KR101059158B1 - 하이드로 포밍을 이용한 차량용 휠의 제조방법 - Google Patents

Abstract

하이드로 포밍 공법을 이용하여 림과 디스크가 일체화된 차량용 휠을 제조하는 방법으로서,

내부에 유압이 작용할 수 있도록 일단에 폐쇄부가 형성된 튜브를 만드는 공정; 상기 튜브를 상부금형과 하부금형 사이에 배치하고, 상기 폐쇄부를 기준으로 상기 튜브 내부에 가압펀치를 배치하고 상기 가압펀치에 대응되게 튜브 외부에 사이드펀치를 배치하는 공정; 상기 튜브 내부로 유체를 공급하여 유압에 의해 상기 튜브 외주면이 상부금형과 하부금형의 형상대로 확관되어 림이 형성되도록 하고, 상기 가압펀치와 사이드펀치를 서로 접근시켜 가압펀치와 사이드펀치의 형상대로 상기 폐쇄부가 성형되어 디스크가 형성되도록 하는 공정;을 포함하는 하이드로포밍을 이용한 차량용 휠 제조방법이 소개된다.

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Description

하이드로 포밍을 이용한 차량용 휠의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING OF AUTOMOBILE WHEEL USING HYDROFORMING}

본 발명은 하이드로 포밍을 이용한 차량용 휠 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 하이드로 포밍 공법을 이용하여 림과 디스크가 일체화된 차량용 휠을 제조하는 방법에 관한 것이다.

차량용 휠은 타이어를 지지하는 구조물로써 고속 회전될 뿐만 아니라 고속 주행하는 차량의 각 타이어가 서로 정밀한 균형을 이루지 못할 경우 사고를 유발하여 인명이나 재산상의 피해와 직결되므로 정교한 제작이 요구된다.

또한, 차량용 휠은 금속재로써 가공의 어려움에 따른 가격상승의 요인이 되고 있는바, 상술한 제작의 정교성 외에 제작공법의 개선으로 인한 대량생산 수단도 아울러 강구하여야 할 과제이다. 이는 날로 증가하는 차량에 비례하여 차량용 휠의 수요가 급증하고 있는 점을 감안할 때 그 제작공법의 개선이 시급히 요구된다.

일반적으로 차량용 휠은 알루미늄 합금제와 철계 소재로 크게 구분된다. 철계 휠은 소성가공에 의해 제조되기 때문에 형상의 자유도가 낮으나 생산성이 높기 때문에 주요 생산방법이 되고 있다.

도1은 종래의 차량용 휠을 나타낸 단면도이고, 도2는 종래의 차량용 휠의 제조방법을 나타낸 참고도이다.

도1에 도시된 바와 같이, 종래의 차량용 휠(10)은 림(11)과 디스크(12)를 각각 별도로 제조한 후 상기 림(11) 내부에 상기 디스크(12)를 용접함으로써 하나의 휠(10)이 제조된다.

즉, 도2에 도시된 바와 같이 종래에는 디스크(12)를 제조하기 위해 소정의 두께를 갖는 하나의 디스크용 강판을 마련하고, 상기 디스크용 강판을 소정 형상으로 블랭킹하여 블랭킹소재로 만든 후, 상기 블랭킹소재를 몇 단계 스탬핑(stamping) 공정의 다단 프레스 포밍을 통하여 디스크(12)를 제조한다.

또한, 림(11)을 제조하기 위해서는 림용 강판을 구부리고 그 끝단을 서로 용접하여 하나의 관재를 만든 후, 상기 관재에 롤포밍 및 확관 공정을 통해 원하는 형상의 림(11)을 만든다.

이와 같이 디스크(12)와 림(11)이 각각 별개로 제조되고 나면, 상기 림(11)의 내부 소정 위치에 상기 디스크(12)를 삽입한 후 용접을 통해 차량용 휠(10)이 제조되는데, 이때 상기 용접부의 이상유무를 판단하는 별도의 검사가 필요하다.

상술한 바와 같은 종래의 차량용 휠 제조방법은, 림과 디스크를 복잡한 몇 단계의 공정을 통하여 각각 별도로 제작한 후 림과 디스크를 다시 용접하는 단계를 거쳐야 하고, 최종적으로 그 용접부를 다시 검사하는 단계를 거쳐야 하므로, 차량용 휠 한 개를 제조하는데 많은 시간과 공정이 소요되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 림과 디스크가 각각 별도로 제작되던 종래의 제조방법에서 탈피하여 한 번에 일체로 제조될 수 있도록 함으로써 차량용 휠의 제조에 따른 비용과 시간, 공정을 줄이는데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명은,

내부에 유압이 작용할 수 있도록 일단에 폐쇄부가 형성된 튜브를 만드는 공정;

상기 튜브를 상부금형과 하부금형 사이에 배치하고, 상기 폐쇄부를 기준으로 상기 튜브 내부에 가압펀치를 배치하고 상기 가압펀치에 대응되게 튜브 외부에 사이드펀치를 배치하는 공정;

상기 튜브 내부로 유체를 공급하여 유압에 의해 상기 튜브 외주면이 상부금형과 하부금형의 형상대로 확관되어 림이 형성되도록 하고, 상기 가압펀치와 사이드펀치를 서로 접근시켜 가압펀치와 사이드펀치의 형상대로 상기 폐쇄부가 성형되어 디스크가 형성되도록 하는 공정;을 포함하는 하이드로포밍을 이용한 차량용 휠 제조방법을 제공한다.

