KR100646246B1

KR100646246B1 - 미끄럼베어링 제조방법

Info

Publication number: KR100646246B1
Application number: KR1020050054944A
Authority: KR
Inventors: 윤덕재; 나경환; 최석우; 임성주; 정하국; 이태희
Original assignee: 한국생산기술연구원; 주식회사 루-보
Priority date: 2005-06-24
Filing date: 2005-06-24
Publication date: 2006-11-23

Abstract

본 발명은 미끄럼베어링 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모재와 금속혼합분말층의 접합강도 및 면압강도를 향상시켜 고하중 및 고강도용의 미끄럼베어링을 제조할 수 있도록 한 미끄럼베어링 제조방법에 관한 것이다.

이를 위해, 중앙에 코어가 설치된 형틀 내부에 모재를 삽입하고 코어와 모재 사이에 금속혼합분말을 공급하되, 상, 하부펀치로 상기 금속혼합분말을 가압 성형한 후 소결시켜 모재와 결합시키는 미끄럼베어링 제조방법에 있어서, 소결 결합된 모재와 금속혼합분말층의 상, 하면과 내, 외측면을 샤프트, 메인롤러, 에지롤러로 구성된 링롤링유닛을 통해 동시에 가압하는 재가압단계와; 상기 재가압된 모재와 금속혼합분말층을 다시 소결 가공하는 재소결단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성에 따라, 링롤링유닛을 통해 모재와 금속혼합분말의 상, 하면과 내, 외측면을 재가압할 뿐 아니라 금속혼합분말층과 접촉되는 모재 내측면을 거칠게 가공하여 면압강도 및 접합강도를 향상시키므로, 고하중 및 고강도용의 미끄럼베어링을 제조할 수 있는 효과가 있고, 링롤링유닛의 샤프트 외측에 돌출턱을 형성하여 미끄럼베어링 내측에 오일홈을 형성할 수 있는 효과도 있다.

미끄럼베어링, 모재, 금속혼합분말, 링롤링유닛, 롤러

Description

미끄럼베어링 제조방법{Method for manufacturing a sliding bearing}

도 1은 종래 기술에 따른 미끄럼베어링 제조방법을 나열한 블록도,

도 2는 종래 기술에 따른 미끄럼베어링 제조방법을 순차적으로 도시한 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 미끄럼베어링 제조방법을 나열한 블록도,

도 4는 본 발명에 따른 미끄럼베어링 제조방법을 순차적으로 도시한 단면도,

도 5는 본 발명에 따른 링롤링유닛을 도시한 사시도.

*도면중 주요 부호에 대한 설명*

100 : 미끄럼베어링 200 : 모재

300 : 금속혼합분말층 310 : 오일홈

400 : 형틀 410 : 상부펀치

420 : 하부펀치 430 : 가이드부시

450 : 코어 500 : 링롤링유닛

510 : 샤프트 511 : 돌출턱

520 : 메인롤러 530 : 에지롤러

S100' : 모재내경 가공단계 S100 : 모재삽입단계

S200 : 금속혼합분말 공급단계 S300 : 금속혼합분말 가압단계

S400 : 반출단계 S500 : 소결단계

S600 : 재가압단계 S700 : 재소결단계

F : 분말공급기

일반적으로, 미끄럼베어링은 베어링 면과 저널이 유막을 사이에 두고 미끄럼운동을 하는 기계요소로써, 중장비, 프레스, 사출기, 차량, 공작기계, 산업기계 등의 구동부위나 슬라이딩부위에 사용되어 축, 저널 또는 카운트 플레이트 등을 지지하는 역할을 한다.

이러한, 미끄럼베어링은 부시형, 분할형, 플레이트형 등 다양한 형태로 이루어지게 되는데, 통상 강철이면금속으로 이루어진 모재에 동계 합금, 알루미늄계 합금, 구리-납계 합금, 동계 및 합성수지계 복합재 등의 금속혼합분말층이 접합되어 구성된다.

