KR101759087B1 - 차량용 경량 부품 - Google Patents

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Abstract

플랜지(13)를 포함하여 스틸 부재(10) 상에 경합금 부재(20)를 주조함에 의해 제조되며, 스틸 부재(10)의 플랜지(13)에는 스틸 부재(10)가 노출된 복수의 비주조 영역(14)이 마련된 차량용 경량 부품이 소개된다. 경량 부품은 강성이 우수하며 타 부재와의 조립이 용이하다.

Description

차량용 경량 부품{LIGHT WEIGHT COMPONENT FOR A VEHICLE}
본 발명은 차량용 경량 부품에 관한 것이다. 특히 스틸과 경량 합금이 하이브리드된 차량 바디 부품에 관한 것이다.
차량의 바디 부품 관련 기술의 핵심 키워드는 경량화, 고강도화이다. 기존 스틸 부품의 강도 및 안정성을 보장하면서도 경량인 차량 부품에 대한 요구가 높다.
바디 부품으로 'ㄷ'형의 개방 단면을 갖는 부품이 사용되는 경우가 있다. 필러가 대표적인데, 통상 이들 부품은 차체에 적용시 NVH나 충돌 강성의 보강을 위해 여러 겹의 스틸 리인포스가 부가되어, 무게가 증가하게 된다.
본 발명은 산업통상자원부(MOTIE)의 재원으로 한국산업기술평가관리원(KEIT)의 지원을 받아 수행한 "스몰오버랩 충돌법규 대응용 내충격강도 1.8GPa급 경량 다중소재 융합 차체프레임 제조 기술 개발" 과제에 기초한 것이다.
본 발명은 위와 같은 종래기술에 대한 인식에 기초한 것으로, 스틸 리인포스를 사용하지 않으면서도 기존 스틸 부품의 강성을 갖는 차량용 경량 부품을 제공함을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 스틸에 경량 합금이 하이브리드된 새로운 차량용 경량 부품을 제공함을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 간단하며 양산 가능한 구조의 스틸-경량 합금의 하이브리드 경량 부품을 제공함을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 기존의 스틸 부품과 조립이 가능한 스틸-경량 합금의 하이브리드 경량 부품을 제공함을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 스틸 부재와 경합금 부재 간의 결합력이 우수한 차량용 경량 부품을 제공함을 목적으로 한다.
위 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차량용 경량 부품은 스틸 부재; 및 스틸 부재 상에 주조에 의해 제공된 경합금 부재;를 포함하며, 베이스로부터 연장된 2개의 레그에 각각 플랜지가 형성된 개방 단면을 갖는다.
본 발명의 실시예에 의하면 경합금 부재는 양 레그를 연결하는 복수의 리브 또는 격벽을 가지며, 경량 부품의 플랜지는 경합금 부재가 제공된 주조 영역과 스틸 부재가 노출된 비주조 영역을 갖는다.
리브는 부품의 강성을 보강하는 구조물로 경합금의 주조에 의해 제공되므로, 부품 경량화가 가능하며 설계 자유도가 있어 요구되는 강성 특성에 따라 형상 최적화가 가능하다. 또한 플랜지의 비주조 영역을 이용하여 타 부재와의 조립이 용이하다.
본 발명의 실시예에 의하면 플랜지를 포함한 스틸 부재의 전체 주조면 상에 스틸 부재가 노출된 복수의 비주조 영역이 마련될 수 있다. 경량화는 물론 굽힘이나 비틀림 등의 특성의 향상이 가능하다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 스틸 부재의 플랜지 주조 영역에는 폭방향으로 채널 또는 골부가 형성된다. 플랜지에 마련된 채널을 따라 경합금 부재가 주조되므로 경합금 부재와 스틸 부재 간의 결합력이 향상된다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면 스틸 부재의 주조 영역에는 노치가 형성될 수 있다. 주조과정에 경합금 부재가 노치에 유입되며, 노치 저면에 노치보다 큰 크기의 경합금 연장편이 형성한다. 이러한 연장편은 경합금 부재와 스틸 부재 간의 결합력을 향상시킨다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면 스틸 부재의 플랜지에 형성된 노치는 특히 플랜지의 가장자리에 형성되어 개방된 구조를 갖는다. 스틸 부재의 플랜지 주조 영역은 경합금 부재의 주조를 위한 용탕 주입구나 유출구로 사용될 수 있으며, 개방 구조의 플랜지 노치는 용탕 주입 압력을 낮출 수 있게 한다.
