KR101685492B1 - 차량용 휠너트 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 클래드가 적용된 휠너트 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 알루미늄 합금 환봉을 압출 및 인발하고 SUS(Steel Use Stainless) 파이프와 클래딩한 소재를 사용하여 온간 단조를 통해 성형함으로써 제조 공정 절감, 표면 부식 및 외관 상품성 저하 방지 및 경량화 효과를 산출하는 휠너트 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
보다 더 구체적으로 본 발명에 의하면, 알루미늄 합금 환봉 제작 단계; SUS(Steel Use Stainless) 파이프 제작 단계; 상기 알루미늄 합금 환봉과 SUS(Steel Use Stainless) 파이프를 롤링머신에 동시 삽입하여 기계적 접합을 실시한 후, 고주파 용접을 통해 알루미늄 합금 환봉에 SUS 파이프 용접 및 클래딩을 동시에 실시하는 단계; 상기 용접 및 클래딩된 알루미늄 합금-SUS 클래드 환봉을 어닐링처리하는 단계; 및 상기 알루미늄합금- SUS 클래드 환봉을 단조 성형하는 단계를 포함하는 차량용 휠너트의 제조 방법을 제공한다.
보다 더 구체적으로 본 발명에 의하면, 알루미늄 합금 환봉 제작 단계; SUS(Steel Use Stainless) 파이프 제작 단계; 상기 알루미늄 합금 환봉과 SUS(Steel Use Stainless) 파이프를 롤링머신에 동시 삽입하여 기계적 접합을 실시한 후, 고주파 용접을 통해 알루미늄 합금 환봉에 SUS 파이프 용접 및 클래딩을 동시에 실시하는 단계; 상기 용접 및 클래딩된 알루미늄 합금-SUS 클래드 환봉을 어닐링처리하는 단계; 및 상기 알루미늄합금- SUS 클래드 환봉을 단조 성형하는 단계를 포함하는 차량용 휠너트의 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 클래드가 적용된 휠너트 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄 합금 환봉과 SUS(Steel Use Stainless; 스테인레스 스틸강) 파이프를 클래딩한 소재를 사용하여 온간 단조를 통해 성형한 휠너트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
차량용 휠너트는 휠이 이탈하지 않도록 차량에 고정시키는 역할을 하며, 최근에는 제품의 다양성으로 인해 외부장식을 위해서도 교체하는데, 이 경우에는 휠과 함께 외관미를 나타내는 역할을 한다.
기존의 휠너트는 600MPa 급 스틸 선재를 냉간 단조하여 성형된 바디와 스틸 판재로 성형된 딥드로잉캡의 2-piece로 구성되는데, 각각 따로 제작된 두 부품을 용접하고 제품의 내식성 향상 및 외관 상품성 향상을 위해 습식 크롬도금을 실시하여 제조되며, 대부분의 휠너트는 그 형상만 다를 뿐 이러한 2-piece 방식으로 생산되고 있다.
하지만 이러한 방식으로 제작된 휠너트는 공정 단계가 복잡할 뿐 아니라, 타이어 위치변경 및 교환시 공구접촉에 의한 손상으로 표면 처리층이 박리되어 주행이 길어질수록 부식 또는 외관 상품성 저하를 가져온다.
