KR101201080B1 - 분말야금으로 형성된 이질성 엔진 부품 - Google Patents

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인터내셔널 엔진 인터렉츄얼 프로퍼티 캄파니, 엘엘씨
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Abstract

크랭크 축(280)은 구성체의 분리된 구역에서 서로 다른 특성을 제공하는 적어도 2개의 다른 금속성 재료를 가진 분말야금 공정으로 단일체로 형성된 이질성 구성체를 갖는다.
이질성, 커넥팅 로드, 분말야금, 그린 부품, 평형 축선, 회전 축선, 균형물.

Description

분말야금으로 형성된 이질성 엔진 부품{NON-HOMOGENEOUS ENGINE COMPONENT FORMED BY POWDER METALLURGY}
본 발명은 분말야금으로 형성된 부품에 관한 것으로서, 특히 분말야금에 의한 부품 성형용 방법과 장치에 관한 것이다.
분말야금은 엔진과 같은 기관에 적용하는 고품질의 부품을 생산하는데 사용되는 일반적인 제조방법이다 분말야금은 흔히 경제성, 유연성, 및 부품을 형성하는 다른 방법에 비해 기계가공 또는 2차 공정이 덜 필요한 완제품(finished part)을 생산할 수 있기 때문에 엔진 부품을 제조하는데 이용된다. 분말야금은 부품을 넓은 범위의 합금물, 합성물, 및 기타 재료로 형성하여 소망 특성을 가진 완제품으로 제공할 수 있는 것이다. 분말야금은 넓은 범위의 크기와 형태를 가진 부속품을 제조하는데 매우 적합한 것이다. 또한, 분말야금은 치수와 유익한 물리적 성질에 부합하는 부속품을 신뢰성 있게 생산할 수 있게 하는 것이다.
도1은 종래 분말야금 부품 형성공정(30)의 공정 흐름도를 나타낸 도면이다. 상기 공정은 다음과 같이 이루어진다. 첫째, 부품이 함유하는 금속분말을 제공한다(32). 흔히, 윤활유가 상기 금속분말에 더해져 프레스 기계의 마모를 감소시킨다. 다음, 기본 분말이 혼합되어(34) 동질성 혼합물(homogenous mixture)을 형성 한다. 최종 완제품은 구성물질 금속분말로 이루어진 동질성 합금이 된다.
다음, 주형 또는 다이가 혼합 분말로 채워진다(36). 상기 다이는, 폐쇄 시에, 완제품과 형태가 어느 정도 유사한 내부 공동을 갖는다. 상기 분말은 다이 내에서 압축되어(38) 소위 "그린 파트"로 불리우는 형태를 형성한다. 일반적으로, 압축(compaction)(38)이 예를 들어 30-50ton/inch2 범위에 압력과 실온에서 실시된다. "그린 콤팩트"로 불리우기도 하는 그린 파트는 다이로부터 나올때에 다음 작업을 하는데 바람직한 크기와 형태를 갖는다. 압축(38) 후에, 상기 그린 파트는 추가 공정을 받기에 충분한 강도를 갖는다.
상기 그린 파트는 소결 공정(40)을 받는다. 다양한 2차 작업(42)이 상기 공정이 완제품을 산출하려는(44) 사용 목적에 따라서 소결 공정(40) 후에 상기 부속품에서 실시된다.
일반적으로, 소결 공정(40)은 예를 들어 그린 파트를 함유한 합금 또는 금속의 용융점의 70-90%의 온도를 그린 파트가 받게하는 단계를 포함한다. 가변 온도, 시간, 및 기압은 노(furnace)에서 조절되어 금속 입자를 접합 또는 합금함으로 인해 향상된 강도를 갖는 소결 파트를 생산한다. 소결 공정(40)은 일반적으로 소결 노에서 실시되는 3개 기본 단계: 번오프(burnoff) 단계(46), 소결 단계(48), 및 냉각 단계(50)를 포함한다. 연속형 소결 노가 상기 단계를 실시하는데 일반적으로 사용된다. 번오프 챔버는 그린 파트를 형성하는데(46) 사용된 윤활유를 휘발하는데 사용된다. 고온도 챔버는 실질 소결동작을(48) 실시한다. 냉각 챔버는 처리에 앞서 소결된 부속품을 냉각한다(50).
