KR101169309B1

KR101169309B1 - 차량용 휠 제조방법

Info

Publication number: KR101169309B1
Application number: KR1020110016235A
Authority: KR
Inventors: 승현창; 이호성; 김영식; 이성훈; 윤광민
Original assignee: 동화상협 주식회사
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-08-03

Abstract

본 발명은 차량용 휠을 제조하는 방법에 관한 것으로, 용탕 준비단계; 상부이젝트핀 삽입단계; 상부플레이트 역회전작동단계; 하부플레이트 상승이동단계; 본체 역회전작동단계; 측금형 결합단계; 하금형 결합단계; 용탕 주입단계; 용탕 충진단계; 휠 주조단계; 하금형 분리단계; 측금형 분리단계; 하부플레이트 하강이동단계; 상부플레이트 정회전작동단계; 휠 분리단계; 선삭가공단계; 휠 예열단계; 맨드릴 예열단계; 형상가공 준비단계; 림부 가공단계;로 이루어진 것에 특징이 있으며, 본 발명을 이용하면, 분리 형성되어 서로 조립되는 상, 하금형과 4개의 측금형 및 상부이젝트 핀에 의해 휠의 제조 및 분리작업을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 용탕의 주입이 휠의 림부를 통하여 주입되기 때문에 하금형의 냉각 설치에 제약이 없고, 지향성 응고가 이루어지는 장점이 있으며, 기계적 강성이 약하게 제조되는 휠의 림부를 롤러를 이용하여 포밍하는 것으로 인해 휠의 전체구성을 우수한 기계적 성질을 지니게 할 수 있음은 물론, 휠의 불량률을 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

차량용 휠 제조방법{A manufactuering method for wheel of vehicles}

본 발명은 차량용 휠 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 분리 형성되어 서로 조립되는 상, 하금형과 4개의 측금형 및 상부이젝트 핀에 의해 휠의 제조 및 분리작업을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 용탕의 주입이 휠의 림부를 통하여 주입되기 때문에 하금형의 냉각 설치에 제약이 없고, 지향성 응고가 이루어지는 장점이 있으며, 기계적 강성이 약하게 제조되는 휠의 림부를 롤러를 이용하여 포밍하는 것으로 인해 휠의 전체구성을 우수한 기계적 성질을 지니게 할 수 있음은 물론, 휠의 불량률을 방지할 수 있는 차량용 휠 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 타이어는 디스크 휠에 장착한 후 공기를 넣고 나서야 비로소 그 기능을 발휘하는 것으로, 환원형의 금속제 림(Rim)과 허브(Hub)에 부착되는 금속판으로 이루어지는 디스크 휠에 의하여 그 구조가 유지되며, 타이어에 작용하는 힘은 모두 디스크 휠을 통하여 차체에 전달된다. 따라서, 최근에는 디스크 휠의 중요성이 재인식되어 경량이면서도 강성이 높은 알루미늄이나 마그네슘 등 경금속의 합금을 소재로 한 디스크 휠이 많이 사용되게 되었다.

그리고, 상기 디스크 휠은 안전성 및 신뢰성을 요구하는 구조재의 부품이기 때문에 통상의 소성가공을 통해 이루지 않고 저압주조에 의해 제작되고 있는 실정이며, 이러한 저압주조는 다이캐스팅과 같은 고압주조와는 달리 용융금속을 금형의 하부에서 저압으로 서서히 주입 즉, 강제 압입하여 응고시키는 기술로써, 차량용 휠 형상으로 성형된 금형 내에 용탕을 주입하고, 상기 주입 후 금형을 냉각시켜 성형한 다음, 성형물을 금형으로부터 분리시키는 과정으로 이루어진다.

그러나, 상기 저압주조 공법은 알루미늄 휠의 대량생산 및 소형부품 제조에 적합하고, 양산성이 매우 우수하나, 강제 압입식의 기존 기술로는 지향성 응고가 어려울 뿐 아니라, 기공 등의 결함이 많이 잔존하게 되어 직행률이 낮으며, 성형물에 대한 크기의 제한, 라이프사이클이 짧은 시장의 수요에 탄력적으로 대응하지 못한다는 제약이 있었다.

즉, 방향성 응고를 유도하기 어렵고, 용금의 유동성 때문에 합금의 사용이 제한적이며, 장치비용이 고가일 뿐 아니라, 용탕의 주입온도가 용융점 이상이어야 하기 때문에 금형이 쉽게 침식되며, 성형물의 크기가 클수록 열처리변형이 심하게 발생하게 된다는 기술상의 문제점이 있었다.

또한, 종래에는 하부 금형으로 알루미늄 용탕의 주입이 이루어질 때 그 하부금형의 주변에 위치하는 다수개의 측면 금형에는 소정의 온도가 가해질 수밖에 없는데, 이때 측면 금형으로 가해지는 온도가 균일하게 작용하지 못하면서 측면 금형간의 과열현상을 초래 수밖에 없었으며, 이는 곧 차량용 휠 주조물의 성형 불량을 초래하는 문제점을 가지게 되었다.

