KR930010315B1 - 스피닝 성형소재 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

스피닝 성형소재

제1도는 특허청구의 범위 제1항의 성형능을 표시하는 그래프.

제2도는 그것의 전성(expansion) 시험결과를 도시한 그래프.

제3도는 특허청구의 범위 제2항 내지 제4항의 맨드릴 상에 위치한 차량용 휘일의 소재의 단면도.

제4도 내지 제9도는 특허청구의 범위 제5항의 실시예를 표시하는데, 제4도는 차량용 휘일의 소재의 바깥표면쪽을 표시하는 사시도.

제5도는 동일하게 그것의 반대표면쪽(reverse surface side)을 표시하는 사시도.

제6도는 그것의 배면도.

제7도는 제6도의 X-X선에 다른 단면도.

제8도는 맨드릴 상에 위치된 차량용 휘일의 소재를 표시하는 단면도.

제9도는 차량용 휘일의 최종 제품의 단면도.

제10도와 제11도는 종래기술의 단면도.

본 발명은 스피닝 성형소재에 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, 제10도에서 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 차량의 종래 제조방법은 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 저하된다.

또한, 차량용 휘일을 종래 기술로 스피닝 성형할 때, 차량용 휘일의 소재는 성형다이(맨드릴 : mandrel)의 둘레(preiphery)상에 배치되고, 상기 차량용 휘일소재는 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 휘일용 스피닝 성형하기 위해서 여러종류의 성형다이(맨드릴)가 준비되어야 하며, 결국 성형다이(맨드릴)의 제조 코스트는 증가하고, 더욱이 성형다이(맨드릴)를 유지하는데 많은 시간과 노동력이 소비된다.

종래 기술에서, 스피닝 성형이 수행될 때, 먼저 소재가 주조되며, 이러한 주조 소재는 스피닝 성형된다.

이러한 경우에, 종래의 기술에서는 성형재료로서, 4C-재료(JIS H 5202 참조)(예를 들면, Cu : 0.006중량%, 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 않다는 점에서 첫번째 단점을 가지고 있다.

또한, 종래의 기술에서, 예를 들면, 차량용 휘일(W)이 스피닝 성형될 때, 제11도에서 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 맨드릴(12)의 바깥둘레에 맞물려 있는 상기 소재(1)를 인발함으로써, 림부분(31)은 형성된다(일본국 우선 공개특허공보 제 86-115640).

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 원통 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, 이것은 원통형 소재(3)를 성형면(126)의 돌출부(림플랜지 성형부분)를 따라서 인발하는데 많은 시간과 노동력이 소비된다.

또한, 상기에서 언급한 바와 같이, 이러한 종래의 스피닝 성형방법에서, 성형될 원통형 소재(원통형 림 소재; 3)는 그것의 둘레의 가장자리(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 림 소재; 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 림 소재; 3)가 성형 맨드릴(림성형 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 소비된다는 것이 두번째 단점이다.

또한, 종래의 기술에서, 차량용 휘일이 스피닝형성될 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 인발기울기를 제공할 필요성의 관점에서 필수적으로 크게된다. 그러므로, 이러한 차량용 휘일의 무게는 쉽게 무거워진다는 것이 세번째 단점이다.

본 발명에 의해서 해결되어야 하는 문제점은 종래의 기술에 있어서의 고유한 상기 단점들을 제거하는 것이다.

본 발명의 제1목적은 첫번째 단점을 제거하는 것이다.

제1목적은 규소(Si) : 3 내지 6중량%와 마그네슘(Mg) : 0.2 내지 0.5중량%를 함유한 스피닝 성형소재를 제공함으로써 달성된다.

본 발명의 제2목적은 두번째 단점을 제거하는 것이다. 제2목적은 클램핑될 플레이트 부분, 상기 클램핑될 플레이트 부분의 둘레가장자리와 일체로 형성된 성형될 원통형 소재; 및 상기 성형될 원통형 소재가 소정의 형상으로 스피닝 성형될 때 상기 성형될 원통형 소재와 맞물리는(engaged) 바깥둘레를 가지고 있는 성형맨드릴로 구성되어 있는 스피닝 성형소재에 있어서, 상기 성형될 원통형 성형소재는 그것의 둘레가장자리쪽으로 갈수록 점차 확경되어 있고, 확경각도는 상기 원통형 소재의 둘레가장자리쪽으로 갈수록 단계적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형소재를 제공함으로써 달성된다. 제2목적은 특허청구의 범위 제2항에 있어서 상기 성형될 원통형 소재의 상기 확경각도는 단계적을 커지는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형소재를 제공함으로써 역시 달성된다. 제2목적은 특허청구의 범위 제2항 또는 제3항에 있어서 상기 성형될 원통형 소재의 상기 확경각도는 상기 성형면의 확경각도 보다 더 큰 것을 특징으로 하는 스피닝 성형소재를 제공함으로써 역시 달성된다.

