KR101684430B1 - 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임 - Google Patents

폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임 Download PDF

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이병룡
최원철
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서진산업 주식회사
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Abstract

본 발명은 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임에 관한 것으로서, 특히, 서로 이격되도록 배치되는 한 쌍의 사이드멤버와; 일단이 하나의 상기 사이드멤버에 연결되고, 타단이 다른 하나의 상기 사이드멤버에 연결되며, 양단부가 폐단면으로 이루어지는 프론트멤버와; 일단이 하나의 상기 사이드멤버에 연결되고, 타단이 다른 하나의 상기 사이드멤버에 연결되며, 상기 프론트멤버와 이격되도록 배치되는 리어멤버와; 상기 프론트멤버의 양단부측 내부에 각각 설치되는 지지부재;를 포함하되, 상기 지지부재는 상기 프론트멤버와 상기 사이드멤버의 마찰교반용접 시 용접부위를 지지하는 것을 특징으로 하여, 프론트멤버와 사이드멤버 간의 용접부위가 폐단면으로 이루어진 경우에도 마찰교반용접이 가능하고, 프론트멤버와 사이드멤버 간의 마찰교반용접 시 별도의 지그나 백플레이트가 불필요하며, 프론트멤버와 사이드멤버 간의 용접부위에 대한 내구성 및 강도를 보강시킬 수 있는 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임에 관한 것이다.

Description

폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임{Automobile frame capable of friction stir welding of closed section structure}
본 발명은 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임에 관한 것이다.
보다 상세하게는 프론트멤버의 양단부측 내부에 지지부재가 설치되어 프론트멤버와 사이드멤버 간의 용접부위가 폐단면으로 이루어진 경우에도 마찰교반용접이 가능하고, 프론트멤버와 사이드멤버 간의 마찰교반용접 시 별도의 지그나 백플레이트가 불필요하며, 프론트멤버와 사이드멤버 간의 용접부위에 대한 내구성 및 강도를 보강시킬 수 있는 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에는 엔진 및 섀시부품들을 장착하는 뼈대 역할을 하고, 충격이나 휨 또는 비틀림 등을 견디는 역할을 하며, 탑승자 및 적재물 등을 보호하는 역할을 하는 자동차용 프레임이 설치된다.
자동차용 프레임은 최근 전 세계적으로 차체 경량화에 대한 요구가 높아짐에 따라 자동차용 프레임의 개별요소들 중 일부는 스틸로 제작하고, 나머지 일부는 알루미늄으로 제작하여 용접하는 형태의 자동차용 프레임이 부각되고 있다.
이러한 종래의 자동차용 프레임은 대한민국 공개특허공보 제2008-0016091호에 게재된 것이 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 서브프레임 프론트 멤버(1)와 리어 멤버(2) 및 2개의 사이드 멤버(3)는 각각 스틸재질로 압출 성형 공정을 통해 제작된다. 그리고 각 멤버들(1,2,3)을 서로 연결시키는 이음부에서는 알루미늄재질로서 주물 공정을 통해 제작된 4개의 조인트(4a,4b,4c,4d)가 각각 사용되어 볼트체결과 용접을 통해 결합시키게 된다. 조인트(4a,4b,4c,4d)와 각 멤버들(1,2,3)을 연결시킬 때에 최소한 50mm 이상 중첩되게 하여 1차로 볼트로 체결한 다음에 2차로 이음매 용접을 통해 연결시키는 것이 바람직하다. 4개의 조인트(4a,4b,4c,4d) 중에 좌측에 위치한 2개의 조인트(4b,4c)에는 로우아암과 같은 현가아암을 서브프레임에 체결시킬 수 있도록 현가아암 체결부(4ba,4ca)가 일체로 형성되어 있어서 종래에 현가아암을 서브프레임에 장착시키기 위한 별도의 장착브라켓이 불필요해져 부품수와 중량 및 원가의 절감을 도모할 수 있게 된다. 또한, 우측 서브프레임 사이드멤버(3)에는 주물 공정을 통해 알루미늄 재질로 제작되는 센터 서포트 멤버(5)가 장착되게 된다.
하지만, 이러한 종래의 자동차용 프레임은 이종소재로 제작된 조인트와 각 멤버들 간의 용접부위(W)가 폐단면으로 이루어지므로 하중(마찰교반용접 시 툴에 의한 하중)지지를 위한 지그 또는 백플레이트의 사용이 불가능하고, 이에 따라 이종소재 용접에 적합한 마찰교반용접을 적용하는 것이 불가능하다는 문제점이 있다.
또한, 이러한 종래의 자동차용 프레임은 이종소재의 용접에 적합한 마찰교반용접을 적용하는 것이 불가능하므로 조인트와 각 멤버들 간의 용접강도가 떨어진다는 문제점이 있다.
