자동차 휠 림 제조방법 및 이에 의해 제조된 휠 림

자동차 휠 림 제조방법 및 이에 의해 제조된 휠 림{Manufacturing method of wheel rim and Wheel rim manufactured thereby}

본 발명은 자동차 휠 림 제조방법 및 이에 의해 제조된 휠 림에 관한 것이다.

통상의 자동차 휠은 외주에 결합되는 타이어의 형태를 유지하도록 림(Rim)이 구비되며, 상기 림의 변형을 방지하도록 상기 림에 연결되며 차축에 결합되는 디스크(Disc)로 구성된다.

이와 같은 자동차 휠의 일반적인 제조방법은 디스크와 림을 각각 성형한 후, 아크 용접 등을 이용하여 접합하는 방법이나, 알루미늄 합금에서 주로 사용되는 방법으로 주조 또는 다이캐스팅과 같이 용융된 금속을 틀에 넣어 제작하는 방법이 있다.

특히, 자동차 휠 림의 경우, 도 1에 보이는 것과 같은 과정으로 제작될 수 있다. 먼저, 특정 재질로 구비된 소재(1)를 준비하고, 상기 소재(1)를 블랭킹과 같은 공정을 통해 적정 크기의 판재(10)로 성형한다.

그리고, 상형(20) 및 하형(30) 또는 복수개의 회전하는 롤(40a,40b)을 이용하여 상기 판재(10)를 원통형으로 가공하고 끝단부를 용접하여 접합부(11)를 형성한다.

그러면, 판재(10)는 용접에 의해 끝단부가 연결되어 원통형 바디(12)로 형성될 수 있다. 이어, 트리밍(Trimming) 공정을 실시하여 버(Burr)를 제거하고, 치수를 맞추기 위해 플레어링(Flaring) 공정을 실시하여 원통형 바디(12)의 플랜지(미도시)를 확장할 수 있다. 이외에도 휠 림의 치수를 가공하고 보정하기 위해서는 상형(20) 및 하형(30)을 이용한 프레스 공정 또는 복수개의 롤(40a, 40b)을 이용한 롤 포밍(Roll forming) 다수 회 실시될 수 있다.

마지막으로, 연삭(Grinding) 가공을 실시하여 표면을 다듬고, 정밀한 치수 보정을 실시하면 자동차 휠 림을 제조할 수 있으며, 특정 방법으로 제조된 디스크와 용접을 통해 결합하면 마침내 자동차 휠이 제작되는 것이다.

그러나, 이와 같은 자동차 휠의 제조공정에서는 자동차 휠의 강도 및 내구성을 향상시키기 위해, 휠 림에 비드(미도시)를 성형하는 공정이 필수적으로 요구된다. 이때, 비드를 성형하기 위해서 하이드로포밍(Hydro-forming)이라는 기술이 통상적으로 사용된다.

하이드로포밍 기술은 복잡한 모양의 자동차 부품을 만들 때 강판을 튜브 형태로 만든 뒤 튜브 안으로 강한 액압(수압)을 가해 원하는 형상대로 최종제품을 제조하는 기술로서, 이 기술을 적용하면 기존 제품에 비해 내구성은 더 좋고 무게는 10∼20% 가벼운 제품을 만들 수 있다는 장점이 있으나, 제품 제조에 소모되는 비용이 크고, 작업 시간이 매우 길다는 단점이 있다.

따라서, 자동차용 휠의 내구성을 향상시킴과 동시에 제조 비용이 적고, 작업 시간을 단축시킬 수 있는 휠 림의 제조방법에 대한 연구가 필요하게 되었다.

본 발명은 내구성이 증대된 자동차 휠 림 제조방법 및 이에 의해 제조된 휠 림을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 제조 공정을 효율적으로 설계하여 제조 비용이 적게 들고, 작업 시간을 단축되는 자동차 휠 림 제조방법 및 이에 의해 제조된 휠 림을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 자동차 휠 림 제조방법은 판재를 접합하고 림을 형성하는 림 성형단계; 및 롤을 이용하여 상기 림의 단면을 변형시키는 비드 성형단계;를 포함한다.

