KR101836487B1 - 차량용 휠 제조용 주형 및 이를 사용한 차량용 휠의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

차량용 휠을 품질의 격차나 국부적 수축을 매우 줄인 상태로 제조하는 것이 가능한 기술을 제공한다.
공동과 용탕 유로를 구비하고, 공동은 대략 수평 방향으로 넓어지는 디스크 성형부(51)와 디스크 성형부(51)의 바깥 가장자리(17)에서부터 위쪽으로 늘어나는 림 성형부(53)를 가지며, 림 성형부(53)는 공동(50)의 림 두께(W)가 위쪽에서 아래쪽을 향해 감소하는 림 두께 변화 영역(L)을 갖는 차량용 휠 제조용의 주형.

Description

차량용 휠 제조용 주형 및 이를 사용한 차량용 휠의 제조 방법{Mold for manufacturing wheel for vehicle and method for manufacturing the wheel using the same}

본 발명은, 차량용 휠 제조용 주형 및 이를 사용한 차량용 휠의 제조 방법에 관한 것이다.

차량용 휠은 차량에 타이어를 장착하기 위해 사용한다. 차량용 휠에는, 차량의 주행시에 진동이나 충격 등이 큰 부하가 걸리므로, 강도가 높으면서 품질 결함이 적은 것이 강하게 요구되고 있다. 이러한 요구에 따를 수 있는 차량용 휠을 제조할 때에는, 저압 주조법이 널리 사용되고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1). 저압 주조법은, 유지노(chamber) 내에 모여진 용탕(용해되어 액체 상태가 된 철)의 계면을 가압함으로써, 용탕을 급탕관(stoke) 내에서 밀어 올려 주형의 공동(cavity) 내에 유입시켜 공동 내에서 용탕을 응고시키는 주조법이다. 이 저압 주조법을 사용하면, 복잡한 요철 형상을 가진 제품에서도 품질의 결함이나 중량의 격차를 줄일 수 있다.

JP 2001-287016 A

그러나 저압 주조법에서도 차량용 휠용 주조품에 대한 품질의 격차나 주조품의 특유한 결함인 국부적 수축(Sink Marks)결함을 줄이는 것은 여전히 곤란하다.

상기 문제를 감안하여, 본 발명의 목적은 차량용 휠의 품질의 격차나 국부적 수축 결함을 줄이는 것이 가능한 기술을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의하면 상술한 목적을 달성할 수 있다.

구체적으로는, 이하에 나타내는 차량용 휠 제조용의 주형 및 이를 사용한 차량용 휠의 제조 방법이다.

［1］ 용탕을 충전하기 위한 공동과, 상기 공동 내에 상기 용탕을 주입하기 위한 용탕 유로를 구비하고, 상기 공동은 대략 수평 방향으로 넓어지는 디스크 성형부와, 상기 디스크 성형부의 바깥 가장자리에서부터 위쪽으로 늘어나는 림(rim) 성형부를 가지며, 상기 용탕 유로는, 상기 림 성형부에 개구함과 동시에, 상기 림 성형부는 상기 공동의 림 두께가 위쪽에서부터 아래쪽을 향해 감소하는 림 두께 변화 영역을 갖는 차량용 휠 제조용 주형.

［2］ 상기 림 성형부는, 상부에 안쪽 비드 시트 성형부를 가짐과 동시에, 상기 안쪽 비드 시트 성형부보다 하부가 상기 림 두께 변화 영역인 상기［1］에 기재된 차량용 휠 제조용 주형.

［3］ 상기 림 성형부는, 상기 안쪽 비드 시트 성형부의 하부에 드롭 센터 성형부를 가지며, 상기 안쪽 비드 시트 성형부 및 상기 드롭 센터 성형부에는, 상기 공동의 림 두께가 위쪽에서부터 아래쪽을 향해 증가하는 영역이 없는 상기［2]에 기재된 차량용 휠 제조용 주형.

[4］ 상기 림 두께 변화 영역에 있어서의 상기 공동의 최대 림 두께와 최소 림 두께와의 차이가 1㎜ 이상인 상기［1］~［3］ 중 어느 하나에 기재된 차량용 휠 제조용 주형.

