KR101059250B1 - Crossbeam and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 크로스빔 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 축방향을 따라 양측으로 연통되며 수직방향으로 장방형의 홀 형상인 세로중공부, 및 이 세로중공부를 기준으로 양측에 형성되고 축방향을 따라 양측으로 연통되며 수평방향으로 장방형의 홀 형상인 가로중공부를 포함하는 크로스빔을 특징으로 한다.The present invention relates to a cross beam and a method for manufacturing the same, the vertical hollow portion communicating with both sides along the axial direction and having a rectangular hole shape in the vertical direction, and formed on both sides with respect to the longitudinal hollow portion and both sides along the axial direction. And a cross beam including a horizontal hollow portion communicating in a horizontal direction and having a rectangular hole shape in a horizontal direction.
본 발명은 종래 기술과 달리 다수 개의 분할빔을 면접촉시키면서 중공부를 형성하도록 크로스빔을 설계하여 경량화할 수 있고, 분할빔의 접한 가장자리 이음부위 상측을 마찰교반접합으로써 접합특성을 향상시키며, 마찰교반접합시 발생되어 전달되는 열을 이용하여 이음부위 하측을 솔더링함으로써 기존의 접합부보다 고강성을 얻을 수 있다.The present invention can reduce the weight by designing a cross beam to form a hollow portion while making a surface contact with a plurality of split beams, and improve the bonding characteristics by friction stir welding the upper side of the joint portion of the split beam, and friction stir Higher rigidity can be obtained than the existing joint by soldering the lower part of the joint using heat generated and transferred at the joint.
크로스빔, 마찰교반접합, 솔더링, 복합접합 Cross Beam, Friction Stir Welding, Soldering, Composite Bonding
Description
본 발명은 크로스빔에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수 개의 분할빔을 면접촉시키면서 중공부를 형성하도록 크로스빔을 설계하여 경량화할 수 있고, 분할빔의 접한 가장자리 이음부위 상측을 마찰교반접합으로써 접합특성을 향상시키며, 마찰교반접합시 발생되어 전달되는 열을 이용하여 이음부위 하측을 솔더링함으로써 기존의 접합부보다 고강성을 얻을 수 있는 크로스빔 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cross beam, and more particularly, it is possible to reduce the weight by designing a cross beam to form a hollow portion while making surface contact with a plurality of split beams, and bonding characteristics by friction stir welding the upper side of the edge joint portion of the split beam. The present invention relates to a cross beam and a method of manufacturing the same, which can achieve higher rigidity than conventional joints by soldering a lower portion of a joint using heat generated and transmitted during friction stir welding.
일반적으로, PDP(Plasma Display Panel), LCD(Liquid Crystal Panel) 등의 FPD(Flat Panel Display) 제조 분야 또는 반도체 소자 제조 분야 및 그 밖의 다양한 분야에서 유리기판이나 웨이퍼 등과 같은 재료나 제조물을 코팅이나 박막형성이나 커팅 등의 가공을 위하여 또는 결함 검출을 위한 검사를 위하여 선형모터를 이용하거나 회전모터 및 볼스크류 등의 리니어 가이드를 이용하여 X축 또는 Y축 방향, 나아가서 Z축 방향으로 이송시키는데, 이를 위해서 에어 베어링 XY 스테이지 등 다양한 형태의 스테이지 이송장치가 개발되어 사용되고 있다.In general, coating or thin films or materials such as glass substrates or wafers are used in the field of manufacturing flat panel displays (FPDs) such as plasma display panels (PDPs) and liquid crystal panels (LCDs), or semiconductor device manufacturing fields and various other fields. The linear motor or linear guides such as rotary motors and ball screws are used for forming, cutting, or inspection to detect defects. Various types of stage feeders, such as air bearing XY stages, have been developed and used.
특히, 기존의 스테이지 이송장치는 이송물이 슬라이딩 가능하게 지지되는 크로스 빔 (cross beam)을 구비하고 있다.In particular, the existing stage conveying apparatus has a cross beam in which the conveyed object is slidably supported.
이송물은 선형모터에 의해 크로스빔을 따라 이동하거나 회전모터 및 볼스크류에 의해 크로스빔을 따라 이동하게 되며, 유리기판 등의 재료에 대한 검사나 가공을 위한 장치가 장착됨으로써 이들과 함께 이송되는데, 이에 한하지 않고 유리기판 등의 재료를 직접 이송할 수 있도록 이러한 재료가 척킹이나 클램핑 될 수도 있다.The conveyed material is moved along the crossbeam by a linear motor or along the crossbeam by a rotating motor and a ball screw, and is conveyed with them by being equipped with a device for inspecting or processing materials such as glass substrates. In addition, the material may be chucked or clamped to directly transfer a material such as a glass substrate.
크로스빔은 테이블 상에 가로로 놓여져서 이송물의 이송 경로를 제공함과 아울러 이송물의 하중을 지지하는 역할을 하게 된다.The crossbeam is placed transversely on the table to provide a conveying path for the conveyed material and to support the load of the conveyed material.
특히, LCD 제조에 사용되는 유리기판의 경우 8세대, 즉 2400mmㅧ2500mm 크기로 확대됨에 따라 이러한 8세대의 유리기판을 가공 또는 검사하는 장비의 경우 규모가 커질 수밖에 없으며, 이로 인해 스테이지 이송장치의 크로스빔도 그 길이가 증가하게 되었다.In particular, as the glass substrates used in LCD manufacturing are expanded to the 8th generation, that is, 2400 mm × 2500 mm, the equipment for processing or inspecting the 8th generation glass substrates is inevitably larger. The beam also increased in length.
