KR20150104918A - 차량용 알루미늄 휠과 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 주행 시 발생하는 로드 노이즈를 개선한 알루미늄 휠과 이것을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 스포크부와 림부 주조 후에 접합을 통해 공명실을 확보하는 새로운 형태의 중공 2-피스 흡음구조의 알루미늄 휠을 구현함으로써, 제조 공정의 단순화는 물론, 다수 곳의 공명실과 에어홀 확보를 통한 헬름홀쯔 공명기 원리를 이용하여 로드 노이즈를 개선할 수 있는 차량용 알루미늄 휠과 제조방법을 제공한다.

Description

차량용 알루미늄 휠과 제조방법{Aluminium wheel for vehicle and manufacturing method thereof}

본 발명은 차량용 알루미늄 휠과 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량 주행 시 발생하는 로드 노이즈를 개선한 알루미늄 휠과 이것을 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 소비자의 불만 사항으로 이슈화되고 있는 사항이 차량의 연비와 소음문제이다.

소비자의 수준이 높아짐에 따라 실내에서 보다 안락하고 조용한 차량을 선호하는 추세이다.

실차의 로드 노이즈(Road noise)는 공명음, 부밍음, 럼블음으로 크게 나눌 수 있으며, 이 중 공명음은 지면, 타이어, 휠, 샤시부품, 크로스멤버를 통해 실내로 유입되는 노이즈 중의 하나이다.

즉, 로드 노이즈는 주행 중에 노면으로부터 받는 진동이 타이어, 서스펜션, 보디에 전달되어 귀에 거슬리는 소리를 실내에 발생시키는 것을 말한다.

이러한 점을 고려하여 최근에는 여러 형태의 로드 노이즈 개선을 위한 다양한 사양의 알루미늄 휠이 제시되고 있다.

일 예로서, 샤시 전달계의 강성을 증대시키거나 다이나믹 댐퍼 등을 적용하고 있으나, 이러한 개선 방법은 로드 노이즈 유입원에 대한 근본적인 개선 방법이 아니라, 차체로 유입된 로드 노이즈가 실내로 전달되는 과정에서 이를 최소화시키기 위한 소극적인 방안이고, 또한 별도의 구성품을 사용함에 따라 차량의 중량 증가 및 원가 상승의 원인을 제공하는 문제가 있다.

다른 예로서, 한국공개특허 10-2012-0131583호에는 일반 알루미늄보다 흡음 성능이 우수한 알루미늄 폼재를 휠에 구비하여, 차량 주행 시 발생한 로드 노이즈가 휠에서 최대한 흡수되도록 함으로써, 차체쪽으로의 전달을 최소화할 수 있고, 이로 따라 차량의 실내 소음을 크게 줄일 수 있는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법이 개시되어 있다.

그러나, 상기 차량용 알루미늄 휠의 제조방법은 림의 중공부에 알루미늄 폼재를 강제 압입하는 공정 시 알루미늄 폼재와 림 사이에 틈새가 발생하지 않도록 하기 위해 알루미늄 폼재를 중공부보다 더 두껍게 절단하고, 절단된 알루미늄 폼재를 중공부로 강제 압입해야 하는 등 제조공정 측면에서 불리한 점이 있다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 스포크부와 림부 주조 후에 접합을 통해 공명실을 확보하는 새로운 형태의 중공 2-피스 흡음구조의 알루미늄 휠을 구현함으로써, 제조 공정의 단순화는 물론, 다수 곳의 공명실과 에어홀 확보를 통한 헬름홀쯔 공명기 원리를 이용하여 로드 노이즈를 개선할 수 있는 차량용 알루미늄 휠과 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 차량용 알루미늄 휠은 다음과 같은 특징이 있다.

상기 차량용 알루미늄 휠은 스포크부와 림부를 접합한 형태로 이루어지며, 상기 스포크부와 림부의 접합부위에는 다수의 에어홀에 의해 외부와 통하면서 밀폐된 공간으로 조성되는 공명실이 형성되는 구조로 이루어진다.