또한 종래 기술에 사용되는 습식 크롬도금은 폐수발생 및 중금속 사용금지규제(6가 크롬 사용 불가)에 저촉되는 등 많은 문제를 유발한다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 착안된 것으로서, 2-piece 방식이 아닌 일체형으로 성형 제작하여 제조 공정 및 비용을 절감할 수 있는 차량용 휠너트 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 종래 기술에 비하여 경량화가 가능하고, 크롬 도금 등의 표면 처리가 없더라도 내식성을 담보할 수 있는 차량용 휠너트 및 그 제조방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 차량용 휠너트의 제조 방법은, 알루미늄 합금 환봉 제작 단계; SUS(Steel Use Stainless) 파이프 제작 단계; 상기 알루미늄 합금 환봉과 SUS(Steel Use Stainless) 파이프를 롤링머신에 동시 삽입하여 기계적 접합을 실시한 후, 고주파용접을 통해 알루미늄 합금 환봉에 SUS 파이프 용접 및 클래딩을 동시에 실시하는 단계; 상기 용접 및 클래딩된 알루미늄 합금-SUS 클래드 환봉을 어닐링 처리하는 단계; 및 상기 알루미늄 합금- SUS 클래드 환봉을 단조 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 알루미늄 합금은 크롬(Cr) 0.18~0.28wt%, 구리(Cu) 1.2~2.0wt%, 철(Fe) 0.5wt% 이하, 마그네슘(Mg) 2.1~2.9wt%, 망간(Mn) 0.3wt% 이하, 규소(Si) 0.4wt% 이하, 티타늄(Ti) 0.2wt% 이하, 아연(Zn) 5.1~6.1wt% 및 잔부의 알루미늄(Al)을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 SUS는 탄소(C) 0.03wt% 이하, 규소(Si) 1.0wt% 이하, 망간(Mn) 2.0wt% 이하, 인(P) 0.045wt% 이하, 황(S) 0.03wt% 이하, 니켈(Ni) 9.0~13.0wt%, 크롬(Cr) 18.0~20.0wt% 및 잔부의 철(Fe)을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 SUS는, 탄소(C) 0.025wt% 이하, 규소(Si) 1.0wt%이하, 망간(Mn) 1.0wt% 이하, 인(P) 0.04wt% 이하, 황(S) 0.03wt% 이하, 니켈(Ni) 0.6wt% 이하, 크롬(Cr) 17.0~20.0wt%, 몰리브덴(Mo) 0.4~0.8wt% 및 잔부의 철(Fe)을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 알루미늄 합금 환봉 제작 단계는 알루미늄, 크롬, 구리, 철, 마그네슘, 망간, 규소, 티타늄 및 아연을 750~780℃ 온도에서 용해하는 단계; 상기 용해된 알루미늄 및 합금용 원소를 탈가스 및 플럭스 처리하여 용탕을 형성하는 단계; 상기 용탕을 250~280℃로 예열된 금형에 주입하여 빌렛(billet)을 제조하는 단계; 상기 빌렛을 520~550℃로 가열된 열처리로에 4~6시간 장입하여 빌렛 내부에 존재하는 편석을 제거하는 단계; 및 상기 빌렛을 환봉으로 압출 및 인발하는 단계; 를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 고주파용접은, 알루미늄 합금 환봉과 SUS 파이프를 1~3m/min으로 이동시키되, 20~40kW의 고주파를 주입하여 용접하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 알루미늄 합금 환봉은 그 온도가 470~520℃로 유지되도록 하여 SUS 파이프와 확산접합이 이루어지며, 롤링머신에서 가해지는 압력에 의해 접하게 된 SUS 파이프 표면과 용접되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 어닐링 단계는 380~420℃에서 2~5시간 동안 200℃까지 냉각시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 단조단계는 상기 알루미늄 합금-SUS 클래드 환봉의 표면을 200~300℃로 예열하여 단조기에 투입 후 단조를 실시하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 알루미늄 합금-SUS 클래드 환봉을 단조 성형하는 단계 후에, 상기 단조 성형된 소재에 휠 장착을 위한 내부 나사산 탭가공하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 타측면에 의하면, 차량용 휠너트에 있어서, 그 단면 중심부에 위치하는 알루미늄 합금; 및 상기 알루미늄 합금의 외부를 커버하는 SUS;로 형성되되, 상기 알루미늄합금과 SUS는 고주파 용접에 의해 접합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예로 상기 알루미늄 합금은, 크롬(Cr) 0.18~0.28wt%, 구리(Cu) 1.2~2.0wt%, 철(Fe) 0.5wt% 이하, 마그네슘(Mg) 2.1~2.9wt%, 망간(Mn) 0.3wt% 이하, 규소(Si) 0.4wt% 이하, 티타늄(Ti) 0.2wt% 이하, 아연(Zn) 5.1~6.1wt% 및 잔부의 알루미늄(Al)을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로, 상기 SUS는, 탄소(C) 0.03wt% 이하, 규소(Si) 1.0wt% 이하, 망간(Mn) 2.0wt% 이하, 인(P) 0.045wt% 이하, 황(S) 0.03wt% 이하, 니켈(Ni) 9.0~13.0wt%, 크롬(Cr) 18.0~20.0wt% 및 잔부의 철(Fe)을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로, 상기 SUS는 티타늄 합금을 주성분으로 하고 탄소(C) 0.025wt% 이하, 규소(Si) 1.0wt%이하, 망간(Mn) 1.0wt% 이하, 인(P) 0.04wt% 이하, 황(S) 0.03wt% 이하, 니켈(Ni) 0.6wt% 이하, 크롬(Cr) 17.0~20.0wt%, 몰리브덴(Mo) 0.4~0.8wt% 및 잔부의 철(Fe)을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예로, 상기 고주파 용접은 알루미늄 합금 환봉과 SUS 파이프를 1~3m/min으로 이동시키되, 20~40kW의 고주파를 주입하여 용접하는 것이 바람직하다.
