KR101091212B1 - 자동차 범퍼 레일 - Google Patents

Abstract

자동차 전방의 프론트 범퍼가 장착되는 자동차 범퍼 레일이 제공된다.

상기 자동차 범퍼 레일은 그 구성 일예로서, 범퍼가 장착되는 바디부재;와, 상기 바디부재의 후면에 일체로 바디부재의 내측으로 들어가는 홈부로 형성되되, 충격 흡수성을 높이도록 만곡면을 더 포함하는 충격 흡수부; 및, 상기 바디부재의 양측 단부가 벤딩되어 일체로 형성되고, 충격 흡수성을 높이도록 주름부(22)를 더 포함하는 크래쉬 부를 포함하여 구성되는 한편, 바람직하게는 상기 바디부재의 모서리에 튜브 형태로 용접되어 코너 충격을 흡수토록 제공되는 보강부재와, 상기 바디부재의 벤딩되는 모서리 양단의 상,하측에 제공되는 제2 충격 흡수부를 더 포함하여 구성되고, 상기 충격 흡수부재와 크래쉬 부 및, 제2 충격흡수부를 포함하는 바디부재는 트윕(TWIP,Twin Induced Plasticity) 강으로 형성될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 범퍼 레일과 크래쉬 부품의 일체화를 구현하여 부품 감축과 조립공정의 축소로 원가 절감과 생산성을 향상시키는 한편, 특히 부품 경량화를 구현하면서도 충돌 에너지의 흡수성을 보다 향상시키어 부품 특성을 향상시키는 개선된 효과를 얻을 수 있다.

범퍼 레일, 하이드로포밍, 크래쉬 부품 일체화, 충격 흡수 구조

Description

자동차 범퍼 레일{AUTOMOTIVE BUMPER RAIL}

본 발명은 자동차 전방의 프론트 범퍼가 장착되는 범퍼 레일에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 범퍼 레일과 크래쉬 존 부품의 일체화를 구현하여 부품 감축과 조립공정의 축소로 원가 절감과 생산성을 향상시키는 한편, 특히 부품 경량화를 구현하면서도 충돌 에너지의 흡수성을 보다 향상시키어 부품 특성을 향상시킨 자동차 범퍼 레일에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 전방에는 충돌 시의 충격 에너지를 흡수하여 승객의 안전을 도모하도록 충격 흡수 구조로 된 프론트 범퍼가 갖추어져 있는데, 이와 같은 자동차 프론트 범퍼의 구조는 외부로 노출되는 범퍼 커버와 충격을 흡수하는 에너지 흡수제, 그리고, 범퍼 레일로 구성되고, 범퍼 레일은 사이드 멤버(side member)에 크래쉬 부품을 매개로 연결되게 된다.

예를 들어 도 1에서는 종래 알려진 통상의 범퍼 레일과 크래쉬 부품 및 사이드 멤버의 조립 상태를 도시하고 있다.

즉, 도 1에서 도시한 바와 같이, 차체 전방측의 'ㄷ'자 형태의 단면 형상을 갖는 플라스틱 재질의 범퍼 커버(미도시)가 플라스틱 성형부재로 제작되어 충격 에 너지를 흡수하는 충격 흡수재(미도시)를 개재하여, 상기 충격 흡수재의 후면에는 범퍼 레일(120)이 연결된다.

그리고, 상기 범퍼 레일(120)에는 크래쉬 존의 부품인 크래쉬 박스(130)를 매개로 차체측의 사이드 멤버(110)가 연결된다.

따라서, 범퍼 커버에 가해진 충격은 충격 흡수재(미도시)와 범퍼 레일(120)에서 1 차적으로 흡수되고, 상기 크래쉬 박스(130)와 차체 사이드 멤버(110)에서 2 차적으로 흡수되는 것이다.

한편, 이와 같은 크래쉬 박스(130)는, 도 2에서 보다 상세하게 도시하고 있다.

