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Hybrid Powder-Extrusion Process Involving the Control of Temperature Dwelling Time for Fabricating Spur Gears with Required Properties

온도 유지시간 제어를 적용한 하이브리드 분말 압출 공정을 통한 요구 특성의 스퍼기어 제조

  • Lee, Kyung-Hun (Precision Manufacturing System Division, Pusan Nat'l Univ.) ;
  • Hwang, Dae-Won (Precision Manufacturing System Division, Pusan Nat'l Univ.) ;
  • Kim, Byung-Min (School of Mechanical Engineering, Pusan Nat'l Univ.)
  • 이경훈 (부산대학교 정밀가공시스템) ;
  • 황대원 (부산대학교 정밀가공시스템) ;
  • 김병민 (부산대학교 기계공학부)
  • Received : 2010.08.09
  • Accepted : 2011.06.28
  • Published : 2011.08.01

Abstract

In this study, a hybrid powder-extrusion process involving the control of temperature dwelling time for improving the formability of Zn-22Al powder was developed and the effect of dwelling time on the mechanical properties of a spur gear with a pitch circle having a diameter of 1.8 mm was investigated. General extrusion experiments were carried out at different temperatures such as 290, 300, and $310^{\circ}C$. Spur gears with good qualities and without any surface defects were obtained in the case of extrusion temperature of $310^{\circ}C$ and ball-milling duration of 32 h. The Vickers hardness distribution was non-uniform, and after the sintering process, an internal crack was generated because of the different deformation energy between gear central part and teeth. To overcome the abovementioned problems, research on controlling the dwelling time of the extrusion temperature in the powder-extrusion process was carried out. Good-quality spur gears were obtained when the dwelling time was 15 min.

본 연구는 압출 시 성형온도를 유지하여 Zn-22Al 합금분말의 성형성을 향상시키는 하이브리드 분말 압출 공정의 개발 및 온도 유지시간이 압출된 스퍼기어의 기계적 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해 수행되었다. 피치원 지름 1.8mm 의 소형 스퍼기어는 압출온도 290, 300, $310^{\circ}C$에서 성형되었다. 볼밀시간 32h 의 Zn-22Al 합금분말을 압출온도 $310^{\circ}C$에서 압출 시 표면 결함이 없는 소형 기어가 제조되었다. 경도분포는 기어 중심부와 치형부에서 불균일하였고 소결공정 후 내부 변형에너지의 차이로 인해 내부균열이 발생하였다. 위와 같은 문제를 해결하기 위해 온도 유지시간 제어를 이용한 하이브리드 압출 연구를 수행하였다. 압출된 스퍼기어의 평가는 압출하중, 비커스 경도 및 치수정밀도 측정을 통해 이루어졌다. 온도 유지시간 15min 에서 압출된 스퍼기어의 기계적 성질이 가장 우수하였다.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 한국연구재단

References

  1. U.S, 1997, Micro Electro Mechanical System (MEMS) Markets, Frost & Sulivan.
  2. Chung, S. J., 2000, A Micro Cycloid-Gear System Fabricated by Multi-Exposure LIGA Technique, Microsyst Technol, Vol. 6, pp. 149-153. https://doi.org/10.1007/s005420050185
  3. Ogawa, K. Suzuki, S. Kaneko, Y. Nakano, Y. Ishikawa and T. Kitahara, 1997, Tensile Testing of Micro Fabricated Thin Films, Microsyst Technol, Vol. 3, pp. 117-121. https://doi.org/10.1007/s005420050067
  4. Kim, J. W., Lee, S. J., Lee, J. M. and Kim, B. M., 2009, "Extrusion of Spur Gear Using High-Energy Ball milled Al-78Zn Powder," Trans. of the KSME (A), Vol. 33, No. 4, pp. 440-446. https://doi.org/10.3795/KSME-A.2009.33.4.440
  5. Lee, K. H., Kim, J. W., Hwang, D. W., Kim, J. H., Chang, S. S. and Kim, B. M., 2009, "Powder Extrusion with Superplastic Al-78Zn Powders for Micro Spur Gears," Proc. Kor. Soc. Tech. Plast. Conf., pp. 387-390.
  6. Kim, J. W., Lee, K. H., Hwang, D. W. and Kim, B. M., 2009, "Improvement of Fatigue Resistance of the Miniature Gear by Controlling Holing Time of Temperature in the Hot Powder Extrusion Process," Proc. Kor. Soc. Tech. Plast. Conf., pp. 449-452.
  7. Kwon, Y. S., Lee, H. T. and Kim, K. T., 1996, "Analysis for Cold Die Compaction of Metal Powder," Trans. of the KSME (A), Vol. 20, No. 6, pp. 1893-1902.
  8. Kim, K. T. and Kim, J. S., 1997, "Stage 1 Compaction Behavior of Tool Steel Under Die Pressing," Trans. of the KSME (A), Vol. 21, No. 7, pp. 1073-1080.
  9. Lee, S. C. and Kim. K. T., 2002, "Densification Behavior of Aluminum Alloy Powder Under Cold Compaction," Int. J. Mech. Sci., Vol. 44, pp. 1295-1308. https://doi.org/10.1016/S0020-7403(02)00054-1
  10. Tavoosi. M., Karimzadeh. F., Enayati. M. H. and Heidarpour. A., 2008, "Bulk Al-Zn/Al2O3 Nanocomposite Prepared by Reactive Milling and Hot Pressing Methods,"
  11. Bauser. M., Sauer. G. and Siegert. K., 2006, Extrusion, ASM International, USA.
  12. Kuhn, H. A. and Ferguson, B. L., 1990, Powder Forging, Metal Powder Industries Federation, USA.