KR101519751B1

KR101519751B1 - 자동차용 싱크로나이저 허브와 그 제조방법

Info

Publication number: KR101519751B1
Application number: KR1020130155232A
Authority: KR
Inventors: 신나라
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2015-05-12
Also published as: US9528558B2; US20170203367A1; US20150167815A1; DE102014217623A1; CN104712677A

Abstract

본 발명은 자동차용 싱크로나이저 허브와 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차용 변속기 싱크로나이저 허브의 내측 스플라인부와 외측 스플라인부를 서로 다른 재질로 구성하여 기계적 물성을 향상시키고 원가를 절감한 자동차용 싱크로나이저 허브와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

자동차용 싱크로나이저 허브와 그 제조방법{SYNCRONIZER HUB FOR VEHICLES AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 자동차용 싱크로나이저 허브와 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차용 변속기 싱크로나이저 허브의 내측 스플라인부와 외측 스플라인부를 각기 다른 재질로 구성하여 기계적 물성을 향상시키고 원가를 절감한 자동차용 싱크로나이저 허브와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에는 엔진으로부터 발생된 동력을 감속하여 타이어에 전달하기 위한 동력전달장치가 마련되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 동력전달장치 중 수동변속기의 싱크로메시 기구는, 샤프트(미도시)에 스플라인 결합되는 클러치 허브(12)와, 클러치 허브(12)의 외주에 스플라인 결합되는 슬리브(11)와 샤프트에 회전가능하게 설치되는 변속기어(16)와, 변속기어(16)의 콘부에 형성되어 슬리브(11)와 치합되는 클러치 기어(16')와, 변속기어(16)의 콘부에 결합되고 슬리브(11)의 이동에 따라 콘부에 접촉되는 순간 클러치 작용하는 싱크로나이저 링(14)과, 클러치 허브(12)의 홈(12')에 끼워지고 싱크로나이저 스프링(미도시)의 확장력에 의해 슬리브(11)의 안쪽면에 밀어 붙여져 있으면서 슬리브(11)의 이동에 따라 싱크로나이저 링(14)의 홈부에 삽입되는 키이(15)로 구성된다. 따라서 슬리브가 이동되어 주속으로 회전되고 있는 변속기어의 클러치 기어에 치합됨으로써 변속기의 회전력을 샤프트에 전달한다.

이러한 동력전달장치에서 싱크로나이저 허브는 변속시에 슬리브가 부드럽게 진행할 수 있도록 가이드 역할을 함과 동시에 회전방향의 슬리브를 지지하는 역할을 한다.

이와 같은 싱크로나이저 허브는 클러치 기어에 마찰되는 보스부, 스플라인 결합부, 중간연결부 및 슬리브와 결합되는 외측 스플라인부로 이루어지는 복잡한 형상을 가지므로, 주로 소결재가 사용되고 있다. 특히, 보스(Boss)부에서는 동기화시 클러치기어와 미끄럼 마찰현상이 발생되므로, 내마모성 증대를 위해 이 보스부에는 고주파 열처리 또는 전면 침탄이 주로 실시된다.

그런데 이러한 보스부의 내마모성 처리는 제품 원가 상승의 한 요인이 되고 있으며, 최근 변속 토크가 증가되는 추세에 따라 소결재의 강성 한계에 이르면 싱크로나이저 허브가 파손되기도 한다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 한국특허공개 제2010-5358호에서는 크롬과 몰리브덴이 합금화된 철계 분말을 재료로 하여 소결 및 제어 냉각함으로써, 저가이면서도 고강도를 가지는 싱크로나이저 허브에 관하여 제안하고 있다. 그러나 이러한 구조의 싱크로나이저 허브는 그 제작이 용이하지 아니하고 내구성 면에서 개선의 여지가 있었다.

