KR20090008760A - 단조소재의 고수율 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 등의 금속을 대상으로 하는 단조소재의 고수율 성형방법에 관한 것이다.

본 발명에서는 단면적이 단조 완성품의 단면적 보다 큰 아웃사이드부와 크지 않은 인사이드부가 혼재되어 있는 프로파일로 이루어진 프리폼이 적용되는데, 아웃사이드부는 단조 완성품에서 소정의 강도가 요구되는 부위에만 형성되고, 인사이드부는 그 이외의 부위에 형성되므로, 단조시 성형에 필요한 부분 이외에 플래시로 빠져나가는 소재의 양이 적어 소재의 수율을 향상시킬 수가 있다.

단조, 수율, 프리폼, 예비단조, 플래시, 아웃사이드부, 인사이드부

Description

단조소재의 고수율 성형방법 {Forming method to attain high yield rate of forging material}

본 발명은 성형방법에 관한 것으로서, 특히 알루미늄 등의 금속을 대상으로 하는 단조소재의 고수율 성형방법에 관한 것이다.

단조는 금속 소재에 충격이나 압력을 가함으로써 기계적 성질이 우수한 제품을 얻는 소성가공의 한 종류이다.

단조 대상물은 소재의 주조공정을 통해 단조품의 예비적인 형상을 한 프리폼(preform)으로 준비되며, 이 프리폼이 금형에서 단조공정을 거침으로써 얻고자 하는 형상을 이루게 되고, 트리밍(trimming) 작업을 통해 공정 진행 중에 발생한 플래시(flash)가 제거됨으로써 최종 제품으로 만들어지게 된다.

한편, 첨부도면 도 1에 보인 바와 같이, 종래의 단조방법에서 사용되고 있는 프리폼(1)은 단조 완성품(2)의 단면적(또는 금형의 성형 영역 단면적) 보다 큰 사이즈로 형성된다. 예를 들면, 프리폼(1)의 단면적에 대한 단조 완성품(2)의 단면적(또는 금형의 성형 영역 단면적)의 비율이 1:1.1 이상이 된다. 그리고, 이 프리폼(1)은 도 2a 및 도 2b와 같이 상형(3)과 하형(4) 사이에서 단조됨으로써 얻 고자 하는 형상과 사이즈로 성형이 이루어지는데, 이때 주조과정에서 프리폼(1)에 생성되어 있던 표면결함물층(1a)이 플래시(flash)로서 빠져나가게 된다. 그런데, 이와 같이 프리폼(1)의 단면적이 실제 단조 완성품(2)의 단면적 보다 크게 형성되는데다가 단조과정에서 플래시로 버려지는 소재의 양이 많기 때문에, 단조품의 제조에 투입된 소재의 양에 대해 실제로 단조 완성품(2)을 구성하는 소재의 양을 비교하면 수율이 50∼65%에 불과하다. 따라서, 이러한 저조한 수율은 단조품 제조에 소요되는 비용의 증가를 초래하는 요인이 되고, 결국에는 제품 가격을 상승시키는 문제가 되고 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 단조품의 제조에 소요되는 소재의 투입량에 대한 단조 완성품의 비율을 향상시키게 되는 단조소재의 고수율 성형방법을 제공하는 데에 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 단조 완성품의 단면적 대비 인사이드부와 아웃사이드부가 혼재되도록 프리폼을 형성하고, 상기 인사이드부에 대해서는 상기 프리폼을 단조 완성품보다 성형 영역 단면적이 큰 예비단조금형으로 단조하여 인사이드부에 존재하는 표면결함물층이 상기 예비단조금형의 성형 영역 내측과 외측에 위치하게 되는 예비단조품을 성형한 다음, 이 예비단조품을 단조 완성품과 성형 영역 단면적이 일치하는 본단조금형으로 단조하여 상기 표면결함물층을 제거하고, 상기 아웃사이드부에 대해서는 아웃사이드부에 존재하는 표면결함물층이 성형 영역 외측에 위치하게 되는 예비단조금형과 본단조금형에서의 단조로 표면결함물층을 제거함으로써 단조 완성품을 얻는 단조소재의 고수율 성형방법을 개시한다.

