KR20140021443A - 금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법 - Google Patents

금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법에 관한 것으로, 밸브 트레인 부품의 제조방법에 있어서, 금속분말 및 바인더(binder)를 혼합하여 사출성형용 원료를 수득하는 단계; 상기 수득된 사출성형용 원료를 밸브 트레인 부품 형상의 금형 내로 사출하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 형성된 성형체를 용매 추출하는 단계; 상기 용매 추출된 성형체를 탈지 및 소결하여 소결체를 형성하는 단계; 상기 형성된 소결체를 사이징(sizing) 가공하는 단계; 상기 사이징 가공된 소결체를 진공 침탄 처리하는 단계; 및 상기 진공 침탄 처리된 소결체를 연마하는 단계; 를 포함하는 금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법에 관한 것이다.

Description

금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법{Method for manufacturing of valve train parts using with metal powder injection molding}
본 발명은 금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래 정밀주조법을 치수정밀도가 우수하여 원가가 절감되는 금속분말 사출 성형으로 대체하고, 분말 조성과 세부 공정 조건을 조절함으로써 물성을 개선한 금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법에 관한 것이다.
내연기관 엔진은 외부로부터 공기 및 연료를 흡입하여 연소실에서 연소시킴으로써 동력을 발생시키는 장치로서, 상기 공기 및 연료를 연소실로 흡입하기 위한 흡기밸브 및 상기 연소실에서 연소된 폭발 가스를 배출하기 위한 배기밸브를 구비하는데, 이러한 흡배기 밸브는 크랭크축의 회전에 연동하여 회전하는 캠축에 의해 개폐된다.
이 때, 구동캠, 캠샤프트, 태핏, 로커암 및 로커암 링크 등 상기 흡배기 밸브를 작동하기 위한 일련의 부품들을 밸브 트레인이라고 한다.
한편, 자동차 업계는 2020년까지 이산화탄소 배출량을 현재 대비 35 ~ 50 % 수준인 50 g/km 로 저감하는 것을 목표로 하여 다양한 친환경 차량을 개발하고 있으며, 연비의 경우 2025년 미국 기업평균연비 규제치(Corporate Average Fuel Econmomy)인 23.2 km/l (54.5 mpg)를 만족하기 위해 기술 개발에 매진하고 있다.
최근에는 차량의 엔진에 엔진 회전 속도에 따라 흡기 밸브의 높이를 제어하여 흡입되는 공기량을 최적화함으로써 엔진의 연료소비효율 및 성능을 극대화하는 연속 가변 밸브리프터(Continuous Variable Valve Lifter, CVVL) 기구가 적용되고 있다.
도 1은 로커암을 나타낸 사시도이고, 도 2는 로커암 링크를 나타낸 사시도이며, 도 3은 로커암 및 로커암 링크가 체결된 구조를 나타낸 사시도이고, 도 4는 상기 연속 가변 밸브 리프터를 나타낸 사시도인데, 도시된 바와 같이 정교한 형상을 가진 상기 로커암(100) 및 로커암 링크(110)는 상기 연속 가변 밸브 리프터(120)의 구성의 일부로서 작동된다.
이 때, 상기 로커암(100) 및 로커암 링크(110) 등의 밸브 트레인 부품은 가혹한 조건에서 장시간 사용되어야 하기 때문에 강도, 내마모성, 내충격성 등의 우수한 내구성 및 정밀도가 요구된다.
이를 위해 종래에는 통상적인 주조법과 대비하여 비교적 치수정밀도가 높은 정밀주조법을 사용하여 제조하였는데, 상기 밸브 트레인 부품의 형상이 정교하기에, 주조 후에도 최종 형상을 갖추기 위한 다수의 추가적인 가공이 필요하였다.
