KR101205334B1 - 자동차 구조용 섀시의 제조방법 - Google Patents

자동차 구조용 섀시의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 자동차 구조용 섀시의 제조방법은 원하는 형상 및 크기로 형성된 냉간 블랭크와 열간 블랭크를 서로 접촉시킨 후 접촉된 부분을 레이저 용접으로 접합하여 접합물을 형성하는 단계; 상기 접합물을 성형 온도로 가열하는 단계; 상기 가열된 접합물을 열간 프레스 내로 공급 및 성형하여 성형물을 형성하는 단계; 및 상기 성형물을 급냉하는 단계;를 포함하되, 상기 냉간 블랭크와 열간 블랭크의 표면에는 산화방지코팅재가 코팅된다.
이에 의하면, 열간 프레스 성형 (HPF) 공정 이전에 영역별로 최적 강도의 소재를 사용하여 원자재를 맞춤재단 용접하는 맞춤식 재단 용접(TWB) 공정을 적용하여 초기에 투입된 자재에서 제품을 생산 후 버리는 양을 나타내는 스크랩율을 최저화한 후 열간 프레스 성형(HPF) 공정을 적용하여 차량의 경량화 및 전체 가공 공정을 단순화함에 의해 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 복잡한 형상에서 영역별로 원하는 강도를 얻을 수 있는 장점을 가진다. 또한, 냉간 블랭크와 열간 블랭크의 표면에 아연(Zn)이 함유된 산화방지코팅재가 코팅됨으로써 용접에 의한 접합 시 고온에서 아연(Zn)이 증발하므로 용접면의 접합 강도가 향상되는 장점을 가진다. 즉, 용접 부위에 이물질이 접합 부위에 남지 않아 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

Description

자동차 구조용 섀시의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING SHASSIS OF VEHICLE}
본 발명은 자동차 구조용 프레임 제조방법에 관한 것으로, 특히 차량용 경량화 구조재인 열간 프레스 성형(HPF) 강판을 적용하여 센터 필러 등과 같은 자동차 구조용 섀시를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근의 자동차 관련 기술개발의 동향은 무공해 자동차, 전기 자동차에 대한 연구와 함께 차량의 경량화를 통해 연비를 개선하고 탄소 배출을 최소화하기 위해 모든 수단을 강구하고 있으며, 연비 개선에 가장 핵심 연구과제로서 차량 경량화를 핵심기술로 추진하고 있다.
특히 소재의 경량화는 엔진 효율을 높여 자동차의 성능 향상을 극대화시킬 뿐만 아니라 그로 인해 연비 향상을 도모할 수 있어 환경오염 방지와 연료절감에 가장 적합하고 효과적인 것으로 평가받고 있다.
그래서 최근 적용대상 경량 신소재로는 강화플라스틱, 탄소섬유, 알루미늄, 티타늄, 마그네슘 등이 연구 개발되어 일부 적용하고 있으나 생산성과 경제성 측면에서 가장 폭 넓게 채용되는 것이 고장력 강판이다.
특히, 완성차 업계에서는 자동차 충돌안전 법규의 강화와 배기가스 규제강화에 따른 차량 경량화를 위하여 차량용 구조재로 고장력 강판 사용을 확대하고 있다.
최근 차량용 섀시에 사용되는 고장력 강판은 초기에 냉간 프레스 성형(CPF;Cold Press Forming) 공정으로 제작하였으나, 최근에는 요구 강도의 증대로 열간 프레스 성형(HPF;Hot Press Forming) 공정에 의해 제조되고 있다.
종래 냉간 프레스 성형 공정에는 초기에 투입된 자재에서 제품을 생산 후 버리는 양인 스크랩율을 줄이기 위하여, 즉 원가 절감이 우수하고, 타공정에 비하여 공정설계가 우수한 맞춤 재단식 용접(TWB;Tailor Welding Blanks)) 공정이 적용되고 있으나, 종래의 열간 프레스 성형 공정은 원 프레스로만 찍음으로써 맞춤 재단식 용접 공정이 적용되고 있지 않다.
여기서, 상기 맞춤 재단식 용접(TWB) 공정은 두께와 강도 재질 등이 서로 다른 강판을 적절한 크기와 형상으로 절단해 레이저로 용접하여 원하는 형태의 제품으로 가공하는 공정을 말한다.