냉각(50) 후에 소결 노(40)를 빠져나가는 부속품은 완제품으로 판단할 수 있다. 선택적으로, 상기 부속품은 1개 이상의 2차 작업(42)을 받을 수 있다. 2차 작업은 예를 들어 부품(52)을 재-압축(단조)하고(52), 기계가공하고(54), 전도(tumbling)하고(56), 그리고 전체 조립체의 부속물로서 추가 부품과 상기 부품을 결합하는 동작을 갖는다. 2차 작업(42)은 또한 자체-윤활 성질로 전해지는 부속품 안으로의 오일 또는 윤활유(60)의 주입을 받을 수도 있다. 또한, 상기 소결된 부품은 열 처리(62)를 받아서 강도(strength)와 같은 임의적인 특징 및 성질을 상기 부품에 제공할 수 있다. 당 기술분야에서의 기술인은 다른 2차 작업을 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 상기 2차 작업(42)은 개별적으로 또는 다른 2차 작업과 조합하여 실시될 수 있다. 일단 모든 2차 작업(42)이 수행되었으면, 부품 또는 부속품(44)은 마무리 처리를 받는다.
미국특허 5,303,468호; 5,195,398호; 3,748,925호는 내연기관에 사용되는 크랭크 축을 개시하였다.
도2는 종래 내연기관의 내부를 상세하게 나타내어 크랭크 축(72)의 사용을 설명하는 도면이다. 커넥팅 로드(64)는 피스톤(66)과 크랭크 축(72)에 피벗식으로 연결된다. 커넥팅 로드(64)는 대형(large) 또는 크랭크 단부(76)에서 크랭크 축(72)에 연결된다. 로드(64)의 대형 단부(76)는 크랭크 축(72)의 축 부분("크랭크 핀")을 수용한다. 커넥팅 로드(64)는 부가로 로드(64)의 소형(small) 또는 피스톤 단부(70)에서 피스톤(66)에 연결된다. 크랭크 축(72)은 크랭크 핀(78) 사이 에 배치된 균형물(74)을 포함한다.
도3과 도4는 종래 방식으로 제조된 종래 크랭크 축(72)을 나타낸 도면이다. 크랭크 축(72)은 제1단부(80)와 제2단부(82)사이에 있는 길이방향 연장체(83)를 포함한다. 상기 연장체(83)는 엔진 회전 시에 크랭크 축의 회전 축선(84)을 형성한다. 주 저널(86)은 엔진블록에 있는 축(72)을 지지하기 위해 제1단부(80)와 제2단부(82)에 각각 설치된다. 상기 연장체(83)는 복수개의 베어링 저널(88), 크랭크 핀 저널(90) 및 균형물(74)을 갖는다.
커넥팅 로드(64)와 결합할 때에 크랭크 핀 저널(90)의 집합체(mass)는 중심-이탈 평형(offset balance) 축선(92)을 형성한다. 상기 평형 축선(92)은 축과 커넥팅 로드 조립체의 회전으로 발생된 힘이 회전 축선을 통해서 평형되게 하는 회전 축선이다. 회전 축선(84)은 평형 축선(92)에서 중심 이탈된 것이다. 상기 중심 이탈(offset)은 크랭크 축이 회전할 때에 모멘트를 발생한다. 상기 모멘트는 축 베어링 상에 부하를 상승시키고 그리고 크랭크 축의 저널과 그 각각의 베어링 사이에 오일막 두께를 최소로 하기 때문에 바람직하지 않은 것이다. 이러한 사실은 주 저널의 부하 소유 능력(load carrying capacity)을 제약한다.
종래 해결방식은 회전 축선(84) 쪽으로 평형 축선(92)이 이동되게 축(72)에 복수개의 균형물(78)을 설치하는 것이었다. 이상적으로는, 균형물(78)이 각각의 크랭크 핀 저널(90)과 180도 반대편에 위치하는 것이다. 그런데, 그러한 구조는 바람직하지 않은 대형 크랭크 축(72)을 초래한다. 엔진 설계인은 끊임없이 엔진 크기가 최소이면서 엔진 효율을 향상시키려는 노력을 하고 있다. 대형 크랭크 축 은 대형 엔진 크기를 필연적으로 따르게 한다. 또한 대형 크랭크 축은 엔진의 회전 관성을 증가하여, 효율을 저하시킨다.
