KR100584488B1 - 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법 및 이를 이용한 차량용 범퍼 빔 - Google Patents

Abstract

액상의 발포 알루미늄 폼을 이용하여 차량용 범퍼 빔을 제작하여 강성 및 충격흡수성을 개선하여 차량의 안전성을 확보하며 동시에, 차체의 경량화를 도모할 수 있도록;

알루미늄 소재 및 금속 발포제를 준비하는 단계; 상기 알루미늄 소재 및 상기 금속 발포제를 설정비율로 혼합하여 가열함으로써 액상의 발포 알루미늄 폼을 형성하는 알루미늄 폼 형성단계; 및 상기 액상의 발포 알루미늄 폼을 이용하여 상기 설정된 목표형상의 범퍼 빔을 제작하는 범퍼 빔 제작단계를 포함하는 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법을 제공한다.

액상 발포 알루미늄; 차량용 범퍼 빔; 범퍼 빔 제작방법

Description

액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법 및 이를 이용한 차량용 범퍼 빔{METHOD FOR FABRICATING A VEHICLE BUMPER BEAM USING LIQUID ALUMINUM FOAM AND BUMPER BEAM PRODUCED BY THE SAME}

도 1은 일반적인 차량용 프런트 범퍼의 분해 사시도;

도 2는 도 1의 A-A선을 따라 얻어진 단면도;

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법에 따른 제작과정의 블록도;

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법에 따른 공정도;

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법에 따른 제작과정의 블록도;

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법에 따른 공정도;

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법에 따른 제작과정의 블록도;

도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법에 따른 공정도;

도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법에 따른 제작과정의 블록도;

도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법에 따른 공정도;

도 11은 본 발명의 제5실시예에 따른 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법에 따른 제작과정의 블록도;

도 12는 본 발명의 제5실시예에 따른 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법에 따른 공정도;

본 발명은 차량용 범퍼 빔의 제작방법 및 이를 이용하여 제작되는 차량용 범퍼 빔에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액상의 발포 알루미늄 즉, 액상 알루미늄 폼을 이용하여 차량용 범퍼 빔을 제작하여 강성 및 충격흡수성을 개선하여 차량의 안전성을 확보하며 동시에, 차체의 경량화를 도모할 수 있도록 하는 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법 및 이를 이용한 차량용 범퍼 빔에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 범퍼는, 차량이 다른 차량이나 물체와의 충돌시, 그 충격을 흡수하여 승차자의 안전을 도모하기 위해 차량의 전,후단부의 소정 부위에 배치되는 완충부재이다.

이러한 차량용 범퍼는, 도 1에서 도시한(프런트 범퍼) 바와 같이, 차량의 전,후방(리어 범퍼는 미도시)에 차체 장착용 스테이(10)을 통하여 차폭방향으로 장착되는 범퍼 빔(20)과, 상기 범퍼 빔(20)의 전방에 배치되는 충격흡수부재(미도시), 그리고 상기 범퍼 빔(20)과 충격흡수부재(미도시)를 은폐 보호하는 범퍼 커버(30) 등으로 구성된다.

본 발명은 상기한 범퍼 빔 및 그 제작방법에 관한 것이다.

종래에 있어서, (프런트)범퍼 빔(20)은, 도 1과 도 2에서 도시한 바와 같이, 내부에 중공부(21)를 형성하도록 패널소재를 소정의 형상으로 성형하여 구성되는 2장의 범퍼 레일(25,27)을 서로 맞대어 용접하고, 그 일측면에는 차체에 장착하기 위한 차체 장착용 스테이(10)을 일체로 용접하여 구성하는 것이 일반적이다.

이러한 범퍼 빔(20)은 차량의 충돌시, 그 형상이 변형되면서 충격을 충분히 흡수하여 승차자를 보호할 수 있도록 하는 완충부재인 만큼 충격흡수성을 충분히 고려하여 설계되나, 이에 못지 않게 차체를 이루기 위한 어느 정도의 강성이 요구되며, 이러한 강성의 요구에 의해 상기 범퍼 빔(20) 내부의 중공부(21)에는 보강패널(23)을 일체로 용접하여 취부하고 있다.

그러나 최근에는 상기 범퍼 빔(20)의 제작시, 그 강성과 충격흡수성에 국한되지 않고, 차량 경량화의 추세에 맞추어 범퍼 빔(20)을 경량소재로 제작하고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이러한 연구의 과정에서 발포 알루미늄 소재의 적용이 고려되고 있다.

