KR20010078742A

KR20010078742A - 차량 휠 제조 방법

Info

Publication number: KR20010078742A
Application number: KR1020007014609A
Authority: KR
Inventors: 유투야쉐브패리드짜이눌래비치; 카이비쉐브오스카아카모비치; 트리포노브바딤게나디비치
Original assignee: 제이 엘. 차스킨, 버나드 스나이더, 아더엠. 킹; 제너럴 일렉트릭 캄파니; 추후기재; 인스티튜트 포어 메탈즈 수퍼플라스티시티 프로블럼스 오브 더 러시안 아카데미 오브 사이언시즈
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1999-06-24
Publication date: 2001-08-21
Also published as: WO1999067042A1; CZ20004861A3; JP2002518186A; CN1313798A; RU2153946C2; EP1089838A1

Abstract

차량 휠을 제조하려면 금속 성형방법이 사용된다. 본 발명은 중앙부 및 초기성형된 림을 포함하는 휠 블럭을 제조하는 단계와, 최종 휠과 유사한 휠 형태를 얻기 위하여 고온 롤링처리로 림을 드로잉하는 단계와, 최종 휠 처리를 포함한다. 롤링 단계는 입자형 미세구조를 포함하는 휠 블럭의 양측에서 실행된다. 롤링처리의 온도-스트레인 비율 조건은 휠 블럭의 입자 미세구조에 대응한다. 거친 입자의 미세구조에 대해, 림은 최종 휠 보다 두꺼운 두께를 갖는 숄더를 포함하며, 두께 편차는 상기 미세구조를 재결정 및/또는 다각형 미세구조로 변환시킨다. 미세 입자의 미세구조에 대해, 림은 숄더를 포함하며, 최종 휠의 두께와 유사한 두께를 갖는다.

Description

차량 휠 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING VEHICLE WHEELS}

공지된 휠 제조방법중 한가지는 다이캐스팅을 이용하는 것이다. 이러한 방법은 생산성이 높고 비용이 저렴하다. 휠이 하드 코팅이 구비된 도로와 같은 고품질의 도로에서 사용될 때, 이처럼 생산된 휠은 신뢰성이 양호한 동작을 제공한다. 그러나, 다이캐스트 구조를 갖는 합금의 기계적 특성은 코팅이 불량한 도로에 사용되는 스포츠카 및 중장비용 휠용으로는 부적절하다. 또한, 다이캐스트 구조를 갖는 합금은 변형된 구조를 갖는 합금에 비해 적은 특정 강도를 갖는다. 따라서, 다이캐스팅 방법으로 제조된 휠은 전형적으로 단조 방법으로 제조된 휠에 비해 무겁다.

공지된 휠 제조방법중 또 다른 한가지는 단조 처리를 들 수 있다. 이와 같은 단조 방법에 따르면, 휠은 몇가지 단계를 거쳐 생산된다. 제 1단계는 단조에의해 휠 블럭을 제조하는 것이다. 상기 휠 블럭의 중앙부는 허브와, 웨브와, 컬러가 구비된 림의 일부를 포함한다. 휠의 다른 부분은 원통형 숄더가 구비된 초기에 성형된 림을 포함한다. 숄더의 체적은 일반적으로 최종완성된 휠의 림 보다 크거나 동일하다. 차후의 단조 단계에서, 림은 맨드렐상에 롤링된다. 단조 처리를 사용하는 마지막 단계는 림 보정 단계를 포함한다.

그러나, 단조 처리를 사용하는 이러한 제조 방법은 초기의 휠 블럭이 특수한 디자인(형태)를 가져야 하기 때문에 용도가 제한되어 있다. 또한, 고온 롤링처리를 위한 조건은 최초 휠 블럭의 구조적 특성 및 기계적 특성을 고려해도 최적화되지 않는다. 이러한 단점은 처리량에 제한을 가하게 되어, 상당한 양의 금속 스크랩을 초래하게 된다. 예를 들어, 맨드렐 직경과 동일한 직경을 갖는 휠 원통부가 고온 롤링처리될 때, 롤링되지 않은 림 부분은 일정하게 변위된다. 또한, 맨드렐과 접촉하고 있는 표면은 마찰력을 받게 되어, 상기 고온 롤링처리는 부가적인 설비 용량과 요구사항 등을 필요로 하게 된다. 상기 설비는, 고온 롤링처리의 속도를 감소시키고 스톡(stock)이 부가되어 휠의 롤링부나 중간부에 목부(두께가 얇은 지역)가 생성되는 것을 피할 필요가 있다. 또한, 관련의 문제들을 해결하기 위해 상기 방법의 다른 단계와 함께 부가적인 보정 단계가 사용될 필요가 있다. 상기 부가적인 보정 단계는 휠 생산의 제조 시간을 증가시키고, 노동비용을 상승시킨다. 또한, 이와 같은 부가적인 보정 단계는 전형적으로 금속 소비를 증가시키고, 국부적인 금속 재분배에 의해 단독으로는 휠에 대한 보정이 어렵다는 문제점을 유발하게 된다. 예를 들어, 어떤 휠 영역을 얇게 하거나 두껍게 하는 것은 개방 단조중플래시(flash)와 마찬가지로 휠 형태를 벗어난 금속부분의 변위를 초래하게 된다.

