KR20110054426A - Method of manufacturing sintered gear for transmission - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 변속기용 소결기어 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 후공정이 최소화되어 제조 원가가 절감될 뿐만 아니라 고밀도를 얻을 수 있는 변속기용 소결기어 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a sintering gear for a transmission, and more particularly, to a method for manufacturing a sintering gear for a transmission that can achieve a high density as well as reduce manufacturing costs by minimizing a post-process.
일반적으로 차량에는 엔진으로부터 발생된 동력을 감속하여 타이어에 전달하기 위한 동력전달장치가 마련된다. In general, the vehicle is provided with a power transmission device for reducing the power generated from the engine to transmit to the tire.
수동변속기에는 입력축 및 출력축에 다수의 헬리컬 기어들이 마련되어 있고, 자동변속기에는 유성캐리어 내에 유성기어(Pinion Gear) 및 썬기어(Sun Gear)가 장착되어 외측의 애뉼러스 기어(Annulus Gear)와 맞물려 회전하도록 구성되어 있다.The manual transmission is equipped with a plurality of helical gears on the input shaft and the output shaft, and the automatic transmission is equipped with a planetary gear and a sun gear in the planetary carrier so as to mesh with the outer annulus gear to rotate. Consists of.
이렇게 변속기 내에 장착되는 다수의 헬리컬 기어는 주로 단조 및 기계가공을 통해 제작된다. 소재는 주로 SCM, SCr계 합금강을 사용하여 단조하고 치절가공을 위해 호빙(Hobbing), 그라인딩(Grinding), 쉐이빙(Shaving), 브로우칭(Broaching)등 다양한 가공방법이 동원된다. Many of the helical gears mounted in the transmission are manufactured by forging and machining. The material is mainly forged using SCM and SCr alloy steel and various processing methods such as hobbing, grinding, shaving, broaching, etc. are mobilized for cutting.
한편, 소결재는 분말야금공법에 의해 제작되는 재료로서, 소결이라 함은 각 종 금속/세라믹 분말을 성형한 후 고온에서 분말과 분말 사이에 물질의 확산에 의한 결합(necking)현상을 발생시켜 제작하는 것을 말한다. 이러한 소결 공법은 각종 금속/세라믹계 기계구조용 재료, 전자재료 등에 다양하게 활용되고 있다. On the other hand, the sintered material is a material produced by the powder metallurgy method, and sintering is produced by forming various metal / ceramic powders and generating a necking phenomenon due to diffusion of the material between the powder and the powder at high temperature. I say that. Such a sintering method is used in various metal / ceramic mechanical structural materials, electronic materials and the like.
특히, 금속계 소결 공법은 자동차 구조용 부품에 다양하게 사용되고 있는데, 이는 성형시 금형상에서 형상을 부여하기 때문에 후가공 공정이 최소화될 수 있어 제조 원가를 절감할 수 있는 이점이 있기 때문이다. In particular, the metal-based sintering method has been used in a variety of automotive structural parts, because it gives a shape on the mold during molding because the post-processing process can be minimized to reduce the manufacturing cost.
최근에는 후가공 공정 최소화 효과 뿐만 아니라 소결재료의 고밀도/고강도화를 위해 철분말과 Ni, Mo, Cu등의 원소를 합금화 또는 접합하는 기술들이 다양하게 시도되고 있다. 최근에는 높은 산화성으로 인해 소결합금원소로 쓰이지 못했던 크롬(Cr)이 합금화된 분말도 소개되어 소결재의 고강도화를 촉진시키고 있다.Recently, various techniques for alloying or joining iron powders and elements such as Ni, Mo, and Cu have been attempted in order to minimize the post-processing process and increase the density / high strength of the sintered material. Recently, alloys of chromium (Cr) alloys, which have not been used as sintered gold elements due to their high oxidizing properties, have also been introduced to promote high strength of sintered materials.
따라서, 본 발명의 목적은 단조 및 기계 가공법에 비해 후공정이 최소화할 수 있어 제조 원가가 절감될 뿐만 아니라, 고밀도를 구현할 수 있어 강도를 향상시킬 수 있는 변속기용 소결기어 제조 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a sintered gearbox for a transmission that can minimize the post-process compared to forging and machining methods, thereby reducing manufacturing costs and improving the strength by implementing high density.