여기서, 상기 튜브는, 판재가 블랭킹된 후 스탬핑 공법을 통해 컵 형태로 만들어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 튜브는, 블랭킹된 판재를 둥글게 구부리고 그 끝단을 용접한 후 일단을 또 다른 판재로 막아 폐쇄부가 형성되도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 차량용 휠에서 림과 디스크가 한번에 일체로 제조되기 때문에 전체적인 공정수가 감소되어 차량용 휠의 제조비용과 시간이 크게 줄어들어 생산성이 증대되는 효과가 있다.

또한, 림과 디스크가 일체로 성형되기 때문에 차량용 휠의 강도가 증대되고 별도의 용접부위가 없어지므로, 그 용접부위에 의해 발생하던 휠밸런스의 불균형 문제가 해소되어 차량의 고속주행 성능이 크게 개선되는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

도3은 본 발명에 따른 차량용 휠의 제조방법에 의해 제조된 휠의 단면도이고, 도4는 본 발명에 따른 차량용 휠의 제조방법을 간략하게 나타낸 참고도이며, 도5a 내지 도5d는 본 발명의 제조방법에서 적용되는 하이드로포밍 공법을 설명하기 위한 설명도이다.

본 발명에 따른 차량용 휠 제조방법에 대하여 설명하기 전에 본 발명에 적용 되는 하이드로 포밍 공법에 대하여 간략하게 소개한다.

하이드로포밍을 통하여 성형품을 제작하는 방법은, 두께가 일정한 판상의 스틸 강판을 원통형상의 튜브로 제작하여 이 튜브의 내부에 유체를 채우고 금형에 장입한 후 튜브의 내부에 채워진 유체의 압력을 증가시키면 금형의 형상에 따라 성형되도록 하는 것이다.

이와 같이 하이드로포밍 기술은 튜브를 이용한 일체성형 방법으로 조관과정에서의 가공경화를 통하여 일반적인 스탬핑 기술보다 강도 및 강성이 높은 고품질의 부품을 얻을 수 있는 기술이다.

본 발명은 이와 같은 하이드로 포밍 공법을 이용하여 림(110)과 디스크(120)가 일체화된 차량용 휠(100)을 제조하는데, 도3은 본 발명에 따른 방법에 의하여 제조된 차량용 휠(100)을 나타낸 것이다.

도3에서 보면 차량용 휠(100)은 타이어가 장착되는 림(110)과, 차축이 결합되는 디스크(120)가 일체로 형성되어 있는데, 상기 차량용 휠(100)은 본 발명에 따른 제조방법에 따라 하이드로 포밍 공법이 적용되어 일체로 형성된다.

본 발명에 따른 하이드포밍을 이용한 차량용 휠(100) 제조방법은 다음과 같은 몇 단계의 공정을 포함하여 이루어진다.

먼저, 내부에 유압이 작용할 수 있도록 일단이 폐쇄된 폐쇄부(131)가 형성된 튜브(130)를 만든다.

상기 튜브(130)는 도4에 도시된 바와 같이 소정 두께의 판재를 블랭킹한 다음, 그 블랭킹소재를 스탬핑공법을 통해 연신시켜 일단이 막혀서 폐쇄부(131)를 갖 는 컵 형태로 만들어질 수도 있고, 상기 블랭킹소재를 튜브(130)형태로 구부리고 그 끝단을 용접한 후 일단을 별도의 판재로 막아 폐쇄부(131)가 형성되도록 할 수도 있는바, 공정 자체는 전자가 간단하지만 실시자의 필요에 따라 이 두가지 방법 중에서 선택할 수 있다.

이와 같이 일단에 폐쇄부(131)가 형성된 튜브(130)가 완성되면, 상기 튜브(130)에 하이드로 포밍 공법을 적용해 림(110)과 디스크(120)가 일체로 된 차량용 휠(100)을 제조할 수 있다.

이하, 도5a 내지 도5d를 참조하여 하이드로 공법을 통해 림(110)과 디스크(120)가 일체화된 차량용 휠(100)의 제조방법을 구체적으로 설명한다.

도5a에 도시된 바와 같이, 상기 튜브(130)를 상부금형(210)과 하부금형(220) 사이에 배치하고, 상기 튜브(130)의 폐쇄부(131)를 기준으로 상기 튜브(130) 내부에 가압펀치(230)를 배치하며, 상기 가압펀치(230)에 대응되게 튜브(130) 외부에 사이드펀치(240)를 배치한다.

