KR101435881B1 - 브레이크 캘리퍼의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 얇은 부위와 두터운 부위가 혼재하는 캘리퍼를 스퀴즈 방식의 주조를 적용하여 고품질로 제조할 수 있는 브레이크 캘리퍼의 제조 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 자동차에 사용되는 브레이크 캘리퍼의 제조 방법에 있어서, 수평으로 설치되는 실린더, 상기 실린더 내부에 결합하는 피스톤, 상기 실린더에서 유입되는 용융 금속을 안내하는 안내구 및 상기 안내구와 연통되는 금형, 상기 금형 상단에 위치하는 스퀴즈핀을 포함하는 스퀴즈 장치와 용융 금속을 준비하는 준비 단계; 상기 실린더 내부에 용융 금속을 투입하는 용융 금속 투입 단계; 상기 실린더 내부의 용융 금속을 피스톤으로 가압하여 상기 금형 내부로 유입시키는 피스톤 가압 단계; 금형 내부의 용융 금속이 특정 액상분율로 된 시기에 스퀴즈핀을 상기 금형 내부로 진입시키는 스퀴즈핀 진입 단계; 및
상기 금형 내부의 제품을 외부로 배출하는 제품 취출 단계를 포함하되, 상기 준비 단계에서 금형은 캘리퍼의 배면부가 하부에 위치하도록 배치하여 용융 금속이 배면부로 시작하여 측면부 및 전면부로 이동하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

브레이크 캘리퍼의 제조 방법{Manufacturing method of brake-caliper}

본 발명은 브레이크 캘리퍼의 제조 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 수평 스퀴즈 방식을 이용한 브레이크 캘리퍼의 제조 방법에 관한 것이다.

자동차용 브레이크에 사용되는 캘리퍼는 대부분 주철 소재로 제작되고 있으나, 최근 자동차 경량화 및 방열특성 향상을 위하여 알루미늄 합금 재질이 적용되고 있으며, 가공 및 단조 등 기타 공정으로 제작하기에 복잡한 형상으로 대부분 주조공정에 의하여 제조된다.

특히 캘리퍼는 브레이크 패드 및 작동구를 내부에 포함하는 구조이므로, 두터운 부분과 얇은 부분이 혼재하고 있어 수축결함 제어가 어려우며, 이에따라 수축에 의한 불량을 줄이기 위한 기술들이 많이 적용되고 있다.

상기 캘리퍼 제조 시 가장 많이 적용되는 방식이 경동식 주조이며, 상기 경동식 주조는 중력을 이용하여 용탕을 주입하여 제조하는 대표적인 주조 방식이다.

예를 들면, 등록특허 제1072320호에는 ⅰ)베이스 상에 경동 회전 가능하게 장착되며, 주조품을 주조하기 위한 금형이 탑재된 주조기 본체와, ⅱ)상기 주조기 본체에 회전 가능하게 설치되며, 상단부에 용탕 주입래들이 회전 가능하게 장착되는 래들 아암과, ⅲ)상기 베이스와 상기 주조기 본체에 상호 연결되게 구성되어 상기 주조기 본체를 선택적으로 경동 회전시키기 위한 제1 구동부와, ⅳ)상기 주조기 본체와 상기 래들 아암에 상호 연결되게 구성되어 상기 래들 아암을 선택적으로 회전시키기 위한 제2 구동부와, ⅴ)상기 래들 아암과 상기 용탕 주입래들에 상호 연결되게 구성되어 상기 용탕 주입래들을 선택적으로 회전시키기 위한 제3 구동부를 포함하는 경동식 중력 주조장치가 개시되어 있다.

상기 경동식 주조는 상기한 바와 같이 산업적으로 가장 많이 적용되는 방식이므로, 공정 제어가 비교적 간단하며, 또한 주물의 수축결함을 줄일 수 있는 우수한 장점이 있다.

그러나, 중력 자체만을 이용하므로, 결정 조직이 조대하여 조직의 치밀성이 떨어지고 생산성이 낮은 단점이 있다.

