KR100580027B1 - 알루미늄 브레이크 디스크의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 브레이크 디스크의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 브레이크 디스크를 제조하는 공정중 조형 작업시 주물사를 신속하게 응고시킬 수 있도록 함으로써, 대량생산에 대비하여 제품의 생산속도를 증대시킬 수 있도록 한 알루미늄 브레이크 디스크의 제조 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 이산화규소(SiO₂)와 산화 마그네슘을 용해해서 얻은 규산알카리염에 물을 첨가하여 젤(gel)상태의 규산알카리염 수용액을 구비하는 단계와; 주물사에 레진(resin)을 섞어서 반죽하되, 상기 규산알카리염 수용액을 5∼10중량% 첨가한 후, 믹서로 교반하여 주물사와 고르게 혼합되게 하는 단계와; 규산알카리염 수용액이 첨가된 주물사를 미리 제작한 목형의 위, 아래에 상형과 하형으로 나누어 덮는 단계와; 상기 주물사에 CO₂가스를 주입하여, 1분후 주물사가 단단하게 굳어지는 단계로 이루어지는 알루미늄 브레이크 디스크의 제조 방법을 제공한다.

알루미늄 브레이크 디스크, 주물사, 조형 작업, 규산알카리염

Description

알루미늄 브레이크 디스크의 제조 방법{Method for manufacturing aluminium brake disc}

도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 브레이크 디스크의 제조 방법에서 주물사에 가스주입통로를 형성한 것을 보여주는 사진,

도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 브레이크 디스크의 제조 방법에서 주물사에 가스주입통로를 통하여 CO₂가스를 주입하는 상태를 보여주는 사진,

도 3은 본 발명에 따른 알루미늄 브레이크 디스크의 제조 방법에서 목형이 제거된 주물사를 보여주는 사진.

본 발명은 알루미늄 브레이크 디스크의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 브레이크 디스크를 제조하는 공정중 조형 작업시 주물사를 신속하게 응고시킬 수 있도록 함으로써, 대량생산에 대비하여 제품의 생산속도를 증대 시킬 수 있도록 한 알루미늄 브레이크 디스크의 제조 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 차량의 경량화 및 브레이크의 성능 향상을 목적으로 기존 주철재 브레이크 디스크를 알루미늄 복합재료의 브레이크 디스크로 대체하고 있는 추세에 있다.

알루미늄 복합재료 브레이크 디스크로 대체할 경우, 경량화율은 50% 이상으로 그 효과가 매우 크고, 특히 디스크의 경우 회전부품이기 때문에 그 경량화 파급효과는 더욱 크다고 할 수 있다.

즉, 디스크가 알루미늄으로 대체되어 경량화되었을때, 핸들링(handling)성능 및 마찰계수 안정, NVH 향상 등 전체적인 브레이크 성능을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

알루미늄 복합재료를 브레이크 디스크 재질로 적용하기 위해서는 여러가지 고려해야 할 기본적인 사항이 있는데, 우선 제동시 운동에너지가 열에너지로 전환될 때 발생하는 열에 잘 견뎌야 한다.

특히, 회전시의 원심력과 제동시에 가해지는 압력에 견딜 수 있는 강도, 마찰재와 조합되어 안정된 마찰계수, 수명과 관련된 마모성능, NVH 성능 등을 고려하여 제조되어야 한다.

이러한 기본 사항들을 고려하여 브레이크 디스크를 알루미늄 복합재료로 제조하는 연구가 진행되어 왔으며, 그 결과 알루미늄 합금에 SiC를 20% 분산시킨 두랄캔(Duralcan)사의 알루미늄 복합재료를 사용하는 방법이다.

두랄캔사의 알루미늄 복합재료는 주철에 비하여 열전도율이 3배 이상, 랜사 이드(Lanxide)소재에 비하여 약 1.7배의 우수한 열전도율을 갖기 때문에, 브레이크에서 중요한 성능인 냉각 성능이 비교적 우수하게 나타나게 한다.

이러한 알루미늄 복합재료를 소재 형태(Ingot)형태로 구비하여, 직접 주조 및 가공하여 브레이크 디스크를 제작하는 바, 복합재료에서 가장 중요한 요소중의 하나인 강화 입자의 분산은 기계적 교반(Mechanical Stirring)으로 실시하고, 이후의 주조 공정은 기존의 알루미늄 합금과 매우 유사하게 진행되며, 다만 용탕상태에서 SiC 입자가 가라앉게 되므로, 계속해서 용탕을 교반하여 SiC 입자를 분산시켜야 한다.

