KR101736130B1 - Manufacturing method of the extrusion based dissimilar metal body frame for railway vehicles - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 압력과 열적 활성화에 의한 확산메커니즘을 통해 알루미늄합금과 마그네슘합금으로 이루어진 하이브리드 압출재를 형성하고, 이를 이용하여 철도차량의 차체 프레임을 제조함으로써 차체의 경량화를 이룰 수 있도록 함과 동시에 이종재료의 접합시 발생되는 문제점들을 해소할 수 있도록 하는 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an extrusion-based disparate metal railway vehicle body frame, and more particularly, to a method of manufacturing an extrusion-based hybrid metal railway vehicle body frame by forming a hybrid extruded material composed of an aluminum alloy and a magnesium alloy through a diffusion mechanism by high pressure and thermal activation, The present invention relates to a method of manufacturing a body frame of an extrusion-based disparate metal railway vehicle, which can reduce the weight of a vehicle body by manufacturing a vehicle body frame of a vehicle and solve problems caused by bonding different kinds of materials.

Description

압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임의 제조방법{Manufacturing method of the extrusion based dissimilar metal body frame for railway vehicles}Technical Field [0001] The present invention relates to an extrusion-based dissimilar metal frame for railway vehicles,

본 발명은 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 압력과 열적 활성화에 의한 확산메커니즘을 통해 알루미늄합금과 마그네슘합금으로 이루어진 하이브리드 압출재를 형성하고, 이를 이용하여 철도차량의 차체 프레임을 제조함으로써 차체의 경량화를 이룰 수 있도록 함과 동시에 이종재료의 접합시 발생되는 문제점들을 해소할 수 있도록 하는 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an extrusion-based disparate metal railway vehicle body frame, and more particularly, to a method of manufacturing an extrusion-based hybrid metal railway vehicle body frame by forming a hybrid extruded material composed of an aluminum alloy and a magnesium alloy through a diffusion mechanism by high pressure and thermal activation, The present invention relates to a method of manufacturing a body frame of an extrusion-based disparate metal railway vehicle, which can reduce the weight of a vehicle body by manufacturing a vehicle body frame of a vehicle and solve problems caused by bonding different kinds of materials.

일반적으로 철도차량의 차체는 바닥을 구성하는 언더프레임(underframe)과, 언더프레임의 상부에 구비되는 상부프레임으로 이루어진다. Generally, a vehicle body of a railway vehicle is composed of an underframe constituting a floor and an upper frame provided on an upper portion of the underframe.

이때, 상기 상부프레임은 언더프레임의 양측 단부에 수직방향으로 구비되어 벽체를 형성하는 사이드프레임(side frame)과, 사이드프레임의 상단에 수평방향으로 구비되는 루프프레임(roof frame)으로 이루어진다. At this time, the upper frame is composed of a side frame, which is provided at both ends of the underframe in a vertical direction to form a wall, and a roof frame, which is horizontally provided at an upper end of the sideframe.

한편, 각 프레임(언더프레임, 사이드프레임, 루프프레임)은 일정 너비의 압출재 6~10개를 나란히 배열한 후 차량의 길이방향으로 용접하여 프레임을 제작하고, 그 내,외측면은 내장재 또는 외장재로 마감처리를 하게 된다.On the other hand, each frame (underframe, side frame, and loop frame) is produced by arranging 6 to 10 extruded materials of a certain width in a row and welding them in the longitudinal direction of the vehicle to form a frame. And finish processing.

종래에는 스테인레스강이나 알루미늄 압출재를 이용하여 언더 프레임과 사이드 프레임 및 루프 프레임을 부분적으로 제작하고 이들을 용접에 의해 결합하는 방식에 의해 차체를 제조하였으나, 스테인레스강이나 알루미늄 압출재의 경우 중량이 많이 나가므로 철도차량의 운행시 전력 및 에너지 소모가 많이 발생되는 문제점이 있었다.Conventionally, the underbody, the side frame, and the roof frame were partially fabricated by using stainless steel or aluminum extruded material, and the body was manufactured by a method of joining them by welding. However, in the case of stainless steel or aluminum extruded material, There is a problem that power and energy consumption are frequently generated when the vehicle is operated.

따라서, 철도차량 차체 프레임을 경량 재질로 제조할 경우 철도차량의 운행시 소모되는 전력 및 에너지를 줄일 수 있게 되는데, 이를 위해 최근에는 복합소재를 적용하여 철도차량의 차체를 제작하는 방법이 연구되고 있다.Accordingly, when a railway vehicle body frame is made of a lightweight material, electric power and energy consumed in the operation of the railway vehicle can be reduced. Recently, a method of manufacturing a railway vehicle body by applying a composite material has been studied .

