KR100981742B1 - A complex forming apparatus and method for aluminium wheel manufacturing - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An apparatus and a method for manufacturing an aluminum wheel using a combined process of thixoforging and flow forming are provided to enable recycling of aluminum and improve the tensile strength and elongation ratio of products. CONSTITUTION: A method for manufacturing an aluminum wheel comprises the steps of: injecting molten metal into a cavity formed by upper, lower, and side molds to form a semi-product of an aluminum wheel(400), attaching the aluminum wheel semi-product to a flow forming chuck and allowing it to rotate, pressing the exterior surface of a rim part(404) of the fixed aluminum wheel to be extended in the radial direction, pushing a hub part(406) inward with a flow forming roller(304), and forming a center hole(402) in the center of the aluminum wheel.

Description

반응고 단조 및 유동 성형의 복합 공정을 이용한 알루미늄 휠 제조 장치 및 방법{A COMPLEX FORMING APPARATUS AND METHOD FOR ALUMINIUM WHEEL MANUFACTURING}Apparatus and method for manufacturing aluminum wheels using complex process of reaction high forging and flow molding {A COMPLEX FORMING APPARATUS AND METHOD FOR ALUMINIUM WHEEL MANUFACTURING}

본 발명은 반응고 단조 및 유동 성형의 복합 공정을 이용한 알루미늄 휠 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전신재 알루미늄 합금소재를 이용하여 예비 성형체를 성형하는 반응고 단조 공정과, 플로우 포밍(Flow Forming)을 통한 유동 성형 공정으로 이루어지는 반응고 단조 및 유동 성형의 복합 공정을 이용한 알루미늄 휠 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus and method for manufacturing an aluminum wheel using a combined process of reaction high forging and flow molding, and more particularly, a reaction high forging process for forming a preform using a whole body aluminum alloy material, and flow forming. The present invention relates to an apparatus and method for manufacturing an aluminum wheel using a combined process of reaction solid forging and flow forming, which is performed by a flow forming process through forming.

알루미늄 휠을 제조하기 위한 주조 공정은 알루미늄 소재를 용해하여 금형 내로 주탕 후 최종제품에 가까운 형상을 제조하는 방법으로서, 주조 후 소성가공 또는 소정의 치수로 가공하는 절삭공정을 실시한다. The casting process for manufacturing an aluminum wheel is a method of melting an aluminum material and pouring it into a mold to produce a shape close to the final product. The casting process is performed by plastic working after casting or cutting into a predetermined dimension.

알루미늄 소재의 주물은 형틀을 이용하여 용탕을 채워 형상을 뜨는 주물과, 폐쇄된 금형에 압력을 가하는 다이캐스팅으로 크게 분류할 수 있으며, 다이캐스팅의 경우 금형내로 용탕이 주입될 시 용탕의 흐름이 급속하여 흐름성을 향상시키기 위해 Fe 성분을 소량 투입하는 바, 그 이유는 Fe 성분은 주물에서 유해한 불순물 원소이지만 다이캐스팅에서는 유효한 원소이기 때문이다.Aluminum castings can be broadly classified into castings that fill the molten metal using a mold to form a shape, and die casting that pressurizes a closed mold.In the case of die casting, the flow of the molten metal flows rapidly when the molten metal is injected into the mold. A small amount of Fe component is added to improve the properties because the Fe component is a harmful impurity element in the casting but an effective element in die casting.

이러한 이유로 알루미늄 디스크 휠 또는 휠 허브를 비롯한 안전성 및 신뢰성을 요구하는 구조재의 부품은 위의 공법으로 제조하기 어려운 점을 감안하여, 저압주조, 차압주조, 진공흡입주조, 고압주조(Die Casting), 용탕주조(Squeeze Casting) 공법 등이 적용되고 있고, 주물의 건전성을 확보하기 위하여 다양한 가압 방법과 용탕 충진 방식이 채택되고 있으며, 이러한 공법들중 대다수의 알루미늄 디스크 휠 업체에서는 도 7에 나타낸 공정도와 같은 저압주조 공법을 채택하고 있다.For this reason, parts of structural materials that require safety and reliability, including aluminum disk wheels or wheel hubs, are difficult to manufacture with the above method, so that low pressure casting, differential pressure casting, vacuum suction casting, high pressure casting (die casting), molten metal Squeeze casting method is applied, and various pressurization methods and molten metal filling methods are adopted to secure the soundness of castings, and among these methods, most of the aluminum disk wheel companies have low pressure as shown in FIG. The casting method is adopted.

그러나, 상기 저압주조 공법은 알루미늄 휠의 대량생산 및 소형부품 제조에 적합하고, 양산성이 매우 우수하나, 강도와 인성의 한계가 있어 신뢰성 확보에 취약하여 향후 경량화 부품소재 개발을 위한 공법으로는 매우 불리한 단점이 있다.However, the low pressure casting method is suitable for mass production of aluminum wheels and the manufacture of small parts, and has excellent mass production, but is weak in securing reliability due to the limitation of strength and toughness. There are disadvantages.

이에, 일부 업체에서는 용탕주조 공법을 활용하거나, 진공 차압주조 공법을 이용하여 저압주조 대비 15%의 경량화를 실현하고 있지만, 그 품질은 단조공법에 비하여 떨어진다.As a result, some companies use a melt casting method or a vacuum pressure casting method to realize a 15% lighter weight than a low pressure casting method, but the quality thereof is lower than that of the forging method.

따라서, 알루미늄 휠 제조 방법이 단가는 높지만 품질이 상대적으로 매우 우수한 단조공법으로 전환되고 있는 추세에 있으며, 열간단조 공법을 이용하여 알루미늄 디스크 휠이 제조되고 있다.Therefore, the manufacturing method of the aluminum wheel is a trend that has been converted to a forging method having a relatively high quality but relatively high quality, and an aluminum disc wheel is manufactured using the hot forging method.

