KR102356668B1 - Manufacturing method and apparatus for complicated shaped disk alloy wheel - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a method for manufacturing an aluminum wheel for a vehicle, which can manufacture a complicatedly shaped disk wheel by using a forging process, thereby improving formability and mechanical strength. The method has the following features of: 1) improving formability through step-by-step multi-stage pressurization including upsetting; 2) extruding the front after extruding the rear, and forging a trapezoidal material by adjusting the inclination angle (slope angle) of the exterior; 3) installing protrusions at an upper end between the outer frame of a mold and a lower mold so that the material passes between the protrusions during the forging to obtain an effect of the extruding; 4) installing protrusions at a lower end between the outer frame of the mold and the lower mold in the case of products with ribs protruding from the back of a disk, to control the forging speed of the material; and 5) cutting the material, preheating the same, coating the same with a release agent solution, executing main heating thereof, and forging the same to improve the complicated flow of the material during the forging.

Description

복잡형상의 디스크 알루미늄휠 제조방법 및 장치 {Manufacturing method and apparatus for complicated shaped disk alloy wheel}Manufacturing method and apparatus for complicated shaped disk aluminum wheel {Manufacturing method and apparatus for complicated shaped disk alloy wheel}

본 발명은 차량용 알루미늄휠의 단조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열간단조공정을 이용하여, 복잡형상의 디스크형 알루미늄휠의 성형성 및 기계적 강도를 개선할 수 있는 차량용 알루미늄휠 제조방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method for forging an aluminum wheel for a vehicle, and more particularly, to a method and apparatus for manufacturing an aluminum wheel for a vehicle capable of improving the formability and mechanical strength of a disc-shaped aluminum wheel with a complex shape using a hot forging process. it's about

일반적으로 차량용 휠은 림(rim)과 디스크(disk)를 포함한다. 림은 타이어와 밀착되어 공기압을 유지하는 부분으로 휠의 외측 형상을 이루는 부분이다. 디스크는 림의 내측 부분(중심부)으로, 차량의 액슬허브에 장착되는 평면구간과 림에 연결되는 곡면구간을 갖는데, 차량에 따라 디스크의 위치가 림의 중앙부를 기준으로 상하로 설계되어 차량의 하중에 의해 림이 변형되지 않도록 지지한다. In general, a vehicle wheel includes a rim (rim) and a disk (disk). The rim is a part that is in close contact with the tire to maintain air pressure, and is a part that forms the outer shape of the wheel. The disc is the inner part (center) of the rim, and has a flat section mounted on the axle hub of the vehicle and a curved section connected to the rim. It supports the rim so that it is not deformed by

차량용 휠은 구조나 디자인 등에 따라 다양하게 구분되고 있다. 예를 들어 구조적인 측면에서 구성 부품수에 따라 원피스, 투피스, 및 쓰리피스 휠로 구분된다.Wheels for vehicles are classified in various ways according to their structure or design. For example, in terms of structure, it is divided into one-piece, two-piece, and three-piece wheels according to the number of components.

원피스 휠은 림과 디스크를 몰드에서 한 덩어리로 성형한 것으로, 제조가 용이하고 강성을 확보하기 쉬워 품질의 편차가 적은 반면, 기술적인 면에서 다양한 디자인과 경량화를 실현하기가 어렵다. 투피스 휠은 림과 디스크를 따로 성형하거나 아우터 림(outer rim)만을 따로 성형하여 용접 또는 볼트로 결합한 휠로서, 이는 일부를 분리하여 성형하기 때문에 각각의 부분에 여러 가지 소재와 제조 방법을 적용할 수 있으므로 다양한 디자인과 경량화가 가능하다. 또한, 쓰리피스휠은 아우터 림(outer rim), 이너 림(inner rim), 및 디스크를 각각 따로 성형하여 볼트로 체결, 조립한 휠로서, 이는 림이나 디스크의 교체가 가능하고 다양한 차종에 장착할 수 있으며 세련되고 다양한 디자인과 경량화에 유리하다. The one-piece wheel is made by molding the rim and disk in a single mold. It is easy to manufacture and secures rigidity, so there is little variation in quality, but it is difficult to realize various designs and weight reduction in terms of technology. A two-piece wheel is a wheel in which the rim and disk are separately formed or only the outer rim is separately formed and welded or bolted together. Therefore, various designs and weight reduction are possible. In addition, the three-piece wheel is a wheel assembled by separately forming an outer rim, an inner rim, and a disk and fastening them with bolts. It is advantageous for stylish and diverse designs and light weight.