일례로, 차체 프레임의 내판과 외판을 복합소재로 제작하고, 내판과 외판의 사이에 폼코어나 알루미늄 허니콤을 삽입한 샌드위치 패널 구조를 이용하여 차체 프레임을 제조한 후, 각 프레임 간 연결 및 외판과 심재의 결합은 기계적 체결 또는 구조용 접착제 등을 사용하여 접합하게 되는데, 복합소재로 이루어진 내판과 외판을 접착제 만으로 부착하여 차체를 제조하는 경우에는 강도나 충격 하중에 매우 취약한 단점을 갖게 된다.For example, a body frame is manufactured using a sandwich panel structure in which an inner plate and an outer plate of a body frame are made of a composite material and a foam core or an aluminum honeycomb is inserted between the inner plate and the outer plate. And the core material are bonded using mechanical fastening or structural adhesive. However, when the inner and outer plates made of a composite material are adhered only by an adhesive, the body is very weak to the strength or impact load.

한편, 차체의 경량화를 위한 또 다른 방안으로 마그네슘 압출재가 사용될 수 있는데, 마그네슘의 경우 비중이 알루미늄의 2/3에 불과하여 마그네슘 압출재를 이용하여 차체 프레임을 제조하는 경우 차체의 무게를 경량화시킬 수 있는 장점이 있으나, 프레임 사이의 용접 및 접합이 어렵다는 단점이 있다.Meanwhile, magnesium extruded material may be used as another means for reducing the weight of the vehicle body. In the case of magnesium, the specific gravity is only 2/3 of that of aluminum. Therefore, when the body frame is manufactured using magnesium extruded material, However, there is a disadvantage in that welding and joining between frames are difficult.

즉, 마그네슘 합금의 경우 용융용접접합에 어려움이 있고, 마그네슘의 접합 가능 방법 중 하나인 마찰교반용접(FSW; Friction Stir Welding)의 경우 동종합금 사이의 접합에서는 우수한 특성을 보이나, 마그네슘-알루미늄 등 이종(異種) 재료 사이의 접합시에는 금속간화합물(intermetallic compound)이 생성되어 용접 가능조건의 선정이 매우 까다로울 뿐만 아니라 기계적 물성의 저하를 수반하게 되는 문제점이 있다.That is, in the case of the magnesium alloy, there is a difficulty in fusion welding, and in the case of Friction Stir Welding (FSW), which is one of the possible joining methods of magnesium, excellent characteristics are exhibited in joining between homologous alloys, (Intermetallic compound) is formed at the time of bonding between different kinds of materials, the selection of the welding condition is very difficult and the mechanical properties are deteriorated.

또한, 마그네슘 합금의 경우 표면에서의 산화진행속도가 빠르기 때문에 차체의 외부를 마그네슘 재질로 형성시킬 경우 차체의 표면 부식이 빠르게 진행되므로 외관상 좋지 못할 뿐만 아니라 내구성이 떨어지게 되는 문제점도 있다. In addition, since the magnesium alloy has a rapid oxidation progressing speed on the surface, when the exterior of the vehicle body is formed of a magnesium material, corrosion of the surface of the vehicle body rapidly occurs, which is not only bad in appearance, but also has a problem in that durability is deteriorated.

1. 대한민국 등록특허공보 제10-1072373호(2011. 10. 11. 공고)1. Korean Registered Patent No. 10-1072373 (issued on October 11, 2011) 2. 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0078518(2011. 07. 07. 공개)2. Korean Patent Publication No. 10-2011-0078518 (published on 07. 07, 2011)

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 클래딩 압출 방식에 의해 알루미늄 합금과 마그네슘 합금이 상,하로 배치된 형태의 하이브리드 압출재를 제조하고, 이를 철도차량의 차체 프레임으로 사용함으로써 차체의 경량화를 이룰 수 있도록 하는 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임의 제조방법을 제공함에 있다.It is an object of the present invention to provide a hybrid extruded material in which an aluminum alloy and a magnesium alloy are arranged up and down by a cladding extrusion method, The present invention provides a method of manufacturing an extrusion-based disparate metal railway vehicle body frame, which can reduce the weight of the vehicle body.

또한, 본 발명은 알루미늄 합금과 마그네슘 합금이 상,하로 배치된 형태의 하이브리드 압출재에 의해 차체의 외부는 내부식성이 우수한 알루미늄 합금으로 구성되고, 차체의 내부는 가벼우면서도 강도가 우수한 마그네슘 합금으로 구성되도록 함과 동시에 그에 따라 이종 금속을 사용하면서도 프레임 사이의 접합이 동종재질의 금속 접합에 의해 이루어질 수 있도록 하는 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임의 제조방법을 제공함에 다른 목적이 있다.Further, the present invention is characterized in that the outer portion of the vehicle body is made of an aluminum alloy excellent in corrosion resistance by the hybrid extruded material in which the aluminum alloy and the magnesium alloy are arranged up and down, and the inside of the vehicle body is made of a magnesium alloy Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an extrusion-based disparate metal railway vehicle body frame in which joints between frames are made by metal joining of the same kind of materials while using dissimilar metals.

상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

철도차량 차체 프레임에 있어서, 알루미늄 합금과 마그네슘 합금이 압출에 의해 상,하로 접합된 형태의 하이브리드 압출재로 이루어진 것을 특징으로 한다.And a hybrid extruded material in the form of an aluminum alloy and a magnesium alloy joined together by extrusion in a railway vehicle body frame.

