KR20220143310A - Method for manufacturing variable shape aluminum alloy guide tube - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 알루미늄소재 성형방법에 관한 것으로, 특히 알루미늄합금 소재를 사용하여 가벼운 특성을 가짐과 동시에 강철에 대응될 만큼 고강도를 가지며 성형난이도가 높은 가변형상을 갖는 가변형상 알루미늄합금 가이드 튜브의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for forming an aluminum material, and in particular, to a method for manufacturing a variable shape aluminum alloy guide tube having a variable shape using an aluminum alloy material, which has light characteristics and high strength to correspond to steel, and has a high forming difficulty. it's about
요즈음 자동차 업계에서는 차량 중량의 감량을 통해 연비향상 도모를 시도하고 있으며 또 강철소재를 대신할 소재에 대한 시장의 요구에 부합하기 위한 노력을 경주하고 있다. These days, the automobile industry is trying to improve fuel efficiency by reducing vehicle weight, and is also making efforts to meet the market demand for materials that can replace steel materials.
통계에 따르면 차량 중량을 10% 감량하게 되면 6~7%의 차량 연비를 향상시킬 수 있다. 그러므로 자동차 업계에서는 부품소재 변경을 통해 차량 경량화를 시도하고 있다. 그런 차량 경량화 시도의 일예로서 유럽의 자동차업계에서는 2020년에 철강 사용 비중이 27% 감소되고 비철금속 및 합성수지의 사용 비중이 12% 증가된 것으로 추정하고 있다. According to statistics, a 10% reduction in vehicle weight can improve vehicle fuel efficiency by 6-7%. Therefore, the automobile industry is attempting to reduce the weight of vehicles by changing parts and materials. As an example of such an attempt to reduce the weight of vehicles, the European automobile industry estimates that the proportion of steel use will decrease by 27% in 2020 and the proportion of use of non-ferrous metals and synthetic resins will increase by 12%.
자동차 부품소재의 경량화 실현을 위한 여러 대안중 하나로는 강철 대신에 알루미늄 합금소재를 이용하는 방법이 있다. 강철소재는 성형성과 재활용성, 강도측면에서 우수한 특성을 나타내는데 반해, 알루미늄소재는 강철소재에 비해서 경량성이 아주 뛰어나고 내식성이 좋은 특성을 나타낸다. One of the many alternatives for realizing the weight reduction of automobile parts is to use an aluminum alloy material instead of steel. While steel material exhibits excellent properties in terms of formability, recyclability, and strength, aluminum material is superior in light weight and corrosion resistance compared to steel material.
그러므로 경량성을 갖는 알루미늄소재로 강철소재를 대신하려면 성형성과 강도측면에서 향상되도록 구현해야 함과 아울러 성형 난이도가 높은 가변형상에 대한 성형까지도 가능하게 구현해야 한다. 예컨대 차량의 에어 서스펜션의 가이드 튜브와 같은 고강도 및 가변 형상(성형 난이도 있음)을 갖는 부품소재 등을 강철소재로부터 경량성이 아주 좋은 알루미늄합금 소재로 대체할 수 있다면, 관련분야의 종사자들로부터 큰 호응을 얻을 수 있을 것이다. Therefore, if a lightweight aluminum material is to be used to replace a steel material, it should be implemented to improve formability and strength, as well as to enable molding for a variable shape with high molding difficulty. If, for example, a component material having high strength and variable shape (with difficulty in forming), such as a guide tube for an air suspension of a vehicle, can be replaced from a steel material to an aluminum alloy material with excellent light weight, there is a great response from workers in the related field. will be able to get
따라서 본 발명의 목적은 경량성을 갖는 알루미늄합금 소재를 사용하면서도 강철소재에 상응할 고강도와 성형난이도가 높은 가변형상을 갖는 가변형상 알루미늄합금 가이드 튜브를 제조할 수 있는 방법을 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a variable shape aluminum alloy guide tube having a variable shape having high strength and forming difficulty corresponding to a steel material while using an aluminum alloy material having a light weight.
본 발명의 다른 목적은 고강도·고성형성 알루미늄 합금이 요구되는 자동차산업의 서스펜션이나 부싱류 부품에 적용가능한 가이드 튜브 제조방법을 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide a guide tube manufacturing method applicable to suspension or bushings in the automobile industry requiring high strength and high formability aluminum alloy.
상기한 목적에 따른 본 발명은, 가변형상 알루미늄합금 가이드 튜브 제조방법에 있어서, 6OOO계열 알루미늄합금으로 주조한후 균질화 처리하여 빌렛을 얻는 제1 과정과, 균질화된 빌렛을 석출상의 고용온도영역에서 열간 압출하여서 중간재 압출튜브를 얻고 소성변형 온도영역 이하에서의 담금질(quenching)을 수행하는 제2 과정과, 담금질된 중간재 압출튜브를 가공모재용 튜브치수로 냉간인발후 가이드튜브 모재가 되도록 절단하는 제3 과정과, 열간압출에 의해 열처리된 후 절단된 가이드튜브 모재를 치수변형 방지를 위해 냉간 성형하되 선형프레스 방식의 소성가공으로 플랜지 성형 및 가변형상 성형을 수행하여 소성가공된 가이드튜브를 얻는 제4 과정과, 잔류응력의 제거와 아울러 강도 및 치수안정성 향상을 위해서 소성가공된 가이드튜브를 열처리하되 170~200℃온도에서 7~10시간동안 유지하는 인공시효처리를 수행하는 제5 과정으로 이루어짐을 특징으로 한다. In accordance with the above object, the present invention provides a method for manufacturing a variable shape aluminum alloy guide tube, a first step of obtaining a billet by casting it into a 6OO series aluminum alloy and then performing a homogenization treatment to obtain a billet; A second process of extruding to obtain an intermediate material extruded tube and performing quenching below the plastic deformation temperature range, and a third step of cutting the quenched intermediate material extruded tube to become a guide tube matrix after cold drawing to the size of a working matrix Process and the fourth process of cold forming the cut guide tube base material after being heat treated by hot extrusion to prevent dimensional deformation, but performing flange forming and variable shape forming by plastic working of the linear press method to obtain a plastically machined guide tube And, in order to remove residual stress and improve strength and dimensional stability, heat treatment of the plastically processed guide tube, but performing artificial aging treatment at 170 ~ 200 ℃ temperature for 7 ~ 10 hours characterized in that it consists of do.
