KR930010312B1 - 차량용 휘일의 스피닝 성형방법 및 차량용 휘일의 스피닝 성형장치 - Google Patents

차량용 휘일의 스피닝 성형방법 및 차량용 휘일의 스피닝 성형장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

차량용 휘일의 스피닝 성형방법 및 차량용 휘일의 스피닝 성형장치
제1도는 특허청구의 범위 제1항 및 제2항의 실시예를 표시하는 단면도.
젝2도는 특허청구의 범위 제3항의 실시예의 수직 단면도.
제3도는 특허청구의 범위 제4항과 제5항의 실시예의 단면도.
제4도 및 제5도는 종래기술의 단면도.
본 발명은 차량용 휘일의 스피닝 성형방법 및 차량용 휘일의 스피닝 성형장치에 관한 것이다.
차량용 휘일 제조방법으로서, 스피닝 성형을 실시한 후에 열처리를 적용하는 방법이 알려져 있다.
이러한 제조방법에서 열처리가 적용될 때, 스피닝 성형가공을 받은 림부분이 가열에 의해서 쉽게 변형되므로, 타이어의 공기누출을 방지하는 것이 필요하다.
그러므로, 스피닝 성형이 수행될 때, 제4도에서 도시한 바와 같이 림부분(3)은 마무리 치수(도면에서 일점 쇄선으로 도시함) 보다 더 두껍게 형성된다.
그리고 열처리된 이러한 림부분은 마무리 치수로 절삭된다.
그러나, 상기에서 언급한 차량용 휘일의 종래제조방법은 전체 림부분의 두께가 마무리 치수보다 더 두껍게 형성되어 전체 림부분은 열처리된 후에 절삭되므로, 절삭작업에, 결과적으로는 차량용 휘일의 제조작업에 필요한 시간 및 노동력이 많이들고, 소재의 생산수율이 저하된다는 점에서 첫번째 단점을 가지고 있다.
또한, 차량용 휘일을 종래기술로 스피닝 성형할 때, 차량용 휘일의 소재는 성형다이(맨드릴; mandrel)의 둘레(periphery) 상에 배치되고, 상기 차량용 휘일 소재는 성형다이와 함께 회전되면서 회전프레스장치(rotary pressing device)에 의해서 성형다이를 따라서 인발되는 방식으로 수행된다.
그러나, 성형 다이(맨드릴)는 차량용 휘일에 대해 고유한 것이 요구되므로 림의 폭이 다른 차량용 휘일이 성형되어야 할 경우 별도로 준비된 성형다이(맨드릴)로 교환하는 것이 필요하다.
그러므로, 차량용 휘일을 스피닝 성형하기 위해서 여러종류의 성형다이(맨드릴)가 준비되어야 하며, 결국 성형다이(맨드릴)의 제조 코스트는 증가하고, 더욱이 성형다이(맨드릴)를 유지하는 데 많은 시간과 노동력이 소비된다는 점에서 두번째 단점을 가지고 있다.
또한, 종래기술에서, 스피닝 성형이 수행될 때, 먼저 소재가 주조되며, 이러한 주조소재는 스피닝 성형된다.
이러한 경우에, 종래의 기술에서는 성형재료로서, 소위 4C-재료(JIS H 5202 참조)(예를 들면, Cu : 1.006중량%, Mg : 0.33중량%, Fe : 0.12중량%, Mn : 0.006중량%, Ti : 0.115중량%, Sb : 0.112중량%, 및 잔부 : Al)가 사용된다.
그리고 이러한 성형재료를 주조함으로써, 소재는 제조되고, 이 소재는 스피닝 성형된다.
그러나, 종래의 성형재료를 사용하여 소재가 주조된 후 스피닝 성형된 것은 전성의 결핍으로 인하여 성형성이 좋지 않다.
또한, 종래의 기술에서, 예를들면, 차량용 휘일(W)이 스피닝 성형될 때, 제5도에서 도시한 바와 같이, 디스크 부분(D) 및 원통형 림소재(3)는 차량용 휘일소재(1)를 얻기 위하여 단조 또는 주조에 의해서 성형된다.
