KR102120774B1 - 수지 충전 금속 중공 판넬 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 예시적 실시예에 따른 수지 충전 금속 중공 판넬은, 서로 마주보게 배치된 제1 금속 판재 및 제2 금속 판재; 상기 제1 금속 판재와 제2 금속 판재가 서로 맞닿아 용접된 하나 이상의 용접부; 및 상기 용접부를 제외한 상기 제1 금속 판재와 제2 금속 판재 사이에 형성된 공간부; 및 상기 공간부를 채우는 수지;를 포함하고, 상기 용접부는 상기 제1 및 제2 금속 판재가 겹쳐진 상태에서 상기 제1 및 제2 금속 판재의 모서리 영역을 따라서 형성되는 제1 용접부와, 상기 제1 용접부의 내측 영역에 일정 간격으로 복수개 형성되는 제2 용접부를 포함할 수 있다.

Description

수지 충전 금속 중공 판넬 및 그 제조 방법{METAL HOLLOW PANEL FILLED WITH RESIN AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 수지 충전 금속 중공 판넬 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 제조산업에 있어서는 환경규제에 대응하여 배기가스의 대기방출을 줄이고, 연비를 향상시키고, 전기자동차의 경우에는 주행거리를 늘리기 위하여 차체의 경량화가 요구된다.
대한민국 등록특허 10-1585741에서는 알루미늄과 고강도강판을 압연한 클래드 판재를 제안하였으나 이는 중량대비 강성이 낮고 소음 흡수 혹은 차폐 성능이 제한적이다. 미국 등록특허 US4671985에서는 2장의 알루미늄 판재 사이에 열가소성수지를 압착한 라미네이트 판재를 제안하였으나 이는 강성이 부족하고 알루미늄과 수지의 접착면이 쉽게 박리되는 문제점이 있다.
본 발명은 종래의 샌드위치 판넬, 라미네이트 강판, 클래드 강판 등에 비하여 무게 대비 강성이 향상되고 소음 혹은 진동의 흡수/차폐 성능이 우수한 수지 충전 금속 중공 판넬 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 수지 충전 금속 중공 판넬은, 서로 마주보게 배치된 제1 금속 판재 및 제2 금속 판재; 상기 제1 금속 판재와 제2 금속 판재가 서로 맞닿아 용접된 하나 이상의 용접부; 상기 용접부를 제외한 상기 제1 금속 판재와 제2 금속 판재 사이에 형성된 공간부; 및 상기 공간부를 채우는 수지;를 포함하고, 상기 용접부는 상기 제1 및 제2 금속 판재가 겹쳐진 상태에서 상기 제1 및 제2 금속 판재의 모서리 영역을 따라서 형성되는 제1 용접부와, 상기 제1 용접부의 내측 영역에 일정 간격으로 복수개 형성되는 제2 용접부를 포함할 수 있다.
적어도 일측면 단부에서 상기 제1 금속 판재와 제2 금속 판재는 서로 이격될 수 있다.
상기 용접부에 인접한 용접 인접부에서 상기 제1 및 제2 금속 판재 사이의 거리는 상기 용접부로 갈수록 감소할 수 있다.
상기 제2 용접부는 점용접부 또는 선용접부일 수 있다.
상기 선용접부는 직선, +형상, C형상, S형상, W형상 중 적어도 하나의 형상을 가질 수 있다.
상기 수지는 수축저감제가 첨가된 실리콘 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아미드 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 수지에는 장석분말, 활석분말, 규사분말, 규조토, 팽창흑연 중 적어도 하나가 첨가될 수 있다.
