KR101028647B1 - Method for manufacturing stainless engine cradle using hydroforming process - Google Patents

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Abstract

본 발명은 204M 고강도 스테인레스 강을 하이드로포밍하여 엔진 크레이들을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 204M 스테인레스 강판을 일정 크기로 절단하는 과정과, 상기 절단된 스테인레스 강판을 소정의 방식으로 튜브 형상으로 형성하는 튜브 조관 과정과, 상기 조관된 튜브를 엔진 크레이들의 형상과 거의 부합하도록 소정의 프레스에 의해 벤딩시키는 과정과, 상기 벤딩된 튜브를 엔진 크레이들의 외관과 상응하는 공동을 갖는 금형상에 위치시키고, 내부에 고압의 유체를 적용시켜 상기 금형의 공동과 상응하도록 확관시키는 하이드로포밍 공정을 포함한다.
The present invention relates to a method for producing an engine cradle by hydroforming a 204M high strength stainless steel, the process of cutting a 204M stainless steel sheet to a predetermined size, and a tube for forming the cut stainless steel sheet in a tube shape in a predetermined manner The tubing process, bending the tubing tube by a predetermined press to almost match the shape of the engine cradle, placing the bent tube on a mold having a cavity corresponding to the appearance of the engine cradle, and A hydroforming process is applied that applies a high pressure fluid to expand the tube to correspond with the cavity of the mold.

엔진 크레이들, 204M 스테인레스 강, 하이드로포밍, 벤딩, 용접Engine Cradle, 204M Stainless Steel, Hydroforming, Bending, Welding

Description

하이드로포밍을 이용한 고강도 스테인레스 엔진크레이들 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING STAINLESS ENGINE CRADLE USING HYDROFORMING PROCESS} Manufacturing method of high strength stainless steel engine cradle using hydroforming {METHOD FOR MANUFACTURING STAINLESS ENGINE CRADLE USING HYDROFORMING PROCESS}             

도 1은 Press brake 방식을 이용한 5단 튜브 성형 예,1 is a 5-stage tube forming example using a press brake method,

도 2는 직경 63.5mm의 튜브 레이저용접을 위한 Laser 용접 JIG Layout,Figure 2 is a laser welding JIG Layout for tube laser welding of 63.5mm diameter,

도 3은 중형세단 엔진크레이들 튜브 벤딩 및 하이드로포밍 형상도,Figure 3 is a mid-sized sedan engine cradle tube bending and hydroforming shape diagram,

도 4는 엔진 크레이들 제조를 위한 204M 튜브의 확관능,4 shows the expansion capacity of a 204M tube for engine cradle manufacture;

도 5는 기존 소재와 204M 스테인레스강의 Bending 형상 비교도,5 is a comparison of the bending shape of the conventional material and 204M stainless steel,

도 6은 Bended 튜브가 장착된 Preforming 금형 예시도,6 is an exemplary view of a preforming mold equipped with a ended tube,

도 7은 본 발명의 엔진크레이들 하이드로포밍 금형의 사시도,7 is a perspective view of the engine cradle hydroforming mold of the present invention,

도 8은 1,6mmt 204M 소재를 이용하여 최종 Assembly된 엔진 크래이들 예시도, 및8 illustrates an example engine cradle final assembled using a 1,6 mmt 204M material, and

도 9는 1.6mm 스테인레스 엔진크레이들의 좌굴강도 시험을 위한 셋팅 예
9 is a setting example for buckling strength test of 1.6mm stainless engine cradle.

본 발명은 200계열의 고강도 구조용 강재인 STS204M 소재를 사용하여 준중형 차량의 엔진크레이들을 하이드로포밍 방식으로 제작하는 방법에 관한 것이며, 특히 고강도 스테인레스 소재의 용접방법, Bending 및 Hydroforming을 이용한 튜브 하이드로포밍 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing engine cradles of a semi-mid-sized vehicle using a hydroforming method using STS204M, which is a 200 series high-strength structural steel. It is about.

