KR20050089882A

KR20050089882A - 표면 조밀화 금속 물품의 제조 방법

Info

Publication number: KR20050089882A
Application number: KR1020057013074A
Authority: KR
Inventors: 리차드 마크 울프
Original assignee: 신터스탈 코포레이션-파워트레인
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2005-09-08
Also published as: ATE505282T1; EP1590115A4; BR0317502B1; KR101026694B1; JP2006513324A; EP1590115A1; CN1756609A; US6899846B2; MXPA05007558A; CN100448573C; DE60336759D1; ES2360673T3; EP1590115B1; WO2004065044A1; CA2513323C; CA2513323A1; AU2003300450A1; US20040136858A1; BR0317502A

Abstract

분말 금속 물품의 제조 방법은 자유 단부와 예비성형체의 횡단부에 인접한 블라인드 단부 사이에서 예비성형체의 축에 평행하게 연장하는, 표면 조밀화하고자 하는 1 이상의 노출면을 가진 성형된 분말 금속 예비성형체를 생성하기 위하여 분말 금속을 콤팩트 처리 및 소결 처리하는 단계를 포함한다. 블라인드면은 1 이상의 노출면에서 재료의 층을 조밀화하기 위하여 자유 단부에서 블라인드 단부로 향하는 방향으로 1 이상의 노출면을 따라 축 방향으로 성형된 조밀화 공구를 가압한 다음, 자유 단부를 향하여 공구의 방향을 반전시킴으로써 1 이상의 노출면을 냉간 처리한다. 블라인드면 이외에, 물품은 동일한 방식으로 동시 조작으로 조밀화할 수 있는 1 이상의 추가 면을 포함할 수 있다.

Description

표면 조밀화 금속 물품의 제조 방법{METHOD OF PRODUCING SURFACE DENSIFIED METAL ARTICLES}

본 발명은 일반적으로 분말 금속 물품의 제조에 관한 것이고, 보다 구체적으로는, 조밀화된 외면을 가진 물품에 관한 것이다.

물품의 표면 상에 분말화된 금속재의 조밀화된 층을 개발하기 위하여 콤팩트 처리 및 소결 처리된 분말 금속 물품을 표면 조밀화하는 것이 당업계에 알려져 있다. 본 발명의 양수인이 통상적으로 소유하고 있는 선행 미국 특허 제6,017,489호 및 제6,168,754호에는, 분말 금속 예비성형체의 외면 또는 내면을 가로질러 가압할 때 표면에서 재료의 조밀화된 층을 전개하는 일련의 선형 이격된, 점진적으로 커지는 성형 부분을 가진 다단계 조밀화 공구가 개시되어 있다.

조밀화하고자 하는 표면이 양단, 예컨대 구성요소의 방사상으로 커지는 베이스로부터 연장하는 허브의 외면이나, 폐쇄 또는 차단된 단부 슬리브의 내벽으로부터 접근 불가능한 블라인드(blind)면인 경우에 특별한 도전에 부닥친다. 선행 미국 특허 제5,540,883호에는 성형 공구를 블라인드면에 대하여 그 주변부 방향으로 강제 롤링하여 조밀화된 층을 얻는 롤 성형 조작에 의해 그러한 블라인드면을 조밀화하는 공정이 교시되어 있다. 그러나, 특정 표면의 형상 및 접근성에 따라서, 롤 성형에 의한 조밀화는 실용적 또는 경제적으로 실행 가능하지 않을 것이다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 공정의 상기 제한점을 극복하거나 크게 최소화하는 공정을 제공함으로써 당분야를 진일보하는 것이다.

본 발명의 이들 및 다른 양태 및 이점은 하기 상세한 설명 및 첨부 도면과 관련하여 고려할 때 보다 용이하게 이해될 것이다.

도 1은 예비성형체 소재의 외부 블라인드면을 조밀화히기 위한 부분에 도시된 조밀화 공구의 개략 단면도이다.