회전프레스장치(2)에 의해서 화살표 방향으로 림성형 맨드린(12)의 바깥둘레에 맞물려 있는 상기 소재(1)를 인발함으로써, 림부분(31)은 형성된다(일본국 우선 공개특허공보 제 86-115640호).
그러나, 상기에서 언급한 바와 같이 이러한 종래의 스피닝 성형방법에서, 성형될 원통형 소재(원통형 림소재; 3)가 성형 맨드릴(림성형 맨드릴; 12)상에 위치될 때, 성형될 상기 원통형 소재(원통형 림소재; 3)는 상기 성형 맨드릴(림성형 맨드릴; 12)의 성형면(126)과 밀접하게 접촉한다.
앞서 언급한 바와 같이 이러한 원통형 소재(3)가 회전프레스장치(2)를 통해서 인발될 때, 전술한 배열로 인하여 원통형 림소재(3)와 맨드릴(12)의 성형면(126)과의 사이에서 마찰이 발생한다.
그러므로, 이것을 원통형 소재(3)를 성형면(126)의 돌출부(림플랜지 성형부분)를 따라서 인발하는 데 많은 시간과 노동력이 소비된다.
또한, 상기에서 언급한 바와 같이, 이러한 종래의 스피닝 성형방법에서, 성형될 원통형 소재(원통형 림소재; 3)는 그것의 둘레의 가장자리부분(peripheral edge)쪽으로 갈수록 점차 얇게되므로 원통형 소재(3)가 회전프레스장치(2)에 의해서 성형면(126)의 돌출부(림 플랜지 성형부분)을 따라 인발될 때, 융기부(311)의 두께가 두껍게 형성되기가 어렵다.
더욱이, 상기에서 언급한 바와 같이, 이러한 종래의 스피닝 성형방법에서, 성형될 원통형 소재(원통형 림소재; 3)와 클램핑될 플레이트 부분(디스크 부분; D)과의 사이의 접촉부분의 두께가 두꺼우므로, 상기 소재(1)가 주조될 때 연결부분에서 취약부분이 쉽게 발생하여 스피닝 성형된 제품의 강도가 유지되기 어렵다.
또한, 상기에서 언급한 바와 같이, 이러한 종래의 스피닝 성형방법에서, 성형될 원통형 소재(원통형 림소재; 3)가 성형 맨드릴(림 성형 맨드릴; 12) 상에 위치될 때, 성형될 상기 원통형 소재(원통형 림 소재; 3)는 성형 맨드릴(림 성형 맨드릴; 12)의 성형면(126)과 밀접하게 접촉한다.
상기에서의 설명에 따라, 원통형 소재(3)가 회전프레스장치(2)에 의하여 인발될 때 원통형 소재(3)와 맨드릴(12)의 성형면(126)과의 사이에 마찰이 발생한다. 그러므로, 성형면(126)을 따라서 원통형 소재(3)를 인발하는데는 많은 시간과 노동력이 소비된다.
또한, 종래의 기술에서, 차량용 휘일이 스피닝 성형될 때, 휘일용 소재는 성형 맨드릴 상에 설치되어, 차량용 휘일용 소재는 맨드릴이 회전되는 동안 맨드릴의 성형면을 따라서 프레스부재에 의해서 인발된다.
그러나, 상기에서 언급한 바와 같은, 종래의 스피닝 성형방법에서, 차량용 휘일의 스포오크(spoke) 부분과 림부분과의 사이의 연결부분은 맨드릴에 대해 인발 기울기를 제공할 필요성의 관점에서 필수적으로 크게 된다.
그러므로, 이러한 차량용 휘일의 무게는 쉽게 무거워진다.
또한, 종래의 스피닝 성형에서, 성형될 주조소재는 맨드릴상에 위치되어, 성형될 소재가 맨드릴과 함께 회전되고 프레스용 주걱(spatula)으로 프레스되면서 성형될 소재는 맨드릴용 따라서 소정의 형상으로 인발된다.
그러나, 상기에서 언급한 바와 같은 스피닝 성형방법은 성형될 주조소재의 연성을 이용하는 성형방법이므로, 성형될 이러한 소재가 복잡한 형상으로 신속하게 기계 가공될 때 성형될 소재에서 무리가 발생하며 크랙이 쉽게 발생한다는 점에서 세번째 단점을 가지고 있다.
