KR100957074B1 - Crank-shaft for an air compressor and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 크랭크의 형상을 새롭게 하여 중공 형상의 샤프트와 함께 동적 안정성을 향상시킬 수 있는 공기 압축기용 크랭크 샤프트를 제공하는 것이 그 기술적 과제이다. 이를 위해, 본 발명의 공기 압축기용 크랭크 샤프트는 중공 형상의 샤프트와, 그리고 샤프트의 외주면에 끼워져 고정되는 삽입공이 형성되고, 그 외주면에 커넥팅 로드가 연결되는 원판 형상의 크랭크를 포함하고, 그리고 삽입공은 크랭크에 형성되되, 샤프트가 회전될 때 크랭크가 편심되게 회전되도록 크랭크의 중심에서 설정 간격 이격된 부위에 형성된다.It is a technical problem of the present invention to provide a crank shaft for an air compressor which can renew the shape of the crank and improve the dynamic stability together with the hollow shaft. To this end, the crankshaft for the air compressor of the present invention includes a hollow shaft and a disc-shaped crank formed with an insertion hole fixed to the outer circumferential surface of the shaft, the connecting rod being connected to the outer circumferential surface thereof, and Is formed in the crank, but is formed at a portion spaced from the center of the crank by a predetermined interval so that the crank rotates eccentrically when the shaft is rotated.

공기, 압축기, 크랭크, 샤프트, 원판 형상 Air, Compressor, Crank, Shaft, Disc Shape

Description

공기 압축기용 크랭크 샤프트 및 이의 제조 방법{CRANK-SHAFT FOR AN AIR COMPRESSOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}Crankshaft for air compressor and manufacturing method therefor {CRANK-SHAFT FOR AN AIR COMPRESSOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 공기 압축기용 크랭크 샤프트에 관한 것으로서, 더 상세하게는 무게를 줄여 동적 안정성을 향상시킬 수 있고, 제조과정을 단순화시켜 우수한 경제성을 갖는 공기 압축기용 크랭크 샤프트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a crankshaft for an air compressor, and more particularly, to a crankshaft for an air compressor and a method for manufacturing the same, which can improve the dynamic stability by reducing the weight and simplify the manufacturing process.

일반적으로, 공기 압축기는 버스, 트럭, 특장차, 산업 차량 등과 같은 디젤 엔진 차량에 사용되는 것으로서, 제동용 브레이크, 충격완화장치인 에어 서스펜션(air suspension), 도어 등과 같은 압축 공기를 필요로 하는 각종 장치에 압축 공기를 제공하기 위한 것이다.Generally, air compressors are used in diesel engine vehicles such as buses, trucks, special vehicles, and industrial vehicles, and various devices requiring compressed air, such as brake brakes, air suspensions, and doors, which are shock absorbers. To provide compressed air.

구체적으로, 공기 압축기는 도 1에 도시된 바와 같이, 본체(10)와, 본체(10)에 회전 가능하게 지지되고 크랭크 핀(23)과 크랭크 암(24)을 포함하는 솔리드 형상(solid shape, 속이 꼭 찬 형상)의 크랭크 샤프트(20)와, 크랭크 핀(23)에 회전 가능하게 연결되는 커넥팅 로드(30)(connecting rod)와, 커넥팅 로드(30)에 힌지 결합되는 피스톤(40)과, 본체(10)에 구비되며 피스톤(40)을 감싸는 실린더(50)와, 실린더(50) 상단에 구비되는 압축 공기 저장소(60)를 포함한다.Specifically, as shown in FIG. 1, the air compressor includes a solid shape rotatably supported by the body 10 and the body 10 and including a crank pin 23 and a crank arm 24. A solid crank shaft 20, a connecting rod 30 rotatably connected to the crank pin 23, a piston 40 hinged to the connecting rod 30, The cylinder 10 includes a cylinder 50 which surrounds the piston 40 and a compressed air reservoir 60 provided on the upper end of the cylinder 50.

따라서, 크랭크 샤프트(20)가 외력에 의해 회전력을 인가 받으면, 크랭크 핀(23) 및 커넥팅 로드(30)를 통해 피스톤(40)은 상/하 왕복 운동을 한다. 이렇게 피스톤(40)의 왕복 운동을 통해 실린더(50) 내의 공기는 압축 공기 저장소(60)로 유입되고 압축 공기 저장소(60)의 공기는 압축된다. 결과적으로, 압축 공기 저장소(60)의 압축 공기는 이를 필요로 하나는 각종 장치(미도시)에 보내지게 된다.Therefore, when the crankshaft 20 receives the rotational force by the external force, the piston 40 through the crank pin 23 and the connecting rod 30 is up and down reciprocating motion. As such, the air in the cylinder 50 flows into the compressed air reservoir 60 and the air in the compressed air reservoir 60 is compressed through the reciprocating motion of the piston 40. As a result, the compressed air of the compressed air reservoir 60 needs this and is sent to various devices (not shown).

이하, 크랭크 샤프트(20)에 대해 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the crankshaft 20 is demonstrated concretely.

크랭크 샤프트(20)는 속이 꽉 찬 솔리드 형상을 하는 샤프트(21)와, 크랭크(22)를 포함한다. 또한, 크랭크(22)는 샤프트(21)에 편심되게 위치되는 크랭크 핀(23)과, 샤프트(21)와 크랭크 핀(23)을 연결하는 크랭크 암(24)을 포함한다. 특히, 크랭크 샤프트(20)는 강 재질로 이루어지고, 열간 단조를 통해 제조된다. 또한, 단조된 크랭크 샤프트(20)는 원하는 형상을 갖도록 선삭 및 연삭 가공된다.The crankshaft 20 includes a shaft 21 having a solid shape and a crank 22. The crank 22 also includes a crank pin 23 located eccentrically on the shaft 21 and a crank arm 24 connecting the shaft 21 and the crank pin 23. In particular, the crankshaft 20 is made of a steel material, and is manufactured through hot forging. In addition, the forged crankshaft 20 is turned and ground to have a desired shape.

하지만, 샤프트(21)가 솔리드 형상으로 제조됨에 따라, 그 자체의 무게로 인해 관성량이 크게 되므로 동적 안정성이 저하될 수 있다. 나아가, 동적 안정성이 저하되므로 공기 압축기의 내구성이 떨어질 수 있고, 또한, 크랭크 샤프트(20)의 자체 무게로 인해 크랭크 샤프트(20)를 회전시키기 위한 연료가 많이 필요로 하므로 기기의 효율이 떨어질 수 있다.However, as the shaft 21 is manufactured in a solid shape, the amount of inertia increases due to its own weight, so that the dynamic stability may decrease. In addition, the durability of the air compressor may be degraded due to the decrease in dynamic stability, and the efficiency of the device may be reduced because a large amount of fuel is required to rotate the crankshaft 20 due to the weight of the crankshaft 20. .

따라서, 이러한 크랭크 샤프트(20)의 무게를 줄이기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.Therefore, research to reduce the weight of such a crankshaft 20 has been made continuously.

특히, 샤프트(21)의 무게를 줄이기 위해 한국특허공개번호 특2003-0045479호(이하 "종래 기술"이리 함)에서는 샤프트(21)를 중공 형상으로 만드는 기술이 알 려져 있다.In particular, in order to reduce the weight of the shaft 21, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0045479 (hereinafter referred to as "prior art") is known a technique for making the shaft 21 into a hollow shape.

하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 종래 기술은 무게를 줄이기 위해 샤프트(1)만을 중공 형상으로 제조할 뿐 크랭크(2)의 무게를 줄이기 위한 기술은 포함되어 있지 않다. 즉, 상기 종래 기술에는 기존의 크랭크(22)와 동일하게 커넥팅 로드(도 1의 "30"참조)와의 연결을 위한 크랭크 핀(2a)이 크랭크(2)에서 돌출 형성되고, 크랭크(2)의 외부면에 평형 추(2b)가 형성된다. 따라서, 종래 기술은 크랭크 샤프트(3)의 무게를 줄이는데 한계가 있을 것이다.However, as shown in FIG. 2, this prior art only manufactures the shaft 1 in a hollow shape to reduce the weight, and does not include a technique for reducing the weight of the crank 2. That is, in the prior art, a crank pin 2a for connecting to a connecting rod (see “30” in FIG. 1) is formed to protrude from the crank 2, similarly to the existing crank 22. A counterweight 2b is formed on the outer surface. Therefore, the prior art will be limited in reducing the weight of the crankshaft (3).

또한, 종래 기술에 의하면, 크랭크(2)를 이루는 탄소가 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.5중량% 이하로 함유됨에 따라, 소결 후 충분한 카바이드가 형성되지 않아서 경도가 높지 못한 것으로 실험을 통해 알 수 있었다.In addition, according to the prior art, since the carbon constituting the crank 2 is contained in 0.5% by weight or less based on the weight ratio of the total composition, it was found through experiments that the hardness was not high because sufficient carbide was not formed after sintering. .

