KR101094460B1 - 하이드로포밍을 이용한 마그네슘 프레임의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이드로 포밍을 이용한 마그네슘 프레임의 제조 방법에 관한 것으로서, 마그네슘 또는 마그네슘 합금 소재 튜브를 금형에 로딩하는 단계; 마그네슘 또는 마그네슘 합금 소재 튜브의 내부에 압력 유체를 주입하는 단계; 및 마그네슘 또는 마그네슘 합금 소재 튜브 내부의 유체에 압력을 가하여 금형에 맞게 성형하여 성형이 완료된 소재 튜브를 취출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 고온의 가압 유체가 열전달 작용에 의하여 150℃ ~ 600℃, 바람직하게는 180℃ ~ 400℃, 더욱 바람직하게는 230℃ ~ 300℃의 특성을 지니게 됨으로서, 상기 온도에 근접한 마그네슘 소재는 연신율이 증가하여 높은 성형성을 얻게 되어 소성 가공이 가능해진다.

Description

하이드로포밍을 이용한 마그네슘 프레임의 제조 방법{Method for manufacturing Magnesium frame using hydroforming}
본 발명은 하이드로 포밍을 이용한 프레임 제조에 관한 것으로서, 특히 하이드로 포밍을 이용하여 마그네슘 소재 또는 그 합금으로 된 자동차 프레임 또는 자전거 프레임을 제조할 수 있는, 하이드로 포밍을 이용한 마그네슘 프레임의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 하이드로포밍(hydro-forming) 공정은 상온(10℃ - 30℃)에서 이루어지며, 액압(hydraulic pressure)을 이용하여 튜브 소재를 확관 성형하는 공정이다.
이러한 하이드로포밍 공법을 이용하여 여러 가지 형태의 부품을 제조하는 주요 요소기술로는 전용 강관 제조 기술, 프레스 운용 기술 및 부품설계 등이 있으며, 특히 자동차 산업 등에서 프론트 사이드 멤버류와 같이 크고 작은 단품 패널의 조합으로 이루어지는 프레스 생산품의 경량화 및 성형원가의 절감에 효과가 크다. 다.
그런데, 종래의 자동차 또는 자전거의 프레임 구성품을 제조하는데 있어서, 하이드로포밍 기술을 적용하는 것은 가압 유체의 온도가 상온과 유사한 온도를 지니게 되므로 고온 성형성을 요구하는 마그네슘 또는 마그네슘 합금에는 그 적용이 어려웠다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 자동차 또는 자전거의 프레임 구성품의 제조를 위해 종래의 하이드로포밍 기술에서 구현할 수 없었던 열간 및 온간 성형재인 마그네슘 또는 마그네슘 합금에 대한 하이드로포밍 성형이 가능하게 하는, 하이드로 포밍을 이용한 마그네슘 프레임의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 하이드로 포밍을 이용한 마그네슘 프레임의 제조 방법은, 마그네슘 또는 마그네슘 합금 소재 튜브를 금형에 로딩하는 단계; 상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금 소재 튜브의 내부에 압력 유체를 주입하는 단계; 및 상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금 소재 튜브 내부의 유체에 압력을 가하여 상기 금형에 맞게 성형하여 성형이 완료된 소재 튜브를 취출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금 소재 튜브는 자전거의 프레임 또는 자동차의 사이드 프레임 성형을 위한 것이고, 상기 압력유체의 온도는 150℃ - 600℃이며, 바람직하게는 180℃ - 400℃, 더욱 바람직하게는 230℃ - 300℃ 임이 바람직하다. 그리고 상기 압력유체는 무기질의 기름 또는 유기질의 기름으로서, 산화방지제 또는 열확산제 중 적어도 하나를 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한 상기 압력유체가 주입된 소재튜브에 대한 열전도를 위해 2-20초의 드웰시간(dwell time)을 적용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 하이드로 포밍을 이용한 마그네슘 프레임의 제조 방법에 따르면, 고온의 가압 유체가 열전달 작용에 의하여 150℃ ~ 600℃, 바람직하게는 180℃ ~ 400℃, 더욱 바람직하게는 230℃ ~ 300℃의 특성을 지니게 됨으로서, 상기 온도에 근접한 마그네슘 소재는 연신율이 증가하여 높은 성형성을 얻게 되어 소성 가공이 가능해진다.
또한 본 발명을 이용하여 마그네슘 또는 마그네슘합금으로 이루어진, 자전거 프레임 및 자전거 프레임의 요소, 자동차의 사이드프레임 및 자동차용 사이드프레임의 요소를 제작할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 의한 하이드로 포밍을 이용한 마그네슘 프레임의 제조 공정에 대한 단계별 블록도를 도시한 것이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 단면도를 도시한 것이다.