현재, 대부분의 차량용 휠은 경량성에서 유리한 알루미늄(Al) 합금 재질로 제조되고 있다. 제조방식은 크게, 주조방식과 단조방식이 있다. 주조방식은 용융 알루미늄 합금을 금형틀에 부어 제작하는 방식이고, 단조방식은 합금소재를 가열해 프레싱하고 깎아서 만드는 방식이다. Currently, most vehicle wheels are manufactured from an aluminum (Al) alloy material advantageous in lightness. The manufacturing method is largely divided into a casting method and a forging method. The casting method is a method of pouring molten aluminum alloy into a mold, and the forging method is a method of heating, pressing, and cutting an alloy material.

문제는 복잡형상의 디스크 휠을 고강도 합금을 이용하여 단조작업하는 경우이다. 휠의 디자인적 측면이 중시되고 있는 현재, 휠의 형상이 복잡화되고 있어 단조방식의 적용이 곤란해지고 있다. 복잡형상의 디스크 휠은 도 1a의 M자형 휠이나 도 1b의 H자형 휠과 같이, 디스크(10)의 위치가 림(20)의 중앙에 가깝거나 하부로 설계되어 있는 휠을 의미한다.The problem is the case of forging a disc wheel with a complex shape using a high-strength alloy. Currently, the design aspect of the wheel is being emphasized, and the shape of the wheel is becoming more complicated, making it difficult to apply the forging method. The complex-shaped disc wheel means a wheel in which the position of the disc 10 is close to the center of the rim 20 or is designed downward, like the M-shaped wheel of FIG. 1A or the H-shaped wheel of FIG. 1B .

종래에는, 복잡형상 디스크 휠의 제조를 위해 알루미늄을 용탕으로 만들어 성형하는 주조공법이 주로 사용되고 있다. 그러나 종래의 복잡형상 디스크 휠 제조방법은 제조공정중 소재 내부의 수축이나 핀홀, 이물질 유입 등이 발생되며 특히 재료와 제조공법의 특성상 기계적 강성의 확보가 어려워 경량화의 한계가 있다. 또한 우수한 기계적 강성의 확보를 위하여 단조기술을 이용하여도 종래의 단조기술로는 복잡한 형상의 휠제품 성형이 어렵고 특히 재료의 버려지는 양이 심하게 발생하여 양산에 적용하기가 어렵다. Conventionally, in order to manufacture a disc wheel with a complex shape, a casting method in which aluminum is made into a molten metal and formed is mainly used. However, the conventional method of manufacturing a disc wheel with a complex shape causes shrinkage, pinholes, and foreign substances inside the material during the manufacturing process. In addition, even if forging technology is used to secure excellent mechanical rigidity, it is difficult to form wheel products with complex shapes using conventional forging technology, and especially, it is difficult to apply to mass production because the amount of material wasted is severe.

대한민국 등록특허 제10-1303854호(2013.9.4.)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1303854 (2013.9.4.) 대한민국 등록특허 제10-0661199호(2006.12.22.)Republic of Korea Patent Registration No. 10-0661199 (2006.12.22.)

복잡형상 디스크 휠의 제조를 위해 주조공법을 사용하는 종래의 문제를 해결하여 단조기술을 이용하여 성형성 및 기계적 강도를 개선하는 차량용 알루미늄휠 제조방법 및 장치를 제안한다.A method and apparatus for manufacturing an aluminum wheel for a vehicle that improve formability and mechanical strength using forging technology by solving the conventional problem of using a casting method for manufacturing a complex-shaped disc wheel are proposed.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 아래와 같은 특징들이 포함된 복잡형상의 디스크 알루미늄휠 제조방법 및 장치를 제공한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a method and apparatus for manufacturing a disc aluminum wheel having a complex shape including the following features.

1. 단조공정시 동일 설비에서의 포지션에 따른 업셋팅(up setting)을 포함하는 단계별 다단 가압을 통하여 성형성을 효과적으로 개선.1. During the forging process, formability is effectively improved through step-by-step multi-stage pressurization including up-setting according to the position in the same facility.

2. 디스크의 위치가 림의 중앙에 가깝거나 하부로 설계되어 성형이 어려운 H자형 또는 M자형 휠의 제조를 위한 상형금형(상형)의 외형틀을 상형지지대에 부착하고 하형금형(하형)을 하형지지대로부터 간격을 두고 띄워 거치함으로써 허공에서 림부를 성형하는 후방압출후 전방압출 되는 방식과, 외형틀의 경사각(구배각)을 조정하여 전방압출로는 성형이 불가능한 형상(예를 들어, 사다리꼴형상)의 제품 단조방식 및 금형 구조.2. Attach the outer frame of the upper mold (upper mold) to the upper mold support for the manufacture of H-shaped or M-shaped wheels that are difficult to form because the location of the disk is near the center of the rim or is designed to the lower part, and the lower mold (lower mold) is placed on the lower mold A method of forming the rim in the air after rear extrusion by mounting it at a distance from the support, and then adjusting the inclination angle (slope angle) of the outer frame to form a shape that cannot be formed by front extrusion (for example, trapezoidal shape) of product forging method and mold structure.

