KR102351841B1 - 소결 부품의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

금속 분말을 포함하는 원료 분말을 프레스 성형하여 성형체를 제작하는 성형 공정과, 상기 성형체에 드릴을 이용하여 구멍을 형성함으로써, 상기 구멍의 내주면과 상기 성형체의 외측면 사이의 두께가 상기 구멍의 직경보다 작은 박육부를 형성하는 천공 가공 공정과, 상기 천공 가공 공정 후, 상기 성형체를 소결하는 소결 공정을 포함하고, 상기 천공 가공 공정은 상기 성형체의 상기 외측면에 있어서의 상기 구멍의 축 방향 전체 길이에 걸친 영역을 압박한 상태로 행하고, 상기 성형체의 상기 외측면을 압박하는 영역의 폭은 상기 구멍의 직경의 1/3배 이상 2배 이하인 소결 부품의 제조 방법.

Description

소결 부품의 제조 방법

본 발명은 소결 부품의 제조 방법에 관한 것이다.

본 출원은 2017년 3월 7일 출원된 일본 출원 제2017-043127호에 기초하는 우선권을 주장하며, 상기 일본 출원에 기재된 모든 기재 내용을 원용하는 것이다.

자동차용 부품이나 일반 기계의 부품 등에 이용되는 소결 부품으로서, 특허문헌 1이나 특허문헌 2의 소결 부품이 알려져 있다. 이들 소결 부품의 제조는 각각, 금속 분말을 함유하는 원료 분말을 프레스 성형한 성형체의 미리 정해진 위치에 드릴로 천공 가공을 실시하고, 천공 가공을 실시한 성형체를 소결함으로써 행해지고 있다. 특허문헌 1에서는 천공 가공에 양초형 드릴을 이용하고 있고, 특허문헌 2에서는 선단에 원호형의 절삭날을 갖는 드릴(R-드릴)을 이용하고 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2016-113658호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2016-113657호 공보

본 개시에 따른 소결 부품의 제조 방법은,

금속 분말을 포함하는 원료 분말을 프레스 성형하여 성형체를 제작하는 성형 공정과,

상기 성형체에 드릴을 이용하여 구멍을 형성함으로써, 상기 구멍의 내주면과 상기 성형체의 외측면 사이의 두께가 상기 구멍의 직경보다 작은 박육부를 형성하는 천공 가공 공정과,

상기 천공 가공 공정 후, 상기 성형체를 소결하는 소결 공정

을 포함하고,

상기 천공 가공 공정은 상기 성형체의 상기 외측면에 있어서의 상기 구멍의 축 방향 전체 길이에 걸친 영역을 압박한 상태로 행하고,

상기 성형체의 상기 외측면을 압박하는 영역의 폭은 상기 구멍의 직경의 1/3배 이상 2배 이하이다.

도 1은 실시형태에 따른 소결 부품의 제조 방법의 개략을 나타내는 사시도이다.
도 2는 실시형태에 따른 소결 부품의 제조 방법에 있어서, 드릴의 축 방향에서 성형체를 본 평면도이다.
도 3a는 실시형태에 따른 드릴의 일례를 설명하는 개략 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 드릴을 선단측에서 본 개략 정면도이다.
도 3c는 도 3a의 드릴의 선단부를 부분적으로 나타내는 개략 측면도이다.

상기 특허문헌 1의 소결 부품은 원통형으로 형성되며, 원통의 외주면과 내주면을 관통하는 관통 구멍이 원통의 단부면 근방에 형성되어 있다. 이 소결 부품은 관통 구멍의 내주면과 원통의 단부면 사이의 두께가 관통 구멍의 직경보다 작은 박육부를 구비한다. 특허문헌 2의 소결 부품은 원통형으로 형성되며, 원통의 외주면과 내주면을 관통하는 관통 구멍이, 관통 구멍의 내주면과 원통의 단부면의 거리가 관통 구멍의 직경과 동일 이상이 되는 부분에 형성되어 있다. 이들 소결 부품의 제조는 각각, 금속 분말을 함유하는 원료 분말을 프레스 성형한 성형체의 미리 정해진 위치에 드릴로 천공 가공을 실시하고, 천공 가공을 실시한 성형체를 소결함으로써 행해지고 있다. 상기 특허문헌 1에서는 천공 가공에 양초형 드릴을 이용하고 있고, 상기 특허문헌 2에서는 선단에 원호형의 절삭날을 갖는 드릴(R-드릴)을 이용하고 있다.

《발명이 해결하고자 하는 과제》

양초형 드릴을 이용함으로써, 소결 부품과 비교하여 저강도인(취약한) 소결 전의 성형체라도 박육부의 외측면의 균열을 억제하기 쉽다. 그러나, 양초형 드릴을 이용하여도 가공 조건에 따라서는 박육부의 외측면에 균열이 생기는 경우가 있었다.

그래서, 박육부의 외주면에 균열 등의 상처가 없는 소결 부품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.

《발명의 효과》

본 개시의 소결 부품의 제조 방법은, 박육부의 외주면에 균열 등의 상처가 없는 소결 부품을 생산성 좋게 제조할 수 있다.

《본 발명의 실시형태의 설명》

먼저 본 발명의 실시양태의 내용을 열기하여 설명한다.

