KR20180054198A - Method for Forming Cylindrical Aluminum Parts with Teeth - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법에 관한 것으로서, 냉간 성형 제조공정에 자연시효를 억제하기 위한 저온열처리 단계가 추가 도입됨으로써, 성형성 및 물성이 향상된 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method of forming a cylindrical aluminum part having teeth, and more particularly, to a method of forming a cylindrical aluminum part having a step of improving moldability and physical properties by introducing a low temperature heat treatment step for suppressing natural aging in a cold forming step.
일반적으로 차량에는 엔진으로부터 발생된 동력을 감속하여 타이어에 전달하기 위한 동력전달장치가 마련된다. 수동변속기에는 입력축 및 출력축에 다수의 헬리컬 기어들이 마련되어 있고, 자동변속기에는 유성캐리어 내에 유성기어(Pinion Gear) 및 썬기어(Sun Gear)가 장착되어 외측의 애뉼러스 기어(Annulus Gear)와 맞물려 회전하도록 구성되어 있다. Generally, a vehicle is provided with a power transmission device for decelerating the power generated from the engine and transmitting it to the tire. In the manual transmission, a plurality of helical gears are provided on the input shaft and the output shaft. In the automatic transmission, a planetary gear (pinion gear) and a sun gear (sun gear) are mounted in the planetary carrier to rotate with the annular gear Consists of.
애뉼러스 기어(annulus gear)는 차량의 후방차축에 설치된 차동장치에 적용되는 부품으로, 기어 이가 안쪽으로 생겨 인터널 기어(Internal gear)라고도 부른다. 이러한 애뉼러스 기어(annulus gear)는 자동차 자동변속기의 유성기어에 포함되어 구성하면서, 프론트기어(Front gear), 미들기어(Middle gear), 리어기어(Rear gear)로 구성된다. 또 이러한 기어의 동력을 전달하는 부품을 클러치(Clutch)라고 하고 클러치는 Drum, Hub, Piston 등으로 구성된다. An annulus gear is a component that is applied to a differential device installed on the rear axle of a vehicle. The gear is called an internal gear because the gear is formed inward. The annulus gear is comprised of a front gear, a middle gear, and a rear gear, which are included in a planetary gear of an automotive automatic transmission. The parts that transmit the power of these gears are referred to as clutches, and the clutches are composed of drums, hubs, and pistons.
이러한 동력전달부품의 소재로 스틸이 많이 사용되는데, 그러한 경우 단조 공법으로 먼저 성형한 후에 후가공을 통해서 치 성형을 한다. 또한, 최근에는 연비 향상 등의 이유로 차량의 무게 저감을 위해서 알루미늄 소재도 널리 사용되고 있다. Steel is often used as a material for such power transmission parts. In such a case, a forging process is first performed and then a post-process is performed. In recent years, aluminum materials have also been widely used to reduce the weight of vehicles due to the improvement of fuel efficiency and the like.
일반적으로 알루미늄 소재를 동력전달부품에 적용할 경우, 다이캐스팅 공법으로 성형한다. 하지만, 금형에서 성형물을 빼내기 위해 소위 “빼기 구배”를 최소 0.5도 이상 필수적으로 주어야 하는데 이 빼기 구배로 인해 상대 제품과의 간극이 발생하고 그 간극이 생긴 부위에 마모가 발생한다. 또한 기공이나 수축공과 같은 내부결함의 존재로 제품 구동환경에 따라 구동 중 크랙 발생 가능성이 높으며 제품 간 품질 산포가 크게 나타나는 현상이 발생한다. 또 동일 제품 내에서의 부위별 품질 편차가 심하여, 동일 부위의 표면 및 심부 사이의 경도 편차도 큰 것을 확인할 수 있다. 이러한 내부결함에 의한 파손 발생 우려가 높아짐에 따라, 동력전달부품의 알루미늄 소재에 다이캐스팅 공법을 적용할 경우 품질 안정화가 어려운 실정이다. Generally, when an aluminum material is applied to a power transmission component, the die casting method is used. However, in order to extract the molding from the mold, a so-called "subtraction gradient" must be given at least 0.5 degree or more. This gap causes a gap with the counterpart and wears to the gap. In addition, due to the existence of internal defects such as pores and shrinkage holes, there is a high possibility of cracking during driving depending on the product driving environment, and a phenomenon occurs in which the quality scatter among the products is markedly increased. In addition, it can be confirmed that the quality deviation in each part in the same product is significant, and the hardness deviation between the surface and the deep part of the same part is also large. As the fear of breakage due to such internal defects increases, it is difficult to stabilize the quality when the die casting method is applied to the aluminum material of the power transmission parts.
이처럼, 다이캐스팅 공법이 적용될 경우 제품의 고강도화가 어렵고, 고강도화를 위한 소재가 한정적이며, 공정 요소 관리에 의한 물성 제어 또한 어려운 상황이다. 더불어, 정밀한 성형성 및 고강도성의 높은 내구성을 요하는 치를 가진 부품에 있어서는 더욱 활용도가 떨어질 수 밖에 없는 실태이다. As such, when the die casting method is applied, it is difficult to increase the strength of the product, the material for the high strength is limited, and the control of the physical properties by the process element management is also difficult. In addition, in the case of a component having teeth that require high moldability and high strength and high durability, the utilization is inferior.
종래기술에서의 알루미늄 소재를 강화하기 위한 가장 보편적인 방법은 성형 후 열처리를 하는 것이다. 그러나 치를 가진 원통형 부품의 경우, 냉간 성형 후 열처리 시 성형 중에 발생한 잔류 응력, 높은 용체화열처리 온도 및 용체화열처리 후 급속한 냉각 등의 원인으로 변형이 발생하게 된다. 이로써 제품 완성도가 떨어지고, 각각의 치 가공이 불가피하여 높은 치수 정밀도를 성형 단계에서 추가 가공이 필요 없는 냉간 성형의 이점이 무용하게 된다. 하지만 알루미늄 열처리에서 고온에서의 용체화열처리 및 열처리 직후 급속한 냉각은 물성 강화를 위한 필수적인 단계이므로, 냉간 성형 이전 프리폼 상태에서 고온에서의 용체화열처리 단계를 진행하여 고온 및 냉각에 의한 변형을 방지한다. 그러나 용체화열처리단계 이후 프리폼을 상온(자연상태)에서 방치 시, 자연시효가 발생되어 냉간 성형성이 떨어지게 되고, 상온방치 시간에 따라 변하는 물성으로 인해 성형 조건의 최적화가 어렵다. 그리고 최종 물성에도 악영향을 미치게 된다. The most common method for strengthening aluminum materials in the prior art is post-molding heat treatment. However, in the case of cylindrical parts with teeth, deformation occurs due to residual stresses generated during molding, high solution heat treatment temperature and rapid cooling after solution heat treatment after heat treatment after cold forming. As a result, the degree of product completeness is lowered, and each tooth machining is inevitable, so that the advantage of cold forming, which does not require additional machining in the molding step with high dimensional accuracy, becomes useless. However, in the aluminum heat treatment, the solution heat treatment at a high temperature and the rapid cooling immediately after the heat treatment are an essential step for enhancing the physical properties, so that the preform is subjected to a solution heat treatment step at a high temperature to prevent deformation due to high temperature and cooling. However, when the preform is allowed to stand at room temperature (natural state) after the solution heat treatment step, natural aging occurs and the cold formability is deteriorated, and it is difficult to optimize the molding conditions due to physical properties varying with the room temperature. And the final properties are adversely affected.
이에, 상기의 문제점을 해결하고자 용체화열처리단계 이후 자연시효 발생을 억제하는 열처리 방법을 최적화하여 저온열처리단계를 공정 내에 추가하며, 본 발명인 내구성 및 고경도를 갖는 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법이 개발된 것이다. Accordingly, in order to solve the above problems, a method of forming a cylindrical aluminum part having a tooth having durability and high hardness has been developed in the present invention by optimizing a heat treatment method for suppressing the occurrence of natural aging after a solution heat treatment step, .
