KR20030068243A - 자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법에 관한 것으로서, 제동시 마찰재와 디스크가 비평형 접촉함에 따라 제동 토오크의 변화를 초래하는 브레이크 쥬더 현상을 방지할 수 있도록 브레이크 디스크의 잔류응력을 제거할 수 있는 자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 소정의 로내에 디스크를 배치시킨 후, 로의 온도를 580℃로 조절하여 디스크를 가열하되, 5시간 동안 가열 유지시키는 단계와; 상기 로의 온도를 시간당 40℃씩 300℃까지 낮추면서 디스크를 로냉시키는 단계와; 로냉이 완료된 디스크를 상온으로 도달될때까지 공냉시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법, 또는 소정의 로내에 디스크를 배치시킨 후, 로의 온도를 600℃로 조절하여 디스크를 가열하되, 1시간 동안 가열 유지시키는 단계와; 상기 로의 온도를 시간당 50℃씩 300℃까지 낮추면서 디스크를 로냉시키는 단계와; 로냉이 완료된 디스크를 상온으로 도달될때까지 공냉시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법을 제공한다.

Description

자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법{Heat treatment method for disc of automobile}

본 발명은 자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 제동시 마찰재와 디스크가 비평형 접촉함에 따라 제동 토오크의 변화를 초래하는 브레이크 쥬더 현상을 방지할 수 있도록 브레이크 디스크의 잔류응력을 제거할 수 있는 자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법에 관한 것이다.

통상적으로 자동차용 제동장치에 채택되고 있는 마찰식 브레이크 디스크는 허브와 결합되어 타이어와 함께 회전하게 되는데, 앞브레이크를 디스크 로터라고도 하고, 뒷브레이크를 드럼이라고 한다.

이러한 브레이크 제동시 주행중인 차량의 운동에너지를 열에너지로 바꾸어줌에 따라 차량의 제동이 이루어지게 된다.

즉, 브레이크 페달을 밟음과 함께 유압이 마스터실린더로부터 도달하면, 피스톤에 의해 패드가 디스크를 양쪽에서 압착하여 제동력을 발생시키게 되는 것이다.

이때, 제동시 마찰력에 의한 상기 브레이크 디스크의 온도는 400℃이상으로올라가기 때문에, 냉각을 좋게 하기 위하여 마찰면과 마찰면 사이에 냉각 구멍을 가공해 놓기도 한다.

이와 같은 기능을 담당하는 상기 디스크의 재질은 열특성, 열방출, 진동감쇄능이 우수한 회주철(편상흑연주철)을 일반적으로 사용하고 있다.

상기 회주철은 자동차의 개발 초기부터 브레이크 디스크의 재료로 사용되어 왔으며, 다른 공업용 재료에 비해 제작이 용이하고 비용이 저렴하여 현재까지 가장 많이 사용되고 있는 재료이다.

그러나, 이러한 회주철로 제조된 디스크 주조품의 경우 냉각과정에서 발생되는 잔류응력이 디스크 내부에 상당량 존재하게 되지만, 현재 주조상태에서의 제품 그대로 사용하고 있으며 잔류응력 제거에 의한 열변형에 대한 연구는 전무한 상태이다.

이러한 디스크 주조품의 잔류응력은 브레이크 제동시 열변형에 상당히 영향을 미치며, 그로인해 디스크의 두께 변화(DTV:Disc Thickness Variance)의 발생을 초래하게 되고, 디스크의 변형에 악영향을 미치고 있다.

이에따라, 상기 디스크의 두께가 변화됨에 따라, 브레이크 제동시 패드와 같은 마찰재와 디스크가 비평형상태로 접촉함으로써, 제동 토오크 변화(BTV:Brake Torque Variation)가 발생하고, 이것이 현가 및 조향장치를 따라 이동/증폭되어 차체나 핸들을 진동시키는 브레이크 쥬더(Brake Judder)현상을 초래하고 있다.

상기 브레이크 쥬더 현상의 발생 원인중 가장 큰 영향을 주는 인자는 DTV이고, 이 DTV의 발생 원인은 여러가지가 있을 수 있으나 현재로서는 열영향에 의한 디스크의 변형이 가장 큰 요인으로 알려져 있으며, 특히 상기 열영향에 의한 디스크의 변형을 일으키는 원인은 디스크내의 잔류응력에 의하여 발생하는 것으로 알려져 있다.