하이드로포밍 기술은 전혀 새로운 기술은 아니며 이미 1960년대부터 T자형관(T-fitting) 성형에 응용, 양산 적용되었으며 단지 자동차 샤시 및 바디 부품에 양산 적용된 것은 1990년 초부터이다. 현재까지 하이드로포밍 자동차 부품은 모두 일반 탄소강 및 알루미늄등 소재를 사용하여 양산되고 있으며 고강도 스테인레스 소재를 이용한 부품 생산은 찾아보기 힘들다.Hydroforming technology is not new at all, and it has been applied and mass-produced for T-fitting molding since the 1960s, and it was only mass-produced in automobile chassis and body parts since the early 1990s. To date, all hydroforming automotive parts have been mass produced using materials such as carbon steel and aluminum, and parts production using high-strength stainless steel is difficult to find.

자동차 메이커들은 차량경량화를 통해 연료효율성을 높이기 위해 끈임없이 노력하고 있으나 알루미늄이나 마그네슘 같은 경량화 소재 사용시 승객안정성 확보에 문제를 안고 있다. 경량화, 안전성 개선, 보증 연한의 증가 등 자동차 산업의 시대적 요구에도 불구하고 우수한 강도 및 연성을 보유한 스테인레스 소재의 자동차 구조재 적용은 배기계 부품이외에 그 시작점을 찾지 못하고 있다. 구조재로서의 고강도 및 고연성은 특히 오스테나이트계 스테인레스강으로 대표되는데 고가의 Ni 성분으로 인해 자동차 구조부재로 사용되는 일반강 대비 수배의 소재 단가를 갖는다. 이러한 시점에서 최근 고가 원료인 Ni을 Mn과 N으로 대체한 경제적인 200계 스테인레스강에 대한 연구가 활발해지면서 자동차 구조재 분야에서 스테인레스강의 적용확대가 현실화되고 있다.While automakers are constantly working to increase fuel efficiency through lighter vehicles, they are having trouble securing passenger safety when using lightweight materials such as aluminum and magnesium. Despite the demands of the automotive industry such as light weight, improved safety, and increased warranty, the application of stainless steel structural materials with excellent strength and ductility has not found a starting point other than exhaust system components. The high strength and high ductility of the structural material is particularly represented by austenitic stainless steel, and due to the expensive Ni component, it has several times the material cost compared to general steel used for automobile structural members. At this time, as the research on economical 200-based stainless steels replacing Ni, which is expensive raw material, with Mn and N has been actively conducted, the application of stainless steels in automobile structural materials has been realized.

이에 본 발명에서는 200계 스테인레스강중 STS204M 소재를 이용하여 준중형 급 차량의 엔진크레이들을 실제 하이드로포밍 방식을 이용하여 제작하는 방법을 밝히고자 한다.  Accordingly, the present invention intends to reveal a method of manufacturing engine cradles of semi-medium class vehicles using actual hydroforming method using STS204M material among 200 series stainless steels.

하기 <표 1>은 본 연구에 사용된 204M 소재의 성분을 나타낸 것으로 300계 구조재의 대표강종인 301L 대비하여 Mn 및 N 함량이 많이 높은 것을 확인할 수 있다. 하기 <표 2>는 이들 소재의 기계적 성질을 Gauge 변화별로 요약한 것으로 204M의 경우 두께변화에 따른 기계적성질이 차이가 크지 않음을 확인할 수 있다.
Table 1 shows the components of the 204M material used in the present study, and it can be seen that Mn and N contents are much higher than 301L, which is a representative steel grade of 300-based structural materials. <Table 2> summarizes the mechanical properties of these materials by Gauge variation, and in the case of 204M, it can be seen that the mechanical properties are not significantly different according to the thickness change.

