KR101657834B1 - 초고강도 토션빔의 제조방법 - Google Patents

초고강도 토션빔의 제조방법 Download PDF

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KR101657834B1
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Abstract

본 발명은 판재를 롤포밍 방식에 의해 가공하여, 높이방향으로 평행하게 형성되는 평판부와, 상기 평판부의 양단부에 구비되는 라운드부를 포함하고, 인장강도 980MPa급 이상의 강재로 구비되는 평판형 튜브를 준비하는 소재준비공정; 상기 평판형 튜브를 프리포밍 금형을 이용하여 예비성형체로 성형하는 프리포밍 공정; 및, 상기 예비성형체를 하이드로포밍 금형에 안착시키고, 액압을 가하여 토션빔의 최종적인 형상으로 성형하는 하이드로포밍 공정;을 포함하고, 상기 프리포밍 공정은, 지지금형에 상기 평판형 튜브를 배치하는 단계; 상기 평판형 튜브의 양단부로 사이드펀치를 삽입시키는 단계; 및, 상기 사이드펀치가 삽입된 상태에서, 성형펀치를 이동시켜 상기 평판형 튜브를 가압하여, 상기 평판형 튜브의 길이보다 짧은 길이를 가지는 V자형 성형홈을 가지는 상기 예비성형체로 성형하는 단계;를 포함하고, 상기 토션빔은, V자형 성형홈을 구비하는 빔본체부와, 상기 빔본체부의 양단부에 구비되고 트레일링암과의 결합부분을 제공하는 결합단부를 포함하고, 상기 빔본체부는, V형 단면부와, 상기 V형 단면부의 양단에 구비되는 물방울형상 단면부를 구비하는 초고강도 토션빔의 제조방법을 제공한다.

Description

초고강도 토션빔의 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR TORSION BEAM HAVING ULTRA HIGH STRENGTH}
본 발명은 초고강도 토션빔의 제조방법에 관한 것으로서, 기존의 토션빔의 제조방식에 비해 제조비용을 절감하면서도, 우수한 강도를 확보가 가능한 초고강도 토션빔의 제조방법에 관한 것이다.
차량의 CTBA(Coupled Torsion Beam Axle)는 구조가 간단하여 소형 승용차에 많이 적용되고, 차량을 지탱하는 역할을 한다. 크게 토션빔과 양쪽에 결합되는 트레일링암으로 구성된다.
주로 중소형 자동차의 뒷바퀴축에 적용되는 현가장치의 일부 구성으로서 토션빔의 좌우에 트레일링 암 (Trailing Arm)이 결합될 수 있다.
CTBA는 주로 소형차에 장착되는 현가장치로 다른 현가장치에 비하여 구조가 간단하고 소요되는 부품수가 적으며 경량화가 가능한 장점을 가지고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술의 경우에는 전기저항용접(ERW) 조관라인 등을 통해 원형 튜브로 만들고, 원형튜브(1)를 냉간프레스 등의 냉간성형 방식에 의해 'V 형' 단면을 가지는 토션빔으로 제작할 수 있다.
도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 조관라인을 통해 제조된 원형튜브(1)를 상부금형(2)과 하부금형(3)의 내부에 배치하고, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 펀치(4)를 하강시켜 원형튜브(1)를 가압하여 토션빔(5)을 제조할 수 있다.
하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 토션빔을 'V' 형 단면으로의 냉간 성형하는 과정에서 과도한 변형이 발생할 수 있고, 특히, 'V형' 단면의 상측의 물방울모양의 내측부에서 크랙이 빈번하게 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 현재에는 냉간성형 방법에 의해 토션빔을 제조할 경우, 적용될 수 있는 강재의 인장강도의 한계는 780MPa급 정도이고, 최근에는 중형차에도 CTBA가 적용되면서 초고강도의 토션빔이 요구되고 있다.
