KR20230144134A - 지그를 이용한 자동차 cvvd 리프트하우징 소결품의 이온질화 제조방법 - Google Patents

Abstract

본발명은 지그를 이용한 자동차 CVVD 리프트하우징( CVVD LIFTER HOUSING) 소결품의 이온질화 제조방법에 관한 것으로,
입고단계;
세척단계;
탈유단계;
이온질화단계;
샌딩단계;
검사단계;
방청단계;
포장단계;를 거쳐서 제조되는 것을 특징으로 한다. 또한, 이온질화단계는 지그를 사용하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 지그는 lifter housing 의 이온질화 처리 방법 및 체적이 균일하게 제작되는 것으로, 본발명은 이온 질화단계에서 지그를 사용함으로써 자동차 엔진 소결품 리프트하우징의 표면경도 및 경화 깊이의 향상과 함께 열처리후 치수 및 진원도 변화가 적은 현저한 효과가 있다.

Description

지그를 이용한 자동차 CVVD 리프트하우징 소결품의 이온질화 제조방법{Ion nitridation manufacturing method of sintered CVVD lifter housing for automobile using jig}

본발명은 지그를 이용한 자동차 CVVD 리프트하우징( CVVD LIFTER HOUSING) 소결품의 이온질화 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이온 질화단계에서 지그를 사용함으로써 자동차 엔진 소결품 리프트하우징의 표면경도 및 경화 깊이의 증대를 통한 내마모성 향상과 함께, 열처리후 치수 및 진원도 변화가 적은 전용 지그를 이용한 자동차 엔진 소결품 Lifter HOUSING의 이온질화 제조방법에 관한 것이다.(이온질화시 전용 지그를 사용하여 11파이 홀의 주변 체적을 균일화 시켜, 열변형을 방지 하는 지그를 이용한 자동차 CVVD 리프트하우징( CVVD LIFTER HOUSING) 소결품의 이온질화 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 10-2239914호에 배경기술로 기재된 바와 같이 하우징 리프트는 CVVD형 엔진에 장착되어 엔진의 캠샤프트와 연계하여 고속의 회전을 유지할 수 있도록 내부에 베어링이 결합된 상태로 모터의 회전력을 전달받아 편심 구동축의 위치를 변화시키고 지지하는 중요 부품이다.

하우징 리프트는 고속의 회전력에 대한 마모와 엔진 구동시 발생하는 진동에 의한 충격을 흡수하도록 설계되어 있다. 그에 따라, 하우징 리프트는 다수의 부품이 다방향에서 조립되는 복잡한 형상을 구현할 수 있어야 하고, 고정밀도 및 고내구성을 요하는 강성을 지녀야 하며, 중량의 최소화에 의한 연비 향상을 이룰 수 있어야 한다.

상기 10-2239914호에는 상하 방향으로 배치된 기준으로 상하로 관통된 중공을 갖는 몸체부와, 상기 몸체부의 한쪽 옆면으로부터 돌출된 블록부와, 상기 블록부로부터 좌우로 상호 이격되어 연장된 한 쌍의 연장편들, 및 상기 연장편들 사이에서 상기 블록부로부터 함몰된 오목부를 구비하는 형상으로 이루어져 자동차 엔진에 채용되는 하우징 리프트를 제조하는 방법으로서, 피가공물을 환봉 형상으로 마련하는 단계;

마련된 피가공물을 열간 단조한 후, 트리밍 가공해서 1차 중간물로 성형하는 단계;

성형된 1차 중간물을 온간 단조한 후, 트리밍 가공해서 2차 중간물로 성형하는 단계;

성형된 2차 중간물을 온간 밀폐 단조해서 3차 중간물로 성형하는 단계;

성형된 3차 중간물을 냉간 사이징해서 4차 중간물로 성형하는 단계;

성형된 4차 중간물에서 상기 몸체부의 중공으로 성형될 부위를 피어싱 가공해서 5차 중간물로 성형하는 단계;

및 성형된 5차 중간물을 상기 하우징 리프트의 형상을 갖는 최종물로 절삭 가공하는 단계;를 포함하며, 상기 1차 중간물로 성형하는 단계는, 상기 연장편들로 성형될 부위를 상기 연장편들의 간격보다 벌어진 간격을 갖는 1차 예비 연장편들로 성형하는 과정을 포함하며;

상기 2차 중간물로 성형하는 단계는, 성형된 1차 예비 성형편들을 상기 연장편들의 간격보다 벌어진 간격을 갖는 2차 예비 연장편들로 성형하는 과정을 포함하며;

상기 3차 중간물로 성형하는 단계는, 상기 2차 예비 연장편들 사이를 통해 2차 중간물에서 상기 오목부로 성형될 부위를 온간 밀폐 단조하는 과정을

포함하며;

상기 4차 중간물로 성형하는 단계는, 상기 2차 예비 연장편들의 간격을 상기 연장편들의 간격만큼 좁히도록 냉간 사이징하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 엔진용 하우징 리프트 제조방법이 공개되어 있다.

