KR101442662B1 - 브레이크 마스터 실린더 바디 - Google Patents

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KR101442662B1
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손영진
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영산대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 자동차 유압식 제동장치에 사용되어 브레이크 회로에 압력을 형성시키고, 제동 후에는 오일의 압력을 소멸시키는 기능을 하는 브레이크 마스터 실린더의 바디 및 그의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 브레이크 마스터 실린더에 필요한 요구사항을 충족시키면서 주조접합기술을 적용하여 이종 금속을 적용할 수 있으므로, 경량화가 요구되는 배럴(10) 및 주입구(14)는 알루미늄 합금을 적용하고, 플랜지(20)와 같이 고강도, 내마모성, 고내식성 등이 요구되는 부분에는 해당되는 기계적 성질을 만족시키는 철계 합금을 적용할 수 있어 경량화를 만족시키면서 원가 경쟁력을 확보할 수 있다.

Description

브레이크 마스터 실린더 바디{BRAKE MASTER CYLINDER BODY}
본 발명은 브레이크 마스터 실린더 바디에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 자동차 유압식 제동장치에 사용되는 브레이크 마스터 실린더의 바디를 금형 주조법으로 제조함에 있어서 제품 기능을 유지하도록 하면서 제조의 편의성과 제품 가격 경쟁력을 확보할 수 있도록 하는 브레이크 마스터 실린더 바디에 관한 것이다.
금형 주조법에 의해서 생산되는 알루미늄 부품 중 하나인 브레이크 마스터 실린더(Brake Master Cylinder)는 자동차 유압식 제동장치 부품 중 하나로서, 그 역할은 각 브레이크 회로에 압력을 형성시키고, 제동 후에는 오일의 압력을 신속하게 소멸시키는 역할을 하며, 오일탱크의 온도변화에 의한 체적 변화를 보상하는 중요한 기능을 담당하는 유압 주물 부품이다. 그리고, 브레이크 마스터 실린더의 핵심부품 중 하나인 브레이크 마스터 실린더 바디(brake master cylinder body)는 회주철로 사형 주조법으로 제조되었으나, 최근 자동차 부품의 경량화 요구에 따라 금형 주조법으로 제조된 알루미늄 주물로 변경되었다.
현재, 브레이크 마스터 실린더 바디는 경동식 중력주조, 경사식 중력금형주조 공법에 의해 제조되고 있으며, 주물제조시 용탕의 주입과정에 발생되는 난류형성에 의한 가스의 포집 및 개재물 혼입에 의한 드로스(dross), 충전 중의 과도한 냉각으로 인한 미스런(misrun), 탕경(cold shut) 등과 응고시에 발생되는 수축결함, 편석, 응력결함, 열변형 등의 주조결함이 존재하지 않는 무결함 제품이어야 한다.
그러나, 경동식 중력주조나 경사식 중력금형주조법에 비해 생산성이 좋은 다이캐스팅 등의 제조공법에 적용시도가 있었으나, 상기와 같은 주조결함문제로 인한 개발의 어려움에 따라 더 이상의 단가경쟁력 향상이나 생산성 향상은 기대하기 어려운 실정이다. 그리고 주원료인 알루미늄의 가격은 스틸 가격에 비해 가격이 약 3배가량 고가이며, 알루미늄 부품산업의 성장에 따라 가격이 지속적으로 상승하고 있다.