［5］상기［1］~［3］ 중 어느 하나에 기재된 차량용 휠 제조용 주형의 상기 용탕 유로에서부터 상기 공동 내에 상기 용탕을 주입하여 상기 공동 내에 상기 용탕을 충전하고, 상기 용탕을 응고시켜 상기 차량용 휠용의 주조품을 제작하며, 이어서 상기 차량용 휠용의 주조품을 연삭하여 원하는 형상으로 하는 차량용 휠의 제조 방법.

본 발명의 차량용 휠 제조용 주형 및 이를 사용하는 차량용 휠의 제조 방법에 따르면, 품질의 격차나 국부적 수축 결함이 적은 차량용 휠을 얻는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태의 차량용 휠 제조용 주형과 이를 구비한 저압 주조 장치의 모식도이다.
도 2는 도 1 중의 테두리(A) 내의 확대도이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시의 형태에 대해 설명한다.

본 발명은, 이하의 실시형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위를 이탈하지 않는 한, 변경, 수정, 개량할 수 있는 것이다.

본 발명의 차량용 휠 제조용 주형(이하, 「본 발명의 주형」이라고 함)은, 용탕을 충전하기 위한 공동과, 공동 내에 용탕을 주입하기 위한 용탕 유로를 구비하고 있다. 또한, 이 공동은 대략 수평 방향으로 넓어지는 디스크 성형부와, 디스크 성형부의 바깥 가장자리로부터 위쪽으로 늘어나는 림 성형부를 갖고 있다.

또, 본 발명의 주형은 용탕 유로가 림 성형부에 개구하고 있다. 따라서, 본 발명의 주형에서는, 용탕 유로에서부터 공동의 림 성형부 내에 용탕을 유입시킬 수 있다.

또, 본 발명의 주형에서는, 상술한 바와 같이 림 성형부가 디스크 성형부의 바깥 가장자리에서부터 위쪽으로 늘어나고 있으므로, 용탕을 림 성형부에 유입시키면, 용탕 유로에서부터 유입시킬 때에 용탕에 가한 압력이나 용탕 그 자체의 무게에 의해, 용탕이 디스크 성형부의 바깥 가장자리까지 강하해 가고, 최종적으로는 용탕 디스크 성형부의 중심부까지 용탕을 유입할 수 있다. 이렇게 하여 용탕을 공동 전체에 충전할 수 있다.

본 발명의 주형에서는, 림 성형부에 충전된 용탕에서부터 차량용 휠용 주조품의 림에 상당하는 부분이 생긴다. 따라서, 림 성형부의 공동의 폭은, 차량용 휠용 주조품의 림의 두께에 일치하게 된다. 본 발명의 주형에서는, 림 성형부에서의 공동의 폭(이하, 림 성형부의 「림 두께」라고 칭함)이 위쪽에서부터 아래쪽을 향해 감소하는 영역, 이른바 림 두께 변화 영역을 갖는다.

본 명세서에 말하는 공동의 림 두께가 위쪽에서부터 아래쪽을 향해 감소한다는 것은, 공동의 림 두께가 점점 감소하는 모양이나 단계적으로 감소하는 모양(예를 들면, 위치(A)의 공동의 림 두께가 α(㎜), 위치(A)로부터 아래쪽의 위치(B)까지는 공동의 림 두께가 β(㎜), 또한, 위치(B)에서부터 그 아래쪽의 위치(C)까지는 공동의 림 두께가 γ(㎜)(단,α＞β＞γ)라는 상태로 감소하는 모양)이 포함되어 있다.

