KR102615146B1 - 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 브레이크 패드와 접촉하는 부분은 단조강으로 구성하고, 휠에 접촉하는 부분의 방열핀은 금속3D프린팅 방식으로 형성하여 높은 강성과 더불어 높은 방열특성을 구현할 수 있는 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 철도 차량의 휠양측에 장착되는 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법에 있어서, 강소재를 원판 형태에 중앙에 중앙홀이 형성된 형태의 베이스를 링 압연 장치를 이용하여 링 압연 방식으로 성형하는 단조 단계; 상기 단조 단계를 통하여 제조된 베이스를 노말라이징 열처리하는 제1차 열처리 단계; 상기 제1차 열처리 단계로 처리된 베이스를 담금질 공정과 풀림 공정을 통하여 열처리를 수행하는 제2차 열처리 단계; 상기 제2차 열처리 공정을 통하여 처리된 베이스의 외면에 기계적인 가공을 수행하는 제1차 가공 단계; 상기 제1차 가공 단계를 통하여 제작된 베이스의 내부 상태를 비파괴 검사하는 제1차 검사 단계; 상기 제1차 검사 단계를 통하여 검사결과 양호한 베이스의 일면에 복수의 냉각핀을 금속3D프린팅 방식에 의하여 형성하여 디스크를 제조하는 냉각핀 형성 단계; 상기 냉각핀 형성 단계를 통하여 제조된 디스크의 내부 상태를 비파괴 검사하는 제2차 검사 단계; 및 상기 제2차 검사 단계를 통하여 검사결과 양호한 디스크를 대상으로 기계적 가공하여 최종적인 제품으로 제작하는 제2차 가공 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 철도 차량의 휠양측에 장착되는 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법에 있어서, 강소재를 원판 형태에 중앙에 중앙홀이 형성된 형태의 베이스를 링 압연 장치를 이용하여 링 압연 방식으로 성형하는 단조 단계; 상기 단조 단계를 통하여 제조된 베이스를 노말라이징 열처리하는 제1차 열처리 단계; 상기 제1차 열처리 단계로 처리된 베이스를 담금질 공정과 풀림 공정을 통하여 열처리를 수행하는 제2차 열처리 단계; 상기 제2차 열처리 공정을 통하여 처리된 베이스의 외면에 기계적인 가공을 수행하는 제1차 가공 단계; 상기 제1차 가공 단계를 통하여 제작된 베이스의 내부 상태를 비파괴 검사하는 제1차 검사 단계; 상기 제1차 검사 단계를 통하여 검사결과 양호한 베이스의 일면에 복수의 냉각핀을 금속3D프린팅 방식에 의하여 형성하여 디스크를 제조하는 냉각핀 형성 단계; 상기 냉각핀 형성 단계를 통하여 제조된 디스크의 내부 상태를 비파괴 검사하는 제2차 검사 단계; 및 상기 제2차 검사 단계를 통하여 검사결과 양호한 디스크를 대상으로 기계적 가공하여 최종적인 제품으로 제작하는 제2차 가공 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 고속 열차에 적용되는 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법에 관한 것이다.
일반적인 철도차량 특히 고속열차는 외부에서 공급되는 전력을 이용하여 구동모터를 구동하여 선로 위를 이동하며, 이때 선로와 접촉하는 휠이 장착되어 있으며, 또한 차량의 제동을 위한 제동장치를 구비하여 차량의 속도를 조절할 수 있는 구조로 이루어져 있다.
특히 철도차량은 높은 중량으로 구성되고, 레일을 따라 이동되기 때문에 제동장치의 신뢰성이 확보되어야 하는 것은 물론이다. 철도차량에는 대차에 차축이 구비되고, 이 차축의 양측부에는 레일을 따라 구동하는 차륜이 장착되어 있으며, 상기 차축에는 제동장치가 구비되는데 통상 차축의 양측부에 브레이크 디스크가 장착되는 형태로 상기 브레이크 디스크는 브레이크 패드의 압착력에 의하여 제동력이 발생한다.
상기 브레이크 디스크는 반복되는 패드와 접촉에 의하여 매우 높은 압력과 마찰이 동시에 발생하므로, 엄격한 기계적 특성을 만족해야지만 철도차량용으로 사용될 수 있다.