또한, 종래 기술에 의하면, 샤프트(1)와 크랭크(2)를 용접한 후 내식성 및 내마모성을 향상시키기 위하여 별도의 산화피막을 형성시켜야 하므로 그 제조 시간 및 제조 비용이 많이 소요될 수 있다.In addition, according to the prior art, after welding the shaft (1) and the crank (2) to form a separate oxide film in order to improve the corrosion resistance and abrasion resistance it may take a lot of time and manufacturing cost.

또한, 종래 기술에 의하면, 소결과 용접을 별도로 진행함에 따라 그 제조 시간 및 제조 비용이 많이 소요될 수 있다.In addition, according to the prior art, as the sintering and welding separately proceed, the manufacturing time and manufacturing cost may be high.

본 발명은 종래기술에 대한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 기술적 과제는 크랭크의 형상을 새롭게 하여 중공 형상의 샤프트와 함께 동적 안정성을 향상시킬 수 있는 공기 압축기용 크랭크 샤프트를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the problems of the prior art, the technical problem of the present invention is to provide a crank shaft for an air compressor that can improve the dynamic stability with a hollow shaft by renewing the shape of the crank.

본 발명의 다른 기술적 과제는 소결과 접합을 동시에 수행하여 제조 시간 및 제조 비용을 줄일 수 있는 공기 압축기용 크랭크 샤프트의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another technical problem of the present invention is to provide a method of manufacturing a crankshaft for an air compressor that can reduce the production time and manufacturing cost by performing sintering and bonding at the same time.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트는 중공 형상의 샤프트와, 그리고 상기 샤프트의 외주면에 끼워져 고정되는 삽입공이 형성되고, 그 외주면에 커넥팅 로드가 연결되는 원판 형상의 크랭크를 포함하고, 그리고 상기 삽입공은 상기 크랭크에 형성되되, 상기 샤프트가 회전될 때 상기 크랭크가 편심되게 회전되도록 상기 크랭크의 중심에서 설정 간격 이격된 부위에 형성된다.In order to achieve the above object, the crankshaft for an air compressor according to an embodiment of the present invention is formed of a hollow shaft, and the insertion hole is fixed to the outer peripheral surface of the shaft is formed, the connecting rod is connected to the outer peripheral surface A crank in shape, and the insertion hole is formed in the crank, and is formed at a portion spaced from a center of the crank so that the crank rotates eccentrically when the shaft is rotated.

또한, 상기 크랭크의 무게를 줄이기 위해, 상기 크랭크 중 상기 삽입공을 제외한 부위에 요홈 또는 홀이 더 형성될 수 있다.In addition, in order to reduce the weight of the crank, grooves or holes may be further formed in the portion of the crank except the insertion hole.

또한, 상기 샤프트는 탄소강으로 이루지고, 상기 크랭크는 철계 소결 합금으로 이루어지고, 그리고 상기 샤프트와 상기 크랭크는 열처리를 통하여 서로 금속간 확산 접합될 수 있다.The shaft may be made of carbon steel, the crank may be made of an iron-based sintered alloy, and the shaft and the crank may be diffusion-bonded to each other through heat treatment.

일예로, 상기 크랭크를 이루는 철계 소결 합금은 철(Fe)-탄소(C)-인(P)인 3원계 합금으로 구성되고, 상기 철(Fe)-탄소(C)-인(P)인 3원계 합금에는, 전체 조성물의 중량비를 기준으로, 1.0~3.5중량%의 탄소와, 0.3~2.5중량%의 인과, 그리고 나머지 철이 첨가될 수 있다.For example, the iron-based sintered alloy forming the crank is composed of a ternary alloy of iron (Fe) -carbon (C) -phosphorus (P), and the iron (Fe) -carbon (C) -phosphorus (P) 3 To the base alloy, 1.0 to 3.5% by weight of carbon, 0.3 to 2.5% by weight of phosphorus, and the remaining iron may be added based on the weight ratio of the entire composition.

다른 예로, 상기 크랭크를 이루는 철계 소결 합금은 철(Fe)-탄소(C)-크 롬(Cr)-인(P)인 4원계 합금으로 구성되고, 상기 철(Fe)-탄소(C)-크롬(Cr)-인(P)인 4원계 합금에는, 전체 조성물의 중량비를 기준으로, 1.0~3.5중량%의 탄소와, 10.0~23.0중량%의 크롬과, 0.3~2.0중량%의 인과, 각각 0.02~1.0중량%의 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 및 망간(Mn)과, 그리고 나머지 철이 첨가될 수 있다.As another example, the cranked iron-based sintered alloy is composed of a quaternary alloy of iron (Fe) -carbon (C) -chromium (Cr) -phosphorus (P), and the iron (Fe) -carbon (C)- In the quaternary alloy which is chromium (Cr) -phosphorus (P), 1.0-3.5 weight% carbon, 10.0-23.0 weight% chromium, 0.3-2.0 weight% phosphorus, respectively, based on the weight ratio of the whole composition, respectively. Molybdenum (Mo), silicon (Si) and manganese (Mn) of 0.02 to 1.0% by weight and the remaining iron may be added.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트의 제조 방법은 중공 형상의 샤프트를 제조하는 샤프트 제조 단계와, 금속 혼합 분말을 이용하여 크랭크 성형체를 원판 형상으로 성형하는 크랭크 성형 단계와, 상기 샤프트와 상기 크랭크 성형체를 조립하는 조립 단계, 상기 샤프트와 상기 크랭크 성형체를 조립한 후 소결로에서 상기 크랭크 성형체를 크랭크로 소결시킴과 동시에 상기 크랭크 성형체를 상기 샤프트와 금속간 확산 접합시키는 소결 접합 단계, 상기 소결 접합 후 상기 샤프트와 상기 크랭크를 열처리하는 열처리 단계와, 그리고 상기 열처리 후 크랭크의 외주면을 연삭 가공하는 가공 단계를 포함한다.On the other hand, the method for manufacturing a crank shaft for an air compressor according to an embodiment of the present invention includes a shaft manufacturing step of manufacturing a hollow shaft, a crank molding step of forming a crank molded body into a disc shape using a metal mixed powder, An assembling step of assembling the shaft and the crank molded body, and assembling the shaft and the crank molded body, and sintering the crank molded body into a crank in a sintering furnace and simultaneously sintering the crank molded body between the shaft and the metal. And a heat treatment step of heat treating the shaft and the crank after the sintering bonding, and a machining step of grinding the outer circumferential surface of the crank after the heat treatment.

또한, 상기 크랭크 성형 단계에서, 상기 금속 혼합 분말의 성형 밀도는 6.0~7.0 g/㎤일 수 있다.In addition, in the crank forming step, the molding density of the metal mixed powder may be 6.0 ~ 7.0 g / cm 3.

또한, 상기 크랭크 성형 단계에서, 상기 크랭크의 중량을 줄이기 위하여 상기 크랭크에 요홈 또는 홀을 형성할 수 있다.In addition, in the crank forming step, a recess or a hole may be formed in the crank to reduce the weight of the crank.

또한, 상기 소결 접합 단계에서, 소결 접합 분위기는 진공 또는 비산화성 분위기이고, 그리고 소결 접합 온도는 1000 내지 1200℃ 범위 내일 수 있다.Further, in the sintering bonding step, the sintering bonding atmosphere is a vacuum or non-oxidizing atmosphere, and the sintering bonding temperature may be in the range of 1000 to 1200 ℃.

일예로, 상기 소결로가 진공이 유지되는 진공 소결로 이면, 상기 열처리 단계에서, 상기 진공 소결로에 질화 가스를 주입하여 크랭크 샤프트를 질화 냉각 시 킬 수 있다.For example, when the sintering furnace is a vacuum sintering furnace in which vacuum is maintained, in the heat treatment step, nitriding gas may be injected into the vacuum sintering furnace to cool the crankshaft.

다른 예로, 상기 소결로가 진공이 유지되지 않는 일반 소결로 이면, 상기 열처리 단계에서, 담금질, 침탄 또는 고주파 중 하나에 의해 열처리될 수 있다.As another example, when the sintering furnace is a general sintering furnace in which vacuum is not maintained, in the heat treatment step, the sintering furnace may be heat treated by quenching, carburizing or high frequency.

