중공소결 캠샤프트 생산기술 지원중공소결 캠샤프트 생산기술 지원중공소결 캠샤프트 생산기술 지원중공소결 캠샤프트 생산기술 지원

2004. 122004. 122004. 122004. 12

지원기관지원기관지원기관지원기관 :::: 한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원

지원기업지원기업지원기업지원기업 :::: 주 서 진 캠주 서 진 캠주 서 진 캠주 서 진 캠( )( )( )( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

별지 제 호 서식[ 9 ]

관리번호:

종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서

사 업 명 중공소결 캠샤프트 생산 기술지원

지원책임자소속 한국생산기술연구원:

성명 조형호:지원기간

부터2003. 8. 1.

까지2004. 7. 31.

사업비 규모

총 백만원198

지원기관의

참여연구원

조형호

김세광

윤영옥

정 부 출 연 금 백만원: 99.0

기업부담금현금 백만원: 59.4

현물 백만원: 39.6

부품 소재종합기술지원사업운영요령 제 조의 규정에 의해 종합기술지원사업 수행에18ㆍ

대한 기술지원성과보고서를 제출합니다.

첨 부 : 기술지원성과보고서 요약서 전산출력물 부1. ( ) 5

기술지원성과보고서 부2. 5

년 월 일2004 12

작성자 지 원 책 임 자 조형호( ) :

지원기관장 한국생산기술연구원장 김기협( ) :

확인자 주 서진캠 대표 문흥식( ) ( ) :

부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하부품 소재통합연구단장 귀하ㆍㆍㆍㆍ

- 3 -

첨부 서식[ 1 ]

종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서종합기술지원사업 기술지원성과보고서 요약서

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

엔진 동력계의 주요 부품인 캠샤프트는 기존의 주철 주물 단조 특수강 공법의 제조 방,

식을 탈피하여 조립식 공법으로의 전환을 꾀하고 있다 주 서진캠에서는 조립식 캠샤프. ( )

트 제조의 선두 기업으로서 중공소결 방식의 조립식 캠샤프트를 개발하여 저 고Cost,

성능 고품질의 캠샤프트를 제공하여 국내 시장의 국제 경쟁력을 키우고 세계 시장을 석,

권한다는 목표를 가지고 생산 품질 활동 및 연구개발 활동을 하고 있다, .

서진캠의 중공소결 캠샤프트에 대한 국내외 여러 업체의 끊임없는 관심에도 불구하고

서진캠에서는 연구 인력 및 장비의 부족으로 자체 연구개발에 한계를 느끼고 있다 특히.

분말 캠의 분말재 소결재 및 등의 재료와 소결 공정으로 인한 재질의, Steel tube, E/P

고려 등 재료개발에 전문 인력이 시급하며 시험 평가 부문에서도 비틀림 인장강도 전, , ,

단강도 접합강도 등의 테스트 장비와 함께 이를 수행 분석할 전문 인력이 시급히 필요, ,

한 실정이다 이에 금번 종합기술지원사업을 통해 중공소결 캠샤프트 선두 업체인 일본.

사의 기술 수준인 접합강도 마찰압접강도 이상으로 향상시키고 이를NPR 200 , 550Nm㎫

토대로 중공소결 캠의 우수성을 입증하는 한편 또한 소결 공정등의 개선을 통하여 공정,

능력지수 이상으로 향상시켜 제품의 신뢰성을 높여 고객 만족은 물론 세계 초(Cpk) 1.67

일류 상품으로서 거듭나는 것을 목표로 삼아 부품소재 종합기술지원사업을 추진하고자

한다.

- 4 -

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

● 계획서상의 지원내용 및 범위

재질 분석 및 조직판독1.

분말재의 혼합성분과 소결조건에 따른 금속 조직상의 변화 차이에 대한 내마모성 및- ,

내열성 등 주요 재질 특성 분석

신소재 및 신공법 개발에 따른 소결 금속의 조직 판독-

캠샤프트의 주재료인 와 등의 철강재료의 고온 소결 공정 후의 상태변- Steel pipe E/P

화와 소결 후 확산 접합에 대한 신뢰성을 확보하기 위한 접합부위의 재질 및 금속조직

판독

내구성능평가2.

등의 다양한 조건에서의 내구 성능을 실험 및 평가하여 적- Full load, Thermal shock

절한 결론 도출

비틀림 등 내구성능 테스트 실시 및 평가- , Pitting, Scuffing

구조 피로 해석3. /

엔진 탑재 후 구동시 해달될 수 있는 여러 가지 악 조건하에서 제품에 대한 구조해-

석 피로해석 실시,

● 중점 지원내용 및 범위

시장 변화 및 등에 대응하기 위한 중점 기술 지원[ Royalty ]

내구성능 평가 및 구조 피로 해석의 신뢰성 기준 제정 지원1. /

신뢰성 향상을 위한 부품소재신뢰성향상 지원2.

등 환경규제 대응 및 청정생산을 위한 환경성 평가3. ELV

단위 공정의 개선 지원4.

초경량 캠샤프트 도출 및 특허 도출5. Item

초경량 캠샤프트의 비교 환경성 평가 및 개발 안 도출6.

- 5 -

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

분석 및 평가마찰 압접강도- 520Nm

접합강도- 5TON

마찰 압접강도- 1359Nm

접합강도- 7.63TON

신뢰성 평가

기준 수립해당사항 없음-

내- Scuffing: 850rpm

(Saw 10W-30 grade)

내- Pitting: 3×107

비틀림 피로 내구- / : 2×107

내마모 수명- : 100㎛

모터링( 160,000 )㎞

환경성 평가 해당사항 없음-

-CO2: 7.31E-03 ( / )㎏ ㎏

폐유- : 6.67E-02 ( / )㎏ ㎏

슬러지- : 1.86E-01 ( / )㎏ ㎏

초경량 캠샤프트

특허 도출 및

개발 지원

해당사항 없음-

경량화 주철대비- : 50%

중공소결 대비 30%

환경영향 저감- : 43%

억원 경우 절감-46,200T(336 )

-13,000T CO2 저감

※ 1. 지원항목 : 번항목의 기술지원내용 및 범위를 근거로 지원실적을 항목별로2

구분하여 기재

2. 지원내용 : 지원항목별로 기술지원 상황을 비교하여 기재前 後ㆍ

- 6 -

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

○ 적용제품명 중공소결 캠샤프트:

○ 모 델 명 자동차 모델명과 동일:

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품 비 고

경쟁사( )지원전 지원후

경쟁제품

대비 품질

주철주물재/

특수강단조재

우위(+)

매출액 억( : 110 )

우위(++)

매출액 억( : 180 )(OEM)

경쟁제품

대비 가격

주철주물재/

특수강단조재동등 동등 (OEM)

객관화 된 를 근거로 작성DATA※

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

○ 해당사항 없음

기존주물재 및 특수강단조재 캠샤프트의 제조공정과 비교 대상이 아닌 신 제조 공(

정에 의하여 제조)

공정개선 및 품질향상 등으로 인한 절감효과 반영※

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적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출차년도

예상매출

전년대비

증가비율비 고

내 수11,000

백만원 년/

18,000

백만원 년/63 %

수 출2,600

백만원 년/

4,000

백만원 년/54 %

계13,600

백만원 년/

22,000

백만원 년/62 %

참고) 적용제품 주요수출국 미국 일본1. : ,

작성당시 환율기준 원화기준 표시2. :

- 8 -

수입대체효과수입대체효과수입대체효과수입대체효과5)5)5)5)

모델명당해연도

수입대체

차년도

수입대체

수입대체

금액비 고

-10,000

백만원 년/

16,000

백만원 년/

16,000

백만원 년/

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

재질 분석 및 조직 판독을 통한 중공소결 공법 캠샤프트의 확실한 품질 보증 및 중공-

소결 공법의 우수성 입증.

실 구동시 조건을 고려한 캠샤프트의 구조 피로해석 결과를 설계 검토시 반영하여 초- /

기 잠재 고장의 유무에 활용하고 선행시작의 품질을 개선,

소결 확산 접합과 마찰압접 등 공정에 따른 조직 변화 및 내열성 내마모성의 분석- ,

결과 적용을 통한 시작개발품 및 양산품의 재질 안정화

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

연구개발 성과의 체계적이고 구체적인 결과를 활용하여 중공소결 공법에서의 차기▶

차종개발시 개발 기간 단축효과 및 고객 만족 및 신뢰성의 향상으로 인한 차기 개발품

선점 용이

환경성 평가를 통한 대응력 확보 및 수출 증대ELV▶

초경량 캠샤프트에 대한 전세계적인 선점 효과 및 세계 으로서의 초Leading Group▶

석 마련 수출 증대,

- 9 -

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) ,1) ,1) ,1) ,

해당사항 없음

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

경량 알루미늄 캠샤프트 및 그 제조방법“ ”

특허출원 제 호2004-71282

기타기타기타기타3)3)3)3)

- 10 -

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건8현재 선진국의 최신기술 습득 및 현 기술의 객관화와 효율성

을 재고함

시제품제작 건

양산화개발 건

공정개선 건6 현 공정의 문제점 개선 및 환경친화공정 방안 확립

품질향상 건1 생산제품의 크랙에 대한 개선책 확립

시험분석 건2 현 생산중인 제품의 성분분석

수출 및

해외바이어 발굴건

교육훈련 건6교육 훈련 및 교육을 통한 생산 공정ISO 14001 CP, LCA

최적화 확립

기술마케팅/

경영자문건9

청정생산 기술개발 보급사업 직무기피요인 해소 사업ATC, ,

자문 컨설팅 부품소재 신뢰성 향상사업 추진, ISO 14001 , ,

중공소결 부품소재 신뢰성 사업추진 환경성 평가 구축, DB

정책자금알선 건3

연구비 집행의 합리성과 효율성 재고 중소기업 통합환경시,

스템 구축 사업 추진 자동차 부품산업의 청정생산시스템 구,

축사업 추진

논문게재 및

학술발표건

기 타 건

- 11 -

종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.

부품소재종합기술지원사업에 의한 중공소결 캠샤프트 생산기술 지원 기술지원 결과“ ” ,

계획서상의 기술지원 효과와 더불어 생산 적용을 위한 접근이 가능하게 되었으며 이외,

에 에 의한 환경성 평가를 통한 대응체제의 구축이 가능하Life Cycle Assessment ELV

였으며 무엇보다도 차세대 초경량 알루미늄 캠샤프트의 특허출원과 개발 가능성을 통해,

세계 일류 기술의 확보와 세계 일류 제품 개발의 초석을 확보할 수 있었다.

- 12 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀하산 업 자 원 부 장 관 귀하산 업 자 원 부 장 관 귀하산 업 자 원 부 장 관 귀하

본 보고서를 중공소결 캠샤프트 생산기술 지원 지원기간“ ” ( : 2003. 08. 01. ~

과제의 기술지원 성과보고서로 제출합니다2004. 07. 31.) .

2004. 12. .2004. 12. .2004. 12. .2004. 12. .

지원기관지원기관지원기관지원기관 :::: 한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원

대표자대표자대표자대표자( )( )( )( ) 김 기 협김 기 협김 기 협김 기 협

지원기업지원기업지원기업지원기업 :::: 주 서진캠주 서진캠주 서진캠주 서진캠( )( )( )( )

대표자대표자대표자대표자( )( )( )( ) 문 흥 식문 흥 식문 흥 식문 흥 식

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 :::: 조 형 호조 형 호조 형 호조 형 호 한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원( )( )( )( )

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 김 세 광김 세 광김 세 광김 세 광 한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원( )( )( )( )

윤 영 옥윤 영 옥윤 영 옥윤 영 옥 한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원( )( )( )( )

문 흥 식문 흥 식문 흥 식문 흥 식 주 서진캠주 서진캠주 서진캠주 서진캠(( ) )(( ) )(( ) )(( ) )

이 문 석이 문 석이 문 석이 문 석 주 서진캠주 서진캠주 서진캠주 서진캠(( ) )(( ) )(( ) )(( ) )

- 13 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1 .1 .1 .1 .

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1 .1 .1 .1 .

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2 .2 .2 .2 .

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3 .3 .3 .3 .

제 장 본론제 장 본론제 장 본론제 장 본론2 .2 .2 .2 .

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1 .1 .1 .1 .

중공소결 캠샤프트 기술지원중공소결 캠샤프트 기술지원중공소결 캠샤프트 기술지원중공소결 캠샤프트 기술지원1. Theta Engine1. Theta Engine1. Theta Engine1. Theta Engine

가 특성 평가가 특성 평가가 특성 평가가 특성 평가. Theta-Engine. Theta-Engine. Theta-Engine. Theta-Engine

나 마찰 압접부 비틀림 시험나 마찰 압접부 비틀림 시험나 마찰 압접부 비틀림 시험나 마찰 압접부 비틀림 시험. Theta-Engine. Theta-Engine. Theta-Engine. Theta-Engine

중공소결 캠샤프트 기술지원중공소결 캠샤프트 기술지원중공소결 캠샤프트 기술지원중공소결 캠샤프트 기술지원2. U-Engine2. U-Engine2. U-Engine2. U-Engine

가 특성 평가가 특성 평가가 특성 평가가 특성 평가. U-Engine. U-Engine. U-Engine. U-Engine

나 마찰압접부 비틀림 시험나 마찰압접부 비틀림 시험나 마찰압접부 비틀림 시험나 마찰압접부 비틀림 시험. U-Engine. U-Engine. U-Engine. U-Engine

중공소결 캠샤프트 신뢰성 제정 지원중공소결 캠샤프트 신뢰성 제정 지원중공소결 캠샤프트 신뢰성 제정 지원중공소결 캠샤프트 신뢰성 제정 지원3.3.3.3.

가 중공소결 캠샤프트 기준안 제정가 중공소결 캠샤프트 기준안 제정가 중공소결 캠샤프트 기준안 제정가 중공소결 캠샤프트 기준안 제정....

나 신뢰성 평가기준 제정 근거나 신뢰성 평가기준 제정 근거나 신뢰성 평가기준 제정 근거나 신뢰성 평가기준 제정 근거....

내스커핑 시험내스커핑 시험내스커핑 시험내스커핑 시험1)1)1)1)

내피팅 시험내피팅 시험내피팅 시험내피팅 시험2)2)2)2)

비틀림 피로 내구 시험비틀림 피로 내구 시험비틀림 피로 내구 시험비틀림 피로 내구 시험3)3)3)3)

내마모 수명 시험내마모 수명 시험내마모 수명 시험내마모 수명 시험4)4)4)4)

파손기구 해석파손기구 해석파손기구 해석파손기구 해석5)5)5)5)

시험 항목의 분류시험 항목의 분류시험 항목의 분류시험 항목의 분류6)6)6)6)

기준 제정의 근거기준 제정의 근거기준 제정의 근거기준 제정의 근거7)7)7)7)

- 14 -

중공소결 캠샤프트용 방청액 도포 및 압입 장치 기술지원중공소결 캠샤프트용 방청액 도포 및 압입 장치 기술지원중공소결 캠샤프트용 방청액 도포 및 압입 장치 기술지원중공소결 캠샤프트용 방청액 도포 및 압입 장치 기술지원4. Sealing Cap4. Sealing Cap4. Sealing Cap4. Sealing Cap

가 필요성가 필요성가 필요성가 필요성....

나 국내 외 현황나 국내 외 현황나 국내 외 현황나 국내 외 현황.... ㆍㆍㆍㆍ

다 현장실태다 현장실태다 현장실태다 현장실태....

라 동종업계 현황라 동종업계 현황라 동종업계 현황라 동종업계 현황....

마 기술지원 내용마 기술지원 내용마 기술지원 내용마 기술지원 내용....

바 파급효과 및 활용 방안바 파급효과 및 활용 방안바 파급효과 및 활용 방안바 파급효과 및 활용 방안....

사 활용계획사 활용계획사 활용계획사 활용계획....

중공소결 캠샤프트 환경영향 평가중공소결 캠샤프트 환경영향 평가중공소결 캠샤프트 환경영향 평가중공소결 캠샤프트 환경영향 평가5.5.5.5.

가 개요가 개요가 개요가 개요....

나 목적 및 범위 정의나 목적 및 범위 정의나 목적 및 범위 정의나 목적 및 범위 정의....

연구의 목적연구의 목적연구의 목적연구의 목적1)1)1)1)

연구 범위연구 범위연구 범위연구 범위2)2)2)2)

데이터 품질 요건데이터 품질 요건데이터 품질 요건데이터 품질 요건3)3)3)3)

할당할당할당할당4)4)4)4)

영향 범주 및 영향 평가 방법론영향 범주 및 영향 평가 방법론영향 범주 및 영향 평가 방법론영향 범주 및 영향 평가 방법론5)5)5)5)

가정 및 제한 사항가정 및 제한 사항가정 및 제한 사항가정 및 제한 사항6)6)6)6)

다 전과정 목록 분석다 전과정 목록 분석다 전과정 목록 분석다 전과정 목록 분석....

데이터 수집데이터 수집데이터 수집데이터 수집1)1)1)1)

공정 설명공정 설명공정 설명공정 설명2)2)2)2)

데이터 계산데이터 계산데이터 계산데이터 계산3)3)3)3)

전과정 목록 분석표 작성전과정 목록 분석표 작성전과정 목록 분석표 작성전과정 목록 분석표 작성4)4)4)4)

라 전과정 영향평가라 전과정 영향평가라 전과정 영향평가라 전과정 영향평가....

특성화 결과특성화 결과특성화 결과특성화 결과1)1)1)1)

- 15 -

정규화 결과정규화 결과정규화 결과정규화 결과2)2)2)2)

가중치 부여 단계가중치 부여 단계가중치 부여 단계가중치 부여 단계3)3)3)3)

마 전과정 해석마 전과정 해석마 전과정 해석마 전과정 해석....

주요 영향 범주별 특성화 결과주요 영향 범주별 특성화 결과주요 영향 범주별 특성화 결과주요 영향 범주별 특성화 결과1)1)1)1)

바 결 과바 결 과바 결 과바 결 과....

초경량 알루미늄 캠샤프트 특허출원 지원초경량 알루미늄 캠샤프트 특허출원 지원초경량 알루미늄 캠샤프트 특허출원 지원초경량 알루미늄 캠샤프트 특허출원 지원6.6.6.6.

초경량 알루미늄 캠샤프트 비교 환경 영향 평가초경량 알루미늄 캠샤프트 비교 환경 영향 평가초경량 알루미늄 캠샤프트 비교 환경 영향 평가초경량 알루미늄 캠샤프트 비교 환경 영향 평가7.7.7.7.

가 개요가 개요가 개요가 개요....

나 제조나 제조나 제조나 제조....

다 비교 환경 영향 평가 중공소결 캠샤프트 초경량 캠샤프트다 비교 환경 영향 평가 중공소결 캠샤프트 초경량 캠샤프트다 비교 환경 영향 평가 중공소결 캠샤프트 초경량 캠샤프트다 비교 환경 영향 평가 중공소결 캠샤프트 초경량 캠샤프트. ( vs ALDC ). ( vs ALDC ). ( vs ALDC ). ( vs ALDC )

연구의 목적연구의 목적연구의 목적연구의 목적1)1)1)1)

비교 시나리오비교 시나리오비교 시나리오비교 시나리오2)2)2)2)

사용단계사용단계사용단계사용단계3)3)3)3)

폐기단계폐기단계폐기단계폐기단계4)4)4)4)

전과정평가 비교전과정평가 비교전과정평가 비교전과정평가 비교5)5)5)5)

초경량 알루미늄 캠샤프트 기술개발 지원계획초경량 알루미늄 캠샤프트 기술개발 지원계획초경량 알루미늄 캠샤프트 기술개발 지원계획초경량 알루미늄 캠샤프트 기술개발 지원계획8.8.8.8.

가 종래 캠샤프트 문제점가 종래 캠샤프트 문제점가 종래 캠샤프트 문제점가 종래 캠샤프트 문제점....

나 중공소결 캠샤프트 문제점나 중공소결 캠샤프트 문제점나 중공소결 캠샤프트 문제점나 중공소결 캠샤프트 문제점....

다 환경친화적 초경량 알루미늄 캠샤프트 개발 필요성다 환경친화적 초경량 알루미늄 캠샤프트 개발 필요성다 환경친화적 초경량 알루미늄 캠샤프트 개발 필요성다 환경친화적 초경량 알루미늄 캠샤프트 개발 필요성....

라 목표라 목표라 목표라 목표....

마 내용마 내용마 내용마 내용....

사 기대효과 및 파급효과사 기대효과 및 파급효과사 기대효과 및 파급효과사 기대효과 및 파급효과....

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2 .2 .2 .2 .

생산기술지원 총괄생산기술지원 총괄생산기술지원 총괄생산기술지원 총괄1.1.1.1.

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차2. 12. 12. 12. 1

- 16 -

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차3. 23. 23. 23. 2

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차4. 34. 34. 34. 3

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차5. 45. 45. 45. 4

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차6. 56. 56. 56. 5

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차7. 67. 67. 67. 6

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차8. 78. 78. 78. 7

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차9. 89. 89. 89. 8

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차10. 910. 910. 910. 9

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

- 17 -

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차11. 1011. 1011. 1011. 10

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차12. 1112. 1112. 1112. 11

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차13. 1213. 1213. 1213. 12

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

제 장 결론제 장 결론제 장 결론제 장 결론3 .3 .3 .3 .

- 18 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1 .1 .1 .1 .

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1 .1 .1 .1 .

엔진 동력계의 주요 부품인 는 반복적인 회전운동을 통해 흡배기 밸브CAMSHAFT

를 개폐시키는 로커암 타펫 푸시로드 등에 순차적으로 동력을 주어 주기적인 정확, ,

한 타이밍으로 밸브를 개폐하도록 만들어져 있다 엔진 성능에 중요한 역할을 하는.

것 중에 한 가지가 이 캠샤프트인데 밸브리프트양을 결정 짓는 캠리프트양과 밸브

의 과 시간을 결정 짓는 캠 프로파일 밸브의 개폐 시기를 결정 짓는Open Close ,

캠의 각도 또한 엔진 성능에 아주 중요한 요소가 아닐 수 없다.

그림그림그림그림 1. CAMSHAFT1. CAMSHAFT1. CAMSHAFT1. CAMSHAFT 그림 부위별 명칭그림 부위별 명칭그림 부위별 명칭그림 부위별 명칭2.2.2.2.

캠샤프트는 엔진에는 흡기와 배기의 전용 캠 샤프트 각 본씩을 사용하고DOHC 1 ,

에서는 흡배기를 본의 캠샤프트로 행해지기 때문에 흡배기 밸브의 수만큼SOHC 1

캠이 구비되어져 있다 또 최근에 탑재가 확대되고 있는 형 엔진에 있어서는. V ,

가 본 에서는 본으로 되어있다 현재 세계시장의 년간 자동차 선SOHC 2 , DOHC 4 . ,

박 산업용 엔진 등의 생산량을 감안하면 캠샤프트 시장의 거대함을 알 수 있다, .

- 19 -

표 캠샤프트의 공법 종류표 캠샤프트의 공법 종류표 캠샤프트의 공법 종류표 캠샤프트의 공법 종류1. ,1. ,1. ,1. ,

공법 종류 내용 비고

주물

FC

칠캠

중실 칠캠 일반적 칠 캠

파이프주포

칠캠

경량화 공정의 합리화를 고려 스틸,

파이프를 주물로 입힌 캠

중공 칠캠 경량화를 위해 샤프트부를 중공화한 캠

재용융 칠캠 칠 캠부에 아크등에 의해 재용융 칠화한 캠

화염 소입캠 캠부를 화염 소입해서 경도를 높인 캠

연 질화 처리 캠 표면을 연질화한 캠

FCD칠캠 모재를 로한 캠FCD

고주파 소입캠 캠부에 고주파소입한 캠

스틸

주조 고주파 소입캠+종래에 많이 사용되었던 것으로 주조로,

제작해 고주파소입한 캠

용접접합 고주파+

소입캠

파이프에 특수강의 캠을 접합해 캠,

표면부를 고주파 소입한 캠

캠 샤프트P/M파이프에 소결제 캠 로브 저널등을,

접합시킨 캠

일반적인 캠샤프트는 캠 축을 모두 동일 재료로 사용하여 일체형의 봉형을 이루고,

있는데 이경우의 소형법은 주철주물이 특수강 단조로 되어있다 주철주조의 소형법.

으로 제조하는 캠샤프트의 경우는 록커암이나 타펫과 강하게 마찰되어지는 캠의 로

즈부의 표면을 경화시킬 필요성이 있어 칠주조 재용융 칠주조 구상흑연주조의 고, ,

주파소입 또는 오스텐파 처리 등 여러 가지 방법을 통하여 열처리를 거쳐야만 하,

는 문제점이 있다 또한 주철 주물 캠 샤프트는 공법 제조 특성상 대표적인 업. 3D

종으로 불량률이 높고 자동화가 까다롭기 때문에 생산성이 떨어지는 단점이 있다, .

이러한 기존 주철 주물 캠샤프트의 단점을 보완하고 엔진의 성능의 최적화 및 엔진

의 경량화 추세에 맞추어 다밸브화에 대응이 가능하며 내마모성이 우수하면서도,

를 절감할 수 있는 새로운 공법의 중공 캠 샤프트를 개발하게 되었다Cost .

- 20 -

분말야금을 이용하여 소결재 캠을 사용하는 조립식 캠샤프트는 강관제 샤프트에 의

해 중공으로 되어 있고 주조법이나 단조법으로서는 소형이 어려운 폭이 좁은 캠에

도 적용할 수 있기 때문에 큰폭의 경량화가 실현 될 수 있는 것 외에 부품 형상의

설계 자유도나 재료 선정의 자유도가 크고 캠과 캠사이의 간격을 자유로이 설계가,

가능한 특징을 갖고 있다 또한 캠샤프트 소결 캠재로 많이 사용되고 있는. P/M

등은 주체의 고경도 탄화물이 베이나이트 기지조직중에 균PFC1, PFC2, PFC4 Cr

일하게 분산해 고면압하에서 내피칭 내마모에 뛰어난 결과를 보여주고 있다, , .

캠 샤프트의 경우 타 엔진 부품과 마찬가지로 경량화에 관심이 높아져 단조품에서

주조품 나아가 중공 주조품 소결제 캠을 사용한 조립식에 채용이 진행되고 있다, .

