KR20190002255A - 하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 프레스 공법에 비해 대폭 간소화된 설비와 단순화된 공정으로 비공기식 타이어 휠의 제조를 용이하게 하는 하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법은, 일정한 크기로 절단된 철판을 원통형으로 벤딩한 후 이음부를 용접하여 성형하는 림 성형부재 성형단계; 림 성형부재를 상하부금형과 함께 회전시키면서 림 성형부재의 외주면을 스피닝(spinning) 가공하여 림을 성형하는 림 성형단계; 플랜지 성형단계를 거쳐 성형된 림의 상하 플랜지 단부를 스피닝 가공기와 모듈화된 하이브리드 장비에 의해 선삭 가공하는 선삭 가공단계; 선삭 가공된 림의 내부에 디스크를 압입하여 고정하는 디스크 성형단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법{Manufacturing method for tire wheel using hybrid-system}

본 발명은 하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 프레스 공법에 비해 대폭 간소화된 설비와 단순화된 공정으로 비공기식 타이어 휠의 제조를 용이하게 하는 하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 타이어는 내측에 공기를 충전하여 완충역할을 하는 공기식 타이어와 공기의 충전없이 고무 등의 합성수지로만 구성되는 비공기식 타이어가 사용되고 있다.

비공기식 타이어로는 고 하중을 견뎌야 하는 지게차를 포함한 중장비 차량 등에 주로 사용되는 통고무 형태의 솔리드 타이어가 알려져 있다.

솔리드 타이어를 장착하기 위한 타이어 휠은, 소정의 직경을 가지며 양측에 플랜지가 형성되는 원통형의 림, 림의 내부 일측에 결합되는 원판형의 디스크로 구성된다. 또한, 림에 에어벤트홀을 형성할 경우 중장비 차량 등에 사용되는 솔리드 타이어를 간편하게 장착할 수 있다.

특허문헌 1에 종래기술로서 휠의 제조방법이 개시되어 있다.

종래의 휠의 제조방법은, 프레스기를 이용하여 제조하는 방법을 목적으로 하는 것으로서 디스크 및 림이 되는 부분을 구비한 주조 또는 단조제의 중간 제품을 소성 온도로 가열하고 소정의 각도마다 정지하도록 회전시키며, 정지 시에 디스크가 되는 부분의 일부를 금형으로 눌러 모양을 부가한다. 이를 반복 실시하여 디스크가 되는 부분의 전체에 모양을 형성하고 디스크 및 림부의 프레스 성형과 마무리 가공을 실시하는 것을 특징으로 한다.

그러나, 상기 특허문헌 1은 프레스 설비의 사용으로 인하여 초기 투자비와 금형 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 규격별로 휠을 제조할 때마다 금형 설비를 교체하는데 상당한 시간이 걸리기 때문에 생산효율이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 간소화된 설비와 단순화된 제조공정으로 다품종 소량생산이 요구되는 비공기식 타이어 휠의 제조가 용이하며, 초기 투자비용이 저렴하고 휠을 규격별로 제조하는 과정에서 금형 및 관련 부속을 신속하게 교체할 수 있는 하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법은, 일정한 크기로 절단된 철판을 원통형으로 벤딩한 후 이음부를 용접하여 성형하는 림 성형부재 성형단계; 림 성형부재를 상하부금형과 함께 회전시키면서 림 성형부재의 외주면을 스피닝(spinning) 가공하여 림을 성형하는 림 성형단계; 플랜지 성형단계를 거쳐 성형된 림의 상하 플랜지 단부를 스피닝 가공기와 모듈화된 하이브리드 장비에 의해 선삭 가공하는 선삭 가공단계; 선삭 가공된 림의 내부에 디스크를 압입하여 고정하는 디스크 성형단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 림 성형단계는 원통형의 림 성형부재를 하부금형의 상부에 수직으로 삽입한 후 상부금형을 하강시켜 림 성형부재의 하단부를 확관시켜 플랜지부를 성형하는 확관 성형공정, 상하부금형 사이에 클램핑된 림 성형부재를 상하부금형과 함께 회전시키면서 림 성형부재의 외주면에 1차 성형롤러를 접촉 가압시켜 림 성형부재의 중앙부를 축관시켜 림베이스부를 성형하는 1차 축관 성형공정, 림 성형부재의 상부 외주면에 2차 성형롤러를 접촉 가압하여 림 성형부재의 상부를 축관시켜 림 성형부재의 상단부에 록킹 플랜지부를 성형하는 2차 축관 성형공정, 림 성형부재의 상부 외주면과 상단부에 2차 성형롤러를 접촉 가압하여 림 성형부재의 상부 외주면에 록킹링이 결합되는 록킹링 결합홈부를 성형하는 냉간 단조 성형공정, 림 성형부재의 외주면에 2차 성형롤러를 접촉 가압시킨 후 상하로 이동시키면서 림 성형부재의 외주면 전체를 축관시키는 3차 축관 성형공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 선삭 가공단계에서는 3축 방향 위치 조정이 가능한 하이브리드 장비에 의해 상하부금형 사이에 클램핑된 상태로 회전하는 림 성형부재를 별도의 공구 교환없이 선삭 가공하는 것을 특징으로 한다.