또한, 이러한 종래의 자동차용 프레임은 이종소재로 제작된 조인트와 각 멤버들 간의 용접부위(W)에 대한 내구성 및 강도를 보강해주지 못한다는 문제점이 있다.
KR 2008-0016091 A
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 프론트멤버의 양단부측 내부에 지지부재가 설치되어 프론트멤버와 사이드멤버 간의 용접부위가 폐단면으로 이루어진 경우에도 마찰교반용접이 가능하고, 프론트멤버와 사이드멤버 간의 마찰교반용접 시 별도의 지그나 백플레이트가 불필요하며, 프론트멤버와 사이드멤버 간의 용접부위에 대한 내구성 및 강도를 보강시킬 수 있는 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임은, 서로 이격되도록 배치되는 한 쌍의 사이드멤버와; 일단이 하나의 상기 사이드멤버에 연결되고, 타단이 다른 하나의 상기 사이드멤버에 연결되며, 양단부가 폐단면으로 이루어지는 프론트멤버와; 일단이 하나의 상기 사이드멤버에 연결되고, 타단이 다른 하나의 상기 사이드멤버에 연결되며, 상기 프론트멤버와 이격되도록 배치되는 리어멤버와; 상기 프론트멤버의 양단부측 내부에 각각 설치되는 지지부재;를 포함하되, 상기 지지부재는 상기 프론트멤버와 상기 사이드멤버의 마찰교반용접 시 용접부위를 지지하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지부재의 상부 외면은 상기 프론트멤버의 상부 내면에 접촉되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 사이드멤버는, 상부사이드멤버와; 상기 상부사이드멤버의 하부에 결합되는 하부사이드멤버;를 포함하되, 상기 지지부재는 일측이 상기 하부사이드멤버에 고정되고, 타측이 상기 프론트멤버에 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지부재는 수평부와, 상기 수평부의 전방측 단부에서 하측으로 절곡되고 하부의 단차에 의해 제1수용부와 제2수용부가 형성되는 전측벽과, 상기 수평부의 후방측 단부에서 하측으로 절곡되고 하부의 단차에 의해 제3수용부가 형성되는 후측벽을 포함하고, 상기 하부사이드멤버의 일측에는 오목부가 형성되되, 상기 제1수용부와 상기 제3수용부에는 상기 프론트멤버의 하부가 수용되고, 상기 제2수용부에는 상기 오목부의 둘레 상측 모서리 부위가 수용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임은 다음과 같은 장점이 있다.
본 발명에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임은 프론트멤버와 사이드멤버 간의 용접부위가 폐단면으로 이루어진 경우에도 마찰교반용접이 가능한 장점이 있다.
본 발명에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임은 프론트멤버와 사이드멤버 간의 마찰교반용접 시 별도의 지그나 백플레이트없이 마찰교반용접장치의 툴에 의한 압력 및 하중을 지지하여 마찰교반용접할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임은 프론트멤버와 사이드멤버 간의 용접부위에 대한 내구성 및 강도를 보강시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임은 프론트멤버와 사이드멤버 간의 마찰교반용접 시 별도의 지그나 백플레이트가 불필요하므로 별도의 지그 및 백플레이트의 설계로 인한 비용이 발생하지 않으므로 경제적이라는 장점이 있다.
본 발명에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임은 프론트멤버와 사이드멤버 간의 용접부위가 폐단면으로 이루어진 경우에도 마찰교반용접이 가능하므로 각각 이종소재로 이루어진 프론트멤버와 사이드멤버를 강한 용접강도를 가지도록 용접할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 자동차용 프레임을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임을 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임을 도시한 분해사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임을 도시한 평면도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임의 프론트멤버, 하부사이드멤버 및 지지부재를 도시한 부분확대도.
도 6은 도 4의 A-A 부분을 절취하여 도시한 단면사시도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
참고적으로 이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.
또한, 이하의 설명에서 기재된 방향은 도 2에 도시된 방향을 기준으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임을 도시한 분해사시도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임을 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임의 프론트멤버, 하부사이드멤버 및 지지부재를 도시한 부분확대도이고, 도 6은 도 4의 A-A 부분을 절취하여 도시한 단면사시도이다.
도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임은, 서로 이격되도록 배치되는 한 쌍의 사이드멤버(100)와; 일단이 하나의 사이드멤버(100)에 연결되고, 타단이 다른 하나의 사이드멤버(100)에 연결되며, 양단부가 폐단면으로 이루어지는 프론트멤버(200)와; 일단이 하나의 사이드멤버(100)에 연결되고, 타단이 다른 하나의 사이드멤버(100)에 연결되며, 프론트멤버(200)와 이격되도록 배치되는 리어멤버(300)와; 프론트멤버(200)의 양단부측 내부에 각각 설치되는 지지부재(400);를 포함하되, 지지부재(400)는 프론트멤버(200)와 사이드멤버(100)의 마찰교반용접 시 용접부위를 지지하는 것을 포함한다.
