KR100599002B1 - Manufacture method of front side member use of hydroforming - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하이드로포밍(hydroforming:액압성형)을 이용한 모노코크 타입(monocoque type) 차량의 프론트 사이드 멤버(front side member)의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉연소재로 이루어진 금속파이프를 벤딩(bending), 프리포밍(preforming), 하이드로포밍(hydroforming)의 삼단계 공정으로 가공하여 모노코크 타입 차량의 프론트 사이드 멤버를 제조함으로써 부품의 중량을 감소시키고, 용접장(용접부위)을 최소화하여 부품의 강도 및 내구성을 향상시키며, 자재비를 절감하고 공수를 줄일 수 있는 하이드로포밍을 이용한 모노코크 타입 차량의 프론트 사이드 멤버의 제조방법을 제공한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a front side member of a monocoque type vehicle using hydroforming, and more particularly, to bending a metal pipe made of a cold rolled material. ), The front side member of the monocoque type vehicle is manufactured by the three-step process of preforming and hydroforming to reduce the weight of the part and to minimize the welding site (welding area) The present invention provides a method of manufacturing a front side member of a monocoque type vehicle using hydroforming to improve durability, reduce material costs, and reduce labor.

Description

하이드로포밍을 이용한 모노코크 타입 차량의 프론트 사이드 멤버의 제조방법{Manufacture method of front side member use of hydroforming}Manufacturing method of front side member of monocoque type vehicle using hydroforming

도 1은 종래의 프레스 방식으로 제작된 프론트 사이드 멤버와 하이드로포밍 방식으로 제작된 본 발명상의 일체형의 프론트 사이드 멤버를 비교하여 나타낸 사시도.1 is a perspective view comparing the front side member manufactured by a conventional press method and the integrated front side member of the present invention manufactured by a hydroforming method.

도 2는 전기저항용접 방식으로 제작된 금속 파이프에 하이드로포밍을 적용하여 생산된 발명상의 프론트 사이드 멤버와 그 프론트 사이드 멤버의 용접부 단면.Figure 2 is a cross-sectional view of the invention front side member and the welded front side member produced by applying hydroforming to the metal pipe produced by the electric resistance welding method.

도 3은 하이드로포밍시 프론트 사이드 멤버의 단면 확관율을 고려하여 형성한 비드 부분을 나타내는 사시도. Figure 3 is a perspective view showing a bead portion formed in consideration of the cross-sectional expansion ratio of the front side member during hydroforming.

도 4는 하이드로포밍 된 프론트 사이드 멤버에 강도 보강용 브라킷을 부착한 모습을 나타낸 사시도와 레이져 하이브리드 용접시 강도 보강을 위해 "L"자 형태의 보강대를 부착한 모습을 나타낸 하이브리드 용접부 단면도.4 is a cross-sectional view showing a state in which a strength reinforcing bracket is attached to a hydroformed front side member and a hybrid welding portion sectional view in which a reinforcing rod of an “L” shape is attached for strength reinforcement during laser hybrid welding.

도 5는 레이져 하이브리드 용접상태를 나타낸 개념도.5 is a conceptual diagram showing a laser hybrid welding state.

본 발명은 하이드로포밍(hydroforming:액압성형)을 이용한 모노코크 타입(monocoque type) 차량의 프론트 사이드 멤버(front side member)의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉연소재로 이루어진 금속파이프를 벤딩(bending), 프리포밍(preforming), 하이드로포밍(hydroforming)의 삼단계 공정으로 가공하여 모노코크 타입 차량의 프론트 사이드 멤버를 제조함으로써 부품의 중량을 감소시키고, 용접장(용접부위)을 최소화하여 부품의 강도 및 내구성을 향상시키며, 자재비를 절감하고 공수를 줄일 수 있는 하이드로포밍을 이용한 모노코크 타입 차량의 프론트 사이드 멤버의 제조방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a front side member of a monocoque type vehicle using hydroforming, and more particularly, to bending a metal pipe made of a cold rolled material. ), The front side member of the monocoque type vehicle is manufactured by the three-step process of preforming and hydroforming to reduce the weight of the part and to minimize the welding site (welding area) The present invention relates to a method of manufacturing a front side member of a monocoque type vehicle using hydroforming to improve durability, reduce material costs, and reduce man-hours.