일반적으로, 차량용 휠용의 주조품은 디스크와 림이 교차하는 부분에서 두껍게 되어 있다. 이러한 두께의 특징을 반영하여 차량용 휠용의 주조품을 제조하기 위한 주형에서는, 일반적으로, 디스크 성형부와 림 성형부가 교차하는 부분, 이른바 교차부는, 공동의 폭이 크고, 또 용적도 커지고 있다. 이러한 공동의 폭이나 용적의 특징 때문에, 교차부에서 용탕을 응고시키면, 용탕의 수축에 의한 영향이 크게 나타나는 경향이 있고, 특히, 용탕의 수축에 기인한 국부적 수축 결함이 발생하기 쉽다. 본 발명의 주형에서는 림 성형부에 있어서의 공동의 림 두께가 위쪽에서부터 아래쪽을 향해 감소함으로써, 상술한 바와 같은 모양으로 림 성형 부내에 용탕을 유입해 갈 때, 림 성형부 내에서의 유로 단면적이 용탕이 흐르는 방향을 따라 좁아져 가는 형태가 된다. 그 결과, 본 발명의 주형에서는 교차부에서부터 림 성형부에 걸쳐 지향성 응고가 개선된다. 즉, 교차부의 용탕이 응고에 의해 수축했을 경우에, 위쪽의 림 성형부로부터의 용탕 보급이 촉진되게 되므로, 용탕이 교차부로부터 림 성형부까지의 부분에서 아래에서 위로 향해 서서히 응고해 가기 쉬워진다. 또, 본 발명의 주형과 같이, 림 성형 부내에 있어서의 용탕의 유로 단면적이 용탕이 흐르는 방향을 따라 좁아져 가는 경우에는, 림 성형부의 공동 내에 용탕을 유입하기 시작하면, 용탕은 공동에 조밀하게 충전된 채로, 용탕이 림 성형부 내를 퍼져가게 되고, 용탕은 캐비티를 둘러싼 주형의 벽면에 밀착하면서 주형의 벽면으로 둘러싸인 공동 내에도 가득찬 상태가 된다. 그 결과, 지향성 응고가 한층 촉진된다. 이렇게 하여, 지향성 응고가 개선되므로, 본 발명의 주형을 사용하면 얻어진 차량용 휠용 주조품의 디스크와 림이 교차하는 부분에서 국부적 수축 결함의 발생을 억제할 수 있다.

특히, 본 발명의 주형에서는, 교차부에 충전된 용탕이 응고 수축했을 때에, 림 성형부로부터의 용탕 보급이 촉진된다고 하는 관점에서는, 림 두께 변화 영역에 있어서는 공동의 림 두께가 위쪽에서부터 아래쪽을 향해 점점 감소해 나가는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 주형에서는, 안쪽 비드 시트와 험프(hump), 드롭 센터를 갖는 차량용 휠의 주조물을 제조하기 위해서 사용할 수도 있다. 이와 같은 용도의 경우에는, 본 발명의 주형은 림 성형부가 안쪽 비드 시트 성형부나 드롭 센터 성형부를 가질 수도 있다. 이 안쪽 비드 시트 성형부에서는 차량용 휠의 안쪽 비드 시트 및 험프에 해당하는 부분을 성형할 수 있다. 또, 드롭 센터 성형부에서는 차량용 휠의 드롭 센터에 해당하는 부분을 성형할 수 있다.

본 발명의 주형에서는, 림 성형부가 안쪽 비드 시트 성형부를 가질 경우에는, 안쪽 비드 시트 성형부가 림 성형부 내의 상부에 설치되어 있는 것이 좋다.

또, 본 발명의 주형에서는 림 성형부가 안쪽 비드 시트 성형부를 가질 경우에는, 교차부에 충전된 용탕이 응고 수축했을 때에, 림 성형부로부터의 용탕 보급이 촉진된다는 관점에서는 림 성형부는, 안쪽 비드 시트 성형부에서 하부가 림 두께 변화 영역인 것이 바람직하고, 또한, 이 림 두께 변화 영역에 있어서는 공동의 림 두께가 위쪽에서부터 아래쪽을 향해 점점 감소하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 주형에서는, 림 성형부가 안쪽 비드 시트 성형부와 드롭 센터 성형부를 가질 경우에는, 안쪽 비드 시트 성형부가 림 성형부 내의 상부에 설치되고, 또한, 드롭 센터 성형부가 안쪽 비드 시트 성형부의 하부에 설치되어 있는 것이 좋다.