중공 주조품은 종래의 중실 주조품과 비교해서 약 경량화 되기 때문에 년대20% 80

후반부터 순조롭게 채용을 증가시키고 있다 그러나 최근 자동차의 저가격 전략에.

영향을 받아 중실 주조품에 비해 고 코스트의 중공 주조품의 채용은 여기에 와서

답보 상태에 있고 종래 경자동차에도 확대하고 있던 스즈끼에서는 채용을 축소해,

현재에는 카르다스의 일부 엔진에만 적용 하고 있다 한편 조립식 캠 샤프트는 중. ,

공주조품과는 다르게 서서히 채용을 증가시키고 있다 이것은 경량화라는 이점에.

설계자유도가 크다는 것도 이유가 되고 금후 엔진의 다밸브화나 소형화가 진행됨,

에 따라 더욱 더 캠의 근접 배치나 고성능화의 경향이 강하게 예견되며 이에 채용

이 확대되고 있는 것이다.

세계 시장에서는 주철주물제와 특수강 단조제가 주류를 이루고 있지만 세계적 흐름

인 엔진경량화 부품형상의 설계자유도 재료선정의 자유도 등의 여러 이점 때문에, ,

조립식캠 분야로 움직이고 있는 추세이다 현재 조립식 캠을 생산하고 있는 기업은.

미국의 사 유럽의 사가 일부 캠샤프트를 조립식 공법을 이용하여Toring-Ton , Presta

생산하고 있으며 서진캠 제휴업체인 일본의 사도 조립식 캠샤프트를 생산하고NPR

있다 하지만 사는 확관방식을 적용하고 있고 사는 압입방식을. Toring-Ton , Presta

적용하고 있기 때문에 결합력이 낮아 캠의 이탈이 일어나고 열처리조건에 따라 마

모성이 현저히 저하하며 캠로브의 두께가 이상이 되어야만 제작가능하는 등 여, 5㎜

러 가지 문제점을 안고 있다.

- 21 -

중공 소결 캠샤프트는 투자비가 저렴하고 환경친화적이며 공정이 간소화되어 불량

률을 줄이고 비용 또한 절감할 수 있는 장점을 가지고 있다 또한 복합탄화물 형성.

으로 높은 내구성을 확보할 수 있으며 중공 이기 때문에 주철에 비하여TYPE 30%

이상 경량화할 수 있다는 장점이 있다 중공 소결은 중공을 이용하여 캠 구동시. oil

을 통과시켜 캠 타펫 저널 등에 윤활 작용을 극대화할 수 있는 장점도, , , CAM CAP

가지고 있다 따라서 국내를 비롯한 세계 캠샤프트 시장에서 가격 경쟁력에 있어서.

도 우위를 차지 할 수 있는 것으로 알려져 있다.

조립식 캠샤프트의 공법은 다음과 같은 경쟁력 및 효과 가능성을 갖추고 있다, .

1. 엔진설계시 다 화 적용이 가능한 설계 자유도 부여 효과Valve

2. 배기가스 등 연비 규제에 대한 경량화 기회 제공

3. 중공 소결 캠 샤프트의 설계 기술 확보로 엔진 성능 향상

내마모성 향상 최고 배- ( 7 )

4. 국내 합금 분말 기술 향상 및 소결 접합 기술 향상

5. 마찰 압접 기술에 의한 새로운 아이템의 개발

6. 수입 대체 효과

대일 수입 역조의 억원 이상 개선- 20

7. 완성차의 국제 경쟁력 강화

수입품 보다 저가에 좋은 품질로 공급함으로서 국제 경쟁력 강화-

그러나 다양한 효과와 가능성을 포함한 현 공법에도 몇 가지 개선할 점이 있다.

- 22 -

1. 특허이기 때문에 로얄티를 제공해야하고 수출에 제한이 있다NPR .

2. 이 길어 초기 시동시 마모가 발생할 우려가 있다OIL Filling Time .

3. 소결로의 낮은 장입 효율로 생산성이 저하될 우려가 있다.

4. 가격 대비 생산성이 낮아 수익이 낮고 경제성이 낮아질 수 있다.

하지만 조립식 캠샤프트 제조의 선두 기업인 서진캠의 중공소결 캠샤프트에 대한

국내외 여러 업체의 끊임없는 관심에도 불구하고 서진캠에서는 연구 인력 및 장비

의 부족으로 자체 연구개발에 한계를 느끼고 있다 특히 분말 캠의 분말재 소결재. ,

및 등의 재료와 소결 공정으로 인한 재질의 고려 등 재료개발에steel tube, E/P

전문 인력이 시급하며 시험 평가 부문에서도 비틀림 인장강도 전단강도 접합강, , , ,

도 등의 테스트 장비와 함께 이를 수행 분석할 전문 인력이 시급히 필요한 실정이,

다.

이와 같은 배경으로부터 중공소결 캠샤프트에 대한 서진캠의 당면과로서 기술지원

계획서상의 내용인 캠샤프트 선두 업체인 일본 사의 기술수준인 접합강도NPR 200

마찰압접강도 이상으로 향상시키고 이를 토대로 중공소결 캠의 우수성, 550Nm㎫

을 입증하는 한편 소결 공정등의 개선을 통하여 공정능력지수 이상으로(Cpk) 1.67

향상시켜 제품의 신뢰성을 높여 고객 만족은 물론 세계 초일류 상품으로서 거듭나

는 목표로 기술지원사업을 수행하였으며 더욱이 에 의한, Life Cycle Assessment

환경성 평가를 통한 대응체제의 구축과 무엇보다도 차세대 초경량 알루미늄ELV ,

캠샤프트의 특허출원과 개발 가능성을 통해 세계 일류기술의 확보와 세계 일류 제

품 개발의 초석을 확보하고자 기술지원을 수행하였다.

- 23 -

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2 .2 .2 .2 .

엔진 동력계의 주요 부품인 캠샤프트는 기존의 주철 주물 단조 특수강 공법의 제,

조 방식을 탈피하여 조립식 공법으로의 전환을 꾀하고 있다 주 서진캠에서는 조립. ( )

식 캠샤프트 제조의 선두 기업으로서 중공소결 방식의 조립식 캠샤프트를 개발하여

저 고성능 고품질의 캠샤프트를 제공하여 국내 시장의 국제 경쟁력을 키우Cost, ,

고 세계 시장을 석권한다는 목표를 가지고 생산 품질 활동 및 연구개발 활동을 하,

고 있다.

서진캠의 중공소결 캠샤프트에 대한 국내외 여러 업체의 끊임없는 관심에도 불구하

고 서진캠에서는 연구 인력 및 장비의 부족으로 자체 연구개발에 한계를 느끼고 있

다 특히 분말 캠의 분말재 소결재 및 등의 재료와 소결 공정으로. , steel tube, E/P

인한 재질의 고려 등 재료개발에 전문 인력이 시급하며 시험 평가 부문에서도 비,

틀림 인장강도 전단강도 접합강도 등의 테스트 장비와 함께 이를 수행 분석할, , , ,

전문 인력이 시급히 필요한 실정이다 이에 금번 종합기술지원사업을 통해 중공소.

결 캠샤프트 선두 업체인 일본 사의 기술수준인 접합강도 마찰압접강도NPR 200 ,㎫

이상으로 향상시키고 이를 토대로 중공소결 캠의 우수성을 입증하는 한편550Nm ,

또한 소결 공정등의 개선을 통하여 공정능력지수 이상으로 향상시켜 제품(Cpk) 1.67

의 신뢰성을 높여 고객 만족은 물론 세계 초일류 상품으로서 거듭나는 것이 본 기

술지원의 목표이다.

- 24 -

제 절 지원기술내용제 절 지원기술내용제 절 지원기술내용제 절 지원기술내용3 .3 .3 .3 .

● 계획서상의 지원내용 및 범위

재질 분석 및 조직판독1.

- 분말재의 혼합성분과 소결조건에 따른 금속 조직상의 변화 차이에 대한 내,

마모성 및 내열성 등 주요 재질 특성 분석

- 신소재 및 신공법 개발에 따른 소결 금속의 조직 판독

- 캠샤프트의 주재료인 와 등의 철강재료의 고온 소결 공정STEEL PIPE E/P

후의 상태변화와 소결 후 확산 접합에 대한 신뢰성을 확보하기 위한 접합부

위의 재질 및 금속조직 판독

내구성능평가2.

- 등의 다양한 조건에서의 내구 성능을 실험 및 평full load, thermal shock

가하여 적절한 결론 도출

- 비틀림 등 내구성능 테스트 실시 및 평가, Pitting, Scuffing

구조 피로 해석3. /

- 엔진 탑재 후 구동시 해당될 수 있는 여러 가지 악 조건하에서 제품에 대한

구조해석 피로해석 실시,

● 중점 지원내용 및 범위

시장 변화 및 등에 대응하기 위한 중점 기술 지원[ Royalty ]

내구성능 평가 및 구조 피로 해석의 신뢰성 기준 제정 지원1. /

신뢰성 향상을 위한 부품소재신뢰성향상 지원2.

등 환경규제 대응 및 청정생산을 위한 환경성 평가3. ELV

단위 공정의 개선 지원4.

초경량 캠샤프트 도출 및 특허 도출5. Item

초경량 캠샤프트의 비교 환경성 평가 및 개발 안 도출6.

- 25 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2 .2 .2 .2 .

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1 .1 .1 .1 .

중공소결 캠샤프트 기술지원중공소결 캠샤프트 기술지원중공소결 캠샤프트 기술지원중공소결 캠샤프트 기술지원1. Theta Engine1. Theta Engine1. Theta Engine1. Theta Engine

가 특성 평가가 특성 평가가 특성 평가가 특성 평가. Theta-Engine. Theta-Engine. Theta-Engine. Theta-Engine

그림 에 의 입체 도면을 나타내었다 의 재질은3 Theta-Engine 3D . Theta-Engine

이며 그 조성을 표 에 나타내었다HDCM4 2 .

그림 입체 모형그림 입체 모형그림 입체 모형그림 입체 모형3. Theat-Engine 3d3. Theat-Engine 3d3. Theat-Engine 3d3. Theat-Engine 3d

표 화학조성표 화학조성표 화학조성표 화학조성2. Theat-Engine(HDCM4)2. Theat-Engine(HDCM4)2. Theat-Engine(HDCM4)2. Theat-Engine(HDCM4)

- 26 -

분말재를 이용하여 제조된 를 탈왁스 공정에서Theta-Engine 650~850℃의 온도에

서 소결하였으며 소결 존 에서는, 1 1070℃ 소결 존의 구간에서는 각각, 2 A, B

1080, 1103℃에서 소결하였다 소결 존 에서는. 3 1123℃에서 소결을 행하였다.

소결된 는 차로 나누어서 냉각을 행하였으며 차는 가스압력Theta-Engine 1, 2, 3 , 1

에서 팬속도 로 하여 분간 차 냉각은 가스압력 에서 팬속도800torr 30 20 , 2 800torr㎐

로 하여 분간 차 냉각은 가스압력 에서 팬 속도 으로 하여45 10 , 3 1,200torr s 50㎐ ㎐

약 분간 냉각하였다 제조된 캠 샤프트는 각 부위에서의 소결후 소결20 . Theta-Eng

도와 그 부분에서의 치밀한 조직 형태를 검사하기 위하여 각 지점에서 회이상 경5

도 측정을 하였으며 그 평균값을 표 에 나타내었다 캠로브의 경도는, 3 . 50.7~52.6

범위의 값을 가지며 각 지점에서의 경도 값의 편차가 크지 않음을 확인 할수 있었,

다 이러한 데이터로 보아 각 소결 냉각 등의 각 공정조건이 분말재를 이용하여. , ,

제조된 캠샤프트를 제조하는데 적합한 것으로 사료된다Theta-Engine .

그림 경도측정 부위그림 경도측정 부위그림 경도측정 부위그림 경도측정 부위4. Theta-Engine4. Theta-Engine4. Theta-Engine4. Theta-Engine

표 측정 부위별 경도값표 측정 부위별 경도값표 측정 부위별 경도값표 측정 부위별 경도값3. Theta-Engine3. Theta-Engine3. Theta-Engine3. Theta-Engine

- 27 -

그림 에 의 미세조직 사진을 나타내었다 사진에서 볼 수 있듯이 구5 Theta-Engine .

로에서 소결한 제품에서는 다수의 기공들이 나타나고 있지만 새로이 제작된 로에,

서 소결한 제품에서는 기공율이 현저히 떨어졌음을 볼 수 있으며 조직의 균일성이,

확보되었다.

신로 배신로 배신로 배신로 배(a) 100(a) 100(a) 100(a) 100 신로 배신로 배신로 배신로 배(b) 500(b) 500(b) 500(b) 500

구로 배구로 배구로 배구로 배(c) 100(c) 100(c) 100(c) 100 구로 배구로 배구로 배구로 배(d) 500(d) 500(d) 500(d) 500

접합부 배접합부 배접합부 배접합부 배(e) 50(e) 50(e) 50(e) 50

그림 미세 조직 사진그림 미세 조직 사진그림 미세 조직 사진그림 미세 조직 사진5. Theta-Engine(HDCM4)5. Theta-Engine(HDCM4)5. Theta-Engine(HDCM4)5. Theta-Engine(HDCM4)

- 28 -

그림 에 에서의 미세조직 사진을 나타내었다 전체 면적에서 기공이 차6 Cam Lobe .

지하는 비율은 약 로 낮은 값을 나타내었다3.18% .

그림 기공사진그림 기공사진그림 기공사진그림 기공사진6. Cam Lobe (×50)6. Cam Lobe (×50)6. Cam Lobe (×50)6. Cam Lobe (×50)

나 마찰압접부 비틀림 시험나 마찰압접부 비틀림 시험나 마찰압접부 비틀림 시험나 마찰압접부 비틀림 시험. Theta-Engine. Theta-Engine. Theta-Engine. Theta-Engine

마찰 압접품의 비틀림 토르크를 검사하여 양산전 신뢰성을 검증하기 위하여 비틀림

시험기를 이용하여 번 캠브로와 각으로 가공한 엔드피스를 맞물려 비틀림 시험을2 4

실시하였다 시험 조건은 로 하였으며 시험편은. 15sec×60% [S45C Frt E/P +

개를 하였다S45C PIPE] 4 .

그림 에 의 각 시험편 별 마찰 압접부 비틀림 시험 결과 그래프를7 Theta-Engine

나타내었다.

- 29 -

(a) Sample 1(a) Sample 1(a) Sample 1(a) Sample 1

(b) Sample 2(b) Sample 2(b) Sample 2(b) Sample 2

- 30 -

(c) Sample 3(c) Sample 3(c) Sample 3(c) Sample 3

(d) Sample 4(d) Sample 4(d) Sample 4(d) Sample 4

그림 마찰 압접부 비틀림 시험그림 마찰 압접부 비틀림 시험그림 마찰 압접부 비틀림 시험그림 마찰 압접부 비틀림 시험7. Theta-Engine7. Theta-Engine7. Theta-Engine7. Theta-Engine

- 31 -

마찰 압접부 비틀림 시험결과 파손 토르크 값은 의Theta-Engine 1288~1469Nm

범위를 가지며 비틀림 테스트중 저널부 위치에서 영향을 받았으며 절Oil Holeqn ,

손 및 파손 없는 상태에서의 결과값으로 용접부의 접합력은 상기 값 이상으로 추정

된다 파손값의 차이가 있는 것은 소재 캠로브 공차로 인한 지그와의 유격차이 때. ( )

문에 발생한 것으로 사료된다.

표 에 비틀림 시험결과를 나타내었으며 그림 에 마찰 압접부 비틀림 시험후 외4 , 8

관을 나타내었다.

표 마찰 압접부 비틀림 토르크표 마찰 압접부 비틀림 토르크표 마찰 압접부 비틀림 토르크표 마찰 압접부 비틀림 토르크4. Theta-Engine4. Theta-Engine4. Theta-Engine4. Theta-Engine

구분 SPEC비틀림 토르크(Nm)

비고No.1 No.2 No.3 No.4 범위R( )

Frt E/P +

PIPE

마찰압접품

230Nm

이상1326 1288 1469 1354 1288~1469

Spec

대비→ 배5

이상

결과 Ok Ok Ok Ok Ok

그림 비틀림 시험 후 외관그림 비틀림 시험 후 외관그림 비틀림 시험 후 외관그림 비틀림 시험 후 외관8. Theta-Engine8. Theta-Engine8. Theta-Engine8. Theta-Engine

- 32 -

중공소결 캠샤프트 기술지원중공소결 캠샤프트 기술지원중공소결 캠샤프트 기술지원중공소결 캠샤프트 기술지원2. U-Engine2. U-Engine2. U-Engine2. U-Engine

가 특성 평가가 특성 평가가 특성 평가가 특성 평가. U-Engine. U-Engine. U-Engine. U-Engine

그림 에 의 입체 도면을 나타내었다 의 재질은 이9 U-Engine 3D . U-Engine HDCM8

며 그 조성을 표 에 나타내었다5 .

그림 입체 모형그림 입체 모형그림 입체 모형그림 입체 모형9. U-Engine 3D9. U-Engine 3D9. U-Engine 3D9. U-Engine 3D

표 화학조성표 화학조성표 화학조성표 화학조성5. U-Engine(HDCM4)5. U-Engine(HDCM4)5. U-Engine(HDCM4)5. U-Engine(HDCM4)

분말재를 이용하여 제조된 를 탈왁스 공정에서U-Engine 650~850℃의 온도에서

소결하였으며 소결 존 에서는, 1 1070℃ 소결 존의 구간에서는 각각, 2 A, B 1080,

1103℃에서 소결하였다 소결 존 에서는. 3 1123℃에서 소결을 행하였다 소결된.

는 차로 나누어서 냉각을 행하였으며 차는 가스압력 에서U-ENG 1, 2, 3 , 1 800torr

팬속도 로 하여 분간 차 냉각은 가스압력 에서 팬속도 로 하여30 20 , 2 800torr 45㎐ ㎐

분간 차 냉각은 가스압력 에서 팬 속도 으로 하여 약 분간 냉10 , 3 1,200torr s 50 20㎐

각하였다.

- 33 -

제조된 캠샤프트는 각 부위에서의 소결후 소결도와 그 부분에서의 치밀U-Engine

한 조직형태를 검사하기 위하여 각 지점에서 회이상 경도 측정을 하였으며 그 평5 ,

균값을 표 에 나타내었다 캠 로브의 경도는 범위의 값을 가지며 각6 . 56.0~58.4 ,

지점에서의 경도 값의 편차가 크지 않음을 확인 할수 있었다 이러한 데이터로 보.

아 각 소결 냉각 등의 각 공정조건이 분말재를 이용하여 제조된 캠샤, , U-Engine

프트를 제조하는데 적합한 것으로 사료된다.

그림 경도측정 부위그림 경도측정 부위그림 경도측정 부위그림 경도측정 부위10. U-Engine10. U-Engine10. U-Engine10. U-Engine

표 측정 부위별 경도값표 측정 부위별 경도값표 측정 부위별 경도값표 측정 부위별 경도값6. U-Engine6. U-Engine6. U-Engine6. U-Engine

그림 에 의 미세조직 사진을 나타내었다 사진에서 볼 수 있듯이 구로11 U-Engine .

에서 소결한 제품에서는 다수의 기공들이 나타나고 있지만 새로이 제작된 로에서,

소결한 제품에서는 기공율이 현저히 떨어졌음을 볼수 있으며 조직의 균일성이 확,

보되었다.

그림 에 에서의 미세조직 사진을 나타내었다 전체 면적에서 기공이12 Cam Lobe .

차지하는 비율은 약 로 낮은 값을 나타내었다2.96% .

- 34 -

신로 배신로 배신로 배신로 배100100100100 신로 배신로 배신로 배신로 배500500500500

구로 배구로 배구로 배구로 배100100100100 구로 배구로 배구로 배구로 배500500500500

그림 미세 조직 사진그림 미세 조직 사진그림 미세 조직 사진그림 미세 조직 사진11. U-Engine(HDCM8)11. U-Engine(HDCM8)11. U-Engine(HDCM8)11. U-Engine(HDCM8)

그림 기공사진그림 기공사진그림 기공사진그림 기공사진12. Cam Lobe (×50)12. Cam Lobe (×50)12. Cam Lobe (×50)12. Cam Lobe (×50)

- 35 -

나 마찰압접부 비틀림 시험나 마찰압접부 비틀림 시험나 마찰압접부 비틀림 시험나 마찰압접부 비틀림 시험. U-Engine. U-Engine. U-Engine. U-Engine

마찰 압접품의 비틀림 토르크를 검사하여 양산전 신뢰성을 검증하기 위하여 비틀림

시험기를 이용하여 번 캠브로와 각으로 가공한 엔드피스를 맞물려 비틀림 시험을2 4

실시하였다 시험 조건은 로 하였으며 시험편은. 20sec×60% [S45C Frt E/P +

개를 하였다S45C PIPE] 4 .

그림 에 의 각 시험편 별 마찰 압접부 비틀림 시험 결과 그래프를 나13 U-Engine

타내었다.

(a) Sample 1(a) Sample 1(a) Sample 1(a) Sample 1

- 36 -

(b) Sample 2(b) Sample 2(b) Sample 2(b) Sample 2

(c) Sample 3(c) Sample 3(c) Sample 3(c) Sample 3

- 37 -

(d) Sample 4(d) Sample 4(d) Sample 4(d) Sample 4

그림 마찰 압접부 비틀림 시험그림 마찰 압접부 비틀림 시험그림 마찰 압접부 비틀림 시험그림 마찰 압접부 비틀림 시험13. U-Engine13. U-Engine13. U-Engine13. U-Engine

마찰 압접부 비틀림 시험결과 파손 토르크 값은 의 범위를U-Engine 498~551Nm

가지며 비틀림 테스트 도중 시험기의 각도 범위를 하여 더 이상 테스트를 실시Over

할 수가 없어서 중단된 곳의 결과치로써 용접부의 접합력은 상기 값 이상으로 추정

된다 파손값의 차이가 있는 것은 소재 캠로브 공차로 인한 지그와의 유격차이 때. ( )

문에 발생한 것으로 사료된다 표 에 비틀림 시험결과를 나타내었으며 그림 에. 7 , 14

마찰 압접부 비틀림 시험후 외관을 나타내었다.

표 마찰 압접부 비틀림 토르크표 마찰 압접부 비틀림 토르크표 마찰 압접부 비틀림 토르크표 마찰 압접부 비틀림 토르크7. U-Engine7. U-Engine7. U-Engine7. U-Engine

구분 SPEC비틀림 토르크(Nm)

비고No.1 No.2 No.3 No.4 범위R( )

Frt E/P +

PIPE

마찰압접품

230Nm

이상551 498 520 538 498~551

Spec

대비 2→ 배

이상

결과 Ok Ok Ok Ok Ok

- 38 -

그림 비틀림 시험 후 외관그림 비틀림 시험 후 외관그림 비틀림 시험 후 외관그림 비틀림 시험 후 외관14. U-Engine14. U-Engine14. U-Engine14. U-Engine

- 39 -

중공소결 캠샤프트 신뢰성 제정 지원중공소결 캠샤프트 신뢰성 제정 지원중공소결 캠샤프트 신뢰성 제정 지원중공소결 캠샤프트 신뢰성 제정 지원3.3.3.3.

가 중공소결 캠샤프트 기준안 제정가 중공소결 캠샤프트 기준안 제정가 중공소결 캠샤프트 기준안 제정가 중공소결 캠샤프트 기준안 제정....

엔진 동력계의 주요 부품인 캠샤프트는 반복적인 회전운동을 통해 흡 배기 밸브를ㆍ

개폐시키는 로커암 태핏 푸시로드 등에 순차적으로 동력을 주어 주기적인 정확한, ,

타이밍으로 밸브를 개폐하도록 하는 기능을 하며 고온 고회전 비틀림 피로 및 윤, , ,

활마모 등의 악조건에서 사용되는 자동차 부품으로서 밸브 리프트양을 결정짓는,

캠 리프트양과 밸브의 개폐시간을 결정짓는 캠 프로파일 및 밸브의 개폐시기를 결

정하는 캠 각도 등에 의해 엔진의 성능을 중요한 요소부품 중의 하나이다 세계 시.

장에서는 과거 년대 후반까지 주철 주물재 및 특수강 단조재 캠샤프트가 주류를90

이루고 있었지만 타 엔진 부품과 마찬가지로 세계적 흐름인 경량화에 관심이 높아,

져 기존 캠샤프트의 단점을 보완하고 엔진 성능의 최적화 엔진의 경량화 및 다밸, ,

브화 대응 가능성 내마모성 비용 절감을 만족할 수 있는 조립식 소결 중공 캠샤프, ,

트의 개발 및 적용이 점차 증가되고 있는 추세이다 그러나 조립식 소결 캠샤프트.

에 대해서는 신뢰성평가에 대한 시험방법 및 기준이 정립되어 있지 않은 실정이며,

더욱이 완성차 업체의 경우에는 엔진 테스트 시에만 장착 평가됨으로 캠샤프트 단,

독으로의 평가는 진행되지 않고 있기 때문에 생산업체 자체의 엔진 내구성 테스트

에 의존함으로 캠 샤프트 단품에 대한 정확한 품질 및 신뢰성평가 데이터의 확보가

이루어지지 않고 있으며 신뢰성 평가기준의 결여와 평가 데이터 부족으로 수출 시,

장 개척이 시도조차 되지 못하고 있다 따라서 이 제품에 대한 신뢰성평가 기준 제.

정과 시험평가를 통하여 국내에서 생산된 조립식 소결 캠샤프트에 대한 신뢰성 확

보 및 신뢰성향상 기회를 제공하고 국산품의 세계시장 진출을 촉진하고자 하는 목

적으로 조립식 소결 캠샤프트 신뢰성평가 기준은 제정되었다.

- 40 -

나 신뢰성 평가기준 제정 근거나 신뢰성 평가기준 제정 근거나 신뢰성 평가기준 제정 근거나 신뢰성 평가기준 제정 근거....

내스커핑 시험내스커핑 시험내스커핑 시험내스커핑 시험1)1)1)1)

스커핑 시험 조건은 윤활유 종류 온도 유량 최종 시험 면압과 회전속도 등에 의, , ,

해 크게 좌우되어 지며 캠샤프트 제조회사 및 자동차회사에 따라 그 규격이 다소,

상이하다 본 기준에서는 각 회사의 기준을 근거로 하여 가혹한 조건들을 조합하여.

