KR101242078B1 - One-body type carbon-ceramic brake disk and method for fabricating the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크 및 그 제작방법에 관한 것으로, 본 발명의 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크는 허브부, 상기 허브부의 외주면에 연장 형성된 제1 디스크부, 상기 제1 디스크부와 일정 간격을 두고 상기 허브부의 외주면에 연장 형성된 제2 디스크부를 포함하는 메인 몸체; 및 상기 제1 디스크부와 제2 디스크부 사이에 결합되며, 상기 제1,2 디스크부를 지지함과 아울러 공기의 유동을 가이드하는 다수 개의 지지겸용 가이드 부재들을 포함하며, 상기 메인 몸체와 지지겸용 가이드 부재들은 탄화와 용융 규소 침투가 이루어진다. 본 발명은 디스크부와 허브부가 일체로 형성될 뿐만 아니라 세라믹이므로 내열성이 우수하여 열변형이 최소화된다. 또한, 본 발명의 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크 제작방법은 용융된 혼합물을 사출 금형에 주입한 후 그 혼합물을 굳혀 성형물을 제작하게 되므로 탄화 및 밀도화(용융 규소 침투) 후에 치수 정밀도가 높아 후가공량이 적게 된다. The present invention relates to an integrated carbon-ceramic brake disc and a method of manufacturing the same. The integrated carbon-ceramic brake disc of the present invention includes a hub portion, a first disk portion extending on an outer circumferential surface of the hub portion, and a predetermined distance from the first disk portion. A main body including a second disk portion extending on an outer circumferential surface of the hub portion; And a plurality of supporting guide members coupled between the first disk portion and the second disk portion to support the first and second disk portions and guide the flow of air. The members are carbonized and molten silicon infiltrated. In the present invention, not only the disk portion and the hub portion are integrally formed, but also the ceramics, and thus have excellent heat resistance, thereby minimizing thermal deformation. In addition, the manufacturing method of the integral carbon-ceramic brake disc of the present invention injects the molten mixture into an injection mold and then hardens the mixture to produce a molded product. do.

Description

일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크 및 그 제작방법{ONE-BODY TYPE CARBON-CERAMIC BRAKE DISK AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}ONE-BODY TYPE CARBON-CERAMIC BRAKE DISK AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크 및 그 제작방법에 관한 것이다.The present invention relates to an integral carbon-ceramic brake disc and a method of manufacturing the same.

자동차의 브레이크 시스템은, 도 1에 도시한 바와 같이, 차축에 연결되는 허브(hub)(일명, 햇파트라고도 함)(10)와, 상기 허브(10)에 결합되는 브레이크 디스크(20)와, 상기 브레이크 디스크(20)의 마찰면(21)에 인접하게 위치하여 상기 브레이크 디스크(20)의 마찰면(21)을 선택적으로 가압하는 브레이크 패드(일명, 라이닝이라고도 함)(30)들을 포함한다. 상기 브레이크 디스크(20)와 허브(10)는 결합수단(40)에 의해 결합된다. As shown in FIG. 1, a brake system of a vehicle includes a hub (also called a hat part) 10 connected to the axle, a brake disc 20 coupled to the hub 10, Brake pads (also referred to as linings) 30 positioned adjacent to the friction surface 21 of the brake disc 20 to selectively press the friction surface 21 of the brake disk 20. The brake disc 20 and the hub 10 are coupled by a coupling means 40.

상기 브레이크 시스템은 브레이크 패드(30)들이 브레이크 디스크(20)의 마찰면(21)을 가압함에 따라 브레이크 디스크(20)의 마찰면(21)과 브레이크 패드(30)들의 마찰로 인하여 발생되는 마찰력으로 브레이크 디스크(20)의 회전을 늦추거나 멈추게 함으로써 상기 브레이크 시스템이 장착된 자동차의 속도를 감속하거나 정지시키게 된다.The brake system is a friction force generated by the friction between the brake pad 30 and the friction surface 21 of the brake disk 20 as the brake pads 30 press the friction surface 21 of the brake disk 20. By slowing or stopping the rotation of the brake disc 20, the speed of the vehicle equipped with the brake system is slowed down or stopped.

최근에는 브레이크 디스크와 패드의 내마모성 및 내열성을 높이고 무게를 가볍게 하기 위하여, 상기 브레이크 디스크(20)와 브레이크 패드(30)를 탄소 섬유 강화 세라믹 복합체로 제작한다. 탄소 섬유 강화 세라믹 복합체는, 기지(matrix)가 세라믹이고 탄소섬유로 강화된 소재이다. 이하, 탄소섬유 강화 세라믹 복합체로 만들어진 브레이크 디스크(20)를 탄소-세라믹 브레이크 디스크라 한다.Recently, the brake disc 20 and the brake pad 30 are made of a carbon fiber reinforced ceramic composite in order to increase wear resistance, heat resistance, and light weight of the brake disc and the pad. Carbon fiber reinforced ceramic composites are materials in which the matrix is ceramic and reinforced with carbon fibers. Hereinafter, the brake disc 20 made of a carbon fiber reinforced ceramic composite will be referred to as a carbon-ceramic brake disc.

상기 허브(10)는 일반적으로 내부식성이 우수하고 가공성이 좋은 스테인레스강으로 제작한다. 상기 결합수단은 일반적으로 볼트들과 너트들이 사용되며, 상기 볼트들과 너트들도 스테인레스강으로 제작된다.The hub 10 is generally made of stainless steel having excellent corrosion resistance and good workability. The coupling means are generally used bolts and nuts, the bolts and nuts are also made of stainless steel.

상기 허브와 브레이크 디스크가 결합수단에 의해 결합된 어셈블리를 허브-디스크 어셈블리라 한다.The assembly in which the hub and the brake disc are joined by the coupling means is called a hub-disk assembly.

브레이크 시스템에서, 브레이크 디스크(20)의 마찰면(21)에 브레이크 패드(30)가 가압되어 브레이크 디스크(20)에 제동력을 발생시킬 때 상기 브레이크 디스크(20)와 브레이크 패드(30)에 고온의 마찰 열이 발생된다. 상기 브레이크 디스크(20)에서 발생되는 고온의 열이 외부로 원활하게 방열되지 못할 경우 브레이크 디스크(20)에서 발생되는 고온의 열이 허브(10)로 전달되어 허브(10)와 브레이크 디스크(20)의 열팽창 계수의 차이로 인하여 브레이크 디스크(20) 또는 허브(10)에 뒤틀림, 즉 변형이 발생된다. In the brake system, when the brake pad 30 is pressed against the friction surface 21 of the brake disk 20 to generate a braking force on the brake disk 20, the brake disk 20 and the brake pad 30 may be hot. Friction heat is generated. When the high temperature heat generated by the brake disc 20 is not radiated to the outside smoothly, the high temperature heat generated by the brake disc 20 is transferred to the hub 10 to the hub 10 and the brake disc 20. The distortion, ie deformation, occurs in the brake disc 20 or the hub 10 due to the difference in the coefficient of thermal expansion.

상기 브레이크 디스크에서 발생되는 열을 외부로 방열시키기 위한 방법 중의 하나로, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 브레이크 디스크에 브레이크 디스크의 내주면과 외주면을 관통하는 다수 개의 냉각 채널(21)들을 구비한다. 상기 냉각 채널(21)들의 형상은 다양하다. 상기 브레이크 디스크(20)의 회전시 브레이크 디스크(20)의 가운데에 관통 형성된 중심 구멍(H)을 통해 공기가 유입되어 냉각 채널(21)들을 통해 유동하면서 브레이크 디스크(20)의 외주면쪽으로 유출된다. 공기가 냉각 채널(21)들을 통해 유동하면서 브레이크 디스크(20)에서 발생되는 마찰열을 외부로 방열시킨다.As one of methods for dissipating heat generated from the brake disc to the outside, as shown in FIG. 2, the brake disc includes a plurality of cooling channels 21 passing through the inner and outer circumferential surfaces of the brake disc. The cooling channels 21 vary in shape. When the brake disc 20 rotates, air flows through the center hole H formed in the center of the brake disc 20 and flows through the cooling channels 21 to flow to the outer circumferential surface of the brake disc 20. As air flows through the cooling channels 21, the heat of friction generated in the brake disc 20 is radiated to the outside.

