KR101479293B1 - 기어의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기어의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세히 설명하면 중소형기어를 제조하기 위해 철계 및 구리계 분말을 혼합기로 혼합한 다음, 금형에 혼합된 분말을 충진한 후 성형한 다음, 소결단계를 거쳐 정형프레스에 제품형상과 동일한 금형을 세팅한 다음 치수의 정밀도를 놓이는 교정단계를 진행한 다음 후처리작업을 진행한 후에 오일이 담겨진 오일조에 합침시켜 진공상태에서 가압하여 금속분말의 기공속으로 오일이 함유되도록 합침한 다음 검사를 거쳐 완료된 기어를 특징으로 한다.
본 발명은 기공속에 오일이 함유된 기어를 기계부품으로 사용하면 작동과정에서 발생하는 열이나 회전력에 의해 함침된 오일이 기어 밖으로 용출되어 마모 및 마찰을 최소화하고, 작동이 중지되면 냉각되어 기공속으로 흡수되는 것을 특징으로 한다.

Description

기어의 제조방법{Method for Manufacturing a Gear}

본 발명은 중소형기어를 제조하기 위해 철계 및 구리계 분말을 혼합기로 혼합한 다음, 금형에 혼합된 분말을 충진한 후 성형한 다음, 소결단계를 거쳐 정형프레스에 제품형상과 동일한 금형을 세팅한 다음 치수의 정밀도를 놓이는 교정단계를 진행한 다음 후처리작업을 진행한 후에 오일이 담겨진 오일조에 합침시켜 진공상태에서 가압하여 금속분말의 기공속으로 오일이 함유되도록 합침한 다음 검사를 거쳐 완료된 기어의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 기어를 제조하기 위해서는 기어의 강도를 계산한 후 기어의 치수와 등급, 재질, 열처리 방법 결정하고, 제작도면의 작도와 기어의 재료 구매는 물론 기어의 모듈에 따라 커터(Cutter)를 선정한 후, 금속봉을 소정의 규격만큼 절단하여 이 절단된 금속봉을 CNC선반에 투입하여 제작 도면에 기준으로 하여 기어의 이를 제외한 부분을 정밀 가공을 고려한 여유 치를 남기는 1차 가공 공정을 거친 후, 기어의 이를 절삭하는 기어 치절삭 가공 공정을 거치는 2차 가공 공정을 거친 후, 걸치기 두께를 재어서 절삭이 제대로 되었는지를 검사하는 치형 검사를 한 후, 드릴링, 태핑, 스플라인 커팅(구멍이나 나사를 가공하고 스플라인이 있는 경우에는 스플라인을 절삭함)과 날카로운 모서리 제거(선반 작업등으로 날카로운 부분이 남아있는 경우 안전을 위해 제거함)를 하는 호빙 세이빙 가공을 하는 3차 가공 공정을 거친 후, 소재를 열처리(quenching과 tempering)한 후에 정밀 가공을 요하는 부분을 연마하는 4차 연마 가공 공정을 거친 후에 기어 등급에 따라 요구되는 여러 가지 치수를 검사하는 최종 검사로 완료한다.

그러나 상기와 같은 기어의 제조방법은 주로 절삭가공에 의해 치형을 형성하도록 이루어지고 있는바, 절삭공구를 이용하여 가공물을 일일이 가공해야 하는 불편함에도 불구하고 절삭과정에서 금속결정의 변형을 주지 않는다는 점에서 많이 사용되고 있지만 장시간 사용할 경우 홉(hob)의 마모로 인한 리이드각의 오차가 발생하여 양질의 기어를 얻을 수 없으며, 기어의 치형조직이 불량함에 따른 수명이 단축되어 제품의 신뢰성이 떨어지며, 또한 작업시간이 길어 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.

그리고, 기어 제작에 많은 인력과 시간이 소요되고, 제작 과정에서 발생하 는 절삭칩으로 인한 재료손실이 크기 때문에 작업효율이 떨어지고 제작단가가 높아지게 되는 문제점이 있었다.