하지만, 인장강도의 한계를 상회하는 인장강도를 가지는 초고강도 강재의 경우는 종래의 냉간성형 방법에 의한 제조가 곤란하고, 종래의 방식에 의해 초고강도 토션빔을 제조시에는 빈번하게 불량이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
또한, 이러한 냉간성형 방법의 단점을 보완하기 위해서, 후열처리 또는 핫프레스포밍과 같은 열간성형 방법의 도입이 고려될 수 있으나, 냉간성형 방식에 비하여 비용이 과대해지는 문제점이 있다.
따라서, 저비용의 냉간성형 방법을 활용하여 토션빔을 제조하면서도, 기가급의 초고강도를 가지는 토션빔을 제조할 수 있는 제조방법의 개발이 절실한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 토션빔의 제조방법에서 발생되는 요구 또는 문제들 중 적어도 어느 하나를 인식하여 이루어진 것이다.
본 발명은 일 측면으로서, 저비용의 냉간성형 방법을 활용하면서도 초고강도를 가지는 토션빔을 제조할 수 있는 초고강도 토션빔의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 일 측면으로서, 종래의 방식에 의해 토션빔을 제조시 발생할 수 있는 크랙 등의 토션빔 제조상의 결함을 최소화할 수 있는 초고강도 토션빔의 제조방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 일 측면으로서, 본 발명은 판재를 롤포밍 방식에 의해 가공하여, 높이방향으로 평행하게 형성되는 평판부와, 상기 평판부의 양단부에 구비되는 라운드부를 포함하고, 인장강도 980MPa급 이상의 강재로 구비되는 평판형 튜브를 준비하는 소재준비공정; 상기 평판형 튜브를 프리포밍 금형을 이용하여 예비성형체로 성형하는 프리포밍 공정; 및, 상기 예비성형체를 하이드로포밍 금형에 안착시키고, 액압을 가하여 토션빔의 최종적인 형상으로 성형하는 하이드로포밍 공정;을 포함하고, 상기 프리포밍 공정은, 지지금형에 상기 평판형 튜브를 배치하는 단계; 상기 평판형 튜브의 양단부로 사이드펀치를 삽입시키는 단계; 및, 상기 사이드펀치가 삽입된 상태에서, 성형펀치를 이동시켜 상기 평판형 튜브를 가압하여, 상기 평판형 튜브의 길이보다 짧은 길이를 가지는 V자형 성형홈을 가지는 상기 예비성형체로 성형하는 단계;를 포함하고, 상기 토션빔은, V자형 성형홈을 구비하는 빔본체부와, 상기 빔본체부의 양단부에 구비되고 트레일링암과의 결합부분을 제공하는 결합단부를 포함하고, 상기 빔본체부는, V형 단면부와, 상기 V형 단면부의 양단에 구비되는 물방울형상 단면부를 구비하는 초고강도 토션빔의 제조방법을 제공한다.
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바람직하게, 하이드로포밍 공정은, 상기 하이드로포밍 금형에 상기 예비성형체를 배치하는 단계; 상기 예비성형체에 고압의 액체를 주입하여, 상기 예비성형체를 상기 토션빔의 최종적인 형상으로 성형하는 단계;를 포함할 수 있다.
바람직하게, 평판형 튜브는 인장강도 980MPa급 이상의 강재로 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 토션빔은, 마주보는 평행한 면사이의 높이인 평판형 튜브의 두께(D2)는 상기 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)의 1.25 ~ 1.56 배로 구비될 수 있다.
바람직하게, 프리포밍 공정과 상기 하이드로포밍 공정은 냉간성형 방법에 의해 이루어질 수 있다.
이상에서와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 평판형의 튜브를 활용하여 프리포밍 공정 및, 하이드로포밍 공정을 거쳐 토션빔을 제조함으로써, 저비용의 냉간성형 방법을 활용하여 비용이 절감되면서도 충분한 하중성능을 발휘할 수 있는 초고강도를 가지는 토션빔을 제조할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 종래의 방식에 의해 토션빔을 제조시 발생할 수 있는 크랙 등의 토션빔 제조상의 결함을 최소화하면서도 기가급의 초고강도 토션빔을 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 원형튜브를 활용한 토션빔의 제조공정을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 제조공정에 의해 토션빔을 제조시 토션빔의 두께 감소율의 분포를 나타낸 성형해석결과와, A-A' 방향 토션빔의 단면에 크랙이 발생된 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 평판형 튜브 본 발명의 초고강도 토셔빔의 제조에 있어서 소재로 사용되는 평판형 튜브를 도시한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 프리포밍 공정에 사용되는 프리포밍 금형과 평판형 튜브의 배치상태를 도시한 도면이다.