본 발명의 차량용 휠너트 및 그 제조 방법에 의하면, i) 일체형으로 소재를 제작함으로써 제조공정 및 비용을 절감할 수 있고, ii) 내식성이 우수한 SUS 소재를 제품 표면에 사용함으로써 별도의 표면처리를 하지 않더라도 부식되거나 외관 상품성이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, iii) 알루미늄 합금-SUS 클래딩 소재를 사용함으로써 종래기술 대비 경량화가 가능하면서도 표면 경도가 높아지는 효과가 있다.
iv) 덧붙여서 본 발명에 의하면, 종래 기술에서 일반적으로 채용되는 크롬 도금 공정이 필요하지 않아 이로 인한 환경 문제 발생을 방지할 수 있는 부수적 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 차량용 휠너트의 사진도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 휠너트의 제조 순서도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 클래드 소재 제작 공정을 나타내는 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 클래드 세부 구조를 나타내는 예시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 휠너트의 제조 순서도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 클래드 소재 제작 공정을 나타내는 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 클래드 세부 구조를 나타내는 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 클래드 적용 휠너트(100)를 나타내는 사진도이다.
기존의 차량용 휠너트는 냉간 단조 바디와 딥 드로잉 캡의 2-piece 방식으로 제조되는데, i) 너트를 냉간 단조하여 형성하고, ii) 이에 딥 드로잉 캡을 스팟(SPOT) 용접한 후, iii) 크롬 도금 등 표면 처리 공정을 거쳐서 휠너트를 제조하였다. 이와 같이 기존의 차량용 휠너트는, 일반적으로 표면에 크롬 도금 처리를 채택하고 있었던 바, 크롬 도금의 경우 휠너트 체결/풀림 시 공구 접촉에 의한 손상으로 표면처리층이 박리되어 차량의 주행이 지속될수록 휠너트가 부식되고, 그 외관 품질이 저하되는 문제점이 있었다.
이에 비해 본 발명의 클래드 적용 휠너트(100)는 알루미늄 합금 환봉과 SUS(Steel Use Stainless) 파이프를 클래드 접합시킨 일체형으로 제조되는 바 기존 기술에 비해 제조공정이 단순하며 또한, 내식성이 우수한 SUS(Steel Use Stainless)를 휠너트의 표면을 커버하는 소재로 사용함으로써 기존의 크롬 도금 등 표면 처리 공정이 필요하지 않아 기존 방식에 비해 제조 공정 및 제조 비용이 절감될 수 있는 특징이 있다.
또한, 상기 SUS 소재는 그 자체로 표면 경도가 우수하기 때문에 표면 박리 현상이 발생할 여지가 적은 장점이 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 클래드 적용 휠너트(100)를 제조하는 순서도이다.
본 발명의 차량용 휠너트를 제조하기 위해서는 먼저 알루미늄 합금 환봉 제작 단계를 거친다(S100).
