KR20170061953A

KR20170061953A - 랜딩기어용 난성형재의 단류선 절손방지 제조방법 및 이를 이용한 랜딩기어용 토크링크

Info

Publication number: KR20170061953A
Application number: KR1020150167178A
Authority: KR
Inventors: 박병수
Original assignee: 주식회사 포메탈
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-06-07

Abstract

본 발명은 랜딩기어용 난성형재의 단류선 절손방지 제조방법 및 이를 이용한 랜딩기어용 부품에 관한 것으로서, 항공용 랜딩기어의 알루미늄 소재에 단류선 절손을 방지하면서 알루미늄 소재의 체적분배가 이루어지도록 전방압출기를 통하여 알루미늄 소재를 압출하여 소재 체적분배를 형성하는 소재 체적분배 단계; 소재 체적분배가 완료된 소재를 전방압출기 외부로 배출시키는 체적 분배된 소재 배출 단계; 및 체적분배가 완료된 소재를 설정된 형상으로 단조하는 형단조 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 항공용 랜딩기어의 알루미늄 소재를 전방압출방법으로 체적분배하여 단류선의 절손을 방지함으로써 토크링크와 같은 랜딩기어의 부품의 기계적 강도를 증가시킴으로써 항공기의 이, 착륙시 안정성을 확보할 수 있다.

Description

랜딩기어용 난성형재의 단류선 절손방지 제조방법 및 이를 이용한 랜딩기어용 부품{Method for manufacturing landing gear for preventing cutting of metal flow and component of landing gear using the same}

본 발명은 랜딩기어용 난성형재의 단류선 절손방지 제조방법 및 이를 이용한 랜딩기어용 부품에 관한 것으로서, 항공용 소재의 단류선 절손을 방지하여 항공용 랜딩기어용 부품의 성능을 향상시킬 수 있는 랜딩기어용 난성형재의 단류선 절손방지 제조방법 및 이를 이용한 랜딩기어용 부품에 관한 것이다.

항공기 부품중 착륙장치에 해당되는 랜딩기어는 항공기가 이착륙을 할 때에 충격을 흡수하거나 또는 계류(繫留)하고 있을 때 항공기 자체의 무게를 지지하는 역할을 한다. 이러한 랜딩기어는 이, 착륙시 많은 하중을 받고 있으므로 파손시 대형사고로 직결될 수 있기 때문에 제작시 부품자체에 결함이 없도록 제조하는 것이 중요하다.

이러한 이유로 랜딩기어를 이루는 금속부품은 기계적 강도확보를 위하여 단조 공정으로 제작하는 것이 일반적이고, 비철금속의 단조용 소재는 압출 또는 인발공법으로 생산된다. 이때, 압출 또는 인발 공정을 통해 형성된 금속부품은 금속의 결정입자가 압출방향을 따라 흐르면서 나타나는 섬유상의 조직인 단류선(metal flow)이 발생하게 된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 주조품(a)에는 단류선이 형성되지 않으며, 단류선이 형성된 환봉을 절삭가공하면 (b)와 같이 단류선에 절손이 발생하게 되며, 단류선이 형성된 환봉을 외력에 의해 소성변형하는 방법(c)을 적용할 때에는 단류선의 절손이 발생하지 않도록 할 수 있다.

이렇게 형성되는 단류선은 단조품의 기계적 성능에 영향을 미치게 되므로, 랜딩기어를 이루는 금속부품은 단류선이 끊기는 등의 절손이 발생하는 것이 최소화되도록 제조하는 것이 바람직하다.

