KR102340498B1 - 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자 - Google Patents

Abstract

상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자에 관한 것으로,
외주에 수직방향으로 중공부가 마련된 상용차 차축의 중공형 휠 허브를 주조하기 위한 것으로, 하부 주형의 상단에 고정 설치되고, 상용차 차축의 중공형 휠 허브의 중공부를 성형하는 제1중자; 제1중자의 내부 중앙으로 삽입되어 하부 주형의 상단에 고정 설치되고, 상용차 차축의 중공형 휠 허브의 내경을 성형하는 제2중자;를 포함하는 기술 구성을 통하여
중공부를 가지는 상용차 차축의 중공형 휠 허브를 보다 효율적으로 주조할 수 있게 되고, 생산성 향상과 주조비용 절감을 도모할 수 있게 되는 것이다.

Description

상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자 {CASTING CORE FOR VEHICLE AXLE WHEEL HUB}

본 발명은 상용차 차축의 중공형 휠 허브를 주조하는 데에 사용되는 중자에 관한 것으로, 더 자세하게는 경량화를 도모하고 방열효율을 높일 수 있도록 외주에 수직방향의 중공부가 마련된 상용차 차축의 중공형 휠 허브를 간편하게 주조할 수 있도록 하는 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자에 관한 것이다.

도 1은 차량용 차축의 분해 사시도이다.

일반적으로 차량용 차축(Axle)은 차륜을 회전시키기 위해 사용되는 중심축으로, 엔진에서 발생되고 트랜스미션을 거쳐 변속된 회전동력을 차륜에 전달하고, 차량의 중량을 분담하는 역할을 한다.

차량용 차축은 바디(Body) 및 휠 허브(Wheel Hub), 로터 디스크(Rotor Disk), 캘리퍼(Caliper) 등으로 구성되는데, 그 중에서 휠 허브는 바디의 양단에 베어링으로 연결되어 브레이크 드럼이 회전하도록 지지하는 역할을 한다.

차량용 차축의 휠 허브(Wheel Hub)는 주로 주조방식으로 제조되며, 주조 공정 시 우수한 내부건전성을 확보하기 위한 방안설계 및 높은 기계적 성질을 만족하기 위한 제조기술 등이 요구된다.

최근 들어 승용차 부분에서 활발하게 진행되고 있는 친환경 자동차의 개발이 상용차 부분에서도 점차 활발하게 진행되고 있으며, 지구 온난화의 주요 원인인 자동차 배기가스 저감을 위한 연비향상이 중요한 과제가 되고 있다.

자동차의 연비향상을 위해서는 엔진, 구동계의 효율향상, 주행저항 감소 및 경량화 등의 기술이 필요한데, 이 중, 경량화를 위해 소재를 알루미늄이나 마그네슘과 같은 경량소재를 적용하거나 기존 철계 소재의 물성치를 높여 고강도화 함과 동시에 중공화나 살빼기를 시도하여 경량화하는 방법이 있다.

도 2a 및 도 2b는 상용차 차축의 중실형 휠 허브의 사시도 및 종단면도이고, 도 3a 및 도 3b는 상용차 차축의 중공형 휠 허브의 사시도 및 종단면도이다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 상용차 차축의 중공형 휠 허브는 도 2a 및 도 2b에 도시된 상용차 차축의 중실형 허브를 중공화하여 향상된 방열효과를 가지는 것으로, 중실형 대비 10% 이상 경량화를 도모할 수 있게 된다.

도 3a 및 도 3b와 같은 상용차 차축의 중공형 휠 허브를 주조할 때는 주물의 중공화/박육화에도 불구하고 우수한 기계적 성질 및 주물 내부건전성을 확보해야 하므로 합금설계, 용탕제어, 중자설계 등 핵심기술 개발이 필요하다.

상용차 차축의 중공형 휠 허브는 기존 중실형 휠 허브 대비 방열효과가 커서 제동 성능을 향상시키고 제동부 부품의 수명을 향상시킬 수 있는 친환경/고부가가치 제품이다.

상용차 차축의 중공형 휠 허브는 허브 내 중공 통로를 통해 외부 찬 공기가 디스크 주변으로 유입되면서 제동부를 냉각하며, 허브의 중공화 및 형상 복잡화에 따른 표면적 증가로 인하여 냉각특성이 향상되므로 제동 및 회전부 부품들의 열화를 억제하여 차축 부품 수명향상에 크게 기여할 수 있게 된다.

