KR20200081808A - 컨트롤 핑거 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 컨트롤 핑거 제조용 원료인 금속 분말과 바인더를 준비하는 단계; 상기 금속 분말과 상기 바인더를 혼련하는 단계; 혼련된 상기 원료를 컨트롤 핑거 형성용 금형에서 사출 성형하는 단계; 형성된 상기 성형체의 상기 바인더를 질산 분위기에서 탈지하는 단계; 탈지된 상기 성형체를 소결하는 단계; 및 형성된 상기 소결체를 후처리하는 단계; 를 포함하는 금속분말 사출 성형을 이용한 컨트롤 핑거의 제조방법을 제공한다.
본 발명은, 컨트롤 핑거의 제조 후 추가적인 가공 공정 없이 최종 형상을 갖추기 위한 최종 형상을 갖출 수 있고, 컨트롤 핑거 성형 후 빠른 시간내에 바인더를 제거할 수 있다.

Description

컨트롤 핑거 제조 방법{Making method for control finger}

본 발명은 컨트롤 핑거 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가공 공정 수가 감소하고, 바인더 제거 작업이 보다 빠르게 이루어질 수 있는 컨트롤 핑거 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 변속기는 클러치와 추진축 사이에 설치되어 차량의 주행 상태 변화에 따라 엔진의 구동력을 적절히 변속시켜 전달하는 장치이다.

차량의 변속기는 차량의 운행 상황에 따라 자동으로 변속이 이루어지는 자동 변속기와 운전자의 조작에 의해 변속이 이루어지는 수동 변속기를 포함한다.

수동 변속기는 기어단의 변속을 위한 컨트롤 기구 및 컨트롤 기구와 연동된 싱크로 메시 기구를 포함하는 것이 일반적이다.

여기서, 싱크로 메시 기구에 연결된 시프트 러그의 작동을 위해 컨트롤 핑거(control finger)가 장착된다.

컨트롤 핑거는 가혹한 조건에서 장시간 사용되어야 하기 때문에 강도, 내마모성 등의 우수한 내구성 및 정밀도가 요구된다.

이를 위하여, 종래에는 구상흑연주철을 이용한 주조공법을 사용하여 제조되지만, 컨트롤 핑거 자체의 정교한 형상으로 인하여 주조 후, 최종 형상을 갖추기 위한 추가적인 가공이 반드시 필요하였으며, 추가 가공으로 인하여 공정상의 비용이 증가되며 재료의 손실이 부가적으로 발생됨으로써 컨트롤 핑거의 제조원가가 증가되므로 이를 해결할 필요가 있다.

컨트롤 핑거의 추가 가공을 줄이기 위해 분말사출성형 공정의 사용이 개시되었다.

여기서, 분말사출성형을 위해서는 소정의 금속 분말과 바인더(왁스 계열)가 함께 공급되고, 성형이 완료되면 바인더를 제거하는 탈지공정이 수행된다. 이때, 탈지 공정은 소정의 열을 인가하며 이루어진다.

열을 인가하며 탈지를 수행하는 탈지 공정은 48시간 이상의 시간을 필요로 하는 등, 많은 시간을 필요로 하므로 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명에 대한 선행기술로는 등록특허 10-0471859호와 미국특허 US 9,095,905를 예시할 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 컨트롤 핑거의 제조 후 추가적인 가공 공정 없이 최종 형상을 갖추기 위한 최종 형상을 갖출 수 있는 컨트롤 핑거 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 컨트롤 핑거 성형 후 빠른 시간 내에 바인더를 제거할 수 있는 컨트롤 핑거 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 컨트롤 핑거 제조용 원료인 금속 분말과 바인더를 준비하는 단계; 상기 금속 분말과 상기 바인더를 혼련하는 단계; 혼련된 상기 원료를 컨트롤 핑거 형성용 금형에서 사출 성형하는 단계; 형성된 상기 성형체의 상기 바인더를 질산 분위기에서 탈지하는 단계; 탈지된 상기 성형체를 소결하는 단계; 및 형성된 상기 소결체를 후처리하는 단계; 를 포함하는 금속분말 사출 성형을 이용한 컨트롤 핑거의 제조방법을 제공한다.

상기 금속 분말은 탄소, 니켈 및 철을 포함할 수 있다.

상기 금속 분말의 직경은 1 내지 25㎛ 일 수 있다.

상기 바인더는, POM(폴리아세탈) 80∼95%, 왁스(카나우바 왁스 또는 파라핀 왁스를 포함함) 1∼5%, 스테아린산 1∼2%를 포함하는 제1 바인더와, 폴리머 1∼10%를 포함하는 제2 바인더를 포함할 수 있다.

