KR100364267B1 - 싱크로나이저 링의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 동기장치의 싱크로나이저 링의 제조방법에 관한 것으로서, 적정의 조성비를 가지는 분말합금을 혼합하는 분말 혼합 공정과, 혼합된 분말을 이용하여 500ton 압력으로 6.5g/cm³밀도의 성형체를 제작하는 성형체 제작 공정과, 제작된 성형체를 1120℃ ± 10℃로 95% N₂/ 5% H₂분위기에서 소결시키는 소결 공정과, 소결된 성형체를 500ton 압력의 단조작업을 통해 7.5g/cm³밀도의 열간 단조품을 제작하는 열간 단조 공정과, 830℃ ±10℃에서 0.1~0.3초 유지후 150℃ 90분 소려처리 하는 고주파 열처리 공정과, 성형체의 내주면 부위로 몰브리덴(Mo) 용사처리하는 용사공정을 포함하는 특징이 있다.

따라서, 본 발명은 소결 단조재를 이용하여 소결 단조한 다음 고주파 열처리하여 싱크로나이저 링을 제조함으로써 단조작업 및 열처리작업을 단순화시켜 제조원가를 절감할 수 있게 되는 것이다.

Description

싱크로나이저 링의 제조방법{manufacturing method of synchronizer ring}

본 발명은 차량용 동기장치의 싱크로나이저 링(synchronizer ring)의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 분말합금을 이용하여 소결 단조한 다음 고주파 열처리하여 싱크로나이저 링을 제조함으로써 단조작업 및 열처리작업을 단순화시켜 제조원가를 절감할 수 있도록 하는 싱크로나이저 링의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 수동 변속기의 기어 물림 방식에는 섭동 기어식과, 상시 물림식 및, 동기 물림식 등이 있는데, 최근의 수동 변속기는 대개 섭동 물림식과 상시 물림식의 단점을 보완할 수 있도록 설계된 동기 물림식을 주로 채택하고 있다.

상기한 동기물림식은 주축상에 싱크로나이저 허브가 스플라인 결합되어 주축과 일체로 회전이 이루어지며, 이 싱크로나이저 허브의 외주면 기어부에는 축방향으로 이동 가능하도록 슬리브가 치합된다.

그리고, 상기한 싱크로나이저 허브의 양측에는 상기한 슬리브와 선택적으로 치합되는 클러치 기어와 결합되는 스피드 기어가 배치되며, 이 클러치 기어의 내측에 형성되는 콘부에는 동기시 동기 작용을 수행하는 싱크로나이저 링이 배치되어 이루어진다.

이와 같은 싱크로나이저 링은 승용차종의 경우 황동 단조재를 사용하여 연속주조 또는 압출 성형하고 있으며, 상용 대형 차종의 경우에는 자체의 강도 및 강성이 요구되므로 스틸 냉간 단조재를 사용하여 성형하고 있다.

특히, 스틸 냉간 단조재를 통해 제조된 싱크로나이저 링은 치형부의 강도를 위해 침탄 열처리 공정을 거치게 되며, 내주 마찰면은 마찰특성을 높이기 위해 몰리브덴(Mo)을 용사 코팅하고 있다.

그런데, 상술한 바와 같이 스틸 냉간 단조재를 이용한 싱크로나이저 링의 제조방법은 냉간 단조작업으로 인해 단조용량이 커야 하므로 전체 설비가 상대적으로 커지게 되고, 또한 하나의 싱크로나이저 링을 제조하기 위해서는 다수 번의 단조작업이 요구되므로 전체 가공 공정이 복잡해짐은 물론 가공시간이 길어져 제조원가를 증가시키게 되는 문제점이 있다.