즉, 상기 정밀주조법에 의해 제조하는 경우 기계적 강도는 우수하나 치수정밀도가 떨어져 추가 가공으로 인한 공정 비용 및 재료의 손실이 부가적으로 발생됨에 따라 제품 원가가 크게 상승되는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 종래 밸브 트레인 부품의 일반적인 제조방법인 정밀주조법 대신에 금속분말 사출 성형을 이용함으로써 치수정밀도가 개선되어 경제성이 우수하고, 최적 분말 조성과 공정 조건을 설정함으로써 엔진 등의 가혹한 조건에서도 적용 가능한 금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법을 제공하고자 함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법은 밸브 트레인 부품의 제조방법에 있어서, 금속분말 및 바인더(binder)를 혼합하여 사출성형용 원료를 수득하는 단계; 상기 수득된 사출성형용 원료를 밸브 트레인 부품 형상의 금형 내로 사출하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 형성된 성형체를 용매 추출하는 단계; 상기 용매 추출된 성형체를 탈지 및 소결하여 소결체를 형성하는 단계; 상기 형성된 소결체를 사이징(sizing) 가공하는 단계; 상기 사이징 가공된 소결체를 진공 침탄 처리하는 단계; 및 상기 진공 침탄 처리된 소결체를 연마하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 사출성형용 원료를 수득하는 단계는 상기 금속분말이 93 중량% 및 상기 바인더가 7 중량% 가 되도록 혼합하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 금속분말은 니켈(Ni) 2 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.5 중량 %, 탄소(C) 0.25 중량 % 및 잔부의 철(Fe)을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 소결체를 형성하는 단계는 진공 분위기에서 아르곤 가스를 공급하고, 상기 탈지된 성형체를 1250 ℃이상의 온도로 가열한 다음 상기 온도를 2시간 동안 유지(soaking)하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 진공 침탄 처리하는 단계는 상기 사이징 가공된 소결체를 890 ℃ 로 승온시킨 다음 아세틸렌(C2H2) 가스를 이용하여 1시간 동안 침탄 처리한 후, 상기 890 ℃에서 10 분 동안 탄소를 확산시킨 다음 820 ℃로 하온시킨 후 동일 온도에서 20분 동안 탄소를 확산시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 진공 침탄 처리하는 단계는 상기 탄소가 확산된 소결체를 유욕(oil bath)을 이용하여 80 ℃ 의 온도로 담금질한 다음 180℃ 로 승온하여 90분 동안 유지한 후 냉각하는 뜨임을 추가적으로 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 밸브 트레인 부품은 로커암 또는 로커암 링크인 것이 더 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 효과는, 종래 정밀주조법을 치수정밀도가 우수한 금속분말 사출 성형으로 대체하여 추가 가공으로 인한 공정 비용 및 재료 손실을 줄임으로써 이에 상응하는 원가를 절감할 수 있다.
또한, 금속분말 사출 성형으로 제조함에도 불구하고, 금속분말 조성 및 공정조건을 조절하여 탄소 제어를 용이하게 함에 따라 균일한 침탄을 가능하여 강도 및 표면조도가 향상되는 등 종래 정밀주조법과 대등한 물성이 확보되는 장점이 있다.
도 1은 상기 연속 가변 밸브 리프터를 나타낸 사시도.
도 2는 로커암을 나타낸 사시도.
도 3은 로커암 링크를 나타낸 사시도.
도 4는 로커암 및 로커암 링크가 체결된 구조를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법을 나타낸 흐름도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 탈지 및 소결 공정을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 진공 침탄 및 담금질 공정을 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 밸브 트레인 부품(로커암)의 경도 시험 결과를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
종래 정밀주조에 의해 제조된 부품은 밸브 트레인 사용 환경에 의해 요구되는 물성은 만족하나 치수정밀도가 우수하지 못해, 후가공 및 재료 손실로 인한 비용 상승으로 원가적인 측면에서 사용에 한계가 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 밸브 트레인 부품의 제조에 관련된 종래 정밀주조법을 치수정밀도가 우수한 금속분말 사출 성형으로 대체하는 것과 관련이 있다.
