使用金属粉末注射成型制造控制指的方法
【专利摘要】本发明公开了一种使用金属粉末注射成型制造控制指的方法。具体地，混合金属粉末和粘合剂，以获得用于注射成型的基材。然后，通过使用喷嘴将基材注射到控制指形状的模具中来形成成型体。然后使成型体脱脂和烧结，以由脱脂体形成烧结体。然后，在烧结体上进行后加工。
【专利说明】使用金属粉末注射成型制造控制指的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.§ 119要求于2012年10月15日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0113936号的优先权，其公开内容全部并入本文以供参考。
【技术领域】
[0003]本发明涉及使用金属粉末注射成型制造控制指的方法，并且更具体地，涉及使用金属粉末注射成型制造控制指的方法，其使用尺寸精度优异的金属粉末注射成型法代替常规技术中的铸造法从而降低了成本，并通过调整粉末组成和详细工艺条件而改善物理特性。
【背景技术】
[0004]通常，手动变速器是安装在离合器与推进轴之间以便根据车辆的驱动状态变化适当地改变发动机驱动功率的装置，并包括变速器操纵机构以使变速器通过操作者的操纵而工作。
[0005]图1是安装在手动变速器上的控制指的透视图。如图所示，手动变速器通常包括用于换档的控制机构和与该控制机构联锁的同步啮合机构，并且安装控制指200以操作与该同步哨合机构连接的换档垫(shift rug)。控制指200应精确地形成且耐久(如强度、耐磨性等等)，因为控制指200在长时间内一直用于恶劣环境中。
[0006]通常，使用球状石墨铸铁通过铸造法来制造控制指200 (例如，韩国标准F⑶450、F⑶500和F⑶600)。然而`，由于控制指200的精巧形状，在铸造之后需要多个用于形成最终形状的额外工艺。
[0007]也就是，当通过铸造法制造控制指200时，尺寸精度变差。因此，存在如下问题，即产品成本因引起额外工艺成本并导致额外材料损失的后加工而增加。
【发明内容】
[0008]本发明致力于提供使用金属粉末注射成型制造控制指的方法，该方法通过使用金属粉末注射成型法代替常规铸造法改善尺寸精度而具有经济效率增加的优点，并且通过调整最佳粉末组成和工艺条件而具有适用于甚至严峻或恶劣环境例如手动变速器等等的优点。
[0009]本发明的示例性实施方式提供使用金属粉末注射成型制造控制指的方法，其包括:混合金属粉末和粘合剂，以获得用于注射成型的基材；通过使用喷嘴将获得的用于注射成型的基材注射到控制指形状的模具中来形成成型体；使成型体脱脂；烧结脱脂的成型体，以形成烧结体；以及后加工该烧结体。
[0010]更具体地，可以混合约85~90%的金属粉末和约l(Tl5wt%的粘合剂，以获得用于注射成型的基材，其中粘合剂可以是石蜡。金属粉末可包括约0.4、.6wt%的碳(C)、约1.5~2.5wt%的镍(Ni)和剩余重量百分比的铁。此外，形成成型体的步骤可包括在约iooloor的温度范围内使用喷嘴。
[0011]此外，可通过使用标准的己烷溶剂在约35°C至50°C的温度范围内提取溶剂，并通过在约100°C至150°c的温度范围内进行热分解来进行使成型体脱脂的步骤。此外，可以通过在约1250°C至1350°C的温度范围内加热来进行形成烧结体的步骤。
[0012]有利地，通过使用尺寸精度优异的金属粉末注射成型法代替常规铸造法并降低因后加工引起的工艺成本和材料损失，根据本发明的具有上述配置的方法降低相应的制造成本。此外，通过调整金属粉末组成和详细工艺条件以提高耐久性例如强度、疲劳寿命等等，根据本发明的方法可以确保甚至适用于严峻或恶劣环境的物理特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是安装在手动变速器上的控制指的透视图。
[0014]图2是示出根据本发明的示例性实施方式的使用金属粉末注射成型制造控制指的方法的流程图。
[0015]图3是示出安装在轴上的控制指的图。
[0016]图4是示出在扭转测试下的控制指的图。
【具体实施方式】
[0017]应理解的是，说明书和权利要求中使用的术语不应被解释为限制于通常含义和字典含义，而应基于与本发明技术精神相应的含义和概念加以理解，所基于的原则是:为了最好地解释发明人自己的发明，允许发明人适当地对术语进行定义。因此，本说明书中所描述的和在本文所提出的附图中示出的配置仅仅是本发明的优选实施例，其仅用于示例说明的目的，而非意在限制本发明的范围，所以应理解的是，可以在不偏离本发明精神和范围的情况下，对本发明作出在提交本发明时可替换的其它等效形式和修改。
