KR20070120329A - 자동차용 브레이크 디스크의 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 브레이크 디스크의 가공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 브레이크 디스크 가공 공정 중, 황삭(rough grinding) 가공방법에 있어서, 1차 황삭 공정으로 디스크의 환기구(vent)를 기준으로 클램핑하여 디스크 아웃보드의 외측면을 황삭 가공한 후, 2차 황삭 공정으로 디스크의 햇(hat)부위를 기준으로 클램핑하여 디스크 인보드의 내측면을 황삭 가공하며, 특히, 브리넬 경도범위가 HB 180 ~ 210이고 탄소함량이 3.6 ~ 3.8 중량% 함유된 고탄소 회주철 디스크 재질의 경우, 초경 인서트 팁은 0.44 ~ 0.46 mm/rev의 절삭이송(feed)과 795 ~ 805의 주축 RPM으로 가공하고, 세라믹 인서트 팁은 0.29 ~ 0.31 mm/rev의 절삭이송과 395 ~ 405 주축 RPM으로 황삭 가공하는 최적의 황삭 가공조건을 부여한 자동차용 브레이크 디스크의 가공방법에 관한 것이다.

자동차, 고탄소 회주철, 브레이크 디스크, 가공방법, 황삭공정

Description

자동차용 브레이크 디스크의 가공방법{Method for machining brake disc in automobile}

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 브레이크 디스크의 1차 황삭 공정시 클랭핑 위치와 가공면 위치를 나타내는 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 브레이크 디스크의 2차 황삭 공정시 클램핑 위치와 가공면 위치를 나타내는 개략도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 브레이크 디스크 11 : 환기구

12 : 아웃보드 13 : 인보드

14 : 햇(hat)

본 발명은 자동차 브레이크 시스템에 장착되는 자동차용 브레이크 디스크의 가공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디스크 가공 공정 중 황삭 가공방법과 고탄소 회주철 디스크 재질에 적합한 인서트 재질별 최적 황삭 가공조건을 구체화하는 자동차용 브레이크 디스크의 가공방법에 관한 것이다.

일반적으로, 브레이크 디스크의 기계 가공은 브레이크 시스템에 장착되는 디스크의 편평도(flatness)와 상호 평행도(parallelism)에 대한 치수와 공차를 만족시키기 위해 수행된다.

이러한 브레이크 디스크의 가공 공정은 치수의 정확도에 따라 제동시 상대재인 마찰재와의 마찰특성에 영향을 미칠 수 있으므로 정밀 가공이 요구되는 분야이다.

이를 위하여 통상적으로, 브레이크 디스크의 가공 공정은 다른 기계부품의 가공 순서와 유사하게 황삭, 정삭, 드릴링 및 밸런스, 연삭, 세척, 측정 및 각인의 순서로 이루어져 있다.

이와 같이, 상기 브레이크 디스크의 가공 공정이 여러 단계로 구분되는 이유는 공구 조건을 조절하여 디스크의 표면 거칠기를 순차적으로 매끄럽게 연마하기 위함이다.

특히, 황삭 공정은 표면이 거친 디스크 주물품(cast-iron product)을 처음으로 가공하는 단계이므로, 공구 수명과 직결되는 공정일 뿐만 아니라 최종 완제품 인 브레이크 디스크의 가공 품질에 가장 큰 영향을 미치는 중요한 공정이다.

상기 황삭 공정에서 정확한 기준 위치와 치수로 가공되지 않을 경우에는 후 공정인 정삭 및 연삭 공정에서 치수를 보정하기가 불가능하므로 디스크의 아웃보드 마찰면 및 인보드 마찰면의 절삭 순서를 고려하여 초기 주물상태로 이루어진 디스 크의 기준면을 설정해야 한다.

황삭 공정에 영향을 미치는 인자로는 디스크의 재질, 인서트 팁의 재질, 절삭이송, 주축 RPM이 지배적인 인자이며, 이러한 인자에 대한 황삭 공정 조건을 결정해야 한다.

황삭 공정시 인서트 팁의 공구 선정은 브레이크 디스크의 가공 수량과 밀접한 연관성을 나타내므로 대상 디스크의 재질을 고려하여 상기 인서트 팁에 적합한 절삭이송 및 주축 RPM의 조건을 선택해야 한다.

상기 절삭이송(mm/rev)은 회전당 길이방향으로 인서트 팁의 이동거리를 나타내는 용어로서, 가공 부하로 인해 인서트 팁에 많은 영향을 주는 인자이며, 주축 RPM은 대상 가공물의 분당 회전수로서, 절삭이송과 마찬가지로 절삭성에 많은 영향을 주는 지배적 인자이다.

특히, 고탄소 회주철 디스크 재질은 미세조직 내 흑연길이를 길게 성장시키기 위해 탄소함량을 3.6 ~ 3.8 중량% 첨가하여 기존 디스크 재질보다 탄소 함량이 0.2 ~ 0.4중량%가 더 첨가된 소재로서, 기존 디스크 재질보다 대략 HB 30 정도 낮은 HB 180 ~ 210의 경도 범위를 나타낸다.