또한, 한국특허등록 제10-217604호에서는 동분말 소결재로 이루어진 내경 압입부와 소결 합금재로 이루어진 외부링 몸체부의 이중구조로 분리 형성하되 내경 압입부가 외부링 몸체부의 내경으로 압입된 채 일체화되게 구성한 싱크로나이저의 이중구조에 관하여 제안하고 있다. 그러나 이 경우 부품 수가 증가되고 외부링을 압입하여 조립된 구조를 가짐으로 인해 기능 제품 불량이 발생할 가능성이 높다.

한편, 이종 재질의 금속을 이용하여 하나의 성형품의 몸체를 제조하는 기술로서, 일본특허공개 제1996-41503호에서는 제1의 분말재료를 임시 압축 분말하여 제1 임시압축분말재료를 성형하고, 그 다음에 제1 임시압축분말재료를 그대로 금형틀에 넣은 상태로 제2 분말재료를 충전하고, 그 다음에 제2 압축분말재료를 임시 압축 분말하여 제2 임시압축분말재료를 성형한 다음, 제1 임시압축분말재료 및 제2 임시압축분말재료를 가압 일체화하여 압축분말 성형체를 성형한 후 소결하는 기술이 제안되어 있다. 또한, 한국특허공개 제2011-117831호에서는 경질의 금속분말을 넣고 가압하여 절삭팁을 형성하고, 연질의 금속분말을 넣고 가압하여 절삭블럭을 형성하고 이들을 서로 결합되게 가압 성형함으로써 이종재질을 이용하여 절삭팁을 구성하는 기술이 제안되어 있다.

그러나 이러한 이중재질 구성에 관한 기술은 적용하는 성형품의 종류와 기능에 따라 금속 소재의 선택과 구성이 어렵고 일체화 과정도 어려울 뿐 아니라 성형품의 물성을 우수하게 유지하도록 하는데 어려움이 있고, 특히 자동차용 싱크로나이저 허브의 구조 특성 상기의 기술을 그대로 적용하기 어려운 문제가 있다.

1. 한국특허공개 제2010-5358호 2. 한국특허등록 제10-217604호 3. 일본특허공개 제1996-41503호 4. 한국특허공개 제2011-117831호

위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 오랫동안 연구 검토한 결과, 자동차용 변속기 싱크로나이저 허브를 구성함에 있어서 내측 스플라인부와 외측 스플라인부를 각기 다른 재질로 구성하여 이중 성형하게 되면 물성이 우수하면서도 원가를 절감할 수 있다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명의 목적은 내측 스플라인부와 외측 스플라인부를 각기 다른 재질로 구성하여 이중 성형한 자동차용 싱크로나이저 허브를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 서로 다른 이중 성형공정을 거쳐 내측 스플라인부와 외측 스플라인부를 각기 다른 재질로 물성이 우수하면서도 원가를 절감할 수 있는 자동차용 싱크로나이저 허브의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 과제 해결을 위하여, 본 발명에서는 싱크로나이저 허브의 내측 스플라인부와 외측 스플라인부를 서로 다른 재질로 구성하여 일체화된 이중 성형체로 이루어진 자동차용 싱크로나이저 허브를 제공한다.

