KR101433357B1 - 차량 범퍼용 크래쉬 박스 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량 범퍼용 크래쉬박스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정한 두께의 금속판이 절곡 및 용접되어 사각 프레임으로 이루어진 장방형의 충격흡수빔과, 상기 충격흡수빔의 양단에 결합되되 일측부재는 차량의 범퍼 내측에 연결되고 타측부재는 차체의 사이드멤버 또는 크로스멤버에 연결되는 전후방 고정브라켓트로 구성되어 범퍼에서 전달되는 충격력을 흡수하는 차량 범퍼용 크래쉬 박스에 있어서, 상기 전후방 양측 고정브라켓트의 테두리 부위에는 크래쉬 박스를 범퍼 및 차체에 각각 고정하기 위한 고정볼트를 체결할 수 있도록 모재로부터 증육되어 일정 높이 돌출되는 보스부와 그 내측에 암나사가 형성된 탭너트부가 일체로 구성되는 특징을 갖는다.

Description

차량 범퍼용 크래쉬 박스 및 그 제조방법{Bumper crash Box and its manufacturing method}

본 발명은 차량 범퍼용 크래쉬 박스 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 범퍼와 차체 사이에 설치되는 충격흡수빔의 양단에 결합되는 고정브라켓트에 프로그레시브 공정을 통해 모재 일체형 탭너트부를 형성하여 크래쉬 박스의 제작공정과 부품수를 단순화하여 제조원가를 절감하고, 고품질 제품을 생산할 수 있도록 하는 차량 범퍼용 크래쉬 박스 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량, 특히 자동차의 경우 차체가 일체형 구조를 취하고 있으면 충돌(또는 추돌)사고 발생시 차체(샤시, 바디 등)의 손상부가 커서 수리비용이 많이 발생되고, 이로 인해 인적 및 경제적 손실 또한 증가하기 마련이다.

따라서, 일반 운행자동차의 경우 차량의 전후면에 차량 충돌 및 추돌시 발생되는 충격력을 흡수 및 감소하여 탑승자 보호, 차량 피해범위 감소, 충격 대상물의 피해 감소 등을 목적으로 차체에서 분리 가능한 범퍼가 설치된다.

또한, 상기 범퍼에는 그 충격흡수성능을 높이기 위한 방안으로 범퍼와 차체 사이에 범퍼에 작용하는 충격력의 흡수 및 차체에 전달되는 충격력을 감소시키 위해 기둥 형상의 크래쉬 박스(crash box)가 게재되어 외부로부터 충격력이 전달되는 경우 자체 변형을 통해 충격을 흡수하도록 구성되어 있다.

이러한 종래의 차량 범퍼 및 크래쉬 박스의 설치구조가 도 1에 도시되어 있다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 차량의 범퍼(1)는 플라스틱 합성수지로 제작되어 차량의 전후방 최외측에 설치되고, 범퍼(1) 내측과 차체(도시 안됨, 일반적으로 승용차량의 경우 사이드 멤버) 사이에는 사각기둥(다른 형상으로도 가능함) 모양의 크래쉬 박스(2)가 위치되고, 상기 크래쉬 박스(2)는 그 전후방에 각각 연결되는 고정브라켓트(3,4)에 의해 범퍼(1) 내측과 차체 사이에 결합되는 구조로 이루어져 범퍼에서 전달되는 외부 충격을 흡수하여 승차자 및 차량 손상을 방지할 수 있도록 구성된다.

또한, 도 2는 다른 종류의 크래쉬 박스(5)의 구성을 분리상태로 도시하고 있는 것으로, 도 2에 도시된 크래쉬 박스(5)는 범퍼 내측에 결합되는 전방브라켓트(6)와 차체 측에 결합되는 후방브라켓트(7) 및 전후방브라켓트(6,7) 사이에 결합되는 충격흡수부재(8)로 구성되어 있다.

이러한 구조를 갖는 종래 크래쉬 박스(2,5)는 대부분 중간에 위치한 충격흡수부재(8)가 좌우로 각각 분리 구성되고, 각각 분리된 좌우측 부재에는 전후방 방향으로 발생되는 충격량에 대해 충격흡수성능을 향상시키면서 차체의 손상을 효과적으로 방지할 수 있도록 충격흡수 및 크래쉬 박스의 변형유도를 위해 다수의 골이나 주름(9)이 그 길이방향에 대해서 수직으로 다수 형성된 구조로 이루어진다.

이와 같은 통상의 종래 크래쉬 박스(2,5)는 외부 충격에 의해 자체 변형이 되므로, 충돌사고시 쉽게 분리하여 교체할 수 있도록 범퍼 및 차체에서 쉽게 분리가능한 구조로 이루어진다.

특히, 충돌에 따른 범퍼 및 크래쉬 박스의 충격흡수로 차체에 손상이 발생되는 것을 최소화하고, 차량 충돌시 많은 부품이 교체되는 것을 방지함으로써 수리비의 지출을 감소시키고, 충격에 따른 탑승자 및 차체의 손상을 줄일 수 있게 된다.