상기 제1 및 제2 금속 판재는 철강, 스테인리스강, 티타늄 혹은 그 합금, 알루미늄 혹은 그 합금, 마그네슘 혹은 그 합금 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 수지 충전 금속 중공 판넬의 제조 방법은, 제1 금속 판재 및 제2 금속 판재를 겹치게 준비하는 준비 단계; 상기 제1 및 제2 금속 판재의 모서리 영역을 따라서 용접하여 제1 용접부를 형성하되, 상기 제1 용접부는 폐곡선 형상으로 형성되는 제1 용접부 형성 단계; 상기 제1 용접부의 내측 영역에서 상기 제1 및 제2 금속 판재를 부분적으로 용접하여 제2 용접부를 형성하되, 상기 제2 용접부는 상기 폐곡선 내에서 일정 간격으로 복수개 형성되는 제2 용접부 형성 단계; 상기 제1 금속 판재에서 상기 폐곡선 내에 배치하는 관통공을 통해 유체를 공급하여 상기 폐곡선 내의 제1 및 제2 금속 판재 사이에 공간부를 형성하는 공간부 형성 단계; 상기 공간부에 수지를 충전하는 수지 충전 단계; 및 원하는 소정의 형상을 갖도록 상기 제1 및 제2 금속 판재의 적어도 일측면 일부를 절단하는 절단 단계;를 포함할 수 있다.
상기 공간부 형성 단계는 상기 유체를 상온 이상에서부터 상기 제1 및 제2 금속 판재의 융점온도의 80% 이하의 온도와 0.1~10kgf/㎠의 압력으로 공급하여 상기 제1 및 제2 용접부 이외의 부분을 부풀릴 수 있다.
상기 공간부 형성 단계 전에 상기 제1 및 제2 금속 판재를 금형에 배치시키는 금형 배치 단계를 더 포함하고, 상기 금형의 온도를 상온 이상에서부터 상기 제1 및 제2 금속 판재의 융점온도의 80% 이하의 온도로 가열시킬 수 있다.
상기 수지는 수축저감제가 첨가된 실리콘 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아미드 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 수지에는 장석분말, 활석분말, 규사분말, 규조토, 팽창흑연 중 적어도 하나가 첨가될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 종래의 샌드위치 판넬, 라미네이트 강판, 클래드 강판 등에 비하여 무게 대비 강성이 향상되고 소음 혹은 진동의 흡수/차폐 성능이 우수한 수지 충전 금속 중공 판넬 및 그 제조 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 수지 충전 금속 중공 판넬을 개략적으로 나타내는 평면도.
도 2a는 도 1에서 I-I'선으로 절취한 단면도.
도 2b는 도 1에서 II-II'선으로 절취한 단면도.
도 3은 도 1에서 용접부의 단면도.
도 4a 내지 도 4f는 제2 용접부의 다양한 형상을 개략적으로 나타내는 도면.
도 5는 도 2에서 "A"부분을 확대한 단면도.
도 6a 및 도 6b는 각각 수지 충전 금속 중공 판넬이 절단된 상태와 굴곡된 상태를 개략적으로 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 수지 충전 금속 중공 판넬의 제조 방법을 나타내는 순서도.
도 8 내지 도 12는 수지 충전 금속 중공 판넬의 제조 방법을 단계별로 개략적으로 나타내는 도면.
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.
도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 수지 충전 금속 중공 판넬을 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 수지 충전 금속 중공 판넬을 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 2a는 도 1에서 I-I'선으로 절취한 단면도, 도 2b는 도 1에서 II-II'선으로 절취한 단면도이다. 도 3은 도 1에서 용접부의 단면도이고, 도 4a 내지 도 4f는 제2 용접부의 다양한 형상을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 5는 도 2에서 "A"부분을 확대한 단면도이다. 도 6a 및 도 6b는 각각 수지 충전 금속 중공 판넬이 절단된 상태와 굴곡된 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 수지 충전 금속 중공 판넬(1)은 제1 금속 판재(10)와 제2 금속 판재(20)를 포함하며, 제1 금속 판재(10)와 제2 금속 판재(20)가 서로 마주보게 배치된 이중판넬 구조를 가질 수 있다.
제1 및 제2 금속 판재(10, 20)는, 예를 들어 철강, 스테인리스강, 티타늄 혹은 그 합금, 알루미늄 혹은 그 합금, 마그네슘 혹은 그 합금 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 다만, 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 금속을 재질로 하여 이루어지는 것도 가능하다.
