WO2017026628A1

WO2017026628A1 - 무허브형 원피스 휠 및 그 제조방법

Info

Publication number: WO2017026628A1
Application number: PCT/KR2016/004683
Authority: WO
Inventors: 승현창
Original assignee: 핸즈코퍼레이션 주식회사
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2016-05-04
Publication date: 2017-02-16
Also published as: KR101699242B1; US10913307B2; US20180229546A1

Abstract

본 발명은 무허브형 원피스 휠에 관한 것으로, 림과, 상기 림에 일체로 형성되는 디스크를 저압주조로 형성하되, 상기 디스크는 일측이 림에 일체로 형성되어 림의 내측에 방사형으로 배치되는 복수 개의 스포크와, 상기 스포크의 타측이 위치하는 림의 내측 중앙 부분에 형성되어 각각의 스포크 타측을 서로 분리시키는 공간으로 구성되어 무허브형으로 이루어지며, 각각의 스포크에는 차체에 결합하기 위한 러그홀이 각각 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

무허브형 원피스 휠 및 그 제조방법

본 발명의 무허브형 원피스 휠 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 차체의 바퀴 축에 조립을 하기 위해 두껍게 제작되던 체결부인 허브를 구성하지 않으므로 경량화를 이룰 수 있고, 허브의 미구성으로 인해 주조시 형성되는 압탕의 두께를 얇게 제작할 수 있으므로 휠 주조시 사용되는 용탕의 양을 줄일 수 있으며, 이로 인해, 압탕의 커팅을 용이하게 이룰 수 있게 되어 제조비용의 절감과 더불어, 제조시간의 단축을 이룰 수 있는 무허브형 원피스 휠 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 바퀴는 공기나 질소가 충진되는 고무 재질의 타이어의 중앙부에 금속재의 휠을 결합하여 차축에 견고하게 결합되도록 하고 있는데, 특히 근래에는 디자인이 우수하고 중량이 낮아 차량의 연비가 향상되며, 냉각 효율이 우수한 알루미늄 휠이 각광받고 있는 실정이다.

이러한 알루미늄휠은 통상적으로 타이어가 결합되는 원통형의 림의 일측면 중앙부에 차축에 결합되는 허브를 형성하여 타이어가 차량에 견고하게 고정되도록 하고 있다.

또한, 차량의 부품 중 샤시 부품은 차량의 성능과 밀접한 관계를 갖고 있는데, 차량이 주행할 때 샤시 부품의 무게가 1kg 감소하면 자동차의 서스펜션에 걸리는 부하 하중은 통상적으로 15kg 정도 감소되는 효과가 발생함에 따라, 샤시 부품의 중량을 줄이기 위한 다양한 연구 개발이 이루어지고 있다.

이와 같은 연구 개발의 일환으로, 휠의 스포크 또는 림 부분에 중공을 형성함으로써 휠의 중량 감소를 이루는 기술이 공개특허공보 "제10-1998-018993호"와, 공개특허공보 "제10-2000-0022221호"와, 공개특허공보 "제10-2006-0044653호"와, 등록특허공보 "제10-0460655호" 등에 기재되어 있다.

그러나, 휠의 중량 감소를 위해 개발된 종래의 기술들은, 스포크 또는 림의 내부에 중공을 형성해야 하기 때문에 주물사 제거를 위한 공동을 형성해야 등의 문제가 있었으며, 공동을 형성한다 하더라도 주물사의 제거가 쉽지 않은 문제가 있었다.

또한, 종래의 기술은 복잡한 구성으로 이루어진 장치를 통해 쉽지 않은 작업을 지속적으로 해야함으로, 휠 제작에 따른 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었으며, 이로 인해 제작비용이 상승되는 문제가 있었다.

따라서, 본 출원인은 휠 제조비용의 절감은 물론, 제조시간을 단축하면서도 휠의 경량화를 이룰 수 있는 무허브형 원피스 휠 및 그 제조방법을 개발하였다.

