KR102224511B1 - 초경팁을 포함하는 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형 - Google Patents

Abstract

본 발명은 요홈형상의 오일 저장소를 내주면에 구비한 원통형 슬라이딩 베어링을 제조하는 것에 사용되며, 오일 저장소를 형성하는 팁부분에 초경재료를 사용함에 따라 오일 저장소를 빠르게 내주면에 형성가능하면서도 높은 내구성을 가지는 초경팁을 포함하는 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형에 관한 것이다. 본 발명은 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형에 있어서, 상기 금형은 (a) 원통형의 본체; (b) 상기 본체의 외주면에 일정한 간격으로 배치된 10~100개의 요홈 형상의 오일 저장소 제조용 초경팁; 및 (c) 상기 원통형 본체를 고정하는 고정부를 포함하며, 상기 초경팁은 직경 5~10㎜ 및 길이 7~15㎜이고, 상단부는 테이퍼 형상으로 가공되어 있으며, 상기 초경팁은 결합제로서 코발트(Co) 15~25중량부, 잔부 4~8㎛의 입경을 가지는 텅스텐카바이드로 구성되는 것을 특징으로 하는 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형을 제공한다.

Description

초경팁을 포함하는 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형{Mold for manufacturing a cylindrical sliding bearing including a carbide tip}

본 발명은 초경팁을 포함하는 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 요홈형상의 오일 저장소를 내주면에 구비한 원통형 슬라이딩 베어링을 제조하는 것에 사용되며, 오일 저장소를 형성하는 팁부분에 초경재료를 사용함에 따라 오일 저장소를 빠르게 내주면에 형성가능하면서도 높은 내구성을 가지는 초경팁을 포함하는 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형에 관한 것이다.

일반적으로 슬라이딩 베어링은 이동체와 고정체 사이에 구비되어 이동체 또는 고정체에 면 접촉 상태에서 이동체가 고정체로부터 원활하게 이동 가능하도록 지지하는 장치이다. 특히, 이러한 슬라이딩 베어링은 구름 베어링에 비해 충격에 견디는 힘이 강하므로 비교적 하중이 많이 나가는 산업 기계의 슬라이딩 부에 광범위하게 사용된다.

이러한 슬라이딩 베어링에는 축과 슬라이딩 접촉면에 내부 마모를 방지하기 위해 윤활유가 급지되는데, 이러한 윤활유의 급지는 일반적으로 주기적으로 실시되며, 축이 회전함에 따라 윤활유가 축과 슬라이딩 베어링 사이의 접촉면에 유입되어 얇은 유막을 형성하게 된다.

그런데, 이러한 슬라이딩 베어링은 가동 중에 마찰이나 외부로부터 큰 하중을 받을 때, 습동면에 충분한 윤활유가 부족한 경우에는 부분적으로 유막이 파괴될 수 있으며, 또한 일정 시간 이상 사용하게 되면 윤활유의 소진으로 유막 부족 현상이 발생하게 되어서 축과 슬라이딩 베어링 사이의 습동면에서 금속간 접촉이 발생하게 되고, 그 접촉 압력에 의한 마찰열로 축과 슬라이딩 베어링 사이의 습동면에서 소착 현상이 발생되어 슬라이딩 베어링의 수명이 다하게 된다.

또한, 이러한 슬라이딩 베어링의 작동 중에 축과 슬라이딩 베어링 사이의 습동면에 이물질이 유입되거나 발생하는 경우, 이를 빨리 제거하지 않으면 습동면에서의 이물질에 의한 마찰이 발생하여 슬라이딩 베어링의 수명을 단축시키는 문제가 발생하게 된다.

이와 같은 슬라이딩 베어링에 있어서, 축과 슬라이딩 베어링 사이의 습동면이 되는 슬라이딩 베어링의 내주면에 오일 저장소를 제공하는 방안에 대한 다양한 기술들이 제안되고 있으며, 이에 대한 종래 기술로서 미국 특허 공보 6,241,393 B1의 경우에는, 첨부 도면 도 1의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이 축(13) 부재의 회전에 따라 슬라이딩이 발생하는 부위가 되는 부싱(14)에 천공 방식으로 형성된 오일 저장소(9)를 제공하도록 하며, 이러한 부싱(14)의 외주면을 케이싱(18)으로 지지하는 구조를 제시하고 있는데, 슬라이딩이 발생하는 원통형 슬라이딩 베어링(부싱)의 내주면에 천공되어 제공되는 오일 저장소의 면적은 전체 원통형 슬라이딩 베어링의 내주 면적의 20~40%에 해당하도록 오일 저장소를 만들 경우 윤활 특성이 개선된다고 보고하고 있다.

또한, 한국 공개특허공보 특1999-0082076호 (출원번호 제 10-1998-0705798호)에 의해 개시된 원통형 슬라이딩 베어링의 경우에는, 0.03~0.3㎜의 얇은 깊이의 윤활유 포켓 형태의 오일 저장소를 제시하면서, 이러한 오일 저장소의 넓이 비(오일저장소의 넓이/오일저장소의 깊이: 포켓 깊이에 대한 포켓 넓이의 비율)는 10 ~ 40 ㎜(㎟/㎜)이며, 그 직경인 4㎜ 이하의 작은 오일 저장소를 설치하고, 이때 측벽 각도(α), 즉 오일 저장소의 측벽과 슬라이딩 베어링의 내주면이 이루는 각도의 보각(α)이 30°～ 60°인 경우(공개특허공보 특1999-0082076호의 도 6a 및 도6b 참조)에 윤활특성이 개선된다고 보고하고 있으며, 그 요홈의 단면 형상은 구상 중 일부 단편을 취한 형상(공개특허공보 특1999-0082076호의 도 6a)과 원추대 형상(공개특허공보 특1999-0082076호의 도 6b)를 제시하고 있다.

한편, 한국 공개특허공보 제 10-2011-0100254호 (특허출원 제 10-2011-7015270호)에 의해 개시된 원통형 슬라이딩 베어링의 경우에는, 요홈 형태의 윤활유(오일) 저장부를 긴 포켓형과 원형의 포켓형으로 제공하며, 이러한 윤활유 저장부의 체적이 전체 원통형 슬라이딩 베어링(부시) 체적의 5 ~ 30%를 차지하도록 하는데, 이때 포켓 형태의 윤활유 저장부의 측벽과 슬라이딩 베어링의 내주면이 이루는 각도(공개특허공보 제 10-2011-0100254호의 도 4 및 도 5의 도면부호 'α')가120°～ 160°인 경우, 그리고 내주면의 요홈 형태의 오일 저장소가 차지하는 면적율(% = 오일 저장소의 전체 면적/슬라이딩 베어링의 내주면 전체 면적 × 100)은 15 ~ 60%인 경우에 윤활 특성이 개선 효과가 달성된다고 보고하고 있다.

이러한 모든 선행 기술에서 기술적으로 추구하고자 하는 기본적인 목표는 가능한 많은 양의 윤활유를 슬라이딩 베어링의 내주면에 저장하되 이를 저장하는 오일 저장소의 면적을 최소화하여 내하중성을 담보하고자 하는 것인데, 이러한 관점에서 슬라이딩 베어링의 내주면의 면적대비 상대적으로 가능한 많은 양의 윤활유를 담기 위해서는 요홈 형상의 오일 저장소의 깊이가 깊어야 하지만, 오일 저장소의 깊이가 슬라이딩 베어링 두께의 1/3 이상이 되는 경우에는 베어링의 강도가 약하여 죔쇄량에 비하여 이탈력이 작아지며 이로 인하여 사용중에 베어링이 이탈되는 경우가 발생하며, 또한 오일 저장소의 측벽과 슬라이딩 베어링의 내주면이 이루는 각도의 보각(α)이 90°에 가깝게 되면 날카로운 에지(edge)를 만들게 되어서 저장된 윤활유가 슬라이딩 베어링의 내주면으로 원활히 유출되지 못하며 또한 요홈 형상의 오일 저장소의 측벽의 날카로운 에지(edge)에 의해 슬라이딩 베어링과 상호 운동하기 위해 내부에 장착되는 부재(축)가 손상되는 문제점이 발생하게 된다.

