KR101405813B1 - Aluminium alloy trailing arm and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

차량의 현가장치 부품인 트레일링암에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄 합금관재를 이용한 트레일링암 및 그 제조방법에 관하여 개시한다.
본 발명은, 알루미늄 합금관재를 마련하는 합금관 마련 단계; 상기 합금관을 트레이링암 형상에 대응하는 형상으로 굽힙 가공하는 예비 성형 단계; 및 상기 예비 성형품을 트레일암 형상에 대응하는 성형홈을 구비한 금형 내부에 안착시킨후, 상기 예비 성형품 내부에 수압을 가하여 확관 성형하는 하이드로 포밍 단계;를 포함하는 트레일링암 제조방법을 제공한다.
More particularly, the present invention relates to a trailing arm using an aluminum alloy tube and a method of manufacturing the same.
The present invention relates to a method for manufacturing an aluminum alloy pipe, comprising the steps of: A preforming step of bending the alloy tube in a shape corresponding to the shape of the trailing arm; And a hydroforming step of placing the preliminarily molded article in a mold having a molding groove corresponding to the shape of a trail arm and then expanding and forming the interior of the preliminarily molded article by water pressure.

Description

알루미늄 합금관을 이용한 트레일링암 및 그 제조방법{ALUMINIUM ALLOY TRAILING ARM AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an aluminum alloy tube,

본 발명은 차량의 현가장치 부품인 트레일링암에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄 합금관재를 이용한 트레일링암 및 그 제조방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a trailing arm that is a suspension unit of a vehicle, and more particularly, to a trailing arm using an aluminum alloy tube and a method of manufacturing the same.

자동차 산업에서 최근 이슈화 되고 있는 차량의 경량화, 연비 성능 향상 및 가격 경쟁력을 갖춘 차량을 제작하기 위해 준중형 이하의 차량에서 리어 토션빔 액슬 타입으로 후륜 서스펜션 시스템을 변경하고 있다. 기존의 차량에서는 멀티 링크 타입의 서스펜션으로 리어 액슬, 트레일링 암, 로우암, 어퍼암, 스테빌라이즈 바 등의 여러 가지 부품들이 담당하던 역할들은 토션빔과 트레일링 암을 이용한 2가지 부품들이 기존 부품들의 성능을 대신하게 된다. 따라서 차량 뒤편에서 발생하는 롤강성, 비틀림 모멘트, 바퀴에서 전달되는 충격 들을 견디며 주행성능을 만족하기 위해서는 사용하는 소재가 고강도화 및 후육화되어야 한다. 토션빔 액슬 타입이 기존 시스템보다 많은 경량화가 이루어졌지만 아직도 구성 부품 자체의 과중량으로 인한 경량화 필요성이 많이 있다.In the automotive industry, the rear suspension system is being changed from rear-torsion beam axle type to sub-mid-range vehicles in order to lighten the vehicles, improve the fuel economy, and manufacture cars with price competitiveness. In conventional vehicles, the multi-link type suspension is used for various parts such as rear axle, trailing arm, low arm, upper arm, stabilizing bar, etc. The two parts using the torsion beam and trailing arm can be used for existing parts Instead of the performance of these. Therefore, the material to be used must be made stronger and thicker in order to withstand the roll stiffness, torsional moment generated from the rear of the vehicle, and shocks transmitted from the wheels. Although the torsion beam axle type has been made lighter than the existing system, there is still a lot of need for weight reduction due to the overweight of the component itself.

현재까지 이러한 부품들은 강관 재질을 하이드로 포밍 가공하여 제조하고 있는 실정이다.Until now, these parts have been manufactured by hydroforming a steel pipe material.

본 발명은 이러한 부품들을 하이드로 포밍으로 제조할 수 있는 알루미늄 합금관 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide an aluminum alloy tube capable of manufacturing such components by hydroforming and a method of manufacturing the same.

관련선행기술로는 대한민국 공개특허 공개번호 10-2005-0101899호 (공개일자 2005년 10월 25일) '차량용 커플드 토션 빔 액슬'이 있다.
Related Prior Art Korean Patent Publication No. 10-2005-0101899 (published on October 25, 2005) entitled 'Coupled Torsion Beam Axis for Vehicles'.

본 발명의 목적은 알루미늄 합금관재를 사용하여 트레일랑암을 제조할 수 있도록 하기 위한 것이다.An object of the present invention is to enable the production of a trail arm using an aluminum alloy pipe.

본 발명의 다른 목적은 차량의 알루미늄 합금관을 하이드로 포밍 가공방법으로 성형하여 트레일링암을 제조함으로써 부품수를 절감하고 용접부를 감소시키기 위한 것이다.
Another object of the present invention is to reduce the number of parts and reduce the number of welded parts by manufacturing an aluminum alloy tube of a vehicle by a hydroforming method to manufacture a trailing arm.

본 발명은, 알루미늄 합금관재를 마련하는 합금관 마련 단계; 상기 합금관을 트레이링암 형상에 대응하는 형상으로 굽힙 가공하는 예비 성형 단계; 및 상기 예비 성형품을 트레일암 형상에 대응하는 성형홈을 구비한 금형 내부에 안착시킨후, 상기 예비 성형품 내부에 수압을 가하여 확관 성형하는 하이드로 포밍 단계;를 포함하는 트레일링암 제조방법을 제공한다.The present invention relates to a method for manufacturing an aluminum alloy pipe, comprising the steps of: A preforming step of bending the alloy tube in a shape corresponding to the shape of the trailing arm; And a hydroforming step of placing the preliminarily molded article in a mold having a molding groove corresponding to the shape of a trail arm and then expanding and forming the interior of the preliminarily molded article by water pressure.

