KR101472683B1 - 차량용 범퍼빔의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 범퍼빔의 제조방법에 관한 것으로, (a) 격자매트와 롱파이버 펠릿을 준비하는 단계와, (b) 금형에 상기 격자매트를 투입하는 단계와, (c) 상기 금형에 상기 롱파이버 펠릿을 공급하여 저압으로 사출하는 단계 및 (d) 상기 금형에서 사출된 범퍼빔을 탈형하는 단계를 포함하되, 상기 (b) 단계에서 상기 격자매트는 프리포밍되지 않은 상온 상태로 개방된 금형에 투입된 후 폐쇄되는 금형의 힘에 의해 범퍼빔의 형상으로 변형되어 안착이 이루어짐으로써 공정 시간을 단축하여 생산성을 극대화할 수 있다.

Description

차량용 범퍼빔의 제조방법{Manufacturing method of bumper beam for vehicle}

본 발명은 차량용 범퍼빔의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정을 최소화하여 생산성을 극대화할 수 있는 차량용 범퍼빔의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 범퍼빔은 차량의 저속 충돌시 충격에너지를 흡수하여 완충 작용을 수행하는 부품을 의미한다. 구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이 범퍼(11)의 내측에 설치되는 범퍼빔(10)은 충돌 및 추돌 사고시 차체의 손상과 인명 피해를 최소화할 수 있도록 충격을 효과적으로 흡수하는 동시에 적절한 내구성이 보장되어야 한다.

따라서 종래의 범퍼빔은 대부분 스틸을 이용하여 제조되었다. 그러나 스틸 범퍼빔은 소재 특성상 중량이 무거워 연비가 낮고, 무거운 중량으로 인해 작업성이 떨어지는 문제점이 있었다. 이에, 최근에는 차량의 경량화를 통한 연비 향상과 작업성 개선을 위해 복합소재를 압축 또는 사출한 범퍼빔이 개발되고 있다.

하지만 복합소재 범퍼빔은 강도가 충분하지 않고, 에너지 흡수력이 낮은 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 보강재를 충진하는 방법을 고려할 수 있으나 제조공정상 필요로 하는 국부 위치에 보강재를 단독으로 충진하기 어려울 뿐 아니라 프리포밍 인서트를 위해서는 선행 작업이 필요하기 때문에 작업성이 떨어지는 것은 마찬가지이다. 특히, 범퍼빔을 압축하여 제조할 경우에는 보강용 리브, 장착홀, 브라켓 등을 일체로 성형하기 어렵기 때문에 후가공이 반드시 수반되어야 한다.

따라서 종래기술에 의하면 제조공정이 복잡하여 양산성이 매우 낮고, 제조비용이 과다하게 소요되는 것은 물론 요구되는 성능도 충족하지 못하는 경우가 대부분이다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 충돌 성능에 요구되는 강도를 충족시키면서 공정을 최소화하여 양산성을 향상시킬 수 있는 차량용 범퍼빔의 제조방법을 제공하는 데 목적이 있다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,

본 발명은 (a) 격자매트와 롱파이버 펠릿을 준비하는 단계와, (b) 금형에 상기 격자매트를 투입하는 단계와, (c) 상기 금형에 상기 롱파이버 펠릿을 공급하여 저압으로 사출하는 단계 및 (d) 상기 금형에서 사출된 범퍼빔을 탈형하는 단계를 포함하되, 상기 (b) 단계에서 상기 격자매트는 프리포밍되지 않은 상온 상태로 개방된 금형에 투입된 후 폐쇄되는 금형의 힘에 의해 범퍼빔의 형상으로 변형되어 안착이 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼빔의 제조방법을 제공한다.

이 경우, 상기 격자매트의 준비 단계는 폴리프로필렌계 수지 및 첨가제를 압출기에 투입한 후 혼합하여 가열, 용융하는 단계와, 유동 상태의 폴리프로필렌계 수지 및 첨가제를 다이에서 압출하는 동시에 연속적으로 압착하는 단계와, 압출물을 미리 성형된 글래스 파이버에 함침하여 와인드하는 단계 및 와인드된 압출물을 격자 형태로 엮어 배열하는 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 롱파이버 펠릿의 준비 단계는 폴리프로필렌계 수지 및 첨가제를 압출기에 투입한 후 혼합하여 가열, 용융하는 단계와, 유동 상태의 폴리프로필렌계 수지 및 첨가제를 다이에서 압출하는 동시에 연속적으로 압착하는 단계 및 압출물을 미리 성형된 글래스 파이버에 함침하여 절단하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 프리포밍되지 않은 상온 상태의 격자매트를 금형에 투입하고, 금형의 힘에 의해 격자매트를 안착시킴으로써 공정 시간을 단축할 수 있을 뿐 아니라 제조비용 및 중량도 최소화할 수 있다.