TypeType CC MnMn CrCr SiSi SS NiNi NN Md30Md30 301L301L 0.0230.023 1.681.68 17.4817.48 0.460.46 0.0040.004 7.167.16 0.1230.123 10.310.3 204M204M 0.0380.038 9.039.03 16.2816.28 0.50.5 0.0010.001 2.972.97 0.2360.236 32.532.5

소재Material 소재 두께Material thickness YS(Kg/mm2)YS (Kg / mm 2 ) TS(Kg/mm2)TS (Kg / mm 2 ) YS/TSYS / TS El(%)El (%) nn



204M




204M
1.2mm1.2 mm 38.638.6 82.382.3 0.470.47 54.754.7 0.2820.282
1.4mm1.4mm 38.638.6 81.681.6 0.470.47 54.954.9 0.2810.281 1.6mm1.6mm 38.838.8 81.781.7 0.470.47 53.353.3 0.3000.300 2.0mm2.0mm 38.038.0 80.180.1 0.470.47 53.853.8 0.3010.301 2.0mm
(TIG용접)
2.0mm
(TIG welding)
40.140.1 83.483.4 0.480.48 53.853.8 0.2650.265
2.0mm
(FCAW용접)
2.0mm
(FCAW welding)
40.540.5 81.081.0 0.500.50 35.935.9 0.3050.305
2.0mm
(레이저용접)
2.0mm
(Laser welding)
39.539.5 81.281.2 0.490.49 54.854.8 0.3010.301



301L



301L
2.0mm2.0mm 34.434.4 73.773.7 0.470.47 46.546.5 0.3100.310
2.0mm
(TIG용접)
2.0mm
(TIG welding)
35.235.2 74.874.8 0.470.47 50.750.7 0.2690.269
2.0mm
(FCAW용접)
2.0mm
(FCAW welding)
34.434.4 71.971.9 0.480.48 33.833.8 0.3450.345
2.0mm
(레이저용접)
2.0mm
(Laser welding)
33.433.4 73.673.6 0.450.45 51.451.4 0.3410.341

본 발명은 이러한 소재를 사용하여 자동차 구조재 부품 중 준중형 차량의 엔진크래이들을 제작하는 방법에 관한 것으로 이 부품은 통상 탄소강을 이용하여 제작되는 것이 일반적으로 국내에서 스테인레스 소재를 이용한 엔진크래이들 부품은 제작한 바가 없다. 스테인레스를 이용한 엔진크래이들 제작은 탄소강 소재 대비하여 여러가지 차이점을 가질수 밖에 없는데 강도 상승으로 인한 스프링백 정도의 차, 용접특성의 변화, 하이드로포밍 공정의 최적화등을 들 수 있다. 본 발명에 사용된 204M은 인장강도 38Kg급 강재보다 2배이상 강도가 높아 경량화가 가능하고 연신율도 높아 하이드로포밍 가공에 적합한 소재이다.
The present invention relates to a method for manufacturing the engine cradle of a semi-mid-size vehicle of the automotive structural parts using such a material, which is usually manufactured using carbon steel, the engine cradle parts using stainless materials generally Nothing has been produced. The production of engine cradle using stainless steel has various differences compared to carbon steel materials, such as the difference of springback degree due to the strength increase, the change of welding characteristics, and the optimization of the hydroforming process. 204M used in the present invention is more than twice the strength of the 38Kg grade steel tensile strength can be reduced in weight and high elongation is a material suitable for hydroforming processing.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고강도 스테인레스 소재로 제작된 바가 없는 세단차량의 엔진크레이들을 하이드로포밍 방식을 이용하여 제작하여 경량화 및 강도, 내구성 향상 부품을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made in order to solve the problems described above, by using a hydroforming method of the engine cradle of a sedan without bars made of high-strength stainless material by using a hydroforming method to provide a lightweight, strength and durability improving parts There is this.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 204M 고강도 스테인레스 강을 하이드로포밍하여 엔진 크레이들을 제조하기 위한 방법에 있어서, 204M 스테인레스 강판을 일정 크기로 절단하는 과정과, 상기 절단된 스테인레스 강판을 소정의 방식으로 튜브 형상으로 형성하는 튜브 조관 과정과, 상기 조관된 튜브를 엔진 크레이들의 형상과 거의 부합하도록 소정의 프레스에 의해 벤딩시키는 과정과, 상기 벤딩된 튜브를 엔진 크레이들의 외관과 상응하는 공동을 갖는 금형상에 위치시키고, 내부에 고압의 유체를 적용시켜 상기 금형의 공동과 상응하도록 확관시키는 하이드로포밍 공정을 포함함을 특징으로 한다.In order to solve the above object, the present invention provides a method for producing an engine cradle by hydroforming 204M high strength stainless steel, the process of cutting a 204M stainless steel sheet to a predetermined size, and the cut stainless A tube tube forming process of forming a steel plate into a tube shape in a predetermined manner, a process of bending the tube tube by a predetermined press to almost match the shape of the engine cradle, and matching the bent tube with the appearance of the engine cradle. It is characterized in that it comprises a hydroforming process that is placed on a mold having a cavity to expand and correspond to the cavity of the mold by applying a high pressure fluid therein.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the case where it is determined that the gist of the present invention may be unnecessarily obscured, the detailed description thereof will be omitted.

