KR101304752B1 - Torsion Beam Producing Method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 본 발명의 목적은 용접부의 내구성을 높이며, 용접 입열량의 증대가 가능한 토션 빔 제조 방법 및 토션 빔을 제공하는 것으로, 튜브를 성형하도록 준비하는 준비 공정; 튜브의 단부의 두께를 증가시키면서 확관시키도록 하이드로 포밍 공법으로 수행되는 확관 공정; 및 상기 가압피딩 후 단부를 잘라내 용접부로 형성하는 마무리 단계를 포함하며, 상기 확관 공정은 상기 튜브의 단부의 두께분포를 균일하게 증가시키도록 상기 튜브를 금형에 안착시킨 후 상기 튜브의 연장방향에 대하여 경사진 가압면을 포함하는 액셜 펀치로 튜브의 단부를 가압피딩하는 토션 빔 성형 방법 및 그에 의해 제조된 토션 빔을 제공한다. The present invention provides a torsion beam manufacturing method and a torsion beam which can increase the heat input of welding and increase the durability of the welded part, the preparation process of preparing to form a tube; An expansion process performed by a hydroforming method to expand the thickness of the end of the tube while increasing the thickness; And a finishing step of cutting the end after the pressurized feeding to form a welded part, wherein the expanding process is performed by mounting the tube in a mold to uniformly increase the thickness distribution of the end of the tube with respect to the extending direction of the tube. A torsion beam shaping method for pressure feeding an end of a tube with an axial punch comprising an inclined pressing surface and a torsion beam produced thereby.
Description
본 발명은 차량의 현가장치 등에서 사용하는 토션 빔을 성형하는 방법에 대한 것이다.
The present invention relates to a method of shaping a torsion beam for use in a suspension of a vehicle.
자동차의 현가장치(Suspension)는 주행 시에 발생하는 노면의 충격이 차체나 탑승자에게 전달되지 않도록 해주는 구조장치로서, 노면의 충격을 완화하여 승차감을 향상시키는 한편 주행 시에 노면의 접지력에 대한 조정 안정성을 높일 수 있도록 설계하여야 한다. 그 중 CTBA(Coupled Torsion Beam Axle)는 차량이 선회할 때 차체의 흔들림을 잡아주며, 차량의 균형을 유지할 수 있도록 하기 때문에 승차감을 높여주는 역할을 한다. Suspension of the vehicle is a structural device that prevents the impact of the road surface generated during driving from being transmitted to the vehicle body or the occupant, and improves ride comfort by relieving the impact of the road surface while adjusting the stability of the road's traction while driving. It should be designed to increase the Among them, the CTBA (Coupled Torsion Beam Axle) acts to increase the ride comfort because it keeps the body shaking when the vehicle is turning and maintains the balance of the vehicle.
CTBA모듈에서 토션 빔에 가해지는 하중을 분석해보면, 차량이 도로를 주행할 때 지면에서부터 가해지는 비틀림 하중, 차량이 선회하거나 주행과 정지 시 가해지는 전/후, 좌/우 하중 등으로 나뉘어지기 때문에, 각각의 하중에 대한 강성과 내구특성이 요구된다.When analyzing the load applied to the torsion beam in the CTBA module, it is divided into torsional load applied from the ground when the vehicle is traveling on the road, and the front / rear and left / right loads applied when the vehicle is turning, driving and stopping. Therefore, rigidity and durability for each load are required.
대한민국 공개특허 제2006-0067546호에 개시된 바와 같이, 종래의 자동차의 후륜 현가장치용 CTBA는 도 1과 같이 토션 빔(1) 및 이에 연결된 트레일링 암(2), 트레일링 암(2)에 연결된 스프링 시트(3)를 포함하여 구성된다.As disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2006-0067546, a CTBA for a rear wheel suspension of a conventional vehicle is connected to a
도 1 에 보이듯이, 토션 빔(1)과 트레일링 암(2) 사이에 보강재(4, 5)를 부가함으로써 차량주행 중 외력에 의한 토션 빔과 트레일링 암 사이의 용접부에 작용하는 하중을 분산시킴으로 써 용접부 파손을 방지하고자 하였다. 또한, 용접부를 강건하게 하기 위해 토션 빔과 트레일링 암 사이를 후열처리를 통해 잔류응력을 완화시켜 줌으로써 내구특성의 향상 시키도록 설계되었다.As shown in FIG. 1, reinforcing
그러나, 기존의 토션 빔과 같이 보강재를 사용할 경우 CTBA의 중량이 증가하여 차량의 연비를 저하시키고, 이산화탄소 배출량을 증가시키는 요인이 된다. 보강재를 제거할 경우 기존의 토션 빔은 스템핑 공법으로 설계가 되었기 때문에 토션 빔과 트레일링 암 사이의 용접부가 취약하여 내구성이 떨어지는 단점이 있으며, 내구성을 높이기 위해 열처리를 할 경우 공정비용이 증가하는 요인이 된다.However, when the reinforcement is used like the conventional torsion beam, the weight of the CTBA is increased, thereby lowering the fuel efficiency of the vehicle and increasing the carbon dioxide emission. When the reinforcement is removed, the conventional torsion beam is designed by the stamping method, so that the weld between the torsion beam and the trailing arm is weak, which causes the durability to be inferior. It becomes a factor.