즉, 도 2에서 도시한 바와 같이, 자동차가 저속 충돌한 경우, 크래쉬 박스만(130)의 변형을 유도하고, 차체의 주요 부재인 사이드 멤버의 변형은 발생되지 않도록 하며, 따라서 크래쉬 존의 부품인 크래쉬 박스(130)는 자동차 충돌시에도 차체 의 변형을 억제하여 수리비를 저감할 수 있도록 하는 것이다.

그런데, 이와 같은 종래의 범퍼 레일(120)과 크래쉬 박스(130) 및 사이드 멤버(110)의 조립 구조를 보면, 상기 크래쉬 박스(130)는 도 2와 같이, 분할된 박스부품(130a)(130b)들을 스폿 용접을 통하여 조립하고, 범퍼 레일(110)의 후면부에 용접 예를 들어, CO₂ 용접(W)을 통하여 부착하고, 다른 부분은 사이드 멤버에 용접이나 볼트 등으로 결합 또는 조립한다.

이때, 상기 분할된 크래쉬 박스 부품(130a)(130b)에는 스폿 용접을 위한 평 탄면(132)이 형성되어 있고, 이와 같은 종래 크래쉬 박스(130)는 소폿 용접을 위한 평탄면(132)에는 충격 흡수를 위한 주름부가 형성되지 못하는 것은 물론, 평탄면이 겹쳐진 상태로 스폿 용접되기 때문에(볼트 체결도 마찬가지로 부품이 겹치는 부분이 발생됨), 그 만큼 충격 흡수성에 한계가 있는 문제가 있다.

따라서, 종래 자동차 범퍼 조립체에서는, 용접 조립되는 크래쉬 존의 부품인 크래쉬 박스(130)를 사용하기 때문에, 크래쉬 박스 자체 용접 조립과, 범퍼 레일(130)에의 추가적인 용접 부착 등, 부품 수도 많고 조립 공정도 복잡할 뿐만 아니라, 비용도 증가되는 다른 문제가 있었다.

또한, 종래 범퍼 레일(120)에는 자체적으로 충격 흡수를 위한 별도 구조가 없어, 충격 흡수효율이 낮은 문제가 있었다.

이에 따라서, 본 발명의 출원인은, 자동차 범퍼 조립체에서 범퍼 레일과 크래쉬 부품을 일체화하여 부품수를 줄이고 제작 공정을 줄이어 전반적으로 부품 단가를 낮추고 생산성을 높이며, 특히 충격 흡수성도 우수하게 한 본 발명을 제안하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서 그 목적 측면은, 범퍼 레일과 크래쉬 존 부품의 일체화를 구현하여 부품 감축과 조립공정의 축소로 원가 절감과 생산성을 향상시키는 한편, 특히 부품 경량화를 구현하면서도 충돌 에너지의 흡수성을 보다 향상시키어 부품 특성을 향상시킨 자동차 범퍼 레일을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 측면으로서 본 발명은, 범퍼가 장착되는 바디부재;와, 상기 바디부재의 후면에 일체로 바디부재의 내측으로 들어가는 홈부로 형성되되, 충격 흡수성을 높이도록 만곡면을 더 포함하는 충격 흡수부; 및, 상기 바디부재의 양측 단부가 벤딩되어 일체로 형성되고, 충격 흡수성을 높이도록 주름부를 더 포함하는 크래쉬 부;를 포함하여 구성되고,
상기 바디부재의 모서리에 튜브 형태로 용접되어 코너 충격을 흡수토록 제공되는 보강부재와, 상기 바디부재의 벤딩되는 모서리 양단의 상,하측에 제공되는 제2 충격 흡수부를 더 포함하여 구성되고,
상기 충격 흡수부재와 크래쉬 부 및, 제2 충격흡수부를 포함하는 바디부재는 TWIP(Twin Induced Plasticity) 강으로 형성된 범퍼 레일을 제공한다.
바람직하게는, 상기 충격 흡수부와 크래쉬 부 및, 제2 충격흡수부를 포함하는 본 발명의 바디부재는 하이드로포밍으로 일체로 성형될 수 있다.

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이와 같은 본 발명의 자동차 범퍼 레일에 의하면, 범퍼 레일과 크래쉬 존 부품의 일체화를 구현하여 부품 감축과 조립공정의 축소로 원가 절감과 생산성을 향상시키는 것이다.