아울러, 하부 금형으로 알루미늄 용탕의 주입이 이루어지기 때문에 차량용 휠의 허브를 가압하지 못하게 되므로 조직이 치밀하지 못하여 강도를 상승시킬 수 없는 문제점이 있었던 것이다.

한편, 이와 같은 문제점을 해결하고자, 중력주조기를 이용하여 림부로 용탕을 주입하는 방법이 개발되었으며, 이와 같은 중력주조기를 이용하면, 틸팅속도를 조절하여 금형의 용탕 충진속도를 조절할 수 있기 때문에 지향성 응고가 가능하였다. 그리고, 용탕주입구가 허브가 아닌 림부에 위치하기 때문에 하형의 냉각 설치에 제약이 없었다.

그러나, 이와 같은 중력주조를 이용할 경우에는, 허브 및 스포크(Spoke)의 기계적 성질 확보를 용이하게 할 수 있었으나, 저압주조와는 반대로 림부의 기계적 성질 확보에 어려움이 있었다.

따라서, 허브와 스포크 및 림부의 기계적 성질을 모두 확보할 수 있는 휠 제조방법이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 상, 하금형과 4개의 측금형이 각각의 실린더에 의해 순차적으로 작동할 뿐만 아니라, 휠을 주조한 후, 상금형에 끼워진 휠을 상부이젝트핀을 이용하여 손쉽게 분리할 수 있기 때문에 휠의 주조 및 분리작업을 용이하게 할 수 있는 차량용 휠 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 용탕의 주입이 휠의 림부인 상금형과 측금형 사이공간을 통하여 주입되기 때문에 하금형의 냉각 설치에 제약이 없고, 충진된 용탕이 휠의 허브와 스포크 부분인 하금형에서부터 응고되기 때문에 지향성 응고가 이루어지는 장점이 있으며, 휠의 림부를 맨드릴과 롤러를 이용하여 포밍하는 것으로 인해 휠의 전체구성이 우수한 기계적 성질을 지니게 되는 차량용 휠 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

아울러, 본 발명은 중력주조기에 구성되어 회전작동하는 본체와 상기 본체에 구성되어 회전작동하는 상부플레이트를 정해진 위치에서 고정설치하는 제1, 2잠금장치에 의해 주조되는 휠의 불량률을 방지할 수 있는 차량용 휠 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량용 휠 제조방법은 알루미늄소재 용융하여 용탕을 준비하는 용탕 준비단계; 제1이젝트실린더를 작동시켜 중력주조기의 상부플레이트에 설치된 상부이젝트핀을 상부플레이트의 상금형 내부로 삽입시키는 상부이젝트핀 삽입단계; 제1회전작동장치를 작동시켜 중력주조기의 상부에 구성된 상부플레이트를 90˚에서 270˚로 180˚ 역회전작동시킴으로써 상기 상부플레이트에 설치된 상금형을 하측 방향에 위치시키는 상부플레이트 역회전작동단계; 제1유압실린더를 작동시켜 중력주조기의 하부플레이트를 상승이동시킴으로써 상기 하부플레이트에 설치된 하금형과 측금형을 상금형에 인접시키는 하부플레이트 상승이동단계; 제2회전작동장치를 작동시켜 중력주조기의 본체를 프레임의 결합부분을 축으로 90˚에서 0˚로 역회전시키는 본체 역회전작동단계; 제2유압실린더를 작동시켜 하부플레이트에 설치된 4개의 측금형을 각각 이동시킴으로써 4개의 측금형을 상금형에 결합시키는 측금형 결합단계; 제2이젝트실린더를 작동시켜 하부플레이트에 설치된 하부이젝트를 상승이동시킴으로써, 하부이젝트에 설치된 하금형을 상금형과 측금형에 각각 결합시키는 하금형 결합단계; 용탕을 중력주조기의 본체에 구성된 수용부에 주입하는 용탕 주입단계; 제2회전작동장치를 작동시켜 중력주조기의 본체를 프레임의 결합부분을 축으로 0˚에서 90˚로 정회전시킴으로써 수용부에 저장된 용탕을 상, 하, 측금형 내부로 충진시키는 용탕 충진단계; 상, 하, 측금형 내부로 충진된 용탕을 냉각처리하여 휠을 주조하는 휠 주조단계; 제2이젝트실린더를 작동시켜 하부플레이트에 설치된 하부이젝트를 하강이동시킴으로써, 하부이젝트에 설치된 하금형을 상금형과 측금형에서 각각 분리시키는 하금형 분리단계; 제2유압실린더를 작동시켜 하부플레이트에 설치된 4개의 측금형을 각각 이동시킴으로써 4개의 측금형을 상금형에서 분리시키는 측금형 분리단계; 제1유압실린더를 작동시켜 하부플레이트를 하강이동시킴으로써 상기 하금형과 측금형을 상금형에서 완전 이격시키는 하부플레이트 하강이동단계; 제1회전작동장치를 작동시켜 상부플레이트를 270˚에서 90˚로 180˚ 정회전작동시킴으로써 상금형에 끼워진 채로 주조가 완료된 휠을 상측방향에 위치시키는 상부플레이트 정회전작동단계; 제1이젝트실린더를 작동시켜 상금형 내부에 삽입된 상부이젝트핀을 상금형 외측으로 돌출시킴으로써 상금형에 끼워진 휠을 분리하는 휠 분리단계; 주조된 휠의 내경과 외경을 가공하여 다듬는 선삭가공단계; 형상가공을 위하여 휠을 340℃로 예열하는 휠 예열단계; 휠 형상으로 제작된 맨드릴을 예열하는 맨드릴 예열단계; 맨드릴에 휠을 안착 설치하고, 휠을 하측으로 가압하면서 회전작동시키는 형상가공 준비단계; 3개의 롤러를 이용하여 휠의 림부를 맨드릴의 외형상과 동일하게 가공하면서 림부의 강도를 높이는 림부 가공단계;로 이루어진 것에 특징이 있다.