시험조건으로 선택하였다 유량 및 윤활유 종류는 대부분의 회사가 시험조건으로.

선택하고 있는 를 사용하였으며 윤활유의 조건은 온도가 높을SAE 10W-30 grade ,

수록 윤활성이 저하되므로 가장 높은 온도를 선택하였다 캠의 회전속도는 낮을수.

록 가혹한 마모조건을 형성하게 되므로 엔진구동시 가혹한 조건인 내구에 해당idle

되는 을 선택하여 시험조건으로 하였다 설계 면압은 엔진에 따라 그 기준850RPM .

이 변화하므로 의뢰자가 지정하도록 하여 설계기준에 적합한 면압에 이르기까지,

문제가 발생하지 않음을 보장하도록 시험 조건을 구성하였다.

내피팅 시험내피팅 시험내피팅 시험내피팅 시험2)2)2)2)

내피팅성을 크게 좌우하는 시험 인자는 적용 면압과 회전속도 및 시험시간이다 먼.

저 설계 면압은 엔진에 따라 그 기준이 변화하므로 의뢰자가 지정하도록 하여 설, ,

계기준에 적합한 면압에서 피팅이 발생하지 않음을 보장하도록 하였다 캠의 회전.

속도에 따라 피팅이 발생하는 부위가 변화하게 되는데 고속회전일 경우 캠, flank

부분에서 우선적으로 피팅이 발생하게 되고 저속회전일 경우 캠 에서 피팅이, nose

우선적으로 발생하게 된다 실제 캠의 사용 환경에서 피팅이 발생하는 부위는 캠.

부위이므로 이를 우선적으로 보장하기 위하여 각 회사의 규격 중에서 고속회flank

전에 해당하는 값을 선택하여 기준으로 하였다 한편 피팅은 표면피로에 해당하므.

로 무한 피로수명을 보장하기 위해서는 사이클까지 문제가 발행하지 않아야 한107

다 본 기준에서는 안전성을 중시하는 최근의 경향과 기술위원회의 자문에 맞추어.

통상에 세 배 이상에 해당되는 사이클까지 평가를 실사하여 시험결과의 신3.6×107

뢰도를 높이고자 하였다.

- 41 -

비틀림 피로 내구 시험비틀림 피로 내구 시험비틀림 피로 내구 시험비틀림 피로 내구 시험3)3)3)3)

비틀림 피로 내구성을 좌우하는 시험 인자는 시험하중과 시험횟수이다 먼저 캠샤.

프트에 실제 작용하는 비틀림 하중은 엔진의 설계 기준에 따라 변화하게 되므로 의

뢰자가 지정하도록 하여 설계 기준에 적합한 비틀림 하중에서 피로 내구성을 보장,

하도록 하였다 비틀림 피로는 무한 수명을 보장하기 위해서는 사이클까지 문제. 107

가 발생하지 않아야 한다 본 기준에서는 안전성을 중시하는 최근의 경향에 맞추어.

통상에 두 배에 해당되는 사이클까지 평가를 실시하여 시험결과의 신뢰도를2×107

높이고자 하였다.

내마모 수명 시험내마모 수명 시험내마모 수명 시험내마모 수명 시험4)4)4)4)

캠샤프트의 내마모 수명을 평가하기 위해서는 실제 엔진 시스템 전체를 구동시켜

그 내구성을 평가하는 다이나모 시험방법과 엔진 헤드 부분만을 모터로 구동시켜

평가하는 모터링 시험방법이 있다 자동차회사는 각각의 기준을 가지고 테스트를.

행하고 있으나 그 시험규격은 극비로 취급되어 외부로 공개되고 있지 않은 실정이,

다 본 기준에서는 선진 사의 캠샤프트 모터링 시험 규격을 기준으로 그 시험 조. G

건을 설정하였다.

파손기구 해석파손기구 해석파손기구 해석파손기구 해석5)5)5)5)

조립식 소결 캠샤프트의 주된 파손 및 수명 결정은 마모에 의해 발생하며 그 외에,

접합부위에서의 내구성이 요구되어진다.

- 42 -

가) Two level Quality Function Deployment

가능한 모든 파손기구와 파손을 야기하는 환경조건 및 시험방법의 관계는 아래의

표 과 표 를 통해 알 수 있다8 9 .

표표표표 8. Requirements(Stresses and Performance) and Failure Modes/Mechanisms8. Requirements(Stresses and Performance) and Failure Modes/Mechanisms8. Requirements(Stresses and Performance) and Failure Modes/Mechanisms8. Requirements(Stresses and Performance) and Failure Modes/Mechanisms

MatrixMatrixMatrixMatrix

Failure Modes/Mechanisms

Requirements

(Stresses and Performance)

Frature WearDeformation

(Twisted)

Torsion(shear stress) ○ ◇

Hardness & material properties ◎

Straightness & shape ○

Surface roughness ◇

표표표표 9. Failure Modes/Mechanisms and Test Methods Matrix9. Failure Modes/Mechanisms and Test Methods Matrix9. Failure Modes/Mechanisms and Test Methods Matrix9. Failure Modes/Mechanisms and Test Methods Matrix

Test Methods

Failure Modes/ Mechanisms

Wear Test Torsion Fatigue Test

Wear ◎

Fracture ○

Deformation ◇

- 43 -

나 파손원인 해석)

비틀림 피로에 의한 판단①

캠샤프트는 사용 중에 구동축의 가속 감속 등에 의해 반복적인 비틀림 응력 하에,

놓이게 된다 캠샤프트가 탄성범위 내에서 작동하도록 설계되어진 경우에도 동적인.

반복응력 하에서 사용하는 과정에서 외부표면에 미소결함이 발생하게 되고 이 결,

함이 점진적으로 확대 또는 전파함에 따라 파괴에 이르게 될 수 있다 피로파괴에.

영향을 미치는 인자로는 재료 표면결함과 크기 응력형태과 응력상태 환경 등을, , ,

들 수 있는데 이러한 인자들이 단독 또는 복합적으로 영향을 미치기도 한다 캠샤, .

프트에서는 피로에 의한 파단이 발생하게 되면 자동차의 안전 상에 큰 문제를 야기

시키게 되므로 무한 수명을 보장할 수 있는 사이클까지 시험을 수행하여야만 한다.

마모에 의한 파손②

마모는 기계부품이 접촉되어 장시간 운전되는 장치에서는 필연적으로 발생하며 기,

계적 특성에 크게 영향을 미치는 중요한 현상이다 엔지니어의 입장에서 마모는 금.

속층이 표면에서 불균일하게 제거되는 손상 중의 하나로 정의되어 왔다 가장 일반.

적인 마모는 불충분한 윤활유 유막에 의한 금속 금속 접촉 공급 윤활유 중의 연마- ,

입자 급격한 손상을 야기 시키는 접촉면의 윤활유 유막 붕괴 윤활유와 첨가제 성, ,

분에 의한 화학적 마모 등이 있으며 캠샤프트의 설계와 재료에 의해 마모량의 크,

게 좌우된다.

스커핑(scuffing)㉮

스커핑은 금속 금속 접촉 용착 및 분리의 반복작용의 형태로 나타나는 응착마모- ,

의 하나로서 과열에 의해 윤활막의 국부적 파손에 의해 시작되어(adhesive wear) ,

빠르게 접촉면이 마모되는 것이다 이러한 스커핑의 발생에 영향을 미치는 인자는.

접촉면의 면압 금속의 성질 윤활유의 종류 표면조도 표면처리(contact stress), , , , ,

표면 미끄럼 속도 등이 있다 스커핑에 의한 손상은 그 원인분석에는 앞에서 언급.

한 여러 인자를 종합적으로 고려하지 않으면 안되기 때문에 많은 어려움이 따른다.

- 44 -

피팅(pitting)㉯

피팅은 표면피로 라고도 하며 접촉면의 면압이 재질이 견딜 수 있(surface fatigue) ,

는 한계를 초과하였을 때 발생하는 피로파괴 현상이다 하중이 반복적으로 작용하.

는 기계부품에서는 접촉하는 표면과 표면사이에 주기적으로 응력이 발생하며 하중,

이 충분히 높고 응력주기가 크게 되면 표면에서 작은 입자가 피로한도를 넘어 떨,

어져 나감으로 인해 접촉면에 작은 홈이나 공동이 생성된다 이러한 피팅 현상 역.

시 일단 손상이 시작되면 빠른 속도로 진전하게 된다.

마찰 마모(abrasive wear)㉰

마찰 마모는 주로 이물질로 기계 장치와 윤활시스템이 오염되었을 때 일어난다 엔.

진 시스템에서의 오염은 구조 작동 시의 부품의 마모에 의한 연삭물과 엔진 연소반

응에 의한 생성물 등에 의해 좌우되어진다 이 중에서도 가장 큰 문제가 되어지는.

것은 엔진 연소반응에 의해 생성되어지는 를 들 수 있는데 이는 엔진 필터에soot ,

의해 여과요소를 통과할 정도로 매우 미세하기 때문에 생성된 는 대부분이 캠soot

의 마모에 기여한다고 볼 수 있다 마찰 마모는 접촉하는 부품의 재질뿐만 아니라.

부하 하중 윤활유의 종류와 유량 표면조도에도 밀접하게 의존하며 시간에 따라, , ,

그 마모량은 증가하게 된다.

시험항목의 분류시험항목의 분류시험항목의 분류시험항목의 분류6)6)6)6)

조립식 소결 캠샤프트의 시험평가 항목은 기초물성평가와 내구물성평가 및 수명평

가 항목으로 분류할 수 있다.

가 기초물성평가)

기초물성에는 캠의 크기 및 형상 정적 비틀림 강도 시험 내스커핑 시험 및 내피팅, ,

성 시험을 들 수 있으며 얻어진 물성들은 캠 샤프트의 수명에 직접적인 영향을 미,

치지는 않으나 캠샤프트 소재로서 기본적으로 만족해야 하는 물성과 캠 샤프트의,

설계상 요구되어지는 물성이다.

- 45 -

캠의 크기 및 형상①

캠의 형상은 밸브 작동시기를 결정하는 중요인자로서 그 정밀도에 따라 특성이 정

해지므로 초기 형상에 대한 데이터가 주어져야만 한다.

정적 비틀림 강도 시험②

확산접합에 의해 결합되어지는 캠과 샤프트의 접합강도 및 마찰접합 또는 브레이징

에 의해 결합되어지는 샤프트와 프론트 피스와의 접합강도를 평가한다.

내스커핑 시험③

설계 면압에 대한 캠 재료의 내스커핑성을 평가하는 시험으로 내스커핑은 재료와

작용 면압에 의해 결정되어진다.

내피팅성 시험④

설계 면압에 대한 캠 재료의 내피핑성을 평가하는 시험으로 내스커핑은 재료와 작

용 면압에 의해 결정되어진다.

나 내구물성 평가)

비틀림 피로 내구 시험은 확산접합에 의해 결합되어지는 캠과 샤프트의 접합피로강

도 및 마찰접합 또는 브레이징에 의해 결합되어지는 샤프트와 프론트 피스와의 접

합피로강도를 평가하여 접합부위에 대한 무한수명의 내구성을 보장하기 위한 시험

이다.

다 수명평가)

캠샤프트는 작동 중에 반드시 마모가 진행되어지게 되며 그 마모량이 한계치를 초,

과하였을 때는 엔진성능의 저하를 초래하게 된다 실제 엔진 헤드를 사용하여 캠의.

내마모 수명에 대한 모터링 시험을 수행하여 그 수명을 보장한다.

- 46 -

기준 제정의 근거기준 제정의 근거기준 제정의 근거기준 제정의 근거7)7)7)7)

가 시험방법 근거 및 해설)

내스커핑 시험①

스커핑 시험 조건은 윤활유 종류 및 온도와 유량 최종 시험 면압과 회전속도 등에,

의해 크게 좌우되어 지며 캠샤프트 제조회사 및 자동차회사에 따라 그 규격이 다,

소 상이하다 본 기준에서는 각 회사의 기준을 근거로 하여 가혹한 조건들을 조합.

하여 시험조건으로 선택하였다 윤활유 종류는 대부분의 회사가 시험조건으로 선택.

하고 있는 를 사용하였으며 윤활유가 조건은 온도가 높을수록SAE 10W-30 grade ,

윤활성이 저하되므로 가장 높은 온도를 선택하였고 유량의 경우에도 대부분의 회,

사가 선택하고 있는 조건으로 정하였다 캠의 회전속도는 낮을수록 가혹한 마모조.

건을 형성하게 되므로 엔진구동 시 가장 가혹한 조건인 내구에 해당되는idle

을 선택하여 시험조건으로 하였다 설계 면압은 엔진에 따라 그 기준이 변850RPM .

화하므로 의뢰자가 지정하도록 하여 설계기준에 적합한 면압에 이르기까지 문제가,

발생하지 않음을 보장하도록 시험 조건을 구성하였다.

내피팅 시험②

내피팅성을 크게 좌우하는 시험 인자는 적용 면압과 회전속도 및 시험시간이다 설.

계 면압은 엔진에 따라 그 기준이 변화하므로 의뢰자가 지정하도록 하여 설계기준,

에 적합한 면압에서 피팅이 발생하지 않음을 보장하도록 하였다 캠의 회전속도에.

따라 피팅이 발생하는 부위가 변화하게 되는데 고속회전일 경우에는 캠 부분, flank

에서 우선적으로 피팅이 발생하게 되고 저속회전일 경우에는 캠 에서 피팅이, nose

우선적으로 발생하게 된다 실제 캠의 사용 환경에서 피팅이 발생하는 부위는 캠.

부위이므로 이를 우선적으로 보장하기 위하여 각 회사의 규격 중에서 고속회flank

전에 해당하는 값을 선택하여 기준으로 하였다 피팅은 표면피로에 해당하므로 무.

한 피로수명을 보장하기 위해서는 사이클까지 문제가 발생하지 않아야 한다 본107 .

기준에서는 안전성을 중시하는 최근의 경향과 기술위원회의 자문에 맞추어 통상에

세 배 이상에 해당되는 사이클까지 평가를 실시하여 시험결과의 신뢰도를3.6×107

높이고자 하였다.

- 47 -

비틀림 피로 내구 시험③

비틀림 피로 내구성을 좌우하는 시험 인자는 시험응력과 응력 사이클 수이다 캠샤.

프트에 실제 작용하는 비틀림 응력은 엔진의 설계 기준에 따라 변화하게 되므로 의

뢰자가 지정하도록 하여 설계 기준에 적합한 비틀림 응력에서 피로 내구성을 보장,

하도록 하였다 비틀림 피로는 무한 수명을 보장하기 위해서는 사이클까지 문제. 107

가 발생하지 않아야 한다 본 기준에서는 안전성을 중시하는 최근의 경향에 맞추어.

통상에 두 배에 해당되는 사이클까지 평가를 실시하여 시험결과의 신뢰도를2×107

높이고자 하였다.

내마모 수명 시험④

캠샤프트의 내마모 수명을 평가하기 위해서는 실제 엔진 시스템 전체를 구동시켜

그 내구성을 평가하는 다이나모 시험방법과 엔진 헤드 부분만을 모터로 구동시켜

평가하는 모터링 시험방법이 있다 자동차회사는 각각의 기준을 가지고 테스트를.

행하고 있으나 그 시험규격은 극비로 취급되어 외부로 공개되고 있지 않은 실정이,

다 본 기준에서는 선진 사의 캠샤프트 모터링 시험 규격을 기준으로 그 시험 조. G

건을 설정하였다.

나 기준값의 근거)

본 기준에 제시된 내마모 수명 시험 기준값인 은 선진 사의 캠 샤프트 모터100 G㎛

링 시험 규격을 기준으로 하여 워킹그룹회의를 통해 설정하였으며 모터링 시험을,

통해 보장수명 를 보장하는 근거는 다음과 같다 일반적으로 캠샤프트 수160,000 .㎞

명의 보장은 모터링 시험 또는 다이나모 시험을 통해 얻어진 결과와 실차를 통해

장시간 운행한 후 얻어진 결과를 통해 이루어지고 있으나 각 회사의 자체 규격은,

대외비로 외부로 공개되고 있지 않은 상황이며 규격 내에 수명보장에 대한 언급은,

없는 형편이다 그러나 최근의 모든 엔진 부품은 마일. 100,000~150,000 (160,000

의 주행 수명을 보장하여 년 이상의 무고장 사용을 보장하고 있는~240,000 ) 10㎞ ㎞

추세이다.

- 48 -

수명 보장 근거를 부여하기 위하여 사의 실차 테스트 결과에 근거하여 주행거리G

에 따른 마모값과 기준값을 비교하였다 사의 실차 테스트 결과에 의하면 주행거. G

리에 따른 캠의 마모량은 그림 에서 보여 지는 바와 같다 그림에서 알 수 있는15 .

바와 같이 캠의 마모량은 초기 길들이기 과정에서 급격한 마모가 일어난 후에는 거

의 직선적인 마모 양상을 보여주고 있는 것을 알 수 있다 따라서 이후 마모가.

주행까지 직선적으로 캠의 마모가 일어난다고 가정하였을 때 추정 마모160,000 ,㎞

량은 표 에서 나타내는 것과 같이 이 얻어짐을 알 수 있다 표 에10 64.4~94.6 .( 10㎛

나타낸 결과는 문헌에서 발표된 개의 캠에 대한 마모 결과를 정리한 것이다 따4 .)

라서 기준에서 근거로 제시한 캠의 최대 마모량 은 최소 를 보장하100 160,000㎛ ㎞

기 위해 시험되어진 것으로 추정되어진다 이를 근거로 본 기준안에서는 를. 100㎛

고장판정기준으로 하였다.

그림 주행거리와 캠 마모량과의 관계그림 주행거리와 캠 마모량과의 관계그림 주행거리와 캠 마모량과의 관계그림 주행거리와 캠 마모량과의 관계15.15.15.15.

- 49 -

표 주행거리에 따른 캠의 마모량표 주행거리에 따른 캠의 마모량표 주행거리에 따른 캠의 마모량표 주행거리에 따른 캠의 마모량10.10.10.10.

중공소결 캠샤프트용 방청액 도포 및 압입장치 기술지원중공소결 캠샤프트용 방청액 도포 및 압입장치 기술지원중공소결 캠샤프트용 방청액 도포 및 압입장치 기술지원중공소결 캠샤프트용 방청액 도포 및 압입장치 기술지원4. Sealing Cap4. Sealing Cap4. Sealing Cap4. Sealing Cap

가 필요성가 필요성가 필요성가 필요성....

최근 엔진 부품의 경량화 추세에 따라 캠샤프트 또한 샤프트 내부가 꽉채워진 중실

캠샤프트 대신 캠샤프트 내부를 비워 중량을 감소 시키는 형태인 중공 캠샤프트 방

식이 많이 사용되고 있다 이 중공 캠샤프트의 내경부는 중량을 줄여주는 역할 뿐.

만 아니라 엔진의 실린더 헤드에서 캠 타펫 저널 등에 윤활 작용을, , , , CAM CAP

극대화할 수 있도록 을 전달하고 공급하는 유로의 역할로 사용하여 중요한 역할Oil

을 하고 있다.

이러한 목적으로 캠샤프트 끝 단 내경부에는 오일의 누유를 막을 수 있도록

을 압입하는데 이때 압입부의 미세틈새로 누유가 되어 유로내의 유Sealing Cap Oil

압 이상이 발생하거나 의 이탈이 발생하는 것을 막기 위하여 압입부에Sealing Cap

혐기성 접착제를 도포한다 그런데 현재 이 접착제 도포 및 압입 공정. Sealing Cap

은 작업자가 일일이 수작업을 통해 작업하고 있다 이러한 작업은 접착제의 유독한.

성분으로 인체에 유해한 영향을 줄 수 있을 뿐 만 아니라 작업자가 기피하는 공정

으로서 시급한 개선이 필요한 실정이다.

- 50 -

또한 주철주물제 특수강 단조제 조립식 캠샤프트 등 모든 캠샤프트는 철강 재료를, ,

사용하여 제조하기 때문에 단품 및 완성품의 재고를 보관하는 과정이나 제작 검사, ,

측정 납품 등의 이송과정은 어떠한 형태로든 상당한 발청의 가능성을 갖고 있다, .

특히 제조 후 엔진에 탑재되기 까지의 기간이 장기간 소요되는 해외로의 수출이나

이송 등의 경우에나 완성품을 재고로 오랜 기간 보관할 우려가 있는 경우에는 방청

의 중요성이 더욱 크다고 할 수 있다 이러한 까닭에 당사는 캠샤프트의 완성 검사.

후 포장전에 방청처리 공정을 넣어 캠샤프트의 방청 작업에 상당한 인원과 시간을

할애하고 있다 그러나 현재 방청처리 공정에서는 방청액을 분무기에 담아 작업자.

가 일일이 도포하고 있으며 방청시 공기 중에 흩뿌려지고 생산 현장에 흘러내리는

방청액은 작업환경을 더욱 열악하게 만드는 주범이 되고 있다 뿐만 아니라 이렇게.

분무되어지는 방청액은 작업자의 신체에 뿌려지고 호흡을 통하여 들이 마시는 등

인체에 상당한 악영향을 주고 있는 실정이다 이와 같이 방청처리 공정과. Sealing

압입공정은 작업환경을 열악하게 만들고 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있으Cap ,

며 불필요한 인력 및 시간을 낭비하여 생산 현장에서 기피하고 있는 대표적인 공,

정으로서 시급한 개선을 필요로 하고 있다 따라서 당사는 방청처리 공정과.

압입 공정을 자동으로 진행할 수 있는 무인 설비를 개발하여 생산현Sealing Cap

장의 여러 가지 열악한 환경을 개선하고자 한다.

나 국내 외 현황나 국내 외 현황나 국내 외 현황나 국내 외 현황.... ㆍㆍㆍㆍ

국내 캠샤프트 시장에서 대표적인 캠샤프트 제조업체는 서진캠과 이원정공이 있으

며 상당수의 캠샤프트는 자동차 에서 주물방식에 의해 자체 제작하고 있다, Maker .

세계 시장에서도 캠샤프트가 엔진의 주요부품인 관계로 마찬가지로 자동차 메이커

에서 자체 제작하는 경우가 많다 그 밖에 주물제 단조제 캠샤프트를 생산하고 있. ,

는 다수의 업체가 있으나 경쟁력 있는 기업은 조립식 캠샤프트 제조 기업들로서 현

재 조립식 캠을 생산하고 있는 기업은 미국의 사 유럽의 사가 일Toring-Ton , Presta

부 캠샤프트를 조립식 공법을 이용하여 생산하고 있으며 서진캠 제휴업체인 일본의

사도 조립식 캠샤프트를 생산하고 있다NPR .

- 51 -

국내외의 캠샤프트 제조업체는 이렇듯 다수가 있으나 중공 캠샤프트를 생산하는 업

체도 많지 않을 뿐만 아니라 중공 내경부를 유로로 활용하는 경우는 흔치 않다Oil .

또한 에 이나 환봉 을 많이 사용하기 때문에 을 사Oil Plug Ball type Type Cap Type

용하는 경우는 더욱 흔치 않다 따라서 본 사업을 통하여 개발하고자 하는 장치는.

타 캠샤프트 제조 업체에서는 아직가지 사용하지 않고 있는 방법이다 또한 방청액.

을 도포하는 장비의 경우에도 현재 대부분의 캠샤프트 제조 업체에서는 수작업으로

방청액을 분무하거나 대형 방청액 통에 담가 놓는다거나 방청 비닐로 포장하여 보

관하는 등의 방법을 사용하고 있다 때문에 본 과제를 통해 개발하게 될 자동 방청.

및 자동 압입 장치는 인력 낭비를 줄이고 열악한 생산현장의 환경을Sealing Cap

개선시킬 무인 설비로서 관련 업체의 직무환경 개선활동에 좋은 본보기가 될 것이

다.

다 현장실태다 현장실태다 현장실태다 현장실태....

앞서 언급한 바와 같이 캠샤프트에 있어서 발청은 제품에 치명적인 손상을 가져오

고 가 가능한 경우라 하더라도 막대한 인력 및 시간을 소비하여 발청 제거Rework

작업을 진행하게 되거나 재작업 후에 품질이 확보가 되지 않는 등 심각한 문제를

야기시키기 때문에 방청 작업의 중요성이 대두되고 있는 실정이다 때문에 방청을.

위한 작업은 캠샤프트 하나하나에 방청액이 구석구석 도포되어야만 하고 중공 캠샤

프트의 특성상 그 내부에도 방청액을 확실히 도포해야만 한다 따라서 이러한 공정.

을 작업자가 일일이 진행하여야 만 하기 때문에 상당히 손이 많이 가는 작업이라

할 수 있다 또한 방청액 도포를 위한 분무기는 넓은 부위를 도포하기 위하여 방청.

액을 흩뿌리게 되는데 이러한 방청액으로 방청 작업 현장에 방청액이 흘러내리고

먼지 등이 뒤섞여 상당히 깨끗하지 못한 실정이다Oil, .

- 52 -

그림 방청 분무기 및 방청 작업 실태그림 방청 분무기 및 방청 작업 실태그림 방청 분무기 및 방청 작업 실태그림 방청 분무기 및 방청 작업 실태16.16.16.16.

그림 압입 현장 실태그림 압입 현장 실태그림 압입 현장 실태그림 압입 현장 실태17. Dowel Pin17. Dowel Pin17. Dowel Pin17. Dowel Pin

그림 접착제 도포 및 압입 실태그림 접착제 도포 및 압입 실태그림 접착제 도포 및 압입 실태그림 접착제 도포 및 압입 실태18. Sealing Cap18. Sealing Cap18. Sealing Cap18. Sealing Cap

- 53 -

특히 공기중에 날리는 방청액과 작업 현장에 흘러내린 방청액은 작업자의 피부나

호흡기 작업복 등에 침착되어 인체에 상당한 악영향을 미칠 수 있기 때문에 현장,

작업자로 하여금 능동적인 작업을 기피 하게 하는 원인이 되고 있다.