상기한 발포 알루미늄은 차량 경량화에 기여할 수 있는 가장 대표적인 금속 재료로써 이는 알루미늄의 특성에 기인하며, 경량성 뿐만 아니라 충격흡수성, 흡차음성, 내식성 등이 우수하여 자동차용 재료로 사용하게 되면 최고 50% 가량 경량화를 이룰 수 있으며 종래 자동차 생산라인 설비를 약간 혹은 그대로 사용할 수 있다는 장점으로 인해 차량의 경량화를 위한 대체 재료로 주목받고 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같이 신개념의 초경량, 고안전 발포 알루미늄의 차량 부품 적용으로 차량의 안전도를 향상시키고 차체의 경량화를 획기적으로 개선하고자 하는 요구에 의해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 액상의 발포 알루미늄 폼을 이용하여 차량용 범퍼 빔을 제작하여 강성 및 충격흡수성을 개선하여 차량의 안전성을 확보하며 동시에, 차체의 경량화를 도모할 수 있도록 하는 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법 및 이를 이용한 차량용 범퍼 빔을 제공함에 있다.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 설정된 목표형상의 범퍼 빔을 제작하는 방법으로서, 알루미늄 소재 및 금속 발포제를 준비하는 단계; 상기 알루미늄 소재 및 상기 금속 발포제를 설정비율로 혼합하여 가열함으로써 액상의 발포 알루미늄 폼을 형성하는 알루미늄 폼 형성단계; 및 상기 액상의 발포 알루미늄 폼을 이용하여 상기 설정된 목표형상의 범퍼 빔을 제작하는 범퍼 빔 제작단계를 포함하는 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법을 제공한다.

그리고 본 발명은 상기한 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제 작방법에 의해 제작되는 차량용 범퍼 빔을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 5가지의 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3내지 도 12는 본 발명의 각 실시예에 따른 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법에 따른 제작과정의 블록도 및 공정도를 도시한 것으로써,

(실시예1)

상기 도 3과 도 4를 통하여 본 발명의 제1실시예를 설명하면, 설정된 목표형상의 범퍼 빔을 제작하기 위하여 먼저, 알루미늄 소재(1, 알루미늄 파우더) 및 금속 발포제(3, 발포 파우더; 일반적으로 SiC + TiH_2를 사용)를 준비한 후, 혼합기 내에서 상기 알루미늄 소재 및 상기 금속 발포제를 설정비율(98.5:1.5wt%)로 혼합하여(S110) 가열기(5)에서 증점제(Ca)를 2.0wt% 정도 첨가하여 소정의 온도범위(680℃~720℃)내에서 가열함으로써 액상의 발포 알루미늄 폼(7)을 형성하게 된다(S120).

이어서, 상기 액상의 발포 알루미늄 폼(7)을 이용하여 상기 설정된 목표형상의 범퍼 빔을 제작하는 범퍼 빔 제작단계(S130)를 이루게 되는데, 상기 범퍼 빔 제작단계(S130)는, 설정된 틀(9), 즉 일정한 형상으로 규격화된 틀에서 상기 액상의 발포 알루미늄 폼(7)을 응고시킨 후(S130a), 상기 설정된 틀(9)에서 응고된 발포 알루미늄(11)을 이용하여 상기 범퍼 빔(17)을 완성하기 위한 범퍼 빔 완성단계 (S130b)를 진행하게 된다.

이러한 과정으로 얻어지는 응고된 발포 알루미늄(11)의 물성적 특성을 살펴보면, 아래 표 1, 표 2, 표 3에서 알 수 있듯이 용탕온도, 증점제 첨가량의 변화 및 발포제 첨가량의 변화에 영향을 받는다.