상기 합금관 마련 단계의 상기 알루미늄 합금 관재는, Si : 0.09~0.45 중량%, Fe : 0.11~0.24 중량%, Cu : 0.02 중량% 이하, Mn : 0.02~0.76 중량%, Mg : 2.7~4.1 중량%, Cr : 0.11~0.25 중량%, Zn : 0.003~0.014 중량%, Ti : 0.021~0.0031 중량% 를 포함하며, 잔부의 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물로 조성되는 것을 특징으로 하는 트레일링암 제조방법을 제공한다.Wherein the aluminum alloy pipe material in the alloy tube preparing step comprises 0.09 to 0.45 wt% of Si, 0.11 to 0.24 wt% of Fe, 0.02 to 0.2 wt% of Cu, 0.02 to 0.76 wt% of Mn, 2.7 to 4.1 wt% (Al) and inevitable impurities, the steel comprising 0.11 to 0.25% by weight of Cr, 0.003 to 0.014% by weight of Zn, and 0.021 to 0.0031% by weight of Ti. do.

상기 알루미늄 합금 관재는 인장강도 260~275Mpa, 연신율 20~27% 범위인 것이 바람직하다.The aluminum alloy pipe material preferably has a tensile strength of 260 to 275 MPa and an elongation of 20 to 27%.

이 때, 상기 하이드로 포밍 단계는 최대확관부분의 확관율이 26%이하가 되도록 수행되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the hydroforming step is performed such that the expansion ratio of the maximum expanded portion is 26% or less.

아울러, 상기 하이드로 포딩 단계 이후에, 제품을 천공하는 홀 가공 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 홀 가공 단계는 레이저 가공, 또는 하이드로 피어싱 방법을 이용할 수 있다.
In addition, after the hydroforming step, the hole forming step may be further performed to perforate the product. The hole machining step may use laser machining, or a hydro-piercing method.

그리고, 본 발명은 Si : 0.09~0.45 중량%, Fe : 0.11~0.24 중량%, Cu : 0.02 중량% 이하, Mn : 0.02~0.76 중량%, Mg : 2.7~4.1 중량%, Cr : 0.11~0.25 중량%, Zn : 0.003~0.014 중량%, Ti : 0.021~0.0031 중량% 를 포함하며, 잔부의 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물로 조성되는 알루미늄 합금 재질로 이루어지며 전체가 일체로 형성된 트레일링암을 제공한다.The present invention also provides a ferritic steel comprising 0.09 to 0.45 wt% of Si, 0.11 to 0.24 wt% of Fe, 0.02 wt% or less of Cu, 0.02 to 0.76 wt% of Mn, 2.7 to 4.1 wt% of Mg, 0.11 to 0.25 wt% (Al) and unavoidable impurities, the balance being aluminum (Al) in an amount of 0.003 to 0.014 wt%, Zn: 0.003 to 0.014 wt%, and Ti: 0.021 to 0.0031 wt%.

상기 트레일링암은 인장강도 260~275Mpa, 연신율 20~27% 인 알루미늄 합금관재를 이용하여 하이드로 포밍 가공으로 제조되면 더욱 바람직하다.
The above-mentioned trailing rock is more preferably produced by hydroforming using an aluminum alloy pipe having a tensile strength of 260 to 275 MPa and an elongation of 20 to 27%.

본 발명에 따른 트레일링암은 알루미늄 합금재질을 이용함으로써, 종래의 강재에 비하여 부품을 경량화하는 효과를 가져온다.The trailing arm according to the present invention uses an aluminum alloy material, which brings about an effect of reducing the weight of the parts compared with the conventional steel material.

본 발명에 따른 트레일링암은 알루미늄 합금관을 이용하여 하이드로 포밍 가공방법으로 제조되어 용접부가 없다. 따라서 부품의 내구성과 신뢰도를 확보할 수 있는 효과를 가져온다.
The trailing arm according to the present invention is manufactured by a hydroforming method using an aluminum alloy tube, and there is no welded portion. Therefore, the durability and reliability of the parts can be ensured.

도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 합금관 제조방법을 나타낸 공정순서도,
도 2는 균질화 처리 전의 알루미늄 합금의 조직을 나타낸 사진,
도 3은 균질화 처리 후의 알루미늄 합금의 조직을 나타낸 사진,
도 4는 트레일링암으로 포함하는 토션빔 액슬의 구조를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 트레일링암 제조방법을 나타낸 공정순서도임.
1 is a flow chart showing a process for producing an aluminum alloy tube according to the present invention,
2 is a photograph showing the structure of the aluminum alloy before the homogenization treatment,
3 is a photograph showing the structure of the aluminum alloy after the homogenization treatment,
4 is a view showing a structure of a torsion beam axle included in a trailing arm,
5 is a flow chart showing a process for producing a trailing rock according to the present invention.

이하 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 합금관을 이용한 트레일링암 및 그 제조방법에 관하여 살펴본다.Hereinafter, a trailing arm using an aluminum alloy tube according to an embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described.

본 발명은 Si : 0.09~0.45 중량%, Fe : 0.11~0.24 중량%, Cu : 0.02 중량% 이하, Mn : 0.02~0.76 중량%, Mg : 2.7~4.1 중량%, Cr : 0.11~0.25 중량%, Zn : 0.003~0.014 중량%, Ti : 0.021~0.0031 중량% 를 포함하며, 잔부의 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물로 조성되는 알루미늄 합금 재질로 이루어지며, 압출 가공 방법을 통해 제조되어, 인장강도 260~275Mpa, 항복강도 110~125MPa, 연신율 20~27% 인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금관을 이용하여 트레이링암을 제조하기 위한 것이다.
The present invention relates to a steel sheet comprising 0.09 to 0.45 wt% of Si, 0.11 to 0.24 wt% of Fe, 0.02 wt% or less of Cu, 0.02 to 0.76 wt% of Mn, 2.7 to 4.1 wt% of Mg, 0.11 to 0.25 wt% (Al) and unavoidable impurities, which contains 0.003 to 0.014% by weight of Zn and 0.021 to 0.0031% by weight of Ti, and which is produced through an extrusion processing method and has a tensile strength of 260 - 275 MPa, yield strength 110 to 125 MPa and elongation 20 to 27%.

먼저 알루미늄 합금관 제조방법에 관하여 살펴본다.
First, a method of manufacturing an aluminum alloy tube will be described.