특히, 본 발명은 부품 경량화를 구현하면서도 충돌 에너지의 흡수성을 보다 향상시키어 부품 특성을 향상시키는 등의 여러 우수한 효과를 제공하는 것이다.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 도 3 및 도 4에서는 본 발명에 따른 범퍼 레일(1)을 도시하고 있다.

즉, 도 3 및 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 범퍼 레일(1)은, 일 실시예로서 도시하지 않은 범퍼가 장착되는 바디부재(10) 및, 상기 바디부재(10)에 일체로 구비되는 충격 흡수부(30)를 포함하여 구성될 수 있다.

더 바람직하게는 본 발명의 범퍼 레일(1)은, 종래에 별도의 부품들이 조립되고 용접 등으로 부착되는 크래쉬 박스(도 1의 130) 대신에 일체로 된 크래쉬 부(20)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

따라서, 본 발명의 범퍼 레일(1)은 일차적으로 범퍼 레일의 바디부재(10)에 일체로 형성된 충격 흡수부(30)를 통하여 자동차가 충돌하여 가해지는 충격이 크래쉬 박스(도 1의 130)나 사이드 멤버(도 1의 110)로 전달되지 않게 하거나 전달되어도 그 충격을 완화시키게 된다.

이는, 실제 자동차 범퍼 조립체의 부품 파손을 최소화하여 부품 수리 비용을 감소시키게 하고, 무엇보다도 범퍼 레일(1)의 가공시 일체로 충격 흡수부(30)를 형성시킬 수 있어, 부품 가공 비용도 적게 할 것이다.

예를 들어, 이와 같은 본 발명의 범퍼 레일(1)에 일체로 형성된 충격 흡수부(30)는, 도 3에서 도시한 바와 같이, 범퍼 레일(1)의 바디부재(10)의 후면에 일체로 바디부재 내측으로 들어가는 홈부로 형성될 수 있다.

한편, 도 3에서 충격 흡수부(30)는, 하나의 오목한 홈으로 도시하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 여러개의 홈형태의 충격 흡수부(30)들을 등간격으로 또는, 일정한 패턴으로 형성시키는 것도 가능하고, 일렬 뿐만 아니라 다열로 소형의 홈인 충격 흡수부(30)들을 형성시키는 것도 가능하다.

더 바람직하게는, 도 3 및 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명 범퍼 레일(1)의 바디부재(10)에 제공되는 충격 흡수부(30)는, 충격 흡수성을 높이도록 내측으로 들어간 오목한 홈을 따라 만곡면(32) 예컨대, 요철 형태의 만곡면을 형성시 키는 것이다.

이 경우, 평탄한 면 보다는 충격이 가해질 때, 더 충격 흡수성을 높이게 할 것이다.

한편, 도 5에서는 종래 충격 흡수부를 구비하지 않는 종래와 본 발명 범퍼 레일들을 각각 도시하고, 충격이 가해지는 경우 압착 형태를 도시하고 있다. 여기서 도면부호 120',10'는 충격이 가해진 후 종래 범퍼레일과 본 발명의 범퍼 레일의 바디부재를 나타낸다.

따라서, 도 5a 에서 도시한 바와 같이, 종래 범퍼 레일(120)의 경우 충격이 가해지만, 레일 전체가 압착되면서 충격을 흡수하기 때문에, 범퍼 레일의 찌그러짐성이 적고, 이는 충격 흡수성이 본 발명 보다 우수하지 않는 것이다.

반면에, 도 5b에서 도시한 바와 같이, 본 발명 범퍼 레일(1)의 바디부재(10)의 경우, 후면 내측으로 오목하게 들어가는 홈 형태의 별도 충격 흡수부(30)가 구비되기 때문에, 외부 충격 예를 들어, 저속 충돌 등이 발생되어 외부 충격이 가해지면, 상기 충격 흡수부(30)로 인하여 바디부재의 찌그러짐성이 종래 도 5a의 일체로 레일 바디 전체가 찌그러지는 종래 보다 더 우수한 것이다.