상기 폴리머는 EVA, PC, PP, PE 중 선택된 어느 하나 또는 2 이상을 포함할 수 있다.

상기 혼련하는 단계는, 상기 금속 분말과 상기 바인더를 혼련기에 주입하는 단계와, 상기 금속 분말과 상기 바인더를 170~190℃로 2~4시간 동안 가열하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 금속 분말과 상기 바인더는 각각 55~65vol%와 35~45vol%로 준비될 수 있다.

상기 사출 성형하는 단계는, 190-200 ℃의 온도를 유지하는 노즐에 의해 이루어질 수 있다.

상기 금형의 온도는, 100∼130℃ 일 수 있다.

상기 탈지하는 단계는, 상기 상기 성형체를 오븐에 장입하는 단계와, 질산과 질소를 준비하는 단계와, 상기 질산을 상기 오븐 내부로 주입시켜 기화시키는 단계와, 상기 질소를 상기 오븐 내로 공급하는 단계와, 상기 성형체를 상기 오븐 내에서 유지하며 상기 제1 바인더를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 오븐은 110~125℃로 유지될 수 있다.

상기 질산은 1∼10ml/min과 질소 1∼5l/min로 공급할 수 있다.

상기 유지하는 단계는, 상기 질산과 상기 질소의 공급 후, 상기 성형체를 상기 오븐 내에서 4 내지 8시간 유지할 수 있다.

상기 제2 바인더는 상기 소결하는 단계를 수행하며 제거될 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 컨트롤 핑거의 제조 후 추가적인 가공 공정 없이 최종 형상을 갖출 수 있고, 컨트롤 핑거 성형 후 빠른 시간(4~8시간) 내에 바인더를 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨트롤 핑거 제조 방법의 구성을 나타내는 흐름도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨트롤 핑거 제조 방법의 구성을 나타내는 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨트롤 핑거 제조 방법은 금형을 준비하는 단계(ST110), 원료를 준비하는 단계(ST120), 원료를 혼련하는 단계(ST130), 사출성형하는 단계(ST140), 탈지(성형체에서 바인더를 제거)하는 단계(ST 150), 소결하는 단계(ST160) 및 후처리하는 단계(ST170)를 포함한다.

금형을 준비하는 단계(ST110)는 컨트롤 핑거 제조에 사용되는 금형을 준비한다. 준비되는 금형은 금속 분말 사출 성형에 의해 컨트롤 핑거를 제조할 수 있도록 소정의 형태로 이루어질 수 있다.

원료를 준비하는 단계(ST120)는 컨트롤 핑거의 제작에 사용되는 원료는 준비하는 단계로서, 금속 분말과 바인더(binder)를 준비한다.

준비되는 원료에 대해 살펴보기로 한다.

우선, 금속 분말로는 탄소, 니켈, 철을 포함한 합금분말을 준비한다.

금속분말로는 탄소(C) 0.4 내지 0.6 중량%, 니켈(Ni) 1.5 내지 2.5 중량%, 1 중량% 이하의 미소 합금원소를 제외한 나머지는 철(Fe)인 합금분말이 준비될 수 있다.

여기서, 준비되는 금속 분말의 직경의 크기는 1 내지 25㎛ 일 수 있다. 또한, 금속 분말은 구형인 것이 바람직하다.

그리고, 바인더가 준비될 수 있다.

바인더는 제1 바인더와 제2 바인더를 포함한다.

제1 바인더는 POM(폴리아세탈) 80∼95%, 왁스(카나우바 왁스 또는 파라핀 왁스를 포함함) 1∼5%, 계면 활성제인 스테아린산 1∼2%을 포함한다. 제1 바인더는 후술하는 탈지하는 단계에서 제거될 수 있다.

제2 바인더는 폴리머 1∼10%를 포함할 수 있다. 여기서, 폴리머는 EVA, PC, PP, PE 중 선택된 어느 하나 또는 2 이상을 포함할 수 있다.

제2 바인더는 후술하는 소결하는 단계에서 제거될 수 있다.

제1 바인더의 주요 성분인 POM은 사출체의 강도를 높게 하며 이후 탈지공정에서 질산에 의해 침식되어 폴리머에서 모노머로 분해되어 단시간 내에 제거된다. 또한 왁스는 사출성형을 위한 적절한 유동도를 갖게 하기 위해 첨가되며 스테아린산은 계면활성제로서 금속분말과 바인더가 잘 혼합될 수 있도록 하는 역할을 한다.

제2바인더인 폴리머는 탈지단계에서 단시간 내에 제거되는 POM을 대신하여 탈지체의 강도를 유지하는 역할을 하며, 백본 바인더(Backbone Binder)라고도 부른다. 이는 이후 소결 초기단계에 열분해에 의해 제거된다.