또한 본 발명의 실시예에 의하면, 스틸 부재의 비주조 영역에는 주조 과정에 스틸 부재를 금형에 고정하기 위한 복수의 홀이 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 경량 부품은 스틸 부재 상에 격벽을 갖는 경합금 부재가 보강되어, 경량이면서도 기존 스틸 부품의 강성과 동등 수준을 갖는다.
또한 본 발명에 따른 경량 부품은 비교적 구조가 단순하며 다이 캐스팅에 의해 양산이 가능하다.
또한 본 발명에 따른 경량 부품은 플랜지에 비주조 영역이 마련되어, 이 비주조 영역을 이용하여, 타 스틸 부품과 용접이나 기구적인 결합을 하여 조립체를 구성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 경량 부품은 스틸 부재의 플랜지는 채널을 가지며 여기에 경합금 부재가 주조되고, 또 노치에서의 연장편과 같은 구조에 의해, 양 부재 간의 결합력을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 스틸 부재의 플랜지 가장자리에 형성된 개방 구조의 노치는 주조 과정에 용탕 주입압력을 낮추어 주조 효율이 향상될 뿐만 아니라, 해당 노치에 경합금 부재가 유입되어 연장편을 형성하므로, 스틸 부재와 경합금 부재의 결합력이 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 경량 부품을 도시한 도면,
도 2는 도 1에 도시된 경량 부품의 스틸 부재를 별도로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 경량 부품을 도시한 도면,
도 4는 도 3에 도시된 경량 부품의 스틸 부재를 별도로 도시한 도면,
도 5는 도 3에 도시된 경량 부품의 저면도, 도 6은 측면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 경량 부품을 도시한 도면이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 도면들에서 동일한 구성요소 또는 부품들은 설명의 편의를 위해 가능한 한 동일한 참조부호로 표시된다.
도 1 및 도 2를 참조하여 실시예에 따른 챠량용 경량 부품에 대해 살펴본다.
도 1에서 보듯이, 실시예에 따른 경량 부품은 스틸 부재(10) 상에 경합금 부재(20)를 주조함에 의해 제조된다. 스틸 부재(10)를 인서트하고 경합금을 다이캐스팅 함에 의해 제조될 수 있다. 경합금 부재(20)로는 알루미늄 합금이 사용될 수 있다.
실시예에 따른 경량 부품은 베이스로부터 연장된 2개의 레그에 각각 플랜지가 형성된 개방 단면을 갖는다.
스틸 부재(10)는 'ㄷ'형의 구조, 즉 베이스(11)로부터 2개의 레그(12)가 연장되고 각 레그(12)로부터 플랜지(13)가 연장 형성된 개방 단면 구조를 갖는다. 타 스틸 부품과의 용접이나 조립을 위해 플랜지(13)에는 복수의 경합금 비주조 영역(14)이 마련된다.
도 2를 참조하면, 스틸 부재(10)는 다이 주조 전에 미리 ㄷ'형의 구조로 성형된다. 성형 시, 플랜지(13)에 주조 영역(16)이 함께 형성된다. 주조 영역(16)은 폭방향(W)의 골부 또는 채널을 형성하며, 비주조 영역(14)과의 경계(15)는 단턱을 이룬다.