상기와 같은 철도 차량의 특성을 고려한 다양한 브레이크 디스크들이 제안되었다. 예를 들면, 공개특허 제2014-0066590호에는 중앙 부위가 철도차량의 차축에 끼워지고, 외주연이 차륜에 결합되어 상기 차륜과 동축으로 회전하는 철도차량용 브레이크 디스크이고, 상기 철도 차량용 브레이크 디스크의 일면에는 고내열성 나노물질로 이루어진 적어도 하나의 패턴부가 형성되는 철도차량용 고내열성 브레이크 디스크의 구성이 개시되어 있다.
또한, 공개특허 제2012-0132036호에는 철도 차량의 차륜 양측부에 볼트와 너트에 의해 고정되는 한 쌍의 브레이크 디스크에 있어서, 상기 한 쌍의 브레이크 디스크에 각각 형성되되, 대응면에 형성된 슬라이드부와, 상기 차륜에 설치되어 슬라이드부에 결합되는 체결부로 이루어진 브레이크 디스크의 구성이 개시되어 있다.
또한, 공개특허 제2010-0076709호에는 중량 퍼센트로 탄소(C) 30 ~ 38, 규소(Si) 20 ~ 26, 망간(Mn) 03 ~ 10, 인(P) 001 ~ 004, 황(S) 001 ~ 012, 구리(Cu) 01 ~ 06 및 철(Fe) 920 ~ 940를 포함하는 주철을 이용한 브레이크 디스크의 구성이 개시되어 있다.
그리고 공개특허 제2005-0006325호에는 디스크 조립체의 구성이 개시되어 있으며, 특히 상기 구성은 일정반경을 갖는 내경과 외변을 형성하는 외경을 구비하고, 내경과 외경으로 연통하며 일정간격으로 이격되는 장착공이 형성되는 복수의 고정공이 형성되는 디스크본체; 디스크본체의 각각의 장착공에 해제 가능하며 삽설되며 탄성이 조절될 수 있는 복수의 분할핀; 및 중앙에는 차축에 고정되는 보어가 형성되고 주변에는 디스크본체의 각각의 장착공에 삽설된 분할핀의 일부가 삽입되는 장착홈이 형성되며 각각의 장착공 사이에 고정공이 형성되는 장착플랜지를 구비하는 허브본체와, 허브본체의 각각의 장착홈에 상응하고 분할핀의 나머지 부분을 수용하는 복수의 장착공과 장착플랜지의 각각의 고정공과 연통하며 볼트에 의해 고정되는 복수의 고정공이 형성되는 허브커버를 구비하는 허브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 고속열차의 브레이크 시스템은 브레이크 디스크가 축에 결합하는 구성과 브레이크 디스크가 휠에 장착되는 구성으로 구분될 수 있다.
이때 축에 결합하는 브레이크 디스크의 경우에는 대부분 원판 형태로 구성되어 단조강을 이용하여 제조될 수 있어, 높은 강성을 갖는 장점이 있다.
물론 방열성 특성을 증가시키기 위해서는 원판 내부에 냉각용 핀을 형성하는 주강을 이용하여 제조되기도 한다.
