KR101522508B1 - 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링 및 그 제조 방법 - Google Patents

고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

내륜(110)과, 외륜(130)과, 플랜지부(170)와, 전동체(150)와, 리테이너로 이루어지며; 상기 내륜(110)은 원주 방향으로 연장되어 환원 형상으로 구비되고, 반경 방향 외경면에 내륜궤도가 원주 방향으로 연장 구비되며; 상기 외륜(130)은 원주 방향으로 연장되어 환원 형상으로 구비되고, 반경 방향 내경면에 외륜궤도가 원주 방향으로 연장 구비되며; 상기 플랜지부(170)는 상기 내륜(110) 또는 외륜(130)에 구비되고, 원주 방향으로 연장되어 판상으로 구비되며; 상기 전동체(150)는 내륜(110)과 외륜(130) 사이에 구비되고, 리테이너에 의하여 원주 방향으로 이격되어 구비되며; 상기 리테이너는 상기 내륜(110)과 외륜(130) 사이에 구비되고, 전동체(150)가 원주 방향으로 이격되도록 구비되며; 상기 플랜지부(170)는 열처리 가공되어 240HV∼280HV 범위의 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링.

Description

고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링 및 그 제조 방법{The Flange Bearing Consisting Of High Carbon Chromium Steel And Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 타입 베어링 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고탄소 크롬강으로 이루어진 베어링 플랜지부의 경도가 강화된 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 타입 베어링 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
베어링은 축을 회전 가능하게 지지하는 작용을 하는 것으로 구름 베어링과 미끄럼 베어링으로 대별되며, 구름 베어링은 전동체의 종류에 따라 볼 베어링, 롤러 베어링으로 구별된다.
상기와 같은 베어링들은 그 설치 유형에 따라 일반 베어링과 플랜지 베어링으로 구별된다. 특히 자동차의 휠 등에는 일반적으로 베어링의 내륜 또는 외륜에 플랜지부가 구비된 플랜지 베어링이 주로 사용된다. 상기 플랜지 베어링은 일반적으로 100Cr6 및 100CrMnSi6-4 등의 고탄소 크롬강으로 제조된다. 상기 크롬강은 탄소 함유량이 0.90wt.％∼1.10wt.％ 범위이며, 크롬 함유량은 0.9wt.％∼1.70wt.％ 범위이다.
도 1은 종래의 플랜지 베어링을 도시한 단면도이고, 도 2는 종래의 플랜지 베어링의 제조과정에서 시행하는 템퍼링 공정시의 온도를 나타낸 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 플랜지 베어링(10)은 외주면에 내륜 궤도면이 형성되며 축방향으로 나란하게 배열된 2개의 내륜(11)과, 상기 내륜 궤도면에 대향하며 내륜 궤도면으로부터 반경 방향으로 외향 이격된 외륜 궤도면이 내주면에 형성된 외륜(13)과, 상기 내륜 궤도면과 외륜 궤도면 사이에 복수로 구비되는 볼인 전동체(15)로 이루어진다.
상기 전동체(15)는 축방향으로 이격되어 복열로 구비되며, 내륜 궤도면과 외륜 궤도면 사이에 구비되는 케이지(도시하지 않음)에 의하여 원주 방향으로 간격이 유지된다.
상기 외륜(13)은 반경 방향 외경 측으로 판상의 플랜지(17)를 구비하며, 상기 플랜지(17)의 외측 가장 자리에는 베어링 설치를 위한 복수의 설치공(17a)이 축방향으로 관통 형성된다.
한편 다양한 베어링들의 제조과정 중 시행되는 열처리 과정을 살펴보면 일반적으로 플랜지부가 구비되지 않은 볼 베어링의 경우 그 제조과정에서 베어링의 강성을 증대시키기 위하여 열처리 가공을 시행하게 된다. 상기의 열처리 가공은 켄칭 공정 공정과 템퍼링 공정으로 이루어진다.
상기 켄칭 공정은 베어링을 공온으로 가열한 후 냉각유 등을 이용하여 급냉시키는 방법으로 베어링의 강성을 높이는 작업이다.
상기 켄칭 공정 후 상기 켄칭 작업으로 인하여 베어링의 내부에 발생된 응력이 제거되고 베어링의 내부 조직이 균일화 되도록 템퍼링 공정을 하게된다. 이때 상기 템퍼링 공정은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 켄칭 작업에 의하여 높아진 경도의 변화를 방지하기 위하여 300℃ 이하의 저온으로 가열한 뒤 공랭시키는 저온 템퍼링을 시행하게 된다.