그러나, 이러한 종래의 크래쉬 박스(2,5)는 그 구성이 비교적 많지는 않지만, 이의 조립공정이 복잡하여 작업생산성이 떨어지고, 전통적인 조립방법이 적용되고 있어서 제품의 품질이나 내구성이 취약한 단점이 있었다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 크래쉬 박스(5)는 중간에 위치되는 충격흡수부재(8)가 좌우로 분리된 구조로 이루어진 후에 좌우 양측 부재를 상호 접합시키는 용접작업을 수행하고, 충격흡수부재(8)와 전후방브라켓트(6,7)의 상호 결합을 위해 그 결합부위에 용접작업을 수행하게 되며, 전후방브라켓트(6,7)에 결합된 충격흡수부재(8)를 범퍼 내측 및 차체 측에 결합시키기 위해 전후방브라켓트(6,7)에는 복수개의 관통공이 형성되고, 이 관통공에 범퍼 및 차체 측의 고정단에 각각 결합시킬때 고정볼트가 결합될 수 있도록 고정너트(10)가 복수개 용접된 상태에서 차량에 조립되는 구성으로 이루어졌다.

이와 같이, 종래의 크래쉬 박스(2,5)는 그 조립공정과 설치과정이 복잡하고 특히, 일체로 조립된 크래쉬 박스를 차체에 결합시키기 위해 전후방브라켓트(6,7)에 형성된 다수의 관통공에 고정너트를 사전에 용접하여 고정시켜야 하기 때문에 비교적 크기가 작은 고정너트를 전후방브라켓트(6,7)에 결합시키는 용접작업을 수행하는데 있어서 작업공정이 복잡하고 생산성이 떨어지게 된다.

또한, 다수의 고정너트가 필요하여 부품비 및 가공비가 추가로 발생되며, 고정너트의 용접부위가 작업자에 따라 품질이 각각 다르게 되어 불균일한 용접작업에 따라 제품의 외관미와 상품성이 떨어지고, 장기간 사용시 용접부위가 부식되거나 균열이 발생되어 차량 안정성이 저하되는 많은 단점을 가지고 있었다.

한국특허등록 제10-0727713호(등록일: 2007.06.05, 발명의 명칭 : 차량의 크래쉬박스) 한국공개특허 제10-2010-0035274호(공개일: 2010.04.05, 발명의 명칭 : 충격흡수를 위한 자동차용 범퍼시스템) 한국특허등록 제10-0867841호(등록일: 2008.11.03, 발명의 명칭 : 자동차의 전방차체 구조)

본 발명은 상술한 종래의 차량 범퍼용 크래쉬 박스가 갖는 단점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 하나의 크래쉬 박스를 조립하는데 필요했던 다수의 용접부품 및 공정을 줄여 크래쉬 박스의 조립성과 생상성을 향상시키고, 용접부위에서 발생될 수 있는 부품불량과 상품성 및 내구성 저하를 방지할 수 있도록 하는 차량 범퍼용 크래쉬 박스를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 차량 범퍼용 크래쉬 박스는 일정한 두께의 금속판이 절곡 및 용접되어 사각 프레임으로 이루어진 일정 길이의 충격흡수빔과, 상기 충격흡수빔의 양단에 결합되되 일측부재는 차량의 범퍼 내측에 연결되고 타측부재는 차체의 사이드멤버 또는 크로스멤버에 연결되는 전후방 양측 고정브라켓트로 구성되어 범퍼에서 차체로 전달되는 충격력을 흡수하도록 설치되되, 상기 전후방 양측 고정브라켓트에는 크래쉬 박스를 범퍼 및 차체에 고정하기 위한 고정볼트를 체결할 수 있도록 모재로부터 증육되어 일정 높이 돌출되는 보스부 및 상기 보스부의 내측에 암나사가 형성된 복수개의 탭너트부가 일체로 구성되는 특징으로 이루어진다.

특히, 상기 차체 측에 결합되는 일측 고정브라켓트는 그 중심부에 상기 충격흡수빔의 내부 폭보다 작은 크기의 사각형 관통공이 형성되고, 상기 관통공의 테두리는 버링작업에 의해 일측으로 일정 높이 외향되게 성형된 외향돌출부가 상기 충격흡수빔의 일단 내측으로 삽입된 상태에서 충격흡수빔과 일체로 결합된 구조로 이루어진다.

또한, 상기 범퍼 측에 결합되는 타측 고정브라켓트는 좌우 양쪽에 각각 형성된 탭너트부가 일정거리 이격된 상태에서 상호 마주보도록 좌우 양단이 동일 높이로 절곡된 ∪형 구조로 이루어져 상기 충격흡수빔의 타단 내측으로 삽입되어 충격흡수빔과 일체로 결합되는 구조로 이루어진다.

또한, 상기 충격흡수빔은 하나의 금속판 모재를 동일한 폭으로 내측 방향으로 연속 절곡하여 좌우 양 측단이 서로 만나는 접촉부를 접합시켜 일체형 사각기둥 모양으로 성형되고, 성형된 사각기둥의 각 모서리 외측 벤딩선에는 라운드형의 오목부가 일정간격으로 복수개 형성되어 벤딩선의 강성을 증대시킬 수 있도록 구성된다.

또한, 상기 충격흡수빔의 4개의 측벽 중 대향되는 2개의 측벽에는 복수개의 요홈부가 형성되고, 나머지 2개의 측벽에는 복수개의 충격흡수유도공이 관통된 구조로 이루어진다.