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 알루미늄 부품 성형공정으로 가장 많이 사용되고 있는 다이캐스팅 방법의 근본적인 문제에 대한 해결책으로서 냉간 플로우포밍 제조공정에 자연시효를 억제하기 위한 저온열처리 단계가 추가 도입됨으로써, 성형성 및 물성이 향상된 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법에 관한 것으로 우수한 내부 품질, 내구성, 고경도를 요구하는 치를 가진 원통형 부품의 성형 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. DISCLOSURE Technical Problem The present invention has been conceived in order to solve the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to solve the fundamental problem of a die casting method which is most used in an aluminum component forming process as a low temperature heat treatment step And a method of molding a cylindrical part having a teeth which requires excellent internal quality, durability and high hardness.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical subjects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the present invention .
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 프리폼을 용체화 열처리하는 용체화열처리단계; 상기 용체화 열처리된 프리폼이 용체화열처리단계에서의 온도보다 낮은 온도에서 열처리되는 저온열처리단계; 상기 저온 열처리된 프리폼이 성형가공되어 최종 냉간 성형품으로 제작되는 형상가공단계; 및 상기 형상 가공된 최종 냉간 성형품이 시효 열처리되어 강화되는 시효열처리단계;를 포함하는 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, the method including: a solution heat treatment step of performing a solution heat treatment on a preform; A low temperature heat treatment step in which the solution-heat-treated preform is heat-treated at a temperature lower than a temperature in the solution heat treatment step; A shaping step of shaping the low-temperature heat-treated preform into a final cold-formed article; And an aging heat treatment step in which the shape-finished final cold-molded product is subjected to an aging heat treatment so as to be strengthened, thereby providing a cylindrical aluminum component molding method.
본 발명에서의 상기 용체화열처리단계 이전에, 상기 프리폼을 형성하는 소재와 금형이 가열되는 가열단계; 및 상기 가열단계 이후 단조되어 상기 프리폼이 제작되는 단조단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다. A heating step of heating the mold and the material forming the preform before the solution heat treatment step in the present invention; And a forging step of forging the preform after the heating step.
본 발명에서의 상기 용체화 열처리된 프리폼이 급냉되는 수냉단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다. And a water-cooling step in which the solution-heat-treated preform in the present invention is quenched.
본 발명에서의 상기 형상가공단계는 상기 저온 열처리된 프리폼이 NC절삭에 의해 최종-프리폼으로 가공되는 NC절삭가공단계;인 것이 바람직하다. The shaping step in the present invention is preferably an NC cutting step in which the low-temperature heat-treated preform is machined into a final-preform by NC cutting.
본 발명에서의 상기 형상가공단계는 상기 NC 절삭 가공된 최종-프리폼이 맨드렐 및 롤러에 셋팅되고 냉간 플로우포밍되어 최종 냉간 성형품으로 성형가공되는 냉간 플로우포밍단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다. The shape machining step in the present invention may further include a cold flow forming step in which the NC-cut final-preform is set on a mandrel and a roller, and is subjected to cold flow forming to form a final cold-formed product.
본 발명에서의 상기 시효 열처리된 최종 냉간 성형품이 선삭 및 홀 펀칭을 통해 최종 형상으로 제작되는 제작단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다. The final cold-rolled formed article of the present invention may be manufactured in a final shape by turning and hole punching.
본 발명에서의 상기 용체화 열처리단계는 520 ℃ 내지 580 ℃ 에서 4 시간 내지 6 시간인 것이 바람직하다. It is preferable that the solution heat treatment step in the present invention is carried out at 520 ° C to 580 ° C for 4 hours to 6 hours.
본 발명에서의 상기 저온열처리단계는 80 ℃ 내지 100 ℃ 에서 2 시간 내지 10 시간인 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the low temperature heat treatment step is performed at 80 to 100 DEG C for 2 to 10 hours.
본 발명에서의 상기 저온열처리단계는 80 ℃ 에서 4 시간 내지 10 시간인 것이 바람직하다. The low temperature heat treatment step in the present invention is preferably carried out at 80 DEG C for 4 hours to 10 hours.
본 발명에서의 상기 저온열처리단계는 100 ℃ 에서 2 시간 내지 8 시간인 것이 바람직하다. The low temperature heat treatment step in the present invention is preferably carried out at 100 DEG C for 2 hours to 8 hours.
본 발명에서의 상기 저온열처리단계 이후, 상기 저온 열처리된 프리폼이 상온에서 방치되는 것이 바람직하다. After the low temperature heat treatment step of the present invention, the low temperature heat treated preform is preferably left at room temperature.
본 발명에서의 상기 상온에서 방치된 프리폼은 1일 내지 14일 방치된 후의 강도가 200 MPa 미만인 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the preform left at room temperature has a strength of less than 200 MPa after being left for 1 to 14 days.
본 발명에서의 상기 상온에서 방치된 프리폼의 강도는 하기의 수학식1의 조건을 만족시키며; The strength of the preform left at the room temperature in the present invention satisfies the following equation (1);
[수학식 1] [Equation 1]
| X - Y | ≤ 0.02 X | X - Y | 0.02 X
상기 X 는 상기 프리폼이 상온에서 1 일 동안 방치된 후의 강도이고; X is the strength of the preform after being left at room temperature for one day;
상기 Y 는 상기 프리폼이 상온에서 14 일 동안 방치된 후의 강도인 것이 바람직하다. And Y is the strength after the preform is allowed to stand at room temperature for 14 days.
본 발명에서의 상기 시효 열처리 단계는 160 ℃ 내지 180 ℃ 에서 1시간 내지 14시간인 것이 바람직하다. In the present invention, it is preferable that the aging heat treatment step is performed at 160 to 180 ° C for 1 to 14 hours.
본 발명의 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법에 의하면 고강도 소재 성형이 가능한 성형 방법으로 고강도 및 고내구성을 갖게 되며, 나아가 고성형성을 요하는 자동차 동력전달부품에 적용 가능하여 알루미늄 소재 적용 가능 부품 범위를 확대할 수 있는 효과가 있다. According to the cylindrical aluminum part molding method of the present invention, the molding method capable of molding a high strength material has high strength and high durability, and can be applied to automotive power transmission parts requiring the formation of high quality, There is an effect that can be done.
또한, 본 발명은 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법에 관한 것으로 제조공정에 자연시효를 억제하기 위한 저온열처리 단계가 추가 도입됨으로써, 성형성 및 물성이 향상된 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법을 제공하는 효과가 있다. The present invention also relates to a method of forming a cylindrical aluminum part having teeth and an effect of providing a method of forming a cylindrical aluminum part with a tooth having improved moldability and physical properties by introducing a low temperature heat treatment step for suppressing natural aging in the manufacturing step have.
도 1은 종래기술에 따른 마모로 인한 변형 사진도.
도 2은 종래기술에 따른 알루미늄 부품 소재의 깊이별 경도 값 그래프도.
도 3은 종래기술에 따른 다이캐스팅 공법이 적용된 알루미늄 부품의 사진도.
도 4은 종래기술에 따른 알루미늄 부품의 표면 및 심부의 경도 그래프도.
도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 성형 방법이 적용된 알루미늄 부품의 사진도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 부품의 표면 및 심부의 경도 그래프도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 프리폼을 형성하는 소재와 금형의 가열 사진도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 프리폼이 제작되는 단조 사진도.
도 9은 본 발명의 일실시예에 따른 프리폼의 용체화열처리 사진도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 프리폼의 저온열처리 사진도.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 프리폼의 NC절삭가공 사진도.
도 12은 본 발명의 일실시예에 따른 최종-프리폼의 냉간 플로우포밍 사진도.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 플로우포밍단계를 거친 후의 최종 냉간 성형품의 전면 사진도.
도 14은 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 플로우포밍단계를 거친 후의 최종 냉간 성형품의 상면 사진도.
도 15은 본 발명의 일실시예에 따른 최종 냉간 성형품의 시효열처리 사진도.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 선삭 및 홀 펀칭을 통해 제작된 최종 형상 사진도.
도 17은 용체화열처리단계 후 상온 방치 시간에 따른 물성 변화 그래프도.
도 18은 열처리 및 시효처리 조건에 따른 물성 그래프도.
도 19은 160℃에서의 열처리 및 시효처리 조건에 따른 물성 변화 그래프도.
도 20은 120℃에서의 열처리 및 시효처리 조건에 따른 물성 변화 그래프도.
도 21은 100℃에서의 열처리 및 시효처리 조건에 따른 물성 변화 그래프도.
도 22은 80℃에서의 열처리 및 시효처리 조건에 따른 물성 변화 그래프도.
도 23은 저온열처리 후의 프리폼이 200MPa 이상에서 성형 중 파단이 발생한 사진도.Fig. 1 is a photograph showing a variation due to abrasion according to the prior art. Fig.