알루미늄 합금의 조성Composition of aluminum alloy

본 발명에 사용되는 알루미늄 합금관은, Si : 0.09~0.45 중량%, Fe : 0.11~0.24 중량%, Cu : 0.02 중량% 이하, Mn : 0.02~0.76 중량%, Mg : 2.7~4.1 중량%, Cr : 0.11~0.25 중량%, Zn : 0.003~0.014 중량%, Ti : 0.021~0.0031 중량% 를 포함하며, 잔부의 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물로 조성된다.
The aluminum alloy tube used in the present invention is composed of 0.09 to 0.45 wt% of Si, 0.11 to 0.24 wt% of Fe, 0.02 wt% or less of Cu, 0.02 to 0.76 wt% of Mn, 2.7 to 4.1 wt% of Mg, : 0.11 to 0.25 wt%, Zn: 0.003 to 0.014 wt%, and Ti: 0.021 to 0.0031 wt%, and is composed of aluminum (Al) and unavoidable impurities.

알루미늄(Al)Aluminum (Al)

알루미늄(aluminum, Al)은 규소 다음으로 지구상에 많이 존재하는 원소이다. 비중은 2.7 로서 Mg(1.74)와 Be(1.85)를 제외하고는 실용금속 중 가장 가벼운 금속이다. 주조가 용이 하고, 다른 금속과 잘 합금되어 상온 및 고온가공이 쉽다.Aluminum (Al, Al) is the most abundant element on earth after silicon. The specific gravity is 2.7, which is the lightest metal of practical metals except Mg (1.74) and Be (1.85). It is easy to cast, alloy well with other metals, and easy to process at room temperature and high temperature.

알루미늄(aluminum, Al)은 규소 다음으로 지구상에 많이 존재하는 원소이다. 비중은 2.7 로서 Mg(1.74)와 Be(1.85)를 제외하고는 실용금속 중 가장 가벼운 금속이다. 주조가 용이 하고, 다른 금속과 잘 합금되어 상온 및 고온가공이 쉽다.Aluminum (Al, Al) is the most abundant element on earth after silicon. The specific gravity is 2.7, which is the lightest metal of practical metals except Mg (1.74) and Be (1.85). It is easy to cast, alloy well with other metals, and easy to process at room temperature and high temperature.

Al의 비중은 2.7로 Fe의 7.87 Cu의 8.9에 비해 약3/1로 경량이며, Al은 대기중의 산소와 반응하여 표면에 얇고 치밀한 산화피막을 형성함으로 내식성이 우수하고, 압출, 압연, 단조 성형 등의 소성 가공이 용이한 특성을 가진다.
Al has a specific gravity of 2.7, which is about 3/1 of that of 8.87 of Fe 7.87 Cu. Al also reacts with atmospheric oxygen to form a thin and dense oxide film on the surface, which is excellent in corrosion resistance and can be extruded, rolled, It is easy to perform plastic working such as molding.

이하, 첨가 원소들의 조성과 각 원소들의 특성에 관하여 살펴본다.Hereinafter, the composition of the additive elements and the characteristics of the respective elements will be examined.

실리콘 (Si : 0.09~0.45 중량%)Silicon (Si: 0.09 to 0.45% by weight)

실리콘은 알루미늄 용탕의 유동성이 높으며 응고 중 주입성을 향상시키기 위해 첨가될 수 있다. 또한 알루미늄-실리콘 합금(Al-Si 합금)의 경우에 주조시 초정 α-알루미늄상과 공정 실리콘상의 혼합 조직을 나타낼 수 있으며, 이러한 공정 실리콘상의 조직을 개량 처리하여 침상에서 입자상 또는 섬유상 등으로 미세화 시킬 경우 기계적 강도를 현저하게 향상시킬 수 있다.
Silicon can be added to improve the fluidity of molten aluminum and to improve the castability during solidification. In addition, in the case of aluminum-silicon alloy (Al-Si alloy), it is possible to show the mixed structure of primary α-aluminum phase and process silicon during casting, and it is possible to refine the structure of silicon- The mechanical strength can be remarkably improved.

철 (Fe : 0.11~0.24 중량%)Iron (Fe: 0.11 to 0.24% by weight)

철은 불가피한 불순물로서 미량의 혼입에도 알루미늄의 내공식성을 저하시킬 우려가 있기 때문에 상기 범위로 제한하는 것이 바람직하다.
Since iron is an unavoidable impurity, there is a risk of lowering the pitting resistance of aluminum even in the presence of a trace amount of aluminum.

구리 (Cu : 0.02 중량% 이하)Copper (Cu: 0.02 wt% or less)

Al-Zn-Mg계의 합금에 Cu를 넣은 것은 석출초기의 상변태 속도를 늦춤으로써 입계 주변의 고용된 Zn과 Mg의 급격한 감소를 피하게 하여 SCC특성을 개선하고자하는 것이 목적이다.The objective of the present invention is to improve the SCC characteristics by avoiding the rapid decrease of solid solution of Zn and Mg in the vicinity of grain boundaries by retarding the phase transformation rate at the initial stage of precipitation by adding Cu to the Al-Zn-Mg alloy.

이 합금계에 Cu가 첨가되면 Mg와 반응하여 MgCu2와 Mg2Cu를 만들며 zone을 생성한다. 0.5%Cu만 첨가시켜도 초기 변태과정에 충분한 영향을 주어서 Al-Mg-Zn 삼원계의 경우보다 zone이 생성되는 속도를 느리게 하고 zone의 농도도 1/4정도로 밀도를 낮추며 각기 zone의 크기를 80 수준까지 크게 한다. 일단 η'이 생성되면 초기 zone들은 급격히 없어지며 입계주변의 Mg-Zn의 급격한 감소를 완화시킨다. 한편 Cu는 Al-Zn-Mg-Cu계에서는 zone의 형성을 지연시키는 반면에 Cr이 첨가된 합금에서는 Al7Cr의 입계 석출을 촉진시켜서 입계를 취약하게 하는 반대효과도 있다.When Cu is added to this alloy system, it reacts with Mg to form MgCu 2 and Mg 2 Cu, and forms a zone. The addition of only 0.5% Cu has a sufficient effect on the initial transformation process, so that the rate of zone formation is slower than that of the Al-Mg-Zn ternary system, the density of the zone is reduced to about 1/4, . Once η 'is generated, the initial zones disappear abruptly and the rapid decrease of Mg-Zn around the grain boundary is mitigated. On the other hand, Cu inhibits the formation of zones in the Al-Zn-Mg-Cu system, while it accelerates the precipitation of Al 7 Cr in the Cr-added alloy, which also has the opposite effect of weakening the grain boundary.