특히 랜딩기어부품 단면적 변화가 많은 토크링크를 (b)와 같이 절삭가공하게 되면, 단류선의 절손면이 생기게 되어 충격하중에 대한 저항성이 약해질 수 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 한국등록특허 제10-0361552호에서는 단조용 프레스의 스틱해제장치 및 슬라이드조정 장치를 개시한 바 있다. 한국등록특허 제10-0361552호에 개시되어 있는 단조용 프레스의 스틱해제장치 및 슬라이드 조정장치는 두 개의 롤 사이에 원소재를 압착하면서 단조하여 절손면이 생기는 것을 방지할 수 있는 방법을 개시하고 있으나, 원소재를 벤딩할 때에 단류선에 직각방향으로 하중이 작용하게 되어 제품의 크랙 발생을 높일 수 있는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 항공용 랜딩기어용 난성형재의 단류선 절손방지를 통해 랜딩기어의 기계적 성질을 향상시킬 수 있는 랜딩기어용 난성형재의 단류선 절손방지 제조방법 및 이를 이용한 랜딩기어용 부품을 제공하는데 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 랜딩기어용 난성형재의 단류선 절손방지 제조방법은 항공용 랜딩기어의 알루미늄 소재에 단류선 절손을 방지하면서 알루미늄 소재의 체적분배가 이루어지도록 전방압출기를 통하여 알루미늄 소재를 압출하여 소재 체적분배를 형성하는 소재 체적분배 단계; 소재 체적분배가 완료된 소재를 전방압출기 외부로 배출시키는 체적 분배된 소재 배출 단계; 및 체적분배가 완료된 소재를 설정된 형상으로 단조하는 형단조 단계;를 포함한다.

여기서, 전방압출기는 관통홀이 형성되는 하우징; 관통홀에 배치되며, 복수의 체적 형성부를 형성하는 체적분배 금형; 체적 형성부에 알루미늄 소재를 가압하여 복수의 체적 형성부와 대응되도록 알루미늄 소재를 체적분배 시키는 가압부; 및 체적 분배 완료된 소재를 외부로 배출시키는 배출 가압부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 랜딩기어용 부품은 상기와 같은 랜딩기어용 난성형재의 단류선 절손방지 제조방법에 의해서 제조된다.

본 발명에 의한 랜딩기어용 난성형재의 단류선 절손방지 제조방법은 항공용 랜딩기어의 알루미늄 소재를 전방압출방법으로 체적분배하여 단류선의 절손을 방지함으로써 랜딩기어의 토크링크와 같은 부품의 기계적 강도를 증가시킴으로써 내구성을 증가시켜 항공기의 이, 착륙시 안정성을 확보할 수 있다.

도 1은 소재의 가공방법에 따라 소재내부에 형성된 단류선을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 랜딩기어용 난성형재의 단류선 절손방지 제조방법의 순서도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 랜딩기어용 소재의 체적분배를 위한 압출금형의 내부 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 랜딩기어용 금형에 형성된 공간을 따라 소재의 체적분배 과정을 나타내는 도면이다.
도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 랜딩기어용 소재의 체적분배가 완료된 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 체적분배가 완료된 소재를 외부로 배출시키는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 랜딩기어용 소재의 체적분배가 완료된 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 랜딩기어용 소재의 형단조를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

본 발명에서 언급되는 단류선(metal flow)은 압출 또는 압연공정에서 금속의 결정입자가 가공방향을 따라 미끄러져 나타나는 섬유상의 조직을 말한다. 또한, 단류선의 절손이라 함은 단류선이 부재의 압출 또는 압연 방향을 따라 연속되지 않고 단절된 상태를 의미하며, 난성형재라 함은 재료의 가공 및 성형이 어려운 재료를 의미한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 랜딩기어용 난성형재의 단류선 절손방지 제조방법의 순서도이며, 도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 랜딩기어용 소재의 체적분배를 위한 압출금형의 내부 단면도이고, 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 랜딩기어용 금형에 형성된 공간을 따라 소재의 체적분배 과정을 나타내는 도면이며, 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 랜딩기어용 소재의 체적분배가 완료된 상태를 나타내는 도면이다.

도 2 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시예에 따른 랜딩기어용 난성형재의 단류선 절손방지 제조방법은 소재 체적 분배단계(S100), 체적 분배된 소재 분리단계(S200) 및 형단조 단계(S300)를 포함한다.

본 발명에서 사용되는 소재(1)는 철강재보다 가벼우면서 강도가 높은 AL7000의 알루미늄 계열인 것이 바람직하다. AL7000 계열 소재는 가공 또는 단조 성형 등에 어려운 측면이 있지만 알루미늄 소재 중에서 높은 강도를 갖고 있어 항공기용 부품으로 적용이 가능하며, 특히 랜딩기어용 부품으로 적용하기에 적합하다.