Fig. 2 is a graph showing hardness values of depths of aluminum parts according to the prior art. Fig.
3 is a photograph of an aluminum part to which a die-casting method according to the related art is applied.
Fig. 4 is a graph of the hardness of the surface and the deep part of the aluminum part according to the prior art; Fig.
5 is a photograph of an aluminum part to which a forming method according to an embodiment of the present invention is applied.
6 is a graph of the hardness of the surface and the core of an aluminum part according to an embodiment of the present invention.
7 is a heating photograph of a mold and a mold for forming a preform according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a forgery photograph in which a preform according to an embodiment of the present invention is manufactured. FIG.
9 is a photograph of a solution heat treatment of a preform according to an embodiment of the present invention.
10 is a photograph of a low temperature heat treatment of a preform according to an embodiment of the present invention.
11 is a photograph showing a NC cutting process of a preform according to an embodiment of the present invention.
12 is a photograph of a cold flow forming of a final-preform according to an embodiment of the present invention.
13 is a front view of a final cold-formed article after the cold flow forming step according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a top view photograph of a final cold-formed article after a cold flow forming step according to an embodiment of the present invention; FIG.
15 is a photograph of an aging heat treatment of a final cold-formed product according to an embodiment of the present invention.
16 is a photograph of a final shape produced through turning and hole punching according to an embodiment of the present invention.
17 is a graph showing a change in physical properties with time at a room temperature after the solution heat treatment step.
18 is a graph of physical properties according to heat treatment and aging treatment conditions.
19 is a graph showing a change in physical properties according to heat treatment and aging treatment conditions at 160 ° C.
20 is a graph showing a change in physical properties according to heat treatment and aging treatment conditions at 120 deg.
21 is a graph showing a change in physical properties according to heat treatment and aging treatment conditions at 100 ° C.
22 is a graph showing changes in physical properties according to heat treatment and aging treatment conditions at 80 ° C.
Fig. 23 is a photograph showing that the preform after the low-temperature heat treatment is broken at a molding temperature of 200 MPa or more.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined. Therefore, it should be understood that the embodiments described herein are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention, so that various equivalents and modifications It should be understood.
알루미늄 소재를 강화하기 위한 가장 보편적인 방법은 성형 후 열처리를 하는 것이다. 그러나 치를 가진 원통형 부품의 경우, 냉간 성형 후 열처리 시 성형 중에 발생한 잔류 응력, 높은 용체화열처리 온도 및 용체화열처리 후 급속한 냉각 등의 원인으로 변형이 발생하게 된다. 이로써 제품 완성도가 떨어지고, 각각의 치 가공이 불가피하여 높은 치수 정밀도를 성형 단계에서 추가 가공이 필요 없는 냉간 성형의 이점이 무용하게 된다. 하지만 알루미늄 열처리에서 고온에서의 용체화열처리 및 열처리 직후 급속한 냉각은 물성 강화를 위한 필수적인 단계이다. The most common method for strengthening aluminum materials is post-molding heat treatment. However, in the case of cylindrical parts with teeth, deformation occurs due to residual stresses generated during molding, high solution heat treatment temperature and rapid cooling after solution heat treatment after heat treatment after cold forming. As a result, the degree of product completeness is lowered, and each tooth machining is inevitable, so that the advantage of cold forming, which does not require additional machining in the molding step with high dimensional accuracy, becomes useless. However, in aluminum heat treatment, the solution heat treatment at a high temperature and the rapid cooling immediately after the heat treatment are indispensable steps for enhancing physical properties.
따라서, 본 발명에서는 냉간 성형 이전 프리폼 상태에서 고온에서의 용체화 단계를 진행하여 고온 및 냉각에 의한 변형을 방지한다. 그러나 용체화열처리단계 이후 프리폼을 상온(자연상태)에서 방치 시, 자연시효가 발생되어 냉간 성형성이 떨어지게 되고, 상온방치 시간에 따라 변하는 물성으로 인해 성형 조건의 최적화가 어렵다. 그리고 최종 물성에도 악영향을 미치게 된다. 이에, 본 발명에서는 용체화열처리단계 이후 자연시효 발생을 억제하는 열처리 방법을 최적화하여, 저온열처리단계를 공정 내에 추가한다. Therefore, in the present invention, the solution-forming step at a high temperature is carried out in the preform state before cold forming to prevent deformation due to high temperature and cooling. However, when the preform is allowed to stand at room temperature (natural state) after the solution heat treatment step, natural aging occurs and the cold formability is deteriorated, and it is difficult to optimize the molding conditions due to physical properties varying with the room temperature. And the final properties are adversely affected. Accordingly, in the present invention, a heat treatment method for suppressing the occurrence of natural aging after the solution heat treatment step is optimized, and a low temperature heat treatment step is added to the process.
이처럼, 저온열처리단계에서 저온열처리 온도와 시간에 따라 상온에서 프리폼을 방치 후의 성형 평가 결과, 80 내지 100℃에서 2 내지 10 시간 동안 진행하는 것이 성형성이 좋고, 강도가 높다. As described above, as a result of the evaluation after the preform is left at room temperature according to the low temperature heat treatment temperature and time in the low temperature heat treatment step, it is preferable to proceed at 80 to 100 DEG C for 2 to 10 hours to have good moldability and high strength.
그러나 열처리 시간이 10시간 보다 길어질 경우, 냉간 성형성이 나쁘고, 열처리 시간이 2시간 보다 짧으면 열처리 후에도 자연시효가 발생하여 적용하는 데에 있어 어려운 조건이 된다. 따라서 저온열처리단계에서 최적 저온 열처리 조건은 80 ℃에서는 4 내지 10 시간, 100 ℃에서는 2 내지 8 시간이다. However, when the heat treatment time is longer than 10 hours, the cold formability is poor. If the heat treatment time is shorter than 2 hours, natural aging occurs even after the heat treatment, which is a difficult condition for application. Therefore, the optimal low-temperature heat treatment conditions in the low-temperature heat treatment step are 4 to 10 hours at 80 ° C and 2 to 8 hours at 100 ° C.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 본 발명은 성형성 및 물성이 향상된 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법에 관한 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail. The present invention relates to a cylindrical aluminum component molding method having improved moldability and physical properties.
보다 더 구체적으로, 본 발명에 따른 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법은, 프리폼을 용체화 열처리하는 용체화열처리단계를 거쳐, 상기 용체화 열처리된 프리폼이 상기 용체화열처리단계에서의 온도보다 낮은 온도에서 열처리되는 저온열처리단계를 거친 후, 상기 저온 열처리된 프리폼이 형상가공되어 최종 냉간 성형품으로 제작되는 형상가공단계 및 상기 형상가공된 최종 냉간 성형품이 시효 열처리되어 강화되는 시효열처리단계를 포함한다. More specifically, a method of forming a cylindrical aluminum part having teeth according to the present invention includes the steps of: performing a solution heat treatment step of performing a solution heat treatment of a preform, and performing a heat treatment at a temperature lower than the temperature in the solution heat treatment step A shape processing step in which the low temperature heat treated preform is shaped and processed into a final cold molded product through a low temperature heat treatment step to be heat treated, and an aging heat treatment step in which the final shaped cold worked article is aged heat treated and strengthened.
상기 용체화열처리단계 이전에, 상기 프리폼을 형성하는 소재와 금형이 가열되는 가열단계 및 상기 가열단계 이후 단조되어 상기 프리폼이 제작되는 단조단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 용체화 열처리된 프리폼이 급냉되는 수냉단계를 더 포함할 수 있다. The method may further include a forging step in which the material for forming the preform, the heating step for heating the mold, and the forging step after the heating step are performed before the solution heat treatment step. The method may further include a water-cooling step in which the solution-heat-treated preform is quenched.
나아가, 상기 형상가공단계는 상기 저온 열처리된 프리폼이 NC절삭에 의해 최종-프리폼으로 가공되는 NC절삭가공단계이다. 상기 형상가공단계는 상기 NC 절삭 가공된 최종-프리폼이 맨드렐 및 롤러에 셋팅되고 냉간 플로우포밍되어 최종 냉간 성형품으로 성형가공되는 냉간 플로우포밍단계를 더 포함할 수 있다. 최종적으로 본 발명에 따르면, 상기 시효 열처리된 최종 냉간 성형품이 선삭 및 홀 펀칭을 통해 최종 형상으로 제작되는 제작단계를 포함할 수 있다. Further, the shape machining step is an NC cutting step in which the low-temperature heat-treated preform is machined into a final-preform by NC cutting. The shape machining step may further include a cold flow forming step in which the NC-cut final-preform is set on a mandrel and a roller, and subjected to cold flow forming and molding into a final cold-formed product. Finally, according to the present invention, the aging heat-treated final cold-formed product may be manufactured in a final shape through turning and hole punching.