따라서, 상대적으로 흑연 길이가 길고 흑연 면적 분율이 높은 고탄소 회주철 디스크 재질의 특성을 고려하여 인서트 팁의 재질에 따른 절삭이송 및 주축 RPM의 최적 가공 조건을 결정해야 한다.

종래 브레이크 디스크의 가공 공정은 황삭 가공시 브레이크 디스크의 인보드 또는 아웃보드 측면을 기준으로 클램핑하여 연삭하였으며, 또한 디스크 재질과 무 관하게 동일한 가공 조건으로 황삭 가공을 수행하였다.

그러나, 이러한 가공방법은 초기 주물품 디스크의 인보드 또는 아웃보드 마찰면이 균일하지 않을 경우, 기준면이 기울게 되어 전체적으로 경사진 기준면을 따라 가공되는 단점이 있으며, 과도하게 디스크의 마찰면이 경사진 경우에는 가공 공차범위를 벗어나 가공 불능의 한계를 나타낼 수 있다.

또한 종래의 가공방법은 브레이크 디스크의 재질을 고려하지 않음으로써 차종에 따른 디스크 재질의 변경시 공구 수명이 단축되어 가공 비용이 상승하거나 불량률이 증가되는 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 브레이크 디스크의 황삭 가공시 디스크의 환기구(vent)를 기준으로 클램핑하여 디스크의 아웃보드의 외측면을 1차로 가공한 후, 그 1차 가공된 햇(hat) 부위면을 기준으로 클램핑하여 디스크의 인보드 내측면을 2차 가공함으로써, 평행도를 유지하면서 디스크 인보드 및 아웃보드 마찰면이 동등한 절삭 깊이 수준으로 황삭될 수 있도록 하는 자동차용 브레이크 디스크의 가공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 고탄소 회주철로 이루어진 브레이크 디스크를 가공하는 데 있어서, 재질의 특성을 고려하여 초경 인서트 팁은 0.44 ~ 0.46 mm/rev의 절삭이송(feed)과 795 ~ 805의 주축 RPM으로 가공하고, 세라믹 인서트 팁은 0.29 ~ 0.31 mm/rev의 절삭이송과 395 ~ 405의 주축 RPM으로 가공하는 최적의 가공 조건을 갖는 자동차용 브레이크 디스크의 가공방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 자동차용 브레이크 디스크의 가공방법에 있어서,

초기 주물상태로 이루어진 브레이크 디스크의 환기구를 기준으로 클램핑하며, 디스크 아웃보드의 상부 마찰면과 햇(hat)의 외측 상단면 및 측면 부위를 황삭 가공하는 단계와;

상기 단계에서 가공된 디스크의 햇(hat) 측면 부위를 기준으로 클램핑하며, 상기 햇(hat)의 외측면을 기저 중심으로 디스크 인보드의 상부 마찰면과 상기 햇(hat)의 내측 상단면 및 측면 부위를 황삭 가공하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 브레이크 디스크는 그 브리넬 경도범위가 HB 180 ~ 210이고, 탄소함량이 3.6 ~ 3.8 중량%가 함유된 고탄소 회주철 재질의 경우, 초경 인서트 팁은 0.44 ~ 0.46 mm/rev의 절삭이송(feed)과 795 ~ 805의 주축 RPM으로 황삭 가공하고, 세라믹 인서트 팁은 0.29 ~ 0.31 mm/rev의 절삭이송과 395 ~ 405 주축 RPM으로 황삭 가공하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 자동차용 브레이크 디스크의 1차 황삭 공정시, 디스크의 가공면 위치와 클램핑 위치를 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 브레이크 디스크의 2차 황삭 공정시, 디스크의 가공면 위치와 클램핑 위치를 나타내는 개략도이다.

본 발명에 따른 브레이크 디스크에 있어서, 1차 황삭 공정시 초기 주물상태로 이루어진 브레이크 디스크(10)의 환기구(11)를 기준으로 클램핑하며, 이를 중심으로 디스크 아웃보드(12)의 상부 마찰면과 햇(hat)(14)의 외측 상단면 및 측면 부위를 가공한다.

이는 상기 브레이크 디스크(10)의 환기구(11)에 클램핑하면 환기구(11) 위치를 기준으로 중앙 기준면을 설정할 수 있으므로 황삭 가공시 아웃보드(12) 마찰면과 인보드(13) 마찰면의 가공 두께를 동등하게 황삭할 수 있으며, 디스크의 햇(hat)(14) 부위도 기울거나 치우침 없이 황삭할 수 있는 효과를 얻을 수 있기 위함이다.

위와 같이 1차 황삭 공정이 완료된 후, 2차 황삭 공정시에는 상기 1차 황삭 공정시 가공된 디스크의 햇(hat)(14) 측면 부위를 기준으로 클램핑하며, 상기 햇(hat)(14)의 외측면을 기저 중심으로 디스크 인보드(13)의 상부 마찰면과 햇(hat)(14)의 내측 상단면 및 측면 부위를 가공한다.

