KR20120011062A

KR20120011062A - 과급기에 적용되는 임펠러의 제조 방법

Info

Publication number: KR20120011062A
Application number: KR1020117028638A
Authority: KR
Inventors: 도모히로 이노우에; 유키오 다카하시; 요시미쓰 마쓰야마
Original assignee: 가부시키가이샤 아이에이치아이
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2012-02-06
Also published as: CN102428258A; JP2010270645A; US20120057986A1; WO2010134570A1; EP2434125A1

Abstract

축 방향으로 연장되는 휠부(wheel portion)와, 상기 휠부의 주위에 배열된 복수 개의 블레이드를 구비한 임펠러(impeller)는, 상기 임펠러의 외경을 성형하는 데 적합한 캐비티(cavity)를 가지고, 복수 개로 분할 가능한 몰드를 조립하고, 상기 몰드 내에, 금속 또는 세라믹으로 이루어지는 분말과 바인더를 포함하는 혼련물(混練物)을 사출하여, 그린체(green body)를 성형하고, 소결체(燒結體)를 얻을 수 있도록 상기 그린체를 탈지 및 소결하고, 상기 임펠러의 외형을 수정하는 데 적합한 캐비티를 가지는 다이(die)에 상기 소결체를 내장하고, 상기 다이를 가압함으로써 상기 임펠러의 외형을 수정하는 것에 의해 제조된다.

Description

과급기에 적용되는 임펠러의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING IMPELLER APPLIED TO SUPERCHARGER}

본 발명은, 과급기(過給機)에 적용되는 임펠러(impeller)의 제조 방법에 관한 것이다.

내연 기관 엔진에, 보다 많은 공기를 보낼 목적으로, 주로 과급기가 사용되고 있다. 과급기는 압축기를 구비하고, 압축기가 구동되는 것에 의해 공기를 가압하여 엔진에 공급한다. 터보차저(turbocharger)라는 형식의 과급기에 있어서는, 엔진의 배기를 받는 터빈을 구비하고, 이러한 터빈이 배기로부터 인출한 에너지가, 압축기를 구동한다. 한편, 협의(狹義)의 과급기[슈퍼차저(supercharger)]에 있어서는, 엔진의 크랭크샤프트(crankshaft)가 압축기에 연결되어 있고, 이것을 구동한다.

터보차저의 터빈은, 기류(氣流)를 회전력으로 변환하기 위한 임펠러를 구비한다. 임펠러는, 통상, 회전축 주위의 휠(wheel)과, 휠로부터 직경 방향으로 연장되는 복수 개의 블레이드로 이루어진다. 각각의 블레이드는, 축 방향에 대하여 경사져 있고, 또한 에어 포일(airfoil) 형상[익형(翼型)]을 가지므로, 배기의 기류를 받아 회전하고, 따라서 배기로부터 에너지를 인출하게 된다. 높은 공기 역학적(力學的) 특성을 달성하기 위해, 임펠러에는 복잡한 형상을 정밀하게 실현할 필요가 있다. 또한, 터빈은 수십 만 rpm까지 달하는 고속 회전을 하므로, 근소한 형상의 변형이 비정상 회전의 원인으로 되게 된다. 그러므로, 제조에는 극히 높은 정밀도가 필요하며, 그 허용 공차는, 부위에 따라서는 불과 수십 ㎛이다.

한편, 터빈 임펠러는 고온의 배기에 노출되므로, 예를 들면, 800℃ 정도의 고열에 견디지 않으면 안된다. 그러므로, 예를 들면, 내열합금의 적용이 필요하지만, 이것은 본질적으로 극히 난(難) 가공성이므로, 기계 가공에 크게 의존한 통상의 프로세스는 적용하기 어렵다. 기계 가공에 대한 의존을 낮출 수 있도록, 터빈 임펠러의 제조에는 일례로서 정밀 주조(鑄造)에 의한 일체적인 성형이 적용되고 있지만, 예를 들면, 각각의 블레이드의 주위둘레와 같은 예리한 형상이 필요한 부위를 주조만에 의해 실현할 수 없다. 정밀 주조에 의해서도, 기계 가공에 의한 마무리는 생략할 수 없다.