한편, 상기 허브-디스크 어셈블리를 제작하는 종래 기술들은 대부분 허브(10)와 탄소-세라믹 브레이크 디스크(20)를 각각 제작하고, 상기 허브(10)와 탄소-세라믹 브레이크 디스크(20)를 결합수단(40)으로 서로 결합시킨다. On the other hand, the prior art for manufacturing the hub-disk assembly is mostly manufacturing the hub 10 and the carbon-ceramic brake disc 20, respectively, the hub 10 and the carbon-ceramic brake disc 20 coupling means ( 40) to each other.

또한 상기 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제작하는 종래 방법은, 도 3에 도시한 바와 같이, 성형틀(100) 내부에 탄소섬유들과 페놀 수지를 포함하는 혼합물을 채워 제1 층(L1)을 형성한다. 상기 성형틀(100)은 한쪽이 막힌 원통 형상이다.In addition, in the conventional method of manufacturing the carbon-ceramic brake disc, as shown in FIG. 3, the first layer L1 is formed by filling a mixture containing carbon fibers and a phenol resin in the mold 100. . The mold 100 has a cylindrical shape in which one side is blocked.

그리고 다수 개의 관통 구멍(2)들이 구비된 코어(C)를 상기 제1 층(L1)위에 놓이도록 상기 성형틀(100) 내부에 삽입한다. 상기 코어(C)의 재질은 플라스틱이다.In addition, the core C having the plurality of through holes 2 is inserted into the mold 100 so as to be placed on the first layer L1. The material of the core C is plastic.

상기 탄소섬유들과 페놀 수지를 포함하는 혼합물을 상기 코어(C)의 관통 구멍(2)들에 각각 넣는다. 상기 성형틀(100)에 상기 혼합물을 채워 상기 코어(C)위에 제2 층(L2)을 형성한다.The mixture containing the carbon fibers and the phenol resin is put in the through holes 2 of the core C, respectively. Filling the mixture in the mold 100 to form a second layer (L2) on the core (C).

상기 성형틀(100) 내부에 있는 제1 층(L1), 코어(C), 그리고 제2 층(L2)을 가압 가열하여 경화된 성형체를 만들고, 그 성형체를 성형틀(100)로부터 빼낸다. 이때, 프레스(300)를 이용하여 제1 층(L1), 코어(C), 그리고 제2 층(L2)을 가압한다.The first layer L1, the core C, and the second layer L2 in the mold 100 are heated under pressure to form a cured molded body, and the molded body is removed from the mold 100. At this time, the first layer L1, the core C, and the second layer L2 are pressed using the press 300.

상기 성형체를 노(furnace)에 넣고 고온으로 가열하여 성형체를 탄화시킨다. 상기 성형체를 가열시키는 온도는 성형체가 탄화되는 온도인 1000도에서 2000도이다. 상기 성형체가 탄화되는 과정에서 상기 성형체 내부에 위치하는 코어(C)가 용융되어 성형체로부터 제거된다. 상기 코어(C)가 용융 제거됨에 의해 코어(C)가 위치한 부분은 냉각 채널(24)들을 형성하게 된다.The molded body is placed in a furnace and heated to a high temperature to carbonize the molded body. The temperature at which the molded body is heated is 1000 to 2000 degrees, which is the temperature at which the molded body is carbonized. In the process of carbonizing the molded body, the core C located inside the molded body is melted and removed from the molded body. As the core C is melted away, the portion where the core C is located forms the cooling channels 24.

경우에 따라, 상기 제1,2 층(L1)(L2)의 외측면에 각각 마찰층을 이루는 마찰판을 부착한다. 상기 마찰판은 균일한 두께를 갖는 링 형상이며, 단섬유를 포함하는, 탄화된 탄화체이다.In some cases, a friction plate forming a friction layer is attached to outer surfaces of the first and second layers L1 and L2, respectively. The friction plate has a ring shape having a uniform thickness and is a carbonized carbide containing short fibers.

상기 기계 가공된 탄화 성형체에 용융된 규소를 침투시킨다. 상기 규소가 용융되는 온도는 1400도에서 1700도이므로 이 온도에서 규소를 용융시켜 탄화 성형체에 침투시킨다. The molten silicon is infiltrated into the machined carbonized molded body. Since the temperature at which the silicon is melted is 1400 to 1700 degrees, the silicon is melted at this temperature to penetrate into the carbonized body.

상기 용융 규소가 탄화 성형체에 침투되면서 탄소인 탄화 성형체와 반응하여 탄화 규소(SiC)가 되고 반응되지 않은 규소(Si)는 응고되어 잔류한다. As the molten silicon penetrates into the carbonized body, it reacts with the carbonized carbonized body to form silicon carbide (SiC), and the unreacted silicon (Si) solidifies and remains.

이와 같은 결과물은 기지(matrix)가 탄화 규소, 즉 세라믹이고 탄소섬유로 강화된 탄소-세라믹 브레이크 디스크가 된다. 상기 탄소-세라믹 브레이크 디스크는 후가공하게 된다.The result is a carbon-ceramic brake disc whose matrix is silicon carbide, ie ceramic and carbon fiber reinforced. The carbon-ceramic brake disc is post processed.

이와 같이 제작된 탄소-세라믹 브레이크 디스크는, 위에서 설명한 바와 같이 결합수단에 의해 허브와 결합된다.The carbon-ceramic brake disc thus produced is combined with the hub by the coupling means as described above.

그러나 상기한 바와 같은 종래 허브-디스크 어셈블리는 상기 탄소-세라믹 브레이크 디스크(20)와 허브(10)가 각각 서로 다른 재질로 이루어지므로 서로 열팽창 계수가 다르게 되어 제동시 발생되는 고온의 마찰열(열적충격)로 인하여 탄소-세라믹 브레이크 디스크(20)와 허브(10)에 뒤틀림, 즉 변형이 발생된다. However, in the conventional hub-disk assembly as described above, since the carbon-ceramic brake disc 20 and the hub 10 are made of different materials, the thermal expansion coefficients of the carbon-ceramic brake disc 20 and the hub 10 are different from each other. This causes distortion, ie deformation, in the carbon-ceramic brake disc 20 and the hub 10.

또한, 종래 허브-디스크 어셈블리는 탄소-세라믹 브레이크 디스크, 허브(10), 결합수단(40)을 포함하게 되므로 구성 부품이 많고 복잡하다. 그리고 허브와 결합수단의 재질이 각각 스테인레스강으로 이루어지므로 허브와 결합수단의 무게가 무겁다.In addition, the conventional hub-disc assembly includes a carbon-ceramic brake disc, a hub 10, and a coupling means 40, so that many components are complicated. And since the hub and the coupling means are made of stainless steel, respectively, the weight of the hub and the coupling means is heavy.

또한, 상기 탄소-세라믹 브레이크 디스크 제작시 탄소 섬유와 페놀 수지를 혼합하여 성형틀(100)에 삽입한 다음 그 혼합물을 가압 가열하여 경화된 성형체를 제작하게 되므로 성형체를 탄화 및 밀도화한 후에 치수 정밀도가 높지 않아 후가공량이 많게 된다. 밀도화된 성형체는 강도가 크게 되어 가공이 쉽지 않으므로 후가공량이 많은 경우 가공 시간이 많이 소요되어 생산성을 저하시키게 된다.In addition, when the carbon-ceramic brake disc is manufactured, carbon fiber and a phenol resin are mixed and inserted into the mold 100, and then the mixture is pressurized and heated to produce a cured molded body. Is not high, so the amount of post processing is large. The densified molded body has a high strength and is not easy to be processed, so if a large amount of post processing is required, it takes a lot of processing time to reduce productivity.

본 발명의 목적은 제동시 발생되는 마찰열에 의한 열변형을 최소화하는 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크 및 그 제작방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an integrated carbon-ceramic brake disc and a method of manufacturing the same that minimize thermal deformation due to frictional heat generated during braking.

본 발명의 다른 목적은 구성 부품을 간단하게 할 뿐만 아니라 무게를 감소는 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크 및 그 제작방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an integral carbon-ceramic brake disc and a method of manufacturing the same that not only simplify the components but also reduce the weight.

