KR101239422B1 - 단조를 이용한 스크롤 제조방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 및 각종 냉방기용 스크롤 압축기 핵심부품인 스크롤을 단조 방식으로 제조하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서,
단조를 이용한 스크롤 제조방법은, Al4032계 알루미늄 합금으로 이루어진 환봉 형태의 원소재를 스크롤 부품의 중량에 대응하는 길이로 절단하는 절단단계(S100)와; 절단된 소재를 280~320℃의 온도로 가열하는 가열단계(S200) 및 가열된 소재를 유성 흑연계 윤활유를 이용하여 윤활시키는 윤활단계(S300), 또는 절단된 소재에 화성피막 및 윤활피막을 형성하는 윤활단계(S500)와; 윤활이 완료된 소재를 하부 다이(10)의 외경 성형부가 다단으로 이루어진 밀폐금형 내에 삽입하여 스크롤 형상으로 단조 성형하는 단조단계(S400);를 포함하고,
스크롤 제조장치의 밀폐금형은, 2단 구조의 외경 성형부로 이루어진 장착홈(11) 및 스크롤 부품(S)의 날개에 대응하는 날개 성형공(13)이 형성된 하부 다이(10)와; 하부 다이(10)의 상측에서 상하로 왕복하면서 상기 장착홈(11)에 위치된 원소재(S0)를 가압 성형하는 상부 펀치(20)와; 하부 다이(10)를 지지하는 다이 홀더(40)와; 소재의 유동을 강제적으로 구속 및 밀폐하며, 스크롤 부품(S)의 날개부 길이에 따라 높낮이의 조절이 가능한 복수개의 이젝트 핀(55)이 구비된 이젝터(50);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명에 따르면, 스크롤 부품의 날개부 형상 및 길이에 따라 일정한 높이에 고정되어 있는 이젝팅용 핀에 의해 날개부 성형 중 소재 유동을 강제적으로 구속, 제어하여 밀폐시킬 수 있는 밀폐형 금형을 이용하여 온간 또는 냉간 단조 방식으로 스크롤 부품을 제조함으로써 최종 성형 완료시 날개부의 높이 편차가 나타나지 않도록 하게 되므로, 스크롤 부품에 적용되는 배압 단조공법을 대체할 수 있고 이에 따른 설비투자비 및 유지비를 절감할 수 있게 된다.

Description

단조를 이용한 스크롤 제조방법 및 그 장치{Scroll Manufacturing Method Using Warm and Cold Forging, and the Same Apparatus}

본 발명은 자동차 및 각종 냉방기용 스크롤 압축기 핵심부품인 스크롤을 단조 방식으로 제조하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 특히 알루미늄 환봉을 절단한 후 280~320℃의 저온으로 가열하거나 상온 상태에서 밀폐 단조 방식으로 스크롤을 제조하도록 함으로써 제품의 강도와 신뢰성을 향상시킴과 아울러 제조 비용을 절감할 수 있도록 한 단조를 이용한 스크롤 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

최근 각종 에어컨 및 자동차용 에어컨 등은 고효율, 저소음, 저진동 및 경량화를 지향하는 추세에 있다. 이에 따라 기존의 용적형 압축기에 비해 효율이 높고 운전이 정숙한 스크롤 압축기의 사용이 지속적으로 증가하고 있는 실정이다. 특히 자동차용 에어컨에서 사용되는 스크롤 압축기는 바이패스 방식의 가변 용량조절이 가능하여 효율이 높기 때문에, 자동온도조절형 에어컨에 적용중인 기존 사판식 압축기의 대체용으로 각광을 받고 있다. 향후 자동차 에어컨은 자동온도조절형 에어컨이 보편화될 전망이므로 스크롤 압축기의 사용이 더욱 증가할 전망이다.

이러한 통상의 에어컨용 스크롤 압축기는 고정스크롤(Fixed Scroll), 선회스크롤(Orbit Scroll), 올드햄 커플링(Oldham Coupling), 크랭크축, 메인프레임 및 모터 등으로 구성되어 있다. 특히, 원반형상을 가지며 한쪽이 인벌루트(Involute) 형상을 하고 있는 고정스크롤(Fixed Scroll)은, 인벌루트(Involute) 형상의 선회스크롤(Orbit Scroll)과 상대운동이 가능하게 결합하며, 냉매의 압축공간을 형성하는 스크롤 본체의 구동이 매우 중요한 역할을 한다.

이러한 스크롤 압축기 구성품 중 상기 고정스크롤(Fixed Scroll)과 선회스크롤(Orbit Scroll) 등의 스크롤 부품은 도 1에 도시된 바와 같이, 축이 결합되는 홈이 구비된 보스부(1)와, 상기 보스부(1)의 끝단에서 반경 방향으로 확장 형성된 플랜지부(2) 및 상기 플랜지부(2)에서 수직 방향으로 돌출 형성되어 유체의 이동을 안내하는 날개부(3)로 구성되어 있다. 여기서, 상기 날개부(3)는, 그 형상이 중심축을 기준으로 할 때 비대칭으로 되어 있는 등 복잡한 형상으로 되어 있으며, 지속적으로 압축공기의 하중을 견디기 위해서 높은 기계적 특성을 보유하고 있어야 한다.

따라서, 상기한 스크롤 부품은, 어떠한 방법으로 제조되었느냐에 따라 제품의 품질에 큰 차이가 나타난다. 즉, 기존의 스크롤 제조방법으로는 주조공정을 이용한 방법과 열간 단조를 이용한 방법 등이 있는데, 특히 단조 방식의 경우에는, 주조시 발생할 수 있는 기공이나 수축공을 압착하여 제거하고, 편석된 불순물 등을 확산시켜 재질을 개선할 수 있으므로, 최근에는 종래의 주조 방식을 대체하여 단조 방식이 많이 적용되고 있다.

현재 일반적으로 적용되고 있는 스크롤 제조방법은 대부분 열간 단조를 기본으로 하고 있으며, 단조 후 이젝팅을 위한 하부 인서트에 단조방향과 반대의 배압력을 가하여 날개부의 높이를 균일하게 하는 제조방법이 적용되고 있다. 이러한 알루미늄 합금의 열간 단조공법은 미리 예열된 상부 금형과 하부 금형 사이에 설정온도로 가열된 소재를 올려놓고 프레스의 하중에 의해 소재를 단조, 즉, 소성 변형시켜 원하는 형상의 제품을 제조하는 방법이다.

이와 같이 알루미늄 합금 소재를 스크롤 형태로 단조할 때, 소재의 결함 없이 안정적인 단조 조건을 결정짓는 주요 특성으로는 변형저항과 단조성을 들 수 있다. 여기서, 전자는 재료에 소성변형을 줄 때의 저항이고, 후자는 재료를 파괴시키지 않고 소성변형을 시킬 수 있는 변형능을 의미한다. 이러한 변형저항과 단조성, 즉, 변형능은 서로 반비례 관계에 있으며, 그 외에 소재의 변형속도 및 온도 등이 상기한 단조조건을 결정짓는 주요 인자에 해당한다.

