KR20020050050A

KR20020050050A - 이중구조로 이루어진 부싱재료

Info

Publication number: KR20020050050A
Application number: KR1020000081444A
Authority: KR
Inventors: 김재진
Original assignee: 김재진
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2002-06-26

Abstract

본 발명은 고하중, 저속회전이 발생하는 부위에 사용하는 부싱(bushing)에 관한 것으로써, 상대재와 직접 슬라이딩이 발생하는 부위는 오일레스(oilless) 베어링의 특성을 가지는 소결합금 재료(①)이며, 보스(boss)에 압입을 해야하는 부싱의 외곽부는 강성이 있는 철재 튜브(tube) (②)로 되어 있으며, 소결합금 재료와 철재 튜브는 금속간 접합이 되어있는 부싱의 제작방법에 있어서, 소결합금 재료는 성형체를 별도 제작한 후 소결 과정에서 액상이 발생하지 않는 소결 온도에서 예비 소결하는 단계와 예비소결체를 압입하고 소결과정에서 액상이 발생하는 소결온도에서 본소결하는 단계로 만들어지는 이중 구조로 된 부싱을 제작하는 방법에 관한 것이다.

Description

이중구조로 이루어진 부싱재료{omitted}

본 발명은 고하중, 저속회전이 발생하는 부위에 사용되는 부싱 재료에 관한 것으로써, 슬라이딩이 발생하는 부위에는 지속적인 오일이 공급될 수 있도록 내부기공이 존재하는 오릴레스 베어링의 특징을 가진 기공이 있는 소결 합금재료를 사용하여 부싱이 수명이 다할 동안 외부에서 별도의 오일 공급이 필요하지 않도록 하며, 부싱의 외곽부는 부싱이 끼워져야 하는 보스에 부싱이 변형 없이 압입될 수 있도록 강성을 가지도록 하기 위하여 철재 튜브를 사용하며, 슬라이딩부와 외곽부는 금속학적인 결합을 가지도록 하는 이중구조로 된 부싱이다.

이러한 부싱재료는 고하중이 작용되는 굴삭기와 같은 건설 중장비나 지게차와 같은 산업차량등에 많이 사용될 수 있으며, 엔진등에 사용되는 동합금 클레딩판을 프레스로 따서 환형을 만들어 기계적이 결합으로 사용하는 저하중 고속회전용 부싱류와는 다르다.

본 발명은 고하중, 저속회전이 발생하는 부위에 사용되는 부싱 재료로써 엔진 등에 사용되는 저하중, 고속용 부싱과는 다르다. 보통 엔진에 사용되는 부싱은 동합금 클레딩판을 프레스로 따서 기계적이 결합으로 환형을 만들어 사용하며, 이러한 부싱을 고하중에 사용할 경우 환형을 만들기 위하여 기계적 결합으로 된 클린칭(clinching) 부위가 고하중에 의하여 떨어져 나가는 경우가 발생하며, 오일을 함유하는 소결합금층의 두께가 2mm 이하이므로, 오일을 함유할 수 있는 소결합금 층의 두께가 작아 오일 함유 공간이 부족하기 때문에 주로 오일이 담겨 있는 곳에서만 사용하여야 하는 제한을 가지고 있다.

따라서 고하중, 저속회전에 사용할 수 있는 부싱은 2mm 이상의 소결 합금층을 가지고 있으면 소결 합금층은 20%이상의 기공을 가져서 충분한 오일을 함유할 수 있도록 하며, 크린칭 부위가 없는 환형의 소결체를 이루어야 한다.

또한 고하중 저속회전이 발생하는 부위에 사용되는 부싱재료는 부싱이 사용되는 보스에 일정한 죔새를 가지도록 강제 압입하여 사용하는데 이때 부싱재료가 20%이상의 기공을 함유하는 소결합금 재료임으로 강도가 약하여 죔새를 크게 할 경우 소결층이 깨지는 현상이 발생하며, 너무 작게 할 경우 죔새가 작아 압입력이 약하여 부싱이 보스에서 빠지는 경우가 발생한다.

따라서 이러한 부싱의 경우 소결합금 재료의 외곽부를 강성이 있는 철재 튜브를 사용하여야 하는데 소결합금 재료와 철재 튜브의 금속학적인 접합성이 중요한 문제가 된다. 즉, 접합력이 약할 경우 소결합금 재료가 철재 튜브에서 떨어지는 경우가 발생하여 부싱으로의 역할을 다하지 못한다.