(1) 본 발명의 일양태에 따른 소결 부품의 제조 방법은,

금속 분말을 포함하는 원료 분말을 프레스 성형하여 성형체를 제작하는 성형 공정과,

상기 성형체에 드릴을 이용하여 구멍을 형성함으로써, 상기 구멍의 내주면과 상기 성형체의 외측면 사이의 두께가 상기 구멍의 직경보다 작은 박육부를 형성하는 천공 가공 공정과,

상기 천공 가공 공정 후, 상기 성형체를 소결하는 소결 공정

을 포함하고,

상기 천공 가공 공정은 상기 성형체의 상기 외측면에 있어서의 상기 구멍의 축 방향 전체 길이에 걸친 영역을 압박한 상태로 행하고,

상기 성형체의 상기 외측면을 압박하는 영역의 폭은 상기 구멍의 직경의 1/3배 이상 2배 이하이다.

상기 구성에 따르면, 박육부의 외주면에 균열 등의 상처가 없는 소결 부품이 얻어진다. 천공 가공 공정 시에 성형체의 외측면을 압박함으로써, 드릴에 의해 구멍을 외주측으로 밀어 벌리는 것 같은 응력에 의해 박육부가 구멍의 외측으로 넓어지는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 소결 부품에 비해서 취약한 성형체여도, 성형체에 균열 등의 상처가 형성되는 일없이 구멍을 형성하기 쉽다. 그 때문에, 박육부의 외측면에 상처가 없는 성형체가 얻어진다. 소결 부품의 표면 성형은 성형체의 표면 성형을 실질적으로 유지하기 때문에, 박육부의 외측면에 상처가 없는 성형체를 소결함으로써, 박육부의 외측면에 상처가 없는 소결 부품이 얻어진다. 압박하는 영역의 폭이 구멍의 직경의 1/3배 이상임으로써, 성형체의 외측면에 충분한 압박력을 부가할 수 있다. 상기 폭이 구멍의 직경의 2배 이하임으로써, 성형체의 외측면에 국소적으로 과도한 압박력이 작용하는 것을 억제할 수 있다. 상기 폭이란, 구멍의 축 방향에 직교하며, 또한 외측면을 따르는 방향의 길이를 말한다.

(2) 상기 소결 부품의 제조 방법의 일형태로서, 상기 드릴은 선단부에 원호형의 절삭날을 갖는 것을 들 수 있다.

상기 구성에 따르면, 선단부에 원호형의 절삭날을 갖는 드릴을 이용함으로써, 성형체에 관통 구멍을 형성할 때, 구멍의 출구의 둘레 가장자리가 깨지는 소위 엣지 치핑의 발생을 억제할 수 있다. 엣지 치핑은 구멍의 바닥이 드릴로 절삭되지 않고 빠질 때, 바닥의 근방도 함께 무너짐으로써 생긴다. 상기 드릴은 절삭날의 형상이 원호형이기 때문에, 스러스트 하중 자체가 낮은 데다가, 구멍의 바닥에 작용하는 스러스트 하중이 분산되어 응력 집중이 적기 때문에, 드릴이 관통하기 직전까지 성형체를 절삭할 수 있어, 드릴이 관통하는 것보다 먼저 구멍의 바닥이 무너지는 것을 억제할 수 있다. 「원호형의 절삭날」에 대해서는, 자세히는 후술한다.

《본 발명의 실시형태의 상세》

본 발명의 실시형태의 상세를, 이하에 도면을 참조하면서 설명한다. 도면 중의 동일 부호는 동일 명칭물을 나타낸다.

〔소결 부품의 제조 방법〕

실시형태에 따른 소결 부품의 제조 방법은, 성형체를 제작하는 성형 공정과, 성형체에 관통 구멍을 형성하는 천공 가공 공정과, 천공 가공 공정 후, 성형체를 소결하는 소결 공정을 포함한다. 이 소결 부품의 제조 방법의 특징의 하나는, 천공 가공 공정에 있어서, 미리 정해진 위치에 구멍을 형성하여 미리 정해진 박육부를 형성할 때, 구멍을 형성하는 가공 대상면 이외의 특정한 면 중 특정한 부분을 압박한 상태로 행하는 점에 있다. 이하, 적절하게 도 1을 참조하여 각 공정의 상세를 설명한다.

[성형 공정]

성형 공정은 복수의 금속 입자를 포함하는 원료 분말을 프레스 성형하여 성형체를 제작한다. 이 성형체는 후술하는 소결을 거쳐 제품화되는 기계 부품의 소재이다.

(원료 분말)

원료 분말은 금속 입자를 복수 갖는 금속 분말을 주체로서 함유한다. 금속 분말의 재질은 제조하는 소결 부품의 재질에 따라 적절하게 선택할 수 있고, 대표적으로는 철계 재료를 들 수 있다.

철계 재료란, 철이나 철을 주성분으로 하는 철 합금을 말한다. 철 합금으로서는, 예컨대, Ni, Cu, Cr, Mo, Mn, C, Si, Al, P, B, N 및 Co에서 선택되는 1종 이상의 첨가 원소를 함유하는 것을 들 수 있다. 구체적인 철 합금으로서는, 스테인리스강, Fe-C계 합금, Fe-Cu-Ni-Mo계 합금, Fe-Ni-Mo-Mn계 합금, Fe-P계 합금, Fe-Cu계 합금, Fe-Cu-C계 합금, Fe-Cu-Mo계 합금, Fe-Ni-Mo-Cu-C계 합금, Fe-Ni-Cu계 합금, Fe-Ni-Mo-C계 합금, Fe-Ni-Cr계 합금, Fe-Ni-Mo-Cr계 합금, Fe-Cr계 합금, Fe-Mo-Cr계 합금, Fe-Cr-C계 합금, Fe-Ni-C계 합금, Fe-Mo-Mn-Cr-C계 합금 등을 들 수 있다. 철계 재료의 분말을 주체로 함으로써, 철계 소결 부품이 얻어진다. 철계 재료의 분말을 주체로 하는 경우, 그 함유량은 원료 분말을 100 질량％로 할 때, 예컨대 90 질량％ 이상, 더욱 95 질량％ 이상으로 하는 것을 들 수 있다.

