KR100692723B1 - 고온동시성형에 의한 자동차용 부품의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차용 부품의 제조방법에 관한 것으로서, 복수의 강판 블랭크 소재를 겹쳐놓은 상태에서 서로 이동이 없게 가접한 후, 이들을 고온으로 가열한 상태에서 동시에 제품 형상으로 프레스 성형하여 제조함으로써, 제조공정을 줄이면서도 고강도화 및 경량화를 실현할 수 있도록 한 고온동시성형에 의한 자동차용 부품의 제조방법에 관한 것이다.

이를 위하여, 본 발명은 센터 필러 제조용 강판을 메인 판넬 및 이에 덧대어지는 보강재의 필요한 크기로 절단 가공하여 복수의 강판 블랭크를 제공하는 단계와; 상기 복수의 강판 블랭크를 서로 겹쳐놓은 상태에서 움직이지 않도록 가접하는 단계와; 가접된 상태의 강판 블랭크를 가열로에 넣어 850 ~ 950℃의 온도 범위로 가열하는 단계와; 가열 및 겹친 상태의 강판 블랭크를 프레스 성형기에서 최종 형상으로 동시에 프레스 성형한 후 냉각시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 자동차용 부품의 제조방법을 제공한다.

자동차, 센터 필러, 강판, 블랭크, 고온동시성형, 열처리, 보강재

Description

고온동시성형에 의한 자동차용 부품의 제조방법{Method for manufacturing center pillar of vehicle using simultaneous hot stamping}

도 1a는 본 발명에서 이용되는 공정수단 및 제조 과정을 순서대로 나타낸 도면,

도 1b는 본 발명의 제조방법에 따라 제품의 고온동시성형이 이루어지는 과정을 나타낸 도면,

도 2는 본 발명의 제조방법에 의거 열처리된 부위를 촬영한 현미경 사진,

도 3은 본 발명에 의해 제작된 센터 필러의 구성품을 나타낸 도면,

도 4는 종래의 보강재를 포함하는 센터 필러를 나타낸 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 메인 판넬 5 : 보강재

11, 12 : 강판 블랭크

본 발명은 자동차용 부품의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 강판 블랭크 소재를 겹쳐놓은 상태에서 서로 이동이 없게 가접한 후, 이들을 고온으로 가열한 상태에서 제품 형상으로 동시에 프레스 성형하여 제조함으로써, 제조공정을 줄이면서도 고강도화 및 경량화를 실현할 수 있도록 한 고온동시성형에 의한 자동차용 부품의 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로 자동차용 센터 필러(center pillar)는 차체의 측면(앞도어와 뒷도어의 사이 영역)에 배치되어, 측면 충돌시 그 충격 에너지를 흡수함으로써, 차체 및 인명 피해를 최소화할 수 있도록 하는 일종의 충돌안전부재이다.

또한 센터 필러는 도어 힌지 등이 고정되고 안전벨트 구성품 등이 장착되는 차체의 구조용 부품이기도 하다.

이러한 역할을 하는 센터 필러는 몇 개의 부품으로 구성되는데, 첨부한 도 4에 도시한 바와 같이 프레스 성형품인 메인 판넬(1)과 이에 덧대어진 보강재(2~4)로 되어 있는바, 충돌시 차체의 변형을 최소화하기 위하여 고장력 강판을 사용하고 있다.

대개 센터 필러는 고장력 강판을 메인 판넬(1)과 보강재(2~4)로 별도 프레스 성형하여 제조한 다음, 메인 판넬(1)에 보강재(2~4)를 점 용접의 방법으로 부착하여 제조되고 있다.

상기 보강재(2~4)는 센터 필러의 강도를 보강하기 위한 것으로, 대체적으로 두꺼운 열연 고장력 강판을 사용한다.

그러나, 이러한 센터 필러는 형상이 복잡하기 때문에 프레스 성형이 어려워 인장강도가 35 ~ 45㎏f/㎟ 급의 비교적 낮은 강도의 소재를 사용할 수밖에 없고, 따라서 강도 보강을 위해 크기가 큰 여러 개의 보강재를 추가로 용접하여 부착하므로 중량 상승, 부품수 증가, 원가 상승 및 공정의 복잡화 등이 따르게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 강판이 냉간상태보다는 열간(고온)상태에서 성형이 더욱 용이하다는 점과 이에 따라 여러 겹의 강판을 동시에 성형할 수 있다는 점을 활용한 고온동시성형기술로서, 복수의 강판 블랭크 소재를 겹쳐놓은 상태에서 서로 이동이 없게 가접한 후, 이들을 고온으로 가열한 상태에서 제품 형상으로 동시에 프레스 성형하여 제조함으로써, 기존보다 더 큰 강도를 얻을 수 있는 고강도화를 실현하는 동시에 메인 패널과 기존 보강재를 동시에 성형하므로 제조공정의 단계를 축소할 수 있도록 한 자동차용 부품의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 센터 필러 제조용 강판을 메인 판넬 및 이에 덧대어지는 보강재의 필요한 크기로 절단 가공하여 복수의 강판 블랭크를 제공하는 단계와; 상기 복수의 강판 블랭크를 서로 겹쳐놓은 상태에서 움직이 지 않도록 가접하는 단계와; 가접된 상태의 강판 블랭크를 가열로에 넣어 850 ~ 950℃의 온도 범위로 가열하는 단계와; 가열 및 겹친 상태의 강판 블랭크를 프레스 성형기에서 최종 형상으로 동시에 프레스 성형한 후 냉각시키는 단계;를 포함하여 이루어지는 고온동시성형에 의한 자동차용 부품의 제조방법을 제공한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 복수의 강판 블랭크 소재를 겹쳐놓은 상태에서 서로 이동이 없게 가접한 후, 이들을 고온으로 가열한 상태에서 제품 형상으로 동시에 프레스 성형하여 제조함으로써, 제조공정을 줄이면서도 고강도화 및 경량화를 실현할 수 있도록 한 고온동시성형에 의한 자동차용 부품의 제조방법을 제공하고자 한 것이다.