스틸 부재 플랜지(13)의 주조 영역(16), 즉 채널은 다이 주조 과정에 용탕 주입구 및 유출구로 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 스틸 부재(10) 상에 주조된 경합금 부재(20)는 스틸 플랜지(13)의 비주조 영역(14)을 제외하고는 스틸 부재(10)의 주조면 전체를 덮는다. 플랜지(13)에는 주조 영역(16)에만 경합금 부재(20)가 주조된다. 도면부호 23은 경합금 부재의 플랜지에 해당한다.
경합금 부재(20)는 스틸 부재(10)의 레그(12)를 폭방향으로 교차 연결하는 복수의 격벽 또는 리브(24)를 갖는다. 리브(24)는 허니컴 구조일 수도 있을 것이다. 강성 보강을 위해 리브(24)는 스틸 부재(10)의 길이방향(L) 입측과 출측(24a)에도 마련될 수 있다.
위와 같은 구조의 경량 부품은 스틸 부재(10) 상에 리브(24)를 갖는 경합금 부재(20)가 주조되어 강성이 보강되며 더불어 스틸 보강재를 갖는 기존의 부품보다 경량화가 가능하다. 또한 스틸 플랜지(13)에는 비주조 영역(14)이 마련되어, 이 영역(14)을 통해 다른 스틸 부품과의 조립, 용접이 가능하다.
도 3 내지 도 6을 참조하여 다른 실시예에 따른 차량용 경량 부품을 설명한다. 경량 부품은 베이스로부터 연장된 2개의 레그에 각각 플랜지가 형성된 개방 단면을 갖는다.
도 3에서 보듯이, 앞서 실시예에서와 달리 비주조 영역(34)은 플랜지(33) 외에도 레그(32) 및 베이스(31), 즉 전체 주조면에 걸쳐 다수 제공된다. 플랜지(33)외에도 레그(32)나 베이스(31)에도 비주조 영역(34)이 마련되기에, 비틀림이나 굽힘 특성이 향상될 수 있다.
스틸 부재(30)의 플랜지(33)에는 폭방향으로 채널 또는 골부 형태의 주조 영역(36)이 형성된다. 플랜지(33)의 길이방향을 따라 주조 영역(36)과 그렇지 않은 비주조 영역(34)이 교대 배치된다. 경합금 부재(40)의 리브(44)는 스틸 부재(30)의 레그(32) 사이를 연결하며, 길이방향 입측과 출측(44a)에도 마련된다.
도 3 및 도 4에서 보듯이, 스틸 부재(30)의 주조 영역(34), 특히 플랜지(33)와 베이스(31)의 주조 영역(34)에는 노치(37,38)가 형성된다. 플랜지(33)의 노치(37)은 노치(37)는 플랜지(33)의 가장자리에 형성되어 개방된 구조를 가지며, 베이스(31)의 노치(38)은 홀 구조를 갖는다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 노치(37,38)에는 주조 과정에 경합금 부재(40)가 유입된다. 스틸 부재(30)의 노치(37,38) 상면에는 경합금 부재(40)가 주조 영역(36)을 따라 제공되며, 바람직하게는 저면에 노치(37,38)보다 큰 크기의 경합금 연장편(45,46)이 형성된다. 이러한 구조에 의해 스틸 부재(30)와 경합금 부재(40) 간의 결합력을 강화할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 노치(37,38), 특히 스틸 플랜지(31) 노치(37)에는 경합금 부재(40)가 'H'형 구조로 형성되어 스틸 부재(30)와 기구적으로 결합됨을 알 수 있다. 이러한 'H'형 구조의 형성을 위해 금형에는 노치(37,38)에 대응하는 홈부가 마련될 수 있다.
스틸 플랜지(33)의 주조 영역(34)은 경합금 부재(40)의 다이 주조 시 용탕 주입구 및 유출구로 사용된다. 스틸 플랜지(33)의 채널을 통해 폭방향으로 경합금 용탕이 주입되며, 이때 주입구에서의 압력 상승 및 주조 시간 지연의 문제가 있으나, 플랜지(33)의 가장자리에 형성된 노치(37)가 이를 완화할 수 있다.