또한, 본 발명은 금형 본체와 상부에 위치한 제1 금형 및 하부에 위치한 제2 금형이 이루는 공간에, 내측 스플라인부를 구성하는 내측 분말을 충전하는 단계; 제1 프레스를 이용하여 제2 금형에서 내측 분말을 프레스 성형하여 내측 스플라인부를 구성하는 단계; 상기 제1 금형을 하부로 이동시키고, 금형 본체와 제1 금형 및 상기 성형된 내측 스플라인부가 이루는 공간에, 외측 스플라인부를 구성하는 외측 분말을 충전하는 단계; 프레스 상부를 180도 회전시켜서 제1 프레스 위치를 제2 프레스로 변경시킨 후, 제2 프레스를 이용하여 외측 분말을 프레스 성형하여 외측 스플라인부를 상기 내측 스플라인부와 일체화되게 구성하는 단계; 상기 제1 금형 및 제2 금형을 상부로 상승시켜서, 상기 내측 스플라인부와 외측 스플라인부가 일체화된 이중 성형체를 탈형 제거하는 단계; 상기 이중 성형체를 소결, 후가공 및 고주파 열처리하는 단계를 포함하는 상기 자동차용 싱크로나이저 허브의 제조방법을 제공한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 자동차용 싱크로나이저 허브는 허브의 구조상 요구 특성에 따라 최적화된 재질로 제조할 수 있으므로, 기계적 설질이 향상되고 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 싱크로나이저 허브는 기계적 물성이 향상되므로 그에 따른 경량화 설계가 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명은 내측 스플라인부와 외측 스플라인부가 일체화된 이중 성형체로 제조하는 공정이 매우 효율적으로 구성되어 있어서 우수하고 경량화된 상기와 같은 싱크로나이저 허브를 간편하고 경제적으로 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명에서 제공되는 자동차용 싱크로나이즈 허브가 가 적용되는 부품의 분해사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 싱크로나이즈 허브의 이중 성형체에 대한 단면 구조도 이다.
도 3은 본 발명에 따른 싱크로나이즈 허브를 성형하여 제작하는 성형과정을 (a) 내지 (d)의 단계별로 개략적으로 나타낸 단면 상태도이다.
도 4에서 (a)와 (b)는 본 발명에 따라 실시예에서 제조된 싱크로나이저 허부에 대한 외측 스플라인부(SMF9060M)의 열처리 전, 후의 마찰 마모량을 확인하기 위한 현미경 사진이고, (b)와 (c)는 내측 스플라인부(FL5208)의 열처리 전, 후의 마찰 마모량을 확인하기 위한 현미경 사진이다.

이하, 본 발명을 하나의 구현예로서 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 자동차용 변속기 싱크로나이저 허브를 구성함에 있어서 내측 스플라인부와 외측 스플라인부를 각기 다른 재질로 구성하여 이중 성형체로 이루어진 자동차용 싱크로나이저 허브에 관한 것이다. 도 2는 이러한 본 발명에 따른 싱크로나이즈 허브의 이중 성형체에 대한 단면 구조도이다. 도 2에서 도면 부호 100은 내측 스플라인부이고, 200은 외측 스플라인부를 의미한다.

본 발명에 따르면 상기 내측 스플라인부는 탄소 0.6~0.8중량%, 몰리브덴 0.15~0.30중량%, 크롬 1.3~1.7중량%, 그리고 잔부는 철로 이루어진 것일 수 있다. 또한, 외측 스플라인부는 탄소 0.7~0.9중량%, 몰리브덴 0.45~0.60중량%, 니켈 0.60~3.0중량%, 구리 1.3~1.7중량%, 그리고 잔부는 철로 이루진 것일 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 싱크로나이저 허브의 전형적인 구성은 내측 스플라인부와 외측 스플라인부가 서로 다른 재질로 이루어진 이중 성형체로 구성되어 있되, 상기 내측 스플라인부는 탄소 0.6~0.8중량%, 몰리브덴 0.15~0.30중량%, 크롬 1.3~1.7중량%, 그리고 잔부는 철로 이루어져 있고, 외측 스플라인부는 탄소 0.7~0.9중량%, 몰리브덴 0.45~0.60중량%, 니켈 0.60~3.0중량%, 구리 1.3~1.7중량%, 그리고 잔부는 철로 이루어져서 일체화된 이중 성형체인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 상기 내측 스플라인부는 상기 조성의 내측 분말을 이용하여 성형시켜 형성되는데, 상기 탄소성분은 강도 등과 같은 기계적 성질을 확보하기 위해 사용되고 열처리가 가능하게 하는 주요 원소이다. 만일 탄소 성분이 너무 적으며 기계적 강도가 저하되고, 너무 과량이면 취성에 의한 충격강도가 저하되는 문제가 있다. 몰리브덴과 크롬은 역시 강도 등 기계적 물성을 좋게 하기 위해 첨가하는 성분으로서 그 사용량이 너무 적으면 기계적 강도가 저하되고 너무 과량이면 가공성이 저하되어 바람직하지 않다.