일반적으로 소재의 온도가 높으면, 변형저항의 감소와 더불어 변형능이 높아지므로, 성형이 더욱 용이하게 되는 장점이 있다. 또한, 낮은 변형저항으로 인해 원소재에 높은 변형속도를 부과하여도 소재의 변형능을 초과하여 발생하는 한계 크랙 등의 결함이 발생할 가능성이 감소하여, 더욱 넓은 범위의 변형속도를 적용할 수 있게 된다.

따라서, 일반적인 알루미늄 합금의 단조는 보통 350℃~450℃의 온도로 가열하여 수행하며, 이 경우 좋은 고체 유동성이 확보되어 적은 힘으로 변형량을 크게 할 수 있어 성형이 용이하게 된다. 이러한 열간 단조는 생산속도가 빠르므로 생산성이 좋고 복잡한 형상의 성형을 쉽게 할 수 있는 장점이 있다.

하지만, 고온에서 작업을 해야 하므로 가열 시 에너지가 많이 투입되어야 하며, 또한 소재를 고온으로 가열함에 따라 절삭가공으로 중량편차를 최소화한 소재일지라도 소재의 열팽창량이 증가하고, 소재를 단조금형으로 이송할 때 불균일한 이송시간 등으로 인해 단조 개시 시 소재 온도의 정확한 판단이 곤란하게 된다. 이에 따라 단조 종료 후의 온도 예측도 곤란하게 되고, 단조 후 제품의 부위별 불균일한 열수축량에 따라 치수의 정밀도에 차이가 발생하며, 복잡한 형상의 제품에서는 정밀한 치수 관리에 한계가 있어, 더욱 복잡한 공정관리가 요구되고 있는 실정이다. 특히 제품의 강도 측면에서 볼 때, 높은 단조 종료온도에 따른 결정립의 조대화로 인하여, 인장강도 및 항복강도가 저하하고, 내충격성과 피로강도가 열화(劣化)하는 등 기계적 상질의 저하를 가져오는 단점이 있다.

게다가 일반적인 열간 단조공법에서는 350℃~450℃로 가열된 절단 소재를 하부 다이의 내부에 장입하여 상부 펀치가 상방에서 하방으로 가압하는 방식으로 단조 성형하게 되는데, 이러한 방식의 통상적인 스크롤 제조장치는 하부 금형의 스크롤 부품 날개부의 끝단이 오픈된 구조로 되어 있어, 스크롤 부품의 플랜지부 형상 및 두께를 기준으로 최종 성형이 완료되어도 날개부 높이 편차가 그대로 유지된 상태로 단조가 종료될 수 있다. 이 경우 단조 종료 후 스크롤 부품의 날개부 중 최저 높이로 성형이 이루어지는 날개 중심부의 높이를 기준으로 하여, 외각부에 스크롤 최종 가공품의 날개부 높이에 대하여 일정량 이상의 소재를 추가로 투입하여야 하므로, 소재의 손실(Loss)이 발생하고 가공량의 증가에 따라 생산성이 저하된다.

이에 따라, 스크롤 부품의 제조시 열간 단조공법의 적용과 더불어 스크롤 날개부의 전체 높이를 균일하게 성형하기 위해 날개 선단부에 단조방향과 반대되는 하중을 부가하여 날개부에 대한 재료유동을 균일하게 하는 이른바, 배압 단조공법이 함께 적용되고 있다. 일반적인 배압 단조공법 적용을 위한 장치는 압력유체 저장소가 다이 하부에 배치되며, 압력발생장치를 통해 발생되는 배압을 압력유체 저장소로부터 제품의 이젝팅용 인서트의 하부로 공급하여 단조펀치의 하강방향과 반대되는 배압을 가하는 구조로 구성되어 있다.

이러한 배압 단조공법은 스크롤 날개부의 높이 편차를 최소화하여, 절삭 가공에 있어서 1회 절삭 가공값을 일정하게 가져갈 수 있으므로, 절삭공구의 수명 향상에 기여하는 장점이 있다. 그러나, 이러한 배압 단조공법의 적용을 위해서는 특수하게 제조된 프레스를 제작하여 사용하거나, 일반적인 유압식 혹은 기계식 프레스에 적용하기 위해 별도의 설비가 요구되므로, 제조설비비가 증가하는 단점이 있다.

또한, 스크롤 부품의 날개부가 균일한 높이를 갖도록 하기 위하여 배압 단조공법을 이용하여 스크롤 부품을 제작하는 경우, 날개부의 성형과정에서 날개 중심부 및 외곽부 간 각각의 유동속도를 고려하여 적절한 배압이 가해지도록 해야 한다. 즉, 배압단조시 적절한 배압보다 높은 배압력이 가해지면 날개부에 버클링이 발생하고, 적절한 배압보다 낮은 배압력이 가해지면 날개부 높이편차가 그대로 나타나는 경우가 발생하게 된다.

그런데, 스크롤 부품의 플랜지부 형상, 날개부의 평균 두께 및 날개 중심부 및 외곽부 간 두께 편차 등 성형이 이루어지는 순서 및 형상을 고려하여 적절한 배압 조건을 선정하는 것은 쉽지 않다. 또한, 보스부의 형상이 다른 스크롤 부품 각각에 대하여 최적의 배압 조건을 적용하기 위해 사전에 배압 조건 선정을 위한 시험 수행을 진행하여야 하므로 그에 따른 손실도 발생한다.

다시 말해서 종래의 스크롤 제조방법은, 주조 방식의 경우 냉각 과정에서 기공이나 수축공 등이 발생하여 기계적 성질이 우수하지 못하고, 열간 단조방식의 경우에는 에너지가 많이 소비될 뿐 아니라 정밀한 치수 관리가 어렵고 제품의 강도가 저하하는 등의 문제점이 있으며, 스크롤 날개부의 전체 높이를 균일하게 하기 위한 배압 단조공법의 경우에도 제조 설비비의 증가와 더불어 최적의 배압 조건의 선정에 따른 추가 비용이 수반되는 문제점이 있다.