이와 같이 알루미늄 가격상승에 따라 자동차용 알루미늄 부품 생산원가 또한 지속적으로 상승될 것이므로, 저원가의 부품소재 대한 시장 요구사항에 부응하기 위해서는 품질은 유지하되 저원가 제품생산에 대한 기술개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 필요성을 충족시키기 위해 제안된 것으로, 자동차용 알루미늄 부품소재의 하나인 브레이크 마스터 실린더 바디를 제공함에 있어서 경제적이고 대량 생산에 적합한 새로운 형태의 브레이크 마스터 실린더 바디를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 주조접합기술을 적용하여 브레이크 마스터 실린더 바디를 성형할 수 있도록 함으로써, 경량화에 대한 요구는 만족시키고 제품의 생산원가를 감소시킬 수 있는 새로운 형태의 브레이크 마스터 실린더 바디를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 자동차 유압식 제동장치에 사용되어 브레이크 회로에 압력을 형성시키고, 제동 후에는 오일의 압력을 소멸시키는 기능을 하는 브레이크 마스터 실린더의 바디에 있어서, 길이 방향으로 양측면(12a, 12b)을 갖고, 상기 브레이크 회로에 공급하기 위한 오일이 수용되는 리저버 탱크(1)로부터 공급되는 오일을 펌핑하기 위한 피스톤(3)이 일측(12a)으로 삽입되도록 형성되는 배럴(12)과; 상기 배럴(12)의 상측 방향으로 돌출되도록 형성되어 상기 리저버 탱크(1)가 결합되고, 상기 리저버 탱크(1)의 오일이 상기 피스톤(3)으로 흐르는 통로를 형성하는 주입구(14) 및; 상기 배럴(12)의 일측(12a)에 근접되어 전후방향으로 돌출되도록 형성되어 자동차의 설치면에 고정되는 플랜지(20)를 포함하되; 상기 배럴(12), 주입구(14) 및 플랜지(20)는 주조 금형(100)에 의해 일체형으로 성형되되, 상기 플랜지(20)는 인서트(30)로 형성되어 주조 공정시 상기 주조 금형(100)에 삽입됨으로써 상기 배럴(12) 및 주입구(14)와 일체로 성형된다.
이와 같은 본 발명에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디에서 상기 인서트(30)는 상기 피스톤(3)이 삽입되는 중심위치에 길이 방향으로 관통되는 중심공(31)이 형성되고, 상기 중심공(31)을 사이에 두고 전후방향으로 배치되는 제 1 및 제 2 몸체(32, 34) 및, 상기 중심공(31)을 회피하여 상기 제 1 및 제 2 몸체(32, 34)를 연결하는 연결대(36)로 이루어질 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디에서 상기 인서트(30)는 상기 주입구(14)와 간섭되는 위치에 배치되어 주조시 상기 배럴(12) 및 주입구(14)와 일체되어 상기 플랜지(20)로 형성되되, 상기 주입구(14)와 간섭되는 부분에서 상기 제 1 및 제 2 몸체(32, 34)가 끊어지는 절개구(31')가 형성되고, 상기 중심공(31)을 두고 상하방향으로 반대측에 상기 연결대(36)가 형성될 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 특징에 의하면, 금형 주조법을 사용하여 배럴(12), 주입구(14) 및 플랜지(20)를 구비하는 브레이크 마스터 실린더 바디의 제조방법에 있어서, 상기 플랜지(20)를 형성하기 위한 인서트(30)를 준비하는 단계와; 상기 배럴(12) 및 주입구(14)를 성형하기 위한 캐비티(130; cavity)가 형성되고, 상기 캐비피(130)에서 상기 플랜지(20)가 성형되는 위치에 상기 인서트(30)가 삽입되도록 형성되는 주조 금형(100)에 상기 인서트(30)를 삽입시키는 단계 및; 상기 주조 금형(100)에 용탕을 주입시켜 상기 배럴(12) 및 주입구(14)가 성형되면서 상기 인서트(30)가 일체화되도록 하는 단계를 포함한다.
이와 같은 본 발명에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디의 제조방법에서 상기 배럴(12) 및 주입구(14)는 알루미늄 소재이고, 상기 플랜지(20)를 이루는 상기 인서트(30)는 강(steel) 소재일 수 있다.
