KR101134422B1 - Moving part for automatic transmission and method for surface treatment thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 자동변속기용 구동부품의 표면 처리방법은 구동부품의 표면에 직경 0.2 내지 0.7 mm 크기의 숏볼을 가스 노즐에 의해 분사하여 제1 숏피닝하고; 그리고 상기 제1 숏피닝된 금속재료의 표면에 직경 0.01 내지 0.1 mm 크기의 숏볼을 가스 노즐에 의해 분사하여 제2 숏피닝하는 단계를 포함하여 이루어진다. 상기 표면 처리방법은 구동부품의 표면부에 최적화된 압축응력을 갖게 하므로 피로수명과 내구강도를 향상시켜 변속기 부품의 수명을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 부품의 고강도화가 가능하고, 부품의 축소설계가 가능하여 원가절감 및 변속기 중량감소를 통한 연비증가의 효과가 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method for treating a surface of a driving component for an automatic transmission, wherein a shot ball having a diameter of 0.2 to 0.7 mm is sprayed on a surface of the driving component by a gas nozzle to perform first shot peening; And a second shot peening by spraying a shot ball having a diameter of 0.01 to 0.1 mm on the surface of the first shot peened metal material by a gas nozzle. Since the surface treatment method has an optimized compressive stress on the surface part of the driving part, the fatigue life and the oral resistance can be improved, and the life of the transmission part can be improved, the strength of the part can be increased, and the design of the part can be reduced. It is possible to increase fuel economy through cost reduction and transmission weight reduction.
자동변속기, 숏피닝, 압축응력, 가스 노즐 Automatic Transmission, Shot Peening, Compression Stress, Gas Nozzle
Description
본 발명은 자동변속기용 구동부품 및 그 표면 처리방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 숏볼의 크기를 달리하여 단계별로 솟피닝을 적용함으로서 표면부에 최적화된 압축응력이 부여된 자동변속기용 구동부품 및 그 표면 처리방법에 관한 것이다. The present invention relates to a drive component for an automatic transmission and a surface treatment method thereof. More specifically, the present invention relates to a drive part for an automatic transmission to which an optimized compressive stress is applied to a surface part by applying a stepping pin by varying the size of the shotball, and a surface treatment method thereof.
자동변속기는 자동차 엔진에서 발생하는 구동력을 여러 유성기어와 축을 사용하여 적당한 차속으로 변환하는 역할을 한다. 따라서 변속기의 구동 부품은 엔진에서 발생하는 구동력에 대하여 충분한 내구성을 가져야 하며, 마모, 파손 등이 발생하지 않아야 한다. 이러한 목적을 달성하기 위하여 각각의 구동 부품은 고강도 재료와 특수 열처리 등에 의해 제작되고 있다. 특히 최근에는 연비향상, 배기가스 감소 등의 목표를 달성하기 위하여 부품의 크기를 작게 하면서 내구성은 향상시키는 추세이다.The automatic transmission converts the driving force generated by the automobile engine to the proper vehicle speed by using various planetary gears and shafts. Therefore, the drive parts of the transmission should have sufficient durability against the driving force generated in the engine, and wear, breakage, etc. should not occur. In order to achieve this purpose, each drive part is manufactured by a high strength material and a special heat treatment. In particular, recently, in order to achieve the goals of fuel efficiency improvement and exhaust gas reduction, the size of parts is small while the durability is increasing.
특히 자동변속기의 기어 및 샤프트는 엔진의 동력을 전달하기 때문에, 표면부에서 과다한 접촉응력과 굴곡응력을 반복적으로 받게 되므로, 접촉부의 피로손상 및 기어치나 샤프트의 절손 등이 발생할 우려가 있다. 이러한 손상을 방지하기 위해 열처리품에 대하여 표면부에 압축응력을 형성하여 내구력을 향상시키기 위한 목적으로 숏피닝처리가 사용되고 있다. In particular, since the gears and shafts of the automatic transmission transmit the power of the engine, excessive contact and bending stresses are repeatedly received at the surface portion, which may cause fatigue damage of the contact portion and breakage of gear teeth or shafts. In order to prevent such damage, the shot peening treatment is used for the purpose of improving the durability by forming a compressive stress on the surface of the heat treated product.
