KR20210083920A

KR20210083920A - 압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법 및 이 방법이 적용된 중앙부 확관형 인너튜브

Info

Publication number: KR20210083920A
Application number: KR1020190176699A
Authority: KR
Inventors: 이세영
Original assignee: 린노알미늄 주식회사
Priority date: 2019-12-27
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2021-07-07

Abstract

본 발명은 알루미늄 빌렛(Billet)을 사용하여 중공압출공정에 의해 가공한 알루미늄 압출튜브를 냉간·단조의 간단한 공정에 의해 중앙부 확관형 인너튜브를 제조함으로서, 생산성이 높고, 가공한 성형물의 표면결함 발생을 억제한 것을 특징으로 하는 압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법 및 이 방법이 적용된 중앙부 확관형 인너튜브에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 알루미늄 압출튜브를 냉간·단조의 간단한 공정에 의해 중앙부 확관형 인너튜브를 제조함으로서, 생산성이 높고, 가공한 성형물의 표면결함 발생이 억제되는 효과가 있으며, 특히, 본 발명은 CAE(computer aided engineering) 연계 성형 해석 기술을 적용하여 예측한 시뮬레이션 성형 해석을 바탕으로 중앙 확관형의 인너튜브 형상을 성형함으로써, 압출재의 결함 및 파단을 방지하고 고른 조직을 갖는 우수한 기계적 성질의 인너튜브의 제조가 가능한 효과가 있고, 또한 기존 인너튜브는 철강소재를 사용하여 무게가 많이 나가는 단점을 가지고 있으나 본 발명에 따른 알루미늄 소재를 적용한 인터튜브 개발로 자동차의 부품의 경량화 및 고급화에 기여함으로써, 압출 및 단조를 혼합한 복합 공법으로 제품을 개발하여 향후 다양한 제품에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

Description

압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법 및 이 방법이 적용된 중앙부 확관형 인너튜브{Method for manufacturing center expansion inner tube using extrusion and forging hybrid process, and center expansion inner tube to which this method is applied}

본 발명은 압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법 및 이 방법이 적용된 중앙부 확관형 인너튜브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 빌렛(Billet)을 사용하여 중공압출공정에 의해 가공한 알루미늄 압출튜브를 냉간·단조의 간단한 공정에 의해 중앙부 확관형 인너튜브를 제조함으로서, 생산성이 높고, 가공한 성형물의 표면결함 발생을 억제한 것을 특징으로 하는 압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법 및 이 방법이 적용된 중앙부 확관형 인너튜브에 관한 것이다.

자동차 마운트용 부시는 자동차의 연결부위 또는 서스펜션류에 위치하여 자동차가 요철 부위를 지날 경우 충격을 흡수하는 장치로서 주행 중 노면에서 전달되는 진동충격을 흡수하여 자동차의 승차감과 주행 안정성을 향상 시키는 부품이며 인너튜브에 고무성형을 하여 사용하는 기능성 부품이다.

자동차의 서스펜션 마운트 부시류에 사용되는 인너튜브는 방진구의 지지대로써 하중을 지지하는 충분한 강도와 강성을 가지는 것이 요구되므로 경도, 좌굴강도, 치수정밀도 등이 중요하므로 철강소재를 사용하기 때문에 부품의 중량이 무거워 경량화에 대한 요구가 점차 확대되고 있다.

최근 선진국에서는 경량화 및 품질향상, 연비향상, 원가절감을 위해서 철에 비해 1/3 가량 가벼운 알루미늄을 사용한 인너튜브를 개발하여 사용하고 있다. 알루미늄 인너튜브를 사용하면 철강에 비해서 진동흡수(Damping Capasity) 능력이 향상되고, 경량화에 효과적 이어서 그 사용량이 점차적으로 증대되고 있다.

다단포머 공법을 통해서 제조되는 인너튜브는 중앙부가 확관되지 않는 파이프형과 중앙부가 확관되어 있는 중앙부 확관형의 형태가 있다. 중앙부 확관형의 인너튜브는 경성 소재인 철을 사용할 경우에는 치수정밀도가 낮아지는 문제점이 있으며, 연성 소재인 알루미늄을 사용할 경우에는 인너튜브의 중앙부의 확관을 위한 단조 과정에서 인너튜브의 확관되는 면에 균열들이 발생하는 문제점이 있다.

