KR20200076533A - 브레이크 디스크의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크의 제조 방법은 판재를 예열하는 단계; 그리고 스탬핑 장치를 이용하여 상기 예열된 판재를 브레이크 디스크로 열간 성형하는 단계를 포함하고, 상기 판재는 0.1 내지 0.3 중량%의 탄소(C), 1 내지 2 중량%의 규소(Si), 1.0 내지 3.5 중량%의 망간(Mn), 0.01 내지 0.02 중량%의 붕소(B), 0.5 내지 1 중량%의 크롬(Cr), 0.01 내지 0.02 중량%의 인(P), 0.01 내지 0.02%의 황(S), 그리고 나머지의 철(Fe)을 포함한다.

Description

브레이크 디스크의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD FOR BRAKE DISK}

본 발명은 브레이크 디스크의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 브레이크 장치는 주행중의 자동차를 감속 또는 정지시키기 위해 사용되는 장치이다.

브레이크 장치에 사용되는 브레이크 디스크는 마찰부재인 가압패드와의 마찰을 통해 발생하는 마찰력을 이용하여 차량의 운동에너지를 열에너지로 방출함으로써 차량의 제동을 수행하게 된다.

브레이크 디스크는 마찰면을 제공하는 링이나 드럼 형태의 디스크플레이트와 디스크플레이트에 접합되어 디스크플레이트를 차축에 결합시키는 허브를 포함한다.

이러한 브레이크 디스크는 차량의 연비 향상을 위해 경량화가 요구되며, 무게가 가벼우면서도 강도가 높고 내열성과 내마모성 및 내구성을 갖출 필요가 있다.

이러한 브레이크 디스크는 주철로 제조되었으나, 주철로 만들어진 브레이크 디스크는 무겁다. 따라서, 브레이크 디스크는 주철에 크롬(Cr), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo) 등을 첨가하여 경량화, 고강도, 내열성 및 내마모성을 확보하려는 다양한 시도가 지속되고 있다.

그러나, 주철제 브레이크 디스크의 낮은 마찰계수 및 낮은 열 전도도 때문에 브레이크 디스크가 뒤틀리는 현상이 발생되고 있다.

또한, 전기차로 바뀔수록 증가된 배터리 무게를 줄이기 위해 차체의 무게를 줄여야 하는데 비철을 적용하지 않는 이상 비약적인 무게 감소를 이룰 수 없다. 그러나, 브레이크 디스크는 주철제 소재의 용탕 흐름성 때문에 강도가 낮은 소재를 적용하여 왔다. 그리고, 이를 보완하기 위해 허브를 가벼운 비철 소재로 제조한 투피스 타입의 브레이크 디스크를 개발하여 왔다. 그러나, 투피스 타입의 브레이크 디스크의 경우에도 무게를 줄일 수 있었으나 비약적인 무게 감소 효과는 없었다.

본 발명에서는 가볍고 강도가 큰 브레이크 디스크를 제조할 수 있는 브레이크 디스크의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크의 제조 방법은 판재를 예열하는 단계; 그리고 스탬핑 장치를 이용하여 상기 예열된 판재를 브레이크 디스크로 열간 성형하는 단계를 포함하고, 상기 판재는 0.1 내지 0.3 중량%의 탄소(C), 1 내지 2 중량%의 규소(Si), 1.0 내지3.5 중량%의 망간(Mn), 0.01 내지 0.02 중량%의 붕소(B), 0.5 내지 1 중량%의 크롬(Cr), 0.01 내지 0.02 중량%의 인(P), 0.01 내지 0.02%의 황(S), 그리고 나머지의 철(Fe)을 포함한다.

상기 판재를 예열하는 단계에서 상기 판재를 유도 가열하여 5 내지 10분 내에 900 내지 950도로 가열할 수 있다.

상기 판재를 열간 성형하는 단계에서 냉각 장치를 이용하여 상기 브레이크 디스크를 다이 퀀칭(die quenching)하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 스탬핑 장치는 서로 마주보는 상부 금형 및 하부 금형을 포함하고, 상기 상부 금형 또는 하부 금형에 설치된 가공 펀치를 이용하여 상기 브레이크 디스크에 볼트홀을 형성할 수 있다.