도 4b는 프리포밍 공정에 의해 제조된 예비성형체의 두께감소율의 분포를 나타낸 성형해석결과를 도시한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 하이드로포밍 공정에 사용되는 하이드로포밍 금형과 예비성형체의 배치상태를 도시한 도면이다.
도 5b는 하이드로포밍 공정에 의해 제조된 최종적인 형상의 토션빔의 두께감소율의 분포를 나타낸 성형해석결과를 도시한 도면이다.
도 6의 (a)는 본 발명의 프리포밍 공정을 거친 예비성형체의 B-B' 방향 단면도이고, 도 6의 (b)는 본 발명의 하이드로포밍 공정을 거친 초고강도 토션빔의 C-C' 방향 단면도이다.
도 7 내지 도 9는, 물방울형상 단면부의 최대두께와 평판형 튜브의 두께의 비율에 따른 프리포밍 금형과의 간섭 여부 및, 이에 따른 2차원 성형해석결과를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 초고강도 토션빔의 제조방법에 관하여 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 초고강도 토션빔의 제조방법은 적어도 일부의 마주보는 면이 평행한 평판형 튜브(100)를 준비하는 소재준비공정과, 상기 평판형 튜브(100)를 프리포밍 금형(400)을 이용하여 예비성형체(200)로 성형하는 프리포밍 공정 및, 상기 예비성형체(200)를 하이드로포밍 금형(500)에 안착시키고, 액압을 가하여 토션빔의 최종적인 형상으로 성형하는 하이드로포밍 공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 초고강도 토션빔의 제조방법은 종래의 조관된 원형 튜브 대신에 평판형 튜브(100)를 활용하여 프리포밍 공정과 하이드로포밍 공정을 거치면서 토션빔을 생산하는 초고강도 토션빔의 제조방법이다.
평판형의 튜브를 활용하여 프리포밍 공정 및, 하이드로포밍 공정을 거쳐 토션빔을 제조함으로써, 저비용의 냉간성형 방법을 활용하여 비용이 절감되면서도 충분한 하중성능을 발휘할 수 있는 초고강도를 가지는 토션빔을 제조할 수 있는 효과가 있다.
소재준비공정은, 판재를 롤포밍 방식에 의해 가공하여, 높이방향으로 평행하게 형성되는 평판부(110)와, 상기 평판부(110)의 양단부에 구비되는 라운드부(130)를 포함하는 상기 평판형 튜브(100)로 롤포밍할 수 있다.
평판형 튜브(100)의 둘레방향의 길이는 최종적인 초고강도 토션빔(300)의 둘레방향의 길이와 동일하거나, 약간 작게 구성할 수 있다.
이때, 평판형 튜브(100)의 둘레방향의 길이는 최종적인 초고강도 토션빔(300)의 둘레방향의 길이의 97% ~ 100%의 길이로 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술의 경우에는 전기저항용접(ERW) 조관라인을 통해 원형 튜브로 만들고, 원형튜브(1)를 냉간프레스 등의 냉간성형 방식에 의해 'V 형' 단면을 가지는 토션빔으로 제작할 수 있다.
하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 토션빔을 'V' 형 단면으로의 냉간 성형하는 과정에서 과도한 변형이 발생할 수 있고, 특히, 'V형' 단면의 상측의 물방울형상의 단면부의 내측부에서 크랙(C)이 빈번하게 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같이, 롤포밍 방식에 의해서 판재를 성형된 평판형 튜브(100)를 프리포밍 공정과, 하이드로포밍 공정을 거쳐 높은 인장하중을 가지는 초고강도 토션빔(300)으로 제조할 수 있다.