금속분말과 바인더가 준비되면, 서로 혼합된다.

이때, 금속 분말과 바인더는 각각 55~65vol%와 35~45vol% 가 서로 혼합될 수 있다. 이 혼합비는 제품의 형상이나 크기에 따라 달라지며 이는 분말의 분율이 높을수록 유동도가 저하되므로 사출길이가 짧아져 금형 내부를 안정적으로 채울 수 있는가가 그 혼합비를 결정하게 된다.

혼합된 금속 분말과 바인더는 혼련기에 공급된 후, 180℃로 가열되며 2시간 동안 혼련될 수 있다. 혼련이 완료된 후, 혼합된 금속 분말과 바인더는 상온으로 냉각 후 적당한 크기로 분쇄하여 사출성형용 재료로 활용한다.

사출성형하는 단계(ST140)는 준비된 금속 분말과 바인더가 균일하게 혼합된 후, 소정의 노즐을 이용하여 준비된 금형 내로 주입하고, 이를 사출성형에 의해 성형체를 제작하는 단계이다.

이때, 노즐은 섭씨 190 ~ 200 도를 유지하는 것이 바람직하다.

노즐의 온도가 섭씨 190 미만인 경우, 사출재료의 유동성이 부족하여 금형의 말단부까지 재료가 도달하지 못할 수 있다. 또한, 노즐의 온도가 섭씨 200 도를 초과하면 저융점의 바인더 성분이 기화되어 사출체 내에 기공을 형성할 수 있다.

또한, 노즐을 통한 금속 분말과 바인더의 혼합물 주입 시, 소정의 사출 압력에 의해 사출될 수 있다.

다음의 [표 1]은 노즐의 온도에 따른 사출 길이와 스파이럴 테스트 결과를 나타낸다.

노즐 온도 (℃)	170	180	190
토오크 (m·g)	120	110	95
사출길이	300mm	340mm	365mm
스파이럴 테 스 트 결 과
비 고	미성형	미성형	정상

상기한 [표 1]에 기재된 바와 같이, 제품의 정상적인 성형을 위해서는 노즐의 온도를 적절하게 유지하는 것이 바람직하다. 제품의 정상적인 성형은 사출성형용 재료가 금형 캐비티(Cavity) 내의 말단부까지 도달하여 미충진되는 부분이 없이 완전한 사출체를 성형하는 것을 의미한다.

또한, 사출성형하는 단계(ST140) 수행 시, 금형의 온도는 100∼130℃인 것이 바람직하다. 금형의 온도가 100℃ 미만으로 유지되는 경우, 사출재료가 금형 내부의 말단부까지 도달하기 이전에 재료 중 바인더 성분의 고화가 발생될 수 있다. 또한, 금형의 온도가 130℃ 이상으로 유지되는 경우, 사출재료 중 저융점 바인더 성분의 기화를 통해 사출체 내부에 기공이 잔존할 수 있다.

또한 적절한 사출속도와 압력 그리고 보압을 주어야 완전한 사출성형체를 얻을 수 있다. 사출 속도, 압력 및 보압의 설정은 사용자의 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

탈지하는 단계(ST150)는 금형 내에서 형성된 사출 성형체가 포함하는 바인더를 제거하는 단계이다.

탈지하는 단계(ST150)는 다음과 같이 수행된다.

성형체를 금형에서 이탈시킨 후, 소정의 오븐에 장입(ST151)하고, 오븐의 온도는 110℃로 유지한다.

우선, 사용자는 질산과 질소를 준비한다(ST152).

이때 준비되는 질산의 농도는 90% 일 수 있다.

질산과 질소가 준비되면, 질산을 기화시킨다(ST153). 질산의 기화는 다음과 같이 이루어질 수 있다.

액상의 질산을 사출체가 장입되어 있는 오븐(oven)으로 공급하여 질산이 오븐의 온도에 의해 기화되도록 한다. 이때, 질산은 5ml/min로 공급될 수 있다.

또한, 질산과 함께 질소가 공급될 수 있다. 이때, 질소는 1∼5l/min로 공급할 수 있다.

질산과 질소의 유량의 하한은 탈지반응속도와 관련성이 있으며 기화된 질산의 농도가 너무 묽으면 성형체 내의 바인더를 효과적으로 제거할 수 없거나 탈지에 너무 장시간이 소요되는 문제가 있으며 반대로 너무 진하면 바인더 제거 보다는 금속 분말과 반응하여 이를 부식시킴으로써 이후 소결공정에서 소결이 원활히 이루어지지 않는 문제를 일으킨다.

