KR20000046404A - 복합 소결체 베어링과 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합소결체 베어링과 그 제조방법에 관한 것으로, 상하로 분리가능하게 제작된 원통형의 금속재 보강용 강관을 프레스금형의 캐비티내에 상하 보강용강관을 임시 결합하여 장착시키고, 이 보강용 강관의 내주면을 따라 혼합분말을 충진한 후 상하펀치로 가압하여 상기 상하 보강용 강관과 각각 동일한 높이의 성형체를 성형하며, 이 상하 분리된 복합성형체를 불활성분위기에서 800 - 1200℃로 소결하여 상하 보강용 강관을 결합하여 제조된 것으로, 상기 상하 소결층(20a, 20b) 간에 소정간격의 환형 그루브(24)가 형성된 구조로 되어 있어, 소결층과 보강용 강관의 별도 삽입공정이 생략되도록 하므로써 작업성을 향상시키게될 뿐만 아니라, 이렇게 제작된 복합 소결체 베어링은 내부의 상하 소결층 사이에 그루브가 형성되어 오일을 저장하는 윤활막을 형성하여 윤활특성을 향상시키게 되는 효과가 있다.

Description

복합 소결체 베어링과 그 제조방법(A complex sintered bearing and manufacturing method thereof)

본 발명은 복합소결체 베어링과 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 일반산업기계, 건설기계, 사출기, 특수차량, 중장비 등 저속 고하중의 작업조건에서 회전되는 연결부에 긴 길이로 제작되어 사용할 수 있도록 된 복합 소결체 베어링과 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 저하중 고속의 작업조건에 널리 사용되는 오일함침 소결베어링은 도 1에 도시된 단면도에 도시된 바와 같이, 링 형상의 소결층(10) 내부에 다수의 기공(12)이 형성된 저밀도의 소결체로 이루어져 있어, 이러한 저밀도의 소결체를 오일에 함침하면 오일이 기공(12)의 내부에 주입되도록 되어 있다.

따라서 이러한 저밀도의 소결체는 저하중 고속의 조건에서는 별도의 그리이스 주입없이도 함침된 오일만으로 충분히 자기윤활효과를 얻을 수 있지만, 저속 고하중의 작업조건하에서는 윤활조건이 열악할 뿐만 아니라 소결체 자체의 압축강도가 떨어짐으로 인해 고하중 조건하에서 소결베어링이 쉽게 파단되거나 마모량이 급격히 증가하는 양상을 나타내고 있었다.

또한 이러한 저밀도의 소결체라 하더라도 길이가 긴 소결합금 베어링을 제조하는 경우에는 프레스 성형시에 높은 가압용량이 요구됨에 따라 프레스의 가압용량에 따라 성형길이가 그만큼 제한 될 수 밖에 없는 것이고, 또한 성형 길이의 증가에 따른 성형분말의 충전깊이가 증가하면서, 분말의 충진시 또는 상하부에 대한 가압력의 차별화로 성형 밀도의 불균일이 쉽게 발생되는 등 저밀도 소결체의 제작길이가 제한될 수 밖에 없었다.

따라서 종래에는 길이가 짧게 제작된 저밀도의 소결체를 두 개이상을 연결하여 사용할 수 밖에 없었으나, 이 경우에는 소결체의 연결작업에 따른 작업성의 저하가 발생하고, 또한 내하중성이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 저속 고하중 조건에서도 내하중성이 우수하고, 길이가 긴 연결부에 사용하기 충분한 복합소결체 베어링과 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합 소결체 베어링은, 상호 치합되게 결합된 금속재의 상하 보강용 강관의 내주면에 다수의 기공이 형성된 상하 소결층이 각각 접합 형성되고, 이들 상하 소결층 간에 소정간격의 환형 그루브가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 복합 소결체 베어링의 제조방법은, 상하로 분리가능하게 제작된 원통형의 금속재 보강용 강관을 가 결합하여 프레스금형의 캐비티내에 장착시키고, 이 보강용 강관의 내주면을 따라 혼합분말을 충진한 후 가압하여 상기 상하 보강용 강관과 대략 동일한 높이의 성형체를 성형하며, 이 상하 분리된 복합성형체를 불활성분위기에서 800 - 1200℃로 소결하여 상하 보강용 강관을 결합하게 된 것을 특징으로 한다.