용탕온도(℃)	밀도(g/㎤)	기포율(%)
680	0.27	90.0
720	0.28	89.6

단, 증점제 첨가량; 2.0wt%, 발포제 첨가량; 1.5wt% 임

첨가량(wt%)	밀도(g/㎤)	기포율(%)
0	1.04	61.5
0.5	0.66	75.6
1.0	0.55	79.6
1.5	0.48	82.2
2.0	0.44	83.7
2.5	0.50	81.5

단, 발포제 함량; 1.0wt% 임

첨가량(wt%)	밀도(g/㎤)	기포율(%)
0.5	0.68	74.8
1.0	0.36	86.7
1.5	0.28	89.6
2.0	0.30	88.9

단, 증점제 첨가량; 1.5wt% 임

즉, 상기한 바와 같은 표 1, 표 2, 표 3에서와 같이, 상기 응고된 발포 알루미늄은 증점제 첨가량이 2.0wt%이고 발포제 첨가량이 1.5wt%일 때, 그 용탕온도에 따라 밀도(g/㎤)와 기포율(%)은 크게 변하지 않는다.

그리고 발포제 첨가량이 1.0wt%일 때, 증점제 첨가량이 증가함에 따라 밀도(g/㎤)는 낮아지고 기포율(%)은 높아지나 어느 정도 이상에서는 오히려 밀도(g/㎤)는 높아지고 기포율(%)은 낮아진다.

또한, 증점제 첨가량이 1.5wt%일 때, 발포제의 첨가량이 증가함에 따라 밀도(g/㎤)는 낮아지고 기포율(%)은 높아지나 어느 정도 이상에서는 오히려 밀도(g/㎤)는 높아지고 기포율(%)은 낮아지는 물성적 특성을 나타낸다.

상기 범퍼 빔 완성단계(S130b)는 상기 설정된 틀(9)에서 응고된 발포 알루미늄(11)을 상기 설정된 목표형상의 범퍼 빔(17) 형태로 재단한 후(S130b-1), 상기 범퍼 빔의 형태로 재단된 발포 알루미늄(13)에 직접 차체 장착용 스테이(15)를 부착하는 단계(S130b-2)들로 이루어진다.

(실시예2)

그리고 도 5와 도 6를 통하여 본 발명의 제2실시예를 설명하면, 설정된 목표형상의 범퍼 빔을 제작하기 위하여 먼저, 알루미늄 소재(1, 알루미늄 파우더) 및 금속 발포제(3, 발포 파우더; 일반적으로 SiC + TiH_2를 사용)를 준비한 후, 혼합기 내에서 상기 알루미늄 소재 및 상기 금속 발포제를 설정비율(98.5:1.5wt%)로 혼합하여(S210) 가열기(5)에서 증점제(Ca)를 2.0wt% 정도 첨가하여 소정의 온도범위(680℃~720℃)내에서 가열함으로써 액상의 발포 알루미늄 폼(7)을 형성하게 된다(S220).

이어서, 상기 액상의 발포 알루미늄 폼(7)을 이용하여 상기 설정된 목표형상의 범퍼 빔을 제작하는 범퍼 빔 제작단계(S230)를 이루게 되는데, 상기 범퍼 빔 제작단계(S230)는, 상기 설정된 목표형상의 범퍼 빔(17)의 범퍼레일(21,23)을 먼저 준비하고(S230a), 설정된 틀(9), 즉 일정한 형상으로 규격화된 틀에서 상기 액상의 발포 알루미늄 폼(7)을 응고시킨 후(S230b), 상기 설정된 틀(9)에서 응고된 발포 알루미늄(11)을 이용하여 상기 범퍼 빔(17)을 완성하기 위한 범퍼 빔 완성단계(S230c)를 진행하게 된다.

여기서 상기 응고된 발포 알루미늄(11)의 물성적 특성은 상기한 실시예1에서 언급한 바와 같다.

상기 범퍼 빔 완성단계(S230c)는 상기 설정된 틀(9)에서 응고된 발포 알루미늄(11)을 설정된 형태, 즉, 범퍼레일(21,23)의 내부 공간부 형상으로 재단한 후(S230c-1), 상기 재단된 발포 알루미늄(13)을 준비된 상기 범퍼레일(21,23) 내의 공간부에 삽입 장착한 후, 상기 범퍼레일(21,23)에 차체 장착용 스테이(15)를 부착하는 단계(S230c-2)들로 이루어진다.

(실시예3)

그리고 도 7과 도 8을 통하여 본 발명의 제3실시예를 설명하면, 설정된 목표형상의 범퍼 빔을 제작하기 위하여 먼저, 알루미늄 소재(1, 알루미늄 파우더) 및 금속 발포제(3, 발포 파우더; 일반적으로 SiC + TiH_2를 사용)를 준비한 후, 혼합기 내에서 상기 알루미늄 소재 및 상기 금속 발포제를 설정비율(98.5:1.5wt%)로 혼합하여(S310) 가열기(5)에서 증점제(Ca)를 2.0wt% 정도 첨가하여 소정의 온도범위(680℃~720℃)내에서 가열함으로써 액상의 발포 알루미늄 폼(7)을 형성하게 된다(S320).

