KR20200067444A - 용융형 중자를 이용하여 중공 구조를 갖는 중공 휠을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 용융형 중자를 이용하여 중공 구조를 갖는 중공 휠을 제조하는 방법은 중공 휠 성형용 용융형 중자를 제작하는 단계; 주조 금형을 이루는 하부 금형 상에 가이드 핀을 활용하여 용융형 중자를 거치하는 단계; 상기 주조 금형을 이루는 하부 금형 및 사이드 금형을 결합한 상태에서 용탕을 주입하는 단계; 주조 후 성형된 금형 휠 제품 상에서 상기 가이드 핀을 제거하는 단계; 상기 가이드 핀의 제거 후에 상기 금형 휠 제품에 형성된 용매 공급로를 통해 상기 용융형 중자를 용해하기 위한 중자 용해용 용매를 공급하여 상기 용융형 중자를 용해하는 단계; 및 용해된 중자를 상기 용매 공급로를 통해 외부로 배출하여 최종적으로 중공 휠을 형성하는 단계;를 포함한다.

Description

용융형 중자를 이용하여 중공 구조를 갖는 중공 휠을 제조하는 방법{Method for manufacturing a hollow wheel having a hollow structure by using a melt type core}

본 발명은 중공 구조를 갖는 중공 휠의 제작 방법에 대한 것으로서, 구체적으로는 물이나 염기 용액에 용융되는 특성을 갖는 salt, silica, zircon 등의 소재를 용융형 중자의 재료로 사용하여 중자를 포함한 상태의 휠 제품을 제작 후에 용융형 중자를 용해시켜 제거함으로써 중공 구조를 포함하는 중공 휠을 제작하는 방법에 관한 것이다.

차량용으로 사용되는 중공 형상의 휠은 상기 휠 내부에 중공 구조를 포함하는 형태로서 주행 시에 공명음 및 노면 진동을 감소하는 효과가 있는 것과 더불어자체 경량화로 인한 연비 향상 효과가 있다.

원피스 휠은 통상 대량으로 생산되어 출고 시에 장착되는 순정 휠에 적용되어 사용되고, 투피스 휠 및 쓰리피스 휠은 소량 생산되어 주로 성능의 향상이나 디자인 측면의 튜닝에 이용되고 있다.

투피스 휠이나 쓰리피스 휠은 강도가 필요한 부분의 디스크 일부분에만 고강도 재질을 사용하고, 나머지 부분은 경량 재질을 사용할 수 있다.

투피스 휠이나 쓰리피스 휠은 림에 대한 디스크의 결합 위치를 다양하게 할 수 있음으로써 시각적으로 고급스러워 보이는 보이는 고가의 제품에 이용되고 있다.

중공 구조의 휠을 제작하기 위해 기존에는 스포크와 몸체부를 포함하는 림부를 각각 제작하여 스피닝, 레이져 용접, 마찰압접 등의 공정을 통해 접합하는 방법을 사용하였으나 상기한 공정은 복잡하고 비용이 비싸 실제 제품에 적용하는데 어려움이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1223750호 "중공형 부품 및 그 제조방법" (2013.02.05.) 대한민국 등록특허공보 제10-1515572호 "무기 바인더를 이용한 중자 및 주조품의 제조방법" (2015.04.29.)

본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하고자 중공 휠 제조 과정에 용융형 중자를 적용하여 별도의 접합 공정이 없는 일체형 중공 휠을 제조할 수 있는 기술적 특징을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 용융형 중자를 이용하여 중공 구조를 갖는 중공 휠을 제조하는 방법은 중공 휠 성형용 용융형 중자를 제작하는 단계; 주조 금형을 이루는 하부 금형 상에 가이드 핀을 활용하여 용융형 중자를 거치하는 단계; 상기 주조 금형을 이루는 하부 금형 및 사이드 금형을 결합한 상태에서 용탕을 주입하는 단계; 주조 후 성형된 금형 휠 제품 상에서 상기 가이드 핀을 제거하는 단계; 상기 가이드 핀의 제거 후에 상기 금형 휠 제품에 형성된 용매 공급로를 통해 상기 용융형 중자를 용해하기 위한 중자 용해용 용매를 공급하여 상기 용융형 중자를 용해하는 단계; 및 용해된 중자를 상기 용매 공급로를 통해 외부로 배출하여 최종적으로 중공 휠을 형성하는 단계;를 포함한다.

