KR20090024859A - 차량용 브레이크 디스크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 브레이크 디스크의 제조방법에 관한 것으로서, 브레이크 디스크의 소재인 회주철이 용해된 용해로에서 래들로 출탕되는 용탕의 줄기에 접종제를 투입하여 스트림 접종하는 1차 접종단계와; 상기 래들에서 주입기로 수탕되는 용탕의 줄기에 접종제를 투입하여 스트림 접종하는 2차 접종단계와; 상기 주입기에 수탕된 용탕에 접종제를 투입하여 스트림 접종하는 3차 접종단계와; 상기 주입기에서 금형으로 공급되는 용탕의 줄기에 접종제를 투입하여 스트림 접종하는 4차 접종단계;로 구성되어, 브레이크 디스크로 이용되는 회주철의 생산 시 접종효율이 향상되어 흑연의 성장이 촉진됨으로써 브레이크 디스크로의 제조 시 방열성 및 진동흡수성능이 향상된다.

용해로, 래들, 주입기, 금형, 스트림, 접종, 용탕, 접종제

Description

차량용 브레이크 디스크의 제조방법{manufacturing method of brake disc for vehicles}

본 발명은 차량용 브레이크 디스크의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회주철을 이용한 브레이크 디스크의 제조 시 회주철에 흑연의 성장을 촉진시켜 브레이크 디스크의 방열성 및 진동흡수성능을 향상시키는 차량용 브레이크 디스크의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 브레이크 장치에 사용되는 브레이크 디스크는 마찰에 의한 고온의 열이 발생됨으로써 효율적인 열방출 능력이 요구되고, 이를 만족시키기 위해 통상적으로 브레이크 디스크는 저렴하면서도 열방출성이 좋은 회주철로 제작된다.

이러한 회주철의 열방출능력은 미세조직 내의 기지조직에 석출된 흑연이며, 흑연의 길이와 형상에 따라 열방출능력은 차이가 발생하는 것으로 알려져 있다.

흑연 조직은 디스크 내에 네트워크 구조를 이루며 3차원으로 배열되어 있는 데, 열방출 능력이 우수한 흑연조직은 길이가 길며 방향성이 없는 선형 형상의 A-type으로서, 1 ∼ 3 size정도로 고르게 퍼져 있어야만 한다.

현재, 국내외에서 사용되는 일반적인 자동차용 브레이크 디스크는 흑연의 사이즈가 작거나 장미형(B-type) 혹은 덴드라이트(dendrite)조직을 이루고 있다.

이러한 조직의 차이는 회주철의 제조 시에 접종을 통해 액상에서 고상으로 응고 시 흑연의 성장 및 A-type 흑연을 촉진하고 공정 셀을 증대시킬 수 있게 된다.

이와 같은 회주철에서 접종이라 함은, 응고 시 흑연의 핵생성 자리의 수를 증가시킴으로써 회주철의 미세조직인 흑연의 성장을 촉진시키는 공정이다.

종래의 접종방법은, 회주철의 생산 시 용해로에서 래들로 용탕의 출탕 시 접종제를 봉지 등에 싸서 래들내의 용탕에 투입하는 1차 접종과, 주입기에서 금형으로 공급되는 용탕에 접종제를 투입하는 2차 접종으로, 총 2회에 걸쳐 이루어진다.

그러나, 1차 접종의 경우에는 접종제를 용탕에 골고루 혼합하기 위해, 용탕이 래들에 1/4 정도 채워질 때 접종제를 래들의 용탕에 투입하고 용탕이 3/4 정도 채워질 때 접종처리가 완료되도록 하는 방식으로, 용해로에서 출탕되어 래들에 채워진 용탕에 접종제를 봉지에 포장된 채로 던져 투입하는데, 이와 같이 투입된 접종제는 도 4a에서와 같이 용탕보다 밀도가 낮기 때문에 용탕의 표면으로 부상하게 되고, 이와 같이 부상된 접종제는 공기와의 접촉으로 인해 산화되어 슬래그(slag)로 소실되어 접종제의 접종효율이 저하되는 단점이 있었다.