본 발명은 경량화 및 내구성이 뛰어난 고강도 스테인레스 소재를 사용하여 준중형급 세단의 엔진크레이들을 제작하고자 하는 기술에 관한 내용이다. 이러한 스테인레스 하이드로포밍 부품을 제작하기 위해서는 몇가지 사전 공정을 거쳐야 하는데 튜브조관, 벤딩, 스탬핑 프레스를 이용한 예비성형등이 그것이다. 본 발명에서는 튜브 조관을 위해 레이저용접 방식을 사용하였다. Laser 용접을 위한 Tube 조관은 Press brake 방식에 의한 튜브 성형기를 이용하였으며 이러한 성형방식의 장 점으로는 기존의 Roll forming 방식에 비해 불연속적으로 Roll을 통과하지 않고 판재에 굽힘성형만이 가해지기 때문에 최소량의 변형량이 부과되고 환봉 형태의 Punch에 의하여 성형이 되므로 튜브 길이 방향에 대하여 보다 균일한 변형을 줄 수 있다. 아래에서 본 발명에 따른 고강도 스테인레스강의 튜브조관, Preforming, 하이드로포밍 방법의 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세히 설명한다.The present invention relates to a technique for manufacturing engine cradles of sub-medium class sedans using high-strength stainless steel materials having excellent weight and durability. In order to manufacture such a stainless hydroforming part, several pre-processes are required, such as tube forming, bending, and preforming using a stamping press. In the present invention, a laser welding method was used for the tube tube. The tube tube for laser welding uses the tube molding machine by the press brake method. The advantage of this molding method is that the bending molding is applied to the plate without discontinuously passing the roll as compared to the conventional roll forming method. Since the amount of deformation is imposed and is formed by the round rod-type punch, more uniform deformation can be given with respect to the tube length direction. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of a tube, tube, preforming, hydroforming method of high strength stainless steel according to the present invention will be described in detail.

도 1은 5단에 걸친 Press brake 방식으로의 튜브 조관을 나타낸 것이다. 본 발명을 위한 소재는 STS204M으로 두께 1.6mm 소재이다. 63.5mm의 튜브 조관을 위해 조관기의 상하부 금형을 도 1과 같이 제작하였으며 초기에 튜브 양단부의 가압, 다음으로 중심부와 양단부 사이에서 각 한번씩의 가압 그리고 최종 튜브의 중심부를 가압하는 5단 Press brake 성형을 통하여 튜브 양단의 간격이 10mm 전후에 오도록 설정하였다. 이와 같이 조관된 튜브는 도 2와 같이 8개의 Roller를 갖는 Laser 용접 JIG를 통과하며 조관되어지고 이를 6Kw 레이저 용접기로 용접속도 4m/min으로 통과시키며 직경 63.5mm의 튜브로 제작하였다. 이때 사용한 보호가스는 헬륨(He)이며 고강도 204M 스테인레스에 있어 용접속도가 느리면 과다 용입으로 용접부의 조대화 및 불균일한 Bead 형성을 보이고 7 m/min 이상 속도가 너무 빠르면 Undercut 및 부분적인 Penetration 현상이 생긴다. 또한 헬륨가스의 유량에 따라서도 용접성이 영향을 받는데 이를 고려한 STS204M에 있어 안정적인 Key hole 형성이 이루어지는 용접은 He 20liter/min의 함량과 용접속도 4~5m/min이다. 이때 튜브의 외관은 사용상 해로운 흠이나 결함이 없어야 한다.1 shows a tube tube in a press brake manner over five stages. Material for the present invention is STS204M 1.6mm thick material. The upper and lower molds of the tube were made as shown in Fig. 1 for the 63.5mm tube tube. The interval between the both ends of the tube was set to be around 10mm. Thus, the tube was passed through the laser welding JIG having eight rollers as shown in Figure 2 and passed through the welding speed of 4m / min with a 6Kw laser welder was made of a tube of 63.5mm diameter. At this time, the protective gas used is helium (He), and in the high strength 204M stainless steel, when the welding speed is slow, excessive penetration shows the coarsening of the weld and uneven bead formation. . In addition, weldability is also affected by the flow rate of helium gas. In this regard, the welding of stable key hole formation in the STS204M is He 20 liter / min and the welding speed is 4 to 5 m / min. At this time, the appearance of the tube should be free of any defects or defects.