한편, 확관형 형태의 마운팅 파이프를 제조하기 위한 종래의 공정을 살펴보면, 특허문헌 1에 도 1에 도시된 바와 같이 (a) 업셋팅, (b) 후방 압출, (c) 업셋팅 및 후방부 동시 압출, (d) 피어싱, (e) 전방 압출에 의한 후방부 가공 예비성형 및 (f)의 후방부가 직각 단차 형성되도록 최종 성형하는 6 단계의 공정을 거쳐 마운팅 파이프를 성형하는 방법이 알려져 있고, 특허문헌 2에 아래 도 2에 도시된 바와 같이, 업셋팅, 예비성형, 동시후방압출, 피어싱, 전방압출 및 업셋팅의 6 공정을 거쳐 확관형 형태의 마운팅 파이프를 제조하는 방법이 알려져 있다.

상기 특허문헌 1, 2에 알려진 바와 같은 종래 마운팅 파이프 제조방법에 의하면 제조 공정이 복잡하고 까다롭고 시간이 많이 걸리며, 복잡한 공정들로 인해 제조원가가 크게 상승하는 단점과 품질이 균일하지 못한 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 복잡한 공정을 거치지 아니하고, 특허문헌 3에 도시된 바와 같은 포머 단조기를 이용하여 압출 및 단조의 간단한 2 공정에 의해 중앙부 확관형 인너튜브를 하여 상기에서 열거한 바와 같은 문제점들을 해결함으로써, 발명을 완성하게 되었다.

국내 등록특허공보 제10-0815529호(2008년 3월 24일 공고) 마운팅 파이프 성형 방법 및 이를 통해 성형된 마운팅파이프 국내 등록특허공보 제10-0908919호(2009년 7월 23일 공고) 자동차용 마운팅 파이프 제조방법

상기와 같은 문제점들을 개선하기 위한 방안으로, 본 발명은 알루미늄 빌렛(Billet)을 사용하여 중공압출공정에 의해 가공한 알루미늄 압출튜브를 냉간·단조의 간단한 공정에 의해 중앙부 확관형 인너튜브를 제조함으로서, 생산성이 높고, 가공한 성형물의 표면결함 발생을 억제한 것을 특징으로 하는 압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법 및 이 방법이 적용된 중앙부 확관형 인너튜브을 제공하는 것을 과제로 한다.

특히, 본 발명은 CAE(computer aided engineering) 연계 성형 해석 기술을 적용하여 단조 시 발생하는 유효 응력을 예측하고, 금형의 파손 우려, 제품의 터짐 등을 시뮬레이션으로 형상을 예측한 성형 해석을 바탕으로 중앙 확관형의 인너튜브 형상을 성형함으로써, 압출재의 결함 및 파단을 방지하고 고른 조직을 갖는 우수한 기계적 성질의 인너튜브의 제조가 가능한 것을 특징으로 하는 압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법 및 이 방법이 적용된 중앙부 확관형 인너튜브을 제공하는 것을 다른 과제로 한다.

상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명은 압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법에 있어서, 알루미늄 빌렛(B)의 길이 방향을 따라 내부에 중공이 형성되도록 중공압출기를 이용하여 중공 인너파이프(P)를 성형하는 압출공정(P100)과; 상기 중공 인너파이프(P)를 일정 크기로 절단하여 중공형 인너튜브(S)로 가공하는 절단공정(P200) 및; 상기 중공형 튜브를 냉간단조포머를 이용하여 튜브의 중앙부가 확장된 중앙부 확관형 인너튜브(T)를 성형하는 냉간단조공정(P300);을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법을 과제의 해결 수단으로 한다.

그리고 본 발명은 상기의 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 중앙부 확관형 인너튜브를 과제의 다른 해결 수단으로 한다.

한편, 압출공정(P100)에서 중공압출기의 다이 내에 장착된 코어금형의 온도는 490~540℃인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉간단조공정(P300)에서 중공형 인너튜브(S)를 다이측 금형(10)과 펀치측 금형(20)을 이용하여 4차 단조를 실시하여 점차적으로 중공형 인너튜브(S)의 중앙부가 확관되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법에 의하면, 알루미늄 압출튜브를 냉간·단조의 간단한 공정에 의해 중앙부 확관형 인너튜브를 제조함으로서, 생산성이 높고, 가공한 성형물의 표면결함 발생이 억제되는 효과가 있다.

특히, 본 발명은 CAE(computer aided engineering) 연계 성형 해석 기술을 적용하여 예측한 시뮬레이션 성형 해석을 바탕으로 중앙 확관형의 인너튜브 형상을 성형함으로써, 압출재의 결함 및 파단을 방지하고 고른 조직을 갖는 우수한 기계적 성질의 인너튜브의 제조가 가능한 효과가 있다.

