KR101795035B1

KR101795035B1 - 차량용 알루미늄 휠의 제조방법

Info

Publication number: KR101795035B1
Application number: KR1020110049860A
Authority: KR
Inventors: 배철홍
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2017-11-07
Also published as: KR20120131583A

Abstract

본 발명은 차량용 알루미늄 휠의 제조방법에 관한 것으로, 일반 알루미늄보다 흡음 성능이 우수한 알루미늄 폼재(20)가 휠(10)에 구비됨에 따라, 차량 주행시 발생한 로드 노이즈가 상기 휠(10)에서 최대한 흡수됨으로써 차체쪽으로의 전달이 최소화되고, 이로 인해 차량의 실내 소음을 크게 줄일 수 있도록 된 것이다.

Description

차량용 알루미늄 휠의 제조방법{MANUFACTURE METHOD OF ALUMINIUM WHEEL FOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 알루미늄 휠의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 타이어 및 휠을 통해 실내로 유입되는 로드 노이즈를 줄일 수 있도록 된 흡음 성능을 개선하기 위한 차량용 알루미늄 휠의 제조방법에 관한 기술이다.

일반적으로, 차량이 주행을 하게 되면 타이어와 휠을 통해 차량 실내로 로드 노이즈(ROAD NOISE)가 유입된다.

상기 로드 노이즈는 차량 실내 소음의 큰 비중을 차지하는 것으로, 이를 개선하기 위해 샤시 전달계의 강성을 증대시키거나 다이나믹 댐퍼 등을 적용하고 있다.

그런데, 상기와 같은 개선 방법은 로드 노이즈 유입원에 대한 근본적인 개선 방법이 아니라, 차체로 유입된 로드 노이즈가 실내로 전달되는 과정에서 이를 최소화시키기 위한 소극적인 방안이고, 또한 별도의 구성품을 사용함에 따라 차량의 중량 증가 및 원가 상승의 원인을 제공하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 차량 주행시 발생한 로드 노이즈가 최초로 유입되는 차량 부품의 흡음 성능을 개선해서, 차 실내로 유입되는 로드 노이즈를 대폭 줄일 수 있도록 하고, 이를 통해 차량 실내 소음을 크게 개선할 수 있도록 된 차량용 알루미늄 휠의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량용 알루미늄 휠의 제조방법은, AC4CH 알루미늄 합금 소재를 저압주조 방식으로 제조해서 허브를 포함한 스포크를 제작하는 단계와; A6061 알루미늄 합금 소재를 압출 성형방식으로 제조해서 내부에 중공부가 구비된 림을 제작하는 단계와; 순수 알루미늄 잉곳을 용탕 주조방식을 이용해서 발포 제조한 알루미늄 폼재를 제작하는 단계와; 상기 림의 중공부로 상기 알루미늄 폼재를 강제 압입하는 단계와; 상기 스포크와 상기 림을 용접 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 중공부로 압입된 상기 알루미늄 폼재와 상기 림 사이에 틈새가 발생하지 않도록 하기 위해 상기 알루미늄 폼재를 상기 중공부보다 더 두껍게 절단하고; 절단된 상기 알루미늄 폼재를 상기 중공부로 강제 압입하는 것이 바람직하다.

상기 알루미늄 폼재는 우수한 흡음 성능을 갖출 수 있도록 하기 위해 셀(cell) 구조로 성형된 것이 바람직하다.

상기 중공부로 압입된 상기 알루미늄 폼재의 고정 및 외관미의 향상을 위해 상기 스포크와 상기 림을 용접 결합하기 전에 상기 알루미늄 폼재가 압입된 상기 림의 다수부위를 벤딩 성형하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 일반 알루미늄보다 흡음 성능이 우수한 알루미늄 폼재가 휠에 구비됨에 따라, 차량 주행시 발생한 로드 노이즈가 상기 휠에서 최대한 흡수됨으로써 차체쪽으로의 전달이 최소화되고, 이로 인해 차량의 실내 소음이 크게 줄어드는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제조방법으로 제작된 차량용 알루미늄 휠에 대한 도면,
도 2는 본 발명의 제조방법에 사용되는 알루미늄 폼재와 일반적인 알루미늄 및 고분자 흡음재의 흡음율을 비교 도시한 그래프 선도이다.