도 3은 상기와 같이 제작한 엔진 크레이들 형상을 나타낸 것이다. 레이저 용 접된 튜브의 확관성을 확인하기 위하여 Free buldge 시험 결과 도 4와 같이 확관능이 37%로 Hydroforming 변형에 대한 저항성이 높은 것으로 확인되었다. 도 3에 있어 튜브는 CNC 벤딩머신을 이용하여 7point bending을 실시하였으며 고강도 스테인레스 소재의 경우 스프링백이 일반강보다 크기 때문에 이를 고려한 bending 각도 설정을 하였다. 이때 벤딩부 지름은 벤딩전 지름의 10%를 초과해서는 안되며 평행도 및 길이에 있어 성능상 이상이 없어야 한다. 도 5는 기존 소재와 STS204M의 Bending 정도를 비교한 것으로 STS204M의 경우 튜브 양 끝단의 거리가 기존소재보다 짧은 것을 알 수 있다. 이는 벤딩된 튜브가 도 6에 보이는 바와 같이 Preforming 공정을 거치게 될 때 기존소재와 동일한 형상으로 제작시 스프링백으로 인해 도 7 Hydroforming 금형에 장착할 수 없는 것과 관련이 있다. Preforming은 튜브가 최종 Hydroforming 형상에 보다 수월하게 성형되어질 수 있도록 사전에 프레스를 이용한 튜브 스탬핑 성형을 일컫는다. 고강도 스테인레스강을 이용한 하이드로포밍 엔진크레이들 제작을 위해 이러한 사전성형(Preforming)은 불가피하다. 즉 소재의 강도가 크고 초기 튜브와 하이드로포밍 최종 형상의 차이가 클수록 사전성형(Preforming) 공정이 요구된다.Figure 3 shows the engine cradle shape produced as described above. As a result of the free buldge test to confirm the expandability of the laser welded tube, as shown in FIG. In Figure 3, the tube was subjected to 7-point bending by using a CNC bending machine, and in the case of high-strength stainless steel, the springback is larger than the general steel, and thus the bending angle is set. At this time, the diameter of the bending part should not exceed 10% of the diameter before bending and there should be no performance problem in parallelism and length. Figure 5 compares the bending degree of the existing material and the STS204M It can be seen that the distance between both ends of the tube in the case of STS204M than the existing material. This is related to the inability to be mounted on the hydroforming mold of FIG. 7 due to the springback when the bent tube is subjected to the preforming process as shown in FIG. Preforming refers to tube stamping forming using a press in advance so that the tube can be more easily formed into the final hydroforming shape. This preforming is inevitable for the production of hydroforming engine cradles using high strength stainless steel. That is, the greater the strength of the material and the greater the difference between the initial tube and the final hydroforming final shape, the preforming process is required.

