KR100320238B1

KR100320238B1 - 알루미늄 복합재료 커넥팅 로드 제조방법

Info

Publication number: KR100320238B1
Application number: KR1019990028798A
Authority: KR
Inventors: 김성철
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2002-01-10
Also published as: KR20010010099A

Abstract

본 발명은 2차 가압식 용탕 주조장치를 이용한 알루미늄 복합재료 커넥팅 로드 제조방법에 관한 것으로서, 커넥팅 로드형 세라믹 프리폼을 제작하는 프리폼 제작공정, 그 세라믹 프리폼을 하부 금형의 캐비티에 위치시키고 알루미늄 용탕을 주입하는 용탕 주입공정, 그 용탕이 주입된 하부 금형에 상부 금형을 형합시킨 다음 상부 금형의 펀치를 하강시켜 알루미늄 용탕을 가압하면서 용침시키는 제1차 가압공정, 제1차 가압되어 측으로 밀려나온 용탕을 측면의 유압 실린더를 통해 가압하는 제2차 가압공정, 유압 실린더와 펀치 및 상부 금형을 순차로 분리한 후 하부 금형의 밀핀으로 응고된 커넥팅 로드를 탈거하는 탈거공정을 포함하는 특징이 있으며, 이러한 본 발명에 의하면 커넥팅 로드형 프리폼에 알루미늄 용탕을 1차, 2차 가압하여 용침시킴으로써 고보강재가 함유되고 표면 조도가 매끄러운 알루미늄 복합재료 커넥팅 로드를 짧은시간에 제조할 수 있게 되는 것이다.

Description

알루미늄 복합재료 커넥팅 로드 제조방법{method for producing connecting rod made from aluminium alloy}

본 발명은 2차 가압식 용탕 주조장치를 이용한 알루미늄 복합재료 커넥팅 로드 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 커넥팅 로드형 세라믹 프리폼이 안착된 금형의 캐비티에 알루미늄 용탕을 주입하고 금형 상측에 설치된 펀치를 통해 알루미늄 용탕을 1차 가압하여 용침시키고, 캐비티와 연통되게 금형의 측면에 설치된 유압 실린더를 통해 알루미늄 용탕을 2차 가압함으로써 고 보강재가 함유되고 표면 조도가 매끄러운 알루미늄 복합재료 커넥팅 로드를 단시간에 제조할 수 있도록 하는 알루미늄 복합재료의 커넥팅 로드 제조방법에 관한 것이다.

자동차 엔진부품에서 동력전달의 중요한 역할을 담당하고 있는 커넥팅 로드(connecting rod)는 엔진 작동중 폭발에 의한 압축하중과 크랭크 운동에 따르는 복잡한 인장하중, 굽힘하중을 받게 된다.

이에 따라, 일반적으로 널리 쓰이는 커넥팅 로드의 제조는 강도가 높은 탄소강 소재를 열간단조(hot forging) 성형하여 제조하고 있거나, 원가절감을 위해 소결단조 성형하여 제조하고 있다.

이러한 커넥팅 로드는 경량화로 제조할 경우 연비 및 NVH 측면에서 큰 효과를 가지나, 기존 철계재질을 이용하는 열간단조 및 소결단조 커넥팅 로드의 제작법은 경량화에 한계가 있다.

최근에는 커넥팅 로드의 재질을 알루미늄 합금으로 바꾸고, 여러가지 제조공법으로 강도 및 강성을 보강하는 연구가 진행되고 있는 바, 균질(homogeneous)한 재질을 적용하는 공법으로는 미국 랜사이드(LANXIDE)사의 무가압 용침(pressureless infiltration)공법이 있다. 이 무가압 용침공법으로 세라믹 보강재 함량이 매우 놓은 복합재료도 제작이 가능하며, 이러한 공법에 의한 제작공정은 아래와 같다.

먼저, 커넥팅 로드 형태로 세라믹 프리폼을 Al₂O₃입자로 50~55 vol% 정도가 되도록 하여 제작하고, 그 제작된 세라믹 프리폼을 약 10시간 정도로 약 800℃ N₂가스 분위기에서 soaking 한 다음, 그 세라믹 프리폼에 용탕 알루미늄을 부어 넣은 후 약 3시간 동안 무가압 용침시킨다. 그리고, 제품을 건져내어 용탕 알루미늄이 응고된 잔탕을 제거한 다음, 마무리 가공하게 되면 제작이 완료된다.