이와 같이, 롤포밍 방식에 의해 가공된 평판형 튜브(100)를 활용하여 토션빔을 제조함으로써, 도 4에 도시된 바와 같이, 평판형 튜브(100)를 프리포밍 금형(400)을 이용하여 예비성형체(200)로 성형할 경우 종래의 성형해석결과와는 달리 예비성형체(200)의 단부에 크랙이 발생하거나, 과도하게 두께가 감소되지 않음을 알 수 있다.
반면에, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 방식에 의해 토션빔의 제조할 경우, 토션빔의 단부에 과도한 두께변형이 발생하여 크랙(C) 등의 결함이 발생하는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 초고강도 토션빔(300)의 경우에는, 종래의 조관된 원형튜브(1)를 활용하여 토션빔을 활용하는 경우와는 달리 토션빔의 제조시 발생할 수 있는 크랙 등의 제조상의 결함이 최소화될 수 있고, 인장강도가 큰 980MPa급 이상의 강재를 활용하여 토션빔을 제조할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 충분한 인장강도를 가지는 초고강도 토션빔(300)을 제조할 수 있어, 종래에 소형차에 주로 적용되던 차량의 CTBA(Coupled Torsion Beam Axle)를 제조비용의 과도한 소모 없이도 중형차에도 적용할 수 있고 효과가 있다.
물론, 종래의 경우에도 차량의 CTBA를 중형차에 적용하는 경우가 있었으나, 충분한 인장강도의 확보를 위해 후열처리 또는 핫프레스포밍과 같은 열간성형 방법의 도입하여 제작되는 점에서, 본 발명의 냉간성형 방식에 냉간성형 방식에 비하여 비용이 과대해지는 문제점이 있다.
평판형 튜브(100)를 롤포밍 방식에 의해 제조하기 위해서는 먼저 강재로 된 판재를 준비한다. 이 판재는 인장강도 980MPa급 이상의 강재로 구성될 수 있고, 평판형 튜브(100)는 980MPa급 이상의 강재로 구성된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 조관라인을 통해 제조된 원형 튜브를 활용하여 토션빔을 제조할 경우에는, 성형 중의 과도한 변형으로 물방울형상 단면부의 내측부에 크랙(C)이 빈번하게 발생하여 인장강도 780MPa급 까지의 소재를 성형하는 것이 가능할 뿐이고, 그 이상의 인장강도를 가지는 소재를 성형하는 것은 불가능했다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 평판형 튜브(100)는, 높이방향으로 평행하게 형성되는 평판부(110)와, 상기 평판부(110)의 양단부에 구비되는 라운드부(130)를 포함할 수 있다.
도 3의 (b)는 도 3의 (a)에 도시된, 평판형 튜브(100)의 단면을 도시한 도면으로, 도 4에 도시된 프리포밍 공정에서 프리포밍 금형(400)과 평판형 튜브(100)가 간섭되면서 평판형 튜브(100)가 프리포밍 금형(400)에 의해 씹히면서 발생되는 결함인 펀칭결함을 방지하기 위해, 평판형 튜브의 두께(D2)는 성형하고자 하는 토션빔의 최종형상의 양단부에 형성되는 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)의 비율이 조절될 필요성이 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 프리포밍 공정은, 상기 지지금형(410)에 상기 평판형 튜브(100)를 배치하는 단계와, 상기 평판형 튜브(100)의 양단부로 사이드펀치(430)를 삽입시키는 단계 및, 상기 사이드펀치(430)가 삽입된 상태에서, 성형펀치(450)를 이동시켜 상기 평판형 튜브(100)를 가압하여 V자형 성형홈을 가지는 상기 예비성형체(200)로 성형하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 예비성형체(200)에 형성된 V자형 성형홈의 길이는 상기 평판형 튜브(100)의 길이보다 짧게 구비될 수 있다.
프리포밍 금형(400)은, 상기 평판형 튜브(100)의 양단부로 내입되는 사이드펀치(430)와, 상기 평판형 튜브(100)를 일측에서 지지하는 지지금형(410) 및, 상기 평판형 튜브(100)가 지지금형(410)에 거치된 상태에서 상하방향에서 가압하는 성형펀치(450)를 구비할 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 평판형 튜브(100)의 하부에는 지지금형(410)이 배치되고, 평판형 튜브(100)의 상측에는 성형펀치(450)가 배치되고, 평판형 튜브(100)의 양단부에는 사이드펀치(430)가 배치될 수 있다.