사이드멤버(100)는 한 쌍이 서로 이격되도록 배치된다.
하나의 사이드멤버(100)는 좌측에 배치되고, 다른 하나의 사이드멤버(100)는 우측에 배치되는 것이 바람직하다.
좌측 사이드멤버(100)와 우측 사이드멤버(100)는 좌우 대칭된 형상으로 서로 이격되어 배치된다.
좌측 사이드멤버(100)에는 후술할 프론트멤버(200) 및 리어멤버(300)의 좌측 단부가 연결되고, 우측 사이드멤버(100)에는 후술할 프론트멤버(200) 및 리어멤버(300)의 우측 단부가 연결된다.
사이드멤버(100)는 차량의 길이 방향을 따라 설치되는 것으로 전후방향으로 길게 형성된다.
사이드멤버(100)는 이종재질의 상부사이드멤버(110)와 하부사이드멤버(120)를 포함한다.
이때, 상부사이드멤버(110)는 알루미늄재질인 것이 바람직하고, 하부사이드멤버(120)는 스틸재질인 것이 바람직하다.
상부사이드멤버(110)는 서로 일체로 이루어진 중앙부(113), 전방부(114) 및 후방부(115)를 포함한다.
중앙부(113)는 전후방향으로 길게 형성된다.
중앙부(113)는 하부면과 일측면이 개방되게 형성된다.
보다 구체적으로 좌측 상부사이드멤버(110)의 중앙부(113)는 하부면과 우측면이 개방되어 있고, 우측 상부사이드멤버(110)의 중앙부(113)는 하부면과 좌측면이 개방되어 있다.
중앙부(113)의 전방측에는 전방부(114)가 중앙부(113)와 일체로 형성된다.
전방부(114)는 중앙부(113)의 전방측 단부에서 절곡된 형태로 형성된다.
보다 구체적으로 좌측 상부사이드멤버(110)의 전방부(114)는 좌측 상부사이드멤버(110)의 중앙부(113) 전방측 단부에서 좌측 전방 사선방향으로 절곡된 형태로 형성되고, 우측 상부사이드멤버(110)의 전방부(114)는 우측 상부사이드멤버(110)의 중앙부(113) 전방측 단부에서 우측 전방 사선방향으로 절곡된 형태로 형성된다.
전방부(114)의 전방 단부측에는 원통 형상의 부시컵(112)이 일체로 형성되고, 전방부(114)의 하부면은 개방되게 형성된다.
중앙부(113)의 후방측에는 후방부(115)가 중앙부(113)와 일체로 형성된다.
후방부(115)는 중앙부(113)의 후방측 단부에서 절곡된 형태로 형성된다.
보다 구체적으로 좌측 상부사이드멤버(110)의 후방부(115)는 좌측 상부사이드멤버(110)의 중앙부(113) 후방측 단부에서 좌측 후방 사선방향으로 절곡된 형태로 형성되고, 우측 상부사이드멤버(110)의 후방부(115)는 우측 상부사이드멤버(110)의 중앙부(113) 후방측 단부에서 우측 후방 사선방향으로 절곡된 형태로 형성된다.
후방부(115)의 후방 단부측에는 원통 형상의 부시컵(112)이 일체로 형성되고, 후방부(115)의 하부면은 개방되게 형성된다.
중앙부(113), 전방부(114) 및 후방부(115)의 내부에는 상부사이드멤버(110)를 보강하기 위한 리브(미도시)가 형성될 수 있다.
상부사이드멤버(110) 하단에는 후술할 하부사이드멤버(120)와의 마찰교반용접을 위한 플랜지부(111)가 형성된다.
보다 구체적으로 좌측 상부사이드멤버(110)의 플랜지부(111)는 좌측 상부사이드멤버(110)의 중앙부(113) 좌측면 하단과 좌측 상부사이드멤버(110)의 전방부(114) 좌측면 하단과 좌측 상부사이드멤버(110)의 전방부(114) 우측면 하단과 좌측 상부사이드멤버(110)의 후방부(115) 우측면 하단에서 좌측 상부사이드멤버(110)의 수평방향 외측으로 절곡되어 형성되며, 좌측 상부사이드멤버(110)의 중앙부(113) 좌측면 하단과 좌측 상부사이드멤버(110)의 전방부(114) 좌측면 하단에 형성된 플랜지부(111)는 서로 이어져 있다.
또한, 우측 상부사이드멤버(110)의 플랜지부(111)는 우측 상부사이드멤버(110)의 중앙부(113) 우측면 하단과, 우측 상부사이드멤버(110)의 전방부(114) 우측면 하단과, 우측 상부사이드멤버(110)의 전방부(114) 좌측면 하단과, 우측 상부사이드멤버(110)의 후방부(115) 좌측면 하단에서 우측 상부사이드멤버(110)의 수평방향 외측으로 절곡되어 형성되며, 우측 상부사이드멤버(110)의 중앙부(113) 우측면 하단과 우측 상부사이드멤버(110)의 전방부(114) 우측면 하단에 형성된 플랜지부(111)는 서로 이어져 있다.