보다 더 구체적으로, 상기 용체화열처리단계는 520 ℃ 내지 580 ℃ 에서 4 내지 6 시간 동안 진행된다. 또한, 상기 저온열처리단계는 80 ℃ 내지 100 ℃ 에서 2 시간 내지 10 시간이며, 더 구체적으로 상기 저온열처리단계는 80 ℃ 에서 4 시간 내지 10 시간이고, 100 ℃ 에서 2 시간 내지 8 시간인 것이다. More specifically, the solution heat treatment step is carried out at 520 ° C to 580 ° C for 4 to 6 hours. The low-temperature heat treatment is performed at 80 to 100 ° C for 2 to 10 hours. More specifically, the low-temperature heat treatment is performed at 80 ° C for 4 to 10 hours and at 100 ° C for 2 to 8 hours.
나아가, 상기 저온 열처리된 프리폼이 상온에서 방치되는 것이 바람직하고, 이 때 상기 상온에서 방치된 프리폼은 1일 내지 14일 방치된 후의 강도가 200 MPa 미만인 것이 바람직하다. 이와 달리, 상기 저온열처리단계 후, 200 MPa이 넘으면 성형 중 파단이 발생하는 경우가 있을 수 있다. Further, it is preferable that the preforms subjected to the low-temperature heat treatment are left at room temperature. In this case, the preform left at the room temperature preferably has a strength of less than 200 MPa after being left for 1 to 14 days. Alternatively, after the low-temperature heat treatment step, if it exceeds 200 MPa, breakage may occur during molding.
또한, 상기 상온에서 방치된 프리폼이 1 일 동안 방치된 후의 강도와 14 일 동안 방치된 후의 강도가 큰 차이 없이 강도가 유지되는 것이 바람직하다. 강도가 유지되지 않으면, 변형이 발생하는 경우가 있을 수 있다. In addition, it is preferable that the strength is maintained without a large difference between the strength after the preform left at room temperature is left for one day and the strength after being left for 14 days. If the strength is not maintained, there may be a case where deformation occurs.
나아가, 본 발명이 자동차 변속기와 같은 동력전달부품에 적용될 경우, 정밀한 치를 요구하는 부품 특성상 상기와 같은 변형은 제품 전체에 큰 문제를 야기할 수 있으므로, 상기 저온열처리단계 후, 프리폼은 상온에서 14 일 동안 방치되는 것이 바람직하다. Further, when the present invention is applied to a power transmission component such as an automotive transmission, such a deformation may cause a serious problem to the whole product due to the characteristics of components requiring precise values. Therefore, after the low temperature heat treatment step, Lt; / RTI >
보다 더 구체적으로, 상기 상온에서 방치된 프리폼의 강도는 하기의 수학식1의 조건을 만족시키며, More specifically, the strength of the preform left at the room temperature satisfies the following equation (1)
[수학식 1] [Equation 1]
| X - Y | ≤ 0.02 X | X - Y | 0.02 X
이 때의 상기 X 는 상기 프리폼이 상온에서 1 일 동안 방치된 후의 강도이고, 상기 Y 는 상기 프리폼이 상온에서 14 일 동안 방치된 후의 강도이다. In this case, X is the strength after the preform is left at room temperature for one day, and Y is the strength after the preform is left at room temperature for 14 days.
더불어, 상기 시효열처리단계는 160 ℃ 내지 180 ℃ 에서 1시간 내지 14시간 동안 진행되는 것을 포함한다. In addition, the aging heat treatment step may be carried out at 160 ° C to 180 ° C for 1 hour to 14 hours.
상기 표 1은 저온열처리단계에서의 온도 및 시간의 조건에 따른 강도값의 변화 및 시효열처리단계 후 강도값을 나타낸 것이다. 상기 표 1에서의 X는 상기 프리폼이 저온열처리단계 후 상온에서 1 일 동안 방치된 후의 강도이고, Y는 저온열처리단계 후 상기 프리폼이 상온에서 14 일 동안 방치된 후의 강도이며, 상기 수학식에서의 X 및 Y와 동일하다. 또한, Z는 저온열처리단계 후 상온에서 방치되고 나서 시효열처리단계를 거친 프리폼의 강도이며, 상기 표에서의 강도값의 단위는 모두 MPa이다. Table 1 shows changes in strength values according to temperature and time conditions in the low temperature heat treatment step and intensity values after the aging heat treatment step. In Table 1, X represents the strength after the preform is left at room temperature for one day after the low temperature heat treatment step, Y represents the strength after the preform is left at room temperature for 14 days after the low temperature heat treatment step, and X And Y, respectively. Z is the strength of the preform subjected to the aging heat treatment step after being left at room temperature after the low temperature heat treatment step, and the unit of the strength value in the above table is MPa.
보다 더 구체적으로, 저온열처리단계 후, 프리폼의 강도가 200 MPa이 넘어가면 성형중 파단이 발생하는 것을 표 1을 통해 확인할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 상기 프리폼이 상온에서 1 일 동안 방치된 후의 강도와 상기 프리폼이 상온에서 14 일 동안 방치된 후의 강도가 큰 차이가 없이 유지되어야 한다. 강도가 유지되지 않으면, 변형이 발생될 수 있고, 이러한 경우 자동차 변속기와 같은 동력전달부품, 즉 정밀한 치를 요구하는 부품 특성상 제품 전체에 있어 큰 문제를 야기할 수 있기 때문이다. 따라서, 상기 수학식 및 표 1에서 나타낸 것과 같이, | X - Y | =< 0.02 X 를 만족해야만 파단이 발생하지 않고 높은 강도값을 얻을 수 있다. More specifically, it can be seen from Table 1 that if the strength of the preform exceeds 200 MPa after the low-temperature heat treatment step, fracture occurs during molding. In addition, the strength of the preform according to the present invention after being left for one day at room temperature and the strength of the preform after being left at room temperature for 14 days should be maintained without any significant difference. If the strength is not maintained, deformation may occur. In such a case, a power transmitting component such as an automotive transmission, that is, a component requiring a precise value, may cause a serious problem for the entire product. Therefore, as shown in the above equation and Table 1, X - Y | = ≪ 0.02 X, it is possible to obtain a high strength value without causing a break.
나아가, 상기 표 1의 160 ℃ 및 120 ℃에서의 파단이 발생하는 조건을 제외한 3 분, 5 분, 10 분 및 20 분에서의 |X-Y| 값이 다른 조건들과 대비하여 크다는 것을 볼 때, 상기 프리폼이 상온에서 1 일 동안 방치된 후의 강도와 상기 프리폼이 상온에서 14 일 동안 방치된 후의 강도가 큰 차이를 나타낸다는 것을 알 수 있다. 따라서, 160 ℃ 및 120 ℃의 온도에 따른 조건들은 성형성 및 고강도성, 적용성에 있어서 100 ℃ 및 80 ℃에 비해 떨어진다는 것을 확인할 수 있다. Furthermore, when X-Y | at the time of 3 minutes, 5 minutes, 10 minutes and 20 minutes except for the condition of occurrence of rupture at 160 占 폚 and 120 占 폚 in Table 1, It can be seen that there is a large difference between the strength after the preform is allowed to stand at room temperature for one day and the strength after the preform has been left at room temperature for 14 days. Therefore, it can be seen that the conditions according to the temperatures of 160 占 폚 and 120 占 폚 are lower than those of 100 占 폚 and 80 占 폚 in moldability, high strength and applicability.
결론적으로, 따라서 저온열처리단계에서 최적의 저온 열처리 조건은 80 ℃에서는 4 내지 10 시간, 100 ℃에서는 2 내지 8 시간인 것을 표 1 및 수학식을 통해 알 수 있다. Consequently, it can be seen from Table 1 and the mathematical expressions that the optimal low-temperature heat treatment condition in the low temperature heat treatment step is 4 to 10 hours at 80 ° C and 2 to 8 hours at 100 ° C.
