KR20000049144A - 결합부품의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속적인 가공단계중에 쌍으로 결합되는 개별부품으로 분할되고 소결되며 선택적으로 열처리되어 재결합되는 분말야금학적 압축 부품의 제조방법에 관한 것이다. 상기 공정에 따라, 철계 분말이 압축된 생형 몸체가 적어도 두 개의 부품으로 파괴-분할되며, 계속해서 소결되고 선택적으로 열처리된다. 이와같이 얻어진 부품은 재결합된다.

Description

결합부품의 제조방법 {METHOD OF PRODUCING MATING PARTS}

커넥팅 로드는 본래 탈착가능한 캡 및 몸체부분을 주조 또는 단조함으로써 제조된다. 이들 부품은 중탄소 연강으로 보통 제조되며 결합면과 그 반대면을 분리하여 가공하고난 후에 패스너를 수용하는 구멍이 각각 천공된다.

제 1 진보단계는 커넥팅 로드를 단일 강철부품으로서 주조 또는 단조한 후에, 패스너를 수용하는 구멍을 천공하는 것이다. 상기 단일부품은 접촉면과 반대면이 초벌 가공된 캡과 몸체부를 얻기위해 절단되며, 상기 두 개의 부분은 마무리 가공하기 위해 함께 결합된다. 상기 기계가공 및 절단을 위한 두 분리단계는 번거롭고 고가일뿐만 아니라 작동력하에서 완전하게 결합된 캡과 몸체를 제공할 수 없다. 일부 작업조건하에서, 정대칭 패스너의 고유한 틈새로 인해 캡과 몸체부의 미끄럼 이동을 허용하여 차례로 베어링 수명에 영향을 끼치게 된다.

진보적으로 변경된 다음 단계로서, 단일부품의 커넥팅 로드는 비-미끄럼면을 제공하는데 바람직하도록 캡과 몸체부로 분리 또는 쪼개지는데, 상기 캡과 몸체부는 분리 이전에 함께 결합되어 있다. 상기 면들이 적절하게 재결합된다면 그러한 재결합에 의해 어떤 미세한 이동을 방지하며 정확한 작동정렬을 보장하게 된다. 상기 단일부품을 두개의 부품으로 분리하기 위해 상기 단일부품의 한 측면에는 처음에, 샤프 블로우(sharp blow)작업이 수행된다. 이는 크랙의 전파를 제어하는 것이 어려우며 소성변형의 위험 및 브랭크의 손상 가능성 때문에 한정적인 성공요건에만 부합될 수 있다.

기계가공, 단조, 레이저 절단 등의 공정이 수행될 수 있도록 양호하게 형성된 노치를 따라 부품들을 서로 신속하게 분리하는 다른 진보된 방법들이 있다. 또한, 이러한 방법들은 파괴면에 있어서 미소한 소성변형을 유도하여, 분할된 부품들의 정합을 어렵게 한다.

모든 상업적인 커넥팅 로드 제품의 공통적인 특징은 베어링 또는 부싱 조립체를 준비하기 위한 로드의 대소 단부에 있는 보어의 위치, 강도 및 거칠기를 만족시키기 위한 최종적인 기계가공 단계에 있다. 단일 부품을 두 개의 부품으로 분할하기 위해서는 먼저, 샤프 블로우 작업에 의해 한쪽 단부를 가공해야 한다. 그러나, 이는 크랙면의 제어불능과 커넥팅 로드의 손상가능성으로 인해 성공가능성이 낮다.

두 개의 부품을 분리하는 최근의 개선된 방법으로서는 미국 특허 제 2,553,935호, 동 3,571,080호, 3,993,054호 및 동 4,923,674호(크레브쇠게)에 기술되어 있다.

본 발명은 연속적인 가공처리 단계에서 쌍을 이룬 결합상태로부터 개별부품으로 분리되며 소결 및 선택적으로 열처리되는 분말 압축재료 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 본 발명의 사상의 범주내에 있는 커넥팅 로드 및 다른 적용분야의 미끄럼 베어링, 베어링 케이지 등의 제조에 관한 것이다.

본 발명은 파괴면에서의 미세이동과 소성변형이 없는 분말야금학적으로 소결된 재결합 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 다음과 같은 단계를 포함한다. 즉,

- 일체형 생형 몸체(integral green body)를 성형하기 위한 공동을 갖는 단일형 다이가 제공된 주형을 사용하여 철계 분말을 동시에 압축 및 성형하는 단계.

_ 상기 생형 몸체를 초벌가공하는 단계.

- 상기 생형 몸체를 두 개 이상의 부품으로 의도하는 분할면을 따라 분할하는 단계.

- 상기 부품을 소결하는 단계.

- 상기 부품을 분할면에서 재결합하는 단계.

또한,턴닝 및 밀링과 같은 소결부품에 대한 선택적인 기계가공 단계가 수행될 수도 있다.

본 발명에 따른 방법에 포함될 수 있는 또다른 선택적인 가공단계는 소결부품의 열처리이다.