이때, 상기 하이브리드 압출재는 알루미늄 합금층이 차체의 외측을 형성하고, 마그네슘 합금층이 차체의 내측을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 한다.At this time, the hybrid extruded material is characterized in that the aluminum alloy layer forms the outside of the vehicle body, and the magnesium alloy layer forms the inside of the vehicle body.

또한, 상기 하이브리드 압출재를 구성하는 알루미늄 합금과 마그네슘 합금의 접합 계면은 종방향 단면의 중앙부 또는 알루미늄 합금 쪽 상부에 위치되도록 형성된 것을 특징으로 한다.The bonding interface between the aluminum alloy and the magnesium alloy constituting the hybrid extruded material is formed so as to be located at the center of the longitudinal section or at the upper side of the aluminum alloy.

한편, 본 발명에 따른 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임의 제조방법은, 철도차량 차체 프레임의 제조방법에 있어서, 알루미늄 합금 빌렛과 마그네슘 합금 빌렛을 준비하는 압출준비단계와, 준비된 알루미늄 합금 빌렛과 마그네슘 합금 빌렛을 상,하로 배치하고 차체의 프레임 형상으로 이루어진 관통공이 형성된 금형을 통과하도록 압출하여 하이브리드 압출재를 형성시키는 압출재 제조단계와, 상기 압출재 제조단계에서 제조된 하이브리드 압출재를 이용하여 철도차량용 차체 프레임을 제조하는 차체 프레임 제조단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.A method of manufacturing a body frame of an extrusion-based disparate metal railway vehicle according to the present invention comprises the steps of preparing an aluminum alloy billet and a magnesium alloy billet, preparing an aluminum alloy billet and magnesium The method comprising the steps of: preparing an extruded material by arranging an alloy billet in an up and down direction and extruding the alloy billet through a mold having a through hole formed in a frame shape of the vehicle body to form a hybrid extruded material; And a body frame manufacturing step of manufacturing the body frame.

이때, 상기 압출준비단계에서 준비되는 알루미늄 합금 빌렛과 마그네슘 합금 빌렛은 종단면 형상이 반원 형태인 것을 특징으로 한다.At this time, the aluminum alloy billets and the magnesium alloy billets prepared in the extrusion preparation step are semicircular in the longitudinal section.

또한, 상기 차체 프레임 제조단계는 하이브리드 압출재를 차체의 길이에 맞도록 절단하는 압출재 가공단계와, 절단된 압출재들의 측면이 서로 맞닿도록 한 상태에서 알루미늄 합금 재질로 이루어진 외측 표면과 마그네슘 합금 재질로 이루어진 내측 표면을 각각 접합하여 차체 프레임을 완성시키는 압출재 접합단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The step of manufacturing the body frame may include a step of processing the extruded material to cut the hybrid extruded material to fit the length of the vehicle body and a step of forming the outer surface made of an aluminum alloy material and the inner side made of a magnesium alloy material And joining the surfaces to each other to complete the vehicle body frame.

그리고, 상기 압출재 접합단계에서는 마찰교반용접에 의해 압출재들을 서로 접합시키는 것을 특징으로 한다.The extruded material is joined to each other by friction stir welding at the step of joining the extruded material.

본 발명에 따르면, 클래딩 압출 방식에 의해 알루미늄 합금과 마그네슘 합금이 상,하로 배치된 형태의 하이브리드 압출재를 제조하고, 이를 철도차량의 차체 프레임으로 사용함으로써 차체의 경량화를 이룰 수 있게 되고, 그에 따라 철도차량의 운행시 소모되는 전력 및 에너지를 줄일 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.According to the present invention, a hybrid extruded material in which an aluminum alloy and a magnesium alloy are arranged up and down by a cladding extrusion method is manufactured and used as a vehicle body frame of a railway vehicle, whereby the weight of the vehicle body can be reduced, And has an excellent effect of reducing power and energy consumed when the vehicle is driven.

또한, 본 발명에 따르면 알루미늄 합금과 마그네슘 합금이 상,하로 배치된 형태의 하이브리드 압출재에 의해 차체의 외부는 내부식성이 우수한 알루미늄 합금으로 구성되고, 차체의 내부는 가벼우면서도 강도가 우수한 마그네슘 합금으로 구성되도록 할 수 있을 뿐만 아니라 알루미늄 합금과 마그네슘 합금의 접합 계면이 압출재의 굽힘 중립축에서 형성되므로 이종금속의 접합에 따른 특성 저하를 최소화시킬 수 있는 효과를 추가로 갖는다.Further, according to the present invention, the outside of the vehicle body is made of an aluminum alloy having excellent corrosion resistance by the hybrid extruded material in which the aluminum alloy and the magnesium alloy are arranged up and down, and the interior of the vehicle body is made of a magnesium alloy In addition, since the bonding interface between the aluminum alloy and the magnesium alloy is formed at the bending neutral axis of the extruded material, it is possible to minimize the deterioration of properties due to the bonding of the dissimilar metals.

또한, 본 발명에 따르면 이종 금속을 사용하면서도 프레임 사이의 접합이 동종재질의 금속 접합에 의해 이루어질 수 있도록 함으로써 이종재질의 금속 접합시 발생되는 문제점들을 회피할 수 있도록 하는 효과를 추가로 갖는다.In addition, according to the present invention, the use of dissimilar metals enables joining between frames to be achieved by metal joining of the same material, thereby further avoiding problems caused by metal joining of different materials.

