KR101724026B1 - 토션빔 액슬의 튜블러 빔 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 a) 성형할 강관을 준비하고, 준비한 강관의 좌,우 양단을 각각 예비성형하는 단계와, b) 양단이 예비성형된 강관에 포밍을 실시하여 튜블러 빔으로 성형하는 단계와, c) 상기 포밍의 실시로 성형된 튜블러 빔을 후처리 가공하는 단계와, d) 후처리 가공된 튜블러 빔의 좌,우 양단에 트레일링 암이 결합되도록 컷팅 성형하는 단계 및 e) 튜블러 빔의 내부에 오일을 도포하는 단계를 포함하여, 토션빔 액슬의 튜블러 빔 제조에 따라 포밍을 위해 강관에 프레싱을 실시할 시, 강관을 밀봉하는 코어를 통해 강관 내로 물을 충진하여 내압을 순간 상승시켜 프레싱하므로, 종래보다 높은 비틀림 강성과 벤딩 강성 및 내구 강도를 얻을 수 있고, 열처리 및 숏피닝에 따른 후처리 가공을 실시하여, 튜블러빔의 경량화 및 내구수명을 향상시키는 토션빔 액슬의 튜블러 빔 제조방법을 제공한다.

Description

토션빔 액슬의 튜블러 빔 제조방법{Tubular beam of a torsion beam axle manufacturing method}

본 발명은 토션빔 액슬의 튜블러 빔 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 속이 빈 강관으로 토션빔 액슬 중 튜블러 빔을 리퀴드 포밍 공법과 열처리 및 숏피닝을 적용하여 제조하는 토션빔 액슬의 튜블러 빔 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 현가장치는 차체와 바퀴를 연결하는 장치로서, 주행중 노면으로부터 받는 충격이나 진동을 흡수하여 승차감과 자동차의 안정성을 향상시키는 장치이다.

이러한 현가장치는 크게 좌우의 바퀴를 차축으로 연결한 일체식과, 좌우 바퀴가 따로 작동하는 독립식으로 구분되며, 노면으로부터의 충격을 흡수하는 스프링과, 스프링의 자유진동을 억제하여 승차감을 향상시키는 쇽 업쇼버(shock absorber) 및 바퀴의 작동을 제어하는 암이나 링크 등으로 구성된다.

상기한 일체식과 독립식의 절충형인 토션빔식 현가장치는 좌우의 트레일링 아암을 토션 빔 또는 크로스 빔이라 불리는 한 개의 부재로 결합한 것으로서, 스트럿 식이나 더블 윗시본 식에 비해 링크 길이가 길고 또한 요동축이 되는 러버부쉬의 수가 적은 특징이 있으며 서스펜션 스트로크 때의 프릭션 히스테리시스(friction hysteresis)가 적고 수준 높은 매끄러운 승차감을 만들 수 있고, 단순한 부품으로 인하여 설계 성능 영역이 높지 않음에도 불구하고 낮은 생산 단가와 낮은 질량에 비해 상대적으로 높은 주행 안정성으로 수십년에 걸쳐서 주로 경차 및 준준형 후륜 현가장치에 사용되어 왔다.

상기한 토션빔식 현가장치에서, 트레일링 아암과 토션빔은 용접으로 연결되는 데, 이를 '토션빔 액슬'이라 한다.

상기한 토션빔 액슬은 좌/우 휠이 서로 역방향으로 스트로크 했을 때에는 일부분 혹은 전부가 비틀어지게 되며 이 비틀림은 현가장치에 크게 영향을 미치며 차량 성능을 좌우하는 중요한 인자가 되는데 이를 적극적으로 서스펜션 기능에 이용한다.

따라서, 토션빔은 차량 롤링 시 이에 대한 높은 비틀림 강성과 차량 선회 시 타이어를 통하여 유입되는 횡력에 대한 벤딩 강성을 가져야한다.

그런데, 종래 토션 빔은 4 ~ 5 mm 정도의 두꺼운 철판을 이용하여 ⊃, ∧, ∩자 등의 단면(개방형 단면)으로 프레스 성형하여 제조한 빔으로 되어 있다.

상기한 토션빔의 제조에 관련 종래기술로는 등록특허 제10-0591261호(2006.06.12)에서 제공한다.