본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트에 의하면, 크랭크를 원판 형상으로 형성하고 크랭크 핀의 사용 없이 원판 형상의 크랭크의 외주면에 커넥팅 로드가 직접 연결되는 구조를 가지고 있고, 그 무게를 줄임과 동시에 샤프트가 끼워지도록 크랭크에 삽입공을 형성시킴에 따라, 중공 형상의 샤프트와 함께 크랭크 샤프트의 전체 무게를 현저히 줄일 수 있다. 궁극적으로, 샤프트의 동적 안정성이 향상될 수 있고, 동적 안정성이 향상됨에 따라 기기의 내구성이 향상될 수 있다. 또한 크랭크 샤프트의 무게가 감소되므로 샤프트를 회전시키기 위한 연료가 종래 기술에 비해 덜 사용되므로 기기의 효율이 향상될 수 있다.According to the crankshaft for an air compressor according to an embodiment of the present invention, the crank is formed in a disc shape and has a structure in which a connecting rod is directly connected to the outer circumferential surface of the disc-shaped crank without using a crank pin, and reduces its weight. At the same time as the insertion hole is formed in the crank so that the shaft is fitted, it is possible to significantly reduce the overall weight of the crank shaft with the hollow shaft. Ultimately, the dynamic stability of the shaft can be improved, and the durability of the device can be improved as the dynamic stability is improved. In addition, since the weight of the crankshaft is reduced, less fuel is used to rotate the shaft than in the prior art, so the efficiency of the device can be improved.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트에 의하면, 크랭크에 요홈 또는 홀이 형성됨에 따라, 크랭크 샤프트의 무게를 더욱 줄일 수 있다.In addition, according to the crankshaft for the air compressor according to an embodiment of the present invention, as the groove or hole is formed in the crank, it is possible to further reduce the weight of the crankshaft.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트에 의하면, 크랭크를 이루는 합금 원소의 각 성분량이 최적으로 설정됨에 따라, 내마모성 및 마찰 특성을 향상시킬 수 있다. 궁극적으로, 내마모성 향상을 위해 종래와 같이 별도의 산화피막을 형성시키지 않아도 되므로 공정을 단순화시킬 수 있다.In addition, according to the crankshaft for the air compressor according to an embodiment of the present invention, as the amount of each component of the alloy element constituting the crank is set optimally, wear resistance and friction characteristics can be improved. Ultimately, it is not necessary to form a separate oxide film as in the prior art to improve wear resistance, thereby simplifying the process.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트의 제조 방 법에 의하면, 크랭크 성형체를 소결시킴과 동시에 크랭크 성형체와 샤프트를 접합시킴에 따라 제조 시간 및 제조 비용을 현저히 줄일 수 있다.In addition, according to the manufacturing method of the crankshaft for the air compressor according to an embodiment of the present invention, by sintering the crank molded body and at the same time by joining the crank molded body and the shaft can significantly reduce the manufacturing time and manufacturing cost.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 크랭크 샤프트를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 크랭크 샤프트에서 크랭크를 나타낸 측면도이고, 그리고 도 5는 도 4의 V-V단면도이다.Figure 3 is a cross-sectional view showing a crank shaft according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a side view showing a crank in the crank shaft according to an embodiment of the present invention, and Figure 5 is a V-V cross-sectional view of FIG.

본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 중공 형상의 샤프트(110)와, 원판 형상의 크랭크(120)를 포함한다.Crankshaft for an air compressor according to an embodiment of the present invention, as shown in Figures 2 and 3, a hollow shaft 110, and a disc shaped crank 120.

먼저, 도 3을 참조하여, 샤프트(110)를 구체적으로 설명한다.First, the shaft 110 will be described in detail with reference to FIG. 3.

샤프트(110)는 중공 형상(hollow shape, 속이 빈 형상)을 갖는다. 따라서, 샤프트(110)의 자체 무게를 현저하게 줄일 수 있게 되므로 샤프트(110)의 동적 안정성이 향상될 수 있고, 동적 안정성이 향상됨에 따라 기기의 내구성이 향상될 수 있다. 또한 샤프트(110) 자체의 무게가 감소되므로 샤프트(110)를 회전시키기 위한 연료가 종래에 비해 덜 사용되므로 기기의 효율이 향상될 수 있다. 또한, 샤프트(110)는 탄소강으로 이루어질 수 있다. 특히, 탄소강으로 샤프트(110)가 이루어 지면, 외력(엔진에서 발생되는 회전력)에 대한 샤프트(110)의 강도와 강성이 확보될 수 있고, 고주파 열처리시 경화능이 향상될 수 있다. 이러한 중공 형상의 샤프트(110)는 인발 등을 통해 제조될 수 있다.The shaft 110 has a hollow shape. Therefore, since the weight of the shaft 110 itself can be significantly reduced, the dynamic stability of the shaft 110 can be improved, and the durability of the device can be improved as the dynamic stability is improved. In addition, since the weight of the shaft 110 itself is reduced, fuel for rotating the shaft 110 is less used than in the related art, and thus the efficiency of the device may be improved. In addition, the shaft 110 may be made of carbon steel. In particular, when the shaft 110 is made of carbon steel, the strength and rigidity of the shaft 110 with respect to the external force (rotation force generated in the engine) can be secured, and the hardenability can be improved during the high frequency heat treatment. The hollow shaft 110 may be manufactured by drawing or the like.

또한, 샤프트(110)를 이루는 탄소강은 전체 중량비를 기준으로 0.35 내지 0.6중량%의 탄소 성분을 포함할 수 있다. 탄소 성분이 0.35중량% 보다 작으면, 강도와 강성이 확보되지 않고, 0.6중량% 보다 크면 취성이 커져 샤프트(110)의 역할을 수행할 수 없다. 특히, 샤프트(110)가 전체 중량비를 기준으로 0.35 내지 0.6중량%의 탄소 성분이 포함될 경우, 후술하는 철계 소결 합금으로 이루어진 크랭크(120)와의 금속간 확산 접합이 원활하게 이루어질 수 있다.In addition, the carbon steel constituting the shaft 110 may include a carbon component of 0.35 to 0.6% by weight based on the total weight ratio. If the carbon component is less than 0.35% by weight, strength and rigidity are not secured, and if the carbon component is greater than 0.6% by weight, brittleness becomes large, and thus the role of the shaft 110 may not be performed. In particular, when the shaft 110 contains 0.35 to 0.6% by weight of carbon components based on the total weight ratio, intermetallic diffusion bonding with the crank 120 made of the iron-based sintered alloy to be described later may be smoothly performed.

이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여, 크랭크(120)를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the crank 120 will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5.

크랭크(120)는 상술한 샤프트(110)의 외주면에 끼워져 고정되는 삽입공(121)을 포함하고, 원판 형상을 갖는다. 원판 형상의 크랭크(120)의 외주면에는 커넥팅 로드(30)가 회전 가능하게 연결된다. 특히, 원판 형상의 크랭크(120)의 외주면에 커넥팅 로드(30)가 바로 연결되는 구조를 가짐에 따라 종래 기술과 같은 크랭크 핀(도 2의 "2a" 참조) 및 크랭크 암(도 2의 "2b" 참조)이 별도로 요구되지 않는다. 나아가. 크랭크(120)의 삽입공(121)은 샤프트(110)가 회전될 때 크랭크(120)가 편심되게 회전되도록, 즉 커넥팅 로드(30)를 통해 피스톤(도 6의 "40" 참조)이 왕복 운동할 수 있도록, 크랭크(120)의 중심에서 설정 간격 이격된 부위에 형성된다. 특히, 삽입공(121)에 샤프트가 끼워지는 구조를 가질 경우, 삽입공(121)으로 인해 크랭크(120)의 무게를 더욱 줄일 수 있다. The crank 120 includes an insertion hole 121 that is inserted into and fixed to the outer circumferential surface of the shaft 110 and has a disc shape. The connecting rod 30 is rotatably connected to the outer circumferential surface of the disc-shaped crank 120. In particular, since the connecting rod 30 is directly connected to the outer circumferential surface of the disc-shaped crank 120, a crank pin (see "2a" in FIG. 2) and a crank arm ("2b in FIG. 2") as in the prior art. Are not required separately). Furthermore. The insertion hole 121 of the crank 120 allows the crank 120 to rotate eccentrically when the shaft 110 is rotated, that is, the piston (see "40" in FIG. 6) reciprocates through the connecting rod 30. In order to be able to do so, it is formed in a portion spaced apart from the set interval from the center of the crank 120. In particular, when the shaft is inserted into the insertion hole 121, the weight of the crank 120 can be further reduced due to the insertion hole 121.

따라서, 크랭크(120)의 자체 무게를 현저하게 줄일 수 있게 되므로 크랭크 샤프트(100)의 동적 안정성이 향상될 수 있고, 동적 안정성이 향상됨에 따라 기기의 내구성이 향상될 수 있다. 또한 크랭크(120) 자체의 무게가 감소되므로 크랭크 샤프트(100)를 회전시키기 위한 연료가 종래에 비해 덜 사용되므로 기기의 효율이 향상될 수 있다. Therefore, since the weight of the crank 120 itself can be significantly reduced, the dynamic stability of the crankshaft 100 can be improved, and the durability of the device can be improved as the dynamic stability is improved. In addition, since the weight of the crank 120 itself is reduced, less fuel is used to rotate the crankshaft 100 than in the related art, and thus the efficiency of the device may be improved.