한편, 상술한 사각프레임 구조로 이루어지는 일정길이의 충격흡수빔과, 상기 충격흡수빔의 좌우 양단에 각각 결합되어 범퍼 내측과 차체에 각각 결합되는 전후방 고정브라켓트로 구성되는 차량 범퍼용 크래쉬 박스에서 충격흡수빔의 일측에 결합되는 전방 고정브라켓트는 금속판 모재를 상하 금형다이에 투입하여 성형위치부 노칭을 수행하는 피어싱단계; 피어싱 후 이동된 금속판 모재를 최종 성형될 고정브라켓트의 크기에 맞게 직각 테두리부에 일정 길이로 절단하는 노칭단계; 노칭 후 이동된 금속판 모재의 테두리부에 상하 금형다이 중 일측 다이에 구비된 펀치를 이용하여 탭너트 초기 형상인 보스부를 성형하는 드로잉단계; 드로잉된 보스부의 외주연을 점차 내경이 줄어든 부싱이 구비된 다수의 다이를 이용하여 보스부의 외경 감소와 길이 신장을 다단으로 수행하는 1차 사이징 단계; 상기 사이징 단계를 수행하여 돌출된 보스부의 상면 중앙에 관통공을 형성시키는 피어싱 단계; 상기 피어싱된 보스부를 상기 드로잉단계와 동일한 방식으로 다단의 금형 다이를 이용하여 보스부의 길이신장을 수행하는 2차 사이징단계; 상기 2차 사이징이 완료된 후 피어싱공정에서 관통된 보스부의 관통공 선단부를 곧게 펴주는 버링단계; 버링단계 후 상기 보스부를 일측 다이를 이용하여 높이를 줄이면서 두께를 모재보다 더 두껍게 증육시키는 업셋팅 단계; 업셋팅이 완료된 모재의 중앙부 및 그 주변으로 일정크기의 관통공을 형성시키는 피어싱 단계; 상기 피어싱 단계에서 모재의 중앙부에 형성된 중앙관통공의 테두리가 일측으로 경사지게 일정 높이로 돌출되도록 외향돌출부를 형성시키는 버링단계; 버링단계가 완료된 모재의 둘레를 필요한 크기로 절단하는 파팅단계; 모재로부터 분리된 고정브라켓트를 탭핑머신을 이용하여 업셋팅된 보스부의 내주연에 암나사를 가공하여 탭너트부를 완성하는 탭핑단계;를 통해 성형된 후에 충격흡수빔의 일측에 결합되어 차량 범퍼용 크래쉬 박스가 제조된다.

또한, 상기 후방 고정브라켓트는 상기 전방 고정브라켓트의 성형단계와 동일한 피어싱단계, 노칭단계, 드로잉단계, 1차 사이징단계, 피어싱단계, 2차 사이징단계, 버링단계, 업셋팅단계, 피어싱단계를 순서대로 수행한 후에 파팅단계;와 양측 보스부가 동일 수평선상에서 서로 마주보도록 좌우 양단에서 절곡시키는 벤딩단계; 및 상기 벤딩단계 전 또는 후에 보스부의 내주연에 암나사를 가공하는 탭핑단계를 통해 성형된 후에 충격흡수빔의 타측에 결합되어 차량 범퍼용 크래쉬 박스가 제조되는 특징을 갖는다.

상술한 본 발명에 따른 차량 범퍼용 크래쉬 박스는 차량 범퍼 내측 및 차체의 사이드멤버 또는 크로스멤버에 결합되기 위해 고정볼트 체결용 고정너트를 용접하지 하지 않고, 고정브라켓트 성형시 탭너트부가 전후방 고정브라켓트의 모재로부터 일체로 증육 성형되어 다수개의 너트를 일일이 용접하는 종래의 불편함을 없앨 수 있어서 크래쉬 박스의 전체 조립성 및 생산성을 크게 향상시킬 수 있도록 한다.

특히, 크래쉬 박스를 범퍼와 차체측에 결합시키기 위해 체결되는 고정볼트가 각 전후방 고정브라켓트에 일체로 형성된 탭너트부에 결합되므로, 종래와 같이 용접을 통해 결합된 고정너트가 충격에 의해 용접부위에 균열이 발생되고 장기간 사용에 따라 용접부위에 부식이 발생되어 외부 충격시 충격흡수성능이 약화되고 승차자의 안전성이 저해되는 것을 방지할 수 있도록 한다.

또한, 좌우로 분리되어 상호 접촉된 양측면이 용접을 통해 일체로 결합되는 충격흡수빔 및 고정너트를 고정브라켓트에 결합시키는 다수의 용접공정을 줄여서 크래쉬 박스의 상품성 및 내구성 향상과 재료비를 절감할 수 있도록 한다.

도 1은 종래의 일반적인 차량의 전방 범퍼 구조의 분해사시도,
도 2는 종래 크래쉬박스의 일실시예에 대한 분해상태도,
도 3은 본 발명에 따른 크래쉬 박스의 결합상태도,
도 4는 본 발명에 따른 크래쉬 박스의 분해상태도,
도 5는 도 4의 A-A선에 따른 절단단면도,
도 6은 본 발명에 따른 크래쉬 박스의 전방 고정브라켓트의 성형공정도,
도 7은 프로그레시브 금형장치를 이용하여 전방 고정브라켓트가 성형되는 개략적인 평면도,
도 8은 도 7의 금형장치를 통해 전방 고정브라켓트 및 탭너트부가 성형되는 상태의 모재 단면도,
도 9는 본 발명에 따른 크래쉬 박스의 후방 고정브라켓트의 성형공정도,
도 10은 도 9의 성형공정에 따라 프로그레시브 금형장치 내에서 후방 고정브라켓트 및 탭너트부가 성형되는 상태의 모재 단면도이다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참고하면서 본 발명에 따른 차량 범퍼용 크래쉬 박스 및 그 제조방법에 대해서 자세히 설명하며, 크래쉬 박스가 조립되는 일반 차량의 범퍼 및 차체 부위에 대한 통상의 공지된 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.