따라서, 상기 차량용 알루미늄 휠은 스포크부와 림부 간의 접합과 동시에 공명실을 확보할 수 있는 구조로 이루어짐으로써, 로드 노이즈 개선에 따른 실내 정숙성과 승차감을 향상시킬 수 있는 특징이 있다.

여기서, 상기 스포크부와 림부는 스포크부 가장자리 저면과 림부 상단 가장자리 상면을 통해 접합될 수 있으며, 이렇게 접합되는 부위에는 스포크부 가장자리 저면과 림부 상단 가장자리 상면 사이에 둘러쌓인 형태로 공명실이 형성되도록 할 수 있다.

그리고, 상기 공명실은 휠 원주 둘레를 따라 형성되며, 이때의 공명실은 4곳으로 분할되어 구획되고, 각각의 구획된 공명실에는 적어도 1개의 에어홀이 배속될 수 있게 된다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법은 다음과 같은 특징이 있다.

상기 차량용 알루미늄의 제조방법은 스포크부를 주조하는 단계와, 림부를 주조하는 단계와, 상기 스포크부의 가장자리 저면과 림부의 상단 가장자리 상면을 접촉시켜 접합함과 더불어 이때의 접합부위에 에어홀에 의해 외부와 통하면서 밀폐된 공간으로 조성되는 공명실이 형성되도록 하는 단계를 포함하는 방법으로 이루어진다.

여기서, 상기 스포크부와 림부의 접합 시 마찰교반 용접으로 접합하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 스포크부와 림부의 접합부위에 형성되는 공명실은 휠 원주 둘레를 따라 형성되도록 함과 더불어, 이러한 스포크부와 림부의 접합부위에 형성되는 공명실은 4곳으로 분할되고, 이렇게 구획된 각 공명실에는 적어도 1개의 에어홀이 배속될 수 있다.

본 발명에서 제공하는 차량용 알루미늄 휠과 제조방법은 스포크부와 림부를 주조한 후에 마찰교반 용접을 통해 접합하고, 이와 더불어 4곳의 공명실과 에어홀을 조성하는 방법과 구조로 적용함으로써, 2-피스 구조 최적화를 통한 공명실 확보 및 마찰교반 2중 접합을 통한 접합부 신뢰성을 확보할 수 있는 등 로드 노이즈 개선을 통한 승차감 향상과 실내 정숙성을 향상시킬 수 있으며, 원가절감은 물론 경량화는 극대화할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 알루미늄 휠을 나타내는 사시도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 알루미늄 휠의 제조방법을 나타내는 블럭도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 알루미늄 휠의 공명실 효과 및 강성 효과를 나타내는 그래프

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 알루미늄 휠을 나타내는 사시도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 차량용 알루미늄 휠은 헬름홀쯔 공명기 원리를 알루미늄 휠에 적용하여, 다수 개의 공명실 구조, 예를 들면 4개의 공명실 구조와 에어홀을 통해 로드 노이즈를 개선시킨 구조로 이루어진다.

이를 위하여, 상기 알루미늄 휠은 스포크부(10)와 림부(11)를 접합한 형태로 이루어지며, 이때의 스포크부(10)와 림부(11)는 별도의 주조 성형을 통해 개별 제조된 후에 접합을 통해 하나의 일체형 알루미늄 휠을 이루게 된다.

즉, 상기 스포크부(10)의 가장자리 저면에는 바깥쪽과 안쪽에 각각 돌출되는 형태의 접합부(14a,14b)가 형성되고, 이에 대응하여 상기 림부(11)의 상단 가장자리 상면에도 바깥쪽과 안쪽에 각각 돌출되는 형태의 접합부(14c,14d)가 형성된다.

이에 따라, 상기 스포크부(10)의 가장자리 저면에 있는 접합부(14a,14b)와 상기 림부(11)의 상단 가장자리 상면에 있는 접합부(14c,14d)가 서로 접하면서 마찰교반 용접 등으로 접합되고, 결국 이러한 접합부(14a∼14d)를 통해 접합되는 스포크부(10)와 림부(11)는 하나의 완성된 형태의 알루미늄 휠을 이룰 수 있게 된다.