일반적으로 Cu함량에 제약이 있는 것은 냉각속도에 따른 재질 강도를 낮추는 경향이 있고 응력부식을 방지하는 데는 효과적이다.
In general, there is a restriction on the Cu content, which tends to lower the material strength according to the cooling rate and is effective in preventing stress corrosion.

망간 (Mn : 0.02~0.76 중량%)Manganese (Mn: 0.02 to 0.76% by weight)

Mn은 G.P. zone에서 η'상의 석출을 가속시키며 Mg 또는 Zn과 반응하여도 MgZn2(η')의 생성에 해를 끼치는 반응물을 만들지 않는다. Mn accelerates the precipitation of the η 'phase in the GP zone and does not produce a reactant that would otherwise interfere with the formation of MgZn 2 (η') even if it reacts with Mg or Zn.

Mn이 첨가됨으로 하여 G.P. zone들은 구형으로 유지된 상태에서 숫자가 크게 증가되고 있다.By adding Mn, G.P. The zones have been increasing in number with their spheres maintained.

실제로 상용 합금에 일정수준(합금에 따라 0.2%~0.9%Mn, 본 발명의 경우 0.02~0.76 중량% 로 한정)의 Mn첨가는 이 문제를 완전히 극복할 수준을 못되지만 상당한 효과를 보여주고 있으며 동시에 압출재의 용체화 처리시 나타나는 재결정 조대입자 생성을 막아주고 있다.
In fact, the addition of Mn at a certain level (0.2 to 0.9% Mn, depending on the alloy, limited to 0.02 to 0.76% by weight in the case of the present invention) to commercial alloys does not completely overcome this problem, This prevents formation of recrystallized coarse particles in solution treatment of extruded material.

마그네슘 (Mg : 2.7~4.1 중량%)Magnesium (Mg: 2.7 to 4.1% by weight)

마그네슘은 알루미늄에 충분한 강도를 부여하는데 필요한 원소이다. 그 함량이 2.7 중량% 미만이면 자동차 부품에 필요한 강도를 얻을 수 없으며 4.1%를 초과하면 에지부 손상 가능성이 커져서 생산성이 저하된다.
Magnesium is an element necessary to impart sufficient strength to aluminum. If the content is less than 2.7% by weight, the required strength for the automobile parts can not be obtained. If the content exceeds 4.1%, the possibility of edge damage increases and the productivity is lowered.

크롬 (Cr : 0.11~0.25 중량%)Chromium (Cr: 0.11 to 0.25% by weight)

Cr은 원자반경이 작음에도 불구하고 Mg보다는 Zn과 반응하여 고용상태에 있는 Zn을 약 30%나 고착시켜 CrZn17을 만든다. 또한 다른 한편으로는 Al과 반응하여 Mn을 고용할 수 있는 Al7Cr을 형성한다. 일반적으로 Cr의 고용도는 300℃ 에서도 0.015%에 지나지 않는다.Although Cr has a small atomic radius, it reacts with Zn rather than Mg and binds about 30% of Zn in solid state to make CrZn 17 . And on the other hand it reacts with Al to form Al 7 Cr which can solidify Mn. Generally, the solubility of Cr is only 0.015% even at 300 ° C.

따라서 Al7Cr은 Al-Zn-Mg계 합금에 zone이 생성되기 훨씬 전에 전위결함이나 입계주변에 석출되고 이 후 발생하는 zone의 분포를 입계나 입내에서 고르게 생성되도록 한다. 이에 입계에 석출된 Al7Cr은 용체화 처리중 고용되지 않으므로 재결정과 sub-grain생성 및 성장을 지연시키는 효과도 보여주고 있다.
Therefore, Al 7 Cr precipitates around the grain boundaries long before the zone is formed in the Al-Zn-Mg-based alloy, and the distribution of the generated zones is uniformly generated in the grain or grain. Therefore, Al 7 Cr precipitated in the grain boundaries is not solubilized in the solution treatment, and thus shows an effect of retarding recrystallization and sub-grain formation and growth.

아연 (Zn : 0.003~0.014 중량%)Zinc (Zn: 0.003 to 0.014% by weight)

아연은 알루미늄에 첨가될 경우, 382℃ 에서 약 80 중량% 정도 고용되나 온도가 감소함에 고용도가 급격히 감소되어, 본 발명에 따르는 알루미늄 합금의 경우 주조된 알루미늄 합금의 기지 내에는 약 18 중량%의 아연이 고용된 상태가 된다.When zinc is added to aluminum, about 80% by weight is employed at 382 캜, but the degree of solubility is drastically reduced as the temperature is lowered. In the case of the aluminum alloy according to the present invention, about 18% Zinc is in a state of employment.

이때 고용되지 못한 잉여 아연은 상술한 것과 같이 알루미늄, 구리와 반응하여 Al-Zn-Cu 화합물을 형성하는데 이용될 수 있다. 따라서 이러한 아연의 고용강화 및 화합물 형성의 효과를 모두 얻기 위해서는 상기 범위 내에서 아연을 알루미늄 내에 첨가하는 것이 필요하다.
The excess zinc which is not solubilized at this time can be used to form an Al-Zn-Cu compound by reacting with aluminum or copper as described above. Therefore, it is necessary to add zinc to aluminum within the above range in order to obtain both of the effects of solid solution strengthening and compound formation of zinc.

티타늄 (Ti : 0.021~0.0031 중량%)Titanium (Ti: 0.021 to 0.0031% by weight)

Al-Zn-Mg계 합금에 대하여 상변태나 석출과정중의 Ti의 역할을 거의 없다. 그러나 용해주조 중 첨가되는 Ti는 B 원소와 함께 AlB2또는 TiB2형태로 조직입자의 응고 핵이 되어 입자미세화 효과를 나타낸다.
There is almost no role of Ti in the phase transformation or precipitation process with respect to the Al-Zn-Mg alloy. However, Ti added during melt casting becomes a solidification nucleus of the tissue particles in the form of AlB 2 or TiB 2 together with the element B, thus exhibiting an effect of particle refinement.

