KR102663089B1 - 용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법 - Google Patents

용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명은 알루미늄 단조휠의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 금형 교체를 용이하게 하는 것에 의해서, 더 바람직하게는 금형 교체시에 금형을 가열하는 공정을 선행하여 실시하는 것에 의하여, 소재의 균질화 및 유동 능력을 최적화하고, 휠 내부의 뜯김 현상을 방지하고, 알루미늄 단조휠의 내부 조직을 치밀하게 할 수 있는, 용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법에 관한 것으로, 알루미늄 단조휠을 제조하기 위하여 알루미늄 Billet을 준비하는, Billet 준비 단계(S1); 상기 Billet 준비 단계(S1)에서 준비된 Billet을 제1 상부금형(100)과 하부금형(300)으로 열간 단조하여 1차 성형품을 제조하는 성형 1 단계(S2); 상기 성형 1 단계(S2)에서 제조된 1차 성형품을 제2 상부금형(200)과 하부금형(300)으로 열간 단조하여 2차 성형품인 알루미늄 단조휠을 제조하는 성형 2 단계(S4); 상기 성형 2 단계(S4)에서 제조된 알루미늄 단조휠을 예열하고, Flow Forming 가공하는 가공 단계(S5)로 이루어지며, 상기 성형 1 단계(S2)와 성형 2 단계(S4) 사이에서, 상기 제1 상부금형(100)을 상기 제2 상부금형(200)으로 교체하는 상부금형 교체 단계(S3)를 포함하며, 상기 상부금형 교체 단계(S3)는, 금형 지지 가이드(440)에 전, 후 이동 가능하게 지지되는 제1 상부금형(100)과 제2 상부금형(200)을 전, 후 이동시키는 것에 의하여, 하부금형(300)의 상측에서 고정 지지되는 제1 상부금형(100)을 제2 상부금형(200)으로 교체하는 것을 특징으로 하는, 용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법{Manufacturing method of a aluminum forging wheel}
본 발명은 알루미늄 단조휠의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 금형 교체를 용이하게 하는 것에 의해서, 더 바람직하게는 금형 교체시에 금형을 가열하는 공정을 선행하여 실시하는 것에 의하여, 소재의 균질화 및 유동 능력을 최적화하고, 휠 내부의 뜯김 현상을 방지하고, 알루미늄 단조휠의 내부 조직을 치밀하게 할 수 있는, 용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법에 관한 것이다.
알루미늄 단조휠을 제조하는 방법에 관한 종래기술을 살펴보면, 등록특허공보 10-0748757호(2007. 08. 06. 등록)에는, 반응고 단조 공법으로 제조된 알루미늄 휠의 열처리 방법에 관한 것으로서, 반응고 단조 후 실시되는 열처리의 공정조건을 최적화하여 개선하되, 개선된 열처리 공정으로서, 510℃ ~ 520℃에서 4.5 ~ 6시간 유지하는 용체화 처리를 실시한 뒤, 통상적인 방법으로 퀀칭(quenching)을 실시하고, 이어 150℃ ~ 160℃에서 5.5시간 시효 처리한 후, 공냉시키는 과정을 진행하도록 함으로써, 항복강도, 인장강도 및 연신율 등 더욱 향상된 기계적 물성을 가지는 반응고 단조 알루미늄 휠을 제조할 수 있게 되는 열처리 방법에 관한 기술이 개시되어 있다.
또한, 등록특허공보 10-1303854호(2013. 08. 29. 등록)에는, 열간 단조 및 콜드 방식의 플로우 포밍 공정을 이용하여, 공정 단순화 및 원가 절감을 도모할 수 있도록 한 열간 단조를 이용한 알루미늄휠 제조 방법에 관한 것으로, 알루미늄 소재를 대략적인 알루미늄 휠 형상으로 만드는 열간 단조 단계후, 별도의 2차 예열없이 바로 알루미늄 휠의 림부를 성형하는 콜드 방식의 플로우 포밍 단계로 진행함으로써, 공정 단순화 및 원가 절감을 도모할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 열간 단조를 이용한 알루미늄 휠 제조 방법에 관한 기술이 개시되어 있다.
또한, 등록특허공보 10-1444934호(2014. 09. 19. 등록)에는, 열간 단조 및 콜드 방식의 플로우 포밍 공정을 진행할 수 있도록 구비되어, 공정 단순화 및 원가 절감을 도모할 수 있도록 한 열간 단조된 상용차용 알루미늄 휠 제조 장치에 관한 것으로, 알루미늄 소재를 대략적인 알루미늄 휠 형상으로 만드는 열간 단조 단계 후, 별도의 2차 예열없이 바로 알루미늄 휠의 림부를 성형하는 콜드 방식의 플로우 포밍 단계로 진행할 수 있도록 제조 설비를 새롭게 개선함으로써, 공정 단순화 및 원가 절감을 도모할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 열간 단조된 상용차용 알루미늄 휠 제조 장치에 관한 기술이 개시되어 있다.