이러한 본 발명에 따른 내측 스플라인부를 구성하는 성분은 열처리 적용된 재료를 사용하여 열처리 후 재료물성이 높은 것을 사용하는 것이 좋은데, 좋기로는 철에 다른 금속성분 분말이 녹아 있는 형태의 용융합금(pre-alloy)으로 구성된 것이 바람직하게 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면 상기 외측 스플라인부는 상기 조성의 외측 분말을 이용하여 성형시켜 형성되는데, 상기 탄소성분은 강도 등과 같은 기계적 성질을 확보하기 위해 사용되고 열처리가 가능하게 하는 주요 원소이다. 만일, 탄소 성분이 너무 적으며 기계적 강도가 저하되고, 너무 과량이면 취성에 의한 충격강도가 저하되는 문제가 있다. 몰리브덴 역시 강도 등 기계적 물성을 좋게 하기 위해 첨가하는 성분으로서 그 사용량이 너무 적으면 기계적 강도가 저하되고 너무 과량이면 가공성이 저하되어 바람직하지 않다. 니켈은 인장강도와 신율을 확보하기 위해 사용되는 성분으로서 그 사용량이 너무 적으면 취성에 의한 충격강도 등 강신도가 저하되고 너무 과량이면 기계적 강도 등의 물성이 저하된다. 구리는 강도 등 기계적 강도를 확보하기 위해 사용되는 것으로서 그 함유량이 너무 적으면 기계적 강도가 저하되고 너무 과량이면 동용침으로 인하여 오히려 기계적 강도가 저하된다.

이러한 본 발명에 따른 외측 스플라인부를 구성하는 성분은 열처리가 되지 않은 적용부로서 열처리 전의 물성이 높은 재질을 사용하는 것이 좋은데, 좋기로는 철에 다른 금속성분의 분말이 접합된 형태의 접합합금(diffusion alloy)으로 구성된 것이 바람직하게 사용될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 이중 성형체로 구성된 싱크로나이즈 허브는 바람직하게는 소결 및 고주파 열처리되어 이루어질 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 이중 성형체로 구성된 싱크로나이즈 허브는 종래의 제품에 비해 내측 스플라인부의 내마모성이 약 800% 가량 향상된 결과를 나타내며, 원가도 약 20% 이상의 절감 효과를 나타낸다.

한편, 본 발명에 따른 싱크로나이즈 허브를 제조하는 과정을 하나의 구현예로 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 싱크로나이즈 허브의 제조는 내측 스플라인부를 구성하는 내측 분말 충전, 내측 스플라인부의 성형, 외측 스플라인부를 구성하는 외측 분말의 충전, 외측 스플라인부의 성형, 상기 내측 스플라인부와 외측 스플라인부가 일체화된 이중 성형체의 탈형 제거, 소결 및 후가공과 고주파 열처리 등의 과정을 거쳐서 제조할 수 있다. 도 3은 본 발명에 따른 싱크로나이즈 허브를 성형하여 제작하는 성형과정을 나타낸 개략적으로 나타낸 제조공정의 단면 진행도이다. 도 3에서는 내측분말 충전 과정(a), 제1 프레스에 의한 내측 스플라인부 성형(b), 외측분말 충전(c), 제 프레스에 의한 외측 스플라인부 성형(d) 의 공정을 보여주는 단면 상태도를 보여주고 있다.

본 발명에 따르면, 내측 스플라인부에 적용한 내측 분말과, 외측 스플라인부에 적용한 외측 분말을 각각 준비한다. 이러한 내측 및 외측 분말은 각각 상기한 조성과 같이 준비한다.

