KR20090100997A

KR20090100997A - 압축기용 크랭크축의 제조 방법

Info

Publication number: KR20090100997A
Application number: KR1020080026585A
Authority: KR
Inventors: 반원규
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2009-09-24
Also published as: KR101462928B1

Abstract

본 발명은 압축기용 크랭크축의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 압축기용 크랭크축의 제조 방법은, 크랭크축을 강재(鋼材)로 제작할 때 그 강재를 적정하게 열처리하여 각 부위의 경도가 균일하면서도 축강성이 향상되고 내마모성이 향상되어 압축기의 생산비용을 크게 낮출 수 있다. 그리고 압축기의 장시간 운전시 또는 대체 냉매를 사용할 경우에도 충분한 내마모성을 지니게 되어 압축기의 성능과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

로터리 압축기, 크랭크축, 열처리, 횡강성

Description

압축기용 크랭크축의 제조 방법{CRANK SHAFT MANUFACTURE METHOD FOR COMPRESSOR}

본 발명은 압축기에서 전동기구부의 회전력을 압축기구부에 전달하는 크랭크축의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 밀폐형 압축기는 외부를 둘러싸는 밀폐용기의 내측에 동력을 발생하는 전동기구부와, 그 전동기구부의 동력을 전달받아 냉매를 압축하는 압축기구부가 함께 설치되어 있다. 그리고 상기 전동기구부와 압축기구부의 사이에는 전동기구부의 동력을 압축기구부에 전달하는 크랭크축이 결합되어 있다.

상기 밀페형 압축기는 냉매의 압축방식에 따라 여러 종류가 있다. 그 중 로터리 압축기는 밀폐용기의 내측 하부에는 상기 회전자의 내경에 압입, 고정되고 그 하부에는 편심부가 형성된 크랭크축과, 상기 크랭크축의 하부에는 그 크랭크축의 편심부를 수용하고 있는 실린더와, 상기 편심부에 삽입되어 크랭크축의 회전에 의해 상기 실린더의 내경을 접하면서 회전하는 롤링피스톤과, 상기 실린더의 일측에 상기 롤링피스톤과 접촉되게 결합되어 상기 실린더의 내부를 흡입영역과 토출영역으로 구분하는 베인을 포함하고 있다.

상기와 같은 로터리 압축기는 전류가 인가되어 회전자가 회전하게 되면 그 회전자에 압입된 크랭크축의 회전에 의해 롤링피스톤이 상기 실린더의 내주면을 내접하면서 선회운동을 하게 되고, 그 롤링피스톤의 선회운동에 의해 베인이 상기 롤링피스톤에 대해 축방향으로 선접촉되어 전후진 운동을 하면서 상기 실린더의 내부에서 냉매를 흡입, 압축하여 상기 밀폐용기의 내부공간으로 토출하게 된다. 여기서, 상기 크랭크축은 탄소(C), 규소(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 마그네슘(Mg), 주석(Sn) 등의 성분을 가지는 구상흑연주철(nodular cast iron)로 제작되고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 로터리 압축기의 크랭크축은, 축강성이나 표면경도를 개선하여 전동기구부를 보다 효과적으로 지지할 수 있으면서도 재료비용을 낮춰 압축기의 생산원가를 절감할 필요가 있었다.

본 발명의 목적은, 재료비용을 절감하면서도 압축기의 장시간 운전시에도 우수한 기계적 성질을 유지하여 전동기구부를 안정적으로 지지하고 마모로 인한 압축성능의 저하를 미연에 방지할 수 있는 압축기용 크랭크축의 제조 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 전동기구부의 회전력을 압축기구부에 전달하도록 편심부를 가지는 크랭크축을 일반 열처리 과정으로 불림(Normalizing)과 담금질(Quenching) 그리고 뜨임(Tempering)을 차례대로 진행한 후, 표면경화 열처리를 진행하여 강재(鋼材)로 제작하는 것을 특징으로 하는 압축기용 크랭크축의 제조 방법이 제공된다.

또, 전동기구부의 회전력을 압축기구부에 전달하도록 편심부를 가지는 크랭크축을 일반 열처리 과정 중에서 불림(Normalizing)을 진행하지 않고 담금질(Quenching)과 뜨임(Tempering)을 진행한 후, 표면경화 열처리를 진행하여 강재(鋼材)로 제작하는 것을 특징으로 하는 압축기용 크랭크축의 제조 방법이 제공된다.