또한, 주입기에서 금형으로 공급되는 용탕에는 많은 양의 접종제를 투입하지 못하고 소량의 접종제만 투입하게 되는데, 이는 1400℃ 정도의 고온의 용탕과 실온인 금형간의 큰 온도차로 인해서 용탕이 금형으로 공급됨과 동시에 용탕의 온도가 100℃ 이상 떨어져 용탕이 빨리 식기 때문에, 용탕으로 투입된 접종제가 용해되기에 충분한 시간 확보가 어려워 접종제의 양을 소량으로 제한할 수 밖에 없는 단점이 있었다.

따라서, 종래의 접종방식은 2차에 걸쳐 이루어짐에도 불구하고 큰 접종효율을 기대할 수 없다는 단점이 있었다.

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 브레이크 디스크로 사용되는 회주철의 생산 시 충분한 스트림 접종을 행함으로써 흑연의 성장을 촉진시켜 브레이크 디스크의 방열성 및 진동흡수성능을 향상시키도록 한 차량용 브레이크 디스크의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적은, 브레이크 디스크의 소재인 회주철이 용해된 용해로에서 래들로 출탕되는 용탕의 줄기에 접종제를 투입하여 스트림 접종하는 1차 접종단계와; 상기 래들에서 주입기로 수탕되는 용탕의 줄기에 접종제를 투입하여 스트림 접종하는 2차 접종단계와; 상기 주입기에 수탕된 용탕에 접종제를 투입하여 스트림 접종하는 3차 접종단계와; 상기 주입기에서 금형으로 공급되는 용탕의 줄기에 접종제를 투입하여 스트림 접종하는 4차 접종단계;를 포함하여 구성된 차량용 브레이크 디스크의 제조방법에 의해 달성된다.

그리고, 상기 접종제는, 단부의 토출구가 출탕(수탕)되는 용탕의 줄기상에 위치되게 설치된 축하우징과, 상기 축하우징내에 회전가능하게 설치되고 모터에 의해 회전 구동되는 이송스크류를 포함하는 접종장치에 의해 출탕(수탕)되는 용탕의 줄기에 자동 공급되어 스트림 접종된다.

본 발명의 차량용 브레이크 디스크의 제조방법에 따르면, 브레이크 디스크로 이용되는 회주철의 생산 시 접종효율이 향상되어 흑연의 성장이 촉진됨으로써 브레이크 디스크로의 제조 시 방열성 및 진동흡수성능이 향상되는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

첨부도면 도 1은 본 발명에 따른 접종방법을 도시한 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 접종과정을 도시한 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 접종방법에 구성된 자동스트림 접종장치를 도시한 구성도이고, 도 4 내지 도 10은 본 발명에 따른 접종방법과 이에 의한 결과데이타를 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 차량용 브레이크 디스크의 제조방법은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 브레이크 디스크의 소재인 회주철이 용해된 용탕에 4차에 걸친 접종을 통해 이루어진다.

즉, 회주철이 용해된 용해로(10)에서 래들(20)로 출탕되는 용탕의 줄기에 접종제를 투입하여 스트림 접종하는 1차 접종단계와, 상기 래들(20)에서 출탕되어 주입기(30)의 유입부(31)로 수탕되는 용탕의 줄기에 접종제를 투입하여 스트림 접종하는 2차 접종단계와, 상기 주입기(30)에 수탕된 용탕에 접종제를 투입하여 스트림 접종하는 3차 접종단계와, 상기 주입기(30)의 토출부(32)를 통해 주입기(30)에서 금형(40)으로 공급되는 용탕의 줄기에 접종제를 투입하여 스트림 접종하는 4차 접 종단계로 구성된다.

상기와 같이 용탕에 투입되는 접종제는 접종장치(100)에 의해서 자동적으로 공급되어 스트림 접종된다.

상기 접종장치(100)는, 그 단부의 토출구(111)가 출탕(수탕)되는 용탕의 줄기상에 위치되게 설치된 축하우징(110)과, 상기 축하우징(110)내에 회전가능하게 설치되어 축하우징(110)내로 공급된 접종제를 출탕(수탕)되는 용탕의 줄기에 공급하는 이송스크류(130)와, 상기 이송스크류(130)를 축하우징(110)내에서 회전 구동시키는 모터(150)를 포함하여 구성된다.

상기 축하우징(110)의 토출구(111)는 절곡 형성되어, 용해로(10)의 토출부(10a), 주입기(30)의 유입부(31), 주입기(30)의 헤드, 주입기(30)의 토출부(32)상에 이격되게 위치되어 설치된다.

