KR20140059320A - 차량 휠너트 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

알루미늄합금 재료를 어닐링하고 예열하는 준비단계; 상기 예열된 재료를 단조공정을 통하여 휠너트로 성형하는 성형단계; 상기 성형된 휠너트를 아노다이징 코팅하는 1차코팅단계; 상기 1차코팅된 휠너트를 진공증착 표면처리 공법을 통하여 코팅하는 2차코팅단계; 및 상기 2차코팅된 휠너트를 분체도료를 이용하여 표면처리하는 3차코팅단계;를 포함하는 차량 휠너트 제조방법 및 그 휠너트가 소개된다.

Description

차량 휠너트 및 그 제조방법 {WHEEL NUT AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}
본 발명은 기존 스틸 소재 대비 우수한 내식성을 확보할 수 있는 차량의 휠너트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
차량의 휠너트는 차량 주행이 가능케 하는 휠을 차량에 고정시키는 역할을 하며 휠과 함께 외관미를 나타내는 역할을 한다. 기존 휠너트는 냉간단조 바디(600MPa급, 스틸 선재)와 딥 드로잉 캡(스틸 판재)을 용접하고 표면에 크롬 도금처리를 실시하여 제조된다.
종래의 이러한 일반적인 휠너트는 도 1에 도시된 바와 같이, 2-piece의 냉간단조 바디(10) + 딥드로잉 캡(30) 구조로써 두 부품을 용접(S)하고 외관 상품성 향상을 위해 습식 크롬 도금을 실시하여 제조된다.
대부분의 휠너트는 그 형상만 다를 뿐 이러한 2-piece 방식을 채택하여 부품을 생산하고 있다. 하지만 이는 타이어 위치변경 및 교환 시 공구 회전에 의해 표면이 손상되어 주행이 길어질수록 부식 등의 품질 문제를 발생시키고 있다.
즉, 종래의 휠너트는 스틸 재질로써 손상시 부식이 심하였고, 특히 2-piece로 구성됨에 따라 손상시 크랙이 쉽게 발생하여 부식이 빠르게 진행되었던 것이다.
따라서, 이러한 휠너트를 2-piece(냉간단조 바디 + 딥드로잉 캡) 구조로 하지 않고 하나의 일물로써 제조할 필요성이 있었으며, 동시에 잦은 공구의 사용시에도 부식 등의 문제가 발생될 수 없도록 하는 휠너트가 필요하였던 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 기존 스틸 소재 대비 우수한 내식성을 확보할 수 있는 차량 휠너트 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 휠너트의 제조방법은, 알루미늄합금 재료를 어닐링하고 예열하는 준비단계; 상기 예열된 재료를 단조공정을 통하여 휠너트로 성형하는 성형단계; 상기 성형된 휠너트를 아노다이징 코팅하는 1차코팅단계; 상기 1차코팅된 휠너트를 진공증착 표면처리 공법을 통하여 코팅하는 2차코팅단계; 및 상기 2차코팅된 휠너트를 분체도료를 이용하여 표면처리하는 3차코팅단계;를 포함한다.
상기 알루미늄합금 재료는 Al을 주성분으로 하고, Cr : 0.18~0.28 wt%, Cu : 1.2~2.0 wt%, Fe : 0.5 wt%이하(0은 불포함), Mg : 2.1~2.9 wt%, Mn : 0.3 wt%이하(0은 불포함), Si : 0.4 wt%이하(0은 불포함), Ti : 0.2 wt%이하(0은 불포함), Zn : 5.1~6.1wt% 및 기타 필수불가결한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 준비단계의 어닐링은 380~420℃의 분위기에서 2~5시간 유지한 후 로냉할 수 있다.
상기 준비단계는 어닐링된 재료를 200~300℃로 예열할 수 있다.
상기 1차코팅단계의 아노다이징 두께는 20~70㎛일 수 있다.
상기 1차코팅단계는 성형된 휠너트를 PEO 코팅할 수 있다.
상기 2차코팅단계는 코팅층이 2~10㎛의 두께가 되도록 진공증착 표면처리할 수 있다.
상기 3차코팅단계는 아크릴 분체 도료를 이용하여 코팅층이 20~50㎛의 두께가 되도록 도장할 수 있다.