또한, 크랭크(120)의 무게를 줄이기 위해, 크랭크(120) 중 삽입공(121)을 제외한 부위에 요홈(122) 또는 홀(미도시)(hole)이 더 형성될 수 있다. 구체적으로, 요홈(122) 또는 홀(미도시)은 삽입공(121)을 향해 오목하게 라운드진 반달 형상으로 형성되는 것이 바람직할 것이다. 특히, 반달 형상으로 형성시키는 이유는, 크랭크(120)가 원판 형상을 하고 편심된 부위에 삽입공(121)이 형성된 관계로, 삽입공(121)을 피해 크랭크(120)의 무게를 최대한 줄이기 위함이다. 또는 홀(미도시)은, 다른 예로, 원 형상을 할 수도 있다.In addition, in order to reduce the weight of the crank 120, a groove 122 or a hole (not shown) may be further formed in a portion of the crank 120 except for the insertion hole 121. In detail, the recess 122 or the hole (not shown) may be formed in a half moon shape concave round toward the insertion hole 121. Particularly, the reason for forming the half moon shape is that the crank 120 has a disc shape and the insertion hole 121 is formed in the eccentric portion, so as to reduce the weight of the crank 120 as much as possible, avoiding the insertion hole 121. to be. Alternatively, the hole (not shown) may have a circular shape as another example.

또한, 크랭크(120)는 샤프트(110)와의 금속간 확산 접합을 위해 철계 소결 합금으로 이루어질 수 있다. 특히, 크랭크(120)는 외력(엔진에서 발생된 회전력)에 대해 견딜 수 있도록 내마모성이 더 요구될 수 있고, 커넥팅 로드(30)와의 마찰을 줄이기 위한 특성이 더 요구될 수 있다. In addition, the crank 120 may be made of an iron-based sintered alloy for intermetallic diffusion bonding with the shaft 110. In particular, the crank 120 may be required to be more wear-resistant to withstand external forces (rotational force generated in the engine), and may be required to further reduce the friction with the connecting rod 30.

이러한 요구에 따라, 크랭크(120)는, 일예로 표 1의 실시예 1 내지 5에 나타난 바와 같이, 철(Fe)-탄소(C)-인(P) 3원계 합금으로 이루질 수 있고, 다른 예로, 표 1의 실시예 6 내지 18에 나타난 바와 같이, 철(Fe)-크롬(Cr)-탄소(C)-인(P) 4원계 합금으로 이루어질 수 있다. 특히, 3원계 합금과 4원계 합금의 큰 차이는 크롬 의 유무에 있으며, 크랭크(120)의 외주면에 회전 가능하게 연결되는 커넥팅 로드(30)의 재질에 따라 3원계 합금이 사용되기도 하고 4원계 합금이 사용되기도 할 것이다. 커넥팅 로드(30)의 재질이 경도가 낮은 것(일예로, 알루미늄)이면 고가의 크롬을 포함하지 않아도 되고, 커넥팅 로드(30)의 재질이 경도가 높은 것(일예로, 스틸)이면 고가의 크롬을 포함하는 것이 바람직할 것이다. According to this requirement, the crank 120 may be made of an iron (Fe) -carbon (C) -phosphorus (P) ternary alloy, for example, as shown in Examples 1 to 5 of Table 1, and other For example, as shown in Examples 6 to 18 of Table 1, it may be made of iron (Fe) -chromium (Cr) -carbon (C) -phosphorus (P) quaternary alloy. In particular, the big difference between the ternary alloy and the quaternary alloy is in the presence of chromium, depending on the material of the connecting rod 30 rotatably connected to the outer circumferential surface of the crank 120, the ternary alloy is also used or ternary alloy This would be used too. If the material of the connecting rod 30 is of low hardness (for example, aluminum), it is not necessary to include expensive chromium. If the material of the connecting rod 30 is of high hardness (for example, steel), expensive chrome It would be desirable to include.

크랭크의 화학 성분Crank Chemical Composition 구 분division CC CrCr PP MoMo SiSi MnMn FeFe 상태condition 실시예 1Example 1 2.02.0 -- 1.51.5 -- -- -- 나머지Remainder 양호Good 실시예 2Example 2 2.52.5 -- 1.01.0 -- -- -- 나머지Remainder 양호Good 실시예 3Example 3 3.03.0 -- 0.80.8 -- -- -- 나머지Remainder 양호Good 실시예 4Example 4 1.01.0 -- 0.30.3 -- -- -- 나머지Remainder 양호Good 실시예 5Example 5 3.53.5 -- 2.52.5 -- -- -- 나머지Remainder 양호Good 실시예 6Example 6 1.01.0 8.88.8 0.30.3 0.90.9 0.40.4 0.30.3 나머지Remainder 양호Good 실시예 7Example 7 1.01.0 10.010.0 0.50.5 0.90.9 0.40.4 0.30.3 나머지Remainder 양호Good 실시예 8Example 8 1.51.5 10.010.0 0.50.5 0.90.9 0.40.4 0.30.3 나머지Remainder 양호Good 실시예 9Example 9 2.52.5 10.010.0 0.50.5 0.90.9 0.40.4 0.30.3 나머지Remainder 양호Good 실시예 10Example 10 2.52.5 10.010.0 1.01.0 0.90.9 0.40.4 0.30.3 나머지Remainder 양호Good 실시예 11Example 11 3.53.5 10.010.0 2.02.0 0.90.9 0.40.4 0.30.3 나머지Remainder 양호Good 실시예 12Example 12 1.01.0 25.025.0 0.30.3 0.90.9 0.40.4 0.30.3 나머지Remainder 불량Bad 실시예 13Example 13 1.01.0 23.023.0 0.50.5 0.90.9 0.40.4 0.30.3 나머지Remainder 양호Good 실시예 14Example 14 1.51.5 23.023.0 0.50.5 0.90.9 0.40.4 0.30.3 나머지Remainder 양호Good 실시예 15Example 15 2.52.5 23.023.0 0.50.5 0.90.9 0.40.4 0.30.3 나머지Remainder 양호Good 실시예 16Example 16 2.52.5 23.023.0 1.01.0 0.90.9 0.40.4 0.30.3 나머지Remainder 양호Good 실시예 17Example 17 3.03.0 23.023.0 2.02.0 0.90.9 0.40.4 0.30.3 나머지Remainder 양호Good 실시예 18Example 18 3.53.5 25.025.0 2.52.5 0.90.9 0.40.4 0.30.3 나머지Remainder 불량Bad

먼저, 표 1의 실시예 1 내지 5를 참조하여, 철(Fe)-탄소(C)-인(P) 3원계 합금에 대한 각 성분의 특성 및 요구치를 구체적으로 설명한다.First, with reference to Examples 1-5 of Table 1, the characteristic and required value of each component with respect to an iron (Fe) -carbon (C) -phosphorus (P) ternary alloy are demonstrated concretely.

탄소(C)는 고용 강화 특성과 다른 원소와 카바이드(carbide, 탄화물)를 형성하여 내마모성을 향상시키는 특성을 가지며, 전체 조성물의 중량비를 기준으로 1.0~3.5중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 그 임계적 의의로, 탄소량이 1.0중량% 보다 작을 경우에는 충분한 카바이드가 형성되지 않아서 경도가 높지 못한 것으로 실험을 통해 나타났고, 3.5중량% 보다 클 경우에는 과잉의 카바이드를 형성하여 취성이 커지고 마지막 연삭 가공시 가공의 어려운 것으로 실험을 통해 나타났다. 또한, 탄소는 크랭크(120)를 이루는 다른 원소인 후술하는 인(P)과 포정 반응(peritectic reaction)하여 접합 온도를 낮추는 역할을 하는데, 3.5중량% 보다 클 경우에는 과잉의 액상 출현으로 인하여 크랭크 성형체 소결시 크랭크 성형체의 수축량이 매우 크고 변형량이 커서 추가 가공이 요구되는 문제가 있는 것으로 실험을 통해 나타났다. Carbon (C) has a property of improving the wear resistance by forming carbide (carbide, carbide) with other elements and strengthening properties, and is preferably added at 1.0 to 3.5% by weight based on the weight ratio of the entire composition. The critical significance is that when the amount of carbon is less than 1.0% by weight, sufficient carbides are not formed and hardness is not high, and when it is larger than 3.5% by weight, excessive carbide forms, causing brittleness and the final grinding. It was found through experiments that the processing was difficult. In addition, carbon plays a role of lowering the junction temperature by performing a peritectic reaction with phosphorus (P), which is another element constituting the crank 120, which is to be described later. It has been shown through experiments that the shrinkage of the crank molded body during sintering is very large and the deformation amount is large, requiring further processing.