본 발명은 차체의 바퀴 축에 조립을 하기 위해 두껍게 제작되던 체결부인 허브를 구성하지 않음으로써 경량화를 이룰 수 있는 무허브형 원피스 휠 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 허브의 미구성으로 인해 주조시 형성되는 압탕의 두께를 얇게 제작함으로써 주조시 사용되는 용탕의 양을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 이로 인해, 압탕의 커팅을 용이하게 이룰 수 있게 되어 제조비용의 절감과 더불어, 제조시간의 단축을 이룰 수 있는 무허브형 원피스 휠 및 그 제조방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 림과, 상기 림에 일체로 형성되는 디스크를 저압주조로 형성하되, 상기 디스크는 일측이 림에 일체로 형성되어 림의 내측에 방사형으로 배치되는 복수 개의 스포크와, 상기 스포크의 타측이 위치하는 림의 내측 중앙 부분에 형성되어 각각의 스포크 타측을 서로 분리시키는 공간으로 구성되어 무허브형으로 이루어지며, 각각의 스포크에는 차체에 결합하기 위한 러그홀이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 무허브형 원피스 휠을 제공한다.

또한, 본 발명은 보온로에 저장된 용탕을 저압주조기의 내부로 주입함으로써 압탕과, 상기 압탕의 외주에 일체로 형성되어 방사형으로 배치되는 복수 개의 스포크와, 상기 스포크의 일측에 일체로 형성되는 림으로 이루어진 휠 형상의 프리폼을 제작하는 프리폼 제작단계; 상기 프리폼의 림을 플로우포밍하여 림의 형상가공을 이루는 림 플로우포밍단계; 상기 프리폼의 압탕을 커팅처리함으로써, 림의 내측 중앙 부분에 위치되는 각각의 스포크 타측을 서로 분리시키는 공간을 프리폼의 내측 중앙에 형성하는 디스크 커팅단계; 압탕 제거시 스포크의 타측 부분에 형성되는 돌기를 가공함으로써 서로 분리되어 형성된 스포크의 타측 부분을 각각 라운딩 처리하는 디스크 가공단계; 상기 프리폼에 구성된 스포크의 타측 부분에 러그홀을 각각 형성하는 러그홀 형성단계;로 이루어진 것에 특징이 있는 무허브형 원피스 휠 제조방법을 제공한다.

본 발명의 무허브형 원피스 휠 및 그 제조방법을 이용하면, 차체의 바퀴 축에 조립을 하기 위해 두껍게 제작되던 체결부인 허브를 구성하지 않으므로 경량화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 허브의 미구성으로 인해 주조시 형성되는 압탕의 두께를 얇게 제작할 수 있으므로 휠 주조시 사용되는 용탕의 양을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 이로 인해, 압탕의 커팅을 용이하게 이룰 수 있게 되어 제조비용의 절감과 더불어, 제조시간의 단축을 이룰 수 있는 유용한 발명이다.

도 1은 본 발명의 무허브형 원피스 휠을 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 프리폼 제작단계를 도시한 상태도.

도 3은 본 발명의 림 플로우포밍단계를 도시한 상태도.

도 4는 본 발명의 디스크 커팅단계를 도시한 상태도.

도 5는 본 발명의 디스크 가공단계를 도시한 상태도.

도 6은 본 발명의 러그홀 형성단계를 도시한 상태도.

도 7은 본 발명의 무허브형 원피스 휠 제조방법을 도시한 순서도.

* 부호의 설명 *

1 : 보온로 9 : 저압주조기 9a, 9b, 9c : 하형, 측형, 상형

10 : 림

20 : 디스크부

21 : 압탕 23 : 스포크 25 : 러그홀 27 : 공간

30 : 프리폼

50 : 무허브형 원피스 휠

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 구성을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 디스크(20)에 허브가 구성되지 않은 무허브형 원피스 휠(50)에 관한 것으로, 림(10)과, 상기 림(10)에 일체로 형성되는 디스크(20)를 저압주조로 형성하여 무허브형 원피스 휠(50)을 제작한다.

