KR102407953B1 - 소결 부품의 제조 방법, 소결 부품 및 드릴 - Google Patents

Abstract

압분 성형체에 관통 구멍을 형성할 때에 선단 치핑(edge chipping)의 발생을 억제할 수 있으며, 생산성이 우수한 소결 부품의 제조 방법을 제공한다.
금속 분말을 함유하는 원료 분말을 프레스 성형하여 압분 성형체를 제작하는 성형 공정과, 상기 압분 성형체에 드릴로 구멍을 형성하는 천공 가공 공정과, 상기 천공 가공 후, 상기 압분 성형체를 소결하는 소결 공정을 포함하고, 상기 천공 가공에 사용하는 상기 드릴은, 선단부에 원호형의 절삭날을 갖는 소결 부품의 제조 방법이다.

Description

소결 부품의 제조 방법, 소결 부품 및 드릴{METHOD FOR MANUFACTURING SINTERED COMPONENT, SINTERED COMPONENT, AND DRILL}

본 발명은 소결 부품의 제조 방법, 소결 부품 및 압분 성형체에 천공 가공을 행하는 드릴에 관한 것이다. 특히, 압분 성형체에 관통 구멍을 형성할 때에 선단 치핑(edge chipping)의 발생을 억제할 수 있으며, 생산성이 우수한 소결 부품의 제조 방법에 관한 것이다.

철 분말 등의 금속 분말의 성형체를 소결하여 이루어지는 소결체(소결 합금)가, 자동차 부품이나 기계 부품 등에 이용되고 있다. 이러한 소결 합금 부품(이하, 단순히 「소결 부품」이라고 부름)으로서는, 예컨대 스프로켓, 로터, 기어, 링, 플랜지, 풀리, 베인, 베어링 등을 들 수 있다. 일반적으로, 소결 부품은, 금속 분말을 함유하는 원료 분말을 프레스 성형하여 압분 성형체(압분체)를 제작하고, 이것을 소결함으로써 제조되고 있다. 소결 후, 필요에 따라, 소결 부품에는 마무리 가공으로서 기계 가공이 행해진다.

그런데, 소결 부품 중에는, 관통하고 있는 관통 구멍(관통공)이나 관통하지 않는 블라인드 홀 등의 구멍이 형성된 것이 있다. 예컨대, 외주면으로부터 단부면이나 내주면으로 빠지는 관통 구멍(예컨대, 오일 구멍)이 형성된 부품이 있다. 이러한 부품에 대해서는, 성형 시에 압분 성형체에 대하여 관통 구멍을 일체로 형성할 수 없기 때문에, 소결 후에 드릴로 천공 가공을 행하고 있다(특허문헌 1을 참조).

천공 가공에 사용하는 드릴로서는, 선단부에 투영 형상이 V자형인 절삭날을 갖는 것이 대표적이다. 초경 합금제의 드릴의 경우, 절삭날의 선단각이 130°∼140°정도로 설정되어 있는 경우가 많다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2006-336078호 공보

소결 부품에 대하여 드릴로 천공 가공을 행하는 경우, 소결 후의 천공 가공은 곤란하며, 생산성이 낮다고 하는 문제가 있다.

소결 부품은, 금속 분말의 입자끼리가 소결에 의해 확산 결합 및 합금화하여 강고하게 결합되어 있기 때문에, 딱딱하다. 그 때문에, 소결 부품에 드릴로 천공 가공을 행하면, 절삭 저항이 높아 드릴이 진입하기 어렵기 때문에, 절삭이 곤란하며, 가공에 시간이 걸리는 데다가, 공구 수명도 줄어든다. 또한, 드릴의 물림 시의 저항도 높기 때문에, 드릴의 회전축이 흔들리기 쉬운 것 등, 안정된 가공 구멍 정밀도를 얻는 것이 어렵다.

또한, 절삭 저항이 높고, 스러스트 하중이 높기 때문에, 관통 구멍을 형성할 때에, 드릴이 빠지는 출구측의 개구 가장가리를 따라 버어가 발생하기 쉽다. 버어는, 드릴이 관통할 때에 구멍의 바닥부의 두께가 얇아짐으로써, 스러스트 하중에 대하여 바닥부의 강도를 유지할 수 없게 된 경우에 바닥부가 변형하며, 출구측으로 밀려남으로써 발생한다. 발생한 버어는, 후속 공정에서 제거할 필요가 있으며, 그 작업에 시간과 노동력을 요한다. 버어의 발생 부분에 따라서는 제거하기 어렵고, 또는 가능하지 않은 것도 있다.

따라서, 소결 부품의 제조에 있어서, 제조 비용을 저감하는 관점에서 생산성의 개선이 요구된다.

그래서, 본 발명자들은, 소결 후의 소결 부품에 드릴로 천공 가공을 하는 대신에, 소결 전의 압분 성형체에 드릴로 천공 가공을 행하고, 미리 압분 성형체에 관통 구멍을 형성하는 것을 생각하였다. 압분 성형체는, 성형에 의해 원료 분말을 다졌을 뿐이며, 금속 분말의 입자끼리가 기계적으로 밀착하고 있는 상태이기 때문에, 소결 후와 같이 강고하게 결합되어 있지 않다. 그 때문에, 소결 전의 압분 성형체에 천공 가공한 경우, 소결 후에 천공 가공하는 경우에 비교하여, 금속 분말의 입자끼리의 결합이 약하여, 절삭이 용이하며, 절삭 저항(스러스트 하중)이 대폭 저감된다. 압분 성형체에 천공 가공한 경우, 금속 분말의 입자를 드릴로 깎아내면서 절삭하여, 관통 구멍을 형성해 간다. 그러나, 압분 성형체에 드릴로 천공 가공을 행하면, 관통 구멍을 형성하였을 때에, 드릴이 빠지는 출구측의 개구 가장자리가 이지러지는, 소위 선단 치핑이 발생하기 쉽다.

그래서, 본 발명의 목적의 하나는, 압분 성형체에 관통 구멍을 형성할 때에 선단 치핑의 발생을 억제할 수 있으며, 생산성이 우수한 소결 부품의 제조 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명의 다른 목적은, 생산성이 우수한 소결 부품을 제공하는 데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은, 압분 성형체에 관통 구멍을 형성할 때에 선단 치핑의 발생을 억제할 수 있는 드릴을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일양태에 따른 소결 부품의 제조 방법은, 성형 공정과, 천공 가공 공정과, 소결 공정을 구비한다. 성형 공정은, 금속 분말을 함유하는 원료 분말을 프레스 성형하여 압분 성형체를 제작한다. 천공 가공 공정은, 상기 압분 성형체에 드릴로 구멍을 형성한다. 소결 공정은, 상기 천공 가공 후, 상기 압분 성형체를 소결한다. 상기 천공 가공에 사용하는 상기 드릴은, 선단부에 원호형의 절삭날을 갖는다.

본 발명의 일양태에 따른 소결 부품은, 구멍이 형성된 소결 부품이다. 상기 소결 부품은, 상기 구멍의 내주면이 새틴 피니시형이다.

본 발명의 일양태에 따른 드릴은, 피삭물에 천공 가공을 행하는 드릴이다. 상기 피삭물은 금속 분말을 함유하는 원료 분말을 프레스 성형한 압분 성형체이다. 상기 드릴은, 선단부에 원호형의 절삭날을 갖는다.