또한, 상기 알루미늄 복합재료 용탕은 점도가 높아 가스나 불순물이 용탕안에 혼입되면 제거가 곤란하므로 아르곤 가스를 이용하여 용탕의 산화를 최대한 억제하여야 한다.

또한, 상기 알루미늄 복합재료를 이용한 주조공정은 기존의 알루미늄 합금을 이용한 주조와 거의 유사하기 때문에 약간의 부대 설비를 추가하여 알루미늄 복합재료 브레이크 디스크를 용이하게 제조할 수 있다.

일반적으로, 상기 알루미늄 복합재료 브레이크 디스크의 제조공정은 1)설계→2)목형제작→3)주형제작→4)주조→5)가공 등의 순서로 진행된다.

상기 목형이란, 주조하고자 하는 제품의 형상을 나무로 제작한 것을 말하며, 주형을 제작할때 쓰이게 된다. 이중에서도 주형은 용탕이 흘러가는 통로의 역할을 하고, 소정의 형상을 부여하여 그 모양을 유지하면서 응고하도록 유도하는 역할을 한다.

상기 주형을 만드는 것을 조형 작업이라고 하는데, 기존의 주형 제작 방법은 다음과 같다.

먼저, 주물사에 레진(resin)을 섞어서 반죽한 다음, 미리 제작한 목형의 위, 아래에 상형과 하형으로 나누어 덮은 후, 이를 눌러서 목형의 모양을 유지시킨 후 목형을 제거한다. 다음으로, 수분을 제거시키고 주물사의 응고를 위해 200℃ 온도로 24시간 동안 건조시킨다.

이러한 기존의 주형 제작 방법은 소량생산의 경우에는 큰 문제가 되지 않지만 대량생산의 경우에는 문제점이 발생하게 된다. 즉, 제품의 제조 특성상 1개의 주형에서 1개의 제품이 취출되므로 위와 같은 기존의 방법을 대량생산에 사용할 경우, 대용량의 오븐이 필요할 뿐만아니라 건조시간이 길어 디스크 제품의 생산속도가 느려지게 되고, 또한 전력 소비등의 비용이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 개발한 것으로서, 알루미늄 브레이크 디스크를 제조하는 공정중 주물사에 규산알칼리염을 수용액 상태로 첨가하고, CO₂가스를 주물사에 불어 넣어줌으로써, CO₂가스와 규산알칼리염간의 화학 반응에 의해 주물사가 신속하게 응고됨을 유도할 수 있도록 한 대량생산에 유리한 알루미늄 브레이크 디스크의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 알루미늄 브레이크 디스크의 제조 공정의 조형 작업에 있어서, 이산화규소(SiO₂)와 산화 마그네슘을 용해해서 얻은 규산알카리염에 물을 첨가하여 젤(gel)상태의 규산알카리염 수용액을 구비하는 단계와; 주물사에 레진(resin)을 섞어서 반죽하되, 상기 규산알카리염 수용액을 5∼10중량% 첨가한 후, 믹서로 교반하여 주물사와 고르게 혼합되게 하는 단계와; 규산알카리염 수용액이 첨가된 주물사를 미리 제작한 목형의 위, 아래에 상형과 하형으로 나누어 덮는 단계와; 상기 주물사에 CO₂가스를 주입하여, 1분후 주물사가 단단하게 굳어지는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 브레이크 디스크의 제조 방법을 제공한다.

바람직한 구현예로서, 상기 규산알카리염 수용액이 첨가된 주물사의 표면에 CO₂가스를 주입할 수 있는 여러개의 통로를 1cm 깊이로 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 주물사에 첨가된 규산알카리염 수용액과 상기 CO₂가스가 반응하여 생성되는 H₂O의 제거를 위하여, 목형이 제거된 주물사를 200℃에서 2시간 동안 건조시키는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

본 발명은 알루미늄 브레이크 디스크를 제조하는 공정중 조형 작업에 관한 것으로서, 조형 작업시 주물사에 규산알칼리염을 수용액 상태로 첨가하고, CO₂가스를 주물사에 불어 넣어줌으로써, CO₂가스와 규산알칼리염간의 화학 반응에 의해 주물사가 신속하게 응고됨을 유도할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.

본 발명의 제조 방법을 보다 상세하게 순서대로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 이산화 규소(SiO₂)와 산화마그네슘을 융해해서 규산알칼리염을 얻는다.