이때, 상기 접합부(14a∼14d)의 경우 단차부(15)에 의한 접합이 이루어지게 되므로, 접합부(14a와 14c, 14b와 14d) 간의 긴밀한 결속구조가 이루어질 수 있게 된다.

그리고, 상기 접합부(14a∼14d)는 스포크부(10)와 림부(11)의 성형 시 함께 일체로 성형될 수 있게 된다.

특히, 위와 같이 일체식으로 접합되는 스포크부(10)와 림부(11)의 접합부위에는 다수의 에어홀(12)에 의해 외부와 통하면서 밀폐된 공간으로 조성되는 공명실(13)이 형성된다.

즉, 상기 공명실(13)은 스포크부(10)의 가장자리 저면과 림부(11)의 상단 가장자리 상면 사이에 둘러쌓인 형태의 단면구조를 갖는 공간으로 형성된다.

이러한 공명실(13)은 휠 원주 둘레를 따라가면서 연통되는 구조로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 공명실(13)이 4곳으로 분할되어 구획되고, 예를 들면, 원형의 휠 기준하여 90°간격으로 형성되는 격벽(미도시)에 의해 공명실(13)이 4곳으로 분할되면서 구획되고, 이때의 각각의 구획된 공명실(13)에는 적어도 1개의 에어홀(12)이 배속될 수 있게 된다.

따라서, 상기 에어홀(12)이 있는 공명실(13)의 경우 헬름홀쯔 공명기(Helmholtz resonator)의 구조를 가지게 됨에 따라, 차량 주행 시 노면으로부터의 소음이 에어홀(12)을 통해 공명실(13)의 내부로 유입되면, 이때의 공명실 내에서는 특정한 주파수에 대한 위상변이가 발생하게 되고, 결국 도 3에 도시한 바와 같이 소음은 공명실 안에서 소멸될 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 알루미늄 휠의 제조방법을 나타내는 블럭도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 알루미늄 휠의 제조방법은 기존 일체형 저압주조로 제조하는 알루미늄 휠을 스포크부와 림부의 2-피스로 제조한 후, 중공구조의 공명실을 확보하여, 로드 노이즈를 개선하는 제조방법이다.

먼저, 스포크부를 주조하는 단계 및 림부를 주조하는 단계를 실시한다.

상기 스포크부는 용해→저압 주조→게이트 절단→열처리→1차 가공의 과정을 거쳐 제조한다.

여기서, 저압 주조의 경우 측면에서 용탕을 주입하는 사이드 게이트 타입의 주조 방식으로서, 평면에서 봤을 때 원형의 스포크부의 양편 180°위치에 있는 2곳의 게이트를 통해 용탕을 주입하게 된다.

그리고, 1차 가공은 마찰교반용접(Friction Stir Welding;FSW)을 위한 형상 가공, 예를 들면 접합부 및 그 주변의 형상을 가공하는 것을 의미한다.

상기 림부는 용해→저압 주조→게이트 절단→PRE 가공→플로포밍→열처리→1차 가공→2차 가공의 과정을 거쳐 제조한다.

여기서, 저압 주조의 경우 측면에서 용탕을 주입하는 사이드 게이트 타입의 주조 방식으로서, 평면에서 봤을 때 원형의 림부의 양편 180°위치에 있는 2곳의 게이트를 통해 용탕을 주입하게 된다.

그리고, 1차 가공은 FSW 사전 가공을 위한 이너 플랜지 기준면을 가공하는 것을 의미하고, 2차 가공은 이너 플랜지부 기준면 안착 FSW를 위한 사전 가공을 의미한다.

이렇게 스포크부와 림부의 제조 후, 스포크부의 가장자리 저면과 림부의 상단 가장자리 상면을 접촉시켜 접합하고, 이와 더불어 이때의 접합부위에 에어홀에 의해 외부와 통하면서 밀폐된 공간으로 조성되는 공명실을 형성하는 단계를 실시한다.