본 발명의 차량용 휠 제조방법을 이용하면, 상, 하금형과 4개의 측금형이 각각의 실린더에 의해 순차적으로 작동할 뿐만 아니라, 휠을 주조한 후, 상금형에 끼워진 휠을 상부이젝트핀을 이용하여 손쉽게 분리할 수 있기 때문에 휠의 주조 및 분리작업을 용이하게 할 수 있는 장점이 있다.

또한, 용탕의 주입이 휠의 림부인 상금형과 측금형 사이공간을 통하여 주입되기 때문에 하금형의 냉각 설치에 제약이 없고, 충진된 용탕이 휠의 허브와 스포크 부분인 하금형에서부터 응고되기 때문에 지향성 응고가 이루어지는 장점이 있으며, 휠의 림부를 맨드릴과 롤러를 이용하여 포밍하는 것으로 인해 휠의 전체구성이 우수한 기계적 성질을 지니게 되는 장점이 있다.

아울러, 중력주조기에 구성되어 회전작동하는 본체와 상기 본체에 구성되어 회전작동하는 상부플레이트를 정해진 위치에서 고정설치하는 제1, 2잠금장치에 의해 주조되는 휠의 불량률을 방지할 수 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명의 차량용 휠 제조방법을 도시한 순서도.
도 2는 본 발명의 중력주조기를 도시한 정면도.
도 3은 본 발명의 상부이젝트핀 삽입단계를 도시한 정면도.
도 4는 본 발명의 상부플레이트 역회전작동단계를 도시한 정면도.
도 5는 도 4의 A부분인 제1잠금장치의 작동상태도.
도 6은 본 발명의 제2잠금장치의 작동상태도.
도 7은 본 발명의 측금형을 평면상에서 배치한 상태도.
도 8은 본 발명의 하부플레이트 상승이동단계를 도시한 정면도.
도 9는 본 발명의 측금형 결합단계를 도시한 우측면도.
도 10은 본 발명의 하금형 결합단계를 도시한 우측면도.
도 11은 본 발명의 용탕 주입단계를 도시한 상태도.
도 12는 본 발명의 용탕 충진단계를 도시한 상태도.
도 13은 본 발명의 하금형 분리단계를 도시한 정면도.
도 14는 본 발명의 측금형 분리단계를 도시한 정면도.
도 15는 본 발명의 하부플레이트 하강이동단계를 도시한 정면도.
도 16은 본 발명의 상부플레이트 정회전작동단계를 도시한 정면도.
도 17은 본 발명의 휠 분리단계를 도시한 정면도.
도 18은 본 발명의 맨드릴에 안착설치된 휠을 3개의 롤러로 형상가공하는 상태도.
도 19는 본 발명의 차량용 휠을 도시한 개략도.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 차량용 휠 제조방법은 도 1 내지 도 19에 도시된 바와 같이 상부플레이트(10)와 하부플레이트(20)가 설치된 본체(80)와, 상기 본체(80)의 회전작동을 위해 설치되는 프레임(90)으로 구성된 중력주조기(100)를 이용하여 차량용 휠을 제조하는 방법에 관한 것으로, 알루미늄소재 용융하여 용탕을 준비하는 용탕 준비단계(S10); 제1이젝트실린더(1)를 작동시켜 중력주조기(100)의 상부플레이트(10)에 설치된 상부이젝트핀(2)을 상부플레이트(10)의 상금형(3) 내부로 삽입시키는 상부이젝트핀 삽입단계(S20); 제1회전작동장치(11)를 작동시켜 중력주조기(100)의 상부에 구성된 상부플레이트(10)를 90˚에서 270˚로 180˚ 역회전작동시킴으로써 상기 상부플레이트(10)에 설치된 상금형(3)을 하측 방향에 위치시키는 상부플레이트 역회전작동단계(S30); 제1유압실린더(21)를 작동시켜 중력주조기(100)의 하부플레이트(20)를 상승이동시킴으로써 상기 하부플레이트(20)에 설치된 하금형(22)과 측금형(23)을 상금형(3)에 인접시키는 하부플레이트 상승이동단계(S40); 제2회전작동장치(31)를 작동시켜 중력주조기(100)의 본체(80)를 프레임(90)의 결합부분을 축으로 90˚에서 0˚로 역회전시키는 본체 역회전작동단계(S50); 제2유압실린더(24)를 작동시켜 하부플레이트(20)에 설치된 4개의 측금형(23)을 각각 이동시킴으로써 4개의 측금형(23)을 상금형(3)에 결합시키는 측금형 결합단계(S60); 제2이젝트실린더(25)를 작동시켜 하부플레이트(20)에 설치된 하부이젝트(26)를 상승이동시킴으로써, 하부이젝트(26)에 설치된 하금형(22)을 상금형(3)과 측금형(23)에 각각 결합시키는 하금형 결합단계(S70); 용탕을 중력주조기(100)의 본체(80)에 구성된 수용부(40)에 주입하는 용탕 주입단계(S80); 제2회전작동장치(31)를 작동시켜 중력주조기(100)의 본체(80)를 프레임(90)의 결합부분을 축으로 0˚에서 90˚로 정회전시킴으로써 수용부(40)에 저장된 용탕을 상,하,측금형(3, 22, 23) 내부로 충진시키는 용탕 충진단계(S90); 상,하,측금형(3, 22, 23) 내부로 충진된 용탕을 냉각처리하여 휠(9)을 주조하는 휠 주조단계(S100); 제2이젝트실린더(25)를 작동시켜 하부플레이트(20)에 설치된 하부이젝트(26)를 하강이동시킴으로써, 하부이젝트(26)에 설치된 하금형(22)을 상금형(3)과 측금형(23)에서 각각 분리시키는 하금형 분리단계(S110); 제2유압실린더(24)를 작동시켜 하부플레이트(20)에 설치된 4개의 측금형(23)을 각각 이동시킴으로써 4개의 측금형(23)을 상금형(3)에서 분리시키는 측금형 분리단계(S120); 제1유압실린더(21)를 작동시켜 하부플레이트(20)를 하강이동시킴으로써 상기 하금형(22)과 측금형(23)을 상금형(3)에서 완전 이격시키는 하부플레이트 하강이동단계(S130); 제1회전작동장치(11)를 작동시켜 상부플레이트(10)를 270˚에서 90˚로 180˚ 정회전작동시킴으로써 상금형(3)에 끼워진 채로 주조가 완료된 휠(9)을 상측방향에 위치시키는 상부플레이트 정회전작동단계(S140); 제1이젝트실린더(1)를 작동시켜 상금형(3) 내부에 삽입된 상부이젝트핀(2)을 상금형(3) 외측으로 돌출시킴으로써 상금형(3)에 끼워진 휠(9)을 분리하는 휠 분리단계(S150); 주조된 휠(9)의 내경과 외경을 가공하여 다듬는 선삭가공단계(S160); 형상가공을 위하여 휠(9)을 340℃로 예열하는 휠 예열단계(S170); 휠 형상으로 제작된 맨드릴(7)을 예열하는 맨드릴 예열단계(S180); 맨드릴(7)에 휠(9)을 안착 설치하고, 휠(9)을 하측으로 가압하면서 회전작동시키는 형상가공 준비단계(S190); 3개의 롤러(8)를 이용하여 휠(9)의 림(9a)부를 맨드릴(7)의 외형상과 동일하게 가공하면서 림(9a)부의 강도를 높이는 림부 가공단계(S200);로 이루어진 것에 특징이 있다.