관련된 기술이, 일본공개특허 제2001-254627호에 개시되어 있다.

일본공개특허 제2001-254627호

본 발명자들은, 마무리 가공을 하지 않고 복잡 형상을 정밀하게 제조하기 위해, 분말 사출 성형을 터빈 임펠러의 제조에 적용하는 것을 검토하고 있다. 블레이드와 같은 얇고 예리한 형상을 정밀하게 실현하는 것에 대하여는 만족할 만한 결과를 볼 수 있지만, 소결(燒結)의 과정에 있어서 근소한 변형이 생기기 쉬운 문제가 발견되었다. 본 발명은 이러한 문제를 극복하기 위해 이루어진 것이다.

본 발명의 제1 태양에 의하면, 축 방향으로 연장되는 휠부와, 상기 휠부의 주위에 배열된 복수 개의 블레이드를 구비한 임펠러를 제조하는 방법은, 상기 임펠러의 외경을 성형하는 데 적합한 캐비티(cavity)를 가지고, 복수 개로 분할 가능한 몰드를 조립하고, 상기 몰드 내에, 금속 또는 세라믹으로 이루어지는 분말과 바인더를 포함하는 혼련물(混練物)을 사출하여, 그린체(green body)를 성형하고, 소결체를 얻기 위해 상기 그린체를 탈지(脫脂) 및 소결하고, 상기 임펠러의 외형을 수정하는 데 적합한 캐비티를 가지는 다이(die)에 상기 소결체를 내장하고, 상기 다이를 가압함으로써 상기 임펠러의 외형을 수정하는 것에 의해 이루어진다.

본 발명의 제2 태양에 의하면, 축 방향으로 연장되는 휠부와, 상기 휠부의 주위에 배열된 복수 개의 블레이드를 구비한 임펠러로서, 상기 임펠러는, 상기 임펠러의 외경을 성형하는 데 적합한 캐비티를 가지고, 복수 개로 분할 가능한 몰드를 조립하고, 상기 몰드 내에, 금속 또는 세라믹으로 이루어지는 분말과 바인더를 포함하는 혼련물을 사출하여, 그린체를 성형하고, 소결체를 얻을 수 있도록 상기 그린체를 탈지 및 소결하고, 상기 임펠러의 외형을 수정하는 데 적합한 캐비티를 가지는 다이에 상기 소결체를 내장하고, 상기 다이를 가압함으로써 상기 임펠러의 외형을 수정하는 것에 의해 제조된다.

도 1은, 본 발명의 일실시예에 의한 임펠러를 사출 성형하는 단계를 설명하는 도면으로서, 몰드 및 그린체의 단면도이다.
도 2는 상기 그린체를 탈지하는 단계를 나타낸 모식적 단면도이다.
도 3은 탈지한 상기 그린체를 소결하는 단계를 나타낸 모식적 단면도이다.
도 4는 상기 실시예에 의한 수정 단계를 설명하는 단면도이다.
도 5는 상기 실시예에 의한 임펠러의 단면도이다.
도 6은 상기 수정 단계에 의한 상기 임펠러의 형상의 변화를 설명하는 단면도로서, (a)는 수정 전의 것을 나타내고, (b)는 수정 후의 것을 나타낸다.

본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 이하에 설명한다. 설명의 편의를 위해, 도면 중에서 L, R로 표시된 방향을 각각 좌측 방향, 우측 방향으로 표현하고, U, D로 표시된 방향을 각각 상방향, 하방향으로 표현하지만, 이들 표현은 본 발명에 대하여 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일실시예에 의한 임펠러는, 예를 들면, 차량용의 터보차저에 사용할 수 있지만, 다른 용도에도 물론 이용할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 터보차저의 터빈 임펠러의 경우에 대하여 설명한다.

터보차저는, 대체로, 터빈부와 샤프트부와 압축기부로 이루어진다. 터빈 임펠러는, 터빈부에 있어서 엔진의 배기로부터 에너지를 인출하고, 회전 에너지로 변환하는 역할을 담당한다. 이러한 회전 에너지가 샤프트부의 샤프트를 통하여 압축기부에 전달되고, 압축기부에 의해 공기가 압축되어 엔진에 송출된다.