본 발명에 따르면, 우선 금형 본체(20)와 상부에 위치한 제1 금형(21) 및 하부에 위치한 제2 금형(22)이 이루는 공간에, 내측 스플라인부(100)를 구성하는 내측 분말(101)을 충전하는 단계를 거친다. 이 과정에서는 충전수단(filling shoe)을 이용하여 상기 조성의 내측 분말(101)을 충전시킨다.

그 다음으로, 제1 프레스(31)를 이용하여 제2 금형(22)에서 내측 스플라인부를 프레스 성형하는 단계를 거치는데, 여기서는 상온에서 6.5~7.5g/㎤으로 상기 주입된 내측 분말(101)을 프레싱하여 내측 스플라인부(100)를 성형한다.

다음에는, 상기 제1 금형(21)을 하부로 이동시키고, 금형 본체(20)와 제1 금형(11) 및 상기 성형된 내측 스플라인부(100)가 이루는 공간에 외측 스플라인부(200)를 구성하는 외측 분말(201)을 충전하는 단계를 거친다.

그리고나서, 프레스 본체(30)를 180도 회전시켜서 제1 프레스(31) 위치를 제2 프레스(32)로 변경시킨 후, 제2 프레스(32)를 이용하여 외측 스플라인부(200)를 성형하는 단계를 거친다. 이때 상온에서 가압하되 상기 내측 분말을 프레싱하는 압력에 비해 상대적으로 강하게 하되 6.6~7.6g/㎤ 압력으로 프레스를 가한다. 이 과정을 거침으로서 내측 스플라인부와 외측 스플라인부가 일체화된 이중 성형체가 제조된다. 이렇게 하면 이중 성형체로 이루어진 자동차용 싱크로나이저 허브가 바람직한 기계적 물성을 가진 제품으로 제조될 수 있다.

그 다음으로는, 상기 제1 금형 및 제2 금형을 상부로 상승시켜서 상기 내측 스플라인부와 외측 스플라인부가 일체화된 이중 성형체를 탈형 제거하는 단계를 거친다.

탈형된 이중 성형체는 소결, 후가공 및 고주파 열처리하는 단계를 거치게 되는데, 이러한 과정들은 통상의 싱크로나이저 허브를 제조하는 공정에서 적용되는 과정과 동일한 방법이 적용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 이중 성형체를 소결하는 과정으로는 예를 들어, 좋기로는 1000~1300℃의 소결로에서 수소와 질소 혼합가스 분위기에서 20분 내지 1시간 소결하는 과정을 거친다. 이 과정에서 내측 스플라인부에 적용되는 재질은 산화가 잘 이루어지는 몰리브덴 및 크롬이 함유되어 있어서 수소 분위기에서 소결이 이루어지도록 환경을 조성하는 것이 바람직하다.

이렇게 소결한 후에는 통상적으로 후가공 처리를 위해 냉각시키는 과정을 포함하는데, 냉각은 통상의 방법으로 시행할 수 있다. 그러나 냉각 공정에서 조직 제어를 통해 기계적 물성을 확보할 수 있다. 따라서 냉각속도가 너무 높으면 베이나이트(bainite) 및 마르텐사이트(martensite)의 조직 분율이 증가하여 취성이 높아질 우려가 있으며, 너무 느리면 펄라이트(pearlite) 조직 분율이 증가하여 강도가 저하될 수 있다. 여기서 바람직한 경우는 냉각 후의 내측 스플라인부에 대한 조직 분율은 펄라이트 80~89%, 베이나이트 10~20%인 경우이고, 외측 스플라인부의 조직 분율은 마르텐사이트 50~60%, 펄라이트 50~40%인 경우이다. 이를 위해서는 냉각속도를 0.2~0.6℃/sec 로 제어하는 것이 바람직하다.

이렇게 냉각된 이중 성형체는 적장한 형태와 규격을 가지는 싱크로나이즈 허브로 정밀하게 후가공 처리하여 싱크로나이즈 허브의 형태가 완성된다. 후가공 처리는 통상의 방법으로 시행한다.