본 발명에 의한 압축기용 크랭크축의 제조 방법은, 상기 크랭크축을 강재(鋼材)로 제작할 때 그 강재를 적정하게 열처리하여 각 부위의 경도가 균일하면서도 축강성이 향상되고 내마모성이 향상되어 압축기의 생산비용을 크게 낮출 수 있다. 그리고 압축기의 장시간 운전시 또는 대체 냉매를 사용할 경우에도 충분한 내마모성을 지니게 되어 압축기의 성능과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 압축기용 크랭크축의 제조 방법을 첨부도면에 도시된 실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 크랭크축이 구비된 로터리 압축기는, 밀폐용기(10)의 내부공간에 상기 전동기구부(20)와 압축기구부(30)가 함께 설치된다.

상기 전동기구부(20)는 코일이 권선되어 밀폐용기(10)에 고정 설치되는 고정자(21)와, 상기 고정자(21)의 안쪽에 회전 가능하게 설치되는 회전자(22)와, 상기 회전자(22)에 압입되어 함께 회전하는 크랭크축(23)으로 이루어진다.

여기서, 상기 크랭크축(23)은 도 1 및 도 3에서와 같이 후술할 상부베어링(32)과 하부베어링(33)에 지지되는 축부(23a)와, 상기 축부(23a)의 하단부에 편심지게 형성되는 편심부(23b)로 이루어진다. 상기 축부(23a)는 그 내부에 오일유로(23c)가 관통 형성되고, 그 오일유로(23c)의 하단에는 오일피더(미도시)가 설치된다. 그리고 상기 축부(23a)의 하반부에는 상기 상부베어링(32)과 하부베어링(33)의 축수구멍(32a)에 삽입되어 반경방향으로 지지되도록 레이디얼면(23d)이 상기 편심부(23b)의 상하 양쪽에 각각 형성되고, 상기 레이디얼면(23d)에는 상기 오일유로(23c)와 연통되도록 오일그루브(미도시)가 형성된다.

그리고 상기 크랭크축(23)은 양쪽 레이디얼면(23d)(23d) 사이에 편심부(23b)보다는 작게 편심지거나 확장되게 형성되어 상기 상부베어링(32)과 하부베어링(33)의 스러스트면(32b)에 지지되는 스러스트면(23e)(23e)이 형성된다.

그리고 상기 크랭크축(23)은 그 재질이 고속도강, 스테인레스, 질화강과 같은 강재(鋼材)로 형성된다. 하지만, 강재의 경우에는 기존의 구상흑연주철이 가지고 있는 기계적 특성을 따라가지 못해 축강성이나 표면경도가 저하되고 이로 인해 압축기의 신뢰성이 낮아질 수 있다. 이에 따라 본 발명에서는 상기 크랭크축(23)의 재질을 저렴한 강재로 제작하면서 그 강재의 기계적 특성을 향상시키기 위한 열처리 과정을 진행한다.

예컨대, 상기 열처리 과정은 도 4에서와 같이 크랭크축(23)이 강재로 제작되는 과정은 크게 조관(S1), 인발(S2), 열간단조(편심부 형성)(S3), 후가공(S4), 열처리(S5), 연삭(S6)의 단계로 진행될 수 있다. 여기서, 본 발명의 열처리 과정(S5)은 일반 열처리 과정과 표면경화 열처리 과정을 구분할 수 있다.

먼저, 일반 열처리 과정은 상기 열간단조 과정을 진행하면서 축부(23a)의 단축(즉, 하부베어링에 지지되는 축부) 및 편심부(23b)의 경도와 축부(23a)의 장축(즉, 상부베어링에 지지되고 회전자에 압입되는 축부)의 경도가 상이하게 된다. 따라서 일반 열처리 과정으로 불림(Normalizing)과 담금질(Quenching) 및 뜨임(Tempering)을 진행하여 각 부위의 경도를 균일하게 하는 것이 바람직할 수 있다. 여기서, 상기 불림은 대략 920℃에서 1시간 정도 가열한 후 공랭시킴으로써 전체 경도가 대략 230~240HmV 정도 상승하게 된다. 반면, 담금질 및 뜨임은 대략 850 ℃에서 1시간 가량 가열하고 유냉한 후, 다시 대략 350℃에서 1시간 가량 가열함으로써 전체 경도가 일정하게 되면서 전체 조직이 마르텐자이트(martensite)화 되어 경화되면서 경도가 640~670HmV까지 급상승하게 된다. 상기와 같은 일반 열처리 과정은 경우에 따라서 불림과 담금질 및 뜨임을 연속으로 진행할 수도 있고, 담금질 및 뜨임만 진행할 수도 있다. 이를 통해 상기 크랭크축(23)은 구상흑연주철을 사용하는 것에 비해 오히려 축휨량이 대략 15%정도 개선되고, 인장강도가 20% 정도 개선될 수 있다. 도 5는 강재에 대한 일반 열처리 실시 후 크랭크축의 표면 전체가 마르텐자이트 조직으로 변한 상태를 보인 것이다.