또한, 공개특허공보 10-2021-0044545호(2021. 04. 23. 공개)에는, 상용차용 휠을 제조하는 플로우 포밍을 적용한 고강도 반응고 단조 경량휠의 제조 방법에 관한 것으로, 소재를 가열하는 단계; 가열된 소재를 반응고 단조금형에 투입하고, 투입된 소재를 반응고 단조하여 프리폼을 가공하는 단계; 및 프리폼을 플로우 포밍하여 경량 휠을 제조하는 단계;를 포함하도록 하여, 휠의 림 폭을 낮게 생산하고 예비 가공을 함으로써 생산 주기를 줄이고 림부의 기계적 강도를 향상시킴과 동시에 기존 금형에서 제품 취출을 위한 최소 빼기 각도 부여로 인해 불필요하게 투입하였던 재료의 소모를 감소시킬 수 있는 단조 경량휠의 제조 방법에 관한 기술이 개시되어 있다.
또한, 등록특허공보 10-1511544호(2015. 04. 07. 등록)에는, 알루미늄 합금의 잉곳(ingot)을 용해한 후 탈가스 처리 및 플럭스 처리를 실시하여 청정한 용탕을 만드는 제1단계; 상기 용탕을 예열된 연속주조 몰드(mold)에 삽입하여 원형 빌렛을 제조하는 제2단계; 상기 제조된 원형 빌렛을 예열 후, 직접 압출기를 이용하여 프리폼(preform)을 제조하는 제3단계; 상기 제조된 프리폼을 일정한 길이로 절단 후, 양측면 가공 및 모서리 R가공하는 제4단계; 상기 가공된 프리폼을 예열 후, 미리 예열된 금형에 안착하는 제5단계; 상기 금형에 안착된 프리폼을 단조기 등을 통해 열간단조하여 단조품을 제조하는 제6단계; 상기 제조된 단조품을 트리밍(trimming) 후 세척하는 제7단계; 및 상기 세척된 단조품을 열처리하여 단조품을 완성하는 제8단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금을 이용한 단조품의 제조방법에 관한 기술이 개시되어 있다.
: 등록특허공보 10-0748757호(2007. 08. 06. 등록) : 등록특허공보 10-1303854호(2013. 08. 29. 등록) : 등록특허공보 10-1444934호(2014. 09. 19. 등록) : 공개특허공보 10-2021-0044545호(2021. 04. 23. 공개) : 등록특허공보 10-1511544호(2015. 04. 07. 등록)
본 발명은 알루미늄 단조휠의 제조시에 소재(Billet)를 일정 온도로 예열하는 것에 의하여, 알루미늄 단조휠을 균질화하고 유동 능력을 최적화하여, 알루미늄 단조휠을 제조하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 단조 작업시에 금형을 일정 온도로 예열하는 것에 의하여, 소재(Billet)가 금형에 소착되는 등의 문제를 해결하여, 성형성을 높이고자 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 2회 열간 단조를 하는 것에 의하여, 알루미늄 단조휠 내부의 합금 조직이 치밀하게 생성될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 2회 열간 단조를 하는 경우에, 상부금형만을 간단하게 교체하는 것에 의하여, 신속하게 알루미늄 단조휠을 제조할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하고자 하는 것으로, 아래와 같은 구성으로 이루어진다.
본 발명은, [1] 알루미늄 단조휠을 제조하기 위하여 알루미늄 Billet을 준비하는, Billet 준비 단계(S1); 상기 Billet 준비 단계(S1)에서 준비된 Billet을 제1 상부금형(100)과 하부금형(300)으로 열간 단조하여 1차 성형품을 제조하는 성형 1 단계(S2); 상기 성형 1 단계(S2)에서 제조된 1차 성형품을 제2 상부금형(200)과 하부금형(300)으로 열간 단조하여 2차 성형품인 알루미늄 단조휠을 제조하는 성형 2 단계(S4); 상기 성형 2 단계(S4)에서 제조된 알루미늄 단조휠을 예열하고, Flow Forming 가공하는 가공 단계(S5)로 이루어지며, 상기 성형 1 단계(S2)와 성형 2 단계(S4) 사이에서, 상기 제1 상부금형(100)을 상기 제2 상부금형(200)으로 교체하는 상부금형 교체 단계(S3)를 포함하며, 상기 상부금형 교체 단계(S3)는, 상부금형 고정 지지부(440)에 전, 후 이동 가능하게 지지되는 제1 상부금형(100)과 제2 상부금형(200)을 전, 후 이동시키는 것에 의하여, 하부금형(300)의 상측에서 고정 지지되는 제1 상부금형(100)을 제2 상부금형(200)으로 교체하는 것을 특징으로 하는, 용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은, [2] 상기 [1]에 있어서, 상기 상부금형 고정 지지부(440)에는, 하측에서 지지레일(445)이 전, 후 이동 가능하게 조립되며, 상기 지지레일(445)에는, 제1 금형 지지 가이드(410)와 제2 금형 지지 가이드(420)가 고정 지지되며, 상기 제1 상부금형(100)은, 상기 제1 금형 지지 가이드(410)에 고정 설치되며, 상기 제2 상부금형(200)은, 상기 제2 금형 지지 가이드(420)에 고정 설치되고, 상기 하부금형(300)은, 하부금형 지지 가이드(430)에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는, 