또한 등록번호 10-0560066호에는 이온질화 처리 장치가 공개되어 있다.

그러나 상기 종래기술중 소결품의 소재로한 리프트하우징의 표면경도 및 안정적인 질화층을 형성 시키기가 어려우며 열처리후 치수 및 진원도 변화가 많은 단점이 있었다.

따라서 본발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본발명은 이온 질화단계에서 지그를 사용함으로써 자동차 엔진 소결품 리프트하우징의 표면경도 및 경화 깊이의 향상과 함께 열처리후 치수 및 진원도 변화가 적은 지그를 이용한 지그를 이용한 자동차 CVVD 리프트하우징(CVVD LIFTER HOUSING) 소결품의 이온질화 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본발명은 지그를 이용한 자동차 CVVD 리프트하우징( CVVD LIFTER HOUSING) 소결품의 이온질화 제조방법에 관한 것으로,

입고단계;

세척단계;

탈유단계;

이온질화단계;

샌딩단계;

검사단계;

방청단계;

포장단계;를 거쳐서 제조되는 것을 특징으로 한다.

또한, 이온질화단계는 지그를 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지그는 lifter housing 의 이온질화 처리 방법 및 11파이 홀부주변 체적이 균일하게 제작되는 것을 특징으로 한다.

따라서 본발명은 이온 질화단계에서 지그를 사용함으로써 자동차 엔진 소결품 리프트하우징의 표면경도 및 경화 깊이의 향상과 함께 열처리후 치수 및 진원도 변화가 적은 현저한 효과가 있다.

또한, 본발명은 이온 질화단계에서 지그를 사용함으로써 정밀 치수가 요구되는 부위에 부분적인 질화 처리를 하여 변형을 최소화하는 현저한 효과가 있다.

도 1은 종래 LIFTER HOUSING 정면사진
도 2는 본발명의 전체 공정도
도 3은 본발명의 탈유 공정도
도 4는 본발명의 이온질화 공정도
도 5는 본발명의 이온질화 위한 장입상태도
도 6은 본발명의 이온질화후 진원도 측정시작점표시도
도 7은 본발명의 지그 삽입전 진원도의 공정능력도
도 8은 본발명의 지그 삽입도
도 9는 지그 단면도
도 10은 본발명의 지그 단치도
도 11은 두 개의 지그가 연이어 설치되는 상세도
도 12는 본발명의 다른 실시례 지그 삽입도
도 13은 다른 실시례 지그 단면도
도 14는 본발명의 다른 실시례 지그 단치도
도 15는 본발명의 지그 삽입후 진원도의 공정능력도
도 16은 본발명의 지그 삽입전후에 대한 진원도 치수에 대한 일원분산분석 결과도
도 17은 본발명의 리프트 하우징 상세도

본발명은 지그를 이용한 자동차 CVVD 리프트하우징(CVVD LIFTER HOUSING) 소결품의 이온질화 제조방법 에 관한 것으로,

입고단계;

세척단계;

탈유단계;

이온질화단계;

샌딩단계;

검사단계;

방청단계;

포장단계;를 거쳐서 제조되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탈유단계는 제품 내부의 수분이나 기름을 제거하는 공정인 것으로, 제품을 탈유로에 장입후 승온시부터 질소가스 투입 및 퍼지하여 산화 및 배출가스를 조절하는 a공정, 질소 분위기내에서 450±30 ℃, 3시간 이상 유지하여 제품표면 및 기공안에 잔존하는 가공유를 제거하는 b 공정, 질소분위기에서 로냉하는 c공정으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이온 질화 단계;는 제품을 이온질화로에 장입후 1차 승온 하는 공정으로서 질소 ; 수소 ( 3.5~4.5 ; 2.5~3.5 ) 분위기에서 진행하는 a 공정;

1차 유지 단계로서 질소 ; 수소 ( 3.5~4.5 ; 2.5~3.5 ) 분위기에서 480±30 ℃, 1시간 유지하는 b 공정;

2차 승온 단계로서 질소 ; 수소 ; X gas ( 3.5~4.5 ; 2.0~3.5 ;0.5~1.5 ) 분위기에서 진행하는 c 공정;

2차 유지 단계로서 질소 ; 수소 ; X gas (N ; Co = 3 ; 7)의 비율을 질소 ; 수소 ; X gas ( 3.5~4.5 ; 2.0~3.5 ; 0.5~1.5 ) 분위기에서

550±30 ℃, 3시간 유지하는 d 공정;

질소 ; 수소 ( 3.5~4.5 ; 2.0~3.5 )의 분위기에서 냉각하는 e 공정;으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 샌딩단계는 이온질화시 생성된 표면 이물질 및 탄흔을 제거하는 공정인 것을 특징으로 한다.