상부사이드멤버(110)의 하부에는 하부사이드멤버(120)가 고정결합된다.
하부사이드멤버(120)는 전후방향으로 길게 형성되며, 상부사이드멤버(110)에 비해 길이가 짧게 형성된다.
하부사이드멤버(120)는 상부사이드멤버(110)의 플랜지부(111)에 대응하는 테두리 부분과 플랜지부(111)가 맞닿은 채 마찰교반용접되어 상부사이드멤버(110)에 고정설치된다.
좌측 하부사이드멤버(120)의 전방측은 좌측 전방 사선방향으로 절곡된 형태로 형성되고, 우측 하부사이드멤버(120)의 전방측은 우측 전방 사선방향으로 절곡된 형태로 형성된다.
좌측 하부사이드멤버(120)와 우측 하부사이드멤버(120)의 절곡된 전방측 중앙에는 하측으로 오목한 오목부(121)가 각각 형성된다.
좌측 하부사이드멤버(120)의 후방 우측과 우측 하부사이드멤버(120)의 후방 좌측에는 후술할 리어멤버(300)와 상부사이드멤버(110)의 마찰교반용접을 위한 장공(122)이 각각 형성된다.
장공(122)은 전후방향으로 길게 형성되며, 장공(122)을 통해 지그 또는 백플레이트가 삽입되어 후술할 리어멤버(300)와 상부사이드멤버(110)의 마찰교반용접 시 후술할 리어멤버(300)와 상부사이드멤버(110)의 용접부위를 지그 또는 백플레이트가 지지할 수 있도록 한다.
좌측 하부사이드멤버(120)의 장공(122) 우측에는 좌측 하부사이드멤버(120)의 우측으로 튀어나온 돌출판(123)이 형성된다.
좌측 하부사이드멤버(120)에 형성된 돌출판(123)은 좌측에서 우측으로 갈수록 높아지는 경사를 가진다.
또한, 우측 하부사이드멤버(120)의 장공(122) 좌측에도 우측 하부사이드멤버(120)의 좌측으로 튀어나온 돌출판(123)이 형성된다.
우측 하부사이드멤버(120)에 형성된 돌출판(123)은 우측에서 좌측으로 갈수록 높아지는 경사를 가진다.
돌출판(123)은 하부사이드멤버(120)와 후술할 리어멤버(300)의 결합 시 하부사이드멤버(120)와 후술할 리어멤버(300)의 결합위치를 안내하는 역할을 하는 동시에 하부사이드멤버(120)와 후술할 리어멤버(300)의 용접부위에 대한 강도를 보강하는 역할을 한다.
좌측 하부사이드멤버(120)와 우측 하부사이드멤버(120)의 전방측 상부에는 지지부재(400)가 각각 고정된다.
좌측 하부사이드멤버(120)에 고정되는 지지부재(400)와 우측 하부사이드멤버(120)에 고정되는 지지부재(400)는 서로 좌우 대칭되도록 배치된 것으로 설치형태 및 형상은 방향만 다를 뿐 실질적으로 동일한 것이다.
지지부재(400)는 스틸재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
지지부재(400)는 후술할 프론트멤버(200)의 양단부가 폐단면으로 이루어져 지그나 백플레이트가 설치될 수 없는 경우에도 마찰교반용접이 가능하도록 하는 역할을 한다.
지지부재(400)는 수평부(410)와, 수평부(410)의 전방측 단부에서 하측으로 절곡되고 하부의 단차에 의해 제1수용부(421)와 제2수용부(422)가 형성되는 전측벽(420)과, 수평부(410)의 후방측 단부에서 하측으로 절곡되고 하부의 단차에 의해 제3수용부(431)가 형성되는 후측벽(430)을 포함한다.
수평부(410)는 지지부재(400)의 맨 상부를 이루며, 전방측의 좌우폭이 후방측의 좌우폭에 비해 크게 형성된다.
보다 구체적으로 좌측 지지부재(400)의 수평부(410)는 전방측이 좌측으로 돌출된 형상이고, 우측 지지부재(400)의 수평부(410)는 전방측이 우측으로 돌출된 형상이다.
수평부(410)의 전방측 단부에는 전측벽(420)이 일체로 형성된다.
전측벽(420)은 수평부(410)의 전방측 단부에서 하측으로 절곡된 형태로 형성된다.
좌측 지지부재(400)의 전측벽(420)은 하부측이 상부측에 비해 좌측으로 돌출되어 있고, 우측 지지부재(400)의 전측벽(420)은 하부측이 상부측에 비해 우측으로 돌출되어 있다.