도 2는 소재에 작용하는 공구를 도시하는 도 1과 같은 도면이다.

도 3은 도 1 및 도 2의 공구 및 소재의 양태를 도시하는 확대 단편 단면도이다.

도 4 내지 6은 각각 도 1, 2 및 3과 같지만, 제2 구체예를 나타낸다.

도 7 및 도 8은 도 1 및 도 2와 같지만, 제3 구체예를 나타내며, 조밀화 공구의 이동 가능한 부분을 포함한다.

도 9 내지 도 11은 도 1 내지 도 3과 같지만, 본 발명의 제4 구체예를 나타낸다.

도 12 및 도 13은 도 1 및 2와 같지만, 제5 구체예를 나타낸다.

도 14 내지 도 16은 도 1 내지 도 3과 같지만, 제6 구체예를 나타낸다.

발명의 상세한 설명

거의 완전한 이론치 밀도로, 그리고 물품의 축에 평행하게 연장하고, ㅍ면의 자유 단부와 블라인드 단부를 갖는, 조밀화하고자 하는 1 이상의 노출된 블라인드면을 포함하는 거의 순수한 형상으로 콤팩트 처리 및 소결 처리한 분말 금속 물품의 다양한 구체예가 도면에 도시되어 있다. 이들 구체예 중 일부는 1 이상의 노출면을 포함하는데, 본 발명에 따라서, 동시 조밀화 조작으로 1 이상의 블라인드면과 함께 조밀화되어 재료의 완전 이론치 밀도의 99% 이상의 필수 완전 밀도로 충 내 밀도를 증가시키도록 조밀화 공구에 의해 처리된 표면 상에 분말 금속 재료의 조밀화 층을 얻을 수 있다. 각각의 구체예에 관한 상세한 설명은 후술되며, 본 발명의 방법이 조밀화하고자 하는 내부 및/또는 외부면을 가지며, 통상적으로, 소재가 성형 공구를 완전히 통과하는 것을 차단하도록 하는 방식으로 막힌 1 이상의 그러한 표면을 가진 다수의 소재 형상 중 임의의 것에 적용될 수 있다는 것을 다양한 구체예로부터 이해할 수 있을 것이다.

도 1 내지 3에 예시된 본 발명의 제1 구체예를 참조하면, 콤팩트 처리 및 소결 처리된 분말 금속 예비성형 물품은 표면(22)이 허브부(24)의 자유 단부(28)와 횡단부(26)에 인접한 블라인드 단부(30) 사이에서 예비성형체(20)의 축 A에 평행하게 연장하도록 예비성형체(20)의 방사상으로 커지는 횡단부(26)로부터 연장하는 허브부(24)의 외면 상에 형성된 노출된 블라인드면(22)을 가진 도면 번호 20으로 도시되어 있다. 단부(30)는 횡단부(26)가 블라인드면(22)의 경로를 가로지르고, 블라인드 단부(30)를 지나는 성형 공구의 연장을 차단하기 때문에 막혀있다.

또한, 도 1 내지 도 3은 블라인드면(22)의 거의 순수하게 콤팩트 처리 및 소결 처리된 형상에 밀접하게 보완하는 형상을 갖지만, 공구(32)가 블라인드면(22)을 통과할 때, 표면(22)을 더 콤팩트 처리 및 조밀화하여 필수적으로 완전히 밀집된(분말의 완전 이론치 밀도의 99% 이상) 블라인드면(22)에서 분말 재료의 조밀화된 층(34)을 발생하도록 크기 설정된 조밀화 공구(32)를 보여준다. 공구(32)는 블라인드면(22)을 연동하는, 방사상으로 돌출하는 성형면(38)을 갖춘 내부 성형 형상을 포함한다. 성형면(38)은 블라인드면(22)보다 약간 적은 치수로 되어 있는데, 공구(32)가 도 1에 도시된 위치에서 도 2에 도시된 위치로 축 A를 따라 이동할 때, 공구(32)의 돌출 성형면(38)은 축 방향으로 블라인드 면(22)을 따라 자유 단부(28)에서 블라인드 단부(30)로 가압하게 된다. 공구(32)가 블라인드면(22)을 따라 이동함에 따라서, 성형면(38)은 층(34)을 압축하고 조밀화한다. 이것은 표 3에 가장 잘 예시되어 있는데, 여기서 조밀화된 층(22)은 콤팩트 처리 및 소결 처리된 물품(20)의 벌크 또는 코어보다 표면(22)에서 및 그 아래에서 더 큰 국소화된 밀도를 갖는 것으로 도시되어 있다.