그리고, 상기 축하우징(110)의 외측 상면에는 축하우징(110)내로 접종제를 순차적으로 공급하기 위한 호퍼(120)가 설치된다.

상기 이송스크류(130)와 모터(150)는 각각의 스프로킷휠(131)(151)이 일체로 형성되고, 상기 스프로킷휠(131)(151)은 체인(140)으로 연결되어 동력전달이 가능하게 된다.

한편, 상기와 같이 구성된 접종장치(100)는 콘트롤러(미도시)에 의해 제어된다.

상기와 같이 구성된 접종장치(100)의 작동을 설명하면, 용해로(10)에서 출탕 시나 또는 주입기(30)의 수탕 시, 주입기(30)에 수탕된 용탕, 주입기(30)에서 금형(40)으로 용탕의 주입 시는 이에 해당하는 각각의 접종장치(100)가 콘트롤러에 의해서 작동되어 접종제를 용탕에 자동으로 공급하게 된다.

즉, 접종장치(100)의 작동은 콘트롤러가 모터(150)를 구동시키고, 모터(150)의 구동력은 이에 연결된 스프로킷휠(151)과 체인(140) 및 이송스크류(130)의 스프로킷휠(131)을 통해 이송스크류(130)에 전달된다.

이와 같이 동력이 전달된 이송스크류(130)는 축하우징(110)내에서 정방향으로 회전 구동되면서 호퍼(120)를 통해 축하우징(110)내로 공급된 접종제를 축하우징(110)의 토출구(111)측으로 이송시키게 된다.

이와 같이 이송된 접종제는 축하우징(110)의 토출구(111)를 통해 용탕의 줄기측으로 투입되어 스트림 접종된다.

이때, 투입되는 접종제의 양은 모터(150)의 회전수(rpm)를 조정하여 조절할 수 있다.

따라서, 접종장치(100)에 의해 접종제를 용탕에 자동 공급함으로써 작업자의 안전을 최대한 도모하면서 접종제의 접종효율을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 상기한 접종장치(100)에 의한 본 발명의 스트림 접종방식은 도 4b에 도시된 바와 같이, 용해로(10)에서 래들(20)로 출탕되는 용탕의 줄기, 래들(20)에서 주입기(30)로 수탕되는 용탕의 줄기, 주입기(30)에 수탕된 용탕, 주입기(30)에서 금형(40)으로 주입되는 용탕의 줄기상에 접종제를 자동으로 투입하여 접종시키 는 방식으로서, 접종제가 용탕의 줄기에 섞여 래들(20), 주입기(30), 금형(40)의 내측 하부에서 표면으로 부상되면서 공기와의 접촉이 이루어지기 전에 용탕 내부에서 고용되기 때문에 접종제의 산화가 방지된다.

따라서, 본 발명에 따른 스트림 접종방식은 도 4a에 도시된 바와 같이, 접종제가 용탕에 고용되기 전에 용탕의 표면으로 부상되어 공기와 접촉되어 산화가 일어나는 래들 접종방식에 비해 접종효율이 향상된다.

한편, 본 발명의 접종방법에 따른 효과를 검증하기 위하여, 접종제는 Foseco社의 Inoculin #10을 사용하였고, 사용된 접종제의 주성분은 45% C(탄소), 37% Si(실리콘)로 흑연계 접종제로서 시험을 실시하였다.

또한, 조직 검사용과 성분 분석용 시편은 래들의 상/중/하 위치에서 성분, 조직 및 Chill 시편을 각각 채취하여 분석을 실시하였다.

이때, 회수율은 도 5에서와 같은 결과를 나타내었고, 스트림(Stream) 접종 시 래들 접종 시 보다 실리콘은 92%의 회수율을 얻었으며, 탄소는 38%의 회수율을 얻었다.

여기서, 실리콘에 비하여 탄소의 회수율이 저하되는 이유는, 용탕 중에서 실리콘은 전율 고용되지만, 탄소의 경우는 공기와의 접촉으로 인하여 산화되어 공기중으로 소실되기 때문에 실리콘에 비하여 회수율이 저하된다.