상기 기어나 샤프트 등의 구동부품에 적용하고 있는 숏피닝 방법은 숏볼의 크기, 분사 방법에 따라 마이크로 숏피닝, 하드 숏피닝, 임펠러로 분사하는 숏피닝 등으로 분류되며, 각각의 숏피닝 처리에 의해 형성되는 압축잔류응력의 분포는 도 1과 같이 일정한 깊이에서 최대의 응력값을 갖게 되는데, 이와 같이 종래의 숏피닝 방법은 표면부에서 높은 잔류응력을 가지면서 표면에서 일정깊이에서도 높은 잔류응력 값을 갖게 하는 것이 불가능하다.The shot peening method applied to driving parts such as gears and shafts is classified into micro shot peening, hard short peening, shot peening by impeller, etc. according to the size of shot ball and injection method. The distribution of compressive residual stresses to be formed has a maximum stress value at a constant depth as shown in FIG. 1. As described above, the conventional shot peening method has a high residual stress value at a constant depth at a surface while having a high residual stress at a surface portion. It is impossible to have.
상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.The technical structure described above is a background technique for assisting the understanding of the present invention, and does not mean the prior art widely known in the technical field to which the present invention belongs.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 숏볼의 크기를 달리하여 단계별로 솟피닝을 적용함으로서 표면부에 최적화된 압축응력을 갖게 하여 피로수명과 내구강도를 향상시켜 변속기 부품의 수명을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 부품의 고강도화가 가능하고, 부품의 축소설계가 가능하여 원가절감 및 변속기 중량감소를 통한 연비증가의 효과가 있는 자동변속기용 구동부품 및 그 표면 처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in order to improve the above problems, by applying the stepping pins by varying the size of the shotball to have an optimized compressive stress on the surface portion to improve the fatigue life and oral resistance to improve the life of the transmission parts In addition, the present invention provides a driving component for an automatic transmission and a method of treating the surface thereof, which can increase the fuel consumption by reducing the cost and reducing the transmission weight by increasing the strength of the component and reducing the design of the component. There is a purpose.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 하나의 관점은 새로운 자동변속기용 구동부품의 표면 처리방법을 제공한다. 상기 방법은 구동부품의 표면에 직경 0.2 내지 0.7 mm 크기의 숏볼을 가스 노즐에 의해 분사하여 제1 숏피닝하고; 그리고 상기 제1 숏피닝된 금속재료의 표면에 직경 0.01 내지 0.1 mm 크기의 숏볼을 가스 노즐에 의해 분사하여 제2 숏피닝하는 단계를 포함하여 이루어진다.One aspect of the present invention to achieve the above object provides a new method for treating the surface of the drive component for automatic transmission. The method comprises: first shot peening by spraying a shot ball having a diameter of 0.2 to 0.7 mm with a gas nozzle on a surface of a drive part; And a second shot peening by spraying a shot ball having a diameter of 0.01 to 0.1 mm on the surface of the first shot peened metal material by a gas nozzle.
구체예에서는 상기 제1 숏피닝은 20 내지 150 m/sec 의 속도로 숏볼을 분사하는 것을 특징으로 한다. In an embodiment, the first shot peening is characterized in that the shot ball is sprayed at a speed of 20 to 150 m / sec.
또한 상기 제2 숏피닝은 150 내지 500 m/sec 의 속도로 숏볼을 분사하는 것을 특징으로 한다. In addition, the second shot peening is characterized in that for spraying the shotball at a speed of 150 to 500 m / sec.
구체예에서, 상기 구동부품은 150 내지 1000 ℃에서 열처리된 것을 사용할 수 있다. In an embodiment, the driving part may use a heat treated at 150 to 1000 ℃.