하지만 도 1에 도시된 플랜지 베어링(10)과 같이 플랜지부가 구비된 베어링에 상기와 같은 열처리 공정을 실시할 경우 플랜지부에 과도한 변형이 발생하거나, 전경화 열처리 후 경도가 높아진 플랜지부의 선삭 가공시 과도한 가공부하가 발생하는 문제점이 있었다. 따라서 상기와 같은 플랜지 베어링(10)의 제조에 있어서는, 일반적으로 내륜(11)은 전경화 열처리를 하여 제조하나, 외륜(13)은 플랜지(17)를 구비하므로 고주파 열처리를 외륜(13)의 내주면에 형성된 외륜 궤도면에만 한정 실시하여 경화작업이 되도록 했다.
하지만 이러한 외륜궤도면에 한정된 열처리로 인하여, 경화작업이 충분히 이루어지지 않은 플랜지부는 요구되는 강도를 충족시키지 못하여 베어링이 설치되어 구동될 시 플랜지부가 변형되거나 깨지는 등의 문제점이 발생되었다.
대한민국 공개특허공보 제10-1999-0035349호(2000.06.26)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 소둔 공정 이후 플랜지 베어링에 조질 열처리를 실시하여 경도가 향상된 플랜지부를 갖는 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 내륜과, 외륜과, 플랜지부와, 전동체와, 리테이너로 이루어지며; 상기 내륜은 원주 방향으로 연장되어 환원 형상으로 구비되고, 반경 방향 외경면에 내륜궤도가 원주 방향으로 연장 구비되며; 상기 외륜은 원주 방향으로 연장되어 환원 형상으로 구비되고, 반경 방향 내경면에 외륜궤도가 원주 방향으로 연장 구비되며; 상기 플랜지부는 상기 내륜 또는 외륜에 구비되고, 원주 방향으로 연장되어 판상으로 구비되며; 상기 전동체는 내륜과 외륜 사이에 구비되고, 리테이너에 의하여 원주 방향으로 이격되어 구비되며; 상기 리테이너는 상기 내륜과 외륜 사이에 구비되고, 전동체가 원주 방향으로 이격되도록 구비되며; 상기 플랜지부는 열처리 가공되어 240HV∼280HV 범위의 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링을 제공한다.
본 발명은 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링의 제조방법에 있어서; 단조 단계와, 구상화 소둔 단계와, 열처리 단계와, 선삭 단계와, 궤도 고주파열처리 단계와, 궤도가공 단계로 이루어지며; 상기 단조 단계에서는 고탄소 크롬강이 베어링의 형태에 맞도록 프레스 가공되고; 상기 구상화 소둔 단계에서는 상기 단조 가공된 베어링이 가공성이 향상되도록 열처리되며; 상기 열처리 단계에서는 베어링에 켄칭 공정과 템퍼링 공정을 실시하게 되고; 선삭 단계에서는 베어링의 내륜과 외륜 및 플랜지부의 모서리와 표면이 가공되며; 궤도 고주파열처리 단계에서는 베어링의 궤도면이 가공되고; 궤도가공 단계에서는 베어링의 궤도면에 궤도부가 선삭 가공되는 것을 특징으로 하는 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링의 제조방법을 제공한다.
상기에서, 열처리 단계의 켄칭 공정은 고탄소 크롬강을 820℃∼890℃ 범위로 가열시킨 후 급냉 시키는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 열처리 단계의 템퍼링 공정에서는 고탄소 크롬강이 재결정 온도 이상의 온도에서 가열되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 템퍼링 공정에서는 고탄소 크롬강이 630℃∼700℃ 범위의 고온에서 가열된 후 공냉되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 열처리 단계에서는 켄칭공정과 템퍼링 공정을 대신하여 노멀라이징 공정이 시행될 수 있으며; 상기 노멀라이징 공정에서는 고탄소 크롬강이 오스테나이트화 온도 이상으로 가열되어 일정시간 유지 후 서냉되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 노멀라이징 공정에서는 고탄소 크롬강이 820℃∼890℃ 범위의 온도로 가열된 후 서냉되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 타입 베어링 및 그 제조 방법은 플랜지를 갖는 베어링에 조질 열처리를 실시하여 플랜지부의 경도가 높아지고 설치된 플랜지 베어링의 플랜지부가 변형되거나 파손되는 것이 방지되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 플랜지 베어링을 도시한 단면도이고,
도 2는 종래의 플랜지 베어링의 제조과정에서 시행하는 템퍼링 공정시의 온도를 나타낸 그래프이며,
도 3은 본 발명에 따른 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링을 도시한 정면도이고,
도 4는 도 3의 B-B선에 따른 단면도이며,
도 5는 본 발명에 따른 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링 제조방법의 공정단계를 도시한 것이고,
도 6은 도 5의 플랜지 베어링의 제조공정에서 시행되는 켄칭 공정의 온도변화를 표시한 것이며,
도 7은 도 5의 플랜지 베어링의 제조과정에서 시행되는 고온 템퍼링의 온도변화를 표시한 것이다.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따르는 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링 및 그 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링을 도시한 정면도이고, 도 4는 도 3의 B-B선에 따른 단면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링 제조방법의 공정단계를 도시한 것이고, 도 6은 도 5의 플래지 베어링의 제조공정에서 시행되는 켄칭 공정의 온도변화를 표시한 것이며, 도 7은 도 5의 플래지 베어링의 제조과정에서 시행되는 고온 템퍼링의 온도변화를 표시한 것이다.