도 1은 철도차량용 차체의 구조를 나타낸 정단면도.
도 2의 (a),(b),(c)는 알루미늄 합금 빌렛과 마그네슘 합금 빌렛 및 그를 이용하여 하이브리드 압출재를 제조하는 모습을 나타낸 측면도 및 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임의 제조방법을 나타낸 흐름도.1 is a front sectional view showing the structure of a vehicle body for a railway vehicle.
FIGS. 2 (a), 2 (b) and 2 (c) are a side view and a perspective view showing an aluminum alloy billet, a magnesium alloy billet and a method of manufacturing a hybrid extruded material using the same.
3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an extrusion-based disparate metal railway vehicle body frame according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임의 제조방법의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a method for manufacturing a body frame of an extrusion-based dissimilar metal railway vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 철도차량용 차체의 구조를 나타낸 정단면도이고, 도 2의 (a),(b),(c)는 알루미늄 합금 빌렛과 마그네슘 합금 빌렛 및 그를 이용하여 하이브리드 압출재를 제조하는 모습을 나타낸 측면도 및 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.FIG. 1 is a front sectional view showing a structure of a vehicle body for a railway vehicle, and FIGS. 2 (a), 2 (b) and 2 (c) are side views showing an aluminum alloy billet and a magnesium alloy billet, 3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a body frame of an extrusion-based dissimilar metal railway vehicle according to the present invention.

본 발명은 높은 압력과 열적활성화에 의한 확산메커니즘을 통해 알루미늄합금과 마그네슘합금으로 이루어진 하이브리드 압출재(110)를 형성하고, 이를 이용하여 철도차량의 차체 프레임을 제조함으로써 차체의 경량화를 이룰 수 있도록 함과 동시에 이종재료의 접합시 발생되는 문제점들을 해소할 수 있도록 하는 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임 및 그를 이용한 철도차량용 차체 제조방법에 관한 것으로, 먼저 본 발명에 따른 압출 기반 이종 금속 철도차량 차체 프레임(100)(이하, '차체 프레임(100)'이라 한다)은 알루미늄 합금과 마그네슘 합금이 서로 접합된 형태로 이루어진 것에 그 특징이 있다.A hybrid extrusion material (110) made of an aluminum alloy and a magnesium alloy is formed through a diffusion mechanism by high pressure and thermal activation, and a vehicle body frame of a railway vehicle is manufactured using the hybrid extrusion material (110) The present invention relates to an extrusion-based disparate metal railway vehicle body frame and a method of manufacturing a body for a railway vehicle using the extrusion-based dissimilar metal railway vehicle body frame, ) (Hereinafter, referred to as a " body frame 100 ") is characterized in that the aluminum alloy and the magnesium alloy are bonded to each other.

보다 상세히 설명하면, 알루미늄에 비해 비중이 2/3 정도로 가벼운 마그네슘을 차체 프레임(100)의 재질로 사용함으로써 전체적인 차체의 무게를 경감시킬 수 있도록 하여 철도차량의 주행시 소모되는 전력 및 에너지를 최소화시킬 수 있도록 구성된 것이다.More specifically, the weight of the entire body can be reduced by using magnesium having a specific gravity of about 2/3 of that of aluminum as the material of the body frame 100, thereby minimizing the power and energy consumed in the running of the railway vehicle .

이때, 상기 알루미늄 합금과 마그네슘 합금은 클래딩 압출에 의해 서로 접합되는데, 클래딩 압출이란 클래드 접합을 응용한 것으로, 높은 압력에 의한 형상 변형과 열적 확산에 의한 확산 메커니즘을 통해 두 개의 금속으로 이루어진 압출재를 형성시키는 방법을 뜻한다.At this time, the aluminum alloy and the magnesium alloy are joined to each other by cladding extrusion. The cladding extrusion is a cladding joining method. The cladding joining is used to form an extruded material composed of two metals through a diffusion mechanism by shape deformation and thermal diffusion by high pressure It means a method of letting.

즉, 알루미늄 합금 빌렛(10)과, 마그네슘 합금 빌렛(20)을 차체 프레임 형상의 관통공(32)이 형성된 금형(30)에 동시에 통과시킴으로써 금형(30) 통과시 발생되는 고압에 의한 형상 변형 및 고온에 의한 열적 확산에 의해 알루미늄 합금과 마그네슘 합금이 고상으로 접합된 형태의 하이브리드 압출재(110)를 제조할 수 있게 되는 것이다.That is, the aluminum alloy billet 10 and the magnesium alloy billet 20 are simultaneously passed through the metal mold 30 having the through-hole 32 in the body frame shape, It is possible to manufacture the hybrid extruded material 110 in which the aluminum alloy and the magnesium alloy are bonded in a solid phase by thermal diffusion at a high temperature.