여기서, 중력주조기(100)는 지지를 위한 프레임(90)과, 상기 프레임(90)에 결합되어 회전작동하는 본체(80)로 구성된다.

그리고, 상기 본체(80)의 상측에는 회전작동하는 상부플레이트(10)가 설치되며, 상기 상부플레이트(10)의 하측방향으로는 본체(80)에 구성된 가이드바(81)에 결합되어 승강하는 하부플레이트(20)가 결합되는 것에 특징이 있다.

이와 같은 중력주조기(100)의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본체(80)의 상부플레이트(10)는 본체(80)에 결합구성된 제1회전작동장치(11)에 의해 180˚반경으로 회전작동하도록 본체(80)에 상측에 설치되는 구성으로, 상기 상부플레이트(10)에는 휠(9)을 주조하기 위한 상금형(3)이 설치된다.

아울러, 상기 상부플레이트(10)에는 휠(9) 주조 후, 주조된 휠(9)을 용이하게 분리하기 위해 제1이젝트실린더(1)와, 상기 제1이젝트실린더(1)에 의해 승강작동하는 상부이젝트핀(2)이 구성되는 것에 특징이 있는데, 상기 상부이젝트핀(2)은 상금형(3)을 내부를 관통하여 형성된 홀(미도시)을 통하여 이동되도록 되어 있어 주조되어 상금형(3)에 끼워진 휠(9)을 용이하게 분리할 수 있다.

더불어, 상기 본체(80)에는 상부플레이트(10)에 설치된 상금형(3)이 하측방향에 위치하도록 180˚ 역회전하였을 때에 상부플레이트(10)를 체결하여 상부플레이트(10)를 본체(80)에 고정설치하는 제1잠금장치(50)가 더 포함되어 구성될 수도 있다.