본 발명의 다른 목적 후가공량을 최소화하는 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크 및 그 제작방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an integrated carbon-ceramic brake disc which minimizes the amount of post-processing and a manufacturing method thereof.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 허브부, 상기 허브부의 외주면에 연장 형성된 제1 디스크부, 상기 제1 디스크부와 일정 간격을 두고 상기 허브부의 외주면에 연장 형성된 제2 디스크부를 포함하는 메인 몸체; 및 상기 제1 디스크부와 제2 디스크부 사이에 결합되며, 상기 제1,2 디스크부를 지지함과 아울러 공기의 유동을 가이드하는 다수 개의 지지겸용 가이드 부재들을 포함하며, 상기 메인 몸체와 지지겸용 가이드 부재들은 탄화와 용융 규소 침투가 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention as described above, a hub portion, a first disk portion extending on the outer peripheral surface of the hub portion, and a second disk portion extending on the outer peripheral surface of the hub portion at regular intervals with the first disk portion Main body; And a plurality of supporting guide members coupled between the first disk portion and the second disk portion to support the first and second disk portions and guide the flow of air. The members are provided with an integral carbon-ceramic brake disc, characterized by carbonization and molten silicon infiltration.

상기 허브부는 한쪽이 막힌 원통 형태로 형성되며, 그 원통 형태의 막힌 면에 관통 구멍이 구비됨이 바람직하다.The hub portion may be formed in a cylindrical shape with one side blocked, and a through hole is provided in the cylindrical blocked surface.

상기 허브부는 양쪽이 개구된 원통 형상으로 형성될 수도 있다.The hub portion may be formed in a cylindrical shape with both openings.

상기 지지겸용 가이드 부재는 베인 형상이며, 상기 제1 디스크부와 제2 디스크부 사이에 삽입되는 것이 바람직하다.The supporting combined guide member has a vane shape, and is preferably inserted between the first disk portion and the second disk portion.

상기 지지겸용 가이드 부재는 일정 길이를 갖는 핀 형상이 될 수 있고, 상기 제1 디스크부와 제2 디스크부를 관통하여 제1,2 디스크부에 결합될 수도 있다.The dual purpose guide member may have a pin shape having a predetermined length, and may be coupled to the first and second disk portions through the first and second disk portions.

상기 허브부는 제1 디스크부와 제2 디스크부 사이에 위치하는 영역에 관통 구멍들이 구비되는 것이 바람직하다.Preferably, the hub portion has through holes provided in an area between the first disk portion and the second disk portion.

상기 허브부와 제1,2 디스크부는 탄화 규소, 탄소(탄소 섬유), 규소 성분을 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the hub portion and the first and second disk portions include silicon carbide, carbon (carbon fiber), and silicon components.

상기 메인 몸체의 허브부는 장섬유 또는 연속 섬유를 포함하는 것이 바람직하다.The hub portion of the main body preferably comprises long fibers or continuous fibers.

또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 혼합물을 용융시키는 단계; 상기 허브부와 제1,2 디스크부의 형상을 갖는 성형 공간이 구비된 금형 내부에 상기 용융된 혼합물을 주입하는 단계; 상기 금형내부에 주입된 혼합물을 굳히는 단계; 상기 금형에서 굳혀진 성형물을 금형으로부터 분리하는 단계; 상기 성형물에 상기 지지겸용 가이드 부재들을 결합시키는 단계; 상기 지지겸용 가이드 부재들이 결합된 성형물을 탄화시키는 단계; 및 상기 탄화된 성형물에 용융 규소를 침투시키는 단계를 포함하는 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크 제작방법이 제공된다.In addition, to achieve the object of the present invention, melting the mixture; Injecting the molten mixture into a mold having a molding space having a shape of the hub portion and the first and second disk portions; Solidifying the mixture injected into the mold; Separating the molding hardened in the mold from the mold; Coupling the support and guide members to the molding; Carbonizing a molded article to which the supporting guide members are coupled; And impregnating molten silicon into the carbonized molding.

상기 혼합물은 페놀 수지와 탄소 섬유를 포함하는 것이 바람직하다.It is preferable that the said mixture contains a phenol resin and carbon fiber.

상기 금형의 성형 공간에 용융된 혼합물을 주입하기 전 상기 성형 공간의 허브부에 장섬유 또는 연속 섬유를 삽입하는 것이 바람직하다.It is preferable to insert long fibers or continuous fibers into the hub portion of the molding space before injecting the molten mixture into the molding space of the mold.

본 발명은 차축에 결합되는 허브부(61)와, 마찰면이 구비된 제1,2 디스크부와, 지지겸용 가이드 부재들이 일체로 형성되며 아울러 세라믹 재질로 이루어지므로 허브부와, 제1,2 디스크부, 그리고 지지겸용 가이드 부재가 내열성이 크게 되어 열변형이 적게 된다. According to the present invention, the hub portion 61 coupled to the axle, the first and second disk portions provided with the friction surface, and the supporting guide members are integrally formed and made of a ceramic material. The disk portion and the supporting guide member have a large heat resistance, so that the thermal deformation is reduced.

또한, 본 발명은 상기 허브부와 상기 제1,2 디스크부가 일체로 형성되므로 별도의 결합수단이 필요없게 되어 구성 부품이 간단하게 되고, 허브부가 금속으로 이루어지지 않고 세라믹으로 이루어지고 금속 부품인 결합수단의 사용을 배제하게 되므로 무게가 가볍게 된다.In addition, the present invention since the hub portion and the first and second disk portion are integrally formed, there is no need for a separate coupling means, so that the component parts are simplified, and the hub portion is made of ceramic and is not made of metal. The weight is reduced because the use of means is eliminated.

또한, 본 발명은 용융된 혼합물을 사출 금형에 주입한 후 그 혼합물을 굳혀 성형물을 제작하게 되므로 탄화 및 밀도화(용융 규소 침투) 후에 치수 정밀도가 높아 후가공량이 적게 된다. 이로 인하여, 제품의 생산성을 높이게 된다.In addition, in the present invention, since the molten mixture is injected into an injection mold and then the mixture is hardened to produce a molded product, the dimensional accuracy is high after carbonization and densification (melt silicon infiltration), thereby reducing the amount of post-processing. This increases the productivity of the product.

도 1은 일반적인 브레이크 시스템을 도시한 측면도,
도 2는 상기 브레이크 시스템을 구성하는 냉각 채널들이 구비된 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 도시한 사시도,
도 3은 상기 탄소-세라믹 브레이크 디스크를 제작하는 종래 방법을 순서적으로 각각 도시한 단면도,
도 4,5는 본 발명에 따른 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 일실시예를 도시한 사시도 및 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 일실시예를 구성하는 지지겸용 가이드 부재의 일실시예를 도시한 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 일실시예를 구성하는 지지겸용 가이드 부재의 다른 실시예 및 그 배열 상태를 도시한 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 제작방법을 도시한 순서도,
도 9는 본 발명에 따른 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 제작방법에 사용되는 사출 성형기를 개략적으로 도시한 정면도,
도 10은 본 발명에 따른 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 제작방법에 사용되는 사출 금형의 일실시예를 도시한 단면도,
도 11은 상기 사출 금형에 의해 성형된 제1 성형물을 도시한 단면도,
도 12는 상기 제1 성형물의 일부분을 확대하여 도시한 부분 단면도,
도 13은 핫 프레스 몰딩용 금형을 도시한 단면도,
도 14는 상기 제1 성형물과 그 제1 성형물에 결합도는 지지겸용 가이드 부재를 도시한 단면도,
도 15는 제2 성형물을 도시한 단면도,
도 16은 금형의 다른 실시예를 도시한 단면도. 1 is a side view showing a general brake system,
FIG. 2 is a perspective view illustrating a carbon-ceramic brake disc having cooling channels constituting the brake system; FIG.
3 is a cross-sectional view sequentially showing each conventional method of manufacturing the carbon-ceramic brake disc;
4 and 5 are a perspective view and a cross-sectional view showing one embodiment of an integrated carbon-ceramic brake disc according to the present invention;
Figure 6 is a perspective view showing one embodiment of a combined support guide member constituting an embodiment of the integrated carbon-ceramic brake disc according to the present invention,
Figure 7 is a perspective view showing another embodiment of the combined support guide member constituting an embodiment of the integrated carbon-ceramic brake disc according to the present invention and the arrangement thereof,
8 is a flow chart showing a manufacturing method of an integrated carbon-ceramic brake disc according to the present invention;
9 is a front view schematically showing an injection molding machine used in the method of manufacturing the integrated carbon-ceramic brake disc according to the present invention;
10 is a cross-sectional view showing an embodiment of an injection mold used in the manufacturing method of the integral carbon-ceramic brake disc according to the present invention;
11 is a cross-sectional view showing a first molded product molded by the injection mold;
12 is an enlarged partial cross-sectional view of a portion of the first molding;
13 is a cross-sectional view showing a mold for hot press molding;
14 is a cross-sectional view showing a supporting combined guide member bonded to the first molded article and the first molded article;
15 is a sectional view of a second molding,
16 is a sectional view showing another embodiment of a mold.