또한 본 발명의 가변형상 알루미늄합금 가이드 튜브 제조방법에 있어, 제2 과정에서는 고용온도영역에서의 열간압출 전에 예열하는 단계와 급냉시키는 냉각단계를 더 수행함을 특징으로 한다. In addition, in the method for manufacturing a variable shape aluminum alloy guide tube of the present invention, in the second process, a preheating step and a rapid cooling cooling step are further performed before hot extrusion in a solid solution temperature region.
또한 본 발명의 가변형상 알루미늄합금 가이드 튜브 제조방법에 있어, 제2 과정에서 열간압출시의 압출 온도는 400~530℃이고, 제2과정을 통해 얻어진 중간재 압출튜브가 인장강도 130~150MPa이며 연신율 25~30%임을 특징으로 한다. In addition, in the method for manufacturing a variable shape aluminum alloy guide tube of the present invention, the extrusion temperature during hot extrusion in the second process is 400 to 530° C., and the intermediate material extruded tube obtained through the second process has a tensile strength of 130 to 150 MPa and an elongation of 25 It is characterized by ~30%.
또한 본 발명의 가변형상 알루미늄합금 가이드 튜브 제조방법에 있어, 제4 과정은, 선형프레스방식의 플랜지성형펀치금형을 가동시켜 냉간성형에 의한 소성변형으로 가이드튜브 일단에 플랜지를 성형하는 1차 플랜지 성형단계와, 1차 플랜지 성형단계후 라운드형 외부다이스와 튜브내축부의 맨드릴을 이용해서 냉간성형에 의한 소성변형으로 가이드튜브를 축관하는 1차 가변형상 성형단계와, 1차 가변형상 성형단계후 오픈블록조우와 튜브 내축부의 맨드릴을 이용해서 냉간성형에 의한 소성변형으로 가이드튜브 축관범위중 일부를 확관시키는 2차 가변형상 성형단계와, 2차 가변형상 성형단계후 선형프레스방식의 플랜지성형펀치금형을 가동시켜 냉간성형에 의한 소성변형으로 가이드튜브 타단에 플랜지를 성형하는 2차 플랜지 성형단계로 이루어짐을 특징으로 한다. In addition, in the method for manufacturing a variable shape aluminum alloy guide tube of the present invention, the fourth process is a primary flange forming in which a flange is formed at one end of the guide tube by plastic deformation by cold forming by operating a flange forming punch mold of a linear press method. After the first flange forming step, the first variable shape forming step of shafting the guide tube through plastic deformation by cold forming using a round-type outer die and the mandrel of the inner tube part, and the first variable shape forming step, then open The second variable shape forming step of expanding a part of the guide tube shaft range through plastic deformation by cold forming using the block jaw and the mandrel of the inner tube part, and the flange forming punch mold of the linear press method after the second variable shape forming step It is characterized in that it consists of a secondary flange forming step of forming a flange on the other end of the guide tube through plastic deformation by cold forming by operating the .
또한 본 발명에 적용되는 6OOO계열 알루미늄합금은 6061 알루미늄합금임을 특징으로 한다. In addition, the 60OO series aluminum alloy applied to the present invention is characterized in that it is a 6061 aluminum alloy.
본 발명은 경량성을 갖는 알루미늄합금 소재를 사용하면서도 강철소재에 상응할 고강도와 성형난이도가 높은 가변형상을 갖는 가변형상 알루미늄합금 가이드 튜브를 제조할 수 있다. According to the present invention, it is possible to manufacture a variable shape aluminum alloy guide tube having a variable shape having a high strength and forming difficulty corresponding to a steel material while using an aluminum alloy material having a light weight.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변형상 알루미늄합금 가이드튜브의 단면 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변형상 알루미늄합금 가이드튜브의 개략 제조 공정도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변형상 알루미늄합금 가이드튜브를 제조하기 위한 개별 공정 및 온도특성도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 열간압출 및 냉간성형하는 구체 절차도,
도 5는 도 4의 냉간성형중 1,2차 가변성형의 구체 예시도,
도 6은 본 발명에 따른 가이드 튜브를 냉간성형중 일단 및 하단 플랜지를 소성가공하기 위한 장치 구성도,
도 7은 본 발명에 따른 가이드 튜브를 냉간성형중 1차 가변형상 성형하는 금형블록 및 상 가변형상폼을 보여주는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 가이드 튜브를 냉간성형중 2차 가변형상 성형하는 금형블록 및 상 가변형상폼을 보여주는 도면. 1 is a cross-sectional configuration view of a variable shape aluminum alloy guide tube according to an embodiment of the present invention;
2 is a schematic manufacturing process diagram of a variable shape aluminum alloy guide tube according to an embodiment of the present invention;
3 is an individual process and temperature characteristic diagram for manufacturing a variable shape aluminum alloy guide tube according to an embodiment of the present invention;
4 is a specific procedure diagram of hot extrusion and cold forming according to an embodiment of the present invention;
5 is a specific example of the first and second variable forming during the cold forming of FIG. 4;
6 is a configuration diagram of an apparatus for plastic working one end and a lower flange during cold forming of a guide tube according to the present invention;
7 is a view showing a mold block and a shape variable shape form for forming a first variable shape during cold forming of the guide tube according to the present invention;
8 is a view showing a mold block and a shape variable shape form for forming a secondary variable shape during cold forming of the guide tube according to the present invention.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에서는 경량성을 갖는 알루미늄합금 소재를 사용하면서도 강철에 상응할 고강도와 성형난이도가 높은 가변형상을 갖는 가변형상 알루미늄합금 가이드 튜브를 제조하는 것이며, 이러한 고강도 및 가변형상 알루미늄합금 가이드튜브의 적용 일 예로는 자동차의 에어서스펜션에 채용되는 부품을 들 수 있다. In the present invention, a variable shape aluminum alloy guide tube having a variable shape with high strength and forming difficulty corresponding to steel while using a lightweight aluminum alloy material is manufactured, and the application of this high strength and variable shape aluminum alloy guide tube An example is a component employed in the air suspension of an automobile.