지지금형(410)에는 평판형 튜브(100)의 길이보다 짧은 길이를 가지는 성형홈이 존재하고, 지지금형(410)의 양단부에는 성형홈이 형성되지 않는다. 이때, 성형홈은 V형 단면을 가지는 홈으로 구성될 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 지지금형(410)이 배치되고 지지금형(410)의 상측에 평판형 튜브(100)가 거치될 수 있다.
한쌍의 사이드펀치(430)를 평판형 튜브(100)의 양단부로 삽입하여 평판형 튜브(100)의 양단부가 타원형으로 유지된 상태에서, 상기 성형펀치(450)가 하강되어 평판형 튜브(100)를 예비성형체(200)로 성형하게 된다.
성형펀치(450)가 평판형 튜브(100)의 센터부를 가압하면서, 평판형 튜브(100)의 하부에 배치된 지지금형(410)의 성형홈과, 상부에 배치되는 성형펀치(450)의 형상에 따라 평판형 튜브(100)가 프리포밍 금형(400)의 형상과 같이 성형될 수 있다.
성형펀치(450)는 상기 평판형 튜브(100)를 V형 단면을 가지는 예비성형체(200)로 성형하기 위해 V형의 펀치부재로 구비될 수 있다.
성형펀치(450)는 지지금형(410)에 배치된 평판형 튜브(100)의 길이보다 짧게 구성되어 평판형 튜브(100)의 센터부를 프리포밍 성형하고, 평판형 튜브(100)의 양단부는 성형펀치(450)에 의해 프리모밍 성형되지 않는다.
따라서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 예비성형체(200)의 양단부는 평판형 튜브(100)의 양단면의 형상인 타원형의 단면을 유지할 수 있다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 하이드로포밍 공정은, 상기 하이드로포밍 금형(500)에 상기 예비성형체(200)를 배치하는 단계와, 배치된 상기 예비성형체(200)에 고압의 액체를 주입하여, 상기 예비성형체(200)를 상기 토션빔의 최종적인 형상으로 성형하는 단계를 포함할 수 있다.
하이드로포밍 공정은 프리포밍 공정을 거친 예비성형체(200)를 최종적인 토션빔의 형상으로 성형하는 공정이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 프리포밍 공정에 의해 성형된 예비성형체(200)를 사이에 두고 상부금형(510)과 하부금형(530)을 배치한 상태에서 예비성형체(200)의 양단부를 통해 고압의 액체를 주입하여, 도 5b에 도시된 바와 같은 최종적인 형상의 토션빔을 제조할 수 있다.
도 6의 (a)는 프리포밍 공정을 거친 예비성형체(200)의 B-B' 방향의 단면도이고, 도 6의 (b)는 하이드로포밍 공정을 거친 최종적인 형상의 토션빔의 C-C' 방향의 단면도를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 프리포밍 공정은 평판형 튜브(100)를 프리포밍 금형(400)에 의해 가압하여 성형하는바, 프리포밍 공정을 거친 예비성형체(200)의 단면은 최종적인 토션빔의 단면보다 다소 축소될 수 있다.
즉, 예비성형체의 물방울형상 단면부의 최대두께(D3)는 초고강도 토션빔의 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)보다 작게 형성된다.
따라서, 예비성형체(200)를 최종적인 형상의 토션빔으로 성형하기 위해 예비성형체(200)의 내부로 고압의 액체를 주입하는 하이드로포밍 공정을 통해 최종적인 형상의 토션빔이 제조될 수 있다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 평판형 튜브(100)는, 높이방향으로 평행하게 형성되는 평판부(110)와, 상기 평판부(110)의 양단부에 구비되는 라운드부(130)를 포함할 수 있다.