성형체를 철재 튜브에 압입할 때 성형체가 깨지는 현상이 자주 발생하여 제작에 어려움이 있다. 한편 성형할 때 철재 튜브의 안쪽에 직접 성형체를 제작 방법도 있는데 이 경우는 성형체 제작이 힘들고 압력을 충분히 줄 수 없어 성형체를 단단하게 할 수 없어 고하중에 슬라이딩 부가 함몰하는 경우 발생한다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여 먼저 소결합금 재료를 이루는 분말들을 일정한 비율로 혼합한 후 혼합 분말을 링형의 다이에 넣고 일정한 압력으로 가압하여 성형체를 만들고 소결과정에서 액상이 발생하지 않는 고상 소결 온도에서 예비 소결하여 소결체의 외주면 원통도가 2/10 수준의 흔들림만 가지도록 하는 예비 소결 단계와 제작된 예비 소결체를 강성이 있는 철재 튜브에 깨지지 않는 정도의 죔새를 가지도록 압입한 후 혼합분말들 중 적어도 한가지 이상이 원소가 용융되는 융점 이상의 온도에서 본 소결을 진행함으로써 소결합금 재료와 강성이 있는 철재 튜브 사이에 금속학적인 강한 확산 접합이 이루도록 하는 단계로 구성되어 있다.

그림1은 본 발명의 이중구조로 된 부싱의 단면도

그림2는 본 발명의 이중구조로 된 부싱의 사시도

본 발명에 대하여 단계별로 구체적으로 설명하면,

혼합성형 단계에서는 적용되는 혼합 원소는 일반적으로 0.5 ∼5중량%의 흑연분말과 5∼25중량%인 동 혹은 동합금인 분말과 나머지는 철이나 철합금인 분말을 사용하며 분말의 편석이 발생하지 않도록 혼합하여야 한다. 여기서 철합금은 Ni, Cr, Mo등이 포함될 수 있는데 열처리의 경화능 향상에 효과가 있도록 하기 위하여사용되어 진다.

예비 소결 단계에서는 성형체 내의 혼합 원소 가운데 용융이 발생할 경우 소 결체의 치수 흔들림이 심하게 발생함으로 혼합 원소에서 액상이 출현하지 않는 온

예비 소결 단계에서는 성형체 내의 혼합 원소 가운데 용융이 발생할 경우 소결체의 치수 흔들림이 심하게 발생함으로 혼합 원소에서 액상이 출현하지 않는 온도에서 고상 소결을 실시하여야 한다. 본 발명에서 부싱의 원소로 사용되는 동합금은 순동을 포함하여 청동, 황동, 알루미늄 청동, 니켈청동을 사용할 수 있으며 한 가지 이상으로 이루어 질 수도 있다. 이러한 순동을 포함한 동합금의 용융온도 아래에서 예비소결을 진행하여야 하며, 이때 소결 분위기 가스로는 비산화성 분위기인 질소가스, 알곤 가스등이 사용될 수 있으며 환원성 가스인 분해암모니아가스, 수소/질소, 수소/알곤 등의 혼합 가스, 분해 탄화수소 가스인 RX, DX가스 등을 사용할 수 있고, 진공 분위기 하에서도 가능하다.

압입 단계에서는 예비 소결단계에서 만들어진 슬라이딩 부와 강성(rigid)이 있는 철재 튜브, 즉 외곽부와의 압입 죔새가 0 보다는 크며 슬라이딩부가 깨지지 않는 정도의 죔새를 가지도록 하여 압입한다. 죔새가 클수록 본소결 단계를 거치고 나서 슬라이딩 부와 외곽부 간의 접합강도는 상승하지만 죔새가 1mm를 넘게되면 압입시에 큰 힘이 필요하여 어려움이 많다. 죔새가 0보다 작은 경우 (즉, 틈이 생길 경우) 본 소결 과정에서 슬라이딩 부와 외곽부 사이에 틈이 발생하게 되어 금속간 확산이 발생할 수 없어 접합강도가 떨어진다.

본 소결 단계에서는 슬라이딩 부에서 액상이 출현될 수 있는 온도 이상까지상승하여 액상소결을 진행하여야 하는데, 이것은 슬라이딩 부와 외곽부 사이에 금속학적인 확산접합이 이루어지게 하기 위하여, 소결하는 과정에서 반드시 액상이 출현하여야 하기 때문이다. 통상 부싱의 원소로 사용되는 동 혹은 동합금의 용융온도 보다 높은 온도에서 본 소결을 진행하여야 하며, 이때 소결 분위기는 예비 소결 단계와 동일하다.