상기 선삭 가공단계를 거친 림의 측면에 에어벤트홀을 관통 형성하는 에어벤트홀 피어싱 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법에 의하면, 종래의 프레스 및 롤벤딩 공법에 비해 간소화된 하이브리드 장비의 사용으로 인하여 다품종 소량생산이 요구되는 비공기식 타이어 휠의 제조가 용이하고, 초기 투자비용이 저렴하고 휠을 규격별로 제조하는 과정에서 금형 및 관련 부속을 신속하게 교체할 수 있어 제조비용이 대폭 절감되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법을 도시한 공정도.
도 2는 본 발명의 림 성형부재 성형단계를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 림 성형단계를 도시한 공정도.
도 4는 본 발명의 선삭 가공단계를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 장비를 도시한 평면도.
도 6은 본 발명의 에어벤트 홀 피어싱 공정을 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 디스크 성형단계를 도시한 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법을 도시한 공정도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법은 림 성형부재 성형단계(S100), 림 성형단계(S200), 선삭 가공단계(S300) 및 디스크 성형단계(S400)를 포함한다.

도 2는 본 발명의 림 성형부재 성형단계를 도시한 도면으로서, 림 성형부재 성형단계(S100)는 일정한 크기로 절단된 철판을 원통형으로 벤딩한 후 이음부를 용접하여 성형하는 단계이다.

절단된 철판(10)을 전용 벤딩기를 이용하여 사양별 규격에 맞도록 원통형으로 벤딩하며, 벤딩 작업의 특성상 끝단부가 단차없이 일치되게 작업하는 것이 가장 중요하고, 작업된 벤딩 형태의 동심도가 일정 범위내로 유지되도록 작업되어야 한다.

벤딩공정을 거쳐 원통형으로 벤딩된 철판(10)의 이음부(11)를 용접하되, 용접 성형된 림 성형부재(13)의 이음부(11)에 형성된 용접비드(12)를 제거하는 공정을 추가하는 것이 바람직하다.

용접비드 제거공정을 추가하게 되면, 본 발명의 휠 제조방법에 의한 림 성형단계에서 이루어지는 확관, 축관 및 냉간단조 작업 시 림 성형부재의 용접부위에서 성형결함이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있게 된다.

림 성형단계(S200)는 림 성형부재(13)를 상하부금형(40,50)과 함께 회전시키면서 림 성형부재(13)의 외주면을 스피닝(spinning) 가공하여 림(20)을 성형하는 단계이다.

도 3은 본 발명의 림 성형단계를 도시한 공정도로서, 림 성형단계(S200)는 확관 성형공정, 1차 축관 성형공정, 2차 축관 성형공정, 냉간 단조 성형공정 및 3차 축관 성형공정을 포함한다.

도 3a는 확관 성형공정을 도시한 도면으로서, 확관 성형공정에서는 원통형의 림 성형부재(13)를 하부금형(50)의 상부에 수직으로 삽입한 후 상부금형(40)을 하강시켜 림 성형부재(13)의 하단부를 확관시켜 플랜지부(21)를 성형한다. 상기 플랜지부(21)는 솔리드 타이어 등의 비공기식 타이어의 이탈을 방지하기 위해 성형되는 것이다.

도 3b는 1차 축관 성형공정을 도시한 도면으로서, 1차 축관 성형공정은 타이어의 내주면에 밀착되는 림베이스부를 성형하는 것으로, 상하부금형(40,50) 사이에 클램핑된 림 성형부재(13)를 상하부금형과 함께 회전시키면서 림 성형부재의 외주면에 1차 성형롤러(60)를 접촉 가압시켜 림 성형부재의 중앙부를 축관시켜 림베이스부(22)를 성형한다.

도 3c는 2차 축관 성형공정을 도시한 도면으로서, 2차 축관 성형공정은 림 성형부재(13)의 상단부에 록킹링의 이탈을 방지하기 위한 록킹 플랜지부(23)를 성형하기 위한 것으로, 림 성형부재의 상부 외주면에 2차 성형롤러(70)를 접촉 가압하여 림 성형부재의 상부를 축관시켜 림 성형부재의 상단부에 록킹 플랜지부를 성형한다.