이때, 환봉 형태로 형성된 소재(1)는 후술하는 전방압출기(10)에 삽입될 수 있다. 이와 같이 환봉상태로 형성된 소재(1)는 전방압출기(10)를 통하여 압출될 때에 단류선과 압출방향이 동일하여 응력흐름이 일정하게 작용되어 가공품질을 증대시킬 수 있다.

소재 체적 분배단계(S100)는 항공용 랜딩기어의 알루미늄 소재(1)에 단류선 절손이 방지되면서 체적분배가 이루어지도록 전방압출기(10)를 통하여 소재를 단류선(2)의 형성방향과 동일한 방향으로 압출하는 단계이다. 전방압출기(10)는 환봉 상태의 소재(1)를 단류선의 형성방향과 동일한 방향을 따라 체적분배 하면서 압출함으로써 단류선 절손을 방지할 수 있는 특징을 갖고 있다. 이와 같이 체적분배가 이루어진 소재(이하 1차 가공 소재라 함)는 단조성형이 어려운 소재의 가공성을 증대시킬 수 있어 정밀하게 성형할 수 있다.

소재 체적 분배단계(S100)는 전술한 바와 같이 전방압출기(10)를 이용하여 소재(1)의 체적분배를 수행한다. 여기서, 체적분배를 수행하는 전방압출기(10)는 하우징(100), 체적분배 금형(200), 가력부(300) 및 배출 가력부(400)를 포함할 수 있다.

하우징(100)은 내부에 원통형상의 관통홀(110)이 형성되며, 관통홀(110)에 체적분배 금형(200)이 삽입된다. 이때, 관통홀(110)은 일방향을 따라 단차(111)를 형성할 수 있다. 단차(111)는 관통홀(110)에서 체적분배 금형(200)의 움직임을 제한하여 체적분배 금형(200)을 고정시킬 수 있다.

체적분배 금형(200)은 전방금형(210) 및 후방금형(220)으로 구성되어, 하우징(100)에 형성된 관통홀(110)에 삽입되어 배치된다.

전방금형(210)은 선단이 하우징(100)의 일단(112)에 돌출되도록 배치되고, 후단은 하우징(100)의 관통홀(110)에 삽입된 상태로 유지된다. 전방금형(210)의 외주면은 하우징(100)의 관통홀(110)에 형성된 단차(111)에 걸리도록 단차(214)를 형성하여 서로 흔들지 않도록 견고한 결합을 유지할 수 있다.

전방금형(210)은 소재의 삽입방향을 따라 내부에 원통형상의 제1 체적 형성부(211), 제2 체적 형성부(212) 및 제3 체적 형성부a(213)가 변단면으로 형성된다. 이와 같이 변단면으로 형성된 공간을 소재(1)가 압출하여 서로 다른 직경의 체적분배가 이루어진 제1 체적(A), 제2 체적(B) 및 제3 체적(C)을 형성할 수 있다.

이때, 제1 체적 형성부(211)의 후단 및 제2 체적 형성부(212)의 선단이 만나는 곳과 제2 체적 형성부(212)의 후단 및 제3 체적 형성부a(213)의 선단이 만나는 곳은 R20 ~ R40(mm) 크기의 곡률이 형성되어 소재(1)의 압출 시 소재에 작용하는 응력의 흐름을 원활하게 하여 성형품질을 증대시킬 수 있다.

후방금형(220)은 제3 체적 형성부b(221)가 형성되며, 전방금형(210)의 후단에서 결합된다. 제3 체적 형성부a(213)와 제3 체적 형성부b(221)는 동일한 직경의 체적을 형성한다. 이때, 후방금형(220)과 전방금형(210)이 결합되는 양측 종단에는 단차부(215)(222)를 형성할 수 있다. 단차부(215)(222)는 후방금형(220)과 전방금형(210)이 견고한 결합상태를 유지시켜 소재가 압출될 때 균일한 체적을 형성하도록 할 수 있다.