도 1과 2는 상기한 미끄럼베어링 중에서 부시형의 미끄럼베어링(10)을 제조하는 방법의 일예를 나타낸 것으로, 크게 모재삽입단계(S10), 금속혼합분말 공급단계(S20), 금속혼합분말 가압단계(S30), 반출단계(S40), 소결단계(S50)로 구성된다.

먼저, 모재삽입단계(S10)는 중앙에 코어(45)가 설치된 형틀(40) 내부에 모재(20)를 삽입하는 것으로, 상기 모재(20)는 형틀(40) 내측에 접촉되게 구비하고, 상기 모재(20) 상단의 형틀(40) 내측에는 가이드부시(43)를 장착한다. 그리고, 상기 모재(20) 하단에는 모재(20)를 지지하는 역할의 하부펀치(42)를 설치한다.

금속혼합분말 공급단계(S20)는 모재(20)와 접합되는 금속혼합분말을 투입하는 것으로, 상기 모재(20)와 코어(45) 사이에 조성되는 공간에 분말공급기(F)를 통하여 공급한다.

계속해서, 금속혼합분말 가압단계(S30)는 형틀(40)에 공급된 금속혼합분말을 가압하는 것으로, 상기 형틀(40) 상부에 위치한 상부펀치(41)를 하강시켜 금속혼합분말을 강한 힘으로 가압함으로써, 금속혼합분말층(30)을 성형한다.

반출단계(S40)는 모재(20)와 가압 성형된 금속혼합분말층(30)을 형틀에서 반출하는 단계로, 코어(45) 둘레에 설치된 하부펀치(42)를 상부로 밀어올려 상기 모재(20)와 금속혼합분말층(30)을 함께 상부로 반출하게 된다. 이 때, 모재(20) 상부에 장착되는 가이드부시(43)는 제거하게 된다.

소결단계(S50)는 금속혼합분말층(30)을 가열하여 모재(20)에 접착하는 것으로, 소결이 이루어져 결합된 모재(20)와 금속혼합분말층(30)은 추가적인 열처리 공정을 거쳐 미끄럼베어링(10)을 생산하게 된다.

즉, 상기한 미끄럼베어링 제조방법은 분말성형방식을 통해 제품을 생산하는 제조방법의 특성상 원재료 이용률이 높고, 복잡한 형상의 제품 생산이 용이하며, 합금 조성과 특성의 균일화, 후가공비의 절감 및 대량생산을 통한 원가절감 등의 장점이 있는 것이다.

그러나, 상기한 종래의 미끄럼베어링 제조방법은 분말성형방식의 특성으로 인한 장점 뿐만 아니라 소재내 잔류하는 기공으로 인해 제품의 구성입자 밀도가 상대적으로 떨어지므로, 조직의 치밀성, 내마모성, 피로특성 등 기계적 성질이 저하되는 단점도 있었다.

특히, 상기한 종래의 미끄럼베어링 제조방법은 금속혼합분말 가압단계에서 금속혼합분말층이 상, 하부분의 밀도편차와 저밀도로 성형되므로, 상기 금속혼합분말층의 면압강도가 현저하게 떨어지는 문제가 있고, 또한 한차례의 소결단계에서 모재와 금속혼합분말층이 접합되므로, 소재간 접합강도가 저하되는 문제도 있는 것이다.

따라서, 상기한 문제점으로 인해 종래의 제조방법으로 제조되는 미끄럼베어링은 고하중이나 고강도용으로는 사용하기 어려운 폐단이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 모재와 접합되는 금속혼합분말층의 밀도를 향상시키고 그 접합강도를 향상시켜 고하중 및 고강도용의 미끄럼베어링을 제조할 수 있도록 한 미끄럼베어링 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 모재와 금속혼합분말의 가압 과정을 통해 오일홈을 형성하여 제조공정을 최소화 및 간소화할 수 있도록 한 미끄럼베어링 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 중앙에 코어가 설치된 형틀 내부에 모재를 삽입하고 상기 코어와 모재 사이에 금속혼합분말을 공급하되, 상, 하부펀치로 상기 금속혼합분말을 가압 성형한 후 소결시켜 모재와 결합시키는 미끄럼베어링의 제조 방법에 있어서, 소결 결합된 모재와 금속혼합분말층의 상, 하면과 내, 외측면을 샤프트, 메인롤러, 에지롤러로 구성된 링롤링유닛을 통해 동시에 가압하는 재가압단계와; 상기 재가압된 모재와 금속혼합분말층을 다시 소결 가공하는 재소결단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한, 재가압단계에서 링롤링유닛의 샤프트 외주면에는 다수의 돌출턱을 형성하여 금속혼합분말층 내측에 다수의 오일홈이 형성되게 한 것을 특징으로 한다.