이하, 본 발명에 따른 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크 및 그 제작방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of an integrated carbon-ceramic brake disc and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 4는 본 발명에 따른 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 일실시예를 도시한 사시도이다. 도 5는 상기 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 일실시예를 도시한 단면도이다.First, Figure 4 is a perspective view showing one embodiment of an integrated carbon-ceramic brake disc according to the present invention. 5 is a cross-sectional view of one embodiment of the integral carbon-ceramic brake disc.

도 4, 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크의 일실시예는 허브부(61), 상기 허브부(61)의 외주면에 연장 형성된 제1 디스크부(62), 상기 제1 디스크부(62)와 일정 간격을 두고 상기 허브부(61)의 외주면에 연장 형성된 제2 디스크부(63)를 포함하는 메인 몸체(K); 및 상기 제1 디스크부(62)와 제2 디스크부(63) 사이에 결합되는 다수 개의 지지겸용 가이드 부재(64)들을 포함한다. 상기 메인 몸체(K)와 상기 지지겸용 가이드 부재(64)들의 어셈블리는 탄화와 용융 규소 침투가 이루어진 것이다.4 and 5, an embodiment of the integrated carbon-ceramic brake disc according to the present invention includes a hub portion 61, a first disc portion 62 extending on an outer circumferential surface of the hub portion 61, A main body (K) including a second disk portion (63) extending on an outer circumferential surface of the hub portion (61) at a predetermined distance from the first disk portion (62); And a plurality of supporting guide members 64 coupled between the first disk portion 62 and the second disk portion 63. The assembly of the main body K and the supporting guide member 64 is made of carbonization and molten silicon infiltration.

상기 메인 몸체(K)와 상기 다수 개의 지지겸용 가이드 부재(64)들은 같은 재질인 것이 바람직하다. 상기 허브부(61)와 제1,2 디스크부(62)(63)는 탄화 규소, 탄소(탄소 섬유), 규소 성분을 포함하는 것이 바람직하다.Preferably, the main body K and the plurality of support and guide members 64 are made of the same material. The hub portion 61 and the first and second disk portions 62 and 63 preferably include silicon carbide, carbon (carbon fiber), and silicon components.

상기 허브부(61)는, 컵 형상과 유사하게, 한쪽이 막힌 원통 형태로 형성되며, 그 원통 형태의 막힌 면에 제1 관통 구멍(61a)이 구비된다. 상기 원통 형태의 막힌 면에 차축(미도시)과 연결되는 다수 개의 체결 구멍(미도시)들이 구비될 수 있다. 상기 허브부(61)는 제1 디스크부(62)와 제2 디스크부(63) 사이에 위치하는 영역에 제2 관통 구멍(61b)들이 구비된 것이 바람직하다.Similar to the cup shape, the hub portion 61 is formed in a cylindrical shape with one side blocked, and the first through hole 61a is provided in the cylindrical blocked surface. A plurality of fastening holes (not shown) connected to an axle (not shown) may be provided on the cylindrical blocked surface. The hub portion 61 is preferably provided with second through holes 61b in an area between the first disk portion 62 and the second disk portion 63.

상기 제1 디스크부(62)는 균일한 두께와 폭을 갖는 링 형상으로 형성됨이 바람직하다. 상기 제1 디스크부(62)는 상기 허브부(61)의 오픈된 한쪽 끝 외주면으로부터 돌출되도록 연장 형성된다. 상기 제2 디스크부(63)는 균일한 두께와 폭을 갖는 링 형상으로 형성됨이 바람직하다. 상기 제1 디스크부(62)는 제2 디스크부(63)와 크기와 형상이 같은 것이 바람직하다. 상기 제1 디스크부(62)와 제2 디스크부(63)는 서로 평행하게 배치된다. 제1,2 디스크부(62)(63)의 서로 마주보는 면은 각각 내측면이고 서로 마주보지 않는 면은 각각 외측면이며, 상기 제1,2 디스크부(62)(63)의 각 외측면이 마찰면이 된다.The first disk portion 62 is preferably formed in a ring shape having a uniform thickness and width. The first disk portion 62 extends to protrude from an open outer peripheral surface of one end of the hub portion 61. The second disk portion 63 is preferably formed in a ring shape having a uniform thickness and width. The first disk portion 62 preferably has the same size and shape as the second disk portion 63. The first disk portion 62 and the second disk portion 63 are disposed parallel to each other. The surfaces of the first and second disk portions 62 and 63 that face each other are the inner surfaces, and the surfaces that do not face each other are the outer surfaces, and the outer surfaces of the first and second disk portions 62 and 63 respectively. This friction surface becomes.

상기 메인 몸체(K)의 허브부(61)는 강도를 높이기 위하여 장섬유 또는 연속 섬유를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 장섬유와 연속 섬유는 탄소 섬유인 것이 바람직하다. 상기 연속 섬유는 직조된 형태이거나 프리 프레그 형태인 것이 바람직하다.Hub portion 61 of the main body (K) preferably includes long fibers or continuous fibers to increase the strength. The long fiber and the continuous fiber are preferably carbon fibers. The continuous fiber is preferably in the form of a woven or prepreg.

상기 다수 개의 지지겸용 가이드 부재(64)들은 제1,2 디스크부(62)(63)를 지지할 뿐만 아니라 제1,2 디스크부(62)(63) 사이에 공기의 유동을 안내한다.The plurality of supporting guide members 64 not only support the first and second disk portions 62 and 63, but also guide the flow of air between the first and second disk portions 62 and 63.

상기 다수 개의 지지겸용 가이드 부재(64)들은 서로 같은 크기와 형상으로 형성됨이 바람직하다. 상기 지지겸용 가이드 부재(64)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 베인 형상이다. 베인 형상의 지지겸용 가이드 부재(64)는 상기 제1 디스크부(62)와 제2 디스크부(63) 사이에 삽입된다. 이때, 상기 제1,2 디스크부(62)(63)의 내측면에 각각 결합홈이 형성되고, 상기 베인 형상의 지지겸용 가이드 부재(64)의 양쪽부분이 상기 제1,2 디스크부(62)(63)의 결합홈에 각각 삽입되는 것이 바람직하다. 상기 베인 형상의 지지겸용 가이드 부재(64)들은 제1,2 디스크부(62)(63)의 원주 방향으로 일정 간격을 두고 배치된다.Preferably, the plurality of supporting guide members 64 are formed in the same size and shape. As shown in FIG. 6, the supporting combined guide member 64 has a vane shape. The vane-shaped support and guide member 64 is inserted between the first disk portion 62 and the second disk portion 63. In this case, coupling grooves are formed on inner surfaces of the first and second disk portions 62 and 63, respectively, and both portions of the vane-shaped support and guide member 64 are formed in the first and second disk portions 62. It is preferable to be inserted into each of the coupling groove of the (63). The vane-shaped support and guide members 64 are arranged at regular intervals in the circumferential direction of the first and second disk portions 62 and 63.

상기 지지겸용 가이드 부재(64)의 다른 실시예로, 도 7에 도시한 바와 같이,상기 지지겸용 가이드 부재(64)는 일정 길이를 갖는 핀 형상으로 형성될 수 있다. 상기 핀 형상의 지지겸용 가이드 부재(64)는 상기 제1 디스크부(62)와 제2 디스크부(63)를 관통하여 제1,2 디스크부(62)(63)에 결합된다.In another embodiment of the dual purpose guide member 64, as shown in Figure 7, the dual purpose guide member 64 may be formed in a pin shape having a predetermined length. The pin-shaped support and guide member 64 is coupled to the first and second disk portions 62 and 63 through the first disk portion 62 and the second disk portion 63.

상기 핀 형상의 지지겸용 가이드 부재(64)들은 제1,2 디스크부(62)(63)의 반경 방향(방사방향)으로 일렬로 배열되며 그 열은 원주 방향으로 일정 간격을 두고 배열되는 것이 바람직하다.The pin-shaped support and guide members 64 are arranged in a row in the radial direction (radiation direction) of the first and second disk portions 62 and 63, and the rows thereof are preferably arranged at regular intervals in the circumferential direction. Do.