상기 소결 부품의 제조 방법은, 압분 성형체에 관통 구멍을 형성할 때에 선단 치핑의 발생을 억제할 수 있으며, 생산성이 우수하다. 상기 소결 부품은, 생산성이 우수하다. 상기 드릴은, 압분 성형체에 관통 구멍을 형성할 때에 선단 치핑의 발생을 억제할 수 있다.

도 1은 원호형의 절삭날을 갖는 드릴로 천공 가공한 경우와 V자형의 절삭날 을 갖는 드릴로 천공 가공한 경우의 비교 설명도이다.
도 2는 실시형태에 따른 소결 부품의 제조 방법을 설명하는 공정 설명도이다.
도 3은 실시형태에 따른 드릴의 일례를 설명하는 개략도이다.
도 4는 시험예 1에서 R 드릴을 사용하여 관통 구멍을 형성한 경우의 관통 구멍의 출구를 나타내는 현미경 사진이다.
도 5는 시험예 1에서 V 드릴을 사용하여 관통 구멍을 형성한 경우의 관통 구멍의 출구를 나타내는 현미경 사진이다.
도 6은 시험예 2에서 R 드릴을 사용하여 관통 구멍을 형성한 경우의 경사각과 스러스트 하중 및 토크의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 시험예 3에서 제작한 압분 성형체의 관통 구멍의 내주면을 나타내는 현미경 사진이다.

[본 발명의 실시형태의 설명]

본 발명자들은, 소결 부품의 생산성을 개선하는 기술을 예의 연구한 결과, 소결 후가 아니라, 소결 전의 압분 성형체에 대하여 드릴로 천공 가공을 행함으로써, 생산성을 향상시킬 수 있는 것을 발견하였다. 이것은, 압분 성형체에 천공 가공한 경우, 금속 분말의 입자끼리의 결합이 약하여, 절삭이 용이하며, 절삭 저항(스러스트 하중)이 대폭 저감되기 때문이다. 그리고, 종래, 소결 후에 행해지고 있던 천공 가공에 비교하여, 가공 시간을 단축할 수 있어, 가공 구멍 정밀도가 향상되는 것 외에, 공구 수명도 대폭 개선할 수 있다. 또한, 압분 성형체에 드릴로 천공 가공한 경우, 버어가 발생하기 어렵다. 가령 버어가 발생하였다고 해도, 에어 블로우 등으로 용이하게 버어 제거가 가능하여, 버어 제거 작업에 요하는 시간과 수고를 삭감할 수 있다.

또한, 본 발명자들은 연구를 진행시킨 결과, 압분 성형체의 천공 가공에 사용하는 드릴의 형상, 특히 선단부의 절삭날의 형상을 고안함으로써, 관통 구멍을 형성할 때의 선단 치핑의 발생을 억제할 수 있다는 지견을 얻었다. 구체적으로는, 절삭날의 형상을 원호형(R 형상)으로 함으로써, 선단 치핑의 발생을 억제할 수 있다는 지견을 얻었다.

선단 치핑의 발생 메커니즘은, 다음과 같이 생각된다. 압분 성형체의 경우, 금속 분말의 입자끼리의 결합이 약하기 때문에, 무르다. 그 때문에, 드릴이 관통할 때에 드릴이 형성하는 구멍의 바닥부의 두께가 얇아짐으로써, 스러스트 하중에 대하여 바닥부의 강도를 유지할 수 없게 된 경우, 바닥부를 드릴이 관통하는 것보다 먼저, 바닥부가 드릴로 절삭되지 않고 출구측으로 빠진다(밀려난다). 바닥부가 절삭되지 않고 빠질 때, 바닥부 근방도 함께 무너짐으로써, 드릴이 빠지는 출구측의 개구 가장자리에 이지러짐이 발생한다.

원호형의 절삭날을 갖는 드릴(이하, 「R 드릴」이라고 부르는 경우가 있음)을 사용함으로써, 선단 치핑의 발생을 억제할 수 있는 이유는 다음과 같이 생각된다. 도 1의 좌측 도면은, 절삭날의 형상이 원호형의 드릴(R 드릴)(10)과, R 드릴(10)로 천공 가공을 향한 피삭물(압분 성형체)(G)을 나타내고 있다. 도 1에 예시하는 R 드릴(10)은, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해, 홈 등을 생략하여 간이적으로 도시하고 있다. 또한, R 드릴(10)은, 도 1의 좌측의 위쪽 도면에 나타내는 바와 같이, 절삭날(110)의 형상이 반원형이며, 절삭날(110)을 형성하는 원호의 중심각(α)이 180°이고, 또한, 원호의 반경(R)이 드릴의 반경(d/2)과 같다. R 드릴(10)은, 드릴의 축 방향을 따른 선단부(100)의 길이(h)가 원호의 반경(R)과 같다. 선단부는, 절삭날(110)의 선단(정점)으로부터 외주 코너(120)까지의 부분이다.

도 1의 좌측의 중간 도면에 나타내는 바와 같이, R 드릴(10)로 압분 성형체(G)에 천공 가공한 경우(도면 중의 흰 화살표는, 드릴의 이송 방향을 나타냄), 절삭날(110)의 형상이 압분 성형체(G)에 전사되고, 바닥면이 단면 원호(반원)형, 즉 반구형의 구멍이 압분 성형체(G)에 형성되게 된다. R 드릴(10)은, 절삭날(110)의 형상이 원호(반원호)이기 때문에, 도면 중의 실선 화살표와 같이, 스러스트 하중이 방사형으로 분산하여 작용하게 된다. 또한, 압분 성형체(G)에 있어, 반구형의 구멍의 바닥부는, 도면 중의 실선 화살표와 같이, 드릴의 스러스트 하중에 대하여 구면으로 지지하기 때문에, 변형에 강하며, 강도가 높다.

즉, R 드릴(10)로 압분 성형체(G)에 천공 가공한 경우, 스러스트 하중 자체가 낮은 데다가, 바닥부에 작용하는 스러스트 하중이 분산되기 때문에, 응력 집중도 적어, 바닥부가 이지러지기 어렵다.

또한, 도 1의 왼쪽 아래 도면에 나타내는 바와 같이, 구멍의 바닥부의 최대 두께(Ht)를, 바닥부의 가장 얇은 부위(가장 깊은 부위)의 표면으로부터 바닥부의 가장 두꺼운 부위의 표면까지의 길이로 정의한다. 이 구멍의 바닥부의 최대 두께(Ht)는, 선단부(100)의 길이(h)와 같으며, 선단부(100)의 길이(h)가 클수록, 커진다. R 드릴(10)이면, 최대 두께(Ht)를 크게 취할 수 있기 때문에, 그 두께만큼, 바닥부의 강도가 높아진다. 따라서, R 드릴(10)로 압분 성형체(G)에 천공 가공한 경우, 스러스트 하중이 낮은 것도 더불어, 드릴이 관통할 때에 관통 구멍의 바닥부의 두께가 얇아져도, 스러스트 하중에 대하여 바닥부가 유지되기 쉬워, 드릴이 관통하기 직전까지 절삭할 수 있다. 따라서, 드릴이 관통하는 것보다 먼저, 절삭되지 않고 바닥부가 무너지는 것을 억제할 수 있기 때문에, 선단 치핑의 발생을 억제할 수 있다.