미국특허 5,195,398호는 균형 대 크랭크 축 크기를 논점으로 하여 이루어진 방법을 개시한 것이다. 상기 특허는 비대칭 균형 구조를 형성하도록 크랭크 핀 저널에 대한 1개 이상의 균형물을 중심 이탈시킨 것을 개재한 것이다. 비대칭 배열은 오일막 두께, 크랭크 축 집합체 및 팩키지 제한과의 사이에서 평형 문제와 마주친다. 그런데, 비대칭 설계는 팩키지 한계(packaging limitations)에 따른 어려움이 있다. 상기 설계는 또한 어느 정도 감소 되었지만 불균형 크랭크 축과 커넥팅 로드 조립체에서 똑같은 결함을 나타내는 것이다.
따라서, 현재 적절한 평형을 제공하면서 최소 비용이 드는 크랭크 축을 제공하는 방법이 필요하게 되었다.
크랭크 축은 상기 구성체의 분리된 구역에서 다른 특징을 제공하는 적어도 2개의 서로 다른 금속성 구성 물질로 분말야금법으로 단일체로 형성된 이질성 구성체를 구비한다. 본원은 크랭크 축을 형성하는 방법도 제공한다.
도1은 종래기술에 따르는 분말야금 제조공정의 공정 흐름도이다.
도2는 종래기술에 따르는 차량 엔진을 부분 절개하여 나타낸 사시도이다.
도3은 종래기술에 따르는 크랭크 축의 측면도이다.
도4는 종래기술에 따르는 크랭크 축의 부분 측면도이다.
도5는 본 발명에 따르는 분말야금 제조공정을 사용하는 이질성 부품을 구조하는 공정 흐름도이다.
도6은 본 발명에 따르는 그린 파트 성형장치의 측부를 절결하여 나타낸 도면이다.
도7은 본 발명에 따르는 그린 파트 성형장치의 정면도이다.
도8은 본 발명에 따르는 그린 파트 성형장치의 상부도이다.
도9는 본 발명에 따르는 그린 파트 성형장치용 피드 밸브의 상부 일부를 절결하여 상세하게 나타낸 도면이다.
도10은 본 발명에 따르는 개방 위치에 있는 분말 출구를 부분 절결하여 측부를 상세하게 나타낸 도면이다.
도11은 본 발명에 따르는 폐쇄 위치에 있는 분말 출구를 부분 절결하여 측부를 상세하게 나타낸 도면이다.
도12는 본 발명에 따르는 분말 야금으로 형성된 이질성 크랭크 축의 측면도이다.
도13은 도12의 크랭크 축의 부분 절결도이다.
도14는 본 발명에 따르는 그린 파트 성형장치의 측부 절결도이다.
도15는 본 발명에 따르는 그린 파트 성형장치의 측부 절결도이다.
도5는 크랭크 축(280)을 갖춘 이질성 분말야금 제조부품을 제조하는 공정을 설명하는 도면이다. 단계(106)에서, 1개 이상의 금속분말이 주형 안으로 유입된 다. 2개, 3개, 또는 그 이상의 금속분말이 동시적으로(병렬), 다른 시간에서(직렬), 또는 혼합하여 유입될 수 있다. 각각의 금속분말은 혼합 구성물질이다. 상기 금속분말은 이질성 생성물을 소망하는 경우를 제외하고는 유입 전에 혼합된다. 단계(108)에서, 주형 내에 분말은 압축되어 그린 파트를 형성한다. 단계(110)에서는 상기 그린 파트가 소결된다. 선택적으로, 단계(112)에서, 단조, 기계가공, 열처리, 마무리작업 등과 같은 1개 이상 2차 작업이 실시된다. 당분야의 기술인은 분말금속의 추가적인 층을 이루는 작업 및/또는 처리 단계가 본 발명의 정신을 이탈하지 않고 실시될 수 있는 것임을 이해할 수 있을 것이다.