그리고, 이때에는 상기 제1잠금장치(50)를 본체(80)의 상부에 설치되는 제1잠금실린더(51)와, 상기 제1잠금실린더(51)의 작동에 따라 피스톤 운동하는 체결구(52)로 구성하고, 상기 상부플레이트(10)의 일측에는 체결구(52)에 의해 체결되는 고정쇠(10a)를 구성하는 것으로 간단히 이룰 수 있을 것이며, 여기서, 상기 제1잠금실린더(51)는 통상적으로 사용되는 유압실린더로써 간편한 이용이 가능할 것이다.

한편, 상기 본체(80)에는 용탕을 상, 하, 측금형(3, 22, 23)의 내부로 충진할 수 있도록 하는 수용부(40)가 구성되는데, 상기 수용부(40)는 본체(80)의 상부 또는 본체(80)의 상부에 설치된 상부플레이트(10)에 구성되며, 자동으로 용탕을 주입하는 통상의 자동주입기(미도시)를 통해 수용부(40)로 용탕을 자동주입할 수 있다.

그리고, 상기 수용부(40)의 일측으로는 용탕주입을 위한 주입구(41)가 구성되어 있어 본체(80)의 회전에 따라 상기 상금형(3)과 측금형(23)의 사이공간으로 용탕을 용이하게 주입할 수 있도록 되어 있다.

또한, 하부플레이트(20)는 상기 상부플레이트(10)의 하측방향으로 이격되어 설치되는 것으로, 본체(80)에 구성된 가이드바(81)에 결합되어 승강하도록 구성되어 있는 것에 특징이 있으며, 하부플레이트(20)의 하측으로는 본체(80)에 설치되어 하부플레이트(20)를 승강작동시키는 제1유압실린더(21)가 구성된 것에 특징이 있다.

여기서, 상기 제1유압실린더(21)는 본체(80)의 하부에 고정설치되어 본체(80)와 동일한 정회전 및 역회전 운동을 하도록 되어 있는 것으로, 상기 제1유압실린더(21)의 작동에 따라 피스톤작동하는 승강작동부가 하부플레이트(20)에 고정설치되어 있는 구조를 통해 가이드바(81)에 결합된 하부플레이트(20)의 승강작동이 용이하게 이루어진다.

아울러, 상기 하부플레이트(20)의 상부에는 측금형(23)이 설치되는데, 상기 측금형(23)은 휠(9)의 주조 및 주조된 휠(9)의 분리가 용이하도록 4개로 분리구성되어 있는 것에 특징이 있다.

그리고, 상기 측금형(23)의 조립 및 분리작동을 위해 하부플레이트(20)에는 4개의 제2유압실린더(24)가 구성되어 있는데, 상기 제2유압실린더(24)는 각각의 측금형(23)에 결합되어 측금형(23)을 이동시키는 작동을 함으로써, 측금형(23)의 조립 및 분리작동을 용이하게 이룰 수 있게 된다.

한편, 상기 하부플레이트(20)에는 통상의 냉각장치(미도시)가 설치될 수 있는데, 상기 냉각장치는 수냉식 또는 공냉식 등 공지된 냉각방법을 통하여 다양하게 실시할 수 있을 것이며, 냉각장치는 설치위치는 하부플레이트(20)만 한정되는 것이 아니라, 주조되는 휠(9)의 외형상에 따라 다른 위치에도 설치가 가능할 것이다.

또한, 상기 본체(80)가 회전작동하도록 지지결합하는 중력주조기(100)의 프레임(90)은 본체(80)의 양측으로 설치되어 한 쌍으로 구성되며, 상기 프레임(90)에는 본체(80)의 회전작동을 위한 제2회전작동장치(31)가 구성된 것에 특징이 있다.

여기서, 상기 제2회전작동장치(31)는 1˚씩 제어가능한 서보모터를 이용하여 용탕의 충진시간을 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 중력주조기(100)의 프레임(90)에는 본체(80)가 회전작동하여 본체(80)가 0˚와 90˚에 각각 이르렀을 때 본체(80)를 프레임(90)에 고정설치하는 제2잠금장치(60)가 더 포함되어 설치되는 것이 더욱 바람직하다.

그리고, 이때에는 상기 제2잠금장치(60)는 제2회전작동장치(31)가 설치된 프레임(90)에 설치되는 제2잠금실린더(61)와, 상기 제2잠금실린더(61)의 작동에 따라 피스톤 운동하는 포지션바(62)로 구성하고, 회전작동하는 본체(80)에는 상기 포지션바(62)가 끼워지는 삽입설치홈(80a)을 구성하는 것으로 간단하게 이룰 수 있을 것이다. 또한, 상기 제2잠금실린더(61)는 통상적으로 사용되는 유압실린더로써 간편한 이용이 가능할 것이며, 상기 삽입설치홈(80a)은 본체의 설치홈(80b)을 형성하고, 상기 설치홈(80b)에는 테이퍼경사홈(80c)을 형성한 설치구(80d)를 결합하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 설치구(80d)의 테이퍼경사홈(80c)에 끼워지는 포지션바(62)는 상기 테이퍼경사홈(80c)과 동일한 기울기를 갖도록 형성함으로써 본체(80)의 위치고정을 더욱 용이하게 할 수 있도록 하는 것이 더욱 바람직하다.