이하에서는 상기와 같은 조성을 가지는 알루미늄 합금관의 제조방법에 관하여 살펴본다.
Hereinafter, a method of manufacturing an aluminum alloy tube having the above composition will be described.

알루미늄 합금관 제조방법Aluminum alloy tube manufacturing method

도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 합금관 제조방법을 나타낸 공정순서도이다.1 is a process flow chart showing a method for manufacturing an aluminum alloy tube according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 알루미늄 합금관 제조방법은, Si : 0.09~0.45 중량%, Fe : 0.11~0.24 중량%, Cu : 0.02 중량% 이하, Mn : 0.02~0.76 중량%, Mg : 2.7~4.1 중량%, Cr : 0.11~0.25 중량%, Zn : 0.003~0.014 중량%, Ti : 0.021~0.0031 중량% 를 포함하며, 잔부의 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물로 조성되는 알루미늄 합금 재질의 빌렛을 마련하는 빌렛 마련 단계(S-12)와, 상기 빌렛을 균질화 처리하는 균질화 단계(S-14)와, 상기 빌렛을 금형을 이용하여 관형상으로 압출 가공하는 압출 가공 단계(S-16)와, 상기 압출 가공된 알루미늄 합금 관재를 소둔 열처리하는 소둔 열처리 단계(S-18)를 포함한다.As shown in the figure, the aluminum alloy tube manufacturing method according to the present invention comprises: 0.09 to 0.45 wt% of Si, 0.11 to 0.24 wt% of Fe, 0.02 wt% or less of Cu, 0.02 to 0.76 wt% of Mn, 2.7 (Al) and inevitable impurities, which contains 0.1 to 4 wt% of Cr, 0.11 to 0.25 wt% of Cr, 0.003 to 0.014 wt% of Zn, and 0.021 to 0.0031 wt% of Ti, (S-12) for homogenizing the billet, a homogenizing step (S-14) for homogenizing the billet, an extrusion processing step (S-16) for extruding the billet into a tubular shape using a mold, And an annealing heat treatment step (S-18) for subjecting the extruded aluminum alloy pipe material to an annealing heat treatment.

그리고, 상기 소둔 열처리 단계(S-18)의 이전 또는 이후에 알루미늄 합금관의 형상을 교정하는 스트레칭 단계를 더 포함할 수 있다.Further, it may further include a stretching step of calibrating the shape of the aluminum alloy tube before or after the annealing heat treatment step (S-18).

본 발명은 압출 가공 방법을 이용하여 용접부가 없는 알루미늄 합금관을 제조하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that an aluminum alloy tube without welds is manufactured by using an extrusion processing method.

알루미늄 합급 부품 제조하기 위한 방법으로, 압출, 단조, 주조 방법을 사용할 수 있는데, 압출 방법은 다른 방법에 비하여 생산성이 우수하고 가격이 저렴하며, 연신소재이기 때문에 인성이 우수한 특성을 제공한다.The extrusion, forging, and casting methods can be used for producing aluminum alloy parts. The extrusion method is superior in productivity compared to other methods, is inexpensive, and is excellent in toughness because it is a stretched material.

단조 방법의 경우 중공 형상으로 성형하기가 곤란하며, 주조의 경우 가격이 높아지고, 인성이 낮은 문제점을 나타낸다.
In case of the forging method, it is difficult to form into a hollow shape, and in case of casting, the cost is high and the toughness is low.

이하 각각의 단계에 관하여 살펴본다.Hereinafter, each step will be discussed.

빌렛 마련 단계Billet preparation stage

상기와 같은 조성을 가지는 알루미늄 합금 빌렛을 제조하기 위한 방법으로 용해 주조 방법을 사용할 수 있다.A melt casting method may be used as a method for producing an aluminum alloy billet having the above composition.

앞서 살펴본 합금 조성에 맞게 모합금을 첨가하여 고온에서 에어 슬립 타입(Air slip type)으로 빌렛을 제조하는 것이 바람직하다.
It is preferable to prepare a billet in an air slip type at a high temperature by adding a parent alloy in accordance with the above alloy composition.

균질화 단계Homogenization step

상기 균질화 단계는 560℃ ± 10℃ 온도에서 9~11시간 유지한 후, 공냉하는 방식으로 이루어진다.The homogenization step is carried out by maintaining the temperature at 560 ° C ± 10 ° C for 9-11 hours, followed by air cooling.

균질화 단계는 빌렛 마련 단계에서 주조를 통해 제조된 알루미늄 합금 빌렛을 소정의 고온에서 충분한 시간 동안 유지함으로써 확산에 의한 편석을 제거하고 균질한 조직을 얻는 처리 방법이다.The homogenization step is a treatment method in which the aluminum alloy billet produced through casting in the billet preparation step is maintained at a predetermined high temperature for a sufficient time to remove segregation by diffusion and obtain a homogeneous structure.

균질화 단계는 미세 편석 제거와, 수직 상정 조직 제거 그리고 내부 잔류 응력 제거의 효과를 가져온다.The homogenization step has the effect of removing micro-segregation, removing vertical supernatant, and eliminating internal residual stress.

도 2는 균질화 처리 전의 알루미늄 합금의 조직을 나타낸 사진이고, 도 3은 균질화 처리 후의 알루미늄 합금의 조직을 나타낸 사진이다.Fig. 2 is a photograph showing the structure of the aluminum alloy before the homogenization treatment, and Fig. 3 is a photograph showing the structure of the aluminum alloy after the homogenization treatment.

도 2 및 도 3을 살펴보면, 균질화 처리 전에는 나뭇가지 모양의 조직이 관찰되나, 균질화 처리후에는 덴드라이트(Dendrite) 조직이 사라지고 구상화된 균일한 조직이 나타나는 것을 알 수 있다.
2 and 3, it can be seen that a branch-like structure is observed before the homogenization treatment, but after the homogenization treatment, the dendritic structure disappears and the spheroidized uniform structure appears.