상기 열간단조는 빌렛트를 대형 프레스로 가압하여 대략적인 형상의 소재를 제조하는 소성가공공법으로서, 가압에 의하여 금속조직은 연신되고, 내부의 작은 미세공들을 압착시켜 결함을 최소화하여 강도와 인성을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.The hot forging is a plastic working method for producing a roughly shaped material by pressing a billet with a large press. The metal tissue is stretched by pressing, and the small micropores in the inside are pressed to minimize defects, thereby reducing strength and toughness. There is an advantage that can be increased.

상기 열간단조 공법은 크게 자유단조와 형단조로 구분되는 바, 형단조는 금형 내에 소재를 투입하여 압축 응력을 가하여 원하는 형상으로 성형하는 과정으로서, 코너 라운드가 크고, 가공 경화 발생으로 복잡한 형상을 단번에 제조하지 못하여 여러 단계별 반복적인 공정을 통하여 제품 성형이 이루어짐에 따라, 제조비용이 증가하고 설비의 규모 및 초기투자가 늘어나야 하는 단점이 있고, 또한 설비의 대형화와 사용 빌렛트의 리사이클링이 어렵고, 소재단가가 매우 높아 자동차 부품의 양산성 및 원가경쟁력의 한계를 보이는 문제점이 있다.The hot forging method is largely divided into free forging and die forging. Mold forging is a process of forming a desired shape by applying a compressive stress by inserting a material into a mold. As the product is formed through various steps in a repetitive process that cannot be manufactured, there is a disadvantage that the manufacturing cost increases, the size of the facility and the initial investment must be increased, and the size of the facility and the recycling of the use billet are difficult, and It is very high, there is a problem that shows the limits of mass production and cost competitiveness of automotive parts.

이러한 열간단조의 단점을 보완하기 위하여 개발된 공법이 회전단조 공법이며, 이 회전단조 공법은 최종 형상을 위하여 크게 2단계(Step) 공정으로 구분 진행된다.The method developed to compensate for the shortcomings of the hot forging is the rotation forging method, this rotation forging process is divided into two step (Step) process for the final shape.

즉, 2단계의 공정중 첫번째 프리-포밍(Pre-Forming) 단계는 비교적 작은 가압력을 활용한 응력집중적인 회전단조 단계로서 기본 형상을 갖추는 공정이고, 이후 두번째 단계로서 세부 부위를 플로우 포밍(Flow Forming)하는 스피닝 공정이 진행된다.That is, the first pre-forming step of the two-step process is a stress-intensive rotary forging step utilizing a relatively small pressing force, and has a basic shape, and thereafter, flow forming a detailed part as a second step. The spinning process is performed.

그러나, 이러한 회전단조 및 스피닝 공법 또한 소재의 리사이클링이 불가능하여 부품원가의 70%이상을 차지하고 있는 소재비의 절감에 한계가 있다.However, this rotation forging and spinning method also has a limit in the reduction of the material cost, which accounts for more than 70% of the cost of the parts because it is impossible to recycle the material.

이러한 점을 감안하여, 주조와 단조의 장점을 잘 활용한 반응고 단조 공법이 제안되었으며, 소재를 용해하여 금형 내에 투입한 후, 응고와 가압을 적절한 메카니즘에 의하여 실시함으로써, 고액공존 상태에서 복잡한 형상의 제품을 한번에 성형 생산하는 방법이다.In view of this, a reaction solid forging method has been proposed that makes good use of the advantages of casting and forging. After the material is melted and put into the mold, solidification and pressurization are carried out by an appropriate mechanism, thereby forming a complex shape in a solid liquid coexistence state. It is a method of forming and producing products at once.

반응고 단조 공법은 가압에 의하여 소재 밀착률이 높고, 응고 속도가 빨라 생산속도가 빠르고, 소재 응고 중에 발생하는 수축 결함을 근본적으로 해결할 수 있어, 대형 제품의 양산화가 가능하며, 또한 소재에 직접 고압을 가함으로써 조직의 구상화 제어가 가능하고, 강도를 증가시켜 제품 경량화를 실현할 수 있는 장점이 있다.The reaction solidification forging method has high material adhesion rate due to pressurization, high solidification rate, fast production speed, and can fundamentally solve shrinkage defects occurring during material solidification, allowing mass production of large products, and also directly applying high pressure directly to the material. By adding, it is possible to control the spheroidization of the tissue, and there is an advantage that the product weight can be realized by increasing the strength.

