KR101220548B1 - 하이드로 포밍을 이용한 다중 폐단면 요소 제조방법 및 이로부터 제조된 다중 폐단면 부품 - Google Patents

Abstract

자동차 부품과 같은 충격 흡수 기능을 갖는 다중 폐단면 요소의 제조방법 및 이로부터 제조된 다중 폐단면 부품이 제공된다.
상기 다중 폐단면 요소(부품)의 제조방법은 그 구성 일예로서, 제1 요소에 하나 이상의 제2 요소를 접합하고, 상기 제1 요소를 조관하여 하이드로 포밍용 소재를 마련하는 단계; 및, 상기 조관된 소재의 적어도 일측 및, 상기 제1,2 요소사이에 액압을 인가하는 하이드로 포밍을 통하여 다중 폐단면 요소를 제조하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 하이드로 포밍을 통하여 비용 부담없이 다양한 형태의 다중 폐단면 요소(부품)의 제조를 가능하게 하고, 이를 통하여 충격 흡수성이 우수한 다중 폐단면 요소(부품)를 제공하면서, 특히 기존에 비하여 요소(부품) 경량화가 가능하고, 다중 요소들의 접합 구조체이면서도 요소의 일체화를 구현하는 등의 개선된 효과를 얻을 수 있다.

Description

하이드로 포밍을 이용한 다중 폐단면 요소 제조방법 및 이로부터 제조된 다중 폐단면 부품{Method for Manufacturing Multi-Closed Section Type Element using Hydro-Forming and Multi-Closed Section Type Parts manufactured therefrom}

본 발명은 자동차 부품과 같이 충격 흡수 기능을 갖는 다중 폐단면 요소 제조방법 및 이로부터 제조된 다중 폐단면 부품에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이드로 포밍을 통하여 비용 부담없이 다양한 형태의 다중 폐단면 요소(부품)의 제조를 가능하게 하고, 이를 통하여 충격 흡수성이 우수한 다중 폐단면 요소(부품)를 제공하면서, 특히 기존에 비하여 요소(부품) 경량화가 가능하고, 다중 요소들의 접합 구조체이면서도 요소의 일체화를 구현하는 하이드로 포밍을 이용한 다중 폐단면 요소 제조방법 및 이로부터 제조된 다중 폐단면 부품에 관한 것이다.

통상 하이드로 포밍(Hydro-Forming)은 상온(10℃~30℃)에서 이루어지면서, 액압(hydraulic pressure)을 이용하여 관재(튜브)를 확관 성형하는 기계 판금의 특수한 가공방식 중 하나로써, 통상 '온간 액압 성형'이라고도 한다.

이와 같은 하이드로 포밍 기술은 기존의 용접(welding) 등으로 생산하던 부품을 간단한 공정 즉, 심 용접(또는 저항 용접)된 튜브를 소재로 하여 튜브의 양끝 단을 펀치로 실링한 상태에서 튜브 내부에 확관액의 압력(수압)을 상승시켜 원하는 형태로 성형하는 기술이다.

근래, 이와 같은 하이드로 포밍 기술은 자동차 산업에서 대표적으로 사용하는데, 예컨대 프론트 사이드 멤버, 범퍼류와 같이, 크고 작은 단품 패널의 조합으로 이루어지는 프레스 생산품의 경량화 및 성형 원가의 절감을 가능하게 하는 이점을 제공한다. 하이드로 포밍은 제품의 형상 정밀도가 우수하고 부품 통합이 가능하면서 불량 요인을 제공하는 용접 등을 제거하는 공정상 이점도 제공한다.

한편, 알려진 하이드로 포밍은, 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 상,하부 금형의 성형공간(금형의 가공홈부분)에 튜브를 놓고, 튜브의 양측에서 구동수단 예컨대, 실린더로서 전,후진하는 펀치를 삽입하고, 펀치를 통하여 액압을 튜브에 인가하여 튜브(소재)의 하이드로 포밍을 수행한다.

그런데, 지금까지 대부분의 하이드로 포밍으로 제조된 부품은, 단일 튜브에 액압을 인가하여 성형되는 것으로서, 페단 구조를 이루지만 다중의 폐단 구조를 한번의 하이드로 포밍을 통하여 구현하는 다중 페단면 부품이 제안된 바는 없었다.