상기한 형틀에 모재를 삽입하기 이전에 모재의 내측면을 미세한 요철형태로 거칠게 가공하는 모재내경 가공단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 미끄럼베어링 제조방법에 대한 것으로, 크게 모재내경 가공단계(S100'), 모재삽입단계(S100), 금속혼합분말 공급단계(S200), 금속혼합분말 가압단계(S300), 반출단계(S400), 소결단계(S500), 재가압단계(S600), 재소결단계(S700)로 구성된다.

이하 도 3과 도 4를 통하여 설명하면, 먼저 모재내경 가공단계(S100')는 모 재(200)를 형틀(400)에 삽입하기 이전에 모재(200)의 내측면을 가공하는 것으로, 상기 모재(200)의 내측면을 미세한 요철 형태로 거칠게 가공 형성함으로써, 후술되는 금속혼합분말층(300)과의 결합력을 높일 수 있도록 하였다.

그리고, 모재삽입단계(S100)는 중앙에 코어(450)가 설치된 형틀(400) 내측에 모재(200)를 삽입하는 것으로, 상기 모재(200)는 형틀(400) 내측에 접촉 구비하고, 상기 모재(200) 상단의 형틀(400) 내측에는 가이드부시(430)를 장착하며, 상기 모재(200) 하단에는 모재(200)를 지지하는 역할의 하부펀치(420)를 설치한다.

계속해서, 금속혼합분말 공급단계(S200)는 상기 모재(200) 내측에 결합되는 금속혼합분말층(300)을 성형하기 위한 것으로, 상기 모재(200)와 코어(450) 사이의 공간에 분말공급기(F)를 이용하여 금속혼합분말을 공급한다. 이 때, 상기 금속혼합분말은 흑연, 구리, 니켈, 철이 혼합 조성된 것을 사용한다.

다음으로, 금속혼합분말 가압단계(S300)는 모재(200)와 코어(450) 사이에 공급된 금속혼합분말을 가압하는 것으로, 상기 금속혼합분말을 가압하여 금속혼합분말층(300)을 예비 성형할 수 있도록 상기 형틀(400) 상부에 상부펀치(410)를 설치한다.

반출단계(S400)는 가압 성형된 금속혼합분말층(300)과 모재(200)를 동시에 외부로 반출시키는 것으로, 형틀(400) 하단에 설치한 하부펀치(420)를 상부로 밀어올려 상기 금속혼합분말층(300)과 모재(200)를 반출시킨다. 이 때, 상기 모재(200) 상단에 구비되는 가이드부시(430)는 제거된다.

소결단계(S500)는 가압에 의해 성형된 금속혼합분말층(300)을 가열하여 모재 (200) 내측에 소결 접합하는 것으로, 불활성가스의 분위기에서 소결온도는 1050~1150℃에서 1~15분간 유지하는 것이 적절하다.

한편, 본 발명의 특징적인 구성인 재가압단계(S600)는 소결 결합된 모재(200)와 금속혼합분말층(300)의 상, 하면과 내, 외측면을 링롤링유닛(500)을 통해 동시에 재가압하는 것으로, 상기 링롤링유닛(500)은 샤프트(510), 메인롤러(520), 상, 하부의 에지롤러(530)로 구성된다.

도 4 및 도 5를 통하여 보다 상세하게 설명하면, 상기 샤프트(510)와 메인롤러(520)는 수직방향을 중심으로 각각 회전 가능하게 설치되고, 상기 샤프트(510)와 메인롤러(520) 사이에는 소결 접합된 모재(200)와 금속혼합분말층(300)이 가압 상태로 끼워진다.