인(P)는 철(Fe) 및 탄소(C)와 포정 반응을 하여 저융점의 3원 포정 반응 액상을 생기게 하고, 이로 인해 크랭크 성형체 소결시 크랭크 성형체의 수축량이 크게 되므로 샤프트(110)와의 금속간 확산 접합을 용이하게 하는 특성을 가지며. 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.3~2.5중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 그 임계적 의의로, 인 성분이 0.3중량% 보다 작을 경우에는 액상 출현량이 상대적으로 적어 샤프트(110)와의 금속간 확산 접합성이 떨어지는 것으로 실험을 통해 나타났고, 인 성분이 2.5중량% 보다 클 경우에는 액상 출현량이 많아서 치수 정밀도가 감소하여 추가 가공이 요구되는 것으로 실험을 통해 나타났고, 액상 반응물의 경도가 높아서 가공이 어려운 문제점가 있는 것으로 실험을 통해 나타났다. Phosphorus (P) reacts with iron (Fe) and carbon (C) to produce a three-way, three-way reaction reaction liquid phase with a low melting point, and as a result, the shrinkage of the crank molded body increases when the crank molded body is sintered. Has properties that facilitate interdiffusion bonding. It is preferable to add 0.3 to 2.5 weight% based on the weight ratio of the whole composition. The critical significance is that when the phosphorus component is less than 0.3% by weight, the amount of liquid phase appearance is relatively small, and the experiment shows that diffusion bonding between metals with the shaft 110 is inferior, and when the phosphorus component is larger than 2.5% by weight. Due to the large amount of liquid phase appearance, the dimensional precision was reduced and required for further processing, and it was shown through experiments.

철(Fe)은 크랭크(120)의 기저부를 이루는 것으로서, 크롬과 인을 제외한 나머지를 차지한다.Iron (Fe) forms the base of the crank 120, and occupies the rest except chromium and phosphorus.

이하, 표 1의 실시예 6 내지 18을 참조하여, 철(Fe)-크롬(Cr)-탄소(C)-인(P) 4원계 합금에 대한 각 성분의 특성 및 요구치를 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to Examples 6-18 of Table 1, the characteristic and required value of each component with respect to an iron (Fe)-chromium (Cr) -carbon (C) -phosphorus (P) quaternary alloy are demonstrated concretely.

탄소(C)는 고용 강화 특성과 다른 원소와 카바이드(carbide, 탄화물)를 형성하여 내마모성을 향상시키는 특성을 가지며, 전체 조성물의 중량비를 기준으로 1.0~3.5중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 그 임계적 의의로, 탄소량이 1.0중량% 보다 작을 경우에는 충분한 카바이드가 형성되지 않아서 경도가 높지 못한 것으로 실험을 통해 나타났고, 3.5중량% 보다 클 경우에는 과잉의 카바이드를 형성하여 취성이 커지고 마지막 연삭 가공시 가공의 어려운 것으로 실험을 통해 나타났다. 또한, 탄소는 크랭크(120)를 이루는 다른 원소인 후술하는 인(P)과 포정 반응(peritectic reaction)하여 접합 온도를 낮추는 역할을 하는데, 3.5중량% 보다 클 경우에는 과잉의 액상 출현으로 인하여 크랭크 성형체 소결시 크랭크 성형체의 수축량이 매우 크고 변형량이 커서 추가 가공이 요구되는 문제가 있는 것으로 실험을 통해 나타났다. Carbon (C) has a property of improving the wear resistance by forming carbide (carbide, carbide) with other elements and strengthening properties, and is preferably added at 1.0 to 3.5% by weight based on the weight ratio of the entire composition. The critical significance is that when the amount of carbon is less than 1.0% by weight, sufficient carbides are not formed and hardness is not high, and when it is larger than 3.5% by weight, excessive carbide forms, causing brittleness and the final grinding. It was found through experiments that the processing was difficult. In addition, carbon plays a role of lowering the junction temperature by performing a peritectic reaction with phosphorus (P), which is another element constituting the crank 120 to be described later, and when larger than 3.5% by weight, the crank molded body due to the excessive liquid phase appearance. It has been shown through experiments that the shrinkage of the crank molded body during sintering is very large and the deformation amount is large, requiring further processing.

인(P)는 철(Fe) 및 탄소(C)와 포정 반응을 하여 저융점의 3원 포정 반응 액상을 생기게 하고, 이로 인해 크랭크 성형체 소결시 크랭크 성형체의 수축량이 크게 되므로 샤프트(110)와의 금속간 확산 접합을 용이하게 하는 특성을 가지며. 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.3~2.0중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 그 임계적 의의로, 인 성분이 0.3중량% 보다 작을 경우에는 액상 출현량이 상대적으로 적어 샤프트(110)와의 금속간 확산 접합성이 떨어지는 것으로 실험을 통해 나타났고, 인 성분이 2.0중량% 보다 클 경우에는 액상 출현량이 많아서 치수 정밀도가 감소하여 추가 가공이 요구되는 것으로 실험을 통해 나타났고, 액상 반응물의 경도가 높아서 가공이 어려운 문제점이 있는 것으로 실험을 통해 나타났다. Phosphorus (P) reacts with iron (Fe) and carbon (C) to produce a three-way, three-way reaction reaction liquid phase with a low melting point, and as a result, the shrinkage of the crank molded body increases when the crank molded body is sintered. Has properties that facilitate interdiffusion bonding. It is preferable to add 0.3 to 2.0 weight% based on the weight ratio of the whole composition. The critical significance is that when the phosphorus component is less than 0.3% by weight, the amount of liquid phase appearance is relatively small, and the experiment shows that diffusion bonding between the metals and the shaft 110 is inferior, and when the phosphorus component is larger than 2.0% by weight. Due to the large amount of liquid phase appearance, the dimensional precision was reduced and required for further processing, and it was shown through experiments.

크롬(Cr)은 크랭크(120)의 내마모성을 향상시키는 특성을 가지며, 전체 조성물의 중량비를 기준으로 10.0~23.0중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 그 임계적 의의로, 크롬 성분이 10.0중량% 보다 작을 경우에는 크랭크(120)의 최소 요구 경도인 HRC45 이하로 내마모성이 저하되는 것으로 실험을 통해 나타났고, 크롬 성분이 23중량% 보다 클 경우는 과다한 카바이드의 형성으로 가공이 어려운 것으로 실험을 통해 나타났고, 취성이 증가하므로 알루미늄 재질의 커넥팅 로드(30)를 마모시켜 전체적인 수명을 감소시키는 것으로 실험을 통해 나타났다. 특히, 표 1의 실시예 12 및 18은 크롬 성분이 23.0중량%을 초과하고 있으며 실험 결과 불량으로 나타났다.Chromium (Cr) has a property of improving the abrasion resistance of the crank 120, it is preferably added in 10.0 ~ 23.0% by weight based on the weight ratio of the entire composition. As a critical significance, when the chromium component is less than 10.0% by weight, the wear resistance is lowered to less than or equal to the minimum required hardness of the crank 120, HRC45, through experiments, and when the chromium component is greater than 23% by weight, It was found through experiments that machining is difficult due to the formation of carbides, and the brittleness increases, and it has been shown through experiments that the wear life of the connecting rod 30 made of aluminum is reduced to reduce the overall life. In particular, Examples 12 and 18 in Table 1 has a chromium component of more than 23.0% by weight and was found to be poor.

기타 성분으로, 표 1의 실시예 6 내지 18에는 나타난 바와 같이, 경화능을 향상시키기 위해 4원계 합금의 크랭크(120)에는 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 및 망간(Mn)이 첨가된다. 특히, 몰리브덴, 실리콘 및 망간은 각각 전체 조성물의 중량비를 기준으로 0.02 내지 1.0중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 그 임계적 의의로, 0.02중량% 보다 작을 경우에는 경화능 향상에 기여하지 못하는 것으로 실험을 통해 나타났고, 1.0중량% 보다 클 경우에는 비용 대비 경화능 향상이 미비한 것으로 실험을 통해 나타났다.As other components, as shown in Examples 6 to 18 of Table 1, molybdenum (Mo), silicon (Si), and manganese (Mn) are added to the crank 120 of the quaternary alloy to improve the hardenability. In particular, molybdenum, silicon and manganese are preferably added at 0.02 to 1.0% by weight, respectively, based on the weight ratio of the total composition. The critical significance, when less than 0.02% by weight did not appear to contribute to the improvement of the hardenability through experiments, and when greater than 1.0% by weight it was shown through the experiments that the improvement of the hardenability compared to the cost.

철(Fe)은 크랭크(120)의 기저부를 이루는 것으로서, 탄소, 크롬, 인 및 기타 성분을 제외한 나머지를 차지한다.Iron (Fe) forms the base of the crank 120, and occupies the rest except for carbon, chromium, phosphorus and other components.