한편, 소재를 가공하는 방법으로 등록특허 제1060865호에는 하이드로 포밍 방법이 소개되어 있다. 하이드로 포밍은, 도 2a 및 도 2b에서 도시한 바와 같이, 하이드로 포밍 장치(100)의 하부금형(110b)에 소재 즉, 성형되는 튜브(또는 관재)(130)가 로딩되고, 상부금형(110a)이 프레스로 하강한 상태에서, 튜브 양단에 배치되는 액셜 실린더(120)의 액셜 펀치(122)가 축방향으로 진행된후 실링됨과 동시에, 축압(axial compress)이 가해져, 금형의 합형 및 액셜 펀치의 장착이 완료된다.On the other hand, as a method of processing the material is registered in the Patent No. 1060865, a hydroforming method is introduced. As shown in FIGS. 2A and 2B, the hydroforming is loaded with a material, that is, a tube (or tube) 130 formed on the
이때, 튜브(130)는, 하부금형과 상부금형 및 양측 액셜 펀치(122)에 의해 실링상태로 고정된 상태에서, 액셜 펀치의 축압과 함께, 튜브의 내부로 액압(화살표)이 인가되고, 금형의 제품성형부(면)(f)에서의 튜브가 확관 성형되는 것이다.
At this time, the
본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 토션 빔과 트레일링 암의 연결에 있어서 별도의 용접 보강재를 배제하도록 용접부의 면적을 증대시킨 토션 빔 및 이을 제작하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to solve the above conventional problems, and to provide a torsion beam and a method for manufacturing the same to increase the area of the weld to exclude the separate welding reinforcement in the connection of the torsion beam and the trailing arm. do.
또, 본 발명은 용접 보강재의 필요성을 배제하여 차량의 경량화를 가능하게 하는 토션 빔을 제공하는 것을 목적으로 한다. Moreover, an object of this invention is to provide the torsion beam which enables weight reduction of a vehicle, eliminating the necessity of a welding reinforcement material.
나아가 본 발명의 목적은 용접부의 내구성을 높이며, 용접 입열량의 증대가 가능한 토션 빔을 제공하는 것을 목적으로 한다.
Furthermore, an object of the present invention is to provide a torsion beam capable of increasing the durability of the welded portion and increasing the heat input of the weld.
본 발명은 위와 같은 목적을 달성하도록 다음과 같은, 토션 빔 성형 방법, 이에 의해 성형된 토션 빔을 제공한다. The present invention provides a torsion beam shaping method, thereby forming a torsion beam, to achieve the above object.
본 발명은 튜브를 성형하도록 준비하는 준비 공정; 튜브의 단부의 두께를 증가시키면서 확관시키도록 하이드로 포밍 공법으로 수행되는 확관 공정; 및 상기 가압피딩 후 단부를 잘라내 용접부로 형성하는 마무리 단계를 포함하며, 상기 확관 공정은 상기 튜브의 단부의 두께분포를 균일하게 증가시키도록 상기 튜브를 금형에 안착시킨 후 상기 튜브의 연장방향에 대하여 경사진 가압면을 포함하는 액셜 펀치로 튜브의 단부를 가압피딩하는 토션 빔 성형 방법을 제공한다.The present invention provides a preparation process for preparing a tube; An expansion process performed by a hydroforming method to expand the thickness of the end of the tube while increasing the thickness; And a finishing step of cutting the end after the pressurized feeding to form a welded part, wherein the expanding process is performed by mounting the tube in a mold to uniformly increase the thickness distribution of the end of the tube with respect to the extending direction of the tube. Provided are a torsion beam forming method for pressurizing an end of a tube with an axial punch comprising an inclined pressing surface.
본 발명은 상기 확관 공정 전에 상기 튜브의 단부를 중앙부에 대하여 벤딩 성형하는 벤딩 공정;을 더 포함하며, 상기 마무리 단계는 상기 확관 공정 후 확장된 토션 빔 단부를 가지도록 벤딩된 부분을 튜브의 연장 방향에 대하여 경사지게 잘라내 상기 용접부로 형성할 수 있다.The present invention further includes a bending process of bending the end portion of the tube with respect to the center portion before the expansion process, wherein the finishing step includes a bent portion having an extended torsion beam end after the expansion process. It can be cut inclined with respect to the welding portion.
또한, 본 발명은 후의 상기 마무리 단계의 용접부에 평행하며 상기 절단면으로부터 연장되는 피딩부를 가지도록 상기 튜브의 단부를 절단하며, 상기 벤딩 공정과 상기 확관 공정 사이에 수행되는 절단 공정을 더 포함할 수 있다.In addition, the present invention may further include a cutting process for cutting the end of the tube to have a feeding portion parallel to the welded portion of the finishing step and extending from the cutting surface, and performed between the bending process and the expanding process. .
이때, 상기 피딩부는 80㎜ 이하의 길이를 가지며, 벤딩 공정은 상기 튜브의 단부를 5~45도 사이로 꺽을 수 있다.At this time, the feeding portion has a length of 80mm or less, the bending process may be bent the end of the tube between 5 ~ 45 degrees.
한편, 본 발명에서 상기 액셜 펀치의 가압면은 튜브의 연장 방향에 대하여 27 ~ 62.5 사이의 각으로 경사질 수 있다.Meanwhile, in the present invention, the pressing surface of the axial punch may be inclined at an angle between 27 and 62.5 with respect to the extending direction of the tube.
또, 상기 액셜 편치의 가압면이 튜브의 연장 방향에 대하여 이루는 각은 상기 용접부가 튜브의 연장 방향에 대하여 이루는 각보다 -3° ~ +30°범위를 만족할 수 있다. In addition, the angle formed by the pressing surface of the axial deviation with respect to the extension direction of the tube may satisfy the range of -3 ° to + 30 ° than the angle formed by the welding portion with respect to the extension direction of the tube.