본 발명에서는 배압 단조공법을 적용하는 대신에 일반적인 환봉재를 단조 스크롤 부품의 중량에 맞게 절단한 후, 업 셋팅 등의 예비 성형을 거치지 않고 그대로 사용하되 밀폐형의 하부 금형의 형상을 적절히 이용하여 예비 성형의 효과를 갖도록 함으로써 별도의 배압장치가 필요없고 추가 비용을 최소화한 상태로 스크롤 부품을 제조할 수 있도록 한 단조를 이용한 스크롤 제조방법 및 그 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

여기서, 예비 성형이란 환봉에 의해 결정된 원소재의 직경에 대하여 상부금형을 이용하여 가압함으로써 스크롤 부품의 플랜지부 외경에 맞추어 외경을 확장하는 업 셋팅 성형을 말한다. 다시 말해서 통상적으로 스크롤 부품의 날개부는 소용돌이(Involute) 형상의 중심부와 외곽부의 형상 및 두께가 상이하고, 그로 인해 불균일한 유동속도의 발생이 필연적이다. 이에 따라 날개부의 성형 중 하방에서 상방으로 일정하게 강제적 배압을 가하는 배압 단조공법을 적용하게 되는데, 본 발명에서는 날개부 성형과정 중 유동되는 소재가 하부에 고정되어 있는 이젝팅용 핀에 가장 먼저 도달하는 부위와 가장 늦게 도달하는 부위 간 시간편차를 최소화하고, 하부에 고정되어 있는 이젝팅용 핀이 강제로 가해지는 배압을 대신할 수 있도록 하는 것이다.

구체적으로 본 발명은, 온간 혹은 냉간 단조공법을 적용하여 결정립의 미세화 실현을 통해 기존 열간 단조공법을 적용한 스크롤 부품의 기계적 강도와 비교하여 강도 증가를 실현하여 우수한 기계적 성질을 확보하고, 배압장치를 사용하지 않은 밀폐 단조공법을 적용하여 최종 형상에 가장 근접한 제품을 제조함함과 아울러 제조 설비비 및 제조 공정비를 절감하고, 절삭가공량을 일정하게 유지함으로써 제조 공정의 수를 최소화하여 경제성을 갖는 알루미늄 합금 소재의 스크롤 부품을 만들 수 있도록 하는 단조를 이용한 스크롤 제조방법 및 그 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 단조를 이용한 스크롤 제조방법은, Al4032계 알루미늄 합금으로 이루어진 환봉 형태의 원소재를 스크롤 부품의 중량에 대응하는 길이로 절단하는 절단단계와; 절단된 소재를 280~320℃의 온도로 가열하는 가열단계와; 가열된 소재를 유성 흑연계 윤활유를 이용하여 윤활시키는 윤활단계와; 윤활이 완료된 소재를 하부 다이의 외경 성형부가 다단으로 이루어진 밀폐금형 내에 삽입하여 스크롤 형상으로 단조 성형하는 온간 단조단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 단조를 이용한 스크롤 제조방법에 따르면, 상기 가열단계는 염욕로 내에서 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 단조를 이용한 스크롤 제조방법에 따르면, 상기 윤활단계는, 상기 액상의 유성 흑연계 윤활유가 담겨진 윤활유 탱크에 가열된 소재를 일정 시간 동안 침적하는 방식으로 수행되고, 상기 유성 흑연계 윤활유는 흑연과 미강유가 혼합 및 교반되어 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 단조를 이용한 스크롤 제조방법의 다른 실시 예는, Al4032계 알루미늄 합금으로 이루어진 환봉 형태의 원소재를 스크롤 부품의 중량에 대응하는 길이로 절단하는 절단단계와; 절단된 소재에 화성피막 및 윤활피막을 형성하는 윤활단계와; 윤활이 완료된 소재를 하부 다이의 외경 성형부가 다단으로 이루어진 밀폐금형 내에 삽입하여 스크롤 형상으로 단조 성형하는 냉간 단조단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 단조를 이용한 스크롤 제조방법에 따르면, 상기 윤활단계는, 온수세공정, 수세공정, 산세공정, 수세공정, 에칭공정, 수세공정, 산세공정, 수세공정, 화성피막공정, 수세공정, 온수세공정, 윤활공정, 건조공정의 순으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 단조를 이용한 스크롤 제조방법에 따르면, 상기 산세공정은, 50±5 vol.%의 질산을 이용하여 상온에서 1분간 실시하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 단조를 이용한 스크롤 제조방법에 따르면, 상기 화성피막공정은, 2~3 wt% 농도의 Al305S(MIL-C81706)를 이용하여 상온에서 2분간 실시하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 스크롤 제조장치는, 상기한 단조를 이용한 스크롤 제조방법에 사용되는 밀폐금형을 포함하는 스크롤 제조장치에 있어서, 상기 밀폐금형은, 2단 구조의 외경 성형부로 이루어진 장착홈 및 스크롤 부품의 날개에 대응하는 날개 성형공이 형성된 하부 다이와; 상기 하부 다이의 상측에서 상하로 왕복하면서 상기 장착홈에 위치된 원소재를 가압 성형하는 상부 펀치와; 상기 하부 다이를 지지하며 상기 하부 다이의 날개 성형공에 대응하는 관통공이 복수개 형성된 베이스부와; 상기 베이스부의 가장자리 부분에 설치되어 상기 하부 다이를 지지하는 다이 홀더와; 상기 베이스부의 하부에 위치되고 상기 베이스부의 관통공에 각각 삽입되어 소재의 유동을 강제적으로 구속 및 밀폐하며, 스크롤 부품의 날개부 길이에 따라 높낮이의 조절이 가능한 복수개의 이젝트 핀이 구비된 이젝터와; 상기 베이스부의 하부에 설치되어 상기 이젝터를 지지하는 이젝터 홀더;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 스크롤 제조장치에 따르면, 상기 하부 다이에는 일정 깊이의 핀 삽입홈이 하나 이상 형성되고, 상기 상부 펀치가 설치된 펀치 홀더에는 상기 하부 다이의 핀 삽입홈에 각각 삽입되어 상기 상부 펀치의 수직 이동을 안내하도록 상기 핀 삽입홈과 동수의 가이드 핀이 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 스크롤 제조장치에 따르면, 상기 장착홈은, 상기 스크롤 부품을 성형하기 위한 원소재의 외경보다 일정 정도 큰 직경을 갖는 1단 외경 성형부와, 열팽창된 원소재의 외경보다 일정 정도 작은 직경을 갖는 2단 외경 성형부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 단조를 이용한 스크롤 제조방법 및 그 장치는, 스크롤 부품의 날개부 형상 및 길이에 따라 일정한 높이에 고정되어 있는 이젝팅용 핀에 의해 날개부 성형 중 소재 유동을 강제적으로 구속, 제어하여 밀폐시킬 수 있는 밀폐형 금형을 이용하여 온간 또는 냉간 단조 방식으로 스크롤 부품을 제조함으로써 최종 성형 완료시 날개부의 높이 편차가 나타나지 않도록 하게 되므로, 스크롤 부품에 적용되는 배압 단조공법을 대체할 수 있고 이에 따른 설비투자비 및 유지비를 절감하는 효과가 있다.

