KR20130123653A - 광폭 상용차용 휠허브 제조방법 및 그 제조장치 - Google Patents

광폭 상용차용 휠허브 제조방법 및 그 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광폭 상용차용 휠허브 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단륜 타입의 광폭 상용차용 휠에 동력 전달 가능하게 결합되는 광폭 상용차용 휠허브 제조방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 광폭 상용차용 알루미늄 휠을 반응고 단조공법 및 유동성형 공법으로 제조할 때, 이에 맞추어 알루미늄 휠과 결합되는 휠허브도 반응고 단조공법 및 유동성형 공법 등에 의하여 제조될 수 있도록 함으로써, 알루미늄 휠과 동일한 제조라인을 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 제품 중량 감소를 비롯하여 소재 사용량 및 원가 절감, 단조 사이클 타임 감소, 소재 변경에 따른 인장 및 피로강도 증가 등을 이룰 수 있는 광폭 상용차용 휠허브 제조방법을 제공하고자 한 것이다.

Description

광폭 상용차용 휠허브 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING ALUMINIUM WHEELHUB}
본 발명은 광폭 상용차용 휠허브 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단륜 타입의 광폭 상용차용 휠에 동력 전달 가능하게 결합되는 광폭 상용차용 휠허브 제조방법에 관한 것이다.
상용차용 알루미늄 휠은 타이어의 안착을 위한 림부와, 차축과 연결된 휠허브와의 결합을 위하여 림부의 일측에 일체로 형성되는 허브부로 구성되며, 저압주조, 차압주조, 진공흡입주조, 고압주조(Die Casting), 용탕주조(Squeeze Casting) 공법 등이 적용되고 있고, 주로 주물의 건전성을 확보하기 위하여 대다수의 알루미늄 디스크 휠 업체에서는 저압주조 공법을 채택하고 있다.
최근에는 알루미늄 휠 제조 방법이 단가는 높지만 품질이 상대적으로 매우 우수한 단조공법으로 전환되고 있는 추세에 따라 주조와 단조의 장점을 잘 활용한 반응고 단조 공법이 채택되고 있다.
반응고 단조 공법은 소재를 용해하여 금형 내에 투입한 후, 응고와 가압을 적절한 메카니즘에 의하여 실시함으로써, 고액공존 상태에서 복잡한 형상의 제품을 한번에 성형 생산하는 방법으로서, 소재에 직접 고압을 가함으로써 조직의 구상화 제어가 가능하고, 강도를 증가시켜 제품 경량화를 실현할 수 있는 장점이 있다.
이러한 반응고 단조 공법을 이용하여, 카고 및 트레일러의 뒷바퀴용 알루미늄 휠이 제조되고 있는 바, 이에 맞추어 알루미늄 휠과 결합되는 허브휠도 동일한 반응고 단조 공법을 사용하여 제품 중량 감소를 비롯한 소재 사용량 및 원가 절감, 단조 사이클 타임 감소 등의 효과를 얻을 수 있도록 함이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 광폭 상용차용 알루미늄 휠을 반응고 단조공법 및 유동성형 공법으로 제조할 때, 이에 맞추어 알루미늄 휠과 결합되는 휠허브도 반응고 단조공법 및 유동성형 공법 등에 의하여 제조될 수 있도록 함으로써, 알루미늄 휠과 동일한 제조라인을 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 제품 중량 감소를 비롯하여 소재 사용량 및 원가 절감, 단조 사이클 타임 감소, 소재 변경에 따른 인장 및 피로강도 증가 등을 이룰 수 있는 광폭 상용차용 휠허브 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 광폭 상용차용 휠허브 제조 방법에 있어서, 알루미늄 소재를 용해시킨 용탕을 금형내에 주입하여, 허브부의 외주단에 드라이브샤프트와 연결되는 중공형 엔드부가 일체로 형성된 예비성형 휠허브를 구비하는 반응고 단조 단계와; 예비성형 휠허브를 유동성형용 척에 고정 장착한 다음, 유동성형용 롤러에 의하여 예비성형 휠허브의 외표면이 유동성형용 척에 가압되며 눌려지면서 설계된 두께로 줄어드는 동시에 내측방향으로 설계폭까지 늘어나도록 한 유동성형 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 광폭 상용차용 휠 제조 방법을 제공한다.
특히, 상기 유동성형용 척을 수평 배열하고, 예비성형용 휠허브의 중공형 엔드부내에 유동성형부의 유동성형용 척을 삽입 고정하여, 예비성형 휠허브가 수평 배열된 상태에서 유동 성형 단계가 진행될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응고 단조 단계 후, 예비성형 휠허브에 대하여 센터홀을 가공하기 위해 실시하는 T6 열처리 또는 용체화 열처리 단계와, 유동 성형 단계후 실시하는 시효 열처리 혹은 T6 열처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 알루미늄 소재는 인장강도 증대를 위하여 전신재용 6000계열의 합금이나 주조재 A300계열 소재로 채택된 것을 특징으로 한다.