또한, 본 발명에서 상기 용접부와 상기 액셜 펀치의 경사진 가압면은 평행할 수 있다.In addition, in the present invention, the inclined pressing surface of the welding portion and the axial punch may be parallel.
다르게, 본 발명은 길이 방향의 양 단부에서 트레일링 암과 용접되도록 구성된 용접부; 및 상기 용접부에 연결되며 길이 방향에 따른 단면이 폐곡선으로 형성되는 중앙부를 포함하며, 상기 용접부는 트레일림 암과의 용접성 확보를 위하여 길이 방향에 대하여 경사지게 형성되고, 상기 중앙부의 두께보다 큰 두께를 가지며, 용접부 전체에 걸쳐서 균일한 두께를 가지는 토션 빔을 제공한다.
Alternatively, the present invention includes a weld configured to be welded to the trailing arm at both ends in the longitudinal direction; And a central part connected to the welding part and having a cross section along a longitudinal direction formed in a closed curve, wherein the welding part is formed to be inclined with respect to the longitudinal direction to secure weldability with the trail rim arm, and has a thickness greater than the thickness of the central part. To provide a torsion beam having a uniform thickness throughout the weld.
본 발명은 위와 같은 구성을 통하여, 토션 빔과 트레일링 암의 연결에 있어서 별도의 용접 보강재를 배제하도록 용접부의 면적을 증대시킨 토션 빔 및 이을 제작하는 방법을 제공할 수 있다.The present invention can provide a torsion beam and a method of manufacturing the same to increase the area of the weld to exclude a separate welding reinforcement in the connection of the torsion beam and the trailing arm through the above configuration.
또, 본 발명은 용접 보강재의 필요성을 배제하여 차량의 경량화를 가능하게 하는 토션 빔을 제공할 수 있으며,In addition, the present invention can provide a torsion beam that can reduce the weight of the vehicle by eliminating the need for welding reinforcement,
나아가, 본 발명은 용접부의 내구성을 높이며, 용접 입열량 및 수명의 증대가 가능한 토션 빔을 제공할 수 있다.
Furthermore, the present invention can provide a torsion beam which can increase the durability of the welded portion and can increase the heat input amount and the lifetime of the weld.
도 1 은 종래의 커플드 토션 빔을 도시한 도면이다.
도 2a, b 는 종래의 하이드로 포밍 공법의 개략도이다.
도 3 는 본 발명의 토션 빔이 트레일링 암에 연결된 토션 빔 모듈의 사시도이다.
도 4 은 본 발명의 토션 빔을 제작하는 공정의 개략도이다.
도 5 는 본 발명의 토션 빔의 공정에 따른 토션 빔의 도면으로, (a)에는 벤딩 공정 후 토션 빔이, (b) 에는 프리 포밍 공정 후 토션 빔이, (c) 에는 확관 공정 후 토션 빔이, (d) 마무리 공정 후 완성된 토션 빔이 도시되어 있다.
도 6a 는 확관 공정을 개략적으로 도시한 도면이며, 도 6b 는 확관 공정 후 토션 빔에서 마무리 공정에서 커팅되는 부분 및 토션 빔 단부의 튜브 두께를 도시한 도면이다.
도 7 은 본 발명의 토션 빔을 제작하는 다른 공정의 개략도이다.
도 8 은 본 발명의 토션 빔의 공정에 따른 토션 빔의 도면으로, (a)에는 벤딩 공정 후 토션 빔이, (b) 에는 프리 포밍 공정 후 토션 빔이, (c)에는 절단 공정 후의 토션 빔이, (d) 에는 확관 공정 후 토션 빔이, (e) 마무리 공정 후 완성된 토션 빔이 도시되어 있다.
도 9 는 본 발명의 확관 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10 은 본 발명의 확관 공정에서 튜브의 벤딩부의 연장 방향과 액셜 펀치의 가압면이 이루는 각과, A지점의 두께 변화를 도시한 그래프이다.
도 11 은 DP780 강종의 S/N 곡선을 표시한 그래프이다.
도 12 는 본 발명의 A지점에서의 응력들을 도 11의 S/N 곡선에 대입하였을 때의 결과를 도시한 그래프이다.
도 13 은 본 발명의 토션 빔 제작에 사용되는 하이드로 포밍용 액셜 펀치의 단면도이다.1 illustrates a conventional coupled torsion beam.
2A and 2B are schematic views of a conventional hydroforming method.
3 is a perspective view of a torsion beam module in which the torsion beam of the present invention is connected to a trailing arm.
4 is a schematic diagram of a process for fabricating a torsion beam of the present invention.
5 is a diagram of a torsion beam according to the torsion beam process of the present invention, (a) torsion beam after the bending process, (b) torsion beam after the preforming process, (c) torsion beam after the expansion process The completed torsion beam after this (d) finishing process is shown.
FIG. 6A is a view schematically showing the expansion process, and FIG. 6B is a view showing the portion of the torsion beam cut in the finishing process and the tube thickness of the torsion beam end after the expansion process.
7 is a schematic diagram of another process for fabricating the torsion beam of the present invention.
8 is a diagram of a torsion beam according to the torsion beam process of the present invention, (a) a torsion beam after the bending process, (b) a torsion beam after the preforming process, (c) a torsion beam after the cutting process This (d) shows the torsion beam after the expansion process, and (e) the torsion beam completed after the finishing process.