용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은, [3] 상기 [1] 또는 [2]에 있어서, 상기 제1 상부금형(100), 제2 상부금형(200) 및 하부금형(300)에는, 예열을 위한 예열수단(500)이 각각 설치되는 것을 특징으로 하는, 용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은, [4] 상기 [3]에 있어서, 상기 예열수단(500)은, 제1 상부금형(100), 제2 상부금형(200) 및 하부금형(300)의 외측면에서 내측면으로 삽입되는 예열히터(510)로 이루어지며, 상기 예열히터(510)의 일측 단부는, 제1 상부금형(100), 제2 상부금형(200)및 하부금형(300)의 외측면에 나란히 배치되며, 상기 예열히터(510)의 타측 단부는, 제1 상부금형(100), 제2 상부금형(200)및 하부금형(300)의 내측면으로부터 이격 거리를 가지며 배치되는 것을 특징으로 하는, 용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은, [5] 상기 [3]에 있어서, 상기 예열수단(500)은, 상기 제1 상부금형(100), 제2 상부금형(200) 및 하부금형(300)의 외측에서 상기 제1 상부금형(100), 제2 상부금형(200) 및 하부금형(300)을 지지하는 제1 금형 지지 가이드(410), 제2 금형 지지 가이드(420) 및 하부금형 지지 가이드(430)의 외주면을 가열하는 토치노즐(520)이 설치되며, 상기 토치노즐(520)에는, 가스 공급을 위한 가스 공급라인(530)이 연결되는 것을 특징으로 하는, 용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은, [6] 상기 [1]에 있어서, 상기 Billet 준비 단계(S1)는, 알루미늄 Billet이 입고된 상태에서(S1-1), Billet을 제조하고자 하는 알루미늄휠의 체적에 대응되도록 절단하고(S1-2), Billet을 예열하기 위하여 예열로에 투입하는 단계(S1-3)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은, [7] 상기 [1]에 있어서, 상기 성형 1 단계(S2)는, 알루미늄 단조휠을 제조하기 위하여 준비된 Billet을 예열로에서 예열하고(S2-1), 알루미늄 단조휠을 제조하기 위한 금형을 예열하고(S2-2), 단조기로 4,000톤 이상 6,000톤 이하의 압력으로 열간 단조하여 1차 성형품을 제조(S2-3)하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 단조휠의 제조 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은, [8] 상기 [1]에 있어서, 상기 성형 2 단계(S4)는, 상기 알루미늄 단조휠을 제조하기 위한 제2 상부금형(200)을 예열하고(S3-2), 단조기로 6,000톤 이상 10,000톤 이하의 압력으로 열간 단조하여 2차 성형품을 제조(S4-2)하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 단조휠의 제조 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은, [9] 상기 [7]에 있어서, 상기 Billet을 예열 온도는, 400-510℃ 내에서 이루어지며, 상기 알루미늄 단조휠을 제조하기 위한 1차 금형(100, 300)의 예열 온도는 300-430℃ 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 단조휠의 제조 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은, [10] 상기 [1]에 있어서, 상기 성형 2 단계(S4) 후에, 상기 성형 2 단계(S4)에서 제조된 알루미늄 단조휠을 트리밍 및 확관하고, Pre-NC 가공하는 가공 단계(S5)를 더 포함하고, 상기 가공 단계(S5) 후에, 후 처리 단계(S6)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 알루미늄 단조휠의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 알루미늄휠의 제조시에 소재를 일정 온도로 예열하는 것에 의하여, 알루미늄휠을 균질화하고 유동 능력을 최적화하여 알루미늄휠을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 단조 작업시에 금형을 일정 온도로 예열하는 것에 의하여, 소재가 금형에 소착되는 등의 문제를 해결하여 성형성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명은 2회 열간 단조를 하는 것에 의하여, 알루미늄휠 내부의 함금 조직이 치밀하게 생성될 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 Flow Forming 단계에서, 림 부위에 강제 Rolling 공법을 적용하여 조직 입자를 미세화, 치밀화하여 높은 강성, 강도 및 내충격성을 제공하는 알루미늄 단조휠을 제조할 수 있다.