자동차 에어서스펜션은 노면으로부터의 진동을 흡수하여 승차감 및 주행성능이 향상되므로 고급차량 위주로 적용이 활발하게 이루어지고 있으며, 안락함과 고급스러움에 대한 고객 요구가 늘어남에 따라 에어서스펜션에 대한 수요가 급증되고 있다. 유럽 등에서는 해외 선진 고급 자동차와 버스 등에 대부분 에어서스펜션 시스템을 활발히 적용 중에 있으며, 국내에서도 제네시스 브랜드 및 고급 전기차에 에어서스펜션의 적용 확대를 위해 노력하고 있는 실정이다. Automobile air suspension absorbs vibrations from the road surface to improve ride comfort and driving performance, so it is being actively applied to high-end vehicles. . In Europe, etc., most of the air suspension systems are being actively applied to overseas advanced luxury cars and buses, and efforts are being made to expand the application of air suspension to the Genesis brand and high-end electric vehicles in Korea.
이러한 자동차 에어서스펜션의 부품중에서 고강도 및 가변형상 알루미늄합금 가이드튜브가 요구되는 부위는 에어서스펜션을 감싸는 하우징이다. Among the parts of the air suspension for automobiles, a portion requiring a high strength and variable shape aluminum alloy guide tube is a housing surrounding the air suspension.
에어서스펜션의 하우징역할을 하는 가이드튜브는 경량화를 위한 핵심부품 중 하나이며, 본 발명에서는 경량성의 알루미늄합금을 사용하면서도 성형난이도가 있는 가변형상으로 성형함과 동시에 강철소재에 버금가는 강도를 가질 수 있게 구현한다. The guide tube, which serves as the housing of the air suspension, is one of the key parts for weight reduction. In the present invention, it is possible to use a lightweight aluminum alloy while forming it into a variable shape with molding difficulty and at the same time to have a strength comparable to that of a steel material. implement
본 발명에서는 강철소재와 같은 고강도를 가짐과 동시에 성형난이도가 있는 가변형상 알루미늄합금 가이드튜브를 구현하기 위해서 기계적 물성(항복강도, 인장강도) 확보와 아울러 치수정밀도(내경, 외경, 원통도, 진원도 등)를 갖도록 구현한다. In the present invention, mechanical properties (yield strength, tensile strength) are secured and dimensional accuracy (inner diameter, outer diameter, cylindricity, roundness, etc.) ) is implemented to have
본 발명에서는 경량성의 가변형상 알루미늄합금 가이드 튜브를 제작함에 있어 6000계열 알루미늄 합금소재("AL 6xxx"라 표기도 됨)를 사용한다. 바람직하게는 6000계열 알루미늄 합금소재중 6061 알루미늄 합금소재(AL 6061)를 사용한다. In the present invention, a 6000 series aluminum alloy material (also referred to as "AL 6xxx") is used in manufacturing a lightweight, variable shape aluminum alloy guide tube. Preferably, 6061 aluminum alloy material (AL 6061) is used among 6000 series aluminum alloy materials.
6000계열 알루미늄 합금은 규소와 마그네슘을 함유하는 알루미늄 합금으로서, 규소와 마그네슘중 적어도 하나가 알루미늄 외의 알루미늄 합금내 조성 성분보다 우세한 합금이다. 이러한 6000계열 알루미늄 합금은 강도 및 내식성 모두 양호하며 강한 가공에도 잘 견디고 절삭성이 좋은 특성이 있다. The 6000 series aluminum alloy is an aluminum alloy containing silicon and magnesium, and is an alloy in which at least one of silicon and magnesium is dominant over the compositional components in the aluminum alloy other than aluminum. These 6000 series aluminum alloys have good strength and corrosion resistance, withstand strong machining, and have good machinability.
본 발명에 적용가능한 6000계열 알루미늄 합금은 주성분인 알루미늄 이외에 규소 0.1 내지 2.0중량% 및 마그네슘 0.1 내지 3.0중량%이 포함된 알루미늄 합금이다. The 6000 series aluminum alloy applicable to the present invention is an aluminum alloy containing 0.1 to 2.0 wt% of silicon and 0.1 to 3.0 wt% of magnesium in addition to aluminum as a main component.