이때, 상기 알루미늄 합금과 마그네슘 합금은 상,하로 배치된 상태로 금형(30)을 통과시킴으로써 상부는 알루미늄 합금으로 이루어지고, 하부는 마그네슘 합금으로 이루어진 하이브리드 압출재(110)가 형성되도록 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 하이브리드 압출재(110)를 이용한 차체 프레임(100)의 제조시 도 1에 나타낸 바와 같이, 알루미늄 합금은 차체 프레임(100)의 외측 표면을 형성하도록 하고, 마그네슘 합금은 차체 프레임(100)의 내측 표면을 형성하도록 하기 위함이다.At this time, it is preferable that the aluminum alloy and the magnesium alloy are passed through the mold 30 in a state where the aluminum alloy and the magnesium alloy are arranged on the upper and lower sides so that the upper portion is made of an aluminum alloy and the lower portion is formed of a hybrid extruded material 110 made of a magnesium alloy. 1, the aluminum alloy is used to form the outer surface of the body frame 100, and the magnesium alloy is used to form the outer surface of the body frame 100 So as to form an inner surface.

즉, 마그네슘 합금의 경우 알루미늄 합금에 비해 비중이 상대적으로 작으므로 경량이라는 장점이 있으나, 표면에서의 산화진행속도가 빠르기 때문에 내부식성이 취약하여 차체의 외측 표면으로는 적합하지 않기 때문이다.In other words, the magnesium alloy has a relatively small specific gravity as compared with the aluminum alloy, which is advantageous in that it is light in weight, but it is not suitable for the outer surface of the vehicle body due to its poor corrosion resistance due to rapid oxidation progress on the surface.

또한, 후술하겠지만, 상기 하이브리드 압출재(110)들을 서로 접합하여 차체 프레임(100)을 제조하게 되는데, 하이브리드 압출재(110)의 상부가 알루미늄 합금으로 형성되고, 하부가 마그네슘 합금으로 형성될 경우, 하이브리드 압출재(110)의 접합시 이종 금속간의 접합이 발생되지 않게 되어 보다 용이하게 차체 프레임(100)을 제조할 수 있게 된다.When the upper portion of the hybrid extruded material 110 is formed of an aluminum alloy, and the lower portion of the hybrid extruded material 110 is formed of a magnesium alloy, the hybrid extruded material 110 is bonded to the hybrid extruded material 110. [ The joining of the dissimilar metals does not occur at the time of joining of the body frame 110, and the body frame 100 can be manufactured more easily.

다음, 상기 하이브리드 압출재(110)를 구성하는 알루미늄 합금과 마그네슘 합금의 접합 계면은 하이브리드 압출재(110)의 종방향 단면을 기준으로 하였을 때 중앙부 또는 알루미늄 합금 쪽 상부에 위치되도록 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 접합 계면이 중앙부, 즉 하이브리드 압출재(110)의 굽힘 중립축에 형성될 경우 접합에 의해 발생될 수 있는 강도 등의 특성 저하를 최소화시킬 수 있기 때문이다.Next, it is preferable that the bonding interface between the aluminum alloy and the magnesium alloy constituting the hybrid extruded material 110 is located at the center portion or the upper side of the aluminum alloy with reference to the longitudinal cross section of the hybrid extruded material 110, This is because, when the bonding interface is formed at the central portion, that is, the bending neutral axis of the hybrid extruded material 110, deterioration in properties such as strength that can be caused by bonding can be minimized.

또한, 상기 접합 계면이 알루미늄 합금 쪽 상부에 위치될 경우 하이브리드 압출재(110)에 포함된 마그네슘 성분이 증가하게 되어 차체 프레임(100)의 경량화 효과를 향상시킬 수 있게 된다.In addition, when the bonding interface is located on the upper side of the aluminum alloy, the magnesium component contained in the hybrid extruded material 110 increases, and the weight saving effect of the vehicle body frame 100 can be improved.

한편, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임의 제조방법은 도 3에 나타낸 바와 같이, 크게 압출준비단계(S10), 압출재 제조단계(S20) 및 차체 프레임 제조단계(S30)를 포함하여 구성된다.3, the extrusion-preparing step S10, the extruded material manufacturing step S20, and the body frame manufacturing step S30 (step S30) ).

보다 상세히 설명하면, 상기 압출준비단계(S10)는 하이브리드 압출재(110)의 제조를 위한 재료 즉, 알루미늄 합금과 마그네슘 합금을 준비하는 단계에 관한 것으로, 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 종단면 형상이 반원 형상을 이루는 알루미늄 합금 빌렛(10)과 마그네슘 합금 빌렛(20)을 준비한다.More specifically, the extrusion preparation step S10 relates to a step of preparing a material for manufacturing the hybrid extruded material 110, that is, an aluminum alloy and a magnesium alloy. As shown in FIG. 2 (a) An aluminum alloy billet 10 and a magnesium alloy billet 20 having a semicircular shape are prepared.