상기와 같은 경동식 주조의 단점을 극복하기 위하여 다이캐스팅 방식의 주조가 제안되어 현재 널리 적용되고 있다.

상기 다이캐스팅 주조는 용융 금속을 피스톤으로 가압하여 주형(주로 금형)에 투입하는 방식으로 대략 10~60m/sec의 속도로 피스톤을 가압하므로 높은 생산성을 갖는 특징이 있다.

그러나 상기 다이캐스팅 주조는 두터운 부분의 금속 응고에 따른 수축을 보상하는 별다른 방법이 없어 적용될 수 있는 제품이 두께가 비교적 얇은 것에 국한되는 단점이 있다.

한편, 금속 응고시 발생하는 수축을 보상하여 두꺼운 부품의 주조를 위하여 스퀴즈 방식의 주조가 제안되었다.

예를 들면, 공개특허 제1995-0016985호는 수직 스퀴즈 캐스팅 주조기에 관한 것으로, 스퀴즈 캐스팅법을 이용하여 고밀도, 고품질의 주조 제품을 제조하기 위하여 금형 공간내에 충전된 용탕을 국부 가압할 수 있는 수직 스퀴즈 캐스팅 주조기에서, 용탕 공급 장치 및 주조 제품 압출 방법을 개선하여 주조 제품의 상, 하, 측면의 모든 방향에서 국부 가압을 할 수 있게 함으로써 두께 변화가 많고 형상이 복잡한 주조품도 제조할 수 있는 수직 스퀴즈 캐스팅 주조기의 구성이 개시되어 있다.

상기 스퀴즈 방식의 주조는 피스톤의 가압 속도가 대략 0.05~1.5m/sec로 다이캐스팅 방식에 비하여 저속으로 가압하는 구성이나, 경동식 주조에 비하여 높은 생산성이 가지며, 또한 일부 수축을 보상할 수 있는 장점이 있어, 복잡한 제품의 주조에 많이 적용되고 있다.

그러나, 낮은 가압 속도로 인하여 주조물이 응고 시 발생하는 수축을 보상할 수 있는 장점이 있으나, 두께 차이가 큰 제품의 경우에는 피스톤의 가압만으로 수축을 보상하는 것에 한계가 있어, 캘리퍼 등의 생산은 다소 어려운 단점이 있다.

따라서, 캘리퍼의 생산을 위해서는 두터운 부위의 수축을 보상할 수 있는 새로운 수단을 갖는 스퀴즈 방식을 적용한 주조법이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 얇은 부위와 두터운 부위가 혼재하는 캘리퍼를 스퀴즈 방식의 주조를 적용하여 고품질로 제조할 수 있는 브레이크 캘리퍼의 제조 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 자동차에 사용되는 브레이크 캘리퍼의 제조 방법에 있어서, 수평으로 설치되는 실린더, 상기 실린더 내부에 결합하는 피스톤, 상기 실린더에서 유입되는 용융 금속을 안내하는 안내구 및 상기 안내구와 연통되는 금형, 상기 금형 상단에 위치하는 스퀴즈핀을 포함하는 스퀴즈 장치와 용융 금속을 준비하는 준비 단계; 상기 실린더 내부에 용융 금속을 투입하는 용융 금속 투입 단계; 상기 실린더 내부의 용융 금속을 피스톤으로 가압하여 상기 금형 내부로 유입시키는 피스톤 가압 단계; 금형 내부의 용융 금속이 특정 액상분율로 된 시기에 스퀴즈핀을 상기 금형 내부로 진입시키는 스퀴즈핀 진입 단계; 및
상기 금형 내부의 제품을 외부로 배출하는 제품 취출 단계를 포함하되,상기 준비 단계에서 금형은 캘리퍼의 배면부가 하부에 위치하도록 배치하여 용융 금속이 배면부로 시작하여 측면부 및 전면부로 이동하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

