KR20130062565A

KR20130062565A - 브레이크디스크 제조방법, 브레이크디스크 제조용 몰드 및 브레이크디스크

Info

Publication number: KR20130062565A
Application number: KR1020110128893A
Authority: KR
Inventors: 이재영; 김성진; 한재민; 김윤철; 박현달
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2013-06-13
Also published as: US8905203B2; US20130140116A1

Abstract

중앙에 통공이 형성된 결합부, 결합부의 둘레를 따라 형성된 마찰부 및 결합부와 마찰부를 연결하는 월(Wall)부로 구성된 브레이크디스크를 제조하는 방법으로서, 상기 결합부, 월부, 마찰부를 일체로 하는 몰드를 제조하되, 월부와 결합부 사이에 용탕의 넘침을 방지하고 계면을 형성하기 위한 간극을 결합부의 둘레를 따라 일정 깊이로 형성하며, 간극과 대향되는 월부의 외측으로 일정 면적의 오버플로우를 형성하는 몰드성형단계; 상기 마찰부의 주입구에 제1재질을 주입하되 간극을 넘지 않도록 주입하는 제1주입단계; 및 상기 제1주입단계가 완료된 후 결합부의 주입구에 제2재질을 주입하는 제2주입단계;를 포함하는 브레이크디스크 제조방법, 브레이크디스크 제조용 몰드 및 브레이크디스크가 소개된다.

Description

브레이크디스크 제조방법, 브레이크디스크 제조용 몰드 및 브레이크디스크 {METHOD FOR PRODUCING BRAKE DISC, MOLD FOR PRODUCING BRAKE DISC AND BRAKE DISC}

본 발명은 브레이크 디스크의 원가절감 및 경량화를 위하여 회주철과 구상흑연주철을 주조하여 제조하는 브레이크디스크 제조방법, 브레이크디스크 제조용 몰드 및 브레이크디스크 에 관한 것이다.

석유 에너지의 부족 및 기후 변화 문제로 전 세계 자동차 업체는 연비 향상을 위한 기술 개발에 총력을 기울이고 있다. 그 중 연비 향상을 위한 기술로 성능 저하 없이 차량을 경량화하는 기술이 주목받고 있다.

특히 차량의 하부에 있어서 중량의 감소는 차량의 성능과 연비에 직접적인 영향을 주게 되는데, 휠 구동 부하와 직접적으로 연관되어 있는 언스프렁 매스(unsprung mass)의 저감은 연비 향상에 효율적이므로, 관련된 기술의 진보는 최근들어 매우 급진적이라고 할 수 있다.

이 중 언스프렁 매스(unsprung mass)의 주요 중량을 차지하고 있는 브레이크 디스크의 성능을 저하시키지 않고 경량화할 수 있는 방안이 각광받고 있다.

종래의 브레이크 디스크(10)는 도 1과 같이, 허브에 장착되기 위한 햇파트(HAT PART,30) 및 제동시 마찰이 이루어지는 디스크 플레이트(20)까지 모두 편상 흑연의 조직으로 제작되어 우수한 진동 감쇄능, 댐핑성, 방열성 및 윤활기능 등의 우수한 제동 특성을 나타내는 재질인 회주철로 구성하였다.

하지만 7.2g/cm3 상당의 회주철 비중으로 인해 무거운 단점이 있어 연비를 저하시키는 주요 원인이 되고 있다.

따라서, 이러한 특성을 저감시키기 위하여 이종 재질을 이용한 브레이크 디스크가 개발될 필요가 있었던 것이고, 두 이종의 재질을 완벽히 결합하여 내구성을 만족하면서도 방열성이나 변형 저항력 등의 성능요구사항을 만족시킬 수 있는 디스크 구조가 필요하였던 것이다.

기존의 기술은 회주철 단일재로 이루어진 디스크에 열처리 단조강으로 이루어진 허브를 결합하여 브레이크를 구성하는 형태를 하고 있었으나, 본 발명은 허브부분을 삭제하고, 회주철과 구상흑연주철을 동일 주조공정 중 연속적으로 선별 중력 주조하여 강도의 필요에 따라 그 부분을 구분하는 것이다.