제1 및 제2 금속 판재(10, 20) 중 적어도 하나는 대략 0.2mm~1mm의 두께 범위를 가지는 박판 구조를 가질 수 있다. 물론, 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)가 모두 박판 구조를 가질 수도 있다. 두께가 0.2mm 미만이면 강성이 부족하고, 1mm를 초과하면 경량화 효과가 낮기 때문이다. 또한, 두께가 1mm를 초과하게 되면 제1 및 제2 금속 판재(10, 20) 사이를 부풀려서 공간부를 형성하기 어렵기 때문이다. 이에 대해서는 추후에 설명한다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 수지 충전 금속 중공 판넬(1)은 제1 금속 판재(10)와 제2 금속 판재(20)가 서로 맞닿아 용접된 하나 이상의 용접부(30)를 포함할 수 있다.
용접부(30)는 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)가 겹쳐진 상태에서 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)의 모서리 영역을 따라서 형성되는 제1 용접부(31)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 용접부(31)는 상호 겹쳐진 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)의 테두리에서 약간 안쪽의 모서리 영역을 따라서 연속하는 폐곡선 형상으로 형성될 수 있다. 제1 용접부(31)는 제1 및 제2 금속 판재(10, 20) 사이를 밀봉하여 기밀을 유지할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 용접부(31)는 예컨대 제1 금속 판재(10)를 관통하고 제2 금속 판재(20) 두께의 10% 이상의 용접 깊이(DL)를 갖도록 형성될 수 있다. 제1 용접부(31)의 용접 깊이(DL)가 제2 금속 판재(10) 두께의 10% 미만인 경우 강도가 부족하기 때문이다.
또한, 제1 용접부(31)는 제1 및 제2 금속 판재(10, 20) 중 두께가 얇은 금속 판재 두께의 50~200% 범위의 용접 폭(WI)을 갖도록 형성될 수 있다. 용접 폭(WI)이 금속 판재 두께의 50% 미만인 경우 강도가 부족하고, 200%를 초과하면 필요이상으로 제1 용접부(31)가 과대하게 되어 열변형 또는 용락 등 결함이 발생할 수 있다.
한편, 용접부(30)는 제1 용접부(31)의 내측 영역에 일정 간격으로 복수개 형성되는 제2 용접부(32)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 용접부(32)는 폐곡선 내에서 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)를 부분적으로 용접하여 단편적인 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 제2 용접부(32)는 점용접부 또는 선용접부일 수 있다.
일 실시예에서, 제2 용접부(32)가 선용접부인 경우 직선, +형상, C형상, S형상, W형상 중 적어도 하나의 형상을 가질 수 있다. 물론, 제2 용접부(32)는 점, 선 외에 다각형, 원 등의 다양한 형상으로 형성될 수도 있다.
제2 용접부(32)는 용접 깊이가 제1 용접부(31)의 용접 깊이와 실질적으로 동일하도록 형성될 수 있다.
제2 용접부(32)의 용접 폭은 제2 용접부(32)가 점 형상의 점용접부인 경우 얇은 금속 판재 두께의 50~1000% 범위를 갖도록 형성될 수 있다. 용접 폭이 금속 판재 두께의 50% 미만인 경우 강도가 부족하고, 1000%를 초과하면 필요이상으로 제2 용접부가 과대해지기 때문이다. 제1 용접부(31)와 달리 점 형상의 제2 용접부(32)에서 용접 폭의 상한이 1000%인 이유는 제1 용접부(31)는 연속적인 폐곡선을 형성하는 반면, 제2 용접부(32)는 단편적으로 형성되어 용접 길이가 제한되기 때문이며, 용접 열변형에 의한 금속 판재 사이의 분리는 내부에 공간을 형성하는 본 발명에 의한 금속 중공 판넬(1)의 제조에 유리하기 때문이다.