철계 분말은 예비합금화된 분말, 부분적으로 예비합금화된 분말, 또는 Cu, Ni, Mo, Cr, Mn, C등의 원소들을 함유하는 분말 혼합물과 같은 다양한 분말로부터 선택된다.

본 발명의 중요한 특징은 압축된 생형 몸체의 습태강도이며, 소정의 습태강도를 얻기 위해서 다른 방법이 사용될 수 있다. 고 습태강도를 얻기위한 하나의 방법은 금속분말을 승온에서 압축하는 것이다. 그러한 온간 압축은 적어도 100℃, 바람직하게 적어도 120℃의 온도 및 적어도 600 MPa의 압력에서 수행될 수 있다. 사용가능한 다른 방법은 윤활성 다이를 사용하여 주위온도에서 압축하는 것이다. 고 습태강도는 또한, 폴리머와 같은 다양한 습태강도 강화 첨가제, 또는 고 습태강도를 제공하는 특별한 윤활제를 사용하여 얻을 수도 있다. 습태강도의 정확한 값은 생형 몸체의 다음의 가공처리에 의존한다. 일반적으로, 생형 몸체는 적어도 20MPa, 바람직하게는 적어도 25MPa, 가장 바람직하게는 30MPa의 습태강도를 갖는 것으로 추정된다. 자동생산에 있어서는 훨씬 더 높은 습태강도가 필요할 수 있다. 그러한 높은 습태강도 값을 갖는 생형 몸체는 소정의 형상으로 용이하고 경제적으로 기계가공될 수 있다.

본 발명의 중요한 특징은 고 습태강도로 인해 일체형 생형 몸체의 초벌가공을 가능하게 한다는 점이다. 생형상태에서 기계가공이 용이하게 수행되므로, 마무리 상태에서 천공이나 나사형성될 수 없는 재료도 이용될 수 있다. 이러한 초벌 가공을 수행하는데 있어서의 다른 장점은 소결 부품을 분리형 기계부품의 최종 용도로의 연속적인 기계가공이 용이하다는 점이다. 이는 유럽 특허공보 696 688호에서 제안된 소결부품의 소성변형을 달성하기 위한 분리단계가 제거될 수 있음을 의미한다.

전술한 장점이외에도, 본 발명에 있어서는 부품의 분리가 낮은 힘으로도 수행될 수 있으므로 간단한 파괴 분리장치를 사용할 수 있다. 원추형 로드의 커다란 단부를 분리하는데 적합한 간단한 분리장치의 일례는 상기 커다란 단부 구멍에 끼워맞춰지는 두 개의 반원형 하프와 상기 두개의 하프로 형성된 구멍내에 배열되는 웨지로 구성된다. 상기 웨지가 커다란 단부 구멍내측으로 축방향으로 압박되면, 상기 원추형 로드의 양 부품은 제어된 환경하에서 매우 낮은 변형을 수반하면서 용이하게 분리될 수 있다. 이중 크랙이 분리면에서 형성될 위험은 작다.

원추형 로드재료의 소결은 1080 내지 1300℃, 바람직하게 1100 내지 1150℃에서, 15 내지 90분, 바람직하게 20 내지 60분동안 수행될 수 있다. 환원분위기의 예는 정상적인 엔도가스(endogas) 또는 다양한 수소/질소 혼합물이다.

선택적으로, 소결된 부품은 무심경화(through hardening) 또는 표면경화와 같은 열처리가 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 사용함으로써 정확한 재결합 부품이 얻어질 수 있으며 분할 표면이 분말입자의 크기만큼 불균일하기 때문에 발생하는 미세이동이 방지된다.

금속분말은 현재, 자동차 엔진의 커넥팅 로드를 종래 방법에 따라 단조하기 위한 방법에 사용되고 있으나, 이들 방법에 따라 분말 야금학적인 방법과 단조방법을 조합한 방법에도 사용될 수 있다. 이들 방법은 질량 제어를 개선하고 칫수 제어를 개선하고자 하는 것이다. 이들 방법의 조합은 자동차 산업에서 보다 많은 관심을 가지고 있다.

일반적으로, 전술한 분말 단조방법은 소정의 조성물과 혼합된 금속 분말로부터 시작된다. 그후, 일반적인 형상의 커넥팅 로드를 갖는 단조 예비성형체가 표준 P/M-압축 프레스로 제조된다. 상기 생형 예비성형체는 환원 분위기에서 소결되고 단조 프레스로 직접 이송된다. 단조는 핀과 크랭크 보어를 완전히 형성할수 있는 단일 행정으로 완료된다. 2차 작업은 단조공정의 형태에 따라 이중 디스크 연마단계 및 쇼트피닝 단계를 포함할 수 있다.

금속 분말로 된 커넥팅 로드를 제조하기 위해 제안된 다른 공정은 압축, 예비소결, 기계가공, 파괴 및 최종 소결단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법은 각각, 단조 및 예비소결 단계를 제거했다는 점에서 특별하다.