휠에 장착되는 브레이크 디스크는 휠 양측에 부착되며, 휠과 접촉하는 부분에는 방열 특성 향상을 위한 다수의 핀들이 형성되는 경우가 있으며, 상기와 같이 냉각핀이 형성되는 경우에는 제조 단가를 고려하여 대부분 주강으로 제조되고 있어, 강성적인 측면에서 다소 불리한 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 브레이크 패드와 접촉하는 부분은 단조강으로 구성하고, 휠에 접촉하는 부분의 방열핀은 금속3D프린팅 방식으로 형성하여 높은 강성과 더불어 높은 방열특성을 구현할 수 있는 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 철도 차량의 휠양측에 장착되는 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법에 있어서, 강소재를 원판 형태에 중앙에 중앙홀이 형성된 형태의 베이스를 링 압연 장치를 이용하여 링 압연 방식으로 성형하는 단조 단계; 상기 단조 단계를 통하여 제조된 베이스를 노말라이징 열처리하는 제1차 열처리 단계; 상기 제1차 열처리 단계로 처리된 베이스를 담금질 공정과 풀림 공정을 통하여 열처리를 수행하는 제2차 열처리 단계; 상기 제2차 열처리 공정을 통하여 처리된 베이스의 외면에 기계적인 가공을 수행하는 제1차 가공 단계; 상기 제1차 가공 단계를 통하여 제작된 베이스의 내부 상태를 비파괴 검사하는 제1차 검사 단계; 상기 제1차 검사 단계를 통하여 검사결과 양호한 베이스의 일면에 복수의 냉각핀을 금속3D프린팅 방식에 의하여 형성하여 디스크를 제조하는 냉각핀 형성 단계; 상기 냉각핀 형성 단계를 통하여 제조된 디스크의 내부 상태를 비파괴 검사하는 제2차 검사 단계; 및 상기 제2차 검사 단계를 통하여 검사결과 양호한 디스크를 대상으로 기계적 가공하여 최종적인 제품으로 제작하는 제2차 가공 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 단조 단계에서 강소재는 C 0.2 내지 0.3중량%, Si 0.4 내지 0.7 중량%, Mn 0.35 내지 0.80중량%, P 0.03중량% 이하, S 0.03중량% 이하, Ni 0.01 내지 0.5 중량%, Cr 1.0 내지 1.5중량%, Mo 0.7 내지 1.3중량%, Cu 0.01 중량% 내지 0.3중량%, V 0.2 내지 0.3중량% 나머지 Fe를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제1차 열처리 단계는 상기 베이스를 로온도 550℃ 이하에서 장입하여 200℃/hr이내로 승온한 후 970℃ 내지 1000℃로 5시간 내지 6시간 가열한 후, 공냉으로 냉각하는 절차를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 냉각핀 형성 단계에서 금속3D프린팅은 상기 WAAM 방식인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 WAAM 방식에서는 하나의 층을 적층한 후, 적층된 표면에 초음파 피닝을 수행하는 형태로 다수의 층을 적층하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제2차 열처리 단계에서 상기 담금질 공정은 베이스를 550℃ 이하의 로온도에서 장입한 후, 200℃/hr로 승온한 후, 940℃ 내지 960℃로 45시간 내지 55시간 가열한 후, 물로 급냉하고, 상기 풀림 공정은 550℃ 이하의 로온도에서 장입한 후, 200℃/hr로 승온한 후, 620℃ 내지 660℃의 온도로 8시간 내지 10시간 가열한 후 공냉하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 2차 가공 단계는 이전 단계를 통하여 제조된 디스크의 냉각핀에 결합홀을 형성하고, 디스크의 양면을 사전에 설정된 정밀도로 절삭 가공하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 단조 단계는 링 압연 방식 적용전에 잉곳 형태의 소재를 1200℃ 내지 1250℃로 가열한 후 원형 막대 모양의 빌렛으로 성형한 후, 일정한 크기로 다수개 절단하고, 이를 업셋팅하여 사전에 설정된 직경으로 제조한 후 중심부에 피어싱을 통하여 홀을 형성한 후, 링 압연을 통하여 추가적으로 성형하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 링 압연은 상기 베이스의 외경과 중앙홀 사이의 단면 길이를 링 압연 전 100에 대하여 링 압연 완료 시에 외경과 중앙홀 사이의 단면 길이를 105 내지 120으로 성형하고, 두께는 링 압연 전 100에 대하여 링 압연 후 두께를 100/1.3 내지 100/1.1로 성형하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법은 단조 단계, 제1차 열처리 단계, 제2차 열처리 단계, 제1차 가공 단계, 제1차 검사 단계, 냉각핀 형성 단계, 제2차 검사 단계 및 제2차 가공 단계를 포함하여 구성되어, 제조된 디스크는 단조를 기본으로 제작된 베이스에 금속3D프린팅에 의하여 복잡한 형상의 냉각핀을 형성할 수 있으므로, 단조에 의한 우수한 특성과 더불어 상기 냉각핀에 의한 높은 방열특성을 동시에 가질 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법에 의하여 제조되는 디스크의 사시도이며,
도 2는 도 1의 정면도이며,
도 3은 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법의 절차도이다.
도 2는 도 1의 정면도이며,
도 3은 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법의 절차도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속”된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 브레이크 디스크(100) 제조를 위한 것으로, 상기 브레이크 디스크(100)는 원판 형상으로 중앙에 중앙홀(11)이 형성된 베이스(10), 상기 베이스(10)의 일면에 형성되는 복수의 냉각핀(20) 및 상기 냉각핀(20) 중 일부에 형성되는 복수의 결합홀(21)을 포함하여 구성된다.