본 발명의 제3목적은 세번째 단점을 제거하는 것이다. 제3목적은 원통형 몸체의 내부둘레표면상에 그폭방향을 따라 형성된 홈부분을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 원통형 소재를 제공함으로써 달성된다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

특허청구의 범위 제1항의 스피닝 성형의 소재에 있어서, (1) Si의 함유량이 3중량% 이하이면 주조중에 고온용융물의 유동성이 낮아져서 잉곳 파이핑 현상이 쉽게 발생되고, 또한 제1도와 제2도에 도시된 바와 같이 Si의 함유량이 6중량% 이상이면, 차량용 휘일의 충분한 강도는 보장될 수 있지만 전성은 낮아지므로 Si의 함유량은 3 내지 6중량%로 제한되고, (2) Mg의 함유량이 0.2중량% 이하이면, 인장강도는 제2도에 도시된 바와 같이 떨어지고, 또한 Mg의 함유량이 0.5중량% 이상이면 차량용 휘일의 전성은 낮아지므로 Mg의 함유량은 0.2 내지 0.5중량%로 제한된다.

차량용 휘일의 소재는 Si가 낮은 스피닝 성형 재료(Cu : 0.003중량%, Si : 4.6중량%, Mg : 0.36중량%, Fe : 0.12중량%, Mn : 0.004중량%, Ti : 0.10중량%, Sb : 0.078중량%, 및 잔부 : Al)로부터 주조되고, 이러한 휘일용 소재는 차량용 휘일을 제조하기 위해 스피닝 성형된다. 또한 이러한 차량용 휘일의 전성시험결과는 제1도와 제2도에 도시되어 있다. 이 시험은 접시형상(두께 10mm)의 시편이 만들어지고 이 접시형상의 시편이 스피닝 기계에 의해서 성형되는 것과 같은 방식으로 수행되었다.

[비교예(종래의 기술)]

차량용 휘일의 소재는 스피닝 성형 4C 재료(JIS H 5202 참조)(Cu : 0.006중량%, Si : 6.9중량%, Mg : 0.33중량%, Fe : 0.12중량%, Mn : 0.006중량%, Ti : 0.115중량%, Sb : 0.112중량%, 및 잔부 : Al)로부터 주조되고, 이러한 휘일용 소재는 차량용 휘일을 제조하기 위해 스피닝 성형된다. 또한 이러한 차량용 휘일의 전성시험결과는 제1도와 제2도에 도시되어 있다. 이 시험은 실시예와 동일한 절차로 수행된다.

특허청구의 범위 제1항의 스피닝 성형소재는 상술된 바와 같은 방식으로 구성되므로, 스피닝 소재가 주조되어 이러한 소재가 성형된다면, 성형능은 전성이 제1도와 제2도에 도시된 바와 같이 우수하기 때문에 좋아진다.

다음, 특허청구의 범위 제2항 내지 제4항의 실시예를 제3도를 참고하여 설명한다.

차량용 휘일 소재는 맨드릴(12)상에 위치된다. 이 경우에, 간격(S)이 반대측의 원통형 소재(3)의 전방 끝부분 쪽으로 갈수록 간격(S)이 점차로 넓어지는 방식으로 반대측의 원통형 소재(3)와 이러한 맨드릴(12)의 림 성형면(123) 사이에 형성된다. 반대측의 원통형 소재(3)와 림 성형면(123) 사이에 형성된 각도(θ)는 약 5°내지 30°인 것이 바람직하다. 이러한 이유는 만약 각도(θ)가 5°이하이면, 후술하는 바와 같은 회전 프레스 장치(2; 로울러)가 반대측의 원통형 소재에 대하여 눌려질 때, 반대측의 원통형 소재(3)에서 눌려진 부분으로부터 전방 끝부분 측상의 바닥표면이 맨드릴(12)의 성형면과 접촉하기 때문이다. 따라서, 시간당 인발량은 제한되며, 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 이러한 인발을 여러번 반복하는 것이 필요하다.

한편, 만약 각도(θ)가 30°를 초과한다면, 후술될 것처럼 회전 프레스장치(2; 로울러)가 반대측의 원통형 소재(3)에 대하여 눌려질 때, 반대측의 원통형 소재(3)와 회전 프레스장치(2; 로울러) 사이의 접촉면적은 너무 크게되며 결과적으로 반대측의 원통형 소재(3)가 중간부분에서 파괴될 위험이 초래된다.