본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

본 발명은 금속의 압력 처리에 관한 것으로서, 무한궤도 벨트 차량과 마찬가지로 운송용, 차량용 및 항공용을 포함한 형태가 다른 휠 제조 방법에 관한 것이다.

도 1은 외측에 숄더가 구비되며, 거친 입자의 미세구조를 갖는 휠 블럭의 고온 롤링용 시스템의 단면도.

도 2는 외측에 플랜지가 구비되며, 거친 입자의 미세구조를 갖는 휠 블럭의 고온 롤링용 시스템의 단면도.

도 3은 내측에 숄더가 구비되며, 거친 입자의 미세구조를 갖는 휠 블럭의 고온 롤링용 시스템의 단면도.

도 4는 내측에 긴 숄더가 구비되며, 미세 입자의 미세구조를 갖는 휠 블럭의 고온 롤링용 시스템의 단면도.

도 5는 부드러운 원뿔형 맨드렐상에서 외측의 제 1천이 지역상에 숄더가 구비되며, 거친 입자의 미세구조를 갖는 휠 블럭의 고온 롤링용 시스템의 단면도.

도 6은 부드러운 원통형 맨드렐상에서 내측의 제 1천이지역상에 숄더가 구비되며, 거친 입자의 미세구조를 갖는 휠 블럭의 고온 롤링용 시스템의 단면도.

도 7은 외측에서 양방향으로 거친 입자의 미세구조를 갖는 휠 블럭의 고온 롤링용 시스템의 단면도.

도 8은 한쪽 방향으로의 고온 롤링을 위해 외측상에 숄더가 구비되며, 거친입자의 미세구조를 갖는 휠 블럭을 도시한 도면.

도 9는 한쪽 방향으로의 고온 롤링을 위해 외측상에 플랜지가 구비되며, 미세한 입자의 미세구조를 갖는 휠 블럭을 도시한 도면.

도 10은 한쪽 방향으로의 고온 롤링을 위해 외측상에 플랜지가 구비되며, 혼합된 입자의 미세구조를 갖는 휠 블럭을 도시한 도면.

도 11은 양방향으로의 고온 롤링을 위해 외측에 숄더가 구비되며, 거친 입자의 미세구조를 갖는 휠 블럭을 도시한 도면.

도 12는 제 1천이 지역에서 한쪽 방향으로의 고온 롤링을 위해 외측에 숄더가 구비되며, 거친 입자의 미세구조를 갖는 휠 블럭을 도시한 도면.

예를 들어 소성 변형을 위한 고온 롤링법처럼, 본 발명에 따른 소성 변형방법으로 제조된 휠은 최종 휠에 대해 양호한 기계적 특성을 나타낸다. 본 발명은 휠 제조에 대한 기계적 능력을 확장시키고, 생산성을 증가시키며, 제조비용을 감소시킨다. 이러한 장점들은 신규한 차량용 휠 제조방법을 적용하므로써 적어도 부분적으로 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 휠의 중앙부와, 중간부와, 예비성형된 또는 초기성형된 림을 포함하는 휠 블럭을 제조하는 단계와, 림을 드로잉하여 최종 휠형태와 유사한 형태를 얻는 단계와, 휠을 마지막 처리하는 단계를 포함한다.

림의 적어도 일부에 대한 또는 선택적으로 림 전체에 대한 롤링처리는 일정한 입자의 미세구조를 포함하는 휠 블럭의 내측이나 외측으로부터 이루어진다. 롤링처리의 온도-스트레인 비율 조건은 휠 블럭의 입자 미세구조에 대응한다. 이를 달성하기 위해, 휠 블럭의 제조중 림의 형태와 크기는 형성될 휠 구조에 대응하게 된다. 캐스팅 처리에 의한 거친 입자의 미세구조에 대해, 림의 형태는 완성된 휠 보다 두꺼운 두께를 갖는 숄더나 플랜지를 포함한다.

부분적으로 재결정되고 다각형화된 캐스트 미세구조를 포함하는 혼합입자형 미세 구조에 있어서, 림의 형태는 숄더의 조합과, 중간 휠부와, 최종 휠 보다 크거나 동일한 두께를 구비한 플랜지를 포함한다. 거친입자형 미세구조의 림에 대해, 맨드렐과 대면하는 표면의 직경은 맨드렐의 작동면 직경과는 상이하다. 직경의 편차는 휠 블럭의 맨드렐로의 미끄럼을 제공한다. 따라서, 상기 고온 롤링은 적어도 단일의 천이(단계)에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 방법의 실행에 있어서, 하기의 예시적인 기술적 방법이 서술될 것이다. 캐스팅 방법에 의한 휠 블럭의 제조중, 림은 최종 휠보다 2배 내지 5배 두꺼운 두께를 갖는 원통형 실린더 형태를 취한다. 맨드렐과 대면하는 휠 블럭면의 직경은 맨드렐 작동면의 직경의 2% 이하이다. 고온 롤링처리의 온도는 용융온도(T_melt)의 0,6 내지 0,88의 온도 범위에 속한다. 고온 롤링처리에 대한 변형속도는 10^-3내지 10¹s^-1의 범위에 속한다.