즉, 샤프트(510) 외측에는 금속혼합분말층(300)의 내측이 가압 상태로 접촉되고, 메인롤러(520) 외측에는 모재(200)의 외측이 가압 상태로 접촉되므로, 상기 샤프트(510)와 메인롤러(520)에 의해 모재(200)와 금속혼합분말층(300)을 서로 가압할 수 있는 것이다. 이 때, 상기 샤프트(510) 외측에는 다수의 돌출턱(511)이 형성되므로, 샤프트(510) 외측에 접촉되는 금속혼합분말층(300) 내측에는 오일홈(310)을 형성할 수 있게 된다.

그리고, 상기 소결 접합된 모재(200)와 금속혼합분말층(300) 상면과 하면에는 원뿔 형태의 에지롤러(530)가 회전 가능하게 각각 설치된다. 즉, 상기 각각의 에지롤러(530)의 일면이 모재(200)와 금속혼합분말층(300)의 상면과 하면 상에 가압 상태로 접촉 회전하므로, 금속혼합분말층(300)의 상, 하면을 각각 가압할 수 있 는 것이다.

계속해서, 재소결단계(S700)는 도 4와 같이 상기 재가압된 금속혼합분말층(300)을 다시 가열하여 모재(200)와의 결합력을 가일층 향상시키는 것으로, 이 때 불활성가스의 분위기에서 소결온도는 1050~1150℃에서 15~45분간 유지하는 것이 적절하다.

그리고, 이처럼 재소결단계(S700)를 거쳐 접착된 모재(200)와 금속혼합분말층(300)은 추가적인 열처리단계를 통하여 경도를 보다 향상시키는 것이 가능하고, 상기 열처리단계는 침탄, 질화, 또는 소려 등 다양한 열처리 방법이 적용 가능하다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 미끄럼베어링 제조방법을 통하여 부시형의 미끄럼베어링(100)을 제조하기 위해서는 도 4와 같이 먼저 모재(200) 내측면을 미세한 요철 형태로 거칠게 가공한 후, 형틀(400) 내측에 접촉 구비되게 모재(200)를 삽입하고, 상기 모재(200) 상단에 가이드부시(430)를 삽입 장착하며, 상기 모재(200)와 코어(450) 사이에 조성되는 공간에 분말공급기(F)를 통하여 금속혼합분말을 공급한다.

그리고, 상기 형틀(400) 상단에 설치된 상부펀치(410)를 하강시켜 금속혼합분말을 강한 힘으로 가압한다. 이 때, 상기 형틀(400) 하단에는 모재(200)와 금속혼합분말을 지지하는 역할의 하부펀치(420)가 설치되므로, 상기 금속혼합분말을 가압하여 금속혼합분말층(300)을 성형할 수 있는 것이다.

이 후에, 상기 상부펀치(410)를 승강시키고 하부펀치(420)를 상승시켜 상기 하부펀치(420)에 지지되는 모재(200)와 금속혼합분말층(300)을 동시에 반출하게 된다. 그리고, 반출된 모재(200)와 금속혼합분말층(300)을 가열하여 상기 모재(200)에 금속혼합분말층(300)을 소결 접착시킨다.

이처럼 소결 접착된 모재(200)와 금속혼합분말층(300)은 다시 링롤링유닛(500)을 통해 재가압하게 된다. 즉, 샤프트(510)와 메인롤러(520)를 통하여 모재(200)와 금속혼합분말층(300)의 내, 외측면을 각각 가압하는 동시에, 복수의 에지롤러(530)에 의해 금속혼합분말층(300)의 상, 하면을 각각 가압하는 것이다.

이와 같은 가압 작용이 이루어지면 상기 샤프트(510)에는 다수의 돌출턱(511)이 형성되므로, 샤프트(510)에 가압되는 금속혼합분말층(300)의 내측면에는 다수의 오일홈(310)이 형성된다. 그리고, 상기 재가압 작용 이후에는 상기 모재(200)와 금속혼합분말층(300)을 다시 소결 가공하여 모재(200)와 금속혼합분말층(300)의 소결 접착력을 가일층 강화시키게 된다.

