KR20040029079A - 금속 소결 부품을 포함하는 일체형 조인트 바디 - Google Patents

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KR20040029079A
KR20040029079A KR10-2004-7002905A KR20047002905A KR20040029079A KR 20040029079 A KR20040029079 A KR 20040029079A KR 20047002905 A KR20047002905 A KR 20047002905A KR 20040029079 A KR20040029079 A KR 20040029079A
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게카엔 진터 메탈스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 금속 부품, 특히 볼 트랙을 구비한 카르단 조인트의 내부 조인트 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 그러한 제조 방법에서는 분말을 충전 공간에 충전하고, 다이, 하나 이상의 성형 맨드릴과 그와 대향 배치된 충전 맨드릴, 중앙 맨드릴, 및 하나 이상의 하부 스탬프와 상부 스탬프에 의해 충전 공간을 한정하되, 충전 공간 내의 분말을 상부 스탬프 및/또는 하부 스탬프 상의 압력에 의해 압축 생형으로 프레싱해서 방출하고 소결한다.

Description

금속 소결 부품을 포함하는 일체형 조인트 바디{ONE-PIECE JOINT BODY CONSISTING OF SINTERED METAL}
내부 조인트 부품과 외부 조인트 부품으로 이루어진 카르단 조인트가 공지되어 있다. 그러한 카르단 조인트는 무엇보다도 작동 시에 이동이 큰 축간에 토크를 전달하는데 사용된다. 그 경우, 축 방향 이동을 수용하는 것도 역시 가능하다.
서로에 대해 구부러진 축을 경유하여 토크를 전달하는 일례는 등속 카르단 조인트(homocinetic cardan joint)이다. 등속 카르단 조인트는 그 가장 흔한 구조 양식이 유니버설 조인트인 피봇 조인트의 일종에 속한다. 유니버설 조인트에서는 2개의 축의 조인트 포크가 저널과 결합된다. 단순한 유니버설 조인트는 사실상 적은 각도 변동만을 허용한다. 축의 축 방향 및 반경 방향의 이동은 불가능하다.
등속 조인트는 그러한 단점을 회피시킨다. 유니버설 조인트와는 대조적으로, 등속 카르단 조인트에 의해 균등한 각 속도의 경우에 종동 측에서 균등한 회전 속도가 생성되게 된다. 그것은 토크에도 그대로 적용된다.
조인트 축은 2개의 조인트와 중간 축으로 이루어진다. 중간 축은 종 방향 변동을 보상하기 위해 주로 텔레스코프 축으로서 형성된다. 균등한 전달을 위해서는 2개의 조인트 포크의 편향 각이 항상 동일한 크기일 경우에 2개의 조인트 포크가 적어도 작동 중에 가장 빈번하게 존재하는 위치에서 일 평면에 놓여지는 것이 중요하다. 그것은 Z형 또는 W형 배치에 의해 구현될 수 있다. 자동차에서는 주로 첫 번째의 것이 통상적이다. 그 경우에는 중간 축에서만 불균등성이 발생된다. 적은 공간으로 큰 각 방향 이동을 보상하기 위해, 예컨대 전륜 구동의 경우에는 이중 조인트가 사용된다. 그것은 원칙적으로 조인트 축에 해당되지만, 중간 축 대신에 짧은 중간 부재(축 또는 부싱)만이 마련되고, 그러한 중간 부재는 2개의 조인트의 편위 각이 항상 동일한 크기로 되도록 안내된다. 종 방향 이동성은 구동 축 또는 종동 축에 제공된다. 그와 더불어, 등속 조인트는 주로 볼을 경유하여 토크 또는 각 속도를 힘의 결합에 의해 균등하게 전달하는 것을 가능하게 하는데, 그 경우에 볼은 그것이 항상 조인트의 면 대칭면에 놓이도록 볼 트랙에서 안내된다. 대형 등속 조인트에서는 센터링이 필요하다. 그러한 등속 조인트는 편이 각이 클 경우에 균등한 전달을 가능하게 한다. 등속 조인트는 고정 조인트 또는 이동 조인트로서 구성되는데, 고정 조인트는 구동 축을 축 방향으로 고정시키고, 이동 조인트는 축 길이의 변동이 있을 경우에 종 방향 이동에 의해 그 변동의 보상을 가능하게 한다.
그러한 유형의 카르단 조인트는 외부 조인트 부품과 내부 조인트 부품에 의해 축과 결합된다. 내부 조인트 부품은 외부 조인트 부품 내에서 볼에 의해 안내된다. 그 경우, 볼은 내부 조인트 부품의 외면과 외부 조인트 부품의 내면 상에 형성된 볼 트랙에 있는 볼 케이지에서 안내된다. 카르단 조인트의 기하 형상은 볼 트랙용 리세스가 절삭에 의해 형성되는 것을 필요로 한다.