도 1은 Billet을 알루미늄휠의 체적보다 작게 절단하여 단조한 경우의 사진
도 2는 Billet의 예열 온도 범위를 벗어나게 예열하여 단조한 경우의 사진
도 3은 금형의 예열 온도 범위를 벗어나게 예열하여 단조한 경우의 사진
도 4는 1차 성형시 단조 압력을 기준 이하로 하여 단조한 경우의 사진
도 5는 2차 성형시 단조 압력을 기준 이하로 하여 단조한 경우의 사진
도 6은 Pre-NC 가공 전의 알루미늄휠의 사진
도 7은 Pre-NC 가공 후의 알루미늄휠의 사진
도 8은 S5단계의 예열 온도를 벗어난 온도로 예열하고 Flow Forming 가공한 경우의 사진
도 9는 S5단계의 예열 온도 범위로 예열하고 Flow Forming 가공한 경우의 사진
도 10은 Flow Forming 가공의 실시예 사진
도 11은 본 발명의 제조 방법의 흐름도
도 12는 본 발명의 상부금형과 하부금형의 개념도
도 13은 본 발명의 상부금형을 교체 방법을 나타내는 개념도
도 14는 본 발명의 금형의 예열수단으로 예열히터를 사용하는 경우의 개념도
도 15는 본 발명의 금형의 예열수단으로 토치노즐을 사용하는 경우의 개념도
본 발명은, 본 발명의 출원인이 선 출원한 상기 특허출원 10-2022-0008963호(2022.01.21.출원)의 알루미늄 단조휠의 제조 방법의 일부 기술적 사상을 이용한 것이므로, 본 발명을 이해하는데 있어서는 상기 선 출원 발명을 참조할 수 있다.
본 발명은, 알루미늄 단조휠을 제조하기 위하여 알루미늄 Billet을 준비하는, Billet 준비 단계(S1); 상기 Billet 준비 단계(S1)에서 준비된 Billet을 제1 상부금형(100)과 하부금형(300)으로 열간 단조하여 1차 성형품을 제조하는 성형 1 단계(S2); 상기 성형 1 단계(S2)에서 제조된 1차 성형품을 제2 상부금형(200)과 하부금형(300)으로 열간 단조하여 2차 성형품인 알루미늄 단조휠을 제조하는 성형 2 단계(S4); 상기 성형 2 단계(S4)에서 제조된 알루미늄 단조휠을 예열하고, Flow Forming 가공하는 가공 단계(S5)로 이루어지며, 상기 성형 1 단계(S2)와 성형 2 단계(S4) 사이에서, 상기 제1 상부금형(100)을 상기 제2 상부금형(200)으로 교체하는 상부금형 교체 단계(S3)를 포함하며, 상기 상부금형 교체 단계(S3)는, 금형 지지 가이드(440)에 전, 후 이동 가능하게 지지되는 제1 상부금형(100)과 제2 상부금형(200)을 전, 후 이동시키는 것에 의하여, 하부금형(300)의 상측에서 고정 지지되는 제1 상부금형(100)을 제2 상부금형(200)으로 교체하는 것을 특징으로 하는 것으로, 아래에서는 상기 각각의 구성들에 대해서 도면을 살펴보면서 구체적으로 설명한다.
[Billet 준비 단계(S1)]
본 발명의 Billet 준비 단계(S1)는, 도 11의 S1-1 내지 S1-3을 나타내는 것으로, 입고된 Billet(S1-1))을 제조하고자 하는 알루미늄 단조휠의 크기에 맞게 절단하고(S1-2), 예열하기 위하여 예열로에 투입하는 단계(S1-3)이다.
이때, 상기 Billet의 절단(S1-2)은, 제조하고자 하는 알루미늄 단조휠의 체적을 계산한 후에 그 체적에 대응되도록 절단하게 된다.
상기 Billet 절단(S1-2) 단계에서, Billet을 제조하고자 하는 알루미늄 단조휠의 체적보다 작게 절단하게 되면, 소재 부족에 따른 미성형이 발생하므로, 도 1에 나타나 있는 것과 같이, 림부의 단부가 모두 채워지지 않아, 알루미늄 단조휠의 형상이 완전하게 만들어지지 않는다.
다음으로, 상기와 같이 절단된 Billet은, 단조 가공을 위하여 예열로에 투입된다(S1-3).
[성형 1 단계(S2)]
본 발명의 성형 1 단계(S2)는, 도 11의 S2-1 내지 S2-3을 나타내는 것으로, 상기 Billet 준비 단계(S1)에서 준비된 Billet을 단조하는 것이다.
먼저, 상기 Billet 준비 단계(S1)에서 예열로에 투입된 Billet은 400-510℃가 유지되도록 예열한다(S2-1).
상기와 같이 Billet을 예열하는 것은, 소재를 균질화하고, 유동 응력을 최적화하기 위한 것이다. 이때 상기 Billet이 예열 온도범위(400-510℃)를 벗어나게 되면, 도 2에 나타내고 있는 것과 같이, 성형 작업시에 소재 유동성의 부족으로 제품이 제대로 성형되지 않게 된다.
다음으로, 단조하기 전에 먼저 1차 금형(100, 300)을 300-430℃가 되도록 예열한다(S2-2).
상기 성형 1 단계(S2)에서의 1차 금형은, 제1 상부금형(100)과 하부금형(300)을 의미한다.
1차 금형(100, 300)을 상기와 같은 온도 범위로 가열하는 것은, 상기 온도 범위를 초과하거나 미치지 못하게 되면, Billet이 400-510℃의 온도 범위에 있는 것으로, 도 3에 나타나 있는 것과 같이, Billet이 1차 금형(100, 300)에 소착되어 취출되지 않거나, 소재 흐름의 불균일로 성형이 완전하게 이루어지지 않기 때문이다.
상기 Billet의 예열(S2-1)과 1차 금형(100, 300)의 예열(S2-2)이 이루어진 후에, 1차 성형이 이루어지게 된다(S2-3).