상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명에 따르면, 인장강도 증대를 위하여 전신재용 6000계열의 합금이나 주조재 A300계열 소재, 바람직하게는 AA6061 알루미늄 합금소재를 이용하여 반응고 단조하여 반응고 상태인 예비 성형 휠허브를 구비한 후, 예비 성형된 휠허브를 유동 성형(Flow Forming)하여 광폭 상용차용 휠허브를 제조할 수 있다.
특히, 기존에 주강 또는 주철재를 이용하여 주조 공법으로 제조하던 방법과 달리, 알루미늄 AA6061 소재를 이용하여 반응고 단조 및 유동성형 공법을 적용함에 따라 제품 중량 감소를 비롯하여 소재 사용량 및 원가 절감, 단조 사이클 타임 감소, 소재 변경에 따른 인장 및 피로강도 증가 등을 이룰 수 있다.
특히, 단일 허브부와, 내측림부와 외측림부로 이루어진 단일 림부로 구성된 광폭 상용차용 알루미늄 휠을 제조할 때, 그 금형 및 유동성형용 척만을 교체하여 휠허브를 제조할 수 있으므로, 설비 공용화를 이룰 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 광폭 상용차용 휠허브 제조방법의 반응고 단조 공정을 나타내는 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 광폭 상용차용 휠허브 제조방법의 센터홀 가공 공정을 나타내는 개략도,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 광폭 상용차용 휠허브 제조방법의 유동 성형 공정을 나타내는 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 광폭 상용차용 휠허브의 최종 제품 사양을 나타낸 단면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.
일반적으로 차량의 브레이크 장치는 열 발생이 심한 부위 중 하나이며, 특히 트럭, 버스 등의 상용차량에서는 브레이크 용량이 매우 크기 때문에 제동시 브레이크 라이닝과 브레이크 드럼 사이에 발생하는 마찰열이 매우 심각하다.
이러한 마찰열은 브레이크 성능에 악영향을 줄 뿐만 아니라, 드라이브샤프트(액슬 샤프트)와 동력 전달 가능하게 연결된 휠허브의 엔드부는 섭동 및 회전부분이므로 열 발생과 함께 수명 단축을 초래할 수 있으며, 이러한 단점이 초래됨은 기존 휠허브가 열방출 및 냉각 시간이 오래 걸리는 주강 또는 주철재를 이용하여 제조됨에 또 다른 이유를 찾을 수 있다.
이를 위해, 본 발명은 알루미늄 휠과 결합되는 휠허브도 반응고 단조공법 및 유동성형 공법 등을 이용하여 제조함으로써, 제품 중량 감소를 비롯하여 소재 사용량 및 원가 절감, 단조 사이클 타임 감소, 소재 변경에 따른 인장 및 피로강도 증가 등을 이룰 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.
첨부한 도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 광폭 상용차용 휠허브 제조방법 중 반응고 단조 공정을 설명하는 개략적 단면이다.
본 발명의 광폭 사용차용 휠허브 제조를 위한 반응고 단조 장치는 알루미늄 휠의 형상을 예비 성형하는 예비성형부(100)로서, 상부쪽에는 상부 플레이트(102)에 장착되는 상부 금형(104)과 취출 펀치(106)가 배치된다.
보다 상세하게는, 상기 상부플레이트(102)의 상면에는 유압실린더(미도시됨)가 결합되고, 상부플레이트(102)의 저면 테두리에는 알루미늄 휠허브의 반응고 단조를 위한 상부 금형(104)이 일체로 조립되며, 상부플레이트(102)의 중앙부에는 취출 펀치(106)가 상부 이젝트 실린더(107)의 구동에 의하여 승하강 가능하게 장착된다.
이러한 상부 금형(104)의 수직방향 아래쪽에는 용탕충진공간을 갖는 하부금형(108)이 하부 플레이트(112)상에 조립 배치되는 바, 상기 하부금형(108)의 중앙부에는 하부작동축(109)이 승하강 가능하게 위치되고, 상기 하부플레이트(112)의 저부에는 하부작동축(109)의 승하강 구동수단인 하부 이젝트 실린더(111)가 배치된다.
또한, 상기 하부금형(108)의 외주부쪽 하부플레이트(112)상에는 레일형 가이드(113)가 장착되고, 이 레일형 가이드(113)에는 전후진 가능하게 사이드 홀더(114)가 배치된다.
이때, 상기 사이드홀더(114)의 전면에는 사이드금형(110)이 일체로 조립되고, 그 후면에는 전후진 구동수단인 유압실린더(115)가 배치된다.