따라서, 상기 1차 및 2차에 걸친 황삭 가공방법 순서에 따라 브레이크 디스크(10)의 아웃보드(12)면을 황삭 가공한 후, 인보드(13)면을 가공하면 기준면이 변동되지 않으면서 평행도를 연계시켜 브레이크 디스크(10)의 가공면이 한쪽으로 치 우치는 현상을 최소화할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 브레이크 디스크(10)의 황삭 가공에 있어서, 디스크의 재질특성을 고려한 황삭 가공방법을 실시예 및 비교예를 통해 상세히 설명하고자 한다.

본 발명에서 실시한 고탄소 회주철 브레이크 디스크(10)의 성분 및 함량과 브리넬 경도범위는 표 1에 나타내었다.

특히, 상기와 같은 브레이크 디스크(10)의 성분에 있어서, 탄소 함량이 3.6 ~ 3.8 중량% 함유되어 있는 브레이크 디스크(10)의 재질을 고려하여 상기 인서트 팁에 적합한 절삭이송 및 주축 RPM의 조건을 선택해야 한다.

특히, 고탄소 회주철 브레이크 디스크(10) 재질은 미세조직 내 흑연길이를 길게 성장시키기 위해 탄소함량을 3.6 ~ 3.8 중량% 첨가하여 기존 브레이크 디스크(10)의 재질보다 탄소 함량이 0.2 ~ 0.4중량%가 더 첨가된 소재로서, 기존의 브레이크 디스크(10)의 재질보다 대략 HB 30 정도 낮은 HB 180 ~ 210의 경도 범위를 나타낸다.

따라서, 상기 고탄소 회주철 브레이크 디스크(10)의 재질 특성을 고려하여 인서트 팁의 재질에 따른 절삭이송 및 주축 RPM의 최적 가공 조건을 결정하는 것이 바람직하다.

이에, 고탄소 회주철 소재로 이루어진 브레이크 디스크(10)의 재질에 대해 1차 및 2차 황삭 공정시 인서트 팁의 재질, 절삭이송(feed), 주축 RPM별 디스크 황삭 가공수량을 표 2에 나타내었다.

표 2에 나타낸 1차 및 2차 황삭 가공수량은 각 인서트 팁의 재질에서 인서트 팁을 교체할 때까지 황삭 가공한 디스크 개수를 나타내었다.

상기 실시예와 비교예를 통해 브리넬 경도범위가 HB 180 ~ 210이고, 탄소함량이 3.6 ~ 3.8 중량%가 함유된 고탄소 회주철 브레이크 디스크(10) 재질의 가공 생산성을 향상시키기 위해서는 초경 인서트 팁의 경우, 0.44 ~ 0.46 mm/rev의 절삭이송(feed)과 795 ~ 805의 주축 RPM으로 황삭 가공하고, 세라믹 인서트 팁의 경우, 0.29 ~ 0.31 mm/rev의 절삭이송과 395 ~ 405 주축 RPM으로 황삭 가공하는 것이 황삭 가공수량을 종합하여 볼 때 가장 효과적인 것으로 나타난 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 브레이크 디스크의 가공방법에 의하면, 디스크의 가공 기준면이 변동되지 않으면서 평행도를 연계시킴으로써 브레이크 디스크의 가공 마찰면이 치우치지 않고 디스크 마찰면의 상하면이 동등한 절삭 깊이 수준으로 가공할 수 있도록 하며, 특히 고탄소 회주철 디스크 재질에 적합한 인서트 팁의 재질별 최적 황삭 조건을 적용하여 가공 생산성이 향상되고 불량률이 감소되며 공구 수명을 연장하여 비용 절감을 이룰 수 있도록 하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 자동차용 브레이크 디스크의 가공방법에 있어서,

   초기 주물상태로 이루어진 브레이크 디스크의 환기구를 기준으로 클램핑하며, 디스크 아웃보드의 상부 마찰면과 햇(hat)의 외측 상단면 및 측면 부위를 황삭 가공하는 단계와;

   상기 단계에서 가공된 디스크의 햇(hat) 측면 부위를 기준으로 클램핑하며, 상기 햇(hat)의 외측면을 기저 중심으로 디스크 인보드의 상부 마찰면과 상기 햇(hat)의 내측 상단면 및 측면 부위를 황삭 가공하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 디스크의 가공방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 브레이크 디스크는 그 브리넬 경도범위가 HB 180 ~ 210이고, 탄소함량이 3.6 ~ 3.8 중량%가 함유된 고탄소 회주철 재질의 경우, 초경 인서트 팁은 0.44 ~ 0.46 mm/rev의 절삭이송(feed)과 795 ~ 805의 주축 RPM으로 황삭 가공하고, 세라믹 인서트 팁은 0.29 ~ 0.31 mm/rev의 절삭이송과 395 ~ 405 주축 RPM으로 황삭 가공하는 것을 특징으로 하는 자동차용 브레이크 디스크의 가공방법.

Images