KR20020096859A - 압축기용 슈의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내구성이 우수하며 제조비용의 저렴화가 가능한 압축기용 슈의 제조방법을 제공하는데 있다.

따라서, 담금질공정 S72 에서는 크롬 및 망간의 산화를 방지하기 위해 진공 내에서 담금질을 실시한다.

Description

압축기용 슈의 제조방법{METHOD FOR PRODUCTION OF SHOE FOR COMPRESSOR}

본 발명은 압축기용 슈의 제조방법에 관한 것이다.

예컨대, 차량용 공조장치에 사용되는 냉동회로에는 냉매가스를 압축하기 위한 압축기가 조립되어 있다. 예컨대, 공지된 용량가변형 경사판식 압축기에서는 도 7 에 나타낸 바와 같이, 실린더블록 (91) 에 복수개의 실린더보어 (91a) 가 형성되어 있으며, 각 실린더보어 (91a) 내에는 각각 피스톤 (92) 이 왕복운동 가능하게 수용되어 있다. 또, 회전 가능하게 지지된 도시하지 않은 구동축에는 동기회전 또한 경사이동 가능하게 경사판 (93) 이 지지되어 있으며, 이 경사판 (93) 과 각 피스톤 (92) 사이에 전후 한쌍의 슈 (94) 가 경사판 (93) 을 사이에 두고 설치되어 있다. 각 슈 (94) 는 도 8 에 나타낸 바와 같이, 상면이 구면부 (94a) 로서 구면의 일부를 이루고, 저면이 평면부 (94b) 로서 대략 평면으로 되어 있고, 그 중간에 R 을 통해 원통형상부 (94c) 가 형성되어 있다.

상기와 같이 구성된 압축기에서는 구동축이 회전함으로써 도 7 에 나타낸 바와 같이, 경사판 (93) 이 동기회전 또한 경사이동하며, 슈 (94) 를 통해 피스톤 (92) 이 실린더보어 (91a) 내를 왕복운동한다. 이에 의해 피스톤 (92) 의 헤드측에서 냉매가스의 흡입, 압축 및 토출행정이 행해지게 된다. 이 사이, 슈 (94) 는 구면부 (94a) 가 피스톤 (92) 의 구면시트 (92a) 표면을 슬라이딩함과 동시에, 평면부 (94b) 가 경사판 (93) 의 표면을 슬라이딩하게 된다. 이 때문에, 슈 (94) 는 피스톤 (92) 과 경사판 (93) 사이에서 큰 마찰력이 작용하므로, 슈 (94) 에는 내마모성과 장기간의 피로수명이 요구된다.

종래, 이와 같은 슈 (94) 는 다음과 같은 방법에 의해 제조되고 있었다. 즉, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 먼저 고탄소 크롬 베어링강으로서의 SUJ2 (JISG4805) 로 이루어지는 원료 볼 (80) 을 제작한다.

여기에서, SUJ2 의 조성은 대략 이하와 같다.

탄소 : 0.95 ∼ 1.10 질량%

크롬 : 1.30 ∼ 1.60 질량%

망간 : 0.5 질량% 이하

규소 : 0.15 ∼ 0.35 질량%

인 : 0.025 질량% 이하

황 : 0.025 질량% 이하

또, 원료 볼 (80) 이란, 상기 SUJ2 로 이루어지는 선재를 슈에 알맞은 용량으로 절단하고, 이것을 구형으로 함과 동시에, 담금질 템퍼링을 실시하고, 연마 및 풀림을 실시한 것이다.

그리고, 이들 원료 볼 (80) 을 프레스성형공정 S71 에 의해 슈형상의 소재 (81) 로 한다. 다음으로, 담금질로내에서 이들 소재 (81) 에 담금질공정 S72 를 실시하여 높은 경도가 부여된 담금질 완료 슈 (82) 를 얻는다. 또한, 템퍼링로내에서 이들 담금질 완료 슈 (82) 에 템퍼링공정 S73 을 실시함으로써 높은 경도를 유지함과 동시에, 인성도 부여된 열처리 완료 슈 (83) 를 얻는다. 마지막으로, 이 열처리 완료 슈 (83) 에 연마공정 S74 를 실시하여 상기 압축기용 슈 (94) 를 얻는다.

