KR100489150B1 - 휘일림을 제조하기 위한 선형마찰용접방법 - Google Patents

Abstract

본 발명상의 차량휘일림을 성형하는 방법에는 선형마찰용접을 이용하는 방법이 포함구성된다.통상 금속재료의 편평편은 당접부에서 2 개의 단부를 가진 코일포지션으로 놓여진다. 이 당접단부는 서로에 관하여 통상 선형패턴에서 진동되거나 움직여지므로써 각 단부에서 금속의 온도를 증가시킨다. 온도가 충분히 증가되면, 금속의 융점에 도달하지 않고도 선형움직임은 정지된다. 이 단부는 다음 정확히 정렬되고 증가된 축상하부로 서로 압박한다.냉각후에는 2 개의 단부가 결함이 없는 용접접합부로 영구히 접합된다.

Description

휘일림을 제조하기 위한 선형마찰용접방법{Linear Friction Welding Process for Making Wheel Rims}

도 1 는 본 발명상의 휘일림의 형성에 사용되는 금속재료편(piece)을 나타내는 사시도

도 2 는 도 1 의 금속재료가 코일상으로 된 것을 나타낸다.

도 3a 는 도 2 의 일부예를 나타내는 것으로 본 발명에 따른 접합법으로 된 최초의 상태를 나타낸다.

도 3b 는 본 발명에 따른 접합법의 최근 상태를 나타낸 것이다.

도 3c 는 본 발명에 따른 접합법의 완성상태를 개략도로 나타낸 것이다.

도 4 는 최종 완성된 휘일을 나타낸다.

발명의 배경

본 발명은 일반적으로 선형마찰용접방법을 사용하는 것을 포함한 차량휘일마킹용 방법에 관한 것이다.

종래, 차량휘일림(Vehicle wheel rim)은 플랜징(flanging)과 로울성형작업전에 플라쉬바트용접(flash butt welding)을 포함하는 방법으로 조립되어 왔다. 그러나 종래의 휘일림용접법은 여러 가지 많은 결점을 가지고 있다. 예를 들면, 플라쉬바트용접(flash butt welding)은 재작업을 요하는 문제를 일으키고, 또한 납작한 스폿결함(flat spot defects)이 잠재되어 있다. 납작한 스폿결함, 즉 편평스폿결함은 휘일림을 형성하는데 불리한데, 그 이유는 이들이 연속적인 누설통로를 만들기 때문이다. 이 연속누설통로(continuous leak path)는 휘일림에 비효과적인 영향을 가져다 준다. 따라서, 조립공정중, 또는 조립공정후에는 휘일림은 누설여부를 검사하기 위해 침지시킬 필요가 있다. 그러나 이 공정은 시간을 필요로 하고, 노동을 포함하기 때문에 상당한 비용부담을 가져온다.

또한, 플라쉬바트용접은 큰 에너지 사용을 필요로 한다. 그 외에도 공기중에 오염물질을 유발하는 것과 관련되는 위험을 최소화하여야 할 정도의 수단을 강구하여야 한다는 것이다. 플라쉬바트용접은 또한 과도한 플라쉬를 초래하기도 하는데, 이는 초기 원재료비 추가라는 결과를 가져온다. 그 외에도, 최근의 휘일림은 서로 다른 재료로 만들어지므로, 플라쉬바트용접법에서는 그러한 재료에 적용하기 어렵다. 더욱이, 강철이나 알루미늄과 같은 서로 다른 용접재료를 한꺼번에 용접하기 위해서는 서로 다른 용접기를 필요로 한다. 또한 플라쉬바트용접과 같은 종래의 용접법은 최종 마이크로조직을 바람직스럽지 못한 미세조직변화와 같은 결과를 초래하므로 성형성을 악화시키기도 한다.

따라서, 휘일림을 조립하기 위해서는 생산속도를 증가시키고 종래의 방법과 관련된 결함을 극복하기 위한 방법을 제공하는 것이 필요하다.