또한 과 의 압입 작업의 경우에도 마찬가지의 현상이 발생하Dowel Pin Sealing Cap

고 있다 수작업을 통하여 캠샤프트 부위에 스프라켓 장착 캠 및 센서의 기. Front ,

준이 되는 을 하나씩 압입할 뿐만 아니라 캠샤프트의 내경 유로의Dowel Pin , Oil

을 위하여 수작업으로 일일이 접착제를 도포하고 을 압입하고Sealing Sealing Cap

있다 따라서 작업의 효과가 상당히 저하되고 있으며 특히 이때 사용되어지는 혐기.

성 접착제로 인하여 인체에 유해한 영향이 발생할 우려가 있다.

이러한 이유로 인하여 방청액의 도포 작업 및 압입 작업Dowel Pin, Sealing Cap

은 제조 현장에서 상당히 기피되고 있는 대표적인 공정이다3D .

라 동종업계 현황라 동종업계 현황라 동종업계 현황라 동종업계 현황....

현재 국내의 경우 소결재를 사용한 캠샤프트를 생산하는 업체는 전무한 상황으로

당사에서 유일하게 일본의 세계적인 엔진부품 전문 제조업체인 NPR(NIPPON

사와 전략적 제휴 협약을 체결하여 생산 및 기술 제휴를 통해 캠샤PISTON RING)

프트 제조 신기술을 공동 연구 개발하며 해외시장을 개척해 나가고 있다 국내 캠.

샤프트 시장에서 대표적인 캠샤프트 제조업체는 서진캠과 이원정공으로 이원정공은

소재를 외부 구매하여 열처리 연삭 등 가공 납품하는 업체로서 현대자동차의 일부,

차종에만 제한적으로 납품하고 있으며 사실상 대부분의 캠샤프트는 자동차, Maker

에서 주물방식에 의해 자체 제작하고 있는 실정이다 이렇듯 중공 캠샤프트를 전문.

적으로 생산하는 업체도 많지 않을 뿐만 아니라 중공 내경부를 유로로 활용하Oil

는 경우가 늘고는 있으나 아직까지는 흔치 않다 따라서 과 을 압입하는. Pin Cap

장치는 타 캠샤프트 제조 업체에서는 아직까지 사용하지 않고 있는 방법이다.

- 54 -

아직까지 당사를 비롯하여 타기업에서도 및 을 압입하는 작업은Pin Sealing Cap

순전히 수작업으로 이루어지고 있으며 이로 인하여 현장 직무의 기피현상이 발생하

고 있다 또한 방청액을 도포하는 장비의 경우에도 현재 대부분의 캠샤프트 제조.

업체에서는 수작업으로 방청액을 분무하거나 대형 방청액 통에 담가 놓는다거나 방

청 비닐로 포장하여 보관하는 등의 방법을 사용하고 있다 이러한 방식의 방청처리.

는 정 를 중요시 여기는 환경 공정의 심각한 기피 현상 등에 적합하지 않은 방3 5S ,

법이기 때문에 지속적인 개선활동 청결활동 환경정리 등을 벌이고 있는 실정이다, , .

때문에 본 과제를 통해 개발하게 될 자동 방청 및 자동 압입 장치는Sealing Cap

인력 낭비 및 작업 시간을 줄이고 열악한 생산현장의 환경을 개선시켜 생산 현장

기피 현상을 해소할 수 있는 무인 자동화 설비로서 당사의 향후 생산 현장에서는

물론이고 관련업체의 직무환경 개선활동에도 지극이 될 것이다.

마 기술지원 내용마 기술지원 내용마 기술지원 내용마 기술지원 내용....

◈ 방청처리 작업 압입작업을 수행하는 무인설비를, Dowel Pin / Sealing Cap

제작하여 일체의 자동화 라인 구축

◈ 접착제 방척액 등 인체 유해한 환경 및 노동강도 인력낭비 개선, ,

◈ 정 에 입각한 쾌적한 생산 현장 구현3 5S

바 파급효과 및 활용방안바 파급효과 및 활용방안바 파급효과 및 활용방안바 파급효과 및 활용방안....

캠샤프트 제조는 고가의 장비를 필요로 하는 산업으로서 특히 당사에서는 소결로,

및 전장가공 드릴 홀 가공을 위한 전용기 연삭기 등의 고가 설비를, , , JOUR., CAM

구축하여 전 공정에 걸쳐 일체의 을 형성하고 있다 따라서 생산 효율을 높이LINE .

고 쾌적한 생산 현장을 유지하며 불량률을 줄이는 한편 전 공정에 걸쳐 제조 공정

의 관리가 용이한 효과를 얻어내고 있다 더욱이 등의 전산 관리 시스템. SPC, ERP

을 구축하여 선진 기업으로 도약하고 있는 실정이다21C .

- 55 -

그러나 앞서 언급한 방청 작업 및 의 압입 작업은 당사의 생산 현장에Sealing Cap

서 아직까지도 여전히 남아있는 대표적인 공정으로 시급히 개선해야만 하는 과3D

제이다 이에 자동 방청 및 자동 압입 장치를 개발하여 인력 낭. Pin, Sealing Cap

비를 줄이고 열악한 생산현장의 환경을 개선시킬 무인 설비 체제를 구축하고자 하

는 것이며 이러한 무인 설비를 개발하였을 때 다음과 같은 경쟁력 및 경제 산업적, ,

효과를 얻을 수 있다.

기술적 측면-

1. 수작업으로 진행하던 공정의 무인 자동화 구축으로 작업시간의 단축

이상- 30%

2. 압입 깊이 측정 자동화로 불량 파악이 빠르기 때문에 대책 또한 빠름.

3. 노즐을 통한 방식으로 확실한 방청Spray

외관 뿐만 아니라 내경부 깊숙한 곳까지 방청액을 구석구석 도포-

4. 접착제 및 방척액 등 인체 유해한 환경을 개선

5. 정 에 입각한 쾌적한 생산 현장의 실현3 5S

6. 환경 친화적인 공정의 완성

경제 산업적 측면- ㆍ

1. 생산량 향상 및 인력 낭비 절약으로 가격 경쟁력 강화

인력절감효과 이상 무인시스템- 80% ( )

2. 강력한 방청효과로 발청으로 인한 불량 등의 손해 최소화 해상운송 우천( ,

시)

현재 발청으로 인해 하는 경우 년간 본 이상- Rework 10,000

3. 소재로부터 가공 세척 방청 의 조립으로 이어지는 일체의 자동화, , , Cap Line

구축

산업 현장 선진화의 구현-

- 56 -

4. 방척액 등에 의한 낙상 유해 물질로 인한 산업재해의 방지효과 년간, ( 3, 4

건 사고 방지)

5. 대표적인 공정을 개선함으로서 작업현장 쾌적화 구현3D

모든 공정에 자동화를 위해 장치 및 개발 등에 관심을 가지고 있으며 이러한Line

결과로 대부분의 공정에는 이미 고가의 투자를 통해 자동화 을 구축해 놓고 있Line

다 현재는 공정의 특성상 자동화가 난해한 몇몇 공정만이 남아 있는데 그 중의 한. ,

가지가 바로 의 압입 공정 및 방청 작업 공정이다 현재Dowel Pin, Sealing Cap .

까지는 몇 가지의 이유로 이 공정에 자동화를 추진하지 못하여 왔으나 이 번 사업

을 통하여 자동화 설비를 개발 구축한다면 개발 완료 및 양산 준비 단계에 있는

엔진 엔진 엔진 등의 공정 설계 및 설치 시 같은 방법으로Theta , U , Mako Line

적용하여 경제 산업적 효과를 크게 얻을 수 있을 것이다.

사 활용계획사 활용계획사 활용계획사 활용계획....

자동 방청 및 자동 압입장치는 당사에서 제조하고 있는 캠샤프트 뿐만Pin, Cap

아니라 향후 양산되어질 모든 종류의 캠샤프트에 모델이되어 활용되어 질 것이다.

먼저 엔진을 시작으로 현재 양산 준비 단계인 현대자동차의 엔진 엔F1 U , Theta

진 사의 엔진에 적용을 검토하게 될 것이고 현재 양산, Mearcury Marine Mako L6 ,

수주를 확정 받아 활발한 개발활동을 벌이고 있는 쌍용자동차의 D20DT, D27DT,

엔진 현대자동차의 엔진 엔진 엔진 대우자동D32DT, G36D , S , Gamma , Tau , GM

차의 엔진 의 엔진 엔진 등에도 양산 설비 설Gen3 , Mercury Marine Mako L4 , N/A

치시 적용을 검토할 것이다 또한 국내의 캠샤프트 제조 업체인 이원정공이나 아직.

도 일부 캠샤프트를 자체 생산하고 있는 완성차 업체에서도 그 활용에 관심을 갖게

될 것이다.

- 57 -

뿐만 아니라 여타의 자동차 부품 또는 기계 부품들의 경우에도 발청으로 인하여 많

은 어려움을 겪을 요지가 있기 때문에 이러한 방청 장치의 개발은 여러 산업으로부

터 많은 관심을 불러일으키기에 충분하다 본 관제를 통해 개발할 장치는 국내 관.

련 업체의 쾌적한 작업 현장 구현을 위한 개선 활동 시 벤치마킹 등의 자료로 활용

되어 더욱 향상된 효과를 얻을 수 있을 것이다.

환경개선효과-

항목 단위기술지원

전

기술지원

후방법

유해물질1.방청액

접착제(/ )L 년200L/ 년0L/ 현장유출량 비교

노동강도2. RMR 5~7 1~2 RMR

산업재해3. 회 회 년3~4 / 회 년0 /

소음4. dB 40 20 압입시 발생음

경제적 예상효과-

- 58 -

중공소결 캠샤프트 환경영향 평가중공소결 캠샤프트 환경영향 평가중공소결 캠샤프트 환경영향 평가중공소결 캠샤프트 환경영향 평가5.5.5.5.

가 개요가 개요가 개요가 개요....

자동차 엔진부품중 캠샤프트는 엔진의 싸이클에 따라 흡배기밸브를 개폐시키는 역

할을 하는 중요부품으로써 밸브 시스템 에서는 없어서는 안 될 중요(valve system)

부품이다 일반적인 캠샤프트는 캠 축을 모두 동일 재료 주철. , (chilled , hardenable

주철 강재등 로 사용하여 일체형의 봉형을 이루고 있는데 현재 분말 기술을 이용, ) ,

한 일명 중공소결 캠샤프트 를 개발 적용하여 경량화와(hollow sintered cam shaft) .

함께 캠부의 내마모성에서 획기적인 성과를 올리고 있다 주 서진캠에서 생산되는. ( )

캠샤프트는 중공소결방식을 사용해 속이 빈 파이프에 특수 혼합된 금속분말로 제작

된 와 를 조립해 굽는 소결방식으로 제작된다 이러한 중공소결cam lobe end piece .

방식으로 제작된 캠샤프트에 대한 전과정 평가를 통하여 주요 환경 이슈를 파악하

고 공정개선을 도모해 본다.

나 목적 및 범위 정의나 목적 및 범위 정의나 목적 및 범위 정의나 목적 및 범위 정의....

연구의 목적연구의 목적연구의 목적연구의 목적1)1)1)1)

본 연구는 중공소결방식의 캠샤프트 제조 공정의 환경(hollow sintered cam shaft)

성 평가를 목표로 공정의 전과정에서 야기되는 환경영향을 규명하고 전과정 목록

데이터베이스를 구축하고 주요환경 이슈를 규명하여 환(LCI: Life Cycle Inventory)

경개선의 기능성을 타진해 보는 것이다 본 연구 결과는 환경성 정보를 이용하려는.

기업 및 학계의 전과정 평가 실무자 등에 의해 활용될 수 있고 공정의 진단 개선,

의 기초자료로 활용될 수 있다.

- 59 -

연구 범위연구 범위연구 범위연구 범위2)2)2)2)

가 기능 및 기능 단위)

본 연구에서의 대상제품의 기능은 중공소결방식의 캠샤프트 제조공성에서의 캠샤프

트 생산이며 기능단위는 중공소결방식 캠샤프트 를 생산으로 설정했다1EA(1.94 ) .㎏

기준흐름은 캠샤프트 이다1EA(1.94 ) .㎏

아래의 표 의 기능 기능단위 및 기준흐름을 나타내었다11 , .

표 기능 기능단위 기준흐름표 기능 기능단위 기준흐름표 기능 기능단위 기준흐름표 기능 기능단위 기준흐름11. , ,11. , ,11. , ,11. , ,

기능 중공소결방식의 캠샤프트 제조공정에서의 캠샤프트 생산

기능단위 중공소결방식의 캠샤프트 생산1EA(1.94 )㎏

기준흐름 캠샤프트 1EA(1.94 )㎏

나 시스템 경계)

시스템 경계는 그림 와 같이 소결공정 계량 혼합 성형 조립 밴딩 각인 초음19 ( , , , , , ,

파 탐상 과 가공공정 센터링 전용 저널연삭 캠연삭 래핑 세척 측정 핀압) ( , CNC, , , , , , ,

입 을 거쳐서 캠샤프트가 생산되는 과정까지 정의하였다) .

데이터 품질 요건데이터 품질 요건데이터 품질 요건데이터 품질 요건3)3)3)3)

중공소결방식의 캠샤프트 제조공정에 대한 테이터 수집을 위한 품질요건은 다음 표

와 같이 공정내부와 외부에 대하여 시간적 공간적 기술적 경계로 세분화 하여12 , ,

설정하였다.

- 60 -

표 데이터 품질 요건표 데이터 품질 요건표 데이터 품질 요건표 데이터 품질 요건12.12.12.12.

구분구분구분구분 대상업체내부대상업체내부대상업체내부대상업체내부 대상업체외부대상업체외부대상업체외부대상업체외부

시간적경계 년2003 가능한최신데이터베이스

공간적경계 데이터수집대상업체국내외통계자료및데이터베이스

생산지환경과유사한지역의데이터

기술적경계 대상업체의공정 Modern technology

그림 시스그림 시스그림 시스그림 시스템템템템경계설정경계설정경계설정경계설정19.19.19.19.

- 61 -

할당할당할당할당4)4)4)4)

사업장에서는 본 연구의 대상제품이 중공소결방식의 캠샤프트 이외에도 다른 제품

생산되고 있으므로 데이터의 할당이 필요했다 전기는 전체 공정에 대한 데이터는.

관리되고 있었지만 각 단위 공정별로는 관리되고 있지 않았으므로 각 단위 공정당

설비의 전력사양을 기준으로 할당해주었다.

영향 범주 및 영향 평가 방법론영향 범주 및 영향 평가 방법론영향 범주 및 영향 평가 방법론영향 범주 및 영향 평가 방법론5)5)5)5)

본 연구에서는 산업 자원부에서 개발한 영향평가 방법론을 사용하였으며 고려한,

영향범주 는 자원고갈 지구온(impact category) (abiotic resource depletion, ARD),

난화 오존층 파괴 산성화(global warming, GW), (ozone layer depletion, OD),

부영양화 광화학산화물 형성(acidificaton, AC), (eutrophication, EU),

인간독성 생태독성(photochemical oxidant creation, POC), (human toxicity, HT),

등 모두 개 영향범주를 고려하였다 표 참조 환경지수 산출(eco toxicity, ET) 8 ( 13 ).

식은 다음과 같다.

특성화 인자Ci:

정규화 인자Ni:

저감계수Ni/Ti:

fi: Relative significance Factor

가중치 인자Wi:

- 62 -

표 영향 범주별 특성화 모표 영향 범주별 특성화 모표 영향 범주별 특성화 모표 영향 범주별 특성화 모델델델델13.13.13.13.

Impact categoryImpact categoryImpact categoryImpact category UnitUnitUnitUnit SourceSourceSourceSource

ARD

(Abiotic Resource Depletion)1/yr

World resource(1992)

Crowson(1992)

(reserve to use base)

GW

(Global Warming)g CO2-eq/g

IPCC(1994+1995)

(100 years)

OD

(Ozone Depletion)g CFC-11-eq/g UNEP(1997)

Acidification g SO2-eq/gEDIP Stoichiometric H+

Guinee rt al.,(1992)

Eutrophication g PO4-3-eq/g Guinee et al.,(1992)

POC

(Photo-chemical Oxidant

Creation)

g ethane-eq/gHeijung et al (1992)

EDIP

Human toxicity g body wt/g Guinee at al.,(1992)

Eco-toxicity .m3water/gGuinee at al.,(1992)

Eco-indicator

표 영향 범주별 정규화 가중치 부여인자표 영향 범주별 정규화 가중치 부여인자표 영향 범주별 정규화 가중치 부여인자표 영향 범주별 정규화 가중치 부여인자14. ,14. ,14. ,14. ,

- 63 -

가정 및 제한 사항가정 및 제한 사항가정 및 제한 사항가정 및 제한 사항6)6)6)6)

파라핀 왁스는 소결공정 중 완전 연소된다고 가정하고 이론연소방정식을 적용하여

배출량을 산출하였다CO2 .

다 전과정 목록 분석다 전과정 목록 분석다 전과정 목록 분석다 전과정 목록 분석....

전과정 목록 분석을 연구의 목적 및 범위정의에서 정의한 내용을 토대로 데이터를

수집하고 이를 객관적 과학적으로 분석 계산하여 정량적인 투입 산출물 목록을 구,

축하는 단계로 의 절차에 준하여 수행하였다ISO14041 .

데이터 수집데이터 수집데이터 수집데이터 수집1)1)1)1)

중공소결방식의 캠샤프트 제조 공정에 대한(Hollow sintered cam shaft) LCI DB

구축 및 필요한 데이터 및 정보를 획득하기 위한 설문지를 작성한 후 대상 업체를,

직접 방문하여 데이터 년 를 수집하였으며 각종 문헌정보와 관련정보를 참조하(2003 )

였다.

대상 업체는 평택에 위치한 주 서진캠이며 중공소결방식을 이용하여 자동차 엔진( ) ,

의 캠샤프트를 생산하는 업체이다.

공정 설명공정 설명공정 설명공정 설명2)2)2)2)

중공소결 방식의 캠샤프트 생산 공정의 단위공정은 산출물과 투입물의 데이터 수집

여부에 따라 성형 계량 혼합 정분 성형 공정 소결공정 조립 소결 교정 각인( , , , ) , ( , , , ,

초음파 탐상 절삭공정 센터링 전용 연삭공정 저널연삭 캠연삭 랩핑), ( , CNC1/2, ), ( , ),

연삭공정 저널래핑 세척 및 출하공정 세척 측정 핀압입 출하 으로 나우었다( ), ( , , , ) .

- 64 -

성형공정 금속분말을 정량적으로 잘 혼합하여 성형을 해서 소결제품의 모양을 만:

듬.

소결공정 소결제품과 조립제품 을 조립해준 후: (shaft, end piece, Cu-ring), 100

0℃의 열을 가하여 소결을 해줌으로써 소결제품과 조립제품을 접착 절삭공정 및,

연삭공정 규격에 맞는 제품을 만들어준다: .

래핑 연삭 세척수를 통해 세척과 핀 압입후 제품이 생산되게 된다: .

그림 은 각 단위공정에 투입 산출되는 물질들의 흐름을 도식해 놓았다3.1 , .

그림 공정도그림 공정도그림 공정도그림 공정도20.20.20.20.

- 65 -

데이터 계산데이터 계산데이터 계산데이터 계산3)3)3)3)

연구를 위한 데이터는 최근 년동안의 데이터 년 를 활용하였다LCA 1 (2003 ) .

전기Energy( )①

전체 공정에 대한 전기량의 데이터는 관리가 되고 있었으나 각 단위 공정별로 관리

되지는 않았기 때문에 단위 공정별로는 사용되는 설비의 전력사양을 기준으로 할당

하여 주었다.

용수Others( )②

용수는 절삭 연삭 공정에서 사용되는 수용성 의 혼합제로 사용되며 년간/ oil 2000㎏

의 용수가 사용되는 것으로 조사되었다.

소결재료Materials( )③

소결공정에 들어가는 재료의 성분을 알기위해 각 재료의 를 참고하였다 소결MSDS .

재료는 표 와 같다15 .

표 소결 재표 소결 재표 소결 재표 소결 재료료료료의 성분과의 성분과의 성분과의 성분과 년간년간년간년간 사용량사용량사용량사용량15.15.15.15.

재료명 성분 년간사용량( )㎏

8CRIron, Silicon, Manganese, Nickel,

Chromium, Molybdenum72,000

카본 Graphite, Quartz 2,160

Zinc stearate Zinc stearate 600

PASC60 C, Iron, P 16,200

몰리브덴 Molybdenum 84

- 66 -

조립재료Materials( )④

조립재료는 와 이고 와 의 접착을 위해shaft end piece, pin end piece shaft Cu ring

이 들어간다 조립재료의 성분과 년간 사용량은 표 과 같다. 16 .

표 조표 조표 조표 조립립립립 재재재재료료료료의 성분과의 성분과의 성분과의 성분과 년간년간년간년간 사용량사용량사용량사용량16.16.16.16.

재료명 성분 년간사용량( )㎏

ShaftCarbon, silicon, Manganese,

Phosphorus, Sulfur, Iron389,085

End pieceCarbon, Silicon, Manganese,

Phosphorus, Sulfur, Iron63,339

Cu-ring Cu, P, Pb 516

PinCarbon, Silicon, Manganese,

Phosphorus, Sulfur, Iron1,032

Chemical⑤

공정에서 사용되는 화학물질은 유압유 윤활유 절삭유 연삭유 래핑유 세척제 파, , , , , ,

라핀 왁스가 사용이 된다 각 물질의 성분을 파악하기 위해 자료를 이용하였. MSDS

다.

대기 배출물⑥

공정 중에 대기로 배출되는 물질은 파라핀 왁스가 소결 공정중에 전량 로 배출CO2

되는 것으로 가정하였다 파라핀 왁스의 주성분은 파라핀계탄화수소.

로 되어있고 탄소원자수 가 에 분포하며 특히 의CH3(CH2)nCH3 , (n) 16~40 20~30

것이 많기 때문에 탄소원자수는 으로 가정하여서 연소이론방정식에 의해 배출되23

는 의 양을 산출하였다CO2 .

고형 폐기물⑦

절삭 연삭 공정에서 배출되는 폐유를 원심분리기를 통해 다시 슬러지와 폐유로 나/

누어준 것을 고형 폐기물로 정했다 공정 중 투입되는 과 세척수 모두를 폐유로. Oil

발생되는 것으로 가정하였고 공정 중 발생되는 칩과 금속 스크랩 등을 슬러지로 가

정하였다 고형폐기물 처리는 전량 위탁처리 신대양정유산업 주 가 되는데 위탁업. ( ( ))

체 측에 따르면 폐유는 정제유로 다시 재활용이 되고 슬러지는 소각 처리한다.

- 67 -

전과정 목록 분석표 작성전과정 목록 분석표 작성전과정 목록 분석표 작성전과정 목록 분석표 작성4)4)4)4)

기능 단위당 목록 작성Gate To Gate①

생산되는 중공 소결 캠샤프트 당 투입물과 산출물의 사용량을 계산하1EA(1.94 )㎏

여 를 작성하였다 는 표 과 같다Gate to Gate DB . Gate to Gato DB 17 .

표표표표 17.17.17.17. GGGGate toate toate toate to GGGGate Date Date Date DBBBB

Group Input Unit Amount Group Output Unit Amount

Material

8CR Kg 2.81E-01 Product Cam shaft ㎏ 1.94E+00

카본 Kg 8.43E-03Air

emissionCO2 ㎏ 7.31E-03

스테아린산

아연Kg 2.34E-03 Solid

emission

폐유 ㎏ 6.67E-02

PASC60 Kg 6.32E-02 슬러지 ㎏ 1.86E-01

몰리브덴 Kg 3.28E-04

End piece Kg 2.47E-01

Cu ring Kg 2.01E-03

Pin Kg 4.03E-03

Shaft Kg 1.52E+00

Enegy 전력 kwh 7.84E+00

Chemical

파라핀

왁스Kg 2.34E-03

유압유 Kg 8.16E-03

절삭유 Kg 8.61E-03

연삭유 Kg 2.97E-02

윤활유 Kg 8.31E-04

세척제 Kg 3.87E-03

래핑유 Kg 7.78E-03

Others 용수 Kg 7.80E-03

- 68 -

전과정 목록 분석표 작성②

작성된 를 기초로 상위흐름 연결하고 의 원칙에 의Gate to Gate DB DB , ISO 14048

거하여 최종적인 전과정 목록 분석표를 작성하였다 사용된 상위 흐름의 는 표. DB

과 같다18 .

표 상위 하위 흐름표 상위 하위 흐름표 상위 하위 흐름표 상위 하위 흐름18. / D18. / D18. / D18. / DBBBB

항목 상위흐름 DB 데이터출처

전기 Electricity(KEPCO) 산업자원부(1999)

용수 수자원 공업용수( ) 환경부(1998)

8CR

Crude Iron I(87.15%) IDEMAT 96

Silicon I(0.8%) IDEMAT 96

Nickel I(1.9%) IDEMAT 96

Manganese I(0.15%) IDEMAT 96

Molybdenum I(2%) IDEMAT 96

Chromium I(8%) IDEMAT 96

카본 Crude coal I IDEMAT 96

스테아린산 아연스테아린산 환경부(1998)

Zinc I IDEMAT 96

PASC60 Crude Iron I IDEMAT 96

몰리브덴 Molybdenum I IDEMAT 96

Shaft

Wire rod 환경부(1999)End piece

Pin

Cu-ring Cu-E I IDEMAT 96

파라핀 왁스 Lubricant TEAM 96

유압유 Lubricant TEAM 96

절삭유 Lubricant TEAM 96

연삭유 Lubricant TEAM 96

윤활유 Lubricant TEAM 96

래핑유 Lubricant TEAM 96

세척수 순수 산업자원부(2002)

폐유 정제 연료유 환경부(1998)

슬러지 지정 폐기물 소각 환경부(1998)

- 69 -

소결재료중 금속분말 과 스테아린산 아연은 상위흐름 연결 데이터의 부재로(8CR)

인해 의 성분 데이터를 참조를 하여 각각 성분을 연결해 주었으며 류 또한MSDS oil

정확한 상위흐름 연결이 불가능하여 대표성분인 미네랄 오일 과 가장(mineral oil)

유사한 윤활유 데이터를 연결해주었다 용수 또한 실제 공정에서는 상수(lubricant) .

를 사용하고 있으나 상위흐름 데이터 부재로 인해 공정용수로 연결해주었다.