즉, 본 발명에 따른 크래쉬 박스는 차량의 범퍼 내측과 차체 사이에 설치되어 범퍼에 작용하는 외부 충격력이 차체에 그대로 전달되는 것을 최소화하기 위한 것으로, 기본적으로 사각기둥 형상으로 이루어져 일정길이를 갖는 충격흡수빔과, 상기 충격흡수빔의 전·후단에 각각 결합되어 범퍼 내측과 차체측에 각각 결합되는 한 쌍의 고정브라켓트로 구성된다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 크래쉬 박스(50)의 구성을 도시하고 있으며, 도 6 내지 도 10은 본 발명에 따른 차량용 크래쉬 박스(50)에 결합되는 한 쌍의 전후방 고정브라켓트(20,40)의 성형 및 제조공정을 각각 도시하고 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 크래쉬 박스(50)는 종래의 크래쉬 박스의 형상과 구성에 있어서 유사하게 보일 수 있지만, 3개의 주요구성 중 충격흡수빔(30)의 좌우 양측에 결합되는 고정브라켓트가 프로그레시브 공정을 통해 모재 일체형 탭너트부가 형성되고, 사각 중공파이프 구조의 충격흡수빔이 단일부재로 이루어져 성형 및 제조되는데 그 특징이 있다.

본 발명에 따른 크래쉬 박스(50)의 구성에 대해서 좀 더 자세히 상술하면, 충격을 흡수하는 주요수단인 충격흡수빔(30)은 일정 두께의 금속판이 절곡 및 용접되어 사각 프레임 구조로 일정 길이 형성되고, 상기 충격흡수빔(30)의 좌우측으로 차량의 전후방 최외측에 설치되는 범퍼 내측과 차체의 골격을 이루는 멤버부재(사이드 빔)에 일단이 결합되고 타단이 상기 충격흡수빔(30)에 결합되는 한 쌍의 전후방 고정브라켓트(20,40)로 구성된다.

본 발명에서 설명되는 상기 고정브라켓트(20,40)는 첨부된 도면을 기준으로 좌측에 위치한 고정브라켓트를 전방 고정브라켓트(20)라 칭하고, 우측에 위치한 고정브라켓트를 후방 고정브라켓트(40)라 칭한다.

이는 실제 차량에서 상기 충격흡수빔(30)이 차량의 전후방향에 대해서 길이방향으로 설치되기 때문에, 어느 한쪽은 차량의 전방측으로 위치할 것이고, 다른 한쪽은 차량의 후방측으로 위치하기 때문이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 전방 고정브라켓트(20)는 평판 사각형으로 이루어지고, 각 모서리 근처에는 펀칭된 보스부를 통해 모재로부터 일체로 증육된 탭너트부(22)가 형성된 구조로 이루어지고, 그 중앙부에는 상기 충격흡수빔(30)의 내부 형상과 유사한 사각형 구조의 절단된 관통공(23)이 형성되며, 상기 관통공(23)의 내측 테두리부는 버링작업을 통해 일측으로 일정높이와 완만한 기울기를 갖는 외향돌출부(24)가 형성된 구조로 이루어진다.

이와 같이 구성된 전방 고정브라켓트(20)는 중앙 관통공(23)의 외향돌출부(24)가 충격흡수빔(30)의 일단 내측을 향하도록 접촉된 상태에서 용접작업을 통해 충격흡수빔(30)에 일체로 결합된다.

또한, 상기 전방 고정브라켓트(20)의 대향측에 설치되는 후방 고정브라켓트(40)는 ㄷ형으로 성형되어 상기 충격흡수빔(30)의 타단 내측에서 그 말단부가 충격흡수빔(30)의 선단부에 일치되도록 하여 충격흡수빔(30)의 내부에 일체로 용접 결합된다.

상기 후방 고정브라켓트(40)는 ㄷ형으로 절곡된 상하면의 내측 방향에 상호 마주보는 각 한쌍의 탭너트부(42)가 고정브라켓트(40)의 모재에서 일체로 증육되어 일정 높이 돌출된 구조를 갖게 된다.

물론, 상기 전후방 고정브라켓트(20,40)는 설치될 차종에 따라 그 형상이나 크기가 설계 변형될 수 있다.

상기 ㄷ형 후방 고정브라켓트(40)에 대해서 좀더 상세하게 설명하면, ㄷ형 후방 고정브라켓트(40)는 평판형의 금속판 모재를 이용해 특정 위치에 보스부를 돌출 형성시킨 후에 프로그레시브 금형장치를 이용하여 다단의 드로잉공정을 통해 탭너트부를 증육시킨다.

또한, 증육된 보스부 내주면에 암나사를 가공하여 탭너트부(42)를 완성하고, 중심부를 기준으로 좌우 양측으로 동일한 위치에서 동일방향으로 양단을 벤딩시켜 ㄷ형으로 절곡 성형시키는 것으로, 상기 후방 고정브라켓트(40)에 대한 상세한 성형과정은 후술한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 차량용 크래쉬 박스(50)는 범퍼 및 차체에 연결되는 양측 전후방 고정브라켓트(20,40)에 모재 일체형 탭너트부(22,42)를 성형시킴으로써 별도로 너트를 가공한 후에 용접하여 결합시키는 종래의 공정을 단순화하여 생산성을 향상시키고, 용접부위에서 발생되는 부식이나 사용중 균열을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있도록 구성된다.

