KR102293571B1 - 조향장치용 베어링 캡 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 조향장치용 베어링 캡 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 특수강인 베어링강으로 제조되는 조향장치용 베어링 캡을 45C 탄소강을 이용하여 저렴하면서도 쉽고 빠르게 가공 제조할 수 있도록 개선된 조향장치용 베어링 캡 제조방법에 관한 것이다.

Description

조향장치용 베어링 캡 제조방법{Method of manufacturing bearing cap for steering system}
본 발명은 조향장치용 베어링 캡 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기존 특수강인 베어링강으로 제조되는 조향장치용 베어링 캡을 45C 탄소강을 이용하여 저렴하면서도 쉽고 빠르게 가공 제조할 수 있도록 개선된 조향장치용 베어링 캡 제조방법에 관한 것이다.
자동차의 동력 보조 조향장치는 유압 펌프의 유압을 이용한 유압식 조향장치(Hydraulic Power Steering Apparatus)에서 최근 모터를 이용한 전동식 조향장치(Electric Power Steering Apparatus)로 점차 보편화 되어가고 있다.
일반적인 전동식 조향장치는 조향휠부터 양측 바퀴에까지 이어지는 조향계통 및 조향계통에 조향보조동력을 공급하는 보조동력기구를 포함하여 구성된다.
보조동력기구는 운전자가 조향휠에 가하는 조향토크를 감지하고 감지된 조향토크에 비례하는 전기신호를 출력하는 토크센서, 토크센서로부터 전해지는 전기신호에 기초하여 제어신호를 발생하는 전자제어장치(ECU:Electronic Control Unit), 전자제어장치로부터 전해지는 제어신호에 기초하여 조향보조동력을 발생시키는 모터 및 벨트를 매개로 모터에서 발생한 보조동력을 랙바에 전달하는 벨트식 전동장치를 포함한다.
이러한 조향장치에서 롤링 베어링은 일반적으로 내측 레이스(inner race), 외측 레이스(outer race), 및 이 레이스들의 4개의 베어링 트랙(bearing track) 사이에 배열된 롤링 요소(rolling element) 세트, 통상, 볼(ball) 세트를 포함하며, 각각의 레이스들에는 2개의 베어링 트랙이 제공된다.
특히, 볼 세트의 마모를 방지하기 위해 베어링 캡이 마련되는데, 베어링 캡 속에 볼 세트가 내장된다.
이와 같은 베어링 캡은 과도한 힘을 받기 때문에 고강도, 고경도가 요구되며, 통상 베어링강이라고 하는 특수강을 절삭가공하여 만든다.
그런데, 베어링강은 고경도, 고강도 특수강이기 때문에 비용이 매우 고가일 뿐만 아니라, 절삭 가공하기도 어렵고, 가공에 따른 시간도 많이 걸리는 단점이 있다.
국내 등록특허 제10-1846579호(2018.04.02.) 스트러트 베어링 가변 프릭션 장치 국내 공개특허 제10-2017-0130811호(2017.11.29.) 전동식 조향장치의 베어링
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 기존 특수강인 베어링강으로 제조되는 조향장치용 베어링 캡을 45C 탄소강을 이용하여 저렴하면서도 쉽고 빠르게 가공 제조할 수 있도록 개선된 조향장치용 베어링 캡 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 베어링 캡의 재료가 되는 탄소강을 열처리한 후 성형하여 만들어지는 조향장치용 베어링 캡 제조방법에 있어서; 탄소 0.42-0.48중량%, 규소 0.15-0.35중량%, 망간 0.60-0.90중량%, 인 0.03이하(0%는 제외), 황 0.035중량%(0%는 제외), 니켈 0.1-0.2중량%, 크롬 0.1-0.2중량% 및 나머지 Fe로 조성된 탄소강을 930-950℃의 열처리로에서 2시간 동안 가스침탄하는 제1단계; 가스침탄을 중단하고 일산화탄소를 공급하면서 그 온도로 1시간동안 유지하여 확산처리하는 제2단계; 상기 제2단계 후 곧바로 830℃ 유냉방식으로 ??칭하여 침탄된 탄소가 마르텐사이트 조직에 고용되게 하는 제3단계; 상기 제3단계 후 180℃ 온도에서 2시간 동안 템퍼링하여 조직은 안정화시키는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 베어링 캡 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 기존 특수강인 베어링강으로 제조되는 조향장치용 베어링 캡을 45C 탄소강을 이용하여 저렴하면서도 쉽고 빠르게 가공 제조할 수 있도록 개선된 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명은 조향장치용 베어링 캡 제조방법을 제공하며, 특히 45C 탄소강을 이용하여 특수강인 베어링강에 버금가는 고경도 특성을 갖도록 하여 조향장치용 베어링 캡에 사용할 수 있도록 구현한 것이 특징이다.