기화된 질산은 사출체에 접촉하여 바인더의 제거가 이루어지도록 한다.

질산과 질소를 공급한 후, 성형체는 오븐 내에서 4 내지 8시간 동안 유지(ST155)하여 탈지가 이루어지도록 한다. 이때, 성형체의 두께가 두꺼울수록 유지시간은 연장될 수 있다.

제1 바인더가 포함하는 POM은 질산에 의해 폴리머에서 모노머로 분해되며 제거되지만, 백본(backbone) 바인더 즉, 탈지 공정이 완료된 후에도 성형체의 강도를 유지하는 제2 바인더인 폴리머는 제거되지 않는다.

소결하는 단계(ST160)는 탈지가 완료된 후, 소정 시간 동안 성형체를 1270℃를 유지하는 소결로에서 3시간 동안 유지시키고 소결이 이루어지도록 한다.

소결이 이루어지는 동안 제2 바인더인 폴리머가 제거될 수 있다.

후처리하는 단계(ST170)는 필요에 따라 소결체의 치수 결정을 위해 압력을 가하여 필요 부위에 사이징 가공하거나 고주파 열처리를 실시하는 등 상기 소결체를 최종적인 제품으로 생산하기 위해 필요한 모든 부가적 공정을 포함한다.

본 발명은, 컨트롤 핑거의 제조 후 추가적인 가공 공정 없이 최종 형상을 갖추기 위한 최종 형상을 갖출 수 있고, 컨트롤 핑거 성형 후 빠른 시간내에 바인더를 제거할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (14)

1. 컨트롤 핑거의 제조방법으로서,
   컨트롤 핑거 제조용 원료인 금속 분말과 바인더를 준비하는 단계;
   상기 금속 분말과 상기 바인더를 혼련하는 단계;
   혼련된 상기 원료를 컨트롤 핑거 형성용 금형에서 사출 성형하는 단계;
   형성된 상기 성형체의 상기 바인더를 질산 분위기에서 탈지하는 단계;
   탈지된 상기 성형체를 소결하는 단계; 및
   형성된 상기 소결체를 후처리하는 단계;
   를 포함하는 금속분말 사출 성형을 이용한 컨트롤 핑거의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 금속 분말은 탄소, 니켈 및 철을 포함하는 컨트롤 핑거의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 금속 분말의 직경은 1 내지 25㎛ 인 컨트롤 핑거의 제조방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 바인더는,
   POM(폴리아세탈) 80∼95%, 왁스(카나우바 왁스 또는 파라핀 왁스를 포함함) 1∼5%, 스테아린산 1∼2%를 포함하는 제1 바인더와,
   폴리머 1∼10%를 포함하는 제2 바인더를 포함하는 컨트롤 핑거의 제조방법.
5. 제4항에 있어서
   상기 폴리머는 EVA, PC, PP, PE 중 선택된 어느 하나 또는 2 이상을 포함하는 컨트롤 핑거의 제조방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 혼련하는 단계는,
   상기 금속 분말과 상기 바인더를 혼련기에 주입하는 단계와,
   상기 금속 분말과 상기 바인더를 170~190℃로 2~4시간 동안 가열하는 단계를 포함하는 컨트롤 핑거의 제조방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 금속 분말과 상기 바인더는 각각 55~65vol%와 35~45vol%로 준비되는 컨트롤 핑거의 제조방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 사출 성형하는 단계는,
   190-200 ℃의 온도를 유지하는 노즐에 의해 이루어지는 컨트롤 핑거의 제조방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 금형의 온도는,
   100∼130℃ 인 컨트롤 핑거의 제조방법.
10. 제3항에 있어서,
    상기 탈지하는 단계는,
    상기 성형체를 오븐에 장입하는 단계와,
    질산과 질소를 준비하는 단계와,
    상기 질산을 상기 오븐 내부로 주입시켜 기화시키는 단계와,
    상기 질소를 상기 오븐 내로 공급하는 단계와,
    상기 성형체를 상기 오븐 내에서 유지하며 상기 제1 바인더를 제거하는 단계를 포함하는 컨트롤 핑거의 제조방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 오븐은 110~125℃로 유지되는 컨트롤 핑거의 제조방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 질산은 1∼10ml/min로, 상기 질소는 1∼5l/min로 공급되는 컨트롤 핑거의 제조방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 유지하는 단계는,
    상기 질산과 상기 질소의 공급 후, 상기 성형체를 상기 오븐 내에서 4 내지 8시간 유지하는 컨트롤 핑거의 제조방법.
14. 제3항에 있어서,
    상기 제2 바인더는 상기 소결하는 단계를 수행하며 제거되는 컨트롤 핑거의 제조방법.

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