다른 한편으로, 요홈 형태의 오일 저장소의 면적이 전체 슬라이딩 베어링의 내주면 면적의 일정한 면적비를 넘어갈 경우에는 윤활유를 공급하는 면적은 증가되나, 반면에 하중을 지지할 수 있는 면적이 작아져서 상대적으로 고하중 상태가 유도되어서 유막 끊김 현상이 발생하기에 충분한 내하중성을 얻기가 어렵게되는 문제점이 발생하게 된다. 따라서, 가능한 면적비를 크게 하지 않으면서도 많은 양의 윤활유를 담기 위한 추가적인 방안으로서 공개특허공보 제10-2011-0100254호의 도면 2에 도시된 바와 같이 내주면에 제공되는 제 1 윤활유 저장소(공개특허공보 제10-2011-0100254호의 도면 2의 도면부호 '111') 뿐만 아니라 외주면에도 별도의 제 2 윤활유 저장소(공개특허공보 제10-2011-0100254호의 도면 2의 도면부호'112')를 만들고서는 이러한 두 부분의 윤활유 저장소가 관통공을 통하여 상호 연결되도록 하는 구조가 제시되기도 하였는데,

이러한 종래 기술에서는 외주면에 별도의 윤활유 저장소가 제공되는 구조임에도 불구하고, 슬라이딩 베어링의 내주면에 형성되는 제 1 윤활유 저장소의 형상을 최적화시키지 못함으로써 상당히 높은 수준의 면적비, 즉 20.8～48.1%의 과도한 면적비(공개특허공보 제10-2011-0100254호의 식별부호 [0047] 문단 참조)가 확보되어야만, 원통형 슬라이딩베어링(100)의 내주면(S1)에 윤활유를 충분히 공급하고 순환시켜 국부적인 유막끊김을 감소시키다는 목적을 달성할 수 있는 구조인 바, 결국 이와 같은 높은 수준의 면적비로는 내하중성을 높이기가 어렵다는 기술적인 한계점을 갖는다.

아울러, 앞서 설명한 종래 기술에서 제시하는 요홈 형태의 오일 저장소는 예컨대 한국 공개특허공보 제 10-2011-0091928호 (출원번호 제 10-2009-0128646호)에 개시된 바와 같이 머시닝 센터(MCT)에서 'ㄱ'자형의 특수한 공구팁을 장착한 공구를 사용하여 1개 내지 3개씩 순차적으로 기계 가공 방식에 의해 제공되는데, 이와 같이 이미 원통형으로 가공된 슬라이딩 베어링의 내주면에 이와 같은 오일 저장소를 기계 가공 방식으로 제공하는 경우에는, 이때 공구의 회전력이 90°로 꺾이게 되어 회전 부하율이 높고, 또한 공구에 과도한 열이 발생하여 제작에 상당한 어려움을 나타낸다.

앞서 설명된 기계 가공 방식의 경우, 오일 저장소의 단면 형태를 최적화시키기 위하여 단면 구조가 홈의 가공 깊이에 따라서 변화하는 형상의 요홈을 가공하기 위해서는 공구팁의 형태를 2중 구조로 변경해서 제작하여야 하는데, 이러한 경우에는 가공선의 형태 변화부에서의 불연속성이 최종 제품에서 오일의 흐름을 방해하는 현상을 유도하기도 하며, 또한 실제 가공 작업에서는 공구의 수명이 짧아서 공구 교체 등에 소요되는 시간과 비용이 상당하여 결국 생산성이 크게 저하되는 문제점이 발생하게 된다.

전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 요홈형상의 오일 저장소를 내주면에 구비한 원통형 슬라이딩 베어링을 제조하는 것에 사용되며, 오일 저장소를 형성하는 팁부분에 초경재료를 사용함에 따라 오일 저장소를 빠르게 내주면에 형성가능하면서도 높은 내구성을 가지는 초경팁을 포함하는 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형을 제공하고자 한다.

상술한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형에 있어서, 상기 금형은 (a) 원통형의 본체; (b) 상기 본체의 외주면에 일정한 간격으로 배치된 10~100개의 요홈 형상의 오일 저장소 제조용 초경팁; 및 (c) 상기 원통형 본체를 고정하는 고정부를 포함하며, 상기 초경팁은 직경 5~10㎜ 및 길이 7~15㎜이고, 상단부는 테이퍼 형상으로 가공되어 있으며, 상기 초경팁은 결합제로서 코발트(Co) 15~25중량부, 잔부 4~8㎛의 입경을 가지는 텅스텐 카바이드로 구성되는 것을 특징으로 하는 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형을 제공한다.

상기 초경팁은 상기 원통형의 본체에 압입되어 고정될 수 있다.

상기 원통형의 본체는 철, 구리, 크롬, 니켈, 티타늄, 스테인레스 또는 알루미늄을 포함할 수 있다.

상기 초경팁의 상단부 테이퍼 형상은 초경팁의 중심부를 기준으로 50~70°의 각도를 가지는 제1테이퍼부 및 상기 제1테이퍼부의 상반부에 위치하며, 초경팁의 중심부를 기준으로 130~150°의 각도를 가지는 제2테이퍼부로 구성될 수 있다.

상기 제1테이퍼부는 2~3㎜의 길이를 가지며, 상기 제2테이퍼부는 0.5~1㎜의 길이를 가질 수 있다.

상기 초경팁은 경도(HV30)가 840~1000 이며, 항절력(TRS)이 300kgf/㎟ 이상일 수 있다.

본 발명에 의한 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형은 기존의 공구팁을 이용한 기계가공법에 비하여 빠른 속도로 요홈을 가지는 원통형 슬라이딩 베어림을 제조할 수 있을 뿐만 아니라 요홈 제조용 팁을 초경합금으로 제작하여 높은 내구성을 가질 수 있어, 다량의 슬라이딩 베어링을 빠르고 낮은 비용으로 생산 가능하다.

도 1은 종래 기술에 따른 요홈 형상의 오일 저장소를 내주면에 구비한 슬라이딩 베어링의 구성도로서, (a)는 슬라이딩 베어링의 사시도이고, (b)는 축부재와의 결합 상태 단면도이며, (c)는 요부 확대 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 요홈 형상의 오일 저장소를 내주면에 구비한 슬라이딩 베어링을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 요홈 형상의 오일 저장소를 내주면에 구비한 슬라이딩 베어링을 제작하기 위해서 탄소강 환봉재에 요홈 형상의 오일 저장소를 형성하기 위해 사용되는 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형을 구비한 엠보싱 타입 금형시스템의 개략적인 전체 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형을 구비한 엠보싱 타입 금형시스템의 개략적인 단면도이다
도 5는 본 발명에 따라서 요홈 형상의 오일 저장소를 내주면에 구비한 슬라이딩 베어링을 제작하기 위한 진행 과정을 전체적으로 나타낸 순서도이다.
도 6은 도 5에서 도 3에 도시된 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형 사용한 실시예의 구체적인 진행 과정을 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 초경팁의 도면 및 실제로 제작된 초경팁의 사진이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형에 있어서, 상기 금형은 (a) 원통형의 본체; (b) 상기 본체의 외주면에 일정한 간격으로 배치된 10~100개의 요홈 형상의 오일 저장소 제조용 초경팁; 및 (c) 상기 원통형 본체를 고정하는 고정부를 포함하며, 상기 초경팁은 직경 5~10㎜ 및 길이 7~15㎜이고, 상단부는 테이퍼 형상으로 가공되어 있으며, 상기 초경팁은 결합제로서 코발트(Co) 15~25중량부, 잔부 4~8㎛의 입경을 가지는 텅스텐 카바이드로 구성되는 것을 특징으로 하는 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형에 관한 것이다.

