KR101435193B1 - 자동차용 사이드 임팩트바 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복합재료를 이용하여 높은 품질과 높은 생산성을 갖는 차량용 사이드 임팩트바 제조 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복합재료와 합성수지를 이용한 자동차용 사이드 임팩트바 제조 방법에 있어서, 복합소재 원단을 필요한 크기로 재단하는 복합재료 재단 공정; 재단된 복합재료를 예비성형을 위하여 예열하는 복합재료 예열 공정; 예열된 복합재료를 예비성형 금형, 금형 코어, 성형 금형으로 이루어진 금형 시스템 중 예비성형 금형에 투입하여 예비 성형하는 복합재료 예비 성형 공정; 예비성형된 복합재료를 사출 성형을 위하여 금형 코어를 회전시키는 금형 회전 공정; 상기 성형 금형을 통하여 수지를 투입하여 복합재료를 둘러싸는 베이스를 생성하는 사출 성형 공정 및 사출 성형이 완료된 임팩트바를 취출하는 취출 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차용 사이드 임팩트바 제조 방법{Manufacturing method of side impact bar for vehicle}

본 발명은 자동차용 사이드 임팩트바 제조 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 복합 재료를 이용하여 높은 품질과 생산 효율이 높은 자동차용 사이드 임팩트바 제조 방법에 관한 것이다.

자동차용 임팩트바는 자동차 도어 내부에 장착되는 구조물로 차량의 강성을 증가시키고 특히 측면 충돌 시 탑승자에 가해지는 충격을 흡수하는 역할을 하는 것으로 차량 안전에 매우 중요한 부품 중 하나이다.

예를 들면 등록특허 제207048호에 개시된 바와 같이, 파이프로 된 일체형 단면을 가지는 지지부와, 상기 지지부 양측단에 형성된 고정부로 이루어져 도어 내부에 설치되는 임팩트바에 있어서, 상기 임팩트바의 양측단 고정부 사이에 형성된 지지부를 제1지지부와 제2지지부를 갖는 이중단면으로 형성한 것으로, 도어 내부에 설치된 임팩트바의 지지부가 이중의 단면 구조로 이루어져 임팩트바 자체의 강성이 보강되게 됨에 따라 도어의 지지견고성 및 내충격성이 향상되며, 또한 도어에 외부충격이 가해질시 임팩트바가 도어를 더욱 견고하게 지지 및 지탱하여 차실내로 충격이 전달되는 것을 효과적으로 차단하여 변형 및 파손을 줄이고 차실내의 승객을 충돌로부터 안전하게 보호할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 등록특허 제424745호에 개시된 바와 같이, 임팩트바가 장착된 사이드도어에 측면 충돌이 발생할 경우에 임팩트바가 충격에 의해 실내로 침입하는 것을 방지할 수 있는 사이드도어의 충격흡수구조에 관한 것으로, 외측패널과 내측패널 사이에 고정 설치된 임팩트바와, 상기 내측패널의 외측에 설치된 완충부재와, 상기 내측패널에 장착되는 도어트림으로 구성된 차량의 사이드도어에 있어서, 상기 완충부재가 설치된 위치와 대응되는 위치에 차량 실내측 방향으로 절곡된 날개부가 구비되어 상기 임팩트바에 용접 접합된 충격분산브라켓이 장착됨에 따라, 임팩트바의 충격량이 충격분산브라켓을 통하여 완충부재에 전달되도록 하여 완충부재에 집중하중이 발생하는 것을 방지하여 완충부재가 충분한 역할을 수행하도록 하여 승객의 안전을 확보할 수가 있는 효과를 제공한다.

상기와 같은 특성을 갖는 임팩트바는 통상 금속, 특히 강철을 기본으로 제작되어, 절단, 절곡, 용접 등의 다소 복잡한 공정을 거쳐 제작된다.

한편, 현재의 자동차 부품들은 연비 특성 향상과 제조 단가를 낮추기 위하여 지속적으로 개량이 진행되고 있으며, 구조체의 경우에는 충분한 강성을 갖는 복합재료의 적용에 대하여 많은 연구가 진행되고 있다.

특히 임팩트바의 경우에는 차량의 외부에 노출되지 않으면서 차량에 가해지는 충격을 흡수하는 역할을 수행하는 부품이므로, 복합재료를 이용하여 제작하는 경우 차량의 경량화에 높은 기여를 할 수 있을 것으로 예상된다.