도 5를 참조하면, 샤프트의 축 방향 좌측단은, 터빈 임펠러(1)의 우측단의 시트(seat)(7)와, 축의 주위로 함께 회전하도록 결합되어 있다. 이러한 결합은, 용접에 의하지만, 가능하면 납땜이나 끼워맞춤 등의 다른 수단을 이용해도 된다.

터빈 임펠러(1)는, 후술하는 분말 사출 성형에 의해 단일체로 성형된 금속 또는 세라믹으로 이루어지고, 축 방향으로 연장되는 휠부(3)와, 휠부(3)로부터 직경 방향으로 연장되는 복수 개의 블레이드(9)를 구비한다. 블레이드(9)의 주위는 터빈 하우징의 슈라우드(shroud)(13)에 의해 에워싸여 있지만, 그 회전이 간섭되지 않도록, 각각의 블레이드(9)의 각각의 외측 에지(11)는, 슈라우드(13)의 내면에 대하여 적절한 간극을 확보하고 있다. 또한, 슈라우드(13)는, 엔진으로부터의 배기를 블레이드(9)에 안내하도록 구성된 슬롯을 가지고 있고, 슬롯은 블레이드(9)의 우측단측을 주위 방향으로 에워싸고 있다. 슬롯에는, 그 개구도를 조절하도록, 가변 노즐(17)을 설치해도 된다. 배기는 슬롯을 경유하여 블레이드(9) 사이에 안내되고, 터빈 임펠러(1)에 회전 에너지를 부여한 후, 도 5의 좌측 방향에 있는 배기구로 배출된다.

복수 개의 블레이드(9)는, 휠부(3)와 일체로 성형되고, 축의 주위에 등간격(等間隔)으로 배열되어 있다. 가능하면 등간격이 아니어도 된다. 각각의 블레이드(9)는, 배기의 기류를 받아 토크를 발생시키기 위해, 축의 방향에 대하여 경사져 있고, 보다 바람직하게는 에어 포일 형상을 가진다. 따라서, 터빈 임펠러(1)는 배기로부터 에너지를 인출하여, 샤프트(9)를 구동할 수 있다. 기류의 우회(迂回)를 최소로 하도록, 각각의 블레이드(9)의 각각의 외측 에지(11)는, 슈라우드(13)에 근접하고 있다.

전술한 바와 같이, 휠부(3)는, 그 우측단에, 시트(7)를 가진다. 시트(7)는, 휠부(3)의 우측단보다 약간 후퇴한 오목부라도 되고, 휠부(3)의 내부에 상당 정도 들어가는 구멍이라도 된다. 또는 가능하면, 좌측단까지 관통한 구멍이라도 된다. 바람직하게는, 시트(7)의 에지로부터 우측으로 돌출된 주위벽이 설치된다. 어느 쪽이든, 시트(7)는 샤프트(9)의 좌측단과 끼워맞추어지도록 구성된다.

터빈 임펠러(1)는, 분말 사출 성형에 의해 제조된다. 도 1을 참조하여 분말 사출 성형에 이용되는 장치를 이하에 설명한다.

분말 사출 성형에는 몰드(19)와, 사출 성형기를 사용한다. 사출 성형기는, 몰드(19)를 지지하기 위한 고정 프레임(21) 및 가동 프레임(27)을 구비한다. 그 외에, 사출 성형기는, 도시하지 않은 사출기, 사출 노즐(43), 가동 프레임(27)을 구동시키기 위한 액츄에이터 등을 구비한다.

몰드(19)는, SKD11(JIS G 4404) 등의 적절한 금속으로 이루어지고, 적절하게 분할된다. 도 1의 예에서는, 몰드(19)는, 플랫폼(platform)(23)과 외부 몰드(33)로 분할되어 있고, 외부 몰드(33)는 다시 주위 방향으로 복수 개로 분할된다. 플랫폼(23)의 성형면(25)과, 외부 몰드(33)의 성형면(35)의 조합은, 터빈 임펠러(1)의 외형을 성형하는 데 적합한 캐비티(37)를 구획하고 있다. 또한, 플랫폼(23)은, 시트(7)를 성형하는 데 적절한 구조를 구비한다. 소결에 의해 20%정도의 체적 수축이 일어나므로, 몰드(19) 및 플랫폼(23)은, 이러한 체적 수축을 고려하여 설계된다.