다음 단계로, 상기 규산알카리염에 물을 첨가하여 젤(gel)상태의 규산알칼리염(MgOㆍSiO₂ㆍH₂O) 수용액을 제조 구비한다.

대개, 알루미늄 브레이크 디스크의 제조 공정의 조형 작업은 주물사에 레진을 섞어서 반죽하는 바, 이때 주물사에 상기와 같이 구비된 규산알카리염 수용액 5∼10중량% 를 첨가하고, 이를 믹서로 교반하여 주물사와 고르게 혼합되게 한다.

이때, 상기 규산알카리염 수용액을 5중량% 이하로 첨가하면 주물사의 응고시 충분한 강도를 얻을 수 없는 문제점이 있고, 10중량%이상으로 첨가하면 주물사의 붕괴(제거)가 잘 이루어지지 않는 단점이 있다.

이어서, 상기 규산알카리염 수용액이 첨가된 주물사를 미리 제작한 목형의 위, 아래에 상형과 하형으로 나누어 덮는다.

여기서, 첨부한 도 1에서 보는 바와 같이 상기 규산알카리염 수용액이 첨가된 주물사의 표면에 CO₂가스를 주입할 수 있는 여러개의 주입통로를 1cm 깊이로 형 성해주는 바, 그 이유는 CO₂가스를 주입할 수 있는 가스총의 끝단 주입구가 삽입될 수 있게 함에 있다.

이에, 상기 주물사에 형성된 주입통로에 가스총의 끝단 주입구를 삽입한 다음, 도 2에서 보는 바와 같이 주물사에 CO₂가스를 불어 넣어 줌으로써, 다음과 같은 화학 반응식에 의거하여 약 1분후 주물사가 단단하게 굳어지게 된다.

MgOㆍmSiO₂(mn+x)H₂O + CO₂ = MgCO₃ㆍxH₂O + m(SiO ₂ㆍnH2O)

즉, 주물사에 첨가된 규산알칼리염 수용액과 CO₂ 가스를 불어넣어주면 위의 화학 반응식에 의해 급격하게 규산알칼리염이 경화된다.

이어서, 목형을 제거하고, 주물사의 표면을 평탄하게 하는 작업을 하여 주형의 제작이 완료된다(도 3참조).

이때, 상기 주물사에 첨가된 규산알카리염 수용액과 상기 CO₂가스가 반응하여 생성되는 H₂O의 제거하는 건조를 위하여, 목형이 제거된 주물사를 200℃에서 2시간 동안 건조시키는 단계가 더 진행된다.

이와 같이, 주물사의 응고가 신속하게 이루어짐에 따라 기존의 조형 작업에 비하여 2시간 내지 3시간 정도 작업시간을 단축시킬 수 있게 된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 알루미늄 브레이크 디스크의 제조 방법에 의하면, 조형작업시 주물사에 규산알칼리염을 수용액 상태로 첨가하고, CO₂가스를 주물사에 불어 넣어줌으로써, CO₂가스와 규산알칼리염간의 화학 반응에 의해 주물사가 신속하게 응고되어 작업시간을 크게 단축시킬 수 있다.

이렇게 주물사의 신속한 응고로 인하여 브레이크 디스크의 대량 생산을 가능하게 하는 잇점을 제공한다.

Claims (3)

1. 삭제
2. 삭제
3. 이산화규소(SiO₂)와 산화 마그네슘을 용해해서 얻은 규산알카리염에 물을 첨가하여 젤(gel)상태의 규산알카리염 수용액을 구비하는 단계와; 주물사에 레진(resin)을 섞어서 반죽하되, 상기 규산알카리염 수용액을 5∼10중량% 첨가한 후, 믹서로 교반하여 주물사와 고르게 혼합되게 하는 단계와; 규산알카리염 수용액이 첨가된 주물사를 미리 제작한 목형의 위, 아래에 상형과 하형으로 나누어 덮는 단계와; 상기 주물사에 CO₂가스를 주입하여, 1분후 주물사가 단단하게 굳어지는 단계로 이루어진 알루미늄 브레이크 디스크의 제조 방법에 있어서,

   상기 주물사에 첨가된 규산알카리염 수용액과 상기 CO₂가스가 반응하여 생성되는 H₂O의 제거를 위하여, 목형이 제거된 주물사를 200℃에서 2시간 동안 건조시키는 단계가 더 진행되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 브레이크 디스크의 제조 방법.

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