금속분말 사출 성형(Metal powder Injection Molding, MIM)은 분말야금 기술및 정밀한 플라스틱 부품의 대량생산기술인 사출성형법이 접목된 신분말야금 성형기술인데, 일반적으로 미세한 금속 분말과 유동의 주체가 되는 바인더를 혼합하여 이를 금형 내로 사출성형한 후 사출성형체에서 상기 바인더를 제거하고 분말만을 최종 고온 소결하여 부품을 제조하는 공정으로 구성된다.
여기서, 상기 금속분말 사출 성형은 일반적으로 정밀주조와 대비하여 치수정밀도가 우수하나 결과물의 물성이 낮은바, 표면 열처리에 의한 물성을 향상시키는 등의 후처리 공정이 요구되며, 종래에는 소재 내 탄소 제어가 어려워 원하는 물성을 얻기가 어려운 단점이 있었다.
즉, 금속분말 사출 성형이 가지는 장점에도 불구하고, 엔진 밸브 트레인 등의 가혹한 환경에서 작동되는 부품의 제조방법으로 사용하기에는 부적합한 면이 있었다.
따라서, 본 발명은 금속분말 사출 성형에 있어서, 합금 조성 및 제조공정 조건을 최적화하여 상기 단점을 해소하는 동시에 우수한 치수정밀도를 확보하여 후가공 공정 및 재료 손실을 줄임으로써 원가 절감의 효과를 얻는 것을 목적으로 한다.
도 5는 본 발명에 의한 금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법을 나타낸 흐름도인데, 이하의 실시예를 통해 상세히 설명한다.
1. 혼합 단계(S100)
먼저 금속분말과 바인더(binder)를 혼합하여 사출성형용 원료를 수득하였는데, 상기 바인더는 사출성형 시에 상기 금속분말의 유동성 및 형상 유지를 위해 첨가되는 것으로서 통상의 유기 바인더가 사용되는바, 폴리에틸렌(Polyethylene) 등의 결합제나 파라핀 왁스(Paraffin wax), 스테아릭산(Stearic acid) 등의 윤활제로 구성될 수 있다.
구체적으로 상기 금속분말이 93 중량% 및 상기 바인더가 7 중량% 가 되도록 균질하게 혼합하여 사출성형용 원료를 수득하였다.
상기 금속분말이 93 중량% 보다 적은 경우에는 사출시 유동성이 좋으나 탈지시 장시간이 소요되며, 93 중량% 보다 큰 경우에는 사출시 성형체가 충분한 강도를 갖지 못하는바, 상기의 중량비를 갖도록 혼합하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 금속분말은 각 금속 원소를 별도로 수급하고, 몰리브덴(Mo)을 첨가하여 혼합하는 것이 바람직한데, 구체적으로 카보닐 Fe(1)(탄소(C) 0.76 중량% 함유), 카보닐 Fe(2)(탄소(C) 0.03 중량% 함유), 니켈(Ni) 및 몰리브덴(Mo)을 니켈(Ni) 2 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.5 중량 %, 탄소(C) 0.25 중량 % 및 잔부의 철(Fe) 의 중량비가 되도록 배합하였다.
종래에는 Fe-2wt%Ni-0.9wt%C 를 구입 후 탈탄함에 따라 탄소제어가 난이한 문제가 있었는데(박육부/후육부 상이), 이와 달리 본 발명은 금속분말 조성 및 바인더의 최적 조성을 확보함에 따라 탄소제어가 용이하고, 강성 확보 및 경화용 침탄이 가능해지는 이점이 있다.
또한, 상기 혼합은 160 ℃에서 3시간 동안 30 rpm 의 조건으로 실시되었는데, 상기 조건보다 낮은 온도 또는 짧은 시간 동안 이루어지면 바인더가 충분한 유동성을 가짐에 따라 혼합되지 않을 수 있으며, 상기 조건보다 높은 온도 또는 긴 시간 동안 이루어지면 혼합 도중에 바인더가 탈지될 수 있으므로, 상기 혼합 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
2. 사출 단계(S110)
상기 수득된 사출성형용 원료를 노즐 온도 145 ℃, 사출 속도 33 mm/s, 사출압력 3.5 MPa, 금형 온도 30℃ 의 조건으로 밸브 트레인 부품 형상의 금형 내로 사출하여 성형체를 형성하였다.