3. 상형의 외형틀의 상부 및/또는 하형의 상부에 측방향 돌기를 설치 또는 형성하여 단조공정 중 소재가 돌기(들)에 의해 좁아진 틈을 통과하여 압출되도록 하여 압출공정의 효과를 얻도록 하는 방식.3. In order to obtain the effect of the extrusion process by installing or forming lateral projections on the upper part of the outer frame of the upper mold and/or the upper part of the lower mold, the material is extruded through the gap narrowed by the projection(s) during the forging process. method.

4. 제품의 디스크 배면에 리브(rib)가 돌출되어 있는 디자인의 경우에는 성형성이 저열하므로, 이를 해결하기 위해 하형의 하부에 측방향으로 돌기를 설치하여 소재의 단조속도를 제어하여 소재의 균일단조 유도 및 겹침 방지.4. In the case of the design in which the ribs protrude on the back of the disk of the product, the formability is low. To solve this problem, a protrusion is installed in the lower part of the lower mold in the lateral direction to control the forging speed of the material to make the material uniform. Forging induction and overlap prevention.

5. 단조시 소재의 복잡 흐름성을 개선하기 위하여 원소재 절단후 100℃~150℃의 예비가열 후 삼폴리인산나트륨(10중량%~15중량%)과 아크릴산나트륨(15중량%~25중량%)을 주성분으로 배합한 이형제 용액을 100㎛~300㎛의 두께로 코팅하여 본예열 실행.5. Sodium tripolyphosphate (10 wt% to 15 wt%) and sodium acrylate (15 wt% to 25 wt%) ) as the main component, coated with a release agent solution with a thickness of 100 μm to 300 μm to perform main preheating.

본 발명의 구성 및 작용은 이후에 도면과 함께 설명하는 구체적인 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다. The configuration and operation of the present invention will become clearer through specific embodiments described later in conjunction with the drawings.

H자형이나 M자형 등 디스크면의 위치가 상이한 복잡형상의 알루미늄 휠에 대해서도 본 발명의 적용이 가능하여, 우수한 기계적 강성의 확보는 물론, 복잡 형상의 휠제품 성형이 용이하여 생산성이 증대되며, 단조후 깎아내야 할 일이 없으므로 버려지는 재료가 줄어들어 원가절감의 효과를 얻을 수 있다. The present invention can also be applied to aluminum wheels of complex shapes with different disk surface positions, such as H-shape or M-shape, so that excellent mechanical rigidity is ensured, and productivity is increased by easy molding of wheel products with complex shapes, and forging Since there is no need to scrape off afterwards, the amount of wasted material is reduced, resulting in cost reduction.

또한, 각 소재의 단조특성에 맞는 특성온도를 이용하여, A6061, A2014, A7075 등 소재를 다양하게 사용가능하다. 즉, 종래에는 알루미늄 휠의 단조를 위해 A60XX, A20XX의 소재만 성형이 가능하였으나 본 발명에 따른 다단가압법 및 단조속도 제어 가능 금형기술을 적용함으로써, 성형성이 어려워 압출이나 단순형태의 성형만 가능했던 A70XX 소재의 복잡형상 휠 제품도 단조에 의해 제조할 수 있다. In addition, various materials such as A6061, A2014, A7075 can be used by using the characteristic temperature suitable for the forging characteristics of each material. That is, conventionally, only the materials of A60XX and A20XX could be molded for forging aluminum wheels. However, by applying the multi-stage pressing method and forging speed controllable mold technology according to the present invention, moldability is difficult, so only extrusion or simple molding is possible. Complex shape wheel products made of the A70XX material, which were used previously, can also be manufactured by forging.

도 1a와 M자형 단면 휠의 정면, 배면, 및 단면도
도 1b는 H자형 단면 휠의 배면 및 단면도
도 2는 본 발명에 따른 알루미늄휠 제조방법의 순서도
도 3은 도 2의 단조공정(150)의 세부공정 구성도
도 4와 도 5는 본 발명의 단조공정에 적용할 수 있는 단조 장치의 구성도
도 6은 복잡형상의 알루미늄휠 제품의 배면사시도, 배면도, 및 단면도
1A and a front, rear, and cross-sectional view of an M-shaped section wheel;
1b is a rear view and a cross-sectional view of an H-shaped section wheel;
2 is a flowchart of a method for manufacturing an aluminum wheel according to the present invention;
3 is a detailed process configuration diagram of the forging process 150 of FIG.
4 and 5 are block diagrams of a forging apparatus applicable to the forging process of the present invention
6 is a rear perspective view, a rear view, and a cross-sectional view of an aluminum wheel product having a complex shape;

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 이들을 달성하는 방법은 이하 첨부된 도면과 함께 상세하게 기술된 바람직한 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에 기술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 다른 형태로 구현될 수 있다. 실시예는 단지 본 발명을 완전하게 개시하며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명은 청구항의 기재 내용에 의해 정의되는 것이다. Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the preferred embodiments described in detail below in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be implemented in various other forms. The examples are only provided to completely disclose the present invention and to completely inform those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains to the scope of the invention, and the present invention is defined by the claims will be.