또, 본 발명의 주형에서는, 림 성형부가 안쪽 비드 시트 성형부와 드롭 센터 성형부를 가질 경우에는, 교차부에 충전된 용탕이 응고 수축했을 때에, 림 성형부로부터의 용탕 보급이 촉진된다는 관점에서는, 안쪽 비드 시트 성형부 및 드롭 센터 성형부에는 공동의 림 두께가 위쪽에서부터 아래쪽을 향해 증가하는 영역이 없는 것이 바람직하다. 이와 같이 공동의 림 두께가 위쪽에서 아래쪽을 향해 증가하는 영역이 없는 경우에는, 림 성형부가 안쪽 비드 시트 성형부나 험프 성형부, 드롭 센터 성형부라는 복잡한 요철 형상을 가지는 공동임에도 불구하고, 얻어지는 차량용 휠용 주조품은 품질의 격차나 국부적 수축 결함이 적어지고 있다.

본 발명의 주형에서는, 림 두께 변화 영역에 있어서의 공동의 최대 림 두께와 최소 림 두께와의 차이가 1㎜ 이상인 것이 바람직하고, 또한 3㎜ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또, 본 발명의 주형에서는, 림 두께 변화 영역에 있어서의 공동의 최대 림 두께와 최소 림 두께와의 차이의 상한은, 12㎜인 것이 바람직하고, 한층 더 10㎜인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 주형을 사용하여 차량용 휠을 제조할 때, 용탕 유로에서부터 공동 내에 용탕을 주입함으로써 공동 내에 용탕을 충전하고, 그대로 용탕을 응고시켜서 차량용 휠용 주조품을 제작하고, 이어서 얻어진 차량용 휠용 주조품을 연삭하여 원하는 형상으로 가공하면 된다.

이하, 본 발명의 차량용 휠 제조용 주형의 구체적인 실시형태를 참조하면서, 그 내용을 자세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시형태의 차량용 휠 제조용 주형과 이를 구비한 저압 주조 장치의 모식도이다. 도시되는 바와 같이, 본 저압 주조 장치(D)는 주형 세트(S)와 주형 세트(S)를 올려놓기 위한 기대(10)를 구비하고 있다.

본 주형 세트(S)는, 아래틀(20)과 윗틀(40) 한 쌍의 세로틀(30)이라는 상태로, 3종 형태로 구성되어 있다. 이러한 형태를 조합하여 주형 세트(S)를 조립하면, 내부에 공동(50)이 생긴다. 이 공동(50)은 차량용 휠과 대략 동일 형상을 한 공동인［도 1의 모식도에서는, 차량용 휠 형상의 공동에 대해서는, 안쪽이 위, 바깥측(차량에 장착했을 때에 외부에서 보이는 측)이 아래가 되는 방향으로 되어 있다］. 본 주형 세트(S)에서는, 공동(50)이 디스크 성형부(51)와 림 성형부(53)로 구성되어 있다. 이 공동(50) 내에서 용탕을 응고시킴으로써, 차량용 휠용 주조품을 성형할 수 있다.

본 주형 세트(S)에서는, 한 쌍의 세로틀(30)은, 차량용 휠의 중심축을 포함한 면에서부터 분리되어 있다. 이들 2개의 세로틀(30)의 맞대는 면 각각은 움푹 들어가 있고, 2개의 세로틀(30)의 맞대는 면 끼리를 맞추면 탕도(runner; 31)가 형성된다. 이 탕도(31)는 본 주형 세트(S)의 양측에 1개씩, 즉 한 쌍 있다. 이들 탕도(31)는 대략 L자 형태를 하고 있으며, 탕도(31)의 한쪽 단이 측단 개구(311)로서 공동(50)의 림 성형부(53)에 개구하고 있고, 탕도(31)의 또 한쪽 단이 하단 개구(312)로서 세로틀(30)의 하면에서 개구하고 있다. 이것에 의해, 용탕을 하단 개구(312)에서부터 탕도(31)내에 유입시키고, 탕도(31)내에 유입한 용탕을 측단 개구(311)에서부터 공동(50) 내에 주입할 수 있다. 또, 측단 개구(311)에는 유로가 작아지도록 제언(dam; 堤堰) 설치되어 있다.

