KR100227355B1 - 알루미늄 브레이크 디스크의 제조방법 - Google Patents

알루미늄 브레이크 디스크의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄 브레이크 디스크의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주철재 마찰면을 금형내에 주입한 다음, 알루미늄 용탕을 가압주조하여 알루미늄 브레이크 디스크를 제조함으로써 경량화되어 자동차가 고성능화되고 주행속도가 빨라지며 연비 절감 및 승차감을 개선시키며 제동거리를 단축시킬 수 있는 알루미늄 브레이크 디스크의 제조방법에 관한 것이다.

Description

알루미늄 브레이크 디스크의 제조방법
제1도는 본 발명 알루미늄 브레이크 디스크내의 주철재 마찰면을 나타낸 사시도이고,
제2도는 본 발명 알루미늄 브레이크 디스크의 주철재 디스크 페이싱부를 디스크 바디에 결합하기 위한 가압주조 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이며,
제3도는 본 발명에 따라 제조된 알루미늄 브레이크 디스크의 사시도를 나타낸 것이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1a : 상형 1b : 하형
2 : 금형분할선 3 : 가이드
10 : 주철재 마찰면 20 : 알루미늄 용탕
21 : 디스크 보디부 22 : 디스크 페이싱부
본 발명은 알루미늄 브레이크 디스크의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주철재 마찰면을 금형내에 주입한 다음, 알루미늄 용탕을 가압주조하여 알루미늄 브레이크 디스크를 제조함으로써 경량화되어 자동차가 고성능화되고 주행속도가 빨라지며 연비 절감 및 승차감을 개선시키며 제동거리를 단축시킬 수 있는 알루미늄 브레이크 디스크의 제조방법에 관한 것이다.
브레이크 디스크는 바퀴와 함께 고속으로 회전하며 브레이크 패드의 마찰력을 받아 제동력을 발생하는 것으로서, 다음과 같은 조건을 필요로 한다.
첫째, 회전밸런스 유지가 되어 있을 것, 둘째, 브레이크 슈(brake shoe)가 확장되었을 때 변형되지 않도록 충분한 강성을 가질 것, 세째 브레이크 패드와의 마찰면은 충분한 내마모성을 가질것, 네째 방열이 양호할 것, 마지막으로 경량이어야 한다.
브레이크 디스크는 양쪽의 바깥쪽 가까운 부분에 유압 피스톤으로 작용하는 브레이크 패드를 밀어붙여 그 마찰력에 의해 제동된다. 디스크 형상으로는 솔리드형과 벤틸레이티드(Ventilated)형이 있는데, 제동력 저하 및 브레이크 패드의 수명을 연장시키기 위해 디스크를 중공으로 하여 통기성은 좋게 하고, 뛰어난 냉각효과를 가지는 통풍형이 많이 사용된다.
브레이크 디스크는 마찰성능이 안정화되어 있고, 방열성능이 우수하기 때문에 고속주행차량에 적용되고 있다. 종래의 디스크는 주철재료를 사용하며, 우수한 내열성능과 저가격으로 인해 일반적으로 주철로 만들어지며, 주철재료의 성분의 일예는 다음과 같다.
전탄소량과 규소량의 1/3의 함량이 4.89중량, 전탄소량이 4.02중량, 규소 2.63중량, 망간 0.73중량, 인 0.10중량, 황 0.13중량, 크롬 0.32중량및 그밖에 구리로 이루어져 있다. 그리고, 재료의 조직은 퍼얼라이트(Pearlite)가 주이고, 페라이트(Ferrite)가 다소 혼입되어 있고, 흑연이 미세하게 석출되어서 고체 윤활제 역할을 하고 있다. 또한, 내열성을 위해 니켈을 첨가하기도 하고, 내진성 향상을 위해 탄소 또는 규소의 양을 늘리거나 흑연의 형상을 변경시키기도 한다.
일반적으로, 마찰재료와의 접촉마찰시 브레이크 디스크의 표면온도가 상승하지만 브레이크 디스크의 열용량과 표면으로의 열방산에 의해 안정화된다. 브레이크를 가혹하게 사용하는 고성능차와 대형차에서는 열방산을 위해 통풍형 브레이크 디스크가 가장 많이 사용되고 있다. 마찰면이 되는 양면의 한가운데 통풍구를 설치하여 일종의 터빈 작용을 기대한 것이다. 이에 의해 온도상승은 상당히 억제된다. 대형차등 열부하가 큰것은 디스크 표면에 크랙이 발생하지 않도록 재질이나 형상을 선택하거나 벽에 구배도 일부 행해진다. 브레이크 디스크는 양쪽의 마찰면은 기계가공하고 원형의 금속판을 갖고 있는데, 캘리퍼에 장착된 브레이크 패드와의 마찰력에 의해 제동된다. 브레이크 디스크는 저가격이면서 고내마모성 및 양호한 마찰특성을 갖고 있는 회주철형 일체형으로 제조되고 있다. 브레이크 디스크는 자동차의 운행도중 마모, 응력, 열, 온도구배 등에 의해서 마찰면에 심각한 손상이 가해질 수 있다. 일반적인 손상은 스코어링(scoring), 크랙킹(cracking), 히트 체킹(heat checking), 하드 오어 칠 스팟(hard or chill spots)등이다. 한편, 자동차의 고성능화가 추구되고 주행속도가 빨라짐에 따라 차량의 경량화가 요구되고 있다. 그러나, 주철제 브레이크 디스크는 중량이 무거워서 자동차의 서스펜션용 스프링 하질량을 감소시킬 수 없는 문제가 있다.