한편, 양쪽 전후방 고정브라켓트(20,40) 사이에 위치하는 상기 충격흡수빔(30)은 일정 두께의 금속판재를 절단한 후에 피어싱 단계를 통해 일정 크기의 관통공을 일정한 방향성을 갖도록 복수개 관통시킨 후에 소정의 폭이 유지되는 사면체가 되도록 길이방향으로 직각 벤딩시켜 마지막 선단부가 최초 선단부에 접촉된 상태에서 용접하여 하나의 사각기둥을 완성함으로써 1차적인 충격흡수빔(30)이 성형된다.

또한, 1차적으로 성형된 사각기둥 형상인 충격흡수빔(30)의 각 모서리 밴딩선(32)에 금형장치를 이용하여 성형된 라운드형 오목부(33)가 복수개 형성된 구성으로 이루어진다.

그리고, 상기 충격흡수빔(30)은 상호 대향되는 양 측면의 표면에 일정한 배열이 유지되도록 복수개가 관통되어 충격흡수 및 변형유도를 위한 관통공(34)이 형성되고, 또 다른 두 개의 양 측면에는 폭 방향으로 복수개의 장방형 요홈부(35)를 형성시켜 충격흡수빔(30)에 충격력이 전달될 경우 그 길이방향으로 변형을 유도하여 충격흡수성을 높일 수 있도록 구성된다.

이러한 충격흡수빔(30)은 차량의 종류나 설계 요구 강도에 따라 그 형상이나 길이는 달리 제작될 수 있다.

이와 같이 전후방 고정브라켓트(20,40)와 충격흡수빔(30)을 각각 성형한 후에 충격흡수빔(30)의 전후면에 각각 결합시킴으로써 크래쉬 박스가 완성된다.

한편, 도 5에는 도 4의 후방 고정브라켓트(40)에 일체로 성형된 탭너트부의 구성을 알아보기 쉽도록 그 수직 절단 단면을 도시하고 있다.

상기 탭너트부(42)의 단면 형상은 상기 전방 고정브라켓트(20)에 형성된 탭너트부(22)와 동일한 형태와 방법으로 성형이 이루어진다.

이하에서는 도 6 내지 도 10을 참고하면서 상기 충격흡수빔(30)의 양측에 결합되는 전·후방 고정브라켓트(20,40) 및 탭너트부(22,42)의 성형 공정에 대하여 자세히 설명한다.

상기 전후방 고정브라켓트(20,40)에 형성된 탭너트부(22,42)는 상하부 다이로 구성된 프로그레시브 금형장치를 이용하여 다단의 사이징 및 업셋팅 공정으로 성형된다.

특히, 전·후방 고정브라켓트(20,40)의 모재를 다단의 사이징 및 업셋팅 공정을 통해 탭너트부(22,42)를 증육시키되, 증육 후 증육된 부위의 강성이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 돌출된 보스부 및 보스부와 모재 사이의 경계부 두께가 최초 고정브라켓트의 모재 두께보다 더 두껍게 성형되도록 하는데 그 특징이 있다.

먼저, 도 6 내지 도 8은 상기 평판형 전방 고정브라켓트(20)에 탭너트부(22)를 성형하는 공정을 설명하기 위한 블럭도와 성형상태도 및 성형단면도를 각각 도시하고 있다.

도 6의 블럭도에 도시된 바와 같이, 상기 전방 고정브라켓트(20)는 프로그레시브 금형장치를 이용하여 작업을 수행하기 위한 준비단계와, 다단의 드로잉 공정을 포함한 증육단계 및 증육 후 탭핑가공까지 수행하여 최종 완성품을 제작하는 마무리단계로 이루어진다.

즉, 준비단계인 피어싱 단계(S1)에서 탭너트 증육 후 모재에서 제품을 분리하는 파팅단계(S11)까지 일련의 프로그레시브 금형장치를 통해 일괄적으로 성형공정이 수행되고, 마지막 단계인 탭핑단계(S12)는 별도의 탭핑머신을 통해 암나사 가공이 이루어지게 된다.

이를 좀더 자세히 설명하면, 프로그레시브 금형장치를 이용하여 일련의 연속된 공정으로 이동되는 모재를 금형 다이에 고정하거나 가공부위에 기준을 정하기 위해 금형다이로 공급된 일정 두께의 금속평판 모재(M)에 기준공이나 외곽 라인을 일부 절단하는 피어싱 단계(S1)와 노칭단계(S2)가 수행된다.

상기 피어싱 단계(S1) 및 노칭단계(S2)는 상하로 이루어진 금형다이에 투입된 모재에 상하로 구성된 금형 다이 중 일측 다이에 구비된 펀치를 통해 작업이 이루어진다.

상기 피어싱 단계(S1) 및 노칭단계(S2)가 수행된 후, 이동된 금속판 모재의 테두리부 근처에 상하 금형다이 중 일측 다이에 구비된 펀치를 이용하여 탭너트부가 형성될 위치에 일정 높이의 보스부(B)를 성형시키는 드로잉 단계(S3)가 수행된다.