여기서, 상기 아웃사이드부는 상기 단조 완성품에서 소정의 강도가 요구되는 부위에 형성되고, 상기 인사이드부는 그 이외의 부위에 형성되는 것이 바람직하다.

또, 상기 단조 완성품의 단면적과 상기 인사이드부의 단면적 비율은 1:0.9∼1:1로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따르면, 단조과정에서 플래시로 버려지는 소재의 양이 감소되어 단조품의 제조에 소요되는 소재의 투입량에 대한 단조 완성품의 비율 즉 수율을 향상시게 된다. 따라서, 본 발명은 단조품 제조에 소요되는 비용을 절감할 수 있고, 단조 제품의 가격을 낮출 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 프리폼의 인사이드부에 대하여 예비단조공정을 거치면서 프리폼에 존재하던 표면결함물층을 제거함으로써, 단조제품의 품질을 향상시키는 효과가 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 3은 본 발명에 적용되는 프리폼과 단조 완성품의 단면적을 비교 도시한 도면이다.

도 3에 예시된 단조 완성품(M3)은 자동차의 현가장치에 사용되는 알루미늄 재질의 컨트롤 암을 나타낸 것으로서, 볼 조인트 구성부(J)와 부시 구성부(B,B')가 요부로서 구비되어 있다.

그리고, 이 단조 완성품(M3)을 제작하기 위하여 적용되는 프리폼(M1)은 주조 공정을 통해 제작이 되며, 그 단면적이 단조 완성품(M3)의 단면적 보다 큰 부위와 크지 않은 부위가 혼재되어 있는 프로파일로 되어 있다. 여기서, 단조 완성품(M3)의 단면적보다 큰 프리폼(M1)의 해당 부위를 '아웃사이드부(Po)'라 칭하고, 단조 완성품(20)의 단면적보다 크지 않은 부위를 '인사이드부(Pi)'라 칭한다. 단조 완성품(M3)의 강도와 성능을 고려하여, 아웃사이드부(Po)는 단조 완성품(M3)에서 소정의 강도가 요구되는 부위에 형성되고, 인사이드부(Pi)는 그 이외의 부위에 형성되는 것이 바람직하다. 도면에 예시된 컨트롤 암에서 볼 조인트 구성부(J)와 부시 구성부(B,B')가 아웃사이드부(Po)로 이루어지고, 그 이외의 부위는 인사이드부(Pi)로 이루어진다.

단조 완성품(M3)의 단면적과 인사이드부(Pi)의 단면적 비율은 1:0.9∼1:1로 하는 것이 차후의 단조공정에서 단조 완성품(M3)의 강도를 일정 수준으로 유지하고 표면결함물층을 제거하는 데에 바람직하다.

위와 같은 프로파일을 갖는 프리폼(M1)을 대상으로 단조공정이 진행되는데, 특히 인사이드부(Pi)에 대한 단조공정은 도 4a 및 도 4b, 그리고 이어서 도 5a 및 도 5b와 같이 이루어진다.