이때의 접합과정은 마찰교반용접(Friction Stir Welding;FSW)→1차 가공→도장의 순서로 이루어질 수 있고, 도장 후 완제품이 만들어지게 된다.

그리고, 상기 스포크부와 림부의 접합부위에 형성되는 공명실의 경우 휠 원주 둘레를 따라 가면서 형성되도록 할 수 있고, 이렇게 형성되는 공명실은 4곳으로 분할되어 구획되는 동시에 각각의 구획된 공명실에는 적어도 1개의 에어홀이 형성될 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 알루미늄 휠의 공명실 효과 및 강성 효과를 나타내는 그래프이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 여기서는 본 발명의 중공 2-피스 흡음구조에 대한 공명실 효과(도면 왼쪽의 점선원 부분)와 강성 효과(도면 오른쪽의 점선원 부분)를 보여준다.

그리고, 공명실에서의 공명음 및 럼블음 개선 효과를 보여준다.

공명음 개선 효과의 경우, 190∼250Hz 대역으로서 4개의 공명실을 통해 타겟 주파수 대역을 흡음하여 감쇄시키는 원리이며, 4개의 공명실은 체적과 홀사이즈를 각각 튜닝하여 공명음 대역을 개선할 수 있다(190∼210Hz 대역 흡음 효과).

럼블음 개선 효과의 경우, 300∼500Hz 대역으로서 이러한 럼블음은 강성 보강을 통해 개선할 수 있으며, 본 발명에서의 휠은 허브, 스포크부를 구조적으로 보강하여 럼블음을 개선할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 2-피스 구조 최적화를 통해 공명실을 확보할 수 있고, 마찰교반 2중 접합을 통해 접합부의 신뢰성을 확보할 수 있는 등 원가상승을 최소화할 수 있는 동시에 경량화를 극대화할 수 있으며, 4개의 공명실 구조와 에어홀을 통한 로드 노이즈 개선(실차 로드 노이즈 3dB 정도)으로 실내 정숙성 및 승차감 향상을 도모할 수 있다.

10 : 스포크부
11 : 림부
12 : 에어홀
13 : 공명실
14a∼14d : 접합부
15 : 단차부

Claims (8)

1. 스포크부(10)와 림부(11)를 접합한 형태로 이루어지며, 상기 스포크부(10)와 림부(11)의 접합부위에는 다수의 에어홀(12)에 의해 외부와 통하면서 밀폐된 공간으로 조성되는 공명실(13)이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 스포크부(10)와 림부(11)는 스포크부 가장자리 저면과 림부 상단 가장자리 상면을 통해 접합되고, 스포크부 가장자리 저면과 림부 상단 가장자리 상면 사이에 둘러쌓인 형태로 공명실(13)이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 공명실(13)은 휠 원주 둘레를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠.
   
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 공명실(13)은 4곳으로 분할되어 구획되고, 각각의 구획된 공명실(13)에는 적어도 1개의 에어홀(12)이 배속되는 것을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠.
   
5. 스포크부를 주조하는 단계;
   림부를 주조하는 단계;
   상기 스포크부의 가장자리 저면과 림부의 상단 가장자리 상면을 접촉시켜 접합함과 더불어 이때의 접합부위에 에어홀에 의해 외부와 통하면서 밀폐된 공간으로 조성되는 공명실이 형성되도록 하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 스포크부와 림부의 접합 시 마찰교반 용접으로 접합하는 것을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법.
   
7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
   상기 스포크부와 림부의 접합부위에 형성되는 공명실은 휠 원주 둘레를 따라 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법.
   
8. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
   상기 스포크부와 림부의 접합부위에 형성되는 공명실은 4곳으로 분할되어 구획되는 동시에 각 구획된 공명실에는 적어도 1개의 에어홀이 배속되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량용 알루미늄 휠의 제조방법.

Images