상기 원통형 본체는 상기 금형의 베이스가 되는 부분으로 미리 제조된 원통형 슬라이딩 베어링 내부에 삽입된 다음, 소성가공을 통하여 베어링의 내주면에 요홈을 형성하게 된다. 따라서 상기 금형은 원통형 슬라이딩 베어링의 내주면보다 작은 직경을 가지도록 제작될 수 있으며, 상기 금형의 표면에는 초경팁이 형성되어 상기 소성가공에 의하여 베어링의 내주면에 요홈을 형성하게 된다.

상기 초경팁은 상기 본체의 외주면에 일정한 간격으로 배치될 수 있으며, 10~100개가 배치되어 베어링의 내주면에 요홈형상의 오일 저장소를 형성하게 된다. 이때 상기 초경팁은 상기 본체의 일방향에 일렬로 배치되는 경우, 1회의 소성가공이후 본체의 회전 또는 이동에 의하여 인접부로 이동하는 것을 반복하여 요홈을 형성할 수 있으며, 또한 상기 본체의 전방향에 초경팁이 일정간격으로 배치되는 경우 베어링 내부 전체를 한번에 소성가공하여 요홈을 형성할 수도 있다(도 3참조).

상기 초경팁은 직경 5~10㎜ 및 길이 7~15㎜이고, 상단부는 테이퍼 형상으로 가공될 수 있다. 상기 초경팁은 요홈형상의 오일 저장소를 형성하도록 사용되는 것이며, 요홈 형상의 오일 저장소가 깊이 3㎜를 초과하는 경우 내부에 저장되어있는 오일이 베어링 내주면으로 전부 유출되지 않기 때문에 효율이 떨어질 수 있을 뿐만 아니라, 상기 오일 저장소에 분진이 침착될 수 있어 베어링의 윤활력이 오히려 감소할 수 있다. 아울러 상기 초경팁에 의하여 형성되는 오일 저장소(210)의 깊이(Do=d1+d2+d3)는 원통형 슬라이딩 베어링(100)의 두께(To)의 1/3 이하인 것이 바람직하다. 이는 오일 저장소(210)의 깊이(Do=d1+d2+d3)가 전체 원통형 슬라이딩 베어링(100)의 두께(To)의 1/3을 넘게 되면 원통형 슬라이딩 베어링(100)의 강도가 약하게 되어서 베어링의 체결 후에 쉽게 이탈되는 현상이 나타나므로 이를 방지하기 위해서는 오일 저장소의 깊이가 이를 넘지 않아야 하기에 설정되는 한계이다(도 7참조).

따라서 상기 초경팁의 길이가 7㎜미만인 경우 상기 오일저장소의 깊이가 낮아져 충분한 오일을 저장하지 못함에 따라 베어링의 윤활력이 낮아질 수 있으며, 15㎜를 초과하는 경우 소성가공시 오일 저장소의 깊이가 3㎜이상으로 형성되어 효율이 떨어짐과 동시에 분진이 침착될 수 있다. 아울러 상기 초경팁의 길이가 15㎜를 초과하는 경우, 글라이딩 베어링 두께의 1/3을 초과하게 되어 베어링의 강도가 떨어질 수 있다.

또한 요홈 형상의 오일 저장소의 체적비, 즉 요홈 형상의 오일 저장소(210)의 면적에 대비한 상기 요홈 형상의 오일 저장소(210)의 체적의 비(㎣/㎟)가 1.0㎜ 내지 1.6㎜인 것이 바람직한데, 이러한 체적비의 값이 클수록 오일 저장량이 많아져서 급지 주기를 늘여주는 역할을 한다. 다만 상기 체적비의 최대값은 본 발명의 바람직한 실시예에서는 1.6㎜가 되는데, 이를 초과하게 되는 경우에는 사용 초기에는 많은 오일 저장량으로 급지 주기를 늘릴 수 있는 장점이 있지만, 일정 시간이 경과하여 오일 저장소의 벽면과 원통형 슬라이딩 베어링의 내주면이 직접 경계선을 형성하면서 날카로운 에지를 형성하게 되는 문제점을 발생하기 때문에 이를 회피하기 위함이다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 체적비의 최소값이 1.0㎜로 제한되는 것은 이 보다 작은 경우는 오일의 급지 주기가 짧아서 사용 효율이 나쁘기 때문이다. 또한 이러한 오일 저장소의 체적비를 위하여 상기 초경팁은 직경 5~10㎜로 제작될 수 있다. 초경팁의 직경이 5㎜미만으로 제작되는 경우 상기에 나타난 바와 같이 급지 주지가 짧아져 사용효율이 떨어질 수 있으며, 10㎜를 초과하는 직경으로 제작되는 경우 베어링의 내주면이 직접 경계선을 형성하면서 날카로운 에지를 형성하게 되는 문제점을 발생할 수 있다.

상기 초경팁은 상단부가 테이퍼 형상으로 제작될 수 있다. 상기 초경팁의 경우 소성가공시 가해지는 압력에 의하여 상기 베어링의 내주면에 오일 저장소를 형성하게 된다. 이때 단순히 원통형으로 제작되는 경우 일단에 형성된 에지 부분의 마모가 발생하여 균일한 오일저장소를 형성할 수 없을 뿐만 아니라 베어링 내부에 균일한 요홈을 형성하기도 어렵다. 따라서 상기 초경팁의 상단부를 테이퍼 형상으로 가공하여 오일 저장소의 소성기 균일한 요홈의 형성이 가능하도록 할 수 있다(도 7참조).

상기 초경팁의 상단부 테이퍼 형상은 초경팁의 중심부를 기준으로 50~70°의 각도를 가지는 제1 테이퍼부 및 상기 제1 테이퍼부의 상반부에 위치하며, 초경팁의 중심부를 기준으로 130~150°의 각도를 가지는 제2 테이퍼부로 구성될 수 있다. 상기 초경팁의 테이퍼 형상은 단일 각도를 가지는 테이퍼 형성으로 제작할 수도 있지만, 2개의 상이한 각도를 가지는 테이퍼 형상으로 제작하는 것이 바람직하다. 단일각도를 가지는 테이퍼 형상으로 제작하는 경우 원통형으로 제작된 것과 같이 에지부분이 마모되거나 너무 깊은 요홈을 형성할 수 있으므로, 에지부분을 형성하는 제1 테이퍼 부와 선단부를 형성하는 제2 테이퍼부로 제작하되, 각기 상이한 각도를 가지도록 하여, 에지부분을 보호하면서도 적절한 깊이는 가지는 요홈을 형성할 수 있도록 제작되는 것이 바람직하다. 이때, 에지부분에 위치하는 초경팁의 중심부를 기준으로 제1 테이퍼부는 50~70°의 각도를 가지는 것이 바람직하며, 상기 제1 테이퍼부의 각도가 50°미만인 경우 제1 테이퍼부와 제2 테이퍼부 사이에 또 다른 에지가 형성되어 초경팁의 내구성이 떨어질 수 있고, 70°를 초과하는 각도를 가지는 경우에는 에지의 각도가 급하게 형성되어 원통형으로 제작된 초경팁과 같이 내구성이 떨어질 수 있다. 또한 상기 제1 테이퍼부 상단에 위치하여 팁을 형성하는 제2 테이퍼부는 초경팁의 중심부를 기준으로 130~150°의 각도를 가지도록 제작되는 것이 바람직하다, 제2 테이퍼부의 각도가 130°미만인 경우 요홈의 깊이가 깊어져 베어링의 내구성이 떨어질 수 있으며, 150°를 초과하는 경우 팁의 뾰족한 부분이 형성되지 않아 소성시 필요한 압력이 많아져 제조상에 난점이 발생할 수 있다. 또한 이러한 각도로 제작됨에 따라 상기 제1 테이퍼부는 2~3㎜의 길이를 가지며, 상기 제2 테이퍼부는 0.5~1㎜의 길이를 가질 수 있다(도 7 참조).

