KR20010100133A - 에널러스 기어의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에널러스(annulus) 기어의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 4륜구동 자동차의 변속기에 사용되는 내접 기어의 일종인 에널러스 기어를 제조함에 있어서 내구성과 내마모성 및 내충격성을 부여하기 위한 열처리 과정에서 발생하는 열변형을 최소화시켜 내구 신뢰성 향상과 경량화에 대한 요구를 충족시킬 수 있도록 하기 위하여, 황삭공정 직후에 황삭으로 인한 응력을 제거하는 응력제거 (Stress Relief) 공정을 거치게 하고, 제품 제조 후에 표면경화를 위해 순질화 공정을 거치도록 한 에널러스 기어의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 소재를 단조하는 소재단조 공정과, 단조품의 조직이 충분히 확산될 수 있을 정도의 온도로 가열한 다음 서서히 냉각시키는 풀림 공정과, 황삭 공정과, 응력제거 공정과, 정삭 공정과, 브로칭 가공 공정과, 순질화 공정과, 쇼트 공정으로 구성된 에널러스 기어의 제조 방법이 제공된다.

Description

에널러스 기어의 제조 방법{A manufacturing method of annulus gear}

본 발명은 에널러스 기어의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 4륜구동 자동차의 변속기에 사용되는 내접 기어의 일종인 에널러스 기어를 제조함에 있어서 내구성과 내마모성 및 내충격성을 부여하기 위한 열처리 과정에서 발생하는열변형을 최소화시켜 내구 신뢰성 향상과 경량화에 대한 요구를 충족시킬 수 있도록 하기 위하여, 황삭공정 직후에 황삭으로 인한 응력을 제거하는 응력제거 공정을 거치게 하고, 제품 제조 후에 표면경화를 위해 순질화 공정을 거치도록 한 에널러스 기어의 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 에널러스 기어의 제조방법은 에널러스 기어의 직경보다 큰 환봉의 원소재를 일정한 길이로 절단하는 공정과, 정삭 가공전에 가공 생산성을 위한 황삭 공정과, 가공의 마지막 단계로서 예비 가공품을 정칫수로 마무리 가공하는 정삭 공정과, 정삭품에 기어를 가공하는 브로칭 가공 공정과, 표면 경화를 위해 연질화하는 공정과, 질화 가스에 의한 표면 조도 부족분을 해소하기 위한 쇼트 공정으로 되어 있다.

그러나 이와같은 종래의 방법에 의한 에널러스 기어는 황삭 후에 황삭에 의한 응력을 제거하기 위한 어떠한 공정도 없었고, 브로칭 가공 후에는 연질화로 표면 경화 처리를 하였으므로 제품에 있어 화합물층이 깊고, 확산층이 얕아서 취성이 크게 되는 단점이 있다. 그리고 연질화의 작업 온도가 높아서(560℃~590℃) 제품의 치수 변형이 8~16/100mm 정도로 커서 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다. 따라서 변속기와 같은 정밀 제품에 있어서 치수의 변형은 이상 마모를 초래하고, 소음과 진동의 유발 및 안전상의 중대한 문제를 초래할 우려가 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여, 황삭 공정에서 생긴 스트레스를 제거하기 위하여 응력제거 공정을 황삭 공정의 직후에 실시하고, 취성을 낮추고 화합물층을 앝게 하며 확산층을 깊게하기 위하여 연질화 공정을 순질화 공정으로 대체하여, 표면 강도를 높이고 취성을 낮추며 치수변형을 최소화하는 에널러스 기어의 제조 방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명의 에널러스 기어의 제조 공정 순서도

도 2는 본 발명의 단조 공정을 거친 후의 단조품의 상태도

도 3은 본 발명의 황삭 및 정삭 공정을 거친 후의 상태도

도 4는 본 발명의 브로칭 가공 공정을 거친 후의 상태도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 소재 단조 공정 2 : 풀림 공정 3 : 응력제거 공정

4 : 순질화 공정 5 : 황삭 공정 6 : 정삭 공정

7 : 브로칭 가공 공정 8 : 쇼트 공정

이하 본 발명의 구성 및 작용을 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 에널러스 기어의 제조 방법의 공정 순서를 도시한 도면이고, 도 2는 에널러스 기어를 제조하기 위해 소재를 일정 형상으로 단조 성형한 소재 단조품을 도시한 도면이며, 도 3은 황삭 공정(5)을 거친 후의 형상과 응력제거 공정(3)을 거친 후의 형상 및 정삭 공정(6) 후의 형상을 도시한 도면이고, 도 4는 브로칭 가공 공정(7) 후의 형상 및 완성된 제품의 형상을 도시한 도면이다.