이와 같은 종래의 토션빔은 비틀림 강성이나 벤딩 강성 및 내구강도가 부족하므로, 비틀림 강성이나 벤딩 강성을 만족시키기 위한 토션바와 내구강도를 만족시키기 위한 보강재를 토션빔에 별도로 용접하거나, 보강부품이 추가 조립되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 토션빔 액슬의 튜블러 빔 제조에 따라 포밍을 위해 강관에 프레싱을 실시할 시, 강관을 밀봉하는 코어를 통해 강관 내의 내압을 순간 상승시켜 프레싱하므로, 종래보다 높은 비틀림 강성과 벤딩 강성 및 내구 강도를 얻을 수 있고, 열처리 및 숏피닝에 따른 후처리 가공을 실시하여, 튜블러빔의 경량화 및 내구수명을 향상시키는 토션빔 액슬의 튜블러 빔 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 토션빔 액슬의 튜블러 빔 제조방법은 a)성형할 강관을 준비하고, 준비한 강관의 좌,우 양단을 각각 예비성형하는 단계와, b)양단이 예비성형된 강관에 포밍을 실시하여 튜블러 빔으로 성형하는 단계와, c)상기 포밍의 실시로 성형된 튜블러 빔을 950℃까지 가열한 오스테나이트 상변태 온도에서 급냉을 실시하는 열처리 후, 열처리가 완료된 튜블러 빔의 표면에 숏피닝을 실시하는 후처리 가공하는 단계와, d)후처리 가공된 튜블러 빔의 좌,우 양단에 트레일링 암이 결합되도록 컷팅 성형하는 단계를 포함하는데, 상기 강관에 포밍을 실시하여 튜블러 빔으로 성형하는 단계는 강관을 성형하는 성형펀치가 구비된 성형다이와, 강관이 안치되고 프레스압에 따라 선택적으로 승강되는 승강다이와, 강관에 프레스압을 제공하는 가압다이와, 강관의 좌,우 양단에 각각 끼워져 강관을 밀봉하는 한 쌍의 코어가 포함되는 프레스수단으로 포밍을 실시할 시, 성형된 강관의 좌,우 양단을 각각 승강다이 상에 안치하여 강관을 셋팅하는 단계와, 가압다이가 하강하여 승강다이 상에 셋팅된 강관을 클램핑하면서, 강관의 좌,우 양단에 코어를 단계적으로 진입하여 강관을 밀봉하는 단계와, 상기 코어에 구비된 입출관을 통해 밀봉된 강관 내부의 공기를 빼면서 물을 충진하는 단계와, 강관 내부에 물이 충진되면 가압다이를 하강시켜, 강관에 프레싱을 실시하되, 강관에 프레싱이 실시되는 순간, 코어를 통해 강관으로 물을 순간 더 충진하여, 강관의 내압이 프레싱 순간 상승시켜 강관을 튜블러 빔으로 성형하는 단계와, 강관의 프레싱이 완료되면, 코어를 강관에서 분리하고, 가압다이를 원위치시킨 후, 프레싱에 의해 성형된 튜블러 빔을 승강다이에서 취출하는 단계를 포함하고, 상기 강관의 성형으로 제조된 튜블러 빔의 내측면들의 이음을 방지하도록, e)튜블러 빔의 내부에 오일을 도포하는 단계를 포함한다.

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본 발명에 따른 토션빔 액슬의 튜블러 빔 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 강관에 물을 충진하기 전에, 코어를 강관 내부로 단계적으로 진입시켜, 강관과 코어의 밀착력이 향상되어, 종래와 같이 마모성이 큰 고무실링 대신, 메탈실링을 채택할 수 있어, 코어의 구조가 간단해져 설비투자비가 절감되는 효과를 가진다.

둘째, 열처리 및 숏피닝에 따른 후처리 가공을 실시하여, 튜블러빔의 경량화 및 내구수명이 향상되는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 실시에 따른 토션빔 액슬의 튜블러 빔을 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시에 따른 포밍 성형할 프레스수단을 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시에 따라 강관이 튜블러 빔으로 포밍되는 과정을 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시에 따라 강관을 포밍할 시, 유체의 충진으로 강관의 내압을 상승시킨 상태를 보인 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시에 따른 토션빔 액슬의 튜블러 빔을 보인 예시도이고, 도 2는 본 발명의 실시에 따른 포밍 성형할 프레스수단을 보인 예시도이며, 도 3은 본 발명의 실시에 따라 강관이 튜블러 빔으로 포밍되는 과정을 보인 예시도이고, 도 4는 본 발명의 실시에 따라 강관을 포밍할 시, 유체의 충진으로 강관의 내압을 상승시킨 상태를 보인 예시도이다.

본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이 속이 빈 강관의 길이방향을 따라 부분별 각기 다른 형태의 단면형상으로 성형된 토션빔 액슬 중 튜블러 빔을 리퀴드 포밍 공법과 열처리 및 숏피닝을 적용하여 제조하는 토션빔 액슬의 튜블러 빔 제조방법에 관한 것으로, 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

먼저 a)단계로, 성형할 강관(1)을 준비하고, 준비한 강관(1)의 좌,우 양단을 각각 예비성형한다.