9 is a view schematically showing an expansion process of the present invention.
FIG. 10 is a graph showing an angle formed by an extension direction of a bending portion of a tube and a pressing surface of an axial punch, and a thickness change at A point in an expansion process of the present invention.
11 is a graph showing the S / N curve of the DP780 steel grade.
FIG. 12 is a graph showing the results of substituting the S / N curves of FIG. 11 into the stresses at point A of the present invention.
13 is a cross-sectional view of an axial punch for hydroforming used in torsion beam fabrication of the present invention.
이하에서는 참조된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적 내용에 대하여 설명하도록 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 3 에는 본 발명의 토션 빔이 트레일링 암에 연결된 토션 빔 모듈의 사시도가, 도 4 는 본 발명의 토션 빔을 제작하는 공정의 개략도가, 도 5(a)에는 벤딩 공정 후 토션 빔이, 도 5(b) 에는 프리 포밍 공정 후 토션 빔이, 도 5(c) 에는 확관 공정 후 토션 빔이, 도 5(d) 마무리 공정 후 완성된 토션 빔이 도시되어 있다.3 is a perspective view of a torsion beam module in which a torsion beam of the present invention is connected to a trailing arm, FIG. 4 is a schematic diagram of a process of manufacturing the torsion beam of the present invention, and FIG. 5 (a) is a torsion beam after a bending process, FIG. 5 (b) shows the torsion beam after the preforming process, FIG. 5 (c) shows the torsion beam after the expansion process, and the completed torsion beam after the finishing process of FIG. 5 (d).
도 3 에서 보이듯이, 본 발명의 토션 빔 모듈은 토션 빔(10) 및 트레일링 암(30)을 포함하며, 트레일링 암(30)은 토션 빔(10)과 용접되며, 그에 따라서 트레일링 암(30)과 토션 빔(10)은 연결되어 토션 빔 모듈을 형성한다.As shown in FIG. 3, the torsion beam module of the present invention comprises a
도 3 에서 도시하지는 않았지만, 트레일링 암(30)은 종래의 트레일링 암(30)과 동일하게 스프링 시트(3; 도 1 참고)와 차량의 바퀴가 연결되게 된다. 트레일링 암(30), 스프링 시트(3) 등은 종래의 트레일링 암 및 스프링 시트와 동일하므로, 본 발명에서는 상세한 설명을 생략하도록 한다. Although not shown in FIG. 3, the
본 발명의 토션 빔(10)의 성형 방법이 도 4 에 도시되어 있다. 도 4 에서 보이듯이, 본 발명의 토션 빔(10)은 튜브를 준비하는 준비 공정(S10), 준비된 튜브의 단부(13)를 소정의 각도록 벤딩하는 벤딩 공정(S20), 단부(13)가 벤딩된 튜브를 하이드로 포밍 공정(S40)의 금형에 삽입될 수 있도록 프리 포밍하는 프리 포밍 공정(S30), 프리 포밍되어 금형에 삽입된 튜브의 양 단부를 막은 후 액셜 편치를 튜브 단부에 삽입한 후 튜브 내부에 수압을 가하여 튜브를 금형 형상으로 하이드로 포밍하는 확관 공정(S40), 및 하이드로 포밍으로 확관된 튜브에서 벤딩된 벤딩부를 트레일링 암(30)에 대응되는 형상으로 커팅하는 마무리 공정(S50)을 거치면서 최종적으로 본 발명의 토션 빔(10)이 완성된다.The shaping method of the
공정 단계에서의 토션 빔(10)이 도 5(a) 내지 5(d)에 도시되어 있으므로, 이를 참고로 하여 본 발명의 공정 단계에 대하여 살펴본다. Since the
도 5(a)에서 보이듯이, 준비 공정(S10)에서 원형의 단면을 가지며, 직선 형상의 튜브는 단부(13)가 벤딩된다. 벤딩 공정(S20)은 벤딩기등 종래에 알려진 벤딩 작업기를 통하여 수행될 수 있으며, 후에 실질적으로 꺽어지는 벤딩부(12)를 중심으로 커팅 공정(S50)이 수행된다. As shown in FIG. 5 (a), the
이렇게 벤딩 공정(S20)을 거쳐서 단부(13)가 꺽어진 튜브는 중앙부(11) 및 단부(13)가 하이드로 포밍 공정(S40)에서 사용되는 금형에 삽입될 수 있도록 프리 포밍 공정(S30)이 수행된다. 프리 포밍 공정(S30)은 확관 공정(S40)으로 수행되는 하이드로 포밍 방법에서 수행될 수 있는 변형이 제한되어 있으므로, 이 범위 내에서 확관 공정(S40)이 수행될 수 있도록 하는 공정으로, 본 발명에서 사용되는 하이드로 포밍 방법이 아닌 일반적인 하이드로 포밍에서도 사용되므로, 구체적 설명을 생략하도록 한다. In this way, the
프리 포밍 공정(S30)에서는 튜브는 전체적으로 눌려지게 되며, 중앙부(11)는 대략 'U'자 형으로 성형되어, 확관 공정(S40)에 사용되는 하이드로 포밍 금형에 삽입 가능하게 성형된다. In the preforming process (S30), the tube is pressed as a whole, the
프리 포밍 공정(S30)까지 마친 튜브는 하이드로 포밍 방법으로 확관 공정(S40)이 수행된다. 하이드로 포밍 공정(S40)은 일반적 하이드로 포밍 공정과 동일하게 튜브를 금형에 삽입한 후, 튜브의 양 단부(13)를 막으며, 그 후 막힌 양 단부(13) 내부로 액셜 펀치(도 2a의 도면 부호 122 참조)가 삽입된다. Tubes completed up to the pre-forming process (S30) is subjected to expansion process (S40) by a hydroforming method. The hydroforming process (S40) inserts the tube into the mold in the same manner as the general hydroforming process, then blocks both ends 13 of the tube, and then axial punches into the blocked both ends 13 (Fig. 2A). (See numeral 122) is inserted.