상기 초경팁은 결합제로서 코발트(Co) 15~25중량부, 잔부 4~8㎛의 입경을 가지는 텅스텐카바이드로 구성될 수 있다. 상기 초경팁의 경우 소성시 요홈을 형성하여야 하기 때문에 높은 강도와 항절력을 가져야 한다. 따라서 이러한 것을 만족할 수 있는 초경재료로서 텅스텐 카바이드를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 텅스텐카바이드의 경우 높은 강도를 가지고 있지만 취성이 있어 깨질 수 있으며, 가공이 어려우므로, 4~8㎛의 입경을 가지는 분말상의 텅스텐카바이드를 결합제인 코발트와 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 상기 텅스텐카바이드의 입경이 4㎛미만인 경우 항절력이 떨어져 소성과정에서 파손될 수 있으며, 6㎛를 초과하는 경우 경도가 낮아져 요홈의 가공이 어려울 수 있다. 또한, 상기 코발트의 함량이 15중량부 미만인 경우 높은 경도를 가지나 낮은 항절력을 가지게 되어 상기 초경팁을 본체에 삽입시 파손될 수 있으며, 25중량부를 초과하는 경우 텅스텐 카바이드의 함량이 줄어들게 되어 경도가 떨어질 수 있다.

상기 초경팁은 경도(HV30)가 840~1000 이며, 항절력(TRS)이 300kgf/㎟이상 일 수 있다. 상기 HV30 경도가 840 미만인 경우 정상적인 소성가공이 불가능하거나 내구성이 떨어져 초경팁의 교환주기가 빨라질 수 있으며, 항절력이 300kgf/㎟미만인 경우 본체의 삽입과정 또는 소성과정에서 초경팁의 손상이 발생할 수 있다.

상기 초경팁은 상기 원통형의 본체에 압입되어 고정될 수 있다. 상기 초경팁의 경우 상기 원통형의 본체에 일렬 또는 방사상으로 배치되어 고정된다. 따라서 원통형으로 초경합금을 제조한 다음 이를 가공하여 상기 본체 및 초경팁을 일체형으로 제작하는 것도 가능하지만, 제작난이도의 상승 및 초경팁 손상시 교환문제로 인하여 본체와 초경팁을 각기 제작한 다음, 초경팁을 상시 본체와 결합하여 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 초경팁의 경우 나사선결합, 키결합등의 방법으로 상기 본체와 결합될 수 있지만 소성과정에서 주로 수직 방향으로 압력이 가해지므로, 단순히 압입하여 고정하는 것도 가능하다.

상기 원통형 본체의 경우 상기 초경팁을 고정할 수 있는 강도를 가지는 재질이라면 제한 없이 사용하여 제작할 수 있으며, 바람직하게는 철, 구리, 크롬, 니켈, 티타늄, 스테인레스 또는 알루미늄를 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 철 또는 스테인레스로 제작될 수 있다.

상기 초경팁에 의하여 소성되는 요홈형상의 오일 저장소(도 2)는 오일 저장소(210)가 되는 요홈의 측벽(212)과 원통형 슬라이딩 베어링의 내주면(200)이 이루는 모서리부에서 요홈의 측벽(212)과 원통형 슬라이딩 베어링의 내주면(200) 사이의 영역에 곡률 중심(center of curvature)이 설정되는 라운딩 구간(211)을 포함하고, 상기 라운딩 구간(211)의 하단에서 요홈의 저면(213)으로 연장되는 측벽(212)은 하방 테이퍼 구간을 포함하여 이루어지는 요홈 형상의 오일 저장소(210)가 내주면(200)에 제공되도록 하며, 그리고 원통형 슬라이딩 베어링(100)의 내주면(200)의 면적에 대한 상기 요홈 형상의 오일 저장소의 면적 비율이 되는 오일 저장소 면적 비율이 15% 내지 30%일 수 있다.

여기에서, 요홈 형상의 오일 저장소(210)의 면적 비율은 전체 원통형 슬라이딩 베어링의 접촉면적 대비 요홈 형상의 오일 저장소의 투영 면적의 백분율로 나타내며, 상기 면적 비율 범위의 최대값인 30%는 회전하는 상대부재(축 부재)가 원통형 슬라이딩 베어링의 내주면에서 접촉하중을 낮추면서 요홈 형태의 오일 저장소의 면적을 가능한 한 최대화할 수 있는 범위인 30%로 설정된 것이며, 만일 이 값을 초과하는 경우에는 오일 저장소를 제외한 면적의 비율이 낮아서 과도한 접촉 하중이 발생하고 그에 따라서 소음과 내하중성에 문제가 발생할 가능성이 높아지기 때문에 설정되는 한계이며, 상기 면적 비율 범위의 최소값인 15%는 이를 미달하는 경우에 지지하는 축 부재와 사이에서 오일(윤활유)의 순환이 충분치 않아서 유막 끊김 현상이 발생하며, 이에 따른 마찰로 인하여 마찰열의 발생이 증가하고, 결국에는 소착이 발생하여 축 부재를 큰 마찰 없이 원활하게 지지하여야 하는 슬라이딩 베어링의 본래의 기능을 다하기 어렵기 때문에 설정된 한계이다. 따라서, 이 범위는 바람직하기로는 그 범위를 축소하여서 20~27%를 유지한 경우에 더욱 좋은 결과를 얻을 수 있었다.

이와 관련하여, 종래의 일반적인 기술의 경우에는 본 발명과 달리 오일 저장소의 면적에 대비하여 이에 저장할 수 있는 오일 저장 체적의 비율, 즉 체적비로 평가되는 오일 저장 효율이 낮아서, 기본적인 슬라이딩 베어링의 마찰 방지 기능을 다하도록 오일 저장 체적 중심으로 설계하는 경우에는 오일 저장소의 면적 비율이 본 발명의 바람직한 실시예가 제시하는 범위를 상향 초과한 높은 면적비율(예컨대 30%를 초과하는 면적비)의 범위로 설정될 수밖에 없어서 결국 내하중성이 부족하게 되는 결과를 초래하고, 그러하지 않도록 높은 내하중성을 담보하도록 설계하는 경우에는 오일 저장소의 면적 비율을 가능한 낮은 수준(예컨대, 30%미만)으로 유지하도록 설계하여야 하는데, 이러한 종래의 일반적인 형상적인 구조를 가진 오일 저장소의 경우에 오일 저장소의 체적비가 낮기 때문에 낮은 면적 비율 범위의 오일 저장소를 가질 경우에는 오일 저장소 내에 충분한 양의 오일을 저장하기 어렵고, 이로 인하여 오일의 급지 주기를 단축시켜 사용자의 불편을 증대시키면서 장비 사용 효율을 떨어뜨리는 문제점을 가지고 있다.