바람직하게는, 몰드(19)와 가동 프레임(27)과의 사이에, 블록(29)을 개재 하게 한다. 블록(29)은 원뿔형의 요면(凹面)(31)을 가지고, 몰드(19)는 이에 대응하는 테이퍼면을 가진다. 요면(31)과 테이퍼면이 맞닿는 것에 의해, 가동 프레임(27)이 몰드(19)를 가압하면, 외부 몰드(33)의 각 부분은 주위 방향으로 서로 밀접하게 접한다. 보다 바람직하게는, 외부 몰드(33)를 각각 직경 방향으로 이동시키기 위해 액츄에이터가 구비된다. 이러한 액츄에이터는, 가동 프레임(27)과 동기하여 외부 몰드(33)를 구동하도록 구성해도 된다.

고정 프레임(21)은, 또한 사출 노즐(43)과 연통된 스풀(97)을 구비하고, 플랫폼(23)은 스풀(97)과 연통되어 사출물(射出物)을 통과하게 할 수 있도록 런너(runner)(41) 및 게이트(39)를 구비한다. 런너(41)는 플랫폼(23)을 관통하도록 설치된다. 게이트(39)는, 캐비티(37)의 우측단에 개구된다. 게이트(39), 스풀(97)은, 플랫폼(23) 대신에, 또는 플랫폼(23)에 더하여, 외부 몰드(33)나 다른 요소(要素)에 설치해도 된다.

분말 사출 성형 및 소결 후, 통상, 표면이나 형태를 수정하여 규정 치수 및 허용 오차 범위에 합치시키기 위해, 수정 단계가 행해진다. 도 4를 참조하여 수정 단계에 사용되는 장치에 대하여 이하에 설명한다.

수정 단계에는, 다이(47)와 프레스 장치를 사용한다. 프레스 장치로서는, 적절한 능력의 일반적인 프레스 장치를 사용할 수 있다. 프레스 장치는 다이(47)를 지지하기 위한 블록과, 가압력을 가지고 연직 방향으로 가동 가능한 램(ram)(59)을 구비한다.

다이(47)는, SKD11(JIS G 4404) 등의 적절한 금속으로 이루어지고, 적절하게 분할한다. 도 4의 예에서는, 다이(47)는, 기대(基臺)(51)와 외측 다이(53)로 분할되어 있고, 외측 다이(53)는 다시 주위 방향으로 복수 개로 분할된다. 다이(47)의 기대(51)는 블록 상에 위치하고, 기대(51)의 보다 위에 외측 다이(53)가 위치한다. 기대(51)의 상면과 외측 다이의 내면(53)과의 조합은, 캐비티를 구획하고 있다. 이러한 캐비티는, 터빈 임펠러(1)의 최종 형상의 외형과 일치한 형상이다. 또는, 수정과 관계가 없는 부위에 있어서는, 최종 형상의 외형에 대하여 여유가 주어져 있어도 된다. 즉, 캐비티는, 이러한 형상을 가지므로, 소결 후의 터빈 임펠러(1S)의 외형을 수정하는 데 적합한 형상이다. 외측 다이(53)는 주위 방향으로 복수 개의 요소로 분할되고, 각 요소는 각각의 블레이드(9S) 사이에 각각 삽입되고, 요소의 인접하는 각각의 쌍이 각각의 블레이드(9S)를 협지한다. 또한, 분할된 외측 다이(53)의 각 요소에 있어서, 부위(55)는 블레이드(9S)의 부위(11S)[도 6의 (a) 참조]에 대응하고, 부위(57)는 블레이드(9S)의 부위(15S)[도 6의 (a) 참조]에 대응한다.