이와 같이 사전성형된 소재는 최종 하이드로포밍 공정을 거치게 되는데, 튜브 하이드로포밍은 한마디로 튜브 양단을 밀봉한 후 튜브내에 고압의 유체를 강제로 주입하여 다이 형상대로 소재가 변형을 일으키는 성형법이다. 아래에서 고강도스테인레스강의 튜브 하이드로포밍 성형법에 대하여 상세히 설명하겠다.The preformed material is subjected to a final hydroforming process. Tube hydroforming is a molding method in which a material is deformed in a die shape by forcibly injecting a high pressure fluid into the tube after sealing both ends of the tube. Hereinafter, a method of forming a tube hydroforming of high strength stainless steel will be described in detail.

튜브의 양단부는 유압의 누출을 위해 밀봉(Sealing)이 중요하고 또한 하이드 로포밍 성형에 따른 소재 얇아짐을 방지하기 위해 성형이 진행됨에 따라 튜브 양끝단을 적절한 양으로 밀어줌으로써(axial feeding) 소재 thinning 부위의 파단을 방지한다. 이를 다시 요약하면, 금형으로 튜브의 양단부를 고정하고 벤딩된 튜브의 내부에 고압의 유체를 주입하여 금형과 동일한 형상까지 고압의 액압성형을 실시함에 있어, 튜브의 양단에 펀치가 삽입되어 내경을 확장하는 단계와, 상기 확장된 튜브의 양단 가장자리를 펀치가 가압하여 금형과 펀치 사이에 고정하는 단계와, 상기 벤딩된 튜브의 내부에 유체를 주입하여 최종형상에 이르는 단계를 적절히 설정해야 한다. 우선 금형으로 튜브의 양단부를 고정하기 위해서는 도 7의 하부금형과 또 다른 상부금형을 포함된다. 하부금형은 프레스의 베드(Bed)부위에 체결하며 상부금형은 프레스 램(Ram) 하부에 체결하여 성형을 위해 블랭크 압하력은 4000톤 이상이 되도록 설정한다. 상하부 금형 양단에는 프레스로부터 밀봉을 위한 펀치삽입이 가능하도록 펀치와 동일한 형상으로 반원홈을 파는 것이 필요하며 이 반원홈의 길이는 최소 150mm 이상이 되어야 한다. 튜브와 금형간의 마찰계수는 최대 0.1로 그 이하가 되도록 윤활제를 준비하여야 한다. 펀치는 유압시스템에 의하여 작동되며 펀치 내부에 중공이 있어 이를 통해 유체가 소재튜브 내부로 주입된다.Sealing is important for hydraulic leakage at both ends of the tube, and the thinning area of the material by axial feeding of both ends of the tube as the molding progresses to prevent material thinning due to hydroforming molding. To prevent breakage. In summary, in the case of fixing the both ends of the tube with a mold and injecting a high pressure fluid into the inside of the bent tube to perform high pressure hydraulic molding to the same shape as the mold, punches are inserted at both ends of the tube to expand the inner diameter. And the step of pressing the edges of both ends of the expanded tube to fix it between the mold and the punch, and injecting fluid into the bent tube to reach the final shape. First, in order to fix both ends of the tube with a mold includes a lower mold and another upper mold of FIG. The lower mold is fastened to the bed of the press and the upper mold is fastened to the lower part of the press ram so that the blank pressing force is set to 4000 tons or more for molding. At both ends of upper and lower molds, it is necessary to dig a semicircle groove in the same shape as the punch so that a punch can be inserted for sealing from the press, and the length of the semicircle groove should be at least 150mm. The lubricant should be prepared so that the coefficient of friction between the tube and the mold is at most 0.1 and below. The punch is operated by a hydraulic system and there is a hollow inside the punch, through which fluid is injected into the material tube.