이 때, 상기 노즐 온도 및 금형 온도는 상기 사출성형용 원료의 유동성 및 바인더의 기화를 고려한 것이고, 상기 사출압력 및 사출 속도는 원활한 사출 및 사출성형장치의 과부하를 고려한 것이다.
3. 용매 추출 단계(S120)
상기와 같은 방법으로 형성된 성형체를 하기 탈지 시간을 단축하기 위해 미리 노멀헵탄(n-heptane)용액에 침지하여 약 40 ℃에서 10 시간 내지 12 시간 동안 용매 추출(Solvent extraction) 함으로써 성형체 내 대부분의 바인더를 제거하였다.
이 때, 상기 온도가 40 ℃ 를 초과하는 경우에는 성형체 내부에 적절한 추출통로가 형성되기 전에 바인더 제거 반응속도가 너무 빠르게 되어 성형체 내부에 응력이 집중됨으로써 균열이 발생된다.
또한, 상기 온도가 40 ℃ 미만인 경우에는 균열은 발생되지 않지만 용매 추출에 장시간이 소요되기 때문에 공정비용이 증가되므로, 상기 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
4. 탈지 및 소결 단계(S130)
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 탈지 및 소결 공정을 나타낸 그래프이다.
탈지는 소결 전에 성형체 내의 바인더를 완전히 제거하는 공정인데, 용매 추출이 끝난 상기 성형체에 잔존하는 바인더를 제거하기 위해 열분해 탈지를 실시하였다.
바인더를 제거하는 가장 일반적인 방법은 성형체를 서서히 가열함으로써 열분해를 통해 바인더를 기화 증발시키는 것이다.
그러나 바인더를 가열 증발시키면 대부분의 바인더들이 낮은 온도에서는 서서히 증발하다가 임의의 온도에 이르면 급격하게 증발하는 특성을 가지기에 비틀림이나 휘어짐 등 성형체의 변형이 생길 수 있다.
따라서, 상기 도 6에서 도시된 바와 같이 이를 방지하기 위해 25 ℃에서 10 분 동안 진공 펌핑(Vacuum Pumping)을 실시한 다음, 8 L/min 속도로 질소(N2) 가스를 충진하고, 승온 및 온도 유지를 여러 단계로 실시하여 바인더를 각 단계별로 제거함에 따라 성형체의 변형을 최소화하였다.
즉, 승온 초기 온도 범위에서는 바인더가 탈지되기 위한 통로가 성형체 내에 형성되고, 중간 온도 범위에서는 저온용 바인더의 탈지가 이루어지며, 고온 온도 범위에서는 고온용 바인더의 탈지가 순차적으로 이루어진다.
그 다음, 펌핑하여 진공 상태를 만든 후 5 L/min 속도로 아르곤(Ar) 가스를 공급하고, 상기 탈지된 성형체를 1250 ℃이상의 온도로 가열한 다음 상기 온도를 2시간 동안 유지(soaking)하는 소결을 실시하여 소결체를 형성하였다.
상기 소결 중에 치밀화 및 입자 성장이 진행되어 성형체가 고결되는데, 소결은 별도의 소결로에서 실시될 수 있지만, 상기와 같이 진공 탈지 소결로에서 탈지에 이어 연속적으로 실시될 수도 있다.
종래에는 수소 가스 및 질소 가스가 혼합된 복합 가스 분위기 및 1250 ℃ 미만의 온도에서 소결을 실시함에 따라 소재 내 탄소가 불균일한 문제가 있었는데, 이와 달리 본 발명은 성형체 내 탄소(C) 및 니켈(Ni)이 균일화되는 이점이 있다.
5. 사이징(sizing) 가공 단계(S140)
상기 소결체를 소결체의 치수 결정을 위해 100 kgf/cm2 의 압력으로 사이징 가공을 실시하였다.