또한, 침탄 열처리 후 싱크로나이저 링의 변형량이 심함에 따라 열처리전에는 반드시 싱크로나이저 링의 치형부를 별도의 지그(jig)로 하나씩 고정한 상태에서 열처리를 해야하므로, 열처리 작업이 번잡해짐은 물론 열처리 작업시간이 길어져 제조원가를 증가시키게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 분말합금을 혼합하여 이를 성형체로 제작한 다음, 이를 소결 단조한 다음 고주파 열처리하여 싱크로나이저 링을 제조함으로써 단조작업 및 열처리작업을 단순화시켜 제조원가를 절감할 수 있도록 하는 싱크로나이저 링의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 싱크로나이저 링의 정면도.

도 2는 도 1의 A-A선 단면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 싱크로나이저 링의 제작공정을 보인 블록도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 싱크로나이저 링 3 : 마찰부

5 : 치형부 7 : 몰리브덴 적층 피막

P100 : 분말혼합 공정 P200 : 성형체 제작공정

P300 : 소결 공정 P400 : 열간 단조 공정

P500 : 열처리 공정 P600 : 용사공정

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 싱크로나이저 링의 제조방법은 적정 성분의 분말합금을 혼합하는 분말혼합 공정과, 혼합된 분말을 이용하여 500ton 압력으로 6.5g/cm³밀도의 성형체를 제작하는 성형체 제작 공정과, 제작된 성형체를 1120℃ ± 10℃로 95% N₂/ 5% H₂분위기에서 소결시키는 소결 공정과, 소결된 성형체를 500ton 압력의 단조작업을 통해 7.5g/cm³의 열간 단조품을 제작하는 열간 단조 공정과, 830℃ ±10℃에서 0.1~0.3초 유지후 150℃ 90분 소려처리 하는 고주파 열처리 공정과, 성형체의 싱크로나이저 링부위만 몰리브덴(Mo) 용사처리하는 용사공정을 포함하는 특징이 있다.

또한, 상기 분말 혼합 공정은 0.6~1.0%의 탄소(C)와, 0.2~0.3%의 망간(Mn), 1.8~2.0%의 니켈(Ni), 0.5~0.6%의 몰리브덴(Mo) 및, 잔량의 철(Fe)의 조성 성분비를 가지는 분말을 혼합하는 것으로 이루어지는 특징이 있으며, 상기 열처리 공정은 원형 가열관을 이용하여 성형체의 치형부만이 가열될 수 있도록 하는 특징이 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 싱크로나이저 링(1)을 보인 것으로서, 이 싱크로나이저 링(1)은 이의 내주면에 클러치 기어의 콘부와 결합되기 위한 테이퍼형의 마찰부(3)가 형성되고, 외주면에는 클러치 허브의 외주상에서 이동하는 슬리브에 클러치 기어와 함께 치합되기 위한 치형부(5)가 형성되며, 내경의 마찰부(3)에는 마찰력을 증대시키기 위한 몰리브덴(Mo)이 용사되어 몰리브덴 적층 피막(7)을 형성하게 된다.

또한, 이 싱크로나이저 링(1)은 소결 단조재로 이루어지는 것으로, 이의 성분비는 0.6~1.0%의 탄소(C)와, 0.2~0.3%의 망간(Mn), 1.8~2.0%의 니켈(Ni), 0.5~0.6%의 몰리브덴(Mo) 및, 잔량의 철(Fe)로 구성된다.

도 3은 상술한 소결 단조재로 이루어지는 싱크로나이저 링(1)을 제조하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 싱크로나이저 링의 제조공정을 보인 블록도로서, 분말 혼합 공정(P100)과 성형체 제작 공정(P200), 소결 공정(P300), 열간 단조 공정(P400), 고주파 열처리 공정(P500), 몰리브덴 용사 공정(P600)을 포함하게 된다.

이와 같은 소결 단조재를 이용한 싱크로나이저 링(1)의 제조과정을 상세히 살펴보면 다음과 같다.