또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한 명세서에 사용된 '포함한다(comprise, comprising 등)'라는 용어는 언급된 구성요소, 단계, 동작, 및/또는 소자 이외의 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용된 것이다.In addition, the terminology used herein is for the purpose of describing the embodiment and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural unless otherwise specified. Also, as used herein, the term 'comprise (comprise, comprising, etc.)' refers to the presence or absence of one or more other components, steps, operations, and/or elements other than the stated elements, steps, operations, and/or elements. It is used in a sense not to exclude addition.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 실시예의 설명에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the embodiment, if a detailed description of a related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 2는 본 발명에 따른 알루미늄휠 제조방법의 순서도이다. 기본적으로 본 발명은 '예비가열 후 본예열'과 '업셋팅(upsetting)을 포함한 단계별 다단 가압'을 수행한다. 도 2를 참조하여 본 발명의 알루미늄휠 제조방법의 프로세스를 설명한다. 2 is a flowchart of a method for manufacturing an aluminum wheel according to the present invention. Basically, the present invention performs 'main preheating after preheating' and 'step-by-step multi-stage pressurization including upsetting'. The process of the aluminum wheel manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIG. 2 .

먼저, 원재료를 절단한다(110). 단조시 복잡형상 금속소재의 흐름성을 개선하기 위하여 절단된 원재료를 100℃~150℃로 예비가열 한다(120). 삼폴리인산나트륨(10중량%~15중량%) 및 아크릴산나트륨(15중량%~25중량%)을 주성분으로 배합한 이형제 용액을 100㎛~300㎛의 두께로 코팅한다(130). 그러고 나서 400℃~530℃의 온도로 본예열을 실행한다(140).First, the raw material is cut (110). In order to improve the flowability of complex-shaped metal materials during forging, the cut raw materials are preheated to 100° C. to 150° C. (120). A release agent solution containing sodium tripolyphosphate (10% by weight to 15% by weight) and sodium acrylate (15% by weight to 25% by weight) as main components is coated to a thickness of 100 μm to 300 μm (130). Then, the main preheating is performed at a temperature of 400°C to 530°C (140).

종래에는 제품의 금형소착이나 흐름성형성을 개선하고자 흑연계열의 유성 이형제를 금형과 소재에 분사하여 도포하였으나, 본 발명에서는 금형에 무리한 압력이 가해지는 것을 방지하고 성형성을 개선하기 위해 원재료를 금형에 투입하기 전에 100℃~150℃로 예비가열한 후에 상기 개발한 수성 이형제를 100~300㎛의 두께로 코팅하고 400℃~530℃의 온도로 본예열한다.In the past, graphite-based oil-based mold release agents were sprayed and applied to the mold and material to improve mold adhesion or flow formability of the product. After pre-heating to 100° C. to 150° C. before putting it in, the developed aqueous release agent is coated to a thickness of 100 to 300 μm, and preheated to a temperature of 400° C. to 530° C.

본예열 실행(140) 후에 단조공정(150)에 들어간다. After the main preheating operation (140), the forging process (150) is entered.

도 3은 도 2의 단조공정(150)의 구성을 나타낸다.FIG. 3 shows the configuration of the forging process 150 of FIG. 2 .

본 발명의 단조공정(150)은, 성형성을 효과적으로 개선하기 위하여 단조공정시 동일 설비에서의 포지션에 따른 업셋팅(upsetting)을 포함한 단계별 다단 가압(151)을 포함한다. 종래의 성형공법은 제품의 크기와 형상에 따라 압력목표값을 설정한 후 하형방향으로 상형을 밀어내리면서 위치값과 하중값을 비례하여 단일사선의 기울기로 제품을 성형하지만, 본발명의 업셋팅 포함 다단 가압을 통하여 제품과 형상에 따른 압력목표값을 설정한 후, 목표 압력의 약 1/3 지점에서 2초~4초의 지연시간을 삽입하여 압력과 시간의 초기 기울기 관성을 정지시키고 재가압 함으로써 복잡형상 구간의 성형성을 더욱 용이하게 한다. 그 다음에 목표 압력의 약 2/3지점에서 2초~4초의 지연시간을 삽입하여 2차 복잡형상 부위의 성형성을 용이하게 한다.The forging process 150 of the present invention includes step-by-step multi-stage pressurization 151 including upsetting according to a position in the same equipment during the forging process in order to effectively improve formability. In the conventional molding method, after setting a pressure target value according to the size and shape of the product, the upper die is pushed down in the lower die direction, and the product is formed with a single oblique inclination in proportion to the position value and the load value. After setting the pressure target value according to the product and shape through multi-stage pressurization, a delay time of 2 to 4 seconds is inserted at about 1/3 of the target pressure to stop the inertia of the initial gradient of pressure and time and pressurize again. It further facilitates the formability of complex shape sections. Then, a delay time of 2 to 4 seconds is inserted at about 2/3 of the target pressure to facilitate the formability of the secondary complex shape area.