철계 재료의 분말, 특히 철분을 주체로 하는 경우, 합금 성분으로서 Cu, Ni, Mo 등의 금속 분말을 첨가하여도 좋다. Cu, Ni, Mo는 담금질성을 향상시키는 원소이고, 그 첨가량은 원료 분말을 100 질량％로 할 때, 예컨대 0 질량％ 초과 5 질량％ 이하, 더욱 0.1 질량％ 이상 2 질량％ 이하로 하는 것을 들 수 있다. 또한, 탄소(그래파이트)분 등의 비금속 무기 재료를 첨가하여도 좋다. C는 소결체나 그 열 처리체의 강도를 향상시키는 원소이고, 그 함유량은 원료 분말을 100 질량％로 할 때, 예컨대 0 질량％ 초과 2 질량％ 이하, 더욱 0.1 질량％ 이상 1 질량％ 이하로 하는 것을 들 수 있다.

원료 분말은 윤활제를 함유하는 것이 바람직하다. 원료 분말이 윤활제를 함유함으로써, 원료 분말을 프레스 성형하여 성형체를 제작할 때에 성형 시의 윤활성이 높여져, 성형성이 향상된다. 따라서, 프레스 성형의 압력을 낮게 하여도, 치밀한 성형체를 얻기 쉽고, 성형체의 밀도를 높임으로써, 고밀도의 소결 부품을 얻기 쉽다. 또한, 원료 분말에 윤활제를 혼합하면, 성형체 중에 윤활제가 분산되게 되기 때문에, 후속 공정에서 성형체에 절삭 공구로 절삭 가공할 때에 절삭 공구의 윤활제로서도 기능한다. 따라서, 절삭 저항을 저감하거나, 공구 수명을 개선하거나 할 수 있다.

윤활제는 예컨대, 스테아린산아연, 스테아린산리튬 등의 금속 비누, 스테아린산아미드 등의 지방산아미드, 에틸렌비스스테아린산아미드 등의 고급 지방산아미드 등을 들 수 있다. 윤활제는 고체형이나 분말형, 액체형 등 형태를 불문한다. 윤활제의 함유량은 원료 분말을 100 질량％로 할 때, 예컨대, 2 질량％ 이하, 더욱 1 질량％ 이하로 하는 것을 들 수 있다. 윤활제의 함유량이 2 질량％ 이하이면, 성형체에 포함되는 금속 분말의 비율을 많게 할 수 있다. 그 때문에, 프레스 성형의 압력을 낮게 하여도, 치밀하고 강도가 높은 성형체를 얻기 쉽다. 또한, 후속 공정에서 성형체를 소결하였을 때에 윤활제가 소실됨에 따른 체적 수축을 억제할 수 있어, 치수 정밀도가 높아, 고밀도의 소결 부품을 얻기 쉽다. 윤활제의 함유량은 윤활성의 향상 효과를 얻는 관점에서, 0.1 질량％ 이상, 더욱 0.5 질량％ 이상이 바람직하다.

원료 분말은 유기 바인더를 함유하지 않는다. 원료 분말에 유기 바인더를 함유시키지 않음으로써, 성형체에 포함되는 금속 분말의 비율을 많게 할 수 있기 때문에, 프레스 성형의 압력을 낮게 하여도, 치밀한 성형체를 얻기 쉽다. 또한, 성형체를 후속 공정에서 탈지할 필요도 없다.

원료 분말은 전술한 금속 분말을 주체로 하여, 불가피적 불순물을 포함하는 것을 허용한다.

전술한 금속 분말은 물 애터마이즈 분말, 환원 분말, 가스 애터마이즈 분말 등을 이용할 수 있고, 그 중에서도, 물 애터마이즈 분말 또는 환원 분말이 적합하다. 물 애터마이즈 분말이나 환원 분말은, 입자 표면에 요철이 많이 형성되어 있기 때문에, 성형 시에 입자끼리의 요철이 맞물려, 성형체의 보형력을 높일 수 있다. 일반적으로, 가스 애터마이즈 분말에서는, 표면에 요철이 적은 입자를 얻기 쉬운 데 대하여, 물 애터마이즈 분말 또는 환원 분말에서는, 표면에 요철이 많은 입자를 얻기 쉽다.

금속 분말의 평균 입경은 예컨대 20 ㎛ 이상, 더욱 50 ㎛ 이상 150 ㎛ 이하로 하는 것을 들 수 있다. 금속 분말의 평균 입경은 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치에 의해 측정한 체적 입도 분포에 있어서의 누적 체적이 50％가 되는 입경(이하, D50으로 함)을 말한다. 금속 분말의 평균 입경이 상기 범위 내이면, 취급이 쉬워, 프레스 성형을 행하기 쉽다.

(프레스 성형)

프레스 성형은 기계 부품의 최종 형상을 따른 형상으로 성형할 수 있는 적절한 성형 장치(성형용 금형)를 이용한다. 기계 부품의 형상은 중심에 원형상의 축 구멍이 형성되는 원통형인 경우가 많다. 이 원통형의 기계 부품의 제작은, 원통의 축 방향으로 프레스 성형함으로써 행해진다. 기계 부품에는 그 외주면으로부터 축 구멍에 직교하도록 관통하는 관통 구멍(예컨대, 오일 구멍에 이용됨)이 형성되는 것이 있다. 이 관통 구멍은 성형체의 성형 시에 일체로 형성 가능하지 않기 때문에, 후술하는 천공 가공 공정에 의해 형성된다.