그러나 복합재료는 제작이 다소 복잡하고 이종 재료가 혼합되어 사용되므로 금속재를 이용한 임팩트바를 대체하기에는 다소 무리가 있어, 생산성이 높으며, 또한 품질이 우수한 새로운 방식의 복합재료로 이루어진 임팩트바의 제조 방법이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 금속제 임팩트바의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로 복합재료를 이용하여 높은 품질과 높은 생산성을 갖는 차량용 사이드 임팩트바 제조 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복합재료와 합성수지를 이용한 자동차용 사이드 임팩트바 제조 방법에 있어서, 복합소재 원단을 필요한 크기로 재단하는 복합재료 재단 공정; 재단된 복합재료를 예비성형을 위하여 예열하는 복합재료 예열 공정; 예열된 복합재료를 예비성형 금형, 금형 코어, 성형 금형으로 이루어진 금형 시스템 중 예비성형 금형에 투입하여 예비 성형하는 복합재료 예비 성형 공정; 예비성형된 복합재료를 사출 성형을 위하여 금형 코어를 회전시키는 금형 회전 공정; 상기 성형 금형을 통하여 수지를 투입하여 복합재료를 둘러싸는 베이스를 생성하는 사출 성형 공정 및 사출 성형이 완료된 임팩트바를 취출하는 취출 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 복합소재 원단은 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드섬유에서 선택된 하나 이상을 평직, 능직, 주자직 또는 일방향(uni-direction) 형태의 직물에 열가소성 수지인 PA, PP가 함침된 프리프레그 형태인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 복합재료 예비 성형 공정에서 복합재료를 10bar 내지 20bar의 압력으로 가압하고, 30초 내지 60초 동안 냉각하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 사출 성형 공정의 수지는 PP, PA 등 팔렛 형태의 원재료에 조방사 섬유(roving fiber)인 GF, CF 등이 컴파운딩된 복합수지인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 사출 성형 공정은 금형 코어와 성형 금형 사이의 제1사출공간을 형성하여 사출하는 1차 사출과 1차 사출 후 성형 금형을 후퇴시켜 상기 금형 코어와 성형 금형 사이에 제2사출공간을 추가로 형성하고, 상기 제2사출공간에 수지를 충진시키는 2차 사출을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 사출 성형 공정은 다음 작업의 복합재료 예비 성형 공정과 동시에 수행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 차량용 사이드 임팩트바 제조 방법은 종래 금속제 사이드 임팩트바의 제조 방법의 복잡성을 개선하여, 복합재료 등을 이용하여 비금속제 형태의 사이드 임팩트바를 제조할 수 있는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 임팩트바를 차량에 적용하는 경우 차량을 경량화할 수 있으며, 연비 개선의 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 방법을 적용하기 위한 임팩트바의 형태를 설명하는 정면도이며,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 사이드 임팩트바 제조 방법의 절차도이며,
도 3은 도 2의 방법에 적용되는 금형 시스템의 구성도이며,
도 4는 도 1의 복합재료 예비 성형 공정 시 금형 배치 구성도이며,
도 5는 도 1의 금형 회전을 설명하는 구성도이며,
도 6은 도 1의 사출 성형을 설명하는 금형 배치 구성이며,
도 7은 도 1의 사출 성형을 설명하는 다른 금형 배치 구성이며,
도 8은 도 1의 취출 공정을 설명하는 금형 배치 구성이다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 차량용 사이드 임팩트바 제조 방법은 도 1에 도시된 바와 같은 임팩트바(10)를 제조하기 위한 방법이나, 상기 임팩트바(10)는 본 발명의 설명을 위한 구성으로 구체적인 형태는 달리 구성할 수 있다.

상기 임팩트바(10)는 두개의 재질로 구성되며, 전체 구성은 베이스(1)를 기본으로 베이스(1) 중간에 복합재료(2)가 삽입되는 구조이며, 특히 상기 복합재료(2)는 전체 임팩트바(10)의 강도를 보강하는 매우 중요한 역할을 한다.

본 발명에 따른 차량용 사이드 임팩트바 제조 방법은 도 2에 도시된 바와 같이, 복합재료 재단 공정(S1), 복합재료 예열 공정(S2), 복합재료 예비 성형 공정(S3), 금형 회전 공정(S4), 사출 성형 공정(S5) 및 취출 공정(S6)을 포함하여 구성된다.

먼저 복합재료 재단 공정(S1)은 복합소재 원단을 필요한 크기로 재단하는 공정이다.

여기서 복합소재 원단은 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드섬유에서 선택된 하나 이상을 평직, 능직, 주자직 또는 일방향(uni-direction) 형태의 직물에 열가소성 수지인 PA, PP가 함침된 프리프레그 형태가 바람직하다.

상기 복합재료 재단 공정(S1)에서 재단된 복합재료(2)는 예열 장치에서 예열하는 복합재료 예열 공정(S2)가 수행된다.