[0018]本文使用的术语仅仅是为了说明示例性实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种(a、an)”和“该(the)”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件,但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
[0019]除非特别说明或从上下文明显得到，否则本文所用的术语“约”理解为在本领域的正常容许范围内，例如在均值的2个标准偏差内。“约”可以理解为在所述数值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05% 或 0.01% 内。除非另外从上下文清楚得到，本文提供的所有数值都由术语“约”修饰。
[0020]在下文中将参考附图详细说明本发明的示例性实施方式。
[0021]尽管通过常规技术中的铸造法而制造的控制指在一定程度上满足了手动变速器工作环境的物理特性要求，但是这些特性并非必然在尺寸上是精确的，并由此需要多个后加工程序。因此，存在如下问题，即由于后加工引起工艺成本增加并导致材料损失，控制指的成本增加。
[0022]因此，本发明涉及使用金属粉末注射成型法代替针对控制指的现有铸造法的制造方法，其中该金属粉末注射成型法提供改善的尺寸精度。
[0023]金属粉末注射成型(MIM)是一种将粉末冶金技术适应于注射成型法的新粉末冶金形成技术，其是形成精确塑料部件的批量制造技术。通常，金属粉末注射成型法包括:混合细金属粉末和粘合剂作为流动性主要试剂，将混合物注射成型到模具中，从注射成型体中除去粘合剂，以及最终在高温下烧结粉末以制造部件。
[0024]通常，与铸造法相比，金属粉末注射成型提供增加的尺寸精度，但所得产品的物理特性低。因此，需要进行后加工，以通过表面热处理等改善物理特性。此外，当利用常规铸造法时，难以获得所需要的物理特性，因为难以控制材料内的碳，因此，作为用于制造在严峻或恶劣环境(例如手动变速器等)中工作的部件的方法，铸造法是不充足的。
[0025]因此，本发明的目的是解决上述问题并确保改善的尺寸精度，使得通过调整金属粉末注射成型法中的合金组成和制造工艺条件而使所得产品具有与最终成品形状几乎相同的形状，以减少后加工量和材料损失，从而实现成本降低。
[0026]图2是示出根据本发明的使用金属粉末注射成型制造控制指的方法的流程图。在下文中，以步骤的顺序提供详细说明。
[0027]1.混合步骤(S100)
[0028]首先，为获得用于注射成型的基材，混合金属粉末和粘合剂。添加粘合剂，以便在注射成型时保持金属粉末的流动性和金属粉末的形状。作为粘合剂，可使用常规的有机粘合剂。粘合剂可包括结合剂或润滑剂，例如聚乙烯、石蜡和/或硬脂酸。更具体地，将约85^90wt%的金属粉末和约 l(Tl5wt%的粘合剂混合在一起。优选地，使用石蜡作为粘合剂。
[0029]提供了用于金属粉末和粘合剂的均匀混合物的重量比。如果其中所含有的金属粉末小于约85wt%，用于注射的流动性高，但是需要长时间来进行脱脂。此外，如果其中所含有的金属粉末大于90wt%，在进行注射时成型体不具有足够量的强度。因此，优选的是，以上述重量比混合金属粉末和粘合剂。
[0030]此外，优选通过混合单独提供的金属元素来制作金属粉末，其中该金属元素优选包括约0.4^0.6wt%的碳(C)、约1.5^2.5wt%的镍(Ni)、小于约lwt%的其它合金元素和剩余重量百分比的铁。
[0031]具体地，添加碳(C)以增加材料的强度和硬度，并从而使细合金元素沉淀为碳化物。优选的是，碳的含量为约0.4wt%或更多，以获得所需的机械强度。另外，优选的是，碳的含量为约0.6wt%或更少，以减少导致脆性的冲击值。
[0032]此外，在进行热处理时，可以添加镍，以提高机械特性和淬火质量。优选的是，镍的含量为约1.5#%或更多，以获得所需的机械强度和淬火质量。另外，优选的是，当考虑到与其效果有关的镍的成本时，镍的含量为约2.5#%或更少。
[0033]2.注射步骤(SllO)
[0034]将获得的用于注射成型的基材经喷嘴注射到形成为控制指形状的模具中，并因此，以与最终成品形状基本上接近的形状形成成型体(近终形的实施)。通过考虑用于注射成型的基材的流动性和粘合剂的蒸发，可以设定喷嘴的温度。因此，优选的是，喷嘴的温度是在约10(T20(TC的范围内，以使成型体中的内部气泡被完全除去。