이와 같이, 체적분배 금형(200)이 전방금형(210)과 후방금형(220)으로 분리되어 형성되면, 선택적으로 전방금형(210) 또는 후방금형(220)을 교체할 수 있는 특징을 갖게 된다. 예를 들어, 전방금형(210)은 후술하는 가력부(300)로 소재(1)를 압출할 때, 직접적인 압력을 받게 되어 후방금형(220)에 비해서 변형 등이 많이 발생하게 된다. 이때, 필요시 전방금형(210) 만을 교체함으로써 체적분배 금형(200)의 성능을 유지할 수 있으며, 체적분배 금형(200) 전체를 교체할 필요가 없으므로 유지관리적인 측면에서 경제적인 이점을 얻을 수 있다.

가력부(300)는 전방금형(210)의 후방에 배치되어 제1 체적 형성부(211)에 삽입되어 가력방향을 따라 직선 이동한다. 가력부(300)가 제1 체적 형성부(211)의 선단에서 일영역까지 삽입하게 되면, 소재(1)는 일방향으로 압출되어 제1 체적 형성부(211), 제2 체적 형성부(212) 및 제3 체적 형성부a(213)가 변단면으로 형성된 1차 가공 소재를 형성하게 된다.

여기서, 가력부(300)의 가력방향은 소재(1)의 단류선의 형성방향과 동일하게 이루어진다. 이로 인하여, 하중이 단류선의 형성방향과 동일한 방향으로 작용하여 단류선의 절손이 일어나지 않게 된다. 따라서 1차 가공 소재는 기계적 강도를 유지할 수 있다.

가력부(300)는 외주면에 걸림부(310)를 형성한다. 걸림부(310)는 제1 체적 형성부(211)에 삽입되어 일방향을 따라 이동하다가 제1 체적 형성부(211)의 선단과 맞닿아 멈추게 하는 역할을 한다. 이때, 제1 체적 형성부(211)의 선단에 걸림부(310)가 멈춘 상태는 체적분배가 완료된 상태를 의미한다.

여기서, 걸림부(310)는 가력부(300)의 외주면을 따라 슬라이딩 이동하면서 이동거리를 조정할 수 있는 슬라이딩부(미도시)를 구비할 수 있다. 이와 같이 슬라이딩부를 통하여 걸림부(320)의 위치를 조정함으로써 가력부(300)의 삽입길이를 조정하여 부품에 따라 체적 분배되는 길이를 조정할 수 있다.

종래의 포징롤(forging roll)은 소재에 형성된 단류선의 직각방향으로 하중이 작용하게 되며, 이로 인하여 단류선 방향을 따라 크랙이 발생하는 문제점이 발생할 수 있다. 그러나, 본원 발명은 단류선(2)의 절손을 방지하면서 단류선 방향을 따라 체적분배가 이루어지도록 압출함으로써 단류선 방향을 따라 크랙이 발생하는 것을 방지하여 소재의 기계적 강도를 유지할 수 있다.

체적 분배된 소재 분리단계(S200)는 도 4의 체적분배가 완료된 소재를 외부로 배출시키는 도면을 참조하여 설명한다.

체적 분배된 소재 분리단계(S200)는 전방압출기(10)의 배출 가력부(400)를 소재 압출방향의 반대방향으로 가력하여 1차 가공 소재(3)를 체적 분배금형(200) 외부로 배출하는 단계이다.

배출 가력부(400)는 후방금형(220)의 종단에 배치된다. 배출 가력부(400)는 엑츄에이터와 같은 실린더(410)를 구비하여 제3 체적 형성부b(221)의 공간을 따라 수평이동하여 1차 가공 소재(3)를 전방금형(210)의 입구방향을 따라 배출시킨다. 이때, 전방금형(210)은 단차부(214)를 형성하여 하우징(100) 내부에 고정되어 있으므로 체적분배금형(200)은 고정된 상태를 유지하면서 1차 가공소재(3)만을 외부로 배출할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 랜딩기어용 소재의 체적분배가 완료된 상태를 나타내는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 1차 가공 소재는 일방향을 따라 제1 체적(A), 제2 체적(B) 및 제3 체적(C)의 서로 다른 크기의 단면형상을 갖도록 형성된다. 본 실시예에서 소재의 체적분배는 랜딩기어용 부품 중에서 토크링크에 최적화되도록 원소재의 직경을 90Φ(mm)로 하면서 3가지의 단면을 갖도록 구성되도록 하였다. 따라서, 소재의 체적분배는 제품의 형상 및 특징에 따라 체적분배 금형(200)의 형상을 변경시키면서 2단 이상의 단면을 형성할 수 있도록 구성하여 다양한 체적분배를 고려할 수 있다.