이것은, 관통 구멍이 아니어도, 관통하기 직전의 블라인드 홀에서도 효과가 있는 것을 나타내고 있다. 구체적으로는, 구멍의 바닥부의 두께(구멍의 바닥면으로부터 대면까지의 최소 두께)가 얇은 블라인드 홀이어도, R 드릴이면, 구멍의 바닥면이 반구형으로 형성되기 때문에, 바닥부의 강도가 높아진다. 즉, 구멍의 바닥부의 두께를 얇게 하여도, 바닥부가 무너지는 것을 억제할 수 있기 때문에, 바닥부의 두께가 얇은 블라인드 홀을 형성할 수 있다. 예컨대, 바닥부의 두께가 드릴 직경(구멍 직경)의 1/2, 더욱 1/4이 될 때까지 가공할 수 있다.

한편으로, 종래 다용되고 있는 V자형의 절삭날을 갖는 드릴(이하, 「V 드릴」이라고 부르는 경우가 있음)을 사용한 경우, 선단 치핑의 발생을 억제하는 것이 어렵다. 도 1의 우측 도면은, 절삭날의 형상이 V자형의 드릴(V 드릴)(11)과, V 드릴(11)로 천공 가공을 행한 피삭물(압분 성형체)(G)을 나타내고 있다. 도 1에 예시하는 V 드릴(11)은, R 드릴(10)과 마찬가지로, 홈 등을 생략하여 간이적으로 도시하고 있다. 또한, 이 예에서는, V 드릴(11)은, 절삭날(110)의 선단각(β)이 130°∼140°정도이며, 드릴 직경(d)이 R 드릴(10)과 동등하다.

도 1의 우측의 중간 도면에 나타내는 바와 같이, V 드릴(11)로 압분 성형체(G)에 천공 가공한 경우, 절삭날(110)의 형상이 압분 성형체(G)에 전사되어, 바닥면이 단면 삼각 형상, 즉 원추형의 구멍이 압분 성형체(G)에 형성되게 된다. V 드릴(11)에서는, 절삭날(110)의 형상이 V자(삼각형)이기 때문에, 도면 중의 실선 화살표와 같이, 스러스트 하중이 삼각형의 변(원추면)에 직교하는 방향으로 작용하게 된다. 한편, 압분 성형체(G)에 있어서, 원추형의 구멍의 바닥면은, 도면 중의 실선 화살표와 같이, 드릴의 스러스트 하중에 대하여 삼각형의 변(원추면)으로 지지하기 때문에, 변이 교차하는 정점에 응력이 집중한다. 즉, 원추형의 구멍의 바닥면은, 반구형의 구멍의 바닥면에 비교하여, 응력이 집중하여, 강도도 낮다.

즉, V 드릴(11)로 압분 성형체(G)에 천공 가공한 경우, R 드릴(10)에 비교하여, 바닥부에 작용하는 스러스트 하중을 분산할 수 없어, 바닥부가 이지러지기 쉽다.

또한, V 드릴(11)의 경우, 구멍의 바닥면의 최대 두께(Ht)가 작기 때문에, 그 두께만큼, 바닥부의 강도가 낮아진다. 따라서, V 드릴(11)로 압분 성형체(G)에 천공 가공한 경우, 드릴이 관통할 때에 바닥부의 두께가 얇아짐으로써, 드릴이 관통하는 것보다 먼저, 절삭되지 않고 바닥부가 무너지기 쉽다. 그 때문에, 선단 치핑의 발생을 억제하는 것이 어렵다.

또한, 일반적으로는, 천공 가공을 할 때에는, V 드릴을 이용한다. 이것은, V 드릴의 뾰족한 선단을 가공물이 가공하는 구멍의 중심에 찌름으로써, 드릴을 구멍의 중심에 정확하게 위치 결정할 수 있기 때문이다. 천공 가공에 R 드릴을 이용하고자 해도, R 드릴은 가공물에 찌를 수 없어, 정확한 위치 결정을 할 수 없다. 이러한 이유에 의해, 일반적으로는, 천공 가공을 할 때에는 V 드릴을 이용하고 있다.

그러나, 본 발명에 있어서는, 강도가 낮은 압분 성형체에 천공 가공을 한다. 압분 성형체의 강도가 낮기 때문에, R 드릴이어도 드릴의 선단을 압분 성형체에 찌를 수 있어, 정확한 위치 결정을 할 수 있는 것에, 본 발명자들은 생각이 미쳤다. 본 발명자는, 이러한 이유로 R 드릴로 천공 가공을 할 수 있는 것을 발견하여, R 드릴을 이용하여 천공 가공을 하면 전술한 바와 같이 버어를 생기기 어렵게 할 수 있는 것 등을 발견하였다.

본 발명자들은 이상의 지견을 얻어, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 먼저, 본 발명의 실시형태를 열거하여 설명한다.

(1) 본 발명의 일형태에 따른 소결 부품의 제조 방법은, 성형 공정과, 천공 가공 공정과, 소결 공정을 구비한다. 성형 공정은, 금속 분말을 함유하는 원료 분말을 프레스 성형하여 압분 성형체를 제작한다. 천공 가공 공정은, 압분 성형체에 드릴로 구멍을 형성한다. 소결 공정은, 천공 가공 후, 압분 성형체를 소결한다. 천공 가공에 사용하는 드릴은, 선단부에 원호형의 절삭날을 갖는다.

상기 소결 부품의 제조 방법에 따르면, 소결 전의 압분 성형체에 대하여 드릴로 천공 가공을 행함으로써, 절삭이 용이하며, 절삭 저항(스러스트 하중)이 대폭 저감된다. 그 때문에, 소결 후에 드릴로 천공 가공을 행하는 종래의 제조 방법에 비교하여, 가공 시간을 단축 가능하며, 가공 구멍 정밀도가 향상하는 것 외에, 공구 수명도 대폭 개선할 수 있다. 또한, 압분 성형체에 드릴로 천공 가공한 경우, 버어가 발생하기 어렵다. 만약 버어가 발생하였다고 해도, 예컨대 에어 블로우에 의해 버어를 용이하게 제거하는 것이 가능하여, 버어 제거 작업에 요하는 시간과 수고를 삭감할 수 있다. 상기 「구멍」에는, 관통되어 있는 관통 구멍(관통 구멍), 관통되지 않은 블라인드 홀이 포함된다.

또한, 상기 소결 부품의 제조 방법에 따르면, 선단부에 원호형의 절삭날을 갖는 드릴을 이용함으로써, 압분 성형체에 관통 구멍을 형성할 때에 선단 치핑의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 소결 부품의 제조 방법은, 선단 치핑의 발생을 억제할 수 있으며, 생산성이 우수하다.

또한, 여기서 말하는 「절삭날의 형상」이란, 드릴의 중심축을 통과하여, 중심축에 평행한 면에 대하여 절삭날을 평행하게 하고, 그 평행한 면에 대하여 직교하는 방향으로부터 투영하였을 때의 절삭날의 투영 형상을 말한다.

또한, 「원호형의 절삭날」이란, 투영 형상이 원호형인 절삭날의 것을 가리킨다(도 3의 왼쪽 위 도면을 참조). 절삭날의 형상이 원호형인 경우, 드릴을 회전시켜 드릴의 회전축에 직교하는 방향으로 절삭날을 보았을 때, 절삭날의 회전 궤적이 원호형으로 보인다.

(2) 상기 소결 부품의 제조 방법의 일형태로서, 상기 드릴은, 상기 절삭날의 경사각이 0°초과 10°이하인 것을 들 수 있다.