도 2에 나타난 바와 같이, 표면(22)은 자유 단부(28)에서 블라인드 단부(30)로 향하는 일방향으로 공구(32)를 표면(22)에 대해 축 방향으로 전진시킴으로써 조밀화시킨 다음, 도 2의 위치에서 도 1의 위치로 도로 반전시켜서 공구(32)를 표면(22)에서 후퇴시킨다. 도 2에도 도시된 바와 같이, 공구(32)는 블라인드 단부(30)를 향하여 공구(32)가 횡단부(26)를 대면하는 위치로 전진한 후, 공구의 방향을 반전시켜서 표면(22)에서 후퇴된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 1 이상의 추가 성형 공구를 사용하여 블라인드면(22)을 더 조밀화하고, 제1 공구(32)와 동일한 방식으로 블라인드면(22)을 가로질러 전진하여 더 조밀화할 수 있다. 물론, 1 이상의 후속 조밀화 공구는 각각의 조밀화 단계에서 블라인드면(22)의 소정의 연속 콤팩트 처리 및 조밀화 처리를 제공하도록 치수 결정될 것이다. 도 1 내지 도 3에 예시된 외부 블라인드면(22)의 경우에서, 제2 및 임의의 후속 공구는 제1 조밀화 공구(32)보다 점진적으로 더 작은 크기의 성형 형상 및 성형면을 가질 것이다.

도 3에 가장 잘 나타나 있는 바와 같이, 조밀화 공구(32)의 방사상으로 돌출하는 성형면(38)은 블라인드 단부(30)를 향하는 축 방향으로의 공구의 이동에 관하여 테이퍼진 선단(40)뿐만 아니라 테이퍼진 미단(42)을 가진다. 단부(40, 42)는 공구(32)가 이동의 축 방향으로 표면을 가로질러 이동할 때 표면(22)에서 분말 금속 재료를 안내하고 압축하여 재료가 표면(22)에서 제거되지 않으면서 층(34)의 재료를 콤팩트 처리 및 조밀화하는 역할을 한다. 조밀화 공구가 블라인드면(22)에서 블라인드 단부(30)로 이동할 때, 표면(22)의 가소성 및 탄성 변형이 일어나서 층(34)을 조밀화한다. 따라서, 성형면(38)이 블라인드 단부(30)로의 그 이동에 대해 블라인드면(22)의 부분을 통과할 때, 성형면(38)의 미측 상의 재료는 그 탄성 변형을 회복하여, 성형면(38)의 최내부 지점 뒤로 방사상으로 바깥으로 팽창한다. 테이퍼진 미단(42)은 성형 공구를 블라인드면(22)에서 후퇴시킬 수 있으며, 복귀 이동에서 조밀화 공구(32)의 복귀 스트로크시 적어도 탄성적으로 분말 재료를 압축시킨다.