휠 블럭은 (0,6-0,88)T_melt에서 60% 이하의 변형율로 생산될 수 있다. 림은 최종 휠두께 보다 1,1 내지 1,5 배 두께의 플랜지를 포함하는 형태로 제조된다. 림의 고온 롤링은 단조온도 보다 높지 않은 온도에서 맨드렐에 노출된 림의돌기(projection)에 의해 10^-1내지 10²s^-1의 변형속도로 실행된다.

휠 블럭은 본 발명에 따라 (0,6-0,88)T_melt에서 40 내지 50%의 변형율로 생산될 수 있다. 상기 림은 축에 대해 30°내지 45°의 경사각과 최종 휠 두께의 1,6 내지 2배의 두께를 갖는 판과 같은 원뿔형 플랜지를 포함한다. 림의 고온 롤링은 10^-1내지 10¹s^-1의 변형속도에서 단조온도 보다 높지 않은 온도에서 실행된다. 이중형 림이 구비된 휠에 대해, 초기성형된 림의 고온 롤링은 단일 단계나 천이 단계에서 2개의 동축 맨드렐을 사용하여 각각의 방향으로 실행된다.

또한, 휠 블럭은 본 발명에 따라 (0,6-0,88)T_melt에서 40 내지 50%의 변형율로 생산될 수 있다. 상기 림은 플랜지와 숄더의 조합체로 제조될 수 있다. 숄더는 그 중앙부에 대해 림의 짧은 부분과 대면한다. 고온 롤링처리는 단일의 천이(단계)에서 각각의 방향으로 10^-1내지 10¹s^-1의 변형속도로 단조 온도를 초과하지 않는 온도로 2개의 동축 맨드렐에서 실행된다. 플랜지의 롤링은 맨드렐에 노출된 돌기에 의해 실행된다.

휠 블럭은 본 발명에 따라 캐스팅 처리에 의해 생산될 수 있다. 림은 20°내지 25°의 경사각과 최종 휠 두께의 2 내지 2,5배의 두께를 갖는 원뿔형 플랜지를 포함한다. 림의 고온 롤링은 2개의 천이단계로 실행된다. 제 1천이단계는 부드러운 맨드렐상에서 10^-2내지 10^-1s^-1의 변형속도로 (0,6-0,88)T_melt에서 1,1 내지1,5의 두께 이하로 실행된다. 제 2천이단계는 적어도 10^-1s^-1의 변형속도로 제 1 천이단계의 온도를 초과하지 않는 온도로 실행된다.

본 발명에 따른 휠 블럭은 빌렛의 단조처리에 의해 생산될 수 있으며, 상기 빌렛은 평균입자크기가 15㎛ 를 초과하지 않는 미세입자 구조를 포함한다. 이러한 미세입자 구조는 빌렛 체적의 적어도 50%를 포함한다. 단조 단계는 10^-1내지 10⁴s^-1의 변형속도로 등온상태에서 실행된다.

최종 처리단계중, 담금질 열처리를 위한 휠의 가열은 고온 롤링을 위한 휠 블럭의 가열과 조합될 수 있다. 고온 롤링을 위한 휠 블럭의 가열은 단조를 위한 빌렛 가열과 조합될 수 있다. 선택적으로, 최종 처리중 담금질을 위한 휠의 가열은 고온 롤링을 위한 빌렛의 가열과 조합될 수 있다.

단조는 전형적으로 10¹내지 10⁴s^-1의 변형속도로 실행된다. 이러한 변형 속도는 강화된 재결정과, 동적이고 자생적인 재결정과, 때로는 최대한의 재결정을 제공한다.

고온 롤링처리는 일반적으로 맨드렐상에서 실행되며, 이러한 맨드렐은 휠의 변형 온도와 동일한 작동면 온도를 갖고 있다. 상기 빌렛은 변형온도 보다 낮은 온도로 가열된다. 선택적으로, 고온 롤링처리는 변형온도 보다 낮은 작동면 온도를 갖는 맨드렐상에서 실행될 수도 있다.

본 발명에 따른 상술한 방법은 미세구조와 구조가 상이한 휠 블럭에 의한 기술적 휠 제조방법을 확장시킨다. 이와 같은 상이한 미세구조 및 구조는 캐스팅, 고온 변형, 및 파우더 야금방법 등의 몇가지 방법에 의해 얻을 수 있다. 이러한 방법들은, 예를 들어 그 형태와 크기와 같은 휠 블럭 최종 구조에 기초한 미리 설정된 열기계적 조건을 사용하여, 고온 롤링과 같은 몇가지 기계적 접근방법을 적용하므로써 달성될 수 있다.