본 발명이 관계하는 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자(Core)는 상용차 차축의 중공형 휠 허브를 주조할 때에 중공부를 만들기 위하여 주형과 별도로 만들어서 주형의 중공부에 끼워넣는 중심 보조주형을 의미한다.

상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자는 주형과 마찬가지로 주물사(molding sand)를 원료로 하되, 특히 주형 내부에 수용되어 주탕(注湯) 시 주위가 용탕(熔湯)으로 포위되므로 고온에 접하게 되며, 응고 시에는 탕의 수축에 의하여 현저히 압축되므로 내화성, 내압성이 모두 크고 특별히 통기성이 풍부할 필요가 있다.

또한, 주탕 시 탕의 충격에 의하여 파괴되지 않을 만한 점결성을 가져야 하므로 이와 같은 여러가지의 특성의 요구에 따라 중자의 성형에는 코어용사(core sand)라는 특수한 주물사가 이용된다.

하기의 특허문헌 1에는 브레이크 허브 주조용 사형몰드가 개시되어 있다.

특허문헌 1의 브레이크 허브 주조용 사형몰드는 중자에서 발생되는 가스를 외부로 원활히 배출시켜 제품 불량율을 최소화할 수 있는 것이다.

특허문헌 1의 브레이크 허브 주조용 사형몰드는 정반의 상부면에 안착되고, 브레이크 허브의 하부 형상과 대응되는 하부 캐비티가 형성되는 하부 몰드; 하부 몰드의 하부 캐비티 내에 안착되는 링형상의 언더컷 성형용 중자와; 브레이크 허브의 상부 형상과 대응되는 상부 캐비티가 형성되고 상부 캐비티 내에 용탕을 주입하기 위한 탕구가 구비되는 상부 몰드;로 구성되고, 하부 캐비티의 면 중 중자가 안착되는 미성형면에 하부 몰드의 바닥면으로 관통형성되는 가스배출공이 구비되는 것을 특징으로 한다.

하기의 특허문헌 2에는 중공형 주물 제조용 복합주형이 개시되어 있다.

특허문헌 2의 중공형 주물 제조용 복합주형은 특히 대형 디젤엔진의 실린더 라이너 소재를 제조하기 위한 것으로, 사형과 금형을 복합하여 적용하는데 제품의 후육부에 대해서는 금형을 적용하고 후육부를 제외한 부분에 대해서는 사형을 적용하는 것을 그 특징으로 하며, 제품의 후육부를 압탕으로부터 멀리 위치시키고 후육부의 바깥 면은 금형과 접하게 하여 급속응고가 가능하도록 구성한 것이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1840273호(2018년 03월 14일 등록) 대한민국 공개특허공보 제10-2003-0071424호(2003년 09월 03일 공개)

한편, 중공 주물 제조에 있어, 전 세계적으로 3D 중자 프린팅 기술 적용을 시도하고 있으며, 이는 복잡한 중자 형상 때문에 여러 조각으로 제조되어야 했던 중자들을 한 덩어리로 제조할 수 있는 장점이 있으나, 프린팅 속도가 느리고 가격이 비싸, 현재는 양산라인에 적용이 힘든 상황이다.

본 발명은 상기 종래 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적이 외주에 수직방향으로 마련되는 중공부를 통해 경량화를 도모할 수 있도록 함을 물론 방열효율을 높일 수 있도록 하는 상용차 차축의 중공형 휠 허브를 보다 안정적으로 주조할 수 있도록 하고, 주조비용을 절감할 수 있도록 하는 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자를 제공하는 데에 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자는 외주에 수직방향으로 중공부가 마련된 상용차 차축의 중공형 휠 허브를 주조하기 위한 것으로, 하부 주형의 상단에 고정 설치되고, 상용차 차축의 중공형 휠 허브의 중공부를 성형하는 제1중자; 제1중자의 내부 중앙으로 삽입되어 하부 주형의 상단에 고정 설치되고, 상용차 차축의 중공형 휠 허브의 내경을 성형하는 제2중자;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자의 제1중자는, 디스크 성형부의 상부에 중공성형부가 마련된 원통형태이고, 디스크 성형부의 하단 중앙에 다수의 하부 주형 결합돌기가 방사상으로 형성되고, 디스크 성형부의 내부 중앙에 제2중자 삽입구멍이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자의 제2중자는, 내경성형부의 하부에 제1중자의 제2중자 삽입구멍에 삽입되는 제1중자 삽입부가 마련된 원통형태이고, 제2중자의 제1중자 삽입부의 하단 일측에 반원형의 하부 주형 결합부가 일체로 연장 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자에 의하면, 중공부를 가지는 상용차 차축의 중공형 휠 허브를 보다 효율적으로 주조할 수 있게 되고, 주조과정에서 불량을 억제하고, 생산성을 향상시킬 수 있게 되므로 상용차 차축의 중공형 휠 허브의 주조비용을 크게 절감할 수 있게 된다.

