KR100666773B1 - 자동차용 시프트포크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저온분사코팅법을 이용하여 슬리브와 접촉되는 부위에 알루미늄/알루미나 후막을 형성하는 방법을 포함하는 시프트포크를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 시프트포크의 슬리브 접촉부위에 저온분사코팅법을 이용한 알루미늄/알루미나 후막(코팅층)을 형성하고, 알루미늄과 알루미나의 적절한 함량 규제를 통해 코팅층의 충분한 밀착력은 물론 기존 과공정알루미늄 합금제 재질의 내마모성에 상당하는 코팅층의 내마모성을 확보하는 한편, 시프트포크의 재질로 상대적으로 가격이 싼 과공정알루미늄제(ADC12)를 사용함으로써, 재료의 낭비를 막고 가공성을 높일 수 있으며, 특히 제조비용을 크게 절감할 수 있는 자동차용 시프트포크의 제조방법을 제공한다.

시프트포크, 저온분사코팅법, 내마모성, 다이캐스팅, 알루미늄 복합재

Description

자동차용 시프트포크의 제조방법{Die casting method of shift pork for vehicle}

도 1은 기존 소재(a)와 본 발명의 소재(b)에 대한 조직상태를 보여주는 사진

도 2는 기존 소재와 본 발명의 소재에 대한 내마모성 특성비교를 보여주는 그래프

본 발명은 변속레버의 조작에 따라 변속기의 단수를 변환시켜주는 시프트포크를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시프트포크의 슬리브 접촉부위에 저온분사코팅법을 이용한 알루미늄/알루미나 후막을 형성하여 시프트포크의 내마모성을 향상시키는 방법을 제공함으로써, 재료의 낭비, 가공성의 저하, 제조비용의 상승 등과 같은 불합리한 부분들을 크게 개선할 수 있는 자동차용 시프트포크의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 운전여건에 따라 그 주행속도를 변화시키도록 변속레버 를 조작하여 엔진의 회전력을 전달받는 변속기의 기어비를 변화시키게 되고, 이러한 변속기의 기어비 변환은 변속레버의 조작에 의해 정해진 변속기의 단수에 따라 서로 치합시켜주는 시프크포크를 매개로 그 조작이 이루어지게 된다.

이러한 시프트포크는 변속기의 기어, 즉 슬리브를 감싸면서 힘을 가하도록 대략 U자 형상으로 되어 있으며, 알루미늄합금제를 사용하여 통상 다이캐스팅 공법에 의해 제조된다.

기존의 시프트포크는 통상 과공정(Hypereutectic)에 의해 규소(Si)가 함유된 과공정알루미늄 합금제(R14)를 사용하여 다이캐스팅 공법으로 제조되는데, 조작시 슬리브를 밀기 위해 접촉되는 일부 부위만 강한 내마모성을 갖추어도 됨에도 불구하고 전체가 강한 내마모성을 갖춘 과공정알루미늄합금제(R14)로 이루어져 재료의 낭비를 가져오고 가공성도 나쁘게 되며 이로 인해 제조비용도 상승되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 시프트포크의 슬리브 접촉부위에 저온분사코팅법을 이용한 알루미늄/알루미나 후막(코팅층)을 형성하고, 알루미늄과 알루미나의 적절한 함량 규제를 통해 코팅층의 충분한 밀착력은 물론 기존 과공정알루미늄 합금제 재질의 내마모성에 상당하는 코팅층의 내마모성을 확보하는 한편, 시프트포크의 재질로 상대적으로 가격이 싼 과공정알루미늄제(ADC12)를 사용함으로써, 재료의 낭비를 막고 가공성을 높일 수 있으며, 특히 제조 비용을 크게 절감할 수 있는 자동차용 시프트포크의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다이캐스팅공법을 이용하는 자동차용 시프트포크의 제조방법에 있어서, 상기 시프트포크의 마찰부에 저온분사코팅법으로 알루미늄/알루미나 후막을 코팅하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 알루미늄/알루미나 후막은 알루미늄 분말의 분율이 70∼80부피%, 알루미나 분말의 분율이 20∼30부피%인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 알루미늄/알루미나 후막의 두께는 50∼100㎛인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 시프트포크의 재질로 과공정알루미늄제(ADC12)를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 시프트포크 전체를 과공정알루미늄합금제(R14)보다 용해온도가 100℃ 정도 낮은 과공정알루미늄제(ADC12)로 제조하고, 마찰이 심하게 작용하는 시프트포크의 일부분, 즉 슬리브와의 접촉부위에 저온분사코팅을 이용하여 표면의 내마모성을 강화시킴으로써, 상대적으로 가격이 싼 과공정알루미늄제의 사용에 따라 제조비용을 절감할 수 있다.

본 발명에서 제공하는 시프트포크 제조방법은 기존 시프트포크 제조에 사용되는 과공정알루미늄합금제(R14) 재질의 내마모성에 상당하는 내마모성을 갖는 코 팅층을 저온분사코팅법으로 시프트포크의 마찰부에 입히는 과정을 포함한다.

상기 저온분사코팅법은 초음속(500∼1500m/s)의 속도를 갖는 입자를 기판에 분사, 충돌시켜서 후막을 형성하는 기술로서, 본 발명에서는 저온분사코팅법을 이용하는 것과 관련하여 당해 기술 분야에서 통상적으로 알려져 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있다.

시프크포크와 짝을 이루는 슬리브의 재질로는 주철재(SCR420)가 있는데, 이에 대해 내마모성이 좋은 것으로 알려진 재료로는 알루미나(Al₂O₃)가 있다.