1차 성형(S2-3)은, 4,000톤 이상 6,000톤 이하의 단조기로 열간 단조를 하는 것으로 이루어진다. 이와 같은 1차 성형(S2-3)의 목적은, 아래에서 설명하는 2차 성형(S4-2) 전에 Billet을 고르게 분포시키고자 하는 것이다. 이때, 압력을 4,000톤 이하로 하게 되면, 압력 부족으로 메탈 FLOW가 중단되어 미성형이 발생하며, 도 4에 나타나 있는 것과 같이, 알루미늄휠 합금 내부의 조직이 치밀하게 생성되지 않는다.
상기 제1 상부금형(100) 및 하부금형(300)은, 도 14 및 도 15에 나타내고 있는 것과 같이, 각각 예열을 위한 예열수단(500)을 구비한다.
또한 상기와 같은 예열수단(500)은, 아래에서 설명하는 제2 상부금형(200)에도 동일한 형태로 구비된다.
상기 예열수단(500)은 일 실시예로, 도 14에 나타내고 있는 것과 같이, 제1 상부금형(100){제2 상부금형(200)및 하부금형(300)에도 동일하게 적용됨}의 외측면에서 내측면으로 삽입되는 예열히터(510)를 가진다.
이때 상기 예열히터(510)의 일측 단부는, 도 14에 나타나 있는 것과 같이, 제1 상부금형(100){제2 상부금형(200)및 하부금형(300)에도 동일하게 적용됨}의 외측면에 나란히 배치된다.
또한, 예열히터(510)의 타측 단부는, 도 14에 나타나 있는 것과 같이, 상기 제1 상부금형(100){제2 상부금형(200)및 하부금형(300)에도 동일하게 적용됨}의 내측 표면으로부터 일정 거리 이상의 이격 거리를 가지며 배치된다. 이때 상기 이격 거리는 적어도 20mm 이상으로 한다.
또한, 상기와 같이 예열히터(510)가 제1 상부금형(100){제2 상부금형(200)및 하부금형(300)에도 동일하게 적용됨} 외측면에서 내측면쪽으로 삽입되도록 하기 위해서는, 제1 상부금형(100)의 외측면에서 내측면쪽으로 예열히터 삽입공(미도시)이 설치된다.
이때, 상기 예열히터 삽입공은, 상기와 같은 이격 거리를 갖는 것에 의하여, 단조시 금형에 가해지는 하중을 충분히 견디면서, 예열이 충분히 이루어질 수 있게 된다.
또한, 상기 예열히터 삽입공(미도시)는, 금형의 예열시에 금형 표면이 전체적으로 차이가 없이 예열될 수 있도록, 금형(제1 상부금형, 제2 상부금형, 하부금형)의 외측면(도 14에 나타나 있는 것과 같이 통상 평면으로 이루어짐)으로부터 수직을 이루도록 형성하며, 내측면으로부터 동일한 길이, 예를 들어 20mm 이상을 유지하도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로 상기 예열수단(500)의 다른 실시예로, 도 15에 나타내고 있는 것과 같이, 상기 예열수단(500)은, 상기 제1 상부금형(100){제2 상부금형(200) 및 하부금형(300)에도 동일하게 적용됨}의 외측에서 상기 제1 상부금형(100){제2 상부금형(200) 및 하부금형(300)에도 동일하게 적용됨}을 지지하는 제1 금형 지지 가이드(410){제2 금형 지지 가이드(420) 및 하부금형 지지 가이드(430)에도 동일하게 적용됨}의 외주면을 가열하는 토치노즐(520)이 설치된다.
상기와 같이 토치노즐(520)을 설치하게 되면, 토치노즐(520)의 선단은, 상기 제1 금형지지 가이드(410){제2 금형 지지 가이드(420) 및 하부금형 지지 가이드(430)에도 동일하게 적용됨}의 외측면에 맞닿아지게 된다.
또한, 상기 토치노즐(520)에는, 도 15에 나타내고 있는 것과 같이, 가스 공급을 위한 가스 공급라인(530)이 연결된다.
상기 토치노즐(520)은, 상기 제1 금형 지지 가이드(410){제2 금형 지지 가이드(420) 및 하부금형 지지 가이드(430)에도 동일하게 적용됨}의 외측면을 가열하는 것으로, 상기와 같은 가열을 통해서, 상기 제1 금형 지지 가이드(410){제2 금형 지지 가이드(420) 및 하부금형 지지 가이드(430)에도 동일하게 적용됨}에 의해 지지되는 제1 상부금형(100){제2 상부금형(200) 및 하부금형(300)에도 동일하게 적용됨}이 가열된다.
