KR100433244B1 - 압축기용 플랜지의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

중공부가 형성된 압축기용 플랜지를 제조하는 방법에 있어서, 상기 플랜지 소재의 분말을 금형 내에 장전하는 단계; 상기 플랜지 소재 분말의 용융점 보다 낮은 용융점을 가진 물질로 이루어진 용융제거부재를 상기 중공부 주위의 릴리이프 홈이 형성될 부위에 위치시키는 단계; 및 상기 플랜지 소재 분말과 용융제거부재를 가압하여 플랜지를 성형하는 단계; 상기 플랜지 소재 분말의 용융점 보다는 낮고 상기 용융제거부재의 용융점 보다는 높은 온도에서 상기 성형된 플랜지를 소결하여, 상기 용융제거부재를 용융·제거하는 단계;를 포함하는 압축기용 플랜지의 제조 방법이 개시된다.

Description

압축기용 플랜지의 제조 방법 {Method for manufacturing flanges of compressor}

본 발명은 압축기용 플랜지의 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 압축기의 구동시 변형을 막기 위해 릴리이프 홈(Relief groove)이 형성된 플랜지를 분말야금법에 의해 제조하는 방법에 관한 것이다.

에어콘이나 냉장고 등에 사용되는 압축기는 냉매가스를 고압으로 압축하는 장치로서, 그 대표적인 구성의 예는 도 1에 도시된 바와 같다. 도면을 참조하면, 하우징(1) 내에 고정자(2)와 회전자(3)가 설치되고, 상기 회전자(3) 내에는회전축(4)이 구비되는데 이것은 상,하부 플랜지(5)(6)에 의해 회전가능하도록 지지된다. 또한, 상기 회전축(4)의 하부에는 편심 로울러(7)가 상기 상,하부 플랜지(5)(6) 사이의 실린더(8) 내에서 회전가능하도록 설치된다.

이상과 같은 구성을 가진 압축기에 있어서, 회전자(3)의 회전운동에 의해 회전축(4)이 회전하게 되면, 그 하부에 구비된 상기 편심 로울러(7)가 실린더(8) 내에서 회전하면서 흡입관(9)을 통해 흡입되는 냉매 가스를 고온고압으로 압축하여 실린더(8) 외측으로 토출시키고, 이렇게 압축된 냉매 가스는 하우징(1)의 상부에 구비된 토출관(10)을 통해 냉동사이클로 순환된다.

상기 종래의 압축기에 있어서 회전축을 지지하는 상,하부 플랜지는 각각 메인 베어링 및 서브 베어링으로 불리기도 하며, 정밀도와 고성능 및 가격 경쟁력 등을 감안하여 주로 분말야금법으로 제조되는 것이 보통이다. 그런데, 상기 플랜지는 압축기 구동력의 핵심인 회전축이 그 내경부를 통과하므로 만약 회전축이 구동력에 의해 변형을 일으킬 경우 플랜지의 변형을 유발하여 회전 로울러와 소착 및 마모를 발생시키거나 오일 유막을 파괴하여 압축기의 성능을 저하시키는 동시에 소음 발생의 원인이 되기도 한다.

최근, 이와 같은 회전축 변형에 따른 플랜지의 변형을 막기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 플랜지(5)의 중공부(5a) 주위에 릴리이프 홈(5b)을 형성시키고 있다. 상기 릴리이프 홈(5b)은 플랜지를 제작한 후 기계적인 절삭가공을 통해 후공정에서 형성하거나, 분말야금법의 성형공정에서 금형에 의해 제작되고 있다. 그러나, 전자의 기계 가공은 추가공정에 의해 원가의 대폭적인 상승이 불가피하고, 후자의 금형에 의한 제작은 릴리이프 홈에 상응하는 형상의 금형을 별도로 제작하여야 할 뿐만 아니라 릴리이프 홈에 해당하는 금형부위가 취약부로 작용하여 쉽게 파손되거나 손상되어 생산성을 떨어뜨리는 원인이 된다. 나아가, 상기 기존의 방법에 의해 제작된 플랜지는 릴리이프 홈 주위가 취약할 수밖에 없어 플랜지의 기본 요구조건인 기밀성을 보장할 수 없게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 기계적인 가공이나 또는 별도의 금형을 사용하지 않고도 간단하고도 효율적으로 릴리이프 홈을 형성시킬 수 있는 플랜지의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 기존의 금형을 그대로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 완성된 플랜지의 릴리이프 홈은 우수한 강도와 기밀성을 나타내어 압축기의 구동 신뢰성을 향상시킨다.

도 1은 일반적인 압축기의 내부 구성을 개략적으로 보여주는 단면도.