통상적으로, 그러한 제조 형식에는 비용 소모적이고 정밀도가 높은 절삭 가공이 필요하다. 그러한 절삭 가공에서는 내부 조인트 부품이 상이한 기공 기계에서 다수의 작업 단계로 제조되어야 한다는 단점이 있다. 내부 조인트 부품은 종래에 통상의 형식으로 단조 블랭크로 형성되었는데, 그것은 언더컷 또는 성형부, 예컨대 볼 트랙이 어떠한 프레싱 방법으로도 제조될 수 없고, 그로 인해 금속 분말로 프레싱되고 소결되어 최종 형태로 되는 것이 불가능하였기 때문이다. 통상적으로, 내부 조인트 부품은 언더컷의 성형을 구현하기 위해 부가의 방법 단계를 필요로 하였다.
본 발명은 금속 소결 부품, 특히 볼 트랙이 프레싱 방향에 대해 각을 이루어 배치되고/배치되거나 볼 트랙이 프레싱 방향에 대해 굴곡된 카르단 조인트의 내부 조인트 부품과, 그 제조 방법 및 그 방법을 행하는 장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 등속 카르단 조인트의 일 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면 중에서,
도 1은 등속 카르단 조인트를 나타낸 도면이고,
도 2는 볼 허브용 프레싱 공구의 사시도이며,
도 3은 진입될 수 있는 맨드릴을 구비한 절취된 프레싱 공구를 나타낸 도면이고,
도 4는 충전 위치에 있는 프레싱 공구를 나타낸 도면이며,
도 5는 프레싱 위치에 있는 프레싱 공구를 나타낸 도면이고,
도 6은 배출 위치에 있는 프레싱 공구를 나타낸 도면이며,
도 7은 볼 허브를 평면도로 나타낸 도면이고,
도 8은 도 7의 A-A 단면을 따라 볼 허브를 나타낸 도면이며,
도 9는 볼 트랙을 볼과 함께 횡단면도로 나타낸 도면이다.
본 발명의 목적은 간단하고도 정밀하게 금속 소결 부품 또는 단조 부품, 특히 카르단 조인트의 내부 조인트 부품을 제조할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
그러한 목적은 본 발명에 따라 방법 청구항, 장치 청구항, 및 물 청구항에 기재된 특징에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 분말을 충전 공간에 충전하고, 다이, 하나 이상의 성형 맨드릴과 그와 대향 배치된 충전 맨드릴, 중앙 맨드릴, 및 하나 이상의 하부 스탬프와 상부 스탬프에 의해 충전 공간을 한정하되, 충전 공간 내의 분말을 상부 스탬프와 하부 스탬프 사이의 압력에 의해 압축 생형(green compact)으로 프레싱해서 방출하고 소결하는 금속 소결 부품 또는 단조 부품, 특히 볼 트랙을 구비한 카르단 조인트의 내부 조인트 부품을 제조하는 방법이 제공된다. 충전 공간 내에는 금속 소결 분말을 도입한다. 성형 맨드릴을 충전 맨드릴에까지 진입시켜 그들 공구의 상호간 상대 이동에 의해 부품의 기하 형상을 확정하고, 이어서 상부 스탬프 및/또는 하부 스탬프에 프레싱 압력을 인가함으로써 분말을 압축 생형으로 압축시킨다. 상부 스탬프와 성형 맨드릴을 프레싱 장치로부터 복귀시킨 후에 최종 프레싱된 압축 생형을 배출하여 소결한다. 보다 더 높은 밀도를 얻기 위해, 소결 후에 소결 부품을 열간 후성형 또는 냉간 후성형하는 것이 바람직하다. 보다 더 작은 공차 및/또는 부분 압축을 구현하기 위해, 소결 및/또는 단조 후에 교정 과정을 행하는 것이 가능하다. 예컨대, 내부 조인트 부품의 볼 트랙을 냉간 텀블링(cold tumbling)하거나 선택적으로 소결 단조 후에 텀블링하는 것이 바람직하다.
소결 야금으로 제조된 부품은 내부 조인트 부품의 전체의 바디가 탁월한 재료 특성과 표면 품질을 보이는 고강도 조직을 형성한다는 장점을 갖는다.