상기 가이드 핀의 제거 후 용융형 중자를 용해하는 단계는, 상기 금형 휠 제품을 중자 용해용 용매를 포함한 챔버 상에 침지하여 용융형 중자를 용해한다.

상기 용융형 중자는 상기 가이드 핀을 활용하여 상기 하부 금형 상에 분할된 상태로 거치된다.

본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다.

본 발명은 중공 형상의 휠을 일체형으로 한 번의 주조를 통해 제작할 수 있다.

또한, 금형 내에 가이드 핀의 설치를 통해 용융형 중자의 위치를 고정시켜줄 수 있어 주조 시 중자의 흔들림을 방지할 수 있다.

또한, 금형 내에서 휠 제품을 주조 후에 중자를 용해하여 제거함으로써 휠 제품 내부에 중공 구조를 형성시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 용융형 중자를 이용하여 중공 휠을 제조하는 주조 금형을 보이는 도면이다.
도 2는 도 1의 주조 금형 상에서 하부 금형에 형성된 거치홈 상에 가이드 핀이 체결된 상태에서 사이드 금형이 결합되는 구성을 보인다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 분리 형태인 용융형 중자를 이용하여 중공 휠을 제조하는 주조 금형을 보이는 도면이다.
도 4는 용융형 중자가 삽입된 상태에서 하부 금형과 사이드 금형을 통해 형폐된 주조 금형 내에 주물을 공급한 상태를 보이는 도면이다.
도 5는 주조 금형을 통해 성형된 휠 금형 제품에서 가이드 핀을 제거한 후, 중자 용해용 용매가 저장된 수조 상에 침지한 상태에서 중자를 용해하여 배출하는 과정을 보인다.
도 6은 본 발명에 따라 용융형 중자를 이용하여 중공 구조를 갖는 중공 휠을 제조하는 공정을 보이는 순서도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 용융형 중자를 이용하여 중공 휠을 제조하는 주조 금형을 보이는 도면이다.

도 2는 도 1의 주조 금형 상에서 하부 금형에 형성된 거치홈 상에 가이드 핀이 체결된 상태에서 사이드 금형이 결합되는 구성을 보인다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 분리 형태인 용융형 중자를 이용하여 중공 휠을 제조하는 주조 금형을 보이는 도면이다.

도 4는 용융형 중자가 삽입된 상태에서 하부 금형과 사이드 금형을 통해 형폐된 주조 금형 내에 주물을 공급한 상태를 보이는 도면이다.

도 5는 주조 금형을 통해 성형된 휠 금형 제품에서 가이드 핀을 제거한 후, 중자 용해용 용매가 저장된 수조 상에 침지한 상태에서 중자를 용해하여 배출하는 과정을 보인다.

도 6은 본 발명에 따라 용융형 중자를 이용하여 중공 구조를 갖는 중공 휠을 제조하는 공정을 보이는 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 주조 금형은 하부 금형(10), 하부 금형(10)의 상부 측방 상에 분리 가능하게 배치되는 사이드 금형(20), 하부 금형(10)과 사이드 금형(20)의 상부 상에 배치된 상태에서 상기 주조 금형 내에서 성형되는 금형 제품의 주조 과정 동안 상부 공간의 형폐를 가능하게 하는 상부 금형(미도시), 하부 금형(10) 상에 가이드 핀(40)을 통해 거치되는 용융형 중자(30)를 포함한다.

하부 금형(10)은 하부 금형 본체(11), 하부 금형 본체(11) 상에 상부 방향으로 연장 형성되는 거치 블록(13) 및 거치 블록(13) 상에 홈 형성되는 가이드 핀 체결홈(15)을 포함한다.

사이드 금형(20)은 사이드 금형 본체(21), 사이드 금형 본체(21)의 내측으로 단차지게 돌출 형성되는 가압 블록(23)을 포함한다.

용융형 중자(30)는 주조 금형을 통해 제조되는 중공 형상의 금형 휠 제품 내에 중공 구조를 형성하는 기능을 한다. 상기 용융형 중자(30)는 예를 들어 salt, silica, zircon 등의 소재를 용융형 중자의 재료로 사용할 수 있는데, 구체적으로는 소결된 소금 덩어리라고 생각할 수 있다.