상기와 같은 구성을 이용한 본 발명의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 알루미늄 소재를 유용하여 용탕을 준비한다.(S10)

그 후에는, 중력주조기(100)를 작동시키는데, 우선, 상부플레이트(10)에 설치된 제1이젝트실린더(1)를 작동시켜 상부이젝트핀(2)을 상부플레이트(10)에 구성된 상금형(3) 내부로 삽입시키고,(S20) 제1회전작동장치(11)를 작동시켜 중력주조기(100)의 상부에 구성된 상부플레이트(10)를 90˚에서 270˚로 180˚ 역회전작동시킴으로써, 상부플레이트(10)에 설치된 상금형(3)이 상측 방향에서 하측 방향을 바라보도록 위치시킨다.(S30)

한편, 상부플레이트(10)를 역회전작동시킨 후에는, 본체(80)에 설치된 제1잠금장치(50)를 작동시켜 상부플레이트(10)를 견고한 설치를 할 수도 있는데, 이와 같은 제1잠금장치(50)의 작동은 제1잠금실린더(51)의 작동에 따른 체결구(52)의 피스톤 운동으로 이루어지며, 상기 체결구(52)의 피스톤 운동에 따라 체결구(52)가 상부플레이트(10)의 일측에 구성된 고정쇠(10a)에 체결되는 것을 간단히 이루어진다.

상기와 같이 상부플레이트(10)의 고정설치가 완료된 후에는, 제1유압실린더(21)의 작동에 따라 하부플레이트(20)가 가이드바(81)를 따라 상승하는 작동이 일어나며, 이에 상기 하부플레이트(20)에 설치된 하금형(22)과 측금형(23)이 상금형(3)에 인접하게 된다.(S40)

그리고, 중력주조기(100)의 프레임(90)에 설치된 제2회전작동장치(31)가 작동하여 본체(80)가 회전작동하는 작용이 일어나는데, 이와 같은 본체(80)의 회전작동은 프레임(90)의 결합부분 즉, 제2회전작동장치(31)를 중심으로 하여 90˚에서 0˚로 역회전하게 된다. 즉, 본체(80)의 설치되는 수용부(40)에 용탕을 수용할 수 있도록 본체(80)가 회전작동하게 되는 것이다.(S50)

한편, 상기 본체(80)가 제2회전작동장치(31)를 중심으로 90˚에서 0˚로 역회전한 후에는, 제2잠금장치(60)가 작동하여 본체(80)를 고정설치하는 작동이 일어나는데, 이와 같은 제2잠금장치(60)의 작동은 제2잠금실린더(61)의 작동에 따른 포지션바(62)의 피스톤 운동으로 인해 이루어지며, 상기 포지션바(62)의 피스톤 운동에 따라 포지션바(62)가 본체(80)의 구성된 삽입설치홈(80a)에 끼워지는 것으로 간단히 이루어지게 된다.

이와 같이 본체(80)의 고정설치가 완료된 후에는, 제2유압실린더(24)의 작동에 따라 하부플레이트(20)에 설치된 4개의 측금형(23)이 각각 이동되게 되며, 이에 따라 4개의 측금형(23)이 서로 맞닿아 밀폐조립되면서, 상금형(3)에 결합되는 작동이 일어난다.(S60)

그 후에는, 하부플레이트(20)에 설치된 제2이젝트실린더(25)가 작동하게 되며, 이에 따라 하부이젝트(26)가 상승이동되게 된다. 따라서, 상기 하부이젝트(26)에 설치된 하금형(22)이 상승이동하여 상금형(3)과 측금형(23)에 결합되면서 측금형(23)의 하부를 밀폐하는 작용이 일어난다.(S70)

상기와 같은 동작을 통하여 상, 하, 측금형(3, 22, 23)의 조립결합이 완료된 후에는, 자동주입기를 통하여 준비된 용탕을 본체(80)에 설치된 수용부(40)에 주입한 다음,(S80) 제2회전작동장치(31)를 작동시켜 본체(80)를 프레임(90)에 결합된 제2회전작동장치(31)를 중심으로 0˚에서 90˚로 정회전시킴으로써 수용부(40)에 저장된 용탕을 상, 하, 측금형(3, 22, 23)의 내부로 충진하는 작업을 수행한다.(S90)

그리고, 이때에는 상기 제2회전작동장치(31)의 회전속도를 조절하여 본체(80)가 회전작동하는 회전각을 조절함으로써 금형 내부로 충진되는 용탕이 금형의 허브(9b)와 스포크(9c) 부분부터 응고되면서 지향성응고가 용이하게 이루어도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 작동을 통하여 상, 하, 측금형(3, 22, 23)의 내부로 용탕을 충진한 후에는, 충진된 용탕을 냉각처리하여 휠(9)을 주조하는 단계를 거친 다음,(S100) 용탕의 냉각처리가 완료되어 휠(9)의 주조가 마무리되면, 금형을 분리한 후, 주조된 휠(9)을 분리하는 작업을 수행하는데, 이때에는 본체(80)의 수평을 맞춰 주조되는 휠(9)의 정밀성을 높일 수 있도록 제2잠금장치(60)를 작동시켜 본체(80)를 정해진 위치에 완전고정설치 하는 것이 바람직하며, 상기 제2잠금장치(60)의 작동에 대한 설명은 전술한 바와 동일함으로 자세한 설명은 생략한다.