선단 치핑의 발생을 억제하는 관점에서 보면, 절삭 저항(스러스트 하중)이 보다 작은 쪽이 유리하다고 생각된다. 절삭날의 경사각이 0°초과 10°이하임으로써, 스러스트 하중을 저감할 수 있기 때문에, 선단 치핑의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 경사각이 0°초과임으로써, 날끝이 예리해져, 스러스트 하중이 작아진다. 한편으로, 경사각을 크게 하면, 날끝이 예리해지기 때문에 날끝 강도는 저하하지만, 피삭재가 압분 성형체이기 때문에, 날끝 강도의 저하에 의한 이지러짐은 생기기 어렵다. 날끝 강도를 확보하는 관점에서, 경사각은 0.01°초과인 것이 바람직하고, 0.1°인 것이 더욱 바람직하다.

경사각이 10°초과이면, 스러스트 하중이 커지기 때문에, 경사각은 10°이하가 바람직하다. 경사각은, 스러스트 하중을 저감하는 관점에서, 예컨대 5°이상 8°이하가 보다 바람직하다.

여기서 말하는 「경사각」이란, 도 3의 오른쪽 아래 도면에 나타내는 바와 같이, 드릴의 중심축에 평행한 면에 대하여 절삭날을 평행하게 하였을 때, 그 평행한 면과 경사면이 이루는 각도(γ)를 말한다.

(3) 상기 소결 부품의 제조 방법의 일형태로서, 상기 드릴은, 상기 절삭날을 형성하는 원호의 중심각이 135°이상 180°이하인 것을 들 수 있다.

절삭날을 형성하는 원호의 중심각이 135°이상 180°이하임으로써, 선단 치핑의 발생을 충분히 억제할 수 있다. 원호형의 절삭날의 중심각이 135°이상이면, 절삭날의 형상이 반원형에 근접하고, 스러스트 하중이 방사형으로 분산하는 것에 따른 스러스트 하중의 저감 효과가 높아, 천공 가공 시의 스러스트 하중을 분산할 수 있다. 또한, 구멍의 바닥면의 형상이 반구형에 근접하기 때문에, 스러스트 하중에 대한 강도를 높게 할 수 있다. 덧붙여, 최대 두께(Ht)(도 1의 왼쪽 도면을 참조)도 커지는 만큼, 바닥부의 강도가 향상함으로써, 바닥부가 이지러지기 어려워진다. 원호의 중심각은, 예컨대 150°이상이 보다 바람직하고, 반원형의 절삭날이 되도록 180°가 특히 바람직하다.

한편, 절삭날을 형성하는 원호의 반경은, 드릴 직경의 반경과 대략 동등한 것이 바람직하고, 예컨대, 드릴 직경의 0.4배 이상 0.6배 이하가 바람직하다. 특히, 절삭날의 형상은 반원형인 것이 바람직하고, 원호의 중심각이 180°이며, 또한, 원호의 반경이 드릴 직경의 0.5배, 즉 드릴 직경(d)의 반경과 같은 것이 바람직하다. 여기서 말하는 「드릴의 직경(드릴 직경)」이란, 절삭날이 형성되는 부분(소위, 날부)의 외경 치수를 말한다.

(4) 본 발명의 일형태에 따른 소결 부품은, 구멍이 형성된 소결 부품이다. 그리고, 구멍의 내주면이 새틴 피니시형이다.

전술한 바와 같이, 소결 전의 압분 성형체에 드릴로 천공 가공한 경우, 금 속 분말의 입자끼리의 결합이 약하기 때문에, 금속 분말의 입자를 드릴로 깎아내면서 절삭하여, 구멍을 형성해 간다. 그 때문에, 압분 성형체에 형성된 구멍의 내주면은, 입자에 의한 요철이 전체적으로 형성되어 새틴 피니시형이 된다. 구멍의 내주면의 표면 성상은 소결 후도 실질적으로 유지되기 때문에, 구멍이 형성된 압분 성형체를 소결한 소결 부품에 있어서도 구멍의 내주면은 새틴 피니시형이 된다. 즉, 소결 부품에 형성된 구멍의 내주면이 새틴 피니시형이라고 하는 것은, 소결 전의 압분 성형체에 대하여 드릴로 천공 가공한 것을 나타내고 있다. 이와 같이 새틴 피니시형의 내주면의 구멍을 갖는 상기 소결 부품은, 소결 후에 구멍을 형성한 종래의 소결 부 품에 비교하여, 생산성이 우수하다.

이에 대하여, 소결 후에 드릴로 천공 가공한 경우는, 금속 분말의 입자끼리가 소결에 의해 강고하게 결합하고 있기 때문에, 금속의 덩어리를 드릴로 절단하면서, 구멍을 형성해 간다. 그 때문에, 소결 부품에 대하여 드릴로 천공 가공을 행함으로써 형성된 구멍의 내주면은 전체적으로 요철이 적은 평활한 면이 되며, 광택을 갖는다.

(5) 상기 소결 부품의 일형태로서, 상기 구멍의 내주면의 십점 평균 거칠기(Rz)가 20 ㎛ 이상인 것을 들 수 있다.

소결 전의 압분 성형체에 드릴로 구멍을 형성하여 소결한 경우, 소결 부품에 형성된 구멍의 내주면의 십점 평균 거칠기(Rz)는, 금속 분말의 입자의 형상·사이즈에도 따르지만, 예컨대 20 ㎛ 이상인 것을 들 수 있다. 구멍의 내주면의 십점 평균 거칠기(Rz)의 상한은, 예컨대 150 ㎛ 이하인 것을 들 수 있다. 한편, 소결 후에 드릴로 구멍을 형성한 경우, 소결 부품에 형성된 구멍의 내주면의 십점 평균 거칠기(Rz)는, 통상 20 ㎛ 미만, 더욱 15 ㎛ 이하이다.

(6) 본 발명의 일형태에 따른 드릴은, 피삭물에 천공 가공을 행하는 드릴이다. 피삭물은 금속 분말을 함유하는 원료 분말을 프레스 성형한 압분 성형체이다. 드릴은, 선단부에 원호형의 절삭날을 갖는다.

상기 드릴에 의하면, 선단부에 원호형의 절삭날을 가짐으로써, 압분 성형체에 관통 구멍을 형성할 때에 선단 치핑의 발생을 억제할 수 있다.

[본 발명의 실시형태의 상세]

본 발명의 실시형태에 따른 소결 부품의 제조 방법, 소결 부품 및 드릴의 구체예를, 이하 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 본 발명은 이들 예시에 한정되는 것이 아니며, 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

<소결 부품의 제조 방법>

본 발명의 실시형태에 따른 소결 부품의 제조 방법은, 압분 성형체를 제작하는 성형 공정과, 압분 성형체에 드릴로 구멍을 형성하는 천공 가공 공정과, 천공 가공 후, 압분 성형체를 소결하는 소결 공정을 포함한다. 소결 부품의 제조 방법은, 천공 가공 공정에 있어서, 선단부에 원호형의 절삭날을 갖는 드릴을 사용하는 것을 특징의 하나로 한다. 이하, 주로 도 2를 참조하면서, 제조 방법의 각 공정에 대해서 자세히 설명한다.

(성형 공정)

성형 공정에서는, 금속 분말을 함유하는 원료 분말을 프레스 성형하여 압분 성형체(G)를 제작한다(도 2의 위 도면을 참조). 압분 성형체(G)는, 소결 부품의 소재이며, 제조하는 소결 부품(S)(도 2의 아래 도면을 참조)에 대응한 형상으로 성형되어 있다. 여기서는, 압분 성형체(G)(소결 부품(S))로서, 중심에 원형상의 축 구멍(30)이 형성된 원통형의 것을 예로서 들고 있다.