상기 제1,2 디스크부(62)(63)의 각 마찰면 옆에 브레이크 밴드(미도시)가 위치하며, 상기 허브부(61)는 차량의 차축(미도시)에 결합된다. A brake band (not shown) is positioned next to each friction surface of the first and second disk parts 62 and 63, and the hub part 61 is coupled to an axle (not shown) of the vehicle.

도 8은 본 발명에 따른 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크 제작방법을 도시한 순서도이다. 8 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an integrated carbon-ceramic brake disc according to the present invention.

도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크 제작방법의 일실시예는 혼합물을 용융시키는 단계; 허브부와 제1,2 디스크부의 형상을 갖는 성형 공간이 구비된 금형 내부에 상기 용융된 혼합물을 주입하는 단계; 상기 금형내부에 주입된 혼합물을 굳히는 단계; 상기 금형에서 굳혀진 성형물을 금형으로부터 분리하는 단계; 상기 성형물에 지지겸용 가이드 부재들을 결합시키는 단계; 상기 지지겸용 가이드 부재(64)들이 결합된 성형물을 탄화시키는 단계; 및 상기 탄화된 성형물에 용융 규소를 침투시키는 단계를 포함한다.As shown in FIG. 8, one embodiment of a method of fabricating an integrated carbon-ceramic brake disc according to the present invention comprises the steps of: melting a mixture; Injecting the molten mixture into a mold having a molding space having a shape of a hub portion and first and second disk portions; Solidifying the mixture injected into the mold; Separating the molding hardened in the mold from the mold; Coupling the support and guide members to the molding; Carbonizing a molded article to which the supporting guide members (64) are combined; And impregnating molten silicon into the carbonized molding.

상기 혼합물은 페놀 수지, 섬유들을 포함한다. 상기 페놀 수지는 분말 상태인 것이 바람직하고, 상기 섬유는 탄소 섬유인 것이 바람직하다. 상기 혼합물을 용융시 페놀 수지을 용융시키는 것이 바람직하다.The mixture comprises phenolic resin, fibers. It is preferable that the said phenol resin is in powder form, and it is preferable that the said fiber is carbon fiber. It is preferable to melt the phenol resin upon melting the mixture.

상기 금형을 이용하여 성형물을 만드는 것은 핫 프레스 몰딩(Hot press moulding) 또는 인젝션 몰딩(Injection moulding; 사출 성형)으로 제작할 수 있다. 또한 상기 지지겸용 가이드 부재도 핫 프레스 몰딩 또는 인젝션 몰딩으로 제작할 수 있다.Making a molding using the mold can be produced by hot press molding or injection molding (injection molding). In addition, the support combined guide member may also be produced by hot press molding or injection molding.

먼저, 사출 성형으로 성형물을 제작하는 방법을 설명한다.First, a method for producing a molded article by injection molding will be described.

도 9는 사출 성형기(Injection moulding machine)의 일예를 도시한 측면도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 사출 성형기는 금형(600)을 포함하는 금형 어셈블리(A)와, 상기 금형(600)에 혼합물을 용융시켜 금형(600)에 주입하는 혼합물 용융장치(B)를 포함한다. 9 is a side view illustrating an example of an injection molding machine. As shown in FIG. 9, the injection molding machine includes a mold assembly A including a mold 600, and a mixture melting apparatus B for melting a mixture in the mold 600 and injecting the mixture into the mold 600. Include.

상기 혼합물 용융장치(B)는 설정된 길이를 갖는 프로세스관(710)과, 상기 프로세스관(710)의 내부에 삽입되는 스크류(720)와, 상기 스크류(720)를 회전시키는 구동유닛(730)과, 상기 프로세스관(710)의 한쪽에 연결된 주입 가이드(740)와, 상기 프로세스관(710)에 설치되는 가열유닛(750)을 포함한다.The mixture melting apparatus (B) includes a process tube 710 having a set length, a screw 720 inserted into the process tube 710, a driving unit 730 rotating the screw 720, and , And an injection guide 740 connected to one side of the process tube 710 and a heating unit 750 installed in the process tube 710.

상기 프로세스관(710)의 한쪽끝은 내경이 감소하는 깔떼기 형상의 유출부(711)가 구비된다. 상기 유출부(711)에 상기 금형(600)이 연결된다.One end of the process tube 710 is provided with a funnel-shaped outlet portion 711 of which the inner diameter is reduced. The mold 600 is connected to the outlet 711.

상기 가열유닛(750)은 세 개의 히터, 즉 제1 히터(751), 제2 히터(752), 제3 히터(753)로 구성됨이 바람직하다.The heating unit 750 is preferably composed of three heaters, that is, the first heater 751, the second heater 752, the third heater (753).

상기 혼합물 용융장치(B)를 이용하여 혼합물을 용융시키는 과정은 다음과 같다.The process of melting the mixture using the mixture melting apparatus (B) is as follows.

상기 가열유닛(750)이 작동하고 상기 구동유닛(730)이 스크류(720)를 회전시키는 상태에서 주입 가이드(740)에 페놀 수지와 탄소 섬유를 포함하는 혼합물을 넣는다. 상기 혼합물은 주입 가이드(740)를 통해 프로세스관(710)으로 유입됨과 동시에 스크류(720)의 회전에 의해 스크류(720)를 따라 유출부(711)쪽으로 이송된다. 상기 스크류(720)의 회전에 의해 혼합물은 보다 골고루 섞이면서 유출부(711)쪽으로 지속적으로 이동한다. 상기 혼합물이 1,2,3 히터 영역을 거치면서 히터들의 열에 의해 용융되면서 유출부(711)를 통해 금형(600)에 주입된다. 상기 용융 혼합물은 페놀 수지가 용융된 상태이다.In the state in which the heating unit 750 operates and the driving unit 730 rotates the screw 720, a mixture containing phenol resin and carbon fiber is placed in the injection guide 740. The mixture is introduced into the process tube 710 through the injection guide 740 and simultaneously transferred to the outlet 711 along the screw 720 by the rotation of the screw 720. By the rotation of the screw 720, the mixture is more evenly mixed and continuously moving toward the outlet 711. The mixture is injected into the mold 600 through the outlet part 711 while being melted by the heat of the heaters while passing through the 1,2 and 3 heater regions. The molten mixture is in a molten state of the phenol resin.

상기 금형(600)에 주입된 용융 혼합물을 냉각시킨다. 상기 금형(600)을 분리시켜 용융 혼합물이 냉각되어 형성된 성형물을 금형(600)으로부터 분리시킨다. 상기 성형물은 위에서 설명한 허브부(61)와, 제1,2 디스크부(62)(63)로 이루어진 메인 몸체(K)이다.The molten mixture injected into the mold 600 is cooled. The mold 600 is separated to separate the molding formed by cooling the melt mixture from the mold 600. The molding is a main body K consisting of the hub portion 61 and the first and second disk portions 62 and 63 described above.

상기 금형(600)의 제1 실시예로, 도 10에 도시한 바와 같이, 내부 공간을 갖는 캐버티 금형(cavity mould)(610)과, 상기 캐버티 금형(610)과 형합시 캐버티 금형(610)의 내부 공간과 함께 성형 공간을 형성하는 코어 금형(core mould)(620)을 포함한다. In a first embodiment of the mold 600, as shown in FIG. 10, a cavity mold 610 having an internal space, and a cavity mold assembled with the cavity mold 610. A core mold 620 that forms a molding space with the interior space of 610 is included.

상기 캐버티 금형(610)은 두 개의 하프 캐버티 금형들(610A)(610B)로 구성된다. 상기 하프 캐버티 금형은 상기 캐버티 금형(610)을 반으로 절단한 형상이다. 따라서 상기 두 개의 하프 캐버티 금형(610A)(610B)은 서로 동일한 형상으로 형성된다.The cavity mold 610 is composed of two half cavity molds 610A and 610B. The half cavity mold has a shape in which the cavity mold 610 is cut in half. Therefore, the two half cavity molds 610A and 610B are formed in the same shape.

상기 코어 금형(620)은 베이스판(621)과 상기 베이스판(621)에 일정 길이로 돌출된 원통축(622)을 포함한다. 상기 원통축(622)에 주입 통로(623)가 형성된다.The core mold 620 includes a base plate 621 and a cylindrical shaft 622 protruding to the base plate 621 by a predetermined length. An injection passage 623 is formed in the cylindrical shaft 622.