기존의 스테이지 이송장치의 크로스빔은 처지게 될 경우 재료에 대한 가공이나 검사의 정밀도에 악영향을 미치게 되는데, 그 길이가 길어질수록 처짐이 커지게 되어 이를 방지하기 위하여 높은 강성을 요구하게 되고, 크로스빔의 강성 증가는 중량 증가를 초래하여 오히려 처짐 증가 및 크로스빔의 설치부재에 대한 부담을 증가시키는 문제점이 있다. 즉, 크로스빔은 그 길이가 길어질수록 변형량이 커질 수 밖에 없으며, 이러한 변형량을 적게 하기 위해서는 강성을 높여야 하는데, 강성을 높이면 크로스빔의 단면이 커지고, 단위 하중이 증가하며, 요구되는 크기의 단면을 가지는 빔의 압출 용량에 한계를 유발하게 된다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.When the cross beam of the existing stage feeder sags, it adversely affects the precision of processing or inspection of the material. The longer the length, the greater the sag, which requires high rigidity to prevent the cross beam. Increasing the stiffness of the causes an increase in weight, but rather increases the deflection and increases the burden on the installation member of the crossbeam. In other words, as the length of the crossbeam increases, the amount of deformation inevitably increases, and in order to reduce the amount of deformation, the rigidity needs to be increased, and increasing the rigidity increases the crossbeam cross section, increases the unit load, and increases the cross section of the required size. Branches cause limitations in the extrusion capacity of the beam. Therefore, there is a need for improvement.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 크로스빔을 다수 개의 분할빔으로 나뉘어서 가장자리끼리 접합되도록 중공부를 형성함에 따라 기존에 비해 경량화를 실현하고자 하는 크로스빔 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 그리고, 본 발명은 분할빔의 가장자리끼리 맞대어지는 이음부 상측을 마찰교반 접합하면서, 이 마찰교반 접합시 발생되는 열로써 이음부의 하측을 솔더링함에 따라 고강도를 얻고, 변형량을 줄임과 아울러 제조 공정 및 단가를 저감시키기 위한 크로스빔 및 이의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to improve the above problems, to provide a cross-beam and a method of manufacturing the same to achieve a lighter weight than the conventional by forming a hollow portion to divide the cross beam into a plurality of split beams to be bonded to the edges. The purpose is. In addition, the present invention achieves high strength as the bottom side of the joint is soldered by friction stir welding the upper portions of the joints which face each other to the edges of the split beam, and heat is generated during the friction stir welding. The purpose of the present invention is to provide a cross beam and a method for manufacturing the same.
본 발명에 따른 크로스빔은: 축방향을 따라 양측으로 연통되며 수직방향으로 장방형의 홀 형상인 세로중공부, 및 상기 세로중공부를 기준으로 양측에 형성되고 축방향을 따라 양측으로 연통되며, 수평방향으로 장방형의 홀 형상인 가로중공부를 포함한다.The crossbeam according to the present invention comprises: a longitudinal hollow portion communicating with both sides along the axial direction and having a rectangular hole shape in the vertical direction, and formed on both sides with respect to the longitudinal hollow portion and communicating with both sides along the axial direction, and horizontal It includes a horizontal hollow portion having a rectangular hole shape in the direction.
상기 크로스빔은 상기 세로중공부의 세로중심축을 기준으로 나뉘어지는 대분 할빔으로 이루어지고, 상기 대분할빔끼리의 맞대어진 양측 가장자리는 접합되어 접합부를 형성함을 특징으로 한다.The cross beam is composed of a large split beam divided on the basis of the longitudinal center axis of the vertical hollow portion, and the opposing side edges of the large split beams are joined to form a joint.
상기 대분할빔은 상기 가로중공부의 가로중심축을 기준으로 나뉘어지는 소분할빔으로 이루어지고, 상기 소분할빔끼리의 맞대어진 양측 가장자리는 접합되어 접합부를 형성함을 특징으로 한다.The large split beam is formed of a small split beam divided on the basis of the horizontal center axis of the horizontal hollow portion, and the opposing side edges of the small split beams are joined to form a joint.
상기 접합부는 마찰교반용접에 의해 형성됨을 특징으로 한다.The joint is characterized in that formed by friction stir welding.
상기 대분할빔끼리 맞대어진 부위 및 상기 소분할빔끼리 맞대어진 부위는 상측에 마찰교반용접용 툴의 교반핀을 삽입하고, 열전달되는 하측에 솔더바를 개재함을 특징으로 한다.The part where the large split beams are opposed to each other and the part where the small split beams are butted are inserted into the stirring pin of the friction stir welding tool on the upper side, and the solder bar is interposed on the lower side to be heat-transferred.
상기 솔더바는 둘레면에 플럭스를 형성함이 바람직하다.The solder bar is preferably to form a flux on the peripheral surface.
본 발명에 따른 크로스빔의 제조방법은: 상면 양측에 메인돌부를 형성하고 상기 메인돌부 각각에 인접한 측면 일측에 서브돌부를 형성하는 소분할빔을 다수 개 성형하는 소분할빔 성형단계, 상기 소분할빔의 메인돌부를 접하여 가로중공부를 형성한 대분할빔을 다수 개 성형하는 제 1접합단계, 및 상기 대분할빔의 서브돌부를 접하여 세로중공부를 형성한 크로스빔을 성형하는 제 2접합단계를 포함한다.The method for manufacturing a cross beam according to the present invention includes: a small split beam forming step of forming a plurality of small split beams forming a main protrusion on both sides of an upper surface and a sub-projection on one side of the side adjacent to each of the main protrusions, the small division A first joining step of forming a plurality of large split beams in contact with the main protrusion of the beam to form a transverse hollow portion, and a second joining step of forming cross beams in which a longitudinal hollow part is formed by contacting the sub-projections of the large split beams It includes.