따라서, 본 발명의 경우 범퍼-레일(1)의 바디부재(10)에 형성된 충격 흡수부(30)는, 자동차의 저속 충돌과 같은 외부 충격이 가해지면, 이를 흡수하여, 차체인 사이드 멤버의 손상이나 파손을 최소화하는 것이다.

다음, 앞에서 설명한 본 발명의 범퍼 레일(1)에서 바디부재(10)에 일체로 형성된 크래쉬 부(20)는, 종래 도 1과 같이 별도의 크래쉬 박스(130)를 별도 부품을 조립하여 용접 등으로 범퍼 레일(120)에 부착 조립하는 것에 비하여, 본 발명 범퍼 레일(1)은 범퍼 레일의 성형시 크래쉬 부(20)를 일체로 성형하기 때문에, 부품수도 줄이는 것은 물론, 생산 공정도 단축시키는 것을 가능하게 하는 것이다.

예를 들어, 도 1과 같이 종래에는 범퍼 레일(120)과 사이드 멤버(110)) 사이에 결합되는 크래쉬 박스(130) 자체도 분할(130a)(130b) 용접 조립되는 것이나, 본 발명은 크래쉬 부(20)가 범퍼 레일의 바디부재(10)의 양측에 일체로 형성되기 때문에, 부품수가 줄고, 이는 생산 공정도 줄이는 것이다.

한편, 이와 같은 본 발명의 범퍼 레일(1)의 바디부재(10)와 충격 흡수부(30) 및 크래쉬부(20)는 일체로 형성되는데, 알려진 하이드로포밍을 통하여 이들을 일체로 성형시킨다.

예를 들어, 본 발명의 범퍼 레일의 경우 충격흡수부(30)와 크래쉬 부(20)를 일체로 형성하기 때문에, 일반적인 프레스 공법이나 롤포밍 공법 등으로는 특히 크래쉬 부의 일체화 성형이 어렵기 때문에, 하이드로 포밍 공법을 적용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 범퍼 레일(1)의 하이드로 포밍 공정은 도 7 내지 도 9와 같이, 3단계로 진행될 수 있는데, 첫째 도 7과 같이, 크래쉬 부의 일체화 성형을 위하여 성형 소재인 튜브를 구부리는 벤딩공정이 이루어 지고, 두번째로 도 8과 같이 일정한 형상을 미리 구현하여 다음 공정인 하이드로 포밍 금형에 소재가 잘 들어갈 수 있게 하는 프리 포밍 공정을 진행하고, 도 9와 같이 마지막으로 튜브 내부에 수압을 가하여 본 발명의 충격 흡수부(30)와 크래쉬 부(20)을 일체로 구현하는 하이 드로 포밍 본 공정을 진행한다.

이때, 도 7 내지 도 9의 성형 해석 도면은 영역별 수치한정을 구현한 것으로, 빨간색인 경우 두께가 많이 감소되고, 파란색 부분은 두께가 증가한 부분을 나타내는데, 이는 튜브를 벤딩하는 경우 팽창되는 부분과 수축(겹쳐지는)되는 부분의 두께가 변하기 때문이다.

도 8의 경우, 하이드로포밍 성형전에 금형에 튜브를 넣기 위하여 프리 포밍 즉, 소재를 압축시킨 상태를 나타낸 것이다.

특히, 도 9의 본 발명 범퍼 레일의 하이드로포밍 성형후 상태를 참고하면, 충격 흡수부(30) 부분의 만곡면(32)과 크래쉬 부(20)부분의 외측면이 두께가 감소하는 빨간색으로 나타남을 알 수 있고, 따라서 이부분에서의 찌그러짐이 다른 부분 보다 잘 이루어 지면서, 충격 흡수가 원활하게 구현될 수 있다.

한편, 바람직하게는, 발명의 상기 크래쉬 부(20)는 도 3,4 및 도 7과 같이, 바디부재(10)(튜브)의 양측단부가 벤딩되어 일체로 형성되고, 이와 같은 크래쉬 부(20)는 충격 흡수성을 높이도록 주름부(22)를 포함하는 것이다.