또, 본 발명의 단조를 이용한 스크롤 제조방법 및 그 장치에 따르면, 스크롤 부품의 이용환경 특성상 높은 기계적 물성치가 요구되는데 스크롤 제조시 온간 및 냉간단조 공법을 적용함으로써 통상적인 열간 단조방식에서 얻어지는 기계적 물성치에 대지하여 기계적으로 우수한 품질을 갖는 스크롤 단조품을 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 스크롤 단조품의 단면도.
도 2는 본 발명의 온간 단조 방식의 단조를 이용한 스크롤 제조방법이 도시된 순서도.
도 3은 본 발명의 냉간 단조 방식의 단조를 이용한 스크롤 제조방법이 도시된 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 스크롤 제조장치의 요부 구성인 밀폐금형이 개략적으로 도시된 단면도.
도 5는 도 4의 "A"부가 도시된 상세도.
도 6은 본 발명의 요부 구성인 밀폐금형을 이용하여 스크롤을 단조하는 모습이 도시된 단면도.
도 7은 도 6의 "B" 부분이 도시된 상세도.
도 8은 본 발명에 의해 제조된 스크롤의 단면 사진.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 단조를 이용한 스크롤 제조방법 및 그 장치를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 단조를 이용한 스크롤 제조방법은 280~320℃의 온도로 가열한 상태에서 단조 성형하는 온간 단조 방식과 상온에서 단조 성형하는 냉간 단조 방식으로 구분된다.

먼저, 온간 단조 방식의 단조를 이용한 스크롤 제조방법은 도 2에 도시된 바와 같이, Al4032계 알루미늄 합금으로 이루어진 환봉 형태의 원소재를 스크롤 부품의 중량에 대응하는 길이로 절단하는 절단단계(S100)와; 절단된 소재를 280~320℃의 온도로 가열하는 가열단계(S200)와; 가열된 소재를 유성 흑연계 윤활유를 이용하여 윤활시키는 윤활단계(S300)와; 윤활이 완료된 소재를 하부 다이(10)의 외경 성형부가 다단으로 이루어진 밀폐금형 내에 삽입하여 스크롤 형상으로 단조 성형하는 온간 단조단계(S400)와; 강도와 내마모성을 확보할 수 있도록 단조가 완료된 반제품을 가열 후 급랭시키는 용체화 처리단계(S700)와; 용체화 처리가 끝난 반제품을 일정 시간 이상 설정된 온도에서 유지하여 경화시키는 시효경화 처리단계(S800); 및 경화된 반제품을 절삭하여 제품으로 가공하는 절삭 가공단계(S900);를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 가열단계(S200)는 염욕로(鹽欲爐, Salt Bath Furnace) 내에서 수행되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 윤활단계(S300)는, 상기 액상의 유성 흑연계 윤활유가 담겨진 윤활유 탱크에 가열된 소재를 일정 시간 동안 침적하는 방식으로 수행되고, 상기 유성 흑연계 윤활유는 흑연과 미강유가 혼합 및 교반되어 형성된 것을 사용한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 온간 단조 방식의 단조를 이용한 스크롤 제조방법은 열간 단조 방식에 비해 낮은 온도로 스크롤 부품을 제조할 수 있도록 하며, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

스크롤 부품은 지속적으로 압축공기의 하중을 견디기 위해서 높은 기계적 특성을 보유해야 하므로, 강도 및 내마모성이 뛰어나며 동시에 가공이 용이한 Al-Si계 합금을 바탕으로 개발되어 왔다. 이러한 Al-Si계 합금의 강화기구는 석출 경화형 합금으로서 주요 합금성분인 Si 입자를 알루미늄 매질 사이에 미세하고 균일하게 분포시켜 석출을 제어함으로서 알루미늄 매질의 강화를 달성하게 된다.

본 발명에서는 이러한 Al-Si계 합금 중에서도 Al4032계 알루미늄 합금을 원소재로 사용한다. 상기한 Al4032계 알루미늄 합금은 중량%로, Si: 11.0~13.5%, Cu: 0.5~1.3%, Ni: 0.5~1.3%, Mg: 0.8~1.3%, Fe: 1.0% 이하, Cd: 0.1% 이하, Zn: 0.2% 이하, 잔부는 불가피적 불순물과 Al으로 이루어진 알루미늄 합금이며, 기계구조용 부품의 재료로 사용되는 일반적인 알루미늄 합금(Si 함유량 8.0~12.5%)보다 Si성분의 함유량이 높아 더욱 우수한 강도 및 내마모성을 확보할 수 있다.

따라서, 상기한 Al4032계 알루미늄 합금으로 이루어진 환봉 형태의 원소재를 스크롤 부품의 중량에 대응하는 길이로 절단한다(S100). 그리고, 상기 원소재를 절단할 경우에는, 목적하는 스크롤 부품의 중량에 대응하도록 적절한 길이을 설정하고 원형 톱 등의 절단수단을 이용하여 절단한다. 이어, 중량선별기를 통해 절단된 원소재의 중량을 측정하며, 절단된 소재의 중량에 따른 구체적인 단조 조건을 선정한다.

일반적으로 환봉 소재를 톱날을 이용하여 절단할 경우, 톱날의 마모상태에 따라, 환봉 형태의 원소재에 가해지는 톱날의 가압력 및 마찰력이 변화하고, 이에 따라 원소재의 절단 과정에서 발생되는 스크랩(Scrap)의 양 역시 변화하게 된다. 경험적으로 살펴보면, 본 발명에서 요구되는 원소재의 경우에는 직경에 따라 최대 약 12g정도의 편차가 발생하고 있으며, 이는 절단 길이를 기준으로 할 때 약 0.6㎜ 정도의 편차가 발생한다는 것을 의미한다.

이상과 같이, 원소재를 절단할 경우에는 길이 편차를 고려하여 절단 중량별로 원소재를 선별, 구분하고 이렇게 구분된 원소재 별로 단조 조건을 결정한다. 이와 같이 절단 중량별로 원소재의 단조 조건을 결정하는 이유는, 단조시 시 가압 스트로크의 올바른 설정이 이루어져야 단조 후 발생될 수 있는 플래쉬(Flash)의 양을 최소화하고, 플래쉬 발생에 따른 급격한 하중증가를 예방할 수 있기 때문이다. 다시 말해서 본 발명에서는 원소재의 절단편차를 감안하여, 원소재를 중량별로 선별 및 구분하고, 구분된 각 원소재의 중량 조건에 따라 각각 별도의 단조 조건을 적용한다.