또한 본 발명의 단조공정(150)은 외형틀을 상형 금형에 부착하고 하형 금형(50)을 돌출거치함으로써 제품의 림 부위를 허공에서 금형보다 길게 성형하는 후방압출후 전방압출 방식(152)을 수행하고, 전방압출로는 성형이 불가능한 예컨대, 사다리꼴 형상의 알루미늄휠 제품을 제작하기 위하여 외형틀의 경사각(구배각)을 조정(153)하는 것을 포함한다. In addition, the forging process 150 of the present invention attaches the outer mold to the upper mold and protrudes the lower mold 50 so that the rim of the product is molded longer than the mold in the air, followed by the front extrusion method (152). And, it includes adjusting (153) the inclination angle (gradient angle) of the outer frame in order to produce, for example, a trapezoidal aluminum wheel product that cannot be molded by the front extrusion method.

덧붙여, 본 발명의 단조공정(150)은 금형에 돌기를 형성(154)하여 단조공정 중 소재가 돌기에 의해 좁아진 틈을 통과하도록 하여 압출효과를 강화하고 소재의 단조속도를 제어하는 것을 포함한다.In addition, the forging process 150 of the present invention includes forming protrusions 154 in the mold to allow the material to pass through the gap narrowed by the protrusions during the forging process to enhance the extrusion effect and control the forging speed of the material.

이러한 단조공정(150)에 대해서 도 4 및 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 4와 도 5는 본 발명에 따른 단조공정(150)에 적용할 수 있는 단조 장치의 구성도이다.This forging process 150 will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5 . 4 and 5 are diagrams of a forging apparatus applicable to the forging process 150 according to the present invention.

본 발명의 단조공정(150)에 사용되는 금형 장치는, 도 1a, 도 1b와 같이 H자형 또는 M자형 휠과 같이 디스크의 위치가 림의 중앙에 가깝거나 하부로 설계되어 단조 성형이 어려운 제품을 단조로 제조하기 위하여, 외형틀(45)이 형성된 상형(40)을 상형지지대에 부착하고 하형(50)을 하형지지대의 지지면(하형지지면)에 접촉 거치하지 않고 하형지지면으로부터 간격을 두고 상부로 띄워 거치함으로써 성형 후에 제품의 림 부위가 금형보다 길게 허공에서 성형되도록 하는 후방압출후 전방압출 방식을 채택한다. 또한, 외형틀(45)의 경사각(구배각)을 조정하여 전방압출로는 성형이 불가능한 형상(예를 들어, 사다리꼴 형상)의 제품을 제조할 수 있도록 한다.The mold device used in the forging process 150 of the present invention, as shown in FIGS. 1A and 1B, is designed such that the position of the disk is close to or lower than the center of the rim, such as an H-shaped or M-shaped wheel, which makes forging difficult products. In order to manufacture by forging, the upper mold 40 on which the outer mold 45 is formed is attached to the upper mold support, and the lower mold 50 is spaced from the lower mold support surface without contacting and mounting the lower mold 50 on the support surface (lower mold support surface) of the lower mold support. It adopts a front extrusion after rear extrusion method that allows the rim of the product to be molded in the air longer than the mold by floating it upwards. In addition, by adjusting the inclination angle (gradient angle) of the outer frame 45, it is possible to manufacture a product of a shape (eg, trapezoidal shape) that cannot be molded by a front extrusion method.

