KR101081054B1 - 자동차용 중공 스태빌라이저 바의 표면처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 중공 스태빌라이저 바의 표면처리방법에 관한 것으로 특히, 자동차용 중공 스태빌라이저 바의 표면처리방법에 있어서, 일정온도(T1 ℃; 920-990℃)를 갖는 가열장치를 통과시켜 주며 중공 스태빌라이저 바를 가열시켜 주는 열처리 공정과; 이어서 중공 스태빌라이저 바를 일정온도(T2 ℃; 250-400℃)를 갖는 로에 넣고 일정시간(t2; 20-40분) 동안 뜨임을 실시하여 중공 스태빌라이저 바의 내부 잔류 응력을 제거하는 뜨임 공정과; 일정온도(T3 ℃; 250-300℃)를 유지하는 가열로에 중공 스태빌라이저 바를 일정시간(t3; 25-35분) 동안 통과시키며 가열시켜 주는 가열 공정과; 쇼트 피닝기 속에 일정온도(T4 ℃; 100-250℃)를 갖는 중공 스태빌라이저 바를 넣고 중공 스테빌라이저 바에 쇼트 와이어를 일정시간(t4; 2-6분) 동안 표면에 충돌시켜 피로강도를 높이고 기계적 성질을 향상시켜 주는 핫 쇼트 피닝 공정과; 핫 쇼트 피닝 공정 후 냉각이 완료된 중공 스태빌라이저 바의 표면에 도장을 실시하는 도장 공정;으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

따라서, 중공 스태빌라이저 바 자체의 피로강도를 더욱 높일 수 있어 두께가 얇은 파이프를 이용하여서도 원하는 피로강도를 갖는 중공 스태빌라이저 바를 제조할 수 있으므로 경량화가 가능함은 물론 제품의 생산원가를 대폭 절감할 수 있고, 특히 제품 자체의 상품성과 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 것이다.

스태빌라이저 바, 표면처리방법, 가열, 핫 쇼트 피닝, 피로강도, 경량화

Description

자동차용 중공 스태빌라이저 바의 표면처리방법{Surface treatment method for hollow stabilizer bar in automobile}

본 발명은 자동차용 중공 스태빌라이저 바의 표면처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차의 차체가 기울어지는 것을 줄이기 위해 사용되는 스태빌라이저 바(Stabilizer)를 중공 파이프로 성형하고자 할 때 피로강도를 높이고, 파이프의 두께는 보다 얇은 것을 사용할 수 있음은 물론 스태빌라이저 바 자체를 경량화할 수 있도록 하기 위해 열처리 공정과 뜨임 공정 후 쇼트 피닝 공정을 실시하지 않고 가열 공정과 핫 쇼트 피닝 공정을 실시한 다음 도장을 실시하는 방법을 통해 종래 쇼트 피닝 공정을 통해 제조되는 스태빌라이저 바보다 중공 스태빌라이저 바의 피로강도는 더욱 높이면서도 두께는 얇고 경량화가 가능하도록 발명한 것이다.

일반적으로 스태빌라이저는 차체의 기울어짐을 줄이기 위하여 부착되는 '비틀림 본 스프링(일명 "토션 바"라고도 함)"으로 앞뒤 바퀴 모두에 사용되며, 이와 같은 스태빌라이저 바의 양끝은 좌우의 서스팬션(보통은 로 암)에 부착하고, 좌우 바퀴의 움직임에 차이가 있을 때만 작용한다.

예를 들어 코너링을 할 때 바깥쪽 바퀴가 부딪히거나 안쪽 바퀴가 튀어오르는데 이때 좌우 바퀴의 움직임을 같게 하는 작용을 하여 차제의 기울기를 줄여 주거나, 좌우 바퀴가 동시에 퉁격 또는 리바운드할 때는 작동하지 않으며, 앞바퀴에 스태빌라이저 바를 부착하면 언더 스티어를 증가시키고, 뒷바퀴에 부착하면 오버 스티어의 경향을 가지게 되며, 앤티롤 바 또는 스웨이 바라고도 한다.