이하 본 발명의 실시예에 대해 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

차량용 휠(10)은 타이어(미도시)가 결합되는 부품으로 도 1에 도시된 바와 같이 중앙부의 허브(11), 외곽 테두리를 이루는 림(12), 상기 허브(11)와 림(12)을 연결하는 다수개의 스포크(13)로 구성된다.

상기 휠(10)은 경량화, 부식방지, 외관미 향상을 도모하기 위하여 알루미늄(Al)으로 제작된 것이 주를 이루고 있다.

차량이 주행을 할 때 발생하는 로드 노이즈는 타이어 및 휠을 통해 차체로 입력되고, 차체로 입력된 로드 노이즈의 대부분은 실내로 유입됨에 따라 실내 소음을 가중시키는 원인이 된다.

따라서, 본 발명은 로드 노이즈가 최초로 유입되는 차량용 알루미늄 휠을 개선해서 로드 노이즈의 흡음 성능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

즉, 본 발명에 따른 차량용 알루미늄 휠의 제조방법은 AC4CH 알루미늄 합금 소재를 저압주조 방식으로 제조해서 허브(11)를 포함한 스포크(13)를 제작하는 단계와, A6061 알루미늄 합금 소재를 압출 성형방식으로 제조해서 내부에 중공부(12a)가 구비된 림(12)을 제작하는 단계와, 순수 알루미늄 잉곳을 용탕 주조방식을 이용해서 발포 제조한 알루미늄 폼재(20)를 제작하는 단계와, 상기 림(12)의 중공부(12a)로 상기 알루미늄 폼재(20)를 강제 압입하는 단계와, 상기 스포크(13)와 상기 림(12)을 용접 결합하는 단계를 포함한 구성이다.

여기서, 상기 중공부(12a)로 압입된 상기 알루미늄 폼재(20)와 상기 림(12) 사이에 틈새가 발생하지 않도록 하기 위해 상기 알루미늄 폼재(20)를 상기 중공부(12a)보다 더 두껍게 절단하고, 절단된 상기 알루미늄 폼재(20)를 상기 중공부(12a)로 강제 압입하여 설치한다.

만약, 중공부(12a)속에 압입된 알루미늄 폼재(20)와 림(12) 사이에 틈새가 발생하게 되면, 차량 주행 중 진동에 의한 소음이 발생할 수 있는 바, 이를 예방하기 위해 상기 알루미늄 폼재(20)를 상기 중공부(12a)보다 더 두껍게 절단해서 압입하는 것이 바람직하며, 보통 2t 정도 더 두껍게 절단하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 상기 알루미늄 폼재(20)는 우수한 흡음 성능을 갖출 수 있도록 하기 위해 셀(cell) 구조로 성형된 것이 바람직하다.

알루미늄 폼재(20)가 셀 구조로 성형되면 평면으로 성형된 구조보다 소음을 흡음하는 성능이 더 우수해지는 장점이 있는 바, 이로 인해 상기 알루미늄 폼재(20)를 셀 구조로 성형하는 것이 바람직한 것이다.

또한, 상기 중공부(12a)로 압입된 상기 알루미늄 폼재(20)의 고정 및 외관미의 향상을 위해 상기 스포크(13)와 상기 림(12)을 용접 결합하기 전에 상기 알루미늄 폼재(20)가 압입된 상기 림(12)의 다수부위를 일반 벤딩기를 이용해서 벤딩 성형하게 된다.

한편, 상기 스포크(13)는 AC4CH 알루미늄 잉곳(ingot)을 750℃ 온도로 가열된 용해로에 장입하여 용해시키고, 250℃ 온도로 예열된 금형에 저압주조를 이용하여 용탕을 충진시켜서 제작된다.

일반적인 종래의 알루미늄 휠은 스포크와 림이 일체형으로 주조 성형되는 관계로 용탕의 충진 길이가 길어지고, 용탕의 충진 길이가 길어진 만큼 원활한 용탕의 충진을 위해서 금형 온도를 430℃ 이상으로 가열해야 하며, 이로 인해 응고조직이 조대해져서 기계적 물성이 저하되는 단점이 있다.