상기 냉각 장치는 상기 상부 금형 및 하부 금형에 설치된 냉각 라인, 그리고 상기 냉각 라인에 냉각수를 공급하는 공급부를 포함할 수 있다.

상기 냉각 라인의 단면 형상은 별 형상일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크의 제조 방법은 고강도 판재를 열간 성형으로 원피스 성형함으로써, 가볍고 강도가 큰 브레이크 디스크를 제조할 수 있다.

또한, 간단한 방법으로 허브와 디스크를 한번에 제조할 수 있으므로 허브와 디스크간의 체결부의 체결력의 감소 문제가 발생하지 않으며, 브레이크 디스크의 제조 비용이 절감된다.

또한, 냉각 장치에 의해 브레이크 디스크가 마텐사이트화되므로 높은 마찰 계수를 가져 제동성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크의 제조 방법의 개략적인 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크의 제조 방법의 일 단계를 설명한 도면이다.
도 3은 도 2의 단계에서 사용되는 유도 가열 장치의 구체적인 도면이다.
도 4는 도 2의 다음 단계를 설명한 도면이다.
도 5는 도 4의 단계에서 사용되는 스탬핑 장치 및 냉각 장치의 구체적인 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크의 제조 방법에 의해 제조된 브레이크 디스크를 종래와 비교 실험한 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크의 제조 방법의 개략적인 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크의 제조 방법의 일 단계를 설명한 도면이며, 도 3은 도 2의 단계에서 사용되는 유도 가열 장치의 구체적인 도면이다. 그리고, 도 4는 도 2의 다음 단계를 설명한 도면이고, 도 5는 도 4의 단계에서 사용되는 스탬핑 장치 및 냉각 장치의 구체적인 도면이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크의 제조 방법은 우선, 가공에 적당한 크기로 판재(1)를 절단한다. 그리고, 판재(1)를 유도 가열 장치(10)를 이용하여 예열한다(S10). 판재(1)는 평판 형상을 가지며, 판재(1)는 0.1 내지 0.3 중량%의 탄소(C), 1 내지 2 중량%의 규소(Si), 1.0 내지3.5 중량%의 망간(Mn), 0.01 내지 0.02 중량%의 붕소(B), 0.5 내지 1 중량%의 크롬(Cr), 0.01 내지 0.02 중량%의 인(P), 0.01 내지 0.02%의 황(S), 그리고 나머지의 철(Fe)을 포함할 수 있다. 이러한 판재(1)는 1.0 내지 1.2 Gpa의 인장 강도 및 700 내지800 Mpa의 항복 강도를 가지는 고장력 강판일 수 있다.

유도 가열 장치(10)는 판재(1)가 삽입되어 가열되는 히팅 블록(11), 그리고 히팅 블록(11)을 가열하는 히팅 소스(12)를 포함할 수 있다. 유도 가열 장치는 판재(1)를 유도 가열하여 5 내지 10분 내의 짧은 시간에 900 내지 950도의 고온으로 가열할 수 있다.

다음으로, 도 1, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 스탬핑 장치(20)를 이용하여 예열된 판재(1)를 브레이크 디스크(2)로 열간 성형한다(S20).

스탬핑 장치(20)는 서로 마주보는 상부 금형(21), 하부 금형(22), 그리고, 상부 금형(21) 또는 하부 금형(22)에 설치된 가공 펀치(23)를 포함한다. 상부 금형(21)과 하부 금형(22) 사이에 개재된 판재(1)는 상부 금형(21) 및 하부 금형(22)의 형상대로 가압되어 브레이크 디스크(2)로 제조된다. 이 때, 가공 펀치(23)에 의해 브레이크 디스크(2)에 차축과 연결되는 볼트홀을 동시에 형성할 수 있다.

그리고, 판재(1)를 열간 성형하는 단계에서 냉각 장치(30)를 이용하여 브레이크 디스크(2)를 다이 퀀칭(die quenching)할 수 있다.