그리고, 일반적인 원피스 휠은 대량으로 생산되어 출고 시에 장착되는 통상의 휠에 적용되는 것으로, 제조가 용이할 뿐만 아니라, 강성을 확보하기 쉬워서 품질의 편차가 적은 장점이 있으나, 기술적인 면에서 경량화를 실현하기가 어려운 문제가 있다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 상기 디스크(20)를, 일측이 림(10)에 일체로 형성되어 림(10)의 내측에 방사형으로 배치되는 복수 개의 스포크(23)와, 상기 스포크(23)의 타측이 위치하는 림(10)의 내측 중앙 부분에 형성되어 각각의 스포크(23) 타측을 서로 분리시키는 공간(27)으로 구성함으로써 무허브형으로 이루는 것을 특징으로 한다.

그리고, 각각의 스포크(23)에는 차체(미도시)의 바퀴 축(미도시)에 결합하기 위한 러그홀(25)이 각각 형성되는데, 상기와 같이 공간(27)을 통해 스포크(23)의 타측이 서로 분리되어 무허브형으로 구성되면, 조립을 위해 두껍게 제작되던 체결부인 허브가 미구성되므로 주물사를 제거하는 별도의 공정 없이도 휠의 경량화 실현을 손쉽게 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 용탕의 사용량 절감을 통해 제조비용과 제조시간을 줄일 수 있게 된다.

그리고, 본 발명의 무허브형 원피스 휠을 제조하는 방법은, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이 프리폼 제작단계(S10)와, 림 플로우포밍단계(S20)와, 디스크 커팅단계(S30)와, 디스크 가공단계(S40)와, 러그홀 형성단계(S50)로 이루어지는데, 이하에서는, 본 발명의 무허브형 원피스 휠을 제조하는 방법에 대해 보다 상세히 설명한다.

첫째, 프리폼 제작단계(S10)는 통상의 용탕주입관을 통해 보온로(1)에 저장된 용탕을 용탕을 저압주조기(9)의 내부로 주입하는 단계로, 이와 같은 용탕의 주입을 통해 하형(9a)과 측형(9b) 및 상형(9c)이 구성되어 있는 저압주조기(9)의 내부에서 휠 형상의 프리폼(30) 제작이 이루어진다.

그리고, 상기와 같이 제작되는 프리폼(30)은 하형(9a)의 중심을 관통하여 주입되는 용탕에 의해 저압주조되어 형성되는 것이 바람직한데, 이와 같이 하형을 중심을 관통하여 용탕이 주입되면, 저압주조기(9)의 내부로 주입된 용탕이 상형(9c)에 맞닿으면서 내부로 고르게 확산되게 된다.

따라서, 이와 같은 저압주조기(9)의 내부로 확산된 용탕은 이너 림이 위치되는 림(10)의 끝단 부분부터 지향성 응고되게 되며, 이와 같은 지향성 응고를 통해 프리폼(30)으로 제작되는 과정에서 상기 프리폼(30)의 중심부에는 압탕(21)이 형성된다.

아울러, 상기 압탕(21)의 외주에는 방사상으로 배치되어 압탕(21)과 일체로 형성되는 복수 개의 스포크(23)가 형성되며, 상기 스포크(23)의 외주 부분인 스포크(23)의 일측에는 림(10)이 일체로 형성되어 상기 프리폼(30)이 휠 형상으로 제작된다.

또한, 상기 프리폼 제작단계(S10)를 통해 형성되는 압탕(21)은 허브를 제외한 스포크(23)와 림(10)의 형성을 위한 구성이므로, 본 발명을 통하면, 상기 압탕(21)의 두께를 얇게 형성할 수도 있다. 따라서, 프리폼(30) 제작시 사용되는 용탕의 양을 줄일 수 있으며, 이로 인해 제조비용과 제조시간이 줄어들게 되는 작용효과도 있다.