또한, 본 발명의 차량 휠너트는, 알루미늄합금으로 조성되며, 표면이 산화피막으로 형성된 1차코팅층, 진공증착에 의해 표면처리된 2차코팅층 및 분체도료를 이용하여 도장된 3차코팅층으로 표면처리된다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량 휠너트 및 그 제조방법에 따르면, 초고강도 알루미늄(600MPa급, A7075)소재를 압출하고 냉간단조를 통해 성형 한 후 표면처리(3층구조, 아노다이징/진공증착/클리어코팅)를 통해 부품을 제작함으로써 기존 스틸 소재대비 우수한 내식성을 가지며 외관 상품성을 향상시킨다. 또한, 휠의 중량이 감소되어 연비개선에 도움이 된다.
도 1은 종래의 차량 휠너트를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 휠너트를 제조하는 순서도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 휠너트의 단면도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 휠너트 및 그 제조방법에 대하여 살펴본다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 휠너트를 제조하는 순서도이다. 본 발명의 휠너트는, 알루미늄합금 재료를 어닐링하고 예열하는 준비단계(S100); 상기 예열된 재료를 단조공정을 통하여 휠너트로 성형하는 성형단계(S200); 상기 성형된 휠너트를 아노다이징 코팅하는 1차코팅단계(S300); 상기 1차코팅된 휠너트를 진공증착 표면처리 공법을 통하여 코팅하는 2차코팅단계(S400); 및 상기 2차코팅된 휠너트를 분체도료를 이용하여 표면처리하는 3차코팅단계(S500);를 포함하는 과정을 통해 제조된다.
즉, 본 발명의 휠너트는 종래의 경우 2개의 부품을 용접을 하는데 반해 본 발명은 일체형으로 소재를 제작하므로 공정수 삭제 효과가 있으며 종래의 표면처리 방법인 습식 크롬도금은 폐수 발생 및 중금속 사용금지 규제(6가크롬 사용 불가)에 저촉되어 많은 문제를 유발하였다. 이에 반해 본 발명은 폐수 발생이 적은 아노다이징법, 건식 진공증착법 등을 사용하므로 환경친화적인 공정이라 할 수 있으며 다양한 색상 구현이 가능하므로 상품성 향상이 기대된다. 또한 비중이 높은 스틸 대신 알루미늄을 사용하므로 기존 기술대비 경량화가 가능하다.
즉, 본 발명의 휠너트는 우선 알루미늄합금을 이용하여 1물로써 제조되는데, 그 알루미늄합금 재료는 Al을 주성분으로 하고, Cr : 0.18~0.28 wt%, Cu : 1.2~2.0 wt%, Fe : 0.5 wt%이하(0은 불포함), Mg : 2.1~2.9 wt%, Mn : 0.3 wt%이하(0은 불포함), Si : 0.4 wt%이하(0은 불포함), Ti : 0.2 wt%이하(0은 불포함), Zn : 5.1~6.1wt% 및 기타 필수불가결한 불순물을 포함하는 조성으로 구성된다.
알루미늄 휠너트는 휠너트의 체결시 공구 마찰에 의한 표면 손상이 있을 수 있으므로 소재의 표면 경도가 중요하다. 이에 본 실시예에서는 초고강도 알루미늄 합금인 A7075 알루미늄 합금을 사용하였다. 그리고 합금 용융 후 압출을 위한 빌렛으로 제조한 후 소정 직경의 환봉으로 압출한다.
압출 직후 소재는 강도가 높고 연신율이 낮은 상태가 되는데 이는 휠너트 형상으로 제조하는 단조 공정에서 성형성을 저하시키는 원인이 되므로 강도를 낮추고 연신율을 높이는 어닐링 처리를 하였다.
즉, 상기 준비단계(S100)에서는 알루미늄합금 재료를 어닐링하고 예열하는데, 어닐링은 380~420℃의 분위기에서 2~5시간 유지한 후 로냉하도록 한다(온도:400±20℃, 시간:2~5시간, 냉각:200℃까지 로냉).