후가공된 싱크로나이즈 허브는 열처리하여 제품으로 완성되는데, 이때 열처리는 예컨대 보스부에 원통형 모양의 코일을 이용하여 고주파 열처리를 시행하는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 전체의 경화가 일어나지 아니하고 보스부만 고주파 열처리하는 공정으로의 진행이 가능하다.

이렇게 제조된 본 발명에 따른 싱크로나이저 허브는 수동 변속기에 바람직하게 장착되어 우수한 품질의 제품으로 적용할 수 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 본 발명에 따른 싱크로나이저 허브를 포함하는 수동 변속기를 포함한다.

상기와 같은 과정을 거쳐서 제조된 본 발명에 따른 자동차용 싱크로나이즈 허브는 원가를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 기존에 비해 물성이 우수하고 제조과정도 비교적 간편하여 경제적으로 제조가 가능하다.

이와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 싱크로나이저 허브는 이중 성형체 구조로 이루어지면서 최적화된 재질로 제조할 수 있으므로, 기계적 성질이 향상되고 경량화 설계가 가능한 효과가 있다.

또한 이중 성형체로 제조하는 공정이 매우 효율적으로 구성되어 있어서 우수하고 경량화된 물성의 제품을 간편하고 경제적으로 제조할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세하게 설명하겠는 바, 본 발명에 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예

싱크로나이저 허브 제조를 위한 분말 소재로서는 내측 스플라인부에 적용한 내측 분말로 SMF9060M(Fe-4.0Ni-1.5Cu-0.5Mo 중량%)을 접합 합금분말로 준비하였다(4,941원/kg). 또한, 외측 분말로 FL5208(Fe-1.5Cr-0.2Mo 중량%)의 용융 합금분말을 준비하였다(2,850원/kg).

도 3과 같은 제조공정을 이용하여, 금형 본체와 상부에 위치한 제1 금형 및 하부에 위치한 제2 금형이 이루는 공간에, 내측 스플라인부를 구성하는 내측 분말을 filling shoe를 이용하여 충전시키고, 제1 프레스를 이용하여 제2 금형 상에서 내측 스플라인부를 프레스 성형하여 구성하되 상온에서 6.9g/㎤ 압력으로 프레스하여 내측 스플라인부를 성형하였다.

다음에는, 상기 제1 금형을 하부로 이동시키고, 금형 본체와 제1 금형 및 상기 성형된 내측 스플라인부가 이루는 공간에 외측 분말을 주입하고, 프레스 본체를 180도 회전시켜서 제2 프레스를 이용하여 외측 스플라인부를 성형하되 상온에서 7.0g/㎤ 압력으로 프레스를 가하여 외측 스플라인부를 구성하고, 전체밀도를 7.0g/㎤으로 설정하여 내측 스플라인부와 외측 스플라인부가 일체화된 이중 성형체를 제조하였다.

상기 제1 금형 및 제2 금형을 상부로 상승시켜서 이중 성형체를 탈형 제거하고, 이를 1140℃의 소결로에서 수소와 질소 10:90의 혼합가스 분위기에서 30분간 소결하였다. 그 후, 냉각은 냉각속도를 0.4℃/sec 로 제어하여 냉각하여 내측 스플라인부에 대한 조직 분율은 펄라이트 85%, 베이나이트 15%, 외측 스플라인부의 조직분율은 마르텐사이트 55%, 펄라이트 45%인 이중 성형체를 얻었다.

이렇게 냉각된 이중 성형체는 싱크로나이즈 허브 형상으로 정밀하게 후가공 처리하고, 보스부에 원통형 모양의 코일을 이용하여 고주파 열처리를 시행하여 자동차용 싱크로나이저 허브를 제조하였다.

실험예 1

상기 실시예에서 제조된 싱크로나이저 허브에 대해 소재물성 평가를 위해 기계적 물성을 측정하여 다음 표 1에 나타내었으며, 물성 측정결과는 내측과 외측의 스플라인부에 대한 물성이 서로 다르고 열처리 후의 마모량에서 큰 차이를 보였다.