이렇게 하여 제조된 슈 (94) 는 소재 (81) 로의 담금질공정 S72 의 실시에 의해 높은 경도가 부여되어 있음과 동시에, 그 후의 템퍼링공정 S73 의 실시에 의해 높은 인성도 부여되어 있으므로, 필요한 내마모성과 장기간의 피로수명이 실현된다.

그러나, 상기 종래의 제조방법에 의해 제조된 슈에서는 열처리 완료 슈 (83) 에 대해 연마공정 S74 를 충분히 실시하지 않으면 내구성이 불충분해지므로, 연마공정 S74 에 오랜시간을 필요로 하여 제조비용의 고등화를 야기하는 것이 명확해졌다.

본 발명은 상기 종래의 실정을 감안하여 이루어진 것으로서, 내구성이 우수하며 제조비용의 저렴화가 가능한 압축기용 슈의 제조방법을 제공하는 것을 해결해야 할 과제로 하고 있다.

도 1 은 실시예 1 ∼ 3 및 비교예의 공정도이다.

도 2 는 실시예 1 의 슈의 표면에 관계되는 주사형 전자현미경의 사진이다.

도 3 은 실시예 1 의 슈의 단면에 관계되는 금속현미경의 사진이다.

도 4 는 비교예의 슈의 표면에 관계되는 주사형 전자현미경의 사진이다.

도 5 는 비교예의 슈의 단면에 관계되는 금속현미경의 사진이다.

도 6 은 비교예의 슈를 조립한 압축기의 운전후의 요부 단면모식도이다.

도 7 은 실시예 1 ∼ 3 및 비교예의 슈를 조립한 압축기의 요부 단면도이다.

도 8 은 실시예 1 ∼ 3 및 비교예의 슈의 측면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

81 : 소재S72 : 담금질공정

94 : 압축기용 슈

발명자들은 상기 과제해결을 위해 예의연구하고 이하의 고찰을 거쳐 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 연마공정 S74 가 불충분했던 경우, 압축기의 운전중에 슈 (94) 의 표면이 벗겨져 마모분이 되기 쉽고, 그 마모분이 슈 (94) 와 슬라이딩 관계에 있는 피스톤 (92) 의 구면시트 (92a) 를 마모시켜 슈 (94) 와 구면시트 (92a) 사이에 발생하는 슈 클리어런스가 증대하게 된다. 그 결과, 압축기의 성능이 불충분해질 우려가 있다. 특히 편측만을 헤드로 하는 피스톤을 사용한 용량가변형 경사판식 압축기에서는 슈 클리어런스의 증대에 의한 문제점이 크다.

발명자들의 시험에 의하면, 이 문제점은 상기 담금질공정 S72 에서 SUJ2 에 첨가되어 있는 크롬 및 망간이 산화되는 것에 기인하는 것임이 판명되었다.

즉, 상기 종래의 제조방법에서는 열처리로내에 변성가스를 불어넣음으로써 열처리로내의 공기를 변성가스로 치환한 분위기 중에서 소재 (81) 에 대한 담금질공정 S72 을 실시하고 있었다. 이 때문에, 그 담금질공정 S72 는 공기중의 산소가 분위기중에 약간 잔류한 조건하에서 실시되게 되고, 또한 상당한 고온이기도 하므로, 분위기중의 산소가 소재 (81) 의 표면 부근에 존재하는 크롬이나 망간과 화합하여 결정입계에 크롬이나 망간의 산화물이 형성되기 쉬워진다. 이들 슈 (94) 의 표면에 존재하는 산화물은 약하므로, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 운전중에 결정입계에 미소한 크랙이 발생하고, 구면시트 (92a) 와의 슬라이딩 작용으로 금속조직이 탈락한다. 한편으로는, 크롬과 망간은 담금질성의 향상을 위해 첨가되는 원소이며, 이들에 의해 상기 내마모성과 장기간의 피로수명의 실현이 가능해지므로, 필요 불가결한 원소이다.