도6은 그린 부품 성형장치(120)의 일 실시예를 나타낸 도면이다. 그린부품 성형장치(120)는 일반적으로 피드슈(feedshoe) 장치(120)로 언급된다. 피드슈 장치(120)는 일반적으로 작동기 실린더(134)에 의해 동작하는 분말 충진 용기(122)와, 상부 펀치(140)와, 하부 펀치(142), 및 분말 호퍼(148)를 포함한다. 특별하게, 제1용기(122)가 1개 이상의 연결부재(138)에 의해 제2용기(126)에 강력하게 연결된다. 제2용기(126)는 피스톤(136)을 경유하여 작동기 실린더(134)에 연결된다. 작동기 실린더(134)는 피스톤(136)을 안 또는 밖으로 밀어 내어 제1용기(124)와 제2용기(125)를 조절된 동작으로 안내하는 유압 또는 공압 실린더 이다. 각각의 용기(124, 126)는 내부에 실내 공동(124, 128)을 형성하는 측 벽(125)을 포함한다. 상기 측 벽(125)은 분말이 분말 배출 밸브(146) 쪽으로 향하게 하는 경사부(129)를 갖는다. 용기(122, 126)에 있는 상부 개구(127)는 호퍼(148, 150)에 연결된 슈트(chute)(152, 154)를 수용하는 크기로 이루어진다. 상기 호퍼(148, 150)는 제1 실내 공동(124)과 제2실내 공동(128)에 주어진 제1 및 제2분말금속을 수용한다. 제1슈트(152)와 제2슈트(154)는 제1용기(122)와 제2용기(126)의 선형 이동을 허용하는 구조로 이루어진 가요성 관을 포함한다. 제1 및 제2용기(122, 126)는 가교부재(132) 상에서 활주하여 선형적으로 이동한다. 각각의 가교부재(132)와 작동기 실린더(134)는 다이 테이블(130)에 장착된다.
도7은 피드슈 장치(120)의 측면도이다. 다이 테이블(130)에는 1개 이상의 잠금 기구(160)가 설치된다. 상기 잠금 기구(160)는 다이 공동(144)을 채우는 작업 중에 용기(122, 126)의 등록을 허용한다. 잠금 기구(160)는 자석 또는, 암-수 소켓 또는 그 등가물과 같은 잠금 수단이다.
가교부재(132)는 안내부(166)에 활주 가능하게 배치된다. 각각의 안내부(166)는 레일(168)위에 배치된다. 입면 실린더(162)는 각각의 가교부재(132)에 배치되고 그리고 입면 피스톤(154)의 팽창에 의해 안내부(166) 위에 가교부재(132)를 상승시키는 구조이다. 제1용기(122)와 다이 공동(144) 사이에 도2에 도시된 바와 같은 분리는 작동기 실린더(162)가 공동(144)을 횡단하여 용기(122)가 이동하게 한다. 상기 용기(122, 126)는 유익하게 펀치(140, 142)로부터 이격지게 이동하여 용기(122, 126)가 압축 공정을 방해하지 않게 한다.
도8은 피드슈 장치(120)의 상부에서 바라보고 나타낸 도면이다. 각각의 용기(122, 126)는 실내를 상세하게 나타내고자 부분 절결하여 도시하였다. 다이 공동 둘레부(172)의 점선은 참고로 나타낸 것이다. 1개 이상의 분말 출구(170)가 각 용기(122, 126)의 바닥면에 배치된다. 분말 출구(170)는 밸브(148)를 구비하여 다 이 공동(144) 안으로 지나가는 분말금속을 조절한다. 상기 출구(170)는 충진 작업 동안에 특정 출구(170)를 통해 흐르는 상관 유량을 조절할 수 있는 크기로 이루어진다. 제1용기(122)는 1개 출구(170)를 갖고 나타내었다. 제2용기(126)는 다른 크기를 가진 3개 출구(170)를 구비한 것으로 나타내었다. 다양한 다각형 또는 각종 형태 또는 크기가 본 발명의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 상기 원형 형태의 출구를 대신하여 이용될 수 있다.