또한, 접종장치(100)에 의한 스트림 접종 시는 기존 래들 접종에 비하여, 시험편에서 Chill 깊이가 감소되었고(도 6에서 시편 하부의 하얗게 변색된 부분), 공 정셀의 수 증가(도 7 참조) 및 A-type의 흑연이 증가(도 8 참조)되었음을 알 수 있다.

따라서, 스트림 접종이 기존의 래들 접종보다 접종효율이 향상됨을 알 수 있다.

아울러, 종래의 2회 접종(용해로 출탕 시 및 금형에 용탕 주입 시)을 실시하던 것을 용해로 출탕 시(1차), 주입기 수탕 시(2차), 주입기(3차), 금형에 용탕의 주입 시(4차)로 4차에 걸쳐 스트림 접종을 함으로써 접종제의 고용도를 증대시켜 제품에서 흑연 사이즈의 증대 및 공정셀을 증대시키고자 하였다.

이를 도 9 및 도 10에서 종래의 래들 접종과 본 발명에 따른 4회에 걸쳐 스트림 접종을 실시한 제품의 조직을 비교하였다.

도 9 및 도 10에 나타난 바와 같이, 본 발명의 접종방법에 의한 제품에서 종래의 접종방법에 의한 제품에서보다 공정셀의 수와 흑연 사이즈가 증대된 것을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명에서는 접종방식의 변경(스트림 접종) 및 접종 공정의 추가(주입기 수탕 시 및 수탕된 주입기에서의 접종)을 통하여, 공정셀의 수와 흑연 사이즈가 증대되고, 흑연 type A가 지배적인 조직을 얻음으로써, 회주철의 특성을 개선함으로써 회주철 생산 시의 품질 향상, 원가 절감 및 공정의 최적화(자동화)를 이룰 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 접종방법을 도시한 블록도이다.

도 2는 본 발명에 따른 접종과정을 도시한 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 접종방법에 구성된 자동스트림 접종장치를 도시한 구성도이다.

도 4a 및 도 4b는 각각 종래의 래들 접종방식과 본 발명에 따른 스트림 접종방식의 이해를 돕기 위한 개념도이다.

도 5는 본 발명의 접종방법 중 래들에서 채취한 시편의 회수율을 나타낸 그래프이다.

도 6은 종래 및 본 발명의 접종방법에 따른 틸(Chill) 깊이를 나타낸 그래프 및 사진이다.

도 7은 종래 및 본 발명의 접종방법(래들 및 스트림 접종)에 따른 공정셀을 나타낸 그래프 및 사진이다.

도 8은 종래 및 본 발명의 접종방법에 따른 A-type의 흑연 증가를 나타낸 사진이다.

도 9는 종래 및 본 발명의 접종방법에 따른 공정셀을 나타낸 사진이다.

도 10은 종래 및 본 발명의 접종방법에 따른 흑연사이즈를 나타낸 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 용해로 10a : 토출부

20 : 래들 30 : 주입기

31 : 유입부 32 : 토출부

40 : 금형 100 : 접종장치

110 : 축하우징 111 : 토출구

120 : 호퍼 130 : 이송스크류

131 : 스프로킷휠 140 : 체인

150 : 모터 151 : 스프로킷휠

Claims (2)

1. 브레이크 디스크의 소재인 회주철이 용해된 용해로에서 래들로 출탕되는 용탕의 줄기에 접종제를 투입하여 스트림 접종하는 1차 접종단계와;

   상기 래들에서 주입기로 수탕되는 용탕의 줄기에 접종제를 투입하여 스트림 접종하는 2차 접종단계와;

   상기 주입기에 수탕된 용탕에 접종제를 투입하여 스트림 접종하는 3차 접종단계와;

   상기 주입기에서 금형으로 공급되는 용탕의 줄기에 접종제를 투입하여 스트림 접종하는 4차 접종단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크 디스크의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 접종제는, 단부의 토출구가 출탕(수탕)되는 용탕의 줄기상에 위치되게 설치된 축하우징과, 상기 축하우징내에 회전가능하게 설치되고 모터에 의해 회전 구동되는 이송스크류를 포함하는 접종장치에 의해 출탕(수탕)되는 용탕의 줄기에 자동 공급되어 스트림 접종되는 것을 특징으로 하는 차량용 브레이크 디스크의 제조방법.

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