본 발명의 바람직한 구성에서는 충전 과정 동안 충전 맨드릴을 다이 내의 충전 위치로 진입시키고, 중앙 맨드릴을 다이 내의 충전 위치로 진입시키며, 하부 스탬프를 충전 위치로 유지시키고, 프레싱 과정 동안 충전 맨드릴에 대응된 성형 맨드릴을 다이 내로 진입시키되, 다이 내에서 성형 맨드릴로 하여금 충전 맨드릴을 아래쪽으로 밀어내면서 성형 맨드릴의 기하 형상에 의해 볼 트랙을 분말 중에 성형하고, 그와 동시에 상부 스탬프를 상부 스탬프 프레싱 위치에까지 다이 내로 진입시켜 분말을 압축 생형으로 압축하되, 다이의 기하 형상에 의해 볼 트랙을 성형하고, 하부 스탬프를 하부 스탬프 프레싱 위치에까지 진입시키며, 배출 과정 동안 상부 스탬프와 성형 맨드릴을 다이로부터 빼내고, 중앙 맨드릴을 압축 생형으로부터 후퇴시키는 조치가 취해진다. 내부 조인트 부품의 외곽, 즉 볼 허브를 일부는 다이 그 자체에 의해, 그리고 일부는 다이 내에서 프레싱 방향으로 이동될 수 있는 성형 맨드릴에 의해 성형한다. 내부 조인트 부품의 기하 형상에 의존하여, 다이 내에 프레싱 방향으로 이동될 수 있게 지지되는 2개 이상의 상부 성형 맨드릴과 2개 이상의 하부 충전 맨드릴, 바람직하게는 3개의 그러한 맨드릴을 마련한다.
본 발명의 매우 바람직한 구성에서는 성형 맨드릴 쪽을 향한 충전 맨드릴의 측면을 충전 위치에서 다이의 상면 및 중앙 맨드릴의 상면과 일렬로 체결하고, 프레싱 위치에서 성형 맨드릴을 충전 맨드릴의 상면에 접하게 해서 충전 맨드릴을 되밀어내는 한편, 그와 동시에 다이 내에 진입된 상부 스탬프에 프레싱 압력을 인가하고, 이어서 상부 스탬프와 성형 맨드릴을 다이로부터 빼내며, 최종 프레싱된 압축 생형을 하부 스탬프에 의해 다이로부터 배출하는 조치가 취해진다.
본 발명의 바람직한 구성에서는 분말을 압력과 열에 의해 압축 생형으로 프레싱하는 조치가 취해진다.
본 발명의 매우 바람직한 구성에서는 프레싱 동안 다이와 하나 이상의 스탬프를 가열하는 조치가 취해진다.
본 발명의 바람직한 구성에서는 볼 트랙의 형태를 성형 맨드릴에 의해 성형하는 조치가 취해진다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구성에서는 볼 트랙의 형태를 성형 맨드릴과 다이에 의해 성형하는 조치가 취해진다.
본 발명의 바람직한 구성에서는 소결 후에 볼 트랙의 표면을 압축하는 조치가 취해진다. 예컨대, 텀블링에 의해 표면을 압축하여 보다 더 높은 강도를 얻을 수 있는데, 그 경우에 볼 트랙 표면의 일부만을 압축하는 것이 바람직하다. 적어도 볼 트랙 표면에서의 볼의 주행 면을 압축하는 것이 바람직하다.
본 발명의 매우 바람직한 구성에서는 소결 후에 볼 트랙의 표면을 볼 트랙 표면에 수직하게 압력을 가하는 하나 이상의 볼에 의해 압축하는 조치가 취해진다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구성에서는 볼 트랙의 적어도 부분 구역을 볼에 의해 한 번 이상 압축하는 조치가 취해진다. 경질 금속으로 이뤄지는 것이 좋은 볼이 압축하려는 표면 위를 한 번 이상, 바람직하게는 여러 번 구르도록 하여 표면을 단계적으로 압축 및 성형하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 구성에서는 최종 소결된 부품을 연이어 단조하되, 볼 트랙을 구비한 소결 부품을 다이 내로 중앙 맨드릴 상에 집어넣고 외곽 성형용 단조 공구에 의해 소결 부품을 프레싱하고 나서 소결 부품을 배출하는 조치가 취해진다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구성에서는 소결 또는 단조 후에 최종 소결된 부품을 교정하되, 볼 트랙을 구비한 소결 부품을 다이 내로 중앙 맨드릴 상에 집어넣고 외곽 교정용 교정 공구에 의해 소결 부품을 프레싱하고 나서 소결 부품을 배출하는 조치가 취해진다.
또 다르게, 본 발명의 목적은 충전 공간을 형성하고 반경 방향으로 다이에의해 둘러싸이는 하나 이상의 성형 맨드릴과 그 성형 맨드릴과 대향 대응된 충전 맨드릴, 하부 스탬프와 상부 스탬프, 및 중앙 맨드릴이 마련된 프레싱 장치를 구비하는 금속 소결 부품, 특히 볼 트랙을 구비한 카르단 조인트의 내부 조인트 부품을 제조하는 장치에 의해 달성된다. 그러한 유형의 프레싱 장치는 작업 경과가 간단한 것을 그 특징으로 한다. 프레싱 과정은 비용 절감적이고, 무엇보다도 공지의 절삭 제조에 비해 시간 절감적이다. 그럼으로써, 단시간 내에 많은 개수의 내부 조인트 부품을 제조하는 것이 가능하게 된다. 충전 맨드릴과 성형 맨드릴을 둘러싸는 다이는 반 경 방향으로 성형 맨드릴에 작용하는 프레싱 압력을 떠받친다.