분말 출구(170)의 크기와 위치는 유익하게 완제품용으로 사전 결정된 성질과 대응하여 선택된다. 크랭크 축은 크랭크 핀과 반대측에 축의 사전 결정된 구역에서 균형물을 갖는다. 상기 균형물 재료는 텅스텐을 함유하는 것과 같은 중합금 분말 형태이거나 또는 다이 공동에 유입되는 금속 슬러그 형태의 것이다.
크랭크 축을 제조하는 종래 방법은 축을 단조한 후에, 단일체로서 최종 허용한계까지 축을 기계가공 한다. 다르게는, 크랭크 축은 미국특허 5,303,468호에 개재된 바와 같이 함께 연결된 다수 부품의 부속품으로 형성된다. 여기에 기재된 장치와 방법은 크랭크 축의 바람직한 균형물 재료용으로 정확한 구역에 양호하게 위치한 분말 출구를 제공하는 것이다.
도8에 도시한 피드슈 장치는 액체 분사장치(174)를 추가로 구비한다. 액체 분사장치(174)는 성형공정 중에 제1실내 공동(124)에 액체를 분사한다. 분사장치(176)로의 유입구는 액체용액을 공급하는 액체도관(178)에 연결된다. 상기 장치는 제로 데드 레그(dead leg) 용량 솔레노이드 밸브와 같은 솔레노이드 밸브를 포함한다. 각종 적절한 드립리스(dripless) 밸브가 본 발명의 범위를 이탈하지 않는 범위내에서 사용될 수 있다. 당 분야의 기술인은 본 발명이 또한 제2용기에 제공된 제2액체 분사장치로 실시될 수 있으며, 또한, 선택적으로 제1 및 제2용기 양쪽과 소통하는 1개 액체 분사 장치로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
액체용액은 냉간 용접을 위해 금속입자를 씻어내는 수성 용액, 윤활유, 계면 활성제, 또는 활성 용액을 함유한다. 액체용액은 경화제 또는 솔벤트와 같은 물질에 합체되는 성질을 가진 임의 용액을 함유할 수도 있다. 윤활유 분사는 장치의 다이 공동에 대한 마모를 감소하기 위해 이용된다.
도9는 용기(122, 126)의 분말 출구(170)를 포함하는 밸브 조립체(148)를 나타낸 도면이다. 활주 홀(124)과 연결된 하우징 표면(182)은 분말 출구(170)용 개방위치(P1)와 폐쇄위치(P2)를 형성한다. 활주 홀(184)은 작동기(134)가 용기(122, 126)를 선형적으로 평행이동함으로서 위치(P1, P2) 사이에서 이동한다. 개방위치는 금속분말이 용기를 자유롭게 빠져나가게 하고 다이 공동으로 유입되게 한다. 폐쇄위치는 공동으로 분말이 이동하는 것을 막는다. 피드슈에서 다이 공동으로 분말이 흐르는 것을 막는 다른 방법 또는 기구를 본 발명의 범위를 이탈하지 않고 활용할 수도 있다.
도10과 도11은 다이 공동(144)으로 흐르는 금속분말을 조절하는 장치와 방법의 다른 실시예를 나타낸다. 공급관(186)은 다이 공동(144)과 용기(122, 126)의 실내 공동(124, 128) 사이를 소통시킨다. 공급관(186)에는 고무와 같은 유연한 재료가 포함된다. 용기(122, 126)의 바닥 측벽은 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 채 널(188)을 형성한다. 끼우개(pincher) 또는 크림퍼 기구(190)가 채널(188) 내에 배치된다. 공급관(186)은 도10에서 볼 수 있는 바와 같이 크림핑 기구(190)가 상기 관(186)에서 후퇴하거나 눌러지지 않을 때에 개방위치에 있다.
도11은 크림핑 기구(190)가 측벽과 접할 때까지 관의 측벽 상에서 눌러져서, 분말 흐름을 막는 폐쇄위치에 있는 관(186)을 나타낸 도면이다. 상기 크림퍼(190)는 공압제어방식으로 공급관(186) 쪽으로 밀게된다. 관(186)을 향하는 방향으로 크림퍼(190)를 밀어내는 고압력이 채널(188)에 주어진다. 고압 상태의 제거는 관(186)의 탄성 성질이 재-개방하게 하여, 분말 흐름을 허용하게 한다. 링크장치와 같은 기계적 수단이 본 발명의 범위를 이탈하지 않고 공압구동수단을 대신하여 사용될 수 있다.