본 발명은 전술한 종래 방법상의 결점, 결함을 극복하도록 한 조립방법을 제공하기 위한 것이다. 조립방법에 이용되는 선형마찰용접(linear friction welding)은 보다 신뢰성있는 용접조인트(welding joint)를 제공해주고 플라쉬바트용접에 관련된 결함을 없애준다. 선형마찰용접은 기본적으로 우주산업분야에서 알려지고 사용되어온 방법이다. 일반적으로 이 용접법은 두 개의 금속물체를 축상하중하에 직접 접촉시키는 방법을 포함한다. 이들 2 개의 물체는 통상 선형으로 서로에 관하여 이동되어 금속의 온도를 증가시켜 준다. 온도가 금속재료의 융점에 도달하기 전에 상대적인 선형운동은 중지되고 축상하중은 2 개의 물체를 서로에 대향되도록 하므로써 증가된다. 그 결과는 고강도결합을 가져오는 것으로 되고 이 결합으로 매우 신뢰성높은 균일 미세결정조직을 만들어주게 된다.

일반적으로, 본 발명에 관한 방법은 통상 금속편(planar piece)으로부터 차량휘일림을 제조하기 위한 것이다. 본 발명상의 차량휘일림을 성형하는 방법에는 선형마찰용접을 이용하는 방법이 포함구성된다.통상 금속재료의 편평편은 당접부에서 2 개의 단부를 가진 코일포지션으로 놓여진다. 이 당접단부는 서로에 관하여 통상 선형패턴에서 진동되거나 움직여지므로써 각 단부에서 금속의 온도를 증가시킨다. 온도가 충분히 증가되면, 금속의 융점에 도달하지 않고도 선형움직임은 정지된다. 이 단부는 다음 정확히 정렬되고 증가된 축상하부로 서로 압박한다. 냉각후에는 2 개의 단부가 결함이 없는 용접접합부로 영구히 접합된다. 먼저, 금속편을 통상 원통형 또는 감은 코일상으로 성형 조정한다. 이 금속편에는 제 1 길이단부와 제 2 길이단부로 되는 2개의 길이단부가 있고, 이 단부는 금속편이 원통형으로 성형될 때 서로에 직접 대면되도록 정렬된다. 제 1 길이단부는 그런 다음 제 2 길이단부에 대하여 압박에 의하여 힘을 받게 된다. 한쪽 단부는 다음에 서로 다른 단부에 관하여 통상 선형으로 힘을 받아 움직이게 되는데, 이 때 2 개의 단부는 서로에 대하여 선형이 유지되도록 하여야 한다. 이 상대적인 선형움직임(relative linear movement)은 각 단부에서의 용접금속의 온도를 증가시켜 준다. 온도가 소정의 온도까지 증가되면, 단, 금속재료의 융점에 이르지 않을 경우, 상호 선형운동, 즉 선형움직임은 정지된다. 다음 그 하나의 단부는 다른 단부에 대하여 정확히 정렬되고 강제 또는 압박된다. 이는 초기단계에서 2 개의 단부를 같이 유지하도록 하는 힘보다도 큰 규모의 강도크기를 가진 힘을 사용하여 강제 즉, 압박하는 것이다. 금속의 상승온도와 증가된 힘 때문에 2 개의 단부는 상호 견고히 접합된다.

본 발명상의 여러 가지 특징과 장점은 다음의 상세설명과 실시예에 의해 이 분야에서 통상의 지식을 가진 사람에게는 명확하게 파악될 것이다.

최량의 실시예에 의한 상세한 설명

도 1 는 통상 금속재료(20)의 평탄한 금속편(planar piece)을 나타낸다. 본 발명상의 방법에 사용할 적절한 금속재료로는 알루미늄합금과 강철합금 또는 기타 금속재료가 있다. 금속(20)의 판은 두께(26), 폭(27), 길이(28)를 가지는데, 이 두께(26), 폭(27)은 각 단부(22),(24)에서의 면에서 측정된 칫수를 가리킨다. 한가지 예를 들면, 바람직한 두께(26)는 약 3 mm, 폭은 약 170 mm 이다. 이 재료의 칫수는 휘일림의 종류에 따라 여러 가지로 다르게 결정된다.

도 2 는 금속판(20)을 나타낸다. 이 금속판은 통상 원통형 또는 코일형으로 자리를 잡고 있다. 제 1 단부(22)와 제 2 단부(24)의 면들은 직접 서로에 반대되어 있다. 본 발명에 의하면, 제 1 단부면(22)는 제 2 단부면(24)에 직접 접하고 있다. 통상 도 1 의 납작형상으로부터 도 2의 코일형상으로 금속의 편을 조형하기 위한 기계설계는 통상의 기술을 가진 자의 능력 범위내에 있으므로 여기에서 설명을 할 필요가 없을 것이다. 여기에서 지지구조(holding structure)h는 개략적으로 도시되어 있는데, 단부를 지지하기 위한 기능을 가지며, 또한 역시 다른 단부에 관하여 일단부를 움직여 준다.