상기 베이스(10)는 단조강을 이용하여 제조되며, 일면은 브레이크 패드가 접촉하므로, 평탄하게 구현된다.
상기 베이스(10)의 타면은 휠에 접촉하는 부분으로 방열을 위하여 복수의 냉각핀(20)들이 형성되어 있다.
상기 냉각핀(20)은 원주 방향으로 동일한 형상들이 배치되며, 반경 방향으로는 다른 형태가 복수개 배치된다.
상기 냉각핀(20) 중 일부에는 횔 및 반대편의 디스크(10)과 결합용 볼트 등이 삽입되는 결합홀(21)이 형성되어 있다.
상기와 같은 브레이크 디스크(10)를 제조하기 위한 본 발명에 따른 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 단조 단계(S1), 제1차 열처리 단계(S2), 제2차 열처리 단계(S3), 제1차 가공 단계(S4), 제1차 검사 단계(S5), 냉각핀 형성 단계(S6), 제2차 검사 단계(S7) 및 제2차 가공 단계(S8)를 포함하여 구성된다.
이하 각 단계에 대하여 구체적으로 설명한다.
단조 단계(S1)
상기 단조 단계(S1)는 사전에 준비된 강소재를 이용하여 원판 형태의 베이스(10)를 단조를 이용하여 가공하는 단계이다.
상기 단조 단계(S1)에 적용하는 단조는 링 압연 장치를 이용하여 링 압연 방식을 적용하여 수행한다. 상기 방식은 원형의 압연 방식에 의하여 결정들이 원주방향으로 정렬되어 회전에 대하여 높은 강성을 가지며, 특히 브레이크 패드에 대한 저항성이 증가하고 반경 방향으로 발생하는 표면 균열을 방지하는 특성을 가진다.
여기서 상기 베이스(10)의 소재는 SFCMV1가 바람직하고, 상기 SFCMV1는 C 0.2 내지 0.3중량%, Si 0.4 내지 0.7 중량%, Mn 0.35 내지 0.80중량%, P 0.03중량% 이하, S 0.03중량% 이하, Ni 0.01 내지 0.5 중량%, Cr 1.0 내지 1.5중량%, Mo 0.7 내지 1.3중량%, Cu 0.01 중량% 내지 0.3중량%, V 0.2 내지 0.3중량% 나머지 Fe로 구성된다.
상기 초기 소재는 잉곳 형태이므로, 링 압연 장치를 이용하여 가공하기 위해서는 소재의 처리를 위하여 먼저 잉곳 상태에서 1200℃ 내지 1250℃로 가열한 후 원형 막대 모양의 빌렛으로 성형한 후, 일정한 크기로 다수개 절단하고, 이를 업셋팅하여 사전에 설정된 직경으로 제조한 후 중심부에 피어싱을 통하여 홀을 형성한후 링 압연 장치에 안착한 후 성형을 진행한다.
한편 성형비는 잉곳에서 빌렛으로 성형 시 빌렛의 길이가 잉곳 길이에 대하여 3.5배 내지 4.5배 길어지게 설정하고, 이후에는 상기 빌렛을 일정한 길이로 절단한 후, 전단된 빌렛 100에 대하여 업셋팅의 길이는 100/3.6 내지 100/3.2가 되도록 성형한다.
마지막으로 링 압연에서는 외경과 내경 사이의 단면 길이를 링 압연 전 100에 대하여 링 압연 완료 시에 외경과 내경 사이의 단면 길이를 105 내지 120으로 성형하고, 두께는 링 압연 전 100에 대하여 링 압연 후 두께를 100/1.3 내지 100/1.1로 두께가 줄어들게 설정하여 성형한다. 즉, 두께는 줄어들게 성형한다.
상기와 같은 성형비는 전체 공정 속도를 증가시키면서 결정 특성을 우수하게 하는 장점이 있으나, 필요한 경우 성형비를 달리 구현할 수 있다.
상기 링 압연 장치에 의하여 제조된 베이스(10)는 이후의 기계적인 가공을 위한 여유를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
제1차 열처리 단계(S2)
상기 제1차 열처리 단계(S2)는 상기 단조 단계(S1)를 통하여 제조된 베이스(10)의 기계적인 가공을 위하여 열처리를 수행하는 단계이다.