그러나, 고액공존 구간의 적절한 온도 및 압력제어의 측면에서 전신재의 양산성 확보에 불리한 단점이 있고, 주조재 물성의 한계로 인하여 더 이상의 경량화의 진전을 보기 어려운 단점이 있다.
However, there is a disadvantage in securing mass productivity of the whole body material in terms of proper temperature and pressure control in the solid-liquid coexistence section, and it is difficult to see further progress in weight reduction due to the limitation of cast material properties.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 전신재용 알루미늄 합금 소재를 활용하여 제품의 제조가 가능하고, 고강도, 고인성으로 인하여 정체된 경량화 개발 및 다양한 구조재부품의 대량생산 체제가 가능하며, 또한 소재의 리사이클링이 가능하도록, 전신재 알루미늄 합금소재를 이용하여 반응고 단조하는 예비 성형 후, 플로우 포밍(Flow Forming)을 통한 유동 성형을 하여 최종 제품을 얻을 수 있도록 한 반응고 단조 및 유동 성형의 복합 공정을 이용한 알루미늄 휠 제조 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made in view of the above, it is possible to manufacture the product using the aluminum alloy material for the whole body material, due to the high strength, high toughness, stagnant lightweight development and mass production system of various structural material parts is possible. In addition, after preforming the reaction and forging by using the aluminum alloy material for the whole material to enable the recycling of the material, the reaction product forging and flow forming of the reaction high for forming the final product by flow forming through the flow forming (Flow Forming) An object of the present invention is to provide an apparatus and method for manufacturing an aluminum wheel using a composite process.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는: 상부 플레이트에 장착되는 상부 금형 및 취출 펀치와, 상부 금형의 직하에 배치되는 하부 금형과, 하부 금형의 측부에 전후진 가능하게 연결되는 사이드 금형과, 사이드 금형의 외주부 표면을 받쳐주면서 그 하단부가 하부 플레이트에 체결되는 사이드 홀더로 구성되어, 알루미늄 휠의 예비성형체를 성형하기 위한 소정의 캐비티를 형성하고, 이 캐비티내에 충진되는 알루미늄 6000계 전신재 소재의 용탕을 반응고 단조하는 예비성형부와; 알루미늄 6000계 전신재 소재를 이용하여 상기 예비성형부에서 예비 성형된 알루미늄 휠의 중심에 센터홀을 가공하는 센터홀 가공부와; 센터홀이 가공된 알루미늄 휠의 전후면을 잡아주며 회전 가능하게 고정시키는 한 쌍의 유동성형용 척과, 한쪽 유동성형용 척의 끝단에 일체로 고정되는 유동성형판과, 알루미늄 휠의 림부를 유동성형판의 표면에 가압시키면서 소정의 두께로 1차 유동 성형한 후 알루미늄 휠의 허브부를 센터홀쪽으로 가압시키며 소정의 두께로 2차 유동 성형하는 복수개의 유동성형용 롤을 포함하는 유동 성형부; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 반응고 단조 및 유동 성형의 복합 공정을 이용한 알루미늄 휠 제조 장치를 제공한다.One embodiment of the present invention for achieving the above object is: the upper mold and the take-out punch mounted to the upper plate, the lower mold disposed directly below the upper mold, the side is connected back and forth to the side of the lower mold Comprising a mold and a side holder whose lower end is fastened to a lower plate while supporting the outer peripheral surface of the side mold, forms a predetermined cavity for forming a preform of an aluminum wheel, and is filled with aluminum 6000-based whole body material filled in the cavity A preform part for reacting and forging the molten metal of the raw material; A center hole processing unit for processing a center hole in the center of the aluminum wheel preformed in the preform part using aluminum 6000 system material; A pair of flow forming chucks that hold the front and rear surfaces of the centered aluminum wheels and rotatably fix them, a flow forming plate integrally fixed to one end of one flow forming chuck, and the rim of the aluminum wheels are pressed against the surface of the flow forming plate. A first flow forming part having a predetermined thickness while pressurizing the hub portion of the aluminum wheel toward the center hole, and a flow forming part including a plurality of flow forming rolls for performing secondary flow molding to a predetermined thickness; It provides an aluminum wheel manufacturing apparatus using a composite process of reaction high forging and flow molding, characterized in that configured to include.

본 발명의 바람직한 일 구현예에 따르면, 상기 유동 성형부에서 성형된 알루미늄 휠의 허브 중심에 허브홀을 가공하는 허브홀 가공부와; 허브홀 가공이 완료된 알루미늄 휠의 내외면을 가공하고, 허브에 볼트홀 및 벤트홀을 가공하는 선반가공부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the hub hole processing unit for processing the hub hole in the center of the hub of the aluminum wheel molded in the flow-forming portion; The lathe processing unit for processing the inner and outer surfaces of the aluminum wheel, the hub hole processing is completed, the bolt hole and the vent hole in the hub; It characterized in that it further comprises.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는: 상부 금형과, 하부 금형과, 사이드 금형에 의하여 형성되는 캐비티내에 알루미늄 6000계 전신재 소재를 용해시킨 용탕을 주입하여 알루미늄 휠을 위한 예비성형체로 성형하는 반응고 단조 단계와; 반응고 단조로 제작된 예비성형체인 알루미늄 휠을 유동성형부의 일측쪽 유동성형용 척과 유동성형판을 갖는 타측쪽 유동성형용 척에 회전 가능하게 고정시킨 후, 고정된 알루미늄 휠의 림부 외표면이 유동성형용 롤러에 의하여 유동성형판상에 가압되는 동시에 회전 반경방향으로 눌려지면서, 림부의 두께가 소정의 두께까지 얇아지는 동시에 림부의 폭이 소정의 폭까지 늘어나게 되는 1차 유동성형 단계와; 예비성형체인 알루미늄 휠의 허브부의 두께가 소정의 두께까지 얇아지게 하는 단계로서, 상기 유동성형용 롤러로 알루미늄 휠의 허브부를 외측에서 내측으로 눌러주는 2차 유동성형 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반응고 단조 및 유동 성형의 복합 공정을 이용한 알루미늄 휠 제조 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention for achieving the above object is: a preform for an aluminum wheel by injecting a molten aluminum 6000 system material material into the cavity formed by the upper mold, the lower mold, and the side mold A reaction solid forging step of forming; After the aluminum wheel, a preform manufactured by reaction forging, was rotatably fixed to one side of the flow molding chuck and the other side of the flow molding chuck having the flow molding plate, the outer surface of the fixed rim of the aluminum wheel was fixed to the flow molding roller. A primary flow forming step of being pressed onto the flow-forming plate and being pressed radially in the rotational direction, the thickness of the rim being reduced to a predetermined thickness and the width of the rim being increased to a predetermined width; A step of thinning the thickness of the hub portion of the aluminum wheel, which is a preform, to a predetermined thickness, the second flow molding step of pressing the hub portion of the aluminum wheel from the outside to the inside with the flow-forming roller; It provides an aluminum wheel manufacturing method using a composite process of reaction high forging and flow molding, characterized in that consisting of.

본 발명의 바람직한 다른 구현예로서, 상기 1차 유동성형 단계 전에 예비성형체인 알루미늄 휠의 중심에 센터홀을 가공하는 단계를 더 진행하여, 2차 유동성형 단계시 예비성형체의 허브부를 외측에서 내측으로 눌러줄 때, 눌려지는 소재가 센터홀 방향으로 흐를 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.In another preferred embodiment of the present invention, before the first flow molding step, further processing the center hole in the center of the aluminum wheel, which is a preform, so that the hub portion of the preform in the second flow molding step from the outside to the inside When pressed, the pressed material is characterized in that the flow in the direction of the center hole.

또한, 상기 반응고 단조 단계후의 예비성형체에 대하여 센터홀을 가공하기 위해 실시하는 T6 열처리 또는 용체화 열처리 단계와, 2차 유동성형 단계후 실시하는 시효 열처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
The method may further include a T6 heat treatment or a solution heat treatment step for processing the center hole on the preform after the reaction forging step, and an aging heat treatment step after the second flow molding step.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.Through the above problem solving means, the present invention provides the following effects.