도 1은 차량용 차축의 분해 사시도,
도 2a 및 도 2b는 상용차 차축의 중실형 휠 허브의 사시도 및 종단면도,
도 3a 및 도 3b는 상용차 차축의 중공형 휠 허브의 사시도 및 종단면도,
도 4는 본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자의 분해사시도,
도 5는 본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자의 결합 저면사시도,
도 6은 본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자의 분해단면도,
도 7은 본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자의 결합단면도,
도 8은 본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자를 통해 주조된 상용차 차축의 중공형 휠 허브의 종단면도.

이하 본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 참고로, 본 발명을 설명하는데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다.

또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하다.

그리고 본 출원에서, '포함하다', '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특정의 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지칭하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

그러므로, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 구현 예(態樣, aspect)(또는 실시 예)들을 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, 본 명세서에서 사용한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 주지 또는 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

이하에서, "상방", "하방", "전방" 및 "후방" 및 그 외 다른 방향성 용어들은 도면에 도시된 상태를 기준으로 정의한다.

도 4는 본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자의 분해사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자의 결합 저면사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자의 분해단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자의 결합단면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자를 통해 주조된 상용차 차축의 중공형 휠 허브의 종단면도이다.

본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자(100)는 외주에 수직방향으로 중공부(210)가 마련된 상용차 차축의 중공형 휠 허브(200)를 주조하기 위한 것으로, 제1중자(110)와 제2중자(120)를 포함한다.

제1중자(110)는 상용차 차축의 중공형 휠 허브를 주조하는 과정에서 상용차 차축의 중공형 휠 허브의 중공부를 성형하는 부분으로, 하부 주형(10)의 상단에 고정 설치된다.

제1중자(110)는 디스크 성형부(111)의 상부에 중공성형부(112)가 마련된 원통형태이다.

디스크 성형부(111)의 하단 중앙에는 다수의 하부 주형 결합돌기(113)가 방사상으로 형성되고, 디스크 성형부(111)의 내부 중앙에는 제2중자 삽입구멍(114)이 형성된다.

상기 제2중자 삽입구멍(114)은 상단에서 하단으로 갈수록 내경이 축소되는 경사구멍으로 형성된다.

도시된 실시예에서 원통형 중공성형부(112)는 외주에 다수의 결여부(112a)가 방사상으로 마련된 형태이나 본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자(100)에 있어서 원통형 중공성형부(112)의 결여부(112a)의 유무, 형태, 개수는 예측 가능한 범위내에서 변형 실시될 수 있다.

제2중자(120)는 상용차 차축의 중공형 휠 허브를 주조하는 과정에서 상용차 차축의 중공형 휠 허브의 내경을 성형하는 부분으로, 제1중자(110)의 내부 중앙으로 삽입되어 하부 주형(10)의 상단에 고정 설치된다.

제2중자(120)는 내경성형부(121)의 하부에 제1중자(110)의 제2중자 삽입구멍(114)에 삽입되는 제1중자 삽입부(122)가 마련된 원통형태이다.

제2중자(120)의 제1중자 삽입부(122)는 제1중자(110)의 제2중자 삽입구멍(114)의 내경과 대응되는 외경으로 형성되고, 상단에서 하단으로 갈수록 외경이 축소되는 경사원통으로 형성된다.

제2중자(120)의 제1중자 삽입부(122)의 하단 일측에는 반원형의 하부 주형 결합부(123)가 일체로 연장 형성된다.

본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자(100)는 경량화 및 열 방출효과를 높이기 위해 중공화 설계된 중공방열형 디스크 방식의 상용차 차축의 중공형 휠 허브(200)를 주조하는 데에 사용된다.

본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자(100)를 사용하여 는 상용차 차축의 중공형 휠 허브(200)를 주조할 때는 우선 하부 주형(10)의 고정홈에 제1중자(110)의 주형 결합돌기(113)를 삽입하여 제1중자(110)를 하부 주형(10)에 고정 설치한다.

다음에 제1중자(110)의 제2중자 삽입구멍(114)에 제2중자(120)를 삽입하고, 제2중자(120)의 하단부에 마련된 하부 주형 결합부(123)를 하부 주형(10)의 고정홈에 삽입하여 제2중자(120)를 하부 주형(10)에 고정 설치한다.