여기서 제1차 열처리는 노말라이징으로, 가공 완료된 베이스(10)는 로온도 550℃ 이하에서 장입하여 200℃/hr이내로 승온한 후 970℃ 내지 1000℃로 5시간 내지 6시간 가열한 후, 공냉으로 냉각하는 절차를 포함하여 구성된다.
이때 상기 가열온도가 960℃미만인 경우에는 노말라이징 효과가 나타나지 않을 수 있으며, 또한 1000℃를 초과하는 경우에는 다른 변태가 발생할 우려가 있어 부적절하며, 가열 시간 역시 5시간 내지 6시간 이외의 경우에도 노말라이징 효과가 나타나지 않을 수 있다.
제2차 열처리 단계(S3)
상기 제2차 열처리 공정(S3)은 제1차 열처리에 의하여 제조된 베이스(10)의 기계적 특성을 향상기키기 위한 열처리 공정으로 담금질 공정과 풀림 공정으로 진행된다.
여기서 담금질 공정에서는 이전 단계를 통하여 제조된 베이스(10)를 550℃ 이하의 로온도에서 장입한 후, 200℃/hr로 승온한 후, 940℃ 내지 960℃로 45시간 내지 55시간 가열한 후, 물로 급냉한다.
상기 온도 범위와 상기 시간은 강재의 담금질에 적절하다.
그리고 풀림 공정 역시 550℃ 이하의 로온도에서 장입한 후, 200℃/hr로 승온한 후, 620℃ 내지 660℃의 온도로 8시간 내지 10시간 가열한 후 공냉하여 풀림 공정을 실시하며, 상기 풀림 공정을 통하여 담금질에 의하여 생성되는 내부 응력 등이 제거된다.
상기 제2 열처리 단계(S3)에 의하여 베이스(10)의 내부 조직은 단조 단계(S1)에 의한 재료 결정의 특이성과 더불어 내부 응력 등이 제거되고 적절한 표면 경도와 전체 강도를 가지는 장점이 있다.
제1차 가공 단계(S4)
상기 제1차 가공 단계(S3)는 상기 제2차 열처리 공정(S3)을 통하여 처리된 베이스(10)는 모든 열처리가 완료된 상태이므로 검사 및 추가 공정을 위하여 베이스(10)의 표면을 가공하는 단계이다.
상기 가공은 통상적인 절삭 가공으로 수행하며, 상기 베이스(10)표면의 불균일성 등의 제거를 위하여 2mm 내외의 두께 정도를 절삭 장치 등을 이용하여 제거하는 것이 바람직하다.
제1차 검사 단계(S5)
상기 제1차 검사 단계(S5)는 제조된 베이스(10)의 내부 상태를 검사를 통하여 확인하는 단계이다. 여기서 상기 제1차 가공 단계(S4)에 의하여 상기 베이스(10)는 기계적 가공에 의하여 적절한 표면 상태를 가지고 있어, 초음파 검사 등과 같은 비파괴 검사를 수행할 수 있다.
상기 제1 검사 단계(S5)에서는 베이스(10)의 내부 균열 등을 검사하여 적합성 여부를 판단한다.
또한, 상기 제1 검사 단계(S5)는 제작된 모든 베이스(10)에 대하여 수행하며, 상기 비파괴 검사를 통하여 내부 결함이 발견된 경우에는 폐기처리 한다.
냉각핀 형성 단계(S6)
상기 냉각핀 형성 단계(S6)는 상기 검사 단계(S4)를 통하여 제조된 베이스(10)의 일면에 복수의 냉각핀(20)들을 형성하여 기계적 가공을 위한 여유치를 포함하는 가공전 디스크(100)를 제조하는 단계이다.
상기 냉각핀(20)은 상기 베이스(10)의 일면에 금속3D프린팅 방식으로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 금속3D프린팅 방식을 다수의 방법들이 제안되어 있으나, 특히 WAAM(Wire Arc Additive Manufacturing) 방식으로 구현되는 것이 바람직하다.
상기 WAAM 방식은 와이어 형태의 재료를 아크 열원을 이용해 용접하고 적층가공(AM, Additive Manufacturing)하는 것으로, 원하는 형상으로 한 층씩 용접을 적층하여 정밀 정형 형상을 만들 수 있는 특징이 있다.