좌측 지지부재(400)의 전측벽(420)은 우측 하부가 파인 형태로 형성되어 2단으로 단차지게 형성되고, 우측 지지부재(400)의 전측벽(420)은 좌측 하부가 파인 형태로 형성되어 2단으로 단차지게 형성됨으로써 각각 제1수용부(421)와 제2수용부(422)가 형성된다.
제1수용부(421)와 제2수용부(422)는 서로 연통되도록 형성된다.
제1수용부(421)는 제2수용부(422)에 비해 상측에 위치하고, 제1수용부(421)의 상하 높이는 제2수용부(422)의 상하 높이에 비해 짧게 형성되며, 제1수용부(421)의 좌우 길이는 제2수용부(422)의 좌우 길이에 비해 짧게 형성된다.
좌측 지지부재(400)의 제1수용부(421)와 제2수용부(422)는 전후방향으로 관통되어 있고, 우측으로 개방되어 있다.
또한, 우측 지지부재(400)의 제1수용부(421)와 제2수용부(422)는 전후방향으로 관통되어 있고, 좌측으로 개방되어 있다.
제1수용부(421)에는 후술할 프론트멤버(200)의 하부가 수용된다.
또한, 제2수용부(422)에는 오목부(121)의 둘레 상측 모서리 부위가 수용된다.
보다 구체적으로 좌측 지지부재(400)의 제2수용부(422)에는 좌측 하부사이드멤버(120)에 형성된 오목부(121)의 둘레 상부 우측 모서리 부위가 수용된다.
이때, 좌측 지지부재(400)의 제2수용부(422) 내에 위치한 수직한 면과 수평한 면은 좌측 하부사이드멤버(120)에 접촉하도록 배치되고, 접촉부위를 CO2아크용접으로 용접하여 좌측 지지부재(400)와 좌측 하부사이드멤버(120)를 서로 고정시킨다.
여기서, 좌측 지지부재(400)의 제2수용부(422) 내에 위치한 수직한 면은 오목부(121) 내의 우측 내면에 접촉하여 걸리게 됨으로써 좌측 지지부재(400)가 좌측 하부사이드멤버(120)에 고정설치되는 위치를 제한하게 된다.
또한, 우측 지지부재(400)의 제2수용부(422)에는 우측 하부사이드멤버(120)에 형성된 오목부(121)의 둘레 상부 좌측 모서리 부위가 수용되어 우측 지지부재(400)와 우측 하부사이드멤버(120)가 접촉되도록 배치하여 CO2아크용접으로 우측 지지부재(400)와 우측 하부사이드멤버(120)를 결합시킨다.
보다 구체적으로 우측 지지부재(400)의 제2수용부(422)에는 우측 하부사이드멤버(120)에 형성된 오목부(121)의 둘레 상부 좌측 모서리 부위가 수용된다.
이때, 우측 지지부재(400)의 제2수용부(422) 내에 위치한 수직한 면과 수평한 면은 우측 하부사이드멤버(120)에 접촉하도록 배치되고, 접촉부위를 CO2아크용접으로 용접하여 우측 지지부재(400)와 우측 하부사이드멤버(120)를 서로 고정시킨다.
여기서, 우측 지지부재(400)의 제2수용부(422) 내에 위치한 수직한 면은 오목부(121) 내의 좌측 내면에 접촉하여 걸리게 됨으로써 우측 지지부재(400)가 우측 하부사이드멤버(120)에 고정설치되는 위치를 제한하게 된다.
수평부(410)의 후방측 단부에는 후측벽(430)이 일체로 형성된다.
후측벽(430)은 수평부(410)의 후방측 단부에서 하측으로 절곡된 형태로 형성된다.
후측벽(430)의 하단부는 하측사이드멤버의 상부에 접촉되고, 접촉부위가 CO2아크용접으로 용접된다.
좌측 지지부재(400)의 후측벽(430)은 우측 하부가 파인 형태로 형성되어 1단으로 단차지게 형성되고, 우측 지지부재(400)의 전측벽(420)은 좌측 하부가 파인 형태로 형성되어 1단으로 단차지게 형성됨으로써 각각 제3수용부(431)가 형성된다.
좌측 지지부재(400)의 제3수용부(431)는 전후방향으로 관통되어 있고, 우측으로 개방되어 있다.
또한, 우측 지지부재(400)의 제3수용부(431)는 전후방향으로 관통되어 있고, 좌측으로 개방되어 있다.
지지부재(400)는 일측이 하부사이드멤버(120)에 고정되고, 타측이 프론트멤버(200)에 고정된다.
보다 구체적으로 지지부재(400)는 전측벽(420)과 후측벽(430)의 하부가 하부사이드멤버(120)에 고정되고, 수평부(410)와 전측벽(420)이 후술할 프론트멤버(200)에 고정된다.