분말야금으로 이질성 물품을 제조하는 방법과 장치가 도5 내지 도7과 그 상관 문서에 기술되었다. 다음의 기술은 특정적으로, 축이 1개 성형과정의 일부로서 형성된 단일 균형물 재료를 가진 내연기관용 크랭크 축을 제조하는 것을 설명하는 것이다. 텅스텐 또는 다른 고밀도 재료로서의 제1금속분말은 제1호퍼(148)에 배치되고 그리고 강철 또는 저밀도 재료로서의 제2금속분말은 제2호퍼(150)에 배치된다. 제1용기(122)는 또한 필요에 따라서, 작동기 실린더(134)의 피스톤(136)을 팽창 또는 수축하여 다이 공동(144) 위에 중앙 설정된다. 다르게는, 제1분말은 주형 공동에 공급되는 중금속(고밀도) 슬러그이다. 당분야의 기술인은 본 발명의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 재료를 사용할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
제1금속분말은 제1실내 공동(124)으로 유입된다. 제1분말은 사전 결정된 양의 분말로 분말 출구(170)를 통해 주형 또는 다이 공동(144)을 채워서 축의 중량구역을 형성한다. 제1분말의 흐름은 분말 출구(170)에서 밸브(148)에 의해 정지된다. 피스톤(136)은 제2용기(126)가 다이 공동(144) 위에 중앙 설정될 때까지 확장된다. 분말 출구(170)는 바람직하게, 축 재료가 형성되는 바람직하게 분산된 구역에 제2분말의 퇴적(deposit)을 허용하며, 다이 공동 위에 중앙 설정되지 않는다. 사전 결정된 양의 제2분말이 다이 공동(144)에 채워진다.
피스톤(136)은 제1용기(122)가 상부 및 하부 펀치(140, 142)를 깨끗하게 할 때까지 후퇴한다. 다이 공동(144)내의 분말은 일단 청소가 완료되어져 있으면 그린 파트를 형성하도록 압축된다. 그린 파트는 소결 오븐에 배치되어 냉각된다. 냉각 소결된 크랭크 축(280)은 최종 허용범위로 기계가공된다. 기계가공 작업은 필요한 특성이 이루어질 때까지 일부 균형물 재료를 제거하여 축에 부여된 평형을 한층 양호하게 한다. 다른 2차 작업도 본 발명의 범위로부터 이탈하지 않고 실시될 수 있다. 마무리된 크랭크 축(280)은 임의적인 다른 2차 작업으로 생성된다.
도12와 도13은 크랭크 축을 나타낸 도면이다. 크랭크 축(280)은 제1단부(282)와 제2단부(284)를 가진 크랭크 축 몸체(281)를 포함한다. 복수의 스페이서(298)와 저널(286, 288, 290)이 제1 및 제2단부(282, 284) 사이에 개재된다. 제1단부(282)와 제2단부(284)는 각각 메인 베어링 저널(286)을 갖는다. 스페이서(298)는 복수의 베어링 저널(288)과 크랭크 핀 저널(290)을 분리한다. 엔진에 있는 피스톤의 수는 저널(288, 290)과 스페이서(298)의 수를 나타낸다. 각각의 저 널(286, 288, 290)은 각각의 표면 사이에 오일막과 회전할 때에 각각의 베어링 면과 유체역학 관계로 있는 베어링을 형성한다. 스페이서(298)의 폭은 블록의 보어(bore)와 같은 다른 엔진부품의 틈새에 기본하여 변경할 수 있다.
단부(282, 284), 크랭크 핀 저널(290), 및 베어링 저널(286, 288)은 강철(steel)과 같은 제2재료를 함유한다. 또한, 스페이서(298)는 부분적으로 제1재료도 함유한다. 상기 스페이서(298)는 제1재료를 함유한 균형물 재료 부분(292)을 구비한다. 제1재료는 유익하게 상기 축에 평형을 주도록 제2재료보다 더 중량(밀도가 더 높음)인 것이다. 제1재료는 텅스텐이다. 당분야의 기술인은 밀도를 변경한 다른 재료를 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 사용할 수 있는 것임을 이해할 수 있을 것이다.