본 발명은 환봉의 원소재를 일정한 길이로 절단하는 공정과, 황삭 공정(5)과, 정삭 공정(6)과, 브로칭 가공 공정(7)과, 연질화 공정과, 쇼트 공정(8)으로 구성된 4륜구동용 변속기에 사용되는 내접기어의 일종인 에널러스 기어의 제조방법에 있어서, 소재를 일정 온도로 가열하여 다이(die) 또는 펀치(punch)를 이용하여 일정한 형상으로 단조하는 소재 단조 공정(1)과, 단조품 소재를 일정 온도로 가열한 다음 서서히 냉각시키는 풀림 공정(2)과, 풀림된 소재를 빠른 속도로 예비 가공하는 황삭 공정(5)과, 황삭에서 생긴 응력을 제거하는 응력제거 공정(3)과, 예비 가공품을 정칫수로 만들기 위한 마무리 가공인 정삭 공정(6)과, 정삭품에 기어를 가공하기 위한 브로칭 가공 공정(7)과, 표면 경화를 위한 순질화 공정(4)과, 쇼트 공정(8)으로 구성됨을 특징으로 한다.

이와같이 된 본 발명의 에널러스 기어의 제조 방법은 제품 치수 안정도를 높이기 위하여 다음의 상세 공정 내용으로 에널러스 기어를 제조하게 된다.

제 1공정의 소재 단조 공정(1)은 소재를 일정 온도로 가열하여 다이(die) 또는 펀치(punch)를 이용하여 에널러스 기어의 외형을 갖도록 소재를 단조 성형하는 공정이다. 종래의 공정은 에널러스 기어의 외경보다 큰 직경의 환봉을 일정 두께로 절단하여 사용하였다. 그러나 종래의 이러한 방법은 원가 상승, 생산성의 저하 등의 문제점이 있었으나 본 발명의 단조 공정으로 가공 소재를 성형하기 때문에 생산성 및 원가 경쟁력이 확보되게 된다.

제 2공정의 풀림 공정(2)은 단조품을 600℃~630℃로 가열하고, 그 온도를 4시간 정도 유지한 뒤, 서서히 냉각시키는 공정으로 그 목적은 단조 공정에서 생긴 형상의 큰 변화에 따른 조직의 안정화와 변형의 안정화를 위해 내부응력의 제거와 경도의 저하와 피삭성의 향상과 냉간가공의 개선과 결정조직의 조정 및 소요의 기계적, 물리적, 또는 기타 성질을 얻기 위함이고, 따라서 황삭 가공에서의 치수의 안정화가 확보된다.

제 3공정의 황삭 공정(5)은 풀림된 소재를 생산성을 유지하면서 빠른 속도로 예비 가공하는 공정으로서, 가공 정삭전에 가공 생산성과 원가 경쟁력을 확보하게 하고 가공 시간의 단축으로 생산성을 확보할 수 있게 한다.

제 4공정의 응력제거 공정(3)은 황삭 가공시 응력 발생분을 제거하여 브로칭 가공의 정도를 높이는 작용을 한다.

즉, 황삭된 소재를 전용치구에 적재하고, 노(爐) 내에서 본처리를 행하며, 유해한 결함 여부를 전수 검사 후 전용 용기에 적재하여 본 공정은 끝이나고, 본 처리의 과정은 560±5℃의 온도와 300mmH₂O의 압력으로 질소가 충진된 노 내부에 황삭된 소재를 3~4시간 유지시킨 후 300℃ 이하까지 노 내부에서 서냉시킴으로써 종료된다.

제 5공정의 정삭 공정(6)은 예비 가공품을 정칫수로 만들기 위해 마무리 가공하는 공정으로서, 가공 후의 치수 안정화와 적은 비용으로 가공정급을 확보할 수 있다.

제 6공정의 브로칭 가공 공정(7)은 정삭품에 기어를 가공하는 공정으로서, 황삭과 정삭에 이어서 기어 가공의 생산성 확보를 위한 가공 방법이고 원가 경쟁력을 확보할 수 있다.

제 7공정의 순질화 공정(4)은 종래의 연질화 공정을 대체한 것으로서, 내마모성과 기어의 잇빨 강도를 확보할 수 있게 된다. 본 공정은 전용치구에 제품간격을 5mm 이상으로 하여 적치하는 준비 작업과, 내부 온도가 85±5℃로 유지된 T.C.E(Trichloroethylens, 트리클로르에틸렌) 증기조에 20분간 유지시켜 탈지 작업을 하는 탈지 작업과, 질화로의 내부를 확인 후 안정하게 제품을 놓고 두껑을 손으로 가볍게 조이는 장입 작업과, 질화로의 배출 밸브를 완전히 열고 4㎥/H의 유량으로 30분간 질소 가스를 투입하는 퍼징 작업과, 퍼징 작업이 완료된 후 온도 설정과 히터를 가동하여 노 내의 압력이 100mmH₂O를 유지하도록 배출 밸브를 조절하면서 노내의 온도를 상승시키고, 승온 완료 후에 암모니아(NH₃) 가스를 2.5㎥/H의 유량으로 노 내에 투입하면서 노 내의 압력이 50mmH₂O이 되도록 배출 밸브를 조절하여 50mmH₂O의 압력과 520±5℃의 온도로 70HR±2시간 동안 노 내에서 질화하는 질화 작업과, 질화 작업이 완료된 후 암모니아 가스를 차단하고 질소 가스를 2㎥/H의 유량으로 투입하여 노 내의 압력이 200mmH₂O 이상 유지가 되도록 배출 밸브를 조정하며 노 내에서 150℃까지 서냉시키는 냉각 작용으로 구성된다.