그런데, 알루미늄 복합재료로 커넥팅 로드를 만들려면 보강재 함량이 50~55% 정도로 매우 높아야 하는데, 일반적인 복합재료 제조방법인 스퀴즈 주조(squeeze casting)는 용침깊이가 고보강재인 경우 30mm 미만이기 때문에, 상술한 바와 같이 제품 제조시간이 15시간정도로 매우 길고 제품의 표면 조도가 거친 무가압 용침공법으로 제조해야 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 커넥팅 로드형 프리폼에 알루미늄 용탕을 1차, 2차 가압하여 용침시킴으로써 보강재가 함유되고 표면 조도가 매끄러운 알루미늄 복합재료 커넥팅 로드를 단시간에 제조할 수 있도록 하는 알루미늄 복합재료 커넥팅 로드 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 복합재료 커넥팅 로드를 제조하기 위한 주조장치를 보인 것으로서, 도 1a는 2차 가압식 알루미늄 용탕 주조장치를 보인 평면 개략 단면도, 도 1b는 도 1에 도시된 2차 가압식 알루미늄 용탕 주조장치의 측단면도.

도 2는 알루미늄 복합재료 커넥팅 로드를 제작하는 과정에 사용되는 커넥팅 로드형 세라믹 프리폼을 보인 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 주조 장치 3 : 세라믹 프리폼

5 : 알루미늄 용탕 10 : 상부 금형

11 : 펀치 20 : 하부 금형

21 : 캐비티 23 : 밀핀

25 : 유압 실린더

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 커넥팅 로드형 세라믹 프리폼을 제작하는 프리폼 제작공정과, 그 세라믹 프리폼을 하부 금형의 캐비티에 위치시키고 알루미늄 용탕을 주입하는 용탕 주입공정과, 그 용탕이 주입된 하부 금형에 상부 금형을 형합시킨 다음 상부 금형의 펀치를 하강시켜 알루미늄 용탕을 가압하면서 용침시키는 제1차 가압공정과, 제1차 가압되어 측으로 밀려나온 용탕을 측면의 유압 실린더를 통해 가압하는 제2차 가압공정과, 유압 실린더와 펀치 및 상부 금형을 순차로 분리한 후 하부 금형의 밀핀으로 응고된 커넥팅 로드를 탈거하는 탈거공정을 포함하는 알루미늄 복합재료 커넥팅 로드 제조방법을 제공하는 특징이 있다.

또한, 세라믹 프리폼은 Al₂O₃입자가 50~55 vol%로 함유되어 800℃로 30분 동안 예열되고, 알루미늄 용탕은 Al에 2~7%의 Mg을 함유시키는 특징이 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면에 의거 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 복합재료 커넥팅 로드를 제조하기 위한 스퀴즈 주조장치(1)를 보인 것으로, 상부 금형(10)과, 커넥팅 로드가 주조 성형되기 위한 캐비티(21)가 형성되는 하부 금형(20)으로 구성된다.

상부 금형(10)의 중심부에는 하부 금형(20)의 캐비티(21)에 주입된 용탕(5)을 가압하기 위한 펀치(11)가 상하 이동가능하게 설치되고, 하부 금형(20)의 하부면에는 응고 성형된 커넥팅 로드를 탈거시키기 위한 밀핀(23)이 다수개 설치된다.

그리고, 하부 금형(20)의 양측단에는 펀치(11)의 가압력에 의해 측면으로 넘치는 알루미늄 용탕(5)을 다시 가압하기 위한 유압 실린더(25)가 설치된다. 즉, 커넥팅 로드의 대단부와 소단부가 성형되는 위치의 캐비티(21) 4개소와 연통되는 실린더(26)내에 유압에 의해 동작하는 피스톤(27)이 설치되어 유압 실린더(25)를 구성하게 된다.