도 3d는 냉간 단조 성형공정을 도시한 도면으로서, 냉간 단조 성형공정은 림 성형부재(13)의 상부 외주면에 록킹링이 결합되는 록킹링 결합홈부(24)를 성형하기 위한 것으로, 림 성형부재의 상부 외주면과 상단부에 2차 성형롤러를 접촉 가압하여 림 성형부재의 상부 외주면에 록킹링이 결합되는 록킹링 결합홈부를 성형한다.

림 성형부재의 상부 외주면에 2차 성형롤러를 가압 접촉시키는 동시에 록킹 플랜지부에 2차 성형롤러의 플랜지 가압부(26)를 가압 접촉시키는 이유는, 2차 성형롤러를 이용하여 림 성형부재의 상부 외주면에 록킹링 결합홈부를 성형하는 과정에서 록킹링 결합홈부의 두께가 다른 부분에 비해 얇아지게 되는 것을 방지하기 위함이다.

상기 림 성형부재의 상부 외주면에 록킹링 결합홈부를 성형하기 위해 2차 성형롤러를 수평방향으로 가압할 경우 록킹링 결합홈부의 두께가 다른 부분에 비해 얇아지게 되는데, 이때 2차 성형롤러의 플랜지 가압부를 이용하여 림 성형부재의 록킹 플랜지부를 수평방향으로 가압해주게 되면, 록킹 플랜지부에서 소성유동(metal flow)이 발생하면서 록킹링 결합홈부의 두께를 채워주게 되므로 록킹링 결합홈부의 두께를 다른 부분과 동일하게 유지할 수 있게 된다.

도 3e는 3차 축관 성형공정을 도시한 도면으로서, 3차 축관 성형공정은 최종적으로 림 형태로 성형하기 위한 것으로, 림 성형부재(13)의 외주면에 2차 성형롤러(70)를 접촉 가압시킨 후 상하로 이동시키면서 림 성형부재의 외주면 전체를 축관시킨다.

도 4는 본 발명의 선삭 가공단계를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 하이브리드 장비를 도시한 평면도이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 선삭 가공단계(S300)는 플랜지 성형단계를 거쳐 성형된 림(20)의 상하 플랜지 단부를 스피닝 가공기와 모듈화된 하이브리드 장비(80)에 의해 선삭 가공하는 단계이다.

상기 선삭 가공단계에서는 3축 방향 위치 조정이 가능한 하이브리드 장비에 의해 상하부금형 사이에 클램핑된 상태로 회전하는 림 성형부재를 별도의 공구 교환없이 선삭 가공한다.

일반적으로 림의 플랜지 단부를 선삭 가공하기 위해서는 별도의 밀링, 선반 등을 통하여 작업하였으나, 본 발명에서는 림 성형을 위해 사용되는 스피닝 가공기와 모듈화시켜 림 성형은 물론 선삭 가공을 하이브리드 장비로 작업함으로써 인건비 절감 및 가공시간을 단축시키는 장점이 있다.

상기 선삭 가공단계에서 림의 플랜지 끝단부를 선삭 가공하는 이유는 외관을 미려하게 하는 동시에 제품의 최종 치수를 결정하고, 림의 양단부의 직각도와 편평도를 정확하게 가공하기 위함인데, 상기 림의 양단부의 직각도와 편평도가 정확하게 가공되면, 디스크 압입공정에서 림의 내부에 압입되는 디스크의 내주면과 정확하게 직각을 이루도록 압입할 수 있게 된다.

상기 선삭 가공단계를 거친 림은 솔리드 타이어 등의 비공기식 타이어용 휠로 제조된 것인데, 필요에 따라 림을 공기튜브형 타이어용으로 제조하고자 할 경우에는 선삭 가공단계 이후에 림의 측면에 에어벤트홀(25)을 관통 형성하는 에어벤트홀 피어싱 공정을 추가하는 것도 가능하다.

도 6은 본 발명의 에어벤트 홀 피어싱 공정을 도시한 도면으로서, 상기 선삭 가공단계를 거친 림(20)의 측면에 에어벤트홀(25)을 관통 형성하는 에어벤트홀 피어싱 공정을 더 포함할 수 있다.

상기 에어벤트 홀 피어싱 공정은 림을 프레스의 하부금형(93)에 수직으로 삽입한 후 상부금형(91)을 하강시키게 되면, 상부금형(91)의 하강에 의해 캠형태로 된 중간금형(92)이 수평으로 슬라이딩되면서 중간금형(92)에 장착된 펀치(94)가 하부금형(93)에 수직으로 삽입된 림(20)의 측면에 에어벤트 홀(25)을 가공하도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 선삭 가공단계를 거친 림을 하부금형에 수직으로 삽입한 상태에서 상부금형의 하강에 따라 수평방향으로 슬라이딩되는 중간금형의 펀치에 의해 에어벤트홀이 가공되도록 구성하게 되면, 펀치에 의한 피어싱 가공 시 림의 진원도에 변형이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 디스크 성형단계를 도시한 도면으로서, 디스크 성형단계(S400)는 선삭 가공된 림의 내부에 디스크(30)를 압입하여 고정하는 단계이다.