이를 보다 상세히 설명하면, 먼저, 제2이젝트실린더(25)를 작동시킴으로써 하부플레이트(20)에 설치된 하부이젝트(26)를 하강시키고, 이로써, 상기 하부이젝트(26)에 설치된 하금형(22)을 측금형(23)의 하측으로 이동시킨다.(S110)

그리고, 제2유압실린더(24)를 작동시켜 하부플레이트(20)에 설치된 4개의 측금형(23)을 각각 상금형(3)의 반대방향으로 이동시킴으로써 4개의 측금형(23)을 상금형(3)에서 분리하는 작업을 수행하고,(S120) 제1유압실린더(21)를 작동시켜 하부플레이트(20)를 하강이동시킴으로써 상기 하금형(22)과 측금형(23)을 상금형(3)에서 완전 이격시킨다.(S130)

이처럼, 상, 하, 측금형(3, 22, 23)을 서로 이격시키면, 주조된 휠(9)은 상금형(3)에 끼워져 있게 되는데, 이때 작업자는 제1회전작동장치(11)를 작동시켜 상부플레이트(10)를 초기 상태로 복귀 시킨다. 즉, 상부플레이트(10)를 270˚에서 90˚로 180˚ 정회전작동시킴으로써 상금형(3)에 끼워진 휠(9)이 상측 방향을 향하도록 위치시킨다.(S140)

그 후에는, 제1이젝트실린더(1)를 작동시켜 상금형(3) 내부로 삽입시킨 상부이젝트핀(2)을 상금형(3) 외측으로 돌출시키는 것으로, 상기 상금형(3)에 끼워진 휠(9)을 용이하게 분리하며, 이와 같은 작동을 통하여 중력주조기(100)를 이용한 휠(9)의 주조 및 분리작업을 완료한다.(S150)

이상에서와 같이 휠(9)의 주조 및 분리작업을 완료한 후에는, 주조된 휠(9)을 NC선반과 같은 자동화기기(미도시)에 설치하여 휠(9)의 내경과 외경을 다듬는 선삭가공을 수행하고,(S160) 휠(9)의 림(9a)부를 정해진 형상으로 성형가공하기 위해 휠(9)을 340℃로 예열하는 작업과,(S170) 휠 형상으로 제작된 맨드릴(7)을 가열하는 작업을 거친다.(S180)

그리고, 로봇(미도시)을 이용하여 예열된 휠(9)을 맨드릴(7)의 상부에 안착설치한 다음, 상부에 구성된 회전가압척(6)을 이용하여 휠(9)을 하측으로 가압하면서 회전작동시킴과 동시에,(S190) 3개의 롤러(8)를 이용하여 휠(9)의 림(9a)부를 맨드릴(7)의 외형상과 동일하게 가공하면서 림(9a)부의 강도를 높이는 작업을 수행하는 것으로 본 발명의 차량용 휠의 제조를 완료한다.(S200)

여기서, 상기 휠(9)의 림(9a)부를 성형하는 장치는 통상적으로 사용되는 플로우 포밍공법을 이용한 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명의 차량용 휠의 제조방법을 이용하면, 분리 조립되는 상, 하, 측금형과, 상부이젝트핀을 이용하여 휠의 주조 및 분리작업을 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라, 휠의 불량률 발생 없이 휠의 전체구성에 우수한 기계적 성질을 가지도록 할 수 있게 된다.

1 : 제1이젝트실린더 2 : 상부이젝트핀
3 : 상금형 6 : 회전가압척
7 : 맨드릴 8 : 롤러
9 : 휠 9a : 림
9b : 허브 9c : 스포크
10 : 상부플레이트 10a : 고정쇠
11 : 제1회전작동장치 20 : 하부플레이트
21 : 제1유압실린더 22 : 하금형
23 : 측금형 24 : 제2유압실린더
25 : 제2이젝트실린더 26 : 하부이젝트
31 : 제2회전작동장치 40 : 수용부
41 : 주입구 50 : 제1잠금장치
51 : 제1잠금실린더 52 : 체결구
60 : 제2잠금장치 61 : 제2잠금실린더
62 : 포지션바 80 : 본체
80a : 삽입설치홈 80b : 설치홈
80c : 테이퍼경사홈 80d : 설치구
81 : 가이드바 90 : 프레임
100 : 중력주조기