상기와 같은 스태빌라이저를 구성하고 있는 요소 중 스태빌라이저 바는 통상 환봉 형상의 속이 꽉 찬 소재를 사용하여 제작하고 있는데, 이 경우 그 중량이 많이 나갈 뿐만 아니라 제작비용이 상승된다는 문제점이 있어 최근에는 중량을 대폭 감소시키고 제작비용을 절감하기 위하여 중공 형상의 파이프를 사용하여 스태빌라이저 바 바를 제작하고 있는 실정이다.

이와 같이 중공 형상의 파이프를 사용하여 스태빌라이저 바를 제작할 경우 기계적 성질을 증대시키고 피로강도를 높이기 위한 일련의 표면처리공정을 실시하고 있다.

종래의 자동차용 중공 스태빌라이저 바 표면처리방법은 도 1에 도시된 바와 같이, 중공 스태빌라이저 바를 일정온도로 가열시키는 열처리 공정과; 상기와 같이 열 처리된 중공 스태빌라이저 바의 내부 잔류 응력을 제거하기 위해 실시되는 뜨임(tempering) 공정과; 중공 스태빌라이저 바를 쇼트 피닝기에 넣고 원심력 또는 압축 공기로 조그마한 강철 구슬을 중공 스태빌라이저 바의 표면에 충돌시켜 피로강도를 높이고 기계적 성질을 향상시켜 주는 쇼트 피닝(shot peening) 공정과; 중공 스태빌라이저 바의 표면에 도장을 실시하는 도장 공정;으로 이루어졌다.

그런데 이와 같은 공정을 거쳐 자동차용 중공 스태빌라이저 바의 표면처리를 실시할 경우 쇼트 피닝 공정에서 중공 스태빌라이저 바의 피로강도를 최대로 증대시킬 수 없다.