둘째, 림 플로우포밍단계(S20)는, 상기 과정을 통해 프리폼(30) 제작을 완료한 후, 림(10)의 형상가공과 더불어 강도증진을 위해 수행하는 단계로서, 저압주조기(9)의 상형(9c)과 측형(9b)을 이격시켜 제작된 프리폼(30)을 저압주조기(9)에서 분리한 다음, 상기 프리폼(30)을 다음 공정으로 이동시켜 프리폼(30)에 형성되어 있는 림(10)을 플로우포밍으로 형상가공하는 단계이다.

여기서, 상기 림(10)의 플로우포밍은 통상의 맨드릴(미도시)과, 회전가압척 (미도시)및 롤러(미도시)를 이용하여 림을 연속적으로 포밍하는 공지된 방법이므로 자세한 설명은 생략한다.

그리고, 상기 림(10)을 플로우포밍하기 전에는 림(10)의 포밍이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 예열기(미도시)를 통한 통상의 예열을 이룰 수도 있을 것이며, 림(10)의 내측면을 예비가공함으로써 림(10)의 내측면 치수를 정밀하게 하는 통상의 공정이 선행될 수도 있을 것이다.

셋째, 디스크 커팅단계(S30)는 림(10)의 플로우포밍 후, 디스크(20)의 정중앙에 압탕(21)을 제거하기 위한 공간(27)을 형성함으로써 방사상으로 형성된 스포크(23) 타측을 서로 분리시키기 위해 수행되는 단계이다.

이를 보다 상세히 설명하면, 상기 디스크 커팅단계(S30)는 통상의 커팅기(미도시)를 이용하여 상기 프리폼(30)의 디스크 정중앙에 형성된 압탕(21)을 커팅처리함으로써, 디스크(20)의 정중앙에 공간(27)을 관통형성하고, 이와 같이 형성된 공간(27)을 통해 림(10)의 내측 중앙 부분에 위치되는 각각의 스포크(23) 타측을 서로 분리시키는 작업을 수행하는 단계이다.

그리고, 상기 커팅기는 실린더를 통해 날을 하강작동시켜 커팅을 이루는 통상의 탕구 프레스기로 용이하게 구성할 수 있을 것이다.

넷째, 디스크 가공단계(S40)는 상기 디스크 커팅단계(S30)에 의한 압탕(21) 제거에도 제거되지 않고 남아 있는 돌기(21a)를 가공처리하기 위한 단계이다.

즉, 상기와 같은 관통형성되는 공간(27)을 통해 압탕(21)의 제거를 이루어 각각의 스포크(23) 타측을 서로 분리시키는 단계를 거치면, 공간(27) 형성시 완전히 제거되지 못한 압탕(21)의 잔여물이 스포크(23)의 타측 부분에 돌기(21a) 형태로 남아 있게 되는데, 디스크 가공단계(S40)에서는 이러한 돌기(21a)를 가공함으로써 서로 분리되어 형성된 스포크(23)의 타측 부분을 각각 라운딩 처리하는 작업을 수행한다.

따라서, 상기 디스크 가공단계(S40)를 거치면, 서로 분리형성된 스포크(23)의 타측 부분이 각각 말끔하게 처리되므로, 디스크(20)의 디자인면 외관이 깔끔해진다.

그리고, 상기 스포크(23)의 타측에 각각 형성되는 돌기(21a)의 가공은 공간(27)을 통과할 수 있도록 설치되는 앤드밀과 같은 공구(미도시)를 회전 및 이동시키는 통상의 절삭기계장치(미도시)를 통해 용이하게 이룰 수 있다.

다섯째, 러그홀 형성단계(S50)는 차체의 바퀴 축과 조립하기 위한 러그홀(25)을 각각의 스포크(23)에 형성하기 위한 단계로서, 공지된 통상의 드릴링을 통해 상기 프리폼(30)에 구성된 스포크(23)의 타측 부분에 러그홀(25)을 각각 형성하는 작업을 수행함으로써 본 발명의 무허브형 원피스 휠(50)의 제조를 완료한다.