그러나, 열간 프레스 성형(HPF) 공정을 단독적으로 사용하게 되면, 기존의 프레스 공정에 비해 고가의 장비와 금형, 생산성이 낮은 것은 물론 에너지 효율이 나빠 고강도를 요하는 일부의 제품에만 사용해야 하고, 국부적으로 고강도 및 저강도가 동시에 요구되는 경우 등에는 사용되지 못하거나 사용되더라도 상기와 같은 문제점 등이 있어 고강도 강판의 사용에 제한을 받게 된다.
대한민국 공개특허 제110-2011-0056888호
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고강도 및 저강도가 동시에 요구되는 부분에 적용될 수 있고, 아울러 생산성을 향상시킬 수 있는 개선된 자동차 구조용 섀시의 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 자동차 구조용 섀시의 제조방법은 원하는 형상 및 크기로 형성된 냉간 블랭크와 열간 블랭크를 서로 접촉시킨 후 접촉된 부분을 레이저 용접으로 접합하여 접합물을 형성하는 단계; 상기 접합물을 성형 온도로 가열하는 단계; 상기 가열된 접합물을 열간 프레스 내로 공급 및 성형하여 성형물을 형성하는 단계; 및 상기 성형물을 급냉하는 단계;를 포함하되, 상기 냉간 블랭크와 열간 블랭크 중 어느 하나는 산화방지코팅재에 의하여 코팅된다.
상기 냉간 블랭크는 탄소(C) 0.05~0.15wt% 및 망간(Mn) 0.5~1.5wt%를 포함한 탄소강이고, 상기 열간 블랭크는 탄소(C) 0.1~0.3wt%, 망간(Mn) 1.0~1.5wt% 및 보론(B) 0.0005~0.01wt%를 포함하는 마르텐사이트 변태강을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 산화방지코팅재에는 30~100wt%의 아연(Zn)이 포함된 것이 바람직하다.
본 발명의 자동차 구조용 섀시의 제조방법에 의하면, 열간 프레스 성형 (HPF) 공정 이전에 영역별로 최적 강도의 소재를 사용하여 원자재를 맞춤재단 용접하는 맞춤식 재단 용접(TWB) 공정을 적용하여 초기에 투입된 자재에서 제품을 생산 후 버리는 양을 나타내는 스크랩율을 최저화한 후 열간 프레스 성형(HPF) 공정을 적용하여 차량의 경량화 및 전체 가공 공정을 단순화함에 의해 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 복잡한 형상에서 영역별로 원하는 강도를 얻을 수 있는 장점을 가진다.
또한, 냉간 블랭크와 열간 블랭크의 표면에 아연(Zn)이 함유된 산화방지코팅재가 코팅됨으로써 용접에 의한 접합 시 고온에서 아연(Zn)이 증발하므로 용접면의 접합 강도가 저하되지 않는 장점을 가진다.
즉, 용접 부위에 이물질이 접합 부위에 남지 않아 접합 강도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 구조용 섀시의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 자동차 구조용 섀시의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 구조용 섀시의 제조방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 자동차 구조용 섀시의 제조방법은 하나의 부품에서 영역별로 다른 강도를 갖도록 형성하는 방법으로, 대표적인 예로 승용차의 센터 필러를 형성하는 방법이다.
상기 센터 필러는 승용차의 프런트 도어와 리어 도어 사이에서 차체의 바닥면과 루프를 연결하는 부분으로, 차량의 충돌 시 고강도로 형상이 유지되어야 하는 부분과 찌그러지면서 충격을 흡수해야 하는 부분이 동시에 요구되므로 영역별로 다른 강도가 필요하다.
본 발명은 센터 필러 등과 같이 영역별로 다른 강도를 갖는 대상물을 제조하기 위한 방법으로, 크게 맞춤 재단식 용접(TWB) 공정 및 열간 프레스 성형(HPF) 공정으로 이루어진다.
본 발명의 자동차 구조용 섀시의 제조방법을 순차적으로 설명하면, 먼저 경화능을 가지지 않는 블랭크와 경화능을 가지는 블랭크를 원하는 형상 및 크기로 미리 재단하여 마련한다(S1).
여기서, 일예로 경화능을 가지지 않는 블랭크는 냉간 블랭크로, 탄소(C) 0.05~0.15wt% 및 망간(Mn) 0.5~1.5wt%를 포함한 탄소강이 사용될 수 있고, 경화능을 가지는 블랭크는 열간 블랭크로, 탄소(C) 0.1~0.3wt%, 망간(Mn) 1.0~1.5wt% 및 보론(B) 0.0005~0.01wt%를 포함한 마르텐사이트 변태강이 사용될 수 있다.
