KR20170105881A

KR20170105881A - 소결 인젝터 클램프의 제조방법

Info

Publication number: KR20170105881A
Application number: KR1020160029101A
Authority: KR
Inventors: 이진욱; 백제헌; 엄상원
Original assignee: 대한소결금속 주식회사
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-09-20

Abstract

본 발명은 탄소(C) 0.1 내지 0.6 중량%, 니켈(Ni) 1.5 내지 5 중량%, 동(Cu) 1 내지 2 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.2 내지 0.8 중량% 및 잔부의 철을 포함하는 금속 분말을 준비하는 단계(S1); 상기 금속 분말을 금형에 충진하고 가압하여 측면부에 요철을 가지는 성형체를 제조하는 단계(S2); 상기 형상체를 1100 내지 1300℃에서 소결하여 소결체를 제조하는 단계(S3)를 포함하는 인젝터 클램프의 제조방법에 관한 것으로 상기 인젝터 클램프는 인젝터에 맞물리는 고정부(10); 상기 고정부의 일측면에 높게 형성된 종형의 몸체(20); 상기 고정부(10)와 몸체(20) 사이에 형성된 지지부(30); 및 상기 몸체의 중앙에 구비된 볼트의 홀(40);을 포함하는 구조를 가진다.

Description

소결 인젝터 클램프의 제조방법 {METHOD FOR PRODUCING INJECTOR CLAMP}

본 발명은 소결 인젝터 클램프의 제조방법에 관한 것이다.

인젝터 클램프는 자동차 엔진의 인젝터를 고정하는 역할을 하는 것으로, 인젝터가 연소실에 직접 설치된 직접분사식 엔진에서 분사시의 반력이나 연소실내 압력에 의해 인젝터가 밀려나오지 않도록 인젝터를 고정시키는 기구를 말하는 것이다.

상기 인젝터 클램프는 인젝터에서 발생하는 폭발 하중을 견뎌내기 위해서는, 볼트 축력을 약 20000N 이상 가져야한다.

디젤엔진 등에서 적용되고 있는 인젝터 클램프의 경우 주로 열간단조, 기계가공 및 열처리에 의해서 제조되는 것이며, 이처럼 기계가공을 거칠 경우 제조에 긴 시간이 소요될 뿐 아니라, 제조 비용도 증가하는 단점이 있었다.

또한 상기와 같이 주조 공정을 통해서 인젝터 클램프를 제조할 경우 일정한 치수를 얻기가 어렵다는 단점이 존재한다. 이와 관련하여 국내 공개특허 제2008-0055405호에서 자동차용 인젝터 클램프를 제시한 바 있다.

한편, 소결합금은 제조비용이 저렴하고, 또한 강도나 내마모성 등의 기계적 특성이 우수하기 때문에, 여러 가지의 기술분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 예를 들면, 자동차나 모터사이클 등의 소결합금제 기계부품으로서, 복잡한 형상부분이 있어도 기계가공을 상당히 생략할 수 있기 때문에, 밸브 구동계, 베어링 등 다방면에 걸쳐서 응용되고 있다.

이에 본 발명은 인젝터 클램프의 제조에 있어 소결방식을 사용하여 인젝터 클램프를 제조하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 제 1 구현예는,

탄소(C) 0.1 내지 0.6 중량%, 니켈(Ni) 1.5 내지 5 중량%, 동(Cu) 1 내지 2 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.2 내지 0.8 중량% 및 잔부의 철을 포함하는 금속 분말을 준비하는 단계(S1);

상기 금속 분말을 금형에 충진하고 가압하여 성형체를 제조하는 단계(S2); 및

상기 성형체를 1100 내지 1300℃에서 소결하여 소결체를 제조하는 단계(S3)를 포함하고, 상기 금형은 인젝터 클램프의 제조방법을 제공할 수 있다.

상기 제 1구현예에 따른 상기 S2 단계에서 가압은 4 내지 10 Ton/cm²으로 수행되는 것일 수 있다.

상기 제 1 구현예에 따른 상기 S2 단계의 성형체는 부분 밀도차는 0.2 미만일 수 있다.