우선, 0.6~1.0%의 탄소(C)와, 0.2~0.3%의 망간(Mn), 1.8~2.0%의 니켈(Ni), 0.5~0.6%의 몰리브덴(Mo) 및, 잔량의 철(Fe)의 조성 성분을 가지는 분말합금을 혼합한다.(P100)

그리고, 상기 혼합된 분말합금에 대략 500ton 정도의 압력을 가해 6.5g/cm³밀도를 가지는 성형체를 제작한다.(P200)

그 후, 상기 제작된 성형체를 1120℃ ± 10℃의 온도로 95% N₂와 5% H₂의 산화를 방지하기 위한 분위기에서 소결시킨다.(P300)

또한, 상기 소결된 성형체에 대략 500ton 정도의 압력을 가하는 단조작업을 통해 7.5g/cm³밀도의 단조품을 제작한다.(P400)

그 다음, 상기 단조품의 치형부(5)를 고주파 열처리하게 되는 바, 이때 열처리는 830℃ ±10℃의 온도에서 0.1~0.3초 유지후 150℃의 온도에서 90분간 소려처리하는 데, 이 경우 원형 가열관을 이용하여 치형부(5)만이 가열될 수 있도록 한다.(P500)

그리고, 열처리된 단조품의 내경 마찰부(3)에 내마모성을 우수하게 함과 더불어 표면의 마찰계수를 증대시켜 변속시 싱크로나이저 링(1)과 클처치 기어 사이의 동기화에 유리하도록 하기 위한 몰리브덴(Mo)을 용사 코팅하게 되는 바, 이때 용사 작업은 플라즈마 스프레이 건(plasma spray gun)방식을 이용하여 열용사 한다.(P600)

이와 같이 몰리브덴 용사가 완료되는 일련의 싱크로나이저 링(1)의 제작이 완료되며, 이렇게 소결 단조재의 제작 방식을 이용하여 제작된 본 발명에 따른 싱크로나이저 링(1)과 종래 스틸 냉간 단조재를 이용한 싱크로나이저 링의 물성을 살펴보면 아래의 표1과 같다.표 1에서 종래 싱크로나이저 링은 종래 스틸 냉간 단조재의 방식을 이용하여 제작된 것이고, 본 발명 싱크로나이저 링(1)은 본 발명에서 설명한 바와 같이 소결 단조재의 방식을 이용하여 제작된 것이다.

상기한 표 1에서 알 수 있듯이 소결 단조재의 제작 방식을 이용한 싱크로나이저 링의 경우에도 기존 냉간 단조재의 제작 방식을 이용한 경우에 비해 물성의 차이가 거의 없다는 것을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 적정의 조정 성분을 가지는 분말합금을 이용하여 소결 단조한 다음 고주파 열처리하여 싱크로나이저 링을 제조함으로써, 단조작업 및 열처리작업을 단순화시켜 제조원가를 절감할 수 있게 된다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 0.6~1.0%의 탄소(C)와, 0.2~0.3%의 망간(Mn), 1.8~2.0%의 니켈(Ni), 0.5~0.6%의 몰리브덴(Mo) 및, 잔량의 철(Fe)의 조성 성분비를 가지는 분말합금을 혼합하는 분말 혼합 공정과;

   상기의 공정에서 혼합된 분말합금에 500ton의 압력을 가해 6.5g/cm³밀도의 성형체를 제작하는 성형체 제작 공정;

   상기의 공정에서 성형된 성형체를 1120℃ ± 10℃의 온도로 95% N₂와 5% H₂의 산화 방지 분위기에서 소결시키는 소결 공정;

   상기의 공정에서 소결된 성형체에 500ton의 압력을 가해 7.5g/cm³밀도의 열간 단조품을 제작하는 열간 단조 공정;

   상기의 공정에서 단조된 성형체를 830℃ ±10℃의 온도에서 0.1~0.3초 유지 후 150℃의 온도에서 90분간 소려처리 하는 고주파 열처리 공정 및;

   상기의 공정에서 열처리된 성형체의 내주면 부위만 몰리브덴(Mo)을 용사처리하는 용사 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 싱크로나이저 링의 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 열처리 공정은 원형 가열관을 이용하여 성형체의 외주면의 치형부만을 가열시키도록 하는 것을 특징으로 하는 싱크로나이저 링의 제조방법.