이와같은 본 발명에 따르면, 외주에 결합된 보강용 강관에 의해 상하 길이방향으로 가해지는 하중을 견디도록 하여 내하중성을 향상시키고, 또한 베어링의 윤활특성을 향상시키기 위해 그리스를 급지할 때 베어링의 내주면에 형성된 그루브에 윤활막이 형성되어 오랜기간 윤활작용을 할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 오일함침 베어링을 도시한 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 복합 소결체 베어링을 도시한 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 복합 소결체 베어링의 성형단계를 설명하기위한 단면도,

도 4a, 4b는 각각 본 발명에 따라 보강용 강관내부에 분말이 성형된 상태를 도시한 단면도,

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 소결체 베어링의 성형단계를 설명하기 위한 단면도,

도 6은 본 발명에 따라 제조된 복합 소결체 베어링의 조직을 나타낸 조직사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제 2 도는 본 발명에 따른 복합소결베어링의 단면을 도시한 도면으로, 링형상의 소결층(20)과 이 소결층(20)의 외주면을 따라 기계화학적으로 접합된 보강용강관(22)으로 구성되어지되, 상기 소결층(20)과 보강용강관(22)은 각각 상하 2개의 부분(20a, 20b, 22a 22b)으로 분리형성된 구조로 되어 있다.

이때 상기 상하 소결층(20a, 20b)간에는 소정 간격 만큼 이격되게 형성되어져, 소결층(20)과 보강용강관(22)에 의해 내주면을 따라 환형의 그르부(24)를 이루도록 구성되어 있고, 상기 상하 보강용 강관(22)은 접합면이 상하 환형돌기(26a, 26b)에 의해 치합 되는 구조로 이루어져 있다.

이러한 구조로 된 복합소결 베어링은 기존의 성형방법 즉, 금형 내부에 분말을 충진하고 상하펀치의 가압에 의해 압축성형한 소결층(20)을 보강용 강관(22)의 내부에 삽입하여 접합시키는 방법으로는 두재료간의 열팽창계수 차이가 지나치게 커서 접합작업이 어렵게 된다.

따라서 본 발명에 따른 제조방법에서는, 상하로 분리가능하게 제작된 원통형의 금속재 보강용 강관을 프레스금형의 캐비티내에 상하 보강용강관을 임시 결합하여 장착시키고, 이 보강용 강관의 내주면을 따라 혼합분말을 충진한 후 가압하여 상기 상하 보강용 강관과 각각 동일한 높이의 성형체를 성형하며, 이 상하 분리된 복합성형체를 불활성분위기에서 800 - 1200℃로 소결하여 상하 보강용 강관을 결합하게 된다.

상기한 소결층의 성형단계는 3 도에 도시된 바에 따르면, 본체 금형(30)의 내부에 삽입되는 상하금형(32, 34)의 사이에 보강용 강관(22a, 22b)이 상하로 치합되도록 압입 장착하고, 상기 상부금형(32)의 상부에 설치된 클램프(36)를 이용하여 유동되지 않도록 고정 설치하게 된다.

그리고, 코어(38)가 중앙에 삽입된 하부펀치(40)를 상기 하부금형(30)의 내부에 장착하되, 상기 하부펀치(40)의 상단부가 하부금형(34)과 하부 보강용 강관(22b)의 내부 접합면에 일치되도록 한다.

이어서, 상기 하부펀치(40)와 코어(38) 및 상하 보강용 강관(22)으로 이루어진 공간부(42)에 혼합분말을 충진시키게 된다.

이때 혼합분말의 충진깊이는 혼합밀도와 원하는 성형밀도의 차이와, 성형체의 길이에 의해 결정되게 된다.

이렇게 혼합분말을 충진시킨 후 상부펀치(44)로 대략 상하부 보강용 강관(22a, 22b)의 접합면까지 가압하여 성형한다.

이때 하부 소결층(20)을 성형할 때는 도 4a에 도시된 바와 같이 상부 보강용 강관(22a)을 하부 보강용 강관(22b)의 상부에 적층하여, 소결층 상단면이 내부 접합면에 일치하도록 가압 성형하게 되고, 하부 소결층(20)을 성형할 때는 도 4b에 도시된 바와 같이 하부 보강용 강관(22b)을 상부 보강용 강관(22a)의 상부에 적층하여 소결층 상단면이 외부 접합면에 일치하도록 성형하는 것이 바람직하며, 이렇게 소결층이 성형된 상하 보강용 강관(22a, 22b)을 상하 결합시키게 되면 도 2에도시된 바와 같이 상하 소결층(20a, 20b)간에 환형의 그루브(24)가 형성되게 된다.