바람직하게는, 상기 피스톤 가압 단계에서의 피스톤의 이동 속도는 0.06 내지 0.5 m/sec인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 스퀴즈핀 진입 단계에서 액상분율은 70% 내지 50%인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 스퀴즈핀 진입 단계에서 상기 스퀴즈핀은 상기 캘리퍼 전면부에 형성된 함몰부를 통과하여 캘리퍼의 배면부에 진입하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 스퀴즈핀의 직경은 상기 함몰부의 내경 이내인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 용융 금속은 알루미늄, 마그네슘, 알루미늄 합금 및 마그네슘 합금 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 캘리퍼 제조 방법은 스퀴즈 캐스팅법을 기초로 국부 가압을 추가한 것을 그 특징으로 하며, 특히 상기 국부 가압은 캘리퍼 중 응고 수축이 가장 많이 발생하는 액추에이터부에 선 정의된 액상률에 금형 내의 원형 가압부를 액추에이터부에 진입시켜 액추에이터부에서 발생되는 응고에 의한 수축을 방지하므로, 양질의 캘리퍼를 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 브레이크 캘리퍼 제조 방법으로 제조되는 캘리퍼 외형을 나타내는 구성도이며,
도 2는 본 발명에 따른 브레이크 캘리퍼 제조 방법에 적용되는 스퀴즈 장치에 관한 구성도이며,
도 4는 본 발명에 따른 브레이크 캘리퍼 제조 방법의 절차도이며,
도 5는 본 발명에 따른 브레이크 캘리퍼 제조 방법의 전산 시뮬레이션 결과를 나타낸 구성도이며,
도 6은 본 발명에 따른 브레이크 캘리퍼 제조 방법의 또 다른 전산 시뮬레이션 결과를 나타낸 구성도이며,
도 7은 본 발명에 따른 브레이크 캘리퍼 제조 방법의 또 다른 전산 시뮬레이션 결과를 나타낸 구성도이며,
도 8은 본 발명에 따른 브레이크 캘리퍼 제조 방법의 또 다른 전산 시뮬레이션 결과를 나타낸 구성도이다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 브레이크 캘리퍼 제조 방법은 도 1에 도시된 캘리퍼(10)를 주조로 제조하기 위한 것으로, 상기 캘리퍼(10)는 브레이크 디스크의 측면의 일부를 감싸는 측면부(11)와 디스크의 전면의 일부를 감싸는 전면부(12), 디스크의 배면을 감싸며 작동을 위한 액추에이터가 위치하는 배면부(13), 상기 배면부(13)에 형성되어 액추에이터가 위치하는 관통홀(14)을 포함하여 구성된다.

상기 측면부(11)는 원호의 형태의 단면을 가지며, 필요한 경우 중앙에는 홀이 형성될 수 있으며, 또한 상기 전면부(12)에는 상기 관통홀(14)과 같은 선상으로 함몰부(15)가 형성된다.

상기 배면부(13)는 상기한 바와 같이 관통홀(14)이 형성되고, 상기 관통홀(14)에 브레이크 작용을 위한 액추에이터가 위치하므로, 다른 부위에 비하여 두터운 두께를 가지고, 형상도 다소 복잡하며, 필요한 경우 방열성을 향상시키기 위하여 표면에 냉각핀이 측면부(11)에 연장되게 형성된다.

따라서, 주조로 상기 캘리퍼(10)를 제조하는 경우 상기 배면부(13)의 수축을 보상할 수 있는 별도의 방식이 필요하다.

한편, 본 발명에 따른 브레이크 캘리퍼 제조 방법은 도 2에 도시된 스퀴즈 장치(20)를 통하여 수행된다.

상기 스퀴즈 장치(20)는 용융 금속이 포함되는 내부 공간이 형성된 실린더(21), 상기 실린더(21)를 가압하는 피스톤(22), 상기 실린더(21)를 통하여 배출되는 용융금속을 금형 내부로 안내하는 안내구(23), 상기 용융금속이 투입되어 최종 제품을 제조하는 금형(24)을 포함하여 구성된다.