이에 따라서, 본 발명의 출원인은 하이드로 포밍을 이용하면서도 다중 폐단 면 요소(부품)의 제조를 용이하게 하면서, 특히 부품 경량화와 일체화 구현을 가능하게 한 본 발명을 제안하게 되었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로서 그 목적 측면은, 하이드로 포밍을 통하여 비용 부담없이 다양한 형태의 다중 폐단면 요소(부품)의 제조를 가능하게 하고, 이를 통하여 충격 흡수성이 우수한 다중 폐단면 요소(부품)를 제공하면서, 특히 기존에 비하여 요소(부품) 경량화가 가능하고, 다중 요소들의 접합 구조체이면서도 요소의 일체화를 구현하는 하이드로 포밍을 이용한 다중 폐단면 요소 제조방법 및 이로부터 제조된 다중 폐단면 부품을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 일 측면으로서 본 발명은, 제1 요소에 하나 이상의 제2 요소를 접합하고, 상기 제1 요소를 조관하여 하이드로 포밍용 소재를 마련하는 단계; 및,

상기 조관된 소재의 적어도 일측 및, 상기 제1,2 요소사이에 각각 액압을 인가하는 하이드로 포밍을 통하여 다중 페단면 요소를 제조하는 단계;

를 포함하여 구성된 다중 폐단면 요소 제조방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 제1 요소는 조관되어 튜브의 소재로 형성되는 판재로 제공되고, 상기 제2 요소는 상기 제1 요소에 소정의 패턴으로 하나 이상 접합되는 보강판재로 제공되는 것이다.

더 바람직하게는, 상기 제2 요소의 보강판재는, 적어도 제1 요소의 길이방향 또는 폭 방향으로 양측 단부가 제1 요소에 용접을 매개로 일체로 접합되고, 상기 하이드로 포밍을 통한 성형단계에서, 상기 조관된 소재인 제1 요소를 관통하여 상기 제2 요소의 용접부위 사이로 인가된 제2 액압 및, 소재에 인가되는 제1 액압이 상충되어 제2 요소의 폐단면 구조를 성형하는 것이다.

더 바람직하게는, 상기 하이드로 포밍의 성형단계에서, 상기 소재의 양측에 삽입되는 메인 펀치 및, 조관된 소재를 관통하는 제2 펀치를 통하여 소정의 압력으로 확관액이 주입되어 상기 제1,2 액압 인가가 이루어 지는 것이다.

더 바람직하게는, 상기 제1,2 액압을 인가하는 확관액의 주입 압력은, 제2 요소의 성형 구조에 대응하여 사전에 설정되는 것이다.

또한, 기술적인 다른 측면으로서 본 발명은, 상기 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에서 기재된 제조방법으로 제조된 다중 페단면 부품을 제공하는 데에 있다.

이와 같은 본 발명의 하이드로 포밍을 이용한 다중 폐단면 요소 제조방법 및 이로부터 제조된 다중 폐단면 부품에 의하면, 먼저 하이드로 포밍을 통하여 비용 부담없이 다양한 형태의 다중 폐단면 요소(부품)의 제조를 가능하게 하는 것이다.

따라서, 본 발명은 충격 흡수성이 우수한 다중 폐단면 요소(부품)를 제공하면서, 특히 기존에 비하여 요소(부품) 경량화가 가능하고, 다중 요소들의 접합 구조체이면서도 요소의 일체화를 구현하도록 하는 등의 효과를 제공할 것이다.

도 1은 본 발명의 다중 폐단면 요소(부품)를 제조하는 공정에서 사용되는 하이드로 포밍 설비를 도시한 구성도이고,
도 2는 본 발명에 따른 다중 폐단면 요소의 제조단계를 도시한 것으로서, 모식도이며, 도 2a는 조관전 상태를 도시한 개략 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 A-A 선을 기준으로 한 조관 상태를 도시한 소재(튜브)의 단면도이고, 도 2c는 하이드로 포밍한 다중 폐단면 요소를 도시한 단면도이며,
도 3은 본 발명의 다중 폐단면 요소의 하이드로 포밍 설비를 도시한 구성도이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 다중 폐단면 요소에서 제2 요소의 제1 요소 접합시 용접부위에 따른 성형 형태를 도시한 작동 상태도이다.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1에서는 본 발명의 다중 폐단면 요소의 제조시 사용되는 하이드로 포밍설비(100)를 도시하고 있고, 도 2 내지 도 5에서는 본 발명에 따른 다중 폐단면 요소(도 2c의 40)의 제조단계 및 구조를 도시하고 있다. 다만, 이하에서는 본 발명의 다중 폐단면 요소를 '다중 부품(40)'으로 간략하여 설명한다.