본 발명의 다른 관점은 상기 방법으로 처리된 자동변속기용 구동부품에 관한 것이다. 상기 자동변속기용 구동부품은 표면으로부터 1~20 ㎛의 깊이에서의 최대 잔류압축응력이 1.3~2.0 GPa이고, 표면으로부터 50~100 ㎛의 깊이에서의 최대 잔류압축응력이 1.0~1.5 GPa인 것을 특징으로 한다. Another aspect of the invention relates to a drive part for an automatic transmission processed by the above method. The drive component for the automatic transmission has a maximum residual compressive stress at a depth of 1 to 20 µm from a surface of 1.3 to 2.0 GPa and a maximum residual compressive stress at a depth of 50 to 100 µm from a surface of 1.0 to 1.5 GPa. It is done.
본 발명에 따른 자동변속기용 구동부품의 표면 처리방법은 구동부품의 표면부에 최적화된 압축응력을 갖게 하여 표면에서 일정 깊이에서도 높은 잔류응력값을 가질 수 있는 효과가 있다. The surface treatment method of the drive component for an automatic transmission according to the present invention has an effect that can have a high residual stress value even at a certain depth on the surface by having an optimized compressive stress on the surface portion of the drive component.
또한 상기 방법으로 처리된 자동변속기용 구동부품은 피로수명과 내구강도가 향상되어 부품의 수명을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 고강도화가 가능하고, 축소설계가 가능하여 원가가 절감될 수 있고, 변속기 중량감소를 통해 연비가 증가되는 효과가 있다.In addition, the drive parts for the automatic transmission processed by the above method can improve the fatigue life and the oral resistance to improve the life of the parts, as well as to increase the strength, and to reduce the design cost can be reduced, transmission weight There is an effect of increasing fuel economy through reduction.
본 발명의 자동변속기용 구동부품의 표면 처리방법은 구동부품의 표면에 직경 0.2 내지 0.7 mm 크기의 숏볼을 가스 노즐에 의해 분사하여 제1 숏피닝하고; 그리고 상기 제1 숏피닝된 금속재료의 표면에 직경 0.01 내지 0.1 mm 크기의 숏볼을 가스 노즐에 의해 분사하여 제2 숏피닝하는 단계를 포함하여 이루어진다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for treating a surface of a driving component for an automatic transmission, wherein a shot ball having a diameter of 0.2 to 0.7 mm is sprayed on a surface of the driving component by a gas nozzle to perform first shot peening; And a second shot peening by spraying a shot ball having a diameter of 0.01 to 0.1 mm on the surface of the first shot peened metal material by a gas nozzle.
구체예에서, 상기 구동부품은 150 내지 1000 ℃에서 열처리된 것을 사용할 수 있다. In an embodiment, the driving part may use a heat treated at 150 to 1000 ℃.
본 발명에서 사용되는 숏피닝 방식은 특별한 제한이 없으나, 가스 노즐에 의한 분사방식을 적용하는 것이 바람직하다. Although the shot peening method used in the present invention is not particularly limited, it is preferable to apply the injection method by the gas nozzle.
상기 제1 숏피닝 공정은 직경 0.2 내지 0.7 mm 크기의 숏볼을 사용하여 분사한다. 상기 범위일 경우, 표면에서 보다 우수한 압축잔류응력을 가질 수 있다. 바람직하게는 0.3 내지 0.5 mm 크기의 숏볼을 사용한다. The first shot peening process is sprayed using a shot ball having a diameter of 0.2 to 0.7 mm. In the above range, it may have a better compressive residual stress on the surface. Preferably a shot ball of 0.3 to 0.5 mm in size is used.
상기 숏볼은 강철볼, 스테인리스볼, 세라믹볼, 하이스강볼 등의 다양한 종류가 사용될 수 있으며, 이중 바람직하게는 강철볼을 사용한다. The short ball may be used in various kinds, such as steel ball, stainless steel ball, ceramic ball, high-strength steel ball, preferably using a steel ball.
상기 분사를 위한 가스는 공기 또는 질소가스가 적용될 수 있다. 바람직하게는 압축공기가 사용될 수 있다. The gas for the injection may be air or nitrogen gas. Preferably compressed air can be used.
구체예에서 제1 숏피닝 공정시 공기압은 100~1000 kPa, 바람직하게는 300~800 kPa 로 한다. In the specific example, the air pressure during the first shot peening process is 100 to 1000 kPa, preferably 300 to 800 kPa.