주조 금형이 형폐된 상태에서 주물이 공급된 후 냉각 과정을 거쳐 용융형 중자가 내장된 금형 휠 제품이 완성된 후에, 상기 금형 휠 제품 내의 용융형 중자를 녹여서 최종적으로 중공 구조를 갖는 중공 휠 제품을 성형한다.

가이드 핀(40)은 용융형 중자(30)의 가공 공정 상에 삽입하여 소결하거나 소결된 용융형 중자에 상기 가이드 핀을 삽입하는 방법으로 결합한다. 용융형 중자(30)에서 제거 시에는 금형 휠 제품의 주조 후에 가이드 핀을 용융형 중자(30)에서 뽑아 내어 제거한다.

가이드 핀(40)은 금형 재질과 동일한 재료이며, 주조 금형 내에 공급되는 주물인 용탕과 반응하거나 융착되지 않는다. 따라서, 주조 금형 내에서 주조 후에도 금형과 결합되지 않아 물리적으로 제거가 가능하다.

가이드 핀(40)은 고체 형상을 유지하며 냉각 상태를 갖는다. 알루미늄 용탕은 주조 시에 용탕 표면에 산화막이 생기므로 산화막에 의해서 고체 상태인 가이드 핀(40)과는 반응성이 약하게 된다.

용융형 중자(30)의 외부로 노출되어 드러난 가이드 핀(40) 부분은 주로 성형된 중공 휠 제품의 림부로 예상되며 림부의 두께에 따라 가이드 핀(40)의 노출 부위가 다양하게 발생한다. 가이드 핀(40)의 노출 부위는 중공 휠 제품의 디자인이나 구조에 따라 달라질 수 있다.

가이드 핀(40)은 일부분이 용융형 중자(30)에 삽입된 상태로 연결되며, 사이드 금형(20)와 하부 금형(10)으로 고정하게 된다.

구체적으로, 도 2를 참조하면 하부 금형(10)을 이루는 복수의 거치 블록(13)의 가이드 핀 체결홈(15) 상에 가이드 핀(40)이 놓인 상태에서 사이드 금형(20)이 하강함으로써 상기 가이드 핀(40)의 요동을 방지한다. 이를 통해 가이드 핀(40)에 연결된 용융형 중자(30)는 하부 금형(10) 상에서 떠있는 부상된(floating) 상태를 가지게 된다.

한편, 도 3을 참조하면 용융형 중자(30)는 복수개로 분리된 상태에서 가이드 핀(40)을 통해 복수의 거치 블록(13) 상에 결합되는 구조일 수 있다. 즉, 중공 휠 제품의 내부 상에 형성되는 중공 영역이 복수의 분리된 공간을 필요로 하는 경우에는 복수개로 분리된 용융형 중자를 주조 금형 내에 배치하는 것이 필요할 수 있다.

도 4는 용융형 중자가 삽입된 상태에서 하부 금형과 사이드 금형을 통해 형폐된 주조 금형 내에 주물(1)을 공급한 상태를 보인다. 도면을 보면, 용융형 중자(30)를 내부에 포함한 상태의 주물이 주조 금형 내에서 냉각 과정을 거치게 되는데, 상기 과정 상에서 가이드 핀(40)은 주물을 관통한 상태에서 용융형 중자와 거치 블록(13) 상에 걸쳐 있는 구조를 갖는다.

주조 금형을 통해 휠 금형 제품이 성형된 후 상부 금형 및 사이드 금형을 분리한 상태에서 휠 금형 제품을 분리하고, 상기 휠 금형 제품 상에 노출된 가이드 핀을 제거한 상태에서, 상기 가이드 핀의 제거를 통해 휠 금형 제품에 형성된 용매 공급로(3)를 통해 중자 용해용 용매를 공급한다.

상기 도 5는 주조 금형을 통해 성형된 휠 금형 제품에서 가이드 핀을 제거한 후, 중자 용해용 용매(7)가 저장된 수조(5) 상에 침지한 상태에서 중자를 용해하여 배출하는 과정을 보인다.

즉, 휠 금형 제품에 형성된 용매 공급로를 통해 수조 상의 중자 용해용 용매를 공급하게 함으로써 휠 금형 제품 내에 수용된 용융형 중자를 용해한다.