즉, 브레이크디스크의 각각의 부분에서 필요로 하는 재질을 사용하되, 이들을 안정적으로 주조하여 하나의 물품으로 함으로써 불필요한 중량을 줄이고, 파트간의 결합력을 높이며, 조립공정을 단순화함으로써 좀 더 완벽한 브레이크디스크를 제공할 필요가 있었던 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 허브부분을 삭제하고, 회주철과 구상흑연주철을 동일 주조공정 중 연속적으로 선별 중력 주조하여 강도의 필요에 따라 그 부분을 구분하도록 할 수 있는 브레이크디스크 제조방법, 브레이크디스크 제조용 몰드 및 브레이크디스크 를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 브레이크디스크 제조방법은, 중앙에 통공이 형성된 결합부, 결합부의 둘레를 따라 형성된 마찰부 및 결합부와 마찰부를 연결하는 월(Wall)부로 구성된 브레이크디스크를 제조하는 방법으로서, 상기 결합부, 월부, 마찰부를 일체로 하는 몰드를 제조하되, 월부와 결합부 사이에 용탕의 넘침을 방지하고 계면을 형성하기 위한 간극을 결합부의 둘레를 따라 일정 깊이로 형성하며, 간극과 대향되는 월부의 외측으로 일정 면적의 오버플로우를 형성하는 몰드성형단계; 상기 마찰부의 주입구에 제1재질을 주입하되 간극을 넘지 않도록 주입하는 제1주입단계; 및 상기 제1주입단계가 완료된 후 결합부의 주입구에 제2재질을 주입하는 제2주입단계;를 포함한다.

상기 몰드성형단계는, 월부의 외측에서 마찰부 주입구측에 오버플로우를 형성하며, 오버플로우는 상기 간극을 넘지않을 정도의 두께로 형성될 수 있다.

상기 몰드성형단계는, 제1재질의 주입과 제2재질의 주입 방향이 직각을 이루도록 마찰부와 결합부의 주입구를 형성할 수 있다.

상기 제1주입단계는 제1재질이 오버플로우의 중앙부에 위치할 때까지 제1재질을 주입할 수 있다.

상기 제2주입단계는 제1주입단계 후 제1재질의 계면이 응고가 시작되는 시점에서 제2재질을 주입할 수 있다.

상기 제1재질의 응고가 시작되는 시점은 계면의 온도가 제1재질의 고상선 온도 대비 -50 ~ +10 ℃일 때일 수 있다.

상기 제2주입단계는 제2재질을 1450~1700℃로 승온하여 용융시킨 후 주입할 수 있다.

상기 제1재질은 회주철이며, 제2재질은 구상흑연주철일 수 있다.

편, 상기 브레이크디스크 제조방법의 몰드는, 중앙에 통공이 형성된 결합부, 결합부의 둘레를 따라 형성된 마찰부 및 결합부와 마찰부를 연결하는 월(Wall)부로 구성된 브레이크디스크를 제조하기 위한 몰드로서, 상기 결합부, 월부, 마찰부를 일체로 하되, 월부와 결합부 사이에 용탕의 넘침을 방지하고 계면을 형성하기 위한 간극이 결합부의 둘레를 따라 일정 깊이로 형성되며, 간극과 대향되는 월부의 외측으로 일정 면적의 오버플로우가 형성될 수 있다.

또한, 상기와 같은 몰드에 의해 제조된 브레이크디스크는, 중앙에 통공이 형성된 결합부, 결합부의 둘레를 따라 형성된 마찰부 및 결합부와 마찰부를 연결하는 월(Wall)부로 구성된 브레이크디스크로서, 상기 결합부, 마찰부, 월부가 일체로 형성되며, 월부와 결합부의 사이에는 용탕의 넘침을 방지하고 계면을 형성하기 위한 간극이 결합부의 둘레를 따라 일정 깊이로 형성되고, 결합부와 마찰부는 서로 다른 재질로 이루어지되 월부에서 두 재질이 접하는 계면이 형성되되 계면에는 중간상이 형성되지 않을 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 브레이크디스크 제조방법, 브레이크디스크 제조용 몰드 및 브레이크디스크에 따르면, 허브부분을 삭제하고, 회주철과 구상흑연주철을 동일 주조공정 중 연속적으로 선별 중력 주조하여 강도의 필요에 따라 그 부분을 구분할 수 있다.