이어서, 상기 액상의 발포 알루미늄 폼(7)을 이용하여 상기 설정된 목표형상 의 범퍼 빔을 제작하는 범퍼 빔 제작단계(S330)를 이루게 되는데, 상기 범퍼 빔 제작단계(S330)는 설정된 틀(9)에서 상기 액상의 발포 알루미늄 폼(7)을 응고시킨 후(S330a), 상기 설정된 틀(9)에서 응고된 발포 알루미늄(11)을 이용하여 상기 범퍼 빔(17)을 완성하기 위한 범퍼 빔 완성단계(S330b)를 진행하게 된다.

여기서 상기 응고된 발포 알루미늄(11)의 물성적 특성은 상기한 실시예1에서 언급한 바와 같다.

또한, 상기 설정된 틀(9)은 상기 목표형상의 범퍼 빔 외형의 형태로 설정되는 캐비티를 갖는 형틀로 이루어지고, 상기 범퍼 빔 완성단계(S330b)는, 상기 형틀(9: 상기 설정된 틀) 내에서 상기 범퍼 빔(17)의 형태로 응고된 발포 알루미늄(11)을 취출하여 이에 직접 차체 장착용 스테이(15)를 부착하는 과정으로 이루어진다.

(실시예4)

그리고 도 9와 도 10을 통하여 본 발명의 제4실시예를 설명하면, 설정된 목표형상의 범퍼 빔을 제작하기 위하여 먼저, 알루미늄 소재(1, 알루미늄 파우더) 및 금속 발포제(3, 발포 파우더; 일반적으로 SiC + TiH_2를 사용)를 준비한 후, 혼합기 내에서 상기 알루미늄 소재 및 상기 금속 발포제를 설정비율(98.5:1.5wt%)로 혼합하여(S410) 가열기(5)에서 증점제(Ca)를 2.0wt% 정도 첨가하여 소정의 온도범위(680℃~720℃)내에서 가열함으로써 액상의 발포 알루미늄 폼(7)을 형성하게 된다(S420).

이어서, 상기 액상의 발포 알루미늄 폼(7)을 이용하여 상기 설정된 목표형상 의 범퍼 빔을 제작하는 범퍼 빔 제작단계(S430)를 이루게 되는데, 상기 범퍼 빔 제작단계(S430)는 먼저 상기 설정된 목표형상의 범퍼 빔의 범퍼레일(21,23)을 먼저 준비하고(S430a), 설정된 틀(9)에서 상기 액상의 발포 알루미늄 폼(7)을 부어 응고시킨 후(S430b), 상기 설정된 틀(9)에서 응고된 발포 알루미늄(11)을 이용하여 상기 범퍼 빔(17)을 완성하기 위한 범퍼 빔 완성단계(S430c)를 진행하게 된다.

여기서 상기 응고된 발포 알루미늄(11)의 물성적 특성은 상기한 실시예1에서 언급한 바와 같다.

또한, 상기 설정된 틀(9)은 상기 범퍼레일(21,23) 내의 공간부 형태로 설정된 캐비티를 형성하는 형틀로 이루어지며, 상기 범퍼 빔 완성단계(S430c)는, 상기 형틀(9; 상기 설정된 틀) 내에서 상기 범퍼레일(21,23) 내의 공간부 형태로 응고된 발포 알루미늄(11)을 상기 범퍼레일(21,23) 내의 공간부에 삽입하고, 이어서 상기 범퍼레일(21,23)에 차체 장착용 스테이(15)를 부착하는 과정으로 이루어진다.

(실시예5)

그리고 도 11와 도 12을 통하여 본 발명의 제5실시예를 설명하면, 설정된 목표형상의 범퍼 빔을 제작하기 위하여 먼저, 알루미늄 소재(1, 알루미늄 파우더) 및 금속 발포제(3, 발포 파우더; 일반적으로 SiC + TiH_2를 사용)를 준비한 후, 혼합기 내에서 상기 알루미늄 소재 및 상기 금속 발포제를 설정비율(98.5:1.5wt%)로 혼합하여(S510) 가열기(5)에서 증점제(Ca)를 2.0wt%를 첨가하여 소정의 온도범위(680℃~720℃)내에서 가열함으로써 액상의 발포 알루미늄 폼(7)을 형성하게 된다(S520).