그 후 예열된 재료를 단조공정을 통하여 휠너트로 성형하는 성형단계(S200)를 수행한다. 성형단계에서는 제조된 알루미늄 압출 환봉을 기존 스틸 휠너트 양산 단조기를 활용하여 단조 제작하였다. 어닐링 처리를 실시한 압출환봉의 연신율은 약 20%로서 스틸 소재 연신율(약 40%)의 1/2수준에 불과하다. 따라서, 어닐링된 재료를 200~300℃로 예열하도록 한다. 이에 성형성 향상을 위해 소재 주입시 알루미늄 압출 환봉을 200~300℃로 예열하여 단조기에 투입 후 단조를 실시하여 제품 형상을 구현한다.
그리고 온간단조를 통해 제품 형상으로 제조된 소재는 휠 장착을 위한 내부 나사산 탭 가공을 통해 최종 제품 성형은 완료된다.
한편, 내부식성 향상/컬러구현/소재표면경도 향상의 목적 달성을 위해 성형완료된 휠너트에 표면처리를 실시한다.
1차코팅단계(S300)에서는 상기 성형된 휠너트를 아노다이징 코팅한다. 상기 1차코팅단계(S300)의 아노다이징 두께는 20~70㎛이 되도록 하며, 아노다이징의 경우 전압을 더욱 높여 PEO 코팅(PEO, Plasma Electrolytic Oxidation, 플라즈마 전해 산화)을 하는 것도 가능하다.
아노다이징/PEO 처리는 알루미늄 소재와의 직접반응에 의해 생성된 알루미나(Al2O3)를 활용한다. 알루미나는 산화물로써 경도가 매우 높기 때문에 너트 장착/탈거 시 공구가 인가하는 하중에 의해 소재가 찍히는 현상을 방지하는 역할을 한다. 아노다이징 두께에 따라 반응 생성물(알루미나)에 의한 자연발색 컬러가 변한다. 20~70㎛ 두께일 경우 다크브라운~블랙 컬러가 구현되며 컬러 구현을 위한 2차코팅층과 유사색상이 구현되어 다크블랙, 티탄 그레이 등의 색깔 구현이 가능하다. 또한, 아노다이징 두께가 20㎛ 이하일 경우 공구 하중에 의한 소재 찍힘 현상이 계속 존재하여 부품이 요구하는 품질을 만족할 수 없다. 한편, 70㎛ 이상일 경우 표면이 너무 경하여 공구 사용 시 아노다이징 층이 깨지게 된다.
또한, 상기 1차코팅된 휠너트를 진공증착 표면처리 공법을 통하여 코팅하는 2차코팅단계(S400)를 수행한다. 2차코팅단계(S400)는 코팅층이 2~10㎛의 두께가 되도록 진공증착 표면처리하도록 한다. 2차코팅에 사용된 표면처리 방법은 진공증착법(DLC/스퍼터링/PECVD)으로써 각 방법 모두 증착층이 저마찰 특성 및 내마모성이 우수하여 공구가 인가하는 하중을 분산시켜 소재 찍힘 현상을 방지한다.
두께가 2㎛ 이하일 경우 아노다이징층 색깔 및 표면이 그대로 드러나기 때문에 상품성이 저하되고 10㎛ 이상일 경우 표면이 매우 경하여 외부 충격이 들어올 때 처리층의 깨짐 현상이 발생한다.
그 후 2차코팅된 휠너트를 분체도료를 이용하여 표면처리하는 3차코팅단계(S500)를 수행한다. 3차코팅단계(S500)는 아크릴 분체 도료를 이용하여 코팅층이 20~50㎛의 두께가 되도록 도장하도록 한다.
알루미늄 휠의 상도 도장에 사용되는 분체클리어를 사용하였으며 알루미늄 휠의 내부식성, 내치핑성, 내후성 등을 만족하는 수준의 두께가 20~50㎛ 수준이므로 동일한 방법으로 클리어 도장을 실시한다. 클리어 층의 두께가 20㎛ 이하일 경우 도장품질을 불만족하고, 두께가 50㎛ 이상일 경우 클리어층의 흘러내림 현상 발생 및 오렌지빛 발생으로 상품성이 저하된다.
한편, 상기 3차코팅에서 사용되는 아크릴 분체의 성분은 아래의 표와 같다.