압출 가공 단계Extrusion processing step

압출 가공 단계는 상기 빌렛을 370~385℃ 로 가열한 상태에서 이루어지며, 상기 금형의 온도는 405~425℃ 범위를 유지하는 것이 바람직하다.The extrusion processing step is performed in a state where the billet is heated to 370 to 385 ° C, and the temperature of the mold is preferably maintained in the range of 405 to 425 ° C.

빌렛을 상기 온도 범위로 가열하는 것은, 압출시 빌렛과 금형과의 마찰을 최소화시키고, 압출성을 향상시키기 위한 것이다. 빌렛의 온도가 상기 범위보다 낮은 경우 과도한 압출 압력이 요구되며, 최종 제품의 경도가 미달 될 수 있다.Heating the billet to the above-mentioned temperature range is for minimizing the friction between the billet and the mold during the extrusion, and for improving the extrudability. If the temperature of the billet is lower than the above range, an excessive extrusion pressure is required and the hardness of the final product may be insufficient.

빌렛의 온도가 상기 범위보다 높은 경우 빌렛의 표면 터짐 현상이 발생하는 문제점과, 알루미늄 합금의 조직이 커지는 문제점이 발생한다.When the temperature of the billet is higher than the above range, there is a problem that the surface of the billet ruptures and the structure of the aluminum alloy becomes large.

빌렛의 가열은 가스 가열로 또는 고주파 가열로를 이용하여 이루어질 수 있다.Heating of the billet can be performed using a gas heating furnace or a high-frequency heating furnace.

이 때, 압출 가공 단계는 빌렛을 압출시키는 초기 압력이 23~25 Mpa 범위를 유지하도록 하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the extrusion processing step maintains the initial pressure for extruding the billet in the range of 23 to 25 MPa.

빌렛 압출의 초기 압력이 상기 범위 보다 낮은 경우 압출 속도가 지나치게 느려 생산성이 저하되며, 과도하게 낮은 경우 압출이 이루어지지 않는다.If the initial pressure of the billet extrusion is lower than the above range, the extrusion speed is too slow to reduce the productivity, and if it is excessively low, the extrusion is not performed.

반대로, 빌렛 압출의 초기 압력이 상기 범위 보다 높은 경우 표면의 터짐, 찍힘 등의 품질 문제가 발생할 우려가 있다.
On the other hand, when the initial pressure of the billet extrusion is higher than the above range, there is a possibility that a quality problem such as surface breakage or impingement may occur.

소둔 열처리 단계Annealing heat treatment step

소둔 열처리 단계는 340~350℃ 온도까지 승온한 후, 2~3시간 동안 유지하는 것이 바람직하며, 상기 승온에 소요되는 시간은 1~2시간 범위이면 더욱 바람직하다.The annealing heat treatment step is preferably performed at a temperature of 340 to 350 ° C. and then maintained for 2 to 3 hours, and the time required for the heating is preferably 1 to 2 hours.

소둔 열처리 단계는 압출 제품에 적합한 강도를 부여하기 위한 것으로, 적정 온도에서 일정시간 유지시키는 방법으로 이루어진다.The annealing heat treatment step is for imparting an appropriate strength to the extruded product and is carried out by keeping it at an appropriate temperature for a certain period of time.

소둔 열처리는 복수개의 알루미늄 합금관을 석면사를 이용하여 이격시키고, 한꺼번에 열처리 챔버에 장입하는 방법으로 이루어질 수 있다.The annealing heat treatment may be performed by a method in which a plurality of aluminum alloy tubes are spaced apart from each other by using an asbestos yarn and then charged into the heat treatment chamber all at once.

상기 승온에 소요되는 시간은 1~2시간인 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금관 제조방법.
Wherein the time required for the temperature increase is 1 to 2 hours.

스트레칭 단계Stretching step

상기 스트레칭 단계는 상기 소둔 열처리 단계의 이전 또는 이후에 이루어지는 것으로, 알루미늄 합금관을 인장시켜 압출응력을 제거하고 강도를 향상시키는 공정이다.The stretching step is performed before or after the annealing heat treatment step, and is a step of pulling the aluminum alloy tube to remove the extrusion stress and to improve the strength.

스트레칭 단계는 조우(jaw)를 이용하여 알루미늄 합금관을 고정한 후, 일정량 인장시키며, 알루미늄 합금관이 일직선이 되도록 교정하는 방법으로 이루어진다.
In the stretching step, an aluminum alloy tube is fixed using a jaw, a certain amount of tension is applied, and the aluminum alloy tube is straightened.

실시예Example

하기의 표 1과 같은 조성을 가지는 알루미늄 합금 빌렛을 이용하여, 상술한 제조 방법을 이용하여 알루미늄 합금관을 제조하여 물성을 평가하였다.
Aluminum alloy tubes having the compositions shown in Table 1 below were used to manufacture aluminum alloy tubes using the above-described manufacturing method, and the properties were evaluated.

Figure 112012027859918-pat00001
Figure 112012027859918-pat00001

표 2는 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.Table 2 shows the results of physical property evaluation.

Figure 112012027859918-pat00002
Figure 112012027859918-pat00002

표 2의 결과를 살펴보면, 본원발명의 조성 범위에 해당하는 실시예 1, 2의 경우 인장강도 260~275Mpa, 항복강도 110~125MPa, 연신율 20~27% 을 모두 만족하였으나,The results of Table 2 show that Examples 1 and 2 corresponding to the composition range of the present invention satisfied both the tensile strength of 260 to 275 MPa, the yield strength of 110 to 125 MPa, and the elongation of 20 to 27%

비교예1의 경우 인장강도가 미달되고, 연신율이 부족하게 나타났으며, 비교예 2의 경우 인장강도와 항복강도가 지나치게 높고, 연신율이 부족한 결과를 나타냈다.
In Comparative Example 1, the tensile strength was inadequate and the elongation was insufficient. In Comparative Example 2, the tensile strength and the yield strength were too high and the elongation was insufficient.

도 4는 트레일링암으로 포함하는 토션빔 액슬의 구조를 나타낸 도면이다.4 is a view showing a structure of a torsion beam axle included in a trailing arm.