항목	경도 (HV10)	항복강도 (Mpa)	인장강도 (Mpa)	충격치 (J)	열처리전 마찰 마모량(㎛³)	열처리후 마찰 마모량(㎛³)
외측부 (SMF9060M)	246	460	657	27.7	6881	6577
내측부 (FL5208)	250	623	712	26.0	9080	869

제품의 금속 미세조직을 관찰하여 그 결과로서 열처리 전후의 내측 및 외측 스플라인부에 대한 미세조직 사진을 도 4에 나타내었다.

그 결과, 도 4의 (a), (b)에서 보면, 외측 스플라인부(SMF9060M) 내의 Ni 원소가 Ni-rich-Austenite 영역을 만들면서 C의 고용을 막아 상대적으로 기지에 C 함량이 높아져서 열처리 전에도 Martensite 조직을 형성하여 마찰 마모량을 줄여준다. 그러나 열처리 후에도 Ni-rich-Austenite 영역이 남아 있어서 Martensite 조직분율이 높아지지 못하여 마찰 마모량이 열처리 전과 비슷하다.

반면에, 도 4의 (b), (c)를 보면, 내측 스플라인부(FL5208)의 Pearlite와 Bainite 조직이 열처리를 통하여 전부 Martensite로 변하여 마찰 마모량을 줄여준다.

실험예 2

상기 실시예에서 제조된 싱크로나이저 허브에 대해 단품(초대형 후륜 6속 1&2단 기준 제품)물성 평가를 위해 기계적 물성을 측정하여 종래예와 비교하여 다음 표 2에 나타내었다. 여기서 종래예는 상기 외측 스플라인부(SMF9060M)만으로 이루어진 싱크로나이저 허브이다.

또한, 상기 단품에 대한 파단 및 비틀림(피로도) 시험을 다음 조건으로 실시하였다.

[파단시험]

450Nm(장비 최대 한계치, 요구 토크X1.2)에서 파단 유무를 확인하고 Strain rate는0.05 deg/sec 조건으로 하였다.

[비틀림 시험]

조건 1 : 토크 322-3220Nm(요구토크X1.5), Torque ratio(τmax/τmin) 10, 평가속도 10Hz, 사이클 200,000회

조건 2 : 토크 400-4000Nm(요구토크X1.85), Torque ratio(τmax/τmin) 10, 평가속도 10Hz, 사이클 500,000회

상기와 같은 실험결과, 파단시험 결과는 다음 표 3에 나타내었다.

항목	기울기(Nm/Dgree)	시험결과
종래예	5441.6	OK(파손없음)
실시예	5587.6	OK(파손없음)

또한, 상기 비틀림 시험결과는 다음 표 4에 나타내었다.

상기와 같은 실험결과, 본 발명에 따른 싱크로나이저 허브는 이중 성형체임에도 불구하고 그 기계적 물성이 우수하여 실제품 적용에 매우 적합한 것으로 확인되었으며, 특히 본 발명에 따른 제품(실시예)이 기존의 제품(종래예)에 비해 월등하게 우수한 기계적 물성을 나타내는 것으로 확인되었다.

본 발명에 따른 자동차용 싱크로나이저 허브는 이중 성형체로 제조되어 기계적 성질이 향상되고 원가를 절감할 수 있으며 경량화 설계가 가능하여 자동차용 싱크로나이저 허브에 적용하면 경제적으로나 제품의 품질면에서 모두 매우 유리하게 적용 가능하다.