그러므로, 경량이면서 내마모성을 갖는 주철재 마찰면을 갖는 알루미늄 브레이크 디스크는 연료비 절감이나 스프링밑 질량 감소에 의한 승차감 개선등의 효과를 기재할 수 있다.
그런데, 알루미늄 브레이크 디스크는 종래의 주철재에 비하여 중량은 30정도로 가볍고 열방출속도도 4배나 빨라서 방열 특성이 매우 우수하다는 이점이 있지만, 마찰면을 알루미늄 재료 그대로 사용할 경우 취약하여 마찰특성이 극히 불량하게 되어 적용이 불가능하기 때문에 마찰과 마모특성을 개선하기 위한 특별한 표면코팅이 행해진다. 그러나, 알루미늄 브레이크 디스크를 코팅할 경우 가격이 많이 소요될 뿐만 아니라 운행으로 코팅층이 마멸되면 브레이크 디스크 전체를 폐기 및 교환해야 하는 문제가 있다. 뿐만 아니라 고속주행이나 교통혼잡, 그리고 갈수록 크기나 중량이 증가하는 추세로 간다면 제동시 발생하는 열량도 증가하게 된다.
따라서, 본 발명자는 브레이크 디스크를 경량화하고 열방출이 쉽게 되는 주철재 마찰면을 갖는 알루미늄 브레이크 디스크를 제공하는데 그 목적이 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 알루미늄 브레이크 디스크를 제조하는 방법에 있어서, 정밀주조법에 의해 제조된 주철재 마찰면을 금형재에 주입한 다음, 알루미늄 용탕을 가압주조하여 제조되는 것을 그 특징으로 한다.
이와같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 경량이면서 방열성을 증대시킬 수 있는 주철재 마찰면을 갖는 알루미늄 브레이크 디스크에 관한 것으로서, 브레이크 패드와 접촉하는 마찰면의 형상은 첨부도면 제1도에 나타낸 바와 같으며, 다음과 같은 공정에 따라 주철재료를 사용하여 정밀주조한다.
먼저 왁스를 녹여서 금형내 공간(cavity)으로 노즐을 통해 사출하여 원하는 형상의 왁스 레플리카(wax replicas), 즉 패턴을 성형한다. 왁스 패턴을 트리 모양의 인게이트(ingate)에 녹여 붙여 주조클러서트 조합(casting cluster assembly)을 만든다. 주조클러스터 조합을 액상의 세라믹 슬러리에 침적시킨 다음, 극히 미세한 모래(알루미나, 실리카, 석고, 지르코늄실리케이트와 점결제를 혼합한 것)를 넣어둔 플라스크에 침적시켜 쉘을 완성한다. 충분히 건조시킨 다음 다시 침적시켜 쉘 표면을 두껍게 한다. 이 과정을 약 7회 내외로 반복하여 오븐에 넣고 가열하거나 고압 수증기로 왁스를 녹여내면 금형내 빈 공간이 형성되어 주탕주입 준비가 완료된다. 주조하기 전에 오븐속에서 쉘을 6501000로 가열하여 남아있는 왁스를 완전히 제거한 다음 용탕을 가열된 주형내에 주입하여 주탕을 응고시킨 후 인게이트 부분을 절단하여 최종적인 주철재 마찰면(10)을 얻는다.
상기 공정에 따라 제조된 주철재 마찰면을 첨부도면 제2도에 나타낸 바와 같은 장치를 이용하여 상형(1a)과 하형(1b)에 주입한 다음 알루미늄 용탕(20)을 주조금형내로 5002000kgf/압력으로 가압하면서 응고시킨다. 이때 응고 도중에 알루미늄 용탕(20)에 가해지는 압력은 주철재 마찰면(10)과 알루미늄 디스크보디(disk body)(21)의 기계적 결합력을 증대시킬 수 있고, 알루미늄 재료의 조직을 치밀하게 하며 주조 결함을 제거할 수 있고 연신율을 향상시켜 기계적 성질을 개선할 수 있다. 그리고 나서, 응고 후 탕구를 절단하고 필요부위를 기계가공하여 본 발명의 주철재 마찰면을 갖는 알루미늄 브레이크 디스크를 제조하였으며, 그 형상은 첨부도면 제3도에 나타낸 바와 같다.
이와같은 본 발명의 브레이크 디스크는 저비중의 알루미늄 재료를 사용하여 가볍게 할 수 있으므로 자동차가 고성능화되고 주행속도가 빨라짐에 따라 더욱 요구되고 있는 차량경량화를 만족시키고 연료비 절감과 자동차의 스프링밑 질량을 감소시켜 승차감을 개선시킬 수 있다. 또한, 열전도도가 우수한 알루미늄 재료를 사용하므로 종래의 주철재보다 열방출속도가 4배나 빨라 제동성능이 우수하여 제동거리 단축 등의 효과를 기대할 수 있다.

Claims (1)

  1. 왁스를 녹여 사출하여 패턴을 형성하고, 이를 트리모양의 인게이트에 녹여 붙인 다음 주형에 침적시켜 쉘을 고정시키고, 가열에 의해 왁스를 제거한 후 주형내 빈공간에 용탕을 주입하고, 5002000kgf/압력으로 가압하면서 용탕을 응고시킨 다음, 인게이트 부분을 절단하여 주철재 마찰면을 제조하는 과정; 상기 제조한 주철재 마찰면을 금형재에 주입한 다음, 알루미늄 용탕을 가압주조하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 브레이크 디스크의 제조방법.
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KR101916748B1 (ko) * 2017-03-16 2018-11-08 주식회사 세명테크 상용차용 고신뢰성 경량형 프리마운팅 브레이크 장치

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