이하, 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트(100)의 제조 방법을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the crankshaft 100 for an air compressor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 7.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트의 제조 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a crankshaft for an air compressor according to an embodiment of the present invention.

먼저, 중공 형상의 샤프트(110)와 원판 형상의 크랭크(120)를 제조한다(S10 및 S20 참조). 중공 형상의 샤프트(110)는 인발을 통해 제조될 수 있고, 원판 형상의 크랭크(120)는 금속 혼합 분말로 성형된다. 이하, 원판 형상의 크랭크(120)를 성형하는 과정을 구체적으로 설명한다.First, a hollow shaft 110 and a disc shaped crank 120 are manufactured (see S10 and S20). The hollow shaft 110 may be manufactured by drawing, and the disc shaped crank 120 is formed of a metal mixed powder. Hereinafter, a process of molding the disc-shaped crank 120 will be described in detail.

구체적으로, 금속 혼합 분말을 원하는 크랭크(120) 형상으로 만들기 위해 성형 프레스(미도시)가 이용된다. 또한, 성형 과정에서 샤프트(110)의 외주면에 크랭크(120)의 성형체가 끼워지도록 크랭크(120)의 성형체에는 삽입공(121)을 형성한다. 또한, 성형 과정에서 크랭크(120)의 중량을 감소시키기 위하여 크랭크(120)의 성형체의 양 측면에 반달 형상의 요홈(122)을 형성할 수 있고, 다른 예로 크랭크(120)의 성형체에 원 형상의 홀(미도시)을 형성할 수 있다.Specifically, a molding press (not shown) is used to make the metal mixed powder into the desired crank 120 shape. In addition, the insertion hole 121 is formed in the molded body of the crank 120 so that the molded body of the crank 120 is fitted to the outer circumferential surface of the shaft 110 during the molding process. In addition, in order to reduce the weight of the crank 120 in the molding process, it is possible to form half-moon grooves 122 on both sides of the molded body of the crank 120, another example of the circular shape in the molded body of the crank 120 Holes (not shown) may be formed.

또한, 크랭크(120)의 성형 밀도는 6.0 내지 7.0g/㎤로 설정되는 것이 바람직하다. 그 임계적 의의로, 성형 밀도가 6.0g/㎤ 보다 작을 경우에는 샤프트(110)와의 접합을 위해 크랭크(120)의 성형체를 이동시킬 때 크랭크(120)의 성형체가 파손될 수 있고, 또한 소결로(미도시)에서 크랭크(120)의 성형체를 소결함과 동시에 크랭크(120)를 샤프트(110)와 접합시킬 때 소결 밀도가 저하되어 크랭크(120)의 경도를 저하시킬 수 있고, 성형 밀도는 7.0 g/㎤ 보다 클 경우에는 과도한 성형압으로 인하여 성형 프레스의 금형이 손상될 수 있다.Moreover, it is preferable that the shaping density of the crank 120 is set to 6.0-7.0 g / cm <3>. In a critical sense, if the molding density is less than 6.0 g / cm 3, the molded body of the crank 120 may break when the molded body of the crank 120 is moved for bonding with the shaft 110, and the sintering furnace ( At the same time, when the molded body of the crank 120 is sintered and the crank 120 is bonded to the shaft 110, the sintered density may be lowered to lower the hardness of the crank 120, and the molding density may be 7.0 g. If larger than / cm 3, excessive mold pressure can damage the mold of the molding press.

이 후, 샤프트(110)와 크랭크(120)의 성형체를 조립한다(S30 참조). 구체적으로, 샤프트(110)의 외주면에 크랭크(120)의 성형체에 형성된 삽입공(121)을 끼운다. 특히, 후술할 소결 접합 과정에서 크랭크(120)의 성형체가 수축하는 것을 감안하여, 표 2에 나타난 바와 같이, 샤프트(110)의 외경과 크랭크(120) 성형체의 내경(삽입공) 사이에 조립 공차를 두는 것이 바람직하다.Thereafter, the molded body of the shaft 110 and the crank 120 is assembled (see S30). Specifically, insert the insertion hole 121 formed in the molded body of the crank 120 on the outer peripheral surface of the shaft 110. In particular, in view of the shrinkage of the molded body of the crank 120 during the sintering bonding process to be described later, as shown in Table 2, the assembly tolerance between the outer diameter of the shaft 110 and the inner diameter (insertion hole) of the molded body of the crank 120 It is preferable to put.

구분division 실시예1Example 1 실시예2Example 2 실시예3Example 3 실시예4Example 4 실시예5Example 5 크랭크crank 외경Outer diameter 75.475.4 75.475.4 75.475.4 75.475.4 75.475.4 성형체Molded body 내경Bore 42.542.5 42.542.5 42.542.5 42.542.5 42.542.5 중공Hollow 외경Outer diameter 42.4842.48 42.4542.45 42.442.4 42.342.3 42.242.2 샤프트shaft 내경Bore 28.528.5 28.528.5 28.528.5 28.528.5 28.528.5 조립 틈새Assembly clearance 0.020.02 0.050.05 0.10.1 0.20.2 0.30.3 접합상태Junction 양호Good 양호Good 양호Good 양호Good 불량Bad

(주. 조립틈새 = 크랭크 성형체 내경 - 중공샤프트 외경)(Note. Assembly clearance = crank molding inner diameter-hollow shaft outer diameter)

크랭크(120) 성형체의 내경과 샤프트(110) 외경 사이의 조립 틈새는 일반가공에서 정의된 헐거운 끼워 맞춤량이 적절하며, 표 2의 실시예 1 내지 5에 나타난 바와 같이, 샤프트(110)의 외경이 대략 Φ42 내지 Φ42.5mm인 경우에는 0.02 내지 0.2mm의 조립 틈새를 갖는 것이 바람직한 것으로 실험을 통해 나타났다. 그러나, 표 2에는 나타나 있지 않지만, 샤프트(110)의 외경이 대구경인 대략 Φ50 내지 500mm인 경우에는 조립 틈새가 상대적으로 증가하여 0.3 내지 1.0mm의 조립 틈새를 갖는 것이 바람직한 것으로 실험을 통해 나타났다.An assembly gap between the inner diameter of the crank 120 molded body and the outer diameter of the shaft 110 is appropriate for the loose fitting amount defined in the general processing, and as shown in Examples 1 to 5 of Table 2, the outer diameter of the shaft 110 is In the case of approximately Φ42 to Φ42.5mm, it has been shown through experiments that it is desirable to have an assembly clearance of 0.02 to 0.2mm. However, although not shown in Table 2, when the outer diameter of the shaft 110 is approximately Φ 50 to 500 mm, which is a large diameter, the assembly gap is relatively increased to have an assembly gap of 0.3 to 1.0 mm.

이 후, 이렇게 조립된 샤프트(110)와 크랭크(120) 성형체는 소결로(미도시)에서 금속간 확산 접합된다(S40 참조). 이 때, 크랭크(120) 성형체는 소결로(미도시)에서 크랭크(120)로 소결된다. 이하, 소결 접합 과정에 대해 구체적으로 설명한다.Thereafter, the assembled shaft 110 and the crank 120 molded body are intermetallic diffusion-bonded in a sintering furnace (not shown) (see S40). At this time, the molded body of the crank 120 is sintered into the crank 120 in a sintering furnace (not shown). Hereinafter, the sintering bonding process will be described in detail.

소결로(미도시)의 분위기는 비산화성인 진공 또는 환원성 분위기일 수 있고, 소결 접합 온도는 1000~1200℃ 범위 내에서 실시하는 것이 바람직하고, 이러한 소결 접합 온도는 Fe-C-P의 포정액상이 생성되는 온도이다. 특히, 그 임계적 의의로, 1000℃ 보다 작을 경우에는 크랭크(120) 성형체의 소결이 충분히 일어나지 않아 기계적 물성치가 낮고 샤프트(110)와의 접합이 제대로 이루어지지 않는 것으로 실험을 통해 나타났고, 1200℃ 보다 높을 경우에는 이 온도를 유지하기 위한 장치 및 운용 비용이 많이 소요되는 것으로 확인되었고, 액상 출현이 많아 치수 정밀도가 떨어지는 것으로 실험을 통해 나타났다.The atmosphere of the sintering furnace (not shown) may be a non-oxidizing vacuum or reducing atmosphere, the sintering bonding temperature is preferably carried out within the range of 1000 ~ 1200 ℃, this sintering bonding temperature is the formation of the pore liquid phase of Fe-CP Temperature. In particular, the critical significance, when less than 1000 ℃ sintering of the molded body of the crank 120 does not occur sufficiently, the mechanical properties are low and the bonding with the shaft 110 is shown through experiments, and than 1200 ℃ When it is high, it was confirmed that the equipment and operating cost to maintain this temperature is high, and the experiment showed that the dimensional precision is low due to the appearance of liquid phase.