상기 금형(24)은 상기 도 2에 도시된 바와 같이, 하부에서 용융 금속이 진입하며, 상기 캘리퍼(10)는 배면부(13)가 하단에 위치하도록 배치한다.

또한 상기 금형(24)에는 내부에 원통형의 스퀴즈핀(25)을 포함한다.

상기 스퀴즈핀(25)은 용융 금속이 진입한 후 일정 시간 후에 상기 금형(24) 내부로 금형(24)에 수직으로 진입하며, 특히 상기 함몰부(15)를 통과하여 상기 관통홀(14)에 투입된다.

상기 스퀴즈핀(25)은 상기 배면부(13)에서 발생하는 수축 결함을 방지하는 역할을 하며, 상기 스퀴즈핀(25)의 투입 시기는 캘리퍼(10)의 고상율 정도에 따라 사전에 조절한다.

다음은 본 발명에 따른 브레이크 캘리퍼 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

먼저 캘리퍼 제조 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 준비 단계(S1), 용융 금속 투입 단계(S2), 피스톤 가압 단계(S3), 스퀴즈핀 진입 단계(S4), 제품 취출 단계(S5)를 포함하여 구성된다.

먼저 준비 단계(S1)는 스퀴즈 장치(20)와 용융 금속을 준비하는 단계이다.

이때 금형(24)을 결합하고, 피스톤(22)을 후진 시켜, 실린더(21)에 용융 금속이 투입될 수 있게 한다.

또한 스퀴즈핀(25)을 금형 외부에 위치하도록 최대한 상단으로 이동시키는 것들을 포함한다.

또한, 별도로 알루미늄 또는 마그네슘 합금을 준비하여 용융시킨다.

상기 준비 단계(S1) 이후에는 용융 금속 투입 단계(S2)가 수행된다.

상기 단계(S1)에서 준비된 용융 금속을 실린더(21)에 투입한다. 물론 상기 실린더(21)에는 별도의 투입구를 포함하며, 용융 금속은 상기 투입구를 통하여 실린더(21) 내부에 투입된다.

상기 용융 금속 투입 단계(S2) 이후에는 바로 피스톤 가압 단계(S3)가 수행된다.

이때 상기 피스톤(22)은 0.06~0.5m/sec의 속도로 이동한다.

상기 피스톤(22)의 이동 속도가 0.06m/sec 미만인 경우에는 충진이 어려워지고, 또한 후술하는 스퀴즈핀(25)에 의한 수축 결함 제거율이 낮아진다.

그리고 피스톤(22)의 이동 속도가 0.5m/sec를 초과하는 경우에는 너무 빠른 유입 속도에 기인된 충진용탕의 불균일 및 와류로 인하여 배면부(13)에서 주조불량이 발생하며, 스퀴즈핀(25)에 의한 가압 효과가 낮을 가능성이 높다.

상기 피스톤 가압 단계(S3)가 수행된 후에는 스퀴즈핀 진입 단계(S4)가 수행된다.

상기 스퀴즈핀 진입 단계(S4)에서 스퀴즈핀(25)의 진입 시점은 용융 금속의 액상 분율에 따라 결정한다.

도 4는 액상 분율이 82%인 경우 스퀴즈핀(25)이 진입된 경우의 전산 시뮬레이션 결과를 나타내었고, 도 5는 70%의 액상 분율에서 스퀴즈핀(25)이 진입된 경우의 전산 시뮬레이션 결과이며, 도 6은 65%의 액상 분율에서 스퀴즈핀(25)이 진입된 경우의 전산 시뮬레이션 결과이며, 도 7은 56%의 액상 분율에서 스퀴즈핀(25)이 진입된 경우의 전산 시뮬레이션 결과이며, 도 8은 51%의 액상 분율에서 스퀴즈핀(25)이 진입된 경우의 전산 시뮬레이션 결과이다.