〈원료 분말〉

원료 분말은, 금속 분말을 주체로서 함유한다. 금속 분말의 재질은, 제조하는 소결 부품의 재질에 따라 적절하게 선택할 수 있고, 대표적으로는, 철계 재료를 들 수 있다. 「철계 재료」란, 철 또는 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, FeP계 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 철 분말을 주체로 하는 경우, 합금 성분으로서 Cu, Ni, Mo 등의 금속 분말을 첨가하여도 좋다. Cu, Ni, Mo는, 담금질성을 향상시키는 원소이며, 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(흑연) 분말 등의 비금속 무기 재료를 첨가하여도 좋다. C는, 소결체나 그 열 처리체의 강도를 향상시키는 원소이며, 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 압분 성형체(G)를 제작할 때에 성형 시의 윤활성이 높여져, 성형성이 향상된다. 따라서, 프레스 성형의 압력을 낮게 하여도, 치밀한 압분 성형체(G)를 얻기 쉬워, 고밀도의 소결 부품(S)을 얻기 쉽다. 또한, 원료 분말에 윤활제를 혼합하면, 압분 성형체(G) 중에 윤활제가 분산하게 되기 때문에, 후속 공정에서 압분 성형체(G)에 드릴(10)로 천공 가공할(도 2의 가운데 도면을 참조) 때에 드릴의 윤활제로서도 기능한다. 따라서, 절삭 저항(스러스트 하중)을 저감하거나, 공구 수명을 개선할 수 있다. 윤활제로서는, 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, 압분 성형체(G)에 포함되는 금속 분말의 비율을 많게 할 수 있다. 그 때문에, 프레스 성형의 압력을 낮게 하여도, 치밀한 압분 성형체(G)를 얻기 쉽다. 또한, 후속 공정에서 압분 성형체(G)를 소결하였을 때에 윤활제가 소실되는 것에 따른 체적 수축을 억제할 수 있고, 치수 정밀도가 높아, 고밀도의 소결 부품(S)를 얻기 쉽다. 윤활제의 함유량은, 윤활성의 향상 효과를 얻는 관점에서, 0.1 질량％ 이상, 더욱 0.5 질량％ 이상이 바람직하다.

이상의 이유에서, 윤활제의 함유량은, 원료 분말을 100 질량％로 할 때, 0.1 질량％ 이상 2 질량％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.5 질량％ 이상 2 질량％ 이하, 0.1 질량％ 이상 1 질량％ 이하, 0.5 질량％ 이상 1 질량％ 이하로 할 수 있다.

원료 분말은, 유기 바인더를 함유하지 않는다. 원료 분말에 유기 바인더를 함유하지 않음으로써, 압분 성형체(G)에 포함되는 금속 분말의 비율을 많게 할 수 있기 때문에, 프레스 성형의 압력을 낮게 하여도, 치밀한 압분 성형체(G)를 얻기 쉽다. 또한, 압분 성형체(G)를 후속 공정에서 탈지할 필요도 없다.

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

전술한 금속 분말은, 워터 애토마이즈 분말, 환원 분말, 가스 애토마이즈 분말 등을 이용할 수 있고, 그 중에서도, 워터 애토마이즈 분말 또는 환원 분말이 적합하다. 워터 애토마이즈 분말이나 환원 분말은, 입자 표면에 요철이 많이 형성되어 있기 때문에, 성형 시에 입자끼리의 요철이 맞물려, 압분 성형체(G)의 보형력을 높일 수 있다. 일반적으로, 가스 애토마이즈 분말에서는, 표면에 요철이 적은 입자를 얻기 쉬운 데 대하여, 워터 애토마이즈 분말 또는 환원 분말에서는, 표면에 요철이 많은 입자를 얻기 쉽다. 또한, 금속 분말의 평균 입경은, 예컨대 20 ㎛ 이상, 50 ㎛ 이상 150 ㎛ 이하로 하는 것을 들 수 있다. 「금속 분말의 평균 입경」이란, 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치에 의해 측정한 체적 입도 분포에 있어서의 누적 체적이 50％가 되는 입경(D50)을 말한다. 금속 분말의 평균 입경이 상기 범위 내이면, 취급하기 쉬워, 프레스 성형을 행하기 쉽다.

〈프레스 성형〉

프레스 성형은, 최종 제품인 소결 부품에 대응한 형상으로 성형할 수 있는 성형 장치(성형용 금형)를 이용한다. 도 2에 예시하는 원통형의 압분 성형체(G)에서는, 축 구멍(30)을 성형 시에 일체로 형성하고 있다. 이 압분 성형체(G)는, 예컨대, 압분 성형체(G)의 양단부면을 형성하는 원환형의 프레스면을 갖는 상하의 펀치와, 상하의 펀치의 내측에 삽입 관통되어, 압분 성형체(G)의 내주면을 형성하는 원기둥형의 내측 다이와, 상하의 펀치의 외주를 둘러싸, 압분 성형체(G)의 외주면을 형성하는 원형상의 삽입 관통 구멍이 형성된 외측 다이를 이용하여 형성할 수 있다. 이 압분 성형체(G)의 축 방향 양단부면은 상하의 펀치로 프레스된 프레스면, 내주면과 외주면이란 내외의 다이와의 미끄럼 접촉면이며, 축 구멍(30)은 성형 시에 일체로 형성된다. 프레스 성형의 압력은, 예컨대 250 ㎫ 이상 800 ㎫ 이하로 할 수 있다.

(천공 가공 공정)

천공 가공 공정에서는, 압분 성형체(G)에 드릴(10)로 구멍(50)을 형성한다(도 2의 가운데 도면을 참조). 구멍(50)은, 관통 구멍 또는 블라인드 홀이다. 여기서는, 드릴(10)에 의해, 압분 성형체(G)의 외주면으로부터 내주면으로 빠지는 관통 구멍을 형성하고 있다. 즉, 압분 성형체(G)에 성형된 축 구멍(성형 구멍)(30)과 드릴(10)로 형성한 관통 구멍(드릴 구멍)(50)이 연결되어 있고, 관통 구멍(50)의 출구측의 개구가 압분 성형체(G)의 내주면[축 구멍(30)의 내주면]에 마련되어 있다. 이 예에서는, 관통 구멍(50)의 내주면과 압분 성형체(G)의 외측면(단부면)의 거리(두께)가 관통 구멍(50)의 직경 이상이 되는 부분에 관통 구멍(50)을 형성하고 있다. 도 3을 참조하여, 압분 성형체(G)의 천공 가공에 사용하는 드릴(10)에 대해서 설명한다.

〈드릴〉

도 3의 왼쪽 위 도면은 드릴의 개략 평면도이며, 도 3의 왼쪽 아래 도면은 드릴을 선단측에서 본 개략 정면도이며, 도 3의 오른쪽 아래 도면은 드릴의 선단부를 부분적으로 나타내는 개략 측면도이다. 드릴(10)은 피삭물에 천공 가공을 행하는 것이다. 피삭물은 금속 분말을 함유하는 원료 분말을 프레스 성형한 압분 성형체(G)(도 2의 가운데 도면을 참조)이다. 드릴(10)은, 본 발명의 실시형태에 따른 것이다.