상기 목적은 본 발명의 변속기용 소결기어 제조 방법에 따라, 1.3 ~ 1.7 wt% 크롬(Cr), 0.15 ~ 0.30 wt% 몰리브덴(Mo) 및 잔량의 철(Fe)로 구성된 합금분에 0.2 ~ 0.3 wt% 탄소(C)를 혼합하는 과정; 혼합된 분말에 압력을 가함과 동시에 치형을 부여하여 성형하는 과정; 성형된 성형체를 1200 ~ 1300℃의 조건으로 소결하는 과정; 소결된 소결체를 상온에서 전조하는 과정; 전조된 전조체를 열처리하는 과정에 의해 달성된다.The object is 0.2 ~ 0.3 wt in the alloy powder consisting of 1.3 ~ 1.7 wt% chromium (Cr), 0.15 ~ 0.30 wt% molybdenum (Mo) and the balance of iron (Fe) according to the manufacturing method of the sinter gear for the transmission of the present invention Mixing% carbon (C); Applying pressure to the mixed powder and at the same time imparting teeth and shaping; Sintering the molded body under the condition of 1200 to 1300 ° C; Rolling the sintered sintered body at room temperature; It is achieved by the process of heat-treating the rolled precursor.
여기서, 상기 전조 과정에서, 상기 소결체가 완성 치형의 반대 형상을 가진 두 개의 롤링 다이와 맞물려 회전 및 가압됨으로써 치표면이 치밀화되는 동시에 치형이 완성되는 것이 바람직하다.Here, in the rolling process, it is preferred that the sintered body is engaged with two rolling dies having opposite shapes of the finished teeth, and is rotated and pressed, thereby densifying the tooth surface and simultaneously completing the teeth.
이 때, 상기 전조 과정 후의 치표면 밀도는 7.75g/cc 이상이고, 심부 밀도는 7.5g/cc 이상의 밀도 수준을 가지며, 치밀화 깊이는 200 ~ 400㎛인 것이 좋다.At this time, the tooth surface density after the precursor process is 7.75g / cc or more, the core density is 7.5g / cc or more density level, the densification depth is preferably 200 ~ 400㎛.
상기 성형 과정은 밀도 7.5g/cc 이상의 밀도를 가지도록 행해지는 것이 바람직하다.The molding process is preferably performed to have a density of at least 7.5 g / cc.
상기 전조 과정은 치면부와 치저부 중 적어도 어느 한 곳 이상 이루어진 것 이 좋다.The rolling process may be made of at least one of the tooth surface and the base portion.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 종래에 비해 후공정을 최소화할 수 있어 제조 원가가 절감될 뿐만 아니라, 고밀도/고강도화를 구현할 수 있는 변속기용 소결기어 제조 방법이 제공된다. As described above, according to the present invention, it is possible to minimize the post-process compared to the prior art, as well as reducing the manufacturing cost, there is provided a sinter gear manufacturing method for a transmission that can implement high density / high strength.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 변속기용 소결 기어의 제조 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 분말을 혼합하는 과정과, 혼합된 분말을 기어로 성형하는 과정과, 성형된 성형체를 소결하는 과정과, 소결된 소결체를 전조하는 과정과, 열처리하는 과정을 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 1, a method of manufacturing a sintered gear for a transmission according to the present invention includes mixing a powder, molding a mixed powder into a gear, sintering a molded body, and It comprises the process of rolling a sintered compact, and the process of heat processing.
분말 혼합 과정에서, 1.3 ~ 1.7 wt% 크롬(Cr), 0.15 ~ 0.30 wt% 몰리브덴(Mo) 및 잔량의 철(Fe)로 구성된 합금분과, 0.2 ~ 0.3 wt% 탄소(C)를 준비하여 서로 혼합한다. In the powder mixing process, an alloy powder composed of 1.3 to 1.7 wt% chromium (Cr), 0.15 to 0.30 wt% molybdenum (Mo) and a balance of iron (Fe), and 0.2 to 0.3 wt% carbon (C) are prepared and mixed with each other. do.