아울러, 상기와 같은 과정을 모두 거친 후에는 통상의 열처리와 정밀가공 및 디버링 등을 거친 후, 도장과 검사가 순차적으로 이루어져, 출고할 제품의 최종상태가 점검되는 것이 바람직하다.

한편, 본 출원인은 본 출원인이 구비하고 있는 장비를 이용하여 종래의 원피스 휠과 본 발명의 무허브형 원피스 휠을 중량을 비교 시험하였다.

[규칙 제91조에 의한 정정 19.05.2016]　
그 결과 도 8에서와 같이 허브가 제거된 본 발명의 무허브형 원피스 휠이 종래의 윈피스 휠에 비해 500g 정도의 중량 감소가 이루어졌으며, 이로 인해 약 4.26%의 경량화가 이루어진 것을 확인할 수 있다.

[규칙 제91조에 의한 정정 21.07.2016]　

이하에서는 본 출원인 구비하고 있는 각각의 시험기를 이용하여 본 발명의 무허브형 원피스 휠의 내구해석을 하였으며, 그 결과는 다음과 같다.

[규칙 제91조에 의한 정정 21.07.2016]　

먼저, 도 9는 본 발명의 무허브형 원피스 휠의 충격시험을 한 것으로, 타이어를 입힌 본 발명의 무허브형 원피스 휠을 러그홀을 통해 차체의 바퀴 축에 해당하는 시험 축에 조립하여 설치한 후, 스포크에 하중을 가하는 충격시험을 하였다.

그 결과, 정상적인 충격시험범위인 540kg의 충격 시험뿐만 아니라, 그 한계를 넘어선 590kg 및 620kg의 충격 시험에서도 합격점을 받았으며, 이를 통해 본 발명의 무허브형 원피스 휠이 충격에 대한 견고한 내구성을 지녔음을 확인하였다.

[규칙 제91조에 의한 정정 21.07.2016]　

또한, 도 10은 본 발명의 무허브형 원피스 휠의 회전굽힘 내구시험을 한 것으로, 본 발명을 러그홀을 통해 차체의 바퀴축에 해당하는 시험 축에 조립하여 설치한 상태로, 고정구를 이용하여 본 발명을 회전가능한 회전플레이트에 고정설치한 다음, 상기 시험 축의 일측에 미는 하중을 가하여 휠에 324kgf/m의 굽힘모멘트가 작용하도록 하였다.

그리고, 본 발명이 고정설치된 회전플레이트를 회전작동시킴으로써 시험 축에 의해 본 발명의 무허브형 원피스 휠이 내측에서 324kgf/m의 굽힘모멘트를 지속적으로 받도록 하는 회전굽힘 내구 시험을 하였다.

그 결과, 정상적인 회전굽힘 내구시험범위인 20만cycle 회전뿐만 아니라, 그 한계를 넘어서 30만cycle 및 40만cycle 회전굽힘 내구시험에서도 합격점을 받았으며, 이를 통해 본 발명의 무허브형 원피스 휠(50)이 회전굽힘에 대한 견고한 내구성을 지녔음을 확인하였다.

[규칙 제91조에 의한 정정 21.07.2016]　

아울러, 도 11은 본 발명의 무허브형 원피스 휠의 반지름방향 부하 내구시험을 한 것으로, 타이어를 입힌 본 발명의 무허브형 원피스 휠을 러그홀을 통해 차체의 바퀴 축에 해당하는 시험 축에 조립하여 설치한 다음, 본 발명에 입혀진 타이어가 주행회전체에 밀착도록 하는 하중을 시험 축에 가함으로써 휠에 1350kgf의 하중이 걸리게 하였다.