이어 절단된 소재를 염욕로(Salt Bath Furnace)에 투입하여 280~320℃의 온도로 가열한다(S200). 이와 같이 온간 단조에서 염욕로를 이용하는 이유는, 염욕로에서는 전도에 의해 열전달이 이루어지므로 대류에 의한 가열이 이루어지는 일반적인 가열로에서의 가열속도에 비해 약 4배 정도 빠르게 가열할 수 있고, 특히 소재의 표면에서 중심부 간 온도의 편차가 적어 균일한 온도분포를 유지하며, 소재의 표면부에서 결정립이 성장할 가능성이 상대적으로 낮기 때문이다.

이와 같이 저온으로 소재를 가열한 후, 유성 흑연계 윤활유를 이용하여 윤활시킨다(S300). 즉, 가열 공정을 거친 소재에 대하여 흑연을 미강유와 혼합한 액상의 윤활제에 약 2초간 침적하여 윤활을 수행하는 것이다.

단조 시에는 소재와 공구의 표면이 고온, 고압의 상태에 있으므로 소재가 공구 표면에 부착되기 쉬운데, 알루미늄 합금의 경우 더욱 현저하다. 따라서, 소재 및 공구 간의 마찰 계수를 저하시키고 소재가 공구에 부착되는 것을 방지하기 위하여 흑연과 미강유를 적절한 비율로 혼합된 유성 흑연계 윤활제를 사용한다. 이러한 유성 흑연계 윤활유는 흑연과 미강유를 적절한 비율로 혼합한 후 윤활유 탱크에 담아 두고, 교반장치를 이용하며 교반이 이루어지도록 하며, 여기에 소재를 침적하여 사전 윤활을 수행한다.

그리고, 윤활이 완료된 소재를 하부 다이(10)의 외경 성형부가 다단으로 이루어진 밀폐금형 내에 삽입하여 스크롤 형상으로 단조 성형한다(S400). 이 과정은 후술하는 밀폐금형을 구비한 스크롤 제조장치에서 구체적으로 설명하기로 한다.

이후, 단조가 완료된 반제품을 가열 후 급랭시키는 용체화 처리(S700)를 통해 스크롤 부품의 강도와 내마모성을 확보한다. 그리고, 용체화 처리가 끝난 반제품을 일정 시간 이상 설정된 온도에서 유지하여 경화시키는 시효경화 처리를 수행하며(S800), 경화된 반제품을 절삭하여 제품으로 가공함으로써 스크롤 부품의 가공을 완료한다(S900).

한편, 열간 단조 방식의 단조를 이용한 스크롤 제조방법은 도 3에 도시된 바와 같이, Al4032계 알루미늄 합금으로 이루어진 환봉 형태의 원소재를 스크롤 부품의 중량에 대응하는 길이로 절단하는 절단단계(S100)와; 절단된 소재에 화성피막 및 윤활피막을 형성하는 윤활단계(S500)와; 윤활이 완료된 소재를 하부 다이의 외경 성형부가 다단으로 이루어진 밀폐금형 내에 삽입하여 스크롤 형상으로 단조 성형하는 냉간 단조단계(S600);와; 강도와 내마모성을 확보할 수 있도록 단조가 완료된 반제품을 가열 후 급랭시키는 용체화 처리단계(S700)와; 용체화 처리가 끝난 반제품을 일정 시간 이상 설정된 온도에서 유지하여 경화시키는 시효경화 처리단계(S800); 및 경화된 반제품을 절삭하여 제품으로 가공하는 절삭 가공단계(S900);를 포함하여 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 냉간 단조방식의 단조를 이용한 스크롤 제조방법은 상온에서 스크롤 부품을 제조함으로써 스크롤 부품의 강도나 내구성과 같은 기계적 성질을 향상시키게 된다.

본 발명의 냉간 단조방식의 스크롤 제조방법은 상술한 온간 단조방식의 스크롤 제조방법과 비교할 때, 소재를 가열한 후 윤활하는 대신에 화성피막과 윤활피막을 형성하는 것을 제외하면 주요 공정이 동일하므로, 동일한 공정에 대한 설명은 생략하고 차이가 있는 냉간단조 방식의 윤활단계(S500)만 설명하기로 한다.

냉간 단조방식에서 적용되는 윤활단계(S500)는, 온수세공정, 수세공정, 산세공정, 수세공정, 에칭공정, 수세공정, 산세공정, 수세공정, 화성피막공정, 수세공정, 온수세공정, 윤활공정, 건조공정의 순으로 이루어진다. 이때, 상기 산세공정은 50±5 vol.%의 질산을 이용하여 상온에서 1분간 실시하고, 상기 에칭공정은 5 wt% 농도의 클리너 2074(독일 헨켈사) 및 1 wt% 농도의 가성소다(NaOH) 액을 이용하여 5분간 실시한다. 그리고, 상기 화성피막공정은, 2~3 wt% 농도의 Al305S(MIL-C81706)를 이용하여 상온에서 2분간 실시하고, 상기 윤활공정은 분말상의 금속비누인 본데루베 #234 80%에서 2분간 실시한다.

상기한 윤활단계를 마친 소재를 후술하는 밀폐금형에 장입하여 스크롤 형상으로 냉간 단조한 후, 용체화, 시효경화 및 절삭가공하는 것 역시 상술한 온간 단조와 동일하므로 이에 대한 설명 역시 생략하기로 한다.

일반적으로 스크롤 부품(S)의 날개부는 소용돌이(Involute) 형상의 중심부 및 외곽부 사이의 상이한 형상 및 두께로 인해 불균일한 유동속도가 발생하는 것은 필연적이며, 이로 인해 일반적으로 날개부의 성형 중 하방에서 상방으로 일정하게 강제적 배압을 가하는 배압 단조공법을 적용하게 되는데, 본 발명에서는 날개부의 성형 과정에서 유동하는 소재가 하부에 고정되어 있는 이젝트 핀(55)에 가장 먼저 도달하는 부위와 가장 늦게 도달하는 부위 사이의 시간 편차를 최소화하고, 하부에 고정되어 있는 이젝트 핀(55)이 강제로 가해지는 배압을 대신할 수 있도록 함으로써, 배압장치가 필요 없는 밀폐 단조공법을 수행한다.

본 발명의 밀폐형 단조금형은 전방 압출 및 후방 압출이 동시에 진행되는 형태의 구조로 이루어지며, 도 4 내지 7에 도시된 바와 같이, 스크롤 부품의 보스부를 후방 압출을 통해 성형하는 역할을 담당하는 상부 펀치(20)와, 플랜지부 및 날개부를 전방 압출을 통해 성형하는 역할을 담당하는 하부 다이(10)와, 상기 하부 다이(10)를 지지하는 다이 홀더(40)를 포함하고 있으며, 상기 상부 펀치(20) 및 하부 다이(10)를 편측으로 공차 0.15㎜ 이내로 밀폐시켜 단조공정을 실시한다.