상기 제 1 구현예에 따른 상기 S3 단계 이후에 열처리 또는 표면처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 제 2 구현예는 인젝터 노즐을 고정하는 인젝터 클램프에 있어서, 상기 인젝터에 맞물리는 고정부(10); 상기 고정부의 일측면에 높게 형성된 종형의 몸체(20); 상기 고정부(10)와 몸체(20) 사이에 형성된 지지부(30); 및 상기 몸체의 중앙에 구비된 볼트의 홀(40);을 포함하는 클램프이다.

상기 제2구현예에 따른 상기 클램프에서 지지부(30)의 길이[A]는 4mm 이상인 것일 수 있다.

상기 제2구현예에 따른 볼트의 홀로부터 지지부의 길이[B]는 2.5 mm 이상인 것일 수 있다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 소결 인젝터 클램프는 종래 주조법에 의해 제조된 인젝터 클램프에 비해서 중량이 감소하여, 자동차의 경량화 등에 기여할 수 있다.

특히, 소결 방법을 사용하여 인젝터 클램프를 제조하면 일정한 치수에 더하여, 우수한 피로안전율을 얻을 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 인젝터 클램프의 형태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 인젝터 클램프의 뒷면을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 인젝터 클램프의 앞면을 나타낸 도면이다.
도 4는 열간단조 방법으로 제조된 소결 인젝터 클램프의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 인젝터 클램프를 제조한 소결품의 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 인젝터 클램프의 제조방법 및 A 길이에 따른 피로안전도를 확인한 결과를 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 탄소(C) 0.1 내지 0.6 중량%, 니켈(Ni) 1.5 내지 5 중량%, 동(Cu) 1 내지 2 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.2 내지 0.8 중량% 및 잔부의 철을 포함하는 금속 분말을 준비하는 단계(S1);

상기 성형체를 1100 내지 1300℃에서 소결하여 소결체를 제조하는 단계(S3)를 포함하고, 상기 금형은 소결 인젝터 클램프의 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명에서 제조하는 소결 인젝터 클램프의 형태는 도 1에 나타낸 것과 같다.

본 발명의 인젝터 클램프는, 상세하게는 인젝터 노즐을 고정하는 인젝터 클램프에 있어서, 상기 인젝터 노즐에 맞물리는 고정부(10); 상기 고정부의 일측면에 고정부에 비해서 높게 형성된 종형의 몸체(20); 상기 고정부(10)와 몸체(20) 사이에 형성된 지지부(30); 및 상기 몸체의 중앙에 구비된 볼트의 홀(40);을 포함하는 클램프이다.

상기 지지부는 고정부부터 몸체까지 높아지도록 곡선 형태로 형성된 것이다. 또한 상기 몸체의 일측면에는 꼭지부분이 몸체보다 낮게 형성된다.

상기 클램프에서 도 3에 나타낸 고정부(10)의 길이 [A]는 4mm 이상인 것일 수 있다. 상기 [A]가 4mm 이상이어야, 피로안전율을 1.1 이상 획득할 수 있다.

또한 도 3에 나타낸 볼트의 홀로부터 지지부의 길이 [B]는 2.5 mm 이상인 것일 수 있다. 상기 [B]가 2.5mm 이상이어야, 금형 파손이 줄어들 수 있다.

본 발명은 기존의 소결에 의한 인젝터 클램프들이 고정부의 길이가 짧아 응력이 분산되지 않던 문제를 해결하고, [A]를 4mm 이상으로 함으로서 응력 분산 효과를 획득하였고, 이로서 피로안전율이 상승하는 효과를 확인하였다(비교예).

이하 본 발명을 단계별로 보다 상세하게 설명한다.

[S1단계]

본 발명에서 S1 단계는 인젝터 클램프의 재료가 되는 금속 분말을 준비하는 단계이다.

본 발명은 금속분말로 철계 합금분말을 사용함으로서 종래 제품과 동등 이상의 강도를 가질 수 있다.

상기 탄소는 0.1 중량% 미만 사용되면 심부경도를 저하시킬 수 있고, 0.6 중량%를 초과하여 사용되면 취성에 의한 피로강도가 저하되는 문제가 있다.