크롬(Cr)은 1.3 wt% 미만일 경우 소재의 기계적 성질의 저하가 우려되고, 1.7 wt%을 초과할 경우 소재비가 상승되고, 성형성 저하 및 소결시 크롬이 산화되는 문제가 있으므로, 상기 범위로 한정한다.When the chromium (Cr) is less than 1.3 wt%, there is a concern that the mechanical properties of the material are lowered. If the chromium (Cr) is more than 1.7 wt%, the material ratio is increased. do.
몰리브덴(Mo)은 0.15 wt% 미만일 경우 열처리 경화능이 저하되고, 0.30 wt% 을 초과할 경우 소재비의 상승 및 성형성의 저하가 우려되므로, 상기 범위로 한정한다. If the molybdenum (Mo) is less than 0.15 wt%, the heat treatment hardenability is lowered, and if the molybdenum (Mo) is more than 0.30 wt%, an increase in material ratio and a deterioration of moldability are concerned.
탄소(C)는 0.2 wt% 미만일 경우, 열처리시 심부 밀도의 저하가 우려되고, 0.3wt%을 초과할 경우일 경우 열처리 후 취성에 의한 내충격성 저하가 우려되므로, 상기 범위로 한정한다.When the carbon (C) is less than 0.2 wt%, there is a fear of lowering the core density during the heat treatment, and when the carbon (C) is more than 0.3 wt%, the impact resistance due to brittleness after the heat treatment is feared, so it is limited to the above range.
이와 같이 혼합된 분말에 압력을 가함과 동시에 기어의 치형을 갖는 성형체로 성형한다. 나선각(Helix Angle)이 0도가 아닐 경우 헬리컬 성형이 적용될 수 있다. 이 때, 성형체는 7.5g/cc 이상의 밀도를 가짐으로써 본 발명의 목표치를 구현할 수 있다. The powder thus mixed is pressurized and molded into a molded body having a gear tooth. If the Helix Angle is not 0 degrees, helical molding may be applied. At this time, the molded body can achieve the target value of the present invention by having a density of 7.5g / cc or more.
이와 같이 성형된 성형체는 1200 ~ 1300℃의 온도로 소결하는 과정을 거친다. 소결 온도가 1200℃ 미만일 경우 분말 간 물질확산 및 목부형성(necking)이 원활하지 않고 1300℃을 초과할 경우 양산성이 현저하게 저하되므로, 상기 온도 조건으로 소결하는 것이 좋다.The molded article thus formed undergoes a process of sintering at a temperature of 1200 to 1300 ° C. If the sintering temperature is less than 1200 ° C material diffusion between the powder and necking (necking) is not smooth, if the mass exceeds 1300 ° C productivity is significantly lowered, it is preferable to sinter under the above temperature conditions.
다음, 소결된 소결체를 상온에서 전조함으로써, 치표면이 치밀화되며 치형이 완성되는 효과를 얻을 수 있다. 전조 과정은 도 2에 도시된 바와 같이 행해진다. 즉, 반대 형상을 가진 두 개의 롤링다이(Rolling Die, 3, 5)를 설치하고 두 롤링 다이(3, 5) 사이에 소결체(1)를 위치시켜, 양 롤링다이(3, 5)가 소결체(1)와 맞물려 회전/가압하여 완성 치형을 형성시킨다. 이러한 전조 공정을 통해 소결체(1)의 치표면이 치밀화되는 효과를 얻는데, 전조 후 치표면 밀도는 도 3과 같이 7.75g/cc 이상이고, 심부 밀도는 7.5g/cc 이상의 밀도 수준을 가지며, 치밀화 깊이는 200㎛ ~ 400㎛인 것이 좋다. 이 때, 치밀화되는 표면은 기어의 치면부 및 치저부 모두 해당되나, 치면부와 치저부 중 어느 하나일 수도 있다. 치밀화 깊이가 200㎛ 미만 에서는 원하는 기계적 성질을 만족시킬 수 없고, 400㎛가 초과되도록 전조되는 경우에는 전조에 의한 잔류응력 과다로 열처리시 열변형량이 증가하게 되어 불리하다. Next, by rolling the sintered sintered body at room temperature, the tooth surface is densified and the effect of completing the tooth shape can be obtained. The precursor process is performed as shown in FIG. That is, two rolling
마지막으로, 이렇게 완성된 전조체에 침탄, 침탄질화 등의 다양한 열처리를 함으로써 치표면의 경도를 높인다. 필요할 경우, 열처리 후 풀림 처리를 실시할 수도 있음은 물론이다. Finally, the hardness of the tooth surface is increased by performing various heat treatments such as carburization and carburization and nitriding on the finished precursor. If necessary, the annealing treatment may be performed after the heat treatment.