특히, 상기 제 1접합단계는, 상기 메인돌부끼리를 대향하게 위치하는 제 1작업준비단계, 상기 메인돌부 사이의 하측에 솔더바를 개재하는 제 1솔더바 개재단계, 및 회전되는 마찰교반용접용 툴의 교반핀을 상기 메인돌부 사이의 상측에 삽입하여 교반 접합하면서 전달되는 열에 의해 용융되는 상기 솔더바로써 상기 메인돌부 사이의 하측을 솔더링하는 제 1복합접합단계를 포함한다.In particular, the first joining step, the first work preparation step of facing the main protrusions, the first solder bar interposition step of interposing a solder bar between the lower side of the main protrusion, and the rotating friction stir welding tool And a first composite bonding step of soldering the lower side between the main protrusions with the solder bar which is inserted by the stirring pin of the upper side between the main protrusions and melted by the heat transferred while stirring and bonding.
아울러, 상기 제 2접합단계는, 상기 서브돌부끼리를 대향하게 위치하는 제 2작업준비단계, 상기 서브돌부 사이의 하측에 솔더바를 개재하는 제 2솔더바 개재단계, 및 회전되는 마찰교반용접용 툴의 교반핀을 상기 서브돌부 사이의 상측에 삽입하여 교반 접합하면서 전달되는 열에 의해 용융되는 상기 솔더바로써 상기 서브돌부 사이의 하측을 솔더링하는 제 2복합접합단계를 포함한다.In addition, the second joining step, the second operation preparation step of placing the sub-projections facing each other, the second solder bar interposition step of interposing a solder bar on the lower side between the sub-projections, and the rotating friction stir welding tool And a second composite joint step of soldering the lower side between the sub-projections with the solder bar which is inserted into the upper side between the sub-projections, and is melted by the heat transferred while stirring and bonding.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 크로스빔 및 이의 제조방법은 종래 기술과 달리 크로스빔을 다수 개의 분할빔으로 나뉘어서 가장자리끼리 접합되도록 중공부를 형성함에 따라 기존에 비해 경량화를 실현할 수 있다. 그리고, 본 발명은 분할빔의 가장자리끼리 맞대어지는 이음부 상측을 마찰교반접합하면서 마찰교반 접합시 발생되는 열로써 이음부의 하측을 솔더링함에 따라 고강도를 얻고, 변형량을 줄임과 아울러 제조 공정 및 단가를 저감시킬 수 있다.As described above, the cross beam according to the present invention and a method for manufacturing the same, unlike the prior art, it is possible to achieve a lighter weight than the conventional by forming the hollow portion to divide the cross beam into a plurality of split beams to be bonded to the edges. In addition, the present invention obtains high strength by soldering the lower side of the joint with friction stir welding the upper sides of the joints which are joined to the edges of the split beams by friction stir welding, reducing the amount of deformation and reducing the manufacturing process and unit cost. You can.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 크로스빔 및 이의 제조방법의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of a crossbeam and a method for manufacturing the same according to the present invention. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, the definitions of these terms should be made based on the contents throughout the specification.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할빔으로 나뉘어지는 크로스빔의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할빔끼리 접합 완료된 상태인 크로스빔의 정면도이다.1 is a perspective view of a cross beam divided into split beams according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a front view of a cross beam in which split beams are bonded to each other according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할빔끼리 복합 접합하는 상태를 보인 요부 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할빔끼리 복합 접합된 상태를 보인 요부 단면도이다.3 is a sectional view