즉, 본 발명은 베어링 캡의 재료가 되는 탄소강을 열처리한 후 성형하여 만들어지는 조향장치용 베어링 캡 제조방법을 제공한다.
이때, 45C 탄소강이란 탄소함량이 0.42-0.48중량%인 경우를 말하며, S45C 탄소강이라고 표현하지만, 보통 45C 강으로 통칭하고 있다.
45C 탄소강은 탄소 0.42-0.48중량%, 규소 0.15-0.35중량%, 망간 0.60-0.90중량%, 인 0.03이하(0%는 제외), 황 0.035중량%(0%는 제외), 니켈 0.1-0.2중량%, 크롬 0.1-0.2중량% 및 나머지 Fe로 조성된다.
이 경우, 불가피한 불순물은 극미량으로서 통상 생략하므로 설명에서 제외하였다.
본 발명에 따른 베어링 캡 제조방법은 상술한 조성을 갖는 45C 탄소강을 930-950℃의 열처리로에서 2시간 동안 가스침탄하는 제1단계를 먼저 수행한다.
이때, 가스침탄에 사용되는 캐리어가스는 수소와 질소를 1:1의 부피비로 혼합한 다음, 이 혼합가스와 메탄가스를 1:0.1의 부피비로 재혼합한 재혼합가스를 사용한다.
여기에서, 수소와 질소 혼합가스는 흡열성 반응을 통해 침탄부위의 탄소농도를 증대시키도록 하고, 메탄가스는 침탄 반응을 촉진하기 위해 사용된다.
이어, 재혼합가스의 공급을 중단하고 일산화탄소를 공급하면서 그 온도로 1시간동안 유지하여 확산처리하는 제2단계가 수행된다.
상기 제2단계를 수행하는 이유는 탄화물이 석출되지 않으면서 표면으로부터 10-15㎛ 깊이로 탄소원자간 혼성결합이 일어나게 하여 경도를 급격히 높이도록 하기 위함이다.
특히, 침탄 열처리를 하여 탄소가 많이 고용된 마르텐사이트 조직을 갖춤으로써 경도를 높여 내마모성을 강화시키기 위함이다.
즉, 침탄은 강을 오스테나이트 조직상태로 가열하여 탄소를 침입시키고, 변태를 이용하여 마르텐사이트 조직을 생성시켜 경화되게 하는 방법이다.
이 경우, 보통은 탄소함량이 많아지면 경도가 떨어지지만, 마르텐사이트 조직에 탄소가 고용되게 하면 반대로 경도를 증대시킬 수 있다.
이를 위해, 상기 제2단계 후 곧바로 830℃ 유냉방식으로 ??칭하여 침탄된 탄소가 마르텐사이트 조직에 고용되게 하는 제3단계가 수행된다.
그리고, 상기 제3단계 후 180℃ 온도에서 2시간 동안 템퍼링하여 조직은 안정화시키는 제4단계 수행된다.
