KR101891824B1 - 이종 소재로 이루어진 하이브리드 차체부품 제조 방법 - Google Patents

이종 소재로 이루어진 하이브리드 차체부품 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이종 소재로 이루어진 하이브리드 차체부품 제조 방법에 관한 것이다. 이종 소재로 이루어진 하이브리드 차체부품 제조 방법은 금속재로 이루어진 블랭크와, 접착제, 및 복합재로 이루어진 패치를 마련하는 단계와, 상부 금형에 대해 형분리된 상태의 하부 금형 상에 블랭크와 접착제와 패치 순서로 적층하는 단계와, 상부 금형과 하부 금형을 형합시켜 블랭크와 접착제와 복합재를 동시에 가압함과 아울러 가열 유닛에 의해 상,하부 금형을 가열함에 따라 블랭크와 접착제와 복합재를 동시에 가열하여 차체부품을 성형하는 단계, 및 성형된 차체부품을 냉각시켜 경화시키는 단계를 포함한다.

Description

이종 소재로 이루어진 하이브리드 차체부품 제조 방법{Method of manufacturing hybrid vehicle body part with different material}
본 발명은 이종 소재를 이용하여 차체부품을 제조하는 기술과 관련된다.
차량 경량화는 완성차 업계의 오랜 시간 동안 지속되는 화두이다. 차량 경량화가 중요해지는 외부적인 요인으로는 각국의 연비규제 강화를 들 수 있다. 차량 경량화를 실현하기 위한 방법 중 하나는 종래의 차체부품보다 중량이 낮은 차체부품을 차량에 채용하는 것이다. 최근에는 차량 경량화와 고강도화를 위해 차체부품에 복합재를 많이 적용하고 있는 중이다.
한편, 종래 예에 따른 차체부품은 다음과 같은 방법으로 제조되고 있다. 먼저, 강재로 제1 부품을 성형하고, 복합재로 제2 부품을 성형한다. 그 다음, 제2 부품에 접착제를 랩핑한다. 그 다음, 제2 부품을 접착제에 의해 제1 부품에 접착시킨 후 경화시키게 되면, 최종 차체부품으로 완성하게 된다. 그런데, 전술한 방법에 의하면, 제조 공정수가 비교적 많기 때문에 생산성이 저하될 수 있다.
본 발명의 과제는 제조 공정을 간소화하여 생산성을 높일 수 있는 하이브리드 차체부품 제조 방법을 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이종 소재로 이루어진 하이브리드 차체부품 제조 방법은, 금속재로 이루어진 블랭크(blank)와, 접착제, 및 복합재로 이루어진 패치(patch)를 마련하는 단계와, 상부 금형에 대해 형분리된 상태의 하부 금형 상에 블랭크와 접착제와 패치 순서로 적층하는 단계와, 상부 금형과 하부 금형을 형합시켜 블랭크와 접착제와 복합재를 동시에 가압함과 아울러 가열 유닛에 의해 상,하부 금형을 가열함에 따라 블랭크와 접착제와 복합재를 동시에 가열하여 차체부품을 성형하는 단계, 및 성형된 차체부품을 냉각시켜 경화시키는 단계를 포함한다.
여기서, 블랭크는 강(steel), 알루미늄, 마그네슘 중 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있다. 패치는 탄소섬유강화플라스틱, 유리섬유강화플라스틱 중 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 금속재와 복합재로 각각 부품을 성형한 후 성형된 부품들을 접착제로 접합시키는 방식에 비해, 제조 공정수를 간소화하여 생산성을 높일 수 있다. 본 발명에 따르면, 금속재와 복합재로 이루어진 하이브리드 차체부품으로 구성되므로, 고강도를 지니면서 경량화되어 차량 경량화에 기여할 수 있다. 또한, 차체부품은 블랭크로 성형된 부위가 충격에 저항하고, 패치로 성형된 부위가 충격을 흡수할 수 있는 구조로 이루어져 충격흡수능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재로 이루어진 하이브리드 차체부품 제조 방법에 대한 순서도이다.
도 2는 도 1에 있어서, 하이브리드 차체부품 제조하는 과정들을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재로 이루어진 하이브리드 차체부품 제조 방법에 의해 제조되는 차체부품은 사이드 아우터 컴플리트(side outer complete)에 해당할 수 있다. 사이드 아우터 컴플리트는 차량의 좌우에 각각 설치되어 지붕을 받치고 도어를 유지하는 것으로, 사이드 실(side sill)과, 센터 필러(center pillar)와, 루프 사이드(roof side)와, 프런트 필러 어퍼(front pillar upper), 및 프런트 필러 로워(front pillar lower)를 포함한다.
루프 사이드는 사이드 실의 상측에 간격을 두고 배치된다. 센터 필러는 상단이 사이드 실의 중앙 부위에 결합되고 하단이 루프 사이드의 중앙 부위에 결합된다. 프런트 필러 어퍼는 상단이 루프 사이드의 전단에 결합된다. 프런트 필러 로워는 상단이 프런트 필러 어퍼의 하단에 결합되고 하단이 사이드 실의 전단 부위에 결합된다. 프런트 필러 어퍼와 프런트 필러 로워는 프런트 필러를 이룬다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재로 이루어진 하이브리드 차체부품 제조 방법에 대한 순서도이다. 도 2는 도 1에 있어서, 하이브리드 차체부품 제조하는 과정들을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재로 이루어진 하이브리드 차체부품(10)을 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 블랭크(11)와, 접착제(12), 및 패치(13)를 마련한다(S10). 여기서, 블랭크(11)와 패치(13)의 형상은 성형될 차체부품(10)의 형상에 맞게 적절히 설정될 수 있다. 패치(13)는 블랭크(11)보다 작은 면적을 갖는 것으로 예시되어 있으나, 필요에 따라 블랭크(11)와 동일한 면적을 갖는 것도 가능하다. 또한, 패치(13)는 필요에 따라 복수 개로 마련될 수 있다.