showing main parts of a composite beam bonded to split beams according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a sectional view showing main parts of a composite beam bonded to split beams according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할빔 사이에 개재되는 솔더바의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a solder bar sandwiched between split beams according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할빔끼리 복합 접합되는 순서를 보인 순서도이고, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할빔끼리 복합 접합되는 순서에 따른 크로스빔의 성형과정을 보인 상태도이다.6 is a flow chart illustrating a sequence in which the split beams are bonded to each other according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 7 to 9 are cross beam shaping according to the sequence in which the split beams are bonded to each other according to an embodiment of the present invention. This is a state diagram showing the process.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 크로스빔(100)은 스테이지 이송장치 등에서 이송물의 하중을 지지하는 역할을 하는 것으로서, 축방향을 따라 홀 형상의 중공부(110,130)를 형성한다.1 and 2, the
즉, 크로스빔(100)은 이송물의 대형화에 따라 충분히 긴 길이를 갖게 됨에 따라 자체 하중에 의해 하부 방향으로 기울어지게 된다.That is, the
그래서, 크로스빔(100)은 축방향을 따라 양측으로 개방되게 연통된 중공부(110,130)를 형성함으로써 자체 하중을 줄이게 된다. Thus, the
이때, 중공부(110,130)는 크로스빔(100)의 축방향을 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있으나, 크로스빔(100)은 휨응력이나 자체 강도를 최대로 할 수 있도록 중공부(110,130)를 가능한 범위 내에서 최소화해야 함이 바람직하다. 특히, 중공부(110,130)는 크로스빔(100)의 하중을 줄이기 위해 가능한 범위 내에서 최대한 크게 형성되어야 함과 동시에 강도를 위해 크로스빔(100) 내부에서 가능한 범위 내에서 최대한 작게 형성되어야 한다. 즉, 중공부(110,130)는 크로스빔(100)의 하중과 강도를 최적화할 수 있는 정도의 크기로 형성됨이 바람직하다.In this case, the
아울러, 크로스빔(100)은 세로중공부(110)와 가로중공부(130)를 갖도록 형성된다.In addition, the
이때, 세로중공부(110)와 가로중공부(130)는 각각 크로스빔(100)의 양측으로 연통되게 형성된다.In this case, the vertical
여기서, 수직방향은 도면에서 봤을 때 세로방향을 의미하고, 수평방향은 도면에서 봤을 때 가로방향을 의미한다. 즉, 세로중공부(110)의 세로방향에 대한 중심축 방향은 가로중공부(130)의 가로방향에 대한 중심축 방향과 수직하게 된다. 물론, 세로중공부(110)와 가로중공부(130)의 위치는 보는 시야의 위치에 따라 달라지게 된다.Here, the vertical direction refers to the vertical direction when viewed in the drawings, and the horizontal direction refers to the horizontal direction when viewed in the drawings. That is, the central axis direction of the vertical
특히, 세로중공부(110)의 중심축 방향과 가로중공부(130)의 중심축 방향이 예각을 이루거나 둔각을 이룰 수 있으나, 크로스빔(100)의 변형을 방지하거나 최소화하기 위해 서로 수직되게 형성됨이 바람직하다.In particular, although the central axis direction of the longitudinal
아울러, 크로스빔(100)은 필요한 강성만큼 단면적의 설계를 용이하게 할 수 있도록 최소 단위로 나뉘어져 접합되도록 형성됨이 바람직하다.In addition, the
이때, 크로스빔(100)은 세로중공부(110)에 의해 세로방향으로 양측 가장자리를 접합할 수 있게 되고, 가로중공부(130)에 의해 가로방향으로 양측 가장자리를 접합할 수 있게 된다.At this time, the
그래서, 크로스빔(100)은 최소 단위끼리 쉽게 접합된다.Thus, the
더욱 상세히, 크로스빔(100)은 세로중공부(110)의 세로방향 중심축을 기준으로 나뉘어지는 대분할빔(150)으로 이루어진다.In more detail, the
편의상, 대분할빔(150)은 동일한 형상으로 다수 개 성형되는데, 편의상, 대분할빔(150)은 한 쌍 구비된 것으로 도시한다.For convenience, a plurality of
이때, 대분할빔(150)은 크로스빔(100)의 세로중공부(110)의 세로방향 중심축을 기준으로 나뉘어지기 때문에 동일한 측면인 일측 양쪽에 서브돌부(120)를 돌출 형성한다. 이 서브돌부(120)는 대분할빔(150)의 축 방향을 따라 연속되게 형성된다.At this time, since the
그래서, 대분할빔(150)은 서로 대응되는 서브돌부(120)끼리 접합하게 되면 자연적으로 세로중공부(110)를 형성하게 된다.Thus, when the
여기서, 대분할빔(150) 각각은 양측에 서브돌부(120)를 별도로 돌출 형성할 수도 있고, 서브돌부(120)를 형성하는 부위를 제외한 일측의 나머지 테두리를 절개할 수도 있다. 특히, 서브돌부(120)는 대분할빔(150)에 일체로 형성됨이 바람직하다.Here, each of the