본 발명의 바람직한 구성에서는 3개의 성형 맨드릴과 그 각각에 대향 대응된 채로 다이에 있는 리세스 내에서 안내되는 3개의 충전 맨드릴이 마련되는 조치가 취해진다. 다이의 리세스 내에 배치된 충전 맨드릴과 성형 맨드릴 및 다이 그 자체는 그 기하학적 구성으로 인해 통상의 프레싱 장치로는 제조될 수 없는 내부 조인트 부품의 외곽을 형성한다.
또한, 본 발명의 목적은 일체형으로 형성되는 금속 소결 부품, 특히 외부 둘레에 볼 트랙이 배치된 카르단 조인트의 내부 조인트 부품에 의해 달성된다. 내부 조인트 부품의 강도 및 내구 수명 때문에, 그 내부 조인트 부품은 일체형으로 형성되는 것이 바람직하고, 예컨대 프레싱 기술상으로 간단하게 제조될 수 있는 2개의 부품으로 접합되는 것은 바람직하지 않다.
본 발명의 바람직한 구성에서는 볼 트랙이 프레싱 축에 대해 각을 이뤄 배치되고/배치되거나 프레싱 축에 대해 굴곡되도록 하는 조치가 취해진다. 내부 조인트 부품은 언더컷, 리세스, 및 프로파일을 구비하고, 바람직하게는 조인트 바디 축에 대해, 즉 프레싱 방향에 대해서도 축 방향으로 외면 쪽을 향해 반경 방향으로 굴곡된 볼 트랙을 구비하는데, 그 경우에 볼 트랙은 트랙 베이스와 트랙 측면을 구비하고, 내부 조인트 부품은 그 내부 조인트 부품을 축 방향으로 프레싱하여 프레싱 장치 또는 단조 장치로부터 제거하는 것을 가능하게 하는 기하 형상을 갖는다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구성에서는 볼 트랙이 원형으로 형성되도록 하는 조치가 취해진다.
본 발명의 바람직한 구성에서는 볼 트랙이 대략 타원형으로 형성되도록 하는 조치가 취해진다. 그러한 구성은 볼이 2개의 지점에서만 볼 트랙에 접하여 볼이 구를 때에 단 하나의 접촉 라인만이 볼 트랙 상에 주어진다는 점에서 매우 유리하다. 그러한 구역은 전술된 바와 같이 압축되고 경우에 따라 열처리 및 /또는 표면 처리되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 구성에서는 볼 트랙이 다각형으로 형성되도록 하는 조치가 취해진다. 그러한 볼 트랙의 구성도 역시 대략 타원형의 볼 트랙과 마찬가지로 볼이 볼 트랙 상에서 작은 접촉 면적만을 가져 구름 저항이 낮아지고, 특히 헤르츠 응력이 최적화될 수 있다는 장점을 제공한다.
본 발명의 바람직한 구성에서는 볼 트랙이 부분 구역에서, 특히 볼 주행 면의 구역에서 보다 더 높은 밀도를 갖도록 하는 조치가 취해진다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구성에서는 볼 트랙이 부분 구역에서, 특히 볼 주행 면의 구역에서 열처리되도록 하는 조치가 취해진다. 그러한 유형의 부품은볼 트랙이 높은 강도를 얻게 된다는 장점을 갖는다. 그 부품은 적어도 볼 트랙의 구역에서 예컨대 유도 경화 및 담금질에 의해 열처리될 수 있다.
본 발명의 매우 바람직한 구성에서는 볼 트랙이 부분 구역에서, 특히 볼 주행 면의 구역에서 표면 처리되도록 하는 조치가 취해진다. 예컨대, 표면은 숏 피닝, 플라즈마 질화, 질탄화, 인산화, 및 냉간 및 열간 상태에서의 텀블링에 의해 처리되어 볼 주행 면의 특성을 의도적으로 최적화시킬 수 있다.
도 1에는 등속 카르단 조인트(1)가 도시되어 있다. 그러한 등속 카르단 조인트(1)는 외부 조인트 부품(2)과 내부 조인트 부품(3)을 구비한다. 외부 조인트 부품(2)은 축(4)과 결합되고, 내부 조인트 부품(3)은 축(5)과 결합된다. 축(4)과 축(5)은 구동/종동 시스템을 형성한다. 내부 조인트 부품(3)은 외부 조인트 부품(2)에 수납된다. 또한, 볼(6)은 축(4, 5)이 서로에 대해 구부러질 때에 볼(6)이 볼 트랙(7) 내에서 안내되도록 외부 조인트 부품(2)과 내부 조인트 부품(3) 사이의 볼 트랙(7) 내에 배치된다. 그 경우, 볼은 면 대칭면에서 주행하는 것이 필수적이다. 도시된 형태에서는 구부림 각도가 0°이고, 볼은 축(4, 5)의 축선에 의해 형성되는 직선에 수직한 평면에 놓인다. 그러한 배치에는 볼을 볼 트랙에 유지시키는 커버 링(8)이 구비된다. 구동 축이 회전되면, 종동 축은 상응하게 구부러지더라도 가능한 한도 내에서 균등한 회전 속도 및 균등한 토크에 의해 전동된다. 카르단 조인트(1)는 가요성 패킹(18)에 의해 외부로 밀봉된다.