Figure pat00001
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 휠너트의 단면도로서, 본 발명의 휠너트(100)는, 알루미늄합금으로 조성되며, 표면이 산화피막으로 형성된 1차코팅층(200), 진공증착에 의해 표면처리된 2차코팅층(300) 및 분체도료를 이용하여 도장된 3차코팅층(400)으로 표면처리된다.
각 코팅층의 성형에 관하여는 상기 제조방법에서 상세히 설명하였는바, 자세한 설명은 생략토록 한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량 휠너트 및 그 제조방법에 따르면, 초고강도 알루미늄(600MPa급, A7075)소재를 압출하고 냉간단조를 통해 성형 한 후 표면처리(3층구조, 아노다이징/진공증착/클리어코팅)를 통해 부품을 제작함으로써 기존 스틸 소재대비 우수한 내식성을 가지며 외관 상품성을 향상시킨다. 또한, 휠의 중량이 감소되어 연비개선에 도움이 된다.
즉, 본 발명의 휠너트는 종래의 경우 2개의 부품을 용접을 하는데 반해 본 발명은 일체형으로 소재를 제작하므로 공정수 삭제 효과가 있으며 종래의 표면처리 방법인 습식 크롬도금은 폐수 발생 및 중금속 사용금지 규제(6가크롬 사용 불가)에 저촉되어 많은 문제를 유발하였다. 이에 반해 본 발명은 폐수 발생이 적은 아노다이징법, 건식 진공증착법 등을 사용하므로 환경친화적인 공정이라 할 수 있으며 다양한 색상 구현이 가능하므로 상품성 향상이 기대된다. 또한 비중이 높은 스틸 대신 알루미늄을 사용하므로 기존 기술대비 경량화가 가능하다.
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 : 휠너트 200 : 1차코팅층
300 : 2차코팅층 400 : 3차코팅층
S100 : 준비단계 S200 : 성형단계
S300 : 1차코팅단계 S400 : 2차코팅단계
S500 : 3차코팅단계

Claims (9)

  1. 알루미늄합금 재료를 어닐링하고 예열하는 준비단계(S100);
    상기 예열된 재료를 단조공정을 통하여 휠너트로 성형하는 성형단계(S200);
    상기 성형된 휠너트를 아노다이징 코팅하는 1차코팅단계(S300);
    상기 1차코팅된 휠너트를 진공증착 표면처리 공법을 통하여 코팅하는 2차코팅단계(S400); 및
    상기 2차코팅된 휠너트를 분체도료를 이용하여 표면처리하는 3차코팅단계(S500);를 포함하는 차량 휠너트의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 알루미늄합금 재료는 Al을 주성분으로 하고, Cr : 0.18~0.28 wt%, Cu : 1.2~2.0 wt%, Fe : 0.5 wt%이하(0은 불포함), Mg : 2.1~2.9 wt%, Mn : 0.3 wt%이하(0은 불포함), Si : 0.4 wt%이하(0은 불포함), Ti : 0.2 wt%이하(0은 불포함), Zn : 5.1~6.1wt% 및 기타 필수불가결한 불순물을 포함하는 조성인 것을 특징으로 하는 차량 휠너트의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 준비단계(S100)의 어닐링은 380~420℃의 분위기에서 2~5시간 유지한 후 로냉하는 것을 특징으로 하는 차량 휠너트의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 준비단계(S100)는 어닐링된 재료를 200~300℃로 예열하는 것을 특징으로 하는 차량 휠너트의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차코팅단계(S300)의 아노다이징 두께는 20~70㎛인 것을 특징으로 하는 차량 휠너트의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차코팅단계(S300)는 성형된 휠너트를 PEO 코팅하는 것을 특징으로 하는 차량 휠너트의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 2차코팅단계(S400)는 코팅층이 2~10㎛의 두께가 되도록 진공증착 표면처리하는 것을 특징으로 하는 차량 휠너트의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 3차코팅단계(S500)는 아크릴 분체 도료를 이용하여 코팅층이 20~50㎛의 두께가 되도록 도장하는 것을 특징으로 하는 차량 휠너트의 제조방법.
  9. 알루미늄합금으로 조성되며, 표면이 산화피막으로 형성된 1차코팅층(200), 진공증착에 의해 표면처리된 2차코팅층(300) 및 분체도료를 이용하여 도장된 3차코팅층(400)으로 표면처리된 차량 휠너트.
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