KR20170013527A - 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법 - Google Patents

자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법 Download PDF

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Abstract

자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법이 개시된다. 본 발명에 의한 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법은 애널러스 쉘의 외관을 형성하는 2개의 분리된 고정금형과 가동금형 및 금형 사이의 캐비티에 배치된 복수의 슬라이드 코어가 준비되며, 상기 고정금형 측에는 링 게이트가 형성되고, 상기 가동금형 측에는 환형의 오버 플로우가 설치되어, 알루미늄 합금 용탕이 상기 게이트로 주입되어 상기 슬라이드 코어를 따라 금형의 형상에 따른 주조품이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING HOLLOW ANNULUS SHELL FOR AUTOMOTIVE TRANSMISSION}
본 발명은 애널러스 쉘에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철강재의 단조공법에 의하여 제조하던 애널러스 쉘을 알루미늄 합금과 다이캐스팅 공법을 이용하여 제조하되, 고정금형, 가동금형 및 복수의 슬라이딩 코어를 적용하여 제조하는 애널러스 쉘의 제조방법에 관한 것이다.
자동차 변속기는 엔진에서 발생한 동력을 차륜에 전달하는 기능을 하는 것으로, 애널러스 쉘은 자동차 변속기 내에서 동력의 변환에 사용되는 부품이다.
종래기술에 의한 애널러스 쉘은 탄소강 또는 합금강 소재를 단조공정에 의해 일정한 형상으로 제조한 후 가공 및 용접등에 의해 제조하여 자동차 변속기에 적용해 오고 있다.
오래전부터 많은 자동차 제조사 및 부품 제조사들은 자동차 연비증대를 위하여 엔진의 연소효율을 향상시키거나 부품을 경량화하는 방안을 연구해오고 있다.
그 중에서 자동차 부품을 경량화 함으로써 연비를 증대시키는 방법은 엔진의 연소효율을 증대시키는 방법에 비하여 실현가능성이 높은 것이라 할 수 있다. 자동차 부품의 경량화는 종래의 철강소재를 경량금속으로 대체하거나 탄소소재 등으로 대체하는 것을 고려할 수 있다. 자동차 변속기는 자동차의 안전과 직접적으로 관련되므로 오랜 내구연한을 가져야 하며 가혹한 운전조건에서도 파손이 발생하지 않아야 한다.
따라서, 자동차 변속기용 부품으로서 자동차의 경량화와 함께 내구연한을 충족시킬 수 있는 것은 현재로서는 강도 및 인성이 증가된 경량금속으로 제조된 부품이라고 할 수 있다.
알루미늄이나 마그네슘 등으로 이루어진 경량금속은 양질의 주조품질을 확보하는 것이 중요하며, 자동차 부품과 같이 정밀도가 높은 부품으로의 적용을 위하여 다이캐스팅법에 의해 정밀주조를 하고 있다. 그러나, 애널러스 쉘과 같이 오랜 내구성이 요구되고 기포결함이 없는 박육의 주조품을 제조하기 위해서는 기포결함, 치면 눌림 및 높은 가공비 등 극복해야 할 많은 과제 등이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 주요 합금원소로 실리콘과 구리를 함유한 알루미늄 합금용탕을 다이캐스팅용 금형에 주입하되 고정금형, 가동금형 및 슬라이딩 코어를 효율적으로 배치하여 애널러스 쉘을 주조함으로써 원가절감 및 생산성을 향상시킨 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법은 애널러스 쉘의 외관을 형성하는 2개의 분리된 고정금형과 가동금형 및 금형 사이의 캐비티에 배치된 복수의 슬라이드 코어가 준비되며, 상기 고정금형 측에는 링 게이트가 형성되고, 상기 가동금형 측에는 환형의 오버 플로우가 설치되어, 알루미늄 합금 용탕이 상기 게이트로 주입되어 상기 슬라이드 코어를 따라 금형의 형상에 따른 주조품이 형성된다.
상기 애널러스 쉘의 길이방향은 상기 가동금형의 진행방향과 수직일 수 있다.