도시된 바와 같이, 토션빔 액슬(400)은 차량의 폭방향으로 형성되어 비틀림 강성을 유지하는 토션빔(410)과, 상기 토션빔(410)의 양단에 결합되며 일측이 차륜에 연결되고 타측이 차체에 연결되는 트레일링암(420)과, 상기 트레일링암(420)의 양단에 각각 결합되는 트레일링암 마운팅부시(430)와 스핀들브래킷(440), 그리고 트레일링암(420)에 일측에 결합되는 스프링 시트(450)를 포함한다.As shown in the figure, the torsion beam axle 400 includes a torsion beam 410 formed in the width direction of the vehicle and maintaining torsional rigidity, and a torsion beam 410 coupled to both ends of the torsion beam 410, one side connected to the wheel, A trailing arm mounting bush 430 and a spindle bracket 440 respectively coupled to both ends of the trailing arm 420 and a spindle bracket 440 and a spring seat 420 coupled to one side of the trailing arm 420, (450).

토션빔 액슬을 구성하는 부품중, 스핀들브래킷(440)과, 스프링시트(450)는 판 형태의 부품으로 프레스 가공을 통해 제조되고, 강성과 내구성이 요구되는 트레일링암(420)과 토션빔(410)은 폐박스 형태를 가진다.Among the components constituting the torsion beam axle, the spindle bracket 440 and the spring seat 450 are manufactured by press working in the form of plates, and the trailing arm 420 and the torsion beam 410, which are required to have rigidity and durability, ) Has a closed box form.

본 발명은 이러한 부품들 중 트레일링암(420)에 관한 것으로, 트레일링암(420)을 상술한 알루미늄 합금관재로 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a trailing arm (420) of these components and relates to a method for manufacturing the trailing arm (420) with the aluminum alloy tube described above.

종래에는 트레일링암(420)을 두개의 프레스 가공품을 용접으로 연결하여 폐박스 형상으로 제조하고 있었다. 즉, 한 개의 트레일링암(420)이 두개의 부품을 용접으로 결합시키는 방법으로 제조하였으나, 본 발명은 알루미늄 합금관재를 이용함으로써 용접이 필요치 않다. 용접부는 물성 관리가 용이치 않아 내구성이 요하는 부품에서 항상 문제부위가 되고 있다.Conventionally, the trailing arm 420 is manufactured by connecting two press-processed products by welding to form a closed box. That is, although one trailing arm 420 is manufactured by welding two parts to each other by welding, the present invention does not require welding by using an aluminum alloy tube. Welded parts are always problematic in durability parts because of their inability to manage their physical properties.

본 발명에 따른 트레일링암(420)은 용접부가 삭제됨으로써, 품질문제를 해결하고 부품을 경량화하는 효과를 가져온다. 더욱이 알루미늄 합금 재질을 사용함으로써 경량화의 효과를 더욱 증가시킨다.
The trailing arm 420 according to the present invention eliminates the welds, thereby solving the quality problem and reducing the weight of the parts. Further, by using an aluminum alloy material, the effect of lightening is further increased.

도 5는 본 발명에 따른 트레일링암 제조방법을 나타낸 공정순서도이다.5 is a process flow chart showing a method for manufacturing a trailing rock according to the present invention.

본 발명에 따른 트레일링암 제조방법은 알루미늄 합금관재를 마련하는 합금관 마련 단계(S-52)와, 상기 합금관을 트레이링암 형상에 대응하는 형상으로 굽힙 가공하는 예비 성형 단계(S-54)와, 상기 예비 성형품을 트레일암 형상에 대응하는 성형홈을 구비한 금형 내부에 안착시킨 후, 상기 예비 성형품 내부에 수압을 가하여 확관 성형하는 하이드로 포밍 단계(S-54)를 포함한다.(S-52) for preparing an aluminum alloy pipe, a pre-forming step (S-54) for bending the alloy pipe in a shape corresponding to the shape of a trailing arm, And a hydroforming step (S-54) of placing the preliminarily molded article in a mold having a forming groove corresponding to the shape of a trail arm, and then expanding the preliminarily molded article by water pressure.

알루미늄 합금 재질의 합금관 마련 단계(S-52)는 앞서 설명한 바와 같으므로 중복 설명은 생략한다.The step (S-52) of preparing the alloy tube made of an aluminum alloy is the same as the above-mentioned description, so that the duplicate description will be omitted.

트레일링암은 도 4에서 살펴본 바와 같이, 전체적으로 굴곡이 진 형태를 가지며, 각 부위위 단면적이 상이한 형상을 가지고 있다.As shown in FIG. 4, the trailing rock has a bent shape in its entirety, and has a shape in which cross sectional areas on the respective sides are different from each other.

따라서, 하이드로 포밍 가공을 하기 이전에, 전체적인 굴곡 형상을 미리 부여하는 예비 성형 단계(S-54)를 수행한다.Therefore, before the hydroforming process, a preliminary molding step (S-54) is performed in which the entire curved shape is given in advance.

예비 성형 단계(S-54)는 마련된 알루미늄 합금 관재를 소정의 길이로 절단한 후, 굽힙 가공하는 방법으로 수행된다.The pre-forming step (S-54) is carried out by cutting the prepared aluminum alloy pipe material to a predetermined length and then bending it.

하이드로 포밍 단계(S-54)는 예비 성형 단계(S-52)를 거친 예비 성형품을 트레일링암의 형상에 대응하는 성형홈을 가지는 금형 내부에 안착한 후, 예비 성형품의 내부에 수압을 가하여 확관 성형하는 것이다.In the hydroforming step (S-54), the preliminarily molded product after the preliminary molding step (S-52) is placed in a mold having a forming groove corresponding to the shape of the trailing arm, and then water pressure is applied to the interior of the preliminary molded product will be.

수압은 점진적으로 증가한 후, 최대 수압에서 일정시간 유지되는 형태로 인가된다.The water pressure is gradually increased and then applied in a form that is maintained at the maximum water pressure for a certain time.