다음으로, 날개부의 유동을 구속하며, 제품의 배출을 담당하는 이젝트 핀(55)이 제품의 날개부의 길이에 따라 적절한 높이로 하부에 위치하고 있는데, 상기 이젝트 핀(55)은 배압장치 등 별도의 장치 없이 하부의 이젝터에 승강 가능하게 결합되어 있으며, 단조 완료 후 제품을 취출할 때 하방에서 상방으로 슬라이딩이 하여 제품을 취출하는 구조로 되어 있다.

한편, 상기한 단조를 이용한 스크롤 제조방법을 적용하기 위한 본 발명의 스크롤 제조장치는, 스크롤의 날개부를 성형할 수 있는 밀폐금형을 포함하며, 이러한 밀폐금형을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 스크롤 제조장치에 적용되는 밀폐금형은, 2단 구조의 외경 성형부로 이루어진 장착홈(11) 및 스크롤 부품(S)의 날개에 대응하는 날개 성형공(13)이 형성된 하부 다이(10)와; 상기 하부 다이(10)의 상측에서 상하로 왕복하면서 상기 장착홈(11)에 위치된 원소재(S0)를 가압 성형하는 상부 펀치(20)와; 상기 하부 다이(10)를 지지하며 상기 하부 다이(10)의 날개 성형공(13)에 대응하는 관통공(35)이 복수개 형성된 베이스부(30)와; 상기 베이스부(30)의 가장자리 부분에 설치되어 상기 하부 다이(10)를 지지하는 다이 홀더(40)와; 상기 베이스부(30)의 하부에 위치되고 상기 베이스부(30)의 관통공(35)에 각각 삽입되어 소재의 유동을 강제적으로 구속 및 밀폐하며, 스크롤 부품(S)의 날개부 길이에 따라 높낮이의 조절이 가능한 복수개의 이젝트 핀(55)이 구비된 이젝터(50)와; 상기 베이스부(30)의 하부에 설치되어 상기 이젝터(50)를 지지하는 이젝터 홀더(60);를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 하부 다이(10)에는 일정 깊이의 핀 삽입홈(45)이 하나 이상 형성되고, 상기 상부 펀치(20)가 설치된 펀치 홀더(25)에는 상기 하부 다이(10)의 핀 삽입홈(45)에 각각 삽입되어 상기 상부 펀치(20)의 수직 이동을 안내하도록 상기 핀 삽입홈(45)과 동수의 가이드 핀(26)이 구비된다. 그리고, 상기 장착홈(11)은, 상기 스크롤 부품(S)을 성형하기 위한 원소재(S0)의 외경보다 일정 정도 큰 직경을 갖는 1단 외경 성형부(11a)와, 열팽창된 원소재(S0)의 외경보다 일정 정도 작은 직경을 갖는 2단 외경 성형부(11b)로 이루어진다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 스크롤 제조장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 단조를 위해서는 원소재(S0)의 치수 즉, 제품의 형상 및 중량에 따른 환봉재의 외경 및 절단길이가 선정되어야 한다. 상기 원소재(S0)의 외경은 1차적으로 스크롤 부품(S)의 플랜지부 외경을 고려하여 결정한다. 그러나 일반적인 환봉재를 절단하여 원소재(S0)로 사용할 경우, 하부 다이(10)의 장착홈(11)에 상기 원소재(S0)를 원활하게 장입할 수 있도록 스크롤 부품(S)의 플랜지부보다 작은 외경을 가진 절단 소재를 사용하는 것이 일반적이다.

그런데, 이러한 절단 소재를 예비 성형을 거치지 않고 그대로 사용할 경우, 1차적으로 스크롤 부품의 플랜지부 외경에 맞추어 제작된 하부 다이의 상단부 직경에 대응하도록 상기 원소재의 지름이 확대되는 업 셋팅 성형이 이루어짐과 동시에, 2차적으로 보스부 및 날개부 등의 성형이 동시에 시작된다. 또한 절단 소재가 중심축을 기준으로 편심이 발생한 상태로 장입되면, 플랜지부의 일정부분에 플래시가 먼저 발생하기 시작하고 이로 인해 날개부를 성형하는 도중 가압력이 급격하게 상승하게 되어 금형의 수명이 단축되고, 상부 펀치와 하부 다이 사이에서 중심축이 서로 어긋나, 공차(Clearance) 및 수평도가 변화됨으로써, 날개부가 성형되는 동안 수직하지 않은 방향으로 상방에서 하방으로 가압이 이루어져 날개부 높이 편차가 더더욱 심해질 수 있다.

따라서 본 발명에서는 날개부가 성형되기 전에 절단 소재의 외경이 플랜지부의 외경으로 확장되는 예비성형을 완료한 후 날개부의 성형이 시작될 수 있도록 높이에 따라 하부 다이(10)의 장착홈(11) 직경이 달라지도록, 상기 장착홈(11)의 직경을 2단으로 배치하여 밀폐 단조를 실시한다. 이에 따라 스크롤 부품(S)의 날개부 성형을 시작할 때 상기 원소재(S0)가 편심된 상태로 장입되는 현상을 사전에 차단하고 높이 편차의 발생을 최소화할 수 있다.

다시 말해서 상기 하부 다이(10)의 장착홈(11) 직경은 높이에 따라 1단 외경 성형부(11a) 및 2단 외경 성형부(11b)로 구분되며, 상기 2단 외경 성형부(11b)의 직경이 절단 소재의 외경에 비해 너무 작게 설정되면 상방에서 하방으로 소재가 유동할 때 소재의 외경부에서 유동이 끊길 수 있으므로, 절단 소재의 외경 전부분이 원활하게 상기 2단 외경 성형부(11b) 측으로 유동할 수 있도록 설정하여야 하며, 상기 1단 외경 성형부(11a)와 2단 외경 성형부(11b) 사이의 연결 부분 역시 적절한 곡률을 갖도록 하여야 함은 당연하다.

실제로 본 발명에서는 상기 하부 다이(10)의 1단 외경 성형부(11a) 직경을 환봉소재의 외경이 설정된 온도로 가열되어 열팽창 되었을 때를 기준으로, 편측으로는 +α㎜, 직경으로 +2α㎜로 크게 설정하였으며, 상기 2단 외경 성형부(11b)의 직경은 열팽창된 환봉소재의 외경을 기준으로, 편측으로는 -β㎜, 직경으로는 -2β㎜ 작게 설정하였다.

상술한 온간 단조공법 및 냉간 단조공법에 따라 각각의 윤활공정을 거친 원소재(S0)는 밀폐금형의 하부 다이(10) 내부로 삽입되며, 이렇게 삽입된 원소재(S0)는 상부 펀치(20)에 의해 2단 구조를 가지는 상기 하부 다이(10)의 장착홈(11) 내부로 장입된다.