캐스팅 처리에 의해 제조된 휠 블럭에 있어서, 림의 형태와 두께는 고온 롤링후 적절한 기계적 특성이 구비된 구조를 제공하도록 선택된다. 적절한 기계적 특성이 구비된 이러한 구조는 숄더 형상의 림을 선택하므로써 이루어진다. 상기 숄더의 두께는 최종 휠의 림 두께 보다 2배 내지 5배 크다. 또한, 휠 블럭은 그 사이에 최소한의 삽입 간극을 유지하면서 맨드렐에 삽입되며, 선택적으로는 그 사이에 작은 간섭삽입을 유지할 수도 있다. 이러한 삽입은 맨드렐상에서 휠 블럭의 이동중 그들 사이에 마찰력의 증가를 초래할 수 있다. 따라서, 상당한 이동 변형이 가능하게 된다. 또한, 이러한 처리는 적어도 하나의 변형후 그리고 담금질 열처리를 위한 가열후, 휠에 다각형화되거나 재결정화된 미세구조의 성형을 유도한다. 미세구조의 변환 처리를 개선하기 위해, 변형 온도는 10^-3내지 10¹s^-1의 변형속도로 (0,6-0,88)T_melt에 속하게 된다.

드로잉 단계중, 플랜지의 두께는 최종 휠의 두께 보다 2배 내지 5배 크다. 이러한 두께는 필요로 하는 변형 처리도를 제공하게 되므로, 최종 휠의 기계적 특성을 개선시킨다. 그 결과, 최종 휠은 높은 충격응력을 받게 되는 림을 가지며,그 중앙부보다 강화된 특성을 나타내게 된다.

최소한의 간극으로 삽입되거나 또는 선택적으로 간섭삽입되는 휠 블럭의 삽입은 고온 롤링처리 속도를 늦춘다. 그러나, 다이캐스트 구조에 있어서, 휠 블럭과 맨드렐 사이의 마찰력은 그 응력 조건을 개선시켜, 휠 블럭의 변형 능력을 증가시킨다. 따라서, 다이캐스팅과 같은 간단한 생산법을 사용하여 휠 블럭을 제조하므로 경제적 장점을 얻을 수 있다.

단조 처리에 의해 제조된 본 발명에 따른 휠 블럭은 기계적 특성도가 매우 높은 미세구조를 나타낸다. 단조 방법에서의 몇가지 요소는 상술한 바와 같은 휠 블럭 제조방법에 비해 인접한 부분들 사이에 최소한의 접촉 마찰을 제공한다. 이러한 요소들은 휠 블럭의 플랜지 형태와; 최종 휠의 두께 보다 1,1배 내지 1,5배 큰 두께를 갖는 플랜지의 작은 두께와; 상당히 큰 간극으로 휠 블럭의 맨드렐 삽입과; 롤이 맨드렐에 대해 플랜지를 가압할 때 예를 들어 맨드렐로의 플랜지 돌기에 의한 고온 롤링 등을 포함한다. 휠 블럭에 변형된 구조가 존재하게 되면, 재료에서의 응력 흐름 감소와 상당한 가소성으로 인해 롤링 속도가 증가된다. 따라서, 본 발명에 따른 단조와 고온 롤링처리에 의해 최종 휠의 품질이 강화된다. 또한, 본 발명에 따른 처리방법을 사용하여 비용의 절감도 달성할 수 있다.

휠 블럭의 숄더 형태가 본 발명에 상세히 서술되어 있다. 단조된 휠 블럭은 고온 롤링처리에 따른 비용때문에 캐스팅으로 제조된 최종 휠 보다 매우 값비싸다. 본 발명에 따른 처리는 고온 롤링을 비용이 저렴한 휠 블럭 캐스팅과 조합하는 것이다. 선택적으로, 본 발명에 따른 처리는 단조된 휠 블럭을 보다 저렴한 고온 롤링처리와 조합한다. 따라서, 특징들이 조합된 본 발명에 따른 이와 같은 처리방법들은 휠 블록구조의 성형시 경제적으로 매우 유리하게 된다. 휠 블록에 필요로 하는 구조에 따른 변형 조건의 선택은 최종 휠의 품질을 양호하게 하게 필요로 하는 특성을 부여하게 된다. 이중 림이 구비된 휠에 대해서는 림의 양측에 높은 레벨의 기계적 특성을 부여하는 것이 바람직하다. 따라서, 단일 단계나 천이 단계중에 2개의 동축 맨드렐에 고온 롤링처리가 제공된다.

휠 블럭을 위한 초기 재료(starting material)는 변화될 수 있다. 상술한 바와 같이, 초기 재료는 필요로 하는 최종 휠의 미세구조에 대응하는 미세구조를 갖도록 선택된다. 본 발명의 범주내에 속하는 재료의 실시예가 하기에 서술될 것이다. 이러한 실시예는 단순히 예시적인 것이며, 이에 한정되지 않는다.

거친 입자의 미세구조를 갖는 초기 재료에 대해서, 변형 속도는 10^-1내지 10¹s^-1이하로 설정된다. 미세 입자의 미세구조를 갖는 초기 재료에 대해서, 변형 속도는 10^-1내지 10²s^-1이하로 설정된다.

만일 초기 재료가 가소성이 낮은 거친 입자의 미세구조를 포함한다면, 림은 원뿔형 플랜지 형태로 제조되고, 두가지 단계의 처리를 받게 되며, 상기 낮은 가소성으로 인해 고온 롤링처리중 재료에는 균열과 악화가 초래된다. 제 1단계에서, 원뿔형 플랜지는 예를 들어 원뿔 맨드렐상에서의 롤링에 의해 롤링처리된다. 제 2단계에서, 림은 필요로 하는 최종 휠 형상을 갖는 맨드렐상에 본래의 원뿔 플랜지의 돌기에 의해 성형이 완료된다. 이러한 처리는 합금이 거친 입자 구조를 가질때 제 1단계에서 변형 속도를 감소시키게 되며, 재료 결함의 가능성과 상기 두가지 단계에서의 품질악화를 피할 수 있게 한다.