한편, 앞서 언급한 바와 같이 최소한의 오일 저장소의 면적을 가지고 가능한 많은 양의 오일 저장 공간을 확보하기 위해서는 슬라이딩 면에 위치한 각각의 오일 저장소의 깊이를 가능한 한 깊게 만들어 주면 되지만, 오일 저장소의 깊이를 깊게 하기 위해서는 요홈 형태의 오일 저장소(210)의 측벽(212)과 원통형 슬라이딩 베어링의 내주면(200)이 이루는 각이 직각에 가까운 날카로운 에지를 형성하게 되어서 상대 부재(축)를 공격하여 그 표면에 흠을 발생하게 하는 등의 문제를 야기시키게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서는 요홈 형태의 오일저장소(210)의 측벽(212)과 원통형 슬라이딩 베어링의 내주면(200)이 이루는 모서리부에서, 도 3에 도시된 바와 같이 요홈의 측벽(212)과 원통형 슬라이딩 베어링의 내주면(200) 사이의 영역에 곡률 중심(center of curvature)이 설정되며, 곡률 반경은 R0.3㎜ ~ R1.0㎜의 범위를 가진 라운딩 구간(211)을 형성함으로써 이런 문제를 해결할 수 있다. 이러한 모서리부의 가공은 상기 초경팁을 이용한 소성과정에서 압력에 의하여 베어링 내주면에 변형되면서 자연스럽게 발생하는 것일 수도 있지만, 추가적인 후가공을 통하여 가공할 수도 있다.

모서리부의 라운딩 구간(211)의 곡률 반경이 R0.3㎜의 라운드보다 작은 곡률 반경을 가진 경우에는 R값이 너무 작아서 마모 발생시에 라운딩 효과가 미미하고, R1.0㎜의 라운드보다 크게 되면 오일 저장소의 체적비가 작아져서 급지주기를 단축하는 결과를 초래하므로 바람직하기로는 R0.3㎜ ~ R1.0㎜의 라운드 구간을 만드는 것이 좋다. 한편, 본 발명에서 금속 유동 방식의 소성가공을 통하여 제공되는 요홈 형태의 오일 저장소(210)의 평면 형상은 원형이 될 수도 있지만, 본 발명의 기본 개념에 기초하여 주변장을 따라서 설정값의 라운딩 구간을 가지도록 형성된다면 타원형 또는 사각형 또는 다른 다각형 형상을 가질 수도 있다.

아울러 상기 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형은 원통형 슬라이딩 베어링(100)을 형성하도록 중공부를 구비한 탄소강 환봉재(600)의 내주면에 도 5 내지 도 6에 예시된 방법 발명에 따라서 금속유동을 이용한 소성가공 방식을 선택하여 요홈 형상의 오일 저장소(210)를 가공하되, 후술될 도 3 내지 도 4에서 제안되는 구조의 소성가공 시스템, 즉 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형을 구비한 엠보싱 타입 금형시스템(800, 900)을 통하여 요홈 형상의 오일 저장소(210)를 가공하게 되는데, 이 경우에는 요홈 형태의 오일저장소의 제작 속도가 증가되어 슬라이딩 베어링의 생산성이 증가되는 효과가 있으며, 또한 요홈 형상의 오일 저장소의 측벽과 원통형 슬라이딩 베어링의 내주면이 이루는 날카로운 에지는 소성가공을 통하여 부드럽게 라운드를 줌으로써 오일 저장소를 구비한 슬라이딩 베어링과 상호 운동하기 위해 내부에 장착되는 부재의 손상을 방지하는 효과를 얻을 수 있게 된다.

이하에서는 도 3 내지 도 4의 장치 시스템에 대한 도면과 그리고 도5 내지 도 6의 순서도를 참조하여, 원통형 슬라이딩 베어링 제조 방법 및 이에 사용되는 엠보싱 타입 금형시스템을 설명하기로 한다.

먼저 공통적으로 진행되는 전체적인 공정은 도 5의 순서도에 도시된 바와 같이, 중공부를 가진 탄소강 환봉재(600)를 준비하는 단계(S110)와;

준비된 탄소강 환봉재(600)의 표면에 이물질을 제거하는 단계(S120)와;

이와 별도로 준비되는 엠보싱 타입 금형시스템(800, 900)용 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형을 제작하는 단계(S115)와;

원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형을 구비한 엠보싱 타입 금형시스템(800, 900)을 이용하여 탄소강 환봉재(600)로 이루어진 원통형 슬라이딩 베어링의 내주면에 복수개의 요홈 형상의 오일 저장소를 소성가공하는 단계(S130)와;

탄소강 환봉재(600)의 외주면에 원주방향의 오일 그루브(130)와 탄소강 환봉재(600)를 관통하는 원형의 연결용 관통홀(150)을 형성하는 단계(S140)와;

탄소강 환봉재(600)를 1차 절삭가공하는 단계(S150)와;

상기 탄소강 환봉재(600)를 열처리하는 단계(S160)와;

상기 열처리된 탄소강 환봉재(600)를 2차 절삭가공하는 단계(S170)와;

상기 탄소강 환봉재(600)의 내주면(200)에 이황화몰리브덴 또는 이황화몰리브덴과 폴리테트라플루오르에틸렌이 혼합된 고체윤활제를 코팅하고, 코팅층이 경화되도록 열처리하여 탄소강 환봉재(600)의 내주면(200)에 피막층을 형성하는 단계(S180)를 거치게 된다.

이하에서는, 도 3 및 도 4에 도시된 엠보싱 타입 금형시스템(800)을 이용하여 탄소강 환봉재(600)의 내부에 복수개의 요홈 형상의 오일 저장소(210)를 형성하는 단계(S130)에 대하여 도 6의 순서도를 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

즉, 본 발명의 기본 개념에 따라서 요홈 형상의 오일 저장소를 형성하는 방법 발명에 따르면, 소성가공 장치(엠보싱 타입 금형시스템)를 이용하여 요홈 형상의 오일 저장소를 금속 유동 방식의 소성가공으로 원통형 슬라이딩 베어링의 내주면에 제공하기 위하여,

앞서 설명된 엠보싱 타입 금형시스템용 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형을 제작하는 단계(S115)로서, 소성가공 장치(엠보싱 타입 금형시스템)를 구성하는 고정형의 금형의 외주면에 상기 요홈 형상의 오일 저장소(210)의 요홈 형상에 대응하는 형상을 가진 다수개의 초겹팁을 일렬로 압입 및 고정하여 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)을 제작하는 단계(S115)를 포함하고, 그리고

상기 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)을 상기 소성가공 장치(엠보싱 타입 금형시스템: 800)의 일정한 위치에 고정 설치하되, 상기 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)의 다수개의 초경팁이 상방을 향하여 배치되고, 다수개의 고정팁과 마주하는 대응상방 위치에 원통형 슬라이딩 베어링(즉, 탄소강 환봉재; 600)의 내주면이 종방향으로 배치되도록 하는 요홈 소성가공을 위한 가공 준비 단계(Sa131)와; 그리고 상기 원통형 슬라이딩 베어링(즉, 탄소강 환봉재; 600)을 하방으로 이동시켜서 원통형 슬라이딩 베어링의 상부 내주면(200)이 상기 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)의 상부 외주면에 제공된 다수개의 초경팁에 가압되어 금속 유동에 의한 소성 변형을 일으키면서 다수개의 요홈 형상의 오일 저장소(210)가 원통형 슬라이딩 베어링의 상부 내주면에 종방향으로 동시에 성형되도록 하는 요홈 형상의 오일 저장소 소성가공 단계(Sa132)를 거치게 되며, 나아가 연속적인 공정을 위하여

상기 요홈 형상의 오일 저장소 소성가공 단계(Sa132)가 완료되어서 상기 슬라이딩 베이링을 하방으로 이동시키던 가압력이 제거되면, 슬라이딩 베이링을 상방으로 복귀 이동시킨 다음에 슬라이딩 베이링을 설정 각도 만큼 원주 방향으로 회전시키는 단계(Sa133)와, 그리고 상기 요홈 형상의 오일 저장소 소성가공 단계(Sa132)를 반복 수행하게 된다.

이하에서는, 이러한 제작 과정을 수행하기 위한 장치 시스템과 그 작동 과정을 첨부 도면 도 3 과 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.

