KR200402842Y1 - 고순도의 대형 심레스 튜브를 제조하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 대형 자동차 휠의 구성요소인 인너림이나 아우터림을 제조하기 위한 소재로 사용되는 심레스 튜브를 제조하는 장치에 관한 것이다.

본 고안의 심레스 튜브 제조장치는, 회전 가능하도록 되어 있고 내부에 용탕이 주입되어 일정한 두께의 속이 빈 튜브를 성형하는 주형과; 상기 주형을 회전시키기 위한 주형회전수단과; 레이들로부터 공급되는 알루미늄합금 용탕을 상기 주형으로 일정하게 공급하는 스파우트와; 상기 주형의 내부에 질소가스나 알곤가스를 지속적으로 분사하기 위한 가스분사장치와; 상기 주형에 진동을 가하는 진동장치;를 포함하여 구성된다.

본 고안의 심레스 튜브 제조장치를 사용하면, 원심주조법을 통해 심레스 튜브를 제조하므로 제조 공정이 단순하여 종래보다 제조시간을 단축할 수 있고, 회전되는 주형 내부에 질소가스나 알곤가스를 분사하여 산화피막 발생을 방지함으로써 불순물 함유량을 낮출 수 있으며, 주형에 진동을 가하여 강도를 높임으로써 자동차 휠 제조를 위한 고순도의 대형 알루미늄합금 심레스 튜브를 제조할 수 있는 특징이 있다.

Description

고순도의 대형 심레스 튜브를 제조하는 장치{THE MANUFACTURING APPARATUS OF BIG SEAMLESS TUBE HAVING HIGH PURITY}

본 고안은 대형 자동차 휠의 구성요소인 인너림이나 아우터림을 제조하기 위한 소재로 사용되는 심레스 튜브를 제조하는 장치에 관한 것이다.

알루미늄 재질의 대형 차동차 휠은 도 1과 같이 아우터림(1)과 디스크(2)와 인너림(3)으로 구성되어 있다.

종래에는 도 2와 같이 알루미늄 재질의 빌렛(Billet)을 가압하여 원통형의 대형 심레스 튜브(4)를 얻는 프레스공정; 심레스 튜브의 내경과 외경을 가공하는 절삭공정; 심레스 튜브를 늘려 조직을 치밀하게 하는 플로우포밍(Flow forming)공정; 플로우포밍(Flow forming)공정 후의 절단과 스피닝(Spinning)공정; 스피닝공정 후의 표면처리공정;을 통해 림을 만들고, 표면처리된 림을 가공하여 인너림이나 아우터림을 완성하였다.

그런데 빌렛(Billet)을 가압하여 원통형의 대형 심레스 튜브를 얻는 프레스공정은 7000톤 정도의 대형 프레스로 빌렛을 1차 가압하고 직진도 등을 자로잡기 위해 350톤 정도의 프레스로 2차 가압하는 과정으로 이루어져 있어 작업이 매우 불편하고 작업시간이 긴 문제점이 있었다.

뿐만 아니라 빌렛을 사용한 심레스 튜브의 제조방법은 제조 부산물이 많이 발생하여 생산 코스트를 높이는 문제점도 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 공정이 단순할 뿐 아니라 불순물 함유량이 낮은 고순도의 대형 알루미늄 심레스 튜브의 제조방법을 위한 제조장치를 제공함으로써 고품질의 림을 통한 인너림이나 아우터림을 생산할 수 있도록 하려는데 목적이 있다.

본 고안에서는 회전되는 주형의 내부에 용탕을 주입하는 원심주조법을 통해 중공부를 갖는 원통형의 대형 심레스 튜브를 간편하게 제조한다.

또, 주형의 내부에 산소가 존재하는 것을 방지하기 위해 주형 내부에 질소가스나 알곤가스를 지속적으로 분사하고 주형에 진동을 가하면서 용융 상태의 알루미늄합금 용탕을 주입하여 고순도의 대형 심레스 튜브를 얻을 수 있도록 한다.

이를 위한 본 고안의 심레스 튜브 제조장치는,

회전 가능하도록 되어 있고 내부에 용탕이 주입되어 일정한 두께의 속이 빈 튜브를 성형하는 주형과;

상기 주형을 회전시키기 위한 주형회전수단과;

레이들로부터 공급되는 알루미늄합금 용탕을 상기 주형으로 일정하게 공급하는 스파우트와;

주형의 내부에 질소가스나 알곤가스를 지속적으로 분사하기 위한 가스분사장치와;

상기 주형에 진동을 가하는 진동장치;를 포함하여 구성된다.

이하, 본 고안의 기술적 사상을 도면을 통해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

그러나 첨부된 도면은 본 고안의 기술사상을 구체적으로 설명하기 위한 일 예에 불과하므로 본 고안의 기술사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

종래의 대형 심레스 튜브 제조방법은 빌렛을 프레스로 가압하여 얻는 것인데 직경 50cm 정도의 대형 심레스 튜브를 얻기 위해서는 7,000톤 정도의 대형 프레스가 필요하였다.