차량용 휠너트용 소재는 볼트 체결부의 항복 강도가 중요한 인자이기 때문에 보증하중 및 축력 평가에서 일정 수준 이상을 만족하여야 하는데, 특히 본 발명에서는 하기의 표 1에서 볼 수 있듯이 초고강도 알루미늄 합금을 이용하여 알루미늄 합금 환봉을 제작한다. 하기의 표 1은 본 발명의 알루미늄 합금 환봉에 적용될 수 있는 알루미늄 합금의 성분표이다.
| 구분 | Cr | Cu | Fe | Mg | Mn | Si | Ti | Zn | Rem. |
| 알루미늄 합금성분 | 0.18~0.28 | 1.2~2.0 | 0.5max. | 2.1~2.9 | 0.3max | 0.4max | 0.2max | 5.1~6.1 | Al |
일반적으로 알루미늄에 구리를 첨가하면 강도가 증가하는 효과가 있으며 여기에 마그네슘 또는 아연을 첨가하면 초고강도를 갖게 되는 바, 상기 알루미늄 합금에는 알루미늄에 구리, 마그네슘, 아연을 첨가하여 초고강도 알루미늄 합금으로서의 성질을 갖도록 하였다.
본 발명에서는 위와 같이 초고강도 알루미늄 합금성분을 정량 계량하여 용해로에서 합금화한 후 금형에 연속 주조하여 빌렛(billet)을 제조한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 순수 알루미늄(Al) 및 합금용 원소를 750~780℃ 온도에서 용해하고, 탈가스 및 플럭스(flux) 처리를 실시하여 청정한 용탕을 만든 후, 250~280℃로 예열된 연속주조 금형에 용탕을 부어 '20㎝ x 20㎝ x 7m(가로 x 세로 x 높이)' 크기의 대형 빌렛을 제조하였다.
위와 같이 제조된 빌렛은 520~550℃로 가열된 균질화처리 열처리로에 4~6시간 장입하여 빌렛 내부에 존재하는 편석을 제거한 다음, 제조된 빌렛을 인발기능을 구비한 압출기를 통해 소정 직경의 환봉으로 압출 및 인발하면 알루미늄 환봉이 제작되며, 이후 클래드 공정을 고려하여 코일 형태로 제작되는 것이 바람직하다.
이어서, SUS(Steel Use Stainless) 파이프 제작단계(S200)를 거치게 된다.
상기 SUS 파이프 제작단계(S200)는 발명의 필요에 따라 알루미늄 환봉 제작단계(S100)와 동시에 또는 개별적으로 수행될 수도 있다.
차량용 휠너트용 소재는 휠너트 체결 시 공구 마찰에 의한 표면 손상이 있을 수 있으므로 소재의 표면경도 확보가 요구되며, 부식 환경에 노출되는 외부의 경우 고내식성이 필요하기 때문에, 본 발명에서는 소재의 가격 및 내식성을 고려하여 두 가지 종류의 SUS를 사용하여 SUS 파이프를 형성하였다. 하기의 표 2는 본 발명의 SUS 파이프에 적용될 수 있는 SUS의 성분표이다.
| 구분 | C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Mo | Rem. |
| 실시예 1 | 0.03 max. |
1.0 max. |
2.0 max. |
0.045 max. |
0.03 max. |
9.0~13.0 | 18.0~20.0 | - | - |
| 실시예 2 | 0.02 5max |
1.0 max |
1.0 max |
0.04 max |
0.03 max |
0.6 max |
17.0~20.0 | 0.4~0.8 | Ti8x(C+N)~0.8 |
SUS는 탄소강에 비해 내식성 및 내열성이 뛰어난 강으로서, 상기 표 2의 성분 중 크롬과 니켈에 의해 내식성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에서 SUS 파이프(120)는 알루미늄 합금 환봉의 표면을 감싸면서 클래드화 시켜야하기 때문에 롤포밍(Roll Forming) 공정을 활용한 파이프 형태로 제작될 수 있다. 상기 SUS 파이프(120)는 이후 클래드 공정을 고려하여 파이프의 형상만 잡혀 있고 용접은 실시되지 않은 상태로 형성되는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 알루미늄 합금 환봉과 SUS(Steel Use Stainless) 파이프를 롤링 머신에 동시 삽입하여 기계적 접합을 실시한 후, 고주파 용접을 통해 알루미늄 합금 환봉에 SUS 파이프 용접 및 클래딩을 동시에 실시하는 단계(S300)를 거친다.
용접 및 클래딩 단계에서는 도 3에 도시된 바와 같이 알루미늄 합금 코일(110)과 SUS 파이프(120)를 롤링 머신(130)에 동시 삽입하여 1차적으로 기계적 접합을 실시한 다음, 고주파 발진기(140)를 사용한 고주파 용접을 통해 두 소재의 용접 및 클래딩을 동시에 실시하게 된다.