즉, 도 4 및 도 5와 같이, 휠이 차량에 장착되는 기준면인 디스크의 깊이가 깊은 제품(도 1a, 1b 참조)의 단조시에, 상형(40)과 외형틀(45)이 부착된 상부실린더(60)를 하형(50) 위에 투입된 알루미늄 환봉 소재(70)를 향해 가압하면 하형(50)의 배부에서 상부로 소재가 밀려 올라가는 상형을 기준으로 후방압출이 일어나고, 이어서, 밀려난 소재가 상형(40)의 외형틀(45)에 부딪히면 외형틀(45)과 하형(50) 사이로 밀려나며 전방압출이 이루어지게 된다. 이 때 하형(50)이 하형지지면으로부터 상부로 띄워져 있기 때문에, 외형틀(45)과 하형(50) 사이의 틈을 통과한 소재는 별도의 외형틀(45) 없이도 소재가 공급되는 한 금형보다 긴 튜브 형상으로 허공에서 성형된다. 이렇게 허공에서 튜브 형상으로 성형된 부분이 제품의 림 부위가 된다.That is, as shown in FIGS. 4 and 5 , when forging a product (see FIGS. 1a and 1b ) having a deep disk, which is a reference plane on which the wheel is mounted on a vehicle, the upper part to which the upper mold 40 and the outer frame 45 are attached. When the cylinder 60 is pressed toward the aluminum round bar material 70 put on the lower die 50, rear extrusion occurs based on the upper die in which the material is pushed up from the distribution of the lower die 50 to the upper die, and then the pushed material is the upper die When it collides with the outer frame (45) of (40), it is pushed between the outer frame (45) and the lower mold (50) and forward extrusion is performed. At this time, since the lower mold 50 is floated upward from the lower mold supporting surface, the material passing through the gap between the outer mold 45 and the lower mold 50 is a mold as long as the material is supplied without a separate outer mold 45 . It is molded in the air into a longer tube shape. The part molded into a tube shape in the air becomes the rim part of the product.

또한, 상형의 외형틀(45)의 상부에서 측방향으로 또는 하형(50)의 상부에서 측방향으로, 또는 외형틀(45)의 상부 및 하형(50)의 상부의 측방향으로 상부돌기(80)를 형성(또는 설치)하여 단조 진행 중 소재가 상부돌기(80)에 의해 좁아진 사이를 통과하도록 한다. 외형틀(45)과 하형(50) 사이에서 상부돌기(80)에 의해 좁아진 틈을 알루미늄 소재가 통과하게 되므로 소재가 흐르는 단면적이 감소하여 압출효과가 증대되어 소재의 치밀도가 높아져 강성이 개선된다. In addition, the upper protrusions 80 in the lateral direction from the upper part of the outer mold 45 of the upper mold or in the lateral direction from the upper part of the lower mold 50, or in the upper part of the external mold 45 and the upper part of the lower mold 50 in the lateral direction. ) is formed (or installed) so that the material passes through the gap narrowed by the upper protrusion 80 during forging. Since the aluminum material passes through the gap narrowed by the upper protrusion 80 between the outer frame 45 and the lower mold 50, the cross-sectional area through which the material flows is reduced, the extrusion effect is increased, the density of the material is increased, and the rigidity is improved. .

또한, 디자인상 디스크의 배면에 리브(rib)가 돌출되는 형상의 제품의 경우에는 리브에 의해 성형성이 나쁘다. 이 문제를 해결하기 위해 상형(40)의 외형틀(45)의 하부에서 측방향으로 또는 하형(50)의 하부에서 측방향으로, 또는 외형틀(45)의 하부 및 하형(50)의 하부의 측방향으로 하부돌기(90)를 형성(또는 설치)하여 소재의 단조속도를 제어하여 소재의 균일단조를 이루고 겹침을 방지한다. 디스크 외면 또는 배면에 리브가 있는 경우에 단조를 하면, 주조공정과 달리 소재의 흐름성에 영향을 받으므로 리브 부위에서의 속도 조절이 필요하다(리브가 없는 부위의 단면적이 작으므로 리브 부위와의 흐름 속도에 차이가 남). 이와 같이, 제품 전면부의 복잡형상뿐 아니라 배면부에도 복잡형상이 설정된 경우에도, 외형틀과 하형금형 사이에 하부돌기를 이용하여 단면적을 줄임으로써 단조속도를 제어하여 소재의 부분형상이나 길이, 겹침 등을 제어할 수 있다.In addition, in the case of a product having a shape in which ribs protrude from the rear surface of the disk by design, the moldability is poor due to the ribs. In order to solve this problem, in the lateral direction from the lower part of the outer mold 45 of the upper mold 40 or from the lower part of the lower mold 50 to the lateral direction, or the lower part of the outer mold 45 and the lower part of the lower mold 50 . The lower protrusion 90 is formed (or installed) in the lateral direction to control the forging speed of the material to achieve uniform forging of the material and to prevent overlap. If forging is performed when there are ribs on the outer or back surface of the disc, unlike the casting process, the flowability of the material is affected, so it is necessary to control the speed in the rib area (because the cross-sectional area of the area without ribs is small, the flow rate with the rib area is small. difference). In this way, even when a complex shape is set not only on the front part of the product but also on the back part, the forging speed is controlled by reducing the cross-sectional area using the lower protrusion between the outer frame and the lower mold to reduce the partial shape, length, overlap, etc. of the material. can be controlled