한편, 본 발명의 다중 부품(40)은, 다음에 상세하게 설명하듯이, 보강이 필요한 부분의 구현이 용이하면서 충격 인가시 즉, 자동차 부품으로 사용되어 추돌사고등이 발생되는 경우, 부품 내부의 다중 폐단면 구조로 인하여, 충격 흡수공간(요소)가 제공되어 우수한 충격 흡수성을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명의 다중 부품은 다음의 도 1에서 상세하게 설명하는 하이드로 포밍 공정을 통하여 제조하기 때문에, 사전에 하이드로 포밍을 위한 소재(30)(튜브)의 조관이 필요하므로, 조관이 가능한 판재 예를 들어, 스틸(steel), 적어도 티타늄(Ti)이나 마그네슘(Mg)이 주성분인 판재의 사용이 필요하다.

다음, 도 1에서 도시한 바를 통하여, 본 발명의 다중 부품(40)의 제조단계를 설명하기 전에, 하이드로 포밍 설비(100)에 대하여 살펴본다.

즉, 도 1에서 도시한 바와 같이, 상,하부 금형(120a)(120b)(단, 상부 금형은 점선으로 도시함)사이에 튜브(110)(이와 같은 튜브는 본 발명 부품의 제조단계에서의 하이드로 포밍을 위한 조관된 소재(30)에 해당함)를 안착하고, 양쪽에서 실린더(130)를 전진시키면, 실린더(130)의 피스톤(132)에 연결된 펀치 고정체(150)의 펀치(140)가 튜브(110)에 일부 삽입되어 튜브를 밀폐시킨다.

그리고, 일측 또는 양측의 펀치 고정체(150)와 펀치(140)에 형성된 확관액 투입통로(160)를 통하여 확관액을 튜브 내부에 투입 공급하여 액압을 인가시키면, 상하부 금형의 성형공간(가공홈)의 형태에 따라 튜브(30)는 원하는 형태로 성형되면서 부품으로 제조되고, 이때, 미설명 도면부호 122 는 하이드로 포밍 설비의 베이스이다.

다음, 도 2a 내지 도 2b에서는 본 발명에 따른 다중 부품(40)의 제조단계를 개략적으로 도시하고 있다.

예컨대, 도 2a 및 도 2b에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 다중 부품(40)을 제조하기 위하여는, 먼저 제1 요소(10)에 하나 이상의 제2 요소(20)를 접합하고,이와 같은 제2 요소들이 접합된 상기 제1 요소(10)를 조관하여 하이드로 포밍용 소재(30)를 마련하는 제1 단계(S1)가 수행된다.

그 다음, 상기와 같이 조관된 소재(30) 즉, 튜브의 적어도 일측 및, 상기 제1,2 요소(10)(20)사이에 액압을 인가하는 하이드로 포밍을 통하여 다중 페단면 요소(40) 즉, 다중 폐단면 구조체로서 충격 흡수 기능이 우수한 부품을 제조하는 단계(S2)가 수행되어 다중 부품의 제조가 완료된다.

이때, 도 2a와 같이, 본 발명의 다중 부품의 상기 제1 요소(10)는, 메인의 구성요소로 하이드로 포밍이 가능한 형태인 튜브 또는 내부가 중공된 사각체 등으로 조관되어 하이드로 포밍용 소재로 형성되는 판재로 제공된다.

한편, 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 상기 제1 요소(10)의 조관은 알려진 조관 방식으로 조관하고, 접면은 용접(w)으로 접합 처리될 수 있다.

그 전에, 본 발명의 상기 제2 요소(20)는 상기 제1 요소에 소정의 패턴으로 하나 이상 접합되는 보강판재로 제공될 수 있다.

따라서, 본 발명의 제2 요소(20)인 보강판재는 도 2a,b와 같이 제1 요소의 메인 판재에 보강이 필요한 부분에 용접으로 접합될 수 있다.