제1중자(110)의 제2중자 삽입구멍(114)에 제2중자(120)를 삽입하는 과정에서는 제2중자 삽입구멍(114)이 경사구멍으로 형성되어 있고, 제2중자(120)의 제1중자 삽입부(122)가 그와 대응되는 경사원통으로 형성되어 있기 때문에 제1중자(110)가 제2중자(120)를 안정적으로 받쳐줄 수 있게 되고, 반원형으로 형성된 제2중자(120)의 하부 주형 결합부(123)를 하부 주형(10)의 고정홈에 삽입하여 고정하게 되면 제2중자(120)의 좌우방향 회전이 제한되어 견고한 고정 상태를 유지하게 된다.

다음에 하부 주형(10)의 상부에 상부 주형(20)를 결합하고, 용융된 쇳물을 하부 주형(10)과 상부 주헝(20)의 내부로 투입하여 상용차 차축의 중공형 휠 허브(200)를 주조한다.

본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자(100)는 제1중자(110)에 제2중자(120)를 간편하게 삽입 결합할 수 있게 된다.

일반적으로 성형된 중자를 분리하기 위해서는 빼기구배를 주지만 중공처리를 위해 복잡형상 설계한 중자는 언더컷이 발생 가능성이 높으며, 이에 여러개의 중자로 분리해야 하고, 분리된 중자는 본딩 등을 통해 조립의 과정을 거쳐야 한다.

본 발명에 따른 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자(100)는 이런 불편한 공수를 해결하고자 루스피스(Loose piece)를 이용하여 중자를 일체화시켜 제조하는 공법을 적용한다.

루스피스(Loose piece)는 원형의 일부가 이형되지 않아 그대로는 빼낼 수 없을 때, 그 부분을 주형 내에 남겨 원형의 주체를 빼낸 후에 남아 있는 부분을 말한다. 이 부분을 주형에 위치하는 의미로 루스피스(Loose piece)라는 이름을 붙였지만 이 부분의 원형은 주 원형에서 떨어질 수 있도록 넣은 것이므로 루스피스라고도 한다

루스피스는 통상적으로 유압 또는 에어 실린더에 의해 움직이는데 작동이나 부착물등이 발생하여 치수의 결함을 가져올 수 단점이 있는데, 이런 불합리를 개선하기 위해 변경공법은 반자동식 경사 가이드 핀을 활용하여 제조하는 공법으로 금형설계에 반영한다.

또한, 복잡형상에 따른 추가적인 터공형 배기벤트를 적용하여 에어빼기에 따라 성형성을 높여주고, 슈팅(shooting) 노즐사이즈는 기존 사이즈의 30%를 증가시켜 성형성을 높여준다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

100 : 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자
110 : 제1중자
111 : 디스크 성형부
112 : 중공성형부
113 : 하부 주형 결합돌기
114 : 제2중자 삽입구멍
120 : 제2중자
121 : 내경성형부
122 : 제1중자 삽입부
123 : 하부 주형 결합부

Claims (3)

1. 삭제
2. 외주에 수직방향으로 중공부(210)가 마련된 상용차 차축의 중공형 휠 허브(200)를 주조하기 위한 것으로,
   하부 주형(10)의 상단에 고정 설치되고, 상용차 차축의 중공형 휠 허브의 중공부를 성형하는 제1중자(110);
   제1중자(110)의 내부 중앙으로 삽입되어 하부 주형(10)의 상단에 고정 설치되고, 상용차 차축의 중공형 휠 허브의 내경을 성형하는 제2중자(120);를 포함하고,
   제1중자(110)는,
   디스크 성형부(111)의 상부에 중공성형부(112)가 마련된 원통형태이고,
   디스크 성형부(111)의 하단 중앙에 다수의 하부 주형 결합돌기(113)가 방사상으로 형성되고,
   디스크 성형부(111)의 내부 중앙에 제2중자 삽입구멍(114)이 형성된 것을 특징으로 하는 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자.
3. 제2항에 있어서,
   제2중자(120)는,
   내경성형부(121)의 하부에 제1중자(110)의 제2중자 삽입구멍(114)에 삽입되는 제1중자 삽입부(122)가 마련된 원통형태이고,
   제2중자(120)의 제1중자 삽입부(122)의 하단 일측에 반원형의 하부 주형 결합부(123)가 일체로 연장 형성된 것을 특징으로 하는 상용차 차축의 중공형 휠 허브 주조용 중자.

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