KR20160068157A - 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체 - Google Patents

Abstract

분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체는 분말 금속으로 성형 마련되며 제1접합면을 갖는 제1부재와, 분말 금속으로 마련되며 소결 시 제1접합면과 브레이징재로 접합되는 제2접합면을 갖는 제2부재를 포함하는 복합 조립체에 있어서, 제1접합면과 제2접합면 중 어느 하나에는 소결 시 용융되는 브레이징재의 흐름을 유도하기 위한 플로우라인이 방사형으로 마련된다.

Description

분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체{Composite Assemblies including Powdered Metal Components}

본 발명은 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 분말 금속 부품을 브레이징재(Brazing Material)를 이용하여 접합하는 복합 조립체에 관한 것이다.

기계 장치에 이용되는 많은 금속 부품들은 복잡한 형상을 가지고 있다. 큰 부품이나 형상이 복잡하지 않은 금속 부품들은 주조 및 단조 후 기계 가공으로 제조될 수 있지만, 주조 및 단조 공정은 많은 노동력과 에너지를 필요로 할 뿐만 아니라 기계 가공 중 원재료 손실이 많기 때문에 경제성이 떨어진다.

최근에는 복잡한 형상의 부품을 만들기 위해 분말야금공법을 이용한다. 분말야금공법에서는 철 및 기타 첨가물 분말을 소정 압력 하에서 형상을 만드는 성형 과정을 통해 Net Shape 형상의 성형체(green compact)를 만들고 이후 소결로에 통과시켜 성형체를 소결한다. 분말야금부품은 현재 동력전달장치(power transmission)를 포함한 다양한 분야에 널리 사용되고 있다. 금속 부품을 최종적인 형상에 가까운 형상으로 성형할 수 있는 분말야금공법은 기계 가공 방식에 비해 재료의 낭비를 줄이고 제품의 제조 효율을 증가시키는 장점이 있다.

한국 공개특허 제10-2013-0005551호(2013.01.16.) 상기 문헌은 플레이트와 제1스파이더와 제2스파이더가 소정 간격으로 적층 결합되어 이루어지는 자동변속기용 유성 캐리어에 있어서, 플레이트와 제1스파이더와 제2스파이더를 분말 금속을 압축 성형해서 마련하고, 이후 이들을 브레이징재로 소결 접합하여 최종 완성되는 유성 캐리어를 개시하고 있다. 다수의 분말 금속 부품을 분말 금속으로 성형하고 이들을 브레이징재로 결합하는 복합 조립체는 완제품의 접합 강도가 요구되는 스펙 예를 들면, 스틸 완제품의 피로 내구 강도만큼 나와야 하는데, 소결 시 브레이징재의 흐름이 원활히 이루어지지 않을 경우 접합 강도 및 치수 불균형 문제가 발생하였다.

본 발명의 실시 예에 따른 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체는 브레이징재를 이용하는 접합면의 결합 강도를 높이고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 분말 금속으로 성형 마련되며 제1접합면을 갖는 제1부재와, 분말 금속으로 마련되며 소결 시 제1접합면과 브레이징재로 접합되는 제2접합면을 갖는 제2부재를 포함하는 복합 조립체에 있어서, 제1접합면과 제2접합면 중 어느 하나에는 소결 시 용융되는 브레이징재의 흐름을 유도하기 위한 플로우라인이 마련되는 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체가 제공될 수 있다.

또한, 상기 플로우라인이 마련되는 제1부재 또는 제2부재는 브레이징재를 마련하기 위한 브레이징홀을 포함하고, 상기 플로우라인은 브레이징홀을 중심으로 다수개가 방사상으로 직선 배치될 수 있다.

또한, 상기 플로우라인이 마련되는 제1접합면 또는 제2접합면은 바닥면으로부터 함입 마련될 수 있다.

또한, 상기 플로우라인은 다각형의 경우 브레이징홀과 꼭지점을 연결할 수 있다.

또한, 상기 플로우라인이 마련되지 않은 다른 제1접합면 또는 제2접합면은 이격돌기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 이격돌기와 플로우라인은 적층 시 어긋나도록 배치될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체는 상호 접합되는 제1부재 및 제2부재 중 어느 하나의 접합면에 용융 브레이징재의 흐름을 유도하는 플로우라인을 방사상으로 마련함으로써 한정된 소결 시간 내에 신속하게 용융 브레이징재가 접합면의 테두리까지 도달하게 하여 접합 강도를 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체는 상호 접합되는 제1부재 및 제2부재 중 어느 하나의 접합면에 이격돌기를 마련하여 용융 브레이징재가 이동하는 공간을 확보하는 한편 조립체의 치수 정밀도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체의 일례로 자동변속기용 유성 캐리어의 결합 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체의 일례로 자동변속기용 유성 캐리어를 분해 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체의 제1접합면을 확대 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체의 제1,2접합면을 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 단면도 및 일부 확대도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체의 다양한 실험 예에 따른 접합면들을 도시한 사진이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체의 일례로서 자동변속기용 유성 캐리어(이하, 유성 캐리어라 함)를 도시한 결합 사시도 및 분해 사시도이다.