또한, 하이드로 포밍으로 인하여 확관되는 부분중에서, 가장 많은 양이 확관되는 최대확관부분(내부 단면적이 가장 넓은 부분)의 확관율이 26%이하가 되도록 수행되는 것이 바람직하다. 최대 확관율이 26%를 초과하면 관터짐 등의 불량 발생율이 높아지기 때문이다.
It is also preferable that the expansion ratio of the maximum expanded portion (the portion having the largest internal cross-sectional area) at which the greatest amount is enlarged is 26% or less among the portions expanded due to the hydroforming. If the maximum expansion rate exceeds 26%, the incidence of failure such as tube rupture increases.

수압에 의하여 관재가 팽창하며 금형에 밀착되므로, 예비 성형품은 하이드로 포밍 가공에 의하여 금형의 형상에 대응하는 트레일링암 형태로 성형된다.Since the tube material expands due to water pressure and is brought into close contact with the mold, the preform is shaped into a trailing ring shape corresponding to the shape of the mold by hydroforming.

트레일링암은 다른 부품들과의 조립을 위한 각종 홀이 구비되어야 하는데, 이를 위하여, 하이드로 포밍 단계를 거친 부품에 홀을 가공하는 홀 가공 단계(S-58)를 수행한다.The trailing arm must have various holes for assembling with other parts. For this purpose, a hole machining step (S-58) for machining holes in the parts subjected to the hydroforming step is performed.

홀 가공 단계(S-58)는 레이저 피어싱 또는 하이드로 피어싱 공법을 이용할 수 있다.
The hole processing step (S-58) can utilize laser piercing or a hydro piercing method.

이러한 방법을 통해 제조된 트레일링암은 알루미늄 합금 재질이므로 종래의 스틸 부품에 비하여 경량화가 가능하다. 또한, 관재를 하이드로 포밍 가공하여 성형함으로써 용접이 필요치 않아 용접부에서 발생하는 품질 문제를 해소할 수 있다. 또한 부품수를 절감하는 효과를 가져온다.
Since the trailing arm manufactured by this method is made of an aluminum alloy, it can be made lighter than conventional steel parts. In addition, since the tube is formed by hydroforming, it is not necessary to weld, and the quality problem caused in the weld can be solved. Also, the number of parts can be reduced.

S-12 : 빌렛 마련 단계
S-14 : 균질화 단계
S-16 : 압출 가공 단계
S-18 : 소둔 열처리 단계
S-52 : 합금관 마련 단계
S-54 : 예비 성형 단계
S-56 : 하이드로 포밍 단계
S-58 : 홀 가공 단계
S-12: Steps to build billet
S-14: homogenization step
S-16: Extrusion processing step
S-18: Annealing heat treatment step
S-52: Steps to prepare alloy tube
S-54: preforming step
S-56: Hydroforming step
S-58: Hole machining step

Claims (8)

Si : 0.09~0.45 중량%, Fe : 0.11~0.24 중량%, Cu : 0.02 중량% 이하, Mn : 0.02~0.76 중량%, Mg : 2.7~4.1 중량%, Cr : 0.11~0.25 중량%, Zn : 0.003~0.014 중량%, Ti : 0.021~0.0031 중량% 를 포함하며, 잔부의 알루미늄(Al) 및 불가피한 불순물로 조성되는 알루미늄 합금 재질의 빌렛을 마련하는 빌렛 마련 단계와, 상기 빌렛을 560℃ ± 10℃ 온도에서 9~11시간 유지한 후 공냉하여 균질화 처리하는 균질화 단계와, 상기 빌렛을 금형을 이용하여 관형상으로 압출 가공하되 상기 빌렛을 370~385℃ 로 가열한 상태에서 상기 금형의 온도는 405~425℃ 에서 가공을 수행하는 압출 가공 단계와, 상기 압출 가공된 알루미늄 합금 관재를 340~350℃ 온도까지 승온한 후 2~3시간 동안 유지하여 소둔 열처리하는 소둔 열처리 단계와, 상기 소둔 열처리 단계의 이전 또는 이후에 알루미늄 합금관을 조우를 이용하여 고정한 후 일정량 인장시키며 형상을 교정하는 스트레칭 단계를 포함하여, 인장강도 260~275Mpa, 연신율 20~27% 범위의 물성을 가지는 알루미늄 합금관재를 마련하는 합금관 마련 단계;
상기 합금관을 트레이링암 형상에 대응하는 형상으로 굽힙 가공하는 예비 성형 단계;
상기 예비 성형품을 트레일암 형상에 대응하는 성형홈을 구비한 금형 내부에 안착시킨후, 상기 예비 성형품 내부에 수압을 가하여 확관 성형하되, 최대확관부분의 확관율이 26%이하가 되도록 하는 하이드로 포밍 단계; 및
레이저 가공, 또는 하이드로 피어싱 방법을 이용하여 제품을 천공하는 홀 가공 단계;를 포함하는 트레일링암 제조방법.
0.04 to 0.45 wt% of Si, 0.11 to 0.24 wt% of Fe, 0.02 wt% or less of Cu, 0.02 to 0.76 wt% of Mn, 2.7 to 4.1 wt% of Mg, 0.11 to 0.25 wt% of Cr, 0.003 To 0.014% by weight of Ti, 0.021 to 0.0031% by weight of Ti, and a balance of aluminum (Al) and inevitable impurities; Maintaining the mold at a temperature of from 370 to 385 DEG C for 40 to 425 DEG C in a state where the billet is heated to 370 to 385 DEG C for a period of 9 to 11 hours, followed by air cooling to homogenize the billet, An annealing heat treatment step of subjecting the extruded aluminum alloy pipe material to an annealing heat treatment by raising the temperature to 340 to 350 ° C and holding the aluminum alloy pipe material for 2 to 3 hours; Thereafter, the aluminum alloy tube was fixed with the jaw A step of preparing an alloy tube having a tensile strength of 260 to 275 MPa and an elongation of 20 to 27%;
A preforming step of bending the alloy tube in a shape corresponding to the shape of the trailing arm;
A hydroforming step of placing the preliminarily molded product in a mold having a forming groove corresponding to the shape of a trail arm and then expanding the inside of the preliminarily molded product by water pressure so that the maximum expansion rate of the expanded portion is 26% ; And
A hole processing step of perforating the product using a laser processing, or a hydro-piercing method.
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