균형물 재료 부분(292)은 유익하게 다르게 발생할 수 있는 모멘트가 중심 이탈하도록 개별 크랭크 핀 저널(290)과 마주하고 위치되어 있다. 상기 중심 이탈 재료 부분(292)은 회전 축선(294)이 평형 축선(296)과 동일한 축선에 있게 한다. 상기 균형물 부분(292)은 기계가공으로 양호하게 전환되어 필요한 평형 특성을 이룬다. 당 분야의 기술인은 본 발명의 범위를 이탈하지 않고 상기 스페이서와 별개로 또는 대신에 저널과 같은 축의 다른 부분에 상기 균형물 재료가 제공될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도14는 도6의 방법에 따르는 그린 파트를 형성하는 다른 장치를 나타낸 것이다. 이 실시예에 따르는 피드슈 장치는 단일 용기(222)를 함유한다. 용기(222)는 측벽(223)과 중앙 디바이더(224)를 함유한다. 측벽(223)과 중앙 디바이더(224)는 제1섹션 또는 챔버(226)와 제2섹션 또는 챔버(228)를 형성한다. 제1섹션(226)은 제1호퍼(230)에서 나온 제1금속분말을 수용하고 그리고 제2섹션(228)은 제2호퍼(232)에서 나온 제2금속분말을 수용한다. 제1분말의 출구(234)는 제1챔버(226)에 설치되고 그리고 제2분말의 출구(226)는 제2챔버(228)에 설치된다.
작업 시에, 제1 및 제2분말(200, 202)이 동시에 다이 공동에 제공된다. 각각의 분말 출구(234, 236)는 압축 전에 필요한 구역에 제1 및 제2분말로 공동(238)을 채우는 동작을 향상하는 위치에서 적당한 크기로 있다. 선택적으로, 상기 피스톤(240)은 각각의 금속분말(200, 202)로 채워지기에 앞서 다이 공동(238)의 일부분 위에 각각의 제1출구(234) 또는 제2출구(236)에 놓이도록 직선 방향으로 용기(222)를 이동한다. 다르게는, 분말 출구(234, 236)가 선택적으로 개방 및 폐쇄되어 제2재료(202) 내에 제1재료(200)가 추가 위치하거나 또는 부속품에서 밀도 기울기를 생성할 수 있다. 또한, 상기 다른 예를 조합하여 동일한 성형 작업의 부속물로서 이용할 수도 있다.
도15는 그린 파트 형성(피드슈) 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 이 실시예는 다시, 1개 용기(252)를 포함한다. 상기 용기는 제1챔버 또는 섹션(258), 제2챔버(260), 및 제3챔버(262)를 형성하는 제1 및 제2디바이더(256, 254)를 함유한다. 각각의 챔버(258, 260, 262)는 각 제1, 제2, 또는 제3분말 출구(264, 266, 또는 268)를 수용하고 그리고 각각의 제1, 제2, 또는 제3호퍼(270, 272, 274)와 소통 상태로 있다. 당분야의 기술인은 본 발명이 발명의 범위를 이탈하지 않고 3개보다 많은 수의 챔버로 실시될 수 있는 것임을 이해할 수 있을 것이다.
3개 챔버(258, 260, 262)의 사용은 2개의 다른 분말이 먼저 동시적으로 2개 장소에 있는 다이 공동(276)으로의 유입되게 한다. 선택적으로, 3개 챔버(258, 260, 262)는 3개의 다른 밀도의 분말이 1개 성형 작업의 부속물로서 다이 공동(276)에 유입되게 한다. 도15의 실시예는 대체로 2개 챔버 실시예용으로 상술된 방식과 동일한 방식으로 동작한다
상기 공정은 상기 부속품에서 분리 구역에서 다른 특성을 가진 부품을 제공하도록 실시된다. 예를 들면, 내연기관용 크랭크 축에는 성형작업에 의해 분리된 평형 중량이 제공된다. 상기 방법은 저 집합체(lower mass)와 기계가공 비용으로 평형 크랭크 축을 제공한다. 크랭크 축을 제조하는 이러한 방법은 크랭크 축의 크기를 최소로 할 수 있다. 그외, 공정단계, 비용, 시간, 노동력, 및 복잡성을 최소로 하고, 회전 축선과 평형 축선 사이에 중심 이탈을 최소로 하는 이점이 있다.