또한 원통형 림소재(3)의 전방 끝부분(32)은 맨드릴(12)의 림 플랜지 성형면보다 디스크 부분(D)의 반경 방향에서 직경이 보다 크다.

또한, 스피닝 성형방법이 상기 언급된 방법으로 구성되었기 때문에 성형될 원통형 소재가 맨드릴의 성형면을 따라서 인발될 때, 성형될 이러한 원통형 소재는 이러한 성형면에 용이하게 밀접하게 맞닿는다.

따라서, 만약 이러한 스피닝 성형 방법이 사용된다면, 성형될 원통형 소재를 성형 맨드릴을 따라서 소정의 형상(예를 들면, 차량용 휘일)으로 스피닝 성형하는 것이 용이하다.

만약 성형될 원통형 소재와 성형 맨드릴의 성형면 사이 각도가 5°내지 30°로 설정된다면, 스피닝 성형의 작업 효율은 매우 개선된다.

제3도에서, 반대측의 원통형 소재(3)는 스피닝 성형에 의하여 반대측의 림부분(31)으로 형성되며, 그것의 앞쪽 가장자리쪽으로 갈수록 점차로 확경되어 있다. 그리고, 확경각도(α₁,α₂및 α₃)는 그것의 앞쪽 가장자리쪽으로 갈수록 단계적으로 점차로 커지게 된다. 이렇게 제조된 차량용 휘일(1)은 맨드릴(12)상에 위치된다. 이러한 경우에 있어서, 이러한 맨드릴(12)의 림성형(123)의 확경각도(β₁,β₂및 β₃)는 반대측의 원통형 소재(3)의 확경각도(α₁,α₂및 α₃)보다도 작다. 따라서, 반대측의 원통형 소재(3)와 이러한 맨드릴(12)의 림성형면(123) 사이에서 앞쪽가장자리쪽으로 갈수록 점차로 넓어지는 간격(S)이 형성된다.

특허청국의 범위 제2항의 스피닝 성형소재가 상기 설명된 방식으로 제조되므로, 성형될 원통형 소재가 맨드릴의 성형면을 따라서 형성될 때, 상기 언급된 것처럼 성형될 이러한 원통형 소재는 점차로 단계적으로 확경되는 성형면을 따라서 맨드릴에 대하여 쉽게 밀접하게 맞닿게 된다.

따라서, 만약, 이러한 스피닝 성형방법이 사용된다면 성형될 원통형 소재는 성형 맨드릴을 따라서 단계적으로 점차 확경되는 소정의 형상(예를 들면, 차량용 휘일)으로 용이하게 스피닝 성형될 수 있다.

만약 성형될 원통형 소재의 확경각도가 특허청구의 범위 제3항의 스피닝 성형소재의 경우처럼 단계적으로 증가된다면, 스피닝 성형작업이 작업수행이 훨씬 개선된다.

더욱이 성형될 원통형 소재의 확경 각도가 특허청구의 범위 제4항의 스피닝 성형 소재에서처럼(성형 맨드릴의) 성형면의 확경각도보다도 더 크게 형성되면 스피닝 성형작업이 작업수행이 훨씬 개선된다.

다음, 특허청구의 범위 제5항 실시예를 제4도 내지 제9도를 참고하여 설명한다.

제4도 내지 제9도에서, 번호(1)는 차량용 휘일 소재(특허청구의 범위 제5항의 ＂스피닝 성형 원통형 소재＂에 대응함)를 표시하며, 이것은 단조에 의하여 일체로 형성된다. 이러한 차량용 소재(1)는 하기에서 설명되는 것처럼 스피닝 성형에 의해 차량용 휘일로 성형된다. 참조문자(D)는 휘일소재(1)의 디스크부분을 표시하며, 그리고 부재번호(61,61…)는 스포오크 부분을 표시한다. 스포오크 부분(61,61,…)은 상기 디스크부분(D)으로부터 반경방향으로 뻗어 있으며 림부분(특허청구의 범위 제5항의 ＂원통형 몸체＂에 대응함)의 가장자리에 연결되어 있다. 부재번호(111)은 디스크 부분(D)의 축구멍을 표시한다.

다음, 부재번호(621,621,…)은 림부분(62)을 외향으로 소성변형시킴(만곡시킴으로써)으로써 림부분(62)의 내부 둘레표면상에 형성된 홈을 표시한다. 각각의 홈(621)은 스포오크부분(61)의 연결부분으로부터(림부분(62)의) 폭방향으로 뻗어있다. 또한, 부재번호(611,611,…)는 스포오크 부분(61,61,…)의 뒷면상에 형성된 보조홈을 표시한다. 이러한 보조홈(611)는 각각 림부분…62)의 홈(621)에 연결된다. 휘일소재(1)의 상태에서, 윈도우부분(63,63,…)은 아직 관통되지 않는다.