이때, 도 4는 용융 금속이 완전히 금형에 투입된 후 3초후, 도 5는 5초, 도 6은 7초, 도 7은 10초 드리고 도 8은 23초 후에 각각 스퀴즈핀(25)이 진입하였으며, 상기 스퀴즈핀(25)의 직경은 전면부(12)에 형성된 함몰부(15)의 직경과 동일하게 구성하였다.

상기 도 4에 도시된 바와 같이 82%의 액상 분율에서는 일부 수축 결함이 발생하였으나, 70% 내지 50% 액상분율에서는 수축결함이 발생되지 않았다.

따라서, 상기 스퀴즈핀(25)의 투입 시점은 액상 분율이 70% 내지 50%인 경우 가장 적합하며, 사전 시뮬레이션 또는 사전 시험에 의하여 상기 범위에서의 시간을 산정하여 해당 시간에 상기 스퀴즈핀(25)을 투입하면, 수축 결함을 방지할 수 있다.

상기 스퀴즈핀 진입 단계(S4) 수행 후에는 제품 취출 단계(S5)가 수행된다.

상기 제품 취출 단계(S5)는 일정한 냉각 시간 후에 상기 스퀴즈핀(25)을 후진시키고 금형을 분리한 후 금형 내부에 위치하는 제품을 추출하여 전체 제조 방법을 완료한다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

10: 캘리퍼 11: 측면부
12: 전면부 13: 배면부
14: 관통홀 15: 함몰부
20: 스퀴즈 장치 21: 실린더
22: 피스톤 23: 안내구
24: 금형 25: 스퀴즈핀

Claims (7)

1. 자동차에 사용되는 브레이크 캘리퍼의 제조 방법에 있어서,
   수평으로 설치되는 실린더, 상기 실린더 내부에 결합하는 피스톤, 상기 실린더에서 유입되는 용융 금속을 안내하는 안내구 및 상기 안내구와 연통되는 금형, 상기 금형 상단에 위치하는 스퀴즈핀을 포함하는 스퀴즈 장치와 용융 금속을 준비하는 준비 단계;
   상기 실린더 내부에 용융 금속을 투입하는 용융 금속 투입 단계;
   상기 실린더 내부의 용융 금속을 피스톤으로 가압하여 상기 금형 내부로 유입시키는 피스톤 가압 단계;
   금형 내부의 용융 금속이 특정 액상분율로 된 시기에 스퀴즈핀을 상기 금형 내부로 진입시키는 스퀴즈핀 진입 단계; 및
   상기 금형 내부의 제품을 외부로 배출하는 제품 취출 단계를 포함하되,
   상기 준비 단계에서 금형은 캘리퍼의 배면부가 하부에 위치하도록 배치하여 용융 금속이 배면부로 시작하여 측면부 및 전면부로 이동하는 것을 더 포함하는 브레이크 캘리퍼의 제조 방법.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 피스톤 가압 단계에서의 피스톤의 이동 속도는 0.06 내지 0.5 m/sec인 것을 특징으로 하는 브레이크 캘리퍼의 제조 방법.
   
4. 청구항 3에 있어서, 스퀴즈핀 진입 단계에서 액상분율은 70% 내지 50%인 것을 특징으로 하는 브레이크 캘리퍼의 제조 방법.
   
5. 청구항 4에 있어서, 스퀴즈핀 진입 단계에서 상기 스퀴즈핀은 상기 캘리퍼 전면부에 형성된 함몰부를 통과하여 캘리퍼의 배면부에 진입하는 것을 특징으로 하는 브레이크 캘리퍼의 제조 방법.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 스퀴즈핀의 직경은 상기 함몰부의 내경 이내인 것을 특징으로 하는 브레이크 캘리퍼의 제조 방법.
   
7. 청구항 6에 있어서, 상기 용융 금속은 알루미늄, 마그네슘, 알루미늄 합금 및 마그네슘 합금 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 브레이크 캘리퍼의 제조 방법.
   

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