또한, 브레이크디스크의 각각의 부분에서 필요로 하는 재질을 사용하되, 이들을 안정적으로 주조하여 하나의 물품으로 함으로써 불필요한 중량을 줄이고, 파트간의 결합력을 높이며, 조립공정을 단순화함으로써 좀 더 완벽한 브레이크디스크를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 단일재질 브레이크디스크를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크디스크 제조방법의 몰드를 나타낸 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 몰드의 평면도.
도 4는 도 3에 도시된 몰드의 A-A선을 절개한 단면도.
도 5는 도 4에 도시된 몰드의 요부도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크디스크의 단면도.
도 7은 도 6에 도시된 브레이크디스크의 회주철과 구상흑연주철의 경계를 나타낸 조직도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 브레이크디스크 제조방법, 브레이크디스크 제조용 몰드 및 브레이크디스크에 대하여 살펴본다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크디스크 제조방법의 몰드를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 몰드의 평면도이며, 도 4는 도 3에 도시된 몰드의 A-A선을 절개한 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 몰드의 요부도이다.

브레이크디스크 제조방법에 관한 기존의 기술은 회주철 단일재로 이루어진 디스크에 열처리 단조강으로 이루어진 허브를 결합하여 브레이크를 구성하는 형태를 하고 있었으나, 본 발명은 허브 부분을 삭제하고, 회주철과 구상흑연주철을 동일 주조공정 중 연속적으로 선별 중력 주조하여 강도의 필요에 따라 그 부분을 구분하는 것이다. 또한 이러한 구성을 이루기 위해 기존 디스크 주조 금형과는 달리 수평조형방식을 이용한 중력 수평주조를 적용하였고, 허브(hub)+햇(hat)부분으로 이루어진 결합부와 마찰부의 구분을 위해서 마찰부를 하단부로 위치하여 중력주조의 특성을 최대한 이용하였다.

마찰부는 기존의 디스크와 유사한 제동력 및 방열성을 얻기 위하여 회주철로 구성하였고 일체형 결합부는 회전토크와 파괴 강성을 유지하기 위한 구상흑연주철로 구성되었다. 회주철인 마찰부는 준비되어진 생형 또는 CO2형 및 기타방식의 몰드 내에 준비된 FC 계열의 회주철 용탕을 먼저 주입하고, 측정 온도를 기준으로, 1000~1200℃의 온도에 도달시, 미리 구상화 반응이 이루어진 FCD주철 용탕을 몰드내에 주입하거나, 몰드 내에 주입되면서 구상화가 되도록 한다.

이때 마찰계면은 점진적인(gradient) 중간상(Phase)을 이루지 않고, 편상/구상으로 구성된 미세조직을 이루게 하면서도 층의 분리가 일어나지 않게 제조하는 것을 특징적으로 한다(중간상을 이루는 경우 원하는 FC또는 FCD의 물성치가 아닌 중간 물성치를 갖기 때문에 강도 및 기타 취약 물성으로 인해 부적합함). 또한, 계면에 비금속의 다른 재질을 추가하여 계면을 생성하지 않고, 1차로 주입되어지는 FC용탕의 고상선 온도 대비 -10 ~ +10℃ 온도에서 2차 FCD 용탕을 주입하여 중간상이 억제되도록 한다.

본 발명의 브레이크디스크 제조방법은, 중앙에 통공이 형성된 결합부, 결합부의 둘레를 따라 형성된 마찰부 및 결합부와 마찰부를 연결하는 월(Wall)부로 구성된 브레이크디스크를 제조하는 방법으로서, 상기 결합부(120), 월부(160), 마찰부(140)를 일체로 하는 몰드(100)를 제조하되, 월부(160)와 결합부(120) 사이에 용탕의 넘침을 방지하고 계면(C)을 형성하기 위한 간극(124)을 결합부(120)의 둘레를 따라 일정 깊이로 형성하며, 간극(124)과 대향되는 월부(160)의 외측으로 일정 면적의 오버플로우(144)를 형성하는 몰드성형단계; 상기 마찰부(140)의 주입구(142)에 제1재질을 주입하되 간극(124)을 넘지 않도록 주입하는 제1주입단계; 및 상기 제1주입단계가 완료된 후 결합부(120)의 주입구(122)에 제2재질을 주입하는 제2주입단계;를 포함한다. 이하에서는, "마찰부, 결합부 및 월부" 등의 명칭을 주조된 제품인 브레이크 디스크와 동일한 명칭을 몰드에도 사용한다. 제품과 몰드는 동일한 부분을 지칭하는 것이기 때문이다.