따라서, 종래에는 중공 스태빌라이저 바의 원하는 강도를 얻기 위해 중공 스태빌라이저 바를 구성하고 있는 중공 파이프 자체를 보다 두꺼운 것을 채택하고 있어 경량화가 불가능하고 제품의 생산원가 높아지는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 자동차의 차체가 기울어지는 것을 줄이기 위해 사용되는 스태빌라이저 바를 중공 파이프를 사용하여 제작할 때 뜨임 공정과 도장 공정 사이에 중공 스태빌라이저 바를 일정온도(예를 들어 250-300℃)를 갖는 가열로를 정해진 시간(예를 들어 25-35분) 동안 통과시키며 가열한 다음 쇼트 피닝기 속 중공 스테빌라이저 바의 온도를 일정온도(예를 들어 100-250℃) 유지시키면서 정해진 시간(예를 들어 2-6분) 동안 핫 쇼트 피닝을 실시하여 중공 스태빌라이저 바 자체의 피로강도를 더욱 높일 수 있을 뿐만 아니라 두께가 얇은 파이프를 이용하여서도 원하는 피로강도를 갖는 중공 스태빌라이저 바를 제조할 수 있어 경량화가 가능함은 물론 제품의 생산원가를 절감할 수 있고, 특히 제품 자체의 상품성과 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 자동차용 중공 스태빌라이저 바의 표면처리방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 방법은, 자동차용 중공 스태빌라이저 바의 표면처리방법에 있어서, 일정온도(T1 ℃)를 갖는 가열장치를 통과시켜 주며 중공 스태빌라이저 바를 가열시켜 주는 열처리 공정과; 이어서 중공 스태빌라이저 바를 일정온도(T2 ℃)를 갖는 로에 넣고 일정시간(t2) 동안 뜨임을 실시하여 중공 스태빌라이저 바의 내부 잔류 응력을 제거하는 뜨임 공정과; 일정온도(T3 ℃)를 유 지하는 가열로에 중공 스태빌라이저 바를 일정시간(t3) 동안 통과시키며 가열시켜 주는 가열 공정과; 쇼트 피닝기 속에 일정온도(T4 ℃)를 갖는 중공 스태빌라이저 바를 넣고 중공 스테빌라이저 바에 쇼트 와이어를 일정시간(t4) 동안 표면에 충돌시켜 피로강도를 높이고 기계적 성질을 향상시켜 주는 핫 쇼트 피닝 공정과; 핫 쇼트 피닝 공정 후 냉각이 완료된 중공 스태빌라이저 바의 표면에 도장을 실시하는 도장 공정;으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 열처리 공정에서의 가열장치 내 일정온도(T1 ℃)는 920-990℃이고, 뜨임 로 내 일정온도(T2 ℃)는 250-400℃이며 뜨임 시간(t2)은 20-40분이고, 가열로 내 일정온도(T3 ℃)는 250-300℃이며 개당 통과시간(t3)은 25-35분이고, 핫 쇼트 피닝 공정에서 쇼트 피닝기 속 중공 스테빌라이저 바의 일정온도(T4 ℃)는 100-250℃이고 핫 쇼트 피닝시 개당 통과시간(t4)은 2-6분인 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 방법에 의하면, 자동차의 차체가 기울어지는 것을 줄여주기 위해 사용되는 스태빌라이저 바를 중공 파이프로 제작할 때 열처리 공정 후 실시되는 뜨임 공정과 최종 도장 공정 사이에 중공 스태빌라이저 바를 일정온도(예를 들어 250-300℃)를 갖는 가열로를 정해진 시간( 예를 들어 25-35분) 동안 통과시키며 가열한 다음 쇼트 피닝기 속 중공 스테빌라이저 바의 온도를 일정온도(예를 들어 100-250℃) 유지시키면서 정해진 시간(예를 들어 2-6분) 동안 핫 쇼트 피닝을 실시하여 줌으로써 중공 스태빌라이저 바 자체의 피로강도를 더욱 높일 수 있어 두께가 얇은 파이프를 이용하여서도 원하는 피로강도를 갖는 중공 스태빌라이저 바를 제조할 수 있으므로 경량화가 가능함은 물론 제품의 생산원가를 대폭 절감할 수 있고, 특히 제품 자체의 상품성과 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명 방법을 설명하기 위한 공정도를 나타낸 것이고, 도 3의 (a)-(d)는 종래 방법에 의해 제조된 중공 스태빌라이저 바와 본 발명 방법을 통해 제조된 중공 스태빌라이저 바들의 피로도 시험 결과 사진을 나타낸 것이다.

이에 따르면 본 발명 방법 도 2에 도시된 바와 같이, 자동차용 중공 스태빌라이저 바의 표면처리방법에 있어서,

일정온도(T1 ℃)를 갖는 가열장치를 통과시켜 주며 중공 스태빌라이저 바 소재를 변태 점까지 가열하여 재질의 조직을 변경시켜 소재 자체에 강성을 부여시켜 주는 열처리 공정(S1)과;

이어서 중공 스태빌라이저 바를 일정온도(T2 ℃)를 갖는 로에 넣고 일정시간(t2) 동안 뜨임을 실시하여 중공 스태빌라이저 바의 내부 잔류 응력을 제거하는 뜨임 공정(S2)과;

일정온도(T3 ℃)를 유지하는 가열로에 중공 스태빌라이저 바를 일정시간(t3) 동안 통과시키며 가열시켜 주는 가열 공정(S3)과;

쇼트 피닝기 속에 일정온도(T4 ℃)를 갖는 중공 스태빌라이저 바를 넣고 중공 스테빌라이저 바에 쇼트 와이어를 일정시간(t4) 동안 표면에 충돌시켜 피로강도를 높이고 기계적 성질을 향상시켜 주는 핫 쇼트 피닝 공정(S4)과;