본 발명에 의해서 해결되어야 하는 문제점은 종래의 기술에 있어서의 고유한 상기 단점들을 제거하는 것이다.
그러므로 본 발명의 제1목적은 첫번째 단점을 제거하는 것이다.
그리고 이 목적은 림 소재가 디스크 부재의 둘에의 가장자리부분(peripheral edge)에 일체로 형성된 휘일 소재를 준비하는 단계, 상기 디스크 부재의 축을 중심으로하여 상기 휘일 소재를 회전시키면서 맨드릴 또는 테일스톡에 따라서 상기 림소재를 스피닝성형함으로써 림부분을 형성하는 단계, 이러한 스피닝 성형된 소재를 열처리한 후 절삭가공하는 단계로 구성되어 있는 차량용 휘일의 제조방법에 있어서, 상기 림부분의 양 둘레의 가장자리부분만이 두께를 마무리 치수보다 더 두껍게 형성하고, 스피닝성형 완료후 상기 림부분의 양 둘레의 가장자리 부분을 절삭가공함으로써 마무리치수로 하는 것을 특징으로 하는 차량용 휘일의 제조방법을 제공함으로써 달성된다.
제1목적은 특허청구의 범위 제1항에 있어서 상기 림부분의 상기 양 둘레의 가장자리부분이 림험프부분과 림플랜지부분인 것을 특징으로 하는 차량용 휘일의 제조방법을 제공함으로써 역시 달성된다.
본 발명의 제2목적은 두번째 단점을 제거하는데 있다.
상기 제2목적은 그것의 그 둘레에 차량용 휘일소재가 위치되는 성형다이와, 상기 성형다이와 함께 상기 휘일소재를 회전되는 동안 상기 성형다이를 따라서 상기 휘일소재를 인발하는 별도로 제조된 회전프레스장치로 구성된 차량용 휘일의 스피닝 성형장치에 있어서, 상기 성형다이의 드롭센터(drop center)성형부분이 그것의 축을 통하여 수직방향으로 절단되어 있고, 보조성형다이는 이 절단면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 휘일의 스피닝 성형장치를 제공함으로써 달성된다.
본 발명의 제3목적은 세번째 단점을 제거하는 것이다.
제3목적은 성형될 주조소재가 그위체 위치되는 맨드릴과; 상기 맨드릴의 회전에 따라서 회전되는 상기 성형된 주조소재를 가열하기 위한 가열수단; 및 상기 성형될 주조소재가 상기 맨드릴을 따라서 인발되도록 상기 회전되고 있는 성형될 주조소재를 프레스하기 위한 프레스용 주걱으로 구성되어 있는 차량용 휘일의 스피닝 성형장치에 있어서, 상기 성형될 주조소재의 성분은 Si : 5.0 내지 9.0%, Mg : 0.15 내지 0.4%, Ti≤0.2%, Fe≤0.3%, Al : 잔부 또는 Si≤0.2%, Mg : 2.5 내지 5.5%, Ti≤0.2%, Mn≤0.6%, Al : 잔부인 것을 특징으로 하는 차량용 휘일의 스피닝 성형장치를 제공함으로써 달성된다.
제3목적은 특허청구의 범위 제4항에 있어서, 상기 성형될 주조소재는 상기 가열수단에 의해서 230 내지 400℃ 정도로 가열될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량용 휘일의 스피닝 성형장치를 제공함으로써 달성된다.
특허청구의 범위 제1항과 제2항의 실시예를 제1도를 참고하여 설명한다.
제1도에서 부재번호 11, 12는 축을 중심으로 하여(축의 주위에서) 회전가능한(화살표 참조) 한쌍의 맨드릴을 표시한다. 맨드릴이란 선반, 프라이스반, 기어커팅기 등으로 중앙에 구멍이 있는 공작품을 공작하는 경우에 그 구멍에 끼워지는 심봉이며 각종의 형상의 것이 있다.
또 맨드릴 대신에 사용될 수 있는 테일스톡은 선반에서 베드의 위를 움직이는 대(台), 주축대에 대하여 공작물의 오른쪽 끝부분을 지지하기 위해 센터를 끼워 넣는 것이며, 또 센터대신에 드릴은 삽입하여 드릴링을 행하기 위한 것이다.