아울러, 이웃한 대분할빔(150)의 대응되는 서브돌부(120)가 쉽게 접합될 수 있도록 서브돌부(120)는 대분할빔(150)의 동일한 측면 양측 가장자리에 형성됨이 바람직하다.In addition, the
특히, 대분할빔(150)의 맞대어지는 서브돌부(120)는 접합되어 접합부(170)를 형성한다. 여기서, 접합부(170)는 마찰교반용접(Friction Stir Welding, FSW)에 의해 형성된다.In particular, the opposing
특히, 이웃한 대분할빔(150)의 서로 대응되는 서브돌부(120)가 마찰교반용접에 의해 접합부(170)를 형성하는 이유는 대응되는 서브돌부(120)를 접합시 충분한 접합강도를 갖도록 함과 아울러 마찰교반용접시 발생되는 열로써, 후술할, 솔더바(solder bar,188)를 이용하여 서브돌부(120)를 솔더링(soldering)함에 따라 복합 접합을 실현하기 위함이다.In particular, the reason why the
더욱 상세히, 도 3 및 도 4를 참조하면, 접합부(170)는 숄더(shoulder,184)와 교반핀(186)을 갖는 마찰교반용접용 툴(182) 및 솔더바(188)에 의해 형성된다.More specifically, referring to FIGS. 3 and 4, the
마찰교반용접용 툴(182)은 피접합재인 서브돌부(120)의 융점 이하의 온도에서 고상(固相) 접합할 수 있는 접합공구이다.The friction
즉, 마찰교반용접용 툴(182)에 의해 행해지는 마찰교반용접은 대분할빔(150)을 고정시킨 후 이음부인 서브돌부(120)의 이음부를 따라 서브돌부(120)에 비해 경한 재질을 지닌 비소모식 교반핀(186)의 일부분이 삽입되도록 하여, 이 교반핀(186)과 서브돌부(120)의 상대적 운동에 의해 마찰열을 발생시켜 연화시키기에 충분한 온도로 대향하는 서브돌부(120)를 포함한 접합부위를 가열시키게 된다.That is, the friction stir welding performed by the friction
이로 인하여, 교반핀(186)이 삽입된 부분 주위로 연화된 소위“서드바디(Third-body)”라고 불리는, 후술할, 교반영역부(172)가 생성되며, 이러한 교반 영역부(172)에 기계적 힘을 가하여 교반핀(186)이 접합선을 따라 이동하도록 함으로써 가열된 부위가 교반핀(186)에 의해 압출되고, 이와 같은 마찰열과 기계적 가공의 조합에 의해 고상의 접합부(170)가 형성된다.As a result, a stirring
특히, 마찰교반접합은 시편의 진행방향과 교반핀(186)의 회전방향이 동일한 AS(Advancing side)와 시편의 진행방향과 교반핀(186)의 진행방향이 반대인 RS(Retreating side)로 구분된다.In particular, the friction stir welding is divided into an AS (Advancing side) where the moving direction of the specimen and the rotation direction of the stirring
이와 같은 접합공정을 위한 마찰교반용접용 툴(182)은 이웃한 서브돌부(120) 사이에 소정의 각도 또는 수직을 이루도록 삽입되는 교반핀(186)과, 이 교반핀(186)에 의해 가열된 부분을 확장시키는 숄더(184)로 구성되며, 이 숄더(184)는 마주하는 서브돌부(120)를 포함한 접합부위의 연화된 부분을 가압하여 매끈한 용접면을 형성하는 역할을 한다.The friction
일례로써, 서브돌부(120)를 포함한 대분할빔(150)은 알루미늄(Al) 재질이고, 교반핀(186)과 숄더(184)는 대분할빔(150)보다 경강인 공구강(SK), 초경, 내열합금 등으로 한다. 즉, 교반핀(186)과 숄더(184)는 서브돌부(120)보다 경강으로 이루어진다.For example, the
한편, 마찰교반용접에서는 서브돌부(120)에의 교반핀(186)의 삽입량, 즉 교반핀(186)의 삽입깊이가 접합부(170)의 품질에 큰 영향을 미친다. 특히, 교반핀(186)이 삽입되지 않은 부분은 미접합부로서 남는다. On the other hand, in friction stir welding, the insertion amount of the stirring
여기서, 교반핀(186)은 마주하는 서브돌부(120)의 외측면에서 이에 수직한 방향으로 대응되는 세로중공부(110) 방향으로 서브돌부(120) 사이에 삽입된다. Here, the stirring
특히, 서브돌부(120)에의 교반핀(186)의 삽입량이 지나치게 적으면, 숄더(184)가 서브돌부(120)의 외측면에 접촉하지 않게 되어 결함발생의 원인이 되고, 접합부(170)가 접하는 서브돌부(120) 깊이에 비해 너무 얕아서 충분한 접합강도를 갖지 못하게 된다.In particular, when the amount of insertion of the stirring
또한, 교반핀(186)의 삽입량이 너무 많아 숄더(184)가 대분할빔(150)의 표면으로 너무 파고들어 가면, 대분할빔(150) 표면에 오목부가 생겨 역시 결함발생의 원인이 됨과 아울러 교반핀(186)의 굵기로 인해 세로중공부(110) 내측으로 틈새를 발생하게 된다.In addition, when the amount of insertion of the stirring
결과적으로, 교반핀(186)이 서브돌부(120)의 접하는 깊이 중 상부에서 절반 정도까지 특히, 내부 상측에 삽입됨과 동시에 숄더(184)가 대분할빔(150)의 외측면에 단순 접촉하게 설치됨이 바람직하다.As a result, the stirring
그리고, 마주하는 서브돌부(120) 사이 중 세로중공부(110) 측으로 인접한 하측에는 솔더바(188)가 개재됨이 바람직하다.In addition, it is preferable that the
이 솔더바(188)는 교반핀(186)의 굵기보다 가늘게 형성된다. 그래서, 마주하는 서브돌부(120) 사이 하측은 마찰교반용접시 발생되어 전달되는 마찰열에 의해 솔더링된다. 특히, 솔더바(188)는 가능한 얇게 형성되어 교반핀(186)끼리 접하는 부위의 하측 벌어짐을 방지함이 바람직하다.The
여기서, 솔더바(188)는 축방향으로 대분할빔(150)의 길이만큼 길게 형성될 수도 있고, 짧게 형성되어 비연속되게 구비될 수도 있다. Here, the
그리고, 접합부(170)는 마찰교반용접용 툴(182)에 의해 접합되는 교반영역 부(172)와 솔더바(188)에 의해 접합되는 솔더링부(176)를 포함한다.The joint 170 includes a