액셜 펀치는 고압의 유체로 튜브 내부를 가압하며, 그에 따라서, 튜브를 금형의 형상으로 성형한다. 이때, 액셜 펀치는 튜브의 밀봉을 위하여 튜브를 가압하도록 피딩되는데, 이때의 가압피딩 효과, 즉, 액셜 펀치의 축방향 압력에 의해서, 튜브의 양 단부(13)는 금형 내부에서 가압되며, 그에 따라서 튜브의 단부(130)의 두께가 두꺼워지게 된다.The axial punch pressurizes the inside of the tube with a high pressure fluid, thereby forming the tube into the shape of a mold. At this time, the axial punch is fed to pressurize the tube for the sealing of the tube. At this time, by the pressure feeding effect, that is, the axial pressure of the axial punch, both ends 13 of the tube are pressed in the mold, and accordingly The
이와 관련하여 도 6a 에는 도 5c 의 하이드로포밍 공정의 가압피딩이 도시되어 있다. 도 6a 에서 보이듯이, 하이드로포밍시 액셜 펀치(122)는 단부에 수직한 면을 가진다. 즉, 벤딩부(12)의 연장선에 대하여 액셜 펀치(122)의 가압면(122a)는 직교한다. In this regard, FIG. 6A shows pressure feeding of the hydroforming process of FIG. 5C. As shown in FIG. 6A, the
도 6b 에는 DP780 강종에 대한 하이드로 포밍 성형을 해석한 결과를 나타내고 있어 확관 공정(S40) 후의 단부에서의 두께가 두꺼워지는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 도 6b 에서는 하이드로 포밍의 피딩 효과에 의해서 튜브의 단부(13)에서의 두께가 증대된 것을 확인할 수 있으며, 토션 빔(10)의 단부가 되게 하는 커팅 라인(15)에서는 성형 전에 3.4mm 의 두께를 가지는 튜브가 최대 3.8mm 수준의 두께를 가지게 되는 것을 확인할 수 있다. 이는 중앙부(11)에 비하여 단부(13)가 더 두꺼운 두께를 가지는 것으로, 후에 트레일링 암과 용접될 용접부(14)의 두께를 확보하는 결과를 가져온다.6B shows the result of analyzing the hydroforming molding for the DP780 steel grade, and it can be confirmed that the thickness at the end portion after the expansion step (S40) becomes thick. Specifically, in FIG. 6B, it can be seen that the thickness at the
한편, 도 5(d)에서 보이듯이, 하이드로 포밍 공정(S40)을 마친 튜브는 벤딩부(12)를 중심으로 용접될 트레일링 암(30)의 형상에 맞도록 커팅된다. 커팅되는 커팅 라인(15)은 도 6b 에 도시되어 있다.On the other hand, as shown in Figure 5 (d), the tube after the hydroforming process (S40) is cut to fit the shape of the trailing
본 발명에서 이러한 커팅은 벤딩부(12)를 중심으로 트레일링 암(30)의 형상에 맞도록 이루어지는데, 그에 따라서 벤딩된 각에 비례하여 트레일링 암(30)과의 용접되는 면적이 증대될 수 있다. 즉, 트레일링 암(30)이 동일할 때, 벤딩되는 각(θ)이 클수록 트레일링 암(30)과 맞닿는 용접부의 면적이 대략적으로 (1/cosθ)의 관계로 증대될 수 있다.In the present invention, the cutting is made to fit the shape of the trailing
이때 벤딩되는 각(θ)은 5~45°사이인 것이 유리한데, 5°미만인 경우에는 벤딩에 따른 용접부 면적의 증대가 적어 효과가 발현되지 않으며, 45°초과인 경우에는 하이드로 포밍의 수행이 곤란하기 때문이다. At this time, the bending angle θ is advantageously between 5 and 45 °, but less than 5 ° does not increase the weld area according to the bending, the effect is not expressed, if the angle exceeds 45 ° hydroforming is difficult to perform Because.
본 발명의 토션 빔(10)은 도 5(d)에 도시된 바와 같이, 튜브 부재로 성형되기 때문에, 중앙부(11)에서 길이방향에 따른 단면이 폐곡선을 형성하며, 트레일링 암과 용접될 용접부(14)의 증대를 위하여 벤딩부(12)를 중심으로 용접부(14)가 형성되므로, 용접부(14)는 꺽어진 형상을 가진다. Since the
또한, 상기 용접부(14)는 상기 중앙부(11)보다 큰 두께를 가져서 트레일링 암(30)과 용접되는 용접부의 면적이 증대될 수 있다. In addition, the
또한, 본 발명에 의한 토션 빔(10)은 종래의 토션 빔(1)과 동등 수준의 롤 강성(Roll stiffness), 롤 내구(Roll durability), 변형특성을 유지하면서, 토션 빔(10)의 가장 가혹한 조건인 고속대입력 하중 조건 하에서의 내구특성을 향상시킬 수 있다. 이는 하이드로 포밍의 피딩 효과에 의해 토션 빔의 양 끝단의 두께를 증가시키고, 확관에 의해 토션 빔과 트레일링 암의 용접면적을 넓힘으로써 용접부의 내구성이 향상되기 때문이다.