6. 진공 침탄 처리 단계(S150)
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 진공 침탄 및 담금질 공정을 나타낸 그래프이다.
도시된 바와 같이, 진공 분위기에서 상기 사이징 가공된 소결체를 침탄 온도인 약 890 ℃ 로 약 30분 동안 승온시킨 다음 탄소원으로서 아세틸렌(C2H2) 가스를 이용하여 약 1시간 동안 침탄 처리를 실시하였다
그 다음, 상기 890 ℃에서 약 10분 동안 유지하고, 약 820 ℃ 로 약 10분 동안 하온시킨 후 상기 820 ℃에서 약 20분 동안 유지하면서 총 40분 동안 침탄된 탄소를 확산시켰다.
그 후 상기 탄소가 확산된 소결체를 유욕(oil bath)을 이용하여 약 80 ℃ 의 온도로 담금질(quenching)하여 경도 및 강도를 확보하고, 인성을 향상시키기 위해 약 180℃ 로 승온하여 약 90분 동안 유지한 다음 냉각하는 뜨임(tempering)을 추가적으로 실시하였다.
종래에는 침탄 가스로 일산화탄소(CO), 메탄(CH4)을 사용하고 탄소 퍼텐셜(Carbon Potential)이 일정하여 경화층의 깊이가 상이하거나 전경화가 발생하는 문제가 있었지만, 본 공정은 침탄 가스로 아세틸렌(C2H2) 가스를 사용하고 진공 분위기에서 침탄시켜 탄소 퍼텐셜 펄스를 제어함에 따라 두께와 무관하게 균일한 깊이의 경화층을 얻을 수 있다.
7. 연마 단계(S160)
상기 진공 침탄된 소결체의 표면을 매끈하게 하기 위해 2시간 동안 연삭을 실시하였다.
깊이 (mm) 로커암 경도 (Hv 0.3)
0 684.9
0.05 707.1
0.1 675.4
0.2 670.7
0.3 586.3
0.4 560
0.5 557.1
0.6 529.9
0.7 475.6
1 385.3
1.5 385.3
2 395.6
도 8 및 상기 표 1은 본 발명의 일실시예에 의한 밸브 트레인 부품(로커암)의 경도 시험 결과를 나타낸 그래프 및 표이다.
도시된 바와 같이, 침탄 열처리 결과 로커암(100)의 표면은 약 700 Hv, 표면에서 심부까지 약 400 Hv 이상의 경도를 가지며, 유효 경화층의 깊이는 약 0.52 mm 으로 측정되었고, 밀도를 측정한 결과 7.6 g/cc 로 나타났다.
각종 시험 결과 로커암(100)이 기본적으로 갖추어야 할 물성은 밀도 7.5 g/cc, 표면 경도 650 Hv 이상, 표면에서 심부까지 경도 300 Hv 이상, 유효 경화층의 깊이 0.3 내지 0.6 mm 인데, 본 발명에 의한 로커암(100)은 상기 기본 조건을 모두 만족함을 알 수 있다.
또한, 본 발명에 의해 제조된 로커암(100)의 기계적 강도를 측정한 결과 인장강도 940 MPa, 연신률 0.5 %, 충격강도 9.1 J/cm2 를 얻었는데, 이는 종래 정밀주조법과 거의 동등한 수준의 물성을 가지는 것을 의미한다.