종래의 프레스(press) 방식을 이용한 모노코크 타입 차량의 프론트 사이드 멤버의 제조방법은, 도 1에 도시한 바와 같이 4개의 판재를 각각 절단 및 절곡을 실시하고 상하 판재의 플랜지 부분을 점용접(spot welding)하여 폐단면을 형성한 다음, 그 폐단면이 형성된 부품들을 다시 연결 용접함으로써 하나의 프론트 사이드 멤버를 제조하였다. In the method of manufacturing a front side member of a monocoque type vehicle using a conventional press method, as shown in FIG. 1, four plate members are cut and bent, respectively, and spot welding is performed on the flange portions of the upper and lower plate members. One front side member was manufactured by forming a closed cross section and then connecting and welding the parts having the closed cross section again.

그런데, 상술한 종래의 프레스(press)방식을 이용한 프론트 사이드 멤버의 제조방법은 판재로 이루어진 각각의 소재를 절단하는 공정이 필요하여 최소 4개의 절단 금형 및 프레스가 필요하였고, 또한 각각의 절단된 판재를 절곡하는 공정이 추가 되어야만 했다.However, the method of manufacturing the front side member using the conventional press method described above requires a process of cutting each material made of a plate, and thus requires at least four cutting molds and presses, and each cut plate The process of bending the wire had to be added.

게다가, 각각의 판재를 연결시키기 위해 점용접을 실시하여야 하므로 점용접 장비를 별도로 구비하여야 했으며, 또한 차량의 부품은 내구성 향상을 위해 용접장(용접부위)을 최소화 하여야 하는데 종래의 프레스 방식은 그러한 요구에 적합하지 못할 뿐 아니라 점용접은 고온으로 금속을 압착하는 방법이므로 점용접 이후에 플랜지 부위에 변형 및 뒤틀림 등이 유발될 수 있었다.In addition, since spot welding must be performed to connect each sheet, spot welding equipment must be separately provided. Also, parts of a vehicle must minimize welding sites (welding sites) to improve durability. In addition, spot welding is a method of pressing a metal at a high temperature, and thus deformation and distortion may occur in the flange portion after spot welding.

따라서, 제품의 정확한 치수를 맞추기가 어렵고 용접부위에 산화현상이 발생하여 부품의 내구성에 문제를 야기시키게 되었다.Therefore, it is difficult to fit the exact dimensions of the product and oxidation occurs in the welded parts, causing problems in the durability of the parts.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 하이드로포밍을 이용하여 모노코크 타입 차량의 프론트 사이드 멤버를 제조하여 종래의 프레스 방식으로 제조된 프론트 사이드 멤버에 형성되어 있는 플랜지 부위를 본 발명에서는 생략 가능하도록 하므로써 부품의 중량을 현저히 감소시킬 수 있고, 또한 제조공정을 파이프의 제조, 벤딩, 프리포밍, 하이드로포밍의 순으로 단순화하여 생산성 향상 및 원가 경쟁력을 높이는 동시에 부품의 용접장을 최소화하여 제품의 품질을 향상시키며, 아울러 하이드로포밍 된 냉연소재의 부품과 또다른 부품과의 접합을 위해 레이져 하이브리드(laser hybrid) 용접 방법을 적용하여 하이드로포밍 된 부품인 프론트 사이드 멤버를 완성차에도 부착이 가능하도록 한 하이드로포밍을 이용한 모노코크 타입 차량의 프론트 사이드 멤버의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.According to the present invention for solving the above problems, the flange portion formed on the front side member manufactured by the conventional press method by manufacturing the front side member of the monocoque type vehicle using hydroforming can be omitted. This can significantly reduce the weight of the parts, and also simplify the manufacturing process in the order of pipe manufacturing, bending, preforming, and hydroforming to improve productivity and cost competitiveness, while minimizing the welding field of parts, thereby improving product quality. In addition, the hydroformation allows the front side member, which is a hydroformed part, to be attached to the finished vehicle by applying a laser hybrid welding method for joining the hydroformed cold rolled material part with another part. For monocoque type vehicles To provide a method of manufacturing the agent side members has a purpose.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명상의 하이드로포밍을 이용한 모노코크 타입 차량의 프론트 사이드 멤버의 제조방법은,Method for producing a front side member of the monocoque type vehicle using the hydroforming according to the present invention for achieving the above object,