라 전과정 영향 평가라 전과정 영향 평가라 전과정 영향 평가라 전과정 영향 평가....

본 연구에서는 산업자원부의 영향평가방법론을 적용하여 자원고갈 지구온난화 오, ,

존층 파괴 광화학산화물 형성 산성화 부영양화 인간독성 생태독성의 개 영향, , , , , 8

범주에 대해 분류화 특성화 정규화 가중치 부여 순으로 전과정영향평가를 수행하, , ,

였다.

특성화 결과특성화 결과특성화 결과특성화 결과1)1)1)1)

특성화란 영향범주 내로 분류된 목록항목들이 각각의 영향범주에 미치는 영향을 정

량화하는 과정을 말한다 즉 상응인자를 이용하여 주어진 영향 범주 내로 분류된.

목록항목의 잠재적인 영향을 평가하는 방법이다.

잠재적인 영향 목록항목 환경부하량 해당목록의(Potential Impact) = X

상응인자 값(Equivalency Factor)

특성화 기여도를 파악하기 위하여 영향범주별 주요 투입산출 인자를 공정 배출물,

전기 공정수 소결재료 카본 스테아린산 아연 몰리브덴 조립재, , (8CR, , , , PASC 60),

료 공정 파라핀 왁스 윤활유 유압유(Shaft, End piece, Cu-ring, Pin), Chemical( , , ,

절삭유 연삭유 래핑유 폐유정재 슬러지 소각 회피효과로 구분하여 고려하였다, , ), , , .

- 70 -

회피효과는 폐유정재를 통한 폐유의 재사용을 고려하였다 특성화 결과를 보면 중.

공소결 방식의 캠샤프트 생산 공정은 조립재료와 소결재료 전기의 사용에 의한 영,

향이 각 영향범주별로 가장 큰 기여도를 나타내고 있다 자원고갈 범주에서는 폐유.

정재를 통해 정도의 회피효과를 보고있다3% .

그림 특성화 결과그림 특성화 결과그림 특성화 결과그림 특성화 결과21.21.21.21.

생태 독성 인간독성 부영양화 산성화{ET ,HT , EUT , AC , POC

광화학산화물형성 오존층파괴 지구온난화 자원고갈, OD , GW , ARD }

정규화 결과정규화 결과정규화 결과정규화 결과2)2)2)2)

정규화란 특성화와 가중치 부여 단계 사이에 포함되는 단계로 대상 기능 단위가 하

나의 영향범주에 미치는 환경영향을 일정 지역 일정 기간 영향 범주에 기여하는,

총 환경영향으로 나누는 과정이다.

- 71 -

이는 환경영향 범주간의 상대적인 비교를 가능하게 한다 정규화의 정의를 수식으.

로 나타내면 아래와 같다.

정규화 결과 = Ca/Na

대상제품에서 라는 영향범주에 속하는 목록항목들이 기여하는 잠재적 환경Ca: a

영향(g-eq/f.u.)

라는 영향범주에 속하는 해당지역에서 일정기간 배출되는 모든 목록항목들Na: a

이 기여하는 잠재적인 환경영향(g-eq/yr)

정규화 값은 영향범주별로 분류된 목록항목의 환경부하량에 해당 상응인자를 곱하

여 환경영향 범주별로 도출한다.

그림 의 정규화 결과를 보면 중공소결 방식의 캠샤프트 생산 공정에서 환경에 주22

로 영향을 미치는 영향범주는 자원고갈과 지구온난화 광화학 산화물 생성 산성화, , ,

생태독성으로 나타났다.

자원고갈 범주에서는 조립재료 가 영향을 미치는 주요 이슈가 되었으며 그중(54%)

와 의 주 원료인 의 채취과정에서 많은 부하가 발생되었다shaft end piece, pin iron .

지구 온난화 범주에서는 전기 의 사용에 의한 영향이 가장 컸다 광화학 산화(51%) .

물 범주에서도 전기 와 조립재료 가 가장 큰 영향을 미쳤고 생태독성 범(28%) (69%)

주에서도 조립재료 가가장 큰 영향을 미쳤다(97%) .

- 72 -

그림 정규화 결과그림 정규화 결과그림 정규화 결과그림 정규화 결과22.22.22.22.

가중치 부여 단계가중치 부여 단계가중치 부여 단계가중치 부여 단계3)3)3)3)

가중치 부여는 각각의 영향 범주들이 환경 전반에 미치는 영향을 고려하여 영향범

주 간에 상대적인 우위 즉 중요도를 결정하는 과정이다 특성화 결과 에 라는, . (C) a

영향범주의 상대적인 중요도 를 곱하면 시스템이 라는 영향범주에 미치는 환경V a

영향을 아래와 같이 구할 수 있다.

La = Ca × Va

번째 영향범주의 상대적인 중요도가 고려된 번째 영향범주에 미치는 시스La: a a

템의 환경영향

- 73 -

그림 가중치 부여 결과그림 가중치 부여 결과그림 가중치 부여 결과그림 가중치 부여 결과23.23.23.23.

그림 의 가중치 부여결과를 보면 가중치 부여결과에서는 조립재료23 Total (58%),

전기 소결재료 순으로 영향을 미치는 것으로 분석되었고 폐유정재에(26%), (15%)

의한 회피효과도 정도 있다 영향범주별로 보면 자원고갈 생태독성1% . (35%),

지구온난화 순으로 주요 이슈가 되었다(27%), (20%) .

마 전과정 해석마 전과정 해석마 전과정 해석마 전과정 해석....

주요 영향 범주별 특성화 결과주요 영향 범주별 특성화 결과주요 영향 범주별 특성화 결과주요 영향 범주별 특성화 결과1)1)1)1)

중공소결 방식의 캠샤프트 생산 공정의 연구 수행 결과 주요 영향 범주로 나LCA

타난 가지 영향범주 자원고갈 생태독성 지구온난화 에 대한 특성화 결과를 생산3 ( , , )

공정의 투입물과 산출물 별 기여도를 그래프로 나타내 보았다.

- 74 -

가 자원고갈) (Abiotic Resource Depletion)

자원고갈에 대한 환경영향은 를 상응인자로 하여 아래의 식과 같이 나타Antimony

내었다.

라는 물질의 자원고갈 잠재성ADPi= i

자원 의 양mi= i (g)

중공소결 방식의 캠샤프트 생산 공정에서 자원고갈 영향범주에 주 요인은 조립재료

전기 소결재료 이고 폐유정재에 의한 회피효과 가 있는 것(54%), (26%), (19%) (-4%)

으로 나타났다 조립재료 의 주성분이 철이기 때문에 이에. (shaft, pin, end piece)

대한 자원고갈 기여도가 높은 것으로 나타났다.

그림 자원고그림 자원고그림 자원고그림 자원고갈갈갈갈에 대한 특성화 결과에 대한 특성화 결과에 대한 특성화 결과에 대한 특성화 결과24.24.24.24.

- 75 -

나 생태 독성) (Eco Toxicity)

수계에 대한 잠재적인 환경영향을 평가하기 위하여, FAETP(Fresh water Aquatic

라는 상응인자를 사용하였다 생태독성에서도 마찬가지로 배EcoToxicity Potential) .

출물이 대기 수계 토양에 함께 영향을 미친다고 가정하고 대기 수계 토양에 대, , , ,

한 각각의 특성화 인자를 적용하여 환경영향을 나타내었다.

라는 물질이 대기 수계 토양에의 배출에 대한 각각의 생태독성FATEPecom,I = i , ,

수계 잠재성( )

는 물질 의 양mi i (g)

그림 생태그림 생태그림 생태그림 생태독독독독성에 대한 특성화 결과성에 대한 특성화 결과성에 대한 특성화 결과성에 대한 특성화 결과25.25.25.25.

- 76 -

생태독성에 대한 중공소결 방식의 캠샤프트 생산공정의 특성화 결과를 보면 조립재

료 가 가장 큰 주요 이슈로 나타나고 있다 와 의 주재료(97%) . Shaft end piece, Pin

인 철강의 생산에서 아연 성분이 수계로 다량 배출되는 것으로 나타났다(Zn) .

다 지구온난화) (Global Warming)

지구 온난화는 에서 제공하는 상응인자 을 사용하여 환경영향IPCC GWP100( CO2)

을 나타내었다.

라는 물질의 지구온난화 잠재성GWP100,I = i

물질 의 양mi = i (g)

그림 지구그림 지구그림 지구그림 지구 온난온난온난온난화에 대한 특성화 결과화에 대한 특성화 결과화에 대한 특성화 결과화에 대한 특성화 결과26.26.26.26.

- 77 -

지구 온난화에 대한 특성화 결과를 보면 전기 조립재료 소결재료(51%), (33%),

의 순으로 주요이슈가 나타났다 전기 생산 시 발생되는 의 양에 의해 그(13%) . CO2

영향이 가장 큰 것으로 나타났다.

라 산성화) (Acidification)

산성화에 대한 환경영향은 를 상응인자로 하였으며 배출물이 대기 수계 토양SO2 , , ,

에 함께 영향을 미칠 경우 특성화인자를 동일하게 적용하여 특성화 결과를 산출하,

도록 하였다.

는 라는 물질의 산성화 잠재성APi i

는 물질 의 양 을 나타낸다mi i (g) .

산성화에 대한 특성화 결과를 보면 소결재료 전기 조립재료 의(47%), (35%), (16%)

순으로 산성화에 영향을 미치며 소결재료 중 금속분말인 의 생산 시 많은 양, 8CR

의 가 배출되는 것으로 나타났다SO2 .

그림 산성화에 대한 특성화 결과그림 산성화에 대한 특성화 결과그림 산성화에 대한 특성화 결과그림 산성화에 대한 특성화 결과27.27.27.27.

- 78 -

마 광화학 산화물 형성) (Photochemical Oxidant Creation)

광산화물에 대한 환경영향은 상응인자 와 아래 식을 적용하여 광산화물 형성(C2H4)

에 대한 잠재적인 환경영향을 나타내었다.

는 라는 물질의POCPi i Photochemical Ozone Creation Potential

는 물질 의 양 을 나타낸다mi i (g) .

그림 광화학산화그림 광화학산화그림 광화학산화그림 광화학산화물물물물 형성에 대한 특성화 결과형성에 대한 특성화 결과형성에 대한 특성화 결과형성에 대한 특성화 결과28.28.28.28.

광화학 산화물에 대한 특성화 결과는 조립재료 와 전기 가 많은 영향을(69%) (28%)

차지하고 있다.

- 79 -

바 결 과바 결 과바 결 과바 결 과....

본 연구는 중공소결방식의 캠샤프트 제조 공정의 환경(Hollow sintered cam shaft)

성 평가를 목표로 공정의 전과정에서 야기되는 환경영향을 규명하고 전과정 목록

데이터베이스를 구축하고 주요환경 이슈를 규명하여 전(Life Cycle Inventory, LCI)

과정 영향평가를 실시함으로써 환경 개선의 가능성을 타진해 보는 것이 목적이였

다.

전과정 평가 결과 본 공정은 자원고갈 생태독성 지구 온난화와 같은 범주에 주로, ,

영향을 미치며 본 공정으로 인한 직접적인 영향이 아닌 공정에 투입되는 재료와

에 대한 영향이 컸다 캠샤프트의 주 원료인 철강재료의 개선을 통하여 본 공Utility .

정의 환경성을 개선할 수 있고 전기의 효율적 사용을 통하여서도 환경영향을 개선

할 수 있다 본 연구는 원료 재취 단계에서부터 중공소결 공정방식의 생산 공정까.

지만 고려된 연구이기 때문에 향후 사용공정과 폐기공정까지의 연구가 진행된다면

기존의 주물제조 방식에 의한 캠샤프트 제조공정과의 비교연구가 명확해 질 것이

고 향후 재질 개선을 통해 본 공정보다 친환경적인 제품개발 연구에 이용되어질,

수 있을 것이다.

- 80 -

초경량 알루미늄 캠샤프트 특허출원 지원초경량 알루미늄 캠샤프트 특허출원 지원초경량 알루미늄 캠샤프트 특허출원 지원초경량 알루미늄 캠샤프트 특허출원 지원6.6.6.6.

【요약】

본 발명은 경량 알루미늄 캠샤프트 및 그 제조방법에 관한 것으로 본 발명은 엔진,

의 흡배기밸브를 개폐시키기 위하여 밸브 수와 같은 수로 배열된 캠 부와 상(cam) ,

기 캠부를 장착하는 샤프트부 저널부 로 이루어진 캠샤프트의 제조방법에 있(shaft; )

어서 상기 캠부가 캠피어스들로 별도 제작되고 이렇게 별도로 제작된 캠피어스들, ,

을 금형 내에 인서트 삽입한 후 알루미늄 주조공법을 통해 용융된 알루미늄 합금을

주입하여 캠피어스들과 샤프트부 저널부 를 일체로 성형하는 것을 특징으로 하는( )

경량 알루미늄 캠샤프트 제조방법를 제공함에 있고 이와 동시에 상기 제조방법을,

통해 제조된 경량 아루미늄 캠샤프트를 제공함에 있다.

이때 상기 경량 알루미늄 캠샤프트에서 상기 캠피어스들과 샤프트부의 접합부위에,

는 접합강도를 높여주기 위한 샤프트부의 직경보다 더 크게 형성되면서 각각의 캠

피어스들 측면에 접하는 보강리브 형태로 성형된 접합부가 구비된다 따라서 본 발. ,

명에 따르면 보다 경량화 되고 내마모성이 우수하며 높은 내구성 및 강성을 가지, ,

면서도 저렴한 가격으로 캠샤프트를 제공할 수 있게 된다.

【대표도】

그림 34-2

【색인어】

캠샤프트 엔진 캠 샤프트 접합부 알루미늄 다이캐스팅 주조 분말캠, , , , , , , ,

【발명의 명칭】

경량 알루미늄 캠샤프트 및 그 제조방법{A Manufacturing Method of Al Cam

Shaft Aad Al Cam Shaft Thereof}

- 81 -

【도면의 간단한 설명】

그림 은 종래 일반적인 엔진에서 캠샤프트가 장착되는 상태를 보여주는 도면29 ,

그림 은 종래 기술에 따른 도 에 도시된 캠샤프트의 구성을 보여주는 도면30 1 ,

그림 은 종래 중공소결 캠샤프트의 구조를 보여주는 단면도31 ,

그림 는 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트의 제조공정을 보여주는 블록도32 ,

그림 및 그림 는 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트의 구조를 보33-a 33-b

여주는 사시도 및 단면도,

그림 내지 그림 는 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트 제조공정을34-a 34-c

순차적으로 보여주는 개략적인 도면으로서 그림 는 캠피어스들을 금형 내 인, 34-a

서트 삽입 전 상태 그림 는 금형 내에 캠피어스들이 인서트 삽입된 상태 그, 34-b ,

림 는 알루미늄 주조공정 후 알루미늄 캠샤프트를 취출한 상태를 보여주는 도34-c

면,

그림 는 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트의 구조해석 모델을 보여주는35-a

도면,

그림 는 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트의 해석 경계조건을 보여주는35-b

도면,

그림 는 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트의 구조해석 결과를 보여주는35-c

도면.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* *

캠샤프트1 : 캠부2 :

캠피어스2a : 샤프트부3 :

접합부3a : 금형4 :

오일홈5 : 중공6 :

- 82 -

【발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술】

본 발명은 경량 알루미늄 캠샤프트 및 그 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하,

게는 소결금속 냉간성형 또는 열처리가 가능한 금속 및 합금 등으로 캠피어스,

를 별도 제작하고 별도 제작된 캠피어스를 알루미늄 샤프트부 저널부(cam piece) , ( )

로 성형할 수 있는 금형에 인서트 삽입한 후 알루미늄 주조공법을 이용하여 캠피어

스와 알루미늄 샤프트를 일체로 성형함으로써 보다 경량화 되고 내마모성이 우수,

하며 높은 내구성 및 강성을 가지면서도 저렴한 가격으로 제공할 수 있도록 된 경,

량 알루미늄 캠샤프트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 엔진 동력계의 주요 부품인 캠샤프트 는 반복적인(Cam Shaft)

회전운동을 통해 흡 배기밸브를 개폐시키는 로커암 타펫 푸시로드 등에 순차적으/ , ,

로 동력을 주어 주기적인 정확한 타이밍으로 밸브를 개폐하도록 만들어져 있다.

특히 자동차 엔진의 캠샤프트는 크랭크샤프트의 회전력을 전달받아 연소실의 흡기,

및 배기 밸브의 개폐시기를 조절하는 부품으로서 저온 및 고온(-15~120℃ 영역에)

서 고회전 회전 굽힘 피로 및 윤활 마모 등의 악조건에서 사용되(750~4,500RPM),

는 부품이다.

이처럼 상기 캠샤프트는 엔진 성능에 중요한 역할을 하는 것 중에 한 가지로서 밸,

브리프트양을 결정짓는 캠리프트양과 밸브의 개폐 시간을 결정짓는(OPEN/CLOSE)

캠프로파일 밸브의 개폐시기를 결정짓는 캠의 각도 또한 엔진 성능에 아주 중요한,

요소가 아닐 수 없다.

이러한 캠샤프트는 엔진에는 흡기와 배기의 전용 캠샤프트 각 본씩을 사용DOHC 1

하고 에서는 흡배기를 본의 캠샤프트로 행해지기 때문에 흡배기 밸브의 수, SOHC 1

만큼 캠이 구비되어져 있다.

또 최근에 탑재가 확대되고 있는 형 엔진에 있어서는 가 본 에서V , SOHC 2 , DOHC

는 본으로 되어있다4 .

여기서 일반적인 캠샤프트의 구조를 살펴보면 도 및 도 에 도시한 바와 같이, , 1 2 ,

캠샤프트는 엔진 의 구성 요소인 실린더 블록 과 실린더 헤드 의 사이에(10) (11) (12)

설치된다.

- 83 -

그리고 상기 캠샤프트 에는 밸브를 개폐시키기 위하여 밸브 수와 같은 수의 캠, (34)

이 배열되어 있다(32) .

즉 상기 엔진의 흡기밸브 및 배기밸브 와 같은 수로 로즈 를 보유하는, (13) (14) (30)

캠 을 바른 위치와 각도로 배열한 축으로 크랭크샤프트 와 평행하게 크랭크(32) (15)

케이스의 옆부분이나 위쪽에 베어링으로 지지되도록 하고 있으며 이와 같은 캠샤,

프트 에는 이밖에 연료펌프를 구동하는 편심캠과 배전기와 오일펌프를 구동하는(34)

헬리컬기어 가 부착되어 있다(36) .

한편 상기 로즈 를 포함하는 캠 표면의 곡선은 약간만 변화해도 각 밸브의, (30) (32)

개폐시기나 리프트가 달라져 기관의 성능에 큰 영향을 주기 때문에 장시간 사용해

도 캠 표면의 마모나 캠샤프트 의 휨을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직(32) (34)

하다.

이와 같은 캠샤프트 는 타이밍 을 동축 설치하여 이와 크랭크샤프트 를(32) (38) (15)

타이밍벨트 로 연계하도록 함으로써 상기 크랭크샤프트의 회전력을 캠샤프트(40) ,

에 전달할 수 있도록 하고 있으며 캠샤프트 의 회전에 따라 캠 면에 밀(34) , (34) (32)

착된 로커아암 으로 하여금 다수개의 흡배기밸브 를 개폐토록 함과 아울(42) (13,14)

어 이에 연계된 각 장치를 작동할 수 있도록 하고 있는 것이다, .

한편 종래 내연기관에 사용되는 캠샤프트는 칠드주철 로 만들어, (chilled cast iron)

져 왔으나 이와 같은 주철재 캠샤프트는 엔진의 고성능화 및 경량화를 계속적으로,

추구하고 있는 요구조건을 더 이상 만족시킬 수가 없게 되었다.

즉 종래 캠샤프트는 캠 축을 모두 동일 재료로 사용하여 일체형의 봉형을 이루어, ,

져 있었으며 이 경우의 소형법으로는 주철주물이 특수강 단조로 되어있는 것이다, .

이처럼 종래 주철주조의 소형법으로 제조하는 캠샤프트의 경우는 록커암이나 타펫

에 강하게 마찰되어지는 캠의 로즈부의 표면을 경화시킬 필요성이 있어 칠주조 재,

용융 칠주조 구상흑연주조의 고주파소입 또는 오스텐파 처리 등 여러 가지 방법을, ,

통하여 열처리를 거쳐야만 하는 문제점이 있었다.

- 84 -

그리고 상기 주철주물 캠샤프트는 연비향상 및 고속화 고출력화가 요구되는 상황,

에서 중량이 무거워 차량 연료소비를 가중시키고 고속화와 고출력화를 위해 밸브,

수를 증가시켜야 하나 이럴 경우 캠과 캠 사이의 간격이 좁아 제조시 주조결함 불,

량이 많고 캠 표면의 내마모성이 떨어지며 내식성이 떨어지는 단점이 있다.

또한 주철주물 캠샤프트는 공법제조 특성상 대표적인 업종으로 불량률이 높고, 3D ,

자동화가 까다롭기 때문에 생산성이 떨어지는 단점이 있었다 따라서 이러한 종래. ,

주철주물 캠샤프트의 단점을 보완하고 엔진의 성능의 최적화 및 엔진의 경량화 추

세에 맞추어 다밸브화에 대응이 가능하며 내마모성이 우수한 새로운 공법을 통한,

캠샤프트를 개발할 필요성이 대두되었다.

이러한 필요성에 의해 개발된 것이 조립식 공법에 의한 캠샤프트를 제조하는 방법

이 제시되었다.

상기 조립식 공법으로는 확산접합식 중공 캠샤프트 제조방법 또는 기계적 조립식

캠샤프트 제조방법이 있다.

상기 확산접합식 중공 캠샤프트 제조방법은 캠샤프트의 부분품 중 캠은 금속 분말

로 성형한 후 차 예비소결을1 1000℃ 정도에서 소결하고 중공튜브에 지그로 조립,

소결한 후 튜브와 소결캠이 확산접합되도록 하며 저널댐 프론트 피, (Journal Dam),

어스 리어 피어스 등은 동 접합하는 금속접합 방법이며(Front Piece), (Rear Piece) ,

기계적 조립식 캠샤프트 제조방법은 중공튜브에 캠샤프트 부분품을 기계적 마찰 압

입 고정하여 조립 고정하는 방식 또는 캠샤프트 부분품을 부품사이에 플라스틱 사

출 고정 조립하여 만드는 제조방법이 있다.

이러한 중공 캠샤프트는 주철주물재 캠샤프트 보다 약 정도의 경량화를 이룰30%

수 있다는 장점을 가지나 제조공정이 복잡하고 제조조건의 변수가 많아 항상 일정,

한 제품을 다량 생산하는데 문제점이 야기되었다.

- 85 -

즉 미국의 토링톤 사 유럽의 프레스타 사가 일부 캠샤프트를, (Toring-Ton) , (Presta)

조립식 공법을 이용하여 생산하고 있으며 일본의 니뽄피스톤링, (NPR;NIPPON

사도 조립식 캠샤프트를 생산하고 있다PISTON RING) .

하지만 미국의 토링톤 사는 확관방식을 적용하고 있고 유럽이 프레스(Toring-Ton) ,

타 사는 압입방식을 적용하고 있기 때문에 결합력이 낮아 캠의 이탈이 일어(Presta)

나고 열처리조건에 따라 마모성이 현저히 저하하며 캠로브의 두께가 이상이 되, 5㎜

어야만 제작 가능하다는 등 여러 가지 문제점을 안고 있다.

특히 일본의 니뽄피스톤링 사에서 생산되고 있는 조립식 캠샤프트는 종래 주, (NPR)

철주물 캠샤프트로서는 만족시킬 수 없었던 요구조건을 만족시키기 위하여 마모특

성이 향상된 소결제 캠에 무게가 가벼운 스틸튜브를 조합시킨 중공소결 캠샤프트이

다.

즉 상기 분말 금속 을 이용하여 소결제 캠을 사용하는 조립식 캠, (POWDER METAL)

샤프트는 강관제 샤프트에 의해 중공으로 되어 있고 주조법이나 단조법으로서는,

소형이 어려운 폭이 좁은 캠에도 적용할 수 있기 때문에 큰폭의 경량화가 실현 될

수 있는 것 외에 부품 형상의 설계 자유도나 재료 선정의 자유도가 크고 캠과 캠,

사이의 간격을 자유로이 설계가 가능한 특징을 갖고 있다.

또한 상기 중공소결 캠샤프트 소결캠 재로 많이 사용되고 있는, PFC1, PFC2,

등은 크롬 주체의 고경도 탄화물이 베이나이트 기지조직 중에 균일하게PFC4 (Cr)

분산해 고면압하에서 내피칭 내마모에 뛰어난 결과를 보여주고 있다, , .

따라서 이러한 중공소결 캠샤프트는 투자비가 저렴하고 환경친화적이며 공정이 간,

소화되어 불량률을 줄이고 비용 또한 절감할 수 있는 장점을 가지고 있다.

또한 복합탄화물 형성으로 높은 내구성을 확보할 수 있으며 중공 타입 이기, (TYPE)

때문에 주철에 비하여 이상 경량화 할 수 있다는 장점이 있다30% .

- 86 -

이처럼 상기 중공소결 캠샤프트는 경량화라는 이점 외에도 설계자유도가 크다는 장

점을 가지고 있어 최근 엔진의 다밸브화나 소형화가 진행됨에 따라 더욱더 캠의,

근접 배치나 고성능화의 경향이 강하게 예견되면서 이에 채용이 확대되고 있는 것

이다.

그러나 위와 같은 중공소결 캠샤프트는 캠이 샤프트에 결합할 때 캠이 위상을 가,

지면서 조립되어야 하기 때문에 이의 조립에 여러 가지 어려움이 뒤따랐다.

또한 현재 사용되고 캠샤프트의 경우 샤프트는 캠을 지지하고 회전력을 전달하는, ,

구조부재의 역할뿐만 아니라 엔진오일을 저널부로 전달하는 유로 역할을 하고 있으

나 압출재 스틸튜브 를 사용하고 있기 때문에 파이프의 내경 크기, (Steel Tube)

를 줄이는데 한계가 있었다(Size) .

예를 들어 외경의 직경 인 경우에 내경의 직경이 이하로 인발하는 것이, 26 13㎜ ㎜

거의 불가능하고 이 경우에 경량화 효과를 상실하게 된다, .

