KR19980057342A

KR19980057342A - 쉬프트 포크의 제조방법

Info

Publication number: KR19980057342A
Application number: KR1019960076616A
Authority: KR
Inventors: 김준수
Original assignee: 박병재; 현대자동차 주식회사
Priority date: 1996-12-30
Filing date: 1996-12-30
Publication date: 1998-09-25

Abstract

본 발명은 쉬프트 포크(shift fork)의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실리콘 미립자와 알루미늄합금 분말을 균일하게 혼합하고 일정모양으로 열간압출하여 고내마모성 소재를 제조하고 이를 절삭하여 일반 알루미늄 합금으로 다이캐스트할 때 내마모성이 요구되는 부분에 장착하여 다이캐스트함으로써 쉬프트 포크이 내마모성 요구부분이 보완되어 내마모성이 우수하고 기계적 특성이 우수한 쉬프트 포크를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

쉬프트 포크의 제조방법

종래 자동차의 쉬프트 포크(shift fork)를 제조하는 방법은 주철을 주조하거나, 실리콘 함량이 18 % 이상인 내마모성 알루미늄 합금을 주조 또는 다이캐스트하여 제조하였다.

그러나, 다량의 실리콘을 함유하는 알루미늄 합금의 경우 초정 실리콘에 의해 내마모성이 향상되나 이를 위해 실리콘 함량을 높여야만 하며, 이로인하여 주조시 응고수축율이 높아져 주조결함이 발생하기 쉬운 문제가 있다. 따라서, 기계적특성과 내마모성을 향상시키기 위해서는 초정 실리콘의 크기를 균일하게 조정할 필요가 있어 주조작업이 상당히 까다롭다. 또한, 실리콘 함량이 많아 절삭가공이 불리하며, 재료가 매우 취약해 사용도중에 파손되는 문제가 있었다.

그밖에 탄화규소, 알루미나, 질화규소 둥의 세라믹 섬유 또는 입자로 강화한 알루미늄 복합재료도 있지만, 이들 역시 마찰계수와 상대마모량이 높으며 세라믹과 기지금속간의 기계적특성을 저하시키는 반응생성물이 생성되어 내마모성이 우수하지 못한 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 알루미늄 합금 복합재료를 사용한 쉬프트 포크의 문제점을 해결하기 위하여 실리콘 미립자와 알루미늄합금 분말을 균일하게 혼합하고 일정모양으로 열간압출하여 고내마모성 소재를 제조하고 이를 절삭하여 일반 알루미늄 합금으로 다이캐스트할 때 내마모성이 요구되는 부분에 장착하여 다이캐스트함으로써 쉬프트 포크이 내마모성 요구부분이 보완되어 내마모성이 우수하고 기계적 특성이 우수한 쉬프트 포크를 제조하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 알루미늄 합금을 다이캐스팅하여 쉬프트 포크를 제조하는 방법에 있어서, 내마모성요구 부위에 맞는 소정모양의 고내마모성 소재를 금형내에 고정시키고 다이캐스팅하는 것을 그 특징으로 한다.

이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 쉬프트 포크의 내마모성이 요구되는 부분에만 고내마모성 소재를 사용하고 나머지 부분은 일반적인 고강도 알루미늄 합금을 사용하여 주조하는 쉬프트 포크의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 통상 일반적 고강도 알루미늄 합금에 과량의 실리콘을 첨가하여 공정이 복합하고 절삭가공이 어려운 뮨제점을 해결하고 내마모성과 강도를 향상시킬 수 있는 쉬프트 포크를 제공하기 위하여 전체 부분은 통상의 고강도 알루미늄 합금을 그대로 사용하도록 하고 내마모성이 요구되는 부위, 즉 상대부품과 접촉되는 부위에만 고내마모성 소재를 장착하도록 한다.

이때, 고내마모성 소재로는 5∼150 ㎛ 크기의 실리콘 분말과 10∼500 ㎛ 크기의 알루미늄 분말을 혼합하여 열간압출하여 제조된 것을 사용한다.

이를 구체적으로 살펴보면, 우선 실리콘 분말과 알루미늄 분말을 균일하게 혼합한다. 이때, 실리콘 분말의 크기는 5∼150 ㎛인 것이 바람직한 바, 만일 그 크기가 5 ㎛ 미만이면 기계적특성은 향상되나 내마모성이 저하되며, 150 ㎛를 초과하는 경우 열간압출시 파괴되며 기계적특성이 저하된다. 가장 바람직하기로는 50 ㎛크기의 실리콘 분말을 사용하는 것이다.