6000계열 알루미늄 합금은 열처리용 합금으로서 강철소재와 같은 기계적 물성(항복강도, 인장강도)을 충족시키기 위해서는 가이드 튜브용 알루미늄 합금을 치수에 맞는 가공후 T6열처리가 필수적이다. 그런데 치수에 맞는 가공후 알루미늄 T6열처리를 수행하게 되면, 고온상태를 유지하다가 급냉시키는 용체화처리 후의 급냉처리에 의하여 높은 치수 변형이 발생되는 문제가 있다. 6000 series aluminum alloy is an alloy for heat treatment, and in order to satisfy the same mechanical properties (yield strength, tensile strength) as steel materials, it is essential to process the aluminum alloy for guide tube according to the dimensions and then T6 heat treatment. However, when aluminum T6 heat treatment is performed after machining to fit the dimensions, there is a problem in that high dimensional deformation occurs due to the rapid cooling treatment after the solution heat treatment in which the high temperature state is maintained and then rapidly cooled.
본 발명에서는 성형공정을 수행함에 있어 열간성형을 하지 않고 냉간성형공정을 수행하며, 냉간성형공정을 수행후에는 치수변형을 크게 일으키는 T6열처리(강도 대폭 향상시킴)는 행하지 않는다. 또 본 발명에서는 냉간성형방식으로 소성가공을 하면서도 알루미늄 합금소재의 강도를 강철소재에 상응하도록 높이게 하고 그럼에도 크랙없는 플랜지부 형성은 가능하고 소성응력이 없도록 하며 치수변형 방지가 가능한 방법을 강구한다. In the present invention, in performing the forming process, the cold forming process is performed without hot forming, and after the cold forming process is performed, the T6 heat treatment (to significantly improve the strength) that causes dimensional deformation is not performed. In addition, in the present invention, while plastic working in the cold forming method, the strength of the aluminum alloy material is increased to match that of the steel material, and the flange portion without cracks can be formed, there is no plastic stress, and dimensional deformation can be prevented.
본 발명에서는 경량성의 6000계열 알루미늄 합금소재를 이용하여 도 1과 같은 가변형상 알루미늄합금 가이드 튜브(2)를 제조하면서도, 기계적 물성(항복강도, 인장강도)과 치수정밀도(내경, 외경, 원통도, 진원도 등) 모두가 충족되도록 구현한다. In the present invention, while manufacturing the variable shape aluminum
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변형상 알루미늄합금 가이드튜브(2)의 단면 예시 구성도로서, 자동차 에어서스펜션의 하우징역할을 하는 가이드튜브의 예시이다. 1 is an exemplary cross-sectional configuration diagram of a variable shape aluminum
도 1에서와 같이, 가이드튜브(2)는 서로 절곡각이 다른 상단 플랜지(4) 및 하단플랜지(6)를 가지며, 튜브 몸통부(8)에는 허리가 절구처럼 잘록하고 허리 상하측부의 내외경이 다른 가변적인 형상을 갖고 있다. 1, the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가변형상 알루미늄합금 가이드튜브(2)의 개략 제조 공정도로서, 6000계열 알루미늄합금 빌렛 주조공정(S10), 빌렛 균질화처리 공정(S20), 열간압출공정(S30), 냉간인발 및 냉간성형공정(S40), 및 인공시효처리공정(S50)으로 이루어진다. 2 is a schematic manufacturing process diagram of a variable shape aluminum
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변형상 알루미늄합금 가이드튜브(2)를 제조하기 위한 개별 공정 및 온도특성도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따라 가이드튜브(2)의 제조 공정중 열간압출공정(S30) 및 냉간성형공정(S40)의 구체 절차도이다. 3 is an individual process and temperature characteristic diagram for manufacturing a variable shape aluminum
본 발명에서는 설계 치수에 맞도록 냉간성형공정(도 2 및 도 3의 S40)을 수행하며, 냉간성형공정(S40)을 수행후에는 치수변형을 크게 일으키는 T6열처리(강도 대폭 향상시킴)는 전혀 하질 않는다. In the present invention, the cold forming process (S40 in Figs. 2 and 3) is performed to meet the design dimensions, and after the cold forming process (S40) is performed, the T6 heat treatment (significantly improves the strength) that causes a large dimensional deformation is of no quality. does not
그 대신 냉간성형공정(S40)에 앞서 열간압출공정(S30)을 선행하되 열간압출공정(S30)에서와 빌렛의 균질화처리공정(S20)을 통해서 T6열처리시에 이행되는 용체화 처리가 충분히 대체되도록 구현한다. 용체화 처리는 용융개시온도 직하의 고온에서 가열 유지를 함으로써 편석에 의한 조직과 성분의 균일을 해소하고 용질원자를 모상으로 충분히 용융되어 과포화 고용체를 얻도록 함에 있다. Instead, the hot extrusion process (S30) is preceded before the cold forming process (S40), but the solution heat treatment performed during the T6 heat treatment is sufficiently replaced in the hot extrusion process (S30) and through the billet homogenization treatment process (S20). implement The solution heat treatment is to eliminate the uniformity of the structure and components due to segregation by heating and maintaining at a high temperature just below the melting initiation temperature, and to sufficiently melt the solute atoms into the parent phase to obtain a supersaturated solid solution.
도 2 및 도 3을 참조하여 구체적으로 설명하면, 본 발명에서는 고강도와 치수안정성이 있으면서도 경량성을 갖는 도 1과 같은 가변형상 알루미늄합금 가이드튜브(2)를 제조하기 위해서, 6OOO계열 알루미늄합금(바람직하게는 6061 알루미늄 합금)으로 빌렛을 주조하고(S10), 그후 주조된 빌렛의 균질화 처리를 수행한다(S20).2 and 3, in order to manufacture the variable shape aluminum
주조공정(S10)을 통해서 용탕에서 균일한 빌렛 성장을 유도하며, 본 발명에 따라 균질화처리공정(S20)에서의 약 550℃ 내외(530~570℃)의 균질화 처리온도를 통해서 용체화처리를 1차적으로 대체 이행하여서 열 확산에 의한 조성적 편석을 감소 또는 제거하며 균질한 빌렛을 얻는다. Induces uniform billet growth in the molten metal through the casting process (S10), and according to the present invention, the solution heat treatment is performed through the homogenization treatment temperature of about 550 ° C. (530 ~ 570 ° C) in the homogenization treatment process (S20) 1 Secondary alternative transfer reduces or eliminates compositional segregation due to heat diffusion and obtains a homogeneous billet.