좌측 하부사이드멤버(120)의 우측 중앙과 우측 하부사이드멤버(120)의 좌측 중앙에는 하부사이드멤버(120)의 상측으로 돌출되도록 스틸재질의 돌출부(500)가 각각 용접되어 고정설치된다.
좌우측에 위치한 두 돌출부(500)는 서로 좌우 대칭되도록 배치되어 있다.
돌출부(500)는 후술할 프론트멤버(200)와 리어멤버(300) 사이의 간격을 유지하는 스페이서의 역할을 하는 동시에 상부사이드멤버(110)와의 마찰교반용접을 위해 설치된다.
돌출부(500)의 내부 공간으로 지그 또는 백플레이트가 삽입설치되어 상부사이드멤버(110)와 돌출부(500)를 지지하고, 이에 따라 상부사이드멤버(110)와 돌출부(500)의 마찰교반용접이 가능해진다.
좌측 사이드멤버(100)와 우측 사이드멤버(100) 사이에는 프론트멤버(200)와 리어멤버(300)가 고정설치된다.
프론트멤버(200)는 스틸재질로 이루어지고, 별도의 상부부재와 하부부재가 CO2아크용접으로 결합되어 이루어진다.
프론트멤버(200)는 좌측단부가 좌측 사이드멤버(100)에 연결되고, 우측단부가 우측 사이드멤버(100)에 연결되며, 양단부가 폐단면으로 이루어진다.
이때, 프론트멤버(200)의 양단부가 폐단면으로 이루어진다함은 양측 사이드멤버(100)에 용접으로 결합되어지는 프론트멤버(200)의 용접부위인 좌우단부측이 폐단면으로 이루어져 있다는 것이다.
프론트멤버(200)는 차량의 폭 방향을 따라 설치되는 것으로서 좌우방향으로 길게 형성되며, 내부에 좌우방향으로 관통되는 중공이 형성된다.
프론트멤버(200)는 중앙측이 좌우단부측에 비해 더 낮은 위치에 위치하는 형태로 형성된다.
즉, 프론트멤버(200)는 중앙측이 하측으로 다소 돌출된 형태로 형성되는 것이다.
프론트멤버(200)의 좌측단부는 좌측 하부사이드멤버(120)에 고정된 좌측 돌출부(500)의 전방에 배치되어 좌측 하부사이드멤버(120)에 고정된 좌측 지지부재(400)에 고정된다.
보다 구체적으로 프론트멤버(200)는 좌측단부 하부가 좌측 지지부재(400)의 제1수용부(421)와 제3수용부(431)에 수용되고, 좌측단부 상부 내면이 좌측 지지부재(400)의 수평부(410) 외면에 접촉된 채 리벳으로 가접합되며, 좌측단부 전측 내면이 좌측 지지부재(400)의 전측벽(420) 외면에 접촉된 채 리벳으로 가접합되어 좌측 지지부재(400)에 고정된다.
이때, 프론트멤버(200)의 좌측단부 후측면은 좌측 돌출부(500)의 전측 외면에 접촉되어 용접될 수 있다.
또한, 프론트멤버(200)의 우측단부는 우측 하부사이드멤버(120)에 고정된 우측 돌출부(500)의 전방에 배치되어 우측 하부사이드멤버(120)에 고정된 우측 지지부재(400)에 고정된다.
보다 구체적으로 프론트멤버(200)는 우측단부 하부가 우측 지지부재(400)의 제1수용부(421)와 제3수용부(431)에 수용되고, 우측단부 상부 내면이 좌측 지지부재(400)의 수평부(410) 외면에 접촉된 채 리벳으로 가접합되며, 우측단부 전측 내면이 우측 지지부재(400)의 전측벽(420) 외면에 접촉된 채 리벳으로 가접합되어 우측 지지부재(400)에 고정된다.
이때, 프론트멤버(200)의 우측단부 후측면은 우측 돌출부(500)의 전측 외면에 접촉되어 용접될 수 있다.
프론트멤버(200)의 좌측단부 상부 외면과 우측단부 상부 외면은 각각 좌측 상부 사이드멤버(100)의 중앙부(113) 전측 상부 내면과 우측 상부 사이드멤버(100)의 중앙부(113) 전측 상부 내면이 접촉되도록 상부 사이드멤버(100)에 덮혀 마찰교반용접된다.
이때, 프론트멤버(200)의 좌측단부측 내부에 삽입된 좌측 지지부재(400)는 프론트멤버(200)의 좌측단부와 좌측 상부 사이드멤버(100)의 중앙부(113)를 하측에서 지지함으로써 프론트멤버(200)의 좌측단부와 좌측 상부 사이드멤버(100)의 중앙부(113)를 마찰교반용접할 시 이에 대한 지그 또는 백플레이트의 역할을 하여 별도의 지그 또는 백플레이트가 불필요하다.
