KR20140118305A - 토션빔 액슬 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파이프 형상의 소재를 상온에서 프레스 금형을 통해 성형하는 성형 단계와 상기 소재의 가열 영역을 국부적으로 가열하는 가열 단계 및 상기 국부 가열된 소재의 가열 영역에 에어를 분사하여 급속 냉각시키는 냉각 단계를 포함한다.

Description

토션빔 액슬 제조방법{Torsion beam axle manufacturing method}

본 발명은 토션빔 액슬 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 국부 열처리를 이용한 토션빔 액슬 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 토션빔 액슬은 차량의 후륜부에 위치되는 것으로써, 차량 운행 시 노면으로부터 지속적으로 발생되는 진동 및 충격이 휠 및 차축(AXLE)을 통해 프레임에 전달되는 것을 억제시키도록 설치된다.

여기서, 상기 토션빔 액슬은 차체의 횡방향을 따라 길게 형성되는 빔과 상기 빔의 좌우 양측에 결합되는 트레일링암으로 형성되고, 이때 상기 빔은 상기 트레일링암과의 결합부위에 대한 강도가 매우 중요하다.

본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 등록 특허 제10-0797370호(공개일 : 2008.01.16)가 있으며, 상기 선행문헌에는 튜브형 토션빔액슬의 토션빔 제조방법 및 그 방법으로 제조된 토션빔에 대한 기술이 개시된다.

본 발명의 목적은, 하중이 집중되는 소재의 양단부를 국부 가열함으로써, 필요 부위에 대한 부분적인 강성을 강화시킬 수 있는 토션빔 액슬 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명에 따른 토션빔 액슬 제조방법은 파이프 형상의 소재를 상온에서 프레스 금형을 통해 성형하는 성형 단계와 상기 소재의 가열 영역을 국부적으로 가열하는 가열 단계 및 상기 국부 가열된 소재의 가열 영역에 에어를 분사하여 급속 냉각시키는 냉각 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 가열 단계에서는 유도 가열을 통해 상기 소재의 가열 영역을 국부적으로 가열한다.

여기서, 상기 가열 단계는 상기 소재의 가열 영역을 A3 변태점 이상인 850~ 950℃의 온도 범위로 가열한다.

그리고, 상기 냉각 단계에서는 상기 소재의 가열 영역으로 분사되는 에어의 방향을 조절하여 상기 소재를 냉각시킨다.

또한, 상기 성형 단계 이후에 성형된 상기 소재를 트리밍(trimming)하는 트리밍 단계를 더 구비한다.

한편, 상기 냉각 단계에서는 에어의 분사를 통해 가열된 상기 소재의 가열 영역을 냉각시켜 상기 가열 영역에 대한 인장강도가 900MPa ~ 1200MPa이 되도록 한다.

본 발명은, 하중이 집중되는 소재의 양단부를 국부 가열하여, 필요 부위에 대한 부분적인 강성을 강화시킬 수 있는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명은 소재의 성형을 위하여 소재 전체를 가열하지 않고 상온에서 성형한 후 소재의 양단부를 국부 가열하도록 함으로써, 소재 전체 가열에 따른 공정을 없앨 수 있기 때문에 작업 공수를 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 가열 영역에 대한 냉각 시, 에어 분사를 통해 냉각이 이루어지도록 하여, 소재 냉각에 따른 제작비용을 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1 은 본 발명에 따른 토션빔 액슬 제조방법의 개략적인 흐름도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 토션빔 액슬 제조방법의 제조 과정에 대한 사시도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 토션빔 액슬 제조방법의 제조 과정에 대한 흐름도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 토션빔 액슬 제조방법의 국부 가열 방법을 보여주는 단면도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 토션빔 액슬 제조방법의 실시예에 대한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에 개시되는 실시 예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 토션빔 액슬 제조방법의 개략적인 흐름도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 토션빔 액슬 제조방법의 제조 과정에 대한 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 토션빔 액슬 제조방법의 대한 개략적인 흐름을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 파이프 형상의 소재를 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 상온에서 프레스 금형을 통해 성형한다.

상기 소재의 성형은 상온에서 이루어지며, 상기 프레스 금형을 통해 상기 소재의 양단부의 소정구간은 속이 빈 장방형의 단면으로 형성된다.

또한, 상기 소재의 양단부 상의 소정구간은 상기 소재의 중앙부보다 내부 공간이 큰 단면으로 형성된다.

이때, 상기 소재는 C : 0.19~0.40wt%, Mn : 0.5~2.5wt%, Cr : 0.1~0.5wt%, B : 0.0015~0.0040wt%, Si : 0 초과 0.5wt% 이하, P : 0 초과 0.05wt% 이하, S : 0 초과 0.05wt% 이하, Sol.Al : 0 초과 0.03wt% 이하이고, Ni : 0 초과 2wt% 이하, Nb : 0 초과 0.10wt% 이하, Cu : 0 초과 1wt% 이하, Mo : 0 초과 0.5wt% 이하 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하고, 잔부가 Fe 및 기타 불가피한 불순물로 조성된다.