바람직하게, 상기 비드 성형단계는, 상기 롤의 표면에 스탬핑 구조를 적용하여, 상기 림에 비드를 형성할 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 비드 성형단계는, 표면에 상기 비드에 대응되는 형상이 양각으로 형성된 제1회전롤 및 표면에 상기 비드에 대응되는 형상이 음각으로 형성된 제2회전롤에 의해 수행될 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 림 성형단계는, 상기 림의 직경의 크기 또는 단면을 변형시키는 플랜지 성형단계;를 더 포함할 수 있다.

또한 바람직하게, 상기 비드 성형단계는, 상기 롤의 외경을 상기 림의 내경과 동일하게 준비할 수 있다.

그리고 바람직하게, 상기 판재는, TWIP강으로 구비될 수 있다.

한편 다른 측면으로서의 본 발명은 상기 자동차 휠 림 제조방법에 의해 제조된 휠 림을 제공한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면 제조공정이 간편하고 효율적인 자동차 휠 림을 제조할 수 있다.

구체적으로, 휠 림에 비드를 형성하기 위해 필요한 다수회의 롤포밍 또는 하이드로포밍 공정의 생략이 가능하므로 소재의 활용도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 제조시 소요되는 시간을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 휠 림에 롤 스탬핑을 통해 비드를 성형할 수 있으므로, 보다 간편하게 자동차 휠 림의 내구성 및 강도를 확보할 수 있다.

더하여, 비드를 포함하는 휠 림을 간편하게 제조할 수 있으므로, 자동차 휠 림의 내구성 및 강도 확보를 위한 추가공정의 생략이 가능한 효과가 있다.

이로써, 자동차 휠 림 뿐만 아니라 이를 포함하는 자동차 휠의 제조비용까지 절감이 가능하고, 작업시간의 감축으로 인한 신속 대량 생산이 가능해져 생산성 향상에 기여하는 효과를 창출할 수 있다.

도 1은 종래기술에 의한 자동차 휠 림의 제조과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 자동차 휠 림의 제조방법의 개념을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 자동차 휠 림의 제조방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 자동차 휠 림에 비드를 성형하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4b는 본 발명의 또 다른 일실시예에 의한 자동차 휠 림에 비드를 성형하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 자동차 휠 림 제조방법에 의해 제조된 자동차 휠 림의 사시도이다.
도 6은 TWIP980강의 응력-변형율 곡선을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 휠 림을 포함하는 자동차 휠을 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 관한 설명의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 동일한 부호로 기재된 요소는 동일한 요소이고, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.

또한, 본 발명의 요지를 명확히 하기 위하여 종래의 기술에 의해 익히 알려진 요소와 기술에 대한 설명은 생략하며, 이하에서는, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하도록 한다.

다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 당업자에 의해 특정 구성요소가 추가, 변경, 삭제된 다른 형태로도 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명과 동일한 사상의 범위 내에 포함됨을 밝혀 둔다.

먼저, 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 휠 림 제조방법은 도 2에 도시된 것처럼, 크게, 소재를 준비하는 준비단계(S100), 준비된 소재의 단부를 용접하여 원통형 바디를 형성하는 용접단계(S200), 상기 원통형 바디를 다수 회 롤 성형하여 플랜지를 확장하고 치수를 맞춰가는 림 성형단계(S300) 및 롤을 이용하여 상기 림에 비드를 형성하는 비드 성형단계(S400)를 포함한다.

본 발명의 특징은 상기 림 성형단계 및 상기 비드 성형단계에 있는데, 이는, 롤을 이용하는 림 성형단계에서와 마찬가지로 비드 성형단계에서도 롤을 이용하여 상기 림에 비드를 성형할 수 있기 때문이다.

도 3을 참조하여 이를 정리하면, 특정 재질로 구비된 소재(1)를 블랭킹과 같은 공정에 의하여 일정 형상을 갖는 판재(10)로 절단하고, 상기 판재(10)로 원형의 튜브 형태를 형성하게 한 뒤, 끝단부를 용접하여 접합부(11)를 형성한다.

그러면, 초기의 판재(10)는 원통형 바디(12)의 형상으로 가공될 수 있다. 이때, 용접 접합부(11)의 강도를 보상하고 변형을 방지하기 위해 원통형 바디의 가장자리부에 일정 굴곡 또는 적절한 형태의 변형을 주는 그루브(groove) 공정이 추가될 수 있다.

