Abstract
A turbocharger is an engine supercharger that is driven by exhaust gas. It improves the output and fuel efficiency by increasing the charging efficiency of the mixture gas, which is achieved by changing the rotatory power of the turbine connected to the exhaust passage. It is important to control the supercharging for this purpose. A nozzle slide joint is one of the core parts. Austenitic stainless steel is currently used as the material for this part, and its excellent mechanical properties include high heat resistance and corrosion resistance. However, because of its poor machinability, there are many difficulties in producing products with complicated shapes. Machining is used in the production of nozzle slide joints for high dimensional accuracy after metal powder injection molding. As design variables in this study, we investigated the sintering temperature, product stress, deformation rate, radius of curvature of the punch, and angle of the chamfer punch, which are related to the strain and shapes. The goal is to suggest a forming process using Nitronic 60 that does not require machining to manufacture a nozzle slide joint for a turbocharger. Accordingly, we determined the best process environment using finite-element analysis, the signal-noise ratio, and the Taguchi method for experiment design. The relative density and hydrostatic pressure of the final product were in accordance with the results of the finite element analysis. Therefore, we conclude that the Taguchi method can be applied to the design process of metal powder injection molding.
터보차저는 배기가스로 구동되는 엔진 과급기를 말하며, 배기에너지를 이용하여 배기통로에 연결된 터빈의 회전력을 변화시켜, 혼합 가스의 충전효율을 높여 출력과 연비를 향상 시키는 부품이다. 이러한 목적에 따라 과급을 조절해주는 것이 중요하며, 핵심 부품 중 노즐 슬라이드 조인트가 있다. 소재는 현재 오스테나이트 계 스테인리스강으로 높은 내열성과 내식성 등의 우수한 기계적 성질을 이용하고 있다. 그러나 절삭성이 나쁘기 때문에 절삭가공에 의해 복잡한 형상의 제품을 만드는데 어려운 점이 많다. 현재 노즐 슬라이드 조인트의 가공방법은 금속분말 사출성형후 치수정밀도를 위해 절삭가공을 행하고 있다. 따라서 본 연구에서는 Nitronic 60을 이용하여 터보차저 과급유량을 조절해주는 노즐 슬라이드 조인트의 제작 공정에서 절삭가공이 필요 없는 정형가공 공정을 제안하기 위하여, 기계적 특징에 영향과 연관이 있는 소결온도, 제품의 응력 및 변형률, 형상과 관련이 있는 모따기 펀치각도 및 펀치의 곡률반경을 설계변수로 선정하였다. 그에 따라 유한요소해석과 실험계획법인 다구찌법 및 SN비를 이용하여 가장 좋은 공정 조건을 제안하였다. 최종제품과 유한요소해석 결과의 상대밀도 및 정수압을 비교하여 경향이 일치함을 알 수 있었다. 따라서 다구찌법을 이용한 금속분말의 성형공정 설계에 유용하게 적용할 수 있을 것으로 판단된다.