도 3의 (b)는 도 3의 (a)에 도시된, 평판형 튜브(100)의 단면을 도시한 도면으로, 도 4에 도시된 프리포밍 공정에서 프리포밍 금형(400)과 평판형 튜브(100)가 간섭되면서 평판형 튜브(100)가 프리포밍 금형(400)에 의해 씹히면서 발생되는 결함인 펀칭결함을 방지하기 위해, 평판형 튜브의 두께(D2)는 성형하고자 하는 토션빔의 최종형상의 양단부에 형성되는 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)의 비율이 조절될 필요성이 있다.
본 발명의 제조방방의 프리포밍 공정과 상기 하이드로포밍 공정은 냉간성형 방법에 의해 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 초고강도 토션빔의 제조방법은 평판형 튜브(100)를 활용함으로써, 냉간성형 방법을 활용하여 토션빔의 제조비용이 절감되면서도 충분한 하중성능을 발휘할 수 있는 초고강도를 가지는 토션빔을 제조할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같은, 종래의 냉간성형 방법의 경우에는 제조가능한 소재의 인장강도의 한계가 780MPa 정도였으나, 본 발명은 평판형 튜브(100)를 활용함으로써, 냉간성형 방법을 활용하여 980MPa 이상의 인장강도를 가지는 초고강도 토션빔(300)의 제조가 가능해질 수 있다.
따라서, 본 발명의 초고강도 토션빔의 제조방법은 평판형 튜브(100)를 활용함으로써, 종래에 소형차에 주로 적용되던 차량의 CTBA(Coupled Torsion Beam Axle)를 제조비용의 과도한 소모 없이도 중형차에도 적용할 수 있게 되었다.
물론, 종래의 경우에도 차량의 CTBA를 중형차에 적용하는 경우가 있었으나, 충분한 인장강도의 확보를 위해 후열처리 또는 핫프레스포밍과 같은 열간성형 방법의 도입하여 제작되는 점에서, 본 발명의 냉간성형 방식에 냉간성형 방식에 비하여 비용이 과대해지는 문제점이 있었다.
이와 같이, 본 발명의 초고강도 토션빔의 제조방법은 충분한 인장강도를 가지는 초고강도 토션빔(300)을 제조할 수 있어, 종래에 소형차에 주로 적용되던 차량의 CTBA(Coupled Torsion Beam Axle)를 제조비용의 과도한 소모 없이도 중형차에도 적용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 제조 방법에 의하면, 프리포밍 공정과 하이드로포밍 공정을 거쳐 최종적인 형상의 토션빔이 제조될 수 있고, 평판형 튜브(100)를 예비성형체(200)로 프리포밍하는 공정과, 예비성형체(200)를 최종적인 토션빔의 형상으로 하이드로포밍 공정을 거쳐 제조된 최종적인 형상의 토션빔의 두께의 감소율이 작아질 수 있어, 토션빔을 제조시 발생할 수 있는 제조상의 결함이 저감될 수 있는 효과가 있다.
도 4b는 평판형 튜브(100)가 프리포밍 공정을 통해 예비성형체(200)로 성형되는 과정에서의 두께감소율(단위: %)을 도시한 성형해석결과이다.
본 발명의 경우, 평판형 튜브(100)가 프리포밍 공정을 거쳐 예비성형체(200)로 성형되는 과정에서의 최대 두께감소율은 약 4.6%로 목표설정값인 10% 미만으로, 프리포밍 공정에 의해 충분히 성형 가능한 범위 내의 두께감소율의 값을 가지고 있음을 알 수 있다.
도 5b는 프리포밍된 예빙성형체가 하이드로 포밍 공정을 통해 최종적인 토션빔으로 성형되는 과정에서의 두께감소율(단위: %)을 도시한 성형해석결과이다.
본 발명의 경우, 프리포밍 공정과 하이드로포밍 공정을 거쳐 최종적인 토션빔으로 성형되는 과정에서의 최종 최대 두께감소율은 약 7.5%로 목표설정값인 10% 미만으로, 프리포밍 공정에 의해 충분히 성형 가능한 범위 내의 두께감소율의 값을 가지고 있음을 알 수 있다.