상술한 가공 방법을 수행함에 있어서, 소성가공 장치로서 제공되는 엠보싱 타입 금형 시스템(800)은, 도 3의 사시도 및 도 4의 단면도에 도시된 바와 같이, 다수개의 초경팁이 상방을 향하여 배치된 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810), 양측에서 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)을 지지하는 금형 지지체(820), 탄소강 환봉재(600)를 지지하는 환봉재 지지체(830), 일측이 환봉재 지지체(830)에 삽입되고 타측이 베이스 지지체(870)에 삽입되며 가압용 지그(850)에 의해서 압력이 전달되면 압축되며 압력이 제거되면 원상태로 회복되는 이동부(840), 그리고 일측에 금형 지지체(820)가 결합하여 금형 지지체(820)를 지지하며 동일측에 이동부(840)가 삽입된 베이스 지지체(870)을 포함하여 이루어질 수 있다. 한편, 가압용지그(850)는 프레스를 사용하여 가압할 수 있으며, 이동부(840)로서는 코일스프링, 공압실린더 및 유압실린더 중 하나를 사용할 수 있다.

또한, 엠보싱 타입 금형 시스템(800)은 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)의 일측에 탈부착되어 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)을 회전시키는 금형 회전부(860), 탄소강 환봉재(600)의 일측에 탈부착되어 탄소강 환봉재(600)를 회전시키는 환봉재 회전부(880), 및 외부에서 입력된 입력 값 또는 세팅된 값에 따라서 금형 회전부(860) 및 환봉재 회전부(880)에 설정된 동작 명령을 전달하여 금형 회전부(860) 및 환봉재 회전부(880)를 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810) 및 탄소강 환봉재(600)에 탈부착한 상태로 일정한 각도 만큼 회전시키는 제어부(도면 미도시)를 포함할 수 있다.

또한, 제어부(도면 미도시)는 가압용 지그(850)에 명령을 전달하여 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)이 내측으로 삽입된 탄소강 환봉재(600)의 외주면을 하방으로 가압할 수 있다.

또한, 제어부(도면 미도시)는 이동부(840)가 공압실린더 및 유압실린더를 사용할 때 공압실린더 및 유압실린더를 제어할 수 있다.

금형 회전부(860) 및 환봉재 회전부(880)는 회전하기 위하여 일측에 각각 모터(도면 미도시)를 연결할 수 있다. 또한, 금형 회전부(860) 및 환봉재 회전부(880)는 앞뒤로 전진 및 후퇴하기 위하여 공압 또는 유압실린더(도면 미도시)사용할 수 있다.

도 3 및 도 4에 예시된 엠보싱 타입 금형 시스템(800)은 금형 회전부(860) 및 환봉재 회전부(880)를 탄소강 환봉재(600) 및 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)의 일측에만 탈부착하는 것으로 도시 되었지만, 양측에 탈부착시킬 수 있음은 당연하다.

도 3 및 도 4에 예시된 엠보싱 타입 금형시스템(800)을 이용하여 탄소강 환봉재(600)의 내부에 복수개의 요홈 형상의 오일 저장소(210)을 형성하기 위하여, 먼저, 탄소강 환봉재(600)의 내부에 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)을 삽입하는데, 이 때 성형되고자 하는 요홈 형상의 오일 저장소(210)의 성형 패턴에 맞도록 다수개의 초경팁이 상방을 향하여 배치되고, 다수개의 초경팁과 마주하는 대응 상방 위치에 탄소강 환봉재(600)의 내주면이 종방향으로 배치되도록 한다.

이후, 가압용 지그(850)를 이용하여 탄소강 환봉재(600)를 가압하게 되는데, 이에 따라서 이동부(840)에 대하여 압력이 가해져 이동부(840)가 압축되고 환봉재 지지체(830)가 하강하여 탄소강 환봉재(600)의 내주면이 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)에 형성된 엠보싱 형상의 초경팁에 접촉하게 된다.

이후, 가압용 지그(850)가 보다 큰 압력을 가하면, 탄소강 환봉재(600)의 내주면에는 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)에 형성된 엠보싱 형상의 초경팁에 의해 인가되는 압력에 의해 금속 유동에 의한 소송 가공 방식의 요입 홈이 형성되게 된다.

이와 같이 탄소강 환봉재(600)의 내주면에 오일 저장소를 위한 요홈이 형성된 후에 가압용 지그(850)에 가해지던 압력이 제거되면, 이동부(840)가 원상으로 복귀되면서 환봉재 지지체(830)가 다시 상승하게 된다.

이후에는, 제어부의 명령에 따라서 금형 회전부(860) 및 환봉재 회전부(880)가 각각 내부금형(810) 및 탄소강 환봉재(600)를 미리 설정된 일정한 각도만큼 회전시키게 되는데, 이때의 미리 설정된 각도는 탄소강 환봉재(600)의 내주면에 동시에 형성되는 1열의 요홈들이 원주 방향으로 설정된 간격으로 분할되어 이격되는 각도 범위로 형성될 수 있도록 설정될 수 있을 것이다.

한편, 이상에서 설명된 도 3 및 도 4에 예시된 엠보싱 타입 금형시스템(800)에서는, 앞서 설명된 방법 발명의 ‘슬라이딩 베이링을 설정 각도 만큼 원주 방향으로 회전시키는 단계(Sa133)'와 달리, 환봉재 회전부(880)와 더불어서 금형 회전부(860)에 의해 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)도 작업 도중에 회전되는 것으로서 설명되었지만, 이는 원통형 슬라이딩 베어링의 내주면(200)에 성형되는 요홈 형상의 오일 저장소(210)의 형상이나 성형 패턴이 원주 방향을 따라서 변화되는 경우로서 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)의 외주면에 원주 방향으로 상이한 돌출부 패턴이 성형된 경우에 필요한 것으로서, 만일 원주 방향에 따른 변화가 없는 경우라면 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)을 회전시키기 위한 금형 회전부(860)는 더 이상 반드시 필요하지 않고, 또한 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)에도 설치된 상태에서 수직 상방으로 단지 1열의 돌출부가 구비되는 것으로도 충분하다고 할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

실시예1~20

도 7에 나타난 것과 동일한 초경팁을 제조하였다. 이때 사용된 원료의 비율 및 선단부의 테이퍼각을 달리하여 각각의 코경팁을 제조하였으며, 이를 하기의 표 1에 나타내었다.

	WC입경	Co비율	1테이퍼부 각도	2테이퍼부 각도	직경	길이
실시예1	2㎛	20wt%	60°	140°	7㎜	9㎜
실시예2	4㎛	20wt%	60°	140°	7㎜	9㎜
실시예3	6㎛	20wt%	60°	140°	7㎜	9㎜
실시예4	8㎛	20wt%	60°	140°	7㎜	9㎜
실시예5	10㎛	20wt%	60°	140°	7㎜	9㎜
실시예6	6㎛	10wt%	60°	140°	7㎜	9㎜
실시예7	6㎛	15wt%	60°	140°	7㎜	9㎜
실시예8	6㎛	20wt%	60°	140°	7㎜	9㎜
실시예9	6㎛	25wt%	60°	140°	7㎜	9㎜
실시예10	6㎛	30wt%	60°	140°	7㎜	9㎜
실시예11	6㎛	20wt%	40°	140°	7㎜	9㎜
실시예12	6㎛	20wt%	50°	140°	7㎜	9㎜
실시예13	6㎛	20wt%	60°	140°	7㎜	9㎜
실시예14	6㎛	20wt%	70°	140°	7㎜	9㎜
실시예15	6㎛	20wt%	80°	140°	7㎜	9㎜
실시예16	6㎛	20wt%	60°	120°	7㎜	9㎜
실시예17	6㎛	20wt%	60°	130°	7㎜	9㎜
실시예18	6㎛	20wt%	60°	140°	7㎜	9㎜
실시예19	6㎛	20wt%	60°	150°	7㎜	9㎜
실시예20	6㎛	20wt%	60°	160°	7㎜	9㎜

실험예 1

텅스텐 카바이드(WC)의 입경 및 코발트의 비율에 따른 물성변화를 확인하기 위하여 실시예 1~10의 비율로 제조된 시편을 이용하여 밀도, 경도 포화자화도, 항자력 및 항절력 실험을 실시하였다. 각 시편은 1400℃의 온도에서 30분간 진공소결하였으며, 항절력 시험용 시편 BAR-TYPE의 규정에 적합하도록 제작하였다. 각 실험결과는 하기의 표2에 나타내었다.

