KR102219960B1 - 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법 - Google Patents

차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속소재의 메인패널과, 이를 보강하기 위한 탄소섬유강화플라스틱 소재의 보강재가 상호 접합