검사단계는 이온질화후 제품에 요구되는 미세조직과 경도, 외관, 변형 등의 고객 요구사항을 만족시키기 위한 검사를 실시하는 것을 특징으로 한다.

방청단계는 발청을 예방하기위한 방청,포장 공정을 거쳐 진행하는 것을 특징으로 한다.

또한, LIFTER HOUSING은 GDi(gasoline direct injection) engine의 CVVD (Continuously Variable Valve Duration ) 부품으로 F11.022 +0/-0.012 부위의 열처리후 치수변화 및 진원도가 중요한 기능을 담당하는 부위인 것을 특징으로 한다.

또한, 이온질화단계는 지그를 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지그는 LIFTER HOUSING 의 이온질화 처리 방법 및 (11파이 홀부)체적을 균일화 시켜 열변형을 최소화하여 제작 되는 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.도 1은 종래 LIFTER HOUSING 정면사진, 도 2는 본발명의 전체 공정도, 도 3은 본발명의 탈유 공정도, 도 4는 본발명의 이온질화 공정도, 도 5는 본발명의 이온질화 위한 장입상태도, 도 6은 본발명의 이온질화후 진원도 측정시작점표시도, 도 7은 본발명의 지그 삽입전 진원도의 공정능력도, 도 8은 본발명의 지그 삽입도, 도 9는 지그 단면도, 도 10은 본발명의 지그 단치도, 도 11은 두 개의 지그가 연이어 설치되는 상세도, 도 12는 본발명의 다른 실시례 지그 삽입도, 도 13은 다른 실시례 지그 단면도, 도 14는 본발명의 다른 실시례 지그 단치도, 도 15는 본발명의 지그 삽입후 진원도의 공정능력도, 도 16은 본발명의 지그 삽입전후에 대한 진원도 치수에 대한 일원분산분석 결과도, 도 17은 본발명의 리프트 하우징 상세도이다.

본발명의 LIFTER HOUSING 에 적용된 이온 질화는 0.1~10Torr의 질소 혼합 가스를 진공로에 주입한후 진공로를 양극, 피처리물을 음극으로 하여 수백 Volt의 직류 전압을 가하면 Glow방전이 발생되며, 플라즈마가 부드러운 빛으로 처리물을 덮는다. 분위기 질소 가스가 제품 표면에 침투/확산 하여 확산층과 화합물층으로 구성된 질화층이 형성된다.

본발명의 이온질화는 도 2와 같은 공정에 의해 진행된다.

도 2 중 (a) 입고는 외관,치수,수량등 제품의 이상 유무를 파악하고, 제품의 전처리 이력을 점검하여 재질,경도,치수,외관등을 확인하는 공정이다.

열처리전 제품의 이력이 처리 후 결과에 영향을 미치므로 열처리전 제품이력을 확인한다.

(b) 는 세척공정으로 이온 질화 열처리가 잘 이루어지기 위해서 질소가 표면을 침투하여 내부로 확산되어야 하므로 표면의 가공유 및 이물질을 제거하여 깨끗한 표면을 준비하는 공정이다.

( c )는 제품 내부의 수분이나 기름을 제거하는 공정으로 도 3과 같은 cycle로서 처리된다.

도 3의 a는 제품을 탈유로에 장입후 승온시부터 질소가스 투입 및 퍼지하여 산화방지 및 배출가스를 조절하는 단계이고, b 는 질소 분위기내에서 450±30 ℃, 3시간 이상 유지하여 제품내 잔존하는 가공유를 제거하는 단계이고, c 는 질소분위기에서 로냉하는 공정이다.

도 4 는 이온 질화 공정이다.