여기서는, 설명의 편의상, 도 1의 상단도 및 중단도에 나타내는 바와 같이, 성형체(10)의 형상은 원통형으로 하고 있다. 이 성형체(10)는 예컨대, 성형체(10)의 양 단부면을 형성하는 원환형의 프레스면을 갖는 상하의 펀치와, 상하 펀치의 내측에 삽입 관통되어, 성형체(10)의 내주면을 형성하는 원기둥형의 코어 로드와, 상하 펀치의 외주를 둘러싸고, 성형체(10)의 외주면을 형성하는 원형상의 삽입 관통 구멍이 형성된 다이를 이용하여 형성할 수 있다. 이 성형체(10)의 축 방향 양 단부면은 상하의 펀치로 프레스된 프레스면, 내주면과 외주면은 다이와의 미끄럼 접촉면이고, 축 구멍은 성형 시에 일체로 형성되어 있다.

프레스 성형의 압력은 예컨대 250 ㎫ 이상 800 ㎫ 이하를 들 수 있다.

[천공 가공 공정]

천공 가공 공정은 성형체(10)에 드릴(2)을 이용하여 구멍(12G)을 형성함으로써 박육부(11G)를 형성한다(도 1 중단도). 구멍(12G)은 관통 구멍 또는 블라인드 홀이고, 여기서는 관통 구멍으로 하고 있다. 본 예의 가공 대상면은 성형체(10)의 외주면 및 내주면이고, 천공 가공은 외주면으로부터 성형체(10)의 중심축을 향하여 행하고 있다. 박육부(11G)란, 구멍(12G)의 내주면(12Gi)과 성형체(10)의 외측면(11Gf)(단부면) 사이에 형성되는 부위이며, 구멍(12G)의 내주면(12Gi)과 성형체(10)의 외측면(11Gf) 사이의 두께(Gt)가 구멍(12G)의 직경(Gd)[드릴(2)의 직경(Dd)]보다 작은 부분이다(도 1 중단 오른쪽의 단면도). 두께(Gt)는 구멍(12G)의 내주면(12Gi)과 성형체(10)의 외측면(11Gf) 사이의 길이가 가장 짧은 부분의 길이를 말한다. 즉, 이 천공 가공 공정에서는, 구멍(12G)의 형성에 의해 형성되는 박육부(11G)의 두께(Gt)가, 구멍(12G)의 직경(Gd)보다 작아지는 부분에 구멍(12G)을 형성한다. 도 1 중단도에 나타내는 성형체(10)는, 박육부(11G) 및 구멍(12G)의 형성 전의 원통체이고, 박육부(11G) 및 구멍(12G)을 이점 쇄선으로 나타내고 있다. 도 1중단 오른쪽의 성형체(10)의 단면도는, 동중단 왼쪽의 전체 사시도의 (B)-(B) 절단선으로 절단한 단면도이다.

박육부(11G)의 두께(Gt)는 Gd/5 이상 Gd/2 이하(Dd/5 이상 Dd/2 이하)로 하는 것이 바람직하다. 박육부(11G)의 두께(Gt)가 상기 범위임으로써, 박육부(11G)의 외측면의 손상을 억제할 수 있다. 박육부(11G)의 외측면이란, 성형체(10)의 외측면(11Gf)(단부면)에 있어서의 성형체(10)의 축 방향의 구멍(12G)의 투영 영역을 말한다. 박육부(11G)의 두께(Gt)는 구멍(12G)의 직경(Gd)에도 따르지만, 예컨대, 0.01 ㎜ 이상 10 ㎜이하, 더욱 0.5 ㎜ 이상 10 ㎜ 이하를 들 수 있다.

박육부(11G)의 외측면의 표면 성형은, 프레스 성형 직후의 상태가 실질적으로 유지된다. 성형체(10)에 천공 가공을 실시하여도, 전술한 바와 같이 박육부(11G)의 외측면의 손상을 억제하기 쉽기 때문이다. 박육부(11G)의 외측면의 표면 성형은, 후술하는 소결 후도 실질적으로 유지된다.

구멍(12G)의 직경(Gd)[드릴(2)의 직경(Dd)]은, 성형체(10)의 소결에 의해 소결 부품(1)(도 1 하단도)의 사이즈가 성형체(10)보다 축소하는 것을 고려한 뒤에, 소결 부품(1)의 구멍(12S)의 직경(Sd)이 미리 정해진 범위가 되도록 적절하게 선택하면 좋다. 구멍(12G)의 직경(Gd)[드릴(2)의 직경(Dd)]은, 예컨대, 0.2 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하를 들 수 있다.

구멍(12G)의 축 방향의 길이(GL)는, 구멍(12G)의 직경(Gd)[드릴(2)의 직경(Dd)] 이상으로 할 수 있다. 구멍(12G)의 직경(Gd)[드릴(2)의 직경(Dd)] 이상과 같이 구멍(12G)의 길이(GL)가 긴 구멍(12G)을 형성하는 경우에도, 전술한 박육부(11G)의 외측면의 손상 억제, 생산성의 향상 및 드릴(2)의 수명의 저하 억제라고 하는 효과를 나타낼 수 있다. 구멍(12G)의 길이(GL)는, 더욱 2Gd(2Dd) 이상으로 할 수 있고, 특히 3Gd(3Dd) 이상으로 할 수 있다. 구멍(12G)의 길이(GL)는, 대략 15Gd(15Dd) 이하를 들 수 있다.