이어, 상형(20) 및 하형(30)을 이용한 프레스 공정(Press forming) 또는 복수개의 롤(40a,40b)을 이용한 롤 성형 공정(Roll forming)을 실시하여 상기 원통형 바디(12)의 직경을 확장하거나, 플랜지를 성형하고 확장할 수도 있다. 일예로, 이와 같은 공정에는 플레어링(Flaring) 공정이 있다.

한편, 상기 림을 초기에 설계된 치수대로 성형을 실시할 수 있다. 여기서, 프레스 공정 또는 롤 성형 공정은 모두 실시될 수도 있고, 작업자의 판단에 의해 롤 성형 공정으로만 대체될 수도 있으며 이는 작업자 및 작업환경에 의해 적절히 변경 적용될 수 있는 사항이다. 또한, 작업자의 판단하에 추가적인 치수 보정작업이 실시될 수 있음은 물론이다.

상기와 같은 공정에 의해 휠 림(13)의 성형이 완료되면, 휠 림(13)의 단면 형상을 변형시켜 상기 휠 림(13)의 강도를 보강하는 비드 성형단계가 실시될 수 있다.

도 4a에 보이는 것처럼, 선술한 공정들에 의해 성형된 휠 림(13)의 원주면을 따라, 상기 휠 림(13)의 중심방향으로 돌출 또는 오목하게 형성되는 비드(13a)의 가공을 통해 상기 휠 림(13)의 단면 형상을 변형시키고, 이로써, 강도를 보강할 수 있다. 여기서, 상기 비드(13a)의 형상 및 크기는 본 발명에 의해 한정되지 않으며 당업자에 의해 적절하게 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.

종래에는 통상의 하이드로포밍 공정으로 가공되었던 비드(13a)가 본 발명에서 회전하는 복수개의 롤에 의해 가공될 수 있다. 즉, 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 비드 성형단계에서는, 상기 롤의 표면에 각각 스탬핑 구조를 적용하여 휠 림(13)의 원주면을 따라 복수개의 비드(13a)를 형성할 수 있다.

즉, 일측 롤의 표면에는 가공하고자 하는 비드(13a)의 형상을 양각으로 형성하고, 타측 롤의 표면에는 상기 비드(13a)의 형상을 음각으로 형성하여 두 개의 롤을 회전하되, 회전하는 두 개의 롤 사이에 휠 림(13)의 원주면을 놓고 가압하여 비드(13a)의 형상을 스탬핑하는 것이다.

따라서, 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 비드 성형단계는, 선술한 방법으로 롤 표면에 비드(13a)에 대응되는 형상이 양각으로 식각된 제1회전롤(51) 및 롤 표면에 비드(13a)에 대응되는 형상이 음각으로 식각된 제2회전롤(52)을 준비하는 스탬핑 롤 준비단계를 더 포함할 수 있다.

다만, 당업자는 복수개의 롤의 표면의 형상 및 규격을 다르게 적용할 수 있다. 즉, 제1회전롤(51)의 표면에 상기 비드에 대응되는 형상을 음각으로 식각하고, 제2회전롤(52)의 표면에 상기 비드에 대응되는 형상을 양각으로 식각할 수도 있으며, 롤 표면에 특정 형상을 가공하는 방법은 레이저 식각을 포함한 종래의 기술에 의해 널리 알려진 롤 표면 가공방법이 적절히 선택되어 사용될 수 있다.

추가로, 당업자는 상기 롤의 외경에 변화를 줄 수 있다. 즉, 도 4b에 보이는 것처럼 제1회전롤(51) 및 제2회전롤(52)의 외경을 휠 림(13)의 내경과 동일하게 구비할 수도 있다. 뿐만 아니라, 상기 제1회전롤 및 상기 제2회전롤의 외경의 크기는 휠 림(13)의 내경의 크기를 한계 크기로 하고, 한계 크기 내에서 얼마든지 자유롭게 변경하여 준비할 수 있다.

이와 같은 경우, 준비되는 소재의 특성 혹은 물성, 가공되는 비드의 형상, 크기, 깊이 등의 조건을 반영하여 상기 제1회전롤 및 상기 제2회전롤의 외경의 크기를 결정할 수 있으며, 롤의 외경의 크기가 커질수록 소재를 가압하는 힘 또한 커지는 것은 당업자에게 자명한 사항일 것이다.