본 발명이 상술된 실시예를 참고로 하여 기술되었지만, 당 분야의 기술인은 본 발명의 정신을 이탈하지 않고 변경 및 개조할 수 있는 것임을 이해할 수 있을 것이다. 상술된 실시예는 본 발명을 한정하는 것이 아닌 설명을 목적으로 기술된 것으로서 본 발명은 첨부 청구범위의 정신을 이탈하지 않는 범위내에서 개조 및 변경 실시될 수 있는 것이며, 이러한 내용은 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.

Claims (12)

  1. 분리된 구역에서 서로 다른 특성을 제공하는 적어도 2개의 다른 금속성 재료를 가지는 분말야금 공정에 의해 단일체로 형성된 이질성 크랭크 축을 포함하는 장치에서,
    상기 크랭크 축은 크랭크 축 몸체를 구비하고, 상기 크랭크 축 몸체는 제1단부(282)와 제2단부(284) 그리고, 제1단부와 제2단부와의 사이에 배치된 복수개의 스페이서(298)와 저널(286, 288, 290)을 갖고, 상기 크랭크 축 몸체는 공지된 밀도를 가진 제2재료로 형성되고, 그리고;
    상기 크랭크 축은 제2재료와 일체로 형성되고 제2재료와는 다른 밀도를 가진 제1재료를 함유한 1개 이상의 균형물(292)을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1재료는 상기 제2재료보다 밀도가 더 큰 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 분리된 구역에서 서로 다른 특성을 제공하는 적어도 2개의 다른 금속성 재료를 가지는 분말야금 공정에 의해 단일체로 형성된 이질성 크랭크 축(280)에 있어서,
    상기 크랭크 축은 크랭크 축 몸체를 구비하고, 상기 크랭크 축 몸체는 제1단부(282)와 제2단부(284) 그리고, 제1단부와 제2단부와의 사이에 배치된 복수개의 스페이서(298)와 저널(286, 288, 290)을 갖고, 상기 크랭크 축 몸체는 공지된 밀도를 가진 제2재료로 형성되고, 그리고;
    상기 크랭크 축은 제2재료와 일체로 형성되고 제2재료와는 다른 밀도를 가진 제1재료를 함유한 1개 이상의 균형물(292)을 갖는 것을 특징으로 하는 크랭크 축.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1재료는 상기 제2재료보다 밀도가 더 큰 것을 특징으로 하는 크랭크 축.
  5. 이질성 크랭크 축(280) 구조를 형성하도록 적어도 2개의 다른 금속성 구성재료에 분말야금 공정을 실행하는 단계;
    적어도 2개의 다른 금속성 재료의 선택적인 상대적 배치에 의해 분리된 영역에서 서로 다른 특성을 제공하는 단계;
    제1단부, 제2 단부 및 제1단부 및 제2단부 사이에 배치된 복수개의 스페이서와 저널을 구비하며 공지된 밀도를 가진 제2재료로 형성되는 크랭크 축 몸체를 구비하는 크래트 축 지지 구조를 형성하는 단계; 및
    제2재료와 일체로 형성되고 제2재료와는 다른 밀도를 가진 제1재료를 함유한 1개 이상의 균형물을 형성하는 단계를 포함하는 크랭크 축을 형성하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 적어도 2개의 다른 금속성 재료 중의 제1 재료는 상대적으로 밀도가 낮은 재료인 것을 특징으로 하는 크랭크 축을 형성하는 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 방법은 추가로
    제1금속분말로 주형의 제1부분을 채우는 단계와;
    제2금속으로 주형의 제2부분을 채우는 단계와;
    주형안의 금속분말에 압력을 가하는 단계 및;
    주형에 금속분말을 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 크랭크 축을 형성하는 방법.
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