도 4 내지 도 6은 도 1 내지 도 3과 유사한 배열이지만, 분말 금속 물품의 내부 또는 내부 블라인드면을 조밀화하는 데 적용된다. 그 자체는 도 1 내지 도 3의 제1 구체예 설명에 관하여 사용된 것과 동일한 도면 번호를 사용하지만 100 단위로 하였다. 윈리의 차이는 조밀화 공구(132)의 성형 형상(136)이 공구(132)의 방사상으로 바깥쪽으로 돌출하여 물품(120)의 방사상 내부 블라인드면(122)의 층(134)을 조밀화한다. 전술한 나머지 설명과 원리는 제2 구체예에 적용 가능하며, 따라서 여기서 참고로 포함한다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 제3 구체예로서, 도 1 내지 도 3의 제1 구체예와 동일한 도면 번호를 사용하지만 200 단위로 하였다. 이 구체예에서, 물품(220)은 전술한 방식으로 조밀화하고자 하는 외부 블라인드면(222)을 가지며, 또한 본 발명의 방법에 따라 조밀화하고자 하는 방사상으로 안쪽으로 대향하는 면(44)을 포함한다. 바깥쪽으로 대향하는 블라인드면(22)을 조밀화하는 데 사용되는 조밀화 공구(46) 이외에도, 바람직하게는 외부 블라인드면(234)과 동시에 내면(44)을 조밀화하는 데 사용되는 제2 구체예의 성형 형상(136)에 관하여 전술한 것과 유사하게 성형된 성형 형상(48)을 갖춘 내부 조밀화 공구(46)가 구비된다. 또한, 제3 구체예의 물품(220)은 내부 블라인드면(222)에 관하여 전술한 동일한 방식으로 조밀화하고자 하는 초가의 외면(50)을 가진다. 이를 위하여, 제3 조밀화 공구(52)는 바람직하게는 제1 조밀화 공구(232)의 성형 형상(236)에 해당하는 관련 성형 형상(54)을 구비한다.

본 발명의 또 다른 바람직한 양태에 따르면, 다양한 조밀화 공구(232, 46 및 52)는 단일의 동시 조작으로 모든 표면(222, 44 및 50)의 조밀화를 달성하기 위하여 서로에 대하여 상대적인 축 이동을 위해 지지될 수 있다. 도 7 및 도 8의 비교에 의해 예시되는 바와 같이, 내부(46) 및 외부(52)를 조밀화하는 공구는 양쪽 축 방향으로 조밀화 스트로크 중에 제1 조밀화 공구(32)에 관하여 축방향으로 이동한다는 것을 알 수 있을 것이다. 이는 비교적 긴 내면 및 외면(44, 50)을 비교적 짧은 블라인드면(222)의 조밀화와 동시에 조밀화할 수 있게 있다. 따라서, 조밀화 공구의 상대 이동은 이에 따라 조절하여 조밀화하고자 하는 면의 상대 연결에 기초하여 소정 용도의 요건을 충족시킬 수 있다. 각각의 경우에서, 조밀화된 층은 제1 구체예에 관하여 전술한 조밀화된 층(34)과 같은 조밀화된 면에 형성된다. 더욱이, 다양한 조밀화 공구가 어떤 형태가 조밀화하고자하는 표면의 형태(예컨대, 원통형, 기어형, 타원형, 직사각형 등)에 해당하건 간에 형성될 수 있으며, 따라서 소정 용도에 필요에 따라서 서로 상이할 수 있다. 또한, 제1 구체예에 관련하여 전술한 바와 같이, 다중 세트의 조밀화 공구를 사용할 수 있으며, 각각은 처리하고자 하는 표면의 다단계의 점진적 조밀화를 달성하기 위하여 필요에 따라 약간 더 크거나 더 작은 크기의 성형 형상을 가진 다.

도 9 내지 도 11은 본 발명의 제4 구체예를 예시하며, 동일 도면 번호를 제1 구체예와 동일한 양태를 나타내는 데 사용하였지만, 300 단위로 하였다. 분말 금속 물품(320)은 외부 블라인드면(322) 이외에도, 제1 구체예의 형상(36)과 유사한 성형 형상(60)을 가진 제1 조밀화 공구를 사용하고, 제1 구체예의 층(34)을 생성하는 데 사용된 것과 동일한 방식으로 외면(56)에서 해당 조밀화된 층(62)을 생성하는 동일한 방식으로 조밀화된 다른 외면(56)을 포함한다. 이 제4 구체예에서, 공구(322 및 58)는 단일 시편으로서 형성되지만, 이들은 도 7 내지 도 8의 제3 구체예에 관하여 기재된 바와 같이 별도로 이동 가능할 수 있다.