한편, 기어박스에는 기어의 마모 및 마찰을 최소화하기 위하여 윤활제로 오일을 충진하여 사용하는 게 일반적이나 식품을 제조하는 기계나 위생에 관련된 기계에 사용하는 경우에는 기어박스 내에 충진된 오일이 누수되어 위생적으로나 청결면에서 불량이 발생하는 문제점이 있다.

한국특허출원번호 제2000 - 77197호 "기어의 제조 방법"

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 중소형제품에 사용하는 기어를 분말야금을 이용하여 제조하면 제조공정의 단축은 물론 대량생산과 우수한 치수 정밀도를 가지며, 기어박스 내부에 별도로 윤활제인 오일을 충진할 필요가 없어 오일이 외부로 누수되지 않도록 방지하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제의 해결수단으로 본 발명은 중소형기어를 제조하기 위해서는 철계 및 구리계 분말을 혼합기로 혼합한 다음, 금형에 혼합된 분말을 충진한 후 성형한 다음, 소결단계를 거쳐 정형프레스에 제품형상과 동일한 금형을 세팅한 다음 치수의 정밀도를 놓이는 교정단계를 거친 다음 후처리작업을 한 후에 오일이 담겨진 오일조에 합침시켜 진공상태에서 가압하여 분말 사이에 형성된 기공으로 오일이 함유되어 함침 공정을 거친 다음 검사를 하는 공정으로 완료하는 기어의 제조방법을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 기어의 제조방법은 주원료와 혼합물이 혼합된 조성물인 금속분말을 금형에 주입하여 성형한 후 소정의 기어로 제조한 다음 소결공정과 교정공정, 후처리공정 및 함침공정을 통하여 기어가 완성됨으로써, 별도의 2차 가공을 할 필요가 없게 되어 공정수를 줄일 수 있어 작업효율을 높일 수 있으며, 금속분말 사이에 형성된 기공으로 오일이 함유되어있어 마모 및 마찰을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기어박스 내부에 윤활제인 오일을 충진할 필요가 없어 식품을 제조하는 기계 및 가전, 사무기계 등에 적합하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 공정의 감소로 인하여 가공비를 줄일 수 있으며, 대량생산이 가능하고, 우수한 치수 정밀도를 갖는 효과가 있다.

도 1은 본 발명 기어의 제조방법을 도시해 보인 순서도.

본 발명에서 기어를 제조할 때 사용하는 분말야금법이라 함은 금속분말을 압분성형한 다음 소결하여 최종성형물을 얻는 방법으로 용융공정을 통해 제조하기 어려운 제품을 분말야금법으로 제조하고 있다.

분말야금법은 소결된 철, 황동, 청동, 스테인레스 등의 재료가 주재로 사용된다. 이와 같은 주재료에는 제조된 성형품의 물리적 특성을 보완하기 위하여 다양한 금속분말이 부가적으로 투입되어 성형된다.

일예로 주재료에 흑연, 구리 등의 미세분말을 혼합하고, 이 분말혼합물을 소결하여 강도, 내후성, 내마모성 등을 개선시키는 것에 관한 기술이 공지되어 있다.

특히, 높은 치수정밀도를 요하는 제품을 용이하게 얻을 수 있을 뿐만 아니라 제조된 제품을 절단하지 않아도 되는 장점이 있다.

상기와 같은 목적 및 효과를 달성하기 위하여 본 발명은 이하 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 기어의 제조방법 순서도이다.

본 발명은 기어를 제조하기 위해 철계분말 또는 구리분말을 배합하여 금속분말을 형성하는 혼합단계를 거친다.

상기 혼합단계는 혼합기를 사용하여 기어의 재질에 적합한 금속분말 및 윤활제를 균일하게 배합하여 사용한다.

상기 혼합된 금속분말을 금형에 충진한 다음 상하로 압력을 가하여 기어의 형상과 동일한 성형품으로 성형한다.

상기 성형단계는 성형 프레스에 금형을 세팅한 후에 금형에 혼합된 분말을 충진하여 상하로 압력을 가하여 기어형상과 동일한 성형품을 제조한다.