본 발명에서는 마찰부와 결합부에 서로 다른 재질의 용탕을 주입하여 주조하되, 월부(160)와 결합부(120) 사이에 용탕의 넘침을 방지하고 계면(C)을 형성하기 위한 간극(124)을 결합부(120)의 둘레를 따라 일정 깊이로 형성하여 월부에서 확실히 두 재질간의 계면이 형성되도록 한다. 이를 통해 마찰부와 결합부는 확실히 서로 다른 성질을 나타낼 수 있게 된다.

또한, 간극(124)과 대향되는 월부(160)의 외측으로 일정 면적의 오버플로우(144)를 형성하되, 월부(160)의 외측에서 마찰부(140) 주입구(142)측으로 오버플로우(144)를 형성하며, 오버플로우(144)는 상기 간극(142)을 넘지않을 정도의 두께로 형성하도록 한다. 이러한 오버플로우와 간극의 구조를 통해 월부의 높이를 효과적으로 줄일 수 있으며, 결국 브레이크디스크의 질량저감 효과를 가져온다.

한편, 상기 몰드성형단계는, 제1재질의 주입과 제2재질의 주입 방향이 직각을 이루도록 마찰부(140)와 결합부(120)의 주입구(122,142)를 형성하도록 함으로써 중력주조가 더욱 잘 이루어질 수 있도록 한다.

한편, 제1주입단계는 제1재질이 오버플로우(144)의 중앙부에 위치할 때까지 제1재질을 주입하고, 상기 제2주입단계는 제1주입단계 후 제1재질의 계면이 응고가 시작되는 시점에서 제2재질을 주입하도록 한다. 도 5에서 볼 수 있듯이, 두 재질(A,B)은 오버플로우(144)의 내부에서도 계면(C)을 형성하도록 한다.

구체적으로, 상기 제1재질의 응고가 시작되는 시점은 계면의 온도가 제1재질의 고상선 온도 대비 -50 ~ +10 ℃일 때이며, 제2주입단계는 제2재질을 1450~1700℃로 승온하여 용융시킨 후 주입하도록 함으로써 제2재질이 충분히 구상화가 되도록 하고, 제1재질과 제2재질 사이에 중간상이 생기지 않도록 하여 결합부분의 강도를 증대시킬 수 있다.

한편, 상기 제1재질은 회주철로 구성하여 마찰특성을 증대시키고, 제2재질은 구상흑연주철로 하여 강도를 증대시키도록 함이 바람직하다.

그리고, 이러한 제조방법에 사용되는 몰드는, 중앙에 통공이 형성된 결합부, 결합부의 둘레를 따라 형성된 마찰부 및 결합부와 마찰부를 연결하는 월(Wall)부로 구성된 브레이크디스크를 제조하기 위한 몰드로서, 상기 결합부(120), 월부(160), 마찰부(140)를 일체로 하되, 월부(160)와 결합부(120) 사이에 용탕의 넘침을 방지하고 계면(C)을 형성하기 위한 간극(124)이 결합부(120)의 둘레를 따라 일정 깊이의 홈 형상으로 형성되며, 간극(124)과 대향되는 월부(160)의 외측으로 일정 면적의 오버플로우(144)가 형성되도록 한다. 몰드에 관하여는 도 2 내지 5에 상세히 나타나 있다.

또한, 상기와 같은 제조방법으로 제조된 브레이크디스크는, 중앙에 통공이 형성된 결합부, 결합부의 둘레를 따라 형성된 마찰부 및 결합부와 마찰부를 연결하는 월(Wall)부로 구성된 브레이크디스크로서, 상기 결합부, 마찰부, 월부가 일체로 형성되며, 월부와 결합부의 사이에는 용탕의 넘침을 방지하고 계면을 형성하기 위한 간극이 결합부의 둘레를 따라 일정 깊이로 형성되고, 결합부와 마찰부는 서로 다른 재질로 이루어지며 월부에서 두 재질이 접하는 계면이 형성되되 계면에는 중간상이 형성되지 않는 것을 특징으로 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크디스크의 단면도로서, 구체적인 형상은 상기 몰드와 동일하게 제조되는 것인바, 부호와 각 부분에 대한 설명은 생략토록 한다.