이에, 기본적인 기계적 강도값과 흑연의 형상을 유지하면서 열발생을 억제하고, 열방출을 용이하게 하며, 열변형을 최소화할 수 있는 디스크 개발이 요구되고 있으며, 이를 위하여 디스크의 잔류응력 제거를 위한 열처리 공정 개발이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여, 제동시 마찰재와 디스크가 비평형 접촉함에 따라 제동 토오크의 변화를 초래하는 브레이크 쥬더 현상의 주원인인 디스크의 잔류응력을 제거할 수 있도록 한 자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은:

소정의 로내에 디스크를 배치시킨 후, 로의 온도를 580℃로 조절하여 디스크를 가열하되, 5시간 동안 가열 유지시키는 단계와; 상기 로의 온도를 시간당 40℃씩 300℃까지 낮추면서 디스크를 로냉시키는 단계와; 로냉이 완료된 디스크를 상온으로 도달될때까지 공냉시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 구현예로서, 소정의 로내에 디스크를 배치시킨 후, 로의 온도를 600℃로 조절하여 디스크를 가열하되, 1시간 동안 가열 유지시키는 단계와; 상기 로의 온도를 시간당 50℃씩 300℃까지 낮추면서 디스크를 로냉시키는 단계와; 로냉이 완료된 디스크를 상온으로 도달될때까지 공냉시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법의 결과로서, 본 발명의 열처리 공정과 그로 인해 처리된 디스크의 두께 변화(DTV:Disc Thickness Variance)와 기존의 디스크 두께 변화를 비교하여 나타낸 그래프,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법의 결과로서, 본 발명의 열처리 방법으로 처리된 디스크의 제동 토오크 변화(BTV:Brake Torque Variation)변화와 기존의 디스크의 제동 토오크 변화를 비교하여 나타낸 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법의 결과로서, 본 발명의 열처리 방법으로 처리된 디스크의 코이닝 각도 변화와 기존의 디스크의 코이닝 각도 변화를 비교하여 나타낸 그래프,

도 4는 본 발명의 열처리 방법이 적용되는 브레이크 디스크와 마찰재 패드가 결합된 상태를 나타내는 개략도,

도 5는 종래에 잔류응력에 의하여 디스크에 두께 변화가 발생된 상태를 나타내는 개략도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 잔류응력을 제거하기 위하여 어닐링(annealing)을 실시하는데, 이때 온도의 조절은 디스크의 흑연조직 및 기지조직에 영향을 미치게 된다.

잔류응력 제거를 위한 열처리는 기존의 미세조직과 기계적인 특성에 영향을 미치지 않아야 하며, 매스 이펙트(Mass effect)를 고려해야 하기 때문에 온도 및 유지시간에 대한 조절이 중요하다.

또한, 열처리시 탈탄이나 비틀림에 의해 변형될 수 있기 때문에 적절한 온도 선정이 중요하다.

이러한 조건을 고려하여, 현재 양상 디스크에 적용할 수 있는 본 발명의 열처리 방법의 각 실시예를 첨부한 도면과 그래프를 참조로 설명한다.

일반적으로 열처리를 실시하는 디스크의 화학적 성분은 다음 표 1와 같다.

또한, 상기 디스크의 기계적 특성중 경도는 HB185∼210, 인장강도는 22Kg/㎠이고, 디스크의 흑연조직중 흑연형상은 ASTM A 또는 C타입이고, 흑연크기는 0.08∼0.63mm이다.

이러한 화학적 성분 및 기계적 특성을 갖는 디스크에 대한 본 발명의 열처리방법을 순서대로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일실시예로서, 상기 디스크를 소정의 로(爐)에 배치시킨 후, 로의 온도를 580℃까지 가열하되, 5시간 동안 그 가열을 유지시키는 단계와; 상기 로의 온도를 시간당 40℃씩 300℃까지 낮추면서 디스크를 서서히 로냉시키는 단계와; 로냉이 완료된 디스크를 상온이 될때까지 공냉시키는 단계를 진행하게 된다.