아울러, 도 5에서처럼, 솔더바(188)는 둘레면에 플럭스(189)를 형성한다. 이 플럭스(189)는 전달되는 열에 의해 솔더바(188)가 산화되는 것을 방지하는 역할을 한다. 그리고, 플럭스(189)는 솔더바(188)가 맞대어진 대분할빔(150) 특히, 맞대어진 서브돌부(120) 사이 하측에 가고정되도록 하는 역할을 한다. 이때, 플럭스(189)는 도포 등 일반적인 방식에 의해 솔더바(188)의 둘레면에 형성되는 것으로 한다.In addition, as shown in FIG. 5, the
더욱 상세히, 서브돌부(120)의 맞대어진 부위를 포함한 대분할빔(150)의 접합부(170)는 마찰교반접합에 의해 교반영역부(172)와 열영향영역부(174)로 나뉘어진다. More specifically, the
여기서, 교반영역부(172)는 서로 접한 서브돌부(120)끼리의 상측 영역이고, 열영향영역부(174)는 하측 영역이다.Here, the stirring
일례로써, 교반영역부(172)는 고상상태의 접합이 이루어지는 영역이며, 마찰접합 시 상대적으로 고온 특히, 500∼550℃에 이르게 된다.As an example, the stirring
아울러, 열영향영역부(174)는 실제 접합이 완벽히 이루어지지 않게 되는 부분으로서 상대적으로 저온 특히, 450∼500℃ 정도가 된다. In addition, the heat affected
따라서, 열영향영역부(174)의 미흡한 결합력을 충족시키기 위해서, 450∼500℃ 범위 내에서 솔더링되는 솔더바(188)는 서로 접한 서브돌부(120)끼리의 하측에 개재되고, 이로 인해, 마찰교반접합과 연이어서 솔더링 접합이 복합적으로 행해짐으로써 서브돌부(120)끼리의 접합면 전체에 걸쳐 접합부(170)를 형성할 수 있게 된다.Accordingly, in order to satisfy the insufficient bonding force of the heat affected
즉, 열영향영역부(174) 중 대분할빔(150)끼리 접하는 이음부위에는 솔더바(188)가 솔더링되는 솔더링부(176)가 형성된다.That is, a
이때, 솔더바(188)는 450∼500℃ 범위에서 솔더링되는 63Sn/37Pb의 조성을 갖는 재질로 이루어짐이 바람직하다.At this time, the
한편, 대분할빔(150) 각각은 최소 단위로 크로스빔(100)을 나누기 위해 가로중공부(130)의 가로방향 중심축을 기준으로 나뉘어지는 소분할빔(160)으로 이루어진다.On the other hand, each of the
소분할빔(160)은 동일한 형상으로 다수 개 성형되는데, 편의상, 소분할빔(160)은 각 대분할빔(150)에서 한 쌍 구비된 것으로 도시한다.A plurality of small split beams 160 are formed in the same shape. For convenience, the small split beams 160 are illustrated as being provided in pairs in each
이때, 소분할빔(160)은 크로스빔(100)의 가로중공부(130)의 가로방향 중심축을 기준으로 나뉘어지기 때문에 동일한 측면인 일측 양쪽에 메인돌부(140)를 돌출 형성한다. At this time, since the
그래서, 소분할빔(160)은 서로 대응되는 메인돌부(140)끼리 접합하게 되면 자연적으로 가로중공부(130)를 형성하게 된다.Thus, when the
여기서, 소분할빔(160) 각각은 양측에 메인돌부(140)를 별도로 돌출 형성할 수도 있고, 메인돌부(140)를 형성하는 부위를 제외한 일측의 나머지 테두리를 절개할 수도 있다. 특히, 메인돌부(140)는 소분할빔(160)에 일체로 형성됨이 바람직하다.Here, each of the small split beams 160 may protrude separately from the
특히, 크로스빔(100)은 세로중공부(110)를 기준으로 양측에 가로중공부(130)를 형성하고, 이 가로중공부(130)는 세로중공부(110)와 연결되지 않게 형성된다. 이는, 접합의 편의성을 위해 소분할빔(160)끼리 양측 가장자리에서 접하여 접합되도록 하기 위함이다.In particular, the
또한, 세로중공부(110)는 가로중공부(130)를 기준으로 양측에 형성되는데, 각각의 세로방향 중심축은 일직선상에 위치하도록 함이 바람직하다.In addition, the vertical
아울러, 이웃한 소분할빔(160)의 대응되는 메인돌부(140)가 쉽게 접합될 수 있도록 메인돌부(140)는 소분할빔(160)의 동일한 측면 양측 가장자리에 형성됨이 바람직하다.In addition, the
이에 따라, 크로스빔(100)은 소분할빔(160)으로 최소 단위를 이루게 된다. 이 소분할빔(160)은 상측 또는 하측에 해당되는 일측에 한 쌍의 메인돌부(140)를 형성하고, 이 일측에 수직방향으로 연결되는 양측 중 어느 한 측면에 하나의 서브돌부(120)를 형성한다.Accordingly, the
소분할빔(160)이 메인돌부(140)와 서브돌부(120)를 함께 구비하나, 편의상, 메인돌부(140)는 소분할빔(160)의 동일 측면 양측에 형성되는 것으로 하고, 서브돌부(120)는 대분할빔(150)의 동일 측면 양측에 형성되는 설명한다.Although the
이때, 메인돌부(140)와 서브돌부(120)는 소분할빔(160)의 축방향을 따라 연속적으로 형성됨이 바람직하다. In this case, the
그리고, 어느 하나의 소분할빔(160)의 메인돌부(140)가 다른 하나의 소분할빔(160)의 메인돌부(140)와 접합됨으로써 가로중공부(130)를 갖는 대분할빔(150)을 형성하게 되고, 어느 하나의 대분할빔(150)의 서브돌부(120)가 다른 하나의 대분할빔(150)의 서브돌부(120)와 접합됨으로써 세로중공부(110)를 형성하면서 크로스 빔(100)을 성형하게 된다. In addition, the
이웃한 메인돌부(140) 특히, 소분할빔(160)의 맞대어지는 메인돌부(140)는 접합되어 접합부(170)를 형성한다. 여기서, 접합부(170)는 마찰교반용접(Friction Stir Welding, FSW)에 의해 형성된다.The neighboring
특히, 이웃한 소분할빔(160)의 서로 대응되는 메인돌부(140)가 마찰교반용접에 의해 접합부(170)를 형성하는 이유는 대응되는 메인돌부(140)를 접합시 충분한 접합강도를 갖도록 함과 아울러 마찰교반용접시 발생되는 열로써 솔더바(solder bar,188)를 녹여 접한 메인돌부(140)를 솔더링(soldering)함으로써 복합 접합을 실현하기 위함이다.In particular, the reason why the