도 12 및 도 13은 본 발명의 제5 구체예를 예시하며, 동일 도면 번호를 도 1 내지 도 3의 제1 구체예와 동일한 양태를 나타내는 데 사용하였지만, 400 단위로 하였다. 이 경우에서, 분말 금속 물품(420)은 조밀화 공구(332)에 의해 조밀화된 내부 블라인드면(422), 및 제2 구체예의 성형 형상(48)과 같은 성형 형상(68)을 가진 제1 조밀화 공구(66)에 의해 동일한 방식으로 동시에 조밀화된 제2 내면(64)을 가진다. 공구(432 및 66)는 표면을 동시에 조밀화하도록 공동 작용하며, 상기 구체예에서와 같이 다중 세트의 공구를 제공하여 필요에 따라 다중의 점진적인 단계로 조밀화를 달성할 수 있다.

최종적으로, 도 14 내지 도 16은 본 발명의 제6 구체예를 예시히며, 동일 도면 번호를 제1 구체예와 동일한 양태를 나타내는 데 사용하였지만, 500 단위로 하였다. 분말 금속 물품(520)은 블라인드면(522) 이외에도 동일 조작으로 블라인드면(522)으로 동시에 조밀화된 내면(70)과 외면(72)을 가진다. 내면 및 외면(70, 72)은 각각 제1 구체예의 형상(36)과 같은 관련 성형 형상(78, 80)을 가진 해당 조밀화 공구(78, 76)에 의해 조밀화된다. 공구(532, 74 및 76)는 예시된 바와 같이 한 유닛으로서 형성되거나, 또는 도 7 및 도 8의 제3 구체예에 관하여 전술한 바와 같이 조밀화 다이의 상대 이동 가능한 부분으로서 제공될 수 있다. 물품(520)은 상기 구체예에 관하여 전술한 기호의, 각각 블라인드면(522)과 내면 및 외면(70, 72) 상에 조밀화된 층(534, 82 및 84)을 가진다.

따라서, 구체예들은 모두 통상적으로 막힌 1 이상의 표면을 가진 소정의 분말 금속 예비성형 물품 상에 조밀화하고, 본 발명에 따른 방법에 의해 가공하고자 하는 표면의 다양한 조합을 예시한다.

명백히, 본 발명의 많은 변형과 수정이 상기 교시에 비추어 가능하다. 그러므로, 첨부된 특허 청구의 범위 내에서 본 발명은 특정하게 기재된 것 이외로 실행될 수 있다. 본 발명은 특허 청구의 범위로 한정한다.

발명의 개요

본 발명에 따른 분말 금속 물품의 제조 방법은 자유 단부와 예비성형체의 횡단부에 인접한 블라인드 단부 사이에서 예비성형체의 축에 평행하게 연장하는, 표면 조밀화하고자 하는 1 이상의 노출면을 가진 성형된 분말 금속 예비성형체를 생성하기 위하여 분말 금속을 콤팩트 처리 및 소결 처리하는 단계를 포함한다. 그 다음, 성형된 조밀화 공구는 노출면을 따라서 자유 단부로부터 블라인드 단부로 향하는 방향으로, 그 다음 자유 단부로 향하는 방향으로 반전하여 축 방향으로 가압하여 표면에서 재료의 층을 조밀화한다.

이 방법은 분말 금속 소재 표면의 접근이 막히고, 종종 어려운 표면 조밀화의 간단하고도 효과적인 방식을 제공하는 이점을 가진다.