이 천공 가공은 성형체(10)의 외측면(11Gf)(단부면)을 압박한 상태로 행한다. 이에 의해, 박육부(11G)의 외측면에 상처가 없는 성형체(10)를 얻을 수 있다. 천공 가공 시에 성형체(10)의 외측면(11Gf)을 압박함으로써, 드릴(2)에 의한 구멍(12G)을 외주측으로 밀어 벌리는 것 같은 응력에 의해 박육부(11G)가 외측으로 넓어지는 것을 억제할 수 있기 때문이다. 압박 대상면은 천공 가공의 가공 대상면[성형체(10)의 외주면] 이외의 면에서, 여기서는 외주면에 인접하는 성형체(10)의 외측면(11Gf)(단부면)이다. 압박하는 영역은, 성형체(10)의 외측면(11Gf)에 있어서의 구멍(12G)의 축 방향의 전체 길이에 걸치는 영역으로 하는 것을 들 수 있다. 그렇게 하면, 박육부(11G)의 외측면에 있어서의 구멍(12G)의 축 방향의 전체 길이에 걸쳐 상처가 없는 성형체(10)를 제작할 수 있다.

이 압박에는 성형체(10)의 외측면(11Gf)에 있어서의 미리 정해진 영역을 압박하는 압박 부재(3)(도 2)와, 압박 부재(3)에 미리 정해진 하중을 부가하는 하중 부가 기구(도시 생략)를 이용하는 것을 들 수 있다. 도 2는 드릴(2)(도 1 중단도)의 축 방향에서 성형체(10)를 본 평면도이다. 압박 부재(3)는 성형체(10)를 압박하는 압박면과, 압박면에 대향 배치되어 하중 부가 기구의 하중을 받는 하중 받이면을 구비한다. 압박 부재(3)의 횡단면 형상은, 압박면과 하중 받이면이 동일한 폭의 직사각 형상 등이어도 좋지만, 압박면의 폭보다 하중 받이면의 폭이 큰 T자형이나 역사다리꼴 형상 등인 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 하중 부가 기구에 의해 압박 부재(3)에 대하여 하중을 부가하기 쉬워, 압박 부재(3)에 의해 성형체(10)의 외측면(11Gf)에 압박력을 부가하기 쉽다. 여기서는, 압박 부재(3)의 횡단면 형상은 T자형으로 하고 있다. 압박 부재(3)에 있어서의 성형체(10)의 외측면(11Gf)과의 접촉면 중, 압박 부재(3)의 코너부는, R 모따기 가공을 실시하고 있는 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 압박 부재(3)로 성형체(10)의 외측면(11Gf)을 압박하였을 때, 압박 부재(3)의 코너부에서 성형체(10)의 외측면(11Gf)이 상처를 입는 것을 억제할 수 있다. 도 2에서는, 설명의 편의상, 각부의 R면을 과장하여 나타내고 있다. 하중 부가 기구에는 예컨대, 유압 실린더나 전동 실린더 등을 이용할 수 있다. 그 외에, 압박 부재(3)에 추를 실음으로써 성형체(10)에 압박력을 부가하여도 좋다.

압박폭(W)(압박면의 폭)은 성형체(10)의 외측면(11Gf)을 압박하는 영역의 폭을 말하며, 구멍(12G)의 축 방향에 직교하고, 또한 외측면(11Gf)을 따르는 방향의 거리를 말한다. 압박폭(W)은 Gd×1/3≤W≤Gd×2를 만족하는 것을 들 수 있다. 압박폭(W)을 Gd×1/3 이상으로 함으로써, 성형체(10)의 외측면(11Gf)에 충분한 압박력을 부가할 수 있다. 압박폭(W)을 Gd×2 이하로 함으로써, 성형체(10)의 외측면(11Gf)에 국소적으로 과도한 압박력이 작용하는 것을 억제할 수 있다. 압박폭(W)은 더욱 Gd×4/9 이상을 만족하는 것이 바람직하고, Gd×1/2 이상, Gd×2/3 이상, 특히 Gd×1 이상을 만족하는 것이 바람직하다. 압박폭(W)은 더욱 Gd×1.8 이하를 만족하는 것이 바람직하고, 특히 Gd×1.5 이하를 만족하는 것이 바람직하다. 압박폭(W)의 중앙은, 구멍(12G)의 중심을 지나 박육부(11G)의 두께(Gt) 방향으로 평행한 가상선(C)을 채용하였을 때, 이 가상선(C) 상에 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 가상선(C)으로부터 압박폭(W)의 양 단부까지의 각각의 길이(L)는, 동일한 길이[압박폭(W/2)]인 것이 바람직하다.

(드릴)

사용하는 드릴(2)은 적절하게 선택할 수 있지만, 선단부(20)에 원호형의 절삭날(21)을 갖는 드릴(이하, R-드릴)을 적합하게 이용할 수 있다(도 3a, 도 3b, 도 3c). 도 3a는 드릴(2)의 개략 평면도이고, 도 3b는 드릴(2)을 선단측에서 본 개략정면도이고, 도 3c는 드릴(2)의 선단부(20)를 부분적으로 나타내는 개략 측면도이다. R-드릴은 구멍(12G)을 넓히도록 응력이 성형체(10)에 작용하기 어렵다. 게다가, 관통 구멍을 형성하는 경우, 관통 구멍의 출구의 둘레 가장자리에 엣지 치핑이 생기기 어렵다. 드릴(2)은 그 축 방향을 따른 선단부(20)의 길이(h)가 원호의 반경(R)과 같다. 선단부(20)란, 절삭날(21)의 선단(정점)으로부터 외주 코너(23)까지의 부분이다.