바람직하게는, 다이(53)와 램(59)과의 사이에, 블록(61)을 개재한다. 블록(61)은 원뿔형의 요면(63)을 가지고, 다이(53)는 이에 대응하는 테이퍼면을 가진다. 요면(63)과 테이퍼면이 맞닿는 것에 의해, 램(59)이 압하(壓下)되면, 외측 다이(53)의 각 요소에 서로 밀접하게 접하는 방향의 힘이 작용한다. 또는, 각 요소를 직경 방향으로 구동하는 액츄에이터를 설치해도 된다.

바람직하게는, 기대(51)에, 시트(7)의 형상에 적합한 펀치(65)를 설치한다. 펀치(65)는 기대(51)를 관통한 로드(69)와 연결되어 있고, 로드(69)는 유압 실린더 등의 액츄에이터에 구동되어 승강한다. 펀치(65)는, 소결체(1S)의 부위(67)를 가압하고, 부위(67)에 있어서 시트(7)의 형상을 실현한다.

터빈 임펠러(1)의 제조는, 이하의 각각의 단계에 의한다.

먼저 사출물(M)의 혼련을 행한다. 이러한 사출물(M)에는, 금속 분말 또는 세라믹 분말과 바인더와의 혼합물이 바람직하다.

금속 분말 또는 세라믹 분말로서는, 요구되는 특성에 따라 각종 소재의 분말을 사용할 수 있다. 터빈 임펠러에 필요한 내열성을 고려하여, 예를 들면, Ni 기내열(基耐熱) 합금(INCONEL 713C, IN 100, MAR-M246 등)의 분말이나 질화규소, 사이알론(sialon) 등의 세라믹 분말을 예시할 수 있다.

바인더로서는, 공지의 분말 사출 성형용 바인더를 사용할 수 있다. 그와 같은 분말 사출 성형용 바인더로서는, 예를 들면, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 열가소성 수지에, 파라핀 왁스 등의 첨가물을 첨가한 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 이러한 바인더는, 사출 후에 고화(固化)된 후, 후술하는 탈지 단계까지, 사출물의 형태를 유지하고, 탈지 단계에 있어서는 분해되고 증발하여, 소결물에 그 흔적을 남기지 않는다.

금속 분말 또는 세라믹 분말과 바인더와의 혼합물은, 예를 들면 100℃ 내지 150℃로 가열되고, 혼련된다. 혼련의 온도는, 혼련물의 조성에 의해 적절히 선택한다. 혼련 후, 적절하게 냉각하여 사출물(M)을 얻을 수 있다.

사출물(M)을 준비한 후, 고정 프레임(21) 상에 플랫폼(23) 및 외부 몰드(33)의 각 요소를 위치시킨다. 이들에는 미리 공지의 이형제(離型劑)를 도포해 두어도 된다. 액츄에이터에 의해 외부 몰드(33)를 직경 방향 내측으로 이동하여, 외부 몰드(33)의 각각의 구성 요소를 서로 접촉하게 한다. 이어서, 이들에 블록(29)을 맞닿게 하고, 가동 프레임(27)에 의해 가압한다. 액츄에이터에 의한 외부 몰드(33)의 이동을, 가동 프레임(27)의 이동과 동기하게 해도 된다. 따라서, 외부 몰드(33)와 플랫폼(23)은, 서로 밀접하게 접하고, 이로써 몰드(19)가 완성된다.

사출물(M)은, 충분한 유동성을 부여하기 위해, 예를 들면 160℃ 내지 200℃로 가열되고, 100MPa 정도의 가압과 동시에 사출 노즐(43)을 통하여 몰드(19) 내에 사출된다. 가열 온도 및 사출압은, 혼련물의 조성에 의해 적절히 선택한다. 적절하게 냉각함으로써 사출물이 고화되어, 그린체(1F)가 성형된다.

이어서, 액츄에이터를 구동함으로써, 가동 프레임(27)이 몰드(19)로부터 분리되고, 또한 외부 몰드(33)가 그린체(1F)로부터 분리된다.

성형된 그린체(1F)는, 전술한 바와 같이, 소결에 의한 수축을 고려하여 최종 형상보다 체적비로 20% 정도 크다. 그린체(1F)는, 소결 후에 시트(7)로 되는 부위(7F)를 구비하고, 이것도 최종 형상보다 체적비로 20% 정도 크다.