만일 초기 재료가 단조전에 휠 블럭 빌렛에서 미세한 입자의 미세구조를 포함하고 상기 미세한 입자가 적어도 50%의 빌렛 체적을 포함한다면, 상기 미세 입자는 초가소성(superplasticity)의 상태하에서 변형을 생성하게 된다. 이러한 상태는 (0,6-0,88)T_melt의 온도에서 10^-1내지 10^-4s^-1의 변형속도로 제공된다. 상기 초가소성 상태하에서 변형을 사용하게 되면, 단조중에는 전형적으로 설비 용량과 관계있는 에너지 소모를 감소시킨다. 또한, 초가소성 상태하에서 변형을 사용하게 되면, 고온 롤링처리중 형성되는 림의 성형부를 가능한한 최종 휠형상에 가깝게 한다. 이와 같은 초가소성 상태하에서의 변형은 일반적으로 롤러에 의해 롤링된 금속의 양을 감소시키고 노동력을 절감시킨다.

열처리중 쉐이핑과 담금질을 위한 동작 실행은 휠 제조에 대한 작동 사이클시간을 단축시킨다. 예를 들어 Al계 합금처럼 미세한 입자구조를 갖는 합금의 가장 높은 가소성에서의 온도범위는 높은 온도범위로 이동하게 된다. 이것은 가열 및 담금질시 채택된 온도에서 악화를 초래하지 않고 변형을 가능하게 하는 온도 범위를 유도한다.

10^-1내지 10^-4s^-1의 변형속도와 (0,6-0,88)T_melt의 온도 범위에서의 단조는 재료의 동적 재결정을 제공한다. 상기 동적 재결정은 미세 입자의 미세구조가 합금을 형성하게 한다. 이와 같은 미세 입자의 재결정된 미세구조의 존재는 고온 롤링중 변형 속도를 증가시켜 에너지 소비를 감소시킨다. 최종 휠에서 미세 입자의 미세구조의 존재는 그 내부에 양호한 기계적 특성을 제공한다.

휠 제조에 가장 널리 사용되는 재료는 알루미늄 합금이다. 그러나, 티타늄과 바륨계 합금에서 선택된 재료로 휠을 생산하기 위해, 서술한 바와 같은 기술적 처리가 사용될 수 있다.

도 1 내지 도 7은 휠 블럭(1)과, 홀더(2)와, 맨드렐(3)과, 롤(4)과, 양방향으로의 롤링을 위한 제 2맨드렐을 도시하고 있다. 도 8 내지 도 12에 도시된 휠 블럭상에서 단조와 캐스팅 경사는 특정화되지 않았지만, 도면에 의해 용이하게 인식할 수는 있다.

하기에 본 발명에 따른 적용예가 서술될 것이다. 이러한 실시예들은 단순히 예시적인 것이며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

실시예1

고온 롤링처리를 위한 휠 블럭은 AB 합금을 포함하며, 다이캐스팅 처리에 의해 성형되므로, 상기 휠 블럭은 거친 입자의 미세구조를 갖게 된다. 입자 크기는 5,000 내지 10,000㎛ 범위에 속한다. 휠 블럭은 25㎜ 두께의 원통형 숄더 형태(예를 들면 도 8참조)의 림으로 제조된다. 림의 직경은 283㎜의 직경을 갖는 맨드렐에 삽입되는 휠 블럭으로 나타난다. 림과 맨드렐 사이의 간극은 0,1 내지 0,2㎜이다. 고온 롤링 처리는 단일의 천이(단계)에서 도 1의 시스템에 따라 60% 내지 70%의 변형율과 440℃ 내지 460℃에서 10^-2내지 10^-1s^-1의 변형속도로 외측에서 한쪽 방향으로 실행된다. 상기 고온 롤링처리는 7분간 실시된다. 그후, 열처리가 실시되고, 인위적인 에이징 단계후에 담금질 처리가 뒤따른다. 이어서, 고온으로 롤링된 휠은 기계적 처리를 받게 된다. 상술한 바와 같은 처리 및 시스템에 따른 본 발명의 최종 휠은 무결점의 변형된 미세구조를 나타낸다.

실시예2

고온 롤링을 위한 휠 블럭은 ABr 합금을 포함하며, 초가소성의 조건하에서 510℃ 내지 520℃의 온도와 10^-2내지 10^-3s^-1의 변형속도로 고온 단조처리에 의해 제조된다. 실시예2에 따른 이러한 휠 블럭은 15㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 빌렛으로 제조된다. 이와 같은 미세구조는 빌렛 체적의 약 80%를 구성하고 있다. 각각의 휠 블럭은 두께가 12㎜인 플랜지를 갖는 림으로 성형된다. 휠 블럭은 냉각이나 가열없이 맨드렐상에 장착된다. 고온 롤링은 단일의 맨드렐과 대면하는 림의 돌기에 의해 휠 블럭의 외측상에서 한쪽 방향으로 천이(단계)에서 실행된다. 변형속도는 10^-1내지 10²s^-1이며, 평균 변형율은 20%이다. 이러한 처리는 도 2의 시스템에 따라 실행된다. 고온 롤링처리 시간은 1,5분이다. 형상 성형처리후, 제조된 휠은 담금질 냉각처리를 받은 후 인위적인 에이징 및 기계적 처리후에 최종 휠로 완성된다.