이때, 상기 하부 다이(10)의 장착홈(11)은 높이에 따라 서로 다른 2가지의 직경을 가지게 되는데, 1단 외경 성형부(11a)는 절단된 원소재(S0)의 저온가열에 의한 열팽창을 감안하여 상기 원소재(S0)의 외경보다 편측으로는 +α㎜ 크게 설정되어 있으므로 상기 원소재(S0)가 쉽게 장입될 수 있으며, 상기 1단 외경 성형부(11a)의 하부를 형성하는 2단 외경 성형부(11b)는 스크롤 부품(S)의 플랜지부 최종 외경으로서 열팽창된 원소재(S0)의 외경보다 편측으로는 -β㎜ 작게 설정되어 있으므로, 상기 2단 외경 성형부(11b)로 소재가 밀려 들어가면서 스크롤 부품(S)의 플랜지부 외경으로의 성형이 완료된다.

따라서, 스크롤 부품(S)의 날개부를 성형할 때 상기 원소재(S0)가 직경 방향으로 퍼져 성형되는 과정을 사전에 예방하고, 소재가 금형의 날개부 지점에 도달하였을 때 날개부 성형이 바로 시작될 수 있도록 할 수 있음은 물론, 날개부를 성형하는 과정에서 높이 편차를 최소화하고, 스크롤 부품의 날개부의 길이를 기준으로 일정한 높이에 고정되어 있는 이젝트 핀(55)에 시간 편차를 가지고 도달하는 날개부의 유동 흐름을 강제적으로 제어하여 배압 단조공법의 대체가 가능한 밀폐단조를 수행할 수 있다.

이러한 밀폐 단조에 사용되는 프레스로는, 온간 단조의 경우에는 500톤 유압 프레스를 적용하고, 냉간 단조의 경우에는 2500톤 너클 조인트(Knuckle-Joint) 프레스를 적용한다. 일반적으로 단조 기계는 최종 단조품에서 요구되는 기계적 강도를 기준으로, 소성변형이 이루어지는 피 가공소재의 변형저항 특성, 변형속도, 단조온도, 마찰 및 제품 형상을 고려하고, 이러한 복합적 요인들에 의해 결정되는 단조하중 및 단조에너지를 바탕으로 선정되어야 한다.

그런데, 본 발명에 따른 최종 단조품, 즉, 스크롤 부품은 상술한 바와 같이 높은 기계적 강도가 요구된다. 따라서, 먼저 온간 단조를 위한 프레스 선정을 위해서는 여러 가지 사항을 고려하여야 한다.

일반적으로 소성변형 중 변형속도는 재료의 동적회복(Dynamic Recovery) 및 동적 재결정(Dynamic Recrystallization) 과정에 영향을 주기 때문에, 프레스의 램 스피드(Ram Speed)가 빠를수록, 즉, 변형속도가 클수록 동적 재결정이 수반되며, 또한 동일한 램 스피드(Ram Speed)라 할지라도 고온에서 소성변형이 일어나는 경우에 동적 재결정의 발생이 용이할 수 있다. 이러한 동적 재결정의 발생은 단조품의 기계적 특성을 저하시키기 때문에 단조 작업조건 중 프레스를 선정할 때에는 이를 고려하여 동적 재결정이 수반되는 프레스는 가급적 피하는 것이 좋다. 따라서 램 스피드(Ram Speed)가 빠르면서도 프레스의 특성상 소성변형 중 마지막 단계에서 급격히 높은 가압력이 가해지는 기계식 프레스보다는, 상대적으로 램 스피드(Ram Speed)가 느리고, 소성변형 중 일정한 가압력을 유지하는 유압프레스가 온간 단조시에는 적합하다.

그리고, 본 발명의 온간 단조방식의 스크롤 단조방법은, 기계적 강도 측면에서 알루미늄 합금의 일반적인 단조 온도인 350℃~450℃보다 낮은 280℃~320℃로 가열함으로써, 최종 단조 종료 온도를 낮게 유지하여 동적 회복 및 동적 재결정을 발생을 최소화하고, Si입자를 비롯, Cu 및 Ni 등 주요 입자의 크기를 최대한 미세하게 유지될 수 있도록 단조를 수행한다. 그리고, 최종 강도 및 내마모성을 부여하기 위해 실시되는 용체화 단계 및 시효경화 단계에서 열처리 시 재결정의 핵생성 장소를 많이 확보하여, 이들 입자들이 더욱 균일하게 석출될 수 있도록 함으로써, 통상의 열간 단조 방식에 비해 높은 기계적 성질을 확보할 수 있게 된다.

하지만 냉간 단조방식의 스크롤 단조방법은, 열간 단조방식이나 온간 단조방식과 비교할 때 상대적으로 소재온도가 낮아 이러한 동적회복 및 동적재결정의 발생 가능성이 매우 적지만, 온간 단조방식에 비해 높은 변형저항을 보이므로 변형능을 고려할 때 단조 초기에 강력하고 고정밀도의 압력이 요구된다. 따라서, 냉간 당조 방식에서는 2500톤 너클 조인트(Knuckle-Joint) 프레스를 적용한다.

이와 같이 냉간 단조방식을 적용할 경우에는 열간 단조공법과 비교할 때, 열팽창 등 높은 온도로 인한 변수 등을 고려할 필요가 없음은 물론 이로 인해 재료의 손실이 적고 다듬질 상태가 좋으며, 높은 가공 경화에 의한 기계적 성질이 우수한 단조 스크롤 부품을 제조할 수 있다.

한편, 일반적인 열간 단조공법에서는 350~450℃로 가열된 절단 소재를 하부 금형 내에 장입하여 상부 펀치가 상방에서 하방으로 가압하여 단조하게 되는데, 상기 하부 금형의 스크롤 부품 날개부의 끝단은 오픈되어 있으므로, 스크롤 부품의 플랜지부 형상 및 두께를 기준으로 최종 성형이 완료되어도 날개부는 높이 편차가 그대로 유지된 채로 단조가 종료된다. 따라서, 일반적인 열간 단조공법으로 스크롤 부품을 제작하는 경우에는 단조 종료 후 스크롤 부품의 날개부 중 최저 높이로 성형이 이루어지는 날개 중심부의 높이를 기준으로 하여, 외각부에 스크롤 최종 가공품의 날개부 높이에 대응하는 일정량 이상의 소재를 추가로 투입하고 있으므로, 소재의 손실(Loss)이 발생하고 가공량 증가에 따른 생산성 저하가 발생한다.