또한, 1차 가공소재 각각의 체적은 형단조시 발생하는 금속 스크랩을 고려한 크기로 형성되는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 형단조를 나타내는 도면이다.

형 단조단계(S300)는 1차 가공이 완료된 소재를 제품 제작용 틀에서 프레스(미도시)하여 단조하는 단계이다. 형 단조단계(S400)에서는 제품의 형상을 고려하여 체적 분배된 1차 가공 소재를 프레스하게 되므로 AL7000계열과 같이 가공이 어려운 소재도 작은 압력으로 소정 형상으로 정밀하면서 빠르게 형성할 수 있다.

본원 발명은 1차 가공 소재가 토크링크와 같은 제품의 특성을 고려하여 3등분으로 체적분배하여 단조 성형함으로써 원소재의 투입량을 감소시켜 원가절감이 가능하고, 각 단면에 맞도록 체적 분배함으로써 제품을 정교하게 성형하면서 단류선의 절손을 방지할 수 있는 특징을 갖게 된다. 하지만, 종래에는 동일한 제품을 성형하기 위해서 제품의 최대 크기(최대 직경)를 기준으로 원소재를 직접 단조함으로써 금속스크랩(D)이 불필요하게 많이 발생하게 되어 원소재의 손실의 많이 발생하여 생산원가가 증대하며 생산량저하가 발생하였다.

또한, 형 단조단계(S300)는 1차 형 단조단계(S300a) 및 2차 형단조계(S300b)로 구분될 수 있다. 1차 형 단조단계(S300a)는 제품 형상의 외곽 및 주요 형상들이 나타나게 단조작업을 수행하는 단계이며, 2차 형 단조단계(S300b)는 제품의 주요형상과 미세한 부분이 더욱 정교하게 표현되도록 단조하는 단계이다. 즉, 제품의 형상이 개략적으로 드러나도록 1차 형 단조단계(S300a)를 수행한 후, 제품이 완벽하게 형성되도록 2차 형 단조단계(300b)를 수행함으로써 작업의 효율 및 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명이 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

1 : 원소재 2 : 단류선
110 : 관통홀 200 : 체적분배 금형
210 : 전방금형 220 : 후방금형
300 : 가력부 400 : 배출 가력부

Claims

항공용 랜딩기어의 알루미늄 소재에 단류선 절손을 방지하면서 상기 알루미늄 소재의 체적분배가 이루어지도록 전방압출기를 통하여 상기 알루미늄 소재를 압출하여 소재 체적분배를 형성하는 소재 체적분배 단계;
상기 소재 체적분배가 완료된 소재를 상기 전방압출기 외부로 배출시키는 체적 분배된 소재 배출 단계; 및
상기 체적분배가 완료된 소재를 설정된 형상으로 단조하는 형단조 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 랜딩기어용 난성형재의 단류선 절손방지 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 전방압출기는,
관통홀(110)이 형성되는 하우징(100);
상기 관통홀(110)에 배치되며, 복수의 체적 형성부(211)(212)(213)를 형성하는 체적분배 금형(210);
상기 체적 형성부(210)에 상기 알루미늄 소재를 가압하여 상기 복수의 체적 형성부와 대응되도록 상기 알루미늄 소재를 체적분배 시키는 가압부(300); 및
상기 체적 분배 완료된 소재를 외부로 배출시키는 배출 가압부(400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 랜딩기어용 난성형재의 단류선 절손방지 제조방법.
청구항 1 내지 청구항 2 중 어느 하나의 청구항에 기재된 랜딩기어용 난성형재의 단류선 절손방지 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 랜딩기어용 부품.