상기 슬라이드 코어의 길이방향은 상기 가동금형의 진행방향과 수직으로 하며, 상기 애널러스 쉘의 외주부를 따라 적어도 4개가 배치될 수 있다.
상기 알루미늄 합금은 질량%로 실리콘(Si): 7.0 내지 12.0, 구리(Cu): 2.5 내지 4.0%, 마그네슘(Mg) 0.2 내지 0.4%를 포함하는 알루미늄 합금일 수 있다.
상기 알루미늄 합금 용탕이 주입되는 게이트의 슬리브의 직경은 90mm일 수 있다.
충진율은 상기 합금 용탕의 주입체적/게이트에 연결된 슬리브의 유효체적이라고 할 때, 상기 충진율은 적어도 42% 일 수 있다.
상기 링 게이트는 상기 애널러스 쉘의 일단부에 8~12곳으로 분기된 러너(runner)를 통해 연결될 수 있다.
상기 환형의 오버 플로우는 상기 애널러스 쉘의 타단부에 상기 링 게이트와 대응되도록 6~10곳으로 분기되어 연결될 수 있다.
상기 슬라이드 코어는 상기 쉘의 원주부에 일정한 간격의 홀이 형성되도록 복수의 돌출부가 형성될 수 있다.
상기 고정금형과 가동금형이 합형된 상태는 진공도 100~300mmbar 이내로 유지될 수 있다.
상기 알루미늄 합금 용탕이 주입될 때 금형내 공간에 일정량의 산소를 주입하여 용탕이 고속으로 주입될 때 알루미늄과의 반응에 의해 잔존하는 기포를 제거할 수 있다.
본 발명에 의한 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법에 따르면, 종래에 철강소재를 단조등의 공법에 의해 일정한 형상으로 제조한 후 기계적 가공에 의해 제조하던 방식을 경량금속인 알루미늄 합금과 다이캐스팅 공법을 이용하여 제조함으로써 박육제품을 최종제품의 형상에 가깝게 제조할 수 있다.
또한, 경량금속 다이캐스팅시 고정금형과 가동금형 및 슬라이딩 코어를 적절하게 조합하고 게이트와 오버플로우를 효율적으로 배치하고 용탕의 주입체적을 적절하게 조절함으로써 합금용탕의 충진율을 증진시켜 양질의 주조품을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 주조가 완료된 후의 형상을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예는 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
명세서 전체에 걸쳐서, 막, 영역 또는 기판과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 적층되어 또는 "커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "상에", "연결되어", 적층되어 또는 "커플링되어" 접합하거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재할 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 상에", "직접 연결되어", 또는 "직접 커플링되어" 위치한다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되지 않음은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제 1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제 2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
또한, "상의" 또는 "위의" 및 "하의" 또는 "아래의"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 소자의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 소자가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면 상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면 상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상의"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "하의" 및 "상의" 방향 모두를 포함할 수 있다. 소자가 다른 방향으로 향한다면(다른 방향에 대하여 90도 회전), 본 명세서에 사용되는 상대적인 설명들은 이에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명에 의한 제조방법에 의해 제조된 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 주조가 완료된 후의 형상을 도시한 도면이다.
본 발명에 의한 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법은 애널러스 쉘의 외관을 형성하는 2개의 분리된 고정금형과 가동금형 및 금형 사이의 캐비티에 배치된 복수의 슬라이드 코어가 준비되며, 상기 고정금형 측에는 링 게이트가 형성되고, 상기 가동금형 측에는 환형의 오버 플로우가 설치되어, 알루미늄 합금 용탕이 상기 게이트로 주입되어 상기 슬라이드 코어를 따라 금형의 형상에 따른 주조품이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 애널러스 쉘은 알루미늄 합금용탕을 다이캐스팅 공법에 의해 주조하는 것으로, 다이캐스팅용 금형은 2개의 분리된 고정금형과 가동금형을 포함하고, 금형사이의 캐비티에는 복수의 슬라이드 코어가 배치되어 중공형상의 애널러스 쉘을 제조하게 된다.