이와 같은 단계를 거쳐 열처리하게 되면, 평균 표면경도가 680-700HV를 확보할 수 있었다.
예컨대, 본 발명에 따라 제조된 45C 탄소강의 열처리된 표면 조직을 현미경으로 확인하고 촬영한 사진을 아래에 첨부한다.
Figure 112021037987719-pat00001
위 사진은 45C 탄소강을 본 발명에 따른 방법으로 표면 침탄처리한 결과를 보인 조직사진으로서, 여기에는 침탄-??칭-템퍼링의 열처리과정이 포함된 것이다.
덧붙여, 본 발명에서는 성형된 베어링 캡의 표면에 탈황석고 2.5중량%, 피마자유 10중량%, 디메틸아크릴아마이드 6.5중량%, 겔라이트 3중량%, 메탈폴리실록산 20중량%, 나프탈렌 설폰산염 5.5중량%, 황산마그네슘 4.5중량%, 카본아미노실리카블랙 15중량% 및 나머지 폴리카보네이트수지를 혼합 교반한 코팅액을 스프레이코팅하여 슬립성, 윤활성 및 내부식성을 더욱 강화시킬 수 있다.
이때, 탈황석고는 속경성을 높이면서 특히 수축방지를 통해 균열을 억제하기 위해 첨가되고, 피마자유는 경화속도를 조절하고 혼화성을 유지하며 윤활성을 확보하면서 블리딩 억제하기 위해 첨가되며, 디메틸아크릴아마이드는 슬립성을 강화시키기 위해 첨가된다.
또한, 겔라이트는 내구성 및 자기보수성을 얻기 위해 첨가되며, 메탈폴리실록산은 소포성과 발수성 및 내부식성을 강화하기 위해 첨가되고, 나프탈렌 설폰산염은 유동성과 흐름성을 증대시키기 위해 첨가된다.
그리고, 황상마그네슘은 경화를 촉진하고 부착강도를 확보하기 위해 첨가되며, 카본아미노실리카블랙은 공극을 감소시켜 인장강도 및 내구성을 증대시키기 위해 첨가된다.

Claims (1)

  1. 탄소 0.42-0.48중량%, 규소 0.15-0.35중량%, 망간 0.60-0.90중량%, 인 0.03이하(0%는 제외), 황 0.035중량%(0%는 제외), 니켈 0.1-0.2중량%, 크롬 0.1-0.2중량% 및 나머지 Fe로 조성된 탄소강을 930-950℃의 열처리로에서 2시간 동안 가스침탄하는 제1단계; 가스침탄을 중단하고 일산화탄소를 공급하면서 그 온도로 1시간동안 유지하여 확산처리하는 제2단계; 상기 제2단계 후 곧바로 830℃ 유냉방식으로 ??칭하여 침탄된 탄소가 마르텐사이트 조직에 고용되게 하는 제3단계; 상기 제3단계 후 180℃ 온도에서 2시간 동안 템퍼링하여 조직은 안정화시키는 제4단계;를 포함하는 조향장치용 베어링 캡 제조방법에 있어서;
    상기 제1단계에서 가스침탄에 사용되는 캐리어가스는 수소와 질소를 1:1의 부피비로 혼합한 다음, 이 혼합가스와 메탄가스를 1:0.1의 부피비로 재혼합한 재혼합가스를 사용하고;
    상기 제4단계 후, 성형된 베어링 캡의 표면에 탈황석고 2.5중량%, 피마자유 10중량%, 디메틸아크릴아마이드 6.5중량%, 겔라이트 3중량%, 메탈폴리실록산 20중량%, 나프탈렌 설폰산염 5.5중량%, 황산마그네슘 4.5중량%, 카본아미노실리카블랙 15중량% 및 나머지 폴리카보네이트수지를 혼합 교반한 코팅액을 스프레이코팅하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 조향장치용 베어링 캡 제조방법.
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