다음, 표면경화 열처리 과정은 질소를 강(鋼)에 침투시켜 그 표면을 경화시키는 것으로, 다듬질된 강재(鋼材)를 암모니아가스 속에서 대략 500℃ 이상으로 18~19시간 정도 가열하여 자연 냉각시키는 순질화법, 암모니아의 열분해로 인한 질소원소와 침탄성 가스에서 공급되는 CO가스에 의해 이루어지는 가스질화법, 알카리금속의 시아내이트(MCNO)가 500℃ 이상에서 분해되는 성질을 이용하는 연질화법, 방전 에너지에 의해 질소 가스를 이온화시켜 생긴 N+ 이온이 (-)극의 강재 표면에서 질화작용을 하게 하는 이온질화법, 플라즈마를 이용한 침류질화법 등이 적용될 수 있다. 이를 통해 상기 크랭크축(23)의 표면 경도가 대략 1000HmV 이상까지 상승될 수 있다. 이를 통해 상기 크랭크축(23)과 이에 미끄럼접촉되는 베어링(32)(33) 사이에서의 마모를 현저하게 줄여 압축기의 신뢰성을 높일 수 있다. 도 6은 강재에 대한 표면 경화 열처리 실시 후 크랭크축의 표면의 상태를 보인 것이다.

이렇게 하여, 로터리 압축기의 크랭크축은 비교적 저렴한 강재를 사용하되 그 강재를 열처리함으로써 축강성이 향상되고 내마모성이 향상되어 압축기의 생산비용을 크게 낮출 수 있다. 그리고 압축기의 장시간 운전시 또는 대체 냉매를 사용할 경우에도 충분한 내마모성을 지니게 되어 압축기의 성능과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

본 실시예에서는 로터리 압축기에 적용된 크랭크축을 예로 들어 살펴보았으나, 상기와 같은 크랭크축은 로터리 압축기는 물론 피스톤이 직선운동을 하는 왕복동식 압축기의 크랭크축과 복수 개의 스크롤이 서로 맞물려 압축실을 형성하는 스크롤 압축기의 크랭크축에도 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명 로터리 압축기를 보인 종단면도,

도 2는 도 1에 따른 로터리 압축기의 압축기구부를 보인 횡단면도,

도 3은 도 1에 따른 로터리 압축기의 크랭크축을 보인 사시도,

도 4는 도 1에 따른 로터리 압축기의 크랭크축을 제작하는 단계를 보인 블록도,

도 5는 도 4에 따른 크랭크 제작과정 중 일반 열처리 과정을 거친 크랭크축의 표면상태를 보인 조직도,

도 6은 도 4에 따른 크랭크 제작과정 중 표면 경화 열처리 과정을 거친 크랭크축의 표면상태를 보인 조직도.

Claims

전동기구부의 회전력을 압축기구부에 전달하도록 편심부를 가지는 크랭크축을 일반 열처리 과정으로 불림(Normalizing)과 담금질(Quenching) 그리고 뜨임(Tempering)을 차례대로 진행한 후, 표면경화 열처리를 진행하여 강재(鋼材)로 제작하는 것을 특징으로 하는 압축기용 크랭크축의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 불림은 대략 920℃에서 1시간 정도 가열한 후 공랭시켜 제작하는 것을 특징으로 하는 압축기용 크랭크축의 제조 방법.
전동기구부의 회전력을 압축기구부에 전달하도록 편심부를 가지는 크랭크축을 일반 열처리 과정 중에서 불림(Normalizing)을 진행하지 않고 담금질(Quenching)과 뜨임(Tempering)을 진행한 후, 표면경화 열처리를 진행하여 강재(鋼材)로 제작하는 것을 특징으로 하는 압축기용 크랭크축의 제조 방법.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 담금질 및 뜨임은 대략 850℃에서 1시간 가량 가열하고 유냉한 후, 다시 대략 350℃에서 1시간 가량 가열하여 제작하는 압축기용 크랭크축의 제조 방법.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 표면경화 열처리는 순질화, 가스질화, 연질화, 이온질화, 침류질화와 같은 질화 열처리 과정인 것을 특징으로 하는 압축기용 크랭크축의 제조 방법.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 일반 열처리 또는 표면경화 열처리 과정은 열간단조로 편심부를 가공한 후에 진행하는 것을 특징으로 하는 압축기용 크랭크축의 제조 방법.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 크랭크축은 고속도강, 스테인레스, 질화강 중에서 어느 하나의 재질로 제작되는 것을 특징으로 하는 압축기용 크랭크축의 제조 방법.