블랭크(11)는 금속재로 이루어진다. 예컨대, 블랭크(11)는 강, 알루미늄, 마그네슘 중 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있다. 패치(13)는 복합재로 이루어진다. 복합재는 강화섬유에 수지가 예비 함침되어 구성된다. 예컨대, 패치(13)는 탄소섬유강화플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP), 유리섬유강화플라스틱(Glass Fiber Reinforced Plastic, GFRP) 중 어느 하나의 소재로 이루어질 수 있다. 접착제(12)는 블랭크(11)와 패치(13)를 접착하기 위한 것이다. 예컨대, 접착제(12)는 유리섬유(glass fiber) 소재의 시트 상에 에폭시 계열 소재의 접착층이 형성된 구조로 이루어질 수 있다.
그 다음, 상부 금형(21)에 대해 형분리된 상태의 하부 금형(22) 상에 블랭크(11)와 접착제(12)와 패치(13) 순서로 적층한다(S20). 여기서, 블랭크(11)가 패치(13)보다 하측에 적층된 것으로 예시되어 있으나, 패치(13)의 면적에 따라 적층 순서는 반대가 될 수도 있다.
그 다음, 상부 금형(21)과 하부 금형(22)을 형합시켜 블랭크(11)와 접착제(12)와 복합재(13)를 동시에 가압함과 아울러, 가열 유닛(23)에 의해 상,하부 금형(21, 22)을 가열함에 따라 블랭크(11)와 접착제(12)와 복합재(13)를 동시에 가열하여 차체부품(10)을 성형한다(S30). 그 다음, 성형된 차체부품(10)을 냉각시켜 경화시킨다(S40).
여기서, 하부 금형(22)은 상면에 성형부를 갖는다. 하부 금형(22)의 성형부는 차체부품(10)의 하면 형상과 반대되는 형상으로 이루어진다. 상부 금형(21)은 하부 금형(22)과 형합 또는 형분리된다. 상부 금형(21)은 하부 금형(22)에 대해 승강 동작할 수 있다. 이 경우, 상부 금형(21)은 유압식 또는 기계식 프레스장치의 가동 프레임에 연결되어, 가동 프레임이 승강 동작할 때, 가동 프레임과 함께 승강 동작할 수 있다.
상부 금형(21)은 하면에 성형부를 갖는다. 상부 금형(21)의 성형부는 차체부품(10)의 상면 형상과 반대되는 형상으로 이루어진다. 상부 금형(21)은 하부 금형(22)과 형합되면, 접착제(12)를 사이에 두고 적층된 블랭크(11)와 패치(13)를 가압해서 차체부품(10)으로 성형할 수 있게 한다.
가열 유닛(23)이 상,하부 금형(21, 22)에 각각 장착되어 상,하부 금형(21, 22)을 가열할 수 있다. 가열 유닛(23)은 상부 금형(21)에 장착된 상부 히터, 및 하부 금형(22)에 장착된 하부 히터를 포함할 수 있다. 상,하부 히터는 복수의 히터 카트리지들로 각각 구성될 수 있다.
상부 금형(21)과 하부 금형(22)이 형합되어 블랭크(11)와 접착제(12)와 패치(13)를 가압할 때, 가열 유닛(23)은 상부 금형(21)과 하부 금형(22)을 가열한다. 따라서, 블랭크(11)와 접착제(12)와 패치(13)는 가압되면서 가열될 수 있다.
블랭크(11)와 접착제(12)와 패치(13)가 가열되면, 접착제(12)의 접착 물질이 용융되며, 용융된 접착 물질은 블랭크(11)와 패치(13) 사이에 빈틈 없이 채워지게 된다. 이때, 접착제(12)가 유리섬유 소재의 시트 상에 에폭시 계열 소재의 접착층이 형성된 구조로 이루어진 경우, 시트는 유리섬유 사이에 공극이 형성되어 있으며, 에폭시 계열 소재가 가열에 의해 용융된다. 용융된 에폭시 계열 소재는 유리섬유 사이의 공극을 통과하게 되므로, 블랭크(11)와 패치(13) 양쪽에 모두 접한 상태가 된다. 이 상태에서, 에폭시 계열 소재가 냉각되어 경화되면, 블랭크(11)와 패치(13)가 접합될 수 있게 된다. 이때, 블랭크(11)와 패치(13)는 유리섬유 소재의 시트를 사이에 두고 접합되므로, 패치(13)에 함유된 탄소섬유 등으로 인한 블랭크(11)의 부식이 방지될 수 있다.
또한, 패치(13)가 가열되면, 패치(13)의 수지 성분이 용융되어 패치(13)로부터 유출된다. 유출된 수지 성분은 용융된 상태의 에폭시 계열 소재와 혼입된다. 이후, 혼입된 수지 성분은 에폭시 계열 소재와 함께 냉각되어 경화되면, 블랭크(11)와 패치(13)가 더욱 강건하게 접합될 수 있다.
전술한 방식에 의해 차체부품(10)이 제조되면, 금속재와 복합재로 각각 부품을 성형한 후 성형된 부품들을 접착제로 접합시키는 방식에 비해, 제조 공정수를 간소화하여 생산성을 높일 수 있다. 이렇게 제조된 차체부품(10)은 금속재와 복합재로 이루어진 하이브리드 차체부품으로 구성되므로, 고강도를 지니면서 경량화되어 차량 경량화에 기여할 수 있다. 또한, 차체부품(10)은 블랭크(11)로 성형된 부위가 충격에 저항하고, 패치(13)로 성형된 부위가 충격을 흡수할 수 있는 구조로 이루어져 충격흡수능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
11..블랭크 12..접착제
13..패치 21..상부 금형
22..하부 금형 23..가열 유닛