또한, 상기 도 14 및 도 15에 나타내고 있는 것과 같이, 본 발명의 제1 상부 금형(100){제2 상부금형(200) 및 하부금형(300)에도 동일하게 적용됨}의 일측에는 온도센서(S)를 설치하여, 금형의 온도를 제어할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 15에 나타내고 있는 것과 같이, 상기 제1 금형 지지 가이드(410){제2 금형 지지 가이드(420) 및 하부금형 지지 가이드(430)에도 동일하게 적용됨}의 외측으로는 토치노즐 체결 수단(540)을 설치하여, 가스 공급 라인(530)으로부터 공급되는 가스를 토치노즐(520)로 유도하는 경우에 토치노즐(520)이 견고하게 제1 금형 지지 가이드(410){제2 금형 지지 가이드(420) 및 하부금형 지지 가이드(430)에도 동일하게 적용됨}에 체결될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
[상부금형 교체 단계(S3)]
본 발명의 상부금형 교체 단계(S3)는, 도 11의 S3을 나타내는 것으로, 상기 성형 1 단계(S2)와 아래에서 설명하는 성형 2 단계(S4) 사이의 단계로, 성형 1 단계(S2) 후에 제1 상부금형(100)을 제2 상부금형(200)으로 교체하는 단계이다.
본 발명에서는 하부금형(300)은 교체하지 않고, 상부금형(100, 200)을 교체하여 단조하는 것에 의하여, 알루미늄 단조휠을 제조하는 것이므로, 금형의 교체는 상부금형(100, 200)만을 교체하는 것이다.
이때, 제1 상부금형(100)과 제2 상부금형(200)을 하부금형(300)에 대응되는 위치에 고정시키고자 하는 경우에는, 도 13에 나타나 있는 것과 같이, 상부금형 고정 지지부(440)에서 제1 상부금형(100)과 제2 상부금형(200)을 고정킨다.
상기 상부금형 고정 지지부(440)에는, 지지레일(445)이 전, 후로 이동 가능하게 조립된다. 또한, 상기 지지레일(445)에는, 제1 금형 지지 가이드(410)와 제2 금형 지지 가이드(420)가 고정 지지된다.
또한, 상기 제1 상부금형(100)은, 제1 금형 지지 가이드(410)에 고정 설치되며, 상기 제2 상부금형(200)은, 제2 금형 지지 가이드(420)에 고정 설치된다.
또한, 상기 제1 상부금형(100)과 제2 상부금형(200)의 이동은, 도 13에서 나타내고 있는 것과 같이, 제1 상부금형(100)과 제2 상부금형(200)이 고정 설치되는 제1 금형 지지 가이드(410) 및 제2 금형 지지 가이드(420)가 상기 지지레일(445)을 따라 전, 후 이동하는 것에 의하여 이루어진다.
또한 상기 상부금형 고정 지지부(440) 내에서의 상기 지지레일(445)의 이동은, 유압실린더(450)와 피스톤(460)에 의하여 제어할 수 있다.
즉, 사용자가 제어기(미도시)에 의해서 성형 1 단계(S2)를 마친 후에 성형 2단계(S4)를 실시하기 전에, 일정 간격으로 지지레일(445) 상에 배치된 제1 상부금형(100)과 제2 상부금형(200)을 일정 거리만큼 밀어주게 된다. 이렇게 하여, 제1 상부금형(100)이 하부금형(300)과 대응되는 위치로부터 벗어나게 되며, 이때 제2 상부금형(200)이 하부금형(300)과 대응되는 위치에서 상부금형 고정 지지부(440)에서 고정 지지되도록 하는 것이다.
이와 같이 제1 상부금형(100)이 이동되고, 제2 상부금형(200)이 하부금형(300)과 대응되는 위치에 고정 지지된 상태에서, 아래의 성형 2 단계(S4)가 이루어지게 된다.
[성형 2 단계(S4)]
본 발명의 성형 2 단계(S3)는, 도 11의 S4-1 내지 S4-2를 나타내는 것으로, 상기 성형 1 단계(S2)와 동일한 조건으로 이루어진다.
본 발명의 상기 성형 2 단계(S2)에서는, 성형 1 단계(S2)의 Billet 예열(S2-1)에 대응되는 공정을 가지지 않는다. 이는 본 발명의 특징적인 공정이라고 할 수 있는 상부금형 교체(S3) 단계에서, 신속하게 제1 상부금형(100)과 제2 상부금형(200)이 교체될 수 있기 때문이다. 즉, 제1 상부금형(100)과 제2 상부금형(200)을 신속하게 교체할 수 있으므로, 1차 가공된 Billet과 하부금형(300)이 예열된 상태를 유지하게 되므로, 별도로 가열할 필요가 없기 때문이다.
그렇지만, 성형 1 단계(S2)의 제1 상부금형(100)을 예열하는 단계(S2-2)에 대응되는 구성인, 제2 상부금형(200)을 예열하는 단계(S4-1)는, 상기 성형 1단계(S2)에서의 공정과 동일하게 진행된다. 즉, 2차 성형을 위한 제2 상부금형을 300-430℃가 되도록 예열한다(S4-1). 그리고, 6,000톤 이상 10,000톤 이하의 단조기로 열간 단조를 하는 것으로 이루어진다(S4-2).