즉, 전술한 바와 같이, 상기 하이브리드 압출재(110)는 알루미늄 합금과 마그네슘 합금이 서로 맞닿도록 하여 상,하 방향으로 접합된 것이므로, 빌렛(10,20)의 종단면이 반원 형상을 이루도록 하여 압출을 위해 투입되는 알루미늄 합금 빌렛(10)과 마그네슘 합금 빌렛(20)이 서로 맞닿을 수 있도록 한 것이다.That is, as described above, since the hybrid extruded material 110 is bonded in the upward and downward directions with the aluminum alloy and the magnesium alloy abutting each other, the longitudinal cross-section of the billets 10 and 20 is formed into a semicircular shape, So that the aluminum alloy billets 10 and the magnesium alloy billets 20 can be brought into contact with each other.

또한, 상기와 같이 빌렛(10,20)의 종단면 형상을 반원으로 할 경우, 압출 과정에서 버려지는 불필요한 재료의 낭비를 최소화할 수 있게 된다.In addition, when the longitudinal cross-sectional shape of the billets 10 and 20 is set to a half-circle, waste of unnecessary material discarded during the extrusion process can be minimized.

다음, 상기 압출재 제조단계(S20)는 전술한 클래딩 압출에 의해 하이브리드 압출재(110)를 제조하기 위한 단계에 관한 것으로, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 반원 형상의 알루미늄 합금 빌렛(10)과 마그네슘 합금 빌렛(20)을 상,하로 배치하여 원형을 이루도록 한 상태에서 차체의 프레임 형상으로 관통공(32)이 형성된 금형(30)을 통과하도록 압출하면, 도 2의 (c)에 나타낸 바와 같이, 상부는 알루미늄 합금층(110a)으로 이루어지고 하부는 마그네슘 합금층(110b)으로 이루어지는 하이브리드 압출재(110)가 형성된다.Next, the extruded material manufacturing step S20 is a step for manufacturing the hybrid extruded material 110 by the above-described cladding extrusion. As shown in Fig. 2 (b), a semi-circular aluminum alloy billet 10, The magnesium alloy billet 20 and the magnesium alloy billet 20 are arranged so as to form a circular shape and are extruded so as to pass through the metal mold 30 having the through hole 32 formed in the frame shape of the vehicle body as shown in FIG. Likewise, the hybrid extruded material 110 having the upper portion made of the aluminum alloy layer 110a and the lower portion made of the magnesium alloy layer 110b is formed.

다음, 상기 차체 프레임 제조단계(S30)는 압출재 제조단계(S20)에서 제조된 하이브리드 압출재(110)를 이용하여 차체 프레임(100)을 제조하는 단계에 관한 것으로, 압출재 가공단계(S32)와 압출재 접합단계(S34)를 포함하여 이루어진다.Next, the body frame manufacturing step (S30) relates to a step of manufacturing the body frame 100 by using the hybrid extruded material 110 manufactured in the extruded material manufacturing step S20, and the step of machining the extruded material (S32) Step S34.

보다 상세히 설명하면, 상기 압출재 가공단계(S32)는 클래딩 압출에 의해 형성된 하이브리드 압출재(110)를 차체의 길이에 맞도록 절단하는 단계에 관한 것으로, 필요에 따라 두 개 이상의 하이브리드 압출재(110)를 길이방향으로 연결하여 사용하여야 할 경우에는 해당 치수에 맞추어 절단할 수도 있음은 물론이다.More specifically, the extruded material processing step S32 is a step of cutting the hybrid extruded material 110 formed by the cladding extrusion so as to match the length of the vehicle body. If necessary, two or more hybrid extruded materials 110 may be cut in length It may be cut according to the dimension.

다음, 상기 압출재 접합단계(S34)는 압출재 가공단계(S32)에서 절단된 하이브리드 압출재(110)들의 측면이 서로 맞닿도록 한 상태에서 외측 표면과 내측 표면을 각각 접합시킴으로써 차체 프레임(100)을 완성시키는 단계에 관한 것으로, 전술한 바와 같이, 하이브리드 압출재(110)의 외측은 알루미늄 합금층(110a)으로 이루어지고, 내측은 마그네슘 합금층(110b)으로 이루어지므로 이종금속을 접합하는 경우가 발생되지 않게 된다.Next, in the step of joining the extruded material (S34), the outer surface and the inner surface of the hybrid extruded material 110 cut in the extruded material processing step S32 are joined to each other, thereby completing the body frame 100 As described above, since the outer side of the hybrid extruded material 110 is made of the aluminum alloy layer 110a and the inner side is made of the magnesium alloy layer 110b, there is no case of joining the dissimilar metals .

즉, 알루미늄과 마그네슘 간 이종접합시에는 금속간 화합물이 생성되어 용접가능조건의 선정이 매우 까다롭고 기계적 물성의 저하를 유발하게 되는 문제점이 있던 것임에 비해, 본 발명에서는 상부는 알루미늄 합금층(110a)으로 이루어지고 하부는 마그네슘 합금층(110b)으로 이루어지는 하이브리드 압출재(110)의 구조로 인하여, 알루미늄 합금은 알루미늄 합금과 접합이 되고, 마그네슘 합금은 마그네슘 합금과 접합이 이루어지게 되므로, 이종 금속재질간의 접합이 발생되지 않게 되는 것이다.In other words, when the aluminum and magnesium are hetero-bonded to each other, an intermetallic compound is formed, which makes it difficult to select welding conditions and deteriorate the mechanical properties. In contrast, in the present invention, the aluminum alloy layer 110a The aluminum alloy is bonded to the aluminum alloy and the magnesium alloy is bonded to the magnesium alloy due to the structure of the hybrid extruded material 110 composed of the magnesium alloy layer 110b and the lower portion thereof, So that no bonding occurs.