그후 본 발명에서는 주조 및 균질화처리된 빌렛으로 열간압출공정(도 2 및 도 3의 S30)을 수행하여서 튜브형상의 모재(20)를 얻는다. After that, in the present invention, a hot extrusion process (S30 in FIGS. 2 and 3) is performed with the cast and homogenized billets to obtain the
본 발명에 따른 열간압출공정(S30)을 수행함에 있어 예열단계, 압출단계 및 급냉시키는 냉각단계를 차례로 수행하며, 열간압출은 석출상의 고용온도영역에서 이루어지도록 하여서 열간압출공정(S30)을 통해서 2차의 용체화 처리를 대체 이행해준다. 이는 본 발명에 따른 냉간성형공정 후 용체화처리가 생략되도록 해준다. In performing the hot extrusion process (S30) according to the present invention, the preheating step, the extrusion step, and the quenching cooling step are sequentially performed, and the hot extrusion is performed in the solid solution temperature region of the precipitation phase. It replaces the solution treatment of tea. This allows the solution heat treatment to be omitted after the cold forming process according to the present invention.
열간압출공정(S30)에서 열간압출시의 압출 온도는 용체화 처리 대체 이행이 포함되도록 400~530℃범위내에서 설정된다. 열간압출을 위해 압출로의 입구측에서는 400℃가 유지되고 석출상의 고용온도영역에서의 압출이 이루어지도록 압출로의 출구에서는 520℃ 내외로 유지하는 것이 바람직하다. 열간압출시의 압출 온도 400~530℃는 2차의 용체화처리에 대체될 수 있다. In the hot extrusion process (S30), the extrusion temperature at the time of hot extrusion is set within the range of 400 to 530° C. to include the replacement of solution treatment. For hot extrusion, 400°C is maintained at the inlet side of the extrusion furnace, and it is preferably maintained at around 520°C at the exit of the extrusion furnace so that extrusion is performed in the solid solution temperature region of the precipitation phase. The extrusion temperature of 400~530℃ during hot extrusion can be substituted for the secondary solution heat treatment.
열간압출공정(S30)중의 냉각단계는 소성변형 온도영역 이하에서의 담금질(quenching)에 의해서 수행되며, 압출된 중간재압출튜브가 외부에서 물 스프레이를 통한 급냉각이 이루어진다. 상기 담금질에 의해서 석출물이 조직 입자내로 분산 및 고정되어진다. The cooling step in the hot extrusion process (S30) is performed by quenching below the plastic deformation temperature range, and the extruded intermediate material extrusion tube is rapidly cooled through water spray from the outside. By the quenching, the precipitates are dispersed and fixed into the tissue particles.
열간압출공정(S30)을 통해 중간재 압출튜브는 조직조성에서와 같이 균일한 조직을 가지고 용질원자를 모상으로 충분히 용융되어 석출상의 입내로 고용된다. Through the hot extrusion process (S30), the intermediate material extruded tube has a uniform structure as in the structure composition, and the solute atoms are sufficiently melted into the mother phase and dissolved in the grains of the precipitated phase.
열간압출공정(S30)에 의해 얻어진 중간재 압출튜브의 알루미늄합금은 인장강도 130~150MPa이며 연신율 25~30%이 된다. 열간압출공정(S30)을 거친 6061 알루미늄 합금의 강도는 T6열처리시보다 낮지만 T6열처리된 6061 알루미늄 합금의 연신율(8~10%)보다 훨씬 높은 연신율 값을 갖는다. The aluminum alloy of the intermediate material extruded tube obtained by the hot extrusion process (S30) has a tensile strength of 130 to 150 MPa and an elongation of 25 to 30%. The strength of the 6061 aluminum alloy that has been subjected to the hot extrusion process (S30) is lower than that of the T6 heat treatment, but has a much higher elongation value than the elongation (8-10%) of the 6061 aluminum alloy subjected to the T6 heat treatment.
열간압출공정(S30)에서 얻어진 중간재 압출튜브의 높은 연신율 범위(25~30%)는, 이후에 수행될 냉간성형공정(S40)의 플랜지 소성가공에서도 크랙방지가 가능하도록 허락한다. The high elongation range (25-30%) of the intermediate material extruded tube obtained in the hot extrusion process (S30) allows to prevent cracks in the flange plastic working of the cold forming process (S40) to be performed later.
열간압출공정(S30)을 수행한 후에는 중간재 압출튜브에 대한 냉간인발 및 냉간성형공정(S40)이 수행된다. After performing the hot extrusion process (S30), a cold drawing and cold forming process (S40) of the intermediate material extruded tube is performed.
도 4에서와 같이, 열간압출(S30)된 후에는 냉간인발공정(S41)에서 담금질된 중간재 압출튜브를 인발하여서 가공모재용 튜브의 치수가 되게 한다. 이러한 냉간인발공정(S41)은 최종 성형될 가이드튜브(2)의 치수정밀도(내경, 외경, 원통도, 진원도)를 높이게 하는데 도움을 준다. 4, after hot extrusion (S30), the intermediate material extruded tube quenched in the cold drawing process (S41) is drawn to make the size of the tube for processing base material. This cold drawing process (S41) helps to increase the dimensional accuracy (inner diameter, outer diameter, cylindricity, roundness) of the
냉간인발공정(S41)이 이루어진 후에는 가공모재용 튜브를 절단하여서(S42), 가이드튜브 모재(20)를 얻는다. After the cold drawing process (S41) is made, by cutting the tube for the working base material (S42), to obtain the guide tube base material (20).