이와 같은 2차 성형의 목적은 최종 알루미늄휠의 형상으로 단조하기 위한 것이다. 이때, 압력을 6,000톤 이하로 하게 되면, 압력 부족으로 알루미늄 합금 내주의 조직이 치밀하게 생성되지 않아, 도 5에 나타나 있는 것과 같이, 좁고 밀집된 부부분의 형상이 제대로 만들어지지 않으며, 스포크부가 미성형될 수 있다.
이때, 상기 2차 금형 예열 단계(S4-1)은, 상기 상부금형 교체 단계(S3) 이전부터 시작될 수 있으며, 1차 금형 예열 단계(S2-2)와 일정 간격을 두고 시작될 수도 있다.
[가공 단계(S5)]
본 발명의 가공 단계(S5)는, 도 11의 S5-1 내지 S5-3을 나타내는 것으로, 성형 2 단계(S4)에서 제조된 알루미늄휠을 가공하는 단계이다.
상기 가공 단계(S5)에서는, 먼저 상기 성형 2 단계(S4)에 의해 제조된 알루미늄 단조휠을 F/F(Flow Forming)시 제품의 안착성과 균일한 림 두께를 형성하기 위하여 Pre-NC 가공을 한다(S5-1).
상기와 같은 Pre-NC 가공을 하는 이유는, 상기 성형 1 단계(S2) 및 성형 2 단계(S3)에서는 열간 단조만을 하는 것으로, 상기와 같이 열간 단조만을 하여 완성된 알루미늄 단조휠은 표면이 거칠어 장착성이 좋지 못하며, 림의 두께가 동일하지 않게 만들어질 수 있기 때문에, 장착성의 향상과 림의 두께를 동일하게 하기 위하여 하는 것이다.
다음으로, Pre-NC 가공(S5-1)을 거친 알루미늄 단조휠을 예열(S5-2)한다. 이때 예열 조건은 성형 1 단계(S2) 및 성형 2 단계(S3) 때의 예열 온도보다 조금 낮은 360-380℃로 한다(S5-2).
도 8에 나타나 있는 것과 같이, 상기 온도범위를 벗어나서, 상기 온도의 하한 미만이 되면, 미성형이 발생될 수 있으며, 상기 온도범위를 초과하게 되면, 휠에 뒤틀림 현상이 발생된다.
도 9는 상기 온도범위에서 예열한 상태에서 F/F(Flow Forming) 가공을 한 상태의 알루미늄휠을 나타내는 사진이다.
상기 범위의 온도로 예열하는 것에 의하여, 다음 단계(S5-3)인 F/F(Flow Forming)시에 소재의 유동성이 최적으로 유지할 수 있기 때문이다.
상기와 같은 예열 단계(S5-2) 후에는, F/F(Flow Forming) 가공(S5-3)이 이루어진다. 상기 F/F(Flow Forming) 가공은 도 10에 나타나 있는 것과 같이, 림 부위에 강제 롤링 공법을 적용하여, 조직의 입자를 미세화, 치밀화하는 것으로, 더 높은 강성, 강도 및 내충격성을 갖게 된다.
[후 처리 단계(S6)]
본 발명은 상기와 같은 Billet 준비 단계(S1)로부터 가공 2 단계(S5)로 이루어지는 것에 의하여 알루미늄 단조휠을 제조하게 된다.
그리고, 상기와 같은 가공 단계(S5) 후에는, 후처리 단계(S6)로, 검사, 열처리, 가공 및 도장이 이루어질 수 있다.
이때, 상기 검사 단계(S6-1)는, 단조가 완료된 알루미늄휠의 표면에 존재할 수 있는 크랙 및 결함 등을 확인하기 위한 것으로, 통상의 형광 침투 검사(형광침투, Penentration test)로 이루어질 수 있다.
또한, 열처리 단계(S6-2)는, 상기 단계들에 의하여 제조된 알루미늄휠을 열처리하는 것이다. 이때 열처리는 고용화 열처리 후 인공시효를 진행하는 T6 방식으로 진행하는 것이 바람직하다.
또한, 가공 단계(S6-3)는 림부에 타이어가 장착될 부분 및 차량 허브에 장착되는 부분을 가공하게 된다.
끝으로, 도장 단계(S6-4)는, 다양한 통상의 도장 방법 중에서 선택하여 실시할 수 있다.