먼저, 예비단조공정으로서 다음의 공정이 수행된다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 예비단조금형을 구성하는 상형(10)과 하형(20)의 사이에 인사이드부(Pi)로 이루어진 프리폼(M1)의 해당 부위(예를 들면, 컨트롤 암의 허리부)를 배치한다. 이렇게 배치된 프리폼(M1)의 가장자리에는 주조공정에서 생성된 표면결함물층(S)이 존 재한다. 그리고, 프리폼(M1)이 배치되는 상형(10)과 하형(20)의 성형 영역(11,21)은 단조 완성품보다 큰 단면적을 갖는다. 프리폼(M1)을 예비단조금형에 배치한 다음에는, 상형(10)과 하형(20)에 의해 프리폼(M1)을 가압함으로써, 도 4b와 같이 상형(10)과 하형(20)의 성형 영역(11,21)에 부합되는 형상을 가진 예비단조품(M2)으로 성형되도록 한다. 이렇게 성형이 이루어진 예비단조품(M2)에서 가장자리에 존재하던 표면결함물층(S)은 플래시로서 예비단조금형의 성형 영역(11,21)의 바깥쪽에 위치하는 플래시 배출부(F)로 빠져나가는데, 일부 표면결함물층(S)은 성형 영역(11,21)의 내측에도 위치하게 된다.

다음으로, 상기와 같이 형성된 예비단조품에 대해 도 5a 및 도 5b에 도시된 것처럼 본단조공정이 수행된다. 본단조공정에서는 단조 완성품과 일치하는 성형 영역 단면적을 가진 본단조금형을 사용하여 단조를 하게 된다. 따라서, 전술한 예비단조금형의 상형(10)과 하형(20)에 의해 형성된 성형 영역(11,21)과 비교하여, 본단조금형의 상형(30)과 하형(40)에 의해 형성되는 성형 영역(31,41)의 단면적이 작다. 특히 성형 영역(31,41)의 단면적은, 도 5a에 도시된 바와 같이, 본단조금형을 구성하는 상형(30)과 하형(40)의 성형 영역(31,41) 사이에 예비단조품(M2)을 배치하였을 때, 예비단조품(M2)에 존재하는 모든 표면결함물층(S)이 성형 영역(31,41)의 외측에 위치하는 크기로 이루어져 있다. 이와 같이 구성된 본단조금형에 예비단조품(M2)을 배치하고 가압하면, 도 5b에 도시된 것처럼 상형(30)과 하형(40)의 성형 영역(31,41)에 부합되는 형상을 가진 단조 완성품(M3)으로 성형된다. 이때, 예비단조품(M2)의 가장자리에 존재하던 표면결함물층(S)은 성형 영역(31,41) 외측의 플래시 배출부(F')로 밀려나가 제거된다. 이와 같이, 본단조공정을 통해 단조 완성품(M3)이 성형되면서 처음에 프리폼(M1)에 존재하던 표면결함물층(S)이 본단조금형의 성형 영역(31,41)으로부터 모두 빠져나가 제거되는 것이다.

한편, 프리폼(M1)의 아웃사이드부(Po)에 대한 단조공정은, 앞에서 언급한 바와 같이 도 3에 예시된 컨트롤 암에서는 아웃사이드부(Po)로 이루어진 볼 조인트 구성부(J)와 부시 구성부(B,B')를 대상으로 수행된다. 그리고, 아웃사이드부(Po)에 대한 단조는 전술한 예비단조금형과 본단조금형에서 차례로 이루어진다. 특히, 아웃사이드부(Po)에 대한 예비단조와 본단조는 금형의 성형 영역 형상 및 치수 정밀도에서 차이가 있을 뿐이고, 아웃사이드부(Po)에 존재하는 표면결함물층은 모두 예비단조금형과 본단조금형의 성형 영역 외측에 위치하게 된다. 따라서, 다음에서는 아웃사이드부(Po)에 대한 본단조만을 설명하며, 이에 준하는 예비단조에 대한 설명은 생략한다.