냉각 장치(30)는 상부 금형(21) 및 하부 금형(22)에 설치된 냉각 라인(31), 그리고 냉각 라인(31)에 냉각수를 공급하는 공급부(32)를 포함할 수 있다. 이러한 냉각 장치(30)를 이용하여 스탬핑 장치(20)를 급속 냉각시킬 수 있다. 따라서, 브레이크 디스크(2)의 표면뿐 아니라 내부까지 마텐사이트화시킬 수 있어 브레이크 디스크(2)의 강성을 증가시키는 동시에 열간 변형 저항성을 증가시킬 수 있다.

이 때, 냉각 라인(31)의 단면 형상은 별 형상일 수 있다. 따라서, 냉각 라인(31)의 표면적이 넓어지게 되어 상부 금형(21) 및 하부 금형(22)의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

이 때, 브레이크 디스크(2) 중 패드와 마찰하는 부분의 두께는 12mm 내지 18mm를 가지고, 브레이크 디스크(2) 중 바퀴 축과 연결되는 부분의 두께는 2mm 내지 4mm 를 가질 수 있다.

다음으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 브레이크 디스크(2)의 밸런스를 조절하기 위한 밸런스 가공을 진행한다(S30).

다음으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 블레이크 디스크를 치수 검사하여 완성한다(S40).

이와 같이, 고장력 강판으로 이루어진 판재(1)를 이용하여 열간 성형으로 브레이크 디스크(2)를 한 번에 제조할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크의 제조 방법에 의해 제조된 브레이크 디스크를 종래와 비교 실험한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 6에서 실시예는 언급한 바와 같이 본 실시예에 따라 제조된 브레이크 디스크이고, 비교예는 일반적인 제조 방법에 의해 제조된 브레이크 디스크이다.

실시예와 비교예에 대한 비교 실험은 JSAE JASO C406 규격 시험을 실시하여 이루어졌다.

실험 결과, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이 동일 제동 성능일 때 실시예의 브레이크 압력이 비교예보다 낮게 나타남을 알 수 있으며, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 비교예보다 실시예가 높은 마찰계수 값으로 제동성능이 보다 우수함을 확인할 수 있다.

본 개시를 앞서 기재한 바에 따라 바람직한 실시예를 통해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 다음에 기재하는 특허청구범위의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 자들은 쉽게 이해할 것이다.

1: 판재 2: 브레이크 디스크
10: 유도 가열 장치 20: 스탬핑 장치
30: 냉각 장치

Claims (6)

1. 판재를 예열하는 단계; 그리고
   스탬핑 장치를 이용하여 상기 예열된 판재를 브레이크 디스크로 열간 성형하는 단계;
   를 포함하고,
   상기 판재는 0.1 내지 0.3 중량%의 탄소(C), 1 내지 2 중량%의 규소(Si), 1.0 내지 3.5 중량%의 망간(Mn), 0.01 내지 0.02 중량%의 붕소(B), 0.5 내지 1 중량%의 크롬(Cr), 0.01 내지 0.02 중량%의 인(P), 0.01 내지 0.02%의 황(S), 그리고 나머지의 철(Fe)을 포함하는 브레이크 디스크의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 판재를 예열하는 단계에서 상기 판재를 유도 가열하여 5 내지 10분 내에 900 내지 950도로 가열하는 브레이크 디스크의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 판재를 열간 성형하는 단계에서 냉각 장치를 이용하여 상기 브레이크 디스크를 다이 퀀칭(die quenching)하는 단계를 더 포함하는 브레이크 디스크의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 스탬핑 장치는 서로 마주보는 상부 금형 및 하부 금형을 포함하고,
   상기 상부 금형 또는 하부 금형에 설치된 가공 펀치를 이용하여 상기 브레이크 디스크에 볼트홀을 형성하는 브레이크 디스크의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 냉각 장치는 상기 상부 금형 및 하부 금형에 설치된 냉각 라인, 그리고 상기 냉각 라인에 냉각수를 공급하는 공급부를 포함하는 브레이크 디스크의 제조 방법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 냉각 라인의 단면 형상은 별 형상인 브레이크 디스크의 제조 방법.

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