제 8공정의 쇼트 공정(8)은 질화 가스에 의한 표면 조도 부족을 개선하고 이물질 및 버(burr)를 없애기 위해 ø0.3mm의 쇼트볼을 사용하여 5분간 분사한다.

상기와 같이 응력제거 공정(3)과 순질화 공정(4)으로 된 본 발명은 화합물층이 얕고, 확산층이 깊어 화합물층의 제거없이 사용할 수 있고 칫수 변화가 3~5/100mm 정도로 낮은 결과를 얻었으며, 상기 공정에서 제 4공정의 응력제거 공정(3)을 삭제하고 순질화 공정(4)만으로 실시 했을 경우에도 역시 화합물층이 얕고, 확산층이 깊어 화합물층의 제거없이 사용할 수 있고, 칫수 변화가 6~10/100mm 정도로 낮은 결과를 보였다. 따라서 본 발명은 종래의 연질화 공정으로 실시한 경우 변형도가 8~16/100mm 정도로 크고, 화합물층이 깊고 확산층이 얕아서 취성이 큰 경우와 비교할 때에 어떠한 실시라 하더라도 치수 안정도에 효과적이라 할 수 있는결과를 얻을 수 있다.

이와같이 본 발명은 소재를 단조하여 필요형상의 가공 소재로 성형하여 사용하는 소재 단조 공정(1)으로 생산성과 원가 경쟁력을 확보하는 효과와, 응력제거 공정(3)의 추가로 브로칭 가공 정도를 확보하는 효과와, 순질화 공정(4)으로 내마모성과 기어의 잇빨 강도를 확보하는 효과가 있어, 부품 변형의 극소화에 따른 품질 안정과 설계품질 보증과 내구신뢰성의 향상 및 고강도로 인해 경량소형화의 요구에 대응할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 원소재 절단 공정과, 황삭 공정(5)과, 정삭 공정(6)과, 브로칭 가공 공정(7)과, 연질화 공정과, 쇼트 공정(8)으로 구성된 에널러스 기어의 제조방법에 있어서, 소재 단조 공정(1)과, 단조품 풀림 공정(2)과, 예비 가공하는 황삭 공정(5)과, 응력제거 공정(3)과, 예비 가공품을 정칫수로 만들기 위한 마무리 가공인 정삭 공정 (6)과, 정삭품에 기어를 가공하기 위한 브로칭 가공 공정(7)과, 순질화 공정 (4)과, 쇼트 공정(8)으로 구성됨을 특징으로 하는 에널러스 기어의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 응력제거 공정(3)은 560±5℃의 온도와 300mmH₂O의 압력으로 질소가 충진된 노 내부에 황삭된 소재를 3~4시간 유지시킨 후 300℃ 이하까지 노 내부에서 서냉시킴으로써 행하는 에널러스 기어의 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서, 순질화 공정(4)은 전용치구에 제품간격을 5mm 이상으로 하여 적치하는 준비 작업과, 내부 온도가 85±5℃로 유지된 T.C.E 증기조에 20분간 유지시켜 탈지 작업을 하는 탈지 작업과, 질화로의 내부를 확인 후 안정하게 제품을 놓고 두껑을 손으로 가볍게 조이는 장입 작업과, 질화로의 배출 밸브를 완전히 열고 4㎥/H의 유량으로 30분간 질소 가스를 투입하는 퍼징 작업과, 퍼징 작업이 완료된 후 온도 설정과 히터를 가동하여 노 내의 압력이 100mmH₂O를 유지하도록 배출밸브를 조절하면서 노내의 온도를 상승시키고, 승온 완료 후에 암모니아(NH₃) 가스를 2.5㎥/H의 유량으로 노 내에 투입하면서 노 내의 압력이 50mmH₂O이 되도록 배출 밸브를 조절하여 50mmH₂O의 압력과 520±5℃의 온도로 70HR±2시간 동안 노 내에서 질화하는 질화 작업과, 질화 작업이 완료된 후 암모니아 가스를 차단하고 질소 가스를 2㎥/H의 유량으로 투입하여 노 내의 압력이 200mmH₂O 이상 유지가 되도록 배출 밸브를 조정하며 노 내에서 150℃까지 서냉시키는 냉각 작용으로 구성됨을 특징으로 하는 에널러스 기어의 제조 방법.