이어서, 상기 액상의 발포 알루미늄 폼(7)을 이용하여 상기 설정된 목표형상의 범퍼 빔(17)을 제작하는 범퍼 빔 제작단계(S530)를 이루게 되는데, 상기 범퍼 빔 제작단계(S530)는 먼저, 상기 설정된 목표형상의 범퍼 빔의 범퍼레일(21,23)을 준비한다(S530a).

이 때, 상기 범퍼레일(21,23)은 그 내부의 공간부를 캐비티로 하며, 상기 액상의 발포 알루미늄 폼(7)을 상기 범퍼레일(21,23)의 공간부에 직접 부어 이를 응고시킨 후(S530b), 상기 범퍼레일(21,23)에 차체 장착용 스테이(15)를 부착하는 단계(S530c)로 이루어진다.

여기서 상기 범퍼레일(21,23) 내에서 응고된 발포 알루미늄(11)의 물성적 특성은 상기한 실시예1에서 언급한 바와 같다.

상기에서 언급한 5가지의 실시예에서와 같이 액상의 발포 알루미늄을 설정된 틀(9) 내에서 부어 응고시킴으로써, 범퍼 빔(17)을 제작하는 본 발명의 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법은 특정 차량용 범퍼 빔의 제작에 한정되는 것은 아니며, 차체를 이루는 필러류, 멤버류 등의 강성 및 충격 흡수성을 유지하면서, 경량화를 도모하고자 하는 차체 각 부분의 제작에 적용될 수 있으며, 그 적용범위는 다양하게 나타날 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법에 의하면, 액상의 발포 알루미늄 폼을 틀에 부어 응고된 발포 알루미늄을 이용하여 차량용 범퍼 빔을 제작함으로써, 강성 및 충격흡수성 을 개선하여 차량의 안전성을 높일 수 있으며, 동시에, 차체 경량화의 요구를 충족시킬 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 설정된 목표형상의 범퍼 빔을 제작하기 위하여 알루미늄 소재 및 금속 발포제를 준비하는 단계; 상기 알루미늄 소재 및 상기 금속 발포제를 설정비율로 혼합하여 가열함으로써 액상의 발포 알루미늄 폼을 형성하는 알루미늄 폼 형성단계; 설정된 틀에서 상기 액상의 발포 알루미늄 폼을 응고시키는 응고단계; 및 상기 응고된 발포 알루미늄을 이용하여 상기 범퍼 빔을 완성하는 범퍼 빔 완성 단계를 포함하는 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법에 있어서,

   상기 범퍼 빔 완성단계는,

   상기 응고된 발포 알루미늄을 상기 설정된 목표형상의 범퍼 빔 형태로 재단하는 단계; 및

   상기 재단된 발포 알루미늄에 직접 차체 장착용 스테이를 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법.
4. 삭제
5. 설정된 목표형상의 범퍼 빔을 제작하기 위하여 알루미늄 소재 및 금속 발포제를 준비하는 단계; 상기 알루미늄 소재 및 상기 금속 발포제를 설정비율로 혼합하여 가열함으로써 액상의 발포 알루미늄 폼을 형성하는 알루미늄 폼 형성단계; 설정된 틀에서 상기 액상의 발포 알루미늄 폼을 응고시키는 응고단계; 및 상기 응고된 발포 알루미늄을 이용하여 상기 범퍼 빔을 완성하는 범퍼 빔 완성 단계를 포함하는 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법에 있어서,

   상기 설정된 틀은 상기 목표형상의 범퍼 빔 외형의 형태로 설정되는 캐비티를 갖는 형틀로 하고,

   상기 범퍼 빔 완성단계는, 상기 형틀 내에서 상기 범퍼 빔의 형태로 응고된 발포 알루미늄에 직접 차체 장착용 스테이를 부착하는 것을 특징으로 하는 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 청구항 3 또는 청구항 5중의 어느 한 항의 액상 발포 알루미늄을 이용한 차량용 범퍼 빔의 제작방법에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼 빔.

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