하지만, 본 발명은 스포크(13)만을 따로 분리하여 주조하는 방법이기 때문에 종래 방법으로 제조된 알루미늄 휠보다 2차 수지상 간격(DASⅡ ; SECONDARY DENDRITE ARM SPACING)이 대략 40% 정도 줄어들게 되는 바(종래 알루미늄 휠의 DASⅡ=50㎛이고, 본 발명의 방법으로 제조된 알루미늄 휠의 DASⅡ=30㎛이다), 이로 인해 기계적 물성이 크게 좋아지는 장점이 있다.

그리고, 상기 림(12)은 430℃ 온도로 예열된 5인치(inch) A6061 알루미늄 합금 빌렛(billet)을 400℃ 온도로 예열된 컨테이너에 장입시키고, 상기 알루미늄 폼재(20)가 압입되는 공간인 상기 중공부(12a)가 내부에 마련될 수 있도록 상기 중공부(12a)를 형성할 수 있는 금형을 이용해 압출 성형방식으로 제작된다.

여기서, 압출 성형에 사용되는 압출기는 2500TON 단동식 직접 압출기를 사용한다.

그리고, 상기 알루미늄 폼재(20)는 순수 알루미늄 잉곳의 표면에 존재하는 이형제 및 윤활제를 제거한 다음 에탄올과 물을 이용해서 세척 후 완전 건조시키고, 전기로 내부에 건조된 알루미늄 잉곳을 장입하여 680℃ 온도에서 용해하고, 완전 용해 후 증점제를 투입한 후 교반자로 회전시키고, 적정시간 교반 후 발포제를 투입하여 제작된다.

여기서, 상기 증점제는 Ca 1.2wt%을 사용하고, 상기 발포제는 TiH₂0.5wt%을 사용하며, 적정 교반시간은 3분∼5분 정도가 된다.

그리고, 상기 스포크(13)와 상기 림(12)은 용융과 응고 및 소성변형을 통해 접합부의 물성을 우수하게 하는 마찰교반용접(FRICTION STIP WELDING; FSW)을 활용한다.

모재의 용융만을 이용해서 용접을 하는 일반 용접은 물성이 저하되는 단점이 있는 바, 본 발명에서는 용접 후에도 우수한 물성을 갖출 수 있도록 마찰교반용접을 이용한다.

그리고, 상기 AC4CH 알루미늄 합금 소재는 Cu 0.2wt% 이하, Si 6.5∼7.5wt%, Mg 0.2∼0.45wt%, Zn 0.1wt% 이하, Fe 0.2wt% 이하, Mn 0.1wt% 이하, Ni 0.05wt% 이하, Ti 0.2wt% 이하, Pb 0.05wt% 이하, Cr 0.05wt% 이하, Al 나머지wt% 의 조성물로 이루어지고, 상기 A6061 알루미늄 합금 소재는 Cu 0.15∼0.4wt%, Si 0.4∼0.8wt%, Mg 0.8∼1.2wt%, Zn 0.25wt% 이하, Fe 0.7wt% 이하, Mn 0.15wt% 이하, Ti 0.15wt% 이하, Cr 0.04∼0.35wt%, Al 나머지wt% 의 조성물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

한편, 도 2에는 본 발명에서 사용하는 알루미늄 폼재(20)의 흡음율을 일반 알루미늄 및 고분자 흡음재와 비교하여 도시한 그래프 선도가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 알루미늄 폼재(20)의 흡음 성능을 평가하기 위해서 잔향실 시험기(알파 캐빈)를 사용하였으며, 성능의 정도를 비교하기 위해서 일반적으로 사용하는 알루미늄과 흡음재로서 널리 사용되는 고분자 흡음재 소재를 비교하였다.

도 2의 그래프 선도를 살펴보면 본 발명에 따른 알루미늄 폼재(20)의 흡음율은 고분자 흡음재보다 다소 떨어지지만, 일반 알루미늄보다는 전 주파수 영역대에서 대략 50% 이상 향상된 성능을 발휘하고 있음을 알 수 있다.

따라서, 상기와 같이 일반 알루미늄보다 흡음율이 향상된 알루미늄 폼재(20)를 본 발명에 따른 휠(10)에 적용하게 되면, 차량 주행시 발생한 로드 노이즈가 본 발명에 따른 휠(10)에 최대한 흡수됨으로써 차체쪽으로의 전달이 최소화되고, 이로 인해 차량 실내 소음을 크게 줄일 수 있는 장점이 있는 바, 본 발명에 따라 제조된 휠(10)을 차량에 적용해서 실내 소음을 측정해 본 결과 약 2dB∼4dB정도 실내 소음이 줄어든 결과를 알 수 있었다.