절단공정(도 4의 S42)을 통해 얻은 가이드튜브 모재(20)는 열처리 변형을 억제하며 소성가공되기 위해 본 발명에 따라 냉간성형공정(S40)에 투입된다. The guide
본 발명에 따른 냉간성형공정(S40)에서는 열간압출에 의해 열처리된 후 절단된 가이드튜브모재(20)를 치수변형 방지를 위해 냉간 성형하되 선형프레스 방식의 소성가공으로 플랜지 성형 및 가변형상 성형을 수행하여 소성가공된 가이드튜브를 얻는다. In the cold forming process (S40) according to the present invention, the guide
본 발명에 따른 냉간성형공정(S40)에서는 상하단부의 플랜지(4)(6)와 허리 잘록한 부분과 그 허리의 상하측부에는 가변적인 형상이 성형되도록 가공한다. In the cold forming process (S40) according to the present invention, the upper and
이를 위한 본 발명의 냉간성형공정(S40)은, 로터리방식이 아니라 선형프레스 방식으로 성형하며, 도 4에 도시된 바와 같이, 1차 플랜지 성형단계(S43), 1차 가변형상 성형단계(S44), 2차 가변형상 성형단계(S45), 및 2차 플랜지 성형단계(S46)를 차례로 수행함으로써 가이드 튜브(20)에 플랜지 형성 및 가변형상의 성형이 이루어진다. For this, the cold forming process (S40) of the present invention is formed by a linear press method rather than a rotary method, and as shown in FIG. 4, the first flange forming step (S43), the first variable shape forming step (S44) , the second variable shape forming step (S45), and the second flange forming step (S46) are sequentially performed to form a flange on the
가이드튜브(도 1의 2)의 일단과 타단에 형성되는 플랜지(4)(6) 성형은 도 6와 같은 플랜지 성형장치에 의해서 이루어진다. The
가이드튜브모재(20)는 안착금형(16)과 플랜지가공형상이 새겨진 좌우의 고정금형(12)(14)에 안착 및 고정되며, 상부의 플랜지성형 펀치금형(10)의 승강작동에 의해서 1차 및 2차 플랜지(4)(6) 성형이 이루어지며, 시간을 두고 개별적으로 수행된다. 본 발명의 가이드튜브모재(20)는 연신율이 25~30%이 되는 관계로 예컨대 약 60°형상에 따른 플랜지(4) 성형이나 직각형상의 플랜지(6) 성형 중에도 크랙이 발생되지 않는다. The guide
본 발명의 냉간성형공정(S40)에서는 도 6과 같은 플랜지 성형장치를 이용해서 선형프레스방식의 플랜지성형 펀치금형(10)을 가동시켜 냉간성형에 의한 소성변형으로 가이드튜브모재(20)의 일단에 플랜지(4)를 성형하는 1차 플랜지 성형단계(S43)를 먼저 수행한다. In the cold forming process (S40) of the present invention, by using the flange forming apparatus as shown in FIG. 6 to operate the flange forming
1차 플랜지 성형단계(S43)를 수행한 다음에는, 1차 가변형상 성형단계(S44)와 2차 가변형상 성형단계(S45)를 차례로 수행한다. After performing the first flange forming step (S43), the first variable shape forming step (S44) and the second variable shape forming step (S45) are sequentially performed.
도 5는 도 4의 냉간성형공정(S40)중 1,2차 가변성형단계(S44)(S46)의 구체 예시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 가이드 튜브(20)를 냉간성형중 1차 가변형상 성형단계(S44)의 금형블록 및 상 가변형상폼을 보여주는 도면이며, 도 8은 본 발명에 따른 가이드 튜브(20)를 냉간성형중 2차 가변형상 성형단계(S45)의 금형블록 및 상 가변형상폼을 보여주는 도면이다. FIG. 5 is a specific exemplary view of the first and second variable forming steps (S44) (S46) of the cold forming process (S40) of FIG. 4, and FIG. 7 is the first during cold forming of the
1차 플랜지 성형단계(S43)를 수행후에 수행되는 1차 가변성형단계(S44)에서는 도 5 및 도 7에서와 같이 라운드형 외부다이스(30)와 튜브 내축부에 장치된 맨드릴(32)을 이용하되 다수 분할된 라운드형 외부다이스(30)를 가압 구동시키는 선형 프레스방식으로 소성변형시켜서 가이드튜브(20)를 축관(縮管)시키는 축관성형을 시행한다. In the first variable forming step (S44) performed after the first flange forming step (S43) is performed, as shown in FIGS. 5 and 7, the round
축관성형하는 1차 가변형상 성형단계(S44)후에는 2차 가변형상 성형단계(S45)를 수행한다. After the first variable shape forming step (S44) of axial tube forming, a second variable shape forming step (S45) is performed.
2차 가변형상 성형단계(S45)에서는 도 5 및 도 8에 도시된 바와 같이 오픈블록조우(40)와 튜브 내축부의 맨드릴(42)을 함께 이용하되 선형 프레스 방식으로 소성변형시켜서 가이드튜브 축관범위중 일부를 확관시키는 확관성형을 시행한다. 또한 확관성형 중에도 오픈블록조우(40)와 맨드릴(42)를 이용한 해당 위치에 따른 가변적인 정밀한 미세 축소와 미세 확장이 함께 이루어지도록 소성가공되어진다. In the second variable shape forming step (S45), as shown in FIGS. 5 and 8, the
2차 가변형상 성형단계(S45)가 수행된 다음에는, 2차 플랜지 성형단계(S46)를 수행한다. 2차 플랜지 성형단계(S46)에서는 선형프레스방식의 플랜지성형 펀치금형(도 6의 10)을 가동시켜 냉간성형에 의한 소성변형으로 가이드튜브 타단에 플랜지(도 1의 6)를 성형한다. After the second variable shape forming step (S45) is performed, the second flange forming step (S46) is performed. In the secondary flange forming step (S46), a flange (6 in FIG. 1) is formed on the other end of the guide tube by plastic deformation by cold forming by operating a flange forming punch mold (10 in FIG. 6) of a linear press method.