본 발명에서 센터 필러용 강판으로 38 ~ 55kgf/㎟의 자동차용 강판을 사용하는데, 이 강판은 상온에서 2상(페라이트+펄라이트)의 금속조직을 형성하고 있고, 현재 가공을 요하는 고강도 보강재 등에 널리 사용되고 있다.

상기 강판은 본 발명의 방법에 따른 열처리 효과를 극대화시킬 수 있는 금속 강판 소재이며, 프레스 성형성이 우수하여 정밀한 타출 작업이 가능한 소재이다.

상술한 바와 같이, 자동차용 부품 중 센터 필러는 도 4에서 보는 바와 같이 메인 판넬(1)에 여러 개의 보강재(2~4)가 점 용접으로 덧대어진 구조를 이루고 있다.

본 발명은 센터 필러를 제조하기 위한 복수의 강판 블랭크를 덧댄 상태로 하여 고온에서 동시에 프레스 성형함으로써, 메인 판넬과 보강재를 별도로 성형한 후 점 용접 부착시키는 종래의 제조방법에 따른 문제점을 개선한 것으로서, 이를 위한 본 발명의 제조방법을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1a는 본 발명에서 이용되는 공정수단 및 제조 과정을 순서대로 나타낸 도면이고, 도 1b는 본 발명의 제조방법에 따라 제품의 고온동시성형이 이루어지는 과정을 나타낸 도면이다.

먼저, 센터 필러 제조용 강판 코일(21)로부터 블랭크 가공기(22)를 이용하여 적정 형상 및 크기의 강판 블랭크를 준비하되, 각각 센터 필러의 메인 판넬(1)과 보강재(5)로 성형되는 두 장의 강판 블랭크(11,12)를 준비한다.

이어 두 강판 블랭크(11,12)를 서로 겹쳐놓은 후, 겹쳐진 두 강판 블랭크가 공정라인을 따라 중간 이동 중에 서로 움직이지 않도록 가접을 한다.

본 발명에서 센터 필러 제조를 위한 강판 블랭크 소재는 Fe를 주성분으로 하고, 여기에 C 0.2 ~ 0.25 중량%, Si 0.3 중량% 이하, Mn 1.0 ~ 1.2 중량%, P 0.02 중량% 이하, S 0.005 중량% 이하, B 0.003 ~ 0.005 중량%가 함유된 것을 사용한다.

다음으로, 두 장의 강판 블랭크(11,12)를 열처리를 위한 오븐 또는 가열로(23)에 넣어 강판의 변태점 이상 온도인 850 ~ 950℃의 온도로 가열한다.

이렇게 가열된 강판 블랭크(11,12)는 고온 신율이 매우 높아 복잡한 형상의 부품도 용이하게 성형할 수 있으며, 이와 같이 고온으로 가열한 상태에서 프레스 성형을 하게 되면 열처리 효과를 부여하게 되어 고강도화가 가능해진다.

상기와 같이 고온으로 가열한 두 장의 강판 블랭크(11,12)를 프레스 성형기(24)에 넣은 후 고온상태에서 동시에 제품 형상으로 프레스 성형을 하고, 프레스 성형을 완료한 후에는 프레스 성형품을 냉각한다.

상기의 강판 블랭크 소재를 상기 온도 범위에서 프레스 성형하게 되면, 두 장의 강판 블랭크(11,12)는 각각 메인 판넬(1)과 보강재(5)로 성형됨과 동시에 서로 맞닿는 부분끼리 열과 압력에 의해 융착되면서 종래의 점 용접을 하는 것과 같이 일체화되어진다.

프레스 성형 후 냉각은 프레스 성형기(24)의 금형 내부를 따라 이동하는 냉각수에 의해 금형을 냉각하는 방법이 이용될 수 있다.

또한, 냉각된 프레스 성형품을 취출한 뒤 필요없는 부분을 제거한 후에는 필요한 위치에 구멍을 내거나 타출 가공 등 기타 마무리 가공을 거쳐 최종적인 센터 필러 제품을 완성한다.