상기 복합재료 예열 공정(S2)은 200~300℃ 사이에서 2~3분 정도 수행되는 것이 바람직하며, 상기 예열 장치는 통상의 복합재료 예열에 사용되는 어떠한 장치도 가능하나, IR-히터가 바람직하다.

상기 복합재료 예열 공정(S2)에 의하여 예열된 복합재료(2)는 도 3에 도시된 금형 시스템(20)에 투입되어 이후 공정이 진행된다.

상기 금형 시스템(20)은 예비성형 금형(21), 금형 코어(22), 성형 금형(23)을 포함하여 구성되며, 상기 예비성형 금형(21)과 성형 금형(23)은 전후로 이동할 수 있으며, 상기 금형 코어(22)는 회전이 가능한 구성이다.

또한, 성형 금형(23)에는 용융된 컴파운딩이 성형 금형(23) 내부로 이동하는 관통홀(24)과 상기 관통홀(24)에 컴파운딩을 공급하는 노즐(25)을 포함한다.

상기 금형 코어(22)는 필요에 따라 180˚로 회전하여 예비성형 또는 성형 공정을 수행할 수 있으며, 금형 코어(22)의 표면에는 각각 예비성형 금형(21)과 성형 금형(23)에 대응되는 동일한 형태의 금형이 형성되어 있다.

여기서, 상기 예비성형 금형(21)은 상기 금형 코어(22)와 결합시에는 복합재료(2)를 가압할 수 있는 공간이 형성되고, 상기 성형 금형(23)은 상기 금형 코어(22)와 결합 시 베이스(1)를 형성할 수 있는 공간이 형성되어 양자는 금형 공간 형성에서만 차이를 나타내나, 상기 공간은 예비성형 금형(21)과 성형 금형(23)의 이동 거리를 조절하면 가능하므로, 금형의 형태는 동일하게 구성할 수 있다.

한편, 상기 복합재료 예열 공정(S2)이 완료되면, 예열된 복합재료(1)를 예비성형 금형(21)에 투입하여 예비성형하는 복합재료 예비 성형 공정(S3)이 수행된다.

상기 복합재료 예비 성형 공정(S3)은 도 4에 도시된 바와 같이, 예비성형 금형(21) 내부에 상기 복합재료(2)를 투입하고, 예비성형 금형(21)을 이동시켜 금형 코어(22)와 결합한다.

그리고, 상기 예비성형 금형(21)을 가압하여 냉각시키며, 이때 가압력은 10bar 내지 20bar 그리고 냉각시간은 30초 내지 60초 정도이다.

가압력이 10bar 미만이 경우에는 복합재료(2)의 성형이 제대로 되지 않으며, 20bar를 초과하는 경우에는 재질에 문제가 발생할 우려가 있다.

또한 냉각시간이 30초 미만이 경우에는 복합재료(2)의 다음 공정에서 높은 온도로 투입되어 문제가 발생할 우려가 있으며, 반대로 60초를 초과하는 경우 너무 낮은 온도로 다음 공정에 투입되어 역시 문제가 발생할 우려가 있다.

상기 공정 조건에서 상기 예열된 복합재료(2)는 적절한 형상으로 성형되며, 이후 사이드 임팩트바(10) 내부에 구조체로 그 역할을 수행한다.

상기 복합재료 예비 성형 공정(S3)이 완료된 후에는 금형 회전 공정(S4)이 수행된다.

상기 금형 회전 공정(S4)은 금형 코어(22)를 회전시켜 상기 복합재료(2)를 상기 성형 금형(23)에 위치시키기 위한 공정이다.

상기 예비 성형 공정(S3)이 완료되면, 상기 예비성형 금형(21)을 후퇴시켜, 금형을 개방하고, 도 5에 도시된 바와 같이, 이후 금형 코어(22)를 180˚로 회전시켜, 금형 코어(22)에 부착된 복합재료(2)를 성형 금형(23)을 향하도록 위치시킨다.

상기 금형 회전 공정(S4)가 수행된 후에는 사출 성형 공정(S5)가 수행된다.

상기 공정(S5)은 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 성형 금형(23)을 전진 시켜, 금형 코어(22)와 성형 금형(23) 사이에 제1사출공간(26)을 형성한다.

이후 상기 노즐(25)을 통하여 수지를 1차 사출하여 상기 제1사출공간(26)에 상기 수지를 충전시킨다.