다만, 고주파 용접 조건이 맞지 않으면 파이프 단면이 제대로 용접되지 않아 이후 공정인 단조 성형 단계에서 소재가 터지는 현상이 발생될 수 있으며, 확산접합을 통한 두 소재간 완전한 클래딩이 이루어지지 않아 소재 계면이 박리될 수 있기 때문에 고주파 용접 조건을 정확히 준수하는 것이 바람직하다.
상기 사항을 고려한 고주파 조건은, 고주파 발진기(140)에서 20kw ~40kw 범위의 고주파를 주입하되, 가장 바람직하게는 30kw의 고주파 주입 하에서, 알루미늄 합금 소재 및 SUS 파이프 소재를 롤링 머신 상에서 1~3m/min으로 이동시키고, 이 때 그 내부의 알루미늄 합금 소재는 470~520℃로 유지되는 조건에서 SUS 소재와 확산접합이 이루어지며, 롤링 머신에서 가해지는 압력에 의해 알루미늄 합금 환봉과 접하게 된 SUS 파이프 표면이 용접된다.
이어서, 상기 용접 및 클래딩된 알루미늄 합금-SUS 클래드 환봉을 어닐링 처리하는 단계(S400)를 거친다.
용접 및 클래딩 직후 소재인 알루미늄 합금-SUS 클래드 코일(150)은 강도가 높고 연신율이 낮은 상태가 되는데, 이는 휠너트 형상으로 제조하는 단조 공정에서 성형성을 저하시키는 원인이 되므로 강도를 낮추고 연신율을 높이기 위해 어닐링 처리를 실시하게 된다.
본 발명에서 상기 어닐링 조건은 380~420℃에서 2~5시간 동안 200℃까지 로냉하여 처리할 수 있다. 이 때 상대적으로 용융 온도가 높은 SUS는 어닐링 처리 시 영향을 받지 않으며 내부의 알루미늄 소재만 어닐링처리 되게 된다.
이어서, 상기 알루미늄 합금-SUS 클래드 환봉을 단조 성형하는 단계(S500)를 거친다.
상기 어닐링된 알루미늄-SUS 클래드 환봉을 단조기를 활용하여 단조 성형을 실시하는데, 이 때, 단조기는 6단 단조기 등 공지의 단조기를 이용할 수 있다.
어닐링 처리를 실시한 클래드재 내부의 알루미늄 소재는 그 연신율은 약 20%로, 스틸(steel) 소재 연신율(약 40%)의 1/2 수준에 불과하다. 따라서, 단조 성형시 외부의 SUS 소재는 충분한 연신율을 가지기 때문에 단조 성형에 큰 이상이 없지만 알루미늄 소재는 낮은 연신율로 인해 단조 시 크랙(CRACK)이 발생할 수 있기 때문에 성형성 향상을 위해 소재 주입 시 표면을 200~300℃로 예열하여 단조기에 투입 후 단조를 실시하여 휠너트 형상을 구현한다.
마지막으로, 상기 단조 성형된 소재에 휠 장착을 위한 내부 나사산 탭 가공하는 단계를 거치면 본 발명의 차량용 휠너트의 최종 성형이 완료된다(S600). 위의 나사산 탭 가공도, 공지의 나사산 탭 가공기 등을 이용하여 간편하게 휠너트의 나사산을 형성할 수 있을 것이다.
이와 같이 본 발명에서는 온간 단조를 통해 휠너트 형상으로 제조된 소재는 휠장착을 위한 내부 나사산 탭가공을 통해 최종 성형이 완료된다. 본 발명의 차량용 휠너트는 그 외부에 내식성이 우수한 SUS 소재를 사용하였기 때문에 종래 휠너트 제조 시 실시되었던 크롬 도금 등 별도의 표면 처리는 실시할 필요가 없는 장점이 있다.