본 발명에 따르면, 물성이 높은 알루미늄 6000계열의 소재를 반응고 단조 공정 및 유동 성형 공정을 통하여, 초경량 고강도의 알루미늄 휠로 용이하게 제조할 수 있다.According to the present invention, an aluminum 6000 series material having high physical properties can be easily manufactured into an ultralight high strength aluminum wheel through a reaction high forging process and a flow molding process.

특히, 알루미늄 6000계열 전신재를 사용함에 따라 리사이클링이 가능하고, 중량 감소를 통한 경량화를 실현할 수 있으며, 기존의 주조재에 비하여 인장강도 및 연신율 등과 같은 물성을 크게 향상시킬 수 있다.
In particular, by using the aluminum 6000-based whole body material can be recycled, it is possible to realize a light weight by reducing the weight, and can significantly improve the properties such as tensile strength and elongation compared to the existing cast material.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 알루미늄 휠 제조 장치 및 방법으로서, 반응고 단조 공정을 나타내는 개략도,
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 알루미늄 휠 제조 장치 및 방법으로서, 반응고 단조 공정을 나타내는 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 알루미늄 휠 제조 장치 및 방법으로서, 센터홀 가공 공정을 나타내는 개략도,
도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 알루미늄 휠 제조 장치 및 방법으로서, 유동 성형 공정을 나타내는 개략도,
도 5는 본 발명에 따른 알루미늄 휠 제조 장치 및 방법으로서, 허브홀 가공 공정을 나타내는 개략도,
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 따른 알루미늄 휠 제조 장치 및 방법으로서, 선반 가공 공정을 나타내는 개략도,
도 7은 종래의 저압주조 디스크 휠 제조 공정을 설명하는 공정도,
1A to 1D are schematic views showing a reaction solid forging process as an apparatus and method for manufacturing an aluminum wheel according to the present invention;
2a to 2d is a schematic view showing the reaction high forging process, the aluminum wheel manufacturing apparatus and method according to the present invention,
3 is a schematic view showing a center hole machining process as an apparatus and method for manufacturing an aluminum wheel according to the present invention;
4A to 4D are schematic diagrams showing a flow forming process as an apparatus and method for manufacturing an aluminum wheel according to the present invention;
5 is a schematic view showing a hub hole manufacturing process as an apparatus and method for manufacturing an aluminum wheel according to the present invention;
6A to 6D are schematic views showing a lathe machining process as an apparatus and method for manufacturing an aluminum wheel according to the present invention;
7 is a process chart for explaining a conventional low pressure casting disk wheel manufacturing process,

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 반응고 단조 공정 및 유동 성형 공정이 순차적으로 진행되는 복합공정을 통하여, 초경량 고강도의 알루미늄 휠을 제조할 수 있도록 한 점에 주안점이 있다.The present invention has a main point in that it is possible to produce an ultra-light high strength aluminum wheel through a composite process in which the reaction high forging process and the flow molding process are sequentially performed.

먼저, 본 발명에 따른 알루미늄 휠 제조를 위한 반응고 단조 장치 및 그 방법을 설명하면 다음과 같다.First, a reaction solid forging apparatus and method for manufacturing an aluminum wheel according to the present invention will be described.

첨부한 도 1a 내지 도 1d는 본 발명에 따른 알루미늄 휠 제조 장치 및 방법으로서, 반응고 단조 공정을 나타내는 개략도이다.1A to 1D are schematic diagrams showing an apparatus for producing an aluminum wheel according to the present invention and a reaction solid forging process.

본 발명의 반응고 단조 장치는 알루미늄 6000계 전신재 소재를 이용하여 알루미늄 휠의 형상을 예비 성형하는 예비성형부(100)로서, 상부쪽에는 상부 플레이트(102)에 장착되는 상부 금형(104)과 취출 펀치(106)가 배치된다.Reaction solid forging apparatus of the present invention is a pre-formed part 100 for preforming the shape of the aluminum wheel using aluminum 6000-based whole body material, the upper side of the upper mold 104 and the take-out is mounted on the upper plate 102 Punch 106 is disposed.

보다 상세하게는, 상기 상부플레이트(102)의 상면에는 유압실린더(미도시됨)가 결합되고, 상부플레이트(102)의 저면 테두리에는 알루미늄 휠의 반응고 단조를 위한 상부 금형(104)이 일체로 조립되며, 상부플레이트(102)의 중앙부에는 취출 펀치(106)가 상부 이젝트 실린더(107)의 구동에 의하여 승하강 가능하게 장착된다.More specifically, the hydraulic cylinder (not shown) is coupled to the upper surface of the upper plate 102, the upper mold 104 for the reaction high forging of the aluminum wheel integrally to the bottom edge of the upper plate 102. It is assembled, and the blowout punch 106 is mounted to the center of the upper plate 102 so that the upper punch cylinder 107 can be moved up and down.

이러한 상부 금형(104)의 수직방향 아래쪽에는 용탕충진공간을 갖는 하부금형(108)이 하부 플레이트(112)상에 조립 배치되는 바, 상기 하부금형(108)의 중앙부에는 하부작동축(109)이 승하강 가능하게 위치되고, 상기 하부플레이트(112)의 저부에는 하부작동축(109)의 승하강 구동수단인 하부 이젝트 실린더(111)가 배치된다.The lower mold 108 having a molten metal filling space is assembled on the lower plate 112 at the lower side of the upper mold 104, and the lower working shaft 109 is formed at the center of the lower mold 108. The lower ejection cylinder 111, which is positioned to be capable of raising and lowering and is a lowering driving means of the lower operation shaft 109, is disposed at the bottom of the lower plate 112.

또한, 상기 하부금형(108)의 외주부쪽 하부플레이트(112)상에는 레일형 가이드(113)가 장착되고, 이 레일형 가이드(113)에는 전후진 가능하게 사이드 홀더(114)가 배치된다.In addition, a rail-shaped guide 113 is mounted on an outer circumferential lower plate 112 of the lower mold 108, and a side holder 114 is disposed on the rail-shaped guide 113 so as to be able to move forward and backward.