이렇게 구성된 반응고 단조용 예비성형부(100)에 의하여 진행되는 반응고 단조 공정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 유압실린더(115)의 구동에 의하여 사이드홀더(114) 및 사이드금형(110)이 레일형 가이드(113)를 따라 전진하여, 하부금형(108)의 측부에 밀착되어, 알루미늄 휠의 예비성형체를 성형하기 위한 캐비티(116)가 형성된다(도 1a 참조).
이어서, 상기 캐비티(116)내에 알루미늄 6000계 전신재 소재를 녹인 용탕을 주입하되, 인장강도 증대를 위하여 전신재용 6000계열의 합금이나 주조재 A300계열 소재를 녹인 용탕, 바람직하게는 AA6061 소재를 녹인 용탕을 주입한다(도 1a 및 도 1b 참조).
다음으로, 상기 상부금형(104)이 하강하여 캐비티(116)내의 용탕을 가압하는 반응고 단조 과정이 이루어지게 됨으로써, 알루미늄 휠허브의 예비성형체가 완성된다(도 1b 참조).
연이어, 도 1c에 도시된 바와 같이 상기 상부금형(104)이 본래 위치로 승강하는 동시에 하부 이젝트 실린더(111)의 구동에 의하여 하부작동축(109)이 하부금형(108)내에 있던 예비성형체의 저면을 밀어 올리게 됨으로써, 예비성형체인 알루미늄 휠허브(10)가 상부금형(104)과 함께 승강하게 된다.
이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이 상기 상부금형(104)이 정지된 상태에서 그 아래쪽에 취출 플레이트(118)가 이송로봇(미도시됨)에 의하여 이동하여 배치되고, 이와 동시에 상기 상부 이젝트 실린더(107)의 구동에 의하여 하강하는 취출펀치(106)가 예비성형체인 알루미늄 휠허브(10)를 밀어 내리게 됨으로써, 알루미늄 휠허브(10)가 취출 플레이트(118)상에 안착된다.
다음으로, 첨부한 도 2에서 보는 바와 같이 반응고 단조에 의하여 예비성형되어 취출 플레이트(118)상에 안착되어진 알루미늄 휠허브(10)는 다음 공정인 센터홀 가공 라인으로 이송된 후, 센터홀 가공 라인의 작업대상에 올려진 알루미늄 휠허브(10)의 중심 위치에 드릴과 같은 소정의 가공수단을 이용하여 소정 크기의 센터홀(28)이 관통 형성된다.
여기서, 본 발명에 따른 광폭 상용차용 휠허브 제조 방법의 유동 성형 공정을 설명하면 다음과 같다.
첨부한 도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 광폭 상용차용 휠허브 제조 방법의 유동 성형 공정을 나타내는 개략도이다.
상기와 같이 알루미늄 소재를 용해시킨 용탕을 금형내에 주입하여, 허브부(12)의 외주단에 드라이브샤프트와 연결되는 중공형 엔드부(14)가 일체로 형성된 예비성형 휠허브(10)를 반응고 단조 단계를 통하여 구비하고, 이어서 예비성형 휠허브(10)를 유동성형용 척(20)에 고정 장착한 다음, 유동성형용 롤러(22)에 의하여 예비성형 휠허브(10)의 외표면이 유동성형용 척(20)에 가압되며 눌려지면서 설계된 두께로 줄어드는 동시에 내측방향으로 설계폭까지 늘어나도록 한 유동성형 단계가 진행된다.
이를 위해, 먼저 상기 유동성형을 위한 구성으로서, 유동성형용 척(20)이 수평 배열되고, 유동성형용 척(20)의 외경부에는 유동성형용 롤러(22)가 소정의 유압구동수단에 의하여 전/후/좌/우 이송 가능하게 배치된다.
이때, 상기 예비성형 휠허브(10)의 허브부(12)의 외주단에 드라이브샤프트와 연결되는 중공형 엔드부(14)가 일체로 형성되는 바, 중공형 엔드부(14)내에 유동성형용 척(20)을 삽입 고정시킨 다음, 유동성형용 롤러(22)에 의한 유동 성형이 진행된다(도 3a 참조).
따라서, 상기 유동성형용 롤러(22)가 이동하면서 중공형 엔드부(14)의 외경면을 소정의 형상 및 치수대로 가압 성형함에 따라, 중공형 엔드부(14)가 가압되는 동시에 유동성형용 척(20)의 외경에 가압되며 눌려지면서 설계된 두께로 줄어드는 동시에 내측방향으로 설계폭까지 늘어나도록 한 유동성형 과정이 진행된다(도 3b 및 도 3c 참조).