Claims

상부플레이트(10)와 하부플레이트(20)가 설치된 본체(80)와, 상기 본체(80)의 회전작동을 위해 설치되는 프레임(90)으로 구성된 중력주조기(100)를 이용하여 차량용 휠을 제조하는 방법에 있어서,
알루미늄소재 용융하여 용탕을 준비하는 용탕 준비단계(S10);
제1이젝트실린더(1)를 작동시켜 중력주조기(100)의 상부플레이트(10)에 설치된 상부이젝트핀(2)을 상부플레이트(10)의 상금형(3) 내부로 삽입시키는 상부이젝트핀 삽입단계(S20);
제1회전작동장치(11)를 작동시켜 중력주조기(100)의 상부에 구성된 상부플레이트(10)를 90˚에서 270˚로 180˚ 역회전작동시킴으로써 상기 상부플레이트(10)에 설치된 상금형(3)을 하측 방향에 위치시키는 상부플레이트 역회전작동단계(S30);
제1유압실린더(21)를 작동시켜 중력주조기(100)의 하부플레이트(20)를 상승이동시킴으로써 상기 하부플레이트(20)에 설치된 하금형(22)과 측금형(23)을 상금형(3)에 인접시키는 하부플레이트 상승이동단계(S40);
제2회전작동장치(31)를 작동시켜 중력주조기(100)의 본체(80)를 프레임(90)의 결합부분을 축으로 90˚에서 0˚로 역회전시키는 본체 역회전작동단계(S50);
제2유압실린더(24)를 작동시켜 하부플레이트(20)에 설치된 4개의 측금형(23)을 각각 이동시킴으로써 4개의 측금형(23)을 상금형(3)에 결합시키는 측금형 결합단계(S60);
제2이젝트실린더(25)를 작동시켜 하부플레이트(20)에 설치된 하부이젝트(26)를 상승이동시킴으로써, 하부이젝트(26)에 설치된 하금형(22)을 상금형(3)과 측금형(23)에 각각 결합시키는 하금형 결합단계(S70);
용탕을 중력주조기(100)의 본체(80)에 구성된 수용부(40)에 주입하는 용탕 주입단계(S80);
제2회전작동장치(31)를 작동시켜 중력주조기(100)의 본체(80)를 프레임(90)의 결합부분을 축으로 0˚에서 90˚로 정회전시킴으로써 수용부(40)에 저장된 용탕을 상,하,측금형(3, 22, 23) 내부로 충진시키는 용탕 충진단계(S90);
상,하,측금형(3, 22, 23) 내부로 충진된 용탕을 냉각처리하여 휠(9)을 주조하는 휠 주조단계(S100);
제2이젝트실린더(25)를 작동시켜 하부플레이트(20)에 설치된 하부이젝트(26)를 하강이동시킴으로써, 하부이젝트(26)에 설치된 하금형(22)을 상금형(3)과 측금형(23)에서 각각 분리시키는 하금형 분리단계(S110);
제2유압실린더(24)를 작동시켜 하부플레이트(20)에 설치된 4개의 측금형(23)을 각각 이동시킴으로써 4개의 측금형(23)을 상금형(3)에서 분리시키는 측금형 분리단계(S120);
제1유압실린더(21)를 작동시켜 하부플레이트(20)를 하강이동시킴으로써 상기 하금형(22)과 측금형(23)을 상금형(3)에서 완전 이격시키는 하부플레이트 하강이동단계(S130);
제1회전작동장치(11)를 작동시켜 상부플레이트(10)를 270˚에서 90˚로 180˚ 정회전작동시킴으로써 상금형(3)에 끼워진 채로 주조가 완료된 휠(9)을 상측방향에 위치시키는 상부플레이트 정회전작동단계(S140);
제1이젝트실린더(1)를 작동시켜 상금형(3) 내부에 삽입된 상부이젝트핀(2)을 상금형(3) 외측으로 돌출시킴으로써 상금형(3)에 끼워진 휠(9)을 분리하는 휠 분리단계(S150);
주조된 휠(9)의 내경과 외경을 가공하여 다듬는 선삭가공단계(S160);
형상가공을 위하여 휠(9)을 340℃로 예열하는 휠 예열단계(S170);
휠 형상으로 제작된 맨드릴(7)을 예열하는 맨드릴 예열단계(S180);
맨드릴(7)에 휠(9)을 안착 설치하고, 휠(9)을 하측으로 가압하면서 회전작동시키는 형상가공 준비단계(S190);
3개의 롤러(8)를 이용하여 휠(9)의 림(9a)부를 맨드릴(7)의 외형상과 동일하게 가공하면서 림(9a)부의 강도를 높이는 림부가공단계(S200);로 이루어진 것에 특징이 있는 차량용 휠 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 중력주조기(100)에는 상부플레이트(10)에 설치된 상금형(3)이 하측방향에 위치하도록 180˚ 역회전하였을 때에 상부플레이트(10)를 체결하여 중력주조기(100)의 본체(80)에 고정설치하는 제1잠금장치(50)가 더 포함되어 설치된 것에 특징이 있는 차량용 휠 제조방법.
제 1항에 있어서, 상기 중력주조기(100)에는 중력주조기(100)의 본체(80)가 회전작동하여 본체(80)가 0˚와 90˚에 각각 이르렀을 때 본체(80)를 프레임(90)에 고정설치하는 제2잠금장치(60)가 더 포함되어 설치된 것에 특징이 있는 차량용 휠 제조방법.