이때, 상기 사이드홀더(114)의 전면에는 사이드금형(110)이 일체로 조립되고, 그 후면에는 전후진 구동수단인 유압실린더(115)가 배치된다.At this time, the side mold 110 is integrally assembled on the front surface of the side holder 114, and the hydraulic cylinder 115 that is the forward and backward driving means is disposed on the rear surface.

이렇게 구성된 반응고 단조용 예비성형부(100)에 의하여 진행되는 반응고 단조 공정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the reaction forging process proceeded by the reaction forging forging preform 100 configured as follows.

먼저, 유압실린더(115)의 구동에 의하여 사이드홀더(114) 및 사이드금형(110)이 레일형 가이드(113)를 따라 전진하여, 하부금형(108)의 측부에 밀착되어, 알루미늄 휠의 예비성형체를 성형하기 위한 캐비티(116)가 형성된다.First, the side holder 114 and the side mold 110 are advanced along the rail guide 113 by the driving of the hydraulic cylinder 115 to be in close contact with the side of the lower mold 108 to form a preform of an aluminum wheel. A cavity 116 is formed for shaping the mold.

이어서, 상기 캐비티(116)내에 알루미늄 6000계 전신재 소재를 녹인 용탕을 주입한다.Subsequently, the molten metal in which the aluminum 6000 system material is melted is injected into the cavity 116.

다음으로, 상기 상부금형(104)이 하강하여 캐비티(116)내의 용탕을 가압하는 반응고 단조 과정이 이루어지게 됨으로써, 알루미늄 휠의 예비성형체가 완성된다.Next, the upper mold 104 is lowered and the reaction solid forging process of pressurizing the molten metal in the cavity 116 is performed, thereby completing the preform of the aluminum wheel.

연이어, 상기 상부금형(104)이 본래 위치로 승강하는 동시에 하부 이젝트 실린더(111)의 구동에 의하여 하부작동축(109)이 하부금형(108)내에 있던 예비성형체의 저면을 밀어 올리게 됨으로써, 예비성형체인 알루미늄 휠(400)이 상부금형(104)과 함께 승강하게 된다.Subsequently, the upper mold 104 is raised to its original position and the lower working shaft 109 pushes up the bottom surface of the preform in the lower mold 108 by driving the lower eject cylinder 111, thereby preforming The chain aluminum wheel 400 is lifted with the upper mold 104.

이어서, 상기 상부금형(104)이 정지된 상태에서 그 아래쪽에 취출 플레이트(118)가 이송로봇(미도시됨)에 의하여 이동하여 배치되고, 이와 동시에 상기 상부 이젝트 실린더(107)의 구동에 의하여 하강하는 취출펀치(106)가 예비성형체인 알루미늄 휠(400)을 밀어 내리게 됨으로써, 알루미늄 휠(400)이 취출 플레이트(118)상에 안착된다.Subsequently, in the state in which the upper mold 104 is stopped, the extraction plate 118 is disposed under the movement by a transfer robot (not shown), and at the same time, the lower mold 104 is lowered by driving the upper eject cylinder 107. As the blowout punch 106 pushes down the aluminum wheel 400 which is a preform, the aluminum wheel 400 is seated on the takeout plate 118.

이와 같은 반응고 단조에 의하여 예비성형되어 취출 플레이트(118)상에 안착되어진 알루미늄 휠(400)은 다음 공정인 센터홀 가공 라인으로 이송된다.The aluminum wheel 400 preliminarily formed by the reaction forging and seated on the takeout plate 118 is transferred to a center hole processing line, which is the next process.

이에, 첨부한 도 3에서 보는 바와 같이 센터홀 가공 라인의 작업대상에 올려진 알루미늄 휠(400)의 허브부(406) 중심 위치에 드릴과 같은 소정의 가공수단을 이용하여 소정 크기의 센터홀(402)이 관통 형성된다.Thus, as shown in Figure 3 attached to the center of the hub portion 406 of the aluminum wheel 400 mounted on the work target of the center hole processing line using a predetermined processing means such as a drill center hole of a predetermined size ( 402 is formed through.

한편, 첨부한 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 사이드금형(110)을 링크부재(119a,119b)를 이용하여 승하강가능하게 조립시킬 수 있다.On the other hand, as shown in Figures 2a to 2d attached, the side mold 110 can be assembled by lifting up and down using the link members (119a, 119b).

즉, 상기 사이드 홀더(114)를 하부 플레이트(112)에 고정시킨 상태에서 사이드홀더(114)와 하부플레이트(112) 사이에 사이드금형(110)을 배치하되, 사이드금형(110)의 상단과 사이드홀더(114)의 상단간을 제1링크부재(119a)로 힌지 연결하고, 동시에 사이드금형(110)의 하단과 하부플레이트(112)간을 제2링크부재(119b)로 연결시키게 된다.That is, the side mold 110 is disposed between the side holder 114 and the lower plate 112 in a state in which the side holder 114 is fixed to the lower plate 112, and the top and side of the side mold 110 are disposed. The upper end of the holder 114 is hinged by the first link member 119a, and at the same time, the lower end of the side mold 110 and the lower plate 112 are connected by the second link member 119b.

따라서, 상기 하부 이젝트 실린더(111)의 구동에 의하여 하부작동축(109)이 하부금형(108)내에 있던 예비성형체의 저면을 밀어 올리게 됨으로써, 예비성형체인 알루미늄 휠(400)이 하부금형(108)과 함께 승강하게 되고, 동시에 사이드금형(110)이 제1 및 제2링크부재(119a,119b)의 회동에 의하여 벌어지면서 승강하게 되어, 반응고 단조에 의하여 예비성형된 알루미늄 휠(400)의 취출이 이루어지게 된다.Therefore, the lower working shaft 109 pushes up the bottom surface of the preform that was in the lower mold 108 by driving the lower ejection cylinder 111, whereby the aluminum wheel 400, which is a preform, becomes the lower mold 108. And ascending and descending, and at the same time, the side mold 110 is lifted and lifted by the rotation of the first and second link members 119a and 119b, and the ejection of the aluminum wheel 400 preformed by reaction forging is performed. This is done.