핫 쇼트 피닝 공정 후 냉각이 완료된 중공 스태빌라이저 바의 표면에 도장을 실시하는 도장 공정(S5);으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 열처리 공정에서의 가열장치 내 일정온도(T1 ℃)와, 뜨임 로 내 일정온도(T2 ℃), 가열로 내 일정온도(T3 ℃) 및 쇼트 피닝기 속 중공 스테빌라이저 바의 일정온도(T4 ℃)는 각각 920-990℃와, 250-400℃, 250-300℃ 및 100-250℃로 설정한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 뜨임 시간(t2)은 20-40분이고, 가열시 가열로를 통과하는 중공 스태빌라이저 바들의 개당 통과시간(t3)은 25-35분이며, 핫 쇼트 피닝시 개당 통과시간(t4)은 2-6분인 것을 특징으로 한다.

이와 같은 공정으로 이루어진 본 발명 자동차용 중공 스태빌라이저 바의 표면처리방법에 대한 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명 방법은 중공 스태빌라이저 바에 대한 열처리 공정(S1) 후 실시되는 뜨임 공정(S2)과 최종 도장 공정(S5) 사이에 중공 스태빌라이저 바를 가열한 다음 일정온도(T4)에서 정해진 시간(t3) 동안 핫 쇼트 피닝을 실시하여 두께가 얇은 파이프를 이용하여서도 피로강도가 높은 중공 스태빌라이저 바를 제조할 수 있도록 한 것을 주요기술 구성요소로 한다.

이때, 상기 열처리 공정(S1)은 종래와 마찬가지로 일정온도(T1 ℃; 예를 들어 920-990℃)를 갖는 가열장치 내부로 중공 스태빌라이저 바를 통과시켜 주며 중공 스태빌라이저 바 소재를 변태 점까지 가열시켜 주어 재질의 조직이 변경되게 하여 소재 자체에 강성을 부여시켜 주게 되는데, 상기와 같이 열처리가 진행되는 과정에서 중공 스태빌라이저 바에 대한 소성과 소입 공정도 같이 진행된다.

또, 상기 뜨임 공정(S2) 역시 종래와 마찬가지로 일정온도(T2 ℃; 예를 들어 250-400℃)를 갖는 중공 스태빌라이저 바를 로 내에 넣고 일정시간(t2; 예를 들어 20-40분) 동안 뜨임을 실시하여 중공 스태빌라이저 바의 내부 잔류 응력을 충분히 제거시켜 주게 된다.

한편, 본 발명에서 종래와 달리 실시하는 상기 가열 공정(S3)은 상기 뜨임 공정이 완료된 일정장소에 적재되었다가 후술하는 핫 쇼트 피딩 공정을 바로 수행할 경우 소재 자체가 냉각되어 있는 관계로 핫 쇼트 피딩에 따른 효과를 기대할 수 없어 수행되는 것으로, 일정온도(T3 ℃; 250-300℃)를 유지하는 가열로에 중공 스태빌라이저 바를 일정시간(t3; 25-35분) 동안 통과시키며 가열시켜 중공 스태빌라이저 바들이 원하는 온도로 가열되게 한다.

이때, 상기 가열로 내의 온도가 250-300℃ 미만이거나 중공 스태빌라이저 바들의 개당 통과시간(t3)이 25-35분 미만인 경우에는 중공 스태빌라이저 바들의 온도가 원하는 온도 미만을 나타나게 되어 후술하는 핫 쇼트 피딩 공정을 실행했을 때 중공 스태빌라이저 바들의 피로강도와 기계적 성질 향상이 원하는 만큼 나오지 않게 되고, 또 이와 반대로 가열로 내의 온도가 250-300℃ 이상이거나 중공 스태빌라이저 바들의 개당 통과시간(t3)이 25-35분 이상인 경우에는 중공 스태빌라이저 바들의 온도가 원하는 온도보다 너무 높아 후술하는 핫 쇼트 피딩 공정을 실행했을 때 중공 스태빌라이저 바들의 조직이 변형되어 원하는 피로강도 및 기계적 성질 향상을 얻을 수 없게 된다.