이 때문에, 얻어진 열처리 완료 슈 (83) 에 대해 충분한 연마공정 S74 를 실시하여 그 표면의 결정입계에 존재하는 크롬이나 망간의 산화물을 모두 제거하고자 하면, 연마공정 S74 에 오랜시간을 필요로 하고, 또한 연마제의 사용량도 증대하므로, 결국에는 제조비용의 고등화를 초래하기도 한다.

따라서, 본 발명의 압축기용 슈의 제조방법은 크롬 및/또는 망간이 첨가된 강으로 이루어지며, 슈형상을 이루는 소재에 담금질을 실시하는 담금질공정을 구비한 압축기용 슈의 제조방법에 있어서, 상기 담금질공정에서는 상기 크롬 및/또는 상기 망간의 산화를 방지하는 수단을 실시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제조방법에서는 소재로서 담금질성이 우수한 SUJ2 로 대표되는 크롬 및 망간이 첨가된 고탄소 크롬 베어링강 등의 강이 사용된다. 크롬과 망간은 담금질성의 향상을 위해 첨가되는 원소이기 때문이다. 그 밖에, 크롬이 첨가된 강, 망간이 첨가된 강을 소재로 할 수도 있다.

그리고, 본 발명의 제조방법에서는 담금질공정에서 이들 크롬 및/또는 망간의 산화를 방지하고 있으므로, 결정입계에 크롬이나 망간의 산화물이 형성되지 않는다. 따라서, 결정입계에 미소한 크랙이 발생하지 않고, 압축기의 운전중에 슈의 표면이 벗겨져 마모분이 되는 일도 없어 슈 클리어런스가 증대하지도 않는다. 그 결과, 압축기는 장기간에 걸쳐 충분한 성능을 유지하게 된다.

또, 본 발명의 제조방법에서는 크롬이나 망간의 산화물을 연마에 의해 제거할 필요가 없어지므로, 연마비를 적게 할 수 있다. 이 때문에, 연마를 단시간에 완료할 수 있고, 또한 연마제의 사용량도 감소하며, 나아가서는 제조비용의 저렴화를 실현할 수 있다.

따라서, 본 발명의 제조방법에서는 내구성이 우수하며 저렴한 압축기용 슈를 제조할 수 있다.

본 발명의 제조방법에서는 산화방지수단으로서 진공 내에서 담금질공정을 실시하는 것이 바람직하다. 그렇게 하면, 담금질공정중에 강에 첨가되어 있는 크롬 및/또는 망간이 산화되는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 그러므로, 상기 본 발명의 작용효과를 확실하게 발휘할 수 있다. 또한, 이 방법에 의하면, 공기와 치환시키기 위한 기체는 불필요하므로, 운용비용도 저렴해진다. 더욱 높은 진공도로 담금질공정을 실시하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 제조방법에서는 산화방지수단으로서 불활성가스 또는 변성가스 분위기 중에서 담금질공정을 실시하는 것도 바람직하다. 이 경우, 종래와 같이 공기중의 산소를 잔류시켜서는 안되고, 불활성가스나 변성가스중에 산소를 함유시켜서는 안된다. 이에 의해 담금질공정을 실시하는 분위기중에 산소가 존재하지 않아 역시 크롬 및/또는 망간의 산화를 확실하게 방지할 수 있다. 이 제조방법은 공정이 연속되는 연속로에서 유효하다. 그러므로, 상기 본 발명의 작용효과를 확실하게 발휘할 수 있다. 여기에서, 불활성가스로서는 아르곤, 헬륨 등의 희가스 외에, 질소 등의 반응성이 부족한 기체를 채택할 수 있다. 또, 이들 불활성가스가 혼합된 혼합가스도 채택할 수 있다. 한편, 변성가스로서는 프로판 등을 원료로 한 것을 채택할 수 있다. 또, 산소의 잔류를 방지하기 위해, 일단 노를 진공으로 하고, 여기에 불활성가스나 변성가스를 넣으면 된다.