또한, 상기 재소결 단계를 거친 모재(200)와 금속혼합분말층(300)은 최종적인 열처리단계를 거쳐 고하중용의 미끄럼베어링(100)을 완성하게 된다.

즉, 본 발명의 미끄럼베어링 제조방법은 가압 및 소결단계(S300)(S500)를 거친 모재(200)와 금속혼합분말층(300)을 링롤링유닛(500)을 통해 높이 방향과 직경 방향을 동시에 재가압하고 또한 다시 소결 가공함으로써, 미끄럼베어링(100)의 면압강도 및 접합강도를 가일층 향상시켜 고하중 및 고강도용의 부시형태의 미끄럼베어링(100)을 제조할 수 있는 것이다.

더욱이, 본 발명의 미끄럼베어링 제조방법은 금속혼합분말층(300)의 내측면을 가압하는 역할의 샤프트(510) 외측에 다수의 돌출턱(511)을 형성하므로, 제조 및 완성되는 미끄럼베어링(100) 내측에 오일이 저장되는 오일홈(310)을 형성하게 된다. 따라서, 부가적인 오일홈(310) 제조공정이 불필요하여 제품의 생산능률을 향상시킴과 아울러 제조공정 간소화에 따른 생산비용을 획기적으로 줄일 수 있는 것이다.

뿐만 아니라, 본 발명의 미끄럼베어링 제조방법은 금속혼합분말층(300)과 접촉되는 모재(200)의 내측면을 미세한 요철 형태로 거칠게 가공함으로써, 상기 모재(200) 내측에 접착되는 금속혼합분말층(300)과의 마찰력을 높여 접합강도를 가일층 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 가압 및 소결단계를 거친 모재와 금속혼합분말층을 링롤링유닛을 통해 상, 하면과 내, 외측면을 동시에 재가압하고 또한 다시 소결가공함으로써, 금속혼합분말층을 고밀도 성형하여 미끄럼베어링의 면압강도 및 접합강도를 향상시키고, 이에 따라 고하중 및 고강도용의 부시형태의 미끄럼베어링을 제조할 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 금속혼합분말층의 내측면을 가압하는 역할의 샤프트 외측에 다수의 돌출턱을 형성하므로, 제조 및 완성되는 미끄럼베어링 내측에 오일이 저장되는 오일홈을 형성하게 된다. 따라서, 부가적인 오일홈 제조공정이 불필요하여 제품의 생산능률을 향상시킴과 아울러 제조공정 간소화에 따른 생산비용을 획기적으로 줄일 수 있는 효과도 있다.

뿐만 아니라, 금속혼합분말층과 접촉되는 모재의 내측면을 미세한 요철 형태로 거칠게 가공함으로써, 상기 모재 내측에 접착되는 금속혼합분말층과의 마찰력을 높여 접합강도를 가일층 향상시킬 수 있는 효과도 있는 것이다.

Claims

중앙에 코어가 설치된 형틀 내부에 모재를 삽입하고 상기 코어와 모재 사이에 금속혼합분말을 공급하되, 상, 하부펀치로 상기 금속혼합분말을 가압 성형한 후 소결시켜 모재와 결합시키고, 소결 결합된 모재와 금속혼합분말층의 상, 하면과 내, 외측면을 재가압하며, 상기 재가압된 모재와 금속혼합분말층을 다시 소결 가공하여 미끄럼베어링을 제조하는 방법에 있어서,

상기 모재(200)와 금속혼합분말층(300)을 재가압하는 단계(S600)에서는 샤프트(510), 메인롤러(520), 에지롤러(530)로 구성된 링롤링유닛(500)을 통해 동시에 가압하는 것을 특징으로 하는 미끄럼베어링 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 재가압단계(S600)에서 링롤링유닛(500)의 샤프트(510) 외주면에는 다수의 돌출턱(511)을 형성하여 금속혼합분말층(300) 내측에 다수의 오일홈(310)이 형성되게 한 것을 특징으로 하는 미끄럼베어링 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 형틀(400)에 모재(200)를 삽입하기 이전에 모재(200)의 내측면을 요철형태로 가공하는 모재내경 가공단계(S100')를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미끄럼베어링 제조방법.