〈절삭날의 형상〉

드릴(2)은 도 3a에 나타내는 바와 같이, 치즐 엣지를 지나 절삭날(21)의 양 외단[외주 코너(23)]을 연결하는 직선을 대각선으로 하는 직사각형을 채용하고, 그 직사각형의 짧은 변을 따른 방향에서 보았을 때, 절삭날(21)의 투영 형상이 원호형이다. 이 드릴(2)을 회전시켜 드릴(2)의 회전축에 직교하는 방향에서 절삭날(21)을 보았을 때, 절삭날(21)의 회전 궤적이 원호형으로 보인다. 절삭날(21)을 형성하는 선단부(20)의 투영 윤곽을 구성하는 원호의 중심각(α)은, 예컨대 130°이상이고, 바람직하게는 135°이상 180°이하, 보다 바람직하게는 150°이상이다. 이 예에서는, 상기 원호의 중심각(α)이 180°이다. 한편, 절삭날(21)을 형성하는 원호의 반경(R)은, 예컨대 드릴(2)의 직경(Dd)의 0.4배 이상 0.6배 이하이고, 바람직하게는 드릴경(Dd)의 0.5배, 즉 드릴경(Dd)의 반경(d/2)과 동등하다.

이 예에서는, 절삭날(21)의 형상이 반원형이고, 상기 원호의 중심각(α)이 180°이며, 또한, 원호의 반경(R)이 드릴경(Dd)의 반경과 같다. 드릴(2)의 직경(Dd)은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 1.0 ㎜ 이상 20.0 ㎜ 이하이다. 여기서 말하는 「드릴의 직경(드릴경)」이란, 절삭날이 형성되는 부분(소위, 절삭날부)의 외직경 치수를 말한다.

〈절삭날의 경사각〉

절삭날(21)의 경사각은 예컨대 0°이상이고, 바람직하게는 0°초과 10°이하, 보다 바람직하게는 5°이상 8°이하이다. 절삭날(21)의 경사각은 도 3c에 나타내는 바와 같이, 치즐 엣지를 지나 절삭날(21)의 양 외단[외주 코너(23)]을 연결하는 직선을 대각선으로 하는 직사각형을 채용하고, 그 직사각형의 긴 변을 따른 방향에서 보았을 때, 축에 평행한 면(P)과 절삭날(21)을 구성하는 경사면(22)이 이루는 각도(γ)를 말한다. 이 예에서는, 절삭날(21)의 경사각이 7°이다.

복수의 드릴을 사용하여도 좋다. 예컨대, 구멍(12G)의 입구측의 가공과 출구측의 가공에서 상이한 드릴을 사용하여도 좋다. 구체적으로는, 구멍(12G)의 입구측의 가공을 양초형 드릴로 행하고, 구멍(12G)의 출구측의 가공을 전술한 R-드릴로 행하여도 좋다. 양초형 드릴은 구멍(12G)의 입구의 둘레 가장자리에 엣지 치핑이 생기기 어렵다. 양초형 드릴이란, 선단부의 중앙이 양초 형상이며, 선단부에 있어서 중앙과 절삭날의 양 외단(외주 코너)을 연결하는 직선끼리의 사이의 각도(드릴 후방측)가 미리 정해진 각도이고, 중앙과 외단 사이에 오목부(예컨대, 원호형)가 형성되어 있는 드릴을 말한다. 미리 정해진 각도로서는, 예컨대, 140°이상 220°이하 정도를 들 수 있다. 이 양초형 드릴은 공지의 것을 이용할 수 있다.

(가공 조건)

드릴(2)의 회전수나 이송 속도는, 박육부(11G)의 두께(Gt) 및 구멍(12G)의 사이즈[직경(Gd), 길이(GL)]에 따라 적절하게 설정하면 좋다. 드릴(2)의 회전수나 이송 속도는, 양산에 알맞은 정도로 빠르게 할 수 있다. 드릴(2)의 회전수는 예컨대, 4000 rpm 이상, 더욱 6000 rpm 이상, 특히 10000 rpm 이상으로 할 수 있다. 드릴(2)의 이송 속도는 예컨대, 700 ㎜/min 이상, 더욱 800 ㎜/min 이상, 1600 ㎜/min 이상, 특히 2000 ㎜/min 이상으로 할 수 있다.

[소결 공정]

소결 공정에서는, 전술한 절삭 가공한 성형체(10)를 소결한다. 이 소결에는 적당한 소결로(도시 생략)를 이용하는 것을 들 수 있다. 소결의 온도는 성형체(10)의 재질에 따라 소결에 필요한 온도를 적절하게 선택할 수 있고, 예컨대, 1000℃ 이상, 더욱 1100℃ 이상, 특히 1200℃ 이상을 들 수 있다. 소결 시간은 대략 20분 이상 150분 이하를 들 수 있다.