하지만, 본 발명에서는 밀폐 단조금형을 이용함으로써, 스크롤 부품의 날개부 성형 중 발생된 높이 편차로 인해 유동되는 소재의 흐름이 날개부 각 부위별로 이젝트 핀(55)에 도달하는 시점이 서로 상이하더라도, 그 상단 위치가 고정되어 있는 상기 이젝트 핀(55)이 이를 강제적으로 제어함으로서 최종 성형이 완료되는 시점에서는 날개부의 높이 편차가 거의 나타나지 않도록 최소화할 수 있다.

참고로 도 8은 본 발명의 단조를 이용한 스크롤 제조방법에 따라 제조된 스크롤 부품의 단면사진으로서, 날개부의 높이 편차가 거의 발생하지 않음을 확인할 수 있음은 물론, 각 날개부 끝단에 위치하는 상기 이젝트 핀(55)에 도달하는 시간 사이에 편차가 있더라도, 먼저 도달한 부위에 대해 버클링 등 기계적 결함이 발생하지 않는 안정된 메탈 플로우(Metal Flow) 형성된 것 역시 확인할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 단조를 이용한 스크롤 제조방법 및 그 장치에서는 배압 단조공법의 적용을 위한 별도의 배압장치가 필요하지 않고 별도의 제조설비비 및 유지비가 발생하지 않아 스크롤 부품의 제조 비용을 줄일 수 있게 된다. 또한, 밀폐금형의 형상을 최종제품 형상에 근접하도록 설계하는 등, 정형단조(Net Shape Forging) 방식으로 스크롤 부품을 제작하여 가공량을 최소화할 수 있으며, 이에 따른 투입소재 절감 및 가공 소요 시간 감소를 통한 생산성 향상의 실현할 수 있게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

10: 하부 다이(Die)
11: 장착홈
11a: 1단 외경 성형부 11b: 2단 외경 성형부
13: 날개 성형공
20: 상부 펀치(Punch)
25: 펀치 홀더(Punch Holder)
26: 가이드 핀(Suide Pin)
30: 베이스부(Base)
35: 관통홀
40: 다이 홀더(Die Holder)
45: 핀 삽입홈
50: 이젝터(Ejector)
55: 이젝트 핀(Eject Pin)
60: 이젝터 홀더(Ejector Holder)

Claims (10)

1. Al4032계 알루미늄 합금으로 이루어진 환봉 형태의 원소재를 스크롤 부품의 중량에 대응하는 길이로 절단하는 절단단계(S100)와;
   절단된 소재를 280~320℃의 온도로 가열하는 가열단계(S200)와;
   가열된 소재를 유성 흑연계 윤활유를 이용하여 윤활시키는 윤활단계(S300)와
   윤활이 완료된 소재를 하부 다이(10)의 외경 성형부가 다단으로 이루어진 밀폐금형 내에 삽입하여 스크롤 형상으로 단조 성형하는 온간 단조단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 단조를 이용한 스크롤 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가열단계(S200)는 염욕로 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 단조를 이용한 스크롤 제조방법.
3. 제1항에 있어서.
   상기 윤활단계(S300)는, 상기 액상의 유성 흑연계 윤활유가 담겨진 윤활유 탱크에 가열된 소재를 2초간 침적하는 방식으로 수행되고,
   상기 유성 흑연계 윤활유는 흑연과 미강유가 혼합 및 교반되어 형성된 것을 특징으로 하는 단조를 이용한 스크롤 제조방법.
   
4. Al4032계 알루미늄 합금으로 이루어진 환봉 형태의 원소재를 스크롤 부품의 중량에 대응하는 길이로 절단하는 절단단계(S100)와:
   절단된 소재에 화성피막 및 윤활피막을 형성하는 윤활단계(S500)와;
   윤활이 완료된 소재를 하부 다이의 외경 성형부가 다단으로 이루어진 밀폐금형 내에 삽입하여 스크롤 형상으로 단조 성형하는 냉간 단조단계(S600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 단조를 이용한 스크롤 제조방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 윤활단계(S500)는, 온수세공정, 수세공정, 산세공정, 수세공정, 에칭공정, 수세공정, 산세공정, 수세공정, 화성피막공정, 수세공정, 온수세공정, 윤활공정, 건조공정의 순으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 단조를 이용한 스크롤 제조방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 산세공정은, 50±5 vol.%의 질산을 이용하여 상온에서 1분간 실시하는 것을 특징으로 하는 단조를 이용한 스크롤 제조방법.
7. 제5항에 있어서,
   상기 화성피막공정은, 2~3 wt% 농도의 Al305S(MIL-C81706)를 이용하여 상온에서 2분간 실시하는 것을 특징으로 하는 단조를 이용한 스크롤 제조방법.
8. 제1항의 또는 제3항의 밀폐금형을 포함하는 스크롤 제조장치에 있어서,
   상기 밀폐금형은, 2단 구조의 외경 성형부로 이루어진 장착홈(11) 및 스크롤 부품(S)의 날개에 대응하는 날개 성형공(13)이 형성된 하부 다이(10)와;
   상기 하부 다이(10)의 상측에서 상하로 왕복하면서 상기 장착홈(11)에 위치된 원소재(S0)를 가압 성형하는 상부 펀치(20)와;
   상기 하부 다이(10)를 지지하며 상기 하부 다이(10)의 날개 성형공(13)에 대응하는 관통공(35)이 복수개 형성된 베이스부(30)와;
   상기 베이스부(30)의 가장자리 부분에 설치되어 상기 하부 다이(10)를 지지하는 다이 홀더(40)와;
   상기 베이스부(30)의 하부에 위치되고 상기 베이스부(30)의 관통공(35)에 각각 삽입되어 소재의 유동을 강제적으로 구속 및 밀폐하며, 스크롤 부품(S)의 날개부 길이에 따라 높낮이의 조절이 가능한 복수개의 이젝트 핀(55)이 구비된 이젝터(50)와;
   상기 베이스부(30)의 하부에 설치되어 상기 이젝터(50)를 지지하는 이젝터 홀더(60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 제조장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 다이 홀더(40)에는 일정 깊이의 핀 삽입홈(45)이 하나 이상 형성되고,
   상기 상부 펀치(20)가 설치된 펀치 홀더(25)에는 상기 다이 홀더(40)의 핀 삽입홈(45)에 각각 삽입되어 상기 상부 펀치(20)의 수직 이동을 안내하도록 상기 핀 삽입홈(45)과 동수의 가이드 핀(26)이 구비된 것을 특징으로 하는 스크롤 제조장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 장착홈(11)은, 상기 스크롤 부품(S)을 성형하기 위한 원소재(S0)의 외경보다 일정 정도 큰 직경을 갖는 1단 외경 성형부(11a)와, 열팽창된 원소재(S0)의 외경보다 일정 정도 작은 직경을 갖는 2단 외경 성형부(11b)로 이루어진 것을 특징으로 하는 스크롤 제조장치.
    
    

Images