상기 본 발명을 통한 실시예는 다음과 같다.

(실시예)

그림 2와 같은 형태의 이중구조로 된 부싱을 종래의 방법으로 제작한 것과 비교해 보기 위하여 아래 표의 실시예1∼4, 비교예 1∼4를 각각 다음 표와 같이 제작하였다. 이중구조 부싱에서 소결합금 재료의 주성분은 동 혹은 동합금 분말이 18중량% 이며, 흑연이 0.8중랑%, 나머지는 순철 분말로 구성된 철계 합금 재료를 사용하였으며 실시예 1∼4와 비교예 1∼3은 혼합, 성형한 후 주어진 표와 같이 일정한 온도에서 예비 소결 하였다. 예비 소결체는 SAE1005 강관 튜브에 아래 표와 같은 죔새로 강제 압입한 다음 본 소결하였으며 소결은 각각 30분간 진행하였다. 비교예 4는 종래의 방법중의 하나인 동시성형으로 제작하여 본 소결만 진행하였고, 제작된 모든 부싱은 마지막에 침탄 열처리를 하였다. 만들어진 이중구조 부싱은 접합강도를 확인하기 위하여 이탈력 시험을 하여 전단강도 값을 확인하였다.

실시예1과 실시예2는 첨가된 동합금으로 순동을 사용하였으며 실시예3은 10중랑%청동을, 실시예4는 20중량%황동을 각각 사용하였으며 액상 출현이전의 온도에서 각각 예비소결하고 압입후 액상이 발생하는 온도에서 본소결을 진행한 결과 높은 전단 강도 값을 얻었다. 특히 실시예1과 실시예2는 죔새를 크게 할 수록 전단강도가 상승한 결과를 나타냈다.

비교예1은 죔새는 없고, 오히려 틈새를 0.2mm으로 한 경우이며, 비교예2는 본소결을 액상이 발생하지 않는 온도에서 실시한 것으로 둘다 접합이 잘되지 않아 전단강도 값이 매우 낮다. 비교예3은 죔쇄를 1.2mm로 한 경우인데 압입이 되지 않아 사용할 수 없었다. 비교예4는 종래의 방법인 동시성형으로 제작한 것으로 접합강도가 실시예에 비하여 ⅓ 수준으로 비교적 낮게 나타났다.

본 발명은 고하중, 저속회전이 발생하는 부위에 사용하는 이중 구조로 된 부싱(bushing) 재료에 관한 것으로써, 슬라이딩 부는 성형체를 별도 제작한 후 소결 과정에서 액상이 발생하지 않는 소결 온도에서 예비 소결하고, 만들어진 예비 소결체를 철재 튜브 즉, 외곽부에 압입한 후 액상이 발생하는 소결온도에서 본 소결하는 방법로 만들어지는 이중 구조로 된 부싱을 제작하는 방법에 관한 것으로 슬라이eld부와 외곽부 간에 신뢰할 수 있는 금속간 접합강도를 안정하게 확보할 수 있었다.

Claims

고하중, 저속회전이 발생하는 부위에 사용하는 부싱(bushing)으로써 상대재와 직접 슬라이딩이 발생하는 부위는 오일레스(oilless) 베어링의 특성을 가지는 소결합금 재료이며, 보스(boss)에 압입을 해야하는 부싱의 외곽부는 강성이 있는 철재 튜브(tube) 되어 있으며, 소결합금 재료와 철재 튜브는 금속간 접합이 되어있는 부싱을 제작하는 방법에 있어서,

소결합금 재료는 성형체를 별도 제작한 후 소결 과정에서 액상이 발생하지 않는 소결 온도에서 예비 소결하는 단계와 예비 소결체를 압입하고 소결과정에서 액상이 발생하는 소결 온도에서 본 소결하는 단계로 만들어지는 이중 구조로 된 부싱
제 1항에 있어서 본 소결 단계에서 액상이 발생하는 원소로써 순동, 청동, 황동, 알루미늄 청동, 니켈청동 중 적어도 한 가지 이상으로 이루어진 소재가 사용된 이중 구조로 된 부싱
제 1항에서 예비 소결체를 압입할 때 죔새가 0 ∼ 1mm 인 이중 구조로 된 부싱