또한, 프론트멤버(200)의 우측단부측 내부에 삽입된 우측 지지부재(400)는 프론트멤버(200)의 우측단부와 우측 상부 사이드멤버(100)의 중앙부(113)를 하측에서 지지함으로써 프론트멤버(200)의 우측단부와 우측 상부 사이드멤버(100)의 중앙부(113)를 마찰교반용접할 시 이에 대한 지그 또는 백플레이트의 역할을 하여 별도의 지그 또는 백플레이트가 불필요하다.
보다 구체적으로 지지부재(400)는 마찰교반용접장치의 툴 및 프로브에 의해 상부사이드멤버(110) 및 프론트멤버(200)에 가해지는 하중 및 압력을 지지하는 것이며, 마찰교반용접장치의 프로브는 상부사이드멤버(110)와 프론트멤버(200)에만 삽입될 뿐 지지부재(400)에 삽입되지 않는다.
리어멤버(300)는 스틸재질로 이루어지고, 별도의 전방부재와 후방부재가 CO2아크용접으로 결합되어 제작되거나 스틸재질의 단일부재로 제작될 수 있다.
리어멤버(300)는 좌측단부가 좌측 사이드멤버(100)에 연결되고, 우측단부가 우측 사이드멤버(100)에 연결되며, 프론트멤버(200)와 이격되도록 배치된다.
리어멤버(300)는 프론트멤버(200)의 후방측에 위치한다.
리어멤버(300)는 차량의 폭 방향을 따라 설치되는 것으로서 좌우방향으로 길게 형성되고, 내부에 공간이 형성되며, 차량의 전체적인 경량화를 위하여 중앙 일부분을 제외한 하부가 개방되어 있다.
리어멤버(300)의 전방면과 후방면 좌우측에는 하측으로 볼록하게 형성된 볼록부가 각각 형성된다.
리어멤버(300)의 좌측단부는 좌측 하부사이드멤버(120)에 고정된 좌측 돌출부(500)의 후방에 배치되어 좌측 돌출부(500)에 고정된다.
보다 구체적으로 리어멤버(300)는 좌측단부 전측 외면이 좌측 돌출부(500)의 후측 외면에 접촉되어 좌측 돌출부(500)와 용접된다.
이때, 좌측 하부사이드멤버(120)에 형성된 좌측 돌출판(123)이 리어멤버(300)의 좌측 단부 내부 공간에 삽입되어 좌측 하부사이드멤버(120)와 리어멤버(300)의 좌측단부 간 고정위치를 안내하게 된다.
또한, 좌측 하부사이드멤버(120)에 형성된 좌측 돌출판(123)은 리어멤버(300)의 좌측단부 상부 내면을 지지한다.
리어멤버(300)의 우측단부는 우측 하부사이드멤버(120)에 고정된 우측 돌출부(500)의 후방에 배치되어 우측 돌출부(500)에 고정된다.
보다 구체적으로 리어멤버(300)는 우측단부 전측 외면이 우측 돌출부(500)의 후측 외면에 접촉되어 우측 돌출부(500)와 용접된다.
이때, 우측 하부사이드멤버(120)에 형성된 우측 돌출판(123)이 리어멤버(300)의 우측 단부 내부 공간에 삽입되어 우측 하부사이드멤버(120)와 리어멤버(300)의 우측단부 간 고정위치를 안내하게 된다.
또한, 우측 하부사이드멤버(120)에 형성된 우측 돌출판(123)은 리어멤버(300)의 우측단부 상부 내면을 지지한다.
리어멤버(300)의 좌측단부 상부 외면과 우측단부 상부 외면은 각각 좌측 상부 사이드멤버(100)의 중앙부(113) 후측 상부 내면과 우측 상부 사이드멤버(100)의 중앙부(113) 후측 상부 내면이 접촉되도록 상부 사이드멤버(100)에 덮혀 마찰교반용접된다.
이때, 좌측 하부사이드멤버(120)의 장공(122)을 통해 지그 또는 백플레이트가 하측에서 상측으로 삽입설치되어 리어멤버(300)의 좌측단부와 좌측 상부 사이드멤버(100)의 중앙부(113)를 하측에서 지지함으로써 리어멤버(300)의 좌측단부와 좌측 상부 사이드멤버(100)의 중앙부(113)를 마찰교반용접할 수 있게 된다.
또한, 우측 하부사이드멤버(120)의 장공(122)을 통해서도 지그 또는 백플레이트가 하측에서 상측으로 삽입설치되어 리어멤버(300)의 우측단부와 우측 상부 사이드멤버(100)의 중앙부(113)를 하측에서 지지함으로써 리어멤버(300)의 우측단부와 우측 상부 사이드멤버(100)의 중앙부(113)를 마찰교반용접할 수 있게 된다.
프론트멤버(200)와 리어멤버(300)는 돌출부(500)의 전후 길이만큼 이격된다.
