KR101181006B1 - 브레이크 드럼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브레이크 드럼에 관한 것으로서, 특히 회주철 재질의 브레이크 제동면(1)과 Al-Si-Mg 합금 재질의 하우징(2)간의 접합 시 500°C 이상의 온도에서 접합이 이루어지게 하여 최적화된 접합이 발생된 브레이크 제동면(1)이 제공되며, 상기 브레이크 제동면(1)을 600°C로 가열 시에는 회주철에 남아 있는 잔류응력을 제거하게 되며, Al-Si-Mg 합금 재질의 하우징(2)과 접합되되; 회주철 재질인 브레이크 제동면(1)의 접합부는 웨이브 형상으로 이루어지며, 상기 웨이브 형상의 접합부의 피치간격은 5~30mm, 피치깊이는 2~12mm가 되도록 하여, 기존의 드럼 브레이크에서 요구되는 제동 특성을 만족시키면서도 하우징 부분에 경량합금의 알루미늄 재질을 적용함으로써 자동차의 중량 감소에 의한 연비향상 및 언스프렁 매스 저감(Reducted Unsprung Mass)에 의한 승차감 증대를 최대화시키는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

브레이크 드럼{brake drum}

본 발명은 브레이크 드럼에 관한 것으로서, 특히 제동면 가열법을 통한 접합기술에 의해 고강도 확보 및 잔류응력제거가 가능하게 하며, 제동면과 하우징의 접합 계면 부위에 대한 적합한 웨이브타입을 적용시키기 위한 브레이크 드럼에 관한 것이다.

일반적으로 브레이크 드럼은 휠과 함께 회전되는 드럼이 앞 뒤 어느 방향으로 회전되어도 제동력이 발생되는 브레이크이며, 브레이크 라이닝이 마모되는 것을 자동으로 조정하는 기능을 가진 브레이크 드럼이다.

한편, 상기 브레이크 드럼의 부식을 막기 위해 브레이크 디스크 또는 브레이크 드럼이 코팅되는데, 이때 제동면(braking surface) 영역에서 브레이크 라이닝(brake linings)의 연마작용으로 제거될 수 있는 코팅제를 이용해 이루어진다.

그러나, 종래의 브레이크 드럼의 제동면은 강도확보가 떨어져 안전성이 저하되는 단점이 있었으며, 강도 보강을 위해 부품을 추가하게 되면 자동차의 중량이 증가하게 되어 연비를 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 브레이크 드럼에 관한 것으로서, 특히 제동면 가열법을 통한 접합기술에 의해 고강도 확보 및 잔류응력제거가 가능하게 하며, 제동면과 하우징의 접합 계면 부위에 대한 적합한 웨이브타입을 적용시키기 위한 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명은 회주철 재질의 브레이크 제동면과 Al-Si-Mg 합금 재질의 하우징간의 접합 시 500°C 이상의 온도에서 접합이 이루어지게 하여 최적화된 접합이 발생된 브레이크 제동면이 제공되며, 상기 브레이크 제동면을 600°C로 가열 시에는 회주철에 남아 있는 잔류응력을 제거하게 되며, Al-Si-Mg 합금 재질의 하우징과 접합되되; 회주철 재질인 브레이크 제동면의 접합부는 웨이브 형상으로 이루어지며, 상기 웨이브 형상의 접합부의 피치간격은 5~30mm, 피치깊이는 2~12mm가 되게 함으로써 달성된다.

이상과 같은 본 발명은 기존의 드럼 브레이크에서 요구되는 제동 특성을 만족시키면서도 하우징 부분에 경량합금의 알루미늄 재질을 적용함으로써 자동차의 중량 감소에 의한 연비향상 및 언스프렁 매스 저감(Reducted Unsprung Mass)에 의한 승차감 증대를 최대화시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 브레이크 드럼을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 브레이크 드럼의 제조 공정에서 제동면과 하우징의 접합부를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 브레이크 드럼의 제조 공정에서 제동면을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 브레이크 드럼의 제조 공정에서 중력 주조를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 브레이크 드럼에서 고강도화 및 잔류응력 제거를 위한 열처리공정을 도시하는 도면.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 브레이크 드럼에 관한 것으로, 도 1은 본 발명의 브레이크 드럼을 도시하는 도면이며, 도 2는 본 발명의 브레이크 드럼의 제조 공정에서 제동면과 하우징의 접합부를 도시하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 브레이크 드럼의 제조 공정에서 제동면을 도시하는 도면이다.