도면들을 참조하면, 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체인 유성 캐리어는 조립 시 상부에 위치하는 제1부재로서의 플레이트(10)와, 하부에 위치하는 제2부재로서의 스파이더(20)를 포함한다.

플레이트(10)는 스파이더(20)와의 사이에 선기어(미도시) 및 유성 피니언(미도시)이 각각 장착될 수 있도록 중심에 마련되는 선기어 장착공(12)과, 선기어 장착공(12) 주위에 원주 방향으로 다수개가 마련되는 피니언 장착공(14)을 포함한다.

또한, 플레이트(10)는 도 2에 도시한 바와 같이 제2부재인 스파이더(20)와 소결 시 접합하기 위한 제1접합면(16)을 바닥면에 포함한다. 제1접합면(16)은 후술할 스파이더(20)에 마련되는 제2접합면(36)이 정확하게 위치 결합할 수 있도록 대응 형상으로 함입 마련된다.

스파이더(20)는 사이드 베어링 및 유성 피니언을 지지 보호하며, 플레이트(10)와 마찬가지로 중앙에는 선기어 장착홀(22)이 마련되고 그 주위에 일정 간격으로 피니언 장착홀(24)이 마련된다.

또한, 스파이더(20)는 플레이트(10)와 스파이더(20) 사이의 간격을 지지할 수 있도록 바닥으로부터 돌출된 레그(30)를 포함한다. 레그(30)는 스파이더(20)와 일체로 성형 마련될 수 있으며, 다수개가 피니언 장착홀(24)과 이격하여 적절히 배치 마련된다.

레그(30)의 상면에는 제1부재인 플레이트(10)와 소결 시 접합되는 제2접합면(36)이 마련된다. 본 실시 예에서 제2접합면(36)은 각 변이 라운딩된 사다리꼴 형태로 예시되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 삼각형이나 사각형 등의 다각형또는 원형이나 타원 등의 형태도 가능하다. 레그(30)의 제2접합면(36)에는 브레이징재(40)가 거치되며, 접합면의 간격 유지를 위한 이격돌기(32)가 돌출 마련될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 유성 캐리어는 스파이더(20)와 플레이트(10)를 각각 분말 금속으로 압축 성형하고, 성형된 스파이더(20)와 플레이트(10)의 사이에는 브레이징재(40)를 삽입하고 플레이트(10)의 상측면에는 구리 링(50)을 올려 놓은 후, 이들을 소결로에 넣고 가열하면 브레이징재 및 구리가 용융 및 용침되면서 완제품으로 제조될 수 있다.

도 3은 분말 금속 부품으로 조립되는 복합 조립체의 상부에 위치하는 제1부재로서의 플레이트(10) 바닥면을 확대 도시한 도면이다.

도시한 바와 같이, 플레이트(10)의 바닥면에 형성된 제1접합면(16)에는 브레이징재(40)를 삽입할 수 있는 브레이징홀(17)과, 브레이징홀(17)로부터 방사상으로 분포 마련되는 복수의 플로우라인(18)이 마련된다. 제1접합면(16)의 중앙에 위치하는 브레이징홀(17)은 소결 시 용융 브레이징재가 제1접합면 전체에 골고루 퍼질 수 있도록 하며, 방사형의 플로우라인(18)은 한정된 소결 시간 동안 용융 브레이징재의 흐름성을 높여 제1접합면(16)의 단차 끝단의 테두리까지 용융 브레이징재가 신속하게 도달할 수 있도록 한다. 본 실시 예에서 브레이징홀(17)은 오픈 홀로 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 클로우즈 홀(Blind Hole) 형태로 마련될 수도 있다.

플로우라인(18)은 제1부재에 소정 두께로 함입 마련되는 제1접합면(16) 내부에 다시 소정 두께로 함입 마련되어 소결 시 용융되는 브레이징재(40)의 흐름성을 높여 접합 강도를 높인다. 이를 위해 플로우라인(18)은 다수개가 제1접합면(16)에 마련되는데, 도 3에 확대 도시한 바와 같이 적어도 일부 플로우라인(18)은 접합면이 다각형인 경우 브레이징홀(17)로부터 거리가 먼 꼭지점(또는 모서리)들을 직선 형태로 연결한다. 이는 한정된 소결 시간 내에 용융 브레이징재가 신속하게 단차 끝단의 테두리까지 이동할 수 있도록 유도하기 위함이다. 곡선 형상의 플로우라인(18)은 테두리까지 이동하는 용융 브레이징재의 이동하는 속도를 지연시킬 수 있다.

또한, 브레이징홀(17)과 꼭지점을 연결하는 플로우라인(18)은 금형 형상의 가공성을 높이기 위해 중앙에 위치하는 브레이징홀(17)을 통과하여 직선 형태로 맞은편까지 연장될 수도 있으며, 플로우라인(18a)의 일부는 복수의 플로우라인(18) 사이의 간격이 먼 경우 추가로 마련될 수도 있다.