또한, 니켈은 1.5 중량% 미만 사용되면 소재의 기계적 물성을 저하시킬 수 있고, 5 중량%를 초과하면 소재비를 상승시키고, 성형성이 저하되며, 잔류 오스테나이트가 과다하여 강도가 저하될 수 있다.

또한, 동은 1 중량% 미만 사용되면 소재의 기계적 물성을 저하시킬 수 있고, 2 중량%를 초과하면 경제적인 측면에서 소재비가 상승되고, 성형성이 저하되며, 밀도를 저하시키고 치수산포를 과다하게 생성할 수 있다.

아울러, 몰리브덴은 0.2 중량% 미만 사용되면 소결 또는 열처리 경화능이 저하되고, 0.8 중량%를 초과하면 경제적인 측면에서 소재비가 상승되고, 성형성이 저하될 수 있다.

즉 본 발명은 철을 기본 베이스로 하여 탄소, 니켈, 동, 및 몰리브덴을 상기 범위 내에서 혼합함으로서, 인젝터 클램프에 사용되기에 우수한 물성을 만족시킬 수 있는 것이다.

[S2단계]

본 발명에서 S2 단계는 S1 단계에서 준비된 금속 분말을 금형에 충진하고 가압하여 성형체를 제조하는 단계이다.

상기 금형은 도 1과 같은 형태를 가지도록 설계된 것이 사용될 수 있으며, 상하 펀치, 다이, 및 코어로 구성된 것을 사용한다.

상기 금형을 프레스에 장착하고, 분말을 금형 안의 캐비티에 충진한 후 4 내지 10 Ton/cm²으로 가압해주어 밀도를 7.0 g/cc 이상으로 성형할 수 있다.

고정부의 부분밀도차는 0.2 미만이어야 하며, 이를 초과하면 소결 및 열처리후 변형이 심하여 폭 치수 편차가 공차 0.2이상으로 벗어나게 된다.

상기 가압의 압력은 4Ton/㎠ 미만일 경우 원하는 밀도를 달성할 수 없고, 10Ton/㎠을 초과할 경우 과다 응력으로 금형이 파손될 수 있다.

상기 성형체는 부분 밀도차가 0.2 미만인 것을 사용한다. 상기 부분 밀도차가 0.2를 초과할 경우 소결 및 열처리후 변형이 심하여 폭 치수 편차가 Spec(공차 0.2이상)을 초과하여 상용화될 수 없다.

[S3단계]

본 발명의 S3단계는 형상체를 소결하여 물성을 부여하는 공정이다.

상기 소결 온도는 1100℃ 내지 1300℃인 것이 바람직하고, 1100℃ 미만일 경우 분말간 물질확산 및 Necking이 원활하지 않아 기계적 성질이 부족하고, 1300℃를 초과할 경우 양산성이 저하되는 문제가 있다.

상기 소결 이후로 열처리를 수행하여 원하는 물성 부여를 할 수 있으며, 이때 침탄, 침탄질화 처리도 수행된다. 상기 열처리는 850 내지 900 ℃로 수행되는 것이고, 침탄질화에 사용되는 가스는 아세틸렌, 암모니아 등이 있다.

열처리 수행 후, 표면처리를 추가로 수행할 수 있다. 상기 표면처리는 내식성 향상을 위해 수행되는 것으로, Steam Treatment, Geomet코팅 또는 인산염피막처리, 전착도장 등이 수행된다.

아울러, 본 발명은 상기 공정을 수행하여 제조된 인젝터 클램프를 제공할 수 있다.

실시예

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명 하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시예

금속분말로 철계 합금분말을 사용하였다. 상기 금속 분말의 조성은 탄소 0.3 중량%, 니켈 4 중량%, 동 1.5 중량%, 몰리브덴 0.5 중량% 및 잔부의 철이 혼합된 것을 사용하였다.