시험에 따르면 상기 가열 공정에서의 가열로 온도(T3 ℃)는 270-280℃를 유지하는 것이 바람직 하였고, 이와 같은 온도 속에 각각의 중공 스태빌라이저 바들이 통과하는 개당 통과시간(t3)은 30분 정도가 가랑 바람직하였다.

또한, 상기와 같이 중공 스태빌라이저 바들에 대한 가열이 완료된 후 가열로에서 자동 배출되면 이어서 쇼트 피닝기 속에 일정온도(T4 ℃; 100-250℃)를 갖는 중공 스태빌라이저 바를 넣고 중공 스테빌라이저 바에 쇼트 와이어를 일정시간(t4)인 2-6분 동안 표면에 충돌시켜 주는 핫 쇼트 피닝 과정(S4)을 실시하여 줌으로써 각각의 중공 스태라이저 바들에 대한 피로강도를 원하는 강도만큼 높일 수 있을 뿐만 아니라 기계적 성질을 대폭 향상시킬 수 있다.

이때, 상기 핫 쇼트 피닝 과정에서 쇼트 피닝기 속 중공 스테빌라이저 바의 온도가 100-250℃ 미만으로 낮거나 쇼트 피닝 시간이 2-6분 미만으로 실시될 경우 중공 스태빌라이저 바들을 피로강도가 원하는 강도 이하로 저하됨을 물론 기계적 성질이 낮아져 중공 스태빌라이저 바들의 제품 불량이 발생되고, 상기 쇼트 피닝기 속 중공 스테빌라이저 바의 온도가 100-250℃ 이상으로 높거나 쇼트 피닝 시간이 2-6분 이상일 경우에는 중공 스태빌라이저 바들을 피로강도가 너무 높아지게 되어 강한 충격에 쉽게 부러질 우려가 있다.

시험에 따르면 상기 쇼트 피닝기 속 중공 스테빌라이저 바의 온도를 180-200℃ 정도로 유지시키면서 쇼트 피닝 시간을 5분 정도 실시할 때 원하는 피로강도와 기계적 성질이 나타냈다.

이와 같이 핫 쇼트 피닝 공정이 완료되면 중공 스태빌라이저 바들을 냉각시킨 후 종래와 마찬가지로 중공 스태빌라이저 바의 표면에 도장을 실시(S5)하여 완제품을 생산해 내면 된다.

한편, 종래 표면처리방법을 통해 제작한 3개의 중공 스태빌라이저 바(쇼트 피닝을 1회 실시)와 2개의 중공 스태빌라이저 바(쇼트 피닝을 2회 실시) 샘플과, 본 발명의 표면처리방법을 통해 제작한 2개의 중공 스태빌라이저 바에 대한 피로도 시험을 실시해 본 결과 하기 표와 같은 결과를 얻을 수 있었다.

* 제작 및 시험계획(28.0*5.0t)

종래 방법	쇼트 피닝 횟수	수량(EA)	결과(절단 횟수)	비고
	1	3	73,954 96,152 12,458
	2	2	156,941 124,235

본 발명	핫 쇼트 피닝 횟수	수량(EA)	결과(절단 횟수)	비고
	2	2	221,426 243,194	약 20% 이상 증가 됨

상기 표에서 알 수 있듯이 같은 횟수의 쇼트 피닝을 실시하더라도 일반 쇼트 피닝보다는 핫 쇼트 피닝을 실시할 경우 대략 20%이상의 피로도 향상이 증대됨을 알 수 있었다.

도 3의 (a)-(d)는 상기와 같은 피로도 시험에 사용된 중공 스태빌라이저 바 들에 대한 사진으로 도 3의 (a)(b)는 종래 중공 스태빌라이저 바의 피로도 시험 결과 사진이고, 도 3의 (c)(d)는 본 발명 방법을 통해 제조된 중공 스태빌라이저 바에 대한 피로도 시험 결과 사진을 나타낸 것이다.