[0035]3.脱脂步骤(S120)
[0036]因为成型体含有粘合剂，所以进行脱脂工艺以除去粘合剂。通过缓慢地加热成型体以经由热分解而蒸发粘合剂来完成最通常的除去粘合剂的方法。
[0037]然而，当加热并蒸发粘合剂时，因为大多数粘合剂在低温下缓慢蒸发并在达到某个高温时迅速蒸发，所以可能出现成型体的变形，例如弯曲或扭曲。因此，当在脱脂步骤中进行溶剂提取和热分解时，需要逐步地使成型体的变形最小化。
[0038]具体地，通过将成型体浸在标准己烷(正己烷)溶剂中并通过在约35°C至50°C的优选温度范围内提取该溶剂，可以除去成型体中的粘合剂。
[0039]如果温度高于约50°C，因为用于除去粘合剂的反应速度较高，使得粘合剂在适当的提取路径形成于成型体中之前被除去，所以因成型体中的应力集中而生成开裂。如果温度低于约35°C，不会生成开裂，但是花费较长时间除去粘合剂，并且这导致工艺成本增加。因此，优选的是，温度在上述范围内。
[0040]接着，为除去保留在成型体中的高熔点粘合剂，进行热分解。在这种情况下，通过加热到约100°c至150°c的温度范围内，在烧结前完全除去粘合剂。
[0041]如上所述，通过连续地实施溶剂提取和经热分解的脱脂来迅速地除去粘合剂。因此，在整体的加工时间缩短时，可以减少工艺成本，并且可以确保烧结工艺中的稳定性。
[0042]4.烧结步骤(S130)
[0043]可由泵提供真空，在通过优选输入氩气而经气体产生环境压力的环境后，通过在从约1250°C至1350°C的温度范围内加热脱脂的成型体并在保持该温度范围一定时间的同时进行烧结，可以形成烧结体。
[0044]可以通过在烧结过程中的压实和晶粒生长而使成型体加固。优选的是，在上述温度范围内进行烧结，以通过成`型体中的碳(C)和镍(Ni)的均质化作用来获得需要的机械特性。
[0045]5.后加工步骤(S140)
[0046]后加工步骤包括由烧结体制造最终产品所需的所有额外工艺，并且额外工艺按需要包括通过压制烧结体来度量出(sizing)所需部分以提供精确尺寸的工艺、进行高频热处
理的工艺等等。
[0047]优选地，后加工可包括用于制造产品的最终步骤，其包括热处理(例如渗碳)、表面抛光工艺等等。
[0048]【表1】
[0049]
【权利要求】
1.一种使用金属粉末注射成型制造控制指的方法，包括: 混合金属粉末和粘合剂，以获得用于注射成型的基材； 通过使用喷嘴将用于注射成型的所述基材注射到形成为所述控制指形状的模具中来形成成型体； 使所述成型体脱脂； 烧结脱脂的成型体，以形成烧结体；以及 后加工所述烧结体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过混合约85、0wt%的所述金属粉末和约l0-l5wt%的所述粘合剂，进行获得用于注射成型的所述基材的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属粉末包括约0.4~0.6被％的碳、约.1.5^2.5wt%的镍和剩余重量百分比的铁。
4.根据权利要求1所述的方法，其中通过在约10(T20(TC的温度范围内使用所述喷嘴，进行形成所述成型体的步骤。
5.根据权利要求1所述的方法，其中通过使用标准的己烷溶剂在约35°C至50°C的温度范围内提取溶剂，并通过在约100°c至150°c的温度范围内进行热分解，进行使所述成型体脱脂的步骤。
6.根据权利要求1所述的方法，其中通过在约1250°C至1350°C的温度范围内加热，进行形成所述烧结体的步骤。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂是石蜡。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂是聚乙烯。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂是硬脂酸。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂包括硬脂酸、聚乙烯和石蜡中的至少一种。
【文档编号】B22F3/22GK103722173SQ201210587553
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年12月28日 优先权日:2012年10月15日
【发明者】金基正, 金钟文, 赵诚庸, 金钟烨, 金起范, 赵恒撤, 张贤德, 全成准 申请人:现代自动车株式会社