또한, 도 4는 본 발명의 브레이크 드럼의 제조 공정에서 중력 주조를 도시하는 도면이며, 도 5는 본 발명의 브레이크 드럼에서 고강도화 및 잔류응력 제거를 위한 열처리공정을 도시하는 도면이다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 브레이크 드럼은 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 회주철 재질의 브레이크 제동면(1)과 Al-Si-Mg 합금 재질의 하우징(2)간의 접합 시 가열 온도를 조절하여 회주철에 남아 있는 잔류응력을 제거하게 되며, 상기 브레이크 제동면(1)의 접합부는 웨이브 형상으로 이루어지되, 상기 웨이브 형상의 접합부의 피치간격을 최적화 하여 자동차의 중량 감소에 의한 연비향상 및 승차감 증대시키게 되는 것을 그 기술상의 기본 특징으로 한다.

이하 본 발명의 브레이크 드럼에 대한 각 구성요소를 첨부한 도면을 참조하여 하나씩 살펴보면 다음과 같다.

우선, 본 발명은 하이브리드형 브레이크 드럼에 관한 제조 공정 및 이를 통해 제조된 브레이크 드럼에 관한 것으로서, 제동면(회주철)과 하우징 부분(Al-Si-Mg계 합금)간의 접합 특성을 향상시키기 위한 제동면의 설계기술, 두 재질간의 최적 접합기술, 고강도화 및 잔류응력제거를 위한 열처리 기술에 주안점을 두고 있다.

도 1은 본 발명의 하이브리드형 브레이크 드럼에 관한 것으로, 초경량 하이브리드형 브레이크 드럼에 사용된 재질은 제동면(1)에 대해서는 편상 흑연의 조직으로 인해 형성되는 우수한 진동감쇄능, 댐핑성, 윤활기능을 나타내는 재질인 회주철로 성형되며, 하우징(2)의 재질은 비강도, 경량화, 주조성등이 우수한 Al-Si-Mg계의 알루미늄 합금으로 성형된다.

두 재질간의 최적 하이브리드화 접합은 최적 접합을 위해 보온사형 내에서 가열판과의 연결로 600℃ 수준으로 가열되어 회주철에 남아 있는 잔류응력이 제거 되는 동시에 Al-Si-Mg계의 알루미늄 합금과의 접합 시 최소 500℃ 이상의 온도에서 알루미늄과 회주철의 반응성이 높아져 접합이 최적화 된다.

한편, 하이브리드 드럼 브레이크의 주조는 도 4에 도시된 바와 같으며, 주조공법은 복잡한 구조도 결함 없이 정밀한 치수로 주조할 수 있는 중력 주조 방법을 채택하게 되는데, 이는 회전 운동에 마찰이 걸리는 드럼에 있어서 주조 결함이 있거나 치수 불안정으로 인해 편심이 발생 하면 불안정한 제동 특성을 나타내기 때문이다.

또한, 주조 시 중자로는 600℃ 수준으로 가열된 제동면(1)을 활용하며, Al-Si-Mg계의 알루미늄 합금을 약 700~800℃의 주입온도로 주입구에 주입하여 주조 시 제동면(1)도 500℃ 이상의 온도를 유지하고 있는 상태여서 회주철과 Al-Si-Mg계의 알루미늄 합금간의 반응이 높아져 접합이 최적화 되는 것이다.

상술한 바와 같은 접합법에 의해 제조된 하이브리드형 브레이크 드럼의 알루미늄 합금(Al-Si-Mg계)부의 고강도화 및 잔류응력제거를 위해 열처리 기술을 실시한다.

열처리 기술 순서는 450~500℃에서 약 5~8시간 용체화 처리단계를 거쳐 과포화 고용체를 형성한 후 퀀칭단계(quenching:담금질)와 시효처리단계(190~210℃, 3~5시간)를 통해 고강도화 및 잔류응력제거를 이루어 낸다.

한편, 회주철 재질의 제동면(1)과 Al-Si-Mg계 알루미늄 합금 재질의 하우징(2)간의 접합특성을 향상시키기 위한 제동면(1)과 하우징(2)의 계면부위의 설계기술에 있어서는 접합계면 최대화, 주조 시 주조성 양호 및 제동토크에 대한 내구성 확보를 위해 웨이브타입의 형상을 도 2에 도시된 바와 같이 적용하고, 그에 따른 제동면(1)의 알루미늄 하우징(2)과의 접합부 설계로는 피치간격 5~30mm, 피치깊이 2~12mm로 제작한다.