상기 제1 숏피닝 공정에 있어서, 숏볼의 분사 속도는 20 내지 150 m/sec 범위로 한다. 상기 범위에서 압축잔류응력의 최대치와 그 형성 깊이가 우수한 효과를 얻을 수 있다. 바람직하게는 50 내지 120 m/sec 범위이다. In the first shot peening process, the injection speed of the shotball is in the range of 20 to 150 m / sec. The maximum value of the compressive residual stress and the formation depth thereof can be obtained in the above range. Preferably in the range from 50 to 120 m / sec.
또한 상기 제2 숏피닝 공정은 직경 0.01 내지 0.1 mm 크기의 숏볼을 사용하여 분사한다. 상기 범위일 경우, 표면에서 보다 우수한 압축잔류응력을 가질 수 있다. 바람직하게는 0.03 내지 0.08 mm 크기의 숏볼을 사용한다. In addition, the second shot peening process is sprayed using a shot ball having a diameter of 0.01 to 0.1 mm. In the above range, it may have a better compressive residual stress on the surface. Preferably, a shot ball having a size of 0.03 to 0.08 mm is used.
상기 제2 숏피닝 공정시 숏볼의 종류는 제1 숏피닝 공정에서 적용한 것과 동 일하거나 다른 것을 사용할 수 있다. The type of shotball during the second shot peening process may be the same as or different from that applied in the first shot peening process.
구체예에서 제2 숏피닝 공정시 공기압은 300~1200 kPa, 바람직하게는 500~1000 kPa 로 한다. In the specific example, the air pressure during the second shot peening process is 300 to 1200 kPa, preferably 500 to 1000 kPa.
상기 제2 숏피닝 공정에 있어서, 숏볼의 분사 속도는 150 내지 500 m/sec 범위로 한다. 상기 범위에서 압축잔류응력의 최대치와 그 형성 깊이가 우수한 효과를 얻을 수 있다. 바람직하게는 200 내지 350 m/sec 범위이다. In the second shot peening process, the injection speed of the shotball is in the range of 150 to 500 m / sec. The maximum value of the compressive residual stress and the formation depth thereof can be obtained in the above range. Preferably it is in the range from 200 to 350 m / sec.
상기 방법으로 표면 처리된 자동변속기용 구동부품은 표면으로부터 1~20 ㎛의 깊이에서의 최대 잔류압축응력이 1.3~2.0 GPa이고, 표면으로부터 50~100 ㎛의 깊이에서의 최대 잔류압축응력이 1.0~1.5 GPa의 범위를 가질 수 있다. 바람직하게는 표면으로부터 1~20 ㎛의 깊이에서의 최대 잔류압축응력이 1.4~2.0 GPa이고, 표면으로부터 50~100 ㎛의 깊이에서의 최대 잔류압축응력이 1.1~1.5 GPa의 범위, 표면으로부터 100~150 ㎛의 깊이에서의 최대 잔류압축응력이 1.0~0.6 GPa의 범위를 가질 수 있다. 따라서, 표면부에 형성되는 압축잔류응력의 분포가 종래 표면처리방법에 비해 우수하다. The drive parts for automatic transmissions surface-treated in the above manner have a maximum residual compressive stress of 1.3 to 2.0 GPa at a depth of 1 to 20 μm from the surface, and a maximum residual compressive stress at a depth of 50 to 100 μm from the surface of 1.0 to It may have a range of 1.5 GPa. Preferably the maximum residual compressive stress at a depth of 1 to 20 μm from the surface is 1.4 to 2.0 GPa, the maximum residual compressive stress at a depth of 50 to 100 μm from the surface is 1.1 to 1.5 GPa, and 100 to 100 from the surface. The maximum residual compressive stress at a depth of 150 μm may range from 1.0 to 0.6 GPa. Therefore, the distribution of the compressive residual stress formed in the surface portion is superior to the conventional surface treatment method.