이 소결에 의해, 소결 부품(1)이 얻어진다(도 1 아래 도면). 도 1 하단 오른쪽의 소결 부품(1)의 단면도는, 동하단 왼쪽의 전체 사시도의 (C)-(C) 절단선으로 절단한 단면도이다. 이 소결 부품(1)은 구멍(12S)이 형성되고, 구멍(12S)의 내주면(12Si)과 소결 부품(1)의 외측면(11Sf) 사이의 두께(St)가 구멍(12S)의 직경(Sd)보다 작은 박육부(11S)를 구비한다. 박육부(11S)의 외측면(11Sa)에는 균열 등의 손상이 생기지 않았다. 박육부(11S)의 외측면(11Sa)이란, 소결 부품(1)의 외측면(11Sf)(단부면)에 있어서의 소결 부품(1)의 축 방향의 구멍(12S)의 투영 영역(도 1 하단 왼쪽의 전체 사시도에 있어서 해칭으로 나타냄)을 말한다. 소결 부품(1)의 사이즈는 소결에 의해 성형체(10)에 비교하여 축소되지만, 소결 부품(1)의 박육부(11S)의 두께(St), 구멍(12S)의 직경(Sd) 및 구멍(12S)의 축 방향의 길이(SL)의 관계는, 성형체(10)의 박육부(11G)의 두께(Gt), 성형체(10)의 구멍(12G)의 직경(Gd) 및 구멍(12G)의 축 방향의 길이(GL)의 관계와 동일하다. 소결 부품(1)의 박육부(11S)의 두께(St), 구멍(12S)의 직경(Sd) 및 구멍(12S)의 축 방향의 길이(SL)는 각각, 성형체(10)의 박육부(11G)의 두께(Gt), 성형체(10)의 구멍(12G)의 직경(Gd) 및 구멍(12G)의 축 방향의 길이(GL)에 의존하기 때문이다.

[용도]

실시형태에 따른 소결 부품의 제조 방법은, 각종 일반 구조용 부품(스프로켓, 로터, 기어, 링, 플랜지, 풀리, 베어링 등의 기계 부품 등의 소결 부품)의 제조에 적합하게 이용할 수 있다.

〔작용 효과〕

실시형태에 따른 소결 부품의 제조 방법에 따르면, 이하의 효과를 나타낼 수 있다.

(1) 박육부(11S)의 외주면에 균열 등의 상처가 없는 소결 부품(1)이 얻어진다. 천공 가공 공정 시에 성형체(10)의 외측면(11Gf)을 압박함으로써, 드릴(2)에 의해 구멍(12G)을 외주측으로 밀어 벌리는 것 같은 응력에 의해 박육부(11G)가 구멍(12G)의 외측으로 넓어지는 것을 억제할 수 있다. 이에 의해, 소결 부품(1)에 비해서 저경도이며 취약한 성형체(10)라도, 성형체(10)에 균열 등의 상처가 형성되는 일없이 구멍을 형성하기 쉽다. 그 때문에, 박육부(11G)의 외측면에 상처가 없는 성형체(10)가 얻어진다. 소결 부품(1)의 표면 성형은 성형체(10)의 표면 성형을 실질적으로 유지하기 때문에, 박육부(11G)의 외측면에 상처가 없는 성형체(10)를 소결 함으로써, 박육부(11S)의 외측면(11Sa)에 상처가 없는 소결 부품(1)이 얻어진다.

(2) 소결 부품(1)의 생산성을 향상시킬 수 있다. 천공 가공 시, 성형체(10)의 박육부(11Gt)가 구멍(12G)의 외측으로 넓어지는 것을 억제할 수 있기 때문에, 성형체(10)의 가공 스피드를 빠르게 하기 쉽기 때문이다.

(3) 드릴(2)의 수명의 저하를 억제할 수 있다. 전술한 바와 같이 천공 가공 시간을 단축 가능하기 때문에, 드릴(2)의 가공 부하를 저감하기 쉽기 때문이다.

《시험예 1》

성형체에 천공 가공을 실시하여, 관통 구멍이 형성됨으로써 박육부가 형성된 성형체를 제작하여, 박육부의 외측면에의 균열 등의 상처의 유무를 확인하였다.

〔시료 No.1-1∼No.1-6〕

시료 No.1-1∼No.1-6의 성형체는, 전술한 소결 부품의 제조 방법에서 설명한 성형 공정과 천공 가공 공정을 거쳐 제작하였다.

[성형 공정]

물 애터마이즈 철분(D50: 100 ㎛)과, 물 애터마이즈 동분(D50: 30 ㎛)과, 탄소(흑연)분(D50: 20 ㎛)과, 윤활제로서 에틸렌비스스테아린산아미드를 준비하고, 이들을 혼합하여 원료 분말을 준비하였다.

계속해서, 원료 분말을 도 1에 나타내는 바와 같은 원통형의 성형체(10)가 얻어지는 미리 정해진 성형용 금형에 충전하여, 600 ㎫의 프레스 압력으로 프레스 성형하여, 두께: 7 ㎜(내직경: 20 ㎜, 외직경: 34 ㎜), 축 방향의 길이 20 ㎜의 성형체를 제작하였다. 이 성형체의 밀도는 6.9 g/㎤였다. 이 밀도는 사이즈와 질량으로부터 산출한 겉보기 밀도로 하였다.

[천공 가공 공정]

다음에, 성형체에 드릴을 이용하여 3개의 관통 구멍을 형성함으로써, 3부분에 박육부를 형성하였다. 관통 구멍의 형성은 성형체의 외주면으로부터 성형체의 중심축을 향하여 천공 가공함으로써 행하였다. 관통 구멍의 직경(Gd)은 3.2 ㎜, 관통 구멍의 길이(GL)는 7 ㎜, 박육부의 두께(Gt)는 1.5 ㎜로 하였다. 관통 구멍의 형성 부분은 성형체의 외주면의 둘레 방향에 3등분하는 부분으로 하였다. 그때, 형성하는 3개의 관통 구멍의 인접하는 관통 구멍끼리의 사이의 대략 중앙을 척으로 파지하여 행하였다.