도 3a 는 본 발명에 따라 접합법의 출발 또는 초기상(beginning phase)을 개략적으로 나타낸다. 제 1 단부 22는 제 2 단부(24)와 직접 접촉위치된다. 중요한 것은, 제 1 단부(22)의 전체면은 제 2 단부(24)의 전체면과 완전히 정렬되어 있다는 점이다. 이 두 개의 단부는 화살표(30)으로 개략도시한 바와 같은 힘을 사용하여 서로에 힘을 가하여 강제된다. 2 개의 단부가 접촉을 유지하는 동안, 제 1 단부(22)는 제 2 단부(24)에 관하여 통상 선형통로(linear path)를 따라 진동되거나 움직인다. 이 단계는 미리 지정된 거리에 대한 제 1 방향 및 미리 지정된 거리에 대한 반대 방향에서의 통상의 선형통로를 따라 반복적으로 움직인다. 즉, 제 1 단부(22)는 가급적 화살표(32)로 개략적으로 나타낸 바와 같이 뒤로, 앞으로 진동한다. 제 1 단부(22)는 가급적 약 70∼100Hz 의 진동수로 각 방향으로 3mm 정도의 거리로 움직인다. 이러한 수치 범위는 효율적인 온도증가를 위한 범위이며 온도증가가 제 1 단부(22) 및 제 2 단부(24)에서 일어날 때까지 계속된다.

도 3b 는 개략적으로 앗셈블리공정이 이어지는 연속부위를 나타낸다. 제 1 단부 및 제 2 단부에서 금속온도가 적절하게 상승하게 되면, 상대적인 선형 또는 진동동작은 정지된다. 중요한 것은, 선형동작이 금속의 온도가 융점에 이르기 전에 정지된다는 것이다. 상대적인 선형운동이 정지되면, 제 1 단부(22)는 제 2 단부(24)의 면과 완전히 정렬되게 움직인다. 그렇게 되면, 증가된 힘은 화살표(34)로 개략도시되어 있지만, 제 2 단부에 대해 제 1 단부를 압박한다. 제 1 단부 및 제 2 단부에서의 증가된 온도때문에, 재료의 플라쉬(36)는 제 1 단부(22) 및 제 2 단부(24)사이에서 압출된다. 어떠한 바람직스럽지 못한 플라쉬도 냉각 전후로 제거가능하다. 냉각이 되면, 제 1 단부(22)는 제 2 단부 24에 영구접착된다.

도 3c 는 제 1 단부(22)와 제 2 단부(24)사이에서 완성된 접합부(completed joint)(40)을 나타낸다. 이 과정이 완성되면, 휘일림은 나팔꽃같이 끝이 열리게 되고 소정의 형태를 만들어주기 위해 종래의 방법으로 로울성형된다.

본 발명에 따라 휘일림을 조립하면 상당한 잇점을 가져올 수 있다. 이들 잇점이란 원재료비를 비교적 크게 절약할 수 있는 것인데, 이는 플라쉬(flash)의 감소와 전술한 바의 선형마찰용접공정의 정확도와 신뢰도에 따라 추후 누설검사필요성을 없앨 수 있기 때문이다. 더욱이, 본 발명상의 조립공정은 미세한 입자로 되고, 충분히 재결정된 미세조직을, 그것도 결함이 없는 조직을 가져다준다. 또한, 휘일림 실린더는 나팔형으로 끝이 열리게 되는 공정(flaring)과 로울성형공정수행동안 극히 우수한 성형성을 갖는다. 그 외에도, 별도의 기계류가 서로 다른 재료용으로 필요하지 않다. 다시 말해, 합금강과 알루미늄합금이 휘일림이 본 발명상의 방법으로 성형되어도 같은 기계로 제조가능한 것이다.

도 4 는 로울성형된 단부(52)와 림(51)상에 위치하는 타이어(54)를 가진 림(51)을 구비한 최종휘일(50)을 나타낸 것이다. 이와 같이, 본 발명상의 방법은 휘일(50)의 품질을 향상시켜준다.