볼 트랙(7)은 평행하게 또는 프레싱 축선(볼 허브 축선(20))에 대해 각을 이뤄 배치될 수 있다. 또한, 볼 트랙(7)이 프레싱 축선에(볼 허브 축선(20))에 대해 굴곡되는 것도 가능하다. 즉, 반경 방향으로 굴곡된 볼 트랙(7)이 가능한데, 그 경우에 볼 트랙(7)은 트랙 베이스(12)와 트랙 측면(13)을 구비한다.
도 2는 볼 허브(3)(내부 조인트 부품)용 프레싱 장치(21)의 사시도를 나타낸 것으로, 그러한 프레싱 장치(21)는 3개의 성형 맨드릴(22.1, 22.2, 22.3)과 그와 대향 대응된 충전 맨드릴(23.1, 23.2, 23.3)을 구비한다. 또한, 하부 스탬프(24), 상부 스탬프(25), 및 중앙 맨드릴(26)이 마련된다. 그러한 스탬프(24, 25)와 맨드릴(22, 23, 26)은 반경 방향으로 다이(27)에 의해 둘러싸인다. 충전 맨드릴과 성형 맨드릴(23, 22)을 둘러싸는 다이(27)는 반경 방향으로 성형 맨드릴(22)에 작용하는 프레싱 압력을 떠받친다.
성형 맨드릴(22)과 그와 대향 대응된 충전 맨드릴(23)은 다이(27)에 있는 리세스(28.1, 28.2) 내에서 안내된다. 다이(27)의 리세스(28.1, 28.2) 내에 배치된 충전 맨드릴과 성형 맨드릴(23, 22) 및 다이(27) 그 자체는 그 기하학적 구성으로 인해 통상의 프레싱 장치로는 제조될 수 없는 내부 조인트 부품(3)의 외곽을 형성한다.
도 3은 프레싱 장치(21)의 사시도를 나타낸 것으로, 성형 맨드릴(22)이 다이(27) 내로 진입되어 있다. 프레싱 과정 동안 성형 맨드릴(22)은 다이(27) 내로 진입되는데, 그 경우에 성형 맨드릴(23)은 다이(27) 내에서 충전 맨드릴(22)을 밀어내고, 성형 맨드릴(23)의 기하 형상에 의해 볼 허브(3)의 볼 트랙(7)이 분말 중에 성형되게 된다.
도 4는 충전 위치에 있는 프레싱 공구(21)를 나타낸 것이다. 충전 과정 동안 충전 맨드릴(23)이 다이(27) 내의 충전 위치로 진입되고, 중앙 맨드릴(26)이 다이(27) 내의 충전 위치로 진입되며, 하부 스탬프(24)가 충전 위치로 유지된다. 충전 위치에서는 금속 소결 분말(29)이 충전 공간(28) 내에 충전되는데, 그 경우에 충전 공간(28)은 다이(27), 3개의 성형 맨드릴(22.1, 22.2, 22.3)과 그와 대향 배치된 충전 맨드릴(23.1, 23.2, 23.3), 중앙 맨드릴(26), 및 하부 스탬프와 상부 스탬프(24, 25)에 의해 한정된다. 충전 위치에서는 성형 맨드릴(22) 쪽을 향한 충전맨드릴(23)의 측면이 다이(27)의 상면(30)과 중앙 맨드릴(26)의 상면(31)과 동일한 높이에 놓인다.
다이(27)의 리세스(28)에 배치된 충전 맨드릴과 성형 맨드릴(23, 22)과 다이(27) 그 자체는 그 기하학적 구성으로 인해 통상의 프레싱 장치로는 제조될 수 없는 내부 조인트 부품(3)의 외곽을 형성한다.
도 5는 프레싱 위치에 있는 프레싱 공구(21)를 나타낸 것이다. 성형 맨드릴(22)이 충전 맨드릴(23)에까지 진입되는데, 그 성형 맨드릴(22)은 다이(27) 내에서 충전 맨드릴(23)을 아래쪽으로 밀어내면서 성형 맨드릴(22)의 기하 형상에 의해 볼 허브(3)의 볼 트랙(7)이 분말 중에 성형되게 된다. 그와 동시에, 상부 스탬프(25)가 상부 스탬프 프레싱 위치에까지 다이(27) 내로 진입되어 분말이 압축 생형으로 압축되는데, 그 경우에 다이(27)의 기하 형상에 의해서도 볼 트랙(7)이 성형되게 된다. 하부 스탬프(24)가 하부 스탬프 프레싱 위치에까지 진입되고, 그럼으로써도 분말이 압축되게 된다. 충전 맨드릴과 성형 맨드릴(23, 22)을 둘러싸는 다이(27)는 반경 방향으로 성형 맨드릴(22)에 작용하는 프레싱 압력을 떠받친다. 프레싱 과정 동안 공구가 서로에 대해 상대 이동됨으로써, 볼 허브(3)의 부분 기하 형상이 확정되게 된다.