실시예3

고온 롤링처리를 위한 휠 블럭은 AB 합금을 포함하며, 다이캐스팅에 의해 제조된다. 상기 휠 블럭은 입자 크기가 5,0000 내지 10,000㎛인 거친 입자의 미세구조를 갖는다. 이러한 휠 블럭은 두께가 25㎜인 원통형 숄더(도 8에 도시)가 구비된 림을 포함하도록 제조된다. 림의 직경은, 283㎜ 직경의 맨드렐에 삽입되었을 때 휠 블럭이 림과 맨드렐 사이에서 0,1 내지 0,2㎜ 범위의 간극을 제공하도록 형성된다. 고온 롤링처리는 단일의 천이(단계)에서 60% 내지 70%의 변형율과 440℃ 내지 460℃에서 10^-2내지 10^-1s^-1의 변형속도로 내측에서 한쪽 방향으로 실행된다. 이러한 처리는 도 3의 시스템에 따라 실행된다. 상기 고온 롤링처리는 6분간 실시된다. 고온 롤링처리후, 그후, 열처리가 실시되고, 인위적인 에이징 단계후에 담금질 처리가 뒤따른다. 그후, 고온 롤링된 휠은 기계적 처리를 받게 된다. 상술한 바의 시스템과 처리에 따라 생산된 휠은 무결점의 변형된 미세구조를 나타낸다.

실시예4

본 발명에 따르면, 고온 롤링처리를 위한 휠 블럭은 AMr6 합금을 포함하며, 숄더(도 4에서 점선으로 도시)가 구비된 림으로 형성된다. 휠 블럭은 420℃ 내지 450℃에서 10^-2s^-1의 평균 변형속도로 고온 단조처리에 의해 얻어진 12㎜ 의 두께를 포함한다. 동적 재결정에 의해, 합금내에 형성된 미세한 입작의 미세구조는 10 내지 15㎛의 평균입자크기를 갖는다. 고온 롤링처리는 단일의 천이(단계)에서 도 4에 도시된 시스템에 따라 10^-1내지 10²s^-1의 변형속도로 내측에서 한쪽 방향으로 맨드렐상에 배치된 휠 블럭 림의 돌기에 의해 실행된다. 고온 롤링처리의 시간은 1분이다. 그후, 고온으로 롤링된 휠은 기계적 처리를 받은 후 최종 휠로 완성된다.

실시예5

고온 롤링처리를 위한 휠 블럭은 AB 합금을 포함하며, 25㎜의 두께와 축에 대해 20°내지 25°의 각도(도 12에 도시)로 원뿔 플랜지 형태를 취하는 림으로 성형된다. 상기 휠 블럭은 다이캐스팅 처리에 의해 제조되며, 제 2천이(단계)에서 롤링된다. 제 1천이단계에서, 고온 롤링처리는 부드러운 맨드렐 상에서 450℃에서 10^-2s^-1의 변형속도로 내측에서 한쪽 방향으로 실행되어, 휠 블럭의 두께를 12㎜ 로 감소시킨다. 제 2천이단계에서, 림은 최종 휠의 형태(도 2에 도시)를 포함하는 맨드렐상에서 돌기에 의해 그 외측에서 한쪽 방향으로 롤링된다. 상기 제 2천이단계는 440℃에서 10^-1s^-1의 변형속도로 실행된다. 고온 롤링된 휠은 열처리(담금질과 인위적 에이징 포함)된 후 기계적 처리를 받아 최종 휠로 완성된다.

실시예6

고온 롤링을 위한 휠 블럭은 AB 합금을 포함하며, 본 발명에 따라 다이캐스팅에 의해 제조된다. 상기 휠 블럭은 입자 크기가 5,000 내지 10,000㎛인 거친 입자의 미세구조를 포함한다. 이러한 블럭 휠은 두께가 25㎜인 원통형 숄더 형태의 림으로 제조된다. 림의 직경은 휠 블럭이 283㎜ 직경의 맨드렐에 삽입되도록 생산되며, 림과 맨드렐 사이의 간극은 0,1 내지 0,2㎜의 범위로 형성된다. 고온 롤링처리는 내측에서 2개의 천이(단계)로 실행된다. 제 1천이단계에서, 휠 블럭은 부드러운 맨드렐상에서 60% 내지 70%의 변형율과 440℃ 내지 460℃에서 10^-2내지 10^-1s^-1의 변형속도로 롤링된다. 이러한 처리는 도 6의 시스템에 따라 실행된다. 상기 고온 롤링처리는 7분간 실시된다. 제 2천이단계에서, 고온 롤링처리는 도 4에 도시된 바와 같이 돌기에 의해 10^-1내지 10²s^-1의 변형속도로 실행된다. 전체 롤링 처리 시간은 7분이다. 고온 롤링처리후, 휠 블럭상에 열처리가 실시되고, 인위적인 에이징 단계후에 담금질 처리가 뒤따른다. 이어서, 고온으로 롤링된 휠은 기계적 처리를 받은 후 최종 휠로 완성된다.