도 4를 참조하면, 제2 용접부(32)가 선용접부인 경우 그 형상은 직선, +형상, C형상, S형상, W형상 등이 가능하다. 직선은 한 개 혹은 인접한 복수의 직선 형태가 가능한데, 복수의 직선으로 형성되는 경우 직선 사이의 간격은 얇은 금속 판재 두께의 100~2000% 범위를 갖도록 형성될 수 있다. 직선 사이의 간격이 금속 판재 두께의 100% 미만인 경우 제2 용접부(32)가 중첩되어 결함이 발생할 가능성이 크고 불필요하게 제2 용접부(32)가 증가하여 제조비용이 상승하게 되며, 2000%를 초과하면 인접 지점의 제2 용접부(32) 또는 제1 용접부(31)와 지나치게 근접하여 불필요하게 용접부(30)가 증가하여 제조비용이 상승하기 때문이다.
직선 또는 장축의 길이는 얇은 금속 판재 두께의 2~200배일 수 있다. 금속 판재 두께의 2배 미만인 경우 금속 판재 사이의 구속력이 부족하고, 반대로 금속 판재 두께의 200배를 초과하는 경우 강성이 부족하기 때문이다. 단축 길이는 장축의 10~100%일 수 있으며, 단축 길이가 10% 미만인 경우 폭 방향 금속 판재의 구속이 충분하지 않기 때문이다.
제2 용접부(32)가 다각형 또는 원형태인 경우 직선과 동일하게 장축의 길이는 얇은 금속 판재 두께의 2~200배일 수 있고, 단축의 길이는 장축의 10~100%일 수 있다. 특히, 도 4f에서와 같이 원형태의 경우 용접종료지점(32f)은 용접종료지점에서 용접결함이 금속 중공 판넬(1)의 성능에 미치는 영향을 감소시키기 위해 원 궤적의 내부로 이탈하는 구조를 가질 수 있다. 용접종료지점(32f)과 원 궤적의 중심 거리는 얇은 금속 판재 두께의 100% 이상에서 장축 길이의 50% 이내가 적당하다. 그 이유는 원에서부터 용접종료지점(32f)의 이탈 거리가 금속 판재 두께의 100%보다 작으면 용접결함의 영향을 충분히 방지하기 어렵고, 반대로 장축 길이의 50% 이상인 경우 필요이상으로 용접선이 길어지므로 생산성을 저하시키기 때문이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 수지 충전 금속 중공 판넬(1)은 용접부(30)를 제외한 제1 금속 판재(10)와 제2 금속 판재(20) 사이에 형성된 공간부(40)를 포함할 수 있다.
공간부(40)는 제1 용접부(31)의 폐곡선에 의해 둘러싸인 내측 영역에 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)가 상호 이격되어 형성될 수 있다. 이 경우 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)는 폐곡선에 의해 둘러싸인 내측 영역 전체에서 서로 이격되어 공간부(40)를 형성하는 것이 아니고, 제2 용접부(32)에 의해 부분적으로 서로 접하는 구조를 가질 수 있다. 즉, 공간부(40)는 제1 용접부(31)의 폐곡선에 의해 둘러싸인 내측 영역 중 제2 용접부(32)를 제외한 영역에서 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)가 상호 분리되어 형성되는 공간에 해당할 수 있다.
도 5를 참조하면, 공간부(40)를 형성하는 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)의 용접부(30)에서의 벌어짐 각(θ)은 대략 5~75도 사이의 범위를 가질 수 있다. 벌어짐 각(θ)이 5도 미만인 경우 강성 증가가 적고, 반대로 75도 이상인 경우 제조가 어렵기 때문이다. 제1 및 제2 금속 판재(10, 20) 사이의 최대 간격은 얇은 금속 판재 두께의 2~50배가 적당하다. 그 이유는 최대 간격이 얇은 금속 판재 두께의 2배 미만인 경우 강성 증가 효과가 적고, 반대로 50배를 초과하는 경우 강성 증가가 적고 외부 공간을 많이 차지하기 때문이다.
한편, 용접부(30)에 인접한 용접 인접부에서 제1 및 제2 금속 판재(10, 20) 사이의 거리는 용접부(30)로 갈수록 감소하는 구조를 가질 수 있다. 그리고, 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)는 대략 용접 인접부에서 곡면을 가질 수 있다.