한편 스틸 부재(30)의 비주조 영역(34), 특히 베이스(31)와 플랜지(33)의 비주조 영역에는 주조 과정에 스틸 부재(30)를 금형에 고정하기 위한 복수의 홀(39)이 형성된다. 주조 과정에 스틸 부재(30)가 금형이 밀착되어야 하기에 이들 홀(39)을 이용하여 스틸 부재(30)를 금형에 고정한다.
도 7에는 또 다른 실시예에 따른 차량용 경량 부품이 도시되어 있다. 도 3 및 도 4의 실시예와 거의 유사하여 동일 도면부호를 사용하였다. 도 7에서 보듯이, 앞서의 실시예들에서와 달리 경량 부품의 리브(44)는 길이방향 입측과 출측에 형성되지 않을 수 있다.
위와 같은 경량 부품들의 제조과정은 블랭크를 채널 형태의 주조 영역(36)을 갖는 스틸 부재(30)로 성형하는 먼저 수행된다. 주조 영역(36) 성형 시, 복수의 노치(37,38)과 홀(39)이 함께 성형될 수 있다.
다음으로 제조된 스틸 부재(30)를 인서트하여 다이 캐스팅한다. 구체적으로 복수의 홀(39)을 이용하여 스틸 부재(30)를 이용하여 금형에 고정하는 과정, 노치(37)가 형성된 스틸 플랜지(33)의 주조 영역(36)을 이용하여 경합금 용탕을 폭방향으로 주입하는 과정, 및 주조 완료된 경량 부품을 탈거하는 과정을 통해 제조될 수 있다.
이상 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 또는 변형될 수 있다는 것이 이해될 필요가 있다.
10,20: 스틸부재 11: 베이스
12: 레그 13: 플랜지
14,34: 비주조 영역 16,36: 주조 영역
20,40: 경합금 부재 24,44: 리브

Claims (8)

  1. 스틸 부재; 및
    스틸 부재 상에 주조에 의해 제공된 경합금 부재;를 포함하며,
    베이스로부터 연장된 2개의 레그에 각각 플랜지가 형성된 개방 단면을 가지며,
    경합금 부재는 양 레그를 연결하는 복수의 격벽 또는 리브를 가지며,
    플랜지는 경합금 부재가 제공된 주조 영역과 스틸 부재가 노출된 비주조 영역을 가지며,
    스틸 부재의 플랜지 주조 영역에는 폭방향으로 채널 또는 골부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 경량 부품.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 플랜지를 포함한 스틸 부재의 전체 주조면 상에는 스틸 부재가 노출된 복수의 비주조 영역이 마련되며,
    적어도 플랜지의 주조 영역에는 폭방향으로 채널 또는 골부가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 경량 부품.
  4. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 상기 스틸 부재의 플랜지에는 플랜지의 가장자리에 형성되어 개방된 구조를 갖는 노치가 형성되며,
    스틸 부재의 노치 상면에는 경합금 부재가 주조 영역을 따라 제공되며, 저면에는 노치보다 큰 크기의 경합금 연장편이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 경량 부품.
  5. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 상기 스틸 부재의 주조 영역에는 경합금 부재가 유입될 수 있는 노치가 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 경량 부품.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 스틸 부재의 노치 상면에는 경합금 부재가 주조 영역을 따라 제공되며, 저면에는 노치보다 큰 크기의 경합금 연장편이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 경량 부품.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 스틸 부재의 플랜지에 형성된 노치는 플랜지의 가장자리에 형성되어 개방된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 경량 부품.
  8. 청구항 5에 있어서, 상기 스틸 부재의 비주조 영역에는 주조 과정에 스틸 부재를 금형에 고정하기 위한 복수의 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 경량 부품.
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