뿐만 아니라, 치수정밀도가 우수한 금속분말 사출 성형을 이용함에 따라 종래 정밀주조보다 가공부위가 60 내지 80 % 절감되어 상기 추가 가공으로 인한 공정 비용 및 재료의 손실을 줄임으로써 원가 절감의 효과를 얻을 수 있다.(종래 정밀주조법에 의한 로커암(100) 치수정밀도 0.65%, 본 발명에 의한 로커암(100) 치수정밀도 0.13% 로 약 5배 정도 우수)
로커암 : 100 로커암 링크 : 110
연속 가변 밸브 리프터 : 120

Claims (7)

  1. 밸브 트레인 부품의 제조방법에 있어서,
    금속분말 및 바인더(binder)를 혼합하여 사출성형용 원료를 수득하는 단계(S100);
    상기 수득된 사출성형용 원료를 밸브 트레인 부품 형상의 금형 내로 사출하여 성형체를 형성하는 단계(S110);
    상기 형성된 성형체를 용매 추출하는 단계(S120);
    상기 용매 추출된 성형체를 탈지 및 소결하여 소결체를 형성하는 단계(S130);
    상기 형성된 소결체를 사이징(sizing) 가공하는 단계(S140);
    상기 사이징 가공된 소결체를 진공 침탄 처리하는 단계(S150); 및
    상기 진공 침탄 처리된 소결체를 연마하는 단계(S160); 를 포함하는 금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사출성형용 원료를 수득하는 단계(S100)는 상기 금속분말이 93 중량% 및 상기 바인더가 7 중량% 가 되도록 혼합하는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속분말은 니켈(Ni) 2 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.5 중량 %, 탄소(C) 0.25 중량 % 및 잔부의 철(Fe)을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소결체를 형성하는 단계(S130)는 진공 분위기에서 아르곤 가스를 공급하고, 상기 탈지된 성형체를 1250 ℃이상의 온도로 가열한 다음 상기 온도를 2시간 동안 유지(soaking)하는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 진공 침탄 처리하는 단계(S150)는,
    상기 사이징 가공된 소결체를 890 ℃ 로 승온시킨 다음 아세틸렌(C2H2) 가스를 이용하여 1시간 동안 침탄 처리한 후,
    상기 890 ℃에서 10 분 동안 탄소를 확산시킨 다음 820 ℃로 하온시킨 후 동일 온도에서 20분 동안 탄소를 확산시키는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 진공 침탄 처리하는 단계(S150)는,
    상기 탄소가 확산된 소결체를 유욕(oil bath)을 이용하여 80 ℃ 의 온도로 담금질한 다음 180 ℃ 로 승온하여 90분 동안 유지한 후 냉각하는 뜨임을 추가적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브 트레인 부품은 로커암(100) 또는 로커암 링크(110)인 것을 특징으로 하는 금속분말 사출 성형을 이용한 밸브 트레인 부품의 제조방법.



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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11028885B2 (en) * 2014-03-28 2021-06-08 Keystone Powdered Metal Company Two-way clutch assembly
CN104128609A (zh) * 2014-07-21 2014-11-05 苏州科瓴精密机械科技有限公司 四冲程发动机摇臂机构及其制备方法
US20180185920A1 (en) * 2015-09-22 2018-07-05 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Lever for actuating gas exchange valves of an internal combustion engine
CN105665714A (zh) * 2016-02-01 2016-06-15 罗松文 一种安全环保高效的催化脱脂炉及其工艺
DE102017221996A1 (de) * 2017-12-06 2019-06-06 Aktiebolaget Skf Nockenfolgerollenvorrichtung, insbesondere für eine Kraftstoffeinspritzpumpe
DE102018208947A1 (de) 2018-06-06 2019-12-12 Aktiebolaget Skf Wälzlagerring mittels eines Metallspritzgussverfahrens
CN112963221B (zh) * 2021-03-15 2022-01-14 潍柴动力股份有限公司 一种制动摇臂及发动机
KR102659910B1 (ko) 2022-06-08 2024-04-22 주식회사 현대케피코 침탄열처리방법 및 그로부터 제조된 침탄부품

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH554559A (ko) * 1973-01-05 1974-09-30
JPS60169501A (ja) 1984-02-15 1985-09-03 Toyota Motor Corp 焼結鍛造用鉄系合金粉末
JPH09279202A (ja) * 1996-04-18 1997-10-28 Daido Steel Co Ltd 金属射出成形用金属粉末、この粉末を使用した焼結浸炭製品およびその製造方法