한편, 상기한 상부금형(32)의 또다른 실시예는 도 5에 도시된 바와 같이, 소결층(20)이 성형되는 보강용 강관(22)위에 다른 보강용 강관(22)을 결합시킴이 없이 바로 치합되도록 형성되는 것으로, 이는 통상의 보강용 강관(22)은 분말성형에 사용되는 금형보다는 가공정도가 떨어지기 때문에 상부펀치(44)의 상하운동시에 상부에 위치하는 보강용 강관(22)에 끼는 현상이 쉽게 발생될 뿐만 아니라 상하부 보강용 강관(22a, 22b)의 요동을 방지하기 위해 상부금형을 클램프(36)를 이용하여 고정하게 되어 작업성이 떨어지게 되는 것을 고려하여 소결층이 성형되는 보강용 강관위에 직접 상부금형(46)이 결합고정되도록 한 것이다.

이때 상기 상부금형의 내경치수는 보강용 강관의 내경치부보다 적은 것을 사용하므로써 상기한 상부펀치와 금형간의 끼임현상을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

이와같이 보강용 강관의 내부에 성형체를 가압성형하여 제작된 복합 성형체를 금형에서 취출하고, 이 취출된 복합성형체를 불활성분위기에서 800 - 1200℃로 소결하여 도 2와 같은 복합소결베어링을 제작한다.

이렇게 제작된 복합 소결체 베어링은 도 6에 도시된 조직사진에 도시된 바와 같이 탄소함유량이 0.1wt%이하인 저탄소강재질의 보강용 강관층(50)과 Fe - Cu - C로 구성된 소결층(53)의 사이에 Cu와 C가 상호 화학적으로 확산하여 접합된 확산접합층이 형성되어 잘 접합되어 있고, 또한 상기 소결층(53)의 내부에는 기공(55)이 균일하게 분포하여 오일을 저장하는 오일저장소 역할을 하고 있다.

따라서 상기한 기공(55) 내부에 함유된 오일은 마찰시에 마찰면으로 유출되면서 마찰특성을 향상시키게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 기공을 균일하게 함유하는 소결층이 보강용 강관의 내부에서 일체로 가압성형시킴과 아울러 이를 소결접합시키므로써 소결층과 보강용 강관의 별도 삽입공정이 생략되도록 하므로써 작업성을 향상시키게될 뿐만 아니라, 이렇게 제작된 복합 소결체 베어링은 내부의 상하 소결층 사이에 그루브가 형성되어 오일을 저장하는 윤활막을 형성하여 윤활특성을 향상시키게 되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 상호 치합되게 결합된 금속재의 상하 보강용 강관(22a, 22b) 내주면에 다수의 기공이 형성된 상하 소결층(20a, 20b)이 각각 접합 형성되고, 이들 상하 소결층 간에 소정간격의 환형 그루브(24)가 형성된 것을 특징으로 하는 복합소결체 베어링.
2. 상하로 분리가능하게 제작된 원통형의 금속재 보강용 강관을 프레스금형의 캐비티내에 상하 보강용강관을 임시 결합하여 장착시키고, 이 보강용 강관의 내주면을 따라 혼합분말을 충진한 후 가압하여 상기 상하 보강용 강관과 각각 동일한 높이의 성형체를 성형하며, 이 상하 분리된 복합성형체를 불활성분위기에서 800 - 1200℃로 소결하여 상하 보강용 강관을 결합하게 된 것을 특징으로 하는 복합소결 베어링의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 프레스금형이 본체 금형(30)의 내부에 삽입되는 상하금형(32, 34)의 사이에 미리 가공되어 임시 결합된 상하 보강용 강관(22a, 22b)를 압입 장착하여 상기 상부금형(32)의 상부에 설치된 클램프(36)에 의해 유동되지 않도록 고정 설치하고, 중앙에 코어(38)가 삽입된 하부펀치(40)를 상기 하부금형(30)의 내부에 상기 하부펀치(40)의 상단부가 하부금형(34)과 하부 보강용 강관(22b)의 내부 접합면에 일치되도록 설치하며, 상기 하부펀치(40)와 코어(38) 및 상하 보강용 강관(22)으로 이루어진 공간부에 혼합분말을 충진하여 상부펀치(42)로 가압하여 상기 보강용 강관의 내부에 성형체가 접합하도록 성형하게 된 것을 특징으로 하는 복합소결베어링의 제조방법.