여기서, 본 발명에 따른 알루미늄 휠 제조 장치의 유동성형부 및 유동 성형 공정을 설명하면 다음과 같다.Here, the flow forming part and the flow forming process of the aluminum wheel manufacturing apparatus according to the present invention will be described.

첨부한 도 4a 내지 도 4d는 본 발명에 따른 알루미늄 휠 제조 장치 및 방법으로서, 유동성형부 및 유동 성형 공정을 나타내는 개략도이다.4A to 4D are schematic diagrams showing an apparatus and a method for manufacturing an aluminum wheel according to the present invention, showing a flow molding part and a flow molding process.

본 발명의 유동성형부(300)는 센터홀(402)이 가공된 알루미늄 휠(400)을 1차 및 2차에 걸쳐 소정의 두께로 성형하는 장치로서, 알루미늄 휠(400)을 잡아주는 유동성형용 척(302a,302b)과, 알루미늄 휠(400)의 림부(404) 및 허브부(406)를 소정의 두께로 유동 성형하는 유동성형용 롤러(304)를 포함하여 구성된다.Flow molding unit 300 of the present invention is a device for forming the aluminum wheel 400, the center hole 402 is processed to a predetermined thickness over the first and second, the flow molding chuck for holding the aluminum wheel 400 302a and 302b, and a flow-forming roller 304 for flowing the rim portion 404 and the hub portion 406 of the aluminum wheel 400 to a predetermined thickness.

상기 유동성형용 척(302a)은 알루미늄 휠(400)의 허브부(406) 중심에 밀착되는 작은 직경의 척으로 채택되고, 그 반대쪽에 위치되는 유동성형용 척(302b)은 허브부(406)의 테두리 부분에 밀착되는 'ㄷ' 단면 구조로 채택된 것이며, 특히 유동성형용 척(302b)의 끝에는 알루미늄 휠의 형상을 갖는 유동성형판(310)이 일체로 조립된다.The flow forming chuck 302a is adopted as a small diameter chuck in close contact with the center of the hub portion 406 of the aluminum wheel 400, and the flow forming chuck 302b located on the opposite side is an edge of the hub portion 406. Adopted in the 'c' cross-sectional structure in close contact with the part, in particular, the end of the flow forming chuck 302b is integrally assembled with a flow forming plate 310 having the shape of an aluminum wheel.

상기 유동성형용 롤러(304)의 중심에는 회전축(305)이 일체로 연결되고, 이 회전축(305)은 중공형의 지지축(306)내에 베어링(307)을 매개로 회전 가능하게 조립되며, 또한 지지축(306)의 상단은 유동성형용 롤러(304)의 X축 및 Y축 이송을 위하여 이송로봇(308)에 연결된다.The rotation shaft 305 is integrally connected to the center of the flow-forming roller 304, the rotation shaft 305 is rotatably assembled through the bearing 307 in the hollow support shaft 306, and also supported The upper end of the shaft 306 is connected to the transfer robot 308 for the X-axis and Y-axis transfer of the flow-forming roller 304.

이러한 구성으로 이루어진 유동성형부(300)에 의한 유동 성형을 위하여 유동성형용 척(302a)에 알루미늄 휠(400)을 고정시킨다.The aluminum wheel 400 is fixed to the flow-forming chuck 302a for flow-forming by the flow-forming part 300 having such a configuration.

즉, 알루미늄 휠(400)의 허브부(406) 외경부 중심에 유동성형용 척(302a)을 밀착시키는 동시에 내경부 테두리 부분에 유동성형용 척(302b)을 밀착시킴으로써, 알루미늄 휠(400)에 대한 고정이 이루어진다.That is, the fluid forming chuck 302a is brought into close contact with the center of the outer diameter portion of the hub 406 of the aluminum wheel 400, and the flow forming chuck 302b is brought into close contact with the inner diameter portion of the aluminum wheel 400, thereby fixing the aluminum wheel 400. This is done.

이때, 상기 유동성형용 척(302b)의 끝단에는 알루미늄 휠의 표면 형상을 갖는 유동성형판(310)이 일체로 고정되어, 실질적으로는 알루미늄 휠(400)의 허브부(406) 내경면이 유동성형판(310)의 정면에 밀착되는 상태가 된다.At this time, the flow forming plate 310 having the surface shape of the aluminum wheel is integrally fixed to the end of the flow forming chuck 302b, so that the inner diameter of the hub portion 406 of the aluminum wheel 400 is substantially the flow forming plate ( It is in a state of being in close contact with the front of the 310.

이렇게 방사형이나 원통형으로 반응고된 예비성형체인 알루미늄 휠(400)을 척(302a,302b)을 이용하여 고정시킨 상태에서, 림부(404)를 소정의 두께(설계된 목표 제품의 림부 규격 칫수)로 성형하는 1차 유동 성형 단계가 진행된다.The rim portion 404 is molded to a predetermined thickness (dimension of the rim portion of the designed target product) while the aluminum wheel 400, which is a reaction molded in a radial or cylindrical shape, is fixed using the chucks 302a and 302b. The first flow molding step is performed.

보다 상세하게는, 상기 알루미늄 휠(400)의 림부(404) 외표면을 X축 또는 Y축 방향으로 이동하는 유동성형용 롤러(304)로 가압시키며 눌러주게 되면, 림부(404)가 유동성형판(310)상에 가압되는 동시에 회전 반경방향으로 눌려지게 되고, 결국 유동성형용 롤러(304)에 의하여 림부(404)의 두께가 소정의 두께까지 얇아지게 되는 동시에 림부(404)의 폭이 소정의 폭까지 늘어나게 됨으로써, 1차 유동 성형 단계가 완료된다.More specifically, when the outer surface of the rim portion 404 of the aluminum wheel 400 is pressed and pressed by the flow forming roller 304 moving in the X-axis or Y-axis direction, the rim portion 404 is the flow-forming plate 310 At the same time, it is pressed in the rotational radial direction, and eventually the thickness of the rim portion 404 is made thin by a predetermined thickness by the flow forming roller 304, and at the same time the width of the rim portion 404 is increased to a predetermined width. This completes the first flow molding step.