소결 분말은 열의 사용 하에 압축 생형으로 프레싱되는 것이 바람직하다. 예컨대, 프레싱 동안 다이(27)와 하나 이상의 스탬프(24, 25)가 가열될 수 있다.
도 6은 배출 위치에 있는 프레싱 공구(21)를 나타낸 것이다. 배출 과정에서는 상부 스탬프(25)와 성형 맨드릴(22)이 다이(27)로부터 빼내진다. 중앙맨드릴(26)은 압축 생형(3)으로부터 후퇴된다. 최종 프레싱된 압축 생형(3)은 하부 스탬프(24)에 의해 다이로부터 배출된다. 이어서, 압축 생형(3)이 소결된다.
최종 프레싱된 압축 생형(3)이 소결 후에 열간 또는 냉간 후성형되어 보다 더 높은 밀도를 얻도록 하는 것이 바람직하다. 보다 더 작은 공차 및/또는 부분 압축을 구현하기 위해, 소결 및/또는 단조 후에 교정 과정을 행하는 것이 가능하다. 예컨대, 내부 조인트 부품(3)의 볼 트랙(7)을 냉간 텀블링하거나 선택적으로 소결 단조 후에 텀블링하는 것이 바람직하다. 볼 트랙 표면의 부분 구역만이 압축되되, 적어도 볼 트랙 표면의 볼(32)의 주행 면(16)이 압축되는 것이 바람직하다.
볼 트랙 표면의 압축은 예컨대 볼 트랙(7)의 표면이 소결 후에 볼 트랙 표면에 수직하게 압력을 가하는 볼에 의해 압축되되, 볼이 볼 트랙(7)의 적어도 부분 구역을 한 번 이상 압축하도록 함으로써 이뤄질 수 있다. 그러나, 경질 금속으로 이뤄지는 것이 바람직한 볼이 압축하려는 표면 위를 여러 번 굴러 표면이 단계적으로 압축 및 성형되도록 하는 것이 바람직하다.
이어서, 최종 소결된 부품(3)이 단조되되, 볼 트랙(7)을 구비한 소결 부품(3)이 다이(27) 내로 중앙 맨드릴(26) 상에 집어넣어지고 외곽 성형용 단조 공구가 소결 부품(3)을 프레싱하고 나서 소결 부품(3)이 배출되는 것이 바람직하다.
소결 또는 단조 후에 소결 부품(3)이 교정되는 것도 역시 바람직하다. 단조 및 교정에는 전술된 프레싱 공구(21)와 대략 동일한 구조 형식을 갖는 공구가 사용될 수 있다.
특히, 교정된 블랭크가 전술된 단조 공구에 의해 볼 허브(3)로 단조되는 것도 역시 가능하다.
도 7은 볼 허브(3)를 평면도로 나타낸 것이다. 볼 허브(3)는 일체형으로 형성되고, 그럼으로써 볼 허브(3)의 강도 및 내구 수명이 높아지게 된다. 볼 트랙(7)은 프레싱 축선(볼 허브 축선(20))에 대해 각을 이뤄 배치된다. 볼 허브(3)는 각각 서로 짝을 지워 대응된 볼 트랙(7)을 구비한다. 볼 트랙(7)은 축 방향으로 도면 평면 속으로 정향되고, 반경 방향 굴곡(14)을 갖는다. 서로 짝을 지워 대응된 각각의 볼 트랙(7)에서는 굴곡(14)이 상반되어 있다. 즉, 볼 트랙(7)은 축 방향으로 연이어져 있다. 볼 허브 축선(20)은 볼 허브(3)의 중심점을 통해 도면 평면에 수직하게 연장된다.
도 8은 도 7의 A-A 단면을 따라 볼 허브(3)를 나타낸 것이다.
