KR101813948B1 - 차량의 이종소재 서브 프레임 - Google Patents

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정판근
박현철
홍종빈
서정식
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서진산업(주)
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Abstract

본 출원은 차량의 이종소재 서브 프레임에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 이종소재 서브 프레임은, 스틸(steel) 재질의 센터 패널; 및 상기 센터 패널의 좌측 및 우측에 형성되는 알루미늄(Aluminum) 재질의 사이드 패널을 포함할 수 있다.

Description

차량의 이종소재 서브 프레임 {Dissimilar materials subframe for vehicles}
본 출원은 차량의 이종소재 서브 프레임에 관한 것으로서, 특히 엔진진동 감쇠 및 차체 강성을 향상시킬 수 있는 이종소재 서브 프레임에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 서브프레임은 엔진룸에 구성되는 프론트 서브프레임과 차량 후방에 구성되는 리어 서브프레임으로 나누어 진다.
프론트 서브프레임은 엔진룸을 구성하는 차체에 설치되어 엔진룸 내에 설치되는 엔진과 변속기를 장착해서 지지함과 더불어 현가장치의 현가아암이 연결되어 자동차의 구조적인 강성을 증대시키면서 하중 전달이 용이하게 이루어지도록 하는 기능을 하게 된다.
이러한 서브프레임은 엔진룸 전방 또는 차량후방에 위치되면서 자동차의 폭방향으로 연장되게 형성된 전, 후방의 크로스멤버와 양측 측방에 위치되면서 자동차의 길이방향을 따라 연장되게 형성된 2개의 사이드 멤버를 각각 구비하여 이들 4개의 멤버들이 대체로 사각형상을 이루도록 연속되게 연결된 구조로 되어 있다.
대한민국 등록특허 제1619877호
본 출원은, 엔진진동 감쇠 및 차체 강성을 향상시킬 수 있는 차량의 이종소재 서브 프레임을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 이종소재 서브 프레임은, 스틸(steel) 재질의 센터 패널; 및 상기 센터 패널의 좌측 및 우측에 형성되는 알루미늄(Aluminum) 재질의 사이드 패널을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 센터 패널은 차량의 엔진부 하단에 위치하여 상기 엔진부를 지지하고, 상기 사이드 패널은 상기 센터 패널의 좌측 및 우측에서 상기 엔진부를 지지하되, 상기 센터 패널로부터 전달되는 상기 엔진부의 엔진진동을 감쇠시킬 수 있다.
여기서 상기 센터 패널은, 육각기둥 형상을 가지는 복수의 돌출부가 벌집 구조로 배열되는 엠보싱 형상을 포함할 수 있다.
여기서 상기 사이드 패널은, 상기 이종소재 서브 프레임을 차체와 연결하기 위한 마운팅부를 더 포함할 수 있다.
여기서 이중소재 서브 프레임은, 상기 센터 패널의 측면이 상기 사이드 패널의 내부로 삽입된 영역으로, 마찰교반용접(FSW: Friction Stir Welding)에 의하여 상기 사이드 패널과 센터 패널이 융착된 용접부를 더 포함할 수 있다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 이종소재 서브 프레임에 의하면, 가운데 스틸 소재의 센터 패널이 위치하고, 양 옆으로 알루미늄 소재의 사이드 패널이 위치하므로, 차량의 차체 및 엔진부를 견고하게 지탱함과 동시에 엔진진동에 대한 진동흡수 성능을 향상시키는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 이종소재 서브 프레임에 의하면, 알루미늄 주조공법을 활용하여 사이드 패널을 형성하므로, 센터 패널과 결합되는 구조를 용이하게 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 이종소재 서브 프레임에 의하면, 마찰교반용접시 이종소재의 양면에 대한 용접이 가능하므로, 기존의 방식에 비하여 체결력을 현저히 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이종소재 서브 프레임을 나타내는 평면도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 이종소재 서브 프레임에 적용된 센터 패널을 나타내는 사진이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 이종소재 서브 프레임에 적용된 사이드 패널을 형성하기 위한 주조금형을 나타내는 평면도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 알루미늄 주조공법을 활용하여 생성한 이종소재 서브 프레임을 나타내는 사진이다
도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 센터 패널과 사이드 패널의 결합부위를 나타내는 부분 확대도이다
도6은 본 발명의 일 실시예에 따라, 마찰교반용접장치를 이용하여 이종소재 서브 프레임을 용접하는 것을 나타내는 개략도이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 의한 이종소재 서브 프레임 제조방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 이종소재 서브 프레임을 나타내는 평면도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 차량의 이종소재 서브 프레임(100)은, 센터 패널(110), 사이드 패널(120, 130) 및 용접부(140, 150)를 포함할 수 있다.