한편, 기존 수직 방식의 유동성형 방식은 고압을 가할 경우 기계가 흔들리고 소재 유동량이 제한되는 단점이 있기 때문에 승용차용 소형 규격의 휠허브 경우에는 소재 유동량이 적고, 두께도 얇아 적은 힘으로 유동 성형이 가능하지만, 본 발명에 따른 광폭 상용차용 휠허브를 제조하는 경우에는 두께가 두껍고 대량의 소재를 유동시켜야 하므로 25톤 이상의 힘으로 가압하여야 한다.
이를 위해, 본 발명의 광폭 휠허브 제조 방법에서는 유동성형용 척(20)을 수평방향으로 배열하여, 상기와 같이 유동성형용 롤러(22)에 의한 수평 방식 유동 성형을 실시하게 되는 것이며, 이에 25톤 이상의 힘이 유동성형용 롤러(22)에 의하여 가압되어도 휠허브 제품의 흔들림이 없고 치수 정도가 높아지게 된다.
이렇게, 반응고 단조 과정에 의하여 예비성형체인 휠허브가 구비된 후, 유동 성형에 의하여 허브부(12)의 외주단에 드라이브샤프트와 연결되는 중공형 엔드부(14)가 일체로 형성된 휠허브(10)로 제조 완료된다.
한편, 상기 반응고 단조 단계후의 예비성형체인 알루미늄 휠허브에 대하여 센터홀을 가공하기 위해 실시하는 T6 열처리(용체 -> 수조급냉 -> 시효) 또는 용체화 열처리 단계가 진행되고, 특히 유동성형 단계후 시효 열처리 단계가 진행되어 인장강도, 항복강도, 연신율 등을 만족하는 수준으로 유지시킬 수 있다.
상기 T6 열처리 단계는 임계온도 160℃~195℃에서 임계시간 2~5시간 동안 진행되는 바, 이 임계온도 및 임계시간을 벗어나면 알루미늄 합금조직의 석출이 일어나지 않고 원하는 경도를 얻을 수 없다.
따라서, 상기 T6 열처리 단계는 임계온도 160℃~195℃에서 임계시간 2~5시간 동안 진행하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 용체화 열처리단계만을 진행하는 경우에도 알루미늄 합금조직의 석출을 지지하고, 원하는 경도를 얻을 수 있도록 500℃~550℃에서 3~7시간 동안 용체화 처리를 하는 것이 바람직하다.
또한, 유동 성형에 의하여 최종 성형된 광폭 상용차용 휠허브(10)는 허브홀 가공부로 이송되어 허브홀이 가공되는 단계와, 내외면에 대한 CNC 가공과 함께 허브부에 볼트홀 및 벤트홀을 가공하는 단계가 더 진행되어, 첨부한 도 4에 도시된 바와 같은 최종적인 알루미늄 광폭 상용차용 휠허브 제품으로 완성된다.
10 : 휠허브
12 : 허브부
14 : 엔드부
20 : 유동성형용 척
22 : 유동성형용 롤러
28 : 센터홀

Claims (5)

  1. 광폭 상용차용 휠허브 제조 방법에 있어서,
    알루미늄 소재를 용해시킨 용탕을 금형내에 주입하여, 허브부(12)의 외주단에 드라이브샤프트와 연결되는 중공형 엔드부(14)가 일체로 형성된 예비성형 휠허브(10)를 구비하는 반응고 단조 단계와;
    예비성형 휠허브(10)를 유동성형용 척(20)에 고정 장착한 다음, 유동성형용 롤러(22)에 의하여 예비성형 휠허브(10)의 외표면이 유동성형용 척(20)에 가압되며 눌려지면서 설계된 두께로 줄어드는 동시에 내측방향으로 설계폭까지 늘어나도록 한 유동성형 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 광폭 상용차용 휠허브 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유동성형용 척(20)을 수평 배열하고, 예비성형용 휠허브(10)의 중공형 엔드부(14)내에 유동성형부의 유동성형용 척(20)을 삽입 고정하여, 예비성형 휠허브(10)가 수평 배열된 상태에서 유동 성형 단계가 진행될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 광폭 상용차용 휠허브 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응고 단조 단계 후, 예비성형 휠허브(10)에 대하여 센터홀(28)을 가공하기 위해 실시하는 T6 열처리 또는 용체화 열처리 단계와, 유동 성형 단계후 실시하는 시효 열처리 혹은 T6 열처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광폭 상용차용 휠허브 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 알루미늄 소재는 인장강도 증대를 위하여 전신재용 6000계열의 합금이나 주조재 A300계열 소재로 채택된 것을 특징으로 하는 광폭 상용차용 휠허브 제조 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 T6 열처리 단계는 160℃~195℃에서 2~5시간 동안 진행되고, 상기 용체화 열처리단계는 500℃~550℃에서 3~7시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 광폭 상용차용 휠허브 제조 방법.
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