따라서 냉간 시동시 엔진 하단에 위치한 오일 팬으로부터 캠샤프트까지 오일공급,

이 늦어져 무급유 마모가 진행되고 있으며 이러한 마모가 캠샤프트의 수명에 가장

큰 영향을 미치고 있다.

한편 최근 엔진의 고출력 고 효율화를 얻기 위해 엔진의 구동부품들을 경량화하고,

관성 모멘트를 줄여 고 알피엠 을 구현함으로써 출력증강을 도모하려는 노력(RPM)

이 시도되고 있으며 과거 년대 초까지 주류를 이루고 있던 주철재 캠샤프트에서, 90

상기한 바와 같이 분말 캠과 스틸튜브 를 이용한 중공소결 캠샤프트의(Steel Tube)

개발도 이러한 배경과 같다할 것이다.

결국 미래에는 보다 결량화 되고 냉간 시동 시 마모를 극복 할 수 있으며 가격, , ,

경쟁력을 갖는 고성능 캠샤프트의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

- 87 -

【발명이 이루고자 하는 기술적 과제】

본 발명은 상기와 같은 새로운 고성능 캠샤프트의 개발 요구에 부응하면서 중공소

결 캠샤프트에 비해 더 경량화된 캠샤프트를 제공하고자 연구 개발된 것으로서 본,

발명의 목적은 기존의 엔진에서 냉간 시동시 발생되는 무급유 마모의 최소화에 의

한 엔진의 내구성능 향상과 캠샤프트 경량화에 의한 관성모멘트 저감 이에 따른,

엔진의 고 알피엠 화를 통하여 엔진의 출력향상 및 저연비화를 구현할 수 있(RPM)

는 고성능 경량 알루미늄 캠샤프트 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

【발명의 구성】

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 엔진의 흡배기밸브를 개폐시키기 위,

하여 밸브 수와 같은 수로 배열된 캠 부와 상기 캠부를 장착하는 샤프트부(cam) ,

저널부 로 이루어진 캠샤프트의 제조방법에 있어서 상기 캠부가 캠피어스들(shaft; ) ,

로 별도 제작하고 이렇게 별도로 제작된 캠피어스들을 금형 내에 인서트 삽입한,

후 알루미늄 주조공법을 통해 용융된 알루미늄 합금을 금형에 주입하여 상기 캠피

어스들과 샤프트부 저널부 를 일체로 성형하는 것을 특징으로 하는 경량 알루미늄( )

캠샤프트 제조방법를 제공함으로써 달성된다.

여기서 상기 캠피어스들과 샤프트부가 금형 내에서 일체로 성형될 때 캠피어스들, ,

과 샤프트부의 접합부위에서 접합강도를 높여주기 위한 샤프트부의 직경보다 더 크

게 형성되면서 각각의 캠피어스들 측면에 접하는 보강리브 형태의 접합부가 성형되

는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 캠피어스들은 분말 금속을 이용한 분말캠 제조방식 단조 성형되는 단조, ,

캠 제조방식 중 어느 하나로 제조 가능하나 분말캠 방식으로 제조하는 것이 바람,

직하다.

그리고 상기 주조공법으로는 일반적인 중력주조공법 일반적인 다이캐스팅 공법, , ,

스퀴즈 캐스팅공법 세미솔리드 캐스팅공법 중 어느 하나를 사용하는 것이 가능하,

나 다이캐스팅 공법을 사용하는 것이 바람직하다, .

- 88 -

특히 상기 다이캐스팅 공법을 이용할 때 다이캐스팅 주조압력은, , 60~1300kgf/㎠

이고 다이캐스팅 주조속도는 인 것이 바람직하다, 0.5~3.0 .㎧

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다

음과 같다.

그림 는 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트의 제조공정을 보여주는 블록도32

이고 그림 및 는 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트의 구조를 보, 33-a 33-b

여주는 단면도이며 그림 내지 림 는 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠, 34-a 34-c

샤프트 제조공정을 순차적으로 보여주는 개략적인 도면이며 그림 및 그림, 35-a

는 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트의 구조 해석 모델 및 구조해석 결35-b

과를 보여주는 도면이다.

그림 및 그림 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤33-a 33-b ,

프트 는 종래의 주철주물 캠샤프트나 중공소결 캠샤프트와 마찬가지로 엔진의 흡(1) ,

배기밸브를 개폐시키기 위하여 밸브 수와 같은 수로 배열된 캠부 와 상기 캠부(2) ,

를 장착하는 샤프트부 일명 저널부 로 이루어진다(2) (3; shaft, ) .

다만 본 발명은 상기 캠샤프트 를 구성하는 샤프트부 가 알루미늄 합금으로 이, (1) (3)

루어져 종래 제조 판매되는 중공소결 캠샤프트에 비해 상대적으로 보다 경량화를

달성할 수 있도록 한 것이다.

즉 본 발명에 있어서 그림 내지 그림 에 도시된 바와 같이 상기 캠부, , 34-a 34-c ,

는 종래 주지 공용되고 있는 금속분말을 이용한 소결제 분말캠 제조방식 등에(2)

의해 캠피어스 가 별도 제작되고 이렇게 별도 제작된 캠피어스 들이 금형(2a) , (2a) (4)

내 인서트 삽입된 후 알루미늄 주조공법을 통해 샤프트부 와 일체로 성형되는 것(3)

을 특징으로 한다.

이때 상기 캠피어스 는 종래에 주지 관용되는 기술에 의해 소결제 분말캠이나, (2a)

단조캠 형태로 별도 제작되기 때문에 내마모 및 내식성 부분에서 종래 이미 캠샤프

트로서 갖춰야할 특성을 충분히 가지고 있는 것으로 확인되어 있다.

- 89 -

이처럼 상기 캠피어스 는 내마모성 및 내식성 측면 등에서 보다 바람직한 것으, (2a)

로 알려진 분말 금속을 이용한 분말캠 제조방식으로 제작되는 것이 바람직하나 이,

에 한정하는 것은 아니며 상기 분말캠 제조방식 외에도 주지 공용되는 단조에 의,

한 단조캠 형태로 제작될 수도 있음은 물론이다.

그리고 본 발명에 따른 알루미늄 캠샤프트 는 저온 및 고온영역에서 고회전 회, (1) ,

전 굽힘 피로 및 윤활 마모 등의 여러 가지 악조건에서 사용되기 때문에 응력 조건

을 만족하도록 설계 제작됨은 자명하며 특히 후술하는 기계적 특성에 대한 다양한,

실험 및 컴퓨터 시뮬레이션 등을 통해 완벽하게 확인하고 있다.

또한 본 발명은 종래 중공소결 캠샤프트에서 샤프트부가 스틸튜브로 제조되던 것,

을 변경하여 스틸튜브에 비해 상대적으로 더 가벼운 알루미늄 합금이 샤프트부(3)

를 이루는 것을 기술적 특징으로 하고 있다.

특히 본 발명은 상기 캠부 와 샤프트부 의 접합방식에 있어서 종래 조립식 캠, (2) (3) ,

샤프트 제조공법 중 하나인 중공소결 캠샤프트 제조방법 등에서 보여주는 바와 같

이 소결로를 통한 중공의 스틸튜브 샤프트와 소결제 분말캠을 확산접합하는 소결,

공정에 비해 상대적으로 보다 용이하면서 정밀한 다이캐스팅 공법과 같은 주조공법

을 사용함으로써 보다 제조공정을 단순화시키는 장점을 갖는 것이다, .

이하 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트의 제조방법 및 이러한 제조 방법을

통해 제조된 경량 알루미늄 캠샤프트의 구체적인 특징을 살펴보기로 한다.

먼저 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트를 완제품 형태로 제조하는 과정은,

그림 에 도시된 바와 같이 크게 소재준비 공정 주조 공정 오일홀가공 공정 마32 , , , ,

무리 공정 등으로 이루어져 있다.

소재준비 공정1.

소재준비 공정은 전술한 바와 같이 캠샤프트 의 캠부 에 해당하는 캠피어스(1) (2) (2a)

들을 별도 제작 준비하여 그림 에 도시된 바와 같이 금형 에 인서트 삽입하34-a (4)

기 전의 단계이다.

- 90 -

이때 상기 별도로 제작되는 캠피어스 들은 종래 조립식 캠샤프트의 제조방법, (2a)

중 중공소결 캠샤프트의 캠을 제조하는 방식을 사용하여 분말 금속을 이용한 분말

캠 형태로 성형하여 소결시킨 것을 사용하도록 한다.

특히 본 발명에 따라 상기 캠피어스 만을 소결로에서 별도 소결 제작하기 때문, (2a)

에 종래 중공소결 캠샤프트를 제조할 때 분말캠과 스틸튜브를 함께 소결로에 장입

하여 소결 접착할 때에 비해 소결로에 장입되는 량을 증가시킬 수 있어 소결로의

장입효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

물론 전술한 바와 같이 상기 분말캠 외에도 단조에 의해 제조된 단조캠 형태로 제,

작된 것을 사용할 수도 있다.

이때 상기 별도로 제작되는 캠피어스들은 냉간성형 또는 열처리가 가능한 금속 및,

합금을 이용하는 것이 바람직하다.

즉 상기 캠피어스의 재질에 관련하여 화학성분 및 기계적특성 등이 표 및 표, 19

에 예시되어 있다20 .

표 캠피표 캠피표 캠피표 캠피어어어어스 화학성분스 화학성분스 화학성분스 화학성분19.19.19.19.

- 91 -

표 캠피표 캠피표 캠피표 캠피어어어어스 기계적 특성스 기계적 특성스 기계적 특성스 기계적 특성20.20.20.20.

주조 공정2.

상기 소재준비 공정을 통해 준비된 캠피어스 들은 도 에 도시된 바와 같이 캠(2a) 6b

샤프트의 구조에 맞게 설계 제작된 금형 내에 인서트 삽입하게 된다(4) .

이때 상기 캠피어스 들은 금형 내 샤프트부로 형성될 부위에서 캠부의 배치, (2a) (4)

구조에 따라 설정된 위치에 맞게 순차적으로 인서트 삽입하게 된다.

이렇게 상기 캠피어스 들이 금형 내 인서트 삽입되면 알루미늄 합금이 용융(2a) (4) ,

된 상태로 주조공법에 따라 주입되게 된다.

이때 주조공법으로는 콜드챔버 다이캐스팅 타입 의 다, (Cold Chamber Diecasting)

이캐스팅 장비를 이용한 주조공법을 사용하는 것이 바람직하며 형상 및 요구특성,

에 따라 대기 및 진공 또는 수평 및 수직형 다이캐스팅 장비를 사용하는 것이 바람

직하다.

특히 상기 다이캐스팅 공법에 따른 다이캐스팅의 주조압력 통상, (Casting Pressure,

사출압력 이라 한다 은 범위 내에 있는 것이 바람직하고 다이캐스“ ” ) 60~1,300kgf/ ,㎠

팅 주조속도 통상 사출속도 라 한다 는 범위 내에서(Injection Velocity, “ ” ) 0.5~3.0㎧

실시하는 것이 바람직하다.

그리고 다이캐스팅의 용탕온도로는, 600~800℃가 바람직하다.

- 92 -

물론 상기 알루미늄 주조공법으로는 상기한 일반적인 다이캐스팅 공법외에도 중력,

금형 주조공법 스퀴지 캐스팅 공법 세미솔리드 캐스팅, (Squeeze Casting) ,

공법을 사용할 수도 있다(Semisolid Casting) .

이때 상기 중력금형 주조공법의 경우에도 용탕온도가, 600~800℃ 정도를 유지하는

것이 바람직하다.

또한 상기 가압주조에 해당하는 스퀴지 캐스팅공법에서의 사출압력은,

사출속도는 용탕온도는200~1,600kgf/ , 0.5~2.0 , 600~800㎠ ㎧ ℃ 정도가 바람직

하고 상기 세미솔리드 캐스팅공법에서의 사출압력은 사출속도는, 50~500kgf/ ,㎠

세미솔리드 반용융 온도는0.5~2.0 , ( ) 450~650㎧ ℃ 정도가 바람직하다.

상기와 같은 조건하에서 상기 금형 내에 용융된 알루미늄 합금을 주입하여 캠피(4)

어스 들과 알루미늄 샤프트부 가 일체로 성형되어 주조가 완료되게 되고 이렇(2a) (3) ,

게 완료된 알루미늄 캠샤프트 는 그림 에 도시된 바와 같이 금형 내에서(1) 34-c (4)

취출하게 됨으로써 주조 공정이 완료되게 된다.

이때 상기와 같은 방식으로 취출된 알루미늄 캠샤프트 의 시제품을 실험에 의해, (1)

그 기계적 특성을 살펴본 결과 제품의 인장강도 에 이르고 제품의 내, 200~350 ,㎫

력 에 이르며 제품의 연신율은 정도에 이르렀다(0.2%)180~300 , 1~15% .㎫

특히 상기 금형 내에는 상기 알루미늄 합금에 의해 주조 성형되어 캠피어스들, (4)

과 샤프트부 가 서로 접합될 때 상기 캠피어스들 과 샤프트부 간의 접(2a) (3) , (2a) (3)

합부위에서 접합강도를 향상시켜 줄 수 있도록 샤프트부 의 직경 보다 더 큰 직(3)

경을 갖으면서 각각의 캠피어스들 의 측면에서 연장 돌출되는 접합부 가 성(2a) (3a)

형될 수 있는 구조를 갖추고 있다.

즉 상기 주조 공정을 통해 캠피어스들 과 샤프트부 가 서로 접합된 형태의 경, (2a) (3)

량 알루미늄 캠샤프트가 주조 성형되면 상기 캠피어스들 의 측면에는 샤프트부, (2a)

의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 접합부 가 구비되게 되는 것이다(3) (3a) .

- 93 -

이러한 접합부 는 종래 스틸튜브에 분말 캠을 소결 접합하는 중공소결 캠샤프트(3a)

제조방법으로는 형성할 수 없는 구조로서 본 발명의 알루미늄 주조 성형에 따른,

제조방법의 특성에 의해 나타날 수 있는 구조인 것이다.

즉 상기 접합부 는 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트에서 캠피어스들, (3a) (2a)

와 샤프트부 의 접합강도를 높일 수 있는 구조적인 특징을 갖는 것이다(3) .

오일홀가공 공정3.

상기 다이캐스팅 공법을 통해 알루미늄 캠샤프트 가 주조되면 캠샤프트 의 구(1) , (1)

조에 필요한 프론트피어스 및 오일홀 등을 가공하게 된다(5) .

특히 상기 주조 공정을 통해 취출된 경량 알루미늄 캠샤프트 는 중실 캠샤프트, (1)

구조를 갖게 되는 바 상기 오일홀가공 과정에서 캠샤프트 의 샤프트부 중심을, (1) (3)

드릴가공 등을 통해 오일홈 가공과 함께 중공 하게 되면 결과적으로 중실 캠(5) (6) ,

샤프트를 중공 캠샤프트 형태로 변경 가능하게 되고 이는 보다 경량화된 알루미늄

캠샤프트 를 제공할 수 있게 되는 것이다(1) .

한편 전술한 바와 같이 종래 중공소결 캠샤프트에서 스틸튜브를 사용할 경우에 인,

발 가공 등에 통해 제작되는 스틸튜브 특성상 중공되는 직경이 일정크기 이하로 가

공될 수 없어 오일필링타임 의 문제로 인한 냉간 시동시 엔진 하, (Oil Filling Time)

단에 위치한 오일팬으로부터 캠샤프트까지 오일공급이 늦어져 무급유 마모가 진행

될 우려가 있고 이를 해결하기 위해 오일펌프 용량을 증가시켜야 하는 등에 단점을

가지고 있었으나 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트 의 경우 별도의 드릴, (1) ,

가공을 통해 오일홈 및 중공 을 가공하기 때문에 중공 직경의 크기를 경량(5) (6) (6)

화의 조건을 만족시키면서도 오일 공급에 따른 오일필링타임에 필요한 최적의 조건

을 갖는 크기로 가공할 수 있는 장점을 가지게 되는 것이다.

- 94 -

마무리 공정4.

상기 주조 성형된 알루미늄 캠샤프트에 오일홀 등이 가공된 이후에 보다 정밀한(5)

마무리를 위하여 저널을 주지 공용되는 관용의 기술을 통해 황삭 및 연삭함과 아울

러 캠부 역시 연삭을 통해 보다 정밀하게 마무리하게 된다, (2) .

이러한 황삭 및 연삭에 의한 마무리 공정을 통해 최종적으로 경량 알루미늄 캠샤프

트의 완제품을 출시하게 되는 것이다.

물론 상기 마무리 공정에서 보다 나은 내구성과 같은 특성 향상 및 캡부의 표면,

개질을 위해 별도의 열처리를 실시할 수도 있다.

한편 그림 내지 그림 에는 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트의, 35-a 35-c

구조해석 모델 해석 경계조건 및 구조해석 결과를 보여주는 도면이 도시되어 있다, .

즉 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 경량 알루미늄 캠샤프트의 구조 해석 경계 조건으로, ,

캠의 한쪽 끝을 고정하고 저널부의 회전가능 변위를 고정하며 두 번째 네 번째 캠, ,

에 각각 반대 방향의 힘 을(129N) 45°로 부하를 제공하여 실시하였다.

그 결과 그림 에 도시된 바와 같이 응력이 분포됨을 알 수 있었으며 최저 응35-c , ,

력값이 에서 최대 응력값 사이에 응력이 분포함을 확인할 수1.57×10-3 3.46㎫ ㎫

있었다.

이러한 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 통해 경량 알루미늄 캠샤프트가 충분히 고성능

엔진에 적용 가능함을 확인할 수 있었으며 동일한 규격의 종래 중공소결 캠샤프트,

와 경량 알루미늄 캠샤프트의 중량을 비교한 결과 중공소결 캠샤프트의 캠은,

스틸튜브는 으로 전체 중량이 이고 경량 알루미늄 캠샤프트의374g, 1308g 1682g ,

캠은 알루미늄 샤프트는 으로 전체 중량이 임을 확인할 수 있었다254g, 609g 863g .

즉 종래 종공소결 캠샤프트에 비해 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트약,

정도의 경량화가 가능함 확인할 수 있었으며 실질적으로 본 발명에 따른 경49% ,

량 알루미늄 캠샤프트는 종래 분말캠과 스틸튜브를 이용하는 중공소결 캠샤프트에

비해 최저 정도의 경량화가 가능한 것으로 파악된다30% .

- 95 -

【발명의 효과】

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면 캠샤프트의 샤프트부를 별도 제작된 캠피어스,

와 주조공법 특히 다이캐스팅 공법을 통해 알루미늄 합금으로 주조하여 일체로 성,

형 제작함으로써 종래 중공소결 캠샤프트에 비해 최저 정도의 경량화를 도모, 30%

할 수 있는 장점이 가짐은 몰론 높은 내구성 및 강성을 가지면서도 저렴한 가격으,

로 제공할 수 있는 효과가 있다 또한 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트의. ,

경우 별도의 드릴가공을 통해 오일홈 및 중공을 가공하기 때문에 중공 직경의 크,

기를 경량화의 조건을 만족시키면서도 오일공급에 따른 오일필링타임에 필요한 최

적의 조건을 갖는 크기로 가공할 수 있는 장점을 가진다.

부가적으로 캠피어스를 별도 제작할 때 캠피어스만을 소결로에 장입하기 때문에, ,

종래 중공소결 캠샤프트의 제조할 때에 비해 소결로의 장입효율을 높일 수 있는 장

점을 가진다.

특히 본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트를 사용하게 되면 엔진에서 냉간 시,

동시 발생되는 무급유 마모의 최소화에 의한 엔진의 내구성능 향상과 캠샤프트 경

량화에 의한 관성모멘트 저감 이에 따른 엔진의 고 알피엠 화를 통하여 엔진, (RPM)

의 출력향상 및 저연비화를 구현할 수 있는 효과가 있다.

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【특허청구범위】

【청구항 1】

엔진의 흡배기밸브를 개폐시키기 위하여 밸브 수와 같은 수로 배열된 캠 부와(cam) ,

상기 캠부를 장착하는 샤프트부 저널부 로 이루어진 캠샤프트의 제조방법에(shaft; )

있어서,

상기 캡부가 캠피어스들로 별도 제작되고 이렇게 별도로 제작된 캠피어스들을 금,

형 내에 인서트 삽힙한 후 알루미늄 주조공법을 통해 용융된 알루미늄 합금을 금형

내에 주입하여 상기 캠피어스들과 샤프트부 저널부 가 일체로 성형되며 주조 성형( ) ,

된 알루미늄 캠샤프트에 드릴가공을 통해 오일홀이 가공되는 것을 특징으로 하는

경량 알루미늄 캠샤프트 제조방법.

【청구항 2】

제 항에 있어서1 ,

상기 캠피어스들과 샤프트부가 금형 내에서 일체로 성형될 때 캠피어스들과 샤프,

트부의 접합부위에서 접합강도를 높여주기 위한 샤프트부의 직경보다 더 크게 형성

되면서 각각의 캠피어스들 측면에 접하는 보강리브 형태의 접합부가 성형되는 것을

특징으로 하는 경량 알루미늄 캠샤프트 제조방법.

【청구항 3】

제 항 또는 제 항에 있어서1 2 ,

상기 캠피어스들은 분말 금속을 이용한 분말캠 제조방식 단조 성형되는 단조캠 제,

조방식 중 어느 하나로 제조 가능한 것을 특징으로 하는 경량 알루미늄 캠샤프트

제조방법.

【청구항 4】

- 97 -

제 항 또는 제 항에 있어서1 2 ,

상기 캠피어스들은 냉간성형 또는 열처리가 가능한 것을 특징으로 하는 경량 알루

미늄 캠샤프트 제조방법.

【청구항 5】

제 항 또는 제 항에 있어서1 2 ,

상기 알루미늄 주조공법으로는 알루미늄 합금을 용융하여 주입하는 일반적인 중력

주조공법 일반적인 다이캐스팅 공법 스퀴즈 캐스팅공법 세미솔리드 캐스팅공법, , ,

중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 경량 알루미늄 캠샤프트 제조방법.

【청구항 6】

제 항에 있어서5 ,

상기 다이캐스팅 공법을 이용할 때 용탕온도는, 600~800℃ 다이캐스팅 주조압력,

은 다이캐스팅 주조속도는 인 것을 특징으로 하는 경60~1300kgf/ , 0.5~3.0㎠ ㎧

량 알루미늄 캠샤프트 제조방법.

【청구항 7】

제 항에 있어서5 ,

상기 스퀴즈 캐스팅공법을 이용할 때 용탕온도는, 600~800℃ 주조압력은,

주조속도는 인 것을 특징으로 하는 경량 알루미늄 캠200~1600kgf/ , 0.5~2.0㎠ ㎧

샤프트 제조방법.

【청구항 8】

제 항에 있어서5 ,

상기 세미솔리드 캐스팅공법을 이용할 때 세미솔리드 반용융 온도는, ( ) 450~650℃,

주조압력은 이고 주조속도는 인 것을 특징으로 하는 경량50~500kgf/ , 0.5~2.0㎠ ㎧

알루미늄 캠샤프트 제조방법.

- 98 -

【청구항 9】

엔진의 흡배기밸브를 개폐시키기 위하여 밸브 수와 같은 수로 배열된 캠 부와(cam) ,

상기 캠부를 장착하는 샤프트부 저널부 로 이루어진 캠샤프트에 있어서(shaft; ) ,

상기 캠부가 별도 제작된 캠피어스들로 이루어지고 상기 샤프트부가 알루미늄 합,

금으로 이루어지되;

상기 별도로 제작된 캠피어스가 금형 내에 인서트 삽입된 후 알루미늄 주조공법을

통해 용융된 알루미늄 합금을 상기 금형 내 주입하여 상기 캠피어스들과 샤프트부

저널부 가 일체로 성형 제작된 것을 특징으로 하는 경량 알루미늄 캠샤프트( ) .

【청구항 10】

제 항에 있어서9 ,

상기 캠피어스들과 샤프트부의 접합부위에는 접합강도를 높여주기 위한 샤프트부의

직경보다 더 크게 형성되면서 각각의 캠피어스들 측면에 접하는 보강리브 형태로

성형된 접합부가 구비되는 것을 특징으로 하는 경량 알루미늄 캠샤프트.

【청구항 11】

제 항 또는 제 항에 있어서9 10 ,

상기 캠피어스들은 분말 금속을 이용하여 소결방식으로 제조되는 분말캠피어스들,

냉간성형 또는 열처리가 가능한 금속을 이용하여 단조방식으로 제조되는 단조캠피

어스들 중에 어느 하나인 것을 특징으로 하는 경량 알루미늄 캠샤프트.

【청구항 12】

제 항 또는 제 항에 있어서9 10 ,

상기 알루미늄 주조공법으로는 알루미늄 합금을 용융하여 주입하는 일반적인 중력

주조공법 일반적인 다이캐스팅 공법 스퀴즈 캐스팅공법 세미솔리드 캐스팅공법, , ,

중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 경량 알루미늄 캠샤프트.

- 99 -

그림 종래그림 종래그림 종래그림 종래 일반일반일반일반적인 캠샤프트 장착 도적인 캠샤프트 장착 도적인 캠샤프트 장착 도적인 캠샤프트 장착 도면면면면29.29.29.29.

그림 종래그림 종래그림 종래그림 종래 일반일반일반일반적인 캠샤프트 구성 도적인 캠샤프트 구성 도적인 캠샤프트 구성 도적인 캠샤프트 구성 도면면면면30.30.30.30.

- 100 -

그림 종래 중공소결 캠샤프트 구조 단그림 종래 중공소결 캠샤프트 구조 단그림 종래 중공소결 캠샤프트 구조 단그림 종래 중공소결 캠샤프트 구조 단면면면면도 도도 도도 도도 도면면면면31.31.31.31.

그림 발명그림 발명그림 발명그림 발명된된된된 경량 알루미늄 캠샤프트 제조 공정경량 알루미늄 캠샤프트 제조 공정경량 알루미늄 캠샤프트 제조 공정경량 알루미늄 캠샤프트 제조 공정32.32.32.32.