또한, 본 발명의 제조방법에서는 산화방지수단으로서 소재의 표면에 크롬 및/또는 망간의 산화를 방지할 수 있는 산화방지막을 형성한 후, 담금질공정을 실시하는 것도 바람직하다. 이렇게 하면, 설령 담금질공정의 분위기중에 산소가 존재하고 있었다고 해도, 소재중의 크롬 및/또는 망간의 산화를 방지할 수 있게 되어 역시 상기 본 발명의 작용효과를 발휘할 수 있다. 또, 이 방법에 의하면, 진공펌프나 가스치환용 배관 등이 불필요해지므로, 담금질공정을 실시하기 위한 설비비를 저렴하게 할 수 있다.

여기에서, 산화방지막으로서는 인산염 피막을 채택할 수 있다. 인산염 피막은 소재의 표면에 치밀한 막으로서 형성되므로, 산화방지막으로서의 기능이 우수하다. 또, 슈형상으로 하기 전의 단계에서 인산염 피막을 형성해 두면, 슈형상으로 하기 위한 프레스공정에서 극압을 저하시킬 수 있어 프레스성형의 치수정밀도를 향상시키는 것도 가능해진다.

발명의 실시 형태

이하, 본 발명을 구체화한 실시예 1 ∼ 3 을 비교예와 함께 도면을 참조하면서 설명한다.

(실시예 1)

<준비공정>

실시예 1 의 압축기용 슈의 제조방법에서는 종래와 마찬가지로, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 원료 볼 (80) 에 대해 프레스성형공정 S71 을 실시함으로써 소재 (81) 로 하고, 소재 (81) 에 대해 담금질공정 S72 를 실시함으로써 담금질 완료 슈 (82) 로 하고, 담금질 완료 슈 (82) 에 대해 템퍼링공정 S73 을 실시함으로써 열처리 완료 슈 (83) 로 하고, 열처리 완료 슈 (83) 에 대해 연마공정 S74 를 실시함으로써 슈 (94) 를 얻고 있다.

단, 실시예 1 에서는 이하의 공정에 있어서 종래의 방법과 다르다. 즉, 담금질공정 S72 에서 진공펌프가 접속된 담금질로를 사용하고 있다. 소재 (81) 를 그 담금질로에 넣고, 진공펌프를 작동시킴으로써 담금질로내의 압력을 5 ∼ 10Pa 정도로 한다. 그리고, 500 ∼ 750℃ 에서 45 ∼ 60 분간 유지한 후, 추가로 800 ∼ 840℃ 에서 60 ∼ 90 분간 유지하고, 급냉시킨다. 이렇게 하여 소재 (81) 에 담금질을 실시하고, 담금질 완료 슈 (82) 를 얻는다.

그리고, 템퍼링공정 S73 으로서 질소로의 치환이 가능한 템퍼링로를 준비한다. 담금질 완료 슈 (82) 를 그 템퍼링로에 넣어 질소로 치환하고, 질소의 압력을 대기압과 동일한 정도가 되도록 한다. 그리고, 120 ∼ 200℃ 에서 100 ∼ 150 분간 유지하고, 담금질 완료 슈 (82) 의 템퍼링을 실시한다. 이렇게 하여 열처리 완료 슈 (83) 를 얻는다.

마지막으로, 연마공정 S74 로서 열처리 완료 슈 (83) 에 대해 연마 패드를 사용하여 이하의 조건으로 연마를 실시한다. 이렇게 하여 실시예 1 의 압축기용 슈 (94) 를 얻었다.