한편, 출원인이 본 발명의 실시예를 통해 제조한 클래드재 휠너트 시제품을 실험 평가한 바에 따르면, 630MPa의 하중에서도 시제품의 이상이 없었고(보증하중), 반복체결성 실험 결과 휠너트의 50회 연속 반복 체결을 실시하였으나 이상이 없었으며, 축력평가에서도 36,234N을 만족하였고, 부식성 평가 결과 염수분무시험(SST) 및 복합 염수 분무 시험(CCT) 1000 시간(hr) 평가 후에도 휠너트의 부식이 없는 것으로 나타난 바, 차량용 휠너트로서 매우 우수한 성질을 보유한 것으로 평가되었다.
도 4는 클래드 세부 구조를 나타내는 예시도로서, 그 단면 중심부에 알루미늄 합금이 위치하고 상기 알루미늄 합금의 외부를 SUS가 커버하고 있으며, 알루미늄 합금과 SUS는 고주파 용접에 의해 부분 확산 접합되어 있다.
상기 알루미늄 합금의 성분은 표 1의 알루미늄 합금 성분을 그대로 이용할 수 있으며, 상기 SUS 소재는 표 2의 SUS 성분을 그대로 이용할 수 있을 것이다.
또한, 도 4와 같은 알루미늄 합금- SUS 클래드 구조는, 전술한 본 발명의 차량용 휠너트의 제조방법에 의해서 생성될 수 있는데, 롤링 머신(130)에 주입되는 알루미늄 합금 코일(110)과 롤포밍으로 형성된 SUS 파이프(120)의 주입 및 접합 위치를 조정하여, 고주파 용접 시 그 내부에 알루미늄 합금이 위치하고, 알루미늄 합금을 커버하도록 SUS 소재가 위치하도록 한다.
이와 같이 본 발명의 차량용 휠너트 및 그 제조 방법에 의하면, 휠 너트를 일체형으로 제작함으로써 기존에 비해 제조공정이 훨씬 간편한 장점이 있다. 또한 내식성이 우수한 SUS 소재를 휠너트 표면에 사용함으로써 별도의 표면처리가 필요 없으며 기존의 크롬 도금에 의한 환경 문제 발생을 방지할 수 있다.
또한, SUS 소재 자체가 표면 경도가 우수한 바, 휠너트 체결 또는 풀림 시 공구 접촉에 의한 손상으로 표면 처리층이 박리되어 부식되거나 외관 상품성이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 휠너트의 중심부를 알루미늄 합금 소재로 형성함으로써, 기존 대비 약 25% 경량화가 가능한 장점이 있다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
100: 클래드 적용 휠너트
110: 알루미늄 합금 코일
120: SUS 파이프
130: 롤링 머신
140: 고주파 발진기
150: 알루미늄 합금 -SUS 클래드 코일
110: 알루미늄 합금 코일
120: SUS 파이프
130: 롤링 머신
140: 고주파 발진기
150: 알루미늄 합금 -SUS 클래드 코일
Claims (15)
- 알루미늄 합금 환봉 제작 단계;
SUS(Steel Use Stainless) 파이프 제작 단계;
상기 알루미늄 합금 환봉과 SUS(Steel Use Stainless) 파이프를 롤링 머신에 동시 삽입하여 기계적 접합을 실시한 후, 고주파 용접을 통해 알루미늄 합금 환봉에 SUS 파이프 용접 및 클래딩을 동시에 실시하는 단계;
상기 용접 및 클래딩된 알루미늄 합금-SUS 클래드 환봉을 어닐링 처리하는 단계; 및
상기 알루미늄 합금- SUS 클래드 환봉을 단조 성형하는 단계; 를 포함하되,
상기 고주파 용접은 알루미늄 합금 환봉과 SUS 파이프를 1~3m/min으로 이동시키되, 20~40kW의 고주파를 주입하여 용접하고,
상기 알루미늄 합금 환봉은 그 온도가 470~520℃로 유지되도록 하여 SUS 파이프와 확산접합이 이루어지며, 롤링 머신에서 가해지는 압력에 의해 접하게 된 SUS 파이프 표면과 용접되는 것을 특징으로 하는 차량용 휠너트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은,
크롬(Cr) 0.18~0.28 wt%, 구리(Cu) 1.2~2.0 wt%, 철(Fe) 0.5 wt% 이하, 마그네슘(Mg) 2.1~2.9 wt%, 망간(Mn) 0.3 wt% 이하, 규소(Si) 0.4 wt% 이하, 티타늄(Ti) 0.2 wt% 이하, 아연(Zn) 5.1~6.1 wt% 및 잔부의 알루미늄(Al)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 휠너트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 SUS는,