이때, 이웃한 메인돌부(140)가 마찰교반용접과 솔더링으로 복합 접합되는 구성은 상술한 이웃한 서브돌부(120)가 마찰교반용접과 솔더링으로 복합 접합되는 구성과 동일한 것으로 한다.In this case, the configuration in which the neighboring
여기서, 이웃한 메인돌부(140)란 서로 다른 소분할빔(160)에서 서로 대응되는 메인돌부(140)를 의미하고, 이웃한 서브돌부(120)란 서로 다른 대분할빔(150)에서 서로 대응되는 서브돌부(120)를 의미한다.Here, the neighboring
또한, 소분할빔(160) 각각은 내측에 보강부재(162)를 형성하여 강도를 향상시킴이 바람직하다. 이 보강부재(162)는 다양한 형상으로 적용 가능하고, 소분할빔(160)에 일체로 성형됨이 바람직하다.In addition, it is preferable that each of the small split beams 160 has a reinforcing
특히, 소분할빔(160) 각각은 이웃하여 가장자리끼리 접합을 용이하게 하고, 응력 및 강도를 크게 할 수 있도록 사각 형상으로 형성됨이 바람직하다. In particular, each of the small split beams 160 is preferably formed in a rectangular shape so as to facilitate the joining of the edges adjacent to each other and increase the stress and strength.
한편, 도 6 내지 도 9 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 크로스빔의 제조방법은 소분할빔 성형단계(S10), 제 1접합단계(S20) 및 제 2접합단계(S30)를 포함한다.Meanwhile, referring to FIGS. 6 to 9 and 2, a method of manufacturing a cross beam according to an embodiment of the present invention may include a small split beam forming step S10, a first bonding step S20, and a second bonding step ( S30).
소분할빔 성형단계(S10)는 일측, 특히 상면 양측에 메인돌부(140)를 형성하고, 이 메인돌부(140) 각각에 인접한 양쪽 측면 중 어느 일측에 서브돌부(120)를 형성하는 소분할빔(160)을 다수 개 성형하는 공정이다.In the small split beam forming step S10, the
이때, 어느 하나의 소분할빔(160)은 다른 하나의 소분할빔(160)의 서브돌부(120)와 접하는 위치에 따라 서브돌부(120)의 성형 위치가 달라진다.At this time, the forming position of the
아울러, 제 1접합단계(S20)는 이웃한 소분할빔(160)의 메인돌부(140)를 접하여 가로중공부(130)를 형성한 대분할빔(150)을 다수 개 성형하는 공정이다.In addition, the first bonding step S20 is a process of forming a plurality of
여기서, 제 1접합단계(S20)는 제 1작업준비단계(S22), 제 1솔더바 개재단계(S24) 및 제 1복합접합단계(S26)를 포함한다.Here, the first bonding step S20 includes a first work preparation step S22, a first solder bar interposing step S24, and a first composite bonding step S26.
제 1작업준비단계(S22)는 서로 다른 소분할빔(160)의 대향하는 메인돌부(140)끼리를 정위치하는 공정이다.The first work preparation step S22 is a process of positioning the
이때, 도 7에서처럼, 접합 대기하는 각각의 소분할빔(160)은 수평작업대(도시하지 않음)에 고정 지지된다. 이때, 어느 한 소분할빔(160)의 메인돌부(140)가 다른 소분할빔(160)의 메인돌부(140)를 일직선상에서 향하도록, 각각의 소분할빔(160)은 뉘어진 상태로 배열됨이 바람직하다. In this case, as shown in FIG. 7, each of the small split beams 160 waiting to be bonded is fixedly supported on a horizontal work bench (not shown). At this time, each of the small split beams 160 are arranged in a divided state such that the
그리고, 각각의 소분할빔(160)은 메인돌부(140)를 접촉하게 된다.Each of the small split beams 160 comes into contact with the
또한, 제 1솔더바 개재단계(S24)는 서로 접촉하여 이음부를 형성하는 메인돌 부(140) 사이의 하측에 솔더바(188)를 개재하는 공정이다.In addition, the first solder bar interposing step S24 is a process of interposing a
이 솔더바(188)는 플럭스(189)에 의해 마주하는 한 쌍의 메인돌부(140) 중 적어도 어느 하나의 메인돌부(140)에 접착되어 가고정된다.The
아울러, 제 1복합접합단계(S26)는 회전되는 마찰교반용접용 툴(182)의 교반핀(186)을 접합하려는 한 쌍의 메인돌부(140) 사이의 상측에 삽입하여 교반 접합하면서, 전달되는 열에 의해 용융되는 솔더바(188)로써 메인돌부(140) 사이의 하측을 솔더링하는 공정이다.In addition, the first composite bonding step (S26) is inserted into the upper side between the pair of
마주하는 한 쌍의 메인돌부(140)가 마찰교반용접과 솔더링되는 상세한 내용은 상술한 것으로 대체한다.Details of the pair of
이에 따라, 소분할빔(160)끼리의 이음부가 마찰교반접합과 솔더링의 하나의 통합된 공정을 이용하여 접합됨으로써 우수한 접합특성을 가지게 된다.Accordingly, the joints of the small split beams 160 are joined by one integrated process of friction stir welding and soldering to have excellent bonding characteristics.