일 실시예에서 제1 및 제2 금속 판재(10, 20) 사이의 간격에 해당하는 공간부(40)는 용접부(30)를 제외한 부분이 부풀려져서 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)가 상호 겹쳐진 상태에서 공기와 같은 유체를 소정 압력으로 주입하여 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)를 부풀림으로써 형성될 수 있다.
이러한 공간부(40)에 따른 3차원 구조에 의해 금속 중공 판넬(1)의 비틀림 혹은 강성이 획기적으로 증가할 수 있다.
도면을 참조하면, 수지 충전 금속 중공 판넬(1)은 외부에서 비틀림 혹은 휨 하중이 작용하는 경우 지지력을 증가시키고 진동 혹은 소음을 흡수/차폐시키기 위해 공간부(40)에 수지(50)가 채워질 수 있다.
수지(50)는 수축저감제가 첨가된 실리콘 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아미드 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
스티렌 모노머의 함량은 대략 8~13wt%의 범위를 가질 수 있다. 첨가량이 8wt% 미만인 경우 첨가 효과가 충분하지 않으며, 반대로 13wt%를 초과하는 경우 흐름성이 저하될 수 있다.
수축저감제의 함량은 대략 15~25wt%의 범위를 가질 수 있다. 첨가량이 15wt% 미만인 경우 수축저감효과가 불충분하고, 25wt%를 초과하는 경우 미경화가 발생할 수 있다.
일 실시예에서, 흡음 특성을 증대시키기 위해 수지(50)에는 장석분말, 활석분말, 규사분말, 규조토, 팽창흑연 중 적어도 하나가 첨가될 수 있다. 첨가 범위는 대략 1~8wt%가 적당한데, 첨가량이 1wt% 미만인 경우 소음흡수성능이 부족하고, 반대로 8wt%를 초과하는 경우에는 수지의 성능에 영향을 미치기 때문이다.
또한, 폴리머 충진량 감소, 소음 혹은 진동 흡수 등을 위해 수지(50)에는 다수의 기공이 형성될 수 있다. 예컨대, 발포 수지가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 수지 충전 금속 중공 판넬(1)은 자동차의 트렁크 리드(deck lid), 뒷좌석 격벽재(luggage retainer) 등 강성 및 소음 차폐 성능이 요구되는 부분에 사용될 수 있다.
이러한 수지 충전 금속 중공 판넬(1)은 사용될 부품의 구조에 맞게 적절하게 절단되거나 절곡되어 다양한 형상을 갖도록 변형될 수 있다. 또한, 인접 구조물의 형태에 따라서 다양한 형상으로 절단될 수 있다.
예를 들어, 도 6a에서와 같이 사각형상의 구조에서 원형상, 삼각형상, 다각형상과 같이 다양한 형상으로 절단될 수 있다. 또한, 도 6b에서와 같이 다양한 형상의 곡면을 갖도록 굴곡될 수도 있다. 물론, 원형상을 갖는 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)를 사용하여 수지 충전 금속 중공 판넬(1)을 이루는 것도 가능하다.
이와 같이 적어도 일측면이 절단된 상태에서 수지 충전 금속 중공 판넬(1)은 절단된 일측면 단부에서 제1 금속 판재(10)와 제2 금속 판재(20)가 서로 이격되는 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 금속 판재(10, 20) 사이의 공간부(40)가 절단면에서 외부로 노출되거나 공간부(40)를 채우는 수지(50)가 외부로 노출되는 구조를 가질 수 있다.
도 7 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 수지 충전 금속 중공 판넬의 제조 방법을 설명한다. 도 7은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 수지 충전 금속 중공 판넬의 제조 방법을 나타내는 순서도이고, 도 8 내지 도 12는 수지 충전 금속 중공 판넬의 제조 방법을 단계별로 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 금속 판재(10)와 제2 금속 판재(20)를 겹치게 준비한다(준비 단계, S10).
제1 및 제2 금속 판재(10, 20)는, 예를 들어 철강, 스테인리스강, 티타늄 혹은 그 합금, 알루미늄 혹은 그 합금, 마그네슘 혹은 그 합금 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
제1 및 제2 금속 판재(10, 20) 중 적어도 하나 또는 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)는 대략 0.2mm~1mm의 두께 범위를 가지는 박판 구조를 가질 수 있다.