이때 상기 강관(1)은 철재로 이루어진 관체이고, 실시되는 예비성형은 준비된 강관(1)의 좌,우 양단을 타원형으로 성형하는 것으로, 이는 본 성형시 강관(1) 양단의 위치를 정확하게 세팅하기 위함이다.

여기서 상기 강관(1)의 양단을 예비성형하기 전, 강관(1)의 길이방향을 따라 형성된 용접 접합선(Seam)은 응력에 매우 취약하므로, 프레싱을 실시했을 시, 강관(1) 중 응력이 가장 적게 작용하는 위치에 용접 접합선(Seam)이 배치하도록, 상기 강관(1)의 배치를 조절할 필요가 있다.

본 발명에 따른 실시에서는 용접 접합선(Seam)이 강관(1)의 상부 후방에 위치되게 배치하여, 외압에 의해 용접 접합선(Seam)이 파손되어 크랙이 발생하지 않도록 한다.

다음은 b)단계로, 좌,우 양단이 예비성형된 강관(1)에 포밍을 실시하여 튜블러 빔으로 성형한다.

상기한 포밍은 내부에 압력을 걸어주면 성형물의 프레싱하는 리퀴드 포밍 공법을 적용할 수 있는데, 여기서 적용되는 프레스수단은 도 2를 참조하면 강관(1)을 성형하는 성형펀치(11)가 구비된 성형다이(10)를 포함하고, 상기 성형다이(10)의 상부에는 승강다이(20)가 위치된다.

상기 승강다이(20)는 상면에 강관(1)이 안치되며 프레스압에 따라 선택적으로 상,하 방향으로 승강되고, 상기 승강다이(20)의 상부에는 강관(1)에 프레스압을 제공하는 가압다이(30)가 포함된다.

그리고 상기 성형다이(10) 주변에는 강관(1)의 좌,우 양단에 각각 끼워져 강관(1)을 밀봉하는 한 쌍의 코어(40)가 포함된다.

이때 한 쌍의 코어(40) 각각은 유체를 공급하거나 빼내는 펌프 등과 연결되어, 성형물의 내부에 유체를 공급하거나, 빼낼 수 있는 입출관(41)이 구비되는 것이 바람직하다.

상기한 프레스수단을 이용하여 강관에 포밍을 실시하여 튜블러 빔으로 성형하는 단계를 도 3을 참조하여 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

먼저 a)단계에 의해 좌,우 양단이 타원형으로 각각 예비성형된 강관(1)의 좌,우 양단을 각각 승강다이(20) 상에 안치하여 강관(1)을 셋팅한다.

이때 상기 강관(1)의 용접 접합선(Seam)이 강관(1)의 상부 후방에 위치되게 배치되게 셋팅하는 것이 바람직하다.

그리고 다음 단계로 가압다이(30)가 하강하여 승강다이(20) 상에 셋팅된 강관(1)을 클램핑하면서, 상기 성형다이(10) 주변에 배치된 한 쌍의 코어(40)가 강관(1)의 좌,우 양단에 진입하여 강관(1)을 밀봉한다.

다음 단계로, 상기 코어(40)를 통해 밀봉된 강관(1) 내부의 공기를 빼면서 물을 충진한다.

이때 상기 한 쌍의 코어(40)에 구비된 입출관(41)을 통해 강관(1) 내부의 공기를 뺌과 동시에 유체인 물을 강관(1) 내부에 주입한다.

다음 단계로, 강관(1) 내부에 물이 충진되면 가압다이(30)를 하강시켜, 강관(1)에 프레싱을 실시하여 강관(1)을 튜블러 빔으로 성형한다.

상기 강관에 프레싱을 실시하는 단계에서는, 강관에 물을 충진하기 전에, 코어를 강관 내부로 단계적으로 진입시켜, 강관과 코어의 밀착력 향상으로 고무실링을 사용하지 않고, 메탈실링을 채택하여 코어구조가 간단해져 설비투자비가 절감된다.

상기한 과정으로 강관(1)의 프레싱이 완료되면, 다음 단계로, 상기 코어(40)를 강관(1)에서 분리하고, 가압다이(30)를 원위치시킨 후, 프레싱에 의해 성형된 튜블러 빔을 승강다이(20)에서 취출한다.

이때 상기 강관(1) 내에 충진된 유체를 상기 튜블러 빔에서 코어(40)를 분리하는 과정에서 배출되도록 하거나, 상기 코어(40)를 분리하기 전, 상기 코어(40)의 입출관(41)을 통해 유체를 배출하여 제거할 수 있다.

따라서 상기한 과정에 의해 강관을 튜블러 빔으로 성형하는 포밍이 완료된다.

다음은 c)단계로, 상기 포밍의 실시로 성형된 튜블러 빔을 후처리 가공한다.

이때 실시되는 튜블러 빔의 후처리 가공은 열처리와 숏피닝을 포함하는데, 상기 열처리는 튜블러 빔을 950℃까지 가열한 오스테나이트 상변태 온도에서 급냉을 실시하는데, 상기한 열처리를 마친 튜블러 빔은 마르텐사이트 조직이 되고, 비커스 경도(Hv)를 450 ~ 550으로 할 경우, 인장강도는 열처리 전보다 인장강도가 2배 이상 증가되므로, 튜블러 빔의 두께를 줄일 수 있어 경량화가 가능하다.

그리고 열처리 후 열처리가 완료된 튜블러 빔에 숏피닝을 실시한다.

이때 실시되는 숏피닝은 숏이라 하는 강재를 작은 알갱이를 튜블러 빔의 표면에 분사하는 것으로, 숏피닝된 표면에는 잔류 압축 응력이 발생하여, 피로강도가 증가하는데, 상기 숏피닝은 튜블러 빔의 외측면 전체와 응력집중이 큰 내측면 일부에만 실시되는 것이 바람직하다.

다음은 d)단계로, 후처리 가공된 튜블러 빔의 좌,우 양단에 트레일링 암이 결합되도록 컷팅 성형한다.

이때 컷팅 성형은 정밀성이 우수한 레이저로 컷팅이 실시되는 것이 바람직하다.

다음은 e)단계로, 튜블러 빔의 내부에 오일을 도포한다.

이때 도 1에 도시한 바와 같이 강관의 성형으로 제조된 튜블러 빔의 단면(개방형 단면)은 ⊃, ∧, ∩자 등의 내측면들의 이음을 방지 및 방청을 위해 오일을 도포한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 강관
10: 성형다이
11: 성형펀치
20: 승강다이
30: 가압다이
40: 코어
41: 입출관

Claims (5)

1. a)성형할 강관을 준비하고, 준비한 강관의 좌,우 양단을 각각 예비성형하는 단계와, b)양단이 예비성형된 강관에 포밍을 실시하여 튜블러 빔으로 성형하는 단계와, c)상기 포밍의 실시로 성형된 튜블러 빔을 950℃까지 가열한 오스테나이트 상변태 온도에서 급냉을 실시하는 열처리 후, 열처리가 완료된 튜블러 빔의 표면에 숏피닝을 실시하는 후처리 가공하는 단계와, d)후처리 가공된 튜블러 빔의 좌,우 양단에 트레일링 암이 결합되도록 컷팅 성형하는 단계를 포함하는 토션빔 액슬의 튜블러 빔 제조방법에 있어서,
   상기 강관에 포밍을 실시하여 튜블러 빔으로 성형하는 단계는
   강관을 성형하는 성형펀치가 구비된 성형다이와, 강관이 안치되고 프레스압에 따라 선택적으로 승강되는 승강다이와, 강관에 프레스압을 제공하는 가압다이와, 강관의 좌,우 양단에 각각 끼워져 강관을 밀봉하는 한 쌍의 코어가 포함되는 프레스수단으로 포밍을 실시할 시,
   성형된 강관의 좌,우 양단을 각각 승강다이 상에 안치하여 강관을 셋팅하는 단계와;
   가압다이가 하강하여 승강다이 상에 셋팅된 강관을 클램핑하면서, 강관의 좌,우 양단에 코어를 단계적으로 진입하여 강관을 밀봉하는 단계와;
   상기 코어에 구비된 입출관을 통해 밀봉된 강관 내부의 공기를 빼면서 물을 충진하는 단계와;
   강관 내부에 물이 충진되면 가압다이를 하강시켜, 강관에 프레싱을 실시하되, 강관에 프레싱이 실시되는 순간, 코어를 통해 강관으로 물을 순간 더 충진하여, 강관의 내압이 프레싱 순간 상승시켜 강관을 튜블러 빔으로 성형하는 단계와;
   강관의 프레싱이 완료되면, 코어를 강관에서 분리하고, 가압다이를 원위치시킨 후, 프레싱에 의해 성형된 튜블러 빔을 승강다이에서 취출하는 단계를 포함하고,
   상기 강관의 성형으로 제조된 튜블러 빔의 내측면들의 이음을 방지하도록, e)튜블러 빔의 내부에 오일을 도포하는 단계를 포함하는 토션빔 액슬의 튜블러 빔 제조방법.
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