 특징으로 하는 이중구조를 갖는 싱크로나이저 링의 제조방법.
3. 제2항에 있어서 상기 Fe계 소결합금재 분말은 주성분 Fe를 주성분으로 하고 여기에 C 0.30.6 중량, Cu 1.03.0 중량, Ni 1.05.0 중량, Mo 030.8 중량로 구성된 것임을 특징으로 하는 싱크로나이저 링의 제조방법.
4. 제2항에 있어서 상기 Cu분말을 0.51.0두께로 뿌려 소결시킴을 특징으로 하는 싱크로나이저 링의 제조방법.