본 주형 세트(S)에서는, 아래틀(20)의 표면에 오목부가 형성되고 있으며, 이 오목부에 입자(비슷한 모양의 크기 다른 용기 등을 차례로 넣은 것; 21)가 끼어 들어가 있다. 이 입자(21)에 의해서, 차량용 휠 디스크부를 목적의 요철 형상으로 만들어낼 수 있다.

도 2는, 도 1 중의 테두리(A) 내의 확대도이다. 이 확대도에는, 림 성형부 (53) 및 디스크 성형부(51)의 바깥 가장자리(17) 근방이 그려져 있다. 도시되는 바와 같이, 본 주형 세트(S)에서는, 림 성형부(53)는 세로틀(30)의 벽면(19a)과 윗틀(40)의 벽면(19b)으로 둘러싸인 공동으로서 형성되어 있다. 이 림 성형부(53)는 상부에 있는 안쪽 비드 시트 성형부(11)와 하부에 있는 드롭 센터 성형부(13)로 구성되어 있다. 또, 본 주형 세트(S)에서는, 디스크 성형부(51)의 바깥 가장자리(17) 근방은, 세로틀(30)의 벽면(19a)과 윗틀(40)의 벽면(19b)과 아래틀(20)의 벽면(19c)으로 둘러싸인 공동으로서 디스크 성형부(51)와 림 성형부(53)가 교차한 두께가 두꺼운 부위가 되는 교차부(12)를 형성한다. 본 주형 세트(S)에서는, 안쪽 비드 시트 성형부(11)의 하단(15)에서부터 드롭 센터 성형부(13)의 하단(18)까지의 영역(L)에서 공동(50)의 림 두께(W)가 위쪽에서 아래쪽을 향해 점점 감소하고 있다. 여기서, 공동의 림 두께(W)는 캘리퍼(caliper)를 사용하여 측정할 수 있고, 또, 얻어진 차량용 휠용 주조품을 절단하여, 주조품의 단면의 폭으로부터 측정할 수도 있다.

본 주형 세트(S)에서는, 용탕이 림 성형부(53)중에 유입되면, 안쪽 비드 시트 성형부(11)에서부터 드롭 센터 성형부(13)로 강하해 가고, 디스크 성형부(51) 내에 유입해 간다. 이때, 상술한 바와 같이 영역(L)에서 공동의 림 두께(W)가 점점 감소하고 있으므로, 안쪽측 비드 시트 성형부(11)로부터 드롭 센터 성형부(13) 및 교차부(12)로의 용탕 보급이 촉진되고, 그 결과, 교차부(12)에서부터 성형된 주조품의 두꺼운 부분에, 국부적 수축 결함이 발생하기 어려워진다. 또, 용탕은 세로틀 (30)의 벽면(19a)과 윗틀(40)의 벽면(19b)으로 둘러싸인 공간을 조밀하게 메운 상태로 흘러 간다. 그 결과, 림 성형부(53)내에는, 용탕을 균일하게 고밀도인 상태로 용탕을 충전할 수 있다. 이와 같이 하여 용탕을 충전하여 응고했을 경우에는, 품질의 격차나 국부적 수축 결함이 지극히 적은 주조품을 얻는 것이 가능하게 된다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 저압 주조 장치(D)에서는, 기대(10) 위에 주형 세트(S)가 놓여져 있다. 기대(10)에는 중간 스토크(70)가 관통하고 있다. 이 중간 스토크(70)에 대해서는, 연직 방향에 대해서 기울어진 방향으로 늘어난 상태로 배치하는 것이 가능하다. 중간 스토크(70)의 상단은 탕도(31)의 하단 개구(312)에 연결하고 있다.

기대(10) 아래에는, 용탕 유지노(60)가 배치되어 있다. 용탕 유지노(60) 내에는 용탕(M)이 수용되어 있다. 용탕 유지노(60)에는 유지노 스토크(75)가 장착되어 있다. 이 유지노 스토크(75)는 대략 연직 방향으로 늘어나고 있다. 또, 유지노 스토크(75)의 상단은 중간 스토크(70)의 하단에 연결하고, 유지노 스토크(75)의 하단은 용탕 유지노(60) 내에 수용된 용탕(M) 안에 삽입되어 있다.