또한 WAAM 방식으로 층의 적층하는 경우 용접 등에 의하여 발생할 수 있는 내부 응력 등을 제거를 위하여 하나의 층을 형성한 후, 추가적으로 초음파 피닝을 수행할 수 있다.
즉, 적층과 초음파 피닝을 번갈아 수행하는 경우 WAAM에 의형 형성되는 내부 응력을 제거하여 균일한 품질의 냉각핀(20)을 형성할 수 있는 장점이 있다.
한편, 와이어의 재질을 상기 베이스(10)와 결합력이 우수한 것으로 선택하는 경우 복잡한 형상의 냉각핀(20)도 용이하게 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한 상기 냉각핀(20)은 디스크(100)의 방열 특성과 휠과 접촉을 위한 구성으로 휠과 접촉하는 부위를 제외하고는 높은 표면 정밀도를 요구하지 않고, 가압력과 브레이킹 동작 시 측면 방향의 전단력만 인가되므로, 상기와 같이 금속3D프린팅 방식으로 형성하더라도 충분한 강도가 구현되는 특성이 있다.
제2차 검사 단계(S7)
상기 제2차 검사 단계(S7)는 냉각핀(20)이 형성된 디스크(100)의 품질을 검사하는 단계로, 비파괴 방식을 검사를 수행한다.
특히 상기 제2차 검사 단계(S7)는 상기 냉각핀 형성 단계(S6)를 통하여 형성된 냉각핀(20) 자체의 품질과 냉각핀(20)과 베이스(10)의 경계부분을 집중하여 검사한다.
필요한 경우 냉각핀(20)의 초음파 검사를 위하여 냉각핀(20)의 외면을 추가로 가공할 수 있다.
또한 상기 제2 검사 단계(S7) 역시 제작된 모든 디스크(100)에 대하여 수행하며, 상기 비파괴 검사를 통하여 내부 결함이 발견된 경우에는 폐기처리 한다.
제2차 가공 단계(S8)
상기 제2차 가공 단계(S8)는 이전 단계를 통하여 제작된 가공전 디스크(100)에 마지막으로 기계적인 가공을 수행하는 단계이다.
먼저 상기 가공전 디스크(100)에 복수의 결합홀(21)을 형성한 후, 가공전 디스크(100) 중 냉각핀(20)이 형성된 반대면을 정밀 가공하고, 냉각핀(20)의 외면 역시 정밀 가공을 수행하다.
상기 결합홀(21)은 상기 냉각핀(20)와 베이스(10)를 관통하여 형성하고, 필요한 경우, 상기 결합홀(21)의 양끝단에는 볼트 머리 등이 안착될 수 있도록 상대적으로 큰 직경의 내부 단을 형성할 수 있다.
상기 정밀 가공은 사전에 설정된 정밀도로 절삭 가공을 이용하여 수행되는 것이 바람직하다.
상기 단계를 통하여 제조된 디스크(100)는 단조를 기본으로 제작된 베이스(10)에 금속3D프린팅에 의하여 복잡한 형상의 냉각핀(20)을 형성할 수 있으므로, 단조에 의한 우수한 특성과 더불어 상기 냉각핀(20)에 의한 높은 방열특성을 동시에 가질 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
10: 베이스 11: 중앙홀
20: 냉각핀 21: 결합홀
100: 브레이크 디스크
S1: 단조 단계 S2: 제1차 열처리 단계
S3: 제2차 열처리 단계 S4: 제1차 가공 단계
S5: 제1차 검사 단계 S6: 냉각핀 형성 단계
S7: 제2차 검사 단계 S8: 제2차 가공 단계
20: 냉각핀 21: 결합홀
100: 브레이크 디스크
S1: 단조 단계 S2: 제1차 열처리 단계
S3: 제2차 열처리 단계 S4: 제1차 가공 단계
S5: 제1차 검사 단계 S6: 냉각핀 형성 단계
S7: 제2차 검사 단계 S8: 제2차 가공 단계
Claims (9)
- 철도 차량의 휠양측에 장착되는 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법에 있어서,
강소재를 원판 형태에 중앙에 중앙홀이 형성된 형태의 베이스를 링 압연 장치를 이용하여 링 압연 방식으로 성형하는 단조 단계;
상기 단조 단계를 통하여 제조된 베이스를 노말라이징 열처리하는 제1차 열처리 단계;
상기 제1차 열처리 단계로 처리된 베이스를 담금질 공정과 풀림 공정을 통하여 열처리를 수행하는 제2차 열처리 단계;
상기 제2차 열처리 단계를 통하여 처리된 베이스의 외면에 기계적인 가공을 수행하는 제1차 가공 단계;
상기 제1차 가공 단계를 통하여 제작된 베이스의 내부 상태를 비파괴 검사하는 제1차 검사 단계;