도 3에 예시하는 드릴(10)은, 선단부(100)에 원호형의 절삭날(110)을 갖는, 소위 R 드릴이다. 선단부(100)는, 절삭날(110)의 선단(정점)으로부터 외주 코너(120)까지의 부분이다.

〈절삭날의 형상〉

드릴(10)은, 도 3의 왼쪽 위 도면에 나타내는 바와 같이, 드릴(10)의 중심축에 평행한 면에 대하여 절삭날(110)을 평행하게 하여, 그 평행한 면에 대하여 직교하는 방향으로부터 평면에서 보았을 때, 절삭날(110)의 투영 형상이 원호형이다.

절삭날(110)을 형성하는 원호의 중심각(α)은, 예컨대 130°이상이며, 바람직하게는 135°이상 180°이하, 보다 바람직하게는 150°이상이다. 이 예에서는, 원호의 중심각(α)이 180°이다.

절삭날을 형성하는 원호의 반경(R)은, 예컨대 드릴의 직경(d)의 0.4배 이상 0.6배 이하이며, 바람직하게는 드릴 직경(d)의 0.5배, 즉 드릴 직경(d)의 반경(d/2)과 동등하다. 이 예에서는, 절삭날의 형상이 반원형이고, 원호의 중심각(α)이 180°이며, 또한 원호의 반경(R)이 드릴 직경(d)의 반경과 같다. 드릴(10)의 직경(d)은, 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 1.0 ㎜ 이상 20.0 ㎜ 이하이다.

〈절삭날의 경사각〉

절삭날(110)의 경사각은, 예컨대 0°이상이며, 바람직하게는 0°초과 10°이하, 보다 바람직하게는 5°이상 8°이하이다. 절삭날(110)의 경사각은, 도 3의 오른쪽 아래 도면에 나타내는 바와 같이, 드릴(10)의 중심축에 평행한 면에 대하여 절삭날(110)을 평행하게 하여, 드릴(10)의 중심축에 직교하며, 또한 수평면에 평행한 방향으로부터 측면에서 보았을 때, 축에 평행한 면(P)과 절삭날(110)을 구성하는 경사면(111)이 이루는 각도(γ)를 말한다. 이 예에서는, 절삭날(110)의 경사각이 7°이다.

〈절삭 조건〉

드릴(10)의 회전수나 이송 속도(이송량)라고 하는 절삭 조건은, 압분 성형체(G)(금속 분말)의 재질, 형성하는 관통 구멍(50)의 깊이나 드릴(10)의 직경 등에 따라 적절하게 설정하면 좋다(도 2도 참조). 예컨대, 회전수는 1000 rpm 이상, 더욱 2000 rpm 이상, 이송 속도는 100 ㎜/min 이상, 더욱 200 ㎜/min 이상, 이송량은 0.01 ㎜/rev. 이상, 더욱 0.1 ㎜/rev. 이상으로 하는 것을 들 수 있다. 압분 성형체에 대하여 가공하는 편이, 소결체를 가공하는 것보다, 보다 고속에서의 가공이 가능한 것이, 실험을 통하여 판명되어 있다.

압분 성형체(G)에 드릴(10)로 형성한 구멍(관통 구멍)(50)의 내주면은 새틴 피니시형이다. 압분 성형체(G)에서는 금속 분말의 입자끼리의 결합이 약하기 때문에, 드릴로 천공 가공한 경우, 금속 분말의 입자를 드릴로 깎아내면서 절삭하여 관통 구멍(50)을 형성해 간다. 그 때문에, 압분 성형체(G)에 형성된 관통 구멍(50)의 내주면은, 입자에 의한 요철이 전체적으로 형성되어 새틴 피니시형이 된다.

(소결 공정)

소결 공정에서는, 천공 가공 후, 압분 성형체(G)를 소결한다. 소결에는, 온도 분위기 제어가 가능한 소결로(도시 생략)를 이용한다. 소결 조건은, 압분 성형체(G)(금속 분말)의 재질 등에 따라, 소결에 필요한 조건을 적절하게 설정하면 좋다. 소결 온도는, 예컨대 1000℃ 이상, 더욱 1100℃ 이상, 1200℃ 이상으로 하고, 주된 금속 분말의 융점 이하(예컨대 1400℃ 이하)로 하는 것을 들 수 있다. 소결 시간은, 예컨대 15분 이상 150분 이하, 더욱 20분 이상 60분 이하로 하는 것을 들 수 있다. 소결에 의해, 구멍(관통 구멍)(50S)이 형성된 소결 부품(S)이 얻어진다(도 2의 아래 도면을 참조). 소결 부품(S)은, 본 발명의 실시형태에 따른 것이다.

〈소결 부품〉

소결 부품(S)에는, 구멍(관통 구멍)(50S)이 형성되어 있다. 이 관통 구멍(50S)은, 소결 전의 천공 가공에 의해, 압분 성형체(G)에 대하여 드릴(10)로 형성한 관통 구멍(50)이다(도 2의 가운데 도면을 참조). 전술한 바와 같이, 압분 성형체(G)에 드릴(10)로 형성한 관통 구멍(50)의 내주면은 새틴 피니시형이다. 소결 후도 관통 구멍(50)의 내주면의 표면 성상은 실질적으로 유지되게 되기 때문에, 압분 성형체(G)를 소결한 소결 부품(S)의 관통 구멍(50S)의 내주면도 새틴 피니시형이 된다. 바꾸어 말하면, 소결 부품(S)에 형성된 관통 구멍(50S)의 내주면이 새틴 피니시형이라고 하는 것은, 소결 전의 압분 성형체(G)에 대하여 드릴(10)로 천공 가공한 것을 나타내고 있다. 소결 부품(S)에 있어서, 관통 구멍(50S)의 내주면의 십점 평균 거칠기(Rz)는, 예컨대 20 ㎛ 이상 150 ㎛ 이하인 것을 들 수 있다.

이 예에서는, 관통 구멍(50S)이, 관통 구멍(50S)의 내주면과 소결 부품(S)의 외측면(단부면)의 거리(두께)가 관통 구멍(50S)의 직경과 동일 이상이 되는 부분에 형성되어 있다.

<작용 효과>

상기 실시형태에 따른 소결 부품의 제조 방법은, 소결 전의 압분 성형체에 대하여 드릴로 천공 가공을 행함으로써, 절삭이 용이하여, 절삭 저항(스러스트 하중)이 대폭 저감된다. 그 때문에, 소결 후에 드릴로 천공 가공을 행하는 종래의 제조 방법에 비교하여, 가공 시간을 단축 가능하여, 가공 구멍 정밀도가 향상되는 것 외에, 공구 수명도 대폭 개선할 수 있다. 또한, 상기 실시형태에 따른 소결 부품의 제조 방법은, 선단부에 원호형의 절삭날을 갖는 드릴을 이용하여 천공 가공을 행함으로써, 압분 성형체에 관통 구멍을 형성할 때에 선단 치핑의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 소결 부품의 제조 방법은, 선단 치핑의 발생을 억제할 수 있으며, 생산성이 우수하다.

상기 실시형태에 따른 소결 부품은, 구멍(관통 구멍)이 형성되고, 그 구멍의 내주면이 새틴 피니시형인 것으로 인해, 소결 전의 압분 성형체에 대하여 드릴로 천공 가공하고 있어, 생산성이 우수하다.