부재번호 2는 이하에서 설명될 차량용 휘일의 중간소재(3)가 스피닝 성형될 때 사용되는 맨드릴(11,12)과 짝을 이루는 회전프레스장치를 표시한다.
부재번호 3은 맨드릴(11,12)사이에 끼워져 있는 차량용 휘일의 중간소재를 표시한다.
이러한 차량용 휘일의 중간소재(3)는 휘일의 소재(도시하지 않음)를 맨드릴(11,12) 사이에 끼우고, 회전시키면서 맨드릴의 바깥표면을 따라서 회전프레스장치(2)에 의해 인발함으로써 스피닝성형된다.
차량용 휘일의 중간소재(3)가 성형되는 경우, 림부분(31)에 있어서, 림플랜지부분(311)의 두께와 림험프(hump)부분(312)의 두께는 마무리치수(제1도에서 일점 쇄선으로 도시되어 있음)보다 더 두껍게 형성되어 있다.
맨드릴(11,12)에서 제거된 후, 차량용 휘일의 중간소재(3)는 가열되고, 림플랜지부분(311)의 두께와 림험프부분(312)의 두께는 마무리치수로 마무리가공되어 차량용 휘일이 얻어진다.
특허청구의 범위의 제1항에 차량용 휘일의 제조과정이 상기 기술한 바와 같은 방식으로 구성되어 있기 때문에, 림부분이 스피닝성형을 통해서 성형될때, 림부분의 둘레의 가장자리 부분만이 두께가 마무리치수보다 두껍게 형성되고 열처리후의 절삭처리는 단지 이 둘레의 가장자리 부분에만 적용된다.
따라서, 이어지는 공정에서 절삭처리가 요구되는 부분이 더 작아진다.
결국 이러한 차량용 휘일의 제조과정이 채용된다면 스피닝 성형후 실행되어야 할 열처리후의 절삭처리에 관한 시간과 노동이 절감되므로 차량용 휘일은 쉽게 제조될 수 있고 재료의 생산성도 향상된다.
다음에, 특허청구의 범위 제3항의 실시예를 제2도를 참고하여 설명한다.
제2도에 있어서, 부재번호 12는 스피닝 성형 맨드릴(본 발명의 "성형다이"에 대응됨)이고, 이것은 그것의 축(127)을 중심으로 하여 회전가능하다.
이러한 맨드릴(12)에 있어서, 부재번호 126은 리버스 림(reverse rim) 성형부분을 표시하고 부재번호 13은 드롭 센터 성형부분이다.
그런데, 이러한 맨드릴(12)은 드롭 센터 성형부분(13)에서 축에 대해서 수직 방향으로 절단되어 외측 부분(121)과 내측부분(122)으로 나눠진다.
또한 부재번호 4는 맨드릴(12)의 외측부분(121)과 내측부분(122) 사이에 제거 가능하게 끼워져있는 성형보조다이를 표시한다.
이 성형 보조다이(4)의 둘레표면은 맨드릴(12)의 드롭센터(13)의 성형부분과 함께 동일면을 이루고 스피닝 성형할 때 드롭센터 성형부분으로서 작용한다.
부재번호 41은 맨드릴(12)의 외측부분(121)과 내측부분(122)에 성형보조다이(4)를 고정하기 위해 채택된 고정볼트를 표시한다.
차량용 휘일은 상술한 것과 같은 구조의 스피닝 성형다이장치로 이하의 방식으로 성형된다.
첫째로, 차량용 휘일의 소재(도시되어 있지 않음)는 이 소재가 맨드릴(12)의 바깥표면과 맞물려서 보조맨드릴(11)에 의해서 클램핑되기 위해 맨드릴(12)상에 장착된다.
또한 이 휘일 소재가 축을 중심으로 하여 회전하는 동안에, 휘일소재는 화살표로 표시된 것과 같은 방향으로 있는 회전프레스장치(2)에 의해서 간단하게 인발된다.
그결과 제2도에 도시된 것과 같은 차량용 휘일이 형성된다.