한편, 도 7은 도 6에 도시된 브레이크디스크의 회주철과 구상흑연주철의 경계도로서, 회주철과 구상흑연주철의 경계면에 중간상이 형성되지 않았음을 알 수 있고, 결국 결합면에서의 상호 결합력이 저하되지 않도록 제조되었음을 알 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 몰드 120 : 결합부
124 : 간극 140 : 마찰부
144 : 오버플로우 160 : 월부

Claims

중앙에 통공이 형성된 결합부, 결합부의 둘레를 따라 형성된 마찰부 및 결합부와 마찰부를 연결하는 월(Wall)부로 구성된 브레이크디스크를 제조하는 방법으로서,
상기 결합부(120), 월부(160), 마찰부(140)를 일체로 하는 몰드(100)를 제조하되, 월부(160)와 결합부(120) 사이에 용탕의 넘침을 방지하고 계면(C)을 형성하기 위한 간극(124)을 결합부(120)의 둘레를 따라 일정 깊이로 형성하며, 간극(124)과 대향되는 월부(160)의 외측으로 일정 면적의 오버플로우(144)를 형성하는 몰드성형단계;
상기 마찰부(140)의 주입구(142)에 제1재질을 주입하되 간극(124)을 넘지 않도록 주입하는 제1주입단계; 및
상기 제1주입단계가 완료된 후 결합부(120)의 주입구(122)에 제2재질을 주입하는 제2주입단계;를 포함하는 브레이크디스크 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 몰드성형단계는, 월부(160)의 외측에서 마찰부(140) 주입구(142)측으로 오버플로우(144)를 형성하며, 오버플로우(144)는 상기 간극(142)을 넘지않을 정도의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 브레이크디스크 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 몰드성형단계는, 제1재질의 주입과 제2재질의 주입 방향이 직각을 이루도록 마찰부(140)와 결합부(120)의 주입구(122,142)를 형성하는 것을 특징으로 하는 브레이크디스크 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1주입단계는 제1재질이 오버플로우(144)의 중앙부에 위치할 때까지 제1재질을 주입하는 것을 특징으로 하는 브레이크디스크 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2주입단계는 제1주입단계 후 제1재질의 계면이 응고가 시작되는 시점에서 제2재질을 주입하는 것을 특징으로 하는 브레이크디스크 제조방법.
청구항 5에 있어서,
상기 제1재질의 응고가 시작되는 시점은 계면의 온도가 제1재질의 고상선 온도 대비 -50 ~ +10 ℃일 때인 것을 특징으로 하는 브레이크디스크 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2주입단계는 제2재질을 1450~1700℃로 승온하여 용융시킨 후 주입하는 것을 특징으로 하는 브레이크디스크 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1재질은 회주철이며, 제2재질은 구상흑연주철인 것을 특징으로 하는 브레이크디스크 제조방법.
중앙에 통공이 형성된 결합부, 결합부의 둘레를 따라 형성된 마찰부 및 결합부와 마찰부를 연결하는 월(Wall)부로 구성된 브레이크디스크를 제조하기 위한 몰드로서,
상기 결합부(120), 월부(160), 마찰부(140)를 일체로 하되, 월부(160)와 결합부(120) 사이에 용탕의 넘침을 방지하고 계면(C)을 형성하기 위한 간극(124)이 결합부(120)의 둘레를 따라 일정 깊이의 홈 형상으로 형성되며, 간극(124)과 대향되는 월부(160)의 외측으로 일정 면적의 오버플로우(144)가 형성된 것을 특징으로 하는 브레이크디스크 제조용 몰드.
중앙에 통공이 형성된 결합부, 결합부의 둘레를 따라 형성된 마찰부 및 결합부와 마찰부를 연결하는 월(Wall)부로 구성된 브레이크디스크로서,
상기 결합부, 마찰부, 월부가 일체로 형성되며, 월부와 결합부의 사이에는 용탕의 넘침을 방지하고 계면을 형성하기 위한 간극이 결합부의 둘레를 따라 일정 깊이로 형성되고, 결합부와 마찰부는 서로 다른 재질로 이루어지며 월부에서 두 재질이 접하는 계면이 형성되되 계면에는 중간상이 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 브레이크디스크.