상기 실시형태에 따른 드릴은, 선단부에 원호형의 절삭날을 가짐으로써, 압분 성형체에 관통 구멍을 형성할 때에 선단 치핑의 발생을 억제할 수 있다.

상기 실시형태에서는, 압분 성형체에 드릴로 관통 구멍을 형성하는 경우를 예로 들어 설명하였지만, 형성하는 구멍은, 블라인드 홀이어도 좋다. 블라인드 홀의 경우, 구멍의 바닥부의 두께를 얇게 할 수 있다. 예컨대, 바닥부의 두께가 드릴 직경(구멍 직경)의 2배 이하의 블라인드 홀을 형성하는 경우에 적합하다. 바닥부의 두께의 하한은, 드릴 직경(구멍 직경)의 1/4 이상, 1/2 이상 정도로 하는 것을 들 수 있다.

[시험예 1]

금속 분말을 함유하는 원료 분말을 프레스 성형하여 압분 성형체를 제작하고, 절단 날의 형상이 상이한 드릴을 사용하여 압분 성형체에 천공 가공 시험을 행하였다.

(압분 성형체)

워터 애토마이즈 철 분말[평균 입경(D50) 100 ㎛]과, 워터 애토마이즈 구리 분말[평균 입경(D50) 30 ㎛]과, 탄소(흑연) 분말[평균 입경(D50) 20 ㎛]과, 윤활제로서 에틸렌비스스테아린산아미드를 준비하고, 이들을 혼합하여 원료 분말을 준비하였다.

준비한 원료 분말을 소정의 성형용 금형에 충전하고, 600 ㎫의 압력으로 프레스 성형하여, 세로 50 ㎜×가로 20 ㎜×두께 10 ㎜의 판형의 압분 성형체를 제작하였다. 이 압분 성형체의 밀도는 6.9 g/㎤였다. 이 밀도는 압분 성형체의 체적과 질량으로부터 산출한 겉보기 밀도이다.

다음에, 제작한 압분 성형체에 드릴로 천공 가공을 행하여, 압분 성형체의 두께 방향으로 관통 구멍을 형성하였다. 그리고, 관통 구멍의 출구측의 개구부를 관찰하여, 선단 치핑의 발생 상황을 조사하였다.

드릴에는, 도 3에 나타내는 바와 같은, 절삭날의 형상이 반원형인 R 드릴을 준비하였다. 준비한 R 드릴은, 드릴 직경(d)이 8.0 ㎜이며, 절삭날을 형성하는 원호의 중심각(α)이 180°이고, 또한 원호의 반경(R)이 4.0 ㎜[드릴 직경(d)의 0.5배]이다. 또한, 절삭날의 경사각이 0°이다. 이 R 드릴은, 스미토모덴코하드메탈 가부시키가이샤 제조의 드릴(형식 번호: MDW0800GS4, 재질: 초경 합금)의 선단부의 절삭날을 연마 가공하여 제작하였다.

또한, 절삭날의 형상이 V자형인 V 드릴을 준비하였다. 준비한 V 드릴은, 히타치 툴 가부시키가이샤 제조의 드릴(형식 번호: 05WHNSB0400-TH, 재질: 초경 합금)이다. 이 V 드릴은, 드릴 직경(d)이 4.0 ㎜, 절삭날의 선단각이 140°이다.

상기 R 드릴 및 V 드릴을 사용하여 압분 성형체에 천공 가공을 행하여, 관 통 구멍을 형성하였다. R 드릴을 사용한 경우의 절삭 조건은, 회전수 4000 rpm, 이송 속도 1600 ㎜/min으로 하였다. V 드릴을 사용한 경우의 절삭 조건은, 회전수 4000 rpm, 입구측으로부터 구멍 깊이가 5 ㎜에 달할 때까지의 이송 속도 800 ㎜/min, 구멍 깊이가 5 ㎜의 위치로부터 관통하기까지의 이송 속도 1600 ㎜/min으로 하였다.

천공 가공 후, 각 드릴로 관통 구멍을 형성한 압분 성형체에 대해서, 관통 구멍의 출구측의 개구부를 광학 현미경으로 관찰하였다. 그 결과를 도 4 및 도 5에 나타낸다. 도 4는 R 드릴을 사용한 경우, 도 5는 V 드릴을 사용한 경우이다. 도 4 및 도 5의 현미경 사진에 있어서, 중앙의 원형 부분이 관통 구멍이다.

도 4에 있어서, 중앙의 원형 부분(관통 구멍)의 주위를 가선을 두르는 것 같은 일정폭의 검은 환형 부분은, 관통 구멍의 내주면이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 상기 R 드릴로 관통 구멍을 형성한 경우, 관통 구멍의 출구측의 개구에 있어서 선단 치핑이 매우 적어, 이 예에서는 선단 치핑을 확인할 수 없었다.

도 5에 있어서, 관통 구멍의 주위로 넓어져 있는 회색의 부분은, 선단 치핑이다. 상기 V 드릴로 관통 구멍을 형성한 경우, 도 5에 나타내는 바와 같이, 관통 구멍의 출구측의 개구에 큰 선단 치핑이 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 또한, V 드릴로 관통 구멍을 형성한 경우의 선단 치핑량을 측정한 바 1.55 ㎜였다. 선단 치핑량은, 도 5의 현미경 사진으로부터, 선단 치핑 부분의 윤곽 상에 위치하는 점 중, 관통 구멍의 중심으로부터 가장 떨어진 점까지의 거리를 계측하고, 그 길이와 관통 구멍의 직경의 차를 산출함으로써 구하였다.

이 결과로부터, 원호형의 절삭날을 갖는 R 드릴을 사용함으로써, 선단 치핑의 발생을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.

[시험예 2]

절삭날의 경사각이 상이한 R 드릴을 사용하여 압분 성형체에 천공 가공을 행하여, 관통 구멍을 형성할 때의 스러스트 하중을 비교하였다.

가공 대상의 압분 성형체에는, 시험예 1과 동일한 것을 이용하였다.

사용한 R 드릴은, 시험예 1과 마찬가지로, 절삭날의 형상이 반원형이며, 스미토모덴코하드메탈 가부시키가이샤 제조의 드릴(형식 번호: MDW0800GS4, 재질: 초경 합금)의 선단부의 절삭날을 연마 가공하여 제작하였다. 이 R 드릴은, 드릴 직경(d)이 8.0 ㎜, 절삭날을 형성하는 원호의 중심각(α)이 180°, 원호의 반경(R)이 4.0 ㎜[드릴 직경(d)의 0.5배]이다. 그리고, 경사각이 0°, 7°, 10°인 3종류의 R 드릴을 제작하여, 경사각이 0°인 R 드릴을 R0, 경사각이 7°인 R 드릴을 R7, 경사각이 10°인 R 드릴을 R10으로 하였다.

상기 3종류의 각 드릴(R0, R7, R10)로 압분 성형체에 천공 가공을 3회 행하여, 압분 성형체의 두께 방향으로 관통 구멍을 3개 형성하였다. 절삭 조건은, 회전수 2000 rpm, 이송 속도 200 ㎜/min(이송량 0.1 ㎜/rev.)으로 하였다. 그리고, 1회째부터 3회째까지의 각각의 천공 가공에 있어서, 관통 구멍을 형성할 때의 스러스트 하중 및 토크를 측정하였다. 스러스트 하중 및 토크는, 절삭 동력계(니혼키슬러 가부시키가이샤 제조, 형식 번호 9272)를 사용하여, 천공 가공의 개시부터 관통 구멍이 형성될 때까지 측정하여, 그 최대값을 구하였다. 또한, 각 회의 천공 가공에 있어서의 각 스러스트 하중 및 토크로부터 그 평균값도 구하였다.