소재튜브가 하부 금형의 반원홈에 장착되고 상부 금형이 하부로 이동하여 소재튜브를 클램핑한 상태에서, 유압시스템의 스트로크가 신장하여 펀치는 소재튜브의 끝단부 방향으로 이동한다. 펀치의 단부가 소재튜브의 단부에 삽입되며 이 상태에서 펀치가 계속 소재튜브의 중간방향으로 이동하면 소재튜브의 단부는 확장되어 금형과 튜브 단부는 물려 고정된다. 이런 상태에서의 펀치의 중공을 통해 고압의 유체를 소재튜브의 내부로 계속 주입하게 된다. STS204M의 성형을 위한 튜브 내압은 1600~1800bar 영역이며 이 때 튜브 양단은 25mm씩 축방향 강제공급(feeding)을 통해 튜브의 얇아짐을 최소화하여야 한다. 이런 상태에서 중공을 통한 고압의 유체로 인해 소재튜브는 부풀어지게 되고 상하부 금형에 소재가 밀착될때까지(Calibration) 성형이 이루어진다. 이때 프레스는 최대압력에 도달하게 된다. 이후 압력을 제거하고 프레스를 작동하여 상부 다이를 올린다. 제품을 꺼내어 최종부품을 위한 조립(Assembly) 작업을 위해 클리닝(Washing) 작업을 한다. 스테인레스 엔진크래이들 제조를 위해서는 축방향 소재공급을 동반하는 고압방식이 중요하며 이 경우 스프링백 현상이 큰 스테인레스 소재는 고압 성형을 통해 최종 부품 형상을 유지할 수 있게 된다. 하이드로포밍 설계에 있어 중요하게 고려되어야 할 점은 벤딩부위의 반경(radius)으로 본 발명의 엔진크레이들 제작 시 최소 반경은 소재두께 1.6mm의 4배 이상이 되어야 한다. With the raw material tube mounted in the semi-circular groove of the lower die and the upper die moved downward to clamp the raw material tube, the stroke of the hydraulic system is elongated so that the punch moves toward the end of the raw material tube. The end of the punch is inserted into the end of the raw material tube. In this state, if the punch continues to move in the middle direction of the raw material tube, the end of the raw material tube is expanded and the mold and the tube end are bitten and fixed. In this state, the high pressure fluid is continuously injected into the material tube through the hollow of the punch. The tube internal pressure for forming the STS204M is in the range of 1600 ~ 1800bar. At this time, both ends of the tube should be minimized through thinning of the tube by axial feeding. In this state, the high pressure fluid through the hollow causes the material tube to swell and to be molded until the material adheres to the upper and lower molds (Calibration). At this time, the press reaches the maximum pressure. The pressure is then removed and the press is operated to raise the upper die. The product is taken out and cleaned for assembly for the final part. High pressure method with axial material supply is important for manufacturing stainless steel engine cradle. In this case, stainless steel material with large springback phenomenon can maintain the final part shape through high pressure molding. Important consideration in the hydroforming design is the radius of the bending portion (radius) when manufacturing the engine cradle of the present invention the minimum radius should be at least four times the material thickness 1.6mm.

도 8은 이상과 같이 하이드로포밍으로 제조된 튜브를 이용하여 조립된(Assembly) 최종 부품의 예이다. 부착된 JIG들은 Ar(80%)과 CO2(20%) 보호가스를 이용하여 STS204M 튜브에 SAPH370 지그(JIG)들을 마그(MAG)용접하여 조립한 것으로 용접부 건전성이 확보되었다. 이때 용접조건은 180A, 20V에 보호가스 유량속도는 18 liter/min이다. 이상과 같이 제작된 최종부품을 이용하여 도 9와 같이 좌굴강도를 측정하고 이를 2mm 일반강 소재를 이용한 부품과 비교한 결과 SAPH370 2mm 두께의 소재의 경우 좌굴강도는 4066Kgf를 나타냈고 STS204M 1.6mm 소재의 경우 20% 경량화에도 불구하고 좌굴강도가 3704Kgf로 큰 차이를 보이지 않았다. 8 is an example of a final part assembled using a tube manufactured by hydroforming as described above. The attached JIG was assembled by welding the SAPH370 jig to the STS204M tube using MAG welding using Ar (80%) and CO2 (20%) protective gases. In this case, the welding condition is 180A, 20V, and the protective gas flow rate is 18 liter / min. Using the final parts manufactured as described above, the buckling strength was measured as shown in FIG. 9 and compared with the parts using 2mm general steel materials. As for the SAPH370 2mm thick material, the buckling strength was 4066Kgf and the STS204M 1.6mm material In the case of 20% weight reduction, the buckling strength was not significantly different to 3704kgf.                     