선술한 방법에 따르면, 도 5에 보이는 것과 같이 복수개의 비드(13a)를 구비하는 휠 림(13)을 제조할 수 있다. 또한, 휠 림(13)의 성형과정에서 반드시 사용되는 롤 성형을 이용하여, 후공정인 비드(13a)의 성형에도 롤 성형을 이용한다는 점에서 공정의 연속성, 편리성이 확보될 수 있다. 또한, 롤을 이용하여 휠 림(13) 및 비드(13a)를 성형한다는 공통점에 의해, 주변 설비 또는 장치를 대단위로 교체해야할 필요성이 적어 작업시간을 단축할 수 있고, 생산 공정의 유연성을 확보할 수 있다.

아울러, 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 자동차 휠 림 제조방법에 있어, 상기 소재는 TWIP강으로 구비될 수 있다. 도 6에는 DP980강, TRIP980강 및 TWIP강의 일종인 TWIP980강의 응력-변형율 곡선이 도시되어 있다.

TWIP980 강은 고연신, 고강도 강으로서, 구성 성분으로 철(Fe), 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 인(P) 황(S) 및 기타 불순물을 포함하고, 조직은 페라이트, 마르텐사이트 및 오스테나이트 중 적어도 하나를 포함함으로써, 연신률이 45 ~ 65%가 되는 강이다. 이와 같은 물성을 가진 TWIP980강은 본 발명에 의한 자동차 휠 림 제조방법에 적합한 소재라고 할 수 있으나, 이는 본 발명에 의해 한정되는 것이 아니며, 이외에도 당업자의 판단하에 다양한 강종이 적용될 수 있다.

한편, 다른 측면으로서 본 발명은 선술한 휠 림 제조방법에 의해 제조된 휠 림을 제공하며, 이를 참조하면 상기 휠 림을 포함하는 자동차 휠을 제조할 수 있음은 물론이다. 도 7에 보이는 것처럼, 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 자동차 휠 림 제조방법에 의해 제조된 휠 림을 포함하는 자동차 휠(100)은 선술한 자동차 휠 림 제조방법에 의해 제조된 비드(13a)를 포함하는 휠 림(13) 및 상기 휠 림에 결합되는 디스크부재(60)를 포함할 수 있다.

디스크부재(60)를 휠 림(13)에 결합하기 위하여 용접할 수도 있고, 도 7에 보이는 것처럼 볼트(61c)를 이용할 수도 있다. 다만, 디스크부재를 휠 림에 결합하기 위한 방법은 본 발명에 의해 한정되는 것이 아니며, 일예로, 도 7에 도시된 것처럼 볼트를 이용한 결합방법에 관하여 설명하도록 한다.

휠 림(13)에 디스크부재(60)를 결합하기 위하여 상기 휠 림과 동일한 직경을 갖는 보조 림(70)을 구비할 수 있다.

즉, 비드(13a)를 포함하는 휠 림(13)의 일측에 플랜지를 형성하고, 상기 플랜지에는 원주방향으로 다수의 결합공(61a)을 형성한다. 그리고 선술한 보조 림(70)에도 일측에 플랜지를 형성하여 상기 플랜지의 원주방향으로는 상기 결합공(61a)에 대응되는 다수의 결합공(61a)을 형성한다.

그리고, 디스크부재(60)의 원주방향으로는 상기 휠 림(13)과 보조 림(70)에 구비된 결합공(61a)에 대응되는 디스크결합공(61b)을 다수 형성한 뒤, 상기 디스크부재(60)를 휠 림(13)과 보조 림(70) 사이에 두고 상기 결합공(61a)과 디스크결합공(61b)을 일치시켜 배열한다.

이어, 상기 결합공 및 상기 디스크결합공을 동시에 관통하는 볼트(61c)를 삽입하고 그 단부는 너트(61d)를 삽입하여 고정하면 휠 림(13)에 디스크부재(60)를 결합하여 자동차 휠을 형성할 수 있다.

다만, 선술한 방법은 본 발명의 바람직한 일실시예에 의한 것으로서, 이는 본 발명에 의해 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다.

이상에서 설명한 사항은 본 발명의 일 실시예에 관하여 설명한 것이며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

1 : 소재 10 : 판재
11 : 접합부 12 : 원통형 바디
13 : 휠 림 13a : 비드
20 : 상형 30 : 하형
40a, 40b : 롤 51 : 제1회전롤
52 : 제2회전롤