더불어, 상기 도 19 내지 22 가 표 1에서의 160 ℃, 120 ℃, 100 ℃, 80 ℃에서의 조건에 따른 강도값을 그래프로 나타낸 것이다. 보다 더 구체적으로, 도 19은 160℃에서의 열처리 및 시효처리 조건에 따른 물성 변화 그래프도이고, 도 20은 120℃에서의 열처리 및 시효처리 조건에 따른 물성 변화 그래프도이며, 도 21은 100℃에서의 열처리 및 시효처리 조건에 따른 물성 변화 그래프도이고, 도 22은 80℃에서의 열처리 및 시효처리 조건에 따른 물성 변화 그래프도이다. 19 to 22 are graphs showing intensity values according to the conditions at 160 ° C, 120 ° C, 100 ° C, and 80 ° C in Table 1. As shown in FIG. More specifically, FIG. 19 is a graph showing changes in physical properties according to heat treatment and aging treatment conditions at 160 ° C., FIG. 20 is a graph showing changes in physical properties according to heat treatment and aging treatment conditions at 120 ° C., FIG. 22 is a graph showing changes in physical properties according to heat treatment and aging treatment conditions at 80 ° C. FIG.
도 1은 종래기술에 따른 마모로 인한 변형 사진도이다. 상기 도 1의 왼쪽 사진도는 종래기술에 따른 치를 가진 알루미늄 부품의 확대한 모습이고, 오른쪽 사진도는 치를 가진 알루미늄 부품이 눌림으로 인하여 마모 및 변형된 것을 확대한 모습이다. 이처럼, 종래기술에 따른 알루미늄 부품은 마모 및 변형이 되기 쉬우며, 치폭이 서로 상이하다. 따라서, 종래기술에 따른 알루미늄 부품은 제품 내에서의 부위별 편차가 크다는 것을 확인할 수 있다. FIG. 1 is a photograph showing a deformed state due to abrasion according to the prior art. 1 is an enlarged view of an aluminum part having a tooth according to the prior art, and the right drawing is an enlarged view of a wear and deformation due to pressing of an aluminum part having a tooth. As described above, the aluminum parts according to the prior art are susceptible to wear and deformation, and have different tooth widths. Therefore, it can be confirmed that the deviation of the aluminum parts according to the prior art in the product is large.
도 2은 종래기술에 따른 알루미늄 부품 소재의 깊이별 경도값 그래프도이다. 도 2의 종래기술 1은 일반적인 다이캐스팅 공법이 적용된 알루미늄 부품의 깊이별 경도값으로, 깊이별 경도 값의 편차가 가장 큰 것을 확인할 수 있다. 종래기술 2는 단조법이 적용된 알루미늄 부품의 깊이별 경도값으로, 종래기술 1, 3 및 4에 비해 편차가 크진 않은 것을 볼 수 있다. 또한, 종래기술 3은 원심주조 공법을 이용한 알루미늄 부품의 깊이별 경도값으로 종래기술 2에 비해 깊이별 경도값의 편차가 심하지만, 경도값은 종래기술 2 및 4에 비해 높은 것을 확인할 수 있다. 더불어, 종래기술 4는 6061 Aluminum으로 열처리 및 시효처리를 거친 알루미늄 부품이며, 종래기술 1, 2 및 3에 비해 강도는 가장 낮지만, 깊이별 경도값은 가장 고른 것을 확인할 수 있다. 이처럼, 종래기술에 따른 알루미늄 부품 소재의 깊이별 경도값의 편차가 크고, 고강도화가 어렵다는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 사용 가능한 재질이 한정적이거나, 공정 요소 관리에 의한 물성 제어에 있어서도 문제가 발생할 수 있다.
2 is a graph showing hardness values of depths of aluminum parts according to the prior art. 2 shows that the hardness value of each aluminum component to which a general die casting method is applied has a greatest variation in hardness value by depth. The
도 3은 종래기술에 따른 다이캐스팅 공법이 적용된 알루미늄 부품의 사진도이다. 상기 도 3의 (a)는 알루미늄 부품을 나타낸 사진도이고, (b)는 알루미늄 부품의 치가 있는 부분, 즉 (a)의 일부를 확대한 사진도이며, 치형이 일정하지 않은 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 도 3의 (c)는 치가 있는 부분을 제품의 안측에서 보았을 때의 사진도이고, (d)는 제품의 상측에서 바라본 치형의 모습, 즉 (c)의 일부를 확대한 사진도이다. 상기 도 3의 (d)를 보면 알 수 있듯이, 다이캐스팅 공법 적용 시 빼기 구배로 인한 끝단부의 치폭이 감소된 것을 볼 수 있다. 3 is a photograph of an aluminum part to which a die-casting method according to the related art is applied. FIG. 3 (a) is a photograph showing an aluminum part, and FIG. 3 (b) is a photograph showing an enlarged part of a part of the aluminum component, that is, part (a). Fig. 3 (c) is a photograph of a part of the product viewed from the inside of the product, Fig. 3 (d) is a photograph of the part of the product viewed from the upper side of the product, . As can be seen from FIG. 3 (d), when the die casting method is applied, it can be seen that the width of the end portion due to the subtraction gradient is reduced.
도 4은 종래기술에 따른 알루미늄 부품의 표면 및 심부의 경도 그래프도이다. 상기 도 4의 첫번째 막대그래프에서의 표면 경도는 약 130 MPa이고, 심부 경도는 약 105 MPa이며, 두번째 막대그래프에서의 표면 경도는 약 125 MPa이고, 심부 경도는 약 108 MPa이며, 세번째 막대그래프에서의 표면 경도는 약 134 MPa이고, 심부 경도는 115 MPa이다. 이처럼, 종래기술에 따른 알루미늄 부품 내의 동일 부위 표면 및 심부의 경도 편차가 상당한 것을 상기 도 4를 통해 확인할 수 있다. 4 is a graph of the hardness of the surface and the deep part of the aluminum part according to the prior art. The surface hardness in the first bar graph of FIG. 4 is about 130 MPa, the deep hardness is about 105 MPa, the surface hardness in the second bar graph is about 125 MPa, the deep hardness is about 108 MPa, and in the third bar graph Surface hardness of about 134 MPa, and deep hardness of 115 MPa. As described above, it can be seen from FIG. 4 that the hardness deviation of the surface and the deep part of the same part in the aluminum part according to the prior art is considerable.
도 5은 본 발명의 일실시예에 따른 성형 방법이 적용된 알루미늄 부품의 사진도이다. 상기 도 5의 (e)는 본 발명에 따른 알루미늄 부품을 나타낸 사진도이고, (f)는 알루미늄 부품의 치가 있는 부분, 즉 (e)의 일부를 확대한 사진도이며, 치형이 일정한 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기 도 5의 (g)는 치가 있는 부분을 제품의 안측에서 보았을 때의 사진도이고, (h)는 제품의 상측에서 바라본 치형의 모습, 즉 (g)의 일부를 확대한 사진도이다. 상기 도 5의 (h)를 보면 알 수 있듯이, 빼기 구배 삭제로 치폭이 동일한 것을 볼 수 있다. 따라서, 본 발명은 종래기술에서 발생했던 치 사이의 간극으로 인한 제품의 마모 및 변형은 일어나지 않는다. 5 is a photograph of an aluminum part to which a forming method according to an embodiment of the present invention is applied. FIG. 5E is a photograph showing an aluminum part according to the present invention, and FIG. 5F is an enlarged photograph of a part of the aluminum component, that is, part (e) have. Fig. 5 (g) is a photograph of the portion of the product when viewed from the inside of the product, and Fig. 5 (h) is an enlarged view of a portion of the tooth profile viewed from the upper side of the product, . As can be seen from (h) of FIG. 5, it can be seen that the tooth width is the same with the subtraction gradient elimination. Therefore, the present invention does not cause wear and deformation of the product due to the gap between the teeth that occurred in the prior art.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄 부품의 표면 및 심부의 경도 그래프도이다. 상기 도 6의 첫번째 막대그래프에서의 표면 경도는 약 134 MPa이고, 심부 경도는 약 138 MPa이며, 두번째 막대그래프에서의 표면 경도는 약 135 MPa이고, 심부 경도는 약 134 MPa이며, 세번째 막대그래프에서의 표면 경도는 약 137 MPa이고, 심부 경도는 140 MPa이다. 이처럼, 본 발명에 따른 알루미늄 부품 내의 동일 부위 표면 및 심부의 경도 편차가 고른 것을 확인할 수 있다. 6 is a graph of the hardness of the surface and the deep portion of the aluminum part according to an embodiment of the present invention. The surface hardness in the first bar graph of FIG. 6 is about 134 MPa, the deep hardness is about 138 MPa, the surface hardness in the second bar graph is about 135 MPa, the deep hardness is about 134 MPa, and in the third bar graph Surface hardness is about 137 MPa, and deep hardness is 140 MPa. As described above, it can be seen that the hardness deviation of the surface and the deep portion of the same portion in the aluminum part according to the present invention is uniform.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 프리폼을 형성하는 소재와 금형의 가열 사진도이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 프리폼이 제작되는 단조 사진도이다. 상기 도 7 및 도 8와 같이, 본 발명은 소재 및 금형을 가열하여 녹인 후, 단조 과정을 통해 프리폼의 형상을 제작하는 것을 확인할 수 있다. FIG. 7 is a heating photograph of a mold and a mold for forming a preform according to an embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a forged photograph of a preform according to an embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 7 and 8, it can be confirmed that the preform is formed through forging after melting the material and the mold by heating.