상기와 같은 동종 금속 간의 접합에 의해 외측 표면은 알루미늄 합금으로 이루어지고, 내측 표면은 마그네슘 합금으로 이루어지는 철도차량용 차체 프레임(100)이 제조되는데, 이와 같이 제조된 차체 프레임(100)은 종래의 차체 프레임에 비해 경량이므로 철도차량의 주행시 소모되는 전력 및 에너지를 경감시킬 수 있게 된다.The body frame 100 for a railway car is manufactured by joining between the same kind of metals as described above, the outer surface of which is made of an aluminum alloy and the inner surface is made of a magnesium alloy. It is possible to reduce the power and energy consumed in the running of the railway vehicle.

한편, 상기 압출재 접합단계(S34)에서는 마찰교반용접(FSW)에 의해 하이브리드 압출재(110)들을 서로 접합시키게 되는데, 고속으로 회전하는 비소모식 회전툴에 의해 접합 부위에 마찰열을 발생시켜 모재의 변형 저항을 낮추어 연화시키기에 충분한 온도로 가열한 후, 기계적인 힘에 의해 회전툴이 이동하면서 가열 부분을 앞부분에서 뒤쪽으로 압출되게 하여 마찰열과 기계적 가공의 조합으로 고상접합부가 만들어지게 하는 마찰교반용접에 의하면 고상 상태에서 접합하기 때문에 접합에 따른 하이브리드 압출재(110)들의 변형이 매우 적고, 용융 용접에서 발생하기 쉬운 기공이나 균열 등의 결함이 거의 발생하지 않으며, 압출재(110)의 조직이 미세화되므로 충격강도와 피로강도가 증가하여 내구성이 향상된 차체 프레임(100)을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 접합과정에서 유해광선이나 유해물질이 배출되지 않으므로 경제적이면서도 친환경적인 작업환경하에서 차체를 제조할 수 있게 되는 등의 다양한 장점을 갖게 된다.Meanwhile, in the step of joining the extruded material (S34), the hybrid extruded material 110 is joined to each other by friction stir welding (FSW). Friction heat is generated at the jointed portion by the non- And then friction stir welding which causes the heating part to be extruded from the front part to the rear by the mechanical force to move the heating part backward and to make a solid state joint by a combination of frictional heat and mechanical working The hybrid extruded material 110 is very little deformed due to the joining, and defects such as pores and cracks, which are likely to occur in melting welding, hardly occur, and the structure of the extruded material 110 is refined, It is possible not only to fabricate the body frame 100 with improved fatigue strength and improved durability, Since harmful rays or harmful substances are not emitted during the bonding process, the vehicle body can be manufactured in an economical and environmentally friendly working environment.

상기와 같은 과정에 의해 본 발명에 따른 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임(100)의 제조가 완료되는데, 필요에 따라 완성된 차체 프레임 표면의 이물질을 제거하고, 내,외측 표면의 표면처리를 하는 등의 마무리 가공 단계가 추가될 수도 있음은 물론이다.The manufacture of the extrusion-based dissimilar metal railway vehicle body frame 100 according to the present invention is completed by the above-described process. If necessary, the extraneous materials on the surface of the completed body frame are removed and the inner and outer surfaces are subjected to surface treatment It is needless to say that a finishing step such as a finishing step may be added.

따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임의 제조방법에 의하면, 클래딩 압출 방식에 의해 알루미늄 합금과 마그네슘 합금이 상,하로 배치된 형태의 하이브리드 압출재(110)를 제조하고, 이를 철도차량의 차체 프레임으로 사용함으로써 차체의 경량화를 이룰 수 있게 되고, 그에 따라 철도차량의 운행시 소모되는 전력 및 에너지를 줄일 수 있고, 알루미늄 합금과 마그네슘 합금이 상,하로 배치된 형태의 하이브리드 압출재(110)에 의해 차체의 외부는 내부식성이 우수한 알루미늄 합금으로 구성되고, 차체의 내부는 가벼우면서도 강도가 우수한 마그네슘 합금으로 구성되도록 할 수 있을 뿐만 아니라 알루미늄 합금과 마그네슘 합금의 접합 계면이 압출재(110)의 굽힘 중립축에서 형성되므로 이종금속의 접합에 따른 특성 저하를 최소화시킬 수 있고, 이종 금속을 사용하면서도 프레임 사이의 접합이 동종재질의 금속 접합에 의해 이루어질 수 있도록 함으로써 이종재질의 금속 접합시 발생되는 문제점들을 회피할 수 있도록 하는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.Therefore, according to the manufacturing method of the extrusion-based disparate metal railway vehicle body frame according to the present invention, the hybrid extruded material 110 in which the aluminum alloy and the magnesium alloy are arranged up and down by the cladding extrusion method is manufactured The weight of the vehicle body can be reduced by using it as a body frame of a railway vehicle, thereby reducing power and energy consumed in the operation of the railway vehicle, The exterior of the vehicle body is made of an aluminum alloy having excellent corrosion resistance by the extruded material 110, and the interior of the vehicle body can be made of a magnesium alloy having a light weight and excellent strength, and a bonding interface between the aluminum alloy and the magnesium alloy 110), so that the bonding of the dissimilar metals It is possible to minimize the deterioration of the characteristics, and it is possible to avoid the problems caused by metal bonding of heterogeneous materials by using the dissimilar metals and allowing the joining between the frames to be made by metal joining of the same kind of material will be.