다음으로, 알루미늄 휠(400)의 허브부(406)에 대한 유동 성형 과정인 2차 유동 성형 단계 즉, 예비성형체인 알루미늄 휠(400)의 허브부(406)의 두께가 소정의 두께까지 얇아지게 하는 2차 유동 성형 단계가 진행된다.Next, the thickness of the hub portion 406 of the aluminum wheel 400 which is the preform, that is, the flow forming process for the hub portion 406 of the aluminum wheel 400, that is, the thickness is reduced to a predetermined thickness. The secondary flow forming step is performed.

이를 위해, 1차 유동 성형된 알루미늄 휠(400)을 180°뒤집어서 반대방향으로 척(302a,302b)에 고정시킨다.To this end, the primary flow molded aluminum wheel 400 is turned 180 ° and fixed to the chucks 302a and 302b in opposite directions.

이어서, 알루미늄 휠(400)의 허브부(406) 외표면을 X축 또는 Y축 방향으로 이동하는 유동성형용 롤러(304)로 가압시키면서 소정의 두께까지 유동 성형을 하게 된다.Subsequently, the outer surface of the hub portion 406 of the aluminum wheel 400 is pressurized by the flow-forming roller 304 moving in the X-axis or Y-axis direction, and flow molding is performed to a predetermined thickness.

즉, 상기 유동성형용 롤러(304)가 알루미늄 휠(400)의 허브부(406)를 외측에서 내측으로 눌러주며 소정의 두께까지 유동 성형을 하게 된다.That is, the flow forming roller 304 presses the hub portion 406 of the aluminum wheel 400 from the outside to the inside to perform the flow molding to a predetermined thickness.

보다 상세하게는, 예비성형체인 알루미늄 휠(400)의 허브부(406)를 유동성형용 롤러(304)가 외측에서 내측으로 가압하며 눌러줄 때, 눌려지는 소재량이 센터홀(402)쪽으로 용이하게 흐르게 되어, 허브부(406)의 두께를 소정의 두께로 용이하게 성형할 수 있다.More specifically, when the fluid forming roller 304 presses the hub portion 406 of the aluminum wheel 400, which is a preform, from the outside to the inside, the amount of material to be pressed is easily flowed toward the center hole 402. Thus, the thickness of the hub portion 406 can be easily molded to a predetermined thickness.

만일, 센터홀(402)이 없는 상태에서 알루미늄 휠(400)의 허브부(406)를 외측에서 내측으로 눌러줄 때, 눌려지는 소재량이 허브부(406)의 중심에 몰리면서 허브부(406)의 중심부 두께가 증가할 수 있지만, 센터홀(402)을 형성함에 따라 눌려지는 소재량이 센터홀(402)로 용이하게 흐르게 되어, 전체적인 허브부(406)의 두께 제어가 용이하게 이루어질 수 있다.When the hub portion 406 of the aluminum wheel 400 is pressed from the outside to the inside in the absence of the center hole 402, the amount of material to be pressed is concentrated in the center of the hub portion 406 and the hub portion 406 is provided. Although the thickness of the central portion of the may increase, the amount of material to be pressed easily flows into the center hole 402 as the center hole 402 is formed, so that the overall thickness of the hub portion 406 may be easily controlled.

본 발명에 따르면, 첨부한 도 5에서 보는 바와 같이 상기 유동 성형부(300)에서 최종 성형된 알루미늄 휠(400)은 허브홀 가공부(500)로 이송되어 허브부(406)의 중심에 실제 허브홀(408)을 가공하는 단계가 더 진행되고, 이어서 첨부한 도 6a 내지 도 6d에 도시된 바와 같이 선반가공부(600)에서 허브홀 가공이 완료된 알루미늄 휠(400)의 내외면에 대한 CNC 가공이 이루어진 후, 허브부(406)에 볼트홀 및 벤트홀을 가공하는 단계가 더 진행되어, 최종적인 알루미늄 휠 제품으로 완성된다.According to the present invention, as shown in the accompanying FIG. 5, the aluminum wheel 400 finally formed in the flow forming part 300 is transferred to the hub hole processing part 500 to be the actual hub in the center of the hub part 406. The machining of the hole 408 is further performed. Then, as shown in FIGS. 6A to 6D, CNC machining of the inner and outer surfaces of the aluminum wheel 400 where the hub hole processing is completed is performed in the lathe machining part 600. After the process, the step of machining the bolt hole and the vent hole in the hub portion 406 is further progressed to complete the final aluminum wheel product.

한편, 상기와 같이 제조되는 알루미늄 휠에 대하여 미국 ASTM 미국금속표준규정에 따른 열처리 공정이 더 진행되는데, 열처리를 통하여 목표로 하는 물성, 즉 인장강도, 항복강도, 연신율 등을 만족하는 수준으로 유지시킬 수 있다.On the other hand, the heat treatment process according to the United States ASTM American Metal Standards for the aluminum wheel manufactured as described above is further progressed, through the heat treatment to maintain the target properties, ie tensile strength, yield strength, elongation, etc. Can be.

즉, 상기 반응고 단조 단계후의 예비성형체인 알루미늄 휠(400)에 대하여 센터홀(402)을 가공하기 위해 실시하는 T6 열처리(용체 -> 수조급냉 -> 시효) 또는 용체화 열처리 단계와, 2차 유동성형 단계후 실시하는 시효 열처리 단계가 진행됨으로서, 인장강도, 항복강도, 연신율 등을 만족하는 수준으로 유지시킬 수 있다.That is, the T6 heat treatment (solvent-> water bath quenching-> aging) or solution heat treatment step performed to process the center hole 402 for the aluminum wheel 400, which is a preform after the reaction high forging step, and the secondary heat treatment step; As the aging heat treatment step performed after the flow forming step proceeds, it can be maintained at a level satisfying tensile strength, yield strength, elongation, and the like.