In addition, the
다만, 도 6a 및 도 6b 에서 확인할 수 있듯이, 커팅 라인(15)은 단면적 확장을 위하여 벤딩부(12)의 연장선에 대하여 벤딩되는 각과 같은 혹은 다른 소정의 각(α)으로 경사지게 절단될 수 있으며, 그에 따라서 튜브의 단면(16), 즉 엑셜 펀치(122)의 가압면(122a)과 평행하지 않다. 따라서, 커팅 라인(15)에서 튜브의 단면(16)까지의 거리가 일정하지 않다. 6A and 6B, the cutting
이와 같은 경우에 엑셜 펀치(122)의 가압 피딩에 의한 두께 상승의 효과는 엑셜 펀치(122)에 가까울수록 증대되는데, 커팅 라인(15)이 가압면(122a)과 평행하지 않아서, 엑셜 펀치(122)에서 커팅 라인(15)까지의 거리가 달라지며, 그에 따라서 증대되는 두께 역시 달라진다. 이는 도 6b 에서 엑셜 펀치(122)로부터 거리가 먼지점(A)와 가장 가까운 지점(B)의 두께를 보면 확인할 수 있다. In this case, the effect of the thickness increase by the pressure feeding of the
이와 같이 커팅 라인(15)에 따른 용접부(14)는 두께분포가 불균일할 뿐만 아니라 상대적으로 한 지점(A)의 두께가 얇아서 내구성이 취약하게 될 수 있다.
In this way, the welded
도 7 내지 12의 실시예는 이러한 용접부(14)에서의 두께를 균일하게 하는 하이드로 포밍 토션 빔의 제조 방법 및 그에 의한 하이드로 포밍 토션 빔이 도시되어 있다. 7 to 12 show a method of manufacturing a hydroforming torsion beam to make the thickness uniform in such a
본 발명의 토션 빔(10)의 다른 성형 방법이 도 7 에 도시되어 있다. 도 7 에서 보이듯이, 본 발명의 토션 빔(10)은 튜브를 준비하는 준비 공정(S10), 준비된 튜브의 단부(13)를 소정의 각도록 벤딩하는 벤딩 공정(S20), 단부(13)가 벤딩된 튜브를 후의 용접부(14)에 평행한 피딩부(17)를 가지도록 절단하는 절단 공정(S25), 절단 공정 후 튜브를 하이드로 포밍 공정(S40)의 금형에 삽입될 수 있도록 프리 포밍하는 프리 포밍 공정(S30), 프리 포밍되어 금형에 삽입된 튜브의 양 단부를 막은 후 액셜 편치를 튜브 단부에 삽입한 후 튜브 내부에 수압을 가하여 튜브를 금형 형상으로 하이드로 포밍하는 확관 공정(S40), 및 하이드로 포밍으로 확관된 튜브에서 벤딩된 벤딩부를 트레일링 암(30)에 대응되는 형상으로 커팅하는 마무리 공정(S50)을 거치면서 최종적으로 본 발명의 토션 빔(10)이 완성된다.Another shaping method of the
이때, 절단 공정(S25)은 초기의 튜브의 형상이 벤딩을 고려하여 설계된 경우에는 불필요할 수 있다. 즉, 벤딩 공정(S20) 후의 형상에서 커팅 라인(15)과 단부(16)가 대략 평행하다면, 절단 공정(S25)는 빠질 수 있다.
At this time, the cutting process (S25) may be unnecessary when the initial tube shape is designed in consideration of bending. That is, if the cutting
공정 단계에서의 토션 빔(10)이 도 8(a) 내지 8(e)에 도시되어 있으므로, 이를 참고로 하여 본 발명의 공정 단계에 대하여 살펴본다. Since the
도 8(a)~(e)에서 보이듯이, 준비 공정(S10)에서 원형의 단면을 가지며, 직선 형상의 튜브는 단부(13)가 벤딩된다. 벤딩 공정(S20)은 벤딩기등 종래에 알려진 벤딩 작업기를 통하여 수행될 수 있으며, 후에 실질적으로 꺽어지는 벤딩부(12)를 중심으로 절단 공정(S25) 및 마무리 공정(S50)이 수행된다. As shown in FIGS. 8A to 8E, the
이렇게 벤딩 공정(S20)을 거쳐서 단부(13)가 꺽어진 튜브는 최종 용접부(14)를 형상에 평행하게 피딩부(17)를 가지도록 커팅 라인(15)으로부터 소정 거리(l)를 두고 절단된다(S25). 즉, 단부(13)에서 용접부(14)에 평행한 피딩부(17)를 남기고 나머지 부분을 절단한다. In this way, the
그 후에, 중앙부(11) 및 단부(13)가 하이드로 포밍 공정(S40)에서 사용되는 금형에 삽입될 수 있도록 프리 포밍 공정(S30)이 수행된다. 프리 포밍 공정(S30)은 확관 공정(S40)으로 수행되는 하이드로 포밍 방법에서 수행될 수 있는 변형이 제한되어 있으므로, 이 범위 내에서 확관 공정(S40)이 수행된다.Thereafter, the preforming process S30 is performed so that the
프리 포밍 공정(S30)에서는 튜브는 전체적으로 눌려지게 되며, 중앙부(11)는 대략 'U'자 형으로 성형되어, 확관 공정(S40)에 사용되는 하이드로 포밍 금형에 삽입 가능하게 성형된다. In the preforming process (S30), the tube is pressed as a whole, the
프리 포밍 공정(S30)까지 마친 튜브는 하이드로 포밍 방법으로 확관 공정(S40)이 수행된다. 하이드로 포밍 공정(S40)은 일반적 하이드로 포밍 공정과 동일하게 튜브를 금형에 삽입한 후, 튜브의 양 단부(13)를 막으며, 그 후 막힌 양 단부(13) 내부로 액셜 펀치가 삽입된다.