본 발명에 의한 하이드로 포밍을 이용한 마그네슘 프레임의 제조 공정에 대한 일실시예는 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 마그네슘 또는 마그네슘 합금 소재 튜브를 금형에 로딩(loading)한다.(S100단계) 상기 금형은 상하 분리형, 또는 1축 이상의 운동방향을 지니는 금형 모두 가능하다. 상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금 소재 튜브는 도 3의 원으로 표시된 자전거의 프레임 또는 도 4에 도시된 자동차의 사이드 프레임에 대한 성형을 위한 것이 바람직하다. 즉, 상기 자전거 프레임 또는 자동차 프레임은 마그네슘을 주성분으로 하는 합금조성 또는 순금속으로 조성되어지는 단일부품 또는 2개 이상의 부품으로 조합되어지는 자동차 또는 자전거의 프레임 구성품이다.
소재 튜브가 금형에 로딩되고 나면, 상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금 소재 튜브의 내부에 압력 유체를 주입한다(S120단계) 상기 압력유체는 무기질의 기름 또는 유기질의 기름인 것이 바람직하며, 산화방지제 또는 열확산제 중 적어도 하나를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기유체는 본 발명에 따른 하이드로포밍 공정 에서 가열 및 보온 성능을 수행하는 상하 분리형, 또는 1축 이상의 운동방향을 지니는 금형의 공간 안에 위치되는 관 형태의 마그네슘 성형제품의 내부에 위치되는 것이 바람직하다.
상기 압력유체가 주입되면, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금 소재 튜브 내부의 유체에 압력(P)을 가하여 상기 금형에 맞게 성형한다.(S140단계) 이 때 상기 압력유체가 주입된 소재튜브에 대한 열전도를 위해 2 - 20 초의 드웰시간(dwell time)을 적용하는 것이 바람직하다. 마지막으로 성형이 완료되면 소재 튜브를 취출한다.(S160단계)
여기서, 상기 압력유체의 온도는 성형성을 높이기 위해 고온의 가압 유체의 열전달 작용에 의하여 150℃ ~ 600℃이며, 바람직하게는 180℃ ~ 400℃, 더욱 바람직하게는 230℃ ~ 300℃의 특성을 가진다. 이 때 상기 온도에 근접한 마그네슘 소재는 연신율이 증가하여 높은 성형성을 얻게 되어 소성 가공이 가능해진다.
도 5는 flow stress, 성형률(strain)과 온도의 관계를 그래프로 도시한 것으로서, 온도가 높아질수록 연신율이 증가하여 높은 성형성을 얻게 됨을 볼 수 있다.
본 발명의 실시예는 자동차의 프레임 및 자전거의 프레임을 예로 들었지만, 이에 한정하지 않고 자동차의 프레임 및 자전거의 프레임의 요소 등 상기 마그네슘 또는 그 합금으로 이루어지는 성형재이면 적용 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 하이드로 포밍을 이용한 마그네슘 프레임의 제조 공정에 대한 단계별 블록도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에대한 단면도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명을 이용하여 제조 가능한 자전거의 프레임을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명을 이용하여 제조 할 수 있는 자동차의 사이드 프레임을 도시한 것이다.
도 5는 성형률(strain)과 온도의 관계를 그래프로 도시한 것이다.

Claims (5)

  1. 마그네슘 또는 마그네슘 합금 소재 튜브를 금형에 로딩하는 단계;
    상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금 소재 튜브의 내부에 압력 유체를 주입하는 단계; 및
    상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금 소재 튜브 내부의 유체에 압력을 가하여 상기 금형에 맞게 성형하여 성형이 완료된 소재 튜브를 취출하는 단계를 포함하고,
    상기 마그네슘 또는 마그네슘 합금 소재 튜브는 자전거의 프레임 또는 자동차의 사이드 프레임 성형을 위한 것이고,
    상기 압력유체의 온도는 150℃ - 600℃이며,
    상기 압력유체는,
    무기질의 기름 또는 유기질의 기름이고, 산화방지제 및 열확산제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로 포밍을 이용한 마그네슘 프레임의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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