상기 금속 분말을 상하 펀치, 다이로 구성된 금형에 넣고 장착된 프레스로 6 Ton/cm²으로 가압하여 주었다. 상기 금형의 형태는 도 1에 나타낸 것과 같은 소결품을 제조될 수 있도록 디자인하였으며, 고정부(10)의 길이[A]를 11.5 mm로 하였고, 볼트의 홀로부터 지지부의 길이[B]는 5.5 mm로 하였다.

상기 가압하여 완성된 성형체를 소결로에서 1130℃ 에서 3 시간동안 소결하였다.

비교예

상기 인젝터 클램프를 종래 열간 단조 및 기계가공 제조공정을 통해서 제조된 제품(도 4)과, A의 길이를 다르게 하여 제조한 소결 제품(도 5)들을 비교하였다. 각각 A의 길이는 3.9mm, 7.0mm, 11.5mm로 하였다.

무게를 측정한 결과, 본 발명의 인젝터 클램프는 132g이었고, 도 4의 클램프는 134g이며, 도 5의 소결 제품의 무게는 146g이었다.

이에 피로안전율을 확인한 결과를 도 6에 나타내었다. 피로안전율은 유한요소해석을 통해서 확인하였다.

상기 도 6에서

으로 나타난 부분이 피로안전율이 떨어지는 부분으로, 주조제조공정을 통해서 제조된 제품의 피로안전율은 볼트의 홀 부분에서 1.54로 나타났고, 고정부 부분에서는 2.5 ~ 2.94로 나타났다.

금형의 형태가 다르고 소결로 형성된 제품(A: 3.9 및 7.0)의 경우 피로안전율이 볼트의 홀 부분에서 1.98 및 3.18로 나타났고, 고정부 부분에서는 1.03~1.88 및 1.61~2.51로 나타난다.

본 발명의 클램프 인젝터는 볼트의 홀 부분에서 2.9의 피로 안전율을, 고정부 부분에서 2.0 내지 2.76의 피로안전율을 가진다.

즉, 열간단조 제품은 볼트의 홀 부분의 피로안전율이 떨어져, 이 부분의 내구성이 떨어지는 것을 확인할 수 있고, A의 길이가 4mm 미만인 소결품은 인젝터와 맞물리는 부분의 강도가 떨어져 내구시 파손 또는 인젝터 노즐을 충분히 고정시킬 수 없다는 것을 알 수 있다.

고정부 : 10 몸체 : 20
지지부: 30 볼트의 홀: 40

Claims

탄소(C) 0.1 내지 0.6 중량%, 니켈(Ni) 1.5 내지 5 중량%, 동(Cu) 1 내지 2 중량%, 몰리브덴(Mo) 0.2 내지 0.8 중량% 및 잔부의 철을 포함하는 금속 분말을 준비하는 단계(S1);
상기 금속 분말을 금형에 충진하고 가압하여 성형체를 제조하는 단계(S2); 및
상기 성형체를 1100 내지 1300℃에서 소결하여 소결체를 제조하는 단계(S3)를 포함하고, 상기 금형은 소결 인젝터 클램프의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 S2 단계에서 가압은 4 내지 10 Ton/cm²으로 수행되는 것을 특징으로 하는 소결 인젝터 클램프의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 S2 단계의 성형체는 부분 밀도차는 0.2 미만인 것을 특징으로 하는 소결 인젝터 클램프의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 S3 단계 이후에 열처리 또는 표면처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소결 인젝터 클램프의 제조방법.
인젝터 노즐을 고정하는 인젝터 클램프에 있어서, 상기 인젝터에 맞물리는 고정부(10); 상기 고정부의 일측면에 높게 형성된 종형의 몸체(20); 상기 고정부(10)와 몸체(20) 사이에 형성된 지지부(30); 및 상기 몸체의 중앙에 구비된 볼트의 홀(
40);을 포함하는, 소결 인젝터 클램프.
제5항에 있어서,
상기 클램프에서 고정부(10)의 길이[A]는 4mm 이상인 것을 특징으로 하는, 소결 인젝터 클램프.
제5항에 있어서,
상기 클램프에서 볼트의 홀로부터 지지부의 길이[B]는 2.5 mm 이상인 것을 특징으로 하는, 소결 인젝터 클램프.