이 천공 가공은 도 2에 나타내는 바와 같은 압박 부재(3)를 이용하여, 성형체의 외측면을 압박한 상태로 행하였다. 압박 길이는 관통 구멍의 길이(GL)와 동일한 7 ㎜(관통 구멍의 전체 길이에 걸친 길이)로 하였다. 압박폭(㎜) 및 압박력(㎏)은, 표 1에 나타내는 바와 같이, 여러 가지 변경하였다. 압박폭은 성형체의 외측면을 압박하는 영역의 폭을 말하며, 관통 구멍의 축 방향에 직교하고, 또한 외측면을 따르는 방향의 거리로 하였다. 압박폭의 중앙의 위치는 관통 구멍의 중심을 지나 박육부의 두께 방향에 평행한 가상선을 채용하였을 때, 이 가상선 상으로 하였다.

드릴은 도 3a에 나타내는 바와 같은 선단부에 원호형의 절삭날을 갖는 R-드릴을 이용하였다. R-드릴은 드릴의 직경(Dd)이 3.2 ㎜이고, 절삭날을 형성하는 선단부의 투영 윤곽을 구성하는 원호의 중심각(α)이 180°이며, 또한, 원호의 반경(R)이 1.6 ㎜[드릴의 직경(Dd)의 1/2배]이다. 또한, 절삭날이 경사각이 7°이다. 이 R-드릴은 스미토모덴코하드메탈 가부시키가이샤 제조의 드릴(형식 번호: MDW0800GS4, 재질: 초경 합금)의 선단부의 절삭날을 연마 가공하여 제작하였다.

드릴의 회전수 및 드릴의 이송 속도(입구 이송 속도와 본이송 속도)는, 표 1에 나타내는 바와 같이 여러 가지 변경하였다. 입구 이송 속도는 입구 근방(성형체의 외주면으로부터 3 ㎜)을 깎을 때까지의 속도를 말하고, 본이송 속도는 그 이후 출구가 개구하기까지의 속도를 말한다.

[균열의 평가]

각 관통 구멍을 형성함으로써 형성된 각 박육부의 외측면의 표면 관찰 및 자분 탐상 검사에 의해, 균열의 유무를 확인하였다. 자분 탐상 검사는 자분이 충전된 형광액에 담근 성형체를 자화시켜, 자외선등(블랙 라이트)으로 자외선을 조사함으로써 행하였다. 균열은 근형으로 빛나 보인다. 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1의 「유」는 3부분의 외측면 중 1부분이라도 균열이 형성되었던 것을 나타내고, 표 1의 「무」는 3부분의 외측면의 전부에 균열이 형성되지 않은 것을 나타낸다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 시료 No.1-2∼No.1-4의 성형체는 모두, 박육부의 외측면에 균열 등의 상처가 형성되지 않았다. 시료 No.1-1, No.1-5, No.1-6의 성형체는 박육부의 외측면에 균열이 형성되었다. 이 결과로부터, 성형체의 외측면에 있어서의 관통 구멍의 전체 길이에 걸친 영역을 특정한 폭으로 압박하면, 균열이 없는 성형체를 제작할 수 있는 것을 알았다. 특히, 시료 No.1-2∼No.1-4의 조건에서는, 균열이 없는 성형체를 안정적으로 제작할 수 있다.

양초형 드릴(료코세이키 가부시키가이샤 제조 ZH342-ViO φ: 3.2 ㎜)을 이용하여, 성형체의 외측면을 압박하지 않은 점을 제외하고, 시료 No.1-1 등과 동일하게 하여 성형체에 관통 구멍을 형성하였다. 그 경우, 시료 No.1-2∼No.1-4에 비교하여, 균열이 없는 성형체를 안정적으로 제작할 수 없었다.

또한, 본 발명은 이들 예시에 한정되는 것이 아니며, 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

1 소결 부품
10 성형체
11G, 11S 박육부
11Gf, 11Sf, 11Sa 외측면
12G, 12S 구멍
12Gi, 12Si 내주면
2 드릴
20 선단부
21 절삭날
22 경사면
23 외주 코너
3 압박 부재

Claims (2)

1. 금속 분말을 포함하는 원료 분말을 상하 펀치로 프레스 성형하여 성형체를 제작하는 성형 공정과,
   상기 성형체에 드릴을 이용하여, 상기 성형체의 외주면으로부터 상기 성형체의 중심축을 향하여 구멍을 형성함으로써, 상기 구멍의 내주면과 상기 성형체의 축방향 단부면인 외측면 사이의 길이 중 가장 짧은 부분의 길이인 두께가, 상기 구멍의 직경보다 작은 박육부를 형성하는 천공 가공 공정과,
   상기 천공 가공 공정 후, 상기 성형체를 소결하는 소결 공정
   을 포함하고,
   상기 천공 가공 공정은 상기 성형체의 상기 외측면에 있어서의 상기 구멍의 축 방향 전체 길이에 걸친 영역을, 상기 상하 펀치와는 별개로 구비되는 압박 부재로 압박한 상태로 행하고,
   상기 압박 부재로 상기 성형체의 상기 외측면을 압박하는 영역의 폭은 상기 구멍의 직경의 1/3배 이상 2배 이하인 것인 소결 부품의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 드릴은 선단부에 원호형의 절삭날을 갖는 것인 소결 부품의 제조 방법.

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