상기 애널러스 쉘의 길이방향은 상기 가동금형의 진행방향과 직교한 것을 특징으로 한다. 애널러스 쉘의 길이방향이 가동금형의 진행방향과 직교하도록 함으로써, 고정금형측에서 슬리브를 통해 주입된 용탕이 런너를 통해 일단부에서 금형내에 형성된 공간을 흘러가면서 응고되고 최종 용탕의 선단은 타단부의 오버플로우를 통해 흐르게 된다.
상기 슬라이드 코어의 길이방향은 상기 가동금형의 진행방향과 수직방향으로 움직이는 것을 특징으로 한다. 슬라이드 코어를 배치함으로서 애널러스 쉘의 중공형상을 용이하게 형성할 수 있게 된다.
상기 알루미늄 합금은 중량%로 실리콘(Si): 7.0 내지 12.0, 구리(Cu): 2.5 내지 4.0%, 마그네슘(Mg) 0.2 내지 0.4를 포함하는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는 알루미늄 합금의 주조성 및 내마모성을 증대하기 위하여 실리콘 함량을 7.0 내지 12.0으로 한정하였다.
또한, 최종 주조품의 경도와 강도증대를 위하여 구리 함량을 중량%로 2.5% 내지 4.0%, 마그네슘 함량을 중량%로 0.2% 내지 0.4%로 유지하여 애널러스 쉘의 인성을 유지시키면서 내마모성이 요구되는 스플라인의 경도를 향상시켰다.
구리 및 마그네슘의 함량이 각각 4.0%, 0.4%를 초과할 경우 인성이 저하(취성 증대)되어 애널러스 쉘의 충격강도가 저하된다. 또한 구리 및 마그네슘의 함량이 각각 2.5%, 0.2% 미만인 경우 경도가 저하되어 스플라인의 마모가 심하게 발생된다.
상기 알루미늄 합금 용탕이 주입되는 게이트의 슬리브의 직경은 90mm인 것을 특징으로 한다. 슬리브의 직경은 애널러스 쉘의 두께가 4mm, 쉘의 길이가 170mm 이내로 박육제품인 점과 알루미늄 합금의 온도를 고려하여 용탕이 주입되는 슬리브의 직경을 90mm 내외로 조절으로 하는 것이 바람직하다.
충진율은 상기 합금 용탕의 주입체적/게이트에 연결된 슬리브의 유효체적이라고 할 때, 상기 충진율은 적어도 42% 인 것을 특징으로 한다. 충진율이 적어도 42% 이상으로 유지함으로써 주조품 내의 가스에 의한 주조결함을 최소화시킬 수 있다.
상기 링 게이트는 상기 애널러스 쉘의 일단부에 8곳 내지 12곳으로 분기된 러너(runner)를 통해 연결된 것을 특징으로 한다. 알루미늄 합금 용탕이 주입되는 부위를 링 게이트 형태로 하되 링 게이트에서 8곳 내지 12곳으로 러너(runner)를 분기시킴으로써 용탕이 금형내에 균일하게 충진되도록 할 수 있으므로 최종 주조조직을 기포가 없는 치밀한 조직으로 유지할 수 있다.
상기 환형의 오버 플로우는 상기 애널러스 쉘의 타단부에 상기 링 게이트와 대응되도록 적어도 6곳 내지 10곳으로 분기되어 연결된 것을 특징으로 한다. 오버 플로우를 상기 링 게이트의 런너와 대응되도록 동일한 개수로 분기시킴으로써 용탕이 균일하게 충진되면서 응고가 일어남으로써 주조품 내에 편석(segregation), 기포(void) 등이 최소화 될 수 있도록 할 수 있다.