도 2를 참조하면, 이러한 그린체(1F)는 적절한 분위기 제어노(制御爐)(71)에 도입된다. 노 내에 질소 가스를 도입하고, 질소 분위기를 유지하면서, 카본 히터 등의 적절한 가열 수단에 의해 노의 내부는 적절한 고온로서 800℃를 넘지 않는 온도로 가열되고, 30분 이상 유지된다. 이러한 탈지 단계에 의해, 그린체(1F)에 포함되는 바인더는, 용융되고, 분해되고, 증발하여 제거된다.

그리고, 탈지 단계는, 전술한 방법에 대신하여, 적절한 용제(溶劑)에 의해 용출(溶出)하는 등, 다른 공지의 방법으로 대신해도 된다.

도 3을 참조하면, 탈지 후의 그린체(1F)는 분위기를 제어할 수 있는 노(73)에 도입된다. 노(73)의 내부를 적절한 감압(減壓) 하에 있어서, 카본 히터 등의 적절한 가열 수단에 의해 노의 내부는 적절한 소결 온도, 예를 들면 1000℃ 내지 1500℃로 가열되고, 적절한 시간, 예를 들면 1시간 내지 그 이상 유지된다. 이러한 소결 단계에 의해, 소결이 진행되는 동시에 그린체(1F)는 수축을 일으킨다. 그 결과, 도 3 중 2점 쇄선(鎖線)으로 나타낸 소결체(1S)가 얻어진다. 소결체(1S)는 그린체(1F)보다 체적비로 20% 정도 작고, 최종 형상과 거의 동일하지만, 소결에 따른 약간의 불균일을 포함하고 있다.

전술한 설명에 있어서, 탈지 단계와 소결 단계는 독립적이지만, 이들을 연속적으로 실시해도 된다.

적절하게 냉각한 후, 질소 등을 도입하여 노(73) 내를 대기압(大氣壓)으로 하여, 소결체(1S)를 인출한다. 이어서, 소결체(1S)는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 다이(47) 내에 내장된다.

당초, 펀치(65)는 아래쪽으로 인입된 위치이다. 소결체(1S)는, 기대(51) 상에 위치하고, 그 하면의 구조와 기대(51)의 구조와의 일치를 이용하여 적절한 위치에 맞출 수 있다. 이어서, 외측 다이(53)의 각 요소를 각각 블레이드(9S) 사이에 삽입하도록 하여, 외측 다이(53)가 조립된다. 외측 다이(53) 상에, 그 테이퍼면이 요면(63)과 맞닿도록, 블록(61)을 개재시켜 램(59)을 하강하게 한다. 램(59)을 다시 압하함으로써, 외측 다이(53)의 각 요소에 서로 밀접하게 접하는 방향으로 힘이 작용하고, 따라서 소결체(1S)는 전체적으로 가압된다. 이 때, 동시에, 로드(69)를 상승시켜 펀치(65)에 의해서도 소결체(1S)는 가압된다.

이러한 수정 단계에 있어서, 외측 다이(53)의 각 요소는, 서로 밀접하게 접하는 방향의 힘에 의해, 각각의 블레이드(9)의 불균일을 교정하고, 따라서 그 표면이나 형태를 최종 형상에 합치시키기 위해 수정하는 동시에 각각의 블레이드(9)를 그 면에 대하여 직교하는 방향으로 가압한다. 또한, 외측 다이(53)의 각 요소는, 각각의 블레이드(9)의 부위(11S, 15S)에 각각 맞닿아 이러한 부위를 직경 방향으로 수정하는 동시에, 다시 직경 방향으로 가압한다. 동시에, 외측 다이(53)는, 휠부(55)의 주위면을 직경 방향으로 내측 방향으로 가압하고, 또한 휠부(55)의 상면을 아래쪽으로 가압한다. 또한, 기대(51) 및 펀치(65)에 의해, 휠부(55)의 하면은 위쪽으로 가압된다. 즉, 소결체(1S)의 표면은, 준등방적(準等方的)으로 빠짐없이 가압된다. 이러한 수정 단계는, 냉간(冷間)에 의해 실시해도 되고, 적절한 온간(溫間)에 의해 실시해도 된다.