또한, 플로우라인(18)은 제1부재에 함입 마련되는 제1접합면(16)과 제2부재에 돌출 마련되는 제2접합면(36) 중 함입 마련되는 제1접합면(16)에 마련될 수 있다.

스파이더(20)의 레그(30)에 마련되는 제2접합면(36)은 도 2에 도시된 바와 같이 표면에 이격돌기(32)를 포함한다. 이격돌기(32)는 제1접합면(16)과 제2접합면(36) 사이에 일정 간격(도 5의 H)을 확보하여 용융 브레이징재가 퍼져 나갈 수 있는 공간을 형성하는 한편, 복합 조립체의 치수 안정성 특히 높이를 균일하게 확보할 수 있도록 한다.

이러한 이격돌기(32)는 도 4에 도시한 바와 같이 제1접합면(16)에 마련되는 플로우라인(18)과 겹치지 않도록 어긋나게 배치한다. 이격돌기(32)와 플로우라인(18)이 겹치면 용융 브레이징재의 흐름을 방해하여 접합 불량이 발생할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 상호 접합되는 제1,2접합면에 플로우라인과 이격돌기를 각각 구비하는 유성 캐리어의 결합 강도를 보이기 위해 실험한 것이다.

도면을 참조하면, 먼저 접합면의 형상에 있어서 제1 실험 예는 플로우라인(18)을 접합면의 테두리까지 연장하고 각 플로우라인(18)은 접합면의 꼭지점을 연결하는 본 실시 예의 것이고, 제2 실험 예는 플로우라인(18)을 접합면의 테두리까지 연장하지 않은 제1 비교예이며, 제3 실험 예는 플로우라인(18)을 접합면의 테두리까지 연장하지 않으며 플로우라인의 위치도 꼭지점이 아닌 테두리의 변까지 연결한 제2 비교예이고, 제4 실험 예는 플로우라인(18)을 접합면의 테두리까지 연장하고 플로우라인의 위치는 꼭지점뿐만 아니라 테두리의 변까지 연결한 제4 비교예이다.

제1 실험 예 내지 제4 실험 예에 따른 복합 조립체는 동일한 무게의 브레이징재를 이용하고, 온도 및 압력 조건이 동일한 상태에서 소결되었다.

완성 후 접합면을 UTM으로 이탈시험하여 분석한 결과, 제1 실험예는 제1,2접합면(16,36)의 융융 브레이징재 퍼짐 상태가 우수함을 알 수 있으며, 제2 실험 예는 제1접합면(16)의 용융 브레이징재 퍼짐 상태는 우수하지만 제2접합면(36)의 경우 플로우라인(18)이 형성되지 않은 테두리 부근에서 부분적으로 브레이징재가 흐르지 않아 접합 상태가 좋지 않음을 알 수 있다.

제3 실험 예는 제1접합면(16)에 플로우라인(18)이 있음에도 불구하고 용융 브레이징재가 테두리까지 균일하게 퍼지지 않았음을 알 수 있으며, 제2접합면(36)에서는 그 상태가 더욱 불균일하였다. 이는 플로우라인(18)이 브레이징홀(17)로부터 테두리까지 연장되지 않아 용융 브레이징재가 테두리까지 한정된 소결 시간 동안 퍼지지 않은 것으로 판단된다.

제4 실험 예는 제3 실험 예와 마찬가지로 플로우라인(18)이 있음에도 불구하고 용융 브레이징재가 테두리까지 균일하게 퍼지지 않았음을 알 수 있으며, 또한 과도한 개수의 플로우라인(18)이 접합면에 마련되어 브레이징재의 흐름을 저해함으로써 제1접합면(16)과 제2접합면(36)에 모두 브레이징재(40)가 흐르지 않은 구역이 다수 발견되었다.

10..제1부재(플레이트) 16..제1접합면
17..브레이징홀 18..플로우라인
20..제2부재(스파이더) 30..레그
32..이격돌기 36..제2접합면
40..브레이징재

Claims (6)

1. 분말 금속으로 성형 마련되며 제1접합면을 갖는 제1부재와, 분말 금속으로 마련되며 소결 시 제1접합면과 브레이징재로 접합되는 제2접합면을 갖는 제2부재를 포함하는 복합 조립체에 있어서,
   상기 제1접합면과 제2접합면 중 어느 하나에는 소결 시 용융되는 브레이징재의 흐름을 유도하기 위한 플로우라인이 마련되는 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 플로우라인이 마련되는 제1부재 또는 제2부재는 브레이징재를 마련하기 위한 브레이징홀을 포함하고,
   상기 플로우라인은 브레이징홀을 중심으로 다수개가 방사상으로 직선 배치되는 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 플로우라인이 마련되는 제1접합면 또는 제2접합면은 바닥면으로부터 함입 마련되는 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 플로우라인은 다각형의 경우 브레이징홀과 꼭지점을 연결하는 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 플로우라인이 마련되지 않은 다른 제1접합면 또는 제2접합면은 이격돌기를 포함하는 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 이격돌기와 플로우라인은 적층 시 어긋나도록 배치되는 분말 금속 부품을 포함하는 복합 조립체.

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