소결 접합에 필요한 시간은 제품의 크기와 관련되며 크랭크(120) 성형체의 단면 두께가 대략 12~25mm인 경우에는 통상적으로 30분에서 90분 정도가 적합하고, 크랭크(120) 성형체의 단면 두께가 증가하면 소결 및 접합에 필요한 시간을 길게 하는 것이 요구될 것이다. 특히, 소결과 동시에 접합이 이루어지므로 별도의 접합 공정이 요구되지 않으므로 제조 시간 및 제조 비용을 현저히 줄일 수 있다. 나아가, 크랭크(120)와 샤프트(110)가 소결을 통해 접합이 이루어질 경우, 그 접합부에는 니어 넷 쉐입(near-net-shape)을 가지므로 추후 선삭 가공 등을 하지 않아도 됨에 따라 제조 시간 및 제조 비용을 더욱 줄일 수 있다. The time required for sintering bonding is related to the size of the product, and if the cross-sectional thickness of the crank 120 molding is approximately 12-25 mm, typically 30 to 90 minutes is suitable, and the cross-sectional thickness of the crank 120 molding is increased. It will be required to lengthen the time required for sintering and bonding. In particular, since the bonding is performed at the same time as the sintering, a separate bonding process is not required, thereby significantly reducing manufacturing time and manufacturing cost. Furthermore, when the crank 120 and the shaft 110 are joined through sintering, the joint has a near-net-shape, so that no later turning operations are required, so that the manufacturing time and manufacturing cost are eliminated. Can be further reduced.

이렇게 소결 및 접합이 완료되면, 샤프트(110)와 크랭크(120)를 열처리한다(S50 참조). 이하, 열처리 과정에 대해 구제적으로 설명한다.When the sintering and bonding is completed in this way, the shaft 110 and the crank 120 is heat-treated (see S50). Hereinafter, the heat treatment process will be described in detail.

일예로, 그 내부가 진공 상태인 진공 소결로(미도시)에서 소결 및 접합이 이루어진 경우에는, 소결 접합 시간이 완료된 후, 진공 소결로(미도시)에 질소 가스를 주입하여 소결된 크랭크(120)의 표면 경도를 HRC45 이상 나올 수 있도록 질소 냉각을 실시하는 것이 바람직하다. For example, when sintering and bonding are performed in a vacuum sintering furnace (not shown) having a vacuum inside thereof, after the sintering bonding time is completed, the crank 120 sintered by injecting nitrogen gas into the vacuum sintering furnace (not shown). It is preferable to carry out nitrogen cooling so that the surface hardness of) may be HRC45 or more.

다른 예로, 다른 장치와 연속된 비진공 소결로(미도시)에서 소결 및 접합이 이루어진 경우에는, 질소 냉각을 할 수 없으므로 소결 접합 후 샤프트(110)와 크랭크(120)의 전체 강도를 향상시키기 위하여 담금질 또는 침탄과 같은 열처리를 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 국부적인 열처리가 요구되는 경우에는, 고주파를 이용하여 크랭크(120)나 샤프트(110)의 일부분을 국부적으로 열처리할 수 있다. 특히, 고주파 열처리를 위해서는 샤프트(110)는 전체 중량비를 기준으로 0.35 내지 0.6중량%의 탄소 성분을 포함하는 것이 바람직할 것이다.As another example, when sintering and joining are performed in a continuous non-vacuum sintering furnace (not shown) with another apparatus, since nitrogen cooling is not possible, to improve the overall strength of the shaft 110 and the crank 120 after sintering joining. It is preferable to carry out heat treatment such as quenching or carburizing. In addition, when a local heat treatment is required, a part of the crank 120 or the shaft 110 may be locally heat treated using a high frequency wave. Particularly, for the high frequency heat treatment, the shaft 110 may preferably include 0.35 to 0.6 wt% of carbon based on the total weight ratio.

이 후, 열처리가 완료되면, 크랭크(120)의 외주면을 연삭 가공한다(S60 참조). 특히 크랭크(120)의 외주면은 커넥팅 로드(30)와 회전 가능하게 연결되는 부위이므로 커넥팅 로드(30)와의 마찰을 줄이기 위해 연삭된다.After that, when the heat treatment is completed, the outer peripheral surface of the crank 120 is ground (see S60). In particular, since the outer circumferential surface of the crank 120 is a portion that is rotatably connected with the connecting rod 30, the outer surface of the crank 120 is ground to reduce friction with the connecting rod 30.

한편, 이렇게 이루어진 크랭크 샤프트(100)는 도 6에 도시된 바와 같이, 공기 압축기에 적용될 수 있다.On the other hand, the crankshaft 100 made in this way can be applied to the air compressor, as shown in FIG.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트가 공기 압축기에 적용된 상태를 나타낸 종단면도이다.6 is a longitudinal sectional view showing a state in which a crankshaft for an air compressor according to an embodiment of the present invention is applied to an air compressor.

이상에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.As described above, the crankshaft for the air compressor and the manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention may have the following effects.

본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트(100)에 의하면, 크랭크(120)를 원판 형상으로 형성하고 종래 기술과 같은 크랭크 핀(도 2의 "2a" 참조)의 사용 없이 원판 형상의 크랭크(120)의 외주면에 커넥팅 로드(30)가 직접 연결되는 구조를 가지고 있고, 그 무게를 줄임과 동시에 샤프트(110)가 끼워지도록 크랭크(121)에 삽입공을 형성시킴에 따라, 중공 형상의 샤프트(110)와 함께 크랭크 샤프트(100)의 전체 무게를 현저히 줄일 수 있다. 궁극적으로, 크랭크 샤프트(100)의 동적 안정성이 향상될 수 있고, 동적 안정성이 향상됨에 따라 기기의 내구성이 향상될 수 있다. 또한 크랭크 샤프트(100)의 무게가 감소되므로 크랭크 샤프트(100)를 회전시키기 위한 연료가 종래 기술에 비해 덜 사용되므로 기기의 효율이 향상될 수 있다.According to the crankshaft 100 for an air compressor according to an embodiment of the present invention, the crank 120 is formed into a disc shape and has a disc shape without using a crank pin (see "2a" in FIG. 2) as in the prior art. The connecting rod 30 is directly connected to the outer circumferential surface of the crank 120, and as the insertion hole is formed in the crank 121 so as to reduce the weight and the shaft 110 is fitted, The overall weight of the crankshaft 100 together with the shaft 110 can be significantly reduced. Ultimately, the dynamic stability of the crankshaft 100 may be improved, and the durability of the device may be improved as the dynamic stability is improved. In addition, since the weight of the crankshaft 100 is reduced, less fuel is used to rotate the crankshaft 100 compared to the prior art, and thus the efficiency of the device can be improved.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트(100)에 의하면, 크랭크(120)에 요홈(122) 또는 홀(미도시)이 형성됨에 따라, 크랭크 샤프트(100)의 무게를 더욱 줄일 수 있다.In addition, according to the crank shaft 100 for an air compressor according to an embodiment of the present invention, as the groove 122 or the hole (not shown) is formed in the crank 120, the weight of the crank shaft 100 further Can be reduced.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트(100)에 의하면, 크랭크(120)를 이루는 합금 원소의 각 성분량이 최적으로 설정됨에 따라, 내마모성 및 마찰 특성을 향상시킬 수 있다. 궁극적으로, 내마모성 향상을 위해 종래와 같이 별도의 산화피막을 형성시키지 않도록 되므로 공정을 단순화시킬 수 있다.In addition, according to the crankshaft 100 for an air compressor according to an embodiment of the present invention, as the amount of each component of the alloy element constituting the crank 120 is set optimally, wear resistance and friction characteristics can be improved. Ultimately, the process may be simplified since it does not form a separate oxide film as in the prior art for improving wear resistance.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트(100)의 제조 방법에 의하면, 크랭크(120) 성형체를 소결시킴과 동시에 크랭크(120) 성형체와 샤프트(110)를 접합시킴에 따라 제조 시간 및 제조 비용을 현저히 줄일 수 있다.In addition, according to the manufacturing method of the crankshaft 100 for an air compressor according to an embodiment of the present invention, by sintering the crank (120) molded body and at the same time by joining the crank (120) molded body and the shaft (110) Time and manufacturing costs can be significantly reduced.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.

도 1은 일반적인 공기 압축기를 나타낸 종단면도이다.1 is a longitudinal sectional view showing a general air compressor.

도 2는 종래 기술에 따른 크랭크 샤프트를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a crankshaft according to the prior art.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 크랭크 샤프트를 나타낸 단면도이다. 3 is a cross-sectional view showing a crank shaft according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 크랭크 샤프트에서 크랭크를 나타낸 측면도이다.Figure 4 is a side view showing the crank in the crankshaft according to an embodiment of the present invention.