그리고, 기존 인너튜브는 철강소재를 사용하여 무게가 많이 나가는 단점을 가지고 있으나 본 발명에 따른 알루미늄 소재를 적용한 인터튜브 개발로 자동차의 부품의 경량화 및 고급화에 기여함으로써, 압출 및 단조를 혼합한 복합 공법으로 제품을 개발하여 향후 다양한 제품에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

도 1 및 도 2는 종래의 방법에 의해 확관형 형태의 마운팅 파이프를 제조하는 공정을 나타낸 도면.
도 3은 종래의 포머 단조기의 구성을 나타낸 평면 도면
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조공정을 나타낸 블럭도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 중앙부 확관형 인너튜브의 외관 및 내부 단면을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 압출 공정에 의해 알루미늄 빌렛(Billet)을 중공형 파이프로 성형하는 과정을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따라 압출 공정에 의해 성형시킨 중공형 파이프를 단조프레스를 이용하여 중앙부 확관형 인너튜브를 성형하는 과정을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 적용하는 CAE 연계 성형 해석프로그램에 의한 압출시 발생하는 금형의 조건에 대한 시뮬레이션 도면.
도 9는 본 발명에 적용하는 CAE 연계 성형 해석프로그램에 의한 압출시 발생하는 금형부의 응력 변화를 확인하기 위한 시뮬레이션 도면.
도 10은 본 발명에 적용하 는CAE 연계 성형 해석프로그램에 의한 단조 시 금형 및 제품에 발생하는 유효 응력의 변화를 확인하기 위한 시뮬레이션 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하고 있다. 한편, 각 도면 및 상세한 설명에서 일반적인 금속의 압출·단조 공정 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다.

본 발명에 따른 압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 알루미늄 빌렛(B)을 압출공정(P100), 절단공정(P200) 및 냉간단조공정(P300)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법에 대하여 첨부된 도면 4 내지 7을 중심으로 상세히 설명하면 아래의 내용과 같다.

본 발명은 압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법에 있어서, 압출공정(P100)은 도 6(a)에 도시된 바와 같은 알루미늄 빌렛(B)을 도 6(b)에 도시된 바와 같은 코어 금형을 압출 다이 내에 장착한 중공압출기를 이용하여 알루미늄 빌렛(B)을 길이 방향을 따라 내부에 중공이 형성되도록 가공하여 도 6(c)에 도시된 바와 같은 형상을 갖는 직관형 중공 인너파이프(P)를 성형하는 공정이다.

상기 압출공정(P100)에서 압출 다이 내에 장착한 코어 금형의 온도는 490~540℃인 것이 바람직하다. 램의 속도를 3.0mm/s의 속도로 유지하면서 압출시 490℃ 미만이 될 경우에는 알루미늄이 충분하게 용융되지 아니하여 제대로 압출 성형이 되지 않을 우려가 있고, 550℃를 초과할 경우에는 금형 앞부분에 개재물이 형성되어 압출 시 중공형 인너튜브(S)의 표면에 픽업(pick-up) 현상과 표면 결함인 오렌지 필(Orange Peel)이 발생할 우려가 있다.

절단공정(P200)은 상기 압출공정(P100)에 의해 성형된 직관형 중공 인너파이프(P)를 사용하고자 하는 용도에 맞게 적당한 크기로 절단하여 중공형 인너튜브(S)로 가공하는 공정이다.

냉간단조공정(P300)은 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 중공형 튜브(S)를 냉간단조포머를 이용하여 튜브의 중앙부가 확장된 중앙부 확관형 인너튜브(T)를 성형하는 공정이다.

상기 냉간단조공정(P300)은 도 3에 도시된 바와 같은 포머 단조기에서 소재 공급롤러를 따라 직관형 중공형 튜브(S)가 이동하면서 1차 단조공정에서 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 다이측 금형(10)과 펀치측 금형(20)에 의해 직관형 중공형 튜브(S)가 1차적으로 확관되고, 도 7(b)에 도시된 바와 같이 2차 단조공정으로 이동하여 다시 다이측 금형(10)과 펀치측 금형(20)에 의해 직관형 중공형 튜브(S)가 2차적으로 확관되고, 도 7(c) 및 도 7(d)의 공정을 3차 단조공정 및 4차 단조공정을 거쳐 3차 확관 및 4차 확관을 거쳐 중앙부가 확장된 중앙부 확관형 인너튜브(T)가 성형되어진다.

특히 본 발명은 중앙부 확관형 인너튜브(T)를 제조하기 위한 공정에서, CAE(computer aided engineering) 연계 성형 해석 기술을 적용하여 뮬레이션에 의해 최적의 공정 조건을 제시함으로써, 압출공정(P100)에서 유효 응력 분포 해석 시 금형 전체에 응력집중부가 없고 고르게 분포되어 있어 응력 집중에 의한 결함 발생 가능성이 낮고, 파단 없이 연장된 금형 수명의 예측이 가능하고,냉간단조공정(P300)에서 금형 설계 시뮬레이션을 통해 제품의 형상과 응력 분포를 분석하여 제품의 터짐 및 오렌지 필(Orange Peel) 형성 유무 등 T/O 이전에 생산하고자 하는 제품의 품질을 미리 예측이 가능한 장점이 있다.