본 발명의 다른 실시예로서, 상기 디스크를 소정의 로(爐)에 배치시킨 후, 로의 온도를 600℃까지 가열하되, 1시간 동안 가열 유지시키는 단계와; 상기 로의 온도를 시간당 50℃씩 300℃까지 낮추면서 디스크를 로냉시키는 단계와; 로냉이 완료된 디스크를 상온이 될때까지 공냉시키는 단계를 진행하게 된다.

이와 같은 본 발명의 열처리 방법에 의한 결과로서, 디스크내의 잔류응력이 용이하게 제거해줌에 따라, 기본적인 기계적 강도값과 흑연의 형상을 유지하면서 디스크의 열변형을 최소화할 수 있고, 그에따라 디스크의 두께 변화(DTV:Disc Thickness Variance)발생이 감소하게 되고, 결국 상기한 브레이크 쥬더 현상을 차단할 수 있게 된다.

여기서, 상기한 결과를 나타내는 시험예를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 열처리 방법으로 잔류응력이 제거된 디스크의 제동 시험을 하였다.

시험예 1

본 발명의 열처리 방법이 적용된 15인치 프론트 디스크를 채택하여 시험하였는 바, 시험에 채택한 디스크의 사양은 다음의 표 2와 같다.

위의 표 2와 같은 사양의 디스크를 버니쉬(Burnish) 조건에서 다이나모 시험을 하였다.

상기 버니쉬 조건은 가혹한 조건으로서, 마찰열 발생을 고의로 유도하여 디스크에 열변형을 임의적으로 발생시킨 조건을 말하며, 그 시험 조건은 다음의 표 3과 같다.

버니쉬 조건

200회 제동

0.3g 감속도

80KPH

토크 일정

패드온도 100℃

시험예 2

본 발명의 열처리 방법이 적용된 15인치 프론트 디스크를 채택하여 시험하였는 바, 시험에 채택한 디스크의 상기의 표 2와 동일하다.

위의 표 2와 같은 사양의 디스크를 1차적인 조건에서 다이나모 시험을 하였고, 이때의 1차적인 조건은 다음의 표 4와 같다.

시험예 3

본 발명의 열처리 방법이 적용된 15인치 프론트 디스크를 채택하여 시험하였는 바, 시험에 채택한 디스크의 사양은 상기의 표 2와 동일하다.

위의 표 2와 같은 사양의 디스크를 2차적인 조건에서 다이나모 시험을 하였고, 이때의 2차적인 조건은 다음의 표 5와 같다.

이와 같은 각 시험예는 잔류응력 제거 효과를 파악하기 위한 것이다.

이러한 각 시험예에 따른 결과는 다음의 표 6과 같다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법에 의하며, 디스크내의 잔류응력을 소정의 방법으로 제거해줌으로써, 브레이크 제동시 열변형에 의한 디스크의 두께 변화(DTV:Disc Thickness Variance)의 발생을 크게 줄일 수 있다.

또한, 상기 디스크의 두께가 크게 변화지 않기 때문에, 브레이크 제동시 패드와 디스크간이 평형상태로 접촉하여 제동 토오크 변화(BTV:Brake Torque Variation)의 발생을 줄일 수 있고, 그에따라 제동성능을 향상시킬 수 있다.

이러한 효과로 인하여, 기존에 현가 및 조향장치를 따라 이동/증폭되어 차체나 핸들을 진동시키는 브레이크 쥬더(Brake Judder)현상을 방지할 수 있다.

Claims (2)

1. 소정의 로내에 디스크를 배치시킨 후, 로의 온도를 580℃로 조절하여 디스크를 가열하되, 5시간 동안 가열 유지시키는 단계와;

   상기 로의 온도를 시간당 40℃씩 300℃까지 낮추면서 디스크를 로냉시키는 단계와;

   로냉이 완료된 디스크를 상온으로 도달될때까지 공냉시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법.
2. 소정의 로내에 디스크를 배치시킨 후, 로의 온도를 600℃로 조절하여 디스크를 가열하되, 1시간 동안 가열 유지시키는 단계와;

   상기 로의 온도를 시간당 50℃씩 300℃까지 낮추면서 디스크를 로냉시키는 단계와;

   로냉이 완료된 디스크를 상온으로 도달될때까지 공냉시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 디스크의 열처리 방법.