이와 같이 구성되는 스퀴즈 주조장치(1)를 이용하여 알루미늄 복합재료 커넥팅 로드를 제조하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

우선, 도 2에 도시되는 바와 같이 Al₂O₃입자가 50~55 vol%로 함유되는 커넥팅 로드형 세라믹 프리폼(3)을 제작하여 800℃로 30분 동안 예열시킨다. 이렇게 하여 제작된 세라믹 프리폼(3)을 도 1a에 도시되는 바와 같이 형개된 하부 금형(20)의 캐비티(21)의 적당하게 위치시킨 다음, Al에 2~7%의 Mg을 함유하는 알루미늄 용탕(5)을 하부 금형(20)의 캐비티(21)에 주입시킨다.

그리고, 용탕(5)이 주입된 하부 금형(20)에 상부 금형(10)을 형합시킨 다음,상부 금형(10)의 펀치(11)를 하강시켜 알루미늄 용탕(5)을 일정 시간동안 1차 가압하게 된다. 이때, 펀치(11)에 의해 가압된 알루미늄 용탕(5)은 용침되면서 일부는 하부 금형(20)의 실린더(26)로 넘쳐 흐르게 된다.

그 후, 도 1b에 도시되는 바와 같이, 실린더(26)내의 피스톤(27)을 유압을 통해 가압하여 1차 가압으로 밀려나온 알루미늄 용탕(5)을 2차 가압하게 된다. 이때, 2차 가압되는 알루미늄 용탕(5)은 고밀도로 용침된다.

이와 같이 2차 가압상태에서 일정시간이 경과하게 되면, 냉각작용에 의해 하부 금형(20)의 캐비티(21)에는 응고된 커넥팅 로드가 성형되는 바, 이러한 응고가 완료되면 유압 실린더(25)와 펀치(11)의 가압력을 해제한 다음, 상부 금형(10)을 하부 금형(20)으로부터 형개하고, 하부 금형(20)의 밀핀(23)을 상부로 밀어 캐비티(21)내의 응고된 커넥팅 로드를 탈거하게 된다.

또한, 하부 금형(20)으로부터 탈거된 커넥팅 로드는 실린더(26)가 위치되는 부위에 잔탕이 형성되어 있는 바, 이 잔탕을 제거하게 되면 커넥팅 로드의 제조가 완료된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 커넥팅 로드형 프리폼에 알루미늄 용탕을 1차, 2차 가압 용침시키는 스퀴즈 주조 성형함으로써 고보강재가 함유되는 알루미늄 복합재료 커넥팅 로드를 기존 무가압 용탕 공법에 비해 짧은시간에 제조할 수 있게 됨은 물론 표면 조도가 매끄러운 커넥팅 로드를 성형할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims

커넥팅 로드형 세라믹 프리폼(3)을 제작하는 프리폼(3) 제작공정과, 상기 세라믹 프리폼(3)을 하부 금형(20)의 캐비티(21)에 위치시키고 알루미늄 용탕(5)을 주입하는 용탕 주입공정과, 상기 용탕(5)이 주입된 하부 금형(20)에 상부 금형(10)을 형합시킨 다음 상기 상부 금형(10)의 펀치(11)를 하강시켜 알루미늄 용탕(5)을 가압하면서 용침시키는 제1차 가압공정과, 상기 제1차 가압되어 측으로 밀려나온 용탕(5)을 측면의 유압 실린더(25)를 통해 가압하는 제2차 가압공정과, 상기 유압 실린더(25)와 상기 펀치(11) 및 상부 금형(10)을 순차로 분리한 후 상기 하부 금형(20)의 밀핀(23)으로 응고된 커넥팅 로드를 탈거하는 탈거공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 복합재료 커넥팅 로드 제조방법.
제1 항에 있어서, 상기 세라믹 프리폼(3)은 Al₂O₃입자가 50~55 vol%로 함유되어 800℃로 30분 동안 예열되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 복합재료 커넥팅 로드 제조방법.
제1 항에 있어서, 상기 알루미늄 용탕(5)은 Al에 2~7%의 Mg을 함유시키는 것을 특징으로 하는 알루미늄 복합재료 커넥팅 로드 제조방법.