탄소(C) 0.03wt% 이하, 규소(Si) 1.0wt% 이하, 망간(Mn) 2.0wt% 이하, 인(P) 0.045wt% 이하, 황(S) 0.03wt% 이하, 니켈(Ni) 9.0~13.0wt%, 크롬(Cr) 18.0~20.0wt% 및 잔부의 철(Fe)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 휠너트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 SUS는,
탄소(C) 0.025 wt% 이하, 규소(Si) 1.0 wt%이하, 망간(Mn) 1.0 wt% 이하, 인(P) 0.04 wt% 이하, 황(S) 0.03 wt% 이하, 니켈(Ni) 0.6 wt% 이하, 크롬(Cr) 17.0~20.0 wt%, 몰리브덴(Mo) 0.4~0.8 wt% 및 잔부의 철(Fe)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 휠너트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금 환봉 제작 단계는,
알루미늄, 크롬, 구리, 철, 마그네슘, 망간, 규소, 티타늄 및 아연을 750~780℃ 온도에서 용해하는 단계;
상기 용해된 알루미늄 및 합금용 원소를 탈가스 및 플럭스 처리하여 용탕을 형성하는 단계;
상기 용탕을 250~280℃로 예열된 금형에 주입하여 빌렛(billet)을 제조하는 단계;
상기 빌렛을 520~550℃로 가열된 열처리로에 4~6시간 장입하여 빌렛 내부에 존재하는 편석을 제거하는 단계; 및
상기 빌렛을 환봉으로 압출 및 인발하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 휠너트의 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 어닐링 단계는,
380~420℃에서 2~5시간 동안 200℃까지 냉각시키는 것을 특징으로 하는 차량용 휠너트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 단조 단계는,
상기 알루미늄 합금-SUS 클래드 환봉의 표면을 200~300℃로 예열하여 단조기에 투입 후 단조를 실시하는 것을 특징으로 하는 차량용 휠너트의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 알루미늄 합금-SUS 클래드 환봉을 단조 성형하는 단계 후에,
상기 단조 성형된 소재에 휠 장착을 위한 내부 나사산 탭 가공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 휠너트의 제조 방법.
- 차량용 휠너트에 있어서,
그 단면 중심부에 위치하는 알루미늄 합금; 및
상기 알루미늄 합금의 외부를 커버하는 SUS;로 형성되되,
상기 알루미늄합금과 SUS는 고주파 용접에 의해 접합되고,
상기 고주파 용접은 알루미늄 합금 환봉과 SUS 파이프를 1~3m/min으로 이동시키되, 20~40kW의 고주파를 주입하여 용접하는 것을 특징으로 하는 차량용 휠너트.
- 제 11항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은,
크롬(Cr) 0.18~0.28wt%, 구리(Cu) 1.2~2.0wt%, 철(Fe) 0.5wt% 이하, 마그네슘(Mg) 2.1~2.9wt%, 망간(Mn) 0.3wt% 이하, 규소(Si) 0.4wt% 이하, 티타늄(Ti) 0.2wt% 이하, 아연(Zn) 5.1~6.1wt% 및 잔부의 알루미늄(Al)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 휠너트.
- 제 11항에 있어서, 상기 SUS는,
탄소(C) 0.03wt% 이하, 규소(Si) 1.0wt% 이하, 망간(Mn) 2.0wt% 이하, 인(P) 0.045wt% 이하, 황(S) 0.03wt% 이하, 니켈(Ni) 9.0~13.0wt%, 크롬(Cr) 18.0~20.0wt% 및 잔부의 철(Fe)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 휠너트.
- 제 11항에 있어서, 상기 SUS는,
탄소(C) 0.025wt% 이하, 규소(Si) 1.0wt%이하, 망간(Mn) 1.0wt% 이하, 인(P) 0.04wt% 이하, 황(S) 0.03wt% 이하, 니켈(Ni) 0.6wt% 이하, 크롬(Cr) 17.0~20.0wt%, 몰리브덴(Mo) 0.4~0.8wt% 및 잔부의 철(Fe)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 휠너트.
- 삭제
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