US6143240A (en) * 1997-11-14 2000-11-07 Stackpole Limited High density forming process with powder blends
JP2000310103A (ja) 1999-04-26 2000-11-07 Nippon Piston Ring Co Ltd ロッカーアーム
JP4054649B2 (ja) 2002-10-01 2008-02-27 日立粉末冶金株式会社 焼入れ組織を呈する鉄系焼結合金の製造方法
US20050163645A1 (en) * 2004-01-28 2005-07-28 Borgwarner Inc. Method to make sinter-hardened powder metal parts with complex shapes
US7887747B2 (en) * 2005-09-12 2011-02-15 Sanalloy Industry Co., Ltd. High strength hard alloy and method of preparing the same
CN100406610C (zh) * 2006-05-11 2008-07-30 上海交通大学 预抽真空氮基气氛保护下无内氧化的渗碳方法
KR20080040270A (ko) * 2006-11-02 2008-05-08 주식회사 만도 금속분말 사출성형을 이용한 스풀 제조방법 및 이를 이용한스풀
CN101205949B (zh) * 2006-12-22 2010-12-29 富准精密工业(深圳)有限公司 动压轴承及转轴的制造方法
US7803313B2 (en) * 2007-02-15 2010-09-28 Precision Castparts Corp. Method for bonding powder metallurgical parts
US8475709B2 (en) * 2007-03-21 2013-07-02 Hoganas Ab (Publ) Powder metal polymer composites
US20100267542A1 (en) * 2007-12-26 2010-10-21 Seoul National University Industry Foundation Solid-solution carbide/carbonitride powder and method for preparing thereof under high temperature
TWI506145B (zh) * 2008-06-06 2015-11-01 Hoganas Ab Publ 以鐵為主之預合金化粉末
KR101076785B1 (ko) * 2008-07-24 2011-10-25 박영석 분말사출 성형체 제조방법
CN101670438A (zh) * 2008-09-12 2010-03-17 深圳市注成科技有限公司 一种金属注射成型产品以及其制作控碳方法
US20100170463A1 (en) * 2008-11-07 2010-07-08 Jose Correa Neto Powder metal rocker arm
JP4269091B1 (ja) * 2008-11-25 2009-05-27 株式会社テクネス タービンローター用シャフトの製造方法
CN102470443B (zh) * 2009-07-17 2014-10-15 波士顿电子材料有限公司 金属粉末和合金的制造和应用
CN101774020B (zh) * 2010-01-20 2012-10-03 中南大学 一种制备钼铜合金零部件的方法
US20120073303A1 (en) * 2010-09-23 2012-03-29 General Electric Company Metal injection molding process and components formed therewith
KR101735438B1 (ko) 2010-10-18 2017-05-15 한국전자통신연구원 실시간 번역 지식 자동 추출/검증 방법 및 그 장치
DE102010061958A1 (de) * 2010-11-25 2012-05-31 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Verfahren zur Herstellung von Triebwerksbauteilen mit geometrisch komplexer Struktur
CN102107282A (zh) * 2011-01-11 2011-06-29 山东金聚粉末冶金有限公司 汽车油路连接头及其制造方法
US20120251377A1 (en) * 2011-03-29 2012-10-04 Kuen-Shyang Hwang Method for enhancing strength and hardness of powder metallurgy stainless steel
CN102454715B (zh) * 2011-08-12 2014-04-23 万向钱潮股份有限公司 一种十字轴万向节及其轴套的制造方法
KR101350944B1 (ko) * 2011-10-21 2014-01-16 포항공과대학교 산학협력단 분말사출성형용 철계 합금
DE102011089260A1 (de) * 2011-12-20 2013-06-20 Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co Kg Verfahren zur Herstellung eines Bauteils durch Metallpulverspritzgießen
US20130315774A1 (en) * 2012-05-24 2013-11-28 Cheng Uei Precision Industry Co., Ltd. Metal injection molding method
KR20140048428A (ko) * 2012-10-15 2014-04-24 현대자동차주식회사 금속분말 사출 성형을 이용한 컨트롤 핑거의 제조방법

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