상기 제1차 검사 단계를 통하여 검사결과 양호한 베이스의 일면에 복수의 냉각핀을 금속3D프린팅 방식에 의하여 형성하여 디스크를 제조하는 냉각핀 형성 단계;
상기 냉각핀 형성 단계를 통하여 제조된 디스크의 내부 상태를 비파괴 검사하는 제2차 검사 단계; 및
상기 제2차 검사 단계를 통하여 검사결과 양호한 디스크를 대상으로 기계적 가공하여 최종적인 제품으로 제작하는 제2차 가공 단계를 포함하되,
상기 냉각핀 형성 단계에서 금속3D프린팅은 WAAM 방식이며,
상기 WAAM 방식에서는 하나의 층을 적층한 후, 적층된 표면에 초음파 피닝을 수행하는 형태로 다수의 층을 적층하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 단조 단계에서 강소재는 C 0.2 내지 0.3중량%, Si 0.4 내지 0.7 중량%, Mn 0.35 내지 0.80중량%, P 0.03중량% 이하, S 0.03중량% 이하, Ni 0.01 내지 0.5 중량%, Cr 1.0 내지 1.5중량%, Mo 0.7 내지 1.3중량%, Cu 0.01 중량% 내지 0.3중량%, V 0.2 내지 0.3중량% 나머지 Fe를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1차 열처리 단계는 상기 베이스를 로온도 550℃ 이하에서 장입하여 200℃/hr이내로 승온한 후 970℃ 내지 1000℃로 5시간 내지 6시간 가열한 후, 공냉으로 냉각하는 절차를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 제2차 열처리 단계에서 상기 담금질 공정은 베이스를 550℃ 이하의 로온도에서 장입한 후, 200℃/hr로 승온한 후, 940℃ 내지 960℃로 45시간 내지 55시간 가열한 후, 물로 급냉하고, 상기 풀림 공정은 550℃ 이하의 로온도에서 장입한 후, 200℃/hr로 승온한 후, 620℃ 내지 660℃의 온도로 8시간 내지 10시간 가열한 후 공냉하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제2차 가공 단계는 이전 단계를 통하여 제조된 디스크의 냉각핀에 결합홀을 형성하고, 디스크의 양면을 사전에 설정된 정밀도로 절삭 가공하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법.
- 청구항 2에 있어서, 상기 단조 단계는 링 압연 방식 적용전에 잉곳 형태의 소재를 1200℃ 내지 1250℃로 가열한 후 원형 막대 모양의 빌렛으로 성형한 후, 일정한 크기로 다수개 절단하고, 이를 업셋팅하여 사전에 설정된 직경으로 제조한 후 중심부에 피어싱을 통하여 홀을 형성한 후, 링 압연을 통하여 추가적으로 성형하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법.
- 청구항 8에 있어서, 상기 링 압연은 상기 베이스의 외경과 중앙홀 사이의 단면 길이를 링 압연 전 100에 대하여 링 압연 완료 시에 외경과 중앙홀 사이의 단면 길이를 105 내지 120으로 성형하고, 두께는 링 압연 전 100에 대하여 링 압연 후 두께를 100/1.3 내지 100/1.1로 성형하는 것을 특징으로 하는 철도 차량용 휠장착형 브레이크 디스크 제조 방법.
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| Title |
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| Sudhanshu Ranjan Singh 외 1인. Wire arc additive manufacturing(WAAM). Materials Today (Proceedings) : ELSEVIER. 2021년, 44, 페이지 118 내지 128* |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023167386A1 (ko) | 2023-09-07 |
| KR20230131406A (ko) | 2023-09-13 |
| KR102615146B9 (ko) | 2024-07-18 |
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