이렇게 만들어진 센터 필러는 도 2의 현미경 사진과 같이 강한 마르텐사이트 금속조직으로 변태되어, 차량이 충돌할 시에 변형이 적게 되므로 충돌안전에 크게 기여하게 된다.

도 3은 본 발명에 의해 제작된 센터 필러의 구성품을 나타낸 도면으로서, 도면상에는 메인 판넬(1)과 보강재(5)를 분리시켜 나타내었으나, 실제 제작시에는 두 부품이 성형 과정에서 일체화되어 하나의 센터 필러 제품이 된다.

이러한 본 발명의 제조방법에서, 도 1b는 두 장의 강판 블랭크(11,12)를 겹쳐 고온동시성형하는 과정을 도시하고 있으나, 필요에 따라서는 세 장 이상의 강판 블랭크를 겹친 후 고온동시성형하여 제품을 제작할 수도 있다.

이와 같이 하여, 본 발명에서는 38 ~ 55kgf/㎟ 급 고장력 강판을 열처리와 동시에 프레스 성형하여 약 140∼160 kgf/㎟ 급의 소재 강도를 갖는 센터 필러를 제공함으로써, 복수의 강판 소재에서 한 번의 프레스 성형을 통해 센터 필러 제품을 제조할 수 있게 되고, 결국 메인 판넬과 보강재를 별도로 프레스 성형하여 용접하던 종래의 제조 과정과 비교할 때 공정 축소의 효과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 열처리 과정에서 소재의 강도를 높일 수 있기 때문에, 보강재의 크기를 작게 하거나 보강재의 수를 줄이더라도 제품에서 동등 이상의 기계적 물성을 기대할 수 있으며, 결국 센터 필러 제품의 경량화 및 부품수 축소의 효과를 얻을 수 있게 된다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명하는바, 본 발명이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

실시예로서, 본 발명의 제조방법에 따라 센터 필러를 제조하였다.

즉, 하기 표 1의 조성을 가진 고장력 강판을 통상적인 공정에 의해 강판 블랭크로 가공한 후, 두 장의 강판 블랭크를 가접 후 900℃로 가열한 상태에서 프레스 성형기로 동시 성형하여 센터필러를 제조하였으며, 물성측정을 위한 시편으로 제조하였다.

한편, 비교예로서, 종래의 제조방법에 따라 센터 필러를 제조하였다.

즉, 하기 표 1의 조성을 가진 고장력 강판을 종래와 같이 열처리 없이 프레스 성형하여 메인 판넬과 보강재로 제작하고, 이어 메인 판넬에 보강재를 용접하여 센터 필러를 제조하였으며, 물성측정을 위한 시편으로 제조하였다.

시험예

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 시편의 기계적 물성을 하기와 같이 측정하였고, 그 결과는 다음의 표 2에 나타낸 바와 같다.

위의 표 2에서 보는 바와 같이, 열처리하지 않은 비교예에 비하여, 본 발명에 따라 복수의 강판 블랭크를 가열상태로 동시 성형하여 제조한 실시예의 센터 필러에서, 인장강도 및 항복강도가 크게 증가하여, 고강도화를 실현할 수 있음을 알 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 부품의 제조방법에 의하면, 38 ~ 55kgf/㎟ 급 고장력 강판을 열처리와 동시에 프레스 성형하여 약 140∼160 kgf/㎟ 급의 소재 강도를 갖는 센터 필러를 제공함으로써, 복수의 강판 소재에서 한 번의 프레스 성형을 통해 센터 필러 제품을 제조할 수 있게 되고, 결국 메인 판넬과 보강재를 별도로 프레스 성형하여 용접하던 종래의 제조 과정과 비교할 때 공정 축소의 효과를 얻을 수 있게 된다.

또한, 열처리 과정에서 소재의 강도를 높일 수 있기 때문에, 보강재의 크기를 작게 하거나 보강재의 수를 줄이더라도 제품에서 동등 이상의 기계적 물성을 기대할 수 있으며, 결국 센터 필러 제품의 경량화 및 부품수 축소의 효과를 얻을 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 복수의 강판 블랭크를 서로 겹쳐놓은 상태에서 프레스 성형하여 센터 필러를 제조하는 자동차용 부품의 제조방법에 있어서,

   센터 필러 제조용 강판을 메인 판넬 및 이에 덧대어지는 보강재의 필요한 크기로 절단 가공하여 복수의 강판 블랭크를 제공하는 단계와;

   상기 복수의 강판 블랭크를 서로 겹쳐놓은 상태에서 움직이지 않도록 가접하는 단계와;

   가접된 상태의 강판 블랭크를 가열로에 넣어 850 ~ 950℃의 온도 범위로 가열하는 단계와;

   가열 및 겹친 상태의 강판 블랭크를 프레스 성형기에서 최종 형상으로 동시에 프레스 성형한 후 냉각시키는 단계;

   를 포함하여 이루어지는 고온동시성형에 의한 자동차용 부품의 제조방법.

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