이하 도1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 이종소재 서브 프레임(100)을 설명한다.
센터 패널(110)은 스틸(steel) 재질로 형성될 수 있으며, 실시예에 따라서는 강판을 프레스 가공하는 방식으로 생성할 수 있다. 예를들어, 강판을 프레스 성형하여 각각의 어퍼패널과 로워패널을 제작한 후, 제작된 어퍼패널과 로워패널을 아크용접하여 상기 센터 패널(110)을 생성할 수 있다. 한편, 도2를 참조하면, 센터 패널(110)은 측면결합편(111, 112)과 중앙부(113)로 구분할 수 있다. 여기서, 측면결합편(111, 112)은 각각 사이드 패널(120, 130)의 내부로 삽입될 수 있으며, 측면결합편(111, 112)에는 사이드 패널(120, 130)과의 결합력을 강화하기 위한 체결강화홀(1111, 1112, 1121, 1122)이 포함될 수 있다. 한편, 중앙부(113)는 복수의 돌출부를 갖는 엠보싱 형상을 포함할 수 있다. 여기서, 돌출부는 육각기동 형상을 가질 수 있으며, 상기 돌출부는 벌집구조로 배열될 수 있다. 이종소재 서브 프레임(100)은 차량의 차체와 엔진룸을 지지하는 것으로서, 센터 패널(110)에 포함된 엠보싱 형상은 차량의 엔진진동에 대한 진동흡수 성능을 향상시키는 기능을 수행할 수 있다. 구체적인 실시예에서는, 상기 돌출부의 높이를 1.00 ~ 1.30mm 로 설정할 수 있다.
사이드 패널(120, 130)은 알루미늄 재질로 형성될 수 있으며, 센터 패널(110)의 좌측 및 우측에서 센터 패널(110)과 결합될 수 있다. 구체적으로, 도5에 도시한 바와 같이, 사이드 패널(130)은 결합블록(133)를 포함할 수 있으며, 상기 센터 패널(110)의 측면결합편(112)이 상기 결합블록(133)의 내부로 삽입될 수 있다. 또한, 사이드 패널(130)은 체결강화홀(1121, 1122) 내에 삽입되는 구성을 더 포함할 수 있으며, 이를 통하여 사이드 패널(130)과 센터 패널(110) 사이의 결합력을 강화시킬 수 있다. 한편, 도5에서는 센터 패널(110)의 우측에 위치하는 사이드 패널(130)과의 결합을 도시하고 있으나, 센터 패널(110)의 좌측에 위치하는 사이드 패널(120)도 동일한 방식으로 센터 패널(110)과 결합가능하다.
실시예에 따라서는, 사이드 패널(120, 130)을 알루미늄 주조 공법을 이용하여 생성할 수 있으며, 알루미늄 주조 공법을 활용하여 사이드 패널(120, 130)과 센터 패널(110)을 결합시킬 수 있다. 구체적으로, 도3에 도시한 바와 같이, 센터 패널(110)을 주조금형(200) 내에 위치시킨 후, 알루미늄 소재를 주조금형(200) 내로 유입시켜, 센터 패널(110)과 결합된 형태의 사이드 패널(120, 130)을 생성할 수 있다. 이 경우, 센터 패널(110)의 양 측면결합편(111, 112)를 감싸는 결합블록(123, 133)의 형상을 용이하게 생성하는 것이 가능하다. 또한, 알루미늄 소재는 체결강화홀(1111, 1112, 1121, 1122)을 통하여 유입될 수 있으므로, 알루미늄 주조 공법을 통하여 센터 패널(110)과 사이드 패널(120)을 용이하게 결합시킬 수 있다. 즉, 도4에 도시한 바와 같이, 알루미늄 주조 공법을 활용하면, 사이드 패널(120, 130)을 센터 패널(110)과 결합된 형태로 생성할 수 있다.