여기서, 아래에 표 1에 기재된 바와 같이 상기 하우징은 알루미늄(Al)을 주성분으로 하고, 구리(Cu) 0.1 이하 중량%, 규소(Si) 5.5~8.5 중량%, 마그네슘(Mg) 0.15~0.5 중량%, 아연(Zn) 0.1 이하 중량%, 철(Fe) 0.3 이하 중량%, 망간(Mn) 0.1 이하 중량%, 티타늄(Ti) 0.2 이하 중량%, 안티몬(Sb) 0.15 이하 중량%가 포함되는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 한다.

재질	성 분(%)
	Cu	Si	Mg	Zn	Fe	Mn	Ti	Sb	Al
Al-Si-Mg계 알루미늄합금	0.10 이하	5.5 ~8.5	0.15 ~0.5	0.1 이하	0.30 이하	0.10 이하	0.20 이하	0.15 이하	나머저

또한, 아래의 표 2에 기재된 바와 같이 상기 브레이크 제동면은 철(Fe)을 주성분으로 하고, 탄소(C) 3.0~3.8 중량%, 규소(Si) 1.0~2.8 중량%, 망간(Mn) 1.0 이하 중량%, 인(P) 0.2 이하 중량%, 황(S) 0.15 이하 중량%가 포함된 회주철인 것을 특징으로 한다.

재 질	성 분(%)
회주철	C	Si	Mn	P	S	Fe
	3.0~3.8	1.0~2.8	1.0 이하	0.2 이하	0.15 이하	나머지

상기와 같이 구성된 본 발명의 브레이크 드럼은 회주철 재질의 브레이크 제동면과 Al-Si-Mg 합금 재질의 하우징간의 접합 시 500°C 이상의 온도에서 접합이 이루어지게 하여 최적화된 접합이 발생된 브레이크 제동면이 제공되며, 상기 브레이크 제동면을 600°C로 가열 시에는 회주철에 남아 있는 잔류응력을 제거하게 되되, Al-Si-Mg 합금 재질의 하우징과 접합되되; 회주철 재질인 브레이크 제동면의 접합부는 웨이브 형상으로 이루어지며, 상기 웨이브 형상의 접합부의 피치간격은 5~30mm, 피치깊이는 2~12mm가 되도록 하여 기존의 드럼 브레이크에서 요구되는 제동 특성을 만족시키면서도 하우징 부분에 경량합금의 알루미늄 재질을 적용함으로써 자동차의 중량 감소에 의한 연비향상 및 언스프렁 매스 저감(Reducted Unsprung Mass)에 의한 승차감 증대를 최대화시키는데 탁월한 이점을 가진 발명인 것이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1 : 제동면 2 : 하우징

Claims (5)

1. 브레이크 제동면과 하우징이 접합되어 이루어지는 브레이크 드럼에 있어서,
   상기 브레이크 제동면은 회주철로 성형되고, 상기 하우징은 Al-Si-Mg 합금 재질로 성형되되; 회주철 재질의 상기 브레이크 제동면과 Al-Si-Mg 합금 재질의 하우징은 500°C 이상의 온도에서 접합이 이루어지게 하여 브레이크 제동면을 제공하게 되며, 상기 브레이크 제동면은 600°C로 가열하여 회주철에 남아 있는 잔류응력을 제거하게 되는 것을 특징으로 하는 브레이크 드럼.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, Al-Si-Mg 합금 재질의 상기 하우징과 접합되되; 회주철 재질인 상기 브레이크 제동면의 접합부는 웨이브 형상으로 이루어지며, 상기 웨이브 형상의 접합부의 피치간격은 5~30mm, 피치깊이는 2~12mm인 것을 특징으로 하는 브레이크 드럼.
   
5. 제 4항에 있어서, 상기 하우징은 알루미늄(Al)을 주성분으로 하고, 구리(Cu) 0.1 이하 중량%, 규소(Si) 5.5~8.5 중량%, 마그네슘(Mg) 0.15~0.5 중량%, 아연(Zn) 0.1 이하 중량%, 철(Fe) 0.3 이하 중량%, 망간(Mn) 0.1 이하 중량%, 티타늄(Ti) 0.2 이하 중량%, 안티몬(Sb) 0.15 이하 중량%가 포함된 알루미늄 합금이며, 상기 브레이크 제동면은 철(Fe)을 주성분으로 하고, 탄소(C) 3.0~3.8 중량%, 규소(Si) 1.0~2.8 중량%, 망간(Mn) 1.0 이하 중량%, 인(P) 0.2 이하 중량%, 황(S) 0.15 중량%가 포함된 회주철인 것을 특징으로 하는 브레이크 드럼.

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