도 4의 a는 제품을 이온질화로에 장입후 1차 승온 하는 단계로서 질소 ; 수소 ( 3.5~4.5 ; 2.5~3.5 ) 분위기에서 진행한다. b 는 1차 유지 단계로서 질소 ; 수소 ( 3.5~4.5 ; 2.5~3.5 ) 분위기에서 480±30 ℃, 1시간 유지한다. c 는 2차 승온 단계로서 질소 ; 수소 ; X gas ( 3.5~4.5 ; 2.5~3.5 ; 0.5~1.5 ) 분위기에서 진행한다.

d는 2차 유지 단계로서 질소 ; 수소 ; X gas ( N ; Co = 3 ; 7)의 비율을 질소 ; 수소 ; X gas ( 3.5~4.5 ; 2.5~3.5 ; 0.5~1.5 ) 분위기에서

550±30 ℃, 3시간 유지한다.

e는 질소 ; 수소 ( 3.5~4.5 ; 2.5~3.5 )의 분위기에서 냉각하는 단계이다.

샌딩 공정은 이온질화시 생성된 표면 이물질 및 탄흔을 제거하는 공정이고, f는 이온질화후 제품에 요구되는 미세조직과 경도, 외관 등의 고객 요구사항을 만족시키기 위한 검사를 실시하고, g 발청을 예방하기위한 방청,포장 공정을 거쳐 진행한다.

LIFTER HOUSING 는 GDi(gasoline direct injection) engine의 CVVD ( Continuously Variable Valve Duration ) 부품으로 F11.022 +0/-0.012 부위의 열처리후 치수변화 및 진원도가 중요한 기능을 담당하는 부위이다.

도 5에 이온질화 장입 상태를 나타내는 형태를 보여 준다.

도 5와 같이 이온질화후 표면경도 및 경화 깊이의 품질은 spec내 이상이 없으나, 그림6의 F11.022 +0/-0.012 부위의 진원도가 도 7과 같이 spec. out 이다.

도 7의 진원도 spec 6 ㎛을 만족하기 위한 방안으로 도 8과 같은 지그를 제작하였다. 지그는 도 8과 같은 체적의 불균일로 인한 열응력발생으로 생긴 변형으로 이를 해결하고자 11파이 홀부 주변에 지그를 삽입하여 체적을 동일하게 형성 시킨 지그형상을 가지고 있다. 지그 형상은 수평인 상변중앙에 반원형의 오목홈이 형성되고, 하변은 길이가 상변보다 짧게 형성되며 좌우측은 곡선형으로 오목하게 형성되어 전체적으로 중앙에 파지홈이 형성되는 그릇모양이 된다.

하우징 리프트(10)는 종래기술에도 도시된 바와 같이, 통상적으로 몸체부(11)와, 블록부(12)와, 한 쌍의 연장편(13)들, 및 오목부(14)로 구성된다. 몸체부(11)는 상하 방향으로 배치된 기준으로 상하로 관통된 중공(11a)이 형성되며, 블록부(12)는 몸체부(11)의 한쪽 옆면으로부터 돌출되며, 한 쌍의 연장편(13)들은 블록부(12)로부터 좌우로 상호 이격되어 연장된다. 오목부(14)는 연장편(13)들 사이에서 블록부(12)로부터 함몰된다.

도 8, 9, 10은 지그를 사용하여 장입된 상태를 보여준다. 다른 실시례의 지그가 도 12, 13, 14에 도시되어 있다.

장입에서 처리된 이온질화 제품의 진원도 결과를 도 15에서 보여주고 있다.

도 16은 지그 적용전, 후의 진원도 치수에 대한 일원분산분석 결과를 보이고 있다. 도 16과 같이 진원도의 변화가 지그 적용 전,후에 확연히 다른 것을 알 수 있다.

따라서 본발명은 이온 질화단계에서 지그를 사용함으로써 자동차 엔진 소결품 리프트하우징의 표면경도 및 경화 깊이의 향상과 함께 열처리후 치수 및 진원도 변화가 적은 현저한 효과가 있다.

10..하우징 리프트
11..몸체부
12..블록부
13..연장편
14..오목부

Claims (3)

1. 입고단계;
   세척단계;
   탈유단계;
   이온질화단계;
   샌딩단계;
   검사단계;
   방청단계;
   포장단계;를 거쳐서 제조되는 것을 특징으로 하는 지그를 이용한 자동차 CVVD 리프트하우징(CVVD LIFTER HOUSING) 소결품의 이온질화 제조방법
2. 1항에 있어서, 상기 이온 질화 단계;는 제품을 이온질화로에 장입후 승온 하는 공정인 것을 특징으로 하는 지그를 이용한 자동차 CVVD 리프트하우징(CVVD LIFTER HOUSING) 소결품의 이온질화 제조방법
3. 제2항에 있어서, 상기 이온질화단계는 전용지그를 사용하는 것을 특징으로 하는 지그를 이용한 자동차 CVVD 리프트하우징 CVVD LIFTER HOUSING) 소결품의 이온질화 제조방법