100 - 내측 스플라인부
200 - 외측 스플라인부
101 - 내측 분말
102 - 외측 분말
20 - 금형 본체
21 - 제1 금형
22 - 제2 금형
30 - 프레스 본체
31 - 제1 프레스
32 - 제2 프레스

Claims

싱크로나이저 허브의 내측 스플라인부와 외측 스플라인부를 각기 다른 재질로 구성하여 일체화된 이중 성형체로 이루어지되, 내측 스플라인부에 대한 조직 분율이 펄라이트 80~89%, 베이나이트 10~20%이고, 외측 스플라인부의 조직 분율이 마르텐사이트 50~60%, 펄라이트 50~40%인 것을 특징으로 하는 자동차용 싱크로나이저 허브.
청구항 1에 있어서, 내측 스플라인부는 탄소 0.6~0.8중량%, 몰리브덴 0.15~0.30중량%, 크롬 1.3~1.7중량%, 그리고 잔부는 철로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 싱크로나이저 허브.
청구항 1에 있어서, 외측 스플라인부는 탄소 0.7~0.9중량%, 몰리브덴 0.45~0.60중량%, 니켈 0.60~3.0중량%, 구리 1.3~1.7중량%, 그리고 잔부는 철로 이루진 것을 특징으로 하는 자동차용 싱크로나이저 허브.
청구항 1에 있어서, 내측 스플라인부는 철에 다른 금속성분 분말이 녹아 있는 형태의 용융합금(pre-alloy)으로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 싱크로나이저 허브.
청구항 1에 있어서, 외측 스플라인부는 철에 다른 금속성분의 분말이 접합된 형태의 접합합금(diffusion alloy)으로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차용 싱크로나이저 허브.
삭제
금형 본체와 상부에 위치한 제1 금형 및 하부에 위치한 제2 금형이 이루는 공간에, 내측 스플라인부를 구성하는 내측 분말을 충전하는 단계;
제1 프레스를 이용하여 제2 금형에서 내측 분말을 프레스 성형하여 내측 스플라인부를 구성하는 단계;
상기 제1 금형을 하부로 이동시키고, 금형 본체와 제1 금형 및 상기 성형된 내측 스플라인부가 이루는 공간에, 외측 스플라인부를 구성하는 외측 분말을 충전하는 단계;
프레스 상부를 180도 회전시켜서 제1 프레스 위치를 제2 프레스로 변경시킨 후, 제2 프레스를 이용하여 외측 분말을 프레스 성형하여 외측 스플라인부를 상기 내측 스플라인부와 일체화되게 구성하는 단계;
상기 제1 금형 및 제2 금형을 상부로 상승시켜서, 상기 내측 스플라인부와 외측 스플라인부가 일체화된 이중 성형체를 탈형 제거하는 단계; 및
상기 이중 성형체를 소결, 후가공 및 고주파 열처리하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 싱크로나이저 허브의 제조방법.
청구항 7에 있어서, 내측 스플라인부를 프레스 성형하는 단계에서 상온에서 6.5~7.5g/㎤ 압력으로 내측 분말에 프레스를 가하는 것을 특징으로 하는 자동차용 싱크로나이저 허브의 제조방법.
청구항 7에 있어서, 외측 스플라인부를 성형하는 단계에서 내측 분말을 프레싱한 압력에 비해 상대적으로 강하게 하되 6.6~7.6g/㎤ 압력으로 프레스를 가하는 것을 특징으로 하는 자동차용 싱크로나이저 허브의 제조방법.
청구항 7에 있어서, 소결은 1000~1300℃의 소결로에서 수소와 질소 혼합가스 분위기에서 20분 내지 1시간 소결하는 것을 특징으로 하는 자동차용 싱크로나이저 허브의 제조방법.
청구항 7에 있어서, 소결 후 후가공 이전에 냉각속도를 0.2~0.6℃/sec 로 제어하여 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 싱크로나이저 허브의 제조방법.
청구항 7에 있어서, 열처리는 보스부에 원통형 모양의 코일을 이용하여 고주파 열처리를 시행하는 것을 특징으로 하는 자동차용 싱크로나이저 허브의 제조방법.
상기 청구항 1 내지 청구항 5 중에서 선택된 어느 하나의 자동차용 싱크로나이저 허브를 포함하는 수동 변속기.