또한, 본 저압 주조 장치(D)에서는, 탕도(31)에서 중간 스토크(70)와의 사이에 필터(R)를 설치하는 것으로, 용탕에 혼입한 이물을 제거할 수 있도록 하고 있다.

본 저압 주조 장치(D)에서는, 용탕 유지노(60) 내에 가스를 공급하여 용탕(M)을 가압함으로써, 스토크(중간 스토크(70)와 유지노 스토크(75)) 및 탕도(31)을 통해 용탕(M)을 공동(50) 내로 보낼 수 있다. 이 때, 용탕(M)이 공동(50) 내 및 탕도(31) 내에 채워질 때까지 공급하는 것이 바람직하다.

용탕(M)에 의해서 공동(50) 내 및 탕도(31) 안이 채워지면, 그대로의 상태로 용탕(M)을 응고시키면 된다.

용탕을 공동(50) 내 및 탕도(31) 내에서 응고시킨 후, 각 틀을 이형하면, 차량용 휠용 주조품을 얻을 수 있다.

이 차량용 휠용의 주조품에 대해서는, 연삭하여 각 부를 원하는 형상으로 함으로써 최종적으로 차량용 휠을 얻는 것이 가능하다.

본 발명은, 차량용 휠 제조용 주형 및 이를 사용한 차량용 휠의 제조 방법으로서 사용할 수 있다.

10： 기대, 11：안쪽 비드 시트 성형부,
12： 교차부, 13：드롭 센터 성형부,
15：(안쪽 비드 시트 성형부의) 하단, 17：(디스크 성형부의) 바깥 가장자리,
18：(드롭 센터 성형부의) 하단, 19a：(세로틀의) 벽면,
19b：(윗틀의) 벽면, 19c：(아래틀의) 벽면,
20：아래틀, 21：입자,
30：세로틀, 31：탕도,
40：윗틀, 50：공동,
51：디스크 성형부, 53： 림 성형부,
60：용탕 유지노, 70：중간 스토크,
311：(탕도의) 측단 개구, 312：(탕도의) 하단 개구,
D：차량용 휠의 저압 주조 장치, M：용탕,
R：필터, S：주형 세트.

Claims (5)

1. 제작 후에 연삭하여 원하는 형상의 알루미늄 휠로 가공되는 주조품을 제작하는 차량용 휠 제조용 주형에 있어서,
   용탕을 충전하기 위한 공동과, 상기 공동 내에 상기 용탕을 주입하기 위한 용탕 유로를 구비하고,
   상기 공동은 수평 방향으로 넓어지는 디스크 성형부와, 상기 디스크 성형부의 바깥 가장자리에서부터 위쪽으로 늘어나는 림 성형부와, 상기 디스크 성형부와 상기 림 성형부가 교차한 두께가 두꺼운 부위가 되는 교차부를 가지며,
   상기 용탕 유로는 상기 림 성형부에 개구함과 동시에, 상기 림 성형부는 상기 교차부를 포함하지 않고, 안쪽 비드 시트 성형부와, 상기 안쪽 비드 시트 성형부의 하부에 설치된 드롭 센터 성형부를 갖춤과 더불어, 상기 공동의 림 두께가 위쪽에서부터 아래쪽을 향해 점점 감소하는 림 두께 변화 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 휠 제조용 주형.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 림 성형부는, 상기 안쪽 비드 시트 성형부보다 하부가 상기 림 두께 변화 영역인 것을 특징으로 하는 차량용 휠 제조용 주형.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 안쪽 비드 시트 성형부 및 상기 드롭 센터 성형부에는, 상기 공동의 림 두께가 위쪽에서부터 아래쪽을 향해 증가하는 영역이 없는 것을 특징으로 하는 차량용 휠 제조용 주형.
4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 림 두께 변화 영역에 있어서의 상기 공동의 최대 림 두께와 최소 림 두께와의 차이가 1㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 차량용 휠 제조용 주형.
5. 삭제

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