먼저, 도 6a에 도시된 것처럼, 금형의 상형(30)과 하형(40) 사이에 아웃사이드부로 이루어진 예비단조품(M2')을 배치한다. 이 예비단조품(M2')은 당연히 프리폼(M1')을 예비단조하여 얻은 중간소재로서, 그 가장자리에는 프리폼(M1')의 주조시 발생한 표면결함물층(S)이 존재한다. 이러한 예비단조품(M2')이 배치되는 상형(30)과 하형(40)의 성형 영역(32,42)은 단조 완성품과 일치하는 단면적을 갖는다. 예비단조품(M2')을 금형에 배치한 다음에는, 상형(30)과 하형(40)에 의해 예비단조품(M2')을 가압함으로써, 도 6b와 같이 상형(30)과 하형(40)의 성형 영 역(32,42)에 부합되는 형상을 가진 단조 완성품(M3')으로 성형되도록 한다. 이렇게 성형이 이루어진 단조 완성품(M3')에서 표면결함물층(S)은 플래시로서 금형의 성형 영역(32,42)의 바깥쪽에 위치하는 플래시 배출부(F')로 빠져나가 제거된다.

이와 같이, 본 발명에서는 프리폼(M1)의 단면적이 단조 완성품(M3)의 단면적 보다 큰 아웃사이드부(Po)와 크지 않은 인사이드부(Pi)가 혼재되어 있는 프로파일로 되어 있다. 특히, 아웃사이드부(Po)는 단조 완성품(M3)에서 소정의 강도가 요구되는 부위에만 형성되고, 인사이드부(Pi)는 그 이외의 부위에 형성되므로, 단조시 성형에 필요한 부분 이외에 플래시로 빠져나가는 소재의 양이 적어 소재의 수율을 향상시킬 수가 있다. 본 발명의 발명자가 얻은 경험치에 따르면, 소재의 수율은 75∼85%에 이르는 것으로 나타났다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

도 1은 종래의 단조방법에 적용되는 프리폼과 단조 완성품의 단면적을 비교 도시한 도면이다.

도 2a 및 도 2b는 도 1의 프리폼에 대한 단조공정을 나타낸 개략도이다.

도 3은 본 발명에 적용되는 프리폼과 단조 완성품의 단면적을 비교 도시한 도면이다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에서 프리폼의 인사이드부에 대한 예비단조공정을 나타낸 도면이다.

도 5a 및 도 5b는 도 4의 예비단조공정을 거친 소재의 본단조공정을 나타낸 도면이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에서 프리폼의 아웃사이드부에 대한 단조공정을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 예비단조금형의 상형 11,21,31,41 : 성형 영역

20 : 예비단조금형의 하형 30 : 본단조금형의 상형

40 : 본단조금형의 하형 F : 플래시 배출부

M1 : 프리폼 M2,M2' : 예비단조품

M3,M3' : 단조 완성품 Po : 인사이드부

Po : 아웃사이드부 S : 표면결함물층

Claims (3)

1. 단조 완성품의 단면적 대비 인사이드부와 아웃사이드부가 혼재되도록 프리폼을 형성하고,

   상기 인사이드부에 대해서는 상기 프리폼을 단조 완성품보다 성형 영역 단면적이 큰 예비단조금형으로 단조하여 인사이드부에 존재하는 표면결함물층이 상기 예비단조금형의 성형 영역 내측과 외측에 위치하게 되는 예비단조품을 성형한 다음, 이 예비단조품을 단조 완성품과 성형 영역 단면적이 일치하는 본단조금형으로 단조하여 상기 표면결함물층을 제거하고,

   상기 아웃사이드부에 대해서는 아웃사이드부에 존재하는 표면결함물층이 성형 영역 외측에 위치하게 되는 예비단조금형과 본단조금형에서의 단조로 표면결함물층을 제거함으로써 단조 완성품을 얻는 단조소재의 고수율 성형방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 아웃사이드부는 상기 단조 완성품에서 소정의 강도가 요구되는 부위에 형성되고, 상기 인사이드부는 그 이외의 부위에 형성되는 것을 특징으로 하는 단조소재의 고수율 성형방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 단조 완성품의 단면적과 상기 인사이드부의 단면적 비율은 1:0.9∼1:1인 것을 특징으로 하는 단소소재의 고수율 성형방법.

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