한편, 제 2접합단계(S30)는 한 쌍의 소분할빔(160)끼리 접합하여 형성한 대분할빔(150)을 한 쌍씩 접합하는 공정이다. 즉, 제 2접합단계(S30)는 이웃한 대분할빔(150)의 서브돌부(120)를 접하여 세로중공부(110)를 형성하는 공정이다.On the other hand, the second bonding step (S30) is a step of bonding a pair of large split beams 150 formed by bonding a pair of small split beams 160 with each other. That is, the second bonding step S30 is a process of forming the vertical
크로스빔(100)은 제 2접합단계(S30)를 행한 후 완성되는 제품이다.The
여기서, 제 2접합단계(S30)는 제 1접합단계(S20)와 동일한 과정을 통해 대분할빔(150)끼리 접합하는 공정으로서, 제 2작업준비단계(S32), 제 2솔더바 개재단계(S34) 및 제 2복합접합단계(S36)를 포함한다.Here, the second bonding step (S30) is a process of bonding the
제 2작업준비단계(S32)는 서로 다른 대분할빔(150)의 대향하는 서브돌부(120)끼리를 정위치하는 공정이다.The second operation preparation step S32 is a process of positioning the
이때, 도 9에서처럼, 뉘어져서 성형되었던 소분할빔(160)은 서로 서브돌부(120)를 대향하게 하도록 90도 회전되어 세워진 상태로 수평작업대에서 접합 대기한다.At this time, as shown in FIG. 9, the divided
그리고, 각각의 대분할빔(150)은 서브돌부(120)를 접촉하게 된다.Each of the large split beams 150 comes into contact with the
또한, 제 2솔더바 개재단계(S34)는 서로 접촉하여 이음부를 형성하는 서브돌부(120) 사이의 하측에 솔더바(188)를 개재하는 공정이다.In addition, the second solder bar intervening step S34 is a process of interposing a
이 솔더바(188)는 플럭스(189)에 의해 마주하는 한 쌍의 서브돌부(120) 중 적어도 어느 하나의 서브돌부(120)에 접착되어 가고정된다.The
아울러, 제 2복합접합단계(S36)는 회전되는 마찰교반용접용 툴(182)의 교반핀(186)을 접합하려는 한 쌍의 서브돌부(120) 사이의 상측에 삽입하여 교반 접합하면서, 전달되는 열에 의해 용융되는 솔더바(188)로써 서브돌부(120) 사이의 하측을 솔더링하는 공정이다.In addition, the second composite bonding step (S36) is transmitted while inserting the stirring
마주하는 한 쌍의 서브돌부(120)가 마찰교반용접과 솔더링되는 상세한 내용은 상술한 것으로 대체한다.Details of the pair of opposing
이에 따라, 대분할빔(150)끼리의 이음부가 마찰교반접합과 솔더링의 하나의 통합된 공정을 이용하여 접합됨으로써 우수한 접합특성을 가지게 된다.Accordingly, the joints of the
결과적으로, 본 발명에 따른 크로스빔(100)은 그 길이 또는 이송물의 중량에 따라 다양한 크기의 단면적을 요구하게 되더라도 동일 형태 또는 최소 개수의 형태를 가지는 소분할빔(160)의 결합수 또는 대분할빔(150)의 결합수에 의해 단면적의 크기를 조절할 수 있게 됨으로써 제작시 필요되는 압출 금형의 수를 현저하게 줄이 며, 이로 인해 제조 단가를 줄일 수 있다.As a result, even if the
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art to which the art belongs can make various modifications and other equivalent embodiments therefrom. I will understand. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the claims below.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할빔으로 나뉘어지는 크로스빔의 사시도이다.1 is a perspective view of a crossbeam divided into split beams according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할빔끼리 접합 완료된 상태인 크로스빔의 정면도이다.2 is a front view of a cross beam in which split beams are bonded to each other according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할빔끼리 복합 접합하는 상태를 보인 요부 단면도이다.3 is a sectional view showing the main parts of a state in which the split beams are bonded to each other according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할빔끼리 복합 접합된 상태를 보인 요부 단면도이다.Figure 4 is a cross-sectional view showing the main portion showing a state in which the composite beams are bonded to each other according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할빔 사이에 개재되는 솔더바의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a solder bar sandwiched between split beams according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 분할빔끼리 복합 접합되는 순서를 보인 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a sequence in which split beams are compositely bonded according to an embodiment of the present invention.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 분할빔끼리 복합 접합되는 순서에 따른 크로스빔의 성형과정을 보인 상태도이다.7 to 9 are state diagrams illustrating a forming process of a cross beam according to a sequence in which split beams are compositely bonded according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>
100: 크로스빔 110: 세로중공부100: cross beam 110: vertical hollow portion
120: 서브돌부 130: 가로중공부 120: sub-projection 130: horizontal hollow portion
140: 메인돌부 150: 대분할빔140: main stone 150: large split beam
160: 소분할빔 162: 보강부재160: small split beam 162: reinforcing member
170: 접합부 172: 교반영역부170: junction portion 172: stirring zone portion
174: 열영향영역부 176: 솔더링부174: heat affected zone portion 176: soldering portion
182: 마찰교반용접용 툴 184: 숄더 182: friction stir welding tool 184: shoulder
186: 교반핀 188: 솔더바 186: stirring pin 188: solder bar
189: 플럭스189 flux
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