이와 같은 크래쉬 부(20)의 길이방향으로 여러개가 일체로 형성되는 주름부(22)는 외부 충격을 더 원활하게 흡수하도록 할 것이다.

특히, 본 발명의 크래쉬 부(20)는 튜브 소재를 벤딩하고 일체로 하이드로포밍을 통하여 주름부(22)들을 형성시키기 때문에, 주름부가 크래쉬 부 전체에 일정 패턴으로 고르게 형성될 수 있으나, 종래의 경우에는 도 1과 같이, 크래쉬 박스(130a)(130b)들을 용접 접합하기 때문에, 주름부(132)가 형성되는 면적에 한계가 있다. 이는 종래의 경우 크래쉬 박스들은 프레싱 성형후 용접 조립하기 때문이다.

다음, 더 바람직하게는, 도 3 및 도 4와 같이, 본 발명 범퍼-레일(1)의 바디부재(10)의 양측 벤딩된 모서리에 보강부재(40)를 더 제공하는 것이다.

즉, 상기 보강부재(40)는 범퍼 레일의 모서리측에 CO₂ 용접(W) 등으로 부착될 수 있고, 이와 같은 보강부재(40)는 특히 코너부 충격을 더 흡수하는 것을 가능하게 할 것이다.

예를 들어, 자동차의 범퍼 모서리 부분이 충돌하는 코너부 충격이 발생되면 상기 보강부재(40) 즉, 튜브형태의 부재가 먼저 찌그러지면서 충격을 흡수하여 범퍼 레일의 파손을 억제시킬 것이다.

또한, 더 바람직하게는, 상기 바디부재(10)의 벤딩되는 모서리 양단에는 상,하측으로 길게 오목하게 형성된 주름부인 제2 충격 흡수부(12)를 더 형성시키는 것이다.

이와 같은 바디부재(10)측의 제2 충격 흡수부(12)는 충격 흡수를 더 수용하는 것을 가능하게 할 것이고, 바디부재 상,하면에 형성되기 때문에, 범퍼 레일의 충격 흡수 방향을 다양하게 할 것이다.

이와 같은 제2 충격 흡수부(12)도 실제로는 본 발명 범퍼 레일의 하이드로포밍 성형시 일체로 바디부재에 형성됨은 물론이다.

즉, 본 발명은 튜브소재의 벤딩, 프리포밍, 하이드로포밍의 공정을 거쳐, 충격흡수부(30)와 크래쉬 부(20) 및 제2 충격 흡수부(12)를 포함하는 바디부재(10)를 일체로 성형 제작하는 것이다.

한편, 지금까지 설명한 충격흡수부(30)와 크래쉬 부(20) 및 제2 충격 흡수부(12)를 포함하는 바디부재(10)의 본 발명의 범퍼 레일(1)은, 알려진 '트윕' 강(TWIP, Twin Induced Plasticity)(이하, 'TWIP 강' 이라함)을 소재로 제작되는 것이 바람직하다.

즉, TWIP 강으로 된 튜브소재를 도 7 내지 도 9와 같이, 벤딩하고 프리포밍하며 하이드로포밍하여 본 발명의 범퍼 레일을 제작하는 것이 바람직한데, 이는 TWIP 강의 경우 고강도를 제공하면서 동시에, 하이드로포밍에 적합하고 충격 흡수성인 우수한 가공성(연성)을 제공하는 소재이기 때문이다.

한편, 이와 같은 TWIP강은 알려져 있는데, 이른바 TWIP(Twin Induced Plasticity) 특성을 갖는 기존에 비하여 더 많은 망간 함량의 오스테나이트계 강이 알려져 있고, 경량 및 우수한 강도를 갖는 강들은 기계적 하중이 인가될 때 기계적 하중이 인가되는 동안에 일어나는 조직 결정의 쌍정이 형성되는 결과, 높은 연성을 갖는데, 이러한 쌍정 형성은 직접적으로 강의 변형을 용이하게 하는 것이다.