다음, 제8 및 제9도에서, 휘일소재(1)가 사용되는 스피닝 성형방법이 설명될 것이다.

제8도에서, 부재번호(12)는 축(127)을 중심으로 회전가능한 스피닝 성형 맨드릴을 표시한다. 휘일소재(1)는 테일 스톡(11)에 의해 클램핑된 이러한 맨드릴(12)의 바깥 가장자리와 맞물려 있다. 이때에, 홈부분((621)의 깊이에 대략 대응하는 간격(S,S,…)는 휘일소재(1) 내부홈부분(621)의 바닥표면과 맨드릴(12)의 성형면 사이에서 생긴다. 이러한 간격(S,S,…)은 림부분(62)의 폭방향으로 뻗어 있다.

이러한 상태에서, 축(127)을 중심으로 하여 맨드릴(12)을 회전시키면서, 프레스장치(2)는 림부분(62)의 중간부분에 대하여 접촉되며, 림부분(62)은 이 중간부분으로부터 화살표에 의해 표시된 방향으로 따라서 이 프레스장치(2)에 의해 바깥쪽으로 인발된다. 이것에 의해, 차량용 휘일(W; 제8도의 가상선에 의해 도시된 상태)은 스피닝 성형된다. 이때에, 오목부분(7)은 림부분(62)의 루트(root)(스포오크부분(61)에 대한 연결부분)에 형성된다.

제9도에서 도시된 것처럼, 최종 제품(실선에 의해 도시됨)은 스피닝성형된 차량용 휘일(도면의 가상선을 참조)을 절삭함으로써 얻어질 수 있다. 이때에, 윈도우 부분(63,63,…)은 관통된다.

스피닝 성형 원통형소재가 상기 설명한 방식으로 제조되기 때문에 만약 이러한 원통형 소재가 맨드릴에 고정되어 맨드릴을 회전시킴으로써 원통형 소재의 원통형 몸체의 바깥가장자리표면을 프레스장치에 의해 부분적으로 프래스하면서 맨드릴의 성형면을 따라서 인발된다면, 오목부분은 원통형 몸체의 내부 둘레표면에서 단속적으로 형성될 수 있다. 결과적으로, 원통형 몸체는 경중량으로 제조될 수 있다. 스피닝 성형 원통형 소재가 상기 설명된 방식으로 제조되기 때문에, 오목부분은 스피닝 성형에 의해 형성될 수 있다.

따라서, 이 원통형 몸체의 스피닝 성형방법이 사용되면, 종래기술과는 반대로 원통체의 루트 및 트럭부분(차량 휘일의 림부분과 스프오크 부분 사이 연결부분; truck portion)의 내부 둘레표면에 형성될 수 있다. 따라서, 원통형 몸체는 경중량으로 제조될 수 있다.

본 발명의 특정한 실시예가 도면을 참조하여 위에서 상술되었으나 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 여러가지 맣은 변화와 수정이 가해질 수 있다. 따라서 본 발명의 바람직한 실시예는 예시적으로 개시된 것이지 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아니라는 것은 물론이다.

Claims (5)

1. 스피닝 성형소재에 있어서, Si : 3 내지 6중량%와 Mg : 0.2 내지 0.5중량%, 잔부 : Al과 불가피한 불순물을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형소재.
2. 클램핑될 플레이트 부분, 상기 클램핑될 플레이트 부분의 둘레가장자리와 일체로 형성된 성형될 원통형 소재(3); 및 상기 성형될 원통형 소재(3)가 소정의 형상으로 스피닝 성형될 때 상기 성형될 원통형 소재(3)와 맞물리는 바깥둘레를 가지고 있는 성형 맨드릴(12)로 구성되어 있는 스피닝 성형소재(1)에 있어서, 상기 성형될 원통형 성형소재는 그것의 둘레가장자리(32)쪽으로 갈수록 점차 확경되어 있고, 확경각도(α)는 상기 원통형 소재의 둘레가장자리(32)쪽으로 갈수록 단계적으로 변화하는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형소재.
3. 제2항에 있어서, 상시 성형될 원통형 소재(3)의 상기 확경각도(α)는 단계적으로 커지는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형소재(1).
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 성형될 원통형 소재(3)의 상기 확경각도(α)는 상기 성형면의 확경각도(β)보다 더 큰 것을 특징으로 하는 스피닝 성형소재(1).
5. 원통형 몸체(62)는 내부둘레표면상에 그것이 폭방향을 따라 형성된 홈부분(621)을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 스피닝 성형 원통형소재(1).