상기 용체과정에 의하여 알루미늄 휠을 응고시작점보다 낮은 535도에서 5시간 유지시켜 심부까지 열을 받아 조직을 연화시키게 되고, 이후 물에 급속히 담구어 조직을 급냉시키면서 미세화시킨 후, 시효온도 약 155도에서 5시간 유지시킨 후 공기중에 서냉하여 열처리를 마치게 된다.By the solution process, the aluminum wheel is kept at 535 degrees lower than the solidification start point for 5 hours to soften the tissue by receiving heat up to the core, and then immersed in water rapidly to refine the tissue while quenching the tissue and then at an aging temperature of about 155 degrees. After maintaining for 5 hours, it is cooled in air and finished heat treatment.

이때, 상기 유동 성형 과정은 용체 열처리가 끝난후, 실시하여도 가능하고, 용체 및 시효과정을 모두 끝낸 후에 유동 성형 과정을 진행할 수 있다.In this case, the flow molding process may be carried out after the heat treatment of the solution, and may be performed after the completion of the solution and the time-effect tablet.

이와 같이, 물성이 높은 알루미늄 6000계열의 소재를 반응고 단조 공정 및 유동 성형 공정을 통하여, 리사이클이 가능하면서도 초경량 고강도의 알루미늄 휠로 용이하게 제조할 수 있다.
As such, the aluminum 6000 series material having high physical properties can be easily manufactured as an ultra-high strength aluminum wheel that can be recycled through a reaction high forging process and a flow molding process.

100 : 예비성형부 102 : 상부 플레이트
104 : 상부 금형 106 : 취출 펀치
107 : 상부 이젝트 실린더 108 : 하부 금형
109 : 하부작동축 110 : 사이드 금형
111 : 하부 이젝트 실린더 112 : 하부 플레이트
113 : 레일형 가이드 114 : 사이드 홀더
115 : 유압실린더 116 : 캐비티
118 : 취출 플레이트 200 : 센터홀 가공부
300 : 유동성형부 302a, 302b : 유동성형용 척
304 : 유동성형용 롤러 305 : 회전축
306 : 지지축 307 : 베어링
308 : 이송로봇 310 : 유동성형판
400 : 알루미늄 휠 402 : 센터홀
404 : 림부 406 : 허브부
408 : 허브홀 500 : 허브홀 가공부
600 : 선반가공부
100: preform 102: the upper plate
104: upper mold 106: take-out punch
107: upper eject cylinder 108: lower mold
109: lower working shaft 110: side mold
111: lower eject cylinder 112: lower plate
113: rail guide 114: side holder
115: hydraulic cylinder 116: cavity
118: blowout plate 200: center hole processing unit
300: flow molding part 302a, 302b: flow molding chuck
304: roller for flow molding 305: rotating shaft
306: support shaft 307: bearing
308: transfer robot 310: flow molding plate
400: aluminum wheel 402: center hole
404: rim portion 406: hub portion
408: hub hole 500: hub hole machining
600: lathe machining

Claims (6)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 상부 금형(104)과, 하부 금형(108)과, 사이드 금형(110)에 의하여 형성되는 캐비티(116)내에 알루미늄 6000계 전신재 소재를 용해시킨 용탕을 주입하여 알루미늄 휠을 위한 예비성형체로 성형하는 반응고 단조 단계와;
반응고 단조로 제작된 예비성형체인 알루미늄 휠(400)을 유동성형부(300)의 일측쪽 유동성형용 척(302a)과 유동성형판(310)을 갖는 타측쪽 유동성형용 척(302b)에 회전 가능하게 고정시킨 후, 고정된 알루미늄 휠(400)의 림부(404) 외표면이 유동성형용 롤러(304)에 의하여 유동성형판(310)상에 가압되는 동시에 회전 반경방향으로 눌려지면서, 림부(404)의 두께가 소정의 두께까지 얇아지게 되는 동시에 림부(404)의 폭이 소정의 폭까지 늘어나게 되는 1차 유동성형 단계와;
예비성형체인 알루미늄 휠(400)의 허브부(406)의 두께가 소정의 두께까지 얇아지게 하는 단계로서, 상기 유동성형용 롤러(304)로 알루미늄 휠(400)의 허브부(406)를 외측에서 내측으로 눌러주는 2차 유동성형 단계로 이루어지며;
상기 1차 유동성형 단계 전에 예비성형체인 알루미늄 휠(400)의 중심에 센터홀(402)을 가공하는 단계를 더 진행하여, 2차 유동성형 단계시 예비성형체인 알루미늄 휠(400)의 허브부(406)를 외측에서 내측으로 눌러줄 때, 눌려지는 소재가 센터홀(402) 방향으로 흐를 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 반응고 단조 및 유동 성형의 복합 공정을 이용한 알루미늄 휠 제조 방법.
Reaction of forming a preform for an aluminum wheel by injecting a molten aluminum 6000 system material into the cavity 116 formed by the upper mold 104, the lower mold 108, and the side mold 110. High forging step;
The aluminum wheel 400, which is a preform manufactured by reaction forging, is rotatably fixed to the other side of the fluid forming chuck 302a and the other side of the fluid forming chuck 302b having the fluid forming plate 310. After that, the outer surface of the rim portion 404 of the fixed aluminum wheel 400 is pressed on the flow forming plate 310 by the flow forming roller 304 and pressed in the rotational radial direction, thereby increasing the thickness of the rim portion 404. A first flow molding step of thinning to a predetermined thickness and simultaneously increasing the width of the rim portion 404 to a predetermined width;
The thickness of the hub portion 406 of the aluminum wheel 400, which is a preform, is reduced to a predetermined thickness, and the hub portion 406 of the aluminum wheel 400 is moved from the outside to the inside by the flow-forming roller 304. Pressurized into a second flow molding step;
Further processing the center hole 402 in the center of the pre-formed aluminum wheel 400 before the first flow molding step, the hub portion of the pre-formed aluminum wheel 400 in the second flow molding step ( When pressing the 406 from the outside to the inside, the pressed material can flow in the direction of the center hole (402) characterized in that the aluminum wheel manufacturing method using a combined process of reaction high forging and flow molding.
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