앞에서 설명한 것과 같이, 본 발명에 대한 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의하여 이루어졌지만, 상기 실시예는 바람직한 실시예를 설명한 것으로, 상기 실시예만으로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 보호범위는 아래 청구범위 및 균등 개념으로 이해되어야 한다
100 : 제1 상부금형
200 : 제2 상부금형
300 : 하부 금형
400 : 금형 지지 가이드
410 : 제1 금형 지지 가이드
420 : 제2 금형 지지 가이드
430 : 하부금형 지지 가이드
440 : 상부금형 고정 지지부
445 : 지지레일
450 : 유압실린더
460 : 피스톤
470 : 하부금형 고정 지지부
500 : 예열수단
510 : 예열히터
520 : 토치노즐
530 : 가스 공급 라인
540 : 토치노즐 체결 수단
S : 온도센서

Claims (10)

  1. 알루미늄 단조휠을 제조하기 위하여 알루미늄 Billet을 준비하는, Billet 준비 단계(S1);
    상기 Billet 준비 단계(S1)에서 준비된 Billet을 제1 상부금형(100)과 하부금형(300)으로 열간 단조하여 1차 성형품을 제조하는 성형 1 단계(S2);
    상기 성형 1 단계(S2)에서 제조된 1차 성형품을 제2 상부금형(200)과 하부금형(300)으로 열간 단조하여 2차 성형품인 알루미늄 단조휠을 제조하는 성형 2 단계(S4);
    상기 성형 2 단계(S4)에서 제조된 알루미늄 단조휠을 예열하고, Flow Forming 가공하는 가공 단계(S5)로 이루어지며,
    상기 성형 1 단계(S2)와 성형 2 단계(S4) 사이에서, 상기 제1 상부금형(100)을 상기 제2 상부금형(200)으로 교체하는 상부금형 교체 단계(S3)를 포함하며,
    상기 상부금형 교체 단계(S3)는, 상부금형 고정 지지부(440)에 전, 후 이동 가능하게 지지되는 제1 상부금형(100)과 제2 상부금형(200)을 전, 후 이동시키는 것에 의하여, 하부금형(300)의 상측에서 고정 지지되는 제1 상부금형(100)을 제2 상부금형(200)으로 교체하며,
    상기 상부금형 고정 지지부(440)에는, 하측에서 지지레일(445)이 전, 후 이동 가능하게 조립되며,
    상기 지지레일(445)에는, 제1 금형 지지 가이드(410)와 제2 금형 지지 가이드(420)가 고정 지지되며,
    상기 제1 상부금형(100)은, 상기 제1 금형 지지 가이드(410)에 고정 설치되며,
    상기 제2 상부금형(200)은, 상기 제2 금형 지지 가이드(420)에 고정 설치되고,
    상기 하부금형(300)은, 하부금형 지지 가이드(430)에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는,
    용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 상부금형(100), 제2 상부금형(200) 및 하부금형(300)에는, 예열을 위한 예열수단(500)이 각각 설치되는 것을 특징으로 하는,
    용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 예열수단(500)은,
    제1 상부금형(100), 제2 상부금형(200) 및 하부금형(300)의 외측면에서 내측면으로 삽입되는 예열히터(510)로 이루어지며,
    상기 예열히터(510)의 일측 단부는, 제1 상부금형(100), 제2 상부금형(200)및 하부금형(300)의 외측면에 나란히 배치되며,
    상기 예열히터(510)의 타측 단부는, 제1 상부금형(100), 제2 상부금형(200)및 하부금형(300)의 내측면으로부터 이격 거리를 가지며 배치되는 것을 특징으로 하는,
    용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 예열수단(500)은,
    상기 제1 상부금형(100), 제2 상부금형(200) 및 하부금형(300)의 외측에서 상기 제1 상부금형(100), 제2 상부금형(200) 및 하부금형(300)을 지지하는 제1 금형 지지 가이드(410), 제2 금형 지지 가이드(420) 및 하부금형 지지 가이드(430)의 외주면을 가열하는 토치노즐(520)이 설치되며,
    상기 토치노즐(520)에는, 가스 공급을 위한 가스 공급라인(530)이 연결되는 것을 특징으로 하는,
    용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 Billet 준비 단계(S1)는,
    알루미늄 Billet이 입고된 상태에서(S1-1),
    Billet을 제조하고자 하는 알루미늄휠의 체적에 대응되도록 절단하고(S1-2),
    Billet을 예열하기 위하여 예열로에 투입하는 단계(S1-3)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    용이한 금형 교체에 의한 알루미늄 단조휠의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 성형 1 단계(S2)는,
    알루미늄 단조휠을 제조하기 위하여 준비된 Billet을 예열로에서 예열하고(S2-1),
    알루미늄 단조휠을 제조하기 위한 금형을 예열하고(S2-2),
    단조기로 4,000톤 이상 6,000톤 이하의 압력으로 열간 단조하여 1차 성형품을 제조(S2-3)하는 것을 특징으로 하는,
    알루미늄 단조휠의 제조 방법
  8. 제1항에 있어서,
    상기 성형 2 단계(S4)는,
    상기 알루미늄 단조휠을 제조하기 위한 제2 상부금형(200)을 예열하고(S3-2),
    단조기로 6,000톤 이상 10,000톤 이하의 압력으로 열간 단조하여 2차 성형품을 제조(S4-2)하는 것을 특징으로 하는,
    알루미늄 단조휠의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 Billet을 예열 온도는, 400-510℃ 내에서 이루어지며,
    상기 알루미늄 단조휠을 제조하기 위한 1차 금형(100, 300)의 예열 온도는 300-430℃ 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    알루미늄 단조휠의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    성형 2 단계(S4) 후에,
    상기 성형 2 단계(S4)에서 제조된 알루미늄 단조휠을 트리밍 및 확관하고, Pre-NC 가공하는 가공 단계(S5)를 더 포함하고,
    상기 가공 단계(S5) 후에,
    후 처리 단계(S6)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    알루미늄 단조휠의 제조 방법.
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