상기 슬라이드 코어는 상기 애널러스 쉘의 원주부에 일정한 간격의 홀이 형성되도록 복수의 돌출부가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 고정금형과 가동금형이 합형된 상태는 진공도 100~300mmbar 이내로 유지된 것을 특징으로 한다. 본 발명의 경우는 초기에 금형내부를 진공으로 유지함으로써 용탕이 주입되어 용탕의 선단이 금형내를 흘러들어갈 때 용탕이 미처 충진이 되지 않은 영역에 있는 기포들을 최소화시킬 수 있으며, 또한, 제품 성형부에 미리 산소를 선 주입함으로써 용탕주입시 알루미늄과의 반응에 의해 주조품 내부에 존재하게 될 기포를 제거할 수 있도록 한 것이다.
이하 실시예를 통하여 본 발명에 의한 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
질량%로 구리(Cu)가 3.1%, 실리콘(Si)이 10.0%, 마그네슘(Mg)이 0.25%, 아연(Zn)이 0.01%, 나머지 알루미늄(Al) 및 불가피 불순물을 포함하는 알루미늄 합금을 전기로에서 용해하여 용탕을 준비하였다.
알루미늄 합금용탕을 다이캐스팅 금형의 고정금형에 형성된 슬리브(슬리브 직경은 90mm)를 통해 주입하여 애널러스 쉘의 형상으로 응고시킨 주조품을 제조하였다.
이때, 용탕의 주입총량은 4.42kg이며, 최종 응고품에서 링 게이트 부위에 1.66kg, 애널러스 쉘에 1.48kg, 가동금형측에 형성된 벤트 중량(오버플로우)은 1.28kg이었다.
용탕의 주입시, 주입체적은 1,637g/cm2(총주입중량/비중)이었고 슬리브 유효체적(/4x(슬리브직경2)x(유효스트로크))은 3,827cm3이었다. 충진율=(주입체적/슬리브 유효체적)100(%)으로 정의하면, 실시예에 의할 때 충진율은 42.8%이었다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법에 있어서,
    애널러스 쉘의 외관을 형성하는 2개의 분리된 고정금형과 가동금형 및 금형 사이의 캐비티에 배치된 복수의 슬라이드 코어가 준비되며,
    상기 고정금형 측에는 링 게이트가 형성되고, 상기 가동금형 측에는 환형의 오버 플로우가 설치되어, 알루미늄 합금 용탕이 상기 게이트로 주입되어 상기 슬라이드 코어를 따라 금형의 형상에 따른 주조품이 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 애널러스 쉘의 길이방향은 상기 가동금형의 진행방향과 수직인 것을 특징으로 하는 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금은 중량%로 실리콘(Si): 7.0 내지 12.0, 구리(Cu): 2.5 내지 4.0%, 마그네슘(Mg) 0.2내지 0.4%를 포함하는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 링 게이트는 상기 애널러스 쉘의 일단부에 8곳 내지 12곳으로 분기된 러너(runner)를 통해 연결된 것을 특징으로 하는 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법.
  5. 제 7 항에 있어서,
    상기 환형의 오버 플로우는 상기 애널러스 쉘의 타단부에 상기 링 게이트와 대응되도록 적어도 6곳 내지 10곳으로 분기되어 연결된 것을 특징으로 하는 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬라이드 코어는 상기 애널러스 쉘의 원주부에 일정한 간격의 홀이 형성되도록 복수의 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정금형과 가동금형이 합형된 상태는 진공도 100~300mmbar 이내로 유지된 것을 특징으로 하는 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법.
  8. 제 10 항에 있어서,
    상기 알루미늄 합금 용탕이 주입될 때 일정량의 산소를 주입하여 용탕이 충진시 알루미늄과의 반응에 의해 금형내 공간에 잔존하는 기포를 제거하는 것을 특징으로 하는 자동차 변속기용 중공형상의 애널러스 쉘의 제조방법.
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CN114603109A (zh) * 2022-03-16 2022-06-10 南京工业大学 一种铝合金压铸变速箱壳体的混合搭接式内浇道系统
CN114603109B (zh) * 2022-03-16 2023-09-08 南京工业大学 一种铝合金压铸变速箱壳体的混合搭接式内浇道系统

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