즉, 성형하고자 하는 형태의 성형부가 형성된 상부금형(210) 및 하부금형(220)에 성형 전인 원통형의 튜브(130)를 위치시킨 후, 상기 튜브(130)의 폐쇄부(131)가 형성된 반대편 타단을 가압펀치(230)를 이용하여 밀폐하고, 상기 가압펀치(230)와의 사이에 상기 폐쇄부(131)가 위치하도록 상기 튜브(130)의 외부에 사이드펀치(240)가 배치된다.

그 다음 상기 튜브(130) 내부로 유체를 공급하여 유압에 의해 상기 튜 브(130) 외주면이 상부금형(210)과 하부금형(220)의 형상대로 확관되어 림(110)이 형성되도록 하고, 상기 가압펀치(230)와 사이드펀치(240)를 서로 접근시켜 가압펀치(230)와 사이드펀치(240)의 형상대로 상기 폐쇄부(131)가 성형되어 디스크(120)가 형성되도록 하면, 림(110)과 디스크(120)가 일체화된 차량용 휠(100)이 제조된다.

여기서, 상기 튜브(130) 내부로 유체가 공급되면 상기 튜브(130)가 외측으로 확장되는데 이때 상기 유체는 상기 가압펀치(230)를 통하여 상기 튜브(130) 쪽으로 공급된다. 즉, 도5b와 같이 상기 가압펀치(230)의 내부로 유체가 공급되고 그 유체는 상기 가압펀치(230)에 형성된 관통공(231)을 통해 상기 튜브(130)로 공급되어 튜브(130) 내부에 유압력이 가해지도록 한다.

도5b를 참조하면, 상기 튜브(130)에 유압력이 작용하여 상기 튜브(130)는 외측으로 다소 확장되어 있는 상태이며 이때 상기 사이드펀치(240)가 상기 가압펀치(230) 쪽으로 이동되면서 상기 폐쇄부(131)의 형상을 만들어간다.

상기 튜브(130)에 작용하는 유압력이 더욱 커지면 상기 튜브(130)는 확관이 점점 진행되면서 도5c와 도5d에 나타낸 바와 같이 그 외주면이 상부금형(210)과 하부금형(220)의 형상대로 변하여 림(110)의 형상을 이룬다.

또한, 상기 가압펀치(230)와 상기 사이드펀치(240)가 서로 접근되면서 상기 튜브(130)의 폐쇄부(131)는 가압펀치(230)와 사이드펀치(240)의 형상대로 성형되어 디스크(120)의 형상을 이루게 된다.

이와 같이 하이드로 포밍 공법을 통해 튜브(130)가 확관되면서 림(110)이 형 상을 이루게 되고, 그 림(110)과 일체로 디스크(120)가 성형되기 때문에 차량용 휠(100)의 강도가 높아질 뿐만 아니라 휠의 제조공정이 매우 간단해진다.

또한 림(110)과 디스크(120)를 별도로 용접할 필요가 없기 때문에 휠밸런스가 종전보다 개선되고 이에 따라 고속주행 성능이 좋아진다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변형이 가능한바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.

도1은 종래의 차량용 휠을 나타낸 단면도,

도2는 종래의 차량용 휠의 제조방법을 나타낸 참고도,

도3은 본 발명에 따른 차량용 휠의 제조방법에 의해 제조된 휠의 단면도,

도4는 본 발명에 따른 차량용 휠의 제조방법을 간략하게 나타낸 참고도,

도5a 내지 도5d는 본 발명의 제조방법에서 적용되는 하이드로포밍 공법을 설명하기 위한 설명도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 차량용 휠 110 : 림

120 : 디스크 210 : 상부금형

220 : 하부금형 230 : 가압펀치

240 : 사이드펀치

Claims (3)

1. 내부에 유압이 작용할 수 있도록 일단에 폐쇄부(131)가 형성된 튜브(130)를 만드는 공정;

   상기 튜브(130)를 상부금형(210)과 하부금형(220) 사이에 배치하고, 상기 폐쇄부(131)를 기준으로 상기 튜브(130) 내부에 가압펀치(230)를 배치하고 상기 가압펀치(230)에 대응되게 튜브(130) 외부에 사이드펀치(240)를 배치하는 공정;

   상기 튜브(130) 내부로 유체를 공급하여 유압에 의해 상기 튜브(130) 외주면이 상부금형(210)과 하부금형(220)의 형상대로 확관되어 림(110)이 형성되도록 하고, 상기 가압펀치(230)와 사이드펀치(240)를 서로 접근시켜 가압펀치(230)와 사이드펀치(240)의 형상대로 상기 폐쇄부(131)가 성형되어 디스크(120)가 형성되도록 하는 공정;을 포함하는 하이드로 포밍을 이용한 차량용 휠의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 튜브(130)는, 판재가 블랭킹된 후 스탬핑 공법을 통해 컵 형태로 만들어지는 것을 특징으로 하는 하이드로 포밍을 이용한 차량용 휠의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 튜브(130)는, 블랭킹된 판재를 둥글게 구부리고 그 끝단을 용접한 후 일단을 또 다른 판재로 막아 폐쇄부(131)가 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 하이드로 포밍을 이용한 차량용 휠의 제조방법.

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