보통 변속기 작동시 작용하는 응력에 대한 내구성을 갖게 하기 위해서는 코팅층의 밀착력이 최소한 40MPa 이상 되어야 하므로 밀착력을 확보하기 위해서는 알루미늄과의 복합재료를 조성해야 한다.

본 발명에서는 시프트포크의 내마모성 개선을 위하여 충분한 밀착력과 내마모성을 가지는 알루미늄/알루미나 후막을 채용하였다.

통상 시프트포크의 재료로 쓰이기 위해 다이캐스팅으로 제조된 과공정알루미늄합금제(R14)는 용해온도 850∼860℃가 요구되며, 주조 후 제품의 상온에서의 인장강도 200MPa, 신율 0.8%의 값을 갖는다.

본 발명에서 시프트포크의 재료로 채택한 과공정알루미늄제(ADC12)는 용해온도 750∼760℃이며, 주조 후 제품의 상온에서의 인장강도 240MPa, 신율 1.4%의 값을 갖는다.

이러한 특성은 시프트포크의 취성파괴를 방지하는데 절대적으로 필요한 물성 이다.

이와 같은 과공정알루미늄제(ADC12)에 코팅되는 알루미늄/알루미나 후막의 밀착력과 내마모성 특성은 알루미늄과 알루미나를 적정한 비율로 혼합하여 얻을 수 있다.

이때 사용하는 알루미나 분말의 부피분율이 내마모성에 영향을 미치게 된다.

사용하는 알루미나 분말의 부피분율이 작을수록 코팅층이 마모되고, 부피분율이 크면 슬리브재질인 주철재(SCR420)가 마모되는 문제가 있다.

본 발명에서는 적절한 부피분율을 가지는 알루미늄/알루미나 분말을 이용하여 슬리브와 코팅층이 모두 마모되지 않는 코팅층을 형성하였다.

본 발명에서는 적절한 부피분율을 가지면서 저온분사코팅이 가능한 알루미늄/알루미나 분말을 제조하여 시프트포크에 국부적으로 알루미늄 복합재 후막을 형성하였다.

이에 따라, 상기 알루미늄 복합재 후막이 변속기 작동시 슬리브와의 마찰에서 마모되지 않도록 함으로써, 시프트포크의 내마모성 향상을 기대할 수 있다.

이를 위하여, 과공정알루미늄제(ADC12) 재질을 사용하여 다이캐스팅공법으로 시프트포크를 성형한 후, 시프트포크의 마찰부에 저온분사코팅법으로 알루미늄/알루미나 후막을 코팅한다.

이때의 알루미늄/알루미나 후막은 알루미늄 분말의 분율이 70∼80부피%, 알루미나 분말의 분율이 20∼30부피%로 조성된다.

또한, 후막의 두께는 50∼100㎛의 범위가 적당한데, 이때의 범위 이하인 경 우에는 코팅층의 물성이 구현되지 않는 등의 문제가 있고, 범위 이상인 경우에는 조도품질 재현 등의 문제가 있어 바람직하지 못하다.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명한다.

위에서 기술한 방법으로 시편에 알루미늄 분말의 분율을 70∼80부피%, 알루미나 분말의 분율을 20∼30부피%로 하여 두께 50㎛로 코팅한 후 내마모성을 측정하였다.

저온분사코팅시 시편의 온도는 상온을 유지하였다.

이때의 내마모성 시험결과는 도 1과 도 2에서 잘 보여주고 있다.

도 1에서는 시편의 조직사진을 나타내고 있으며, 본 발명의 코팅층의 경우 알루미나가 알루미늄 내에 잘 분산되어 있는 것을 볼 수 있다.

도 2에서는 시편의 밀착력 관계를 나타내고 있으며, 본 발명의 제조방법으로 제조한 시프트포크의 경우 충분한 밀착력을 확보한 것을 볼 수 있다.

아래의 표 1은 알루미늄 분말과 알루미나 분말의 부피분율에 대한 여러 실시예를 보여준다.

아래의 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 알루미나의 분율이 20∼30부피%인 경우 시프트포크와 슬리브 모두 내마모가 발생되지 않음을 알 수 있다.

그러나, 비교예 4∼5의 경우에는 슬리브나 시프트포크 어느 한쪽이 마모됨을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 시프트포크의 슬리브 접촉부위에 저온분사코팅법을 이용한 알루미늄/알루미나 후막을 형성하고, 알루미늄과 알루미나의 적절한 함량 규제를 통해 코팅층의 충분한 밀착력과 내마모성을 확보하며, 시프트포크의 재질로 상대적으로 가격이 싼 과공정알루미늄제(ADC12)를 사용함으로써, 재료의 낭비를 막고 가공성을 높일 수 있는 등 제조비용을 크게 절감할 수 있는 장점이 있으며, 더 나아가 변속시 변속감 및 설계의 자유도를 높여 제품의 상품성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

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2. 다이캐스팅공법을 이용하여 자동차용 시프트포크를 제조하되, 상기 시프트포크의 마찰부에 저온분사코팅법으로 알루미늄/알루미나 후막을 코팅하는 공정을 포함하는 자동차용 시프트포크의 제조방법에 있어서,

   상기 알루미늄/알루미나 후막은 알루미늄 분말의 분율이 70∼80부피%, 알루미나 분말의 분율이 20∼30부피%인 것을 특징으로 하는 자동차용 시프트포크의 제조방법.
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