냉연 소재로 이루어진 파이프의 제작공정과; 파이프의 벤딩공정과; 그 파이프를 벤딩하고 하이드로포밍을 실시하기 전에 파이프를 금형으로 적당히 성형하여 하이드로포밍 금형에 안착시키는 프리포밍(preforming)공정과; 액압성형인 하이드로포밍 공정의 순서로 제작되며, A fabrication process of the pipe made of cold rolled material; Bending of the pipe; A preforming step of forming the pipe into a mold and seating the pipe in a mold before bending the pipe and performing hydroforming; It is manufactured in the order of hydroforming process by hydraulic molding,

또한, 상기 냉연 소재로 이루어진 파이프를 제작하는 데 있어 전기저항용접 방법을 적용하고, 상기 파이프의 뒷 부분에는 파이프의 설계 단면요구치 만큼 파이프의 내측으로 비드를 형성하며, 하이드로포밍 된 부품의 외측에는 보강용 브라킷을 레이져 하이브리드 용접 방법으로 접합하도록 한 것을 특징으로 한다.In addition, an electric resistance welding method is applied to fabricate the pipe made of the cold rolled material, and beads are formed inside the pipe by the design cross-section requirement of the pipe at the rear part of the pipe, and reinforced on the outside of the hydroformed part. It is characterized in that the bracket for joining by a laser hybrid welding method.

이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

우선, 냉연 소재를 이용하여 파이프를 제조함에 있어, 도 2에서 보는 바와 같이 전기저항용접 방식을 적용함으로써 일반적으로 이용되는 레이져 용접에 비해 제조 속도를 향상시키고 레이져 용접 품질 수준의 용접 건전성을 유지하도록 한다.First, in manufacturing a pipe by using a cold rolled material, as shown in Figure 2 by applying an electrical resistance welding method to improve the manufacturing speed compared to the laser welding generally used to maintain the welding integrity of the laser welding quality level. .

그리고, 냉연 소재로 이루어진 파이프에 하이드로포밍을 실시하기 전에 소재의 기준 물성을 KS B0802에 따라 실험하여 강관의 물성값을 도출하여 통상의 성형해석 프로그램(예.LS-Dyna)을 이용하여 성형가능 여부를 판정하며, 이 성형해석시 강관의 터짐과 주름이 발생하는 부위는 설계 변경등을 통하여 개선가능하다.Before hydroforming a pipe made of cold rolled material, test the standard property of the material according to KS B0802 to derive the property value of the steel pipe to determine whether it can be formed using a conventional molding analysis program (eg LS-Dyna). In this molding analysis, the site where the steel pipe bursts and wrinkles can be improved by design change.

다만, 본 발명상의 하이드로포밍으로 제작된 부품은 단면에 있어, 앞 부분과 뒷 부분의 단면적에 차이가 나기 쉬운 문제가 있다. However, the parts produced by the hydroforming according to the present invention has a problem that the cross-sectional area of the front part and the rear part tends to be different in cross section.

즉, 설계 요구치에 비하여 파이프의 앞 부분의 단면은 기준치보다 크고, 뒷 부분은 기준치보다 작다. 따라서, 설계된 파이프의 단면적이 큰 앞 부분은 확관을 실시하여 제작하면 되는데 뒷 부분은 파이프의 지름보다 설계 단면요구치가 작기 때문에 확관을 실시하지 못하고 파이프의 남는 단면적을 해결해야 하는 문제점이 발생하게 된다.In other words, the cross section of the front part of the pipe is larger than the reference value and the rear part is smaller than the reference value as compared with the design requirement. Therefore, the front part of the designed pipe having a large cross-sectional area may be manufactured by expanding the pipe, but the rear part may have a problem in that the remaining cross-sectional area of the pipe cannot be solved because the design cross-sectional requirement is smaller than the diameter of the pipe.