중자 용해용 용매는 물 또는 염기성 용액일 수 있는데, 중자 용해용 용매의 종류는 중자의 재료에 따라서 달라질 수 있다. 본 발명에서는 NaCl 중자와 물인 용매를 사용하는 것일 수 있다.

다음에는, 도 6을 참조하여 용융형 중자를 이용하여 중공 구조를 갖는 중공 휠을 제조하는 방법을 설명한다.

먼저, 중공 휠 성형용 중자를 제작한다. 가이드 핀은 용융형 중자의 가공 공정 상에 삽입하여 소결하거나 소결된 용융형 중자에 상기 가이드 핀을 삽입하는 방법으로 결합한다.

주조 금형을 이루는 하부 금형 상에 가이드 핀을 활용하여 중자를 거치한다.

구체적으로는, 하부 금형(10)을 이루는 복수의 거치 블록(13)의 가이드 핀 체결홈(15) 상에 가이드 핀(40)이 놓인 상태에서 사이드 금형(20)이 하강함으로써 가이드 핀 체결홈(15)의 상단을 막는 작업을 한다.

주조 금형을 이루는 하부 금형, 사이드 금형 및 상부 금형을 결합한 상태에서 용탕을 주입한다.

휠 금형 제품의 주조 후 성형된 휠 금형 제품 상에서 가이드 핀을 제거한다.

상기 가이드 핀은 금형 재질과 동일한 재료이며, 주물인 용탕과 반응하거나 융착되지 않는바, 주조 후에 물리적으로 제거가 가능하다.

가이드 핀은 주조 중 용탕과 반응하지 않도록 코팅하거나 이형제 처리를 한다. 이형제 처리는 고온 안정성을 가지며 용탕인 Al과 반응성이 없는 이형제를 뿌리는 것일 수 있다. 코팅은 소착 방지를 위한 경질박막 코팅이나 DED 코팅 등 다양한 방법이 있다.

상기 가이드 핀의 제거 후에 휠 금형 제품에 형성된 용매 공급로를 통해 수조 상의 중자 용해용 용매를 공급하게 함으로써 휠 금형 제품 내에 수용된 용융형 중자를 용해한다. 용해된 중자는 상기 용매 공급로를 통해 외부로 배출되어짐으로써 최종적으로 중공 휠을 형성한다.

한편, 가이드 핀의 제거 후 중자를 용해하는 단계는 도 5와 같이 휠 제품을 용매를 포함한 챔버 상에 침지하여 중자를 용해하는 것일 수 있지만, 휠 금형 제품에 형성된 용매 공급로를 통해 다른 방법을 통해 용매를 공급하는 것도 가능할 수 있다.

이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

10 : 하부 금형
11 : 하부 금형 본체
13 : 거치 블록
15 : 가이드 핀 체결홈
20 : 사이드 금형
21 : 사이드 금형 본체
23 : 가압 블록
30 : 용융형 중자
40 : 가이드 핀

Claims (3)

1. 중공 휠 성형용 용융형 중자를 제작하는 단계;
   주조 금형을 이루는 하부 금형 상에 가이드 핀을 활용하여 용융형 중자를 거치하는 단계;
   상기 주조 금형을 이루는 하부 금형 및 사이드 금형을 결합한 상태에서 용탕을 주입하는 단계;
   주조 후 성형된 금형 휠 제품 상에서 상기 가이드 핀을 제거하는 단계;
   상기 가이드 핀의 제거 후에 상기 금형 휠 제품에 형성된 용매 공급로를 통해 상기 용융형 중자를 용해하기 위한 중자 용해용 용매를 공급하여 상기 용융형 중자를 용해하는 단계; 및
   용해된 중자를 상기 용매 공급로를 통해 외부로 배출하여 최종적으로 중공 휠을 형성하는 단계;를 포함하는,
   용융형 중자를 적용하여 차량용 중공 휠을 제조하는 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가이드 핀의 제거 후 용융형 중자를 용해하는 단계는,
   상기 금형 휠 제품을 중자 용해용 용매를 포함한 챔버 상에 침지하여 용융형 중자를 용해하는,
   용융형 중자를 적용하여 차량용 중공 휠을 제조하는 방법.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 용융형 중자는 상기 가이드 핀을 활용하여 상기 하부 금형 상에 분할된 상태로 거치되는,
   용융형 중자를 적용하여 차량용 중공 휠을 제조하는 방법.

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