이상의 공정에 의해 도 1a 및 도 1b의 H자형 또는 M자형 휠과 같이 디스크의 위치가 림의 중앙에 가깝거나 하부로 설계되어 단조 성형이 어려운 제품뿐만 아니라, 도 6과 같은 디스크 내면으로도 리브가 형성되어 있는 제품 등 복잡형상의 알루미늄휠 제품을 단조공정으로 제조할 수 있다. By the above process, as in the H-shaped or M-shaped wheel of FIGS. 1A and 1B, the rib is formed not only on products that are difficult to forge because the position of the disk is near or below the center of the rim, but also on the inner surface of the disk as shown in FIG. Aluminum wheel products with complex shapes, such as those that have already been made, can be manufactured through the forging process.

또한 각 소재의 단조특성에 맞는 특성온도를 이용한 A6061, A2014, A7075 등 소재의 다양한 사용성을 얻을 수 있다. 왜냐하면, 기존에는 알루미늄 열간단조시 A60XX, A20XX만 성형이 가능하였으나 상기 다단가압법과 단조속도 제어가 가능한 금형기술의 적용시, 성형성이 어려워 압출이나 단순형태의 성형만 가능했던 A70XX 소재의 복잡형상제품도 제조가 가능해진다.In addition, it is possible to obtain various usability of materials such as A6061, A2014, and A7075 using the characteristic temperature suitable for the forging characteristics of each material. Because, in the past, only A60XX and A20XX could be formed during hot forging of aluminum. However, when applying the multi-step pressing method and the mold technology that can control the forging speed, the complex shape product of A70XX material was difficult to form and only extrusion or simple molding was possible. It is also possible to manufacture

지금까지 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 본 명세서에 개시된 내용과는 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다. 또한 본 발명의 보호범위는 상기 상세한 설명보다는 후술한 특허청구범위에 의하여 정해지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although the present invention has been described in detail through preferred embodiments of the present invention, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will realize that the present invention is different from the contents disclosed in the present specification without changing the technical spirit or essential characteristics thereof. It will be understood that the invention may be embodied in other specific forms. It should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. In addition, the protection scope of the present invention is determined by the claims described below rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the technical scope of the present invention. do.

Claims (9)