상기 코어 금형(620)은 고정된다. 상기 두 개의 하프 캐버티 금형(610A)(610B)의 각 하면은 상기 코어 금형(620)의 베이스판(621)에 슬라이딩 가능하게 접촉된 상태에서 상기 두 개의 하프 캐버티 금형(610A)(610B)은 상기 원통축(622)을 중심으로 직선 왕복 운동한다. 상기 두 개의 하프 캐버티 금형(610A)(610B)이 서로 형합된 상태에서 상기 원통축(622)은 상기 두 개의 하프 캐버티 금형(610A)(610B)의 내부 공간에 위치한다. 상기 원통축(622)의 외면과 상기 두 개의 하프 캐버티 금형(610A)(610B)의 내부 공간 내면에 의해 성형 공간이 형성된다. 상기 성형 공간은 허브부(61)를 형성하는 허브부 공간(S1)과 제1,2 디스크부(62)(63)를 형성하는 제1,2 디스크부 공간(S2)(S3)으로 이루어진다.The core mold 620 is fixed. Each lower surface of the two half cavity molds 610A and 610B is slidably contacted with the base plate 621 of the core mold 620. The two half cavity molds 610A and 610B are in contact with each other. Is a linear reciprocating motion around the cylindrical shaft 622. In a state where the two half cavity molds 610A and 610B are joined to each other, the cylindrical shaft 622 is located in an inner space of the two half cavity molds 610A and 610B. A molding space is formed by the outer surface of the cylindrical shaft 622 and the inner surfaces of the inner spaces of the two half cavity molds 610A and 610B. The molding space includes a hub portion space S1 forming the hub portion 61 and first and second disk portion spaces S2 and S3 forming the first and second disk portions 62 and 63.

상기 원통축(622)의 내부에 형성된 주입 통로(623)는 상기 성형 공간과 연통되고, 또한 상기 주입 통로(623)는 상기 혼합물 용융장치(B)의 유출부(711)와 연결된다. An injection passage 623 formed in the cylindrical shaft 622 communicates with the molding space, and the injection passage 623 is connected to an outlet portion 711 of the mixture melting apparatus B.

상기 두 개의 하프 캐버티 금형들(610A)(610B)이 코어 금형(620)과 함께 형합된 상태에서 혼합물 용융장치(B)의 유출부(711)를 통해 밀려나오는 용융 혼합물이 주입 통로(623)를 통해 성형 공간으로 유입되면서 성형 공간을 채우게 된다.The molten mixture which is pushed out through the outlet 711 of the mixture melting apparatus B while the two half cavity molds 610A and 610B are joined together with the core mold 620 is an injection passage 623. Filling the molding space while flowing into the molding space through.

상기 제1 실시예 금형(600)을 통해 성형된 성형물은, 도 11에 도시한 바와 같이, 컵 형상의 허브부(61)와 상기 허브부(61)의 외주면에서 각각 연장 형성된 제1,2 디스크부(62)(63)로 이루어진다.As shown in FIG. 11, the molded article formed through the mold 600 of the first embodiment includes first and second disks each extending from a cup-shaped hub portion 61 and an outer circumferential surface of the hub portion 61. Part 62 and 63 are made.

한편, 상기 제1,2 디스크부(62)(63) 사이에 위치하는 허브부(61)의 영역에, 도 12에 도시한 바와 같이, 다수 개의 관통 구멍(61b)들이 형성될 수 있다. 상기 관통 구멍(61b)들은 별도의 기계를 이용하여 성형물을 가공하여 뚫을 수 있고, 또한 상기 코어 금형 내부에 구멍 형성장치를 설치하여 그 성형물을 성형하는 과정에서 관통 구멍들을 형성할 수 있다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 12, a plurality of through holes 61b may be formed in an area of the hub portion 61 positioned between the first and second disk portions 62 and 63. The through holes 61b may be formed by processing a molding by using a separate machine, and may also form through holes in a process of forming the molding by installing a hole forming apparatus inside the core mold.

상기 구멍 형성장치의 일실시예로, 상기 코어 금형의 원통축을 관통하여 슬라이딩하는 핀들과 상기 핀들을 직선 왕복 운동시키는 구동유닛을 포함한다.An embodiment of the hole forming apparatus includes pins sliding through the cylindrical shaft of the core mold and a driving unit for linearly reciprocating the pins.

상기 두 개의 하프 캐버티 금형(610)들과 코어 금형(620)을 형합시킨 상태에서 핀(630)들을 성형 공간의 허브부 공간(S1) 내부로 밀어 넣는다. 그리고 성형 공간내부에 용융 혼합물을 주입한 후 그 혼합물을 굳힌다. 상기 핀(630)들을 성형 공간에서 빼내고 두 개의 하프 캐버티 금형들(610A)(610B)을 서로 분리시켜 성형물을 금형으로부터 분리시킨다. 상기 성형물은 허브부(61)와 제1,2 디스크부(62)(63)로 이루어지며, 상기 허브부(61)에 다수 개의 관통 구멍(61b)들이 구비된다.In the state where the two half cavity molds 610 and the core mold 620 are combined, the pins 630 are pushed into the hub portion space S1 of the molding space. Then, the molten mixture is injected into the molding space and the mixture is hardened. The pins 630 are removed from the molding space and the two half cavity molds 610A and 610B are separated from each other to separate the molding from the mold. The molding includes a hub 61 and first and second disks 62 and 63, and a plurality of through holes 61b are provided in the hub 61.

한편, 상기 허브부와 제1,2 디스크부로 이루어진 성형물을 핫 프레스 몰딩으로 제작할 경우는 다음과 같다.On the other hand, when the molded article consisting of the hub portion and the first and second disk portion is produced by hot press molding as follows.

핫 프레스 몰딩에 사용될 금형의 일실시예로, 도 13에 도시한 바와 같이, 대략 허브부와 제2 디스크부가 형성될 공간이 구비된 제1 틀(M1)과, 대략 제1 디스크부가 형성될 공간이 구비된 제2 틀(M2)과, 상기 제1 틀(M1)과 제2 틀(M2) 사이에 위치하여 제1,2 디스크부 공간을 구획하는 링형 중간판(M4)과, 상기 제1,2 틀(M1)(M2)과 링형 중간판(M4) 내부에 왕복 운동가능하게 삽입되는 프레스축(M3)을 포함한다. 상기 제1,2 틀(M1)(M2)과 링형 중간판(M4)을 틀 어셈블리라 한다.As an example of a mold to be used for hot press molding, as shown in FIG. 13, a first mold M1 having a space in which a hub portion and a second disk portion are formed, and a space in which a first disk portion is formed, are provided. And a second frame M2 provided therein, a ring-shaped intermediate plate M4 positioned between the first frame M1 and the second frame M2 to partition the space of the first and second disk portions, and the first frame. And a press shaft M3 inserted reciprocally in the two molds M1 and M2 and the ring-shaped intermediate plate M4. The first and second molds M1 and M2 and the ring-shaped intermediate plate M4 are called mold assemblies.

상기 프레스축(M3)을 틀 어셈블리에서 빼낸 상태에서 상기 금형의 틀 어셈블리 내부에 용융 혼합물을 주입한다. 상기 틀 어셈블리에 주입된 용융 혼합물이 설정 온도가 된 상태에서 틀 어셈블리에 상기 프레스축(M3)을 삽입한다. 그리고 용융 혼합물을 냉각시킨 다음 프레스축(M3)을 빼내고 제2 틀(M2)과 링형 중간판(M4)을 분리하여 성형물을 제1 틀(M1)로부터 분리한다.The molten mixture is injected into the mold assembly of the mold while the press shaft M3 is removed from the mold assembly. The press shaft M3 is inserted into the mold assembly with the molten mixture injected into the mold assembly at a set temperature. After cooling the molten mixture, the press shaft M3 is removed, the second mold M2 and the ring-shaped intermediate plate M4 are separated, and the molding is separated from the first mold M1.