또한, 본 발명은 커넥팅 로드의 커다란 단부에 있어서 결합구역을 시뮬레션화한 비제한적인 예로서 설명된다. 본 발명은 또한, 다음의 비제한적인 예로서도 설명된다.

회가내스 아베사에 의해 상업화된 철계 분말 디스탈로이 에이이(Distaloy AE) +0.8 C가 밀도 7.34 g/㎤ 및 습태강도 45-50 MPa인 30×12×10의 바아 형태를 갖는 생형 몸체로 700 MPa의 압축력과 130℃의 온도에서 온간 압축된다. 틈새 구멍이 바아 길이의 절반지점에 천공되며 나사절단을 위한 관통구멍이 바아 길이의 나머지 부분에 천공된다. 상기 관통구멍에는 M6 ×1 나사가 형성되며 상기 바아는 굽힘가공에 의해 두 개의 부품으로 분할-파괴된다. 상기 부품들은 30분동안 엔도가스에서 1120℃로 소결된다. 상기 부품은 결합되고 나사 실험됨으로써 초벌 절단 및 소결 나사가 허용공차와 강도를 갖는 표준 너트로 균일하게 형성되었음을 알 수 있다.

다음 표는 초벌 주조된 몸체 및 표준 너트(참조 1 및 참조 2)에 대한 다양한 토오크 값에서의 볼트 결합력을 나타낸다.

초벌 조건에서의 분할은 소결후에 거칠고 불균일한 표면을 초래하는 특별한 파괴를 제공한다. 파괴면에서 소성변형은 발견되지 않았으며 부품도 꼭맞게 재결합되어서 부품들은 서로에 대해 미끄러지지 않았다. 관통구멍이 나사를 갖도록 형성되었으며 바아가 굽힘가공에 의해 두 개의 부품으로 분할-파괴되었다. 상기 부품들은 30분동안 엔도가스에서 1120℃로 소결되었다. 나사 실험으로부터 초벌 절단된 나사가 표준 너트의 나사력과 거의 유사하다는 것이 밝혀졌다.

다음 표는 초벌 주조된 몸체와 표준너트에 대한 상이한 토오크 값에서의 볼트 결합력을 나타낸다.

상이한 토오크(Nm)에서의 볼트 결합력(KN)

토오크샘플	7.5	10	15	20
1	6	7.4	11	15
2	6.6	8.2	11.6	14.6
3	6	7.4	11	14.9
4	6.6	8.4	11.8	16
5	6.8	8.7	11.7	15.3
참조 1	7.4	8.7	11.8	15.2
참조 2	6.4	8.7	12.3	16.3

* 참조 1 및 2는 표준 너트임

초벌 조건에서의 분할은 소결후에 거칠고 불균일한 표면을 초래하는 특별한 파괴를 제공한다. 부품들은 꼭맞게 재결합되어서 부품들은 서로에 대해 미끄러지지 않았다.

비록 커넥팅 로드의 제조와 관련하여 설명하였지만, 본 기술분야의 숙련자들은 본 발명의 방법들을 용이한 기계가공 및 정확한 맞물림이 매우 중요한 분할형 미끄럼 베어링 및 베어링 케이지 등과 같은 다른 적용에도 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다.

Claims (10)

1. 분할형 기계부품을 제조하는 방법으로서,

   일체형 생형 몸체를 성형하기 위한 공동을 갖는 단일형 다이가 제공된 주형을 사용하여 철계 분말을 동시에 압축 및 성형하는 단계와,

   상기 생형 몸체를 초벌가공하는 단계와,

   상기 생형 몸체를 두 개 이상의 부품으로 의도하는 분할면을 따라 분할하는 단계와,

   상기 부품을 소결하는 단계, 및

   상기 부품을 분할면에서 재결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분할형 기계부품의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 생형 몸체는 20 MPa 이상, 바람직하게 25 MPa 이상, 더 바람직하게 30 MPa 이상의 습태강도를 갖는 것을 특징으로 하는 분할형 기계부품의 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 압축은 온간 압축법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 분할형 기계부품의 제조방법.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 압축은 윤활다이에서 수행되는 것을 특징으로 하는 분할형 기계부품의 제조방법.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 금속분말은 습태강도 강화제를 포함하는 것을 특징으로 하는 분할형 기계부품의 제조방법.
6. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 소결단계 후에 기계가공 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 분할형 기계부품의 제조방법.
7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서, 상기 소결부품에는 열처리가 수행되는 것을 특징으로 하는 분할형 기계부품의 제조방법.
8. 기계가공 및 파괴-분할된 생형 몸체로부터 준비된, 쌍으로 결합되는 소결부품으로서, 상기 생형 몸체는 철계 분말의 압축에 의해 준비되고 20 MPa 이상의 습태강도를 갖는 것을 특징으로 하는 소결부품.
9. 제 8항에 있어서, 상기 생형 몸체는 약 25 MPa 이상의 습태강도를 갖는 것을 특징으로 하는 소결부품.
10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 부품은 커넥팅 로드인 것을 특징으로 하는 소결부품.