도 2는 압축기에 채용되는 릴리이프 홈이 형성된 플랜지를 보여주는 사시도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 플랜지를 가압 성형하는 상태를 보여주는 단면도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 플랜지를 제조하는 과정을 도시한 흐름도.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 압축기용 플랜지의 제조 방법은, 중공부가 형성된 압축기용 플랜지를 제조하는 방법에 있어서, 상기 플랜지 소재의 분말을 금형 내에 장전하는 단계; 상기 플랜지 소재 분말의 용융점 보다 낮은 용융점을 가진 물질로 이루어진 용융제거부재를 상기 중공부 주위의 릴리이프 홈이 형성될 부위에 위치시키는 단계; 및 상기 플랜지 소재 분말과 용융제거부재를 가압하여 플랜지를 성형하는 단계; 상기 플랜지 소재 분말의 용융점 보다는 낮고 상기 용융제거부재의 용융점 보다는 높은 온도에서 상기 성형된 플랜지를 소결하여, 상기 용융제거부재를 용융·제거하는 단계;를 포함한다.

여기서, 상기 용융제거부재는, 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn), 알루미늄(Al) 및 이들의 합금 또는 강화플라스틱(FRP) 중에서 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 상기 플랜지 소재는 Fe, Fe-Cu합금, Fe-Cu-C합금 중 어느 하나이고, 상기 소결온도는 약 1100℃∼1300℃ 사이인 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 용융제거부재는 환형의 링 형상으로 이루어진다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명에 따른 플랜지는 종래의 일반 금형에 의해 제조되는데, 이것은 도 3으로 도시된다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 플랜지(100)는 베이스 금형(30)과 상부금형(31), 하부금형(32) 그리고 코어(33)로 이루어진 금형에 의해 가압 성형된다. 비록, 본 실시예에서는 상기 금형의 구조를 상세히 예시하였으나 이에 한정되는 것은 아니며 플랜지에 상응하는 형상을 만들 수 있는 금형은 모두 적용가능하다.

본 발명의 특징에 따르면, 상기 금형들 사이의 성형공간 내에서 성형되는 플랜지(100)의 중공부 주위의 릴리이프 홈(도 2의 5b참조)이 형성될 부분에는 용융제거부재(110)가 마련된다. 상기 용융제거부재(110)는 후술하는 바와 같이 성형된 플랜지(100)를 소결할 때 용융되어 제거되는 물질로 이루어진 부분이다. 상기 용융제거부재(110)는 비교적 저융점 금속, 바람직하게는 구리(Cu)(융점 1084.5℃), 납(Pb)(융점 327.5℃), 아연(Zn)(융점 419.6℃), 알루미늄(Al)(융점 660.4℃) 및 이들의 합금을 환형의 링 형상으로 만듦으로써 제조된다. 또한, 다른 대안으로서, 강화플라스틱(FRP)이 링 형상으로 제조되어 사용될 수 있다. 이 경우, 강화플라스틱은 소결시 완전히 산화되어 제거될 수 있다. 나아가, 상기 용융제거부재(110)는 위에서 예를 든 금속들에 한정되는 것은 아니며, 상기 플랜지(100)를 구성하는 소재에 비해 상대적으로 융점이 낮아 소결시 용융되는 물질에는 모두 적용가능하다.

상기 플랜지(100)는 Fe, Fe-Cu합금, Fe-Cu-C합금 중 어느 하나로서 바람직하게는, Cu 0.001∼5wt%, C 0.001∼1.2wt% 를 포함하며 나머지는 Fe(기타 공정상 불가피한 불순물이 있을 수 있음)로 이루어진 Fe-Cu-C합금이다.

상기 용융제거부재(110)는 상기 저융점 금속을 링 형상으로 구부려 만들거나, 절단하거나, 프레스 포밍하거나, 주조함으로써 제조될 수 있다.

위와 같이 가압 성형된 플랜지(100)를 소결할 경우, 상기 저융점 금속은 용융되어 흘러내리거나 제거됨으로써 플랜지(100)의 중공부 주위에 릴리이프 홈이 생성된다. 그러면, 이상과 같은 압축기용 플랜지의 제조 방법을 도 3 및 도 4를 참조로 구체적으로 살펴보기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같은 베이스 금형(30), 하부 금형(32) 및 코어(33)로 구성된 금형에 플랜지 소재의 분말 예를 들어, Fe-Cu-C합금계 분말을 장전한다(단계 S200). 상기 플랜지 소재 분말은 적절한 조성의 Fe, Cu, C를 혼합함으로써 준비된다. 여기서, 상기 코어(33)가 삽입되는 부분은 플랜지의 중공부가 될 것이다.

상기 플랜지 소재의 분말이 장전된 상태에서 저융점 금속으로 이루어진 링형상의 용융제거부재(110)를 중공부 주위의 목적부에 위치시킨다(단계 S210).

이어서, 조립된 상부금형(31)을 고압으로 가압하여 플랜지를 성형한다(단계 S220).

원하는 수준으로 가압성형이 이루어지면, 금형을 분리하고 플랜지를 분리한다(단계 S230). 이때, 플랜지(100)는 중공부가 형성되며, 이 중공부 주위로 용융제거부재(110)가 환형으로 매립된 상태가 될 것이다.

그 다음으로, 상기 플랜지(100)는 소결로 내에서 약 1100℃∼1300℃ 사이, 바람직하게는 1110℃∼1160℃ 사이의 온도에서 소결된다(단계 S240). 이 과정에서, 상기 저융점 금속은 용융되어 흘러내림으로써 제거되며, 그 일부는 상기 플랜지의 조직 사이로 침투하는데, 이것은 후술하는 바와 같이 플랜지의 기밀성을 향상시키는 원인이 된다.