Claims (2)

  1. 금속재로 이루어진 블랭크와, 접착제, 및 복합재로 이루어진 패치를 마련하는 단계;
    상부 금형에 대해 형분리된 상태의 하부 금형 상에 블랭크와 접착제와 패치 순서로 적층하는 단계;
    상부 금형과 하부 금형을 형합시켜 블랭크와 접착제와 패치를 동시에 가압함과 아울러, 가열 유닛에 의해 상,하부 금형을 가열함에 따라 블랭크와 접착제와 패치를 동시에 가열하여 차체부품을 성형하는 단계; 및
    성형된 차체부품을 냉각시켜 경화시키는 단계를 포함하며,
    상기 패치는 탄소섬유강화플라스틱, 유리섬유강화플라스틱 중 어느 하나의 소재로 이루어지며;
    상기 접착제는 공극이 형성된 유리섬유 소재의 시트 상에 에폭시 계열 소재의 접착층이 형성된 구조로 이루어지며;
    블랭크와 접착제와 패치가 가열되면, 용융된 에폭시 계열 소재는 유리섬유 사이의 공극을 통과하여 블랭크와 패치 양쪽에 모두 접하게 되어 패치로부터 유출된 수지 성분과 혼입되며, 이 상태에서 혼입된 수지 성분과 에폭시 계열 소재가 함께 냉각되어 경화되면, 블랭크와 패치가 유리섬유 소재의 시트를 사이에 두고 접합되는 것을 특징으로 하는 이종 소재로 이루어진 하이브리드 차체부품 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블랭크는 강(steel), 알루미늄, 마그네슘 중 어느 하나의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 이종 소재로 이루어진 하이브리드 차체부품 제조 방법.
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