본 실시예에서는 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)가 사각형상으로 이루어지는 것으로 예시하고 있으나 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니며 원형 또는 다각형상으로 이루어지는 것도 가능하다.
도 7 및 도 9를 참조하면, 제1 금속 판재(10)와 제2 금속 판재(20)가 겹쳐진 상태에서 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)의 모서리 영역을 따라서 용접하여 제1 용접부(31)를 형성한다(제1 용접부 형성 단계, S20).
제1 용접부(31)는 상호 겹쳐진 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)의 테두리에서 약간 안쪽의 모서리 영역을 따라서 연속하는 폐곡선 형상으로 형성될 수 있다. 제1 용접부(31)는 제1 및 제2 금속 판재(10, 20) 사이를 밀봉하여 기밀을 유지할 수 있다.
도 7 및 도 9를 참조하면, 제1 용접부(31)의 내측 영역에서 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)를 부분적으로 용접하여 제2 용접부(32)를 형성한다(제2 용접부 형성 단계, S30).
제2 용접부(32)는 제1 용접부(31)의 폐곡선 내에서 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)를 부분적으로 용접하여 단편적인 형상으로 형성되며, 일정 간격으로 복수개 형성될 수 있다.
제2 용접부(32)는 점, 직선, +형상, C형상, S형상, W형상 중 적어도 하나의 형상을 가질 수 있다. 물론, 제2 용접부(32)는 점, 선 외에 다각형, 원 등의 다양한 형상으로 형성될 수도 있다.
도 7 및 도 10을 참조하면, 제1 및 제2 용접부(31, 32)를 통해 상호 접합된 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)를 금형(M)에 배치시킨다(금형 배치 단계, S40).
금형(M)은 하부 금형(M1)과 상부 금형(M2)을 포함하며, 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)는 하부 금형(M1)에 배치되고, 가압 수단(P)과 연결된 상부 금형(M2)은 하부 금형(M1) 상에 마주하는 구조로 배치될 수 있다.
상부 금형(M2)에는 유체주입부(M3)가 구비될 수 있다. 유체주입부(M3)는 유체가 저장된 탱크(M31), 연결관(M32), 노즐(M33)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 금형(M)은 상온 이상에서부터 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)의 융점온도의 80% 이하의 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄합금 혹은 마그네슘합금과 같이 금속 판재의 재질이 상온에서 성형이 어려운 경우에는 금형(M)을 가열하여 상온 이상에서부터 금속 판재의 융점온도의 80% 이하의 온도로 유지하도록 한다. 온도가 높을수록 성형이 용이하지만 지나치게 높으면 금형 및 부품을 손상시키며 불필요하게 에너지 소모가 많아지게 되고, 특히 융점의 80%를 초과하면 부분적인 용융으로 금속 판재의 물성을 크게 저하시킬 수 있다.
일 실시예에서, 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)의 형상이 전체적으로 편평하지 않는 경우 금형(M)을 통해서 편평하게 예비성형할 수 있다. 또한, 사용될 부품의 형상에 대응하여 소정의 형상으로 예비성형을 실시할 수 있다.
도 7 및 도 11를 참조하면, 제1 금속 판재(10)에서 제1 용접부(31)의 폐곡선 내에 배치하는 관통공(11)을 통해 유체를 공급하여 폐곡선 내의 제1 및 제2 금속 판재(10, 20) 사이에 공간부를 형성한다(공간부 형성 단계, S50).
공간부 형성을 위해 제1 금속 판재(10)에는 유체 주입을 위한 관통공(11)이 구비될 수 있다. 관통공(11)은 제1 용접부(31)의 폐곡선 내측 영역에 배치될 수 있으며, 직경은 제1 금속 판재(10) 두께의 0.5~100배가 적당하다. 직경이 금속 판재 두께의 0.5배보다 작은 경우 부풀리기가 어렵고, 반대로 100배를 초과하는 경우 필요이상으로 과대하여 부풀리기가 어렵기 때문이다. 실시예에 따라서 관통공(11)은 제2 금속 판재(20)에 구비될 수도 있다.