	밀도 (g/㎤)	경도 HV30	포화자화도 4πσ	항자력 Oe	항절력 kgf/㎟
실시예1	13.84	1173	310.7	140	294
실시예2	13.75	1027	327.1	134	306
실시예3	13.66	932	341.7	120	314
실시예4	13.49	748	354.8	112	231
실시예5	13.111	665	366.4	80	193
실시예6	14.71	1084	170.9	141	233
실시예7	14.13	989	215.3	138	251
실시예8	13.69	932	341.7	120	314
실시예9	13.18	734	427.1	100	348
실시예10	12.79	657	512.6	90	351

표 2에 나타난 바와 같이, 가장 높은 항절력을 보이는 비율은 6㎛의 텅스텐카바이드를 20wt%의 코발트와 조합한 실시예(실시예 3, 8)로 나타났다. 실시예 1~2에 나타난 바와 같이, 입경이 작은 텅스텐 카바이드를 사용하는 경우 경도는 높아졌지만 항절력이 떨어지고 있었으며, 입경이 큰 텅스텐 카바이드를 사용한 실시예 4~5의 경우 경도가 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

또한 코발트 함량이 낮은 실시예 6~7의 경우 WC의 높은 함량으로 인하여 경도는 상승하였지만, 항절력이 떨어지는 것을 확인할 수 있었으며, 코발트 함량이 높은 실시예 9~10의 경우 경도가 감소하는 것을 확인하였다.

실험예 2

상기 실시예 1~31의 비율 및 형상으로 초경팁을 100개씩 제조한 다음, 본체 압입 및 슬라이딩 베어링 내주면 오일저장소(요홈) 형성실험을 수행하였다. 사용된 베어링은 SCM420 상당의 금속소재를 사용하여 실제로 제작된 원통형 슬라이딩 베어링(벽두께 7㎜, 외부 직경 200㎜, 길이 300㎜)을 사용하였으며, 그 제조방법은 위에서 살펴본 바와 동일하다. 각 실험결과를 하기의 표 3에 나타내었다.

	압입시 파손 (개)	베어링 제조시 파손 (개)	평균 요홈 깊이 (㎜)	평균 요홈 직경 (㎜)
실시예1	10	68	2.1	6.1
실시예2	2	30	2.0	6.1
실시예3	1	21	2.0	6.0
실시예4	2	29	1.8	5.9
실시예5	3	35	1.5	4.9
실시예6	15	79	2.1	6.0
실시예7	3	25	2.1	6.1
실시예8	1	21	2.0	6.0
실시예9	3	30	1.8	5.8
실시예10	3	33	1.3	4.7
실시예11	2	16	3.7	6.1
실시예12	1	18	2.3	6.2
실시예13	1	19	2.0	6.0
실시예14	2	25	1.8	6.1
실시예15	1	39	1.1	6.0
실시예16	2	49	3.1	6.1
실시예17	1	35	2.2	5.9
실시예18	1	21	2.0	6.0
실시예19	2	36	1.7	6.1
실시예20	1	51	1.1	5.9

경도가 높은 실시예 1~2 및 실시예 6~7의 경우 압입시 파손 및 제조시 파손이 상당이 높은 비율로 나타났지만 요홈의 크기는 정상적으로 제조되는 것을 확인할 수 있었으며, 경도가 낮은 실시예 4~5 및 실시예 9~10의 경우 압입 및 제조시 파손되는 양은 줄어들었지만 항절력이 줄어듦에 따라 요홈의 크기 및 깊이가 줄어들어 정상적으로 제조되지 못하는 것으로 나타났다.

제1 테이퍼부의 각도가 작아진 실시예 11~12의 경우 요홈의 깊이가 깊어지는 것을 확인할 수 있었으며, 실시예 11의 경우 베어링의 벽두께의 1/3보다 깊이 요홈이 형성되어 베어링의 파손위험이 높아지는 것을 확인하였다. 이와는 반대로 제1 테이퍼부의 각도가 커진 실시예 14~15의 경우 요홈 형성시 파손이 상당 부분 늘어나는 것을 확인할 수 있었으며, 요홈의 깊이도 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.

제2 테이퍼부의 각도가 작아진 실시예 16~17의 경우 뾰족한 선단부로 인하여 제조시 파손이 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 요홈의 깊이도 깊어지는 것을 확인하였다. 이와는 반대로 각도가 커진 실시예 19~20의 경우 선단부 팁의 각도가 커져 소성가공이 원활하지 않아 파손이 발생함과 동시에 요홈의 깊이도 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.

실험예 3

상기 실시예중 가장 우수한 효과를 가지는 실시예 3(실시예 8, 13, 18도 동일)의 초경팁을 이용하여 베어링 제조실험을 실시하였다.

SCM420 상당의 금속소재를 사용하여 실제로 제작된 다양한 규격의 원통형 슬라이딩 베어링(100)들에 대하여, 회전하는 상대 부재(축부재)는 SCM440 환봉소재를 쿠엔칭(quenching) & 템퍼링(tenpering) 처리한 후 표면에 크롬 도금을 실시한 직경 50㎜의 축을 사용하면서 핀/베어링 리그 시험기로써 내하중성 시험과 급지주기 시험을 수행하였다.

여기에서, 내하중성 시험은, 1회 그리스 주입 후 진자 운전 방식 형태로 요동각도 120°, 슬라이딩 선속도는 3m/min이며, 이때 하중조건은 8톤에서부터 24톤까지 9단계별로 2톤씩 힘을 증가하면서 매 단계에 마찰계수가 0.25 이상으로 급상승하는 지점까지 시험하였는데, 각 단계는 1,000싸이클(진자운동 방식으로 1회는 각 단계에서 인가하기로 한 힘을 가하고, 다음 1회는 인가된 힘을 줄여서 1톤이 걸린 상태로 운전하는 것을 1싸이클로 한다)의 진자 운전을 하며 마찰계수의 상승이 없이 진행이 완료되면, 다음 단계로 하중을 2톤 증가하여 다시 1,000싸이클을 진행한다. 이렇게 단계를 계속해서 진행하다가 어느 단계에서 마찰계수가 0.25이상을 상회하게 되는 순간 시험을 중단하게 되고 그 직전 단계의 하중값으로 '내하중성'을 표현하였다.

급지주기 시험은, 1회 그리스 주입 후 진자 운전 방식 형태로 요동각도 120°, 슬라이딩 선속도는 3m/min이며, 하중조건은 14톤의 하중을 준 상태에서 시험을 진행하여 마찰계수가 0.25이상으로 급상승할 때까지의 싸이클 횟수를 천단위로 나타내었다.

여기에서, 시험 평가 대상이 된 원통형 슬라이딩 베어링은 오일 저장소의 직경이 6㎜이며, 면적비는 22.3%를 가지며, 모서리부의 라운딩곡률 반경은 0.6R 이며, 오일 저장소의 깊이는 2.0㎜ 이다. 그리고, 제작된 원통형 슬라이딩 베어링은 침탄 열처리를 통하여 0.5㎜ 이상의 유효경화층을 가지며, 최종슬라이딩 연마 가공 후, 내주면에 대하여 15㎛의 두께로 윤활제 코팅하여 완성한 것으로 시험하였으며, 시험 결과에 따르면 내하중성은 약 18톤이며, 급지주기는 약 37K사이클 후 마찰계수의 급상승이 나타났기에, 시험 결과로 합격 판정이 될 정도의 양호한 결과를 확인할 수 있었다.