전술한 설명은 일례로 든 것으로 통상의 지식을 가진 사람에게는 자명하게 개시된 실시예에 여러 가지로 가변성을 부여할 수 있고, 수정을 가할 수 있어 본 발명의 정신으로부터 분리되지 않는 것이므로, 따라서 본 발명상의 법적 범위는 특허청구범위에 의하여서만 결정될 수 있을 것이다.

Claims (11)

1. 차량휘일림의 제조방법은

   (A) 제 1 길이단부(first longitudinal end)(22)와 제 2 길이단부(second longitudinal end)(24)를 가지는 금속제의 편평편을 제 2 길이단부(second longitudinal end)에 면하는 제 1 단부(first longitudinal end)를 가진 통상 원통형으로 성형조정하고;

   (B) 제 1 크기(first magnitude)를 가진 제 1 력(first force)을 이용하여 상기 제 2 단부에 대하여 상기 제 1 단부를 압박하며;

   (C) 상기 제 2 단부에 대하여 상기 제 1 단부의 압박상태를 유지하면서 상기 제 2 단부에 관하여 제 1 단부를 움직이므로써 각 단부에서의 온도를 증가시키며;

   (D) 상기 2 개의 단부가 상호 견고히 접합되도록 제 1 크기보다 크게 한 제 2 크기를 가지는 제 2 력(second force)을 이용하여 상기 제 2 단부에 제 1 단부를 압박하는 단계가 구비되도록 한 차량휘일림(vehicle wheel rim)의 제조방법
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(C)는 통상 선형통로(linear path)를 따라 제 1 단부를 움직이므로써 수행되고, 상기 선형통로는 통상 원통형축에 평행되게 한 차량휘일림의 제조방법
3. 제 2 항에 있어서, 상기 단계(C)는 미리 지정된 거리에 대한 제 1 방향 및 미리 지정된 거리에 대한 반대방향에서의 통상 선형통로를 따라 앞ㆍ뒤로 상기 제 1 단부를 반복적으로 진동시켜 움직이되 그 진동수는 70~100Hz, 진동시의 상기 지정된 거리는 3mm 정도로 작업수행되도록 한 차량휘일림의 제조방법
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 단계(D)는 상기 단계(C)를 정지시키는 하위단계를 포함하고; 미리 지정된 배열로 상기 제 1 단부 및 제 2 단부를 정렬시키며; 상기 제 2 단부에 상기 제 1 단부를 압박하며; 그런 후에 제 1 단부 및 제 2 단부가 냉각되도록 한 차량휘일림의 제조방법
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 차량휘일림의 제조방법은

   (A) 제 1 길이단부와 제 2 길이단부를 가지는 금속편을 제 2 단부에 면하는 제 1 단부를 가진 통상 원통형으로 성형조정하고;

   (B) 제 1 크기를 갖는 제 1 력을 이용하여 상기 제 2 단부에 대하여 상기 제 1 단부를 압박하며;

   (C) 상기 제 2 단부에 대하여 상기 제 1 단부의 압박상태를 유지하면서 상기 제 2 단부에 관하여 상기 제 1 단부를 움직이므로써 각 단부에서의 온도를 증가시키며;

   (D) 상기 단계(C)의 움직임을 정지시키고;

   (E) 제 1 단부의 전체길이가 제 2 단부의 전체길이와 접촉, 정렬되도록 상기 제 2 단부에 대하여 상기 제 1 단부를 지지하여 주며;

   (F) 제 1 크기보다 큰 제 2 크기를 갖는 제 2 력을 이용하여 상기 제 2 단부에 대하여 상기 제 1 단부를 압박하며;

   (G) 상기 제 1 단부와 제 2 단부의 온도가 상기 2 개의 단부가 서로 견고히 접합되도록 감소되도록 하는 단계가 구비되도록 한 차량휘일림의 제조방법
10. 제 9 항에 있어서, 상기 단계(D)는 상기 단계(C)의 온도가 금속의 미리 지정된 융점에 이르기 전에 상기 단계가 수행되도록 한 차량휘일림의 제조방법
11. 제 9 항에 있어서, 상기 단계(G)를 수행한 후에 림(rim)부 상에 가장자리를 형성하도록 림을 로울성형(roll forming)하는 단계(H)가 추가적으로 구성되도록 한 차량휘일림의 제조방법