이러한 경우에 있어서, 성형보조다이(4)의 둘레표면은 차량용 휘일(W)의 드롭센터의 일부를 형성한다.
특허청구의 범위 제3항의 차량용 휘일의 스피닝 성형장치는 상술된 바와 같은 방식으로 구성되어 있기 때문에, 스피닝 성형될 차량용 휘일의 림의 폭은 이 성형보조다이의 폭을 변경시킴으로써 조정가능하다.
따라서, 여러 종류의 성형보조다이가 사전에 준비되고 필요에 따라 적당하게 선택된다면, 림의 폭이 다른 차량용 휘일은 현재형상의 성형다이로 스피닝 성형될 수 있다.
그러므로, 본 발명에 따른 차량용 휘일의 스피닝 성형다이장치가 사용된다면, 림의 폭이 다른 차량용 휘일을 스피닝 성형하기 위해서 여러 종류의 성형 다이(맨드릴)를 더 이상 준비할 필요가 없다.
결국, 성형 다이(맨드릴)의 제조코스트는 저하되고 성형다이(맨드릴)의 정비는 비교적 쉽게 된다.
다음, 특허청구의 범위 제4항과 제5항의 실시예를 제3도를 참고하여 설명한다.
제3도에서, 참조문자(A)는 스피닝 성형장치를 표시하고 그리고 부재번호 125는 스피닝 성형장치(A)의 회전축을 표시한다. 이러한 회전축(125)은 축을 중심으로 하여 회전가능하다.
부재번호 12는 회전축(125)의 바깥가장자리와 제거가능하게 맞물린 맨드릴을 표시한다. 이러한 맨드릴(12)의 가장자리표면은 스피닝 성형 차량용 휘일(W)을 스피닝 성형하기 위한 다이부분(126)을 형성한다.
부재번호 1은 주조성형 차량용 휘일소재(본 발명의 "성형될 주조소재"에 대응함)를 표시하며, 그리고 주조성형 차량용 휘일소재의 성분은 Si : 5.0 내지 9.0%, Mg : 0.15 내지 0.4%, Ti : ≤0.2%, Fe : ≤0.3%, Al : 잔부 또는 Si≤0.2%, Mg : 2.5 내지 5.5%, Ti≤0.2%, Mn≤0.6%, Al : 잔부이다.
그것은 AC4 재료(JIS H 5202 참조)로 부터 성형될 수 있다.
이러한 차량용 휘일 소재(1)는 맨드릴의 한측면상에 배치되며, 테일 스톡(11)에 의해 클램핑된다.
전술한 이유때문에 맨드릴(12)의 회전에 따라 차량용 휘일소재(1)는 동일한 방향으로 회전된다.
이러한 차량용 휘일 소재(1)는 주조에 의하여 제조되며, 맨드릴(12)과 테일스톡(11)사이에 끼워져 있는 디스크부분(D)과 림소재(3)(도면의 가상선 참조)로 구성되어 있다.
만약 림소재(3)가 맨드릴(12)을 최전시키면서 프레스용 주걱(2)에 의해 화살표에 의해 도시된 방향으로 인발된다면, 림(31)은 스피닝 성형된다.
부재번호 8은 버어너(본 발명의 "가열수단"에 대응함)를 표시하며, 림소재(3)를 가열하기 위하여 채용된다.
이러한 버어너(8)는 프레스용 주걱(2) 상에 배치되고, 프레스용 주걱(2)의 이동에 따라 이동된다.
상기 이유때문에, 프레스용 주걱(2)의 작업부분은 부분적으로 가열될 수 있다.
림(31)이 스피닝 성형될 때, 소재(3)가 버어너(8)에 의해 230℃ 내지 400℃까지 가열되는 것이 바람직하다.
이러한 이유는 만약 가열온도가 230℃ 보다도 낮다면 성형성은 나빠지며 균열이 발생되는 반면에 가열온도가 400℃ 또는 그 이상이라면 디스크 부분(D : 차량용 휘일소재)이 너무 연해져서 쉽게 변형되기 때문이다.
또한 림소재(3)의 온도를 온도범위(230℃ 내지 400℃)내에 설정시키기 위해, 림소재(3)의 성형 부분의 온도는 적외선 온도계에 의해 측정되고, 그리고 가스 버어너(8)의 화력은 피드백 시스템에 따라 조정된다.