그리고, 알루미늄합금 분말은 10∼500 ㎛ 크기를 갖는 통상의 것을 사용하는 바, 만일 그 크기가 10 ㎛ 미만이면 분말의 제조가 어렵고 500 ㎛를 초과하는 경우 열간압출시 실리콘 분말이 불균일해질 수 있다.

상기와 같은 크기의 실리콘 분말과 알루미늄합금 분말을 냉간프레스하여 층진율이 70 % 정도 되도록 한 다음 350∼450 ℃에서 4시간 정도 탈가스처리한 다음, 450 ℃에서 열간압출한다.

여기서, 탈가스처리는 분말의 표면에 부착되어 있는 수분을 제거하기 위해서이므로 그 온도가 350 ℃보다 낮을 경우 수분에서 발생된 수소가스 둥의 배츨이 불충분해지며, 450 ℃ 보다 높으면 알루미늄 분말의 조직변화가 발생되므로 바람직하지 못하다. 가장 바람직한 탈가스처리 온도는 400 ℃이다.

그리고, 탈가스처리 시간이 4시간을 넘더라도 그로인한 효과상숭을 기대하기 어려우므로 4시간정도가 바람직하다.

열간압출시 압출비는 5:1∼20:1인 것이 바람직한 바, 만일 압출비가 5:1보다 작으면 분말상호간의 결합력이 저하되며 20:1보가 크면 결합력의 변화는 없이 압출압력만 높아지게 된다.

이와같이 제조된 열간압출 소재를 이용하여 쉬프트 포크를 제조하는 데, 우선 고내마모성 소재를 쉬프트 포크의 내마모성이 요구되는 부분에 맞는 크기로 절단하여 금형내의 위치에 고정시킨다.

그리고나서, 통상의 고강도 알루미늄 합금을 사용하여 상기 금형내에서 다이캐스트하여 쉬프트 포크를 제조한다.

다이캐스트 조건은 일반적인 다이캐스트 조건과 동일한 바, 금형온도는 320 ℃, 사출속도는 2 m/s이며 용탕온도는 750 ℃로 한다. 용탕온도가 720 ℃ 보다 낮을 경우 내마모성 소재와의 접합이 불건전해지며, 800 ℃ 보다 높으면 내부결합이 과다해서 바람직하지 못하다.

이와같은 조건하에서 제조된 쉬프트 포크는 내마모성이 요구되는 부분에는 실리콘 함량이 20 % 이상이므로 내마모성이 우수하며 그 외의 부분은 종래의 과공정합금과는 달리 기계적 특성이 우수한 알루미늄 합금으로 구성되게 된다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

알루미늄합금 분말(크기 40 ㎛, 2040 알루미늄 합금) 650 g과 45 ㎛ 크기의 실리콘 분말을 141 g V-mixed로 혼련하여 균일하게 혼합하고 냉간프레스하여 충진율이 70 % 되도록 한 다음, 400 ℃에서 4시간 탈가스처리하여 450 ℃에서 압출비 15:1로 열간압출하여 고내마모성 소재를 제조하였다.

그리고나서, 쉬프트 포크의 선단부분에 맞도록 고내마모성 소재를 절삭하여 금형내에 고정시켰는 바, 이때 금형온도는 320 ℃이었다. 여기에 알루미늄합금(ADC12) 용탕을 750 ℃ 가열하여 사출속도 2 m/s로 다이캐스팅하여 쉬프트 포크를 제조하였다. 다이캐스팅 압력은 360 kg/㎠로 하였다.

[실시예 2]

알루미늄합금 분말(크기 75 ㎛, 2040 알루미늄 합금) 650 g과 75 ㎛ 크기의 실리콘 분말을 143 g V-mixed로 혼련하여 균일하게 혼합하고 냉간프레스하여 충진율이 70 % 되도록 한 다음, 400 ℃에서 4시간 탈가스처리하여 450 ℃에서 압출비 15:1로 열간압출하여 고내마모성 소재를 제조하였다.