본 발명에 의한 브레이크 마스터 실린더 바디에 따르면, 브레이크 마스터 실린더에 필요한 요구사항을 충족시키면서 주조접합기술을 적용하여 이종 금속을 적용할 수 있으므로, 경량화가 요구되는 배럴(10) 및 주입구(14)는 알루미늄 합금을 적용하고, 플랜지(20)와 같이 고강도, 내마모성, 고내식성 등이 요구되는 부분에는 해당되는 기계적 성질을 만족시키는 철계 합금을 적용할 수 있어 경량화를 만족시키면서 원가 경쟁력을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디의 적용을 설명하기 위한 도면;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디를 설명하기 위한 도면;
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디의 인서트 플레이트를 설명하기 위한 도면;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디의 제조방법을 설명하기 위한 플로우 챠트;
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디의 제조방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 본 발명에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디의 적용을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 브레이크 마스터 실린더는 자동차 유압식 제동장치에 사용되어 브레이크 회로에 압력을 형성시키고, 제동 후에는 오일의 압력을 소멸시키는 기능을 한다. 이와 같은 브레이크 마스터 실린더의 바디(10)는, 도 2에서 보는 바와 같이, 주조 금형을 통해 성형된 후, 2차 기계가공을 통해 완성된다.
본 발명에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디(10)는 철계 인서트와 알루미늄간의 주조접합 기술을 적용하여 형성된다. 즉, 브레이크 마스터 실린더 바디(10)에서 기능성을 요구하는 부분은 기존 알루미늄합금 재질을 유지하고, 단순 고정역할을 하는 플랜지(20) 부분에 알루미늄에 비해 고강도이며 가격이 저렴한 철계 합금을 적용함에 따라 플랜지(20) 부위의 두께를 감소시켜 전체 중량은 경량화에 대한 요구는 만족시키고 생산원가는 약 10%정도 절감시킬 수 있도록 하는 것이다.
본 발명에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디(10)는 배럴(12), 주입구(14) 및 플랜지(20)를 구비하여 이루어진다. 배럴(12)은 길이 방향으로 양측면(12a, 12b)을 갖고, 브레이크 회로에 공급하기 위한 오일이 수용되는 리저버 탱크(1)로부터 공급되는 오일을 펌핑하기 위한 피스톤(3)이 일측(12a)으로 삽입되도록 형성된다. 주입구(14)는 배럴(12)의 상측 방향으로 돌출되도록 형성되어 리저버 탱크(1)가 결합되고, 리저버 탱크(1)의 오일이 피스톤(3)으로 흐르는 통로를 형성한다. 그리고, 플랜지(20)는 배럴(12)의 일측(12a)에 근접되어 전후방향으로 돌출되도록 형성되어 자동차의 설치면에 고정된다.
이와 같은 본 발명에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디(10)는 배럴(12), 주입구(14) 및 플랜지(20)가 주조 금형(100)에 의해 일체형으로 성형되되, 플랜지(20)는 인서트(30)로 형성되어 주조 공정시 주조 금형(100)에 삽입됨으로써 배럴(12) 및 주입구(14)와 일체로 성형되는 특징을 갖는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 5에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 각 도면에서 브레이크 마스터 실린더 바디 및 그의 제조방법과 관련하여 통상 본 발명에 적용되는 분야의 종사자들 및 그들이 관련분야의 종사자들을 통해 통상적으로 알 수 있는 부분들의 도시 및 상세한 설명은 생략하고, 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시 및 설명하였다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디의 인서트 플레이트를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디(10)는 배럴(12), 주입구(14) 및 플랜지(20)를 구비하여 이루어진다. 배럴(12)은 길이 방향으로 양측면(12a, 12b)을 갖고, 브레이크 회로에 공급하기 위한 오일이 수용되는 리저버 탱크(1)로부터 공급되는 오일을 펌핑하기 위한 피스톤(3)이 일측(12a)으로 삽입되도록 형성된다. 주입구(14)는 배럴(12)의 상측 방향으로 돌출되도록 형성되어 리저버 탱크(1)가 결합되고, 리저버 탱크(1)의 오일이 피스톤(3)으로 흐르는 통로를 형성한다. 그리고, 플랜지(20)는 배럴(12)의 일측(12a)에 근접되어 전후방향으로 돌출되도록 형성되어 자동차의 설치면에 고정된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디(10)는 배럴(12), 주입구(14) 및 플랜지(20)가 주조 금형(100)에 의해 일체형으로 성형되되, 플랜지(20)는 인서트(30)로 형성되어 주조 공정시 주조 금형(100)에 삽입됨으로써 배럴(12) 및 주입구(14)와 일체로 성형되는 특징을 갖는다.