본 발명은 분말 금속 소재의 외부 및 내부의 대면하는 블라인드면을 표면 조밀화하는 데 적용할 수 있는 추가 이점을 가지며, 본 발명의 바람직한 구체예에서, 단일 동시 조작으로 다중 면의 조밀화가 가능하다. 예를 들면, 1 이상의 내부 블라인드면 및 1 이상의 외부 블라인드면을 가진 분말 금속 소재는 단일 조작으로 표면 조밀화할 수 있어서 그러한 형상을 가진 분말 금속의 제조 시간 및 비용을 절약한다.

본 발명은 상기 방법에 의해 조밀화하고자 하는 블라인드면의 형상을 선택하는 데 큰 융통성을 제공하는 추가 이점을 가진다. 롤형 조밀화가 축 조밀화로 롤링될 수 있는 형상으로 제한되는 반면에, 롤형 조밀화에 적당하지 않은 복잡한 형상의 표면은 그럼에도 불구하고 매우 간단하고 비용 효과적인 방식으로 본 발명에 따라서 조밀화될 수 있다.

본 발명은 롤 성형과 비교하였을 때 표면 조밀화의 정도 및 균일도에 대하여 더 큰 제어를 제공하는 추가 이점을 가진다.

Claims

자유 단부와 예비성형체의 횡단부에 인접한 블라인드 단부 사이에서 예비성형체의 축에 평행하게 연장하는, 표면 조밀화하고자 하는 1 이상의 노출면을 가진 성형된 분말 금속 예비성형체를 생성하기 위하여 분말 금속을 콤팩트 처리 및 소결 처리하는 단계; 및

1 이상의 노출면에서 재료의 층을 조밀화하기 위하여 자유 단부에서 블라인드 단부로 향하는 방향으로 1 이상의 노출면을 따라 축 방향으로 성형된 조밀화 공구를 가압한 다음, 자유 단부를 향하여 공구의 방향을 반전시킴으로써 1 이상의 노출면을 냉간 처리하는 단계

를 포함하는 분말 금속 물품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 1 이상의 노출면은 방사상으로 바깥쪽으로 대향하는 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 1 이상의 노출면은 방사상으로 안쪽으로 대향하는 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 예비성형체는 조밀화하고자 하는 1 이상의 추가 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 1 이상의 추가 면에서 재료의 층을 조밀화하기 위하여 상기 1 이상의 추가 면을 따라 축 방향으로 조밀화 공구를 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 면들은 동시에 조밀화되는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 면은 예비성형체의 방사상으로 안쪽으로 대향하는 면과 방사상으로 바깥쪽으로 대향하는 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 면은 예비성형체의 2 이상의 별개의 방사상으로 안쪽으로 대향하는 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 면은 2 이상의 별개의 방사상으로 바깥쪽으로 대향하는 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 조밀화 공구를 상대 축 이동에 대하여 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서, 서로에 대하여 축 이동을 위해 상기 조밀화 공구를 지지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 예비성형체는 조밀화하고자 하는 2 이상의 추가 면을 포함하고, 상기 2 이상의 추가 면에서 재료의 층을 조밀화하기 위하여 상기 2 이상의 추가 면을 따라 축 방향으로 관련 조밀화 공구를 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 면은 예비성형체의 방사상으로 안쪽으로 대향하는 면과 방사상으로 바깥쪽으로 대향하는 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 면은 동시에 조밀화되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 성형된 조밀화 공구는 테이퍼진 선단부 및 테이퍼진 미단부를 가진 방사상으로 돌출하는 처리면을 갖추어 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 노출면은 상기 자유 단부에서 상기 블라인드 단부로 향하여 상기 노출면을 따라 적어도 제2 후속 성형 공구를 가압한 다음, 상기 적어도 제2 공구를 상기 자유 단부로 향하여 반전시킴으로써 더 냉간 처리하는 것을 특징으로 하는 방법.