[실시예 3]

알루미늄합금 분말(크기 40 ㎛, 6061 알루미늄 합금) 650 g과 45 ㎛ 크기의 실리콘 분말을 141 g V-mixed로 혼련하여 균일하게 혼합하고 냉간프레스하여 충진율이 70 % 되도록 한 다음, 400 ℃에서 4시간 탈가스처리하여 450 ℃에서 압출비 15:1로 열간압출하여 고내마모성 소재를 제조하였다.

[실시예 4]

알루미늄합금 분말(크기 75 ㎛, 6061 알루미늄 합금) 650 g과 75 ㎛ 크기의 실리콘 분말을 143 g V-mixed로 혼련하여 균일하게 혼합하고 냉간프레스하여 충진율이 70 % 되도록 한 다음, 400 ℃에서 4시간 탈가스처리하여 450 ℃에서 압출비 15:1로 열간압출하여 고내마모성 소재를 제조하였다.

[실시예 5]

알루미늄합금 분말(크기 40 ㎛, ADC12 알루미늄 합금) 650 g과 45 ㎛ 크기의 실리콘 분말을 141 g V-mixed로 혼련하여 균일하게 혼합하고 냉간프레스하여 충진율이 70 % 되도록 한 다음, 400 ℃에서 4시간 탈가스처리하여 450 ℃에서 압출비 15:1로 열간압출하여 고내마모성 소재를 제조하였다.

[실시예 6]

알루미늄합금 분말(크기 75 ㎛, ADC12 알루미늄 합금) 650 g과 75 ㎛ 크기의 실리콘 분말을 143 g V-mixed로 혼련하여 균일하게 혼합하고 냉간프레스하여 충진율이 70 % 되도록 한 다음, 400 ℃에서 4시간 탈가스처리하여 450 ℃에서 압출비 15:1로 열간압출하여 고내마모성 소재를 제조하였다.

[비교예 1]

종래 실리콘 16.5 %, 구리 4.5 % 및 알루미늄으로 이루어진 과공정합금을 이용하여 쉬프트 포크를 제조하였다. 다이캐스트 금형온도는 320 ℃이고, 용탕을 720 ℃로 가열하여 사출속도 2 m/s로 다이캐스팅하였다.

[실험예 1]

상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 쉬프트 포크에 대하여 경도와 마모특성 및 내구성을 측정하여 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

이때 경도는 HRB로 측정하였고, 마모특성은 상대재를 합금강인(SCr420)으로 사용하였으며 면압을 800 N/㎠fh 하였고 마찰거리를 2 km, 윤활조건에서 마모특성을 비교하였다. 또한, 내구시험기(SYUCHRO)를 이용하여 1,000,000 회 반복시험을 행하여 마모량을 평가하였다.

구분	경도값(HRB)	시료마모량	상대재마모량	마찰계수	내구(1,000,000회)	마모량(g)
실시예 1	92	3.22	0.42	0.08	만족	1.61
실시예 2	89	3.42	0.39	0.09	만족	1.98
실시예 3	82	3.24	0.41	0.09	만족	1.77
실시예 4	84	3.30	0.40	0.08	만족	1.68
실시예 5	94	2.85	0.41	0.08	만족	1.58
실시예 6	95	2.74	0.40	0.09	만족	1.49
비교예 1	62	4.38	0.41	0.08	만족	2.21

본 발명에 따라 내마모성이 요구되는 부위만을 고내마모성 소재로 보강한 쉬프트 포크의 경우 강도, 내마모성이 우수하다.

Claims

알루미늄 합금을 다이캐스팅하여 쉬프트 포크를 제조하는 방법에 있어서, 내마모성요구 부위에 맞는 소정모양의 고내마모성 소재를 금형내에 고정시키고 다이캐스팅하는 것을 특징으로 하는 쉬프트 포크의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 고내마모성 소재로는 알루미늄합금 분말과 실리콘 분말을 혼합하고 열간압츨하여 제조된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 쉬프트 포크의 제조방법.
제 2 항에 있어서, 상기 알루미늄합금 분말로는 10∼500 ㎛ 크기인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 쉬프트 포크의 제조방법.
제 2 항에 있어서, 상기 실리콘 분말로는 5∼150 ㎛ 크기인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 쉬프트 포크의 제조방법.
제 2 항에 있어서, 상기 열간압출은 압출비 5:1∼20:1 되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 쉬프트 포크의 제조방법.