본 실시예에서 플랜지(20)를 이루는 인서트(30)는 피스톤(3)이 삽입되는 중심위치에 길이 방향으로 관통되는 중심공(31)이 형성되고, 중심공(31)을 사이에 두고 전후방향으로 배치되는 제 1 및 제 2 몸체(32, 34) 및, 중심공(31)을 회피하여 제 1 및 제 2 몸체(32, 34)를 연결하는 연결대(36)로 이루어진다. 그리고, 인서트(30)는 주입구(14)와 간섭되는 위치에 배치되어 주조시 배럴(12) 및 주입구(14)와 일체되어 플랜지(20)로 형성된다. 이를 위해 본 실시예에서는 주입구(14)와 간섭되는 부분에서 제 1 및 제 2 몸체(32, 34)가 끊어지는 절개구(31')가 형성되고, 중심공(31)을 두고 상하방향으로 반대측에 연결대(36)가 형성되도록 함으로써, 주입구(14)의 성형에 영향을 주지 않도록 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디의 제조방법을 설명하기 위한 플로우 챠트이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디의 제조방법을 구체적으로 설명하기 위한 도면이다. 이때, 도 5의 (a)는 주조 금형(100)의 상형(110)과 하형(120)이 형개되어 하형(120)의 캐비티(130)에 인서트(30)가 삽입되는 인서트 홈(132)이 형성된 상태를 보여주는 도면이고, 도 5의 (b)는 인서트(30)를 하형(120)의 캐비티(130)의 인서트 홈(132)에 인서트(30)를 삽입시킨 상태를 보여주는 도면이고, 도 5의 (c)는 주조 금형(100)의 상형(110)과 하형(120)이 형합된 상태{이후, 용탕을 주입시키게 된다}를 보여주는 도면이고, 도 5의 (d)는 용탕이 응고된 후, 주조 금형(100)의 상형(110)과 하형(120)을 열어 브레이크 마스터 실린더 바디(10)가 형성된 상태를 보여주는 도면이며, 도 5의 (e)는 브레이크 마스터 실린더 바디(10)를 주조 금형(100)에서 취출시킨 상태를 보여주는 도면이고, 도 5의 (f)는 도 5의 (e) 단계에서 탕구계(40)를 절단한 상태를 보여주는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디의 제조방법은 종래와 동일하게 금형 주조법을 사용하여 배럴(12), 주입구(14) 및 플랜지(20)를 구비하는 브레이크 마스터 실린더 바디(10)를 성형하게 된다. 이때, 본 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디의 제조방법은 먼저, 플랜지(20)를 형성하기 위한 인서트(30)를 준비함으로써 이루어진다. 그리고, 배럴(12) 및 주입구(14)를 성형하기 위한 캐비티(130; cavity)가 형성되고, 캐비피(130)에서 플랜지(20)가 성형되는 위치에 인서트(30)가 삽입되도록 형성되는 주조 금형(100)에 인서트(30)를 삽입시킨 후, 주조 금형(100)에 용탕을 주입시켜 배럴(12) 및 주입구(14)가 성형되면서 인서트(30)가 일체화되도록 함으로써 이루어진다.
이때, 본 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디의 제조방법에서 배럴(12) 및 주입구(14)는 알루미늄 소재이고, 플랜지(20)를 이루는 인서트(30)는 강(steel; 철계) 소재를 적용하여 이루어진다.
본 실시예에서 인서트(30)는 스틸 판재를 프레스 또는 워터젯(Water Jet) 절단, 주강 소재로 주조하는 방법 등으로 형성할 수 있을 것이다. 또한, 인서트(30)는 주조 금형에 삽입시키기 전에 주조시 접합계면에서의 용탕과의 반응층 형성이 용이하도록 하기 위해 별도의 전처리를 진행할 수 있을 것이다.