또한, 프레스 성형이 아닌 인서트 사출 성형을 통해 범퍼빔을 제조함으로써 보강용 리브, 장착홀, 장착 브라켓 등을 일체로 성형할 수 있어 중량을 절감하고 공정을 단축할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 범퍼빔의 장착 상태를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량용 범퍼빔의 제조방법에 의해 제조된 격자매트를 나타낸 사진,
도 3은 본 발명에 따른 차량용 범퍼빔의 제조방법에 의해 제조된 범버핌을 나타낸 사진,
도 4는 장섬유 유리복합소재를 이용하여 사출 성형된 범퍼빔을 나타낸 사진,
도 5는 본 발명에 따라 제조된 범퍼빔의 성능 평가 결과를 나타낸 사진.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 차량용 범퍼빔의 제조방법에 의해 제조된 격자매트를 나타낸 사진이고, 도 3은 본 발명에 따른 차량용 범퍼빔의 제조방법에 의해 제조된 범버핌을 나타낸 사진이며, 도 4는 장섬유 유리복합소재를 이용하여 사출 성형된 범퍼빔을 나타낸 사진이다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 차량용 범퍼빔의 제조방법은 격자매트와 롱파이버 펠릿을 준비하는 단계와, 금형에 격자매트를 투입하는 단계와, 금형에 롱파이버 펠릿을 공급하여 저압으로 사출하는 단계 및 금형에서 사출된 범퍼빔을 탈형하는 단계를 포함한다.

격자매트와 롱파이버 펠릿을 준비하는 단계는 범퍼빔 성형에 사용될 원재료를 준비하는 단계로서 격자매트 제조공정과 롱파이버 펠렛 제조공정을 포함한다.

격자매트의 제조공정은 다음과 같다.

먼저, 40~70중량%의 폴리프로필렌계 수지 및 첨가제를 압출기에 투입한 후 혼합하여 200~250℃로 가열, 용융하고, 유동 상태의 폴리프로필렌계 수지 및 첨가제를 다이에서 압출하는 동시에 연속적으로 압착한다.

다음, 폴리프로필렌계 수지 및 첨가제의 혼합물이 압출되면, 압출물을 미리 성형된 10~60중량%의 글래스 파이버에 함침한 후 와인드(wind)한다. 이 경우, 미리 성형된 글래스 파이버는 장섬유 형태를 갖는다.

마지막으로, 와인드된 압출물을 격자 형태로 엮어 배열하는 위빙(Weaving) 공정을 거치면 도 2에 도시된 바와 같은 격자매트가 완성되며, 이와 같이 제조되는 격자매트는 롱파이버 펠릿에 의해 사출 성형되는 범퍼빔의 강성을 보강하는 역할을 하게 된다.

롱파이버 펠릿의 제조공정은 다음과 같다.

먼저, 폴리프로필렌계 수지 및 첨가제를 압출기에 투입한 후 혼합하여 200~250℃로 가열, 용융하고, 유동 상태의 폴리프로필렌계 수지 및 첨가제를 다이에서 압출하는 동시에 연속적으로 압착한다.

이후, 폴리프로필렌계 수지 및 첨가제의 압출물을 미리 성형된 글래스 파이버에 함침하고, 8~15mm 정도로 절단하면 롱파이버 펠릿이 완성된다.

이상으로 격자매트와 롱파이버 펠릿의 제조방법을 설명하였다. 그러나 본 발명에서 격자매트와 롱파이버 펠릿의 제조방법이 상술한 바로 한정되는 것은 아니며 공지된 다양한 방법을 적용할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

격자매트와 롱파이버 펠릿이 제조되면 범퍼빔의 성형을 위한 금형 내 캐비티에 격자매트를 투입한다. 이 경우, 본 발명에서는 금형 내 캐비티에 투입된 격자매트가 금형의 힘에 의해 범퍼빔의 형상으로 변형되는 것을 기술적 특징으로 한다.