10 - 휠 11 - 허브
12 - 림 12a - 중공부
13 - 스포크 20 - 알루미늄 폼재

Claims

AC4CH 알루미늄 합금 소재를 저압주조 방식으로 제조해서 허브(11)를 포함한 스포크(13)를 제작하는 단계와;
A6061 알루미늄 합금 소재를 압출 성형방식으로 제조해서 내부에 중공부(12a)가 구비된 림(12)을 제작하는 단계와;
순수 알루미늄 잉곳을 용탕 주조방식을 이용해서 발포 제조한 알루미늄 폼재(20)를 제작하는 단계와;
상기 림(12)의 중공부(12a)로 상기 알루미늄 폼재(20)를 강제 압입하는 단계와;
상기 스포크(13)와 상기 림(12)을 용접 결합하는 단계를 포함하고;
상기 중공부(12a)로 압입된 상기 알루미늄 폼재(20)의 고정 및 외관미의 향상을 위해 상기 스포크(13)와 상기 림(12)을 용접 결합하기 전에 상기 알루미늄 폼재(20)가 압입된 상기 림(12)의 다수부위를 벤딩 성형하도록 된 것을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 중공부(12a)로 압입된 상기 알루미늄 폼재(20)와 상기 림(12) 사이에 틈새가 발생하지 않도록 하기 위해 상기 알루미늄 폼재(20)를 상기 중공부(12a)보다 더 두껍게 절단하고;
절단된 상기 알루미늄 폼재(20)를 상기 중공부(12a)로 강제 압입하는 것
을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 알루미늄 폼재(20)는 우수한 흡음 성능을 갖출 수 있도록 하기 위해 셀(cell) 구조로 성형된 것
을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 스포크(13)는
AC4CH 알루미늄 잉곳(ingot)을 750℃ 온도로 가열된 용해로에 장입하여 용해시키고;
250℃ 온도로 예열된 금형에 저압주조를 이용하여 용탕을 충진시켜서 제작된 것
을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 림(12)은
430℃ 온도로 예열된 A6061 알루미늄 합금 빌렛(billet)을 400℃ 온도로 예열된 컨테이너에 장입시키고;
상기 알루미늄 폼재(20)가 압입되는 공간인 상기 중공부(12a)가 내부에 마련될 수 있도록 상기 중공부(12a)를 형성할 수 있는 금형을 이용해 압출 성형방식으로 제작된 것
을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 알루미늄 폼재(20)는
순수 알루미늄 잉곳의 표면에 존재하는 이형제 및 윤활제를 제거한 다음 에탄올과 물을 이용해서 세척 후 완전 건조시키고;
전기로 내부에 건조된 알루미늄 잉곳을 장입하여 680℃ 온도에서 용해하고;
완전 용해 후 증점제를 투입한 후 교반자로 회전시키고;
적정시간 교반 후 발포제를 투입하여 제작된 것
을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법.
청구항 7에 있어서, 상기 증점제는 1.2wt%인 Ca인 것
을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법.
청구항 7에 있어서, 상기 발포제는 0.5wt%인 TiH₂인 것
을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 스포크(13)와 상기 림(12)은 용융과 응고 및 소성변형을 통해 접합부의 물성을 우수하게 하는 마찰교반용접(FRICTION STIP WELDING; FSW)에 의해 용접 결합된 것
을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 AC4CH 알루미늄 합금 소재는
Cu 0.2wt% 이하, Si 6.5∼7.5wt%, Mg 0.2∼0.45wt%, Zn 0.1wt% 이하, Fe 0.2wt% 이하, Mn 0.1wt% 이하, Ni 0.05wt% 이하, Ti 0.2wt% 이하, Pb 0.05wt% 이하, Cr 0.05wt% 이하, Al 나머지wt% 의 조성물로 이루어진 것
을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법.
청구항 1에 있어서, 상기 A6061 알루미늄 합금 소재는
Cu 0.15∼0.4wt%, Si 0.4∼0.8wt%, Mg 0.8∼1.2wt%, Zn 0.25wt% 이하, Fe 0.7wt% 이하, Mn 0.15wt% 이하, Ti 0.15wt% 이하, Cr 0.04∼0.35wt%, Al 나머지wt% 의 조성물로 이루어진 것
을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법.