또, 대형 프레스로 빌렛을 가압하면 원통형의 심레스 튜브를 얻을 수는 있으나 직진도가 좋지 못하므로 형태를 바로 잡기 위한 350톤 정도의 중소형 프레스도 필요하였다.

따라서 심레스 튜브를 얻기 위한 공정이 복잡하고 상당한 시설이 요구되며 제조시간이 비교적 긴 문제점이 있었던 것이다.

그럼에도 빌렛을 프레스로 가압하여 심레스 튜브를 만들었던 이유는 프레스로 빌렛을 가압하면 조직이 치밀해지는 효과를 얻을 수 있었기 때문이다.

즉, 심레스 튜브는 통상의 빌렛이 갖는 강도보다 높은 강도가 요구되는데 그와 같은 강도를 얻을 수 있는 방법 중 프레스를 통한 가압이 비교적 편리하기 때문이었다.

한편, 빌렛을 통해 심레스 튜브를 제조하는 방법으로는 진원의 대형 심레스 튜브를 제조할 수 없었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 원심 주조법을 통해 대형 심레스 튜브를 제조한다.

원심주조법은 회전되는 주형에 용탕을 주입하여 일정한 두께의 속이 빈 튜브를 제작하는 주조법이다.

이와 같은 원심주조법을 통한 심레스 튜브의 제조는 매우 간편하다.

그런데 통상의 원심주조법을 통해 심레스 튜브를 제조하면 조직이 치밀하지 못하여 자동차 휠의 인너림(3)이나 아우터림(1)에 적합한 강도를 얻을 수 없다.

본 고안에서는 회전되는 주형(10)에 진동을 가하면서 용탕(5)을 주입함으로써 인너림이나 아우터림 제조를 위한 강도를 얻을 수 있도록 한다.

이와 같은 진동은 용탕(5)의 주입속도에 따라 다르지만 통상의 용탕 주입속도에서는 분당 130회 정도면 타이어 휠의 구성요소인 인너림이나 아우터림을 제조하기에 적합한 강도를 얻을 수 있다.

원심주조법을 통해 심레스튜브를 제조함에 있어, 주형(10) 내의 산소를 제거하는 수단이 없으면 주형(10) 내부에 주입된 용탕이 산소와 반응하여 산화피막이 형성되고, 이로 인하여 심레스 튜브의 불순물 함유량이 높아지게 된다.

이와 같은 산화피막이 형성된 심레스 튜브는 내, 외경을 가공하는 절삭공정과 플로우포밍 공정을 실시할 때 크랙을 형성하게 되어 고품질의 디스크를 얻을 수 없는 요인이 된다.

이로 인하여 본 고안에서는, 심레스 튜브가 만들어지는 주형(10)의 내부에 질소가스나 알곤가스를 분사하여 주형(10) 내부에 산소가 존재하는 것을 방지하면서 알루미늄합금 용탕(5)을 주입한다.

즉, 질소가스나 알곤가스는 심레스 튜브 제조를 위한 알루미늄 합금의 용탕과 접촉되더라도 산화피막을 형성하지 않고, 주형(10) 내부에 분사할 경우 산소를 주형(10) 외부로 밀어내므로 이를 주형(10)의 내부에 분사하면서 용탕(5)을 주입하는 것이다.

상기와 같은 제조방법을 위한 본 고안의 심레스 튜브 제조장치는,

도 3과 같이 회전 가능하도록 되어 있고 내부에 용탕(5)이 주입되어 일정한 두께의 속이 빈 튜브를 성형하는 주형(10)과;

주형(10)을 회전시키기 위한 주형회전수단(20)과;

레이들로부터 공급되는 알루미늄합금 용탕을 상기 주형(10)으로 일정하게 공급하는 스파우트(30);를 갖는다.

또, 주형(10)의 내부에 질소가스나 알곤가스를 지속적으로 분사하기 위한 가스분사장치(40)와;

주형(10)에 진동을 가하는 진동장치(50);를 갖는다.

상기 주형회전수단(20)은 구동롤러(21)와 회전롤러(22) 및 모터(도시하지 않음)를 갖는 형태 등 종래와 같은 다양한 형태로 구현 가능하다.

상기 가스분사장치(40)는 가스공급관(41)과 분사노즐(42)을 갖는 다양한 형태로 구현할 수 있다.

그러나 가스분사장치(40)가 주형(10)의 회전에 영향을 주지 않도록 가스공급관(41)은 주형(10)의 회전 중심부를 따라 위치되어 있도록 하는 것이 바람직하다.

질소가스나 알곤가스를 분사함에 있어서는 질소가스나 알곤가스가 주형(10) 내에 지속적으로 고르게 분포되어 산화피막 방지효과가 극대화될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이를 위해서 가스분사장치(40)의 분사노즐(42)은, 가스공급관(41)의 소정 위치에 연결되어 질소가스나 알곤가스를 주형(10)의 내벽을 향해 여러 방향으로 분사할 수 있도록 도 3 및 도 4와 같이 여러 방향에 다수 개 배열하는 것이 바람직하다.