도 9는 볼 트랙(7)을 볼(32)과 함께 단면도로 나타낸 것이다. 볼(32)은 원형의 기하 형상을 갖는다. 볼 트랙(7)은 대략 타원형의 기하 형상을 갖는다. 볼(32)은 주행 면(16, 16') 상에서 주행하고, 그 때에 매순간마다 볼 트랙(7)상에서 2개의 접촉 점(17, 17')을 갖는다. 각각의 접촉 점(17, 17')은 다른 트랙 측면(13, 13') 상에 놓인다. 그러한 접촉 점(17, 17')은 볼 중심점으로부터 서로 각(2δ)을 이뤄 분리된다. 그러한 구성은 볼(32)이 단지 2개의 지점에서만 볼 트랙(7) 상에 접하여 볼(32)이 구를 때에 단 하나의 접촉 라인만이 볼 트랙(7) 상에 주어지기 때문에 매우 바람직하다. 그럼으로써, 볼(32)이 볼 트랙(7) 상에서 단지 작은 접촉 면적만을 가져 구름 저항이 낮아지게 된다. 볼(32)과 볼 트랙(7)의 굴곡은 헤르츠 응력이 최소화되도록 최적화된다. 그러한 구역은 압축되고 경우에 따라 열처리 및/또는 표면 처리되는 것이 바람직하다. 가능한 방법은 예컨대 유도 경화, 담금질, 숏 피닝, 플라즈마 질화, 질탄화, 인산화, 및 냉간 및 열간 상태에서의 텀블링이다.

Claims (23)

  1. 분말을 충전 공간(28)에 충전하고, 다이(27), 하나 이상의 성형 맨드릴(22)과 그와 대향 배치된 충전 맨드릴(23), 중앙 맨드릴(26), 및 하나 이상의 하부 스탬프와 상부 스탬프(24, 25)에 의해 충전 공간(28)을 한정하되, 충전 공간(28) 내의 분말을 상부 스탬프 및/또는 하부 스탬프(24, 25) 상의 압력에 의해 압축 생형으로 프레싱해서 방출하고 소결하는 것을 특징으로 하는 금속 소결 부품, 특히 볼 트랙(7)을 구비한 카르단 조인트(1)의 내부 조인트 부품(3)을 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 충전 과정 동안 충전 맨드릴(23)을 다이(27) 내의 충전 위치로 진입시키고, 중앙 맨드릴(26)을 다이(27) 내의 충전 위치로 진입시키며, 하부 스탬프(24)를 충전 위치로 유지시키고, 프레싱 과정 동안 충전 맨드릴(23)에 대응된 성형 맨드릴(22)을 다이(27) 내로 진입시키되, 다이(27) 내에서 성형 맨드릴(22)로 하여금 충전 맨드릴(23)을 아래쪽으로 밀어내면서 성형 맨드릴(22)의 기하 형상에 의해 볼 트랙(7)을 분말 중에 성형하고, 그와 동시에 상부 스탬프(25)를 상부 스탬프 프레싱 위치에까지 다이(27) 내로 진입시켜 분말을 압축 생형으로 압축하되, 다이(27)의 기하 형상에 의해 볼 트랙(7)을 성형하고, 하부 스탬프(24)를 하부 스탬프 프레싱 위치에까지 진입시키며, 배출 과정 동안 상부 스탬프(25)와 성형 맨드릴(22)을 다이(27)로부터 빼내고, 중앙 맨드릴(26)을 압축 생형으로부터 후퇴시키는 것을 특징으로 하는 금속 소결 부품의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 성형 맨드릴(22) 쪽을 향한 충전 맨드릴(23)의 측면을 충전 위치에서 다이(27)의 상면(30) 및 중앙 맨드릴(26)의 상면(31)과 일렬로 체결하고, 프레싱 위치에서 성형 맨드릴(22)을 충전 맨드릴(23)의 상면(33)에 접하게 해서 충전 맨드릴(23)을 되밀어내는 한편, 그와 동시에 다이(27) 내에 진입된 상부 스탬프(25)에 프레싱 압력을 인가하고, 이어서 상부 스탬프(25)와 성형 맨드릴(22)을 다이(27)로부터 빼내며, 최종 프레싱된 압축 생형(3)을 하부 스탬프(24)에 의해 다이(27)로부터 배출하는 것을 특징으로 하는 금속 소결 부품의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 분말을 압력과 열에 의해 압축 생형으로 프레싱하는 것을 특징으로 하는 금속 소결 부품의 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 프레싱 동안 다이와 하나 이상의 스탬프(24, 25)를 가열하는 것을 특징으로 하는 금속 소결 부품의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 볼 트랙(7)의 형태를 성형 맨드릴(22)에 의해 성형하는 것을 특징으로 하는 금속 소결 부품의 제조 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 볼 트랙(7)의 형태를 성형 맨드릴(22)과 다이(27)에 의해 성형하는 것을 특징으로 하는 금속 소결 부품의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 소결 후에 볼 트랙(7)의 표면을 압축하는 것을 특징으로 하는 금속 소결 부품의 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 소결 후에 볼 트랙(7)의 표면을 볼 트랙 표면에 수직하게 압력을 가하는 하나 이상의 볼(32)에 의해 압축하되, 압축을 냉간 또는 열간 상태에서 행할 수 있는 것을 특징으로 하는 금속 소결 부품의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서, 볼 트랙(7)의 적어도 부분 구역을 볼(32)에 의해 한 번 이상 압축하는 것을 특징으로 하는 금속 소결 부품의 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서, 최종 소결된 부품(3)을 연이어 단조하되, 볼 트랙(7)을 구비한 소결 부품(3)을 다이(27) 내로 중앙 맨드릴(26) 상에 집어넣고, 동일한 구조 형식의 외곽 성형용 단조 공구에 의해 소결 부품(3)을 프레싱하고 나서 소결 부품(3)을 배출하는 것을 특징으로 하는 금속 소결 부품의 제조 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서, 소결 또는 단조 후에 최종 소결된 부품(3)을 교정하되, 볼 트랙(7)을 구비한 소결 부품(3)을 다이(27) 내로 중앙 맨드릴(26) 상에 집어넣고, 동일한 구조 형식의 외곽 교정용 교정 공구에 의해 소결 부품(3)을 프레싱하고 나서 소결 부품(3)을 배출하는 것을 특징으로 하는 금속 소결 부품의 제조 방법.