실시예7

고온 롤링처리를 위한 휠 블럭은 AMr6 합금을 포함한다. 휠 블럭은 두께가 25㎜인 숄더(도 11참조) 형태의 림을 포함한다. 상기 휠 블럭은 다이캐스팅에 의해 제조된다. 림의 직경은 283㎜ 직경의 맨드렐에 삽입되었을 때 휠 블럭이 림과 맨드렐 사이에서 0,1 내지 0,2㎜ 범위의 간극을 제공하도록 형성된다. 고온 롤링처리는 도 7에 도시된 바와 같이 동축의 맨드렐상에서 양방향으로 외측에서 실시된다. 상기 동축의 맨드렐은 두개의 림을 연속적으로 형성한다. 온도와 변형율 조건은 실시예2에 서술되어 있다. 그후, 고온으로 롤링된 휠은 기계적 처리를 받은 후 최종 휠로 완성된다.

실시예8

고온 롤링처리를 위한 휠 블럭은 1420 합금을 포함하며, 원뿔형 플랜지나 판(도 10참조)으로서 휠 블럭 림을 포함한다. 휠 블럭은 휠 블럭에 혼합된 입자의 미세구조를 형성하도록 420℃에서 10^-1s^-1의 평균변형속도로 고온 단조처리에 의해제조된다. 이러한 미세구조의 약 40 내지 60%는 15㎛ 이하의 미세한 입자로 구성되어 있다. 고온 롤링처리는 단일의 천이(단계)에서 림의 돌기를 맨드렐에 배치하므로써 외측에서 한쪽 방향으로 실행된다. 상기 고온 롤링처리는 도 2에 도시된 바와 같이 20%의 평균 변형율과 10^-1내지 10²s^-1의 변형속도로 실행된다. 고온 롤링처리 시간은 1,5분이다. 그후, 고온으로 롤링된 휠은 기계적 처리를 받은 후 최종 휠로 완성된다.

본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims

차량용 휠을 제조하기 위한 방법에 있어서,

용융온도(T_melt)를 갖는 금속 합금과, 휠의 중앙부와, 초기에 성형된 림을 포함하는 휠 블럭을 형성하는 단계와,

림을 형성하고 최종 휠과 유사한 형태의 휠 형상을 얻기 위해, 휠 블럭의 전체 또는 적어도 일부를 고온 롤링에 의해 드로잉하는 단계와,

휠을 마지막으로 처리하는 단계를 포함하며,

상기 림의 형태와 크기는 형성되어야 할 휠의 필요로 하는 다른 구조에 대응하며, 상기 고온 롤링처리는 적어도 하나의 처리단계를 포함하며;

상기 고온 롤링처리는 휠 블럭의 내측이나 외측에서의 고온 롤링처리를 포함하며, 상기 휠 블럭은 입자 크기가 상이한 미세구조를 포함하며, 고온 롤링처리의 온도-스트레인 비율 조건은 휠 블럭의 제조중 필요로 하는 최종 휠 블럭의 입자형 미세구조를 제공하며;

휠 블럭의 미세구조가 다이캐스팅으로 형성된 거친 입자의 미세구조를 포함할 때, 림은 적어도 하나의 원통형 및 원뿔형 표면을 포함하며; 이들 각각은 최종 휠 보다 두꺼운 두께를 가지며; 두께에서의 이러한 편차는 적어도 하나의 드로잉 처리 및 열처리에 의해 림의 미세구조를 적어도 하나의 재결정 및 다각형화된 미세구조로 변화시킬 수 있으며; 고온 롤링단계에서 맨드렐과 대면하는 림 표면의 직경은 맨드렐상에서 휠 블럭의 미끄럼을 제공할 수 있는 양만큼 맨드렐 작동면의 직경과는 상이하며;

휠 블럭의 미세구조는 미세한 입자의 미세구조를 포함하며, 림은 최종 휠과 동일한 두께를 각각 갖는 적어도 하나의 숄더와 플랜지를 포함하며;