상기 소재에 대한 성형이 이루어지면, 이후에 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 소재의 가열 영역(A)을 국부적으로 가열한다.

여기서, 상기 소재의 가열 영역(A)에 대한 가열 온도는 A3 변태점 이상인 850 ~ 950℃의 온도 범위로 설정된다.

바람직하게는, 상기 소재에 대한 가열 온도가 910℃가 될 때까지 5분에서 10분 정도 가열한다.

이는, 상기 소재에 대하여 강도가 높은 마르텐사이트 조직을 얻기 위함이다.

즉, 상기 소재를 910℃까지 가열하면 그 재료 조직이 오스텐나이트 조직으로 변하게 되는데, 이와 같이 오스텐나이트 조직으로 변한 소재는 열처리 과정에서 냉각되어 강도가 높은 마르텐사이트 조직으로 변하게 된다.

한편, 가열 영역(A)을 가열하는 방법으로는 전자기 유도를 이용하여 상기 소재를 가열시키는 유도 가열 방법이 사용된다.

상기 소재의 가열 영역(A)은, 상기 소재에 대하여 하중이 집중되는 양단부로 설정되는 것이 바람직하나, 다른 영역으로의 설정이 가능할 수 있다.

다시말해, 상기 소재는 제조가 완료된 후에 양단부에 각각 트레일링암이 결합되는데, 이때 상기 트레일링암과 결합되는 결합부위에 하중이 집중되어 파손이 빈번하게 발생된다.

따라서, 상기 결합부위에 대한 강성이 매우 중요하기 때문에, 상기 결합부위를 가열 영역(A)으로 설정함으로써, 국부적인 가열을 통해 상기 소재의 부분적인 강성를 강화시킬 수 있다.

상기 가열 영역(A)에 대한 국부적인 가열이 이루어지면, 이후에 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 가열 영역(A)에 에어를 분사하여 냉각시킨다.

여기서, 상기 가열 영역(A)에 대한 냉각은 상기 소재를 고정시킨 상태에서 에어 분사를 통해 순차적으로 이루어진다.

이때, 상기 가열 영역(A)에 대한 냉각은 초당 50℃~100℃의 냉각 조건으로 냉각되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 가열 영역(A)에 대한 냉각 시, 에어 분사를 통해 냉각이 이루어지도록 하여, 상기 소재의 냉각에 따른 제작비용을 감소시킬 수 있다.

즉, 상기 소재의 냉각을 위하여 상기 소재의 형상에 대응하도록 금형을 제작할 필요가 없기 때문에, 그에 따라 제작비용이 크게 감소될 수 있다.

결과적으로, 상기 소재에 대한 냉각 공정 시, 가열 영역(A)으로의 에어 분사를 통해 냉각시킴으로써, 상기 가열 영역(A)의 냉각에 필요한 제작비용은 감소시키면서 900MPa~1200MPa 정도의 높은 인장강도를 얻을 수 있다.

도 3 은 본 발명에 따른 토션빔 액슬 제조방법의 제조 과정에 대한 흐름도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 토션빔 액슬 제조 과정에 대한 흐름을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상온에서 프레스 금형을 통해 소재를 성형한다(S100).

이때, 상기 프레스 금형을 통한 소재의 형상 및 조성은 도 1에 대한 상세한 설명에 개시되어 있으므로 생략하기로 한다.

상기 소재가 성형되면, 상기 소재가 설정된 형상을 갖도록 상기 소재에 대한 트리밍(trimming)을 수행한다(S110).

상기 소재 전체에 대한 가열이 이루어진 상태에서 성형 및 냉각을 거친 후에 트리밍이 이루어지게 되면, 지나치게 높은 상기 소재의 강성을 인하여 레이저 트리밍 공정이 수행되어야 한다.

따라서, 상온에서 상기 소재에 대한 성형이 이루어진 후에 상기 소재가 소설정된 형상을 갖도록 트리밍 함으로써, 트리밍 공정을 용이하게 수행할 수 있다.

그에 따라, 별도의 레이저 트리밍 공정 없이 상기 소재에 대한 성형이 이루어진 후 순차적으로 트리밍 공정을 진행하도록 하여, 공정비용을 절감시킬 수 있다.

한편, 상기 소재에 대한 상기 트리밍이 완료되면, 소재의 가열 영역을 유도 가열을 통해 국부적으로 가열한다(S120).

여기서, 도 1에 대한 상세한 설명에 개시된 바와 같이, 가열 온도를 910℃로 설정하고, 설정된 온도에 이르는 시점까지 상기 소재의 가열 영역을 가열한다(S130).

상기 소재의 가열 영역에 대하여 상기 설정된 온도에 이르도록 가열이 완료되었다고 판단되면, 고정된 상기 소재의 가열 영역에 에어를 분사하여 상기 소재를 냉각시킨다(S140).

이때, 도 1에 대한 상세한 설명에 개시된 바와 같이, 냉각 온도를 초당 50℃~100℃로 설정하여 상기 가열 영역을 냉각시킨다.