상기 과정에 의하여 제조된 소결 기어의 제원은 표 1과 같다.Specifications of the sintered gear manufactured by the above process are shown in Table 1.
[표 1]TABLE 1
(Standard Pitch Circle Dia)Reference pitch circle diameter
(Standard Pitch Circle Dia)
제조된 소결 기어의 성형 밀도는 7.5g/cc, 소결 온도는 1250℃로 실시하였고, 도 2의 전조 공법을 이용하여 치표면이 250㎛ 까지 치밀화되었다. 또한, 표면 경도 확보를 위해 침탄열 처리 및 풀림 처리가 실시되었음을 참고하기 바란다. Molding density of the manufactured sintered gear was 7.5g / cc, sintering temperature was carried out at 1250 ℃, and the tooth surface was densified to 250㎛ using the rolling method of FIG. Also, note that carburizing and annealing treatments have been performed to secure surface hardness.
상기와 같은 본 발명의 소결 기어와 종래 합금강 단조재(SCr420H)으로 제조된 기어의 굽힘피로하중을 비교하기 위해, 자기공명 피로시험기를 이용하여 치표면 에 굽힘 응력을 응가하였다. 최대 하중을 Lmax라 할 때 최소 하중은 0.1 Lmax로 설정(Load Ratio=0.1)하였고, 응력의 형태와 주기는 sin파 형태로 40 ~ 50Hz로 설정하였다. 그 결과, 도 4와 같은 그래프를 얻을 수 있었는데, 종래 단조 기어는 19kN의 내굽힘피로 특성을 나타낸 반면, 본 발명의 소결 기어는 20.5kN이 나타나 약 8% 향상된 내굽힘피로 특성이 나타남을 확인할 수 있었다. In order to compare the bending fatigue load of the sintered gear of the present invention as described above and the gear made of a conventional alloy steel forging (SCr420H), a bending stress was applied to the tooth surface using a magnetic resonance fatigue tester. When the maximum load was called L max , the minimum load was set to 0.1 L max (Load Ratio = 0.1), and the form and period of the stress were set to 40 to 50 Hz in the form of sin wave. As a result, it was possible to obtain a graph as shown in FIG. 4, while the conventional forged gear exhibited a bending fatigue property of 19 kN, while the sintered gear of the present invention exhibited 20.5 kN and exhibited about 8% improved fatigue fatigue property. there was.
이와 같이, 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조된 소결 기어는 종래 단조 기어에 비해 후공정을 최소화할 수 있어 제조 원가가 절감될 뿐만 아니라, 고밀도/고강도화를 구현할 수 있는 효과가 있다.As such, the sintered gear manufactured by the manufacturing method according to the present invention can minimize post-processing compared to the conventional forging gear, thereby reducing the manufacturing cost and increasing the density / high strength.
도 1은 본 발명에 따른 변속기용 소결기어를 제조하는 방법을 도시한 공정도.1 is a process chart showing a method for manufacturing a sinter gear for a transmission according to the present invention.
도 2는 도 1의 전조 과정을 통해 기어의 치형이 형성되는 원리를 설명하기 위한 도면.2 is a view for explaining the principle that the tooth of the gear is formed through the rolling process of FIG.
도 3은 전조 후 기어의 치면부와 치저부의 밀도 및 치밀화 깊이를 나타낸 도면.3 is a view showing the density and densification depth of the tooth surface and the tooth base of the gear after rolling.
도 4는 도 1의 공정에 의해 제조된 본 발명의 소결 기어와 종래 단조 기어의 굽힘 피로 하중을 비교하기 위한 그래프. Figure 4 is a graph for comparing the bending fatigue load of the sintered gear of the present invention produced by the process of Figure 1 and the conventional forged gear.
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2009
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