그리고, 주행회전체를 회전작동시킴으로써 본 발명의 무허브형 원피스 휠에 1350kgf의 주행 부하하중이 지속적으로 걸리게 하였다.

그 결과, 정상적인 반지름방향 부하 내구시험범위인 200만cycle 회전뿐만 아니라, 그 한계를 넘어서 300만cycle의 반지름방향 부하 내구시험에서도 합격점을 받았으며, 이를 통해 본 발명의 무허브형 원피스 휠(50)이 반지름방향 부하 내구시험에 대한 견고한 내구성을 지녔음을 확인하였다.

[규칙 제91조에 의한 정정 19.05.2016]　

[규칙 제91조에 의한 정정 19.05.2016]　
더불어, 상기한 표 1는 본 발명의 무허브형 원피스 휠과 종래의 원피스 휠을 휠의 종류별로 각각 내구해석하여 서로 비교한 것으로, 충격시험, 회전굽힙 내구시험, 반지름방향 부하 내구시험에 대한 해석에서 모두 합격 수준에 이르렀으며, 충격 내구성에 대한 해석에서는 본 발명의 무허브형 원피스 휠이 종래의 원피스 휠보다 우수한 내구성을 가진 것으로 확인되었다.

그리고, 회전굽힘 내구시험과, 반지름방향 부하 내구 시험에 대한 해석에서 휠의 지름이 비교적 작은 15, 16 inch에서는 본 발명의 무허브형 원피스 휠이 종래의 원피스 휠보다 다소 우수한 내구성을 가진 것으로 확인되었다.

아울러, 휠의 지름이 비교적 큰 18 inch에서는 본 발명과 종래의 휠이 거의 동등한 내구성을 가진 것으로 확인되었다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명을 이용하면, 내구성 저하 없이도 휠의 경량화를 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 용탕의 사용량 축소를 통해 제조비용과 제조시간을 줄일 수 있어 휠의 제조를 보다 편리하게 이룰 수 있게 된다.

Claims

림(10)과, 상기 림(10)에 일체로 형성되는 디스크(20)를 저압주조로 형성하되,

상기 디스크(20)는 일측이 림(10)에 일체로 형성되어 림(10)의 내측에 방사형으로 배치되는 복수 개의 스포크(23)와, 상기 스포크(23)의 타측이 위치하는 림(10)의 내측 중앙 부분에 형성되어 각각의 스포크(23) 타측을 서로 분리시키는 공간(27)으로 구성되어 무허브형으로 이루어지며,

각각의 스포크(23)에는 차체에 결합하기 위한 러그홀(25)이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 무허브형 원피스 휠.
보온로(1)에 저장된 용탕을 저압주조기(9)의 내부로 주입함으로써 압탕(21)과, 상기 압탕(21)의 외주에 일체로 형성되어 방사형으로 배치되는 복수 개의 스포크(23)와, 상기 스포크(23)의 일측에 일체로 형성되는 림(10)으로 이루어진 휠 형상의 프리폼(30)을 제작하는 프리폼 제작단계(S10);

상기 프리폼(30)의 림(10)을 플로우포밍하여 림(10)의 형상가공을 이루는 림 플로우포밍단계(S20);

상기 프리폼(30)의 압탕(21)을 커팅처리함으로써, 림(10)의 내측 중앙 부분에 위치되는 각각의 스포크(23) 타측을 서로 분리시키는 공간(27)을 프리폼(30)의 내측 중앙에 형성하는 디스크 커팅단계(S30);

압탕(21) 제거시 스포크(23)의 타측 부분에 형성되는 돌기(21a)를 가공함으로써 서로 분리되어 형성된 스포크(23)의 타측 부분을 각각 라운딩 처리하는 디스크 가공단계(S40);

상기 프리폼(30)에 구성된 스포크(23)의 타측 부분에 러그홀(25)을 각각 형성하는 러그홀 형성단계(S50);로 이루어진 것에 특징이 있는 무허브형 원피스 휠 제조방법.