한편, 상기 금형의 틀 어셈블리에 용융 혼합물을 주입하기 전 상기 틀 어셈블리의 내부 공간 중 허브부에 해당되는 공간에 장섬유 또는 연속섬유를 삽입한 후 상기 틀 어셈블리의 내부 공간에 용융 혼합물을 주입할 수 있다. 상기 장섬유와 연속 섬유는 탄소 섬유인 것이 바람직하다. 상기 연속 섬유는 직조된 형태이거나 프리 프레그 형태인 것이 바람직하다. 이와 같은 경우 최종 성형물에서 허브부의 내부에 장섬유 또는 연속섬유가 삽입된다.On the other hand, before injecting the molten mixture into the mold assembly of the mold insert the long fiber or continuous fiber in the space corresponding to the hub portion of the inner space of the mold assembly and then inject the molten mixture into the inner space of the mold assembly have. The long fiber and the continuous fiber are preferably carbon fibers. The continuous fiber is preferably in the form of a woven or prepreg. In this case, long fibers or continuous fibers are inserted into the hub part in the final molding.

상기 허브부와 제1,2 디스크부가 구비된 성형물에, 도 14에 도시한 바와 같이, 지지겸용 가이드 부재(64)들을 결합시킨다.As shown in FIG. 14, the support and guide members 64 are coupled to the molded article provided with the hub portion and the first and second disk portions.

상기 지지겸용 가이드 부재(64)는 위에서 설명한 바와 같이, 베인 형상이 될 수 있고, 핀 형상이 될 수 있다. The dual purpose guide member 64 may have a vane shape and a pin shape, as described above.

상기 지지겸용 가이드 부재(64)가 베인 형상인 경우 성형물의 제1 디스크부(62)와 제2 디스크부(63) 사이에 삽입된다. 이때, 상기 제1,2 디스크부(62)(63)의 내측면에 각각 결합홈이 형성되고, 상기 베인 형상의 지지겸용 가이드 부재(64)의 양쪽부분이 상기 제1,2 디스크부(62)(63)의 결합홈에 각각 삽입된다. 상기 베인 형상의 지지겸용 가이드 부재(64)들은 제1,2 디스크부(62)(63)의 원주 방향으로 일정 간격을 두고 배치된다. When the supporting combined guide member 64 has a vane shape, it is inserted between the first disk portion 62 and the second disk portion 63 of the molding. In this case, coupling grooves are formed on inner surfaces of the first and second disk portions 62 and 63, respectively, and both portions of the vane-shaped support and guide member 64 are formed in the first and second disk portions 62. Are respectively inserted into the coupling groove of the (63). The vane-shaped support and guide members 64 are arranged at regular intervals in the circumferential direction of the first and second disk portions 62 and 63.

상기 지지겸용 가이드 부재(64)가 핀 형상일 경우 위에서 설명한 바와 같이 상기 핀 형상의 지지겸용 가이드 부재(64)는 성형물의 제1 디스크부(62)와 제2 디스크부(63)를 관통하여 제1,2 디스크부(62)(63)에 결합된다. 상기 핀 형상의 지지겸용 가이드 부재(64)들은 제1,2 디스크부(62)(63)의 반경 방향(방사방향)으로 일렬로 배열되며 그 열은 원주 방향으로 일정 간격을 두고 배열되는 것이 바람직하다. When the dual purpose guide member 64 has a pin shape, as described above, the dual guide member 64 having a pin shape penetrates through the first disk portion 62 and the second disk portion 63 of the molding. It is coupled to the first and second disk portions 62 and 63. The pin-shaped support and guide members 64 are arranged in a row in the radial direction (radiation direction) of the first and second disk portions 62 and 63, and the rows thereof are preferably arranged at regular intervals in the circumferential direction. Do.

상기 지지겸용 가이드 부재(64)는 가이드 부재 제작용 금형(미도시)을 이용하여 제작한다. 상기 가이드 부재 제작용 금형에 주입되는 용융 혼합물은 상기 허브부(61)와 제1,2 디스크부(62)(63)로 이루어진 성형물에 사용되는 용융 혼합물과 같은 재료인 것이 바람직하다.The support combined guide member 64 is manufactured by using a mold for manufacturing a guide member (not shown). The molten mixture injected into the mold for manufacturing the guide member is preferably made of the same material as the molten mixture used for the molded product consisting of the hub portion 61 and the first and second disk portions 62 and 63.

한편, 상기 지지겸용 가이드 부재(64)들이 결합된 성형물을 노(furnace)에 넣고 고온으로 가열하여 성형물을 탄화시킨다. 상기 성형물을 가열시키는 온도는 성형물이 탄화되는 온도인 900도에서 1200도이다. Meanwhile, the molded article combined with the supporting guide members 64 is placed in a furnace and heated to a high temperature to carbonize the molded article. The temperature for heating the molding is 900 to 1200 degrees, the temperature at which the molding is carbonized.

상기 탄화 성형물의 디스크부(62)의 양측면에 얇은 두께를 갖는 링 형상의 탄화체를 각각 부착시킬 수도 있다. 상기 링 형상의 탄화체는 최종 결과물에서 마찰층을 형성하게 된다.Ring-shaped carbides having a thin thickness may be attached to both sides of the disk portion 62 of the carbonized molding. The ring shaped carbide forms a friction layer in the final product.

상기 탄화 성형물에 용융된 규소를 침투시킨다. 상기 규소가 용융되는 온도는 1400도에서 1700도이므로 이 온도에서 규소가 용융되어 탄화 성형물에 침투된다. 상기 용융 규소가 탄화된 성형물에 침투되면서 그 탄화된 성형물과 반응하여 탄화 규소가 되고 반응하지 않은 규소는 잔류하여 냉각시 응고된다. The molten silicon is infiltrated into the carbonized molding. The temperature at which the silicon is melted is 1400 to 1700 degrees, so silicon is melted and penetrated into the carbonized molding at this temperature. As the molten silicon penetrates into the carbonized molding, it reacts with the carbonized molding to become silicon carbide and the unreacted silicon remains and solidifies upon cooling.

상기 탄화 성형체에 용융 규소를 침투시킨 후 규소가 침투된 탄화 성형물을 냉각시킨다. After the molten silicon is infiltrated into the carbonized product, the carbonized product in which the silicon is infiltrated is cooled.

상기 용융 규소가 침투되어 반응된 탄화 성형체는 기지(matrix)가 탄화 규소, 즉 세라믹이고 탄소 섬유로 강화된 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크가 된다. 상기 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크는 정밀한 치수를 위해 미세 가공한다. 상기 금형에서 성형물이 정밀한 치수로 제작되므로 최종 결과물에서도 치수가 정밀하게 되어 후가공이 적게 된다.The molten silicon impregnated and reacted to the carbonized molded body is a silicon carbide, that is, an integral carbon-ceramic brake disc with ceramic and carbon fiber reinforced. The integral carbon-ceramic brake discs are microfabricated for precise dimensions. Since the molding is manufactured to precise dimensions in the mold, the final result is precisely dimensioned, thereby reducing post-processing.

한편, 성형물의 제2 실시예로, 도 15에 도시한 바와 같이, 양쪽이 개구된 원통 형태의 원통형 허브부(61')와 상기 원통형 허브부(61')의 한쪽 끝 외주면에 연장 형성된 제1 디스크부(62)와, 상기 원통형 허브부(61')의 다른 한쪽 끝 외주면에 연장 형성된 제2 디스크부(63)로 이루어진다. 상기 성형물의 제1,2 디스크부(62)(63) 사이에 지지겸용 가이드 부재(64)들이 결합된다.On the other hand, in the second embodiment of the molding, as shown in Fig. 15, a cylindrical hub portion 61 'having a cylindrical shape with both openings and a first formed on the outer peripheral surface of one end of the cylindrical hub portion 61'. The disk part 62 and the 2nd disk part 63 extended in the outer peripheral surface of the other end of the said cylindrical hub part 61 '. The support and guide members 64 are coupled between the first and second disk portions 62 and 63 of the molding.

상기 성형물은, 도 16에 도시한 바와 같이, 상기 제1 실시예의 금형 형상을 변경하여 제작할 수 있다. 상기 금형은 양쪽이 개구된 원통형 허브부 공간과 제1,2 디스크부 공간을 형성하는 두 개의 하프 캐비티 금형(610C)(610D)과 코어 금형(620)으로 구성된다.As shown in Fig. 16, the molded product can be produced by changing the mold shape of the first embodiment. The mold is composed of two half cavity molds 610C and 610D and a core mold 620 that form a cylindrical hub space having both sides opened and a first and second disk space.