지립GC#500 ∼ #1500

회전속도80 ∼ 90rpm

가압력300 ∼ 600g중/개

연마시간10 ∼ 15 분간 (회전원판에 형성된 수백개의 구멍에 슈를 끼워맞춰 수용)

(실시예 2)

실시예 2 의 압축기용 슈의 제조방법에서는 담금질공정 S72 에서 진공펌프가 접속된 담금질로 대신에, 질소가스로의 완전한 치환이 가능한 담금질로를 사용하고 있다. 다른 조건은 실시예 1 과 동일하다. 이렇게 하여 실시예 2 의 압축기용 슈 (94) 를 얻었다.

(실시예 3)

실시예 3 의 압축기용 슈의 제조방법에서는 원료 볼 (80) 을 인산염 피막처리액에 담근 후, 물세정함으로써 이들 원료 볼 (80) 에 인삼염 피막을 형성한다. 다른 조건은 실시예 1 과 동일하다. 이렇게 하여 실시예 3 의 압축기용 슈 (94) 를 얻었다.

(비교예)

비교예의 압축기용 슈의 제조방법에서는 담금질공정 S72 에서 변성가스로 치환이 가능한 종래의 담금질로를 사용하여 변성가스 분위기 하에서 담금질을 실시하였다. 여기에서는 공기중의 산소가 잔류하고 있다. 다른 조건은 실시예 1 과 동일하다. 이렇게 하여 비교예의 압축기용 슈 (94) 를 얻었다.

(평가)

이상과 같이 제조한 실시예 1 및 비교예의 슈 (94) 에 대해 그 표면을 주사형 전자현미경으로 관찰함과 동시에, 표면의 분석을 X선 마이크로애널라이저로 실시하였다. 또, 금속현미경 및 X선 마이크로애널라이저에 의해 슈 (94) 단면의 금속조직을 관찰 및 분석하였다.

단면의 금속조직의 분석에 대해서는 슈 (94) 를 절단기로 절단하고, 얻어진 절단조각을 수지에 매립한 후, 연마기로 경면연마하고, 그 후에 X선 마이크로애널라이저를 사용하였다. 그리고, 단면의 금속조직의 관찰에 대해서는 X선 마이크로애널라이저에 의한 단면의 분석이 종료된 후, 추가로 경면연마한 면을 나이탈 부식액으로 부식시키고, 그 후에 금속현미경을 사용하였다.

<표면의 관찰 및 분석>

실시예 1 의 슈 (94) 에서는 도 2 에 나타낸 바와 같이, 표면에 입상물질의존재는 관찰되지 않았다. 실시예 2 및 실시예 3 의 슈 (94) 도 실시예 1 의 경우와 마찬가지로 입상물질의 존재는 관찰되지 않았다.

이에 대하여, 비교예의 슈 (94) 에서는 도 4 에 나타낸 바와 같이, 표면에 어두운 콘트라스트가 되는 입상물질이 관찰되었다. 이 어두운 콘트라스트 부분에는 크롬 또는 망간이 산소와 함께 존재하는 것도 관찰되었다. 이 때문에, 이들 입상물질은 크롬 또는 망간의 산화물이라고 고찰된다.

<단면의 관찰 및 분석>

실시예 1 의 슈 (94) 에서는 도 3 에 나타낸 바와 같이, 표면 부근에 결함은 관찰되지 않는다. 실시예 2 및 실시예 3 의 슈 (94) 도 실시예 1 의 경우와 마찬가지로, 입상물질의 존재는 관찰되지 않았다.

이에 대하여, 비교예의 슈 (94) 에서는 도 5 에 나타낸 바와 같이, 표면의 아래로 약 1.5㎛ 정도의 깊이까지 결정입계를 따라 부식된 조직이 관찰되었다. 그리고, 이 부식된 조직의 장소는 X선 마이크로애널라이저에 의한 분석에 의해 크롬 또는 망간의 산화물이 존재하고 있던 장소와 일치하였다. 이상으로부터, 비교예에서는 표면으로부터 1.5㎛ 정도의 깊이까지 존재하고 있던 크롬 및 망간이 산화되어 결정입계에 존재하는 것을 알 수 있다.