도 4의 구체 절차에서와 같은 냉간성형공정(S40)에서의 선형프레스 방식을 이용한 소성가공 의해 상하단부의 플랜지(4)(6)와 허리 잘록한 부분과 그 허리의 상하측부에는 가변적인 형상이 성형되어지며, 치수정밀도(내경, 외경, 원통도, 진원도 등)가 있도록 셩형된다. By plastic working using a linear press method in the cold forming process (S40) as in the specific procedure of FIG. 4, a variable shape is formed in the upper and lower flanges (4) and (6) of the upper and lower ends and the constriction of the waist and the upper and lower parts of the waist. It is designed to have dimensional accuracy (inner diameter, outer diameter, cylindricity, roundness, etc.).
냉간성형공정(S40)에 의해서 성형된 가이드튜브는 선형프레스 방식에 의한 소형변형으로 성형됨에 따라 잔류응력이 생길 수 있다. 또 기계적 성질도 T6열처리에 비해서 상대적으로 약하다. The guide tube molded by the cold forming process (S40) may generate residual stress as it is molded into small deformation by the linear press method. Also, the mechanical properties are relatively weak compared to T6 heat treatment.
그러므로 본 발명에서는 냉간성형공정(S40)을 완료한 후 기계적 성질(강도)을 강철소재에 상당하도록 만족시키기 위해서 도 2 및 도 3에서와 같은 인공시효처리 공정(S50)을 수행한다.Therefore, in the present invention, after the cold forming process (S40) is completed, the artificial aging process (S50) as in FIGS. 2 and 3 is performed in order to satisfy the mechanical properties (strength) to be equivalent to that of the steel material.
본 발명에 따른 인공시효 처리공정(S50)은 소성가공된 가이드튜브(20)를 170~200℃온도에서 7~10시간동안 유지하는 열처리를 수행하는 것이다. The artificial aging treatment process (S50) according to the present invention is to perform a heat treatment for maintaining the plastically processed
본 발명에서와 같은 인공시효처리(S50)는 강도를 향상시키는 것이 주목적이고 인공시효처리(S50)에서의 온도범위와 시간은 기계적 성질(항복강도, 인장강도)을 향상시켜서 강철소재에 상당하도록 함에 있어 유효한 것이며, 동시에 잔류응력도 제거되게 한다. 잔류응력이 남아있으면 가이드튜브(2)의 치수변화가 미세하게 발생될 소지가 있으므로, 인공시효 처리공정(S50)에서의 열처리시간 범위(7~10시간)내와 온도범위(170~200℃)내의 수치 조절로 잔류응력까지도 제거할 수 있다. The main purpose of artificial aging treatment (S50) as in the present invention is to improve strength, and the temperature range and time in artificial aging treatment (S50) improve mechanical properties (yield strength, tensile strength) to correspond to steel materials. It is effective, and at the same time, the residual stress is also removed. If residual stress remains, there is a possibility that the dimensional change of the
상기와 같은 인공시효처리(S50)에 의해서 강도를 향상시키고 잔류응력의 제거에 의한 치수안정성 향상시킴으로써 본 발명에 따른 가변형상 알루미늄합금 가이드 튜브(도 1의 2)의 제조가 완성되며, 기계적 물성(항복강도, 인장강도) 확보와 아울러 치수정밀도(내경, 외경, 원통도, 진원도 등)를 보장함을 본원 발명자가 확인하였다. By improving the strength by the artificial aging treatment (S50) as described above and improving the dimensional stability by removing the residual stress, the manufacture of the variable shape aluminum alloy guide tube (2 in FIG. 1) according to the present invention is completed, and the mechanical properties ( The inventors of the present application confirmed that the dimensional accuracy (inner diameter, outer diameter, cylindricity, roundness, etc.) was ensured as well as yield strength, tensile strength).
본 발명에 따른 알루미늄합금 가이드 튜브(2)의 의 일예로서 자동차 에어서스펜션의 하우징의 경우에는 항복강도 245MPa 이상(245~255MPa), 인장강도 265MPa 이상((265~285MPa), 내경 기준값±0.2mm, 외경 기준값±0.2mm, 원통도 0.5mm이내, 진원도 0.5mm이내가 구현되면서, 경량성을 구비함은 물론이고 기계적 물성(항복강도, 인장강도) 확보와 아울러 치수정밀도(내경, 외경, 원통도, 진원도 등)를 보장할 수 있다. As an example of the aluminum alloy guide tube (2) according to the present invention, in the case of a housing of an automobile air suspension, yield strength of 245 MPa or more (245 ~ 255 MPa), tensile strength of 265 MPa or more ((265 ~ 285 MPa), inner diameter reference value ± 0.2 mm, External diameter standard value ±0.2mm, cylindricity within 0.5mm, roundness within 0.5mm, not only has light weight, but also secures mechanical properties (yield strength, tensile strength) and dimensional accuracy (inner diameter, outer diameter, cylindricity, roundness, etc.) can be guaranteed.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다. Although specific embodiments have been described in the above description of the present invention, various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be defined by the described embodiments, but should be defined by the claims and equivalents to the claims.