휠 블럭의 미세구조가 적어도 2개의 부분적으로 결정화되고 다각형화된 캐스트 입자 미세구조를 갖는 혼합된 입자의 미세구조를 포함할 때, 휠 블럭은 적어도 하나의 숄더와, 플랜지와, 이들의 조합체와, 이들 사이의 중간부를 포함하며; 상기 림은 최종 휠의 두께 보다 두껍거나 동일한 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 휠 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 휠 블럭 제조방법은 휠 블럭을 다이캐스팅하는 단계를 포함하며; 상기 휠 블럭은 최종 휠 림의 두께 보다 2배 내지 5배 큰 두께의 원통형 숄더가 구비된 림을 포함하며; 맨드렐과 대면하는 림 표면의 직경은 맨드렐 작동면 직경보다 2% 작으며; 상기 고온 롤링단계는 (0,6-0,88)T_melt에서 10^-3내지 10¹s^-1의 변형속도로 고온 롤링처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 휠 블럭 제조방법은 휠 블럭을 (0,6-0,88)T_melt에서 60%의 변형율로 단조하는 단계를 포함하며, 상기 드로잉 단계는 최종 휠의 림 두께 보다 1,1배 내지 1,5배 두꺼운 플랜지를 성형하는 단계를 포함하며, 상기 고온 롤링단계는 단조 온도 이하의 온도에서 10^-1내지 10²s^-1의 변형속도로 고온 롤링처리하는 단계를 포함하며, 상기 단조 단계는 림의 돌기를 맨드렐상에 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 휠 블럭 제조방법은 휠 블럭을 (0,6-0,88)T_melt에서 40% 내지 50%의 변형율로 단조하는 단계를 포함하며; 상기 드로잉 단계는 축에 대해 30°내지 45°의 경사각과 최종 휠 두께 보다 1,6 내지 2배의 두께를 갖는 원뿔형 플랜지를 구비한 림을 성형하는 단계와, 단조 온도 이하의 온도에서 10^-1내지 10¹s^-1의 변형속도로 고온 롤링처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 휠은 이중형 림을 포함하며, 상기 림의 고온 롤링단계는 2개의 동축 맨드렐에 의해 일단계 동작으로 실행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 제조방법.
제 5 항에 있어서,

상기 휠 블럭 제조방법은 휠 블럭을 (0,6-0,88)T_melt에서 40% 내지 50%의 변형율로 단조하는 단계를 포함하며, 상기 드로잉 단계는 림과 대면하는 숄더를 구비한 플랜지를 성형하는 단계를 포함하며, 상기 고온 롤링단계는 2개의 동축 맨드렐상에서 일단계 작동으로 롤링되는 단계를 포함하며, 상기 고온 롤링단계는 단조 온도 이하의 온도에서 10^-1내지 10¹s^-1의 변형속도로 각각의 방향으로 발생되며, 플랜지의 고온 롤링단계는 플랜지의 돌기를 맨드렐상에 배치하므로써 실행되는 것을 특징으로 하는 휠 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 휠 블럭 제조방법은 휠 블럭을 다이캐스팅하는 단계를 포함하며, 상기다이캐스팅 단계는 축에 대해 20°내지 25°의 각도로 최종 휠 두께의 2 내지 2,5배의 두께를 갖는 원뿔형 플랜지를 드로잉하는 단계를 포함하며;

상기 고온 롤링단계는 적어도 2개의 고온 롤링단계로 구성되며, 제 1고온 롤링단계는 (0,6-0,88)T_melt의 온도에서 10^-2내지 10^-1s^-1의 변형속도로 휠 블럭의 두께를 1,1 내지 1,5㎜ 로 축소시키도록 부드러운 맨드렐로 고온 롤링처리하며, 제 2고온 롤링단계는 상기 제 1고온 롤링단계 보다 낮은 온도에서 10^-1s^-1의 변형속도로 고온 롤링처리하는 것을 특징으로 하는 휠 제조방법.
제 3 항에 있어서,

상기 단조 단계는 미세 입자의 미세구조를 갖는 빌렛을 단조하는 단계를 포함하며, 상기 미세 입자의 미세구조는 15㎛ 이하의 평균입자크기와 빌렛 체적의 50% 이하를 포함하며, 상기 단조 단계는 10^-1내지 10^-4s^-1의 변형속도의 등온 단조단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 최종 처리단계는 휠을 담금질처리할 수 있는 온도로 가열하는 단계를포함하며, 휠의 담금질 가열은 고온 롤링단계중 휠 블럭을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 제조방법.
제 8 항에 있어서,

고온 롤링을 위한 휠 블럭의 가열단계는 단조 단계에서 빌렛을 가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 제조방법.
제 9 항에 있어서,

고온 롤링을 위한 휠 블럭의 가열단계는 단조 단계를 위한 빌렛의 가열단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 고온 롤링단계는 맨드렐상에서의 고온 롤링단계를 포함하며, 상기 맨드렐은 변형 온도로 가열된 작동면을 포함하며, 상기 휠 블럭은 변형 온도 이하의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 휠 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 고온 롤링단계는 맨드렐상에서의 고온 롤링단계를 포함하며, 상기 맨드렐은 가열된 작동면을 포함하며, 상기 작동면은 휠 블럭의 변형 온도 보다 낮은 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 휠 제조방법.
제 3 항에 있어서,

상기 단조단계는 휠 블럭 미세구조의 적어도 하나의 동적 및 자생적 재결정을 제공할 수 있는 10¹내지 10^-4s^-1의 변형속도에서 단조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 제조방법.
제 3 항에 있어서,

상기 단조단계는 휠 블럭 미세구조의 적어도 하나의 동적 및 자생적 재결정을 제공할 수 있는 10¹내지 10^-4s^-1의 변형속도에서 단조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 제조방법.
제 4 항에 있어서,

상기 단조단계는 휠 블럭 미세구조의 적어도 하나의 동적 및 자생적 재결정을 제공할 수 있는 10¹내지 10^-4s^-1의 변형속도에서 단조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휠 제조방법.