R0, R7, R10의 드릴을 사용하여 천공 가공한 경우의 스러스트 하중 및 토크를 표 1∼표 3에 각각 나타낸다. 예컨대 표 1 중, 「R0-1」이란, R0의 드릴을 사용한 1회째의 천공 가공인 것을 나타내고 있고, 전반의 기호는 사용한 드릴, 후반의 숫자는 몇 회째의 가공인지를 나타내고 있다(표 2, 표 3도 동일함).

또한, 각 드릴에 있어서의 스러스트 하중 및 토크의 평균값을 바탕으로, 경사각과 스러스트 하중 및 토크의 관계를 도 6에 나타낸다. 도 6의 그래프에 있어서, 횡축이 경사각의 각도(°), 좌측의 종축이 스러스트 하중(N), 우측의 종축이 토크(N·m)를 나타내고, ■ 표시가 스러스트 하중, ◇ 표시가 토크이다.

표 1∼표 3 및 도 6의 결과로부터, 경사각이 7°인 R 드릴 쪽이, 경사각이 0°또는 10°인 R 드릴에 비교하여, 스러스트 하중이 작은 것을 알 수 있다. 경사각이 0°초과 10°이하의 범위 내이면, 경사각이 0°인 경우에 비교하여, 스러스트 하중을 저감할 수 있다고 생각된다. 따라서, 경사각이 0°초과 10°이하인 R 드릴을 사용함으로써, 선단 치핑의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다고 생각된다. 한편, 토크는, 경사각이 커질수록 작아지는 경향이 있는 것을 알 수 있다.

[시험예 3]

R 드릴을 사용하여 압분 성형체에 천공 가공한 후, R 드릴로 관통 구멍을 형성한 압분 성형체를 소결하여 소결 부품을 제작하였다.

가공 대상의 압분 성형체에는, 시험예 1과 동일한 것을 이용하였다.

여기서는, 절삭날의 형상이 반원형이며, 드릴 직경(d)이 3.5 ㎜인 R 드릴을 사용하였다. 이 R 드릴은, 스미토모덴코하드메탈 가부시키가이샤 제조의 드릴(형식 번호: MDW0350GS4, 재질: 초경 합금)의 선단부의 절삭날을 연마 가공하여 제작하였다. 이 R 드릴은, 절삭날을 형성하는 원호의 중심각(α)이 180°, 원호의 반경(R)이 1.75 ㎜[드릴 직경(d)의 0.5배], 경사각이 0°이다.

상기 R 드릴을 사용하여 압분 성형체에 천공 가공을 행하여, 압분 성형체의 두께 방향으로 관통 구멍을 형성하였다. 절삭 조건은, 회전수 2000 rpm, 이송 속도 200 ㎜/min(이송량 0.1 ㎜/rev.)으로 하였다. 천공 가공 후, 관통 구멍을 형성한 압분 성형체를 1130℃×20분으로 소결하여 소결 부품을 제작하였다.

동일하게 하여 관통 구멍을 형성한 압분 성형체를 관통 구멍의 중심축을 통과하도록 두께 방향으로 절단하고, 관통 구멍의 내주면을 광학 현미경으로 관찰하였다. 그 단면 사진을 도 7에 나타낸다. 도 7에 있어서, 중앙의 좌우 방향으로 연장되는 띠형 부분이 관통 구멍의 내주면이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 관통 구멍의 내주면은 새틴 피니시형이었다. 또한, 이 관통 구멍의 내주면의 십점 평균 거칠기(Rz)를 측정한 바, 40 ㎛였다. 또한, 상기 제작한 소결 부품을 관통 구멍의 중심축을 통과하도록 두께 방향으로 절단하여, 관통 구멍의 내주면을 광학 현미경으로 관찰한 바, 전술한 압분 성형체에 있어서의 관통 구멍의 내주면의 표면 성상과 동일하며, 내주면의 십점 평균 거칠기(Rz)도 동등하였다. 십점 평균 거칠기(Rz)는, 「제품의 기하 특성 사양(GPS)-표면 성상: 윤곽 곡선 방식-용어, 정의 및 표면 성상 파라미터 JIS B 0601:2013」에 준거하여 측정한 값이다.

소결 후의 소결 부품에 대하여 드릴로 관통 구멍을 형성하여, 동일하게 관통 구멍의 내주면을 관찰한 결과, 도시는 생략하지만, 관통 구멍의 내주면은 요철이 적은 평활한 면으로 되어 있고, 광택을 가지고 있었다. 또한, 이 관통 구멍의 내주면의 십점 평균 거칠기(Rz)를 측정한 바, 11 ㎛였다. 소결 부품의 천공 가공에 사용한 드릴은, 스미토모덴코하드메탈 가부시키가이샤 제조의 MDW0350GS4이며, 절삭날의 형상이 V자형으로, 드릴 직경(d)이 3.5 ㎜, 절삭날의 선단각이 135°이다.

본 출원은 2014년 12월 12일자의 일본 특허 출원(제2014-252531호)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 받아들여진다.

본 발명의 일양태에 따른 소결 부품의 제조 방법은, 자동차 부품이나 기계 부품 등의 각종 소결 부품(예, 스프로켓, 로터, 기어, 링, 플랜지, 풀리, 베인, 베어링 등)의 제조에 이용 가능하다. 본 발명의 일양태에 따른 소결 부품은, 자동차 부품이나 기계 부품 등의 각종 소결 부품에 이용 가능하다. 본 발명의 일양태에 따른 드릴은, 압분 성형체의 천공 가공에 이용 가능하다.

10 : 드릴(R 드릴) 11 : 드릴(V 드릴)
100 : 선단부 110 : 절삭날
111 : 경사면 120 : 외주 코너
30 : 축 구멍 50 : 구멍(관통 구멍)
50S : 구멍(관통 구멍) G : 압분 성형체(피삭물)
S : 소결 부품

Claims (8)

1. 금속 분말을 함유하는 원료 분말을 프레스 성형하여 압분 성형체를 제작하는 성형 공정과,
   상기 압분 성형체에 드릴로 구멍을 형성하는 천공 가공 공정과,
   상기 천공 가공 후, 상기 압분 성형체를 소결하는 소결 공정을 포함하고,
   상기 천공 가공에 사용하는 상기 드릴은, 선단부에 원호형의 절삭날을 가지며,
   상기 금속 분말은 철을 포함하는 철 합금이고,
   상기 원료 분말은 윤활제를 함유하며,
   상기 성형 공정과 상기 천공 가공 공정 사이에는 상기 압분 성형체에 예비 소결을 행하지 않는 것인 소결 부품의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 드릴은, 상기 절삭날의 경사각이 0°초과 10°이하인 것인 소결 부품의 제조 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 드릴은, 상기 절삭날을 형성하는 원호의 중심각이 135°이상 180°이하인 것인 소결 부품의 제조 방법.
4. 제1항의 소결 부품의 제조 방법에 의해 제조된 구멍이 형성된 소결 부품으로서,
   상기 구멍의 내주면이 새틴 피니시형인 것인 소결 부품.
5. 제4항에 있어서, 상기 구멍의 내주면의 십점 평균 거칠기(Rz)가 20 ㎛ 이상인 것인 소결 부품.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images