맨드릴(12)의 회전이 시작될 때, 버어너(8)는 점화되고 그리고 버어너는 이 회전이 정지될 때 꺼진다.
우선 이러한 스피닝 성형장치(S)에 의해 차량용 휘일을 스피닝 성형하기 위해, 주조차량용 휘일소재(1)는 맨드릴(2) 상에 위치된다.
그리고 테일스톡(11)에 의해 클램핑된 후, 맨드릴(12)은 약 300RPM의 속도로 회전된다. 이때에, 버어너(8)는 동시에 점화되고, 림소재(3)를 가열하기 시작한다.
그리고 림소재의 온도가 소정온도(230 내지 400℃)에 도달하면, 이 림소재(3)는 프레스용 주걱(2)에 의해 화살표로 도시된 방향으로 인발되어 차량용 휘일(W)이 얻어진다.
차량용 휘일(W)을 성형한 후, 맨드릴(12)은 회전을 멈춘다.
이때에 가스 버어너(8)는 동시에 꺼진다.
또한, 성형될 주조성형소재를 가열하기 위하여 맨드릴 및/또는 프레스용 주걱이 가열될 수 있다.
스피닝 성형장치가 전술한 바와 같이 구성되므로, 성형될 주조소재의 양호한 연성을 유지하면서 스피닝 성형이 수행될 수 있다.
그 결과, 성형될 주조소재가 맨드릴을 따라 용이하게 인발될 수 있다.
그러므로 성형될 주조소재가 신속하게 복잡한 형상으로 기계가공될 때라도 성형될 소재에 부적당함이 일어나지 않는다.
그 결과 균열은 이러한 소재에서 거의 발생되지 않는다.
성형될 소재는 가열수단에 의해 230 내지 400℃로 가열될 수 있는 것은 바람직하다.
왜냐하면 가열 온도가 230℃보다 낮으면 성형성이 열화되어 균열이 발생되기 때문이다.
반면에, 가열온도가 400℃이상이면, 성형될 소재는 너무 유연해져서 성형될 소재의 맨드릴 고정부가 쉽게 변형된다.
따라서 본 발명에 따른 스피닝 성형장치가 사용되면, 성형될 주조소재는 용이하게 복잡한 형상으로 신속하게 기계가공될 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예가 도면을 참조하여 위에서 상술되었으나 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 여러가지 많은 변화와 수정이 가해질 수 있다.
따라서 본 발명의 바람직한 실시예는 예시적으로 개시된 것이지 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아니라는 것은 물론이다.

Claims (3)

  1. 림소재가 디스크 부재의 둘레의 가장자리부분에 일체로 형성된 휘일소재를 준비하는 단계; 상기 디스크 부재의 축을 중심으로 하여 상기 휘일소재를 회전시키면서 맨드릴 또는 테일스톡에 따라서 상기 림소재를 스피닝 성형함으로써 림부분을 형성하는 단계; 및 스피닝 성형된 소재를 열처리한 후 절삭가공하는 단계; 로 구성되어 있는 차량용 휘일의 제조방법에 있어서, 상기 림부분의 양 둘레의 가장자리만의 두께를 마무리치수보다 더 두껍게 형성하고, 스피닝성형 완료후 상기 림부분의 양 둘레의 가장자리부분을 절삭가공함으로써 마무리 치수로 하는 것을 특징으로 하는 차량용 휘일의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 림부분의 상기 양 둘레의 가장자리부분은 림험프 부분과 림플랜지부분인 것을 특징으로 하는 차량용 휘일의 제조방법.
  3. 그것의 둘레에 차량용 휘일소재가 위치되는 성형다이; 및 상기 성형다이와 함께 상기 휘일소재가 회전되는 동안 상기 성형다이를 따라서 상기 휘일소재를 인발하는 별도로 제조된 회전프레스 장치로 구성되어 있는 차량용 휘일의 스피닝 성형장치에 있어서, 상기 성형 다이에서의 드롭센터 성형부분이 그것의 축을 통해서 수직방향으로 절단되어 있고, 보조성형다이는 이 절단면에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 휘일의 스피닝 성형장치.
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