한편, 사이드 패널(120, 130)에는 서브프레임(100)을 차체에 결합하기 위한 마운팅부(121, 122, 131, 132)가 포함될 수 있으며, 상기 마운팅부(121, 122, 131, 132)도 상기 알루미늄 주조 공법을 활용하여 생성할 수 있다.
용접부(140, 150)는 결합블록(123, 133) 상에 수행된 마찰교반용접(FSW: Friction Stir Welding)에 의하여 형성될 수 있으며, 센터 패널(110)과 사이드 패널(120, 130)은 용접부(140, 150)에서 융착될 수 있다. 즉, 센터 패널(110)과 사이드 패널(120, 130) 사이의 결합을 강화하기 위하여, 결합블록(123, 133) 상에 용접부(140, 150)를 생성할 수 있다. 종래에는 마찰교반용접을 수행하기 위하여 플랜지 구조 등을 형성하고, 플랜지 구조의 일면에 마찰교반용접을 수행하는 것이 일반적이었다. 다만, 가압이 필수적인 마찰교반용접의 특성상, 플랜지 구조의 경우에는 일면에만 마찰교반용접이 가능하였다.
반면에, 본 발명의 일 실시예에 의한 이종소재 서브 프레임(100)은, 사이드 패널(120, 130)의 결합블록(123, 133) 내에 센터 패널(110)의 측면이 삽입되므로, 결합블록(123, 133)의 상부에 마찰교반용접을 적용하는 경우에는 하부에서 가압을 지지할 수 있다. 또한, 결합블록(123, 133)의 하부에 마찰교반용접을 적용하는 경우에는 상부에서 가압을 지지하는 것이 가능하다. 따라서, 도7(a)에 도시한 바와 같이, 먼저 결합블록의 상부(123a, 133a)에 마찰교반용접장치(300)를 이용하여 용접을 수행할 수 있으며, 이때 결합블록의 하부(123b, 133b)는 지지대 등에 의하여 지지되어 마찰교반용접시 발생하는 가압을 지탱할 수 있다. 이후 상부에 대한 용접이 완료되면, 도7(b)에 도시한 바와 같이 서브 프레임(100)을 뒤집어 결합블록의 하부(123b, 133b)에 대한 마찰교반용접을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 이종소재 서브 프레임(100)은 지지구조의 형성이 가능하므로, 결합블록(123, 133)의 양면에 대한 용접이 가능하며, 이로인하여 종래의 단면 용접에 비하여 체결력을 현저히 높일 수 있다.
한편, 차량의 서브 프레임(100)은 마운팅부(121, 122, 131, 132) 등을 통하여 차체에 결합될 수 있으며, 프론트 서브프레임의 경우에는 엔진부의 하단에 위치하여 엔진부를 지지하는 기능을 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 서브 프레임(100)의 경우에는 가운데 스틸 재질의 센터 패널(110)이 위치하고, 센터 패널(110)의 좌우로 사이드 패널(120, 130)이 각각 위치하는 구조상의 특징이 있다. 따라서, 스틸 재질의 센터 패널(110)은 차량의 엔진부 하단에서 상기 엔진부를 지지할 수 있으며, 알루미늄 재질의 사이드 패널(120, 130)은 상기 센터 패널(110)의 좌측 및 우측에서 상기 엔진부를 지지할 수 있다. 이때, 사이드 패널(120, 130)은 알루미늄 재질로 구성되므로, 스틸 재질의 센터 패널(110)로부터 전달되는 엔진부의 진동을 흡수하여 감쇠시킬 수 있다. 또한, 알루미늄 재질로 구성되는 사이드 패널(120, 130)의 특성상, 기존의 스틸 재질로만 형성된 서브 프레임에 비하여 차체의 강성을 보강하는 효과도 얻을 수 있다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 의한 이종소재 서브 프레임 제조방법을 나타내는 순서도이다. 이하 도8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 이종소재 서브 프레임 제조방법을 설명한다.