그 다음으로, 상기 드로잉 단계(S3)에서 모재의 일측으로 일정높이 돌출된 상기 보스부에 대해서 점차적으로 그 높이를 조금씩 증대시키면서 탭너트부 형성에 필요한 높이를 만들어가는 다단의 1차 사이징(sizing) 단계(S4)가 수행된다.

상기 1차 사이징 단계(S4)는 연속 설치된 다수의 상하부 금형을 통해 다단으로 단조성형을 수행하는 것이다.

즉, 최초 형성된 보스부를 고정볼트가 체결되는 탭너트부로 형성시키기 위해 점차 내경이 줄어드는 부싱이 구비된 다단의 금형 다이를 통해 보스부의 외경을 감소시키면서 그 높이를 키우게 되며, 이때 상기 부싱은 금형장치의 상하부 다이 중 일측 다이에만 구비되어 별도의 펀치공정 없이 성형과정을 수행하게 된다.

그 다음으로, 상기 1차 사이징 단계(S4)를 거처 일정 높이로 성형된 보스부의 상면 중앙에 일정 크기의 관통공을 형성시키는 피어싱단계(S5)가 수행된다.

상기 피어싱 단계(S5)는 해당 공정을 수행하는 일측 금형 다이에 펀치가 구비되어 돌출 성형된 보스부 중앙에 일정 크기의 관통공을 형성시키는 것이다.

보스부에 관통공이 형성된 후, 상기 보스부를 다시 상기 사이징 단계(S4)와 동일한 방식으로 2차 사이징 단계(S6)가 수행된다.

즉, 다단의 금형 다이를 이용한 2차 사이징 단계(S6)도 일측 금형 다이에 구비된 부싱을 이용하여 최종 성형될 탭너트부의 형상으로 더욱 정밀하게 만들어 간다.

그 다음으로, 상기 피어싱 단계(S5)에서 형성된 보스부의 관통공에 대해서 보스부 하단부와 일직선상태가 유지되도록 균일화시키는 버링단계(S7)가 수행되고, 버링단계 후 돌출된 보스부의 높이를 낮추면서 그 두께를 모재보다 더 두껍게 증육시키면서 업셋팅 단계(S8)가 수행된다.

상기 업셋팅 단계(S8)도 다단의 금형 다이를 이용하여 수행되는데, 업셋팅 단계(S8)에 이용되는 금형 다이는 상기 1, 2차 사이징 단계(S4,S6)와 반대로 직경이 점차 커지면서 그 깊이는 얕은 부싱이 구비된 일측 다이를 통해 다단 증육공정이 수행된다.

상기 업셋팅 단계(S8)를 통해 최종 성형될 탭너트부의 높이와 두께로 성형시킨 후에 모재의 중심부 및 중심부 주변으로 일정 크기의 복수개 관통공을 형성시키는 피어싱 단계(S9)가 수행된다.

그 다음에 상기 피어싱 단계(S9)에서 형성된 모재 중심부의 관통공 테두리를 일정 기울기를 경사지게 하여 일측으로 노출시키는 외향돌출부(24, 도 8참조)를 형성시키는 버링단계(S10)가 수행된다.

상기 버링단계(S10)를 통해 외향돌출부(24)를 성형하는 이유는 전방 고정브라켓트(20)가 충격흡수빔(30)의 일단에 결합될 때, 상기 외향돌출부(23)가 충격흡수빔(30)의 내측으로 위치되도록 하여 충격흡수빔(30)과 조립공정이 용이하고, 조립되어 용접된 후에는 범퍼 측에서 전달되는 충격력을 충격흡수빔(30)에 전달할 때, 그 접합부에서 발생되는 비틀림력에 의해 충격흡수빔(30)의 결합부에서 쉽게 이탈되지 않도록 하여 크래쉬 박스의 충격흡수성능을 높이기 위한 것이다.

즉, 상기 충격흡수빔(30)의 테두리부가 상기 외향돌출부(23)의 외측으로 위치된 상태에서 용접되므로, 충격흡수빔(30)의 길이방향에 대해 일정각도 기울어진 상태에서 충격력이 작용할 때 충격흡수빔(30)의 말단부가 전방 고정브라켓트(20)의 밋밋한 면에 용접되어 있을 경우, 그 용접부위에서 크랙이 발생되면서 고정브라켓트에 결합된 충격흡수빔의 일단이 하중이 작용하는 방향으로 쉽게 미끌려 이탈될 수 있다.

그러나, 본 발명에서는 충격흡수빔(30)의 말단부를 상기 전방 고정브라켓트의 외향돌출부(23)가 받쳐주게 되어, 충격흡수빔(30)에 정방향이 아닌 기울어진 방향에서 충격력이 작용하더라도 충격흡수빔이 어느 일측으로 쉽게 미끌리지지 않게 고정되어 충격 흡수능력을 최대한 향상시킬 수 있도록 구성된 것이다.

그 다음에, 상기 버링단계(S10)의 공정이 완료된 모재를 필요한 크기로 절단하어 분리시키는 파팅단계(S11)가 수행되고, 파팅된 전방고정브라켓트를 별도의 탭핑머신을 이용하여 업셋팅된 보스부(B)의 내주연에 암나사(22a)를 가공하는 탭핑단계(S12)를 거쳐 모재 일체형 탭너트부(22)를 갖는 전방 고정브라켓트(20)의 성형이 완료된다.