- 101 -

캠샤프트 사시도캠샤프트 사시도캠샤프트 사시도캠샤프트 사시도(a)(a)(a)(a)

캠샤프트 단면도캠샤프트 단면도캠샤프트 단면도캠샤프트 단면도(b)(b)(b)(b)

그림 발명그림 발명그림 발명그림 발명된된된된 경량 알루미늄 캠샤프트 구조경량 알루미늄 캠샤프트 구조경량 알루미늄 캠샤프트 구조경량 알루미늄 캠샤프트 구조33.33.33.33.

- 102 -

캠피어스 금형내 삽입전 상태캠피어스 금형내 삽입전 상태캠피어스 금형내 삽입전 상태캠피어스 금형내 삽입전 상태(a)(a)(a)(a) 캠피어스 금형내 삽입된 상태캠피어스 금형내 삽입된 상태캠피어스 금형내 삽입된 상태캠피어스 금형내 삽입된 상태(b)(b)(b)(b)

알루미늄 주조공정후 캠샤프트를 취출한 상태알루미늄 주조공정후 캠샤프트를 취출한 상태알루미늄 주조공정후 캠샤프트를 취출한 상태알루미늄 주조공정후 캠샤프트를 취출한 상태(c)(c)(c)(c)

그림그림그림그림 본본본본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트 제조공정발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트 제조공정발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트 제조공정발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트 제조공정을 순을 순을 순을 순차적차적차적차적으으으으로 보여주로 보여주로 보여주로 보여주는는는는34.34.34.34.

개개개개략략략략적인 도적인 도적인 도적인 도면면면면

- 103 -

구조해석 모델구조해석 모델구조해석 모델구조해석 모델(a)(a)(a)(a)

경계조건경계조건경계조건경계조건(b)(b)(b)(b)

- 104 -

구조해석 결과구조해석 결과구조해석 결과구조해석 결과(c)(c)(c)(c)

그림그림그림그림 본본본본 발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트 구조해석발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트 구조해석발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트 구조해석발명에 따른 경량 알루미늄 캠샤프트 구조해석35.35.35.35.

- 105 -

초경량 알루미늄 캠샤프트 비교 환경 영향 평가초경량 알루미늄 캠샤프트 비교 환경 영향 평가초경량 알루미늄 캠샤프트 비교 환경 영향 평가초경량 알루미늄 캠샤프트 비교 환경 영향 평가7.7.7.7.

가 개요가 개요가 개요가 개요....

초경량 알루미늄 캠샤프트는 새로운 고성능 캠샤프트의 개발 요구에 부응하면서 중

공소결 캠샤프트에 비해 더 경량화된 캠샤프트를 제공하고자 연구 개발된 것으로

서 기존의 엔진에서 냉간 시동시 발생되는 무급유 마모의 최소화에 의한 엔진의,

내구성능 향상과 캠샤프트 경량화에 의한 관성 모멘트 저감 이에 따른 엔진의 고,

알피엠 화를 통하여 엔진의 출력 향상 및 저연비화를 구현할 수 있다(RPM) .

나 제조나 제조나 제조나 제조....

초경량 알루미늄 캠샤프트의 제조 방법은 캠부가 캠피어스들로 별도 제작하고 이,

렇게 별도로 제작된 캠피어스들을 금형 내에 인서트 삽입한 후 알루미늄 주조공법

을 통해 용융된 알루미늄 합금을 금형에 주입하여 캠피어스들과 샤프트부 저널부( )

를 일체로 성형한다 여기서 캠피어스들과 샤프트부가 금형 내에서 일체로 성형될. ,

때 캠피어스들과 샤프트부의 접합 부위에서 접합강도를 높여주기 위한 샤프트부의,

직경보다 더 크게 형성되면서 각각의 캠피어스들 측면에 접하는 보강리스 형태의

접합부가 성형되는 것을 특징으로 한다 이때 캠피어스들은 분말 금속을 이용한 분. ,

말캠 제조방식 단조 성형되는 단조캠 제조방식 중 어느 하나로 제조 가능하나 분, ,

말캠 방식으로 제조하는 것이 바람직하다 그리고 상기 주조공법으로는 일반적인. ,

중력주조공법 일반적인 다이캐스팅 공법 스퀴즈 캐스팅공법 세미솔리드 캐스팅공, , ,

법 중 어느 하나를 사용하는 것이 가능하나 다이캐스팅 공법을 사용하는 것이 바,

람직하다.

초경량 알루미늄 캠샤프트는 저온 및 고온영역에서 고회전 회전 굽힘 피로 및 윤,

활 마모 등의 여러 가지 악조건에서 사용되기 때문에 응력 조건을 만족하도록 설계

제작됨은 자명하며 특히 후술하는 기계적 특성에 대한 다양한 실험 및 컴퓨터 시,

뮬레이션 등을 통해 완벽하게 확인하고 있다.

- 106 -

또한 종래 중공소결 캠샤프트에서 샤프트부가 스틸튜브로 제조되던 것을 변경하여,

스틸튜브에 비해 상대적으로 더 가벼운 알루미늄 합금이 샤프트부를 이루는 것을

기술적 특징으로 하고 있다 그림 는 초경량 알루미늄 캠샤프트의 공정도이다. 36 .

그림 초경량 알루미늄 캠샤프트의 공정도그림 초경량 알루미늄 캠샤프트의 공정도그림 초경량 알루미늄 캠샤프트의 공정도그림 초경량 알루미늄 캠샤프트의 공정도36.36.36.36.

- 107 -

또한 초경량 알루미늄 캠샤프트는 엔진에서 냉간 시동시 발생되는 무급유 마모의

최소화에 의한 엔진의 내구성능 향상과 캠샤프트 경량화에 의한 관성모멘트를 저감

하고 이에 따른 엔진의 고 알피엠 화를 통하여 엔진의 출력향상 및 저연비화(RPM)

를 구현할 수 있는 효과가 있다.

다 비교 환경 영향 평가 중공소결 캠샤프트 초경량 캠샤프트다 비교 환경 영향 평가 중공소결 캠샤프트 초경량 캠샤프트다 비교 환경 영향 평가 중공소결 캠샤프트 초경량 캠샤프트다 비교 환경 영향 평가 중공소결 캠샤프트 초경량 캠샤프트. ( vs ALDC ). ( vs ALDC ). ( vs ALDC ). ( vs ALDC )

연구의 목적연구의 목적연구의 목적연구의 목적1)1)1)1)

주 서진캠에서 생산하고 있는 중공소결 캠샤프트와 개선된 모델인 초경량 알루미( )

늄 캠샤프트와의 환경성을 전과정평가를 통해 비교해 봄으로써 개선된 모델의 환경

친화적 특징을 정량해본다.

비교 시나리오비교 시나리오비교 시나리오비교 시나리오2)2)2)2)

캠샤프트의 경량화에 따른 환경영향을 비교하기 위하여 전과정별로 시나리오를 가

정하여 연구를 수행하였다.

원료채취 및 생산단계

� 중공소결 캠샤프트의 생산공정은 서진캠의 제품의 생산공정 데이터A-ENG

를 사용하였다.

� 초경량 알루미늄 캠샤프트의 생산공정은 다이캐스팅을 제외한 부분은 서진캠

의 제품의 생산공정을 사용하였으며 다이캐스팅 공정은 산자부 알루A-ENG

미늄 다이캐스팅 를 사용하였다LCI D/B .

� 중공소결 캠샤프트의 무게는 초경량 알루미늄 캠샤프트의 무게는1.94 ,㎏

으로 가정하였다0.984 .㎏

- 108 -

그림 은 원료채취 및 생산단계에서의 중공 소결 캠샤프트 당 초경량37, 38 1.94 ,㎏

알루미늄 캠샤프트 당 각각의 환경영향을 정규화 값을 통해 나타내었다 원0.984 .㎏

료채취 및 생산단계에서는 초경량 알루미늄 캠샤프트의 주원자재인 알루미늄 잉곳

의 환경영향이 채취단계에서 중공소결 캠샤프트의 주원료인 주철에 비해 월등히 큰

것으로 나타났다 이로 인해 원료채취 및 생산단계의 정규화 결과는 그림과 같이.

중공소결 캠샤프트보다 초경량알루미늄 캠샤프트의 환경영향이 증가한 것으로 나타

났다.

그림 중공소결 캠샤프트와 초경량 알루미늄 캠샤프트의 시스그림 중공소결 캠샤프트와 초경량 알루미늄 캠샤프트의 시스그림 중공소결 캠샤프트와 초경량 알루미늄 캠샤프트의 시스그림 중공소결 캠샤프트와 초경량 알루미늄 캠샤프트의 시스템템템템 경계경계경계경계37.37.37.37.

- 109 -

그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 원그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 원그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 원그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 원료채취료채취료채취료채취 및 생산단계및 생산단계및 생산단계및 생산단계38.38.38.38.

결과 비교결과 비교결과 비교결과 비교

사용단계사용단계사용단계사용단계3)3)3)3)

� 사용단계의 환경영향을 평가하기 위해 국내 평균 폐차 주기인 주120,000㎞

행을 가정하였고 연비는 사용 차량은 실제 중공소결 캠샤프트가 장, 10 / ,㎞ ℓ

착되는 쏘렌토 로 가정하였고 초경량 알루미늄 캠샤프트가 장착된 차(2060 )㎏

량의 중량은 으로 가정하였고 연료 소모량은 차량 중량에 비례하는2058.1㎏

것으로 가정하였다.

� 차량 운행 시 배출되는 배출가스 데이터는 의 디젤 차량IDEMAT 2001 D/B

를 사용하였다 배출가스 또한 연소 소모량에 비례하는 것으로 가정하였다. .

다음 표는 의 디젤 차량에 대한 배출가스 데이터이다IDEMAT 2001 .

� 사용단계에서는 차량 중량 당 캠샤프트의 무게로 각각 할당하여 주었다.

그림 는 사용단계에서의 중공소결 캠샤프트 초경량알루미늄 캠샤프트39 1.94 ,㎏

당 각각의 환경영향을 정규화 값을 통해 나타내었다 결과를 보면 차량 경0.984 .㎏

량화에 의해 연료 소모량의 감소와 이에 따른 배출가스 감소로 인해 초경량 알루미

늄 캠샤프트의 환경영향이 감소하였다.

- 110 -

그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 사용단계 결과 비교그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 사용단계 결과 비교그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 사용단계 결과 비교그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 사용단계 결과 비교39.39.39.39.

폐기단계폐기단계폐기단계폐기단계4)4)4)4)

� 폐기단계에서 폐차공정은 생략하였고 중공 소결 캠샤프트는 고철 재활용이

가능하고 회피효과로 철근을 가정하였으며 초경량 알루미늄 캠샤프트 또한

알루미늄 재활용이 가능하고 회피효과로 알루미늄 잉곳을 가정하였고 품질저

하는 고려하지 않았다.

다음 그림 은 폐기 단계에서의 환경영향을 비교해본 그래프이다 초경량 알루미40 .

늄 캠샤프트의 재활용 공정시 생산되는 알루미늄 잉곳에 의한 회피효과가 중공소결

캠샤프트의 재활용 공정 시 생산되는 철근보다 크기 때문에 폐기 단계 또한 초경량

알루미늄 캠샤프트의 환경성이 더 우세한 것으로 나타났다.

- 111 -

그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 폐기단계 결과 비교그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 폐기단계 결과 비교그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 폐기단계 결과 비교그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 폐기단계 결과 비교40.40.40.40.

전과정 평가 비교전과정 평가 비교전과정 평가 비교전과정 평가 비교5)5)5)5)

중공소결 캠샤프트와 초경량 알루미늄 캠샤프트의 전과정에 걸친 환경영향을 비교

해 보기 위해서 원료채취 단계 생산단계 사용단계 폐기단계의 결과들을 모두 합, , ,

쳐 보았다 그림 는 각 단계별 환경영향을 보여주고 있고 그림 는 회피효과에. 41 42

의해 기존의 환경영향이 감소한 부분을 보여주고 있다 원료채취 및 생산단계에서.

많은 환경영향을 미치는 초경량 알루미늄 캠샤프트는 중량감소로 인해 사용단계에

서 기존의 중공소결 캠샤프트의 환경영향보다 많은 양의 환경영향을 감소할 수 있

었고 폐기단계에서는 알루미늄 재활용으로 인한 회피효과 때문에 또한 많은 양의

환경영향을 줄일 수 있었다.

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그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 전과정 결과 비교그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 전과정 결과 비교그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 전과정 결과 비교그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 전과정 결과 비교41.41.41.41.

그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 회피효과그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 회피효과그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 회피효과그림 초경량 알루미늄 캠샤프트와 중공소결 캠샤프트의 회피효과를를를를 고고고고려려려려한한한한42.42.42.42.

전과정 결과 비교전과정 결과 비교전과정 결과 비교전과정 결과 비교

초경량 알루미늄 캠샤프트 기술개발 지원 계획초경량 알루미늄 캠샤프트 기술개발 지원 계획초경량 알루미늄 캠샤프트 기술개발 지원 계획초경량 알루미늄 캠샤프트 기술개발 지원 계획8.8.8.8.

- 113 -

가 종래 캠샤프트 문제점가 종래 캠샤프트 문제점가 종래 캠샤프트 문제점가 종래 캠샤프트 문제점....

종래 내연기관에 사용되는 주철 재 캠샤프트는 엔진의 고성능화 및 경량(Cast Iron)

화를 계속적으로 추구하고 있는 요구조건을 더 이상 만족시킬 수가 없게 되었다.

주철재 캠샤프트는 캠 및 축 이 모두 동일 재료인 일체형의 봉형으로서 연비(Shaft)

향상 고속화 및 고출력화가 요구되는 상황에서 중량이 무거워 차량 연료소비를 가,

중시키고 고속화와 고출력화를 위해 밸브수를 증가시켜야 하나 이럴 경우 캠과 캠,

사이의 간격이 좁아 제조시 주조결함 불량이 많고 캠 표면의 내마모성이 떨어지며

내식성이 떨어지는 단점이 있다 또한 주철주물 캠샤프트는 공법제조 특성상 대표. ,

적인 업종으로 불량률이 높고 자동화가 까다롭기 때문에 생산성이 떨어지는 단3D ,

점이 있었다.

나 중공소결 캠샤프트 문제점나 중공소결 캠샤프트 문제점나 중공소결 캠샤프트 문제점나 중공소결 캠샤프트 문제점....

종래 주철주물 캠샤프트의 단점을 보완하고 엔진의 성능 최적화 맟 다밸브화에 대

응이 가능하며 내마모성이 우수한 새로운 공법을 통한 캠샤프트를 개발할 필요성,

이 대두되어 경량 중공소결 캠샤프트가 개발되었다.

경량 중공소결 캠샤프트는 부분품 중 캠은 금속 분말로 성형한 후 차 예비소결을1

1000℃ 정도에서 소결하고 중공튜브에 지그로 조립 소결한 후 튜브와 소결캠이 확,

산 접합되도록 하며 저널댐 프론트 피어스 리어 피어, (Journal Dam), (Front Piece),

스 등은 기계적 마찰 압입 고정하여 조립 고정하는 제조방법이다 이러(Rear Piece) .

한 중공소결 캠샤프트는 주철주물재 대비 약 의 경량화를 이룰 수 있다는 이점30%

외에도 설계자유도가 크다는 장점을 가지고 있어 최근 엔진의 다밸브화나 소형화,

가 진행됨에 따라 더욱더 캠의 근접 배치나 고성능화의 경향이 강하게 예견되면서

이에 채용이 확대되고 있는 것이다 그러나 다양한 효과와 가능성을 포함하지만 몇.

가지 개선할 점이 있다.

- 114 -

특허이기 때문에 를 제공해야하고 수출에 제한이 있다1. NPR Royalty .

이 길기 때문에 초기 시동시 마모가 발생할 우려가 있다2. Oil Filling Time .

소결로의 낮은 장입 효율로 생산성이 저하될 우려가 있다3. .

에 비하여 생산성이 낮아 수익이 낮고 경제성이 낮아질 수 있다4. COST .

다 환경친화적 초경량 알루미늄 캠샤프트 개발 필요성다 환경친화적 초경량 알루미늄 캠샤프트 개발 필요성다 환경친화적 초경량 알루미늄 캠샤프트 개발 필요성다 환경친화적 초경량 알루미늄 캠샤프트 개발 필요성....

중공 소결 캠샤프트는 캠이 샤프트에 결합할 때 캠이 위상을 가지면서 조립되어야

하기 때문에 조립에 어려움이 뒤따른다 또한 캠샤프트는 캠을 지지하고 회전력을.

전달하는 구조부재의 역할뿐만 아니라 엔진오일을 저널부로 전달하는 유로 역할을

하고 있으나 압출재 스틸튜브 를 사용하고 있기 때문에 파이프의 내경, (Steel Tube)

크기를 줄이는데 한계가 있으며 외경이 인 경우 내경을 이하로 인발하는( 26 13㎜ ㎜

것은 거의 불가능 더욱이 이 경우 경량화 효과를 상실하게 되는 단점이 있다 한) .

편 엔진의 고출력 고 효율화를 얻기 위해 엔진의 구동부품들을 경량화하고 관성,

모멘트를 줄여 고 을 구현하여 엔진 출력증강을 도모하려는 노력이 가속화 되고RPM

있다 결국 미래에는 보다 경량화 되고 냉간 시동 시 마모를 극복할 수 있으며. , , ,

가격 경쟁력을 갖는 고성능 캠샤프트의 개발이 요구되고 있는 실정이다 이를 개선.

하고 중공 소결 캠샤프트의 장점 사항을 더욱 강화시킨다면 세계 시장에서의 경쟁

력을 높이고 입지를 잡아갈 수 있을 것이다 초경량 캠샤프트는 현재 중공 소결 방.

식에 비하여 이상 경량화할 수 있고 신공법으로서의 가치 및 파급효과도 상당30%

할 뿐만 아니라 앞서 말한 중공 소결 캠샤프트의 단점들을 극복할 수 있기 때문에

중요한 가치가 있는 것으로 판단된다.

- 115 -

라 목표라 목표라 목표라 목표....

설계목표 환경친화적 초경량 캠샤프트 설계- :

가) 냉간 시동시 발생되는 무급유 마모의 최소화에 의한 엔진 내구성능 향상

나) 초경량화에 의한 관성모멘트 저감 고 화를 통한 엔진출력 향상 및 저, RPM

연비화

다) 폐기 시 재활용을 제고한 단순화 폐기 시 재활용 제고 설계 기Material [

술]

제조기술 목표 캠샤프트 청정생산공정 개발- :

가) 주철 캠샤프트 대비 중공소결 캠샤프트 대비 경량화 제품 경50%, 30% [

량화 기술]

나) 공정 단순화 및 생산성 향상 본 시간 대(100 / / )

다) 초경량 캠샤프트 제조공정 개발In-line Insert

환경 목표 생산 사용 및 폐기의 전과정 환경성을 고려한 캠샤프트 개발- : ,

가) 중공소결 캠샤프트 대비 환경영향 저감43%

나) 소결로 생산량당 전력사용량 감량 에너지 효율 증대기술780,000kWh [ ]

다) 만대 기준 경우 절감 억원 절감 및 저감300 46,200T (336 ) 13,000T CO2

마 내용마 내용마 내용마 내용....

및 단품 설계 및 형 초경량 캠샤프트 제품 설계- CAM LOBE SHAFT Insert

- 116 -

그림 캠샤프트그림 캠샤프트그림 캠샤프트그림 캠샤프트43.43.43.43.

를 통한 단품 및 캠샤프트 구조해석- CAE Insert

강도 및 회정굽힘강도 해석:

금형설계 재질 및 소결공정 확립- CAM LOBE ,

프로파일 및 각도에 따른 금형설계: Cam CAM LOBE

접합공정 및 마모성을 고려한 최적 합금설계 재질설정: Insert CAM LOBE ( )

의 최적 소결공정 확립: CAM LOBE

승용 및 상용차용 캠샤프트 금형 설계 및 제작- Insert

유동성 및 프로파일을 고려한 금형 설계 및 제작: Insert

공법을 적용한 미세 윤활 표면 제어: Micro Blasting

을 적용한 금형자동온도제어: Thermal Medium (-50~300℃)

금형의 장수명화 기술 확립:

승용차용 캠샤프트 제조공정 확립 및 시제품 개발-

및 대응 제조공정 및 공정 확립: 1-Cavity 2-Cavities Insert

을 통한 제조공정 변수 최적화: Computer Simulation

승용차용 강도 대응 알루미늄 제조공정 확립: 240 Shaft㎫

- 117 -

승용차용 캠샤프트 시제품 제조:

상용차용 캠샤프트 제조공정 확립 및 시제품 개발-

및 대응 제조공정 및 공정 확립: 1-Cavity 2-Cavities Insert

을 통한 제조공정 변수 최적화: Computer Simulation

상용차용 강도 대응 알루미늄 제조공정 확립: 270 Shaft㎫

상용차용 캠샤프트 시제품 제조:

캠샤프트 단품 강도 회전굽힘강도 마모- RIG Test( , , )

엔진 엔진성능 엔진내구- Dynamo Test( , )

사 기대효과 및 파급효과사 기대효과 및 파급효과사 기대효과 및 파급효과사 기대효과 및 파급효과....

○ 기대 효과

- 세계 최초의 초경량 캠샤프트 개발 세계 일류 상품( )

- 친환경 설계 폐기 시 재활용 제고 제품 경량화 공정 단순화 생산성 향상, , , , ,

저 화 및 에너지 효율 증대Cost

- 엔진 내구성능 향상 관성모멘트 저감 엔진출력 향상 및 저 연비화, ,

- 엔진설계시 다 화 적용이 가능한 설계 자유도 부여Valve

- 소결로 생산량당 전력사용량 감량 약 만원 절감780,000kWh ( 4,000 )

○ 파급 효과

- 국내 캠샤프트 시장 억원 및 세계시장 억불 선도(1,000 ) (18 )

- 만대 기준 국가적으로 년 경유 절감 억원 절감300 46,200T (336 )

- 만대 기준 국가적으로 년 저감300 13,000T CO2

- 세계 최초 기술로서 수입 및 제품 수출Royalty

- 중공소결 캠샤프트 대비 환경영향 저감43%

- 118 -

제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행제 절 기술지원 수행2 .2 .2 .2 .

생산기술지원 총괄생산기술지원 총괄생산기술지원 총괄생산기술지원 총괄1.1.1.1.

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 건8현재 선진국의 최신기술 습득 및 현 기술의 객관화와 효율성

을 재고함

시제품제작 건

양산화개발 건

공정개선 건6 현 공정의 문제점 개선 및 환경친화공정 방안 확립

품질향상 건1 생산제품의 크랙에 대한 개선책 확립

시험분석 건2 현 생산중인 제품의 성분분석

수출 및

해외바이어 발굴건

교육훈련 건6교육 훈련 및 교육을 통한 생산 공정ISO 14001 CP, LCA

최적화 확립

기술마케팅/

경영자문건9

청정생산 기술개발 보급사업 직무기피요인 해소 사업ATC, ,

자문 컨설팅 부품소재 신뢰성 향상사업 추진, ISO 14001 , ,

중공소결 부품소재 신뢰성 사업추진 환경성 평가 구축, DB

정책자금알선 건3

연구비 집행의 합리성과 효율성 재고 중소기업 통합환경시,

스템 구축 사업 추진 자동차 부품산업의 청정생산시스템 구,

축사업 추진

논문게재 및

학술발표건

기 타 건

- 119 -

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차2. 12. 12. 12. 1

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

회 의 록회 의 록회 의 록회 의 록

일 시 2003. 8. 10 회의 장소 회의실

소 속 서진캠( ) 소 속 한국생산기술연구원( )

참석자

문흥식 이문석 김준용 김선진, , , ,

박경수 윤관희 곽만증 황종운, , , ,

이광진 조창현 이충환 박융상, , ,

조형호 김세광 박성민 윤영옥, , ,

회의주제

생산성 향상 및 불량률 감소 개선 방안

회의내용

주제 안건 선정 절차1.

주제안건 차투표1 차투표2

쪽떨어짐CAM PIECE 3 3

표면 패임CAM 1 -

PIN HOLE 1 -

이물 부착 0 -

부풀음S/P 2 -

초음파 불량 0 -

위치 불량 4 8

주제 선정 동기2.

현재 다수의 불량 요인이 파악되고 있으나 그중 발생 빈도수가 가장 많고 검출도 및-

심각도와 개선 가능성 등에서도 위치불량 이 가장 적합한 안건이라 판단함“ ” .

- 120 -

회의내용

토의내용3.

→ 문제점 제외

- 조립 공정 작업자 미숙 조합기 설비 문제 검사 및 측정의 문제, ,

- 접착제 접착 상태 문제 접착제 접착시 소재 온도 시간 등의 문제, ,

- 공정 이동간의 문제

작업자 부주의 대차 진동 조립 대차 받침목, ,�

→ 대책 및 실천 계획 방안

문제점 대책 세부실천계획

조립

작업간의

문제

작업자 부주의 개선�

접착 상태 미흡 개선�

조립 및 조립 직후 이동간에 작업자 주�

의 교육

본딩 후 접착제 응고시간 고려�

접착제 교환 검토 접착력(� ↑ 응고시간,

빠른 제품)

공정

이동간의

문제

조립 대차 진동 방지 개선�

대차 받침목 이탈 방지�

대차 이동시 작업자 주의 교육�

조립 대차 수시 정비�

조립� →소결 이동 경로 정비

조립 대차 받침 목 정비�

조립 설비

문제

조립기 위치 결정판 정도�

개선

위치 결정판 강도 보강�

조립 위치 결정판 수시 검사 및 보수�

접착제 및 이물질 제거 위치 결정판 위( ,

치 치수 수시 측정 체크)

재질변경: S45C� →SKD11

경도변경: HRC10� → 이상HRC60

검사 및

불량 체크

문제

육안 검사 실시�

조립 위치 불량 검출력 확�

보

작업자 조립 소결 공정 이동 후 육안,�

검사 실시

조립위치 제작후 제품 전수 체크G/A�

토의결과4.

조립기 위치 결정판을 재질변경( : S45C① → 경도변경SKD11, : HRC10→ 이상 으HRC60 )

로 변경

조립위치 제작G/A (A-ENG. R/CH, KJ 2.9)②

- 121 -

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차3. 23. 23. 23. 2

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

회 의 록회 의 록회 의 록회 의 록

일 시 2003. 9. 8 회의 장소 회의실

소 속 서진캠( ) 소 속 한국생산기술연구원( )

참석자이문석 김준용 김선진 박경수, , , ,

조창현김세광 윤영옥,

회의주제

θ 대응 건-ENG CAM SHAFT PILOT

회의내용

목적1. : HMC θ 개발 대용을 원활하게 하기 위함-ENG .