공간부 형성은 유체주입부(M3)의 노즐(M33)을 통해 관통공(11)으로 유체를 소정 압력으로 주입하여 제1 및 제2 금속 판재(10, 20) 사이를 부풀리는 것으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 풍선을 부풀리는 것과 같이 공간부 형성을 위한 중공 성형을 수행할 수 있다. 이때, 주입되는 유체의 종류는 공기, 질소, 아르곤, 헬륨 등의 기체, 또는 물, 오일 등의 액체일 수 있다.
주입되는 유체의 압력은 금속 판재의 재질, 두께, 설계된 금속 중공 판넬의 형상 등에 따라서 다양하게 설정될 수 있다. 통상의 압력 범위는 0.1~10kgf/㎠가 적당한데, 압력이 0.1kgf/㎠ 미만인 경우에는 금속 판재를 충분히 부풀리기가 어렵고, 10kgf/㎠를 초과하는 경우에는 용접부가 분리될 수 있다.
유체의 설정 압력에서 유지시간은 금속 판재의 재질, 두께, 금형 및/혹은 유체의 온도에 따라 변화될 수 있다.
유체의 주입은 연속적으로 진행될 수 있지만, 용접부(30) 분리를 방지하기 위해 펄스 형태로 주입하는 것도 가능하다.
일 실시예에서, 알루미늄합금 혹은 마그네슘합금과 같이 금속 판재의 재질이 상온에서 성형이 어려운 경우에는 유체의 온도를 소정 온도로 가열시켜 주입할 수 있다. 예를 들어, 유체를 상온 이상에서부터 제1 및 제2 금속 판재(10, 20)의 융점온도의 80% 이하의 온도로 가열하여 주입할 수 있다.
도 7 및 도 12를 참조하면, 중공 성형 종료 후 금형(M)에서 배출하지 않고 공간부에 수지(50)를 주입하여 충전할 수 있다(수지 충전 단계, S60).
수지(50)는 제1 금속 판재(10)에 구비되는 관통공(11)을 통해서 주입될 수 있다. 이 경우, 관통공(11)에는 밸브(미도시)를 구비하여 유체와 수지를 선택적으로 주입할 수 있다. 필요에 따라서는 수지(50)를 주입하기 위한 별도의 주입구(미도시)를 구비하는 것도 가능하다.
수지(50)는 수축저감제가 첨가된 실리콘 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아미드 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 수지(50)에는 장석분말, 활석분말, 규사분말, 규조토, 팽창흑연 중 적어도 하나가 첨가될 수 있다.
또한, 기공이 형성되도록 발포제를 혼합하여 주입하는 것도 가능하다. 이 경우, 주입량은 수지 충전 금속 중공 판넬(1) 내부의 용적과 발포제 혼합 수지의 팽창률을 고려하여 선정할 수 있다. 예컨대, 수지 충전 금속 중공 판넬(1) 내부의 용적이 1L이고 발포 수지의 팽창률이 10배인 경우 발포 수지의 주입량은 0.1L가 적당하다.
수지 주입이 완료되면, 완성된 수지 충전 금속 중공 판넬(1)을 금형(M)으로부터 배출한다. 이와 같이 제조된 수지 충전 금속 중공 판넬(1)은 그 자체로 직접 사용될 수 있고, 필요에 따라서 수지 충전 금속 중공 판넬(1)이 사용될 부품의 구조에 맞게 적절하게 절단되어 다양한 형상을 갖도록 변형될 수 있다(절단 단계, S70).