도 6의 공정도에 따라 평판형 고정브라켓트(20)에 탭너트부(20)를 성형시키는 각 단계별 성형과정이 도 7에 도시되어 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 일련의 연속된 과정이 수행되도록 금속판 모재(M)는 상하 다이로 구성된 다수의 금형장치를 통과하면서 성형이 이루어지게 되며, 업셋팅단계(S8)에서 초기단계(a)의 보스부 두께는 비교적 얇은데 반해서 말기단계(b)의 보스부의 두께는 초기과정(a)보다 많이 두꺼워 진 것을 알 수 있으며, 최종단계인 탭핑단계(S12)에서는 보스부의 내주면에 암나사 가공이 이루어진 것을 알 수 있다.

또한, 도 8은 평판형 금속판 모재(M)가 프로그레시브 금형장치를 통과하면서 성형이 이루어지는 과정을 개략적으로 도시하고 있다.

S3 단계(드로잉)에서 모재의 모서리부위에 복수개의 보스부가 일차적으로 성형된 후에 1차 사이징 단계(S4)를 거치면서 보스부의 형상이 조금씩 높아지면서 탭너트부의 초기형상이 단계별로 성형이 이루어진다.

보스부의 중앙에 피어싱(S5)이 이루어진 후에 다시 2차 사이징 단계정(S6)를 거치면서 보스부의 높이가 더욱 증대된 후에 버링단계(S7) 후에 수행되는 업셋팅단계(S8)를 거치면서 증대되었던 보스부의 높이가 낮아지면서 그 두께가 증육되는 것을 알 수 있다.

이와 같은 일련의 단계를 수행하면서 평판재의 모재에 복수개의 보스부가 돌출된 후에 다단의 사이징 단계와 업셋팅 단계를 거치면서 모재 일체형 탭너트가 성형된다.

한편, 도 9 및 도 10에는 상술한 ㄷ형 후방 고정브라켓트(40)의 성형공정과 금형다이에 투입된 모재가 프로그레시브 금형장치를 통과하면서 모재 일체형 탭너트가 성형된 후에 벤딩과정을 거쳐 ㄷ형 후방 고정브라켓트가 성형되는 공정 및 그 성형단면이 각각 도시되어 잇다.

도 9의 공정도에 도시된 바와 같이, 상기 후방 고정브라켓트(40)에 탭너트부(42)를 성형시키는 증육공정은 상술한 평판형 전방 고정브라켓트(20)에서 수행된 성형공정과 거의 유사하게 이루어지며, 마지막 일부 공정에 약간의 차이가 있다.

즉, 일정 두께의 금속판 모재(M)를 상하로 구성된 금형다이에 투입하여 수행하는 피어싱단계(s1)→노칭단계(s2)→드로잉단계(s3)→1차 사이징단계(s4)→피어싱단계(s5)→ 2차 사이징단계(s6)→ 버링단계(s7)→업셋팅단계(s8)→피어싱단계(s9) 까지는 상술한 전방 고정브라켓트의 성형과정과 동일하고, 단지 ㄷ형으로 절곡하기 위해 파팅단계(s10)와 벤딩단계(s11) 및 상기 벤딩단계(s11) 전 또는 후에 탭핑단계(s12)가 수행되는 차이가 있다.

따라서, 상기 후방 고정브라켓트의 성형공정에 대해서는 그 설명을 생략하며, 파팅단계(s10) 후에 수행되는 벤딩단계(s11)는 모재의 네모서리부에 형성된 보스부를 동일 수평선상에서 상호 마주보도록 좌우 양측에서 절곡시키는 공정이다.

도 9 및 도 10에 도시된 후방 고정브라켓트의 성형과정에서 후반부에 실시되는 탭너트부의 벤딩단계(s11)와 탭핑단계(s12)는 공장의 금형배치와 자동화공정, 설비의 특성 등을 감안하여 그 공정 순서를 바꿔 수행할 수 있다.

상술한 설명에서 사용된 고정브라켓트를 지칭하는 전방 또는 후방 지시어는 도면 및 차량의 부착위치를 감안하여 사용된 것으로, 차종에 따라 고정브라켓트의 전후방 위치는 바뀔 수도 있으며, 이러한 지시어의 변경사용이 본 발명의 기술적 사상의 권리범위를 한정하지는 않는다.

20 : 전방 고정브라켓트 22 : 탭너트부
23 : 관통공 24 : 외향돌출부
30 : 충격흡수빔 32 : 벤딩선
33 : 오목부 34 : 관통공
35 : 요홈부 40 : 후방 고정브라켓트
42 : 탭너트부 50 : 크래쉬 박스
B : 보스부 M : 모재

Claims (7)