즉, 본 발명은 평판형 튜브(100)를 프리포밍 공정을 통해 예비성형체(200)로 성형하고, 제조된 예비성형체(200)를 하이드로포밍 공정에 의해 최종적인 토션빔의 형상으로 제조됨으로써, 종래와는 달리 최종적인 형상의 토션빔의 제조과정에서의 두께의 감소율이 작아질 수 있어, 토션빔 제조상의 결함이 저감될 수 있어, 다양한 형상의 초고강도 토션빔(300)이 용이하게 제조될 수 있는 효과가 있다.
평판형 튜브의 두께(D2)가 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)에 비해 과도하게 작거나, 과도하게 큰 경우에는 프리포밍 하는 과정에서 평판형 튜브(100)와 프리포밍 금형(400)간에 간섭이 발생하여 펀칭결함이 발생할 수 있다.
평판형 튜브의 두께(D2)가 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)에 비해 과도하게 작은 경우에는, 프리포밍 과정에서 평판형 튜브(100)의 폭이 과도하게 길어질 수 있어, 프리포밍 금형(400)의 외부로 예비성형체(200)가 돌출되면서 프리포밍 금형(400)과 간섭되면서 펀칭결함이 발생할 수 있다.
평판형 튜브의 두께(D2)가 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)에 비해 과도하게 큰 경우에는, 프리포밍 과정에 의해 성형된 예비성형체(200)의 높이가 토션빔의 물방울형상 단면부의 범위를 벗어나게 되면서 프리포밍 금형(400)과의 간섭이 발생하여 펀칭결함이 발생할 수 있다.
차량의 CTBA(Coupled Torsion Beam Axle)는 토션빔과 양단부에 결합되는 트레일링암으로 구성될 수 있는데, 본 발명의 초고강도 토션빔(300)의 양단부에는 트레일링암이 결합되는 결합단부(330)가 형성될 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 초고강도 토션빔(300)은, V자형 성형홈(311)을 구비하는 빔본체부(310)와, 상기 빔본체부(310)의 양단부에 구비되고 트레일링암과의 결합부분을 제공하는 결합단부(330)를 포함할 수 있다.
빔본체부(310)는, V형 단면부(313)와, 상기 V형 단면부(313)의 양단에 구비되는 물방울형상 단면부(315)를 구비하고, 마주보는 평행한 면사이의 높이인 평판형 튜브의 두께(D2)는 상기 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)의 1.25 ~ 1.56 배로 구비될 수 있다.
평판형 튜브의 두께(D2)는 상기 토션빔의 최종적인 형상의 양단부에 형성되는 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)의 1.25 ~ 1.56 배로 구비될 수 있다.
물방울형상 단면부의 최대두께(D1)는 도 5b에 도시된 바와 같이, 프리포밍 공정과 하이드로포밍 공정을 거쳐 형성된 최종적인 토션빔의 중앙부분의 단면의 양단부에 형성되는 타원형부분의 최대두께이고, 평판형 튜브의 두께(D2)는 상측의 평판부(110)의 상측면과 하측의 평판부(110)의 하부면 사이의 높이를 말한다.
앞서 설명한 바와 같이, 평판형 튜브의 두께(D2)가 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)에 비해 과도하게 작거나, 과도하게 큰 경우에는 프리포밍 하는 과정에서 평판형 튜브(100)와 프리포밍 금형(400)간에 간섭이 발생하여 펀칭결함을 방지하기 위해서는, 평판형 튜브의 두께(D2)는 상기 토션빔의 최종적인 형상의 양단부에 형성되는 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)의 1.25 ~ 1.56 배로 형성되는 것이 바람직할 수 있다
도 7 내지 도 9는, 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)와 평판형 튜브의 두께(D2)의 비율에 따른 2차원 성형해석결과를 도시한 도면이다.