상기 냉간 블랭크와 열간 블랭크는 동일 또는 다른 두께로 마련될 수 있으며, 이는 설계 상에 고강도와 고인성 영역의 설정에 따라 형성되기 때문이다.
한편, 상기 냉간 블랭크와 열간 블랭크의 표면에는 30~100wt% 아연(Zn)을 포함한 산화방지코팅재가 1~30μm의 두께로 코팅될 수 있다.
이렇게 마련된 냉간 블랭크와 열간 블랭크를 서로 접촉시킨 후 접촉된 부분을 레이저 용접으로 접합하여 접합물을 형성한다(S2).
한편, 냉간 블랭크 대신 열간 블랭크를 사용하여 열간 블랭크 간을 서로 접촉시킨 후 접촉된 부분을 레이저 용접으로 접합하여 접합물을 형성할 수도 있다.
즉, 본 발명에서의 맞춤식 재단 용접(TWB)은 동종 또는 이종 블랭크 사이에서도 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 접합물을 가열로로 이송하여 접합물의 성형성을 확보할 수 있도록 성형 온도까지, 즉 900℃ 이상으로 가열한다(S3).
이렇게 가열된 접합물을 열간 프레스로 이송 및 성형하여 성형체를 형성한 후(S4) 오스테나이트 조직으로 형성된 열간 블랭크가 마그네사이트 조직으로 상변태되도록 소정의 냉각 속도로 급냉을 진행한다(S5).
상기와 같은 방법에 의하여 제조된 성형물은 열간 블랭크 부분은 고강도로 형성되고, 냉간 블랭크 부분은 저강도로 형성되어, 예컨대 상기 성형물이 센터 필러인 경우 고강도가 요구되는 상부는 마그네사이트 조직을 가지는 열간 블랭크 부분이 배치되고, 저강도가 요구되는 하부는 냉간 블랭크 부분이 배치된다.
상기와 같은 자동차 구조용 섀시의 제조방법에 의하면, 열간 프레스 성형 (HPF) 공정 이전에 영역별로 최적 강도의 소재를 사용하여 원자재를 맞춤재단 용접하는 맞춤식 재단 용접(TWB) 공정을 적용하여 초기에 투입된 자재에서 제품을 생산 후 버리는 양을 나타내는 스크랩율을 최저화한 후 열간 프레스 성형(HPF) 공정을 적용하여 차량의 경량화 및 전체 가공 공정을 단순화함에 의해 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 복잡한 형상에서 영역별로 원하는 강도를 얻을 수 있는 장점을 가진다.
또한, 냉간 블랭크와 열간 블랭크의 표면에 아연(Zn)이 함유된 산화방지코팅재가 코팅됨으로써 용접에 의한 접합 시 고온에서 아연(Zn)이 증발하므로 용접면의 접합 강도가 저하되지 않는 장점을 가진다.
즉, 용접 부위에 이물질이 접합 부위에 남지 않아 접합 강도를 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 원하는 형상 및 크기로 형성된 냉간 블랭크와 열간 블랭크를 서로 접촉시킨 후 접촉된 부분을 레이저 용접으로 접합하여 접합물을 형성하는 단계;
    상기 접합물을 성형 온도로 가열하는 단계;
    상기 가열된 접합물을 열간 프레스 내로 공급 및 성형하여 성형물을 형성하는 단계; 및
    상기 성형물 중 오스테나이트 조직으로 형성된 상기 열간 블랭크가 마그네사이트 조직으로 상변태되도록 급냉하는 단계;를 포함하되,
    상기 냉간 블랭크와 열간 블랭크의 표면에는 산화방지코팅재가 1~30μｍ의 두께로 코팅되며,
    상기 냉간 블랭크는 탄소(C) 0.05~0.15wt% 및 망간(Mn) 0.5~1.5wt%를 포함한 탄소강이고,
    상기 열간 블랭크는 탄소(C) 0.1~0.3wt%, 망간(Mn) 1.0~1.5wt% 및 보론(B) 0.0005~0.01wt%를 포함하는 마르텐사이트 변태강을 사용하며,
    상기 산화방지코팅재에는 30~100wt%의 아연(Zn)이 포함된 것을 특징으로 하는 자동차 구조용 섀시의 제조방법.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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