조립 계획 수량2. HMC ENG :

- P1→ 대 대 대 총 대2D MPI(84 ), 2D LPI(22 ), 2.4 MPI(138 ): 244

부품 입고 예정일 및 장소 월 일 아산공장- : 8 30 , HMC

추진내역3.

P1→ 대 대 대 총 대2D MPI(84 ), 2D LPI(22 ), 2.4 MPI(138 ): 244

No. 구분 내용 일정 비고

1사양 확인

(EO. No)

MPI(20.24): IN-C1030381,EX-C1030381�

LPI(20): IN-M2583074,EX-M25E3074�완료

조립게이지- :

현게이지사용

EX※

장비축소로

인한 작업난해

2TOOL &

JIG

공용CAM LOBE: IN-MP2,LP2 ,EX-MPI, LPI�

공용

공용Co piece: MPI, LPI�

별도Sensor piece: MPI, LPI�

완료

3 설비

입고 완료 선삭 연삭설비 대; , (8 )�

입고예정: Lap'G(9/20), Washing(8/27),�

Measuring(9/30), whflqrl(10/30)

4 인원제조(U LINE)� : 명 생산직2/2-4 ( )

ASAPQC� : 명 검사1/1-2 ( )

- 122 -

회의내용

No. 구분 내용 일정 비고

5구입품

구매

SHAFT(IN,EX), Fit E/PIECE(IN, EX)�

접착제DOWEL PIN, PLUG, SEALANT( )�

8/11

8/22

예일 형재,�

(ISIR:8/25)

6 생산

혼합 성형조립 소결(8/11), (~8/15), (8/16)�

마찰 선삭 연삭 세척및(8/17), ~ (18~22),�

제거Burr

(8/23)

PIN, PLUG�

8/11~16

8/17~23

8/28

7 품질 공정별 검사 및 완성품 검사� 8/24~29

8 납품 아산공장HMC� 8/30

준비 사항

대응용 조립게이지 각PILOT :IN, EX�

개씩 용1 (MPI )

선삭가공 절삭공구류 일절:�

측정 각 개씩JIG: Drive Pin(IN,EX)- 1�

비틀림 Test Jig - 1set

전단강도 측정 Jig - 1set

가동 Jig - 2set

삽입PIN, PLUG JIG - 1 set�

누유시험기 개: 1�

8/12

8/11

8/15

공구 list� →

업무팀으로 통

보

도면Jig� →

업무팀으로 통

보

- 123 -

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차4. 34. 34. 34. 3

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

회 의 록회 의 록회 의 록회 의 록

일 시 2003. 10. 3 회의 장소 회의실

소 속 서진캠( ) 소 속 한국생산기술연구원( )

참석자

이문석 김준용 김선진 곽만중, , , ,

황종운 이광진 조창현 이충환, , , ,

박융상

김세광 박성민 윤영옥, ,

회의주제

제작 건HMC THETA-ENG W/REQUEST

회의내용

목적 개선 목적 공차 변경1. : ENG NVH (JOUR )

제작 수량 납기2. ( IN 9/30, EX 10/4)

대 각 본 공차 변경내용- MPI 1 (IN. 1EX. 1 ): JOUR

제작 일정3.

① 소재 용품 사용 용품 사용 소재: 1N(P1 -SEM1), EX(P1 - )

② 가공 연마 각 분 형제 기계(JOUR )-IN/EX 5 :

IN: 9/24, EX: 9/26

③ 연삭(Cam, SJC): V-LINE

IN: 9/26, EX: 9/29

④ 측정: QC

IN, EX: 9/30 AM

⑤ 출하: 9/30 PM

- 124 -

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

- 연구비 위임에 관한 협의

: 과제의 연구비 집행을 위임함에 있어 상호 필요한 사항을 정하였다 또한.

연구비 집행시 필요한 물품에 대하여 협의하였고 유의사항에 대해 논의하

였다.

- 서진 기술진과의 회의CAM

: 현재 생산되는 제품의 기술 개선 목표와 국내외 기술의 동향에 관한 회의

가 진행되었다.

지원일자 년 월2003 10 작성자 김 세 광

항 목 지원건수 지 원 성 과

기술정보제공 건1 기술 개선 품목과 시급한 지원 내역 확인

시제품제작 건

양산화개발 건

공정개선 건

품질향상 건

시험분석 건

수출 및 해외바이어 발굴 건

교육훈련 건

기술마케팅 경영자문/ 건

정책자금알선 건1 연구비 집행의 합리성과 효율성을 재고함

논문게재 및 학술발표 건

기 타 건

종 합 건2

- 125 -

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차5. 45. 45. 45. 4

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

회 의 록회 의 록회 의 록회 의 록

일 시 2003. 11. 24 회의 장소 회의실

소 속 서진캠( ) 소 속 한국생산기술연구원( )

참석자

문흥식 이문석 김준용 김선진, , , ,

곽만중 황종운 이광진 조창현, , , ,

이충환 박융상,

조형호 김세광 박성민 윤영옥, , ,

회의주제

사양 시작 차 제작 건HMC A-ENG VGT 3

회의내용

목적1. :

현 사야의 개선 사양A-ENG, T/C Turbo Rek (VGT) RH→

장착용RR.SOLT(V/pump )

제작2.

남양연구소 선행시작 약 본 납기- ( 20 ): 11/20

일정3.

도면 시작사양: (M24210-4A110)① ⇒EO.No.M4AE3069 설계: 11/3

고주파 수리 교체pump:② 공무: 11/3

가공용 수정SLOT E/MILL③ 생산 시작 차용11/8( )- 2 E/MILL

가공 양산품 이용 경도 폭 요: ( /SLOT Check )④ 제조11/15 /QC

측정 전수 검사 부위 치수: (SLOT ), SPL⑤ 11/19 QC

납품 남양만 선행시작:⑥ 영업11/20

- 126 -

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

- 서진 기술진과의 세미나CAM

: 서진 제품제작 기술의 화를 위한 현 공정에서의 노하우에CAM Date Base

대한 세미나 및 생기원에서 준비한 선진국의 분말 야금 공정의 최신 연구기

술에 대한 보고

- 재료의 시료 채취 및 분석 의뢰

: 분말 재료의 혼합성분과 소결조건에 따른 금속 조직상의 변화 및 특성을 파

악하고 공정에서 정량화를 위해 각 공정에서 재료의 시료를 채취 현재 분석,

의뢰중

지원일자 년 월2003 11 작성자 김 세 광

항 목 지원건수 지 원 성 과

기술정보제공 건1 현 기술의 객관화와 효율성을 재고함

시제품제작 건

양산화개발 건

공정개선 건1 현 공정의 개선을 위한 기초 확립Data

품질향상 건

시험분석 건

수출 및 해외바이어 발굴 건

교육훈련 건

기술마케팅 경영자문/ 건

정책자금알선 건1 중소기업통합 환경시스템 구축사업 추진

논문게재 및 학술발표 건

기 타 건

종 합 건3

- 127 -

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차6. 56. 56. 56. 5

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

회 의 록회 의 록회 의 록회 의 록

일 시 2003. 12. 1 회의 장소 회의실

소 속 서진캠( ) 소 속 한국생산기술연구원( )

참석자

이문석 김준용 김선진 곽만중, , , ,

황종운 이광진 조창현 이충환, , , ,

박융상

조형호 김세광 윤영옥, ,

회의주제

기통 및 기통Mercury Marine 6 MAKO Engine 4 Engine

회의내용

현재 까지의 진행 사항과 앞으로의 예정사항에 대하여 아래와 같이 정리MAKO Project

하오니 회의 참석시 참조하시기 바랍니다.

1. L6 MAKO Engine

- 현재까지의 진행 사항 납품완료 월 일: PV1 70set (10 26 )

ㆍ 새로운 로 제작되어 납품 되었음PACKING MODEL

- 년 월 일까지 납품해야 함PV2(350 SET): 2004 1 20

ㆍ 현재 제작 물량: INTAKE 135 PCS / EX 216 PCS

ㆍ 앞으로 계속적으로 작업 요청

ㆍ 양산시L6 ORDER PROCESS

점선 글 상자는 활동 줄 글 상자는 서진캠 활동 영역( MERCURY / )

- 128 -

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

- 업무협의

: 서진 의 연구조직 및 연구재무 상황 재점검CAM

- 재료의 시료 채취 및 분석 의뢰

: 예전의 시료 채취과정에서의 오염물질에 의한 재 시료 분석

지원일자 년 월2003 12 작성자 김 세 광

항 목 지원건수 지 원 성 과

기술정보제공 건1 현재 선진국의 최신 연구기술에 대한 보고

시제품제작 건

양산화개발 건

공정개선 건1 현 공정의 문제점에 관한 개선책 재고

품질향상 건

시험분석 건1 현재 생산중인 제품의 성분분석 의뢰

수출 및 해외바이어 발굴 건

교육훈련 건

기술마케팅 경영자문/ 건

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건

기 타 건

종 합 건3

- 129 -

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차7. 67. 67. 67. 6

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

회 의 록회 의 록회 의 록회 의 록

일 시 2004. 1. 3 회의 장소 회의실

소 속 서진캠( ) 소 속 한국생산기술연구원( )

참석자

문흥식 이문석 김준용 김선진, , , ,

곽만중 황종운 이광진 조창현, , , ,

이충환 박융상,

조형호 김세광 박성민 윤영옥, , ,

회의주제

팀타당성 검토HMC IT-ENG

회의내용

목적 대응시 문제점 검토1. : HMC U-ENG F/T & P1

검토 내용2.

① 설계 현재까지 승인 처리: OEM

→ 금일 회의 내용 협의 및 적용OEM

② 제조

: 부 조도 관리LH, Rr SLOT (0.8A→ 변경안1.6A)

→ 열처리 후 재가공 우려 조도관리 구간 명확화,

: 부 공차 변경안 열처리후 변형우려LH, SLOT (9+0.036) ( )

: 부Frt 120° 면취 가공 삭제안

→ 관리 용이TOOL , 60° 면취부 구간 확보 용이

: 부 부 등축도 변경안JOUR CAM B/E

: 공차 관련 기준JOUR , CAM Docturm

양끝( JOUR → 각 양옆JOUR, JOUR)

③ Q.C

: 연삭 및 공정 관리치 명확화 및 공정 조건 재검토Cam, JOUR Copp'G

- 130 -

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

- 자동차 부품산업의 환경경영 및 청정생산시스템 구축 사업

: 친 환경적 생산시스템을 위한 현 생산라인 점검 및 회의

- 시료 채취 및 분석 의뢰

: 시료분석 의뢰중

지원일자 년 월2004 1 작성자 김 세 광

항 목 지원건수 지 원 성 과

기술정보제공 건1 청정생산시스템 구축을 위한 세미나

시제품제작 건

양산화개발 건

공정개선 건

품질향상 건

시험분석 건1 생산중인 제품의 성분분석 의뢰

수출 및 해외바이어 발굴 건

교육훈련 건

기술마케팅 경영자문/ 건

정책자금알선 건1자동차 부품산업의 청정생산시스템 구축사업 추

진

논문게재 및 학술발표 건

기 타 건

종 합 건3

- 131 -

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차8. 78. 78. 78. 7

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

회 의 록회 의 록회 의 록회 의 록

일 시 2004. 2. 1 회의 장소기술개발부

회의실

소 속 서진캠( ) 소 속 한국생산기술연구원( )

참석자문흥식 이문석 김준용 이광진, , , ,

조창현 이충환 박융상, ,김세광 박성민 윤영옥, ,

회의주제

제작의 건HMC Alpha 3 Work Request

회의내용

목적1.

용 의 성능 개선용 시험의뢰- HMC Alpha 3 ENG Camsmaft (HMC )

제작 사양2.

용- 1.5 11.6c CVVT (INLET ONLY)

제작 수량3.

SJC : IN. 5本

HMC : IN. 2本

제작 일정4.

소재 마찰압접품 현재( ) : OK( )①

가공 외주SEMI : (1/3, 5 )本②

입력 접수 완료camprofile data ( : 01. 01 )③

- 132 -

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

- 서진 임원진 기술진과 업무 협의 및 세미나CAM ,

: 자동차 부품 산업의 환경경영 및 청정 생산 구축을 위한 회의 및 세미나 개

최

지원일자 년 월2004 2 작성자 김 세 광

항 목 지원건수 지 원 성 과

기술정보제공 건1환경경영 시스템 구축 및 현장적용을 위한 세미

나

시제품제작 건

양산화개발 건

공정개선 건1자동차부품의 유해물질 분석에 필요한 기초

확보를 위한 현장 기술진과의 협의Date

품질향상 건

시험분석 건

수출 및 해외바이어 발굴 건

교육훈련 건

기술마케팅 경영자문/ 건

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건

기 타 건

종 합 건2

- 133 -

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차9. 89. 89. 89. 8

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

회 의 록회 의 록회 의 록회 의 록

일 시 2004. 3. 21 회의 장소기술개발부

회의실

소 속 서진캠( ) 소 속 한국생산기술연구원( )

참석자문흥식 이문석 조창현 박경수, , , ,

박홍일 김선진,조형호 김세광 박성민, ,

회의주제 HMC θ 제작의건-ENG (MPI) W/Request

회의내용

목적1.

차종 후속 개선반- NF (EF SONATA ) NVH (≒2db )↑

제작 사양 각2. (4TYPE) - 1SET (MPI 2.01)

① 폭 변경THRUST 16.66±0.03 → 16.57± 가능(+0.01~0.02 )

② 공차 변경JOUR

- IN : 3~5 JOUR -0.045/-0.061 → -0.015/-0.025

- EX : 1~5 JOUR

③ 내경부 축소판SHAFT :φ13→ φ 별도 협의6 ( )

일정 제작 측정 납품 공통3. ( / / ) - / /① ② ③

① 제작 면삭 세척 소재 소재 별: 2/20 ( , , Lapping) - IN EX : 2/17 (TYPE 5SET)

② 측정 : 2/25 AM

③ 납기 선형시작: 2/25 PM ( )

- 134 -

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

- 에 의한 개발 부 분말 국산화 방안Al Diecasting CAM Shaft , CAM

- 환경친화공정 방안 논의 교육훈련 교육 훈련, ISO 14001 , CP

- 우주제조기술연구센터 신규지원 자문ATC( )

- 청정생산 기술개발 보급사업 신규지원 자문

- 중소기업 직무기피요인 해소사업 캠샤프트 방청액 도포 및 압“ Sealing Cap

연장치의 개발”

지원일자 년 월2004 3 작성자 김 세 광

항 목 지원건수 지 원 성 과

기술정보제공 건2에 의한 개발Al Diecasting CAM Shaft ,

부 국산화 방안 논의CAM

시제품제작 건

양산화개발 건

공정개선 건1 환경친화공정 방안 논의

품질향상 건

시험분석 건

수출 및 해외바이어 발굴 건

교육훈련 건2 교육훈련 및 교육훈련ISO 14001 CP

기술마케팅 경영자문/ 건3청정생산 기술개발 보급사업 직무기피요ATC, ,

인 해소 사업 자문

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건

기 타 건

종 합 건8

- 135 -

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차10. 910. 910. 910. 9

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

회 의 록회 의 록회 의 록회 의 록

일 시 2004. 4. 21 회의 장소기술개발부

회의실

소 속 서진캠( ) 소 속 한국생산기술연구원( )

참석자이문식 조창현 박경수 박홍일, , , ,

김선진 이일대 김희안 이선형, , ,김세광 박성민 윤영옥, ,

회의주제

HMC θ 제작의건-ENG (MPI) W/Request

회의내용

목적1.

시험용- HMC ENG

- (SWIRL TEST : DOHC →SOHC TEST)

제작2.

기존- MPI IN ONLY (CAM NO. 1,3,5,7: PROFILE.

첨부- NO. 2,4,6,8: PROFILE) + 1 LIFT㎜ →2 (3/2)本

제작 일정3.

① 소재 확보 생기: SEMI 8 -本

② 연삭 생기: 2/25 ← 세척 포함Lapping,

입력 가공성 확인(PROFILE , 2/21)

③ 측정 입력: PROFILE (2/21)

완성품 성적서 청정도 포함(QC) (2/27) - , DIMENSION, PROFILE

④ 납품 영업 남양인 선행시작: 3/2 - ( )

- 136 -

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

- 부품소재 신뢰성 향상 사업

- 컨설팅ISO 14001

- 환경성 평가 구축Data Base

지원일자 년 월2004 4 작성자 김 세 광

항 목 지원건수 지 원 성 과

기술정보제공 건1환경성 평가 구축을 위한 현공정의Data base

확보 점검 및 재고Data ,

시제품제작 건

양산화개발 건

공정개선 건1현 공정에서 작업자 환경 개선을 위한 개선책

재고

품질향상 건1 생산제품의 크랙에 대한 개선책 논의

시험분석 건

수출 및 해외바이어 발굴 건

교육훈련 건

기술마케팅 경영자문/ 건2컨설팅 부품소재 신뢰성 향상 사업ISO 14001 ,

추진

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건

기 타 건

종 합 건5

- 137 -

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차11. 1011. 1011. 1011. 10

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

회 의 록회 의 록회 의 록회 의 록

일 시 2004. 05. 02 회의 장소기술개발부

회의실

소 속 서진캠( ) 소 속 한국생산기술연구원( )

참석자

이문석 조창현 박경수 박홍일, , , ,

김선진 이일대 김희안 이선형, , , ,

이선형

김세광 박성민 윤영옥, ,

회의주제

HMC θ 양산성 검토 회의-ENG

회의내용

목적1.

- 가양산 → 양산표 배포전 양선성 적용 문제점 검토 및 설법 의뢰 (4Cyl' MP: 04'.

03. 05)

검토 내용2.

차 검토 내용1) 2003. 11. 03 1

① 폭 변경 관리 난회 유사 차종 대비 관리폭 작다LH. RR. SLOT : / - 9+0.036

→

9+0.1 유사차종 검토후 의뢰 설계( (A-ENG, S-ENG, D27DT) - )

도피부 형상 변경2) Thrust (Detail F)→ 유사형상 변경 의뢰 설계THETA-ENG -

위치공차 변경3) FRT (46.9±0.1→ 46.9± 생기 제조 설계0.3 / ) -

이물질 규제4) : 0.1㎎ → 설변의뢰 설계2.5 -㎎

폭 축소 근접 간섭 생기 설계5) Sen Sor ( Cam Tool - ) - (8→7 )㎜

설계의뢰3.

자료 취합후 의뢰 설계 이덕우- 2/24 ( )

- 138 -

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

- 중공소결 부품소재 신뢰성 사업 추진

- 교육ISO 14001

- 환경성 평가 구축Data Base

지원일자 년 월2004 5 작성자 김 세 광

항 목 지원건수 지 원 성 과

기술정보제공 건

시제품제작 건

양산화개발 건

공정개선 건

품질향상 건

시험분석 건

수출 및 해외바이어 발굴 건

교육훈련 건2 교육 교육ISO 14001 , LCA

기술마케팅 경영자문/ 건2중공소결 부품소재 신뢰성 사업추진,

환경성 평가 구축DB

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건

기 타 건

종 합 건4

- 139 -

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차12. 1112. 1112. 1112. 11

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

회 의 록회 의 록회 의 록회 의 록

일 시 2004. 6. 02 회의 장소기술개발부

회의실

소 속 서진캠( ) 소 속 한국생산기술연구원( )

참석자이문석 조창현 박경수 이충형, , , ,

서상인 박충일 김준용, ,조형호 김세광 박성민 윤영옥, , ,

회의주제

θ 차종 구분안-ENG

회의내용

목적1.

조립 차종구분용 설치에 따른 대응안- HMC ENG LINE- Sensor

차종 구분안2.

① 식별 적용 무색 청색SIC: PAINT (MPI : , LPI : ← IN/EX)

② 식별 검토제안HMC: RING (LPI. ONLY)

SJC → 상이 적용제안 폭 겸ND. 3/4 JOUR ( : 6.82, : φ 소재32( :φ34))

적용 문제점3.

① 가공 현 구성 문제없음: LINE → 식별 외경가공 추가기능RING

② 조립 조립기 개조 치구류 개조 장수 게이지: ( )外① ②

③ 단품 금형 공용: (IN Couar/P① ←SJC??)

대응 일정4.

① 가공 투자비 검토 생기C/T : / QC - 3/4

② 소재비 분말 금형 삼각 신규 영업( / ( or )) : -3/4

③ 항 항 단기 변동 내역 산출 노무비 포함+ : ( ) -3/5① ② ∴ 공문 발송3/5

- 140 -

나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고나 기술지원 보고....

- 중공소결 부품소재 신뢰성 사업 추진

- 교육ISO 14001

- 환경성 평가 구축Data Base

지원일자 년 월2004 6 작성자 김 세 광

항 목 지원건수 지 원 성 과

기술정보제공 건

시제품제작 건

양산화개발 건

공정개선 건1 환경친화공정 방안 논의

품질향상 건

시험분석 건

수출 및 해외바이어 발굴 건

교육훈련 건2 교육 교육ISO 14001 , CP

기술마케팅 경영자문/ 건2중공소결 부품소재 신뢰성 사업추진,

직무기피요인해소 사업 논의

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건

기 타 건

종 합 건5

- 141 -

생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차생산기술지원 차13. 1213. 1213. 1213. 12

가 회의록가 회의록가 회의록가 회의록....

회 의 록회 의 록회 의 록회 의 록

일 시 2004. 7. 4 회의 장소기술개발부

회의실

소 속 서진캠( ) 소 속 한국생산기술연구원( )

참석자

문흥식 이문석 조창현 박경수, , , ,

이충형 서상인 박충일 김준용, , , ,

이광일

조형호 김세광 박성민 윤영옥, , ,

회의주제

공정 심사 협의U-ENG 1.5L CAM_SHAFT

회의내용

목적 양산전 품질 안정화를 위한 주요안의 항목 공정 심사 및 문제점 협의1. : U-ENG

협의 내용2.

공정능력 평가1)

① 청정도 관리 이물질 이하(SPEC: 1 )㎎

② 동심도NO. 3 Journal (SPEC:Φ 이하0.01 )

③ 기타 주요 의 공정 능력을 이상으로 관리되고 있음DIM'S P 1.67

④ 부 마찰 압력 강도 관리 이상Fiet (Spec: 230N.m )

결과 로 만족- Sample Test : 478~551 Nm spec

주요 문제점 및 개선 방안2)

① 소재 형상 변형TDC Sensor Wheel (R13.5)

원인 과소결 발생- :

대책 소결 온도 및 소결로내 소재 적재 방법 개선- :

② 위치 및 측정 요청Cam Lobe Data

서진- 30EA Sample Data(6/10- )

- 142 -

회의내용

No. 항목 문제점 대책

1소결품

Ram-Out

시- Bending =0.25↓

현상:~0.5(speceoql 70%)ㆍ

문제점 소재: Brittle Colorㆍ

떨어짐piece

입고1.Bending M/C :8/30

금형 신작2.Color Piece

[Spec:Φ 소결품32 :Φ34]

임시대책

금형1.Color Piece punch

면취 신작

떨어짐 외관2.Color Piece

부의품 처리

2가공EX:

setting미- TOOLING

-Tooling

승인 승인서류제출-QC (ISIR )

가공진행 승인후- (ISIR )

3제ASSY(

품조립도)장수 도면화- GaGe

- 143 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3 .3 .3 .3 .

부품소재종합기술지원사업에 의한 중공소결 캠샤프트 생산기술 지원 기술지원1. “ ”

결과 기술지원의 당초 계획인 계획서상의 기술지원 효과 및 의 중, (Theta U-Engine

공소결 캠샤프트 기술지원 와 더불어 현장 적용이 시급한 단위공정의 개선을 도모)

할 수 있었다 당초 기술지원 내용 이외에 점차 수출 장벽으로 작용하는 대응. ELV

체제 구축을 위한 에 의한 환경성 평가와 무엇보다도 차세Life Cycle Assessment ,

대 초경량 알루미늄 캠샤프트의 특허출원과 개발 가능성을 통해 세계 일류 기술과

세계 일류 제품 개발을 위한 기반을 확립할 수 있었다.

중공소결 캠샤프트용 방청액 도포 및 압입작업을 수2. Dowel Pin / Sealing Cap

행하는 무인설비를 제작하여 일체의 자동화 라인을 구축하여 접착제 방척액 등 인,

체 유해한 환경 및 노동강도 인력낭비 개선 정 에 입각한 쾌적한 생산 현장, , 3 5S

구현으로 환경 친화적인 공정을 확립하였다.

중공소결 캠샤프트의 분말재의 혼합성분과 소결조건에 따른 금속 조직상의 변3.

화 차이에 대한 내마모성 내열성 및 내스커핑 등의 주요 특성 분석을 통하여 중공, ,

소결 공법 캠샤프트의 품질 보증 및 중공소결 공법의 우수성을 입증하였다.

실 구동시 조건을 고려한 캠샤프트의 구조 피로해석 결과를 설계 검토시 반영하4. /

여 초기 잠재 고장의 유무에 활용하고 선행시작의 품질을 개선 하였다, .

- 144 -

향후 연구개발 성과의 체계적이고 구체적인 결과를 활용하여 중공소결 공법에서5.

의 차기 차종 개발시 개발 기간 단축 효과 및 고객 만족 및 신뢰성의 향상으로 인

한 차기 개발품 선점에 따른 기업의 경쟁력 강화에 큰 기여를 할 수 있을 것이다.

경량 알루미늄 캠샤프트 및 그 제조방법 에 대한 특허 출원으로 특히 다이캐6. “ ” ,

스팅 공법을 통해 알루미늄 합금으로 주조하여 일체로 성형 제작함으로써 종래 중,

공소결 캠샤프에 비해 최저 정도의 경량화를 도모할수 있으며 높은 내구성30% ,

및 강성을 가지면서 저렴한 가격으로 제공할 수 있는 효과가 있다 또한 엔진의 내.

구성능 향상과 캠샤프트 경량화에 의한 관성모멘트 저감 이에 따른 엔진의 고, RPM

화를 통하여 엔진의 출력 향상 및 저연비화를 구현할 수 있는 효과가 있다.

- 145 -

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