1. 일정한 두께의 금속판이 절곡 및 용접되어 사각 프레임으로 이루어진 일정 길이의 충격흡수빔과, 상기 충격흡수빔의 양단에 결합되되 일측부재는 차량의 범퍼 내측에 연결되고 타측부재는 차체의 사이드멤버 또는 크로스멤버에 연결되는 전·후방 고정브라켓트가 결합되어 범퍼에서 차체로 전달되는 충격력을 흡수하는 차량 범퍼용 크래쉬 박스에 있어서,
   상기 전·후방 양측 고정브라켓트에는 크래쉬 박스를 범퍼 및 차체에 고정볼트로 각각 체결할 수 있도록 모재로부터 증육되어 일정 높이 돌출되는 보스부 및 상기 보스부의 내측에 암나사가 형성된 복수개의 탭너트부가 일체로 구성된 것을 특징으로 하는 차량 범퍼용 크래쉬 박스.
2. 제1항에 있어서,
   상기 충격흡수빔의 일측에 결합되는 전방 고정브라켓트는 그 중심부에 상기 충격흡수빔의 내부 폭보다 작은 크기의 사각형 관통공이 형성되고, 상기 관통공의 테두리는 버링작업에 의해 일측 방향으로 일정 기울기로 외향되게 성형된 외향돌출부가 상기 충격흡수빔의 일단 내측으로 삽입되어 충격흡수빔과 일체로 결합되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량 범퍼용 크래쉬 박스.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 충격흡수빔의 타측에 후방 고정브라켓트는 좌우 양쪽에 각각 형성된 탭너트부가 일정거리 이격된 상태에서 상호 마주보도록 좌우 양단이 동일 높이로 절곡된 ⊂형 구조로 이루어져 상기 충격흡수빔의 타단 내측으로 삽입되어 충격흡수빔과 일체로 결합되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량 범퍼용 크래쉬 박스.
4. 제1항에 있어서,
   상기 충격흡수빔은 하나의 금속판 모재를 동일한 폭으로 내측 방향으로 연속 절곡하여 좌우 양 측단이 서로 만나는 접촉부를 접합시켜 일체형 사각기둥 모양으로 성형되고, 성형된 사각기둥의 각 모서리 외측 벤딩선에는 라운드형의 오목부가 일정간격으로 복수개 형성되어 벤딩선의 강성을 증대시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 차량 범퍼용 크래쉬 박스.
5. 제4항에 있어서,
   상기 충격흡수빔의 4개의 측벽 중 대향되는 2개의 측벽에는 복수개의 요홈부가 형성되고, 나머지 2개의 측벽에는 복수개가 관통되어 충격흡수 및 변형유도를 위한 관통공이 형성된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량 범퍼용 크래쉬 박스.
6. 사각프레임 구조로 이루어지는 일정길이의 충격흡수빔과, 상기 충격흡수빔의 좌우 양단에 각각 결합되어 범퍼 내측과 차체에 각각 결합되는 전·후방 고정브라켓트로 구성되는 차량 범퍼용 크래쉬 박스의 제조방법에 있어서,
   상기 전방 고정브라켓트는 일정 두께의 금속판 모재를 상하 금형다이에 투입하여 성형위치부를 설정하는 피어싱단계(S1);
   피어싱 후 이동된 금속판 모재를 최종 성형될 고정브라켓트의 크기에 맞게 직각 테두리부에 일정 길이로 절단하는 노칭단계(S2);
   노칭 후 이동된 금속판 모재의 테두리부에 상하 금형다이 중 일측 다이에 구비된 펀치를 이용하여 탭너트 초기 형상인 보스부를 성형하는 드로잉단계(S3);
   드로잉된 보스부의 외주연을 점차 내경이 줄어든 부싱이 구비된 다수의 다이를 이용하여 보스부의 외경 감소와 길이 신장을 다단으로 수행하는 1차 사이징 단계(S4);
   상기 사이징 단계를 수행하여 돌출된 보스부의 상면 중앙에 관통공을 형성시키는 피어싱 단계(S5);
   상기 피어싱된 보스부를 상기 드로잉단계(S3)와 동일한 방식으로 다단의 금형 다이를 이용하여 보스부의 길이신장을 수행하는 2차 사이징 단계(S6);
   상기 2차 사이징이 완료된 후 피어싱공정에서 관통된 보스부의 관통공 선단부를 곧게 펴주는 버링단계(S7);
   버링단계 후 상기 보스부를 일측 다이를 이용하여 높이를 줄이면서 두게를 모재보다 더 두껍게 증육시키는 업셋팅 단계(S8);
   업셋팅이 완료된 모재의 중앙부 및 그 주변으로 일정크기의 관통공을 형성시키는 피어싱 단계(S9);
   상기 피어싱 단계에서 모재의 중앙부에 형성된 중앙 관통공의 테두리가 완만한 기울기로 일측으로 경사지게 일정 높이로 돌출되도록 외향돌출부를 형성시키는 버링단계(S10);
   버링공정이 완료된 금속판 모재의 둘레를 필요한 크기로 절단하는 파팅 단계(S11);
   모재로부터 분리된 고정브라켓트를 탭핑머신을 이용하여 업셋팅된 보스부의 내주연에 암나사를 가공하여 탭너트부를 완성하는 탭핑단계(S12);를 포함한 공정을 통해 성형되어 상기 충격흡수빔의 일측에 결합되는 것임을 특징으로 하는 차량 범퍼용 크래쉬 박스의 제조방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 후방 고정브라켓트는
   상기 전방고정브라켓트의 성형단계와 동일한 피어싱단계(s1), 노칭단계(s2), 드로잉단계(s3), 1차 사이징단계(s4), 피어싱단계(s5), 2차 사이징단계(s6), 버링단계(s7), 업셋팅단계(s8), 피어싱단계(s9)를 순서대로 수행한 후에 파팅단계(s10);와 양측 보스부가 동일 수평선상에서 서로 마주보도록 좌우 양단에서 절곡시키는 벤딩단계(s11); 및 상기 벤딩단계(s11) 전 또는 후에 보스부의 내주연에 암나사를 가공하는 탭핑단계(s12)가 수행된 후에 충격흡수빔의 타측에 결합되는 것임을 특징으로 하는 차량 범퍼용 크래쉬 박스의 제조방법.

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