또, 주형(10)의 앞쪽에서 뒤쪽에 이르기까지 다수 개의 지점에서 여러 방향으로 질소가스나 알곤가스를 분사할 수 있도록 분사노즐(42)을 가스공급관(41)의 앞쪽에서 뒤쪽에 이르기까지 여러 지점에 설치하는 것이 더욱 바람직하다.

본 고안의 구성요소인 진동장치(50)는, 다양한 분야에서 사용되고 있는 종래 공지된 다양한 형태로 구현 가능하다.

또, 진동장치(50)의 설치 위치는 도 3과 같이 주형(10)에 직접 설치된 형태로 구현할 수도 있고, 도 4와 같이 주형의 하부에 위치된 구동롤러(21)와 회전롤러(22)를 받쳐주는 곳에 설치할 수도 있다.

이하, 본 고안의 작용을 첨부된 도면을 사용하여 설명하면 다음과 같다.

주형(10) 내에 용탕(5)을 주입하기 전 가스분사장치(40)를 통해 질소가스나 알곤가스를 주형(10) 내에 분사하여 주형(10) 내에 존재하던 산소가 외부로 배출되도록 한다.

질소가스나 알곤가스가 주형(10) 내에 상당량 분사된 후 레이들(6)을 통해 용탕(5)을 스파우트(30)에 투입하면 스파우트(30)를 통해 용탕이 주형(10) 내로 고르게 공급된다.

이와 같이 주입된 알루미늄 합금 용탕은 주형(10)의 회전력으로 인하여 주형(10)의 내벽에 밀착되면서 굳어져 일정한 두께를 갖는 심레스 튜브가 만들어진다.

알루미늄 합금 용탕이 지속적으로 공급되면서 굳을 때 주형(10)의 내부에는 가스분사장치(40)를 통해 질소가스나 알곤가스가 지속적으로 분사되어 산화피막이 형성되지 않아 고순도의 대형 심레스 튜브를 얻을 수 있는 것이다.

또, 진동장치(50)를 통해 주형(10)에 지속적으로 진동이 가해져 알루미늄 합금 용탕이 굳는 과정에서 조직이 치밀해져 인너림이나 아우터림을 제조할 수 있을 정도의 강도를 얻게 된다.

또한, 본 고안의 제조장치를 사용하면 진원의 대형 심레스 튜브를 제조할 수 있다.

본 고안의 심레스 튜브 제조장치를 사용하면, 원심주조법을 통해 심레스 튜브를 제조하므로 제조 공정이 단순하여 종래보다 제조시간을 단축할 수 있고, 회전되는 주형 내부에 질소가스나 알곤가스를 분사하여 산화피막 발생을 방지함으로써 불순물 함유량을 낮출 수 있으며, 주형에 진동을 가하여 기포제거 및 강도를 높임으로써 자동차 휠 제조를 위한 고순도의 대형 알루미늄합금 심레스 튜브를 제조할 수 있는 특징이 있다.

도 1은 타이어 휠의 개략도

도 2는 빌렛을 사용한 종래의 타이어 휠 제조방법을 설명하기 위한 개략도

도 3은 본 고안에 사용되는 심레스 튜브 제조장치의 개략도

A : 정면 개략도

B : 측면 개략도

도 4는 진동장치가 구동롤러와 회전롤러를 받쳐주는 곳에 설치되어 있는 본 고안의 심레스 튜브 제조장치의 또 다른 형태를 도시한 개략도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1. 아우터림 2. 디스크

3. 인너림 4. 심레스 튜브

5. 용탕 6. 레이들

10. 주형 20. 주형회전수단

21. 구동롤러 22. 회전롤러

30. 스파우트 40. 가스분사장치

41. 가스공급관 42. 분사노즐

50. 진동장치

Claims (2)

1. 심레스튜브의 제조장치에 있어서,

   회전 가능하도록 되어 있고 내부에 용탕이 주입되어 일정한 두께의 속이 빈 튜브를 성형하는 주형(10)과;

   상기 주형(10)을 회전시키기 위한 주형회전수단(20)과;

   레이들로부터 공급되는 알루미늄합금 용탕을 상기 주형으로 일정하게 공급하는 스파우트(30)와;

   상기 주형(10)의 내부에 질소가스나 알곤가스를 지속적으로 분사하기 위한 가스분사장치(40)와;

   상기 주형에 진동을 가하는 진동장치(50);를 포함하여 구성된, 고순도의 대형 심레스 튜브를 제조하는 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가스분사장치(40)는 주형(10)의 회전 중심부를 따라 위치되어 주형(10)의 회전에 영향을 미치지 않도록 설치되어 있는 가스공급관(41)과;

   상기 가스공급관(41)의 소정 위치에 연결되어 질소가스나 알곤가스를 주형(10)의 내벽을 향해 여러 방향으로 분사할 수 있도록 여러방향으로 배열되어 있는 다수 개의 분사노즐(42)을 갖는 것을 특징으로 하는, 고순도의 대형 심레스 튜브를 제조하는 장치.