따라서, 본 발명에서는 이를 해결하기 위하여 도 3과 같이, 파이프의 설계시 파이프 뒷 부분의 단면적이 작은 부분에 파이프의 남는 단면적을 파이프의 내측으로 홈을 파는 것처럼 들어가게 한 비드를 형성하였다.Accordingly, in order to solve this problem, in the present invention, as shown in FIG. 3, a bead in which the remaining cross-sectional area of the pipe is inserted into the inside of the pipe is inserted into a portion where the cross-sectional area of the rear part of the pipe is small.

이러한 설계에 의해 하이드로포밍 방식으로 파이프를 성형할 때 파이프의 확관율을 일정하게 유지시키고, 강성증대의 효과 또한 거둘 수 있다.This design maintains a constant pipe expansion rate when forming a pipe in a hydroforming manner, and also increases the rigidity.

상기 파이프가 안착될 금형의 제작방식은 일반적인 주물방식을 채택하며, 상기 파이프를 이용한 프론트 사이드 멤버의 제조공정은 파이프의 벤딩공정과, 파이프를 벤딩하고 하이드로포밍을 실시하기 전에 파이프를 금형으로 적당히 찌그러 뜨려서 하이드로포밍 금형에 안착시키는 프리포밍(preforming)공정과, 액압성형인 하이드로포밍 공정의 순서로 이루어지고, 각각의 공정 역시 성형해석과 실제 제품의 비교 분석을 실시하여 개선 점을 찾아서 모델 변경 또는 금형을 수정하여 작업을 실시한다.The manufacturing method of the mold on which the pipe is to be seated adopts a general casting method, and the manufacturing process of the front side member using the pipe is appropriately crushed into the mold before the bending process of the pipe and the bending and hydroforming of the pipe. It consists of a preforming process of laying down on a hydroforming mold and a hydroforming process of hydraulic molding, and each process also performs a molding analysis and a comparative analysis of the actual product to find an improvement and change a model. Carry out the work by modifying it.

그리고, 일반적으로 하이드로포밍 된 부품과 다른 브라킷 부품을 접합할 때 스폿(spot) 용접을 실시하였는데, 이때 도 4와 같이 하이드로포밍 된 파이프의 폐 단면에 스폿 용접기의 건(gun)이 들어갈 수가 없어서 브라킷과의 체결이 용이하지 못한 문제점이 있으므로, 본 발명에서는 스폿 용접기의 건이 미치지 못하는 부위에 레이져 하이브리드(laser hybrid) 용접 방법을 적용하여 용접을 실시한다.In general, spot welding was performed when joining a hydroformed part to another bracket part. In this case, as shown in FIG. 4, a spot welder's gun cannot enter the closed end surface of the hydroformed pipe. Since there is a problem in that the fastening with the easy, the present invention is applied to the laser hybrid welding (laser hybrid) welding method to the portion of the spot welder does not reach the welding.

이 때, 레이져 하이브리드 용접만으로 강성이 부족한 부위에 별도로 강도 보강용 브라킷을 접합하되, 상기 강도 보강용 브라킷을 "L"자 형상으로 설계하여 하이드로포밍 된 파이프에 용접하므로써 브라킷의 스프링백 현상을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.At this time, the strength reinforcement bracket is separately bonded to the part where the rigidity is insufficient only by laser hybrid welding, and the strength reinforcement bracket is designed in the “L” shape to prevent the spring back phenomenon of the bracket by welding to the hydroformed pipe. The effect can be obtained.