이하에서 본 발명의 플랜지 베어링을 이루는 고탄소 크롬강은 탄소 함유량이 0.90wt.％∼1.10wt.％ 범위이며, 크롬 함유량은 0.90wt.％∼1.70wt.％ 범위인 강을 의미한다.
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링은 내륜(110)과, 외륜(130)과, 플랜지부(170)와, 전동체(150)와, 리테이너(도시되지 않음)로 이루어진다.
상기 내륜(110)은 원주 방향으로 연장되어 환원 형상으로 구비된다. 상기 내륜(110)은 반경 방향 외경면에 내륜궤도가 원주 방향으로 연장 구비된다.
상기 외륜(130)은 원주 방향으로 연장되어 환원 형상으로 구비된다. 상기 외륜(130)은 반경 방향 내경면에 외륜궤도가 원주 방향으로 연장 구비된다.
상기 플랜지부(170)는 상기 내륜(110) 또는 외륜(130)에 구비된다. 상기 플랜지부(170)는 원주 방향으로 연장되어 판상으로 구비된다. 상기 플랜지부(170)의 반경 방향 외측에는 베어링이 설치 가능하도록 설치공(170a)이 구비된다. 상기 설치공(170a)은 원주 방향으로 이격되어 복수로 구비된다. 상기 플랜지부(170)는 열처리 가공되어 240HV∼280HV 범위의 경도를 갖는다.
상기 전동체(150)는 내륜(110)과 외륜(130) 사이에 구비된다. 상기 전동체(150)는 후술할 리테이너에 의하여 원주 방향으로 이격되어 구비된다.
상기 리테이너는 상기 내륜(110)과 외륜(130) 사이에 구비된다. 상기 리테이너는 전동체(150)가 원주 방향으로 이격되도록 구비된다.
도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명에 따르는 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링의 제조방법을 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링의 제조방법은 단조 단계(ST-110)와, 구상화 소둔 단계(ST-120)와, 열처리 단계(ST-130)와, 선삭 단계(ST-140)와, 궤도 고주파열처리 단계(ST-150)와, 궤도가공 단계(ST-160)로 이루어진다.
상기 단조 단계(ST-110)에서는 고탄소 크롬강이 베어링의 형태에 맞도록 프레스 가공된다.
상기 구상화 소둔 단계(ST-120)에서는 상기 단조 가공된 베어링이 가공성이 향상되도록 열처리된다. 상기 구상화 소둔 단계를 거친 베어링은 소성가공이 용이하게 되고, 인성, 피로 강도가 향상된다.
상기 열처리 단계(ST-130)에서는 베어링에 켄칭 공정과 템퍼링 공정을 실시하게 된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 켄칭 공정에서는 고탄소 크롬강으로 이루어진 베어링이 820℃∼890℃ 범위로 가열되어 40분을 유지한 후 급냉 된다. 상기 켄칭 공정에서는 베어링이 전경화 처리되어 경도가 상승된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 템퍼링 공정에서는 고탄소 크롬강으로 이루어진 베어링이 재결정 온도 이상의 온도에서 가열된다. 상기 템퍼링 공정에서는 고탄소 크롬강이 630℃∼700℃ 범위의 고온에서 가열되어 100분을 유지한 후 공냉된다.
상기와 같은 켄칭 및 템퍼링 공정을 실시한 플랜지부(170)는 240HV∼260HV 범위의 경도를 갖는다.
상기 열처리 단계(ST-130)는 노멀라이징 공정으로 이루어질 수 있다.
상기 열처리 단계(ST-130)에서는 고탄소 크롬강이 오스테나이트화 온도 이상으로 가열되어 일정시간(예, 40분) 유지 후 서냉된다. 상기 열처리 단계(ST-130)에서는 고탄소 크롬강이 820℃∼890℃ 범위의 온도로 가열되어 을 유지한 후 서냉된다. 상기와 같은 열처리 단계(ST-130)의 노멀라이징 공정을 실시한 플랜지부(170)는 240HV∼280HV 범위의 경도를 갖는다.