상기 제2 실시예의 성형물이 탄화와 용융 규소 침투 과정이 진행된 후 상기 제2 실시예의 성형물에 허브가 결합수단에 의해 결합된다.After the molding of the second embodiment undergoes carbonization and molten silicon infiltration, the hub is coupled to the molding of the second embodiment by a coupling means.

이하, 본 발명에 따른 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크 및 그 제작방법의 작용과 효과를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation and effects of the integrated carbon-ceramic brake disc and its manufacturing method according to the present invention will be described.

본 발명은 차축에 결합되는 허브부(61)와, 마찰면이 구비된 제1,2 디스크부(62)(63)와, 지지겸용 가이드 부재(64)들이 일체로 형성되며 아울러 세라믹 재질로 이루어지므로 허브부(61)와, 제1,2 디스크부(62)(63), 그리고 지지겸용 가이드 부재(64)가 내열성이 크게 되어 열변형이 적게 된다. According to the present invention, the hub portion 61 coupled to the axle, the first and second disk portions 62 and 63 having friction surfaces, and the support and guide members 64 are integrally formed and made of ceramic material. As a result, the hub portion 61, the first and second disk portions 62 and 63, and the support and guide member 64 become large in heat resistance, thereby reducing heat deformation.

또한, 본 발명은 상기 허브부(61)와 상기 제1,2 디스크부(62)(63)가 일체로 형성되므로 별도의 결합수단이 필요없게 되어 구성 부품이 간단하게 되고, 허브부(61)가 금속으로 이루어지지 않고 세라믹으로 이루어지고 금속 부품인 결합수단의 사용을 배제하게 되므로 무게가 가볍게 된다.In addition, since the hub part 61 and the first and second disk parts 62 and 63 are integrally formed, the present invention eliminates the need for a separate coupling means, thereby simplifying components, and the hub part 61. The weight is lighter because it does not consist of metal but consists of ceramic and excludes the use of coupling means, which are metal parts.

또한, 본 발명은 사출 금형에 용융된 혼합물을 주입한 후 그 혼합물을 굳혀 성형물을 제작하게 되므로 탄화 및 밀도화(용융 규소 침투) 후에 치수 정밀도가 높아 후가공량이 적게 된다. 종래에는 탄소 섬유와 페놀 수지를 혼합하여 성형틀에 삽입한 다음 그 혼합물을 가압 가열하여 경화된 성형체를 제작하게 되므로 성형체를 탄화 및 밀도화한 후에 치수 정밀도가 높지 않아 후가공량이 많게 된다. 밀도화된 성형물(또는 성형체)는 강도가 크므로 가공이 쉽지 않으므로 후가공량이 많은 경우 가공 시간이 많이 소요되어 생산성을 저하시킨다.In addition, the present invention, after injecting the molten mixture into the injection mold to harden the mixture to produce a molded article, high dimensional accuracy after carbonization and densification (melt silicon infiltration) to reduce the amount of post-processing. Conventionally, carbon fibers and phenol resins are mixed and inserted into a mold, and then the mixture is heated under pressure to produce a cured molded body, so that the dimensional accuracy is not high after carbonizing and densifying the molded body, thereby increasing the post-processing amount. Since the densified molding (or molded body) has a high strength, it is not easy to process, so if the post-processing amount is large, the processing time takes a lot, thereby decreasing productivity.

61; 허브부 62; 제1 디스크부
63; 제2 디스크부 64; 지지겸용 가이드 부재61; Hub portion 62; 1st disc part
63; Second disk portion 64; Support combined guide member

Claims (11)

허브부, 상기 허브부의 외주면에 연장 형성된 제1 디스크부, 상기 제1 디스크부와 일정 간격을 두고 상기 허브부의 외주면에 연장 형성된 제2 디스크부와, 상기 제1,2 디스크부들 사이에 위치하는 허브부의 영역에 구비된 관통 구멍들을 포함하며, 상기 허브부와 제1,2 디스크부는 일체로 형성된 메인 몸체;
상기 제1 디스크부와 제2 디스크부 사이에 결합되며, 상기 제1,2 디스크부를 지지함과 아울러 공기의 유동을 가이드하는 다수 개의 지지겸용 가이드 부재들을 포함하며,
상기 메인 몸체와 지지겸용 가이드 부재들은 탄화와 용융 규소 침투가 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크.And a hub portion, a second disk portion with the first disk portion, said first disk portion and a predetermined distance extending to the outer circumference of the hub portion extending on the outer circumference of the hub portion, which is located between the first and second disc portions group A through hole provided in an area of the hub portion, wherein the hub portion and the first and second disk portions are integrally formed with the main body;
It is coupled between the first disk portion and the second disk portion, and includes a plurality of support and guide members for supporting the flow of air as well as supporting the first and second disk portion,
The main body and the supporting guide member are integral carbon-ceramic brake discs characterized in that the carbon and molten silicon infiltration. 제 1 항에 있어서, 상기 허브부는 한쪽이 막힌 원통 형태로 형성되며, 그 원통 형태의 막힌 면에 관통 구멍이 구비된 것을 특징으로 하는 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크.The integrated carbon-ceramic brake disc of claim 1, wherein the hub portion is formed in a cylindrical shape with one side blocked, and a through hole is provided in the cylindrical blocked surface. 제 1 항에 있어서, 상기 허브부는 양쪽이 개구된 원통 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크.2. The integral carbon-ceramic brake disc of claim 1, wherein the hub portion is formed in a cylindrical shape with both openings. 제 1 항에 있어서, 상기 지지겸용 가이드 부재는 베인 형상이며, 상기 제1 디스크부와 제2 디스크부 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크.2. The integrated carbon-ceramic brake disc of claim 1, wherein the dual guide member is vane-shaped and is inserted between the first disc portion and the second disc portion. 제 1 항에 있어서, 상기 지지겸용 가이드 부재는 일정 길이를 갖는 핀 형상이며, 상기 제1 디스크부와 제2 디스크부를 관통하여 제1,2 디스크부에 결합되는 것을 특징으로 하는 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크.The integrated carbon-ceramic brake according to claim 1, wherein the support and guide member has a pin shape having a predetermined length and is coupled to the first and second disk portions through the first and second disk portions. disk. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 허브부와 제1,2 디스크부는 탄화 규소, 탄소(탄소 섬유), 규소 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크.2. The integrated carbon-ceramic brake disc of claim 1, wherein the hub portion and the first and second disc portions comprise silicon carbide, carbon (carbon fiber), and silicon components. 제 1 항에 있어서, 상기 메인 몸체의 허브부는 장섬유 또는 연속 섬유를 를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크.2. The integral carbon-ceramic brake disc of claim 1 wherein the hub portion of the main body comprises long fibers or continuous fibers. 혼합물을 용융시키는 단계;
제1 항의 허브부와 제1,2 디스크부의 형상을 갖는 성형 공간이 구비된 금형 내부에 상기 용융된 혼합물을 주입하는 단계;
상기 금형내부에 주입된 혼합물을 굳히는 단계;
상기 금형에서 굳혀진 성형물을 금형으로부터 분리하는 단계;
상기 성형물의 제1,2 디스크부 사이에 제1 항의 지지겸용 가이드 부재들을 결합시키는 단계;
상기 지지겸용 가이드 부재들이 결합된 성형물을 탄화시키는 단계; 및
상기 탄화된 성형물에 용융 규소를 침투시키는 단계를 포함하는 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크 제작방법.Melting the mixture;
Injecting the molten mixture into a mold having a molding space having a shape of a hub portion and a first and second disk portions;
Solidifying the mixture injected into the mold;
Separating the molding hardened in the mold from the mold;
Coupling the support and guide members of claim 1 between the first and second disk portions of the molding;
Carbonizing a molded article to which the supporting guide members are coupled; And
A method of fabricating an integral carbon-ceramic brake disc comprising the step of permeating molten silicon into the carbonized molding. 제 9 항에 있어서, 상기 혼합물은 페놀 수지와 탄소 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크 제작방법.10. The method of claim 9, wherein the mixture comprises a phenolic resin and carbon fibers. 제 9 항에 있어서, 상기 금형의 성형 공간에 용융된 혼합물을 주입하기 전 상기 성형 공간의 허브부에 장섬유 또는 연속 섬유를 삽입하는 것을 특징으로 하는 일체형 탄소-세라믹 브레이크 디스크 제작방법.10. The method of claim 9, wherein a long fiber or a continuous fiber is inserted into a hub of the molding space before the molten mixture is injected into the molding space of the mold.
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