구체적으로, 격자매트의 인서트 사출을 위해 금형을 개방하고 금형 내 캐비티에 격자매트를 투입한 후 금형을 닫는데, 이 경우 격자매트는 가열되지 않은 상온 상태로 투입되어 닫히는 금형의 힘에 의해 범퍼빔의 형상으로 자연스럽게 변형된다. 따라서 격자매트는 별도의 프리포밍 공정을 거칠 필요가 없으며, 이로 인해 공정 시간이 현저하게 단축되는 것은 물론 제조원가 및 중량도 최소화할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 금형 내 캐비티에 격자매트가 투입되면 금형을 닫고, 금형 내 캐비티에 롱파이버 펠릿을 공급하여 사출 성형한다. 즉, 격자매트를 상온 또는 180℃로 가열하여 범퍼 빔 금형에 안착시킨 후 금형을 닫고, 롱파이버 펠릿을 사출 충전하여 고화 또는 경화시키면 도 3에 도시된 바와 같이 격자매트가 인서트 사출된 범퍼빔이 성형된다.

참고적으로, 도 4에는 본 발명에 따라 제조된 범퍼빔과 비교하기 위해 장섬유 유리복합소재만으로 사출 성형된 범퍼빔을 나타내었다. 도 3과 도 4를 비교하면, 본 발명에 따라 제조된 범퍼빔의 경우 범퍼빔의 전면에 격자매트가 형성되어 있음을 알 수 있으며, 이러한 격자매트에 의해 범퍼빔의 강성이 보강되어 요구되는 충돌 성능을 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 이상에서 설명한 바와 같이 사출을 통해 폴리프로필렌계 범퍼빔을 성형함으로써 범퍼빔의 보강용 리브, 장착홀, 장착 브라켓 등과 같은 구성이 일체로 성형될 수 있기 때문에 제조 공정의 단축을 통해 생산성을 극대화할 수 있다.

한편, 본 발명에 따라 제조된 범퍼빔의 성능을 평가하기 위해 저속충돌시험(2.5mile/hour)을 실시하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.

구체적으로, 도 5의 좌측 사진은 본 발명의 격자매트를 제외하고 사출성형만으로 제조된 범퍼빔의 저속충돌시험결과를 나타낸 것이고, 도 5의 우측 사진은 본 발명에 따라 격자매트를 인서트하여 사출성형한 범퍼빔의 저속충돌시험결과를 나타낸 것이다. 도 5로부터 본 발명에 따라 격자매트를 인서트하여 사출성형한 범퍼빔이 충돌시 양호한 결과를 나타내는 것을 확인할 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 범위는 상술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위, 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (3)

1. (a) 격자매트와 롱파이버 펠릿을 준비하는 단계와, (b) 금형에 상기 격자매트를 투입하는 단계와, (c) 상기 금형에 상기 롱파이버 펠릿을 공급하여 저압으로 사출하는 단계 및 (d) 상기 금형에서 사출된 범퍼빔을 탈형하는 단계를 포함하되, 상기 (b) 단계에서 상기 격자매트는 프리포밍되지 않은 상온 상태로 개방된 금형에 투입된 후 폐쇄되는 금형의 힘에 의해 범퍼빔의 형상으로 변형되어 안착이 이루어지는 차량용 범퍼빔의 제조방법에 있어서,
   상기 격자매트의 준비 단계는 폴리프로필렌계 수지 및 첨가제를 압출기에 투입한 후 혼합하여 가열, 용융하는 단계와, 유동 상태의 폴리프로필렌계 수지 및 첨가제를 다이에서 압출하는 동시에 글래스 파이버에 함침하여 와인드하는 단계 및 와인드된 압출물을 격자 형태로 엮어 배열하는 위빙(Weaving) 단계를 포함하여, 글래스 파이버가 함침 단계를 거친 후 직조됨으로써 함침 비율이 향상된 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼빔의 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 롱파이버 펠릿의 준비 단계는 폴리프로필렌계 수지 및 첨가제를 압출기에 투입한 후 혼합하여 가열, 용융하는 단계와, 유동 상태의 폴리프로필렌계 수지 및 첨가제를 다이에서 압출하는 동시에 연속적으로 압착하는 단계 및 압출물을 미리 성형된 글래스 파이버에 함침하여 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 범퍼빔의 제조방법.

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