참고로 본 발명에서 적용한 CAE(computer aided engineering) 연계 성형 해석은 (주)씨에이이테크놀러지 사의 QForm을 이용하여 최적의 조건을 도출하였다.

본 명세서에 첨부된 도면인 도 8은 본 발명에 적용하는 CAE 연계 성형 해석프로그램에 의한 압출시 발생하는 금형의 조건에 대한 시뮬레이션 도면이고, 도 9는 본 발명에 적용하는 CAE 연계 성형 해석프로그램에 의한 압출시 발생하는 금형부의 응력 변화를 확인하기 위한 시뮬레이션 도면이며, 도 10은 본 발명에 적용하 는CAE 연계 성형 해석프로그램에 의한 단조 시 금형 및 제품에 발생하는 유효 응력의 변화를 확인하기 위한 시뮬레이션 도면에 관한 것이다.

CAE 해석 기반 압출-단조 연계 공정을 구체적으로 설명하면 아래의 내용과 같다.

압출공정(P100) 시에는 도 8에 도시된 바와 같이 CAE 연계 성형 해석프로그램에 의해 금형의 온도 분포, 유효 응력, 압출부위 소성변형, 대칭성, 파단이나 마모 등을 예측하여 최적의 금형을 설계하기 위함이며 냉간단조용 압출소재를 생산하기 위한 첫 단계로서, CAE 연계 성형 해석프로그램을 바탕으로 설계한 금형으로 압출기에서 중공 인너파이프(P)를 생산한다.

따라서, 본 발명에 따라 압출공정(P100) 시에는 도 9에 도시된 바와 같이 응력 확인 해석 결과 전체적으로 응력이 고르게 분포되어 있고, 거의 없는 수준으로, 중심부에 가장 높은 값을 가지는 포인트도 13/1000 수준으로서 파단이나 마모 우려는 거의 없음으로 예측되었다.

냉간단조공정(P300) 시에는 도 10에 도시된 바와 같이 CAE 연계 성형 해석프로그램에 의해 단조 시 발생하는 유효 응력을 예측하고 금형의 파손 우려, 제품의 터짐 등을 예측하여 시뮬레이션으로 형상을 예측한다. 그리고, 금형 설계 시뮬레이션을 통해 제품의 형상과 응력 분포를 분석하여 제품의 터짐 및 Orange Peel 형성 유무 등 T/O 이전에 생산하고자 하는 제품의 품질을 미리 예측함으로써, 압출재의 결함 및 파단을 방지하고 고른 조직을 갖는 우수한 기계적 성질의 중앙부 확관형 인너튜브의 제조가 가능하다.

상기와 같이, 중앙부가 확장된 중앙부 확관형 인너튜브(T)를 알루미늄 빌렛(B)을 이용하여 압출공정(P100), 절단공정(P200) 및 냉간단조공정(P300)을 거쳐 제조하는 방법은 제조공정이 간단하여 생산성이 높고, 압출재의 결함 및 파단을 방지하고 기계적 성질이 우수한 중앙부 확관형 인너튜브의 제조가 가능한 효과가 있다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법 및 이 방법이 적용된 중앙부 확관형 인너튜브을 설명하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

10 : 다이측 금형 20 : 펀치측 금형
30 : 오목홈
B : 알루미늄 빌렛 P : 중공 인너파이프
S : 중공형 튜 T : 중앙부 확관형 인너튜브

Claims

압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법에 있어서,
알루미늄 빌렛(B)의 길이 방향을 따라 내부에 중공이 형성되도록 중공압출기를 이용하여 중공 인너파이프(P)를 성형하는 압출공정(P100)과;
상기 중공 인너파이프(P)를 일정 크기로 절단하여 중공형 인너튜브(S)로 가공하는 절단공정(P200) 및;
상기 중공형 튜브(S)를 냉간단조포머를 이용하여 튜브의 중앙부가 확장된 중앙부 확관형 인너튜브(T)를 성형하는 냉간단조공정(P300);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 압출공정(P100)에서 중공압출기의 다이 내에 장착된 코어금형의 온도는 490~540℃인 것을 특징으로 하는 압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 냉간단조공정(P300)에서 중공형 인너튜브(S)를 다이측 금형(10)과 펀치측 금형(20)을 이용하여 4차 단조를 실시하여 점차적으로 중공형 인너튜브(S)의 중앙부가 확관되도록 하는 것을 특징으로 하는 압출·단조 하이브리드 공법을 이용한 중앙부 확관형 인너튜브 제조방법.
청구항 1 내지 청구항 3의 방법 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 중앙부 확관형 인너튜브.