도 5는 도 4의 V-V단면도이다.5 is a cross-sectional view taken along line V-V of FIG.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트가 공기 압축기에 적용된 상태를 나타낸 종단면도이다.6 is a longitudinal sectional view showing a state in which a crankshaft for an air compressor according to an embodiment of the present invention is applied to an air compressor.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 압축기용 크랭크 샤프트의 제조 방법을 나타낸 플로우 챠트이다.7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a crankshaft for an air compressor according to an embodiment of the present invention.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for main parts of the drawings

100: 크랭크 샤프트 110: 샤프트100: crankshaft 110: shaft

120: 크랭크 121: 삽입공120: crank 121: insertion hole

122: 요홈 30: 커넥팅 로드122: groove 30: connecting rod

Claims (11)

삭제delete 삭제delete 공기 압축기용 크랭크 샤프트에 있어서,In the crankshaft for the air compressor, 중공 형상의 샤프트와, 그리고Hollow shaft, and 상기 샤프트의 외주면에 끼워져 고정되는 삽입공이 내부에 형성되고, 원형 내주면을 구비한 커넥팅 로드가 회전가능하게 외주면에 연결되도록 외주면이 원형으로 형성되는 원판 형상의 크랭크를 포함하고, 그리고An insertion hole fixed to the outer circumferential surface of the shaft and formed therein, the connecting rod having a circular inner circumferential surface comprising a disc-shaped crank having a circular outer circumferential surface so as to be rotatably connected to the outer circumferential surface, and 상기 삽입공은 상기 크랭크의 내부에 형성되되, 상기 샤프트가 회전될 때 상기 크랭크가 편심되게 회전되도록 상기 크랭크의 중심에서 설정 간격 이격된 부위에 형성되고,The insertion hole is formed in the inside of the crank, and is formed in a portion spaced from the center of the crank so that the crank rotates eccentrically when the shaft is rotated, 상기 크랭크의 무게를 줄이기 위해, 상기 크랭크 중 상기 삽입공을 제외한 부위에 요홈 또는 홀이 더 형성되고,In order to reduce the weight of the crank, grooves or holes are further formed in a portion of the crank except the insertion hole, 상기 샤프트는 탄소강으로 이루지고,The shaft is made of carbon steel, 상기 크랭크는 철계 소결 합금으로 이루어지고, 그리고The crank is made of an iron-based sintered alloy, and 상기 샤프트와 상기 크랭크는 소결로에서 서로 금속간 확산 접합됨과 동시에 상기 크랭크는 소결되는 공기 압축기용 크랭크 샤프트.The crank shaft for the air compressor is the crank is sintered at the same time as the shaft and the crank is diffusion-bonded to each other in a sintering furnace. 제3항에서, 4. The method of claim 3, 상기 크랭크를 이루는 철계 소결 합금은 The iron-based sintered alloy forming the crank 철(Fe)-탄소(C)-인(P)인 3원계 합금으로 구성되고,Consisting of a ternary alloy that is iron (Fe) -carbon (C) -phosphorus (P), 상기 철(Fe)-탄소(C)-인(P)인 3원계 합금에는, 전체 조성물의 중량비를 기준으로, 1.0~3.5중량%의 탄소와, 0.3~2.5중량%의 인과, 그리고 나머지 철이 첨가되는 공기 압축기용 크랭크 샤프트.To the ternary alloy of iron (Fe) -carbon (C) -phosphorus (P), 1.0 to 3.5% by weight of carbon, 0.3 to 2.5% by weight of phosphorus, and the remaining iron are added, based on the weight ratio of the entire composition. Crankshaft for air compressors. 제3항에서,4. The method of claim 3, 상기 크랭크를 이루는 철계 소결 합금은 The iron-based sintered alloy forming the crank 철(Fe)-탄소(C)-크롬(Cr)-인(P)인 4원계 합금으로 구성되고,Consists of a quaternary alloy that is iron (Fe) -carbon (C) -chromium (Cr) -phosphorus (P), 상기 철(Fe)-탄소(C)-크롬(Cr)-인(P)인 4원계 합금에는, 전체 조성물의 중량비를 기준으로, 1.0~3.5중량%의 탄소와, 10.0~23.0중량%의 크롬과, 0.3~2.0중량%의 인과, 각각 0.02~1.0중량%의 몰리브덴(Mo), 실리콘(Si) 및 망간(Mn)과, 그리고 나머지 철이 첨가되는 공기 압축기용 크랭크 샤프트.In the quaternary alloy of iron (Fe) -carbon (C) -chromium (Cr) -phosphorus (P), 1.0 to 3.5% by weight of carbon and 10.0 to 23.0% by weight of chromium are based on the weight ratio of the entire composition. And 0.3 to 2.0% by weight of phosphorus, 0.02 to 1.0% by weight of molybdenum (Mo), silicon (Si) and manganese (Mn), and the remaining iron is added to the crankshaft for the air compressor. 제3항의 공기 압축기용 크랭크 샤프트의 제조방법에 있어서, In the manufacturing method of the crankshaft for air compressors of Claim 3, 중공 형상의 샤프트를 제조하는 샤프트 제조 단계와, A shaft manufacturing step of manufacturing a hollow shaft, 금속 혼합 분말을 이용하여 크랭크 성형체를 원판 형상으로 성형하는 크랭크 성형 단계와,A crank forming step of forming a crank molded body into a disc shape using a metal mixed powder; 상기 샤프트와 상기 크랭크 성형체를 조립하는 조립 단계, An assembling step of assembling the shaft and the crank molded body, 상기 샤프트와 상기 크랭크 성형체를 조립한 후 소결로에서 상기 크랭크 성형체를 크랭크로 소결시킴과 동시에 상기 크랭크 성형체를 상기 샤프트와 금속간 확산 접합시키는 소결 접합 단계, Sintering step of assembling the shaft and the crank molded body and then sintering the crank molded body into a crank in a sintering furnace and simultaneously diffusing and joining the crank molded body between the shaft and the metal; 상기 소결 접합 후 상기 샤프트와 상기 크랭크를 열처리하는 열처리 단계와, 그리고A heat treatment step of heat-treating the shaft and the crank after the sintering bonding, and 상기 열처리 후 크랭크의 외주면을 연삭 가공하는 가공 단계를 포함하는 공기 압축기용 크랭크 샤프트의 제조방법.And a processing step of grinding the outer circumferential surface of the crank after the heat treatment. 제6항에서,In claim 6, 상기 크랭크 성형 단계에서, 상기 금속 혼합 분말의 성형 밀도는 6.0~7.0 g/㎤인 공기 압축기용 크랭크 샤프트의 제조 방법.In the crank forming step, the forming density of the metal mixed powder is 6.0 ~ 7.0 g / cm 3 manufacturing method of the crank shaft for the air compressor. 제7항에서,In claim 7, 상기 크랭크 성형 단계에서, 상기 크랭크의 중량을 줄이기 위하여 상기 크랭크에 요홈 또는 홀을 형성하는 공기 압축기용 크랭크 샤프트의 제조 방법.In the crank forming step, to form a groove or a hole in the crank to reduce the weight of the crank manufacturing method of the crank shaft for the air compressor. 제6항에서, In claim 6, 상기 소결 접합 단계에서,In the sintering bonding step, 소결 접합 분위기는 진공 또는 비산화성 분위기이고, 그리고The sintered bonding atmosphere is a vacuum or non-oxidizing atmosphere, and 소결 접합 온도는 1000 내지 1200℃ 범위 내인 공기 압축기용 크랭크 샤프트의 제조 방법.Process for producing a crankshaft for an air compressor, the sintering junction temperature is in the range of 1000 to 1200 ℃. 제6항에서,In claim 6, 상기 소결로가 진공이 유지되는 진공 소결로 이면,If the sintering furnace is a vacuum sintering furnace in which vacuum is maintained, 상기 열처리 단계에서, 상기 진공 소결로에 질화 가스를 주입하여 크랭크 샤프트를 질화 냉각시키는 공기 압축기용 크랭크 샤프트의 제조 방법.In the heat treatment step, injecting a nitriding gas into the vacuum sintering furnace for producing a crank shaft for an air compressor for nitriding cooling. 제6항에서,In claim 6, 상기 소결로가 진공이 유지되지 않는 일반 소결로 이면,If the sintering furnace is a normal sintering furnace in which vacuum is not maintained, 상기 열처리 단계에서, 담금질, 침탄 또는 고주파 중 어느 하나에 의해 열처리되는 공기 압축기용 크랭크 샤프트의 제조 방법.In the heat treatment step, a method of manufacturing a crank shaft for an air compressor which is heat-treated by any one of quenching, carburizing or high frequency.
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