상기 선삭 단계(ST-140)에서는 베어링의 내륜(110)과 외륜(130) 및 플랜지부(170)의 모서리와 표면이 가공된다.
궤도 고주파열처리 단계(ST-150)에서는 베어링의 궤도면이 고주파열처리 가공된다. 상기 궤도 고주파열처리 단계(ST-150)에서 열처리된 궤도면은 선행된 열처리 단계(ST-130)에 의하여 경화 깊이가 종래보다 깊어지는 효과가 발생한다.
상기 궤도가공 단계(ST-160)에서는 베어링의 궤도면에 궤도부가 선삭 가공된다. 상기 궤도가공 단계(ST-160)에서 가공된 궤도부는 상기 전동체(150)가 구동되는 가이드 역할을 하게된다.
상기에 기재한 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링의 제조방법에 따라 제조한 플랜지 베어링의 플랜지부는 종래보다 20％∼30％ 범위로 경도가 상승한다. 뿐만 아니라 상기에 기술한 바와 같이, 궤도면에 고주파 열처리 가공시 경화 깊이가 깊어지는 효과도 발생한다.
지금까지 본 발명에 따른 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링 및 그 제조 방법은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링
110: 내륜 130: 외륜
150: 전동체 170: 플랜지부

Claims (7)

  1. 내륜(110)과, 외륜(130)과, 플랜지부(170)와, 전동체(150)와, 리테이너로 이루어지며; 상기 내륜(110)은 원주 방향으로 연장되어 환원 형상으로 구비되고, 반경 방향 외경면에 내륜궤도가 원주 방향으로 연장 구비되며; 상기 외륜(130)은 원주 방향으로 연장되어 환원 형상으로 구비되고, 반경 방향 내경면에 외륜궤도가 원주 방향으로 연장 구비되며; 상기 플랜지부(170)는 상기 내륜(110) 또는 외륜(130)에 구비되고, 원주 방향으로 연장되어 판상으로 구비되며; 상기 전동체(150)는 내륜(110)과 외륜(130) 사이에 구비되고, 리테이너에 의하여 원주 방향으로 이격되어 구비되며; 상기 리테이너는 상기 내륜(110)과 외륜(130) 사이에 구비되고, 전동체(150)가 원주 방향으로 이격되도록 구비되며; 상기 플랜지부(170)는 열처리 가공되어 240HV∼280HV 범위의 경도를 가지며, 상기 플랜지부(170)를 가지는 내륜(110) 또는 외륜(130)의 궤도는 플랜지부(170)의 열처리 가공 후에 고주파 경화되는 것을 특징으로 하는 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링.
  2. 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링의 제조방법에 있어서; 단조 단계(ST-110)와; 구상화 소둔 단계(ST-120)와; 열처리 단계(ST-130)와; 선삭 단계(ST-140)와; 궤도 고주파열처리 단계(ST-150)와; 궤도가공 단계(ST-160)로 이루어지며; 상기 열처리 단계(ST-130)는 820℃∼890℃ 범위로 가열시킨 후 급냉되는 켄칭 공정과 고탄소 크롬강의 재결정 온도 이상의 온도에서 가열된 후 서냉되는 템퍼링 공정으로 이루어져 상기 플랜지부(170)는 240HV∼280HV 범위의 경도를 가지며; 상기 궤도 고주파열처리 단계(ST-150)는 상기 열처리 단계(ST-130) 후에 실행되어 궤도면이 고주파열처리 가공되고; 궤도가공 단계(ST-160)에서는 고주파열처리 가공된 베어링의 궤도면에 궤도부가 가공되는 것을 특징으로 하는 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2 항에 있어서, 상기 템퍼링 공정에서는 고탄소 크롬강이 630℃∼700℃ 범위의 고온에서 가열된 후 공냉되는 것을 특징으로 하는 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링의 제조방법.
  6. 제2 항에 있어서, 상기 열처리 단계(ST-130)는 노멀라이징 공정이며; 상기 노멀라이징 공정에서는 고탄소 크롬강이 오스테나이트화 온도 이상으로 가열되고 가열된 온도에서 유지 후 서냉되어, 상기 플랜지부(170)는 240HV∼280HV 범위의 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 노멀라이징 공정에서는 고탄소 크롬강이 820℃∼890℃ 범위의 온도로 가열된 후 서냉되는 것을 특징으로 하는 고탄소 크롬강으로 이루어진 플랜지 베어링의 제조방법.
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