그리고, 나머지 실시예 21 ~ 32와 비교예 1 ~ 4의 실험변수가 되는 오일 저장소의 직경, 저장소의 깊이, 모서리부의 라운딩 구간의 곡률 반경, 및 면적비의 변화에 대한 각각의 시험 결과는 다음의 표 4와 같다.

구분	실험변수				평가결과
	요홈 직경	요홈 깊이	모서리 라운딩R	면적비	체적비	내하중성	급지주기	판정	비고
	㎜	㎜	㎜	%	㎜	ton	cycle (x1000)
실시예21	6	2	0.6	22.3	1.02	18	37	합격
실시예22	6	2.5	0.6	22.3	1.28	18	46	합격
실시예23	6	3	0.6	22.3	1.54	18	46	합격
실시예24	7	2.5	0.6	23.1	1.37	18	51	합격	가장 우수
실시예25	8	2.5	0.6	26.4	1.45	16	65	합격
실시예26	9	2.5	0.6	27.8	1.50	16	65	합격
실시예27	10	2.5	0.6	29.4	1.55	16	30	합격
실시예28	5	2.5	0.6	19.6	1.16	18	35	합격
실시예29	6	2.5	0.6	17.0	1.28	20	33	합격
실시예30	6	2.5	0.3	22.3	1.62	16	58	합격
실시예31	6	2.5	1.0	22.3	0.89	18	32	합격
실시예32	6	2.5	0.8	22.3	1.08	18	38	합격
비교예1	6	1.0	0.6	22.3	0.51	18	18	불합격	급지주기 30미만
비교예2	6	2.5	0.6	10.5	1.28	22	19	불합격	급지주기 30미만
비교예3	6	2.5	0.6	35.0	1.28	14	5	불합격	내하중성 16미만
비교예4	6	2.5	0.1	22.3	1.87	18	27	불합격	급지주기 30미만

이러한 시험 결과는 위의 표 4에서 확인되는 바와 같이, 시험 결과에 대한 판정으로서 내하중성이 16톤 이상이 되고 급지 주기가 30 이상인 경우(실시예 21 ~ 32)에는 합격 판정을, 그리고는 이러한 조건을 만족하지 못한 경우(비교예 1~ 4)는 불합격 판정으로 표시되었다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

100: 슬라이딩 베어링
200: 내주면
210: 요홈 형상의 오일 저장소
211: 라운딩 구간
212: 측벽
213: 요홈의 저면
600: 탄소강 환봉재
800, 900: 엠보싱 타입 금형시스템
810: 고정형 돌출부 금형
912: 이동형 돌출부 금형
912a: 돌출부

Claims (6)

1. 금형시스템을 이용하여 환봉재의 내부면 상에 복수개의 요홈 형상의 오일 저장소를 형성하는 방법에 있어서,
   상기 금형시스템은,
   다수개의 초경팁이 상방을 향하여 배치된 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810), 상기 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)을 양측에서 지지하는 금형 지지체(820), 환봉재(600)를 지지하는 환봉재 지지체(830), 일측이 환봉재 지지체(830)에 삽입되고 타측이 베이스 지지체(870)에 삽입되며 가압용 지그(850)에 의해서 압력이 전달되면 압축되며 압력이 제거되면 원상태로 회복되는 이동부(840), 상기 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)의 일측에 탈부착되어 회전시키는 금형 회전부(860), 상기 환봉재(600)의 일측에 탈부착되어 회전시키는 환봉재 회전부(880) 및 일측에 금형 지지체(820)가 결합하여 금형 지지체(820)를 지지하며 동일측에 이동부(840)가 삽입된 베이스 지지체(870)를 포함하고,
   상기 환봉재(600)의 내부에 상기 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)을 삽입하고, 요홈 형상의 오일 저장소(210)의 성형 패턴에 맞도록 다수개의 초경팁이 상방을 향하여 배치되고, 상기 다수개의 초경팁과 마주하는 위치에 상기 환봉재(600)의 내주면이 종방향으로 배치되도록 하는 단계;
   상기 가압용 지그(850)를 이용하여 상기 환봉재(600)를 가압함에 따라서 상기 이동부(840)에 대하여 압력이 가해져 상기 이동부(840)가 압축되고 상기 환봉재 지지체(830)가 하강하여 상기 환봉재(600)의 내주면이 상기 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)에 형성된 엠보싱 형상의 초경팁에 접촉하는 단계;
   상기 가압용 지그(850)가 압력을 가하는 경우에, 상기 환봉재(600)의 내주면 상에 상기 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810)에 형성된 엠보싱 형상의 초경팁에 의해 인가되는 압력에 의해 금속 유동에 의한 소송 가공 방식의 요입 홈이 형성되는 단계;
   상기 환봉재(600)의 내주면에 오일 저장소를 위한 요홈이 형성된 후에 상기 가압용 지그(850)에 가해진 압력을 제거하면, 상기 이동부(840)가 원상으로 복귀되면서 상기 환봉재 지지체(830)가 다시 상승하는 단계; 및
   상기 금형 회전부(860) 및 환봉재 회전부(880)가 각각 상기 상기 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형(810) 및 환봉재(600)를 기설정된 각도만큼 회전시키는 단계;를 포함하고,
   상기 원통형 슬라이딩 베어링 제조용 금형은,
   (a) 원통형의 본체; (b) 상기 본체의 외주면에 일정한 간격으로 배치된 10~100개의 요홈 형상의 오일 저장소 제조용 초경팁; 및 (c) 상기 원통형 본체를 고정하는 고정부를 포함하며, 상기 초경팁은 직경 5~10㎜ 및 길이 7~15㎜이고, 상단부는 테이퍼 형상으로 가공되어 있으며, 상기 초경팁은 결착제로서 코발트(Co) 15~25중량부, 잔부 4~8㎛의 입경을 가지는 텅스텐 카바이드로 구성되며, 상기 초경팁에 의하여 형성되는 오일 저장소의 깊이(Do=d1+d2+d3)는 원통형 슬라이딩 베어링(100)의 두께(To)의 1/3 이하인 것을 특징으로 하는, 금형시스템을 이용한 환봉재 내부면 상의 오일 저장소 형성 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 초경팁은 상기 원통형의 본체에 압입되어 고정되는 것을 특징으로 하는 금형시스템을 이용한 환봉재 내부면 상의 오일 저장소 형성 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 원통형의 본체는 철, 구리, 크롬, 니켈, 티타늄, 스테인레스 또는 알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 금형시스템을 이용한 환봉재 내부면 상의 오일 저장소 형성 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 초경팁의 상단부 테이퍼 형상은 초경팁의 중심부를 기준으로 50~70°의 각도를 가지는 제1 테이퍼부 및 상기 제1 테이퍼부의 상반부에 위치하며, 초경팁의 중심부를 기준으로 130~150°의 각도를 가지는 제2 테이퍼부로 구성되는 것을 특징으로 하는 금형시스템을 이용한 환봉재 내부면 상의 오일 저장소 형성 방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 테이퍼부는 2~3㎜의 길이를 가지며, 상기 제2 테이퍼부는 0.5~1㎜의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 금형시스템을 이용한 환봉재 내부면 상의 오일 저장소 형성 방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 초경팁은 경도(HV30)가 840~1000 이며, 항절력(TRS)이 300kgf/㎟이상인 것을 특징으로 하는 금형시스템을 이용한 환봉재 내부면 상의 오일 저장소 형성 방법.

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