즉, 쌍정(twinning)은 또한 기계적 하중이 가해지는 경우에 전위의 이동성을 제한하기 때문에 강의 유동 응력(flow stress)을 증가시키고, 따라서 TWIP 강의 연성은 일반적으로 쌍정 형성과 동반되는 마르텐사이트 γ/α 변태에 의해서도 부가적으로 조장되는 것이다.

예를 들어, 도 6에서는 일반 초고강도강과 본 발명의 범퍼 레일(1)의 소재인 TWIP강의 인장곡선을 도시하고 있다.

즉, 도 6에서 알 수 있듯이, 본 발명에 적용된 TWIP강이 변형 에너지구간이 매우 큼을 알 수 있고, 따라서 TWIP강은 본 발명의 크래쉬 부(20)와 충격 흡수부(30)을 일체로 포함하는 범퍼 레일의 하이드로포밍 성형을 용이하게 하는 동시에, 실제 자동차 부착후 저속 충돌 등에 의한 충격이 가해지는 경우 우수한 충격 흡수성도 제공할 것이다.

이는 TWIP강이 강도와 연성을 동시에 만족시키는 특성을 제공하기 때문이다.

이에 따라서, 지금까지 설명한 본 발명의 범퍼 레일은, 충격 흡수성이 우수하고, 특히 크래쉬 부가 일체로 되어 있어, 실제 자동차 범퍼 조립 구조의 부품수를 줄이는 것을 가능하게 하면서, 그 조립 공정도 매우 감소되기 때문에, 부품 단가를 낮춤은 물론, 생산성도 향상시키는 것이다.

본 발명은 지금까지 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한 도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.

도 1은 종래 범퍼 레일과 크래쉬 박스 및 사이드 멤버 조립상태를 도시한 사시도

도 2는 종래 크래쉬 박스와 범퍼 레일를 도시한 요부 사시도

도 3은 본 발명에 따른 범퍼 레일을 도시한 사시도

도 4는 도 3의 본 발명 범퍼 레일과 크래쉬 부를 도시한 요부 사시도

도 5a 및 도 5b는 종래와 본 발명의 범퍼 레일의 충격 흡수성 차이를 설명하기 위한 개략 작동 상태도

도 6은 본 발명 범퍼 레일의 소재인 TWIP 강과 종래 초고강도강 소재의 인장곡선을 비교 도시한 그래프

도 7은 본 발명 범퍼 레일의 벤딩 성형 해석도

도 8은 본 발명 범퍼 레일의 프리포밍 성형 해석도

도 9는 본 발명 범퍼 레일의 하이드로포밍 성형 해석도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1.... 범퍼 레일 10.... 범퍼 레일 바디부재

12.... 제2 충격 흡수부 20.... 크래쉬 부

22.... 주름부 30.... 바디부재 충격 흡수부

32.... 만곡면 40.... 보강부재

Claims (7)

1. 범퍼가 장착되는 바디부재(10);와, 상기 바디부재(10)의 후면에 일체로 바디부재의 내측으로 들어가는 홈부로 형성되되, 충격 흡수성을 높이도록 만곡면(32)을 더 포함하는 충격 흡수부(30); 및, 상기 바디부재의 양측 단부가 벤딩되어 일체로 형성되고, 충격 흡수성을 높이도록 주름부(22)를 더 포함하는 크래쉬 부(20);를 포함하여 구성되고,

   상기 바디부재(10)의 모서리에 튜브 형태로 용접되어 코너 충격을 흡수토록 제공되는 보강부재(40)와, 상기 바디부재의 벤딩되는 모서리 양단의 상,하측에 제공되는 제2 충격 흡수부(12)를 더 포함하여 구성되며,

   상기 충격 흡수부재와 크래쉬 부 및, 제2 충격흡수부를 포함하는 바디부재는 TWIP 강으로 형성된 범퍼 레일.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,

   상기 충격 흡수부와 크래쉬 부 및, 제2 충격흡수부를 포함하는 바디부재는 하이드로포밍으로 일체로 성형된 것을 특징으로 하는 범퍼 레일.
7. 삭제

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