분명히, 청구항들의 범위내에 있으면서 이러한 실시예들을 변형할 수 있는 많은 방식들이 있다. 다시 말하면, 이하 청구항들의 범위를 벗어남 없이 본 발명을 실시할 수 있는 많은 다른 방식들이 있을 수 있는 것이다.
Apparently, there are many ways to modify these embodiments while remaining within the scope of the claims. In other words, there may be many other ways in which the invention may be practiced without departing from the scope of the following claims.

본 발명에 따른 본 발명의 고장력 오스테나이트계 스테인레스강을 이용한 준중형세단의 엔진크레이들은 벤딩성 및 용접성, 좌굴강도 특성등이 우수하며 동시에 경량화가 가능하여 자동차 구조재부품으로 고강도 스테인레스강의 사용가능성을 보여준다. 또한 본 발명의 고강도 STS204M은 연성이 풍부하여 기존 소재들에 있어 하이드로포밍시 성형한계 저하로 인한 파단에 대한 저항성이 적어 안전하게 원하는 형상의 엔진크레이들을 제작할 수 있다는 장점이 있다.The engine cradle of the semi-medium size sedan using the high-strength austenitic stainless steel of the present invention is excellent in bending property, weldability, and buckling strength, and can be lightened at the same time, thereby showing the possibility of using high strength stainless steel as an automobile structural component. In addition, the high-strength STS204M of the present invention is rich in ductility, there is an advantage that the engine cradle of the desired shape can be safely manufactured with less resistance to breakage due to lower molding limit during hydroforming in the existing materials.

Claims (2)

204M 고강도 스테인레스 강을 하이드로포밍하여 엔진 크레이들을 제조하기 위한 방법에 있어서,A method for hydroforming a 204M high strength stainless steel to make an engine cradle, 204M 스테인레스 강판을 일정 크기로 절단하는 과정;Cutting the 204M stainless steel sheet to a certain size; 상기 절단된 스테인레스 강판을 프레스 브레이크(press brake) 방식에 의해 튜브 형상으로 형성하는 튜브 조관 과정;A tube tube forming step of forming the cut stainless steel sheet into a tube shape by a press brake method; 상기 형성된 튜브 형상의 양단을 보호 가스로 헬름(He) 20 liter/min의 함량과 용접 속도 4~5m/min으로 용접하여 튜브를 형성시키는 과정;Forming a tube by welding both ends of the formed tube shape with a protective gas at a content of 20 liter / min and a welding speed of 4-5 m / min; 상기 형성된 튜브를 엔진 크레이들의 형상과 부합하도록 소정의 프레스에 의해 벤딩시키는 과정; 및Bending the formed tube by a predetermined press to match the shape of the engine cradle; And 상기 벤딩된 튜브를 엔진 크레이들의 외관과 상응하는 공동을 갖는 금형상에 위치시키고, 내부에 고압의 유체를 적용시켜 상기 금형의 공동과 상응하도록 확관시키는 하이드로포밍 공정을 포함하되, And placing the bent tube on a mold having a cavity corresponding to the appearance of the engine cradle and applying a high pressure fluid therein to expand the tube to correspond with the cavity of the mold. 상기 튜브의 내압은 1600~1800bar가 되도록 하며, 이때 튜브의 양단은 25mm씩 축방향 강제 공급을 통해 튜브의 얇아짐을 최소화하도록 함을 특징으로 하는 하이드로포밍을 이용한 204M 고강도 스테인레스 엔진크레이들 제조방법.The internal pressure of the tube is 1600 ~ 1800bar, wherein both ends of the tube is 25mm high strength stainless steel engine cradle manufacturing method using hydroforming, characterized in that to minimize the thinning of the tube through the axial forced supply by 25mm. 삭제delete
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