이상과 같은 공정을 거쳐, 중공부 주위에 릴리이프 홈이 환형으로 형성된 플랜지를 얻을 수 있다. 비록, 본 명세서와 도면에서 상기 용융제거부재는 환형으로설명되었으나 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 사상은 릴리이프 홈에 상응하는 비교적 저융점의 부재를 미리 금형 내에 위치시키고 플랜지 소재 분말과 함께 가압 성형한 후, 소결시 이를 제거하는데 있다. 따라서, 상기 용융제거부재의 형상은 연속적 또는 불연속적으로 이루어질 수 있으며, 이것은 연속적인 환형 또는 불연속적인 릴리이프 홈을 형성시킨다.

본 발명에 따른 압축기용 플랜지의 제조 방법은 이하에서 설명되는 실험예를 통해 그 효과가 더욱 입증될 것이다.

<실험예>

평균입경 45㎛의 Cu분말 1.5wt%, 평균입경 10㎛의 C분말 0.8wt%, 그리고 나머지는 100㎛의 Fe분말을 혼합하여 금형내에 장전한 다음, 99.9wt%의 순도를 가진 Cu로 이루어진 링 형상의 용융제거부재를 중공부 주위를 따라 위치시키고 6톤(ton)/㎠의 압력으로 가압 성형하여 직경 90㎜, 높이 50㎜를 가진 본 발명에 따른 플랜지를 제조하였다. 이어서, 상기 플랜지를 소결로에 장입하고 1130±30℃에서 30분간 가열하여 상기 용융제거부재를 용융·제거함으로써 외경 27㎜, 내경 23㎜, 깊이 10㎜의 릴리이프 홈을 완성하였다.

이에 비해, 대비되는 종래기술에 따른 플랜지는 통상의 금형을 사용하여 가압성형 및 소결한 후 기계적 절삭가공을 통해 동일한 크기의 릴리이프 홈을 형성시켰다.

이상과 같은 플랜지들에 대해서, 상기 플랜지의 중공부에 테이퍼 콘 지그(taper cone jig)를 삽입하고 하중을 가하여 릴리이프 홈 부위의 파괴 정도를비교하였다. 또한, 상기 제조된 플랜지들을 기밀성 시험지그에 장착한 후 질소가스로 20㎏/㎠의 압력을 가하여 기밀성을 조사하였다. 이들에 대한 실험 결과는 다음 표1과 같다.

구 분	강 도	기 밀 성
종 래 품	500㎏에서 파괴됨	3분이내 가스 압력 감소
본 발 명	600㎏에서 파괴됨	5분동안 압력 저하 없음

즉, 상기 결과에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 방법으로 제작된 플랜지는 종래기술에 따라 제작된 플랜지에 비해 강도 및 기밀성 등이 우수한 것으로 나타났다. 이것은, 소결시 용융제거부재가 용융되면서 릴리이프 홈 부위의 조직 속으로 침투함으로써 기밀성을 높이고 강도 또한 증가시키는 것으로 분석된다.

본 발명에 따른 압축기용 플랜지의 제조 방법에 따르면, 종래의 금형을 그대로 사용하여 제작할 수 있으므로 릴리이프 홈을 형성하기 위해 별도로 금형을 제작할 필요가 없다. 또한, 플랜지 성형후 후공정에서 기계적으로 릴리이프 홈을 가공할 필요가 없이 플랜지 가압 성형 과정에서 간단히 용융제거부재를 삽입하고 소결시에 이를 용융시켜 제거함으로써 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라 제조원가를 현저히 줄일 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 제조 방법에 따르면, 플랜지의 소결시에 저융점 금속 등이 플랜지의 조직속으로 침투해 들어가므로 조직의 강도를 향상시킬 수 있는 동시에 기밀성을 증가시키므로 압축기용 플랜지의 품질 신뢰성을 매우 높일 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 중공부가 형성되며 상기 중공부를 중심으로 환형의 릴리이프 홈이 형성된 압축기용 플랜지를 제조하는 방법에 있어서,

   구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn), 알루미늄(Al) 및 이들의 합금 또는 강화플라스틱(FRP) 중에서 어느 하나로 상기 중공부보다 반경이 큰 환형의 용융제거부재를 제조하는 단계

   상기 플랜지의 소재로서 Fe-Cu-C 혼합 분말을 금형 내에 장전하는 단계;

   상기 장전된 분말 상면의 중공부 주위에 상기 용융제거부재를 위치시키는 단계;

   상기 Fe-Cu-C 혼합 분말과 용융제거부재를 가압하여 플랜지를 성형하는 단계; 및

   상기 성형된 플랜지를 소결로 내에서 1100℃∼1300℃ 사이의 온도로 가열하여 상기 Fe-Cu-C 혼합 분말을 소결시킴과 동시에 상기 표면의 용융제거부재를 용융시켜 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축기용 플랜지의 제조 방법.
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