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1... 수지 충전 금속 중공 판넬
10... 제1 금속 판재
20... 제2 금속 판재
30... 용접부
40... 공간부
50... 수지

Claims (13)

  1. 서로 마주보게 배치된 제1 금속 판재 및 제2 금속 판재;
    상기 제1 금속 판재와 제2 금속 판재가 서로 맞닿아 용접된 하나 이상의 용접부;
    상기 용접부를 제외한 상기 제1 금속 판재와 제2 금속 판재 사이에 형성된 공간부; 및
    상기 공간부를 채우는 수지;
    를 포함하고,
    상기 용접부는 상기 제1 및 제2 금속 판재가 겹쳐진 상태에서 상기 제1 및 제2 금속 판재의 모서리 영역을 따라서 형성되는 제1 용접부와, 상기 제1 용접부의 내측 영역에 일정 간격으로 복수개 형성되는 제2 용접부를 포함하며,
    상기 공간부는 상기 제1 및 제2 금속 판재 사이로 주입된 공기의 압력으로 상기 제1 용접부의 상기 내측 영역 중 상기 제2 용접부를 제외한 영역이 부풀려져 구현되는 간격에 해당하고,
    상기 제1 용접부는 상기 모서리 영역을 따라서 연속하는 폐곡선 형상으로 형성되어 상기 제1 및 제2 금속 판재 사이를 밀봉하여 기밀을 유지하는 것을 특징으로 하는 수지 충전 금속 중공 판넬.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 용접부에 인접한 용접 인접부에서 상기 제1 및 제2 금속 판재 사이의 거리는 상기 용접부로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 수지 충전 금속 중공 판넬.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 용접부는 점용접부 또는 선용접부인 것을 특징으로 하는 수지 충전 금속 중공 판넬.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 선용접부는 직선, +형상, C형상, S형상, W형상 중 적어도 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 수지 충전 금속 중공 판넬.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수지는 수축저감제가 첨가된 실리콘 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아미드 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 수지 충전 금속 중공 판넬.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 수지에는 장석분말, 활석분말, 규사분말, 규조토, 팽창흑연 중 적어도 하나가 첨가되는 것을 특징으로 하는 수지 충전 금속 중공 판넬.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 금속 판재는 철강, 스테인리스강, 티타늄 혹은 그 합금, 알루미늄 혹은 그 합금, 마그네슘 혹은 그 합금 중 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 수지 충전 금속 중공 판넬.
  9. 제1 금속 판재 및 제2 금속 판재를 겹치게 준비하는 준비 단계;
    상기 제1 및 제2 금속 판재의 모서리 영역을 따라서 용접하여 제1 용접부를 형성하되, 상기 제1 용접부는 폐곡선 형상으로 형성되는 제1 용접부 형성 단계;
    상기 제1 용접부의 내측 영역에서 상기 제1 및 제2 금속 판재를 부분적으로 용접하여 제2 용접부를 형성하되, 상기 제2 용접부는 상기 폐곡선 내에서 일정 간격으로 복수개 형성되는 제2 용접부 형성 단계;
    상기 제1 금속 판재에서 상기 폐곡선 내에 배치하는 관통공을 통해 유체를 공급하여 상기 폐곡선 내의 제1 및 제2 금속 판재 사이에 공간부를 형성하는 공간부 형성 단계; 및
    상기 공간부에 수지를 충전하는 수지 충전 단계;
    를 포함하며,
    상기 공간부 형성 단계 전에 상기 제1 및 제2 금속 판재를 금형에 배치시키는 금형 배치 단계를 더 포함하고, 상기 금형의 온도를 상온 이상에서부터 상기 제1 및 제2 금속 판재의 융점온도의 80% 이하의 온도로 가열시키는 것을 특징으로 하는 수지 충전 금속 중공 판넬의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공간부 형성 단계는 상기 유체를 상온 이상에서부터 상기 제1 및 제2 금속 판재의 융점온도의 80% 이하의 온도와 0.1~10kgf/㎠의 압력으로 공급하여 상기 제1 및 제2 용접부 이외의 부분을 부풀리는 것을 특징으로 하는 수지 충전 금속 중공 판넬의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 수지는 수축저감제가 첨가된 실리콘 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아미드 수지 중 적어도 하나를 포함하는 수지 충전 금속 중공 판넬의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 수지에는 장석분말, 활석분말, 규사분말, 규조토, 팽창흑연 중 적어도 하나가 첨가되는 것을 특징으로 하는 수지 충전 금속 중공 판넬의 제조 방법.
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