먼저 강판을 프레스 가공하여 센터 패널을 생성할 수 있다(S100). 예를들어, 강판을 프레스 성형하여 각각의 어퍼패널과 로워패널을 제작한 후, 제작된 어퍼패널과 로워패널을 아크용접하는 방식으로 상기 센터 패널을 생성할 수 있다. 여기서, 센터 패널은 스틸(steel)로 형성될 수 있으며, 상기 센터 패널에는 중앙부와 상기 중앙부의 양 측면에 위치하는 측면결합편이 포함될 수 있다. 상기 중앙부에는 복수의 돌출부를 갖는 엠보싱 형상이 포함될 수 있다.
이후, 알루미늄 주조공법을 이용하여, 상기 센터 패널의 측면이 삽입되는 오목한 형상의 결합블록을 포함하는 사이드 패널을 생성할 수 있다(S200). 구체적으로, 센터 패널을 주조금형 내에 위치시킨 후, 알루미늄 소재를 주조금형 내에 유입시키는 방식으로 상기 사이드 패널을 생성할 수 있다. 따라서, 센터 패널의 측면결합편을 감싸는 형상의 오목한 결합블록을 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 측면결합편에 위치하는 체결강화홀에 알루미늄 소재를 유입시켜 센터 패널과 사이드 패널 사이의 결합을 강화시키는 것도 가능하다.
알루미늄 주조공법을 활용하여 상기 사이드 패널을 결합시킨 후에는, 결합블록의 상부 및 하부에 각각 마찰교반용접을 적용하여, 센터 패널과 사이드 패널을 융착할 수 있다(S300). 구체적으로, 마찰교반용접장치를 이용하여 결합블록의 상부에 용접을 수행할 수 있으며, 이때 결합블록의 하부는 지지대 등에 의하여 지지되어 마찰교반용접시 발생하는 가압을 지탱할 수 있다. 이후 상부에 대한 용접이 완료되면, 서브 프레임을 뒤집어 결합블록의 하부에 마찰교반용접을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 이종소재 서브 프레임은 결합블록의 양면에 대한 용접이 가능하므로, 종래의 단면 용접에 비하여 체결력을 현저히 높일 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
100: 서브 프레임 110: 센터 패널
111, 112: 측면결합편 120, 130: 사이드 패널
121, 122, 131, 132: 마운팅부 200: 주조금형
300: 마찰교반용접장치

Claims (5)

  1. 스틸(steel) 재질의 센터 패널; 및
    상기 센터 패널의 측면이 삽입되는 오목한 형상의 결합블록을 포함하는 알루미늄(Aluminum) 재질의 사이드 패널;
    을 포함하되,
    상기 센터 패널은, 중앙부와 상기 중앙부의 양 측면에 위치하여 상기 결합블록 내에 삽입되는 측면결합편을 포함하고,
    상기 사이드 패널은, 알루미늄 주조공법에 의해 생성되되 주조시 용융된 알루미늄 소재가 상기 측면결합편에 관통 형성된 적어도 하나의 체결강화홀에 유입되어 상기 사이드 패널이 상기 측면결합편과 결합 생성되며,
    상기 측면결합편의 상부 및 하부를 감싸는 상기 결합블록의 상부 및 하부에 마찰교반용접(FSW: Friction Stir Welding)이 수행되어, 상기 결합블록 상에는 상기 센터 패널과 사이드 패널이 융착된 용접부를 포함하는 차량의 이종소재 서브 프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 센터 패널은 차량의 엔진부 하단에 위치하여 상기 엔진부를 지지하고,
    상기 사이드 패널은 상기 센터 패널의 좌측 및 우측에서 상기 엔진부를 지지하되, 상기 센터 패널로부터 전달되는 상기 엔진부의 엔진진동을 감쇠시키는 것을 특징으로 하는 차량의 이종소재 서브 프레임.
  3. 제1항에 있어서, 상기 센터 패널은
    육각기둥 형상을 가지는 복수의 돌출부가 벌집 구조로 배열되는 것을 특징으로 하는 차량의 이종소재 서브 프레임.
  4. 제1항에 있어서, 상기 사이드 패널은
    상기 이종소재 서브 프레임을 차체와 연결하기 위한 마운팅부를 더 포함하는 차량의 이종소재 서브 프레임.
  5. 삭제
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