도 9은 본 발명의 일실시예에 따른 프리폼의 용체화열처리 사진도이다. 본 발명에 따르면, 용체화열처리단계에서는 520 내지 580 ℃ 에서 4 내지 6 시간 동안 프리폼을 열처리한 후에, 급냉을 위해 수냉시킨다. 용체화열처리라는 것은 소재 내의 합금원소를 고용체로 용해하는 온도 이상으로 가열하여 충분한 시간 동안 유지하고 급랭하여 과포화 고용체로 만들어 합금원소의 석출을 지지하는 조작을 말한다. 따라서, 상기 용체화열처리단계는 본 발명에 따른 알루미늄 부품을 경화시키기 위한 단계인 것이다. FIG. 9 is a solution heat treatment photograph of a preform according to an embodiment of the present invention. According to the present invention, in the solution heat treatment step, the preform is heat treated at 520 to 580 캜 for 4 to 6 hours, and then water-cooled for quenching. The solution heat treatment refers to an operation of heating an alloy element in a material to a temperature not lower than a temperature at which the alloy element dissolves in solid solution, holding the alloy element for a sufficient time, and quenching to form a supersaturated solid solution to support precipitation of the alloy element. Therefore, the solution heat treatment step is a step for curing the aluminum part according to the present invention.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 프리폼의 저온열처리 사진도이다. 본 발명에 따르면, 저온열처리단계는 용체화열처리단계 이후, 프리폼을 상온(자연상태)에서 방치 시, 자연시효가 발생되어 냉간 성형성이 떨어지게 되고, 상온방치 시간에 따라 변하는 물성으로 인해 성형 조건의 최적화가 어려우며, 이 때 발생한 자연시효는 최종 물성에도 악영향을 미치게 되어, 자연시효 발생을 억제하기 위해 공정 내에 추가된 것이다. 10 is a low-temperature heat treatment photograph of a preform according to an embodiment of the present invention. According to the present invention, in the low temperature heat treatment step, the natural aging occurs when the preform is allowed to stand at room temperature (natural state) after the solution heat treatment step, and the cold formability is deteriorated. It is difficult to optimize, and the natural aging occurring at this time has an adverse effect on the final physical properties and is added in the process to suppress the occurrence of natural aging.
이처럼, 저온열처리단계에서 저온열처리 온도와 시간에 따라 상온에서 프리폼을 방치 후의 성형 평가 결과, 80 내지 100℃에서 2 내지 10 시간 동안 진행하는 것이 성형성이 좋고, 강도가 높다. As described above, as a result of the evaluation after the preform is left at room temperature according to the low temperature heat treatment temperature and time in the low temperature heat treatment step, it is preferable to proceed at 80 to 100 DEG C for 2 to 10 hours to have good moldability and high strength.
그러나 열처리 시간이 10시간 보다 길어질 경우, 냉간 성형성이 나쁘고, 열처리 시간이 2시간 보다 짧으면 열처리 후에도 자연시효가 발생하여 적용하는 데에 있어 어려운 조건이 된다. 따라서 저온열처리단계에서 최적 저온 열처리 조건은 80 ℃에서는 4 내지 10 시간, 100 ℃에서는 2 내지 8 시간이다. However, when the heat treatment time is longer than 10 hours, the cold formability is poor. If the heat treatment time is shorter than 2 hours, natural aging occurs even after the heat treatment, which is a difficult condition for application. Therefore, the optimal low-temperature heat treatment conditions in the low-temperature heat treatment step are 4 to 10 hours at 80 ° C and 2 to 8 hours at 100 ° C.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 프리폼의 NC절삭가공 사진도이다. 상기 도 11은 본 발명에 따른 프리폼을 최종-프리폼으로 가공하기 위해 NC절삭가공을 하는 것이며, 용체화열처리단계에서의 발생한 뒤틀림 등을 제거하기 위한 단계라고 할 수 있다. 11 is a photograph showing a NC cutting process of a preform according to an embodiment of the present invention. FIG. 11 is a view for performing NC cutting to process the preform according to the present invention into a final-preform, and is a step for eliminating distortions and the like generated in the solution heat treatment step.
도 12은 본 발명의 일실시예에 따른 최종-프리폼의 냉간 플로우포밍 사진도이다. 상기 도 12는 본 발명에 따른 NC 절삭 가공된 최종-프리폼을 최종 냉간 성형품으로 성형가공하기 위해 맨드렐 및 롤러에 셋팅된 것을 나타낸 것이다. 12 is a photograph of a cold flow forming of a final-preform according to an embodiment of the present invention. FIG. 12 shows the NC-cut final-preform according to the present invention set on a mandrel and a roller for forming a final cold-formed product.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 플로우포밍단계를 거친 후의 최종 냉간 성형품의 전면 사진도이다. 상기 도 13은 상기 도 12에서처럼, 본 발명에 따른 최종-프리폼이 맨드렐 및 롤러에 셋팅되어 성형된 최종 냉간 성형품의 전면 사진도이며, 원통형인 것을 확인 할 수 있다. FIG. 13 is a front view of a final cold-formed article after a cold flow forming step according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 13 is a front view of the final cold-formed article formed by setting the final-preform according to the present invention on a mandrel and a roller, as shown in FIG. 12, and it can be seen that it is cylindrical.
도 14은 본 발명의 일실시예에 따른 냉간 플로우포밍단계를 거친 후의 최종 냉간 성형품의 상면 사진도이다. 상기 도 14는 본 발명에 따른 최종-프리폼이 냉간 플로우포밍단계를 거친 후 최종 냉간 성형품으로 완성되어, 이를 상면에서 바라본 사진도이며, 원통형이고 치가 있는 것을 확인할 수 있다. FIG. 14 is a top view photograph of a final cold-formed product after a cold flow forming step according to an embodiment of the present invention. FIG. FIG. 14 is a photograph of the final preform according to the present invention after being subjected to the cold flow forming step and completed as a final cold-formed product, and is a top view of the final preform. FIG.
상기 도 13 및 도 14를 통해 냉간 플로우포밍단계를 거친 후, 본 발명에 따른 최종 냉간 성형품으로 성형가공된 것을 확인할 수 있다. 13 and 14, it can be confirmed that the final cold-formed product according to the present invention is formed and processed.
도 15은 본 발명의 일실시예에 따른 시효열처리 사진도이다. 상기 도 15는 본 발명에 따른 치를 가진 원통형 알루미늄 부품이 160 내지 180 ℃ 에서 1시간 내지 14시간 동안 시효열처리단계 거치는 것을 나타낸 사진도이며, 일렬로 제품이 나열되어 있음을 확인할 수 있다. 15 is an aged heat treatment photograph according to an embodiment of the present invention. FIG. 15 is a photograph showing that a cylindrical aluminum part having teeth according to the present invention is subjected to the aging heat treatment step at 160 to 180 ° C. for 1 to 14 hours, and the products are listed in a row.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 선삭 및 홀 펀칭을 통해 제작된 최종 형상 사진도이다. 상기 도 16을 통해 본 발명에 따른 최종 형상이 완성되었음을 확인할 수 있다. 16 is a photograph of a final shape produced through turning and hole punching according to an embodiment of the present invention. 16, the final shape according to the present invention has been completed.