이와 같이 본 발명 방법에서는 뜨임 공정과 최종 도장 공정 사이에 중공 스태빌라이저 바를 250-300℃의 온도를 갖는 가열로는 각각 25-35분 동안 통과시키며 가열하는 가열 공정과, 쇼트 피닝기 속 중공 스테빌라이저 바의 온도가 100-250℃를 유지하도록 한 상태에서 2-6분 동안에 걸쳐 통과시키며 핫 쇼트 피닝을 실시하여 줌으로써 중공 스태빌라이저 바 자체의 피로강도를 더욱 높일 수 있어 두께가 얇은 파이프를 이용하여서도 원하는 피로강도를 갖는 중공 스태빌라이저 바를 제조할 수 있으므로 경량화가 가능함은 물론 제품의 생산원가를 대폭 절감할 수 있고, 특히 제품 자체의 상품성과 신뢰도를 대폭 향상시킬 수 있는 것이다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

도 1은 종래 자동차용 중공 스태빌라이저 바 표면처리방법을 설명하기 위한 공정도.

도 2는 본 발명 방법을 설명하기 위한 공정도.

도 3의 (a)-(d)는 종래 방법에 의해 제조된 중공 스태빌라이저 바와 본 발명 방법을 통해 제조된 중공 스태빌라이저 바들의 피로도 시험 결과 사진.

Claims (5)

1. 자동차용 중공 스태빌라이저 바의 표면처리방법에 있어서,

   일정온도(T1 ℃)를 갖는 가열장치를 통과시켜 주며 중공 스태빌라이저 바를 가열시켜 주는 열처리 공정과;

   이어서 중공 스태빌라이저 바를 일정온도(T2 ℃)를 갖는 로에 넣고 일정시간(t2) 동안 뜨임을 실시하여 중공 스태빌라이저 바의 내부 잔류 응력을 제거하는 뜨임 공정과;

   일정온도(T3 ℃)를 유지하는 가열로에 중공 스태빌라이저 바를 일정시간(t3) 동안 통과시키며 가열시켜 주는 가열 공정과;

   쇼트 피닝기 속에 일정온도(T4 ℃)를 갖는 중공 스태빌라이저 바를 넣고 중공 스테빌라이저 바에 쇼트 와이어를 일정시간(t4) 동안 표면에 충돌시켜 피로강도를 높이고 기계적 성질을 향상시켜 주는 핫 쇼트 피닝 공정과;

   핫 쇼트 피닝 공정 후 냉각이 완료된 중공 스태빌라이저 바의 표면에 도장을 실시하는 도장 공정;으로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 중공 스태빌라이저 바의 표면처리방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 열처리 공정에서의 가열장치 내 일정온도(T1 ℃)는 920-990℃인 것을 특징으로 하는 자동차용 중공 스태빌라이저 바의 표면처리방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 뜨임 공정에서의 뜨임 로 내 일정온도(T2 ℃)는 250-400℃이고, 뜨임 시간(t2)은 20-40분인 것을 특징으로 하는 자동차용 중공 스태빌라이저 바의 표면처리방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 가열 공정에서 가열로 내 일정온도(T3 ℃)는 250-300℃이고, 중공 스태빌라이저 바들의 개당 통과시간(t3)은 25-35분인 것을 특징으로 하는 자동차용 중공 스태빌라이저 바의 표면처리방법.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 핫 쇼트 피닝 공정에서 쇼트 피닝기 속 중공 스테빌라이저 바의 일정온도(T4 ℃)는 100-250℃이고, 핫 쇼트 피닝시 중공 스태빌라이저 바들의 개당 통과시간(t4)은 2-6분인 것을 특징으로 하는 자동차용 중공 스태빌라이저 바의 표면처리방법.

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