도 4 는 본 발명에 따른 토션빔 액슬 제조방법의 국부 가열 방법을 보여주는 단면도이고, 도 5 는 본 발명에 따른 토션빔 액슬 제조방법의 실시예에 대한 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 소재(10)의 가열 영역에 대한 국부적인 가열 방법은 전자기 유도를 이용하여 상기 소재를 가열시키는 유도 가열 방법이 사용된다.

상기 유도 가열 방법은, 코일(30)에 전류가 공급되면 상기 소재(10)의 가열 영역(A)에 와전류가 발생하고, 소재(10)의 저항에 의해 발생된 줄열이 상기 가열 영역(A)의 온도를 높이게 되어 국부적인 가열이 이루어진다.

상기 유도 가열 방법은, 가열로 인한 오염이 일어나지 않으며, 처리시간이 짧고 온도 조절이 용이하다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 가열 영역(A)에 대한 냉각은 상기 가열 영역(A)으로 에어를 분사함으로써 이루어진다.

즉, 상기 가열 영역(A)에 대하여 상기 도 1에 개시된 온도에 따라 유도 가열을 통한 국부 가열이 이루어지면, 에어 분사부(20)를 통해 상기 가열 영역(A)으로 에어가 분사되어 냉각이 이루어지도록 한다.

이때, 소재(10)의 냉각을 위하여 상기 가열 영역(A)으로 에어를 분사하게 되면, 비접촉으로 냉각이 이루어지기 때문에, 상기 가열 영역(A)의 표면에 발생될 수 있는 손상을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 가열 영역(A)의 표면이 평평하지 못한 경우에도, 상기 가열 영역(A)의 굴곡진 부위로 에어를 분사하여 상기 가열 영역(A)에 대한 균일한 냉각이 이루어지도록 함으로써, 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 냉각을 위하여 상기 가열 영역(A)에 대응되는 형상으로 형성된 금형 냉각기를 별도로 구비하지 않아도 되어, 상기 가열 영역(A) 냉각에 따른 비용 발생을 감소시킬 수 있다.

한편, 상기 냉각 단계에서는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 가열 영역(A)으로 분사되는 에어의 방향을 조절할 수 있다.

즉, 소재(10)에 대하여 소정 거리 이격되어 설치되는 에어 분사기(20)는 상기 가열 영역(A)에 효과적으로 에어를 분사시키기 위하여 복수개로 구비되며, 제어기(100)를 통해 모터(M1, M2)의 각도를 조절함으로써, 방향 조절이 가능할 수 있다.

다시 말해, 상기 제어기(100)는 가열 영역 인식부(미도시)를 통해 가열 영역(A)이 감지되면, 상기 가열 영역(A)을 향하도록 상기 모터(M1, M2)를의 각도를 조절하여, 상기 가열 영역(A)으로 에어가 분사되도록 한다.

따라서, 에어 분사기(20)는 고정된 상기 소재(10)에 대한 냉각 시, 에어 분사 방향의 조절이 가능하도록 하여, 상기 가열 영역(A)의 면적 및 위치에 용이하게 대처하면서 효과적으로 냉각시킬 수 있다.

본 발명은, 하중이 집중되는 소재의 양단부를 국부 가열하여, 필요 부위에 대한 부분적인 강성을 강화시킬 수 있는 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명은 소재의 성형을 위하여 소재 전체를 가열하지 않고 상온에서 성형한 후 소재의 양단부를 국부 가열하도록 함으로써, 소재 전체 가열에 따른 공정을 없앨 수 있기 때문에 작업 공수를 줄일 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 가열 영역에 대한 냉각 시, 에어 분사를 통해 냉각이 이루어지도록 하여, 소재 냉각에 따른 제작비용을 감소시킬 수 있는 효과를 갖는다.

이상의 본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해여야 할 것이다.

10 : 소재 20 : 에어 분사기
30 : 코일 100 : 제어기
A : 가열 영역 M1, M2 : 모터

Claims (6)

1. 파이프 형상의 소재를 상온에서 프레스 금형을 통해 성형하는 성형 단계;
   상기 소재의 가열 영역을 국부적으로 가열하는 가열 단계; 및
   상기 국부 가열된 소재의 가열 영역에 에어를 분사하여 급속 냉각시키는 냉각 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가열 단계에서는,
   유도 가열을 통해 상기 소재의 가열 영역을 국부적으로 가열하는 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 가열 단계는,
   상기 소재의 가열 영역을 A3 변태점 이상인 850 ~ 950℃의 온도 범위로 가열하는 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬 제조방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 냉각 단계에서는,
   상기 소재의 가열 영역으로 분사되는 에어의 방향을 조절하여 상기 소재를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬 제조방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 성형 단계 이후에,
   성형된 상기 소재를 트리밍(trimming)하는 트리밍 단계;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬 제조방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 냉각 단계에서는,
   에어의 분사를 통해 가열된 상기 소재의 가열 영역을 냉각시켜 상기 가열 영역에 대한 인장강도가 900MPa ~ 1200MPa이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 토션빔 액슬 제조방법.

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