도 17은 용체화열처리단계 후 상온 방치 시간에 따른 물성 변화 그래프도이다. 상기 도 17을 보면 알 수 있듯이, 시간이 지남에 따라 항복강도가 증가한다. 하지만 일정한 시간, 즉 약 360시간 이후에는 항복강도 값의 변화가 미미한 것을 확인할 수 있다. FIG. 17 is a graph showing a change in physical properties with time after the solution heat treatment step and at a room temperature. As can be seen from FIG. 17, the yield strength increases with time. However, it can be seen that the change in the yield strength value is insignificant after a certain period of time, that is, after about 360 hours.
도 18은 열처리 및 시효처리 조건에 따른 물성 그래프도이다. 상기 도 18의 A는 용체화열처리단계 직후의 항복강도를 나타낸 것이고, 항복강도는 약 80 MPa 이다. B는 용체화열처리단계 이후 시효열처리단계를 거친 후의 항복강도를 나타낸 것으로 항복강도 값은 약 390 MPa이다. C는 용체화열처리단계 이후 상온에서 3일 동안 방치한 후의 항복강도 값을 나타낸 것으로 약 170 MPa이다. D는 용체화열처리단계 이후 상온에서 3일 동안 방치한 후에, 시효열처리단계를 거친 후 측정한 항복강도 값을 나타낸 것으로 약 320 MPa이다. E는 본 발명에 따른 용체화열처리단계 이후, 저온열처리단계를 거친 후에, 상온에서 14일 동안 방치하고 시효열처리단계를 거친 항복강도 값으로 약 390 MPa이다. 결과적으로 상기 도 18의 B와 E의 항복강도 값이 비슷한 수준이며, 다른 조건의 항복강도 값들에 비해 현저히 높은 수준이다. 또한, D의 경우 B와 비교하여 항복강도 값이 약 13% 낮았으며, E의 경우 14일 상온방치 후에도 물성이 B와 동등 수준임을 확인 할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 E와 같이, 저온열처리단계를 진행할 경우, 항복강도 값이 높은 것을 확인할 수 있다. 18 is a graph of physical properties according to heat treatment and aging treatment conditions. FIG. 18A shows the yield strength immediately after the solution heat treatment step, and the yield strength is about 80 MPa. B shows the yield strength after aging heat treatment step after the solution heat treatment step, and the yield strength value is about 390 MPa. C is the yield strength value after standing for 3 days at room temperature after the solution heat treatment step and is about 170 MPa. D is the yield strength value measured after aging heat treatment step after 3 days at room temperature after aging heat treatment step and it is about 320 MPa. E is a yield strength value of about 390 MPa after the solution heat treatment step according to the present invention, after being subjected to the low temperature heat treatment step, left at room temperature for 14 days and subjected to the aging heat treatment step. As a result, the yield strength values of B and E in FIG. 18 are comparable and significantly higher than the yield strength values of other conditions. In addition, the yield strength value of D was about 13% lower than that of B, and it can be confirmed that the physical properties of E are the same as those of B even after leaving at room temperature for 14 days. Therefore, as in the case of E according to the present invention, it can be confirmed that the yield strength value is high when the low temperature heat treatment step is performed.
결과적으로, D의 경우 B 대비 항복강도가 13 % 낮았으며 E의 경우 14일 상온방치 후에도 물성이 B와 동등 수준임을 확인 할 수 있으며, 이를 통해 실온에서 방치하여 최대 강도를 얻을 수 있도록 허용하는 알루미늄 부품의 열처리과정의 한 단계인 자연시효를 억제한 효과를 나타낸 것을 확인할 수 있다. As a result, the yield strength of B was 13% lower than that of B, and that of E was equivalent to that of B even after 14 days at room temperature, It can be confirmed that the effect of suppressing the natural aging, which is one step of the heat treatment process of the component, is shown.
도 23은 저온열처리 후의 프리폼이 200MPa 이상에서 성형 중 파단이 발생한 사진도이다. 상기 도 23의 왼쪽 사진도는 치가 있는 부분의 거의 절반 가까이 파단이 된 것을 확인할 수 있고, 오른쪽 사진도는 치가 있는 부분의 아래가 파단이 된 것을 볼 수 있다. Fig. 23 is a photograph showing a fracture of the preform after the low-temperature heat treatment at 200 MPa or higher. It can be seen that the left photograph of FIG. 23 shows that almost half of the portion with the teeth is broken, and the right photograph shows that the lower portion of the teeth is broken.
이처럼, 본 발명은 알루미늄 부품 성형공정으로 가장 많이 사용되고 있는 다이캐스팅 방법의 근본적인 문제인 결함 및 물성에 대한 해결책으로서 우수한 내부 품질, 내구성, 고경도를 요구하는 치를 가진 원통형 부품을 성형하기 위한 방법이다. As described above, the present invention is a method for molding a cylindrical part having a value requiring an excellent internal quality, durability and high hardness as a solution to defect and physical property, which is a fundamental problem of a die casting method most widely used in an aluminum component molding process.
보다 더 구체적으로, 본 발명은 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법이며, 프리폼을 형성하는 소재와 금형이 가열되는 가열단계, 상기 가열단계 이후 단조과정을 거쳐 상기 프리폼이 제작되는 단조단계, 상기 열간단조단계 이후 상기 프리폼을 용체화 열처리하는 용체화열처리단계, 상기 용체화열처리단계 이후 프리폼이 급냉되는 수냉단계, 상기 용체화열처리 및 수냉단계 후 프리폼이 상기 용체화열처리단계에서의 온도보다 낮은 온도에서 열처리되는 저온열처리단계, 상기 저온열처리된 프리폼이 NC절삭에 의해 최종-프리폼으로 가공되는 NC절삭가공단계, 상기 NC 절삭 가공된 최종-프리폼이 맨드렐 및 롤러에 셋팅되고 냉간 플로우포밍되어 최종 냉간 성형품으로 성형가공되는 냉간 플로우포밍단계, 상기 성형가공된 최종 냉간 성형품이 시효 열처리되어 강화되는 시효열처리단계, 상기 시효열처리된 최종 냉간 성형품이 선삭 및 홀 펀칭을 통해 최종 형상으로 제작되는 제작단계를 포함하는 것이 바람직하다. More particularly, the present invention relates to a method of forming a cylindrical aluminum part having teeth, the method comprising the steps of: heating a mold for forming a preform, heating the mold, forging the preform after the heating step, Cooling the preform to a quenching temperature, cooling the preform to a quenching temperature, cooling the preform to a quenching temperature, cooling the preform to a quenching temperature, quenching the preform after the quenching heat treatment, A low-temperature heat treatment step, an NC cutting step in which the low-temperature heat-treated preform is processed into a final-preform by NC cutting, a NC-cut final-preform is set in a mandrel and a roller, and a cold flow- A cold flow forming step to be processed, an aging step Aging heat treatment step is enhanced and processed, the final cold molded article of the aging heat treatment is through turning and hole punching is preferred to include a production stage that is produced in the final shape.
결론적으로 본 발명은 성형성 및 물성 향상을 위하여 열처리 조건을 최적화한 것으로, 프리폼을 용체화열처리하는 단계, 상온에서 방치되는 자연시효를 억제하기 위한 저온열처리단계, 냉간 플로우포밍단계, 시효열처리단계를 포함하는 것이 바람직하다. In conclusion, the present invention optimizes heat treatment conditions to improve moldability and physical properties, including a step of performing heat treatment of the preform, a low temperature heat treatment step to suppress the natural aging at room temperature, a cold flow forming step, and an aging heat treatment step .
알루미늄 부품을 강화하기 위하여 종래기술에서는 성형 후 열처리를 하는 것이었다. 그러나 치를 가진 원통형 부품의 경우, 냉간 성형 후 열처리 시 성형 중에 발생한 잔류 응력, 높은 용체화열처리 온도 및 용체화열처리 후 급속한 냉각 등의 원인으로 변형이 발생하게 되었다. 이로써 제품 완성도가 떨어지고 개개의 치 가공이 불가피하여 높은 치수 정밀도를 성형 단계에서 맞춰 추가 가공이 필요 없는 냉간 성형의 이점이 무용하게 되었다. In order to strengthen the aluminum part, the conventional technique was to perform heat treatment after molding. However, in the case of cylindrical parts with teeth, deformation occurred due to the residual stress generated during molding, high solution heat treatment temperature and rapid cooling after solution heat treatment after heat treatment after cold forming. As a result, the degree of product completeness is lowered and individual tooth machining is inevitable, so that the advantage of cold forming that does not require additional machining to fit the high dimensional accuracy at the molding stage has become useless.