본 발명의 표면 처리방법이 적용될 수 있는 제품은 특별히 한정되는 것은 아니나, 자동변속기용 구동부품에 바람직하게 적용될 수 있다. 상기 자동변속기용 구동부품은 기어나 샤프트뿐만 아니라, 용접부, 스프링강에도 적합하게 적용될 수 있다. The product to which the surface treatment method of the present invention can be applied is not particularly limited, but may be preferably applied to a drive part for an automatic transmission. The drive part for the automatic transmission can be suitably applied to not only a gear and a shaft but also a welded part and a spring steel.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실 시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.The invention may be better understood by the following examples, which are intended for purposes of illustration of the invention and are not intended to limit the scope of protection defined by the appended claims.
실시예 Example
열처리된 샤프트 표면에 직경 0.4 mm 크기의 숏볼을 압축공기 노즐로 부사하여 제1 숏피닝을 한 후, 직경 0.05 mm 크기의 숏볼을 압축공기 노즐로 분사하여 제2 숏피닝을 하였다. 상기 표면 처리된 샤프트에 대해 표면에서부터 0~200 ㎛ 깊이에서의 각각의 압축잔류응력을 측정하였으며, 측정 결과는 도 2에 나타내었다. 또한, 제조된 샤프트에 대하여 비틀림 시험(토오크: 51.25 kgm, 주파수: 5Hz)을 수행하였으며, 균열이 생겨 끊어질 때까지의 횟수를 측정하였다. 상기 시험을 반복해서 3회 수행하여 각 횟수에 대한 평균을 구하고, 결과는 하기 표 1에 나타내었다. After the first shot peening by adhering a 0.4 mm diameter shotball to the compressed air nozzle on the heat treated shaft surface, a second shot peening was performed by spraying a 0.05 mm diameter shotball through the compressed air nozzle. For each of the surface treated shafts, the compressive residual stresses were measured at a depth of 0 to 200 μm from the surface, and the measurement results are shown in FIG. 2. In addition, a torsion test (torque: 51.25 kgm, frequency: 5 Hz) was performed on the manufactured shaft, and the number of times until the crack formed and was measured was measured. The test was repeated three times to obtain an average for each number, and the results are shown in Table 1 below.
비교실시예 1Comparative Example 1
직경 0.4 mm 크기의 숏볼을 임펠러로 분사하여 1회 숏피닝만 하였다. 압축잔류응력 결과와 비틀림 시험 조건은 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다. A shot ball of 0.4 mm diameter was sprayed with an impeller to perform only one shot peening. Compressive residual stress results and torsion test conditions were performed in the same manner as in Example 1.
비교실시예 2Comparative Example 2
직경 0.05 mm 크기의 숏볼을 압축공기 노즐로 분사하여 1회 숏피닝만 하였다. 압축잔류응력 결과와 비틀림 시험 조건은 상기 실시예 1과 동일하게 수행하였다. A shotball with a diameter of 0.05 mm was sprayed with a compressed air nozzle to perform only one shot peening. Compressive residual stress results and torsion test conditions were performed in the same manner as in Example 1.
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예와 같이 복합 숏피닝의 경우 수명이 비교예 1에 비해 30배 이상 늘어났으며, 비교예 2에 비해 10배 상승함을 알 수 있다. 또한 잔류응력의 경우 복합 숏피닝을 한 실시예가 표면부의 압축잔류응력분포가 최적화됨을 확인할 수 있다. As shown in Table 1, in the case of the composite shot peening as in Example, the lifespan is increased by more than 30 times compared to Comparative Example 1, it can be seen that 10 times higher than Comparative Example 2. In addition, in the case of residual stress, the embodiment of the composite shot peening can confirm that the compressive residual stress distribution of the surface part is optimized.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다. Simple modifications and variations of the present invention can be easily made by those skilled in the art, and all such modifications or changes can be seen to be included in the scope of the present invention.
도 1은 숏피닝 방법에 따른 잔류응력분포를 개략적으로 나타낸 도면이다. 1 is a view schematically showing the residual stress distribution according to the shot peening method.
도 2는 실시예 및 비교실시예의 깊이에 따른 압축잔류응력분포를 도시한 그래프이다. 2 is a graph showing the compressive residual stress distribution according to the depth of the Examples and Comparative Examples.
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