이상의 결과로부터, 실시예 1 ∼ 3 의 슈 (94) 에서는 SUJ2중에 첨가되어 있는 크롬 및 망간이 산화되어 있지 않은 것에 대해, 비교예의 슈 (94) 에서는 표면 부근에서 존재하고 있던 크롬 및 망간이 산화되어 있는 것을 알 수 있다.

이 때문에, 비교예의 슈 (94) 를 조립한 압축기를 운전할 경우, 슈 (94) 는피스톤 (92) 의 구면시트 (92a) 로부터 큰 마찰력을 받으므로, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 상면 (94a) 측에 있어서, 결정입계에 미소한 크랙 (15) 이 발생하기 쉬워 금속조직이 탈락을 일으키기 쉬운 것을 알 수 있다.

이에 대하여, 실시예 1 ∼ 3 의 슈 (94) 를 조립한 압축기를 운전한 경우에는, 슈 (94) 는 결정입계에 미소한 크랙이 발생하지 않고, 표면이 벗겨져 마모분이 되는 일도 없어 슈 클리어런스가 증대하지도 않는 것을 알 수 있다. 그 결과, 압축기는 장기간에 걸쳐 충분한 성능을 유지할 수 있는 것을 알 수 있다.

또, 실시예 1 ∼ 3 의 제조방법에서는 도 1 에 나타낸 연마공정 S74 에서 크롬이나 망간의 산화물을 깎아낼 필요가 없으므로, 연마비를 적게 할 수 있다. 따라서, 연마에 필요한 시간을 단축화할 수 있고, 연마제의 사용량도 감소되며, 나아가서는 제조비용의 저렴화를 실현할 수 있다.

또한, 실시예 1, 3 의 제조방법에서는 담금질공정 S72 에서 공기와 치환시키기 위한 기체가 불필요해지므로, 운용비용도 저렴해진다.

또, 실시예 3 의 제조방법에서는 원료 볼 (80) 에 인산염 피막을 형성한 후 프레스성형공정 S71 을 실시하고 있으므로, 프레스성형시의 극압을 저하시킬 수 있어 소재 (81) 의 치수정밀도를 향상시킬 수 있다.

따라서, 실시예 1 ∼ 3 의 제조방법에 의하면, 내구성이 우수하며 저렴한 압축기용 슈 (94) 를 제조할 수 있는 것을 알 수 있다.

그리고, 상기 각 실시예를 조합하여 실시할 수도 있다. 예컨대, 산화방지막을 형성한 슈를 불활성가스 또는 변성가스 분위기 중에서 담금질되도록 해도된다. 이 경우, 잔류하는 산소를 배제하는 수단을 강구할 필요가 없고, 또 산화가 확실하게 방지된다.

따라서, 본 발명의 압축기용 슈의 제조방법은 내구성이 우수하며 제조비용의 저렴화가 가능하다.

Claims (5)

1. 크롬 및/또는 망간이 첨가된 강으로 이루어지고, 슈형상을 이루는 소재에 담금질을 실시하는 담금질공정을 구비한 압축기용 슈의 제조방법에 있어서,

   상기 담금질공정에서는 상기 크롬 및/또는 상기 망간의 산화를 방지하는 수단을 실시한 것을 특징으로 하는 압축기용 슈의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 진공 내에서 담금질공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 압축기용 슈의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 불활성가스 또는 변성가스 분위기 중에서 담금질공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 압축기용 슈의 제조방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 소재의 표면에 크롬 및/또는 망간의 산화를 방지할 수 있는 산화방지막을 형성한 후, 담금질공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 압축기용 슈의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서, 산화방지막은 인산염 피막인 것을 특징으로 하는 압축기용 슈의 제조방법.