본 발명은 전기차 및 수소차 등 자동차의 경량화 트렌드로 인해 경량화 소재 자동차부품에 이용될 수 있으며, 고강도·고성형성 알루미늄 합금 부품에 대한 수요에 이용될 수 있다. 또한 자동차산업의 서스펜션 또는 부싱류 부품에 많이 적용될 수도 있다. The present invention can be used for automobile parts made of lightweight materials due to the trend of reducing the weight of automobiles such as electric vehicles and hydrogen cars, and can be used for demand for high-strength and highly moldable aluminum alloy parts. It can also be widely applied to suspension or bushing-like parts in the automobile industry.
(2)-- 알루미늄합금 가이드 튜브 (4)(6)-- 플랜지
(8)-- 튜브 몸통부 (10)-- 플랜지성형 펀치금형
(12)(14)-- 고정금형 (16)-- 안착금형
(20)-- 가이드튜브모재(2)-- Aluminum alloy guide tube (4)(6)-- Flange
(8)-- Tube body (10)-- Flange forming punch mold
(12)(14)-- Fixed mold (16)-- Seating mold
(20)-- Guide tube base material
Claims (4)
6OOO계열 알루미늄합금으로 주조한후 균질화 처리하여 빌렛을 얻는 제1 과정과,
균질화된 빌렛을 석출상의 고용온도영역에서 열간 압출하여서 중간재 압출튜브를 얻고 소성변형 온도영역 이하에서의 담금질(quenching)을 수행하는 제2 과정과,
담금질된 중간재 압출튜브를 가공모재용 튜브치수로 냉간인발후 가이드튜브 모재가 되도록 절단하는 제3 과정과,
열간압출에 의해 열처리된 후 절단된 가이드튜브모재를 치수변형 방지를 위해 냉간 성형하되 선형프레스 방식의 소성가공으로 플랜지 성형 및 가변형상 성형을 수행하여 소성가공된 가이드튜브를 얻는 제4 과정과,
강도 및 치수안정성 향상을 위해서 소성가공된 가이드튜브를 열처리하되 170~200℃온도에서 7~10시간동안 유지하는 인공시효처리를 수행하는 제5 과정으로 이루어짐을 특징으로 하는 고강도 가변형상 알루미늄합금 가이드 튜브 제조방법.
In the method for manufacturing a high-strength variable shape aluminum alloy guide tube,
The first process of obtaining a billet by homogenizing after casting with a 6OOO series aluminum alloy;
A second process of hot extruding the homogenized billet in the solid solution temperature range of the precipitation phase to obtain an intermediate material extruded tube and performing quenching below the plastic deformation temperature range;
A third process of cutting the quenched intermediate material extruded tube to become the guide tube base material after cold drawing to the tube size for the processing base material;
A fourth process of cold forming the cut guide tube base material after heat treatment by hot extrusion to prevent dimensional deformation, but performing flange forming and variable shape forming through plastic working of the linear press method to obtain a plastically processed guide tube;
A high-strength variable shape aluminum alloy guide tube, characterized in that it comprises a fifth process of heat-treating the plastically processed guide tube to improve strength and dimensional stability, but performing artificial aging treatment at a temperature of 170 to 200 ° C. for 7 to 10 hours manufacturing method.
The method of claim 1, wherein in the second process, a preheating step and a quenching cooling step are further performed before hot extrusion in a solid solution temperature region.
The method of claim 1 or 2, wherein the extrusion temperature at the time of hot extrusion in the second process is 400 to 530 °C, and the intermediate material extruded tube obtained through the second process has a tensile strength of 130 to 150 MPa and an elongation of 25 to 30%. High-strength variable shape aluminum alloy guide tube manufacturing method.
선형프레스방식의 플랜지성형펀치금형을 가동시켜 냉간성형에 의한 소성변형으로 가이드튜브 일단에 플랜지를 성형하는 1차 플랜지 성형단계와,
1차 플랜지 성형단계후 라운드형 외부다이스와 튜브내축부의 맨드릴을 이용해서 냉간성형에 의한 소성변형으로 가이드튜브를 축관하는 1차 가변형상 성형단계와,
1차 가변형상 성형단계후 오픈블록조우와 튜브 내축부의 맨드릴을 이용해서 냉간성형에 의한 소성변형으로 가이드튜브 축관범위중 일부를 확관시키는 2차 가변형상 성형단계와,
2차 가변형상 성형단계후 선형프레스방식의 플랜지성형펀치금형을 가동시켜 냉간성형에 의한 소성변형으로 가이드튜브 타단에 플랜지를 성형하는 2차 플랜지 성형단계로 이루어짐을 특징으로 하는 고강도 가변형상 알루미늄합금 가이드튜브 제조방법. According to claim 1 or 2, the fourth process,
The first flange forming step of forming a flange on one end of the guide tube by plastic deformation by cold forming by operating a flange forming punch mold of the linear press method;
After the first flange forming step, the first variable shape forming step of axial pipe of the guide tube by plastic deformation by cold forming using a round-type outer die and a mandrel on the inner shaft of the tube;
After the first variable shape forming step, a second variable shape forming step of expanding a part of the guide tube shaft range by plastic deformation by cold forming using an open block jaw and a mandrel on the inner shaft of the tube;
High-strength variable shape aluminum alloy guide characterized in that it consists of a second flange forming step of forming a flange on the other end of the guide tube by plastic deformation by cold forming by operating a flange forming punch mold of a linear press method after the second variable shape forming step Tube manufacturing method.
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| KR101197355B1 (en) | 2010-05-25 | 2012-11-05 | 주식회사 동희산업 | Manufacture method of aluminum tube using hot air forming |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E90F | Notification of reason for final refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |