KR101725608B1 - 구성부재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구성부재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이는 서로 상이한 두께의 제1부분과 제2부분을 가진 블랭크를 준비하는 공정; 및 블랭크로 일정 형상을 가진 구성부재를 성형하는 공정을 포함하고, 블랭크는 소재의 일부를 접어 중첩시켜 제1부분보다 두께가 두꺼운 제2부분이 형성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면 단순한 방법으로 고가의 장비 없이도 이강도가 부여된 구성부재를 제조하는 것이 가능하기 때문에, 제품의 원가를 대폭 절감할 수 있어 제품의 경쟁력이 향상되는 효과를 얻게 된다.

Description

구성부재 및 그 제조방법 {STRUCTURAL MEMBER AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 구성부재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소재 내 두께를 상이하게 하여 이강도(異强度)를 부여한 구성부재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차의 차체는 강판으로 성형된 다수의 구성부재를 용접 등에 의해 소정의 형상으로 조합하여 접합함으로써 구성된다. 이러한 구성부재로는, 예를 들면 프론트 사이드 멤버, 범퍼 리인포스먼트, 프론트 크래쉬 박스, 프론트 어퍼 레일, 사이드 실, 플로어 크로스 멤버, 플로어 패널, 센터 필러, 루프 레일 사이드, 리어 사이드 멤버, 리어 크래쉬 박스 등이 있다. 이들 구성부재는 요구되는 강성을 확보하기 위해서 단일 또는 복수의 성형된 부재, 예를 들면 프레스 성형된 부재 또는 롤 성형된 부재로 구성될 수 있다.

이들 구성부재의 강성이나 충돌 성능을 향상시키는 방법으로는 부재를 구성하는 소재의 두께, 강도, 단면의 형상 등을 변경하여 요구 성능을 만족시킬 수 있다. 소재를 변경하는 방법은 가장 기본적이며 손쉬운 방법이지만, 강성이나 충돌 성능을 향상시키기 위하여 두께를 증가시키는 방법은 중량의 증가를 가져오게 되고, 강도 변경은 부재의 성형성, 용접성 등의 문제와 얽혀있어 복잡하다.

한편, 자동차용 구성부재의 강성이나 충돌 성능을 향상시키는 방법으로 테일러 웰디드 블랭크(Tailor Welded Blank; 이하 TWB라 함) 기술이 많이 활용되고 있다. TWB 기술은 부재의 성형 이전에 두께 또는 강도가 다른 소재들을 레이저 용접 등의 방법을 이용하여 접합함으로써 블랭크를 제작하는 기술이다. TWB 기술은 부재의 강성 확보 및 성형 공정의 단순화가 가능하며, 중량 절감의 효과가 크다.

또한, 자동차용 구성부재의 강성이나 충돌 성능을 향상시키는 다른 방법으로 테일러 롤드 블랭크(Tailor Rolled Blank; 이하 TRB라 함) 기술도 많이 활용되고 있다. TRB 기술은 강판 제조 공정에서 최종 제품에 사용될 두께 분포를 고려하여 압연 롤러의 가압력을 변경함으로써 블랭크를 제작하는 기술이다. TRB를 제조하는 방법으로는 소재의 길이방향을 따라 두께 차이를 부여하는 방식과 폭방향을 따라 두께 차이를 부여하는 방식이 있다.

이러한 TWB 혹은 TRB는 레이저 용접기나 특수한 압연롤 등과 같은 고가(高價)의 장비를 필요로 하기 때문에 제조 비용의 상승을 피할 수 없다고 하는 단점이 있다. 이에 TWB 혹은 TRB의 장점을 유지하면서 제조 비용을 절감하여 경쟁력이 있는 구성부재를 제공할 수 있게 하는 제조방법이 요구되었다.

본 발명은 예컨대 TWB 혹은 TRB 등과 같은 기술 대신에, 소재 내 두께를 상이하게 하여 이강도가 부여될 수 있는 구성부재 및 그 제조방법을 제공하는 데에 그 주된 목적이 있다.

본 발명에 따른 구성부재는, 서로 상이한 두께의 제1부분과 제2부분을 가지며, 상기 제1부분보다 두께가 두꺼운 상기 제2부분은 소재의 일부가 접혀서 형성되고, 상기 제2부분이 구성부재의 단면모양을 따라 모자형상으로 형성된 일측 또는 양측 단부에만 위치하는 것을 특징으로 한다.

삭제

이상과 같이 본 발명에 의하면, 단순한 방법으로 고가의 장비 없이도 이강도가 부여된 구성부재를 제조하는 것이 가능하기 때문에, 제품의 원가를 대폭 절감할 수 있어 제품의 경쟁력이 향상되는 효과를 얻게 된다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 구성부재의 제조방법에 적용되는 블랭크를 예시한 도면들이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따라 제조된 구성부재들의 예를 도시한 도면들이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 구성부재의 제조방법은, 서로 상이한 두께의 제1부분과 제2부분을 가진 블랭크를 준비하는 공정; 및 블랭크로 일정 형상을 가진 구성부재를 성형하는 공정을 포함하고, 블랭크는 소재의 일부를 1회 이상으로 접어 중첩시켜 제1부분보다 두께가 두꺼운 제2부분이 형성되게 한 것을 특징으로 한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 구성부재의 제조방법에 적용되는 블랭크를 예시한 도면들이다.

본 발명에서는, 형성될 구성부재에 이강도를 부여하기 위해, 동종의 두께가 다른 금속판 혹은 이종의 두께가 같은 금속판을 용접하거나, 가압력을 변경시키면서 동종의 금속판을 압연하여 소재 내 두께를 다르게 부여하는 방법 대신에, 단일 강판을 180°로 접어 또는 굽힘 가공하여 상이한 두께를 가진 블랭크를 준비한다.

도 1에서는 소재의 일측 또는 양측 각각에서 일부를 접어 상이한 두께의 제1부분(11)과 제2부분(12)을 갖게 된 블랭크(10)를 나타내고 있다. 이때, 제2부분의 두께는 제1부분의 2배로 된다.

도 2에서는 소재의 일측 또는 양측 각각에서 일부분을 2회 이상으로 접어 상이한 두께의 제1부분(21)과 제2부분(22)을 갖게 된 블랭크(20)를 나타내고 있다. 이러한 경우에 제2부분의 두께는 제1부분의 3배 및 그 이상으로 된다.

도 1과 도 2에서는 양측 단부에서 접힌 예들을 보여주고 있지만, 반드시 이에 한정되지 않으며 소재의 중간 부위에서 접혀 중첩되어도 된다.

도 3에는 소재의 일측 또는 양측에서 소정의 형상으로 뻗은 연장부를 접어 상이한 두께의 제1부분(31)과 제2부분(32)을 갖게 된 블랭크(30)를 나타내고 있다. 이러한 연장부도 1회 이상으로 접을 수 있다.

블랭크를 접을 때에는 예를 들면 프레스에서의 플랜징 등과 같은 임의의 굽힘 가공을 이용할 수 있다. 특히, 소재를 먼저 예각으로 굽힌 후 180°로 굽힘 가공하는 방식으로 블랭크를 접을 수 있다.

또, 접혀진 부분을 더욱 압축하는 코이닝(coining) 공정이 추가될 수 있다.

더구나, 이렇게 형성된 블랭크를 예정된 치수나 형상으로 절단하는 공정이 구성부재를 성형하는 공정 이전에 추가될 수 있다.

이러한 굽힘 가공은 레이저 용접기나 특수한 압연롤 등과 같은 고가의 장비가 필요 없어 종래 대비 현저한 원가 절감을 가능하게 하는 장점이 있다.

여기서, 소재로는 예를 들어 대부분의 상용화된 TWB 혹은 TRB에 적용가능한 연강 등과 같이 단일한 조성물로 된 금속판이 적용될 수 있다. 보다 구체적으로는, 590 MPa 이하의 인장강도를 갖는 강판이 바람직하다. 인장강도가 590 MPa를 초과하는 강판의 경우에는 굽힘 가공을 통해 절곡된 부분에서 크랙이 발생할 우려가 크다.

블랭크는 예컨대 롤 포밍 장치 또는 프레스 장치를 통해 소정의 형상을 가진 구성부재로 성형되게 된다. 이로써, 본 발명에 따른 구성부재가 완성되게 된다.

본 발명에 따른 구성부재는, 서로 상이한 두께의 제1부분과 제2부분을 가지며, 제1부분보다 두께가 두꺼운 제2부분은 소재의 일부가 접혀서 중첩된 것을 특징으로 한다.

구성부재의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 블랭크의 최적 설계를 통해 트리밍 등과 같이 접혀진 부분이 분리될 수 있는 공정이 포함되지 않는 롤 포밍이나, 예컨대 스탬핑과 같은 프레스 성형으로 충분히 구현될 수 있는 형상이면 좋다.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 따라 제조된 구성부재들의 예를 도시한 도면들로서, 이들 도면에는 모자형상의 단면을 가진 구성부재들이 나타나 있다.

도 4에는 구성부재(40)가 그 길이방향의 일측 또는 양측 단부에만 상대적으로 두께가 두꺼운 제2부분(12)으로 형성되고, 나머지는 얇은 제1부분(11)으로 구성된 예가 도시되어 있다.

도 5에 도시된 구성부재(50)에는, 그 길이방향을 따라 연장하는 일측 또는 양측 선단에만 상대적으로 두께가 두꺼운 제2부분(12)이 적용되고, 나머지 부분은 얇은 제1부분(11)으로 구성되어 있다.

이들 도 4 및 도 5는 예컨대 도 1에 도시된 블랭크(10)를 사용하여 구성부재로 성형한 예를 나타내고 있는 것이다. 하지만, 이에 한정되지 않으며, 도 2 또는 도 3에 도시된 블랭크를 사용하여 구성부재를 성형할 수 있음은 당연하다.

예를 들어, 도 6은 구성부재(60)가 그 길이방향의 일측 또는 양측 단부에서 일부 모서리를 포함하는 부분만 상대적으로 두께가 두꺼운 제2부분(32)이 적용되고, 나머지 부분은 얇은 제1부분(31)으로 구성되어 있다. 이는 도 3에 도시된 블랭크(30)를 사용한 것이다.

실제로 본 발명이 적용가능한 차체용 구성부재로는, 예를 들면 프론트 사이드 멤버, 프론트 크래쉬 박스, 리어 사이드 멤버, 리어 크래쉬 박스 등이 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이강도를 요하는 다른 구성부재에도 그 적용이 확대될 수 있음은 물론이다.

이와 같이 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 구성부재는 중량의 증가 없이도 상대적으로 두께가 두꺼운 부분을 구비함으로써, 더 높은 강성을 갖게 됨과 동시에 흡수할 수 있는 충돌 에너지가 크게 되는 강점을 갖게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10, 20, 30: 블랭크
11, 21, 31: 제1부분
12, 22, 32: 제2부분
40, 50, 60: 구성부재

Claims (9)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 서로 상이한 두께의 제1부분과 제2부분을 가지며,
   상기 제1부분보다 두께가 두꺼운 상기 제2부분은 소재의 일부가 접혀서 형성되고,
   상기 제2부분이 구성부재의 단면모양을 따라 모자형상으로 형성된 일측 또는 양측 단부에만 위치하는 구성부재.
9. 제8항에 있어서,
   상기 구성부재는 상기 일측 또는 양측 단부에서 상기 모자형상 중 구부려진 모서리를 포함하는 부분만 상기 제2부분으로 형성되고, 나머지는 제1부분으로 형성된 것을 특징으로 하는 구성부재.

Images