전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described for illustrative purposes, those skilled in the art will readily appreciate that many modifications are possible in the exemplary embodiments without materially departing from the novel teachings and advantages of this invention.

본 발명은 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 높은 압력과 열적 활성화에 의한 확산메커니즘을 통해 알루미늄합금과 마그네슘합금으로 이루어진 하이브리드 압출재를 형성하고, 이를 이용하여 철도차량의 차체 프레임을 제조함으로써 차체의 경량화를 이룰 수 있도록 함과 동시에 이종재료의 접합시 발생되는 문제점들을 해소할 수 있도록 하는 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing an extrusion-based disparate metal railway vehicle body frame, and more particularly, to a method of manufacturing an extrusion-based hybrid metal railway vehicle body frame by forming a hybrid extruded material composed of an aluminum alloy and a magnesium alloy through a diffusion mechanism by high pressure and thermal activation, The present invention relates to a method of manufacturing a body frame of an extrusion-based disparate metal railway vehicle, which can reduce the weight of a vehicle body by manufacturing a vehicle body frame of a vehicle and solve problems caused by bonding different kinds of materials.

10 : 알루미늄 합금 빌렛 20 : 마그네슘 합금 빌렛
30 : 금형 32 : 관통공
100 : 차체 프레임 110 : 하이브리드 압출재
110a : 알루미늄 합금층 110b : 마그네슘 합금층
S10 : 압출준비단계 S20 : 압출재 제조단계
S30 : 차체 프레임 제조단계 S32 : 압출재 가공단계
S34 : 압출재 접합단계10: Aluminum alloy billet 20: Magnesium alloy billet
30: mold 32: through hole
100: Body frame 110: Hybrid extruded material
110a: Aluminum alloy layer 110b: Magnesium alloy layer
S10: Extrusion preparation step S20: Extrusion material production step
S30: Body frame manufacturing step S32: Extruding material processing step
S34: Step of joining the extruded material

Claims (7)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 철도차량 차체 프레임의 제조방법에 있어서,
종단면 형상이 반원 형태인 알루미늄 합금 빌렛과 마그네슘 합금 빌렛을 준비하는 압출준비단계와,
알루미늄 합금과 마그네슘 합금의 접합 계면이 종방향 단면의 알루미늄 합금 쪽 상부에 위치되도록 준비된 알루미늄 합금 빌렛과 마그네슘 합금 빌렛을 상,하로 배치하여 차체의 프레임 형상으로 이루어진 관통공이 형성된 금형을 통과하도록 압출하여 하이브리드 압출재를 형성시키는 압출재 제조단계와,
상기 압출재 제조단계에서 제조된 하이브리드 압출재를 이용하여 철도차량용 차체 프레임을 제조하는 차체 프레임 제조단계를 포함하여 구성되되,
상기 차체 프레임 제조단계는 하이브리드 압출재를 차체의 길이에 맞도록 절단하는 압출재 가공단계와,
이종 금속재질간의 접합이 발생되지 않도록 절단된 압출재들의 알루미늄 합금층이 차체의 외측을 형성하고, 마그네슘 합금층이 차체의 내측을 형성하도록 동종 합금층의 측면이 서로 맞닿도록 한 상태에서 알루미늄 합금 재질로 이루어진 외측 표면과 마그네슘 합금 재질로 이루어진 내측 표면을 마찰교반용접에 의해 각각 접합하여 차체 프레임을 완성시키는 압출재 접합단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 압출 기반 이종금속 철도차량 차체 프레임의 제조방법.A method of manufacturing a railway vehicle body frame,
An extrusion preparation step of preparing an aluminum alloy billet and a magnesium alloy billet having a semicircular shape in a longitudinal section shape,
An aluminum alloy billet and a magnesium alloy billet prepared so that the bonding interface of the aluminum alloy and the magnesium alloy are positioned on the upper side of the aluminum alloy in the vertical cross section are arranged up and down to be extruded so as to pass through a mold having a through- An extruded material manufacturing step for forming an extruded material,
And a body frame manufacturing step of manufacturing a body frame for a railway vehicle using the hybrid extruded material manufactured in the extruded material manufacturing step,
Wherein the step of manufacturing the body frame includes an extruded material processing step of cutting the hybrid extruded material to fit the length of the vehicle body,
The aluminum alloy layer of the cut extruded material forms the outside of the body and the magnesium alloy layer forms the inside of the body so that the side faces of the alloy alloy layer are in contact with each other. And joining the outer surface and the inner surface of the magnesium alloy material by friction stir welding to complete the vehicle body frame. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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