이때, 중요한 것은 다음의 도 4 및 도 5에서 설명하듯이, 제2 요소인 보강판재에 제2 액압(도 2c의 P2)이 인가되므로 제2 요소의 어느 부위를 제1 요소에 용접하는 용접부(w)를 어느 패턴으로 하는 가이다.

그리고, 제2 요소(20)인 보강판재는 메인 판재인 제1 요소(10)에 적어도 하나가 적당한 패턴으로 접합되기 때문에, 제1 요소 보다는 크기가 작음은 당연하고, 제1 요소와 제2 요소의 판재들은, 다중 부품인 다중 폐단면 요소(40)의 원하는 충격 흡수성 등을 고려하여 같은 재질 또는 서로 다른 재질로 제공하는 것도 가능하다.

이때, 도 2c와 같이 조관된 하이드로 포밍 소재(30)는 하이드로 포밍시 금형내 가공홈부의 형태에 따라, 제1 액압(P1) 인가로 원하는 형태(30')로 성형되는 것은 기본이다. 즉, 하이드로 포밍시 다중 부품의 메인의 성형은 제1 액압으로 금형내에서 성형된다.

다음, 도 4a,b 및 도 5a,b에서는 본 발명의 제2 요소(20)인 보강판재의 용접에 따른 제2 요소의 성형후 형태를 구분하여 도시하고 있다.

먼저, 도 4a 및 도 4b에서 도시한 바와 같이, 상기 제2 요소(20)의 보강 판재는, 하이드로 포밍용 소재(30)(튜브)로 조관되기 전 제1 요소(10)인 메인 판재의 길이방향(Y방향으로 구분함)으로 제1 요소의 양단부가 용접(w)되어 접합된다.

따라서, 제2의 액압(P2)이 소재(30)의 구멍(32)을 통하여 인가되면 제2 요소(20)의 성형된 요소(20')는 용접부위를 기점으로 아래로 오목하게 만곡된 성형부위를 형성하게 된다.

이때, 다음에 도 3에서 설명하듯이, 조관된 소재(30)의 일측 또는 양측에서 인가되는 제1 액압(P1)의 압력과 제2 액압(P2)의 압력에 따라 제2 요소의 성형 형태 예를 들어, 만곡의 정도가 조정될 수 있다.

반대로, 도 5a 및 도 5b에서 도시한 바와 같이, 상기 제2 요소(20)의 보강 판재가 하이드로 포밍용 소재(30)(튜브)로 조관되기 전 제1 요소(10)인 메인 판재의 폭 방향(X방향으로 구분함)으로 제1 요소의 양단부가 용접(w)되어 접합될 수 있다.

따라서, 제2의 액압(P2)이 소재(30)의 구멍(32)을 통하여 인가되면 제2 요소(20)의 성형된 요소(20")는 용접부위(W)를 기점으로 도 4와는 반대 반향으로 아래로 오목하게 만곡된 성형부위를 형성하게 된다.

이때, 앞에서 설명한 바와 같이, 도 5의 경우에도 조관된 소재(30)의 일측 또는 양측에서 인가되는 제1 액압(P1)의 압력과 제2 액압(P2)의 압력에 따라 제2 요소의 성형 형태 예를 들어, 성형(만곡)의 정도가 조정될 수 있다.

한편, 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 도 4 및 도 5의 성형을 병합하여 제2 요소(20)의 사방 단부를 모두 용접하면, 성형된 제2 요소(20',20")들을 사방이 접합되고 중앙부분만 오목한 원추 형태로 제공될 것이다.

이때, 하이드로 포밍은 소재(요소)에 액압이 인가되어 성형되는 온간 액압 가공이므로, 조관후 성형되거나 제2 액압의 인가를 통하여 성형되는 제1,2 요소의 판재들은 하이드로 포밍이 가능한 조건 예컨대, 재질이나 두께 등은 미리 조정되어야 함은 당연하다.

따라서, 도 4 및 도 5와 같이 본 발명의 다중 부품 즉. 다중 폐단면 요소(40)는, 보강판재인 제2 요소의 메인 판재인 제1 요소의 접합 패턴과 안가되는 제1,2 액압(P1)(P2)의 압력 조정에 따라 원하는 패턴이나 구조를 갖는 다중 부품으로 제조될 수 있는 것이다.

다음, 도 3에서는 본 발명의 다중 부품(40)의 하이드로 포밍을 더 구체적으로 도시하고 있다.