이때 분말들이 물리적인 힘에 의해 결합된 상태로 강도를 갖추지 못하므로 취급 주의를 요하며, 성형밀도는 7.1Max.g/cc가 바람직하다.

상기 성형된 성형품을 융점 이하 온도에서 분말 입자간의 확산에 의해 결합되는 소결 단계를 진행한다.

상기 소결단계는 예열부, 본열부, 냉각부로 이루어지며, 예열부는 서서히 성형품을 가열하는 기능으로 성형품에 첨가된 윤활제를 제거하는 하고, 산화된 성형품의 표면을 환원한다.

예열온도는 구리계는 400 ∼ 600℃이고, 철계는 650 ∼ 850℃가 바람직하다.

상기 본열부는 소결이 진행되는 곳으로 기계적 특성을 갖추게 되는 단계로 온도는 구리계는 700 ∼800 ℃이고, 철계는 1120℃가 바람직하다.

본열부 소결시간은 일반적인 기계부품은 1시간 내외, 고합금, 고밀도 기계부품은 2시간 내외가 적당하다.

냉각부는 소결된 성형품을 냉각시키는 부위로 환원 분위기는 가스이며, 구성은 서냉부와 수냉부로 이루어진다.

상기 서냉부는 노와 성형품에 열충격을 주지않도록 고온의 소결체를 서서히 냉각하는 부위이며, 수냉부는 워터자켓에 의해 냉각하고, 냉각수의 온도는 수냉부에 수분이 응축되지않는 범위 내에서 조절하는 게 바람직하다.

상기 소결 단계를 거친 성형체를 제품형상과 동일하게 세팅된 금형에 투입하여 부품의 치수 및 정밀도를 부여하는 교정 단계를 진행한다.

또한, 교정 단계를 거친 성형품에 강도를 부여하는 후처리 단계를 진행한다.

상기 후처리 단계는 침탄 열처리, 고주파열처리, 스팀처리, 기계가공, Burr제거, 바렐방식을 사용한다.

상기 후처리 단계를 거친 성형품을 오일조에 함침한 후 30분 동안 진공상태에서 가압하여 금속분말 사이에 형성된 기공으로 오일이 함유되는 함침 단계를 진행한다.

상기 함침단계를 거친 성형품을 재질, 형상, 치수, 조직을 최종적으로 검사하는 단계를 거쳐 기어를 완성한다.

따라서 본 발명 기어의 제조방법은 분발야금법을 이용한 것으로 최종단계인 검사단계전에 함침단계를 진행하여 금속분말의 기공속에 오일을 함침시켜 기계부품으로 사용하면 작동과정에서 발생하는 열이나 회전력에 의해 함침된 오일이 기어 밖으로 용출되어 마모 및 마찰을 최소화하고, 작동이 중지되면 냉각되어 기공속으로 흡수되는 구조이다.

본 발명은 평기어, 헬리컬기어, 내기어, 베벨기어, 나사기어, 웜기어, 하이포이드 베벨기어를 포함한 모든 기어에 적용이 가능하다.

Claims (1)

1. 철계분말 또는 구리분말을 배합하여 금속분말을 형성하는 혼합단계와;
   상기 혼합된 금속분말을 금형에 충진한 다음 상하로 압력을 가하여 기어의 형상과 동일한 성형품으로 성형하는 단계와;
   상기 성형된 성형품을 융점 이하 온도에서 분말 입자간의 확산에 의해 결합되는 소결 단계와;
   상기 소결 단계를 거친 성형체를 제품형상과 동일하게 세팅된 금형에 투입하여 부품의 치수 및 정밀도를 부여하는 교정 단계와;
   상기 교정 단계를 거친 성형품에 강도를 부여하는 후처리 단계와;
   상기 후처리 단계를 거친 성형품을 오일조에 함침한 후 30분 동안 진공상태에서 가압하여 금속분말 사이에 형성된 기공속으로 오일이 함유되는 함침 단계와;
   상기 함침단계를 거친 성형품을 재질, 형상, 치수, 조직을 최종적으로 검사하는 단계를 거쳐 기어를 완성하는 것을 특징으로 하는 기어의 제조방법.

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