프론트멤버(200)의 좌우상단부와 리어멤버(300)의 좌우상단부와 좌우측 돌출부(500)의 상단부는 수평하게 위치하는 것이 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임의 제조 과정을 설명한다.
먼저, 좌측 하부사이드멤버(120)에 고정설치된 좌측 돌출부(500)의 후면과 리어멤버(300)의 좌측단부측 전면을 좌측 돌출부(500)의 내부공간을 통해 CO2아크용접하여 고정시키고, 우측 하부사이드멤버(120)에 고정설치된 우측 돌출부(500)의 후면과 리어멤버(300)의 우측단부측 전면을 우측 돌출부(500)의 내부공간을 통해 CO2 아크용접하여 고정시킨다.
다음, 좌측 하부사이드멤버(120)에 고정설치된 좌측 돌출부(500)의 전면과 좌측단부측 내면에 좌측 지지부재(400)가 리벳으로 가접합된 프론트멤버(200)의 좌측단부측 후면을 좌측 돌출부(500)의 내부공간을 통해 CO2 아크용접하여 고정시키고, 우측 하부사이드멤버(120)에 고정설치된 우측 돌출부(500)의 후면과 우측단부측 내면에 우측 지지부재(400)가 리벳으로 가접합된 프론트멤버(200)의 우측단부측 후면을 우측 돌출부(500)의 내부공간을 통해 CO2 아크용접하여 고정시킨다.
이때, 좌우측 지지부재(400)의 하부는 각각 좌우측 하부사이드멤버(120)에 접촉되어 CO2 아크용접된다.
다음, 좌측 상부사이드멤버의 중앙부(113) 상측 내면이 프론트멤버(200)의 좌측단부, 좌측 돌출부 및 리어멤버(300)의 좌측단부 상측 외면에 접촉하도록 배치하여 프론트멤버(200)의 좌측단부, 좌측 돌출부 및 리어멤버(300)의 우측단부를 거치도록 마찰교반용접하는 동시에 우측 상부사이드멤버의 중앙부(113) 상측 내면이 프론트멤버(200)의 우측단부, 우측 돌출부 및 리어멤버(300)의 우측단부 상측 외면에 접촉하도록 배치하여 프론트멤버(200)의 우측단부, 우측 돌출부 및 리어멤버(300)의 우측단부를 거치도록 마찰교반용접한다.
또한, 상부사이드멤버(110)의 플랜지부(111)와 이에 맞닿는 하부사이드멤버(120)의 테두리 부분 역시 마찰교반용접한다.
이렇게 제조된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임은 중앙을 기준으로 전체적으로 좌우대칭 형상을 가지게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
100 : 사이드멤버 110 : 상부사이드멤버
111 : 플랜지부 112 : 부시컵
113 : 중앙부 114 : 전방부
115 : 후방부 120 : 하부사이드멤버
121 : 오목부 122 : 장공
123 : 돌출판 200 : 프론트멤버
300 : 리어멤버 400 : 지지부재
410 : 수평부 420 : 전측벽
421 : 제1수용부 422 : 제2수용부
430 : 후측벽 431 : 제3수용부
500 : 돌출부

Claims (4)

  1. 상부사이드멤버와 상기 상부사이드멤버의 하부에 결합되는 하부사이드멤버를 포함하고, 서로 이격되도록 배치되는 한 쌍의 사이드멤버;
    일단이 하나의 상기 사이드멤버에 연결되고, 타단이 다른 하나의 상기 사이드멤버에 연결되며, 양단부가 폐단면으로 이루어지는 프론트멤버;
    일단이 하나의 상기 사이드멤버에 연결되고, 타단이 다른 하나의 상기 사이드멤버에 연결되며, 상기 프론트멤버와 이격되도록 배치되는 리어멤버;
    상기 프론트멤버의 양단부측 내부에 각각 설치되고, 상기 프론트멤버와 상기 사이드멤버의 마찰교반용접 시 용접부위를 지지하는 지지부재;를 포함하되,
    상기 지지부재는 일측이 상기 하부사이드멤버에 고정되고, 타측이 상기 프론트멤버에 고정되는 것을 특징으로 하는 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지부재의 상부 외면은 상기 프론트멤버의 상부 내면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지부재는 수평부와, 상기 수평부의 전방측 단부에서 하측으로 절곡되고 하부의 단차에 의해 제1수용부와 제2수용부가 형성되는 전측벽과, 상기 수평부의 후방측 단부에서 하측으로 절곡되고 하부의 단차에 의해 제3수용부가 형성되는 후측벽을 포함하고,
    상기 하부사이드멤버의 일측에는 오목부가 형성되되,
    상기 제1수용부와 상기 제3수용부에는 상기 프론트멤버의 하부가 수용되고,
    상기 제2수용부에는 상기 오목부의 둘레 상측 모서리 부위가 수용되는 것을 특징으로 하는 폐단면 구조의 마찰교반용접이 가능한 자동차용 프레임.
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