도 7 내지 도 9는, 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)와 평판형 튜브의 두께(D2)의 비율에 따른 프리포밍 금형(400)과의 간섭 여부 및, 이에 따른 2차원 성형해석결과를 도시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 평판형 튜브의 두께(D2)가 상기 토션빔의 최종적인 형상의 양단부에 형성되는 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)의 1.25배 미만의 값을 가질 경우에는, 프리포밍 과정에서 평판형 튜브(100)의 폭이 과도하게 길어질 수 있어, 프리포밍 금형(400)의 외부로 예비성형체(200)가 돌출되면서 프리포밍 금형(400)과 간섭되면서 펀칭결함이 발생하는 문제점이 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 평판형 튜브의 두께(D2)가 상기 토션빔의 최종적인 형상의 양단부에 형성되는 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)의 1.56배를 초과하는 경우에는, 프리포밍 과정에 의해 성형된 예비성형체(200)의 높이가 물방울형상 단면부의 범위를 벗어나게 되면서 프리포밍 금형(400)과의 간섭이 발생하여 펀칭결함이 발생할 수 있다.
따라서, 평판형 튜브의 두께(D2)는 상기 토션빔의 최종적인 형상의 양단부에 형성되는 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)의 1.25 ~ 1.56 배의 범위의 값으로 설정되는 것이 가장 바람직할 수 있다.
먼저, 이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 원형튜브 2: 상부금형
3: 하부금형 4: 펀치
5: 토션빔 100: 평판형 튜브
110: 평판부 130: 라운드부
200: 예비성형체 300: 초고강도 토션빔
310: 빔본체부 311: 성형홈
313: V자형 단면부 315: 물방울형상 단면부
330: 결합단부
400: 프리포밍 금형 410: 지지금형
430: 사이드펀치 450: 성형펀치
500: 하이드로포밍 금형 510: 상부금형
530: 하부금형 C: 크랙
D1: 물방울형상 단면부의 최대두께
D2: 평판형 튜브의 두께
D3: 예비성형체의 물방울형상 단면부의 최대두께

Claims (7)

  1. 판재를 롤포밍 방식에 의해 가공하여, 높이방향으로 평행하게 형성되는 평판부와, 상기 평판부의 양단부에 구비되는 라운드부를 포함하고, 인장강도 980MPa급 이상의 강재로 구비되는 평판형 튜브를 준비하는 소재준비공정;
    상기 평판형 튜브를 프리포밍 금형을 이용하여 예비성형체로 성형하는 프리포밍 공정; 및,
    상기 예비성형체를 하이드로포밍 금형에 안착시키고, 액압을 가하여 토션빔의 최종적인 형상으로 성형하는 하이드로포밍 공정;을 포함하고,
    상기 프리포밍 공정은,
    지지금형에 상기 평판형 튜브를 배치하는 단계;
    상기 평판형 튜브의 양단부로 사이드펀치를 삽입시키는 단계; 및,
    상기 사이드펀치가 삽입된 상태에서, 성형펀치를 이동시켜 상기 평판형 튜브를 가압하여, 상기 평판형 튜브의 길이보다 짧은 길이를 가지는 V자형 성형홈을 가지는 상기 예비성형체로 성형하는 단계;를 포함하고,
    상기 토션빔은,
    V자형 성형홈을 구비하는 빔본체부와, 상기 빔본체부의 양단부에 구비되고 트레일링암과의 결합부분을 제공하는 결합단부를 포함하고,
    상기 빔본체부는,
    V형 단면부와, 상기 V형 단면부의 양단에 구비되는 물방울형상 단면부를 구비하는 초고강도 토션빔의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 하이드로포밍 공정은,
    상기 하이드로포밍 금형에 상기 예비성형체를 배치하는 단계;
    상기 예비성형체에 고압의 액체를 주입하여, 상기 예비성형체를 팽창시켜 상기 토션빔의 최종적인 형상으로 성형하는 단계;를 포함하는 초고강도 토션빔의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 토션빔은,
    마주보는 평행한 면사이의 높이인 평판형 튜브의 두께(D2)는 상기 물방울형상 단면부의 최대두께(D1)의 1.25 ~ 1.56 배로 구비되는 것을 특징으로 하는 초고강도 토션빔의 제조방법.
  7. 제1항, 제4항 및, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프리포밍 공정과 상기 하이드로포밍 공정은 냉간성형 방법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 초고강도 토션빔의 제조방법.
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