이후, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 성형 금형(23)을 후퇴시켜 제2사출공간(27)을 형성한 후 다시 노즐(25)을 통하여 수지를 2차 사출하여 제2사출공간(27)에 나머지 수지를 충전시켜, 사이드 임팩터바(10)의 베이스(1) 부분을 완성하고, 1분 정도 냉각시켜 사출 성형 공정(S5)를 완료한다.

여기서, 상기 복합재료(2)는 1차 사출 후에는 수지에 부착되므로, 상기 성형 금형(23)이 후퇴하는 경우 성형 금형(23), 수지 및 복합재료(2)가 동시에 이동하여 제2사출공간(27)이 자연스럽게 형성된다.

상기 사출 성형 공정(S5)에서 사용되는 수지는 PP, PA 등 팔렛 형태의 원재료를 이용할 수도 있으나, 베이스(1)의 강도 향상을 위한 조방사 섬유(roving fiber)인 GF, CF 등이 컴파운딩된 복합수지를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 사출 성형 공정(S5)가 완료되면 취출 공정(S6)이 수행된다.

상기 취출 공정(S6)은 도 8에 도시된 바와 같이, 사출이 완료된 사이드 임팩트바(10)를 적절한 시간 냉각시킨 후에 성형 금형(23)을 후퇴시켜 상기 임팩트바(10)를 배출하여 전체 공정이 완료된다.

특히 본 발명에 따른 차량용 사이드 임팩트바 제조 방법은 상기 금형 시스템(20)의 금형 코어(22)의 구조적 특징과 예비성형 금형(21)과 성형 금형(23)을 개별적으로 제어할 수 있는 구성으로, 예비 성형 공정(S3)과 사출 성형 공정(S5)을 동시에 수행할 수 있는 장점이 있으므로, 임팩트바(10)의 생산 시간을 단축할 수 있는 효과가 있으며, 금형의 형태에 따라 다양한 형상의 임팩트바(10)를 정교하게 제조할 수 있는 장점도 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시 예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시 예들을 모두 포함한다.

1: 베이스 2: 복합재료
20: 금형 시스템 21: 예비성형 금형
22: 금형 코어 23: 성형 금형
24: 관통홀 25: 노즐
26: 제1사출공간 27: 제2사출공간
S1: 복합재료 재단 공정 S2: 복합재료 예열 공정
S3: 복합재료 예비 성형 공정 S4: 금형 회전 공정
S5: 사출 성형 공정 S6: 취출 공정

Claims (6)

1. 복합재료와 합성수지를 이용한 자동차용 사이드 임팩트바 제조 방법에 있어서,
   복합소재 원단을 필요한 크기로 재단하는 복합재료 재단 공정;
   재단된 복합재료를 예비성형을 위하여 예열하는 복합재료 예열 공정;
   예열된 복합재료를 예비성형 금형, 금형 코어, 성형 금형으로 이루어진 금형 시스템 중 예비성형 금형에 투입하여 예비 성형하는 복합재료 예비 성형 공정;
   예비성형된 복합재료를 사출 성형을 위하여 금형 코어를 회전시키는 금형 회전 공정;
   상기 성형 금형을 통하여 수지를 투입하여 복합재료를 둘러싸는 베이스를 생성하는 사출 성형 공정 및
   사출 성형이 완료된 임팩트바를 취출하는 취출 공정을 포함하되,
   상기 사출 성형 공정은 금형 코어와 성형 금형 사이의 제1사출공간을 형성하여 사출하는 1차 사출과 1차 사출 후 성형 금형을 후퇴시켜 상기 금형 코어와 복합재료 사이에 제2사출공간을 추가로 형성하고, 상기 제2사출공간에 수지를 충진시키는 2차 사출을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차용 사이드 임팩트바 제조 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 복합소재 원단은 유리섬유, 탄소섬유 및 아라미드섬유에서 선택된 하나 이상을 평직, 능직, 주자직 또는 일방향(uni-direction) 형태의 직물에 열가소성 수지인 PA, PP가 함침된 프리프레그 형태인 것을 특징으로 하는 자동차용 사이드 임팩트바 제조 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서, 상기 복합재료 예비 성형 공정에서 복합재료를 10bar 내지 20bar의 압력으로 가압하고, 30초 내지 60초 동안 냉각하는 것을 특징으로 하는 자동차용 사이드 임팩트바 제조 방법.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 사출 성형 공정의 수지는 PP, PA 등 팔렛 형태의 원재료에 조방사 섬유(roving fiber)인 GF, CF 등이 컴파운딩된 복합수지인 것을 특징으로 하는 자동차용 사이드 임팩트바 제조 방법.
   
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서, 상기 사출 성형 공정은 다음 작업의 복합재료 예비 성형 공정과 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 자동차용 사이드 임팩트바 제조 방법.
   

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