디스크 성형단계는 상기 선삭 가공된 림(20)을 프레스의 하부금형(93)에 수직으로 삽입한 후 림의 내측 상부에 디스크를 수평으로 삽입한 다음, 프레스의 상부금형(91)을 하강시켜 림의 내부에 디스크를 압입하게 된다.

상기 디스크는 림의 내주면과 정확하게 직각을 이루도록 압입되어야 하는데, 그 이유는 디스크의 직각도가 정확히 나오지 않을 경우 휠 밸런스가 맞지 않아 차량의 직진 성능, 승차감 및 동력전달성능의 저하 등이 초래될 수 있기 때문이다.

상기 디스크의 직경은 림베이스부의 내경보다 약간 크게 형성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 디스크의 직경을 림베이스부의 내경과 동일하거나 약간 작게 형성할 경우 원주용접 후에 용접부위의 당김현상으로 인해 림과 디스크 사이의 직각도가 제대로 나오지 않게 되는 것을 방지하기 위함이다.

디스크 압입공정 거친 림의 내부에 압입된 디스크는 양면 외주연을 용접하여 림과 디스크를 일체화시킨다.

디스크 성형을 완료한 후 제품의 외관을 미려하게 하여 제품의 가치를 향상시키는 동시에 휠의 수명을 연장시키기 위해 림과 디스크의 표면에 도장 피막을 형성할 수도 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

10 : 철판
11 : 이음부, 12 : 용접비드, 13 : 림 성형부재
20 : 림
21 : 플랜지부, 22 : 림베이스부, 23 : 록킹 플랜지부, 24 : 록킹링 결합홈부, 25 : 에어벤트홀, 26 : 플랜지 가압부
30 : 디스크
40 : 상부금형
50 : 하부금형
60 : 1차 성형롤러
70 : 2차 성형롤러
80 : 하이브리드 장비
91 : 상부금형, 92 : 중간금형, 93 : 하부금형, 94 : 펀치

Claims (4)

1. 일정한 크기로 절단된 철판을 원통형으로 벤딩한 후 이음부를 용접하여 성형하는 림 성형부재 성형단계;
   림 성형부재를 상하부금형과 함께 회전시키면서 림 성형부재의 외주면을 스피닝(spinning) 가공하여 림을 성형하는 림 성형단계;
   플랜지 성형단계를 거쳐 성형된 림의 상하 플랜지 단부를 스피닝 가공기와 모듈화된 하이브리드 장비에 의해 선삭 가공하는 선삭 가공단계;
   선삭 가공된 림의 내부에 디스크를 압입하여 고정하는 디스크 성형단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 림 성형단계는 원통형의 림 성형부재를 하부금형의 상부에 수직으로 삽입한 후 상부금형을 하강시켜 림 성형부재의 하단부를 확관시켜 플랜지부를 성형하는 확관 성형공정, 상하부금형 사이에 클램핑된 림 성형부재를 상하부금형과 함께 회전시키면서 림 성형부재의 외주면에 1차 성형롤러를 접촉 가압시켜 림 성형부재의 중앙부를 축관시켜 림베이스부를 성형하는 1차 축관 성형공정, 림 성형부재의 상부 외주면에 2차 성형롤러를 접촉 가압하여 림 성형부재의 상부를 축관시켜 림 성형부재의 상단부에 록킹 플랜지부를 성형하는 2차 축관 성형공정, 림 성형부재의 상부 외주면과 상단부에 2차 성형롤러를 접촉 가압하여 림 성형부재의 상부 외주면에 록킹링이 결합되는 록킹링 결합홈부를 성형하는 냉간 단조 성형공정, 림 성형부재의 외주면에 2차 성형롤러를 접촉 가압시킨 후 상하로 이동시키면서 림 성형부재의 외주면 전체를 축관시키는 3차 축관 성형공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 선삭 가공단계에서는 3축 방향 위치 조정이 가능한 하이브리드 장비에 의해 상하부금형 사이에 클램핑된 상태로 회전하는 림 성형부재를 별도의 공구 교환없이 선삭 가공하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법.
   
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 선삭 가공단계를 거친 림의 측면에 에어벤트홀을 관통 형성하는 에어벤트홀 피어싱 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 장비를 활용한 타이어 휠 제조방법.

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