Tubes completed up to the pre-forming process (S30) is subjected to expansion process (S40) by a hydroforming method. The hydroforming process S40 inserts a tube into a mold in the same manner as a general hydroforming process, and then closes both ends 13 of the tube, and then an axial punch is inserted into the blocked both ends 13.
도 9 에는 본 발명의 액셜 펀치(122)로 성형하는 하이드로 포밍 공정이 도시되어 있다. 도 9 에서 보이듯이, 튜브의 단부(13)는 커팅 라인(15)에 평행한 피딩부(17)를 남기고 절단되며, 액셜 펀치(122)의 가압면(122a)은 튜브의 연장 방향에 대하여 각(φ)을 가지고 경사지게 구성되며, 단면(16)은 커팅 라인(15)과 대략 평행하게 튜브의 연장 방향에 대하여 각(α)을 가지고 경사지게 구성된다. 9 shows a hydroforming process for shaping with an
따라서, 용접부(14)는 상기 액셜 펀치(122)로부터 동일한 거리만큼 피딩되며, 그에 따라서 균등하게 두께가 두꺼워져 하이드로 포밍이 종료된 후에 용접부(14)는 동일한 두께를 가질 수 있다. Thus, the
이때, 피딩부(17)는 커팅 라인(15), 즉 용접부(14)로부터 80㎜ 이하의 거리(l; 도 8(b) 참고)를 가지도록 구성되는 것이 바람직하다. 앞에서 언급한 바와 같이, 액셜 펀치(122)에 의한 가압 피딩의 효과는 거리에 따라서 달라지므로 80㎜보다 큰 경우에는 두께 증대가 미미하여, 용접부(14) 강화효과가 발현될 수 없기 때문이다.
At this time, the
도 10 에는 본 발명의 확관 공정에서 튜브의 벤딩부(12)의 연장 방향과 액셜 펀치(122)의 가압면(122a)이 이루는 각(φ)과, A지점의 두께 변화를 도시한 그래프가 도시되어 있다. 여기서 A 지점은 가장 내측 지점으로 도 6b 에서 두께가 가장 얇은 지점인 A 지점과 동일하다. FIG. 10 is a graph showing an angle φ formed between the extension direction of the bending
도 10 에서 보이듯이, 액셜 펀치(122)의 가압면(122a)과 튜브의 벤딩부(12)의 각(φ)이 62.5°를 넘어서면, A 지점의 두께에 변화가 없다. 하지만, 62.5°를 시작으로 두께가 증대되기 시작했다. 액셜 펀치(122)의 가압면(122a)과 튜브의 벤딩부(12)의 각(φ)이 27° 미만이 되면서 A 지점에 좌굴이 발생하였으며, 그에 따라서 그보다 작은 각(φ)은 실험데이터를 얻지 못하였다.As shown in FIG. 10, when the angle (phi) of the
한편, 아래의 표 1 에는 각 두께에서의 응력이 표시되어 있다.On the other hand, Table 1 below shows the stress at each thickness.
위의 표 1 에서 확인할 수 있듯이, 펀치각도, 즉 액셜 펀치(122)의 가압면(122a)과 튜브의 연장 방향과의 각(φ)이 변화함에 따라서, A 지점의 두께가 변화하며, 그에 따라서, A 지점에 걸리는 응력이 변환하는 것을 확인할 수 있다. As can be seen in Table 1 above, as the punch angle, that is, the angle φ between the
이때 튜브의 연장 방향의 벤딩각(θ)은 대략 27.5°인데, 액션 펀치(122)의 가압면(122a)과 튜브의 연장 방향과의 각(φ)은 벤딩각(θ)에 영향을 받으며, 액셜 편치(122)의 가압면(122a)이 튜브의 연장 방향에 대하여 이루는 각(φ)은 벤딩각(θ)보다 -0.5° ~ +35°범위를 만족하는 것이 바람직하다.
At this time, the bending angle θ of the extending direction of the tube is approximately 27.5 °, and the angle φ between the
한편, 도 11 에는 DP780 강종의 S/N 곡선이 도시되어 있으며, 도 12 에는 도 11 의 S/N 그래프에 표 1 의 응력 값을 대입한 그래프가 도시되어 있다. 11 shows an S / N curve of the DP780 steel grade, and FIG. 12 shows a graph in which the stress values of Table 1 are substituted for the S / N graph of FIG. 11.
도 12 에서 보이듯이, 용접부(14)의 내구 수명은 용접부(14)의 두께에 따라서 기하급수적으로 증대된다는 것을 알 수 있다. 이는, 액셜 펀치(122)의 가압면(122a)과 튜브의 연장 방향과의 각(φ)이 변화함에 따라서 응력이 변하며, 그 응력이 변함에 따라서 용접부(14)의 내구 수명이 변화된다는 것이며, 그 증대 폭은 기하급수적이라는 것을 의미한다.