알루미늄휠 제조방법으로,
단조시 복잡형상 금속소재의 흐름성을 개선하기 위하여 원재료를 100℃ 내지 150℃로 예비가열 하는 단계;
상기 예비가열된 원재료에 10중량% 내지 15중량%의 삼폴리인산나트륨 및 15중량% 내지 25중량%의 아크릴산나트륨이 포함된 이형제를 100㎛ 내지 300㎛의 두께로 코팅하는 단계;
상기 이형제가 코팅된 원재료에 대해 400℃ 내지 530℃의 온도로 본예열을 실행하는 단계; 및
상기 본예열 실행 후의 원재료에 대해 단조공정을 진행하는 단계를 포함하는 복잡형상의 디스크 알루미늄휠 제조방법.
Aluminum wheel manufacturing method,
preheating the raw material to 100°C to 150°C in order to improve the flowability of the complex-shaped metal material during forging;
coating a release agent containing 10 wt% to 15 wt% of sodium tripolyphosphate and 15 wt% to 25 wt% of sodium acrylate on the preheated raw material to a thickness of 100 μm to 300 μm;
performing main preheating at a temperature of 400° C. to 530° C. on the raw material coated with the release agent; and
and performing a forging process on the raw material after the main preheating.
제1항에 있어서, 상기 단조공정은,
단조공정시 동일 설비에서의 포지션에 따른, 업셋팅을 포함한 단계별 다단 가압을 포함하는 복잡형상의 디스크 알루미늄휠 제조방법.
According to claim 1, wherein the forging process,
A method for manufacturing a disc aluminum wheel with a complex shape, including step-by-step multi-stage pressurization including upsetting, according to a position in the same facility during the forging process.
제2항에 있어서, 상기 업셋팅을 포함한 단계별 다단 가압은
제품과 형상에 따른 압력목표값을 설정한 후,
목표 압력의 1/3 지점에서 2초 ~ 4초의 지연시간을 삽입하여 압력과 시간의 초기 기울기 관성을 정지시키고 가압하고,
그 다음에 목표 압력의 2/3지점에서 2초 ~ 4초의 지연시간을 삽입하여 2차 가압하는 것을 포함하는 복잡형상의 디스크 알루미늄휠 제조방법.
The method of claim 2, wherein the step-by-step multi-stage pressurization including the upsetting
After setting the pressure target value according to the product and shape,
At 1/3 of the target pressure, a delay time of 2 to 4 seconds is inserted to stop and pressurize the initial slope inertia of pressure and time,
Then, at 2/3 of the target pressure, a delay time of 2 to 4 seconds is inserted and the second pressurization is performed.
제1항에 있어서, 상기 단조공정은,
외형틀을 갖는 상형 금형을 상형지지대에 부착하고 하형금형을 하형지지면으로부터 간격을 두고 거치함으로써 제품의 림 부위가 허공에서 튜브 형상으로 성형되도록 하는 후방압출후 전방압출 방식을 수행하는 것을 포함하는 복잡형상의 디스크 알루미늄휠 제조방법.
According to claim 1, wherein the forging process,
By attaching the upper mold having the outer mold to the upper mold support and mounting the lower mold at a distance from the lower mold support surface, the rim of the product is molded into a tube shape in the air. Complex including performing a front extrusion method after rear extrusion A method for manufacturing a disk-shaped aluminum wheel.
제1항에 있어서, 상기 단조공정은
상형금형의 외형틀의 상부 및 하형금형의 상부 중 적어도 하나에 측방향으로 돌출된 상부돌기를 이용하여, 단조공정 중 소재가 통과하는 틈의 단면적을 감소시키는 것을 특징으로 하는 복잡형상의 디스크 알루미늄휠 제조방법.
According to claim 1, wherein the forging process
Disc aluminum wheel with complex shape, characterized in that the cross-sectional area of the gap through which the material passes during the forging process is reduced by using the upper protrusion protruding laterally on at least one of the upper part of the upper part of the outer frame of the upper mold and the upper part of the lower mold manufacturing method.
제1항에 있어서, 상기 단조공정은
상형금형의 외형틀의 하부 및 하형금형의 하부 중 적어도 하나에 측방향으로 돌출된 하부돌기를 이용하여, 단조공정 중 소재가 통과하는 틈의 단면적을 감소시키는 것을 특징으로 하는 복잡형상의 디스크 알루미늄휠 제조방법.
According to claim 1, wherein the forging process
Disc aluminum wheel with complex shape, characterized in that the cross-sectional area of the gap through which the material passes during the forging process is reduced by using the lower protrusion protruding laterally on at least one of the lower part of the outer frame of the upper mold and the lower part of the lower mold manufacturing method.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 복잡형상의 디스크 알루미늄휠 제조방법에 포함된 상기 단조공정에 사용되는 장치로서,
상형지지대에 부착되며, 외형틀을 갖는 상형금형; 및
하형지지면으로부터 상부로 간격을 두고 거치되는 하형금형을 포함하며,
상기 하형금형에 투입된 소재가 상기 상부로 간격을 두고 거치된 상기 하형금형에 의해 허공에서 튜브 형상으로 성형되어 알루미늄의 림 부위가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 복잡형상의 디스크 알루미늄휠 제조장치.
An apparatus used in the forging process included in the method for manufacturing a disc aluminum wheel with a complex shape according to any one of claims 1 to 3,
an upper die attached to the upper die support and having an outer frame; and
It includes a lower mold mounted at a distance from the lower mold supporting surface to the upper part,
The apparatus for manufacturing a complex-shaped disc aluminum wheel, characterized in that the material input to the lower mold is molded into a tube shape in the air by the lower mold mounted at a distance from the upper mold to form a rim of aluminum.
제7항에 있어서, 상기 상형금형의 외형틀의 상부 및 하형금형의 상부 중 적어도 하나에 측방향으로 돌출된 상부돌기를 포함하여,
단조공정 중 소재가 통과하는 틈의 단면적을 감소시키는 것을 특징으로 하는 복잡형상의 디스크 알루미늄휠 제조장치.
The method according to claim 7, comprising an upper protrusion protruding laterally on at least one of an upper portion of an outer frame of the upper mold and an upper portion of a lower mold,
Complex shape disc aluminum wheel manufacturing apparatus, characterized in that it reduces the cross-sectional area of the gap through which the material passes during the forging process.
제7항에 있어서, 상기 상형금형의 외형틀의 하부 및 하형금형의 하부 중 적어도 하나에 측방향으로 돌출된 하부돌기를 포함하여,
단조공정 중 소재가 통과하는 틈의 단면적을 감소시키는 것을 특징으로 하는 복잡형상의 디스크 알루미늄휠 제조장치.
The method according to claim 7, comprising a lower protrusion protruding laterally on at least one of a lower portion of the outer frame of the upper mold and a lower portion of the lower mold,
Complex shape disc aluminum wheel manufacturing apparatus, characterized in that it reduces the cross-sectional area of the gap through which the material passes during the forging process.
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JPH0761522B2 (en) * 1986-05-27 1995-07-05 株式会社鍛栄舎 Manufacturing method of aluminum wheels for vehicles
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