이와 같은 전처리에는 접합부 표면적을 높여 접합부 강도를 향상시키는 일반적인 방법{인서트(30)의 표면에 패턴, 음각홈 형성 등의 기계가공 처리를 하거나, 표면에 요철을 형성하기 위한 샌딩, 브러싱 등의 실시}이 적용될 수 있고, 알루미늄 용탕 담금질 또는 CVD를 통해 철계 인서트(30)의 표면에 Fe-Al 화합물층을 형성시키는 기술이 적용될 수 있을 것이다. 그리고 전처리 공정에서 최종적으로 접합성 향상을 위해 인서트(30)의 예열(약 450 내외)을 실시할 수 있을 것이다.
특히, 본 실시예에서는 전처리를 위한 설비 부담을 줄이기 위해 에칭액을 사용해 인서트(30) 표면에 일정한 에칭(Etching) 조직과 일정한 깊이를 가지는 공식(pitting)을 형성시키는 방법을 적용하하고, 인서트(30)의 표면에 이종합금의 코팅처리를 통해 Fe 및 Al과 원소친화력인 강한 저융점 금속을 코팅시켜 Fe - 저융점금속 - Al간 확산계면접합을 통해 구조적으로 결함이 없고 건전한 접합계면을 형성시켜 접합부의 양호한 기계적 특성을 부여하도록 하였다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디의 제조방법은 주조 접합기술을 적용하여 공정이 간단하고 저비용이 소요되도록 한다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브레이크 마스터 실린더 바디 및 그의 제조방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
1 : 리저버 탱크 3 : 피스톤
10 : 브레이크 마스터 실린더 바디
12 : 배럴 12a, 12b : (배럴) 측면
14 : 주입구 20 : 플랜지
30 : 인서트 31 : 중심공
31' : 절개구 32 : 제 1 몸체
34 : 제 2 몸체 36 : 연결대
100 : 주조 금형 130 : 캐비티

Claims (5)

  1. 자동차 유압식 제동장치에 사용되어 브레이크 회로에 압력을 형성시키고, 제동 후에는 오일의 압력을 소멸시키는 기능을 하는 브레이크 마스터 실린더의 바디에 있어서,
    길이 방향으로 양측면(12a, 12b)을 갖고, 상기 브레이크 회로에 공급하기 위한 오일이 수용되는 리저버 탱크(1)로부터 공급되는 오일을 펌핑하기 위한 피스톤(3)이 일측(12a)으로 삽입되도록 형성되는 배럴(12)과;
    상기 배럴(12)의 상측 방향으로 돌출되도록 형성되어 상기 리저버 탱크(1)가 결합되고, 상기 리저버 탱크(1)의 오일이 상기 피스톤(3)으로 흐르는 통로를 형성하는 주입구(14) 및;
    상기 배럴(12)의 일측(12a)에 근접되어 전후방향으로 돌출되도록 형성되어 자동차의 설치면에 고정되는 플랜지(20)를 포함하되;
    상기 배럴(12), 주입구(14) 및 플랜지(20)는 주조 금형(100)에 의해 일체형으로 성형되되, 상기 플랜지(20)는 인서트(30)로 형성되어 주조 공정시 상기 주조 금형(100)에 삽입됨으로써 상기 배럴(12) 및 주입구(14)와 일체로 성형되고,
    상기 인서트(30)는 상기 피스톤(3)이 삽입되는 중심위치에 길이 방향으로 관통되는 중심공(31)이 형성되고,
    상기 중심공(31)을 사이에 두고 전후방향으로 배치되는 제 1 및 제 2 몸체(32, 34) 및, 상기 중심공(31)을 회피하여 상기 제 1 및 제 2 몸체(32, 34)를 연결하는 연결대(36)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 브레이크 마스터 실린더 바디.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인서트(30)는 상기 주입구(14)와 간섭되는 위치에 배치되어 주조시 상기 배럴(12) 및 주입구(14)와 일체되어 상기 플랜지(20)로 형성되되,
    상기 주입구(14)와 간섭되는 부분에서 상기 제 1 및 제 2 몸체(32, 34)가 끊어지는 절개구(31')가 형성되고, 상기 중심공(31)을 두고 상하방향으로 반대측에 상기 연결대(36)가 형성되는 것을 특징으로 하는 브레이크 마스터 실린더 바디.
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