  13. 블랭크를 다이(27) 내로 중앙 맨드릴(26) 상에 집어넣고, 동일한 구조 형식의 외곽 성형용 단조 공구에 의해 블랭크를 프레싱하고 나서 블랭크를 배출하는 것을 특징으로 하는 금속 부품, 특히 볼 트랙(7)을 구비한 카르단 조인트(1)의 내부 조인트 부품(3)을 제조하는 방법.
  14. 충전 공간(28)을 형성하고 반경 방향으로 다이(27)에 의해 둘러싸이는 하나 이상의 성형 맨드릴(22)과 그 성형 맨드릴(22)과 대향 대응된 충전 맨드릴(23), 하부 스탬프와 상부 스탬프(24, 25), 및 중앙 맨드릴(26)이 마련된 프레싱 장치(21)를 구비하는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 13 항 중의 어느 한 항에 따라 소결 야금으로 제조되고/제조되거나 단조되는 금속 부품, 특히 볼 트랙(7)을 구비한 카르단 조인트(1)의 내부 조인트 부품을 제조하는 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서, 3개의 성형 맨드릴(22)과 그와 대향 대응된 채로 다이(27)에 있는 리세스(28) 내에서 안내되는 3개의 충전맨드릴(22)이 마련되는 것을 특징으로 하는 금속 부품의 제조 장치.
  16. 소결 부품이 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 제 1 항 내지 제 13 항 중의 어느 한 항에 따라 제조되는 금속 부품, 특히 소결 야금으로 제조되고/제조되거나 단조되는 부품, 그 중에서도 특히 외측 둘레에 볼 트랙(7)이 배치된 카르단 조인트(1)의 내부 조인트 부품(3).
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중의 어느 한 항에 있어서, 볼 트랙(7)은 프레싱 축선(20)에 대해 각을 이뤄 배치되고/배치되거나 프레싱 축선(20)에 대해 굴곡되는 것을 특징으로 하는 금속 부품, 특히 소결 야금으로 제조되고/제조되거나 단조되는 부품, 그 중에서도 특히 카르단 조인트(1)의 내부 조인트 부품(3).
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중의 어느 한 항에 있어서, 볼 트랙은 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 부품, 특히 소결 야금으로 제조되고/제조되거나 단조되는 부품, 그 중에서도 특히 카르단 조인트의 내부 조인트 부품.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중의 어느 한 항에 있어서, 볼 트랙(7)은 대략 타원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 부품, 특히 소결 야금으로 제조되고/제조되거나 단조되는 부품, 그 중에서도 특히 카르단 조인트(1)의 내부 조인트 부품(3).
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중의 어느 한 항에 있어서, 볼 트랙(7)은 다각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 부품, 특히 소결 야금으로 제조되고/제조되거나 단조되는 부품, 그 중에서도 특히 카르단 조인트(1)의 내부 조인트 부품(3).
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중의 어느 한 항에 있어서, 볼 트랙(7)은 부분 구역에서, 특히 볼 주행 면(16, 16')의 구역에서 보다 더 높은 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 금속 부품, 특히 소결 야금으로 제조되고/제조되거나 단조되는 부품, 그 중에서도 특히 카르단 조인트(1)의 내부 조인트 부품(3).
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중의 어느 한 항에 있어서, 볼 트랙(7)은 부분 구역에서, 특히 볼 주행 면(16, 16')의 구역에서 열처리되는 것을 특징으로 하는 금속 부품, 특히 소결 야금으로 제조되고/제조되거나 단조되는 부품, 그 중에서도 특히 카르단 조인트(1)의 내부 조인트 부품(3).
  23. 제 1 항 내지 제 22 항 중의 어느 한 항에 있어서, 볼 트랙(7)은 부분 구역에서, 특히 볼 주행 면(16, 16')의 구역에서 표면 처리되는 것을 특징으로 하는 금속 부품, 특히 소결 야금으로 제조되고/제조되거나 단조되는 부품, 그 중에서도 특히 카르단 조인트(1)의 내부 조인트 부품(3).
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