여기서, 상기 레이져 하이브리드 용접이란, 도 5와 같이 레이져 용접과 MIG 용접을 복합적으로 적용하는 용접 방법으로서, 우선 용접을 실시할 두 모재를 접하게 한 후 레이져의 열로써 모재를 녹여 홀을 만든 다음 그 홀에 MIG 용접을 실시하는데 이때 용접봉의 금속이 레이져의 열로 인해 녹아 홀을 채우게 된다. 이러한 레이져 하이브리드 용접방식을 하이드로포밍 된 폐단면을 가진 부품과 브라킷을 접합하는데 적용함으로써 종래의 점용접 방식과 같이 용접방향과 반대편의 모재부에 스폿 건이 들어갈 필요 없이 용접이 가능하게 된다.Here, the laser hybrid welding is a welding method in which a combination of laser welding and MIG welding is applied as shown in FIG. 5. First, two base metals to be welded are brought into contact with each other, and then a hole is formed by melting the base metal with the heat of the laser. MIG welding is performed at this time, and the metal of the electrode is melted by the heat of the laser to fill the hole. By applying the laser hybrid welding method to join the parts and the bracket having the hydroformed closed section, welding is possible without the spot gun entering the base material portion opposite to the welding direction as in the conventional spot welding method.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명상의 하이드로포밍을 이용한 모노코크 타입 차량의 프론트 사이드 멤버의 제조방법에 의해서, 종래의 프레스 방식에 비하여 프론트 사이드 멤버의 부품수를 4개에서 1개로 줄일 수 있고, 그 부품에서 스폿 용접을 위한 플랜지 부위를 생략함으로써 약 20% 이상의 부품중량을 감소시킬 수 있으 며, 용접장을 최소화 하므로써 자동차 부품의 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 종래의 프레스 방식으로 제작된 부품보다 하이드로포밍 방식으로 제작되는 부품은 단면적을 크게 설계할 수 있으므로 충돌 강성을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.According to the manufacturing method of the front side member of the monocoque type vehicle using the hydroforming according to the present invention configured as described above, the number of parts of the front side member can be reduced from four to one, as compared with the conventional press method. By omitting the flange for spot welding, the weight of parts can be reduced by about 20% or more, and the durability of automobile parts can be improved by minimizing the welding field, and hydroforming than parts manufactured by the conventional press method. Parts manufactured in such a manner can be designed to have a large cross-sectional area, thereby increasing the impact stiffness.

또한, 종래의 프레스 방식은 프론트 사이드 멤버를 제작함에 있어 4개의 부품을 각각 절단 및 절곡하여 접합하는 공정이 필요한 반면 하이드로포밍 방식은 파이프를 벤딩, 프리포밍, 하이드로포밍을 실시하는 3단계 공정만으로 이루어짐으로 공정수를 획기적으로 줄일 수 있어 설비 투자비 및 생산성 면에서도 월등히 향상된 결과를 얻을 수 있다.In addition, the conventional press method requires a process of cutting and bending each of the four parts in the manufacturing of the front side member, while the hydroforming method consists of only a three-step process of bending, preforming and hydroforming pipes. In this way, the number of processes can be drastically reduced, resulting in significantly improved investment and productivity.

Claims (2)

냉연 소재로 이루어진 파이프의 제조공정과, 상기 파이프의 벤딩공정과, 상기 파이프를 금형으로 적당히 성형시켜서 하이드로포밍 금형에 안착시키는 프리포밍(preforming)공정과, 상기 파이프를 액압성형하는 공정으로 이루어지며, 상기 파이프의 뒷부분에는 파이프의 설계 단면요구치 만큼 파이프의 내측으로 비드가 형성되고, 하이드로포밍 된 부품의 외측에는 상기 보강용 브라킷이 접합되는 것을 특징으로 하는 모노코크 타입 차량의 프론트 사이드 멤버의 제조방법에 있어서,A process of manufacturing a pipe made of a cold rolled material, a bending process of the pipe, a preforming process of appropriately forming the pipe into a mold to be seated on a hydroforming mold, and a process of hydraulically molding the pipe, In the method of manufacturing a front side member of a monocoque type vehicle, a bead is formed inside the pipe as much as the design cross-section requirement of the pipe, and the reinforcing bracket is joined to the outside of the hydroformed part. , 상기 냉연 소재로 이루어진 파이프를 제작할 때 전기저항용접을 적용하고, 상기 보강용 브라킷을 하이드로포밍 된 부품의 외측에 부착할 때는 레이져 하이브리드 용접을 적용하는 것을 특징으로 하는 하이드로포밍을 이용한 모노코크 타입 차량의 프론트 사이드 멤버의 제조방법.Electrical resistance welding is applied when fabricating the pipe made of the cold rolled material, and when the reinforcing bracket is attached to the outside of the hydroformed part, laser hybrid welding is applied to the front of the monocoque type vehicle using hydroforming. Method of manufacturing the side member. 삭제delete
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