즉, 도 1의 하이드로 포밍을 기본으로, 도 2b와 같이 제2 요소(10)의 보강 판재들이 접합된 제1 요소(10)의 메인 판재를 조관하여 튜브 형태로 제작한 후, 도 3과 같이, 상,하부 금형(120a)(120b)사이에 압입하고, 펀치(140)를 통하여 조관된 소재(30)사이의 양측 단부에서 확관액의 주입을 통하여 제1 액압(P1)을 인가함과 동시에, 상,하부 금형과 소재(30)의 구멍(32)을 통하여 도시하지 않은 액츄에이터를 매개로 제2 펀치(170)를 통하여 제2 요소(20)의 용접부위 사이로 제1,2 요소 사이에 확관액을 주입하여 제2 액압(P2)을 인가하여, 본 발명의 하이드로 포밍을 수행한다.

따라서, 앞에서 설명한 바와 같이, 제1,2 액압(P1)(P2)의 적정한 제어를 통하여 제2 요소(20)는 도 4 및 도 5와 같은 성형된 요소(20')로 조관된 하이드로 포밍용 소재(30)의 내부에서 일체화 구조로 성형 제조된다.

이때, 도 3에서 상부와 하부의 성형되는 제2 요소(20)와 성형된 제2 요소(20')(20")들은 각각 도 5 및 도 4를 같이 나타낸 것이다.

즉, 본 발명의 다중 부품(40)(다중 폐단면 요소)는, 사실상 하이드로 포밍시 다중의 성형을 위한 적어도 제 1,2 액압을 인가하는 확관액의 주입 압력을 원하는 형태의 제2 요소의 성형 구조에 대응하여 사전에 설정되는 것이 바람직할 것이다.

이에 따라서, 본 발명은 사실상 한번의 하이드로 포밍을 통하여 충격 흡수공간의 다중 확보를 제공하는 다중 폐단면 요소인 다중 부품을 비용을 크게 들이지 않으면서 다양한 형태로 강도가 견고한 일체화 부품으로 제조할 수 있게 하는 것이다.

본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

10.... 제1 요소(메인 판재) 20.... 제2 요소(보강판재)
30,110.... 하이드로 포밍되는 소재(튜브)
40.... 다중 폐단면 요소(부품) 100.... 하이드로 포밍 설비
110.... 튜브 140,170.... 펀치

Claims (6)

1. 삭제
2. 제1 요소에 하나 이상의 제2 요소를 접합하고, 조관하여 하이드로 포밍용 소재를 마련하는 단계; 및,
   상기 소재의 적어도 일측 및, 상기 제1 요소와 제2 요소 사이에 각각 액압을 인가하는 하이드로 포밍을 통하여 다중 폐단면 요소를 제조하는 단계;
   를 포함하여 구성되며,
   상기 제1 요소는 조관되어 상기 소재로 형성되는 판재로 제공되고, 상기 제2 요소는 상기 제1 요소에 하나 이상 접합되는 보강판재로 제공되어, 제1 요소 조관시 일체로 조관되는 것을 특징으로 하는 다중 폐단면 요소 제조방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제2 요소의 보강판재는, 적어도 제1 요소의 길이방향 또는 폭 방향으로 양측 단부가 제1 요소에 용접을 매개로 일체로 접합되고,
   상기 하이드로 포밍을 통한 성형단계에서, 상기 제1 요소를 관통하여 상기 제2 요소의 용접부위 사이로 인가된 제2 액압 및, 상기 소재에 인가되는 제1 액압이 상충되어 다중 폐단면 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 다중 폐단면 요소 제조방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 하이드로 포밍의 성형단계에서, 상기 소재의 양측에 삽입되는 메인 펀치 및, 상기 소재를 관통하는 제2 펀치를 통하여 소정 압력의 확관액이 주입되어 상기 제1,2 액압 인가가 이루어지는 것을 특징으로 하는 다중 폐단면 요소 제조방법.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 제1,2 액압을 인가하는 확관액의 주입 압력은, 제2 요소의 성형 구조에 대응하여 사전에 설정되는 것을 특징으로 하는 다중 폐단면 요소 제조방법.
   
6. 상기 제2항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에서 기재된 제조방법으로 제조된 다중 폐단면 부품

Images