전술한 수정 단계 후, 펀치(65)는 하강하고, 램(59)은 상승한다. 외측 다이(53)의 각 요소가 각각 직경 방향 외측으로 이동하면, 수정된 터빈 임펠러(1)가 인출된다.

본 실시예에 의하면, 기계 가공에 의한 마무리를 하지 않고, 복잡 형상이 정밀하게 실현된 터빈 임펠러를 제조할 수 있다. 정밀 주조에 의한 방법에 비하여, 특히 블레이드와 같은 얇고 예리한 형상의 부위에서 높은 정밀도를 얻을 수 있다. 기계 가공에 의하지 않기 때문에, 내열합금과 같은 난가공성의 소재라도, 높은 생산성으로 제조할 수 있다.

또한, 수정 시에 전체적으로 가압되어 있으므로, 내부에 미소한 공동과 같은 결함이 있어도 압쇄(壓碎)되어 해소된다. 또한, 이러한 가압은, 터빈 임펠러의 특히 표면에, 압축 응력을 잔류하게 한다. 이러한 잔류 응력은, 터빈 임펠러의 고속 회전에 의한 인장 응력을 캔슬하도록 작용하므로, 피로 수명의 개선에 기여한다.

본 실시예는, 터보차저의 터빈 임펠러에 바람직하게 적용할 수 있지만, 정밀도를 필요로 하는 각종 기계 부품에 적용할 수 있다.

바람직한 실시예에 의해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 상기 개시 내용에 기초하여, 상기 기술 분야의 통상의 기술을 가진 자는, 실시예의 수정 내지 변형에 의해 본 발명을 행할 수 있다.

[산업 상의 이용 가능성]

기계 가공에 의한 마무리를 하지 않고, 복잡 형상이 정밀하게 실현된 터빈 임펠러를 제조하는 방법이 제공된다.

Claims

축 방향으로 연장되는 휠부(wheel portion)와, 상기 휠부의 주위에 배열된 복수 개의 블레이드를 구비한 임펠러(impeller)를 제조하는 방법으로서,
상기 임펠러의 외경을 성형하는 데 적합한 캐비티(cavity)를 가지고, 복수 개로 분할 가능한 몰드를 조립하는 단계;
상기 몰드 내에, 금속 또는 세라믹으로 이루어지는 분말과 바인더를 포함하는 혼련물(混練物)을 사출하여, 그린체(green body)를 성형하는 단계;
소결체(燒結體)를 얻을 수 있도록 상기 그린체를 탈지(脫脂) 및 소결하는 단계;
상기 임펠러의 외형을 수정하는 데 적합한 캐비티를 가지는 다이(die)에 상기 소결체를 내장하는 단계;
상기 다이를 가압함으로써 상기 임펠러의 외형을 수정하는 단계
를 포함하는, 임펠러의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 몰드는, 플랫폼(platform)과, 주위 방향으로 복수 개로 분할되는 외부 몰드를 포함하는, 임펠러의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 다이는, 기대(基臺)와, 주위 방향으로 복수 개의 요소(要素)로 분할되는 외측 다이를 포함하는, 임펠러의 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 외측 다이의 상기 요소는, 각각 상기 블레이드 사이에 삽입되도록 구성되어 있는, 임펠러의 제조 방법.
축 방향으로 연장되는 휠부와, 상기 휠부의 주위에 배열된 복수 개의 블레이드를 구비한 임펠러로서,
상기 임펠러의 외경을 성형하는 데 적합한 캐비티를 가지고, 복수 개로 분할 가능한 몰드를 조립하고,
상기 몰드 내에, 금속 또는 세라믹으로 이루어지는 분말과 바인더를 포함하는 혼련물을 사출하여, 그린체를 성형하고,
소결체를 얻을 수 있도록 상기 그린체를 탈지 및 소결하고,
상기 임펠러의 외형을 수정하는 데 적합한 캐비티를 가지는 다이에 상기 소결체를 내장하고,
상기 다이를 가압함으로써 상기 임펠러의 외형을 수정하는 것에 의해 제조된, 임펠러.