하지만 본 발명에서는 알루미늄 부품의 열처리에서 고온에서의 용체화열처리 및 열처리 직후 물성 강화를 위한 급속 냉각단계를 지난 후에 자연시효 발생을 억제하는 저온열처리 방법을 최적화하여 이를 성형 방법 내에 추가한다. 이와 달리, 급속 냉각단계 직후 자연상태(상온)에 방치할 경우, 자연시효가 발생되어 냉간 성형성이 떨어지게 되며, 상온방치 시간에 따라 변하는 물성으로 인해 성형 조건 최적화가 어려워진다. However, in the present invention, after the solution heat treatment at a high temperature and the rapid cooling step for enhancing physical properties immediately after the heat treatment in the heat treatment of the aluminum component, the low temperature heat treatment method for suppressing the natural aging is optimized and added to the molding method. On the other hand, if left in a natural state (room temperature) immediately after the rapid cooling step, natural aging occurs to deteriorate the cold forming property, and it becomes difficult to optimize the molding condition due to physical properties varying with the room temperature.
결론적으로, 본 발명은 상온 방치 시간을 시간을 한정하고 열처리 조건을 최적화하여 내부결함에 의한 파손 발생을 억제하고, 제품 내에서의 부위별 편차를 줄이며, 동일부위의 표면 및 심부 편차를 줄이는 효과를 갖는다. 더불어, 고강도화가 가능하며, 빼기 구배에 의한 간극이 발생하지 않아서 마모 및 변형이 일어나지 않는다. In conclusion, the present invention has the effect of restricting occurrence of breakage due to internal defects by limiting time at room temperature and optimizing heat treatment conditions, decreasing the deviation of each part in the product, and reducing the surface and deeper deviation of the same part . In addition, a high strength can be achieved, and a gap due to a subtraction gradient does not occur, so that wear and deformation do not occur.
나아가, 본 발명의 치를 가진 알루미늄 부품 성형 방법을 적용하여 자동차 변속기와 같은 동력전달부품을 제조할 경우 품질 안정화, 경량화, 고강도화 효과를 나타낼 수 있다. Further, when a power transmission component such as an automotive transmission is manufactured by applying the aluminum component forming method of the present invention, it is possible to stabilize the quality, lighten the weight, and enhance the strength.
이처럼, 제품의 고강도화가 가능하여 공정 요소 관리에 의한 물성 제어가 용이하며, 정밀한 성형성 및 고강도성의 높은 내구성을 요하는 치를 가진 부품에 있어서는 더욱 활용도가 높다. As described above, it is possible to enhance the strength of the product, control of physical properties by the process element management is easy, and it is further utilized for parts having teeth that require high moldability, high strength, and high durability.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. Although the present invention has been described in connection with the specific embodiments of the present invention, it is to be understood that the present invention is not limited thereto. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims and their equivalents. Various modifications and variations are possible.
Claims (14)
상기 용체화 열처리된 프리폼이 상기 용체화열처리단계에서의 온도보다 낮은 온도에서 열처리되는 저온열처리단계;
상기 저온 열처리된 프리폼이 형상가공되어 최종 냉간 성형품으로 제작되는 형상가공단계; 및
상기 형상가공된 최종 냉간 성형품이 시효 열처리되어 강화되는 시효열처리단계;를 포함하는 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법.
An annealing step for annealing the preform;
A low temperature heat treatment step in which the solution-heat-treated preform is heat-treated at a temperature lower than the temperature in the solution heat treatment step;
A shape processing step of shaping the low-temperature heat-treated preform into a final cold-formed article; And
And an aging heat treatment step in which the shape-finished final cold-molded product is aged and heat-treated, thereby strengthening the cylindrical shaped aluminum component.
상기 용체화열처리단계 이전에,
상기 프리폼을 형성하는 소재와 금형이 가열되는 가열단계; 및
상기 가열단계 이후 단조과정을 거쳐 상기 프리폼이 제작되는 단조단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법.
The method according to claim 1,
Before the solution heat treatment step,
A heating step of heating the mold and the material forming the preform; And
Further comprising a forging step in which the preform is manufactured through forging after the heating step.
상기 용체화 열처리된 프리폼이 급냉되는 수냉단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법.
The method according to claim 1,
Further comprising a water cooling step in which the solution-heat-treated preform is quenched.
상기 형상가공단계는 상기 저온 열처리된 프리폼이 NC절삭에 의해 최종-프리폼으로 가공되는 NC절삭가공단계;인 것을 특징으로 하는 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the shape machining step is an NC cutting step in which the low-temperature heat-treated preform is machined into a final-preform by NC cutting.
상기 형상가공단계는 상기 NC 절삭 가공된 최종-프리폼이 맨드렐 및 롤러에 셋팅되고 냉간 플로우포밍되어 최종 냉간 성형품으로 성형가공되는 냉간 플로우포밍단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the shape machining step further comprises a cold flow forming step in which the NC-cut final-preform is set on a mandrel and a roller, and is subjected to cold flow forming and molding into a final cold-formed product. Molding method.
상기 시효 열처리된 최종 냉간 성형품이 선삭 및 홀 펀칭을 통해 최종 형상으로 제작되는 제작단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the steps of: forming the final cold-formed article by aging and hole punching in a final shape;
상기 용체화열처리단계는 520 ℃ 내지 580 ℃ 에서 4 시간 내지 6 시간인 것을 특징으로 하는 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the solution heat treatment step is performed at a temperature of 520 ° C to 580 ° C for 4 hours to 6 hours.
상기 저온열처리단계는 80 ℃ 내지 100 ℃ 에서 2 시간 내지 10 시간인 것을 특징으로 하는 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the low-temperature heat treatment step is performed at a temperature of 80 to 100 DEG C for 2 to 10 hours.
상기 저온열처리단계는 80 ℃ 에서 4 내지 10 시간인 것을 특징으로 하는 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the low temperature heat treatment step is carried out at 80 DEG C for 4 to 10 hours.
상기 저온열처리단계는 100 ℃ 에서 2 시간 내지 8 시간인 것을 특징으로 하는 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the low temperature heat treatment step is performed at 100 DEG C for 2 hours to 8 hours.
상기 저온 열처리된 프리폼이 상온에서 방치되는 것을 특징으로 하는 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the low temperature heat treated preform is allowed to stand at room temperature.
상기 상온에서 방치된 프리폼은 1일 내지 14일 방치된 후의 강도가 200 MPa 미만인 것을 특징으로 하는 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the preform left at room temperature has a strength of less than 200 MPa after being left for 1 to 14 days.
상기 상온에서 방치된 프리폼의 강도는 하기의 수학식1의 조건을 만족시키며;
[수학식 1]
| X - Y | ≤ 0.02 X
상기 X 는 상기 프리폼이 상온에서 1 일 동안 방치된 후의 강도이고;
상기 Y 는 상기 프리폼이 상온에서 14 일 동안 방치된 후의 강도인 것을 특징으로 하는 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법.
12. The method of claim 11,
The strength of the preform left at the room temperature satisfies the condition of the following formula (1);
[Equation 1]
| X - Y | 0.02 X
X is the strength of the preform after being left at room temperature for one day;
And Y is the strength of the preform after being left at room temperature for 14 days.
상기 시효열처리단계는 160 ℃ 내지 180 ℃ 에서 1 시간 내지 14 시간인 것을 특징으로 하는 치를 가진 원통형 알루미늄 부품 성형 방법. The method according to claim 1,
Wherein the aging heat treatment step is carried out at a temperature of 160 ° C to 180 ° C for 1 hour to 14 hours.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160151830A KR20180054198A (en) | 2016-11-15 | 2016-11-15 | Method for Forming Cylindrical Aluminum Parts with Teeth |
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|---|---|
| KR (1) | KR20180054198A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112872256A (en) * | 2020-12-28 | 2021-06-01 | 西南铝业（集团）有限责任公司 | Production process of 7039 alloy super-wide plate forging |
-
2016
- 2016-11-15 KR KR1020160151830A patent/KR20180054198A/en active Search and Examination
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