As shown in FIG. 12, it can be seen that the endurance life of the
따라서, 본 발명에 도시된 바와 같이, 튜브의 연장 방향에 대하여 경사진 가압면(122a)을 가지는 액셜 펀치(122)를 사용하는 경우에 용접부(14)의 내구 수명을 현저하게 상승시킬 수 있다.
Therefore, as shown in the present invention, when the
도 13 에는 본 발명의 토션 빔 제작에 사용되는 하이드로 포밍용 액셜 펀치의 단면도가 도시되어 있다. 하이드로 포밍 장치의 하부금형(110b; 도 2a 참고)에 소재 즉, 성형되는 튜브(또는 관재)(10)가 로딩되고, 상부금형(110a; 도 2a 참고)이 프레스로 하강한 상태에서, 튜브 양단에 배치되는 액셜 실린더(120; 도 2a 참고)의 액셜 펀치(122)가 축방향으로 진행된후 실링됨과 동시에, 축압(axial compress)이 가해져, 금형의 합형 및 액셜 펀치의 장착이 완료된다. Figure 13 shows a cross-sectional view of an axial punch for hydroforming used in torsion beam fabrication of the present invention. The
도 13 에서 보이듯이, 본 발명에서 사용되는 액셜 펀치(122)는 모재인 토션 빔(10)의 연장 방향에 대하여 경사각(φ)으로 경사진 가압면(122a)을 가지며, 이렇게 경사진 가압면(122a)으로 토션 빔(10)을 가압피딩하며, 이러한 하이드로 포밍 장치에 의해서 성형된 토션 빔의 용접부(14)는 전체에 걸쳐서 균일한 두께를 가질 수 있다.
As shown in FIG. 13, the
10: 토션 빔 11: 중앙부
12: 벤딩부 13: 단부
14: 용접부 15: 커팅 라인
16: 단면 17: 피딩부
30: 트레일링 암 122: 액셜 펀치
122a: 가압면10: torsion beam 11: center portion
12: bending part 13: end
14: welding part 15: cutting line
16: cross section 17: feeding part
30: trailing arm 122: axial punch
122a: pressing surface
Claims (10)
튜브의 단부의 두께를 증가시키면서 확관시키도록 하이드로 포밍 공법으로 수행되는 확관 공정;을 포함하며,
상기 확관 공정은 상기 튜브의 단부의 두께분포를 균일하게 증가시키도록 상기 튜브를 금형에 안착시킨 후 상기 튜브의 연장방향에 대하여 경사진 가압면을 가지는 액셜 펀치로 튜브의 단부를 가압피딩하며,
상기 확관 공정 전에 상기 튜브의 단부를 중앙부에 대하여 벤딩 성형하는 벤딩 공정;과
상기 확관 공정 후 단부를 잘라내 용접부로 형성하는 마무리 단계를 더 포함하며,
상기 마무리 단계는 상기 확관 공정 후 확장된 토션 빔 단부를 가지도록 벤딩된 부분을 튜브의 연장 방향에 대하여 경사지게 잘라내 상기 용접부로 형성하는 토션 빔 성형 방법.A preparatory process of preparing to form a tube; And
And an expansion process performed by a hydroforming method to expand the tube while increasing the thickness of the end portion thereof.
In the expanding process, the tube is seated in a mold so as to uniformly increase the thickness distribution of the end of the tube, and then pressure feeds the end of the tube with an axial punch having a pressing surface inclined with respect to the extending direction of the tube.
A bending process of bending the end of the tube with respect to a central portion before the expansion process; and
Further comprising a finishing step of cutting the end after the expansion process to form a welded portion,
The finishing step is a torsion beam forming method of cutting the bent portion to have an extended torsion beam end after the expansion process inclined with respect to the extension direction of the tube to form the weld.
상기 벤딩 공정과 상기 확관 공정 사이에 수행되며, 상기 마무리 단계의 용접부에 평행하며 상기 용접부로부터 연장되는 피딩부를 가지도록 상기 튜브의 단부를 절단하는 절단 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 토션 빔 성형 방법.The method of claim 1,
A torsion beam forming method, which is performed between the bending process and the expansion process, and cuts an end portion of the tube so as to have a feeding part parallel to the welding part of the finishing step and extending from the welding part. .
상기 피딩부는 80㎜ 이하의 길이를 가지며, 상기 벤딩 공정은 상기 튜브의 단부를 5~45도 사이로 꺽는 것을 특징으로 하는 토션 빔 성형 방법.The method of claim 3, wherein
The feeding part has a length of 80 mm or less, and the bending process is to bend the end of the tube between 5 to 45 degrees.
상기 액셜 펀치의 가압면은 튜브의 연장 방향에 대하여 27 ~ 62.5° 사이의 각으로 경사진 것을 특징으로 하는 토션 빔 성형 방법.The method of claim 1,
And the pressing surface of the axial punch is inclined at an angle between 27 and 62.5 ° with respect to the extending direction of the tube.
상기 액셜 편치의 가압면이 튜브의 연장 방향에 대하여 이루는 각(φ)은 벤딩각(θ)보다 -0.5° ~ +35°범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 토션 빔 성형 방법.The method of claim 5, wherein
Torsion beam forming method characterized in that the angle (φ) formed by the pressing surface of the axial deviation with respect to the extending direction of the tube satisfies the range of -0.5 ° to + 35 ° than the bending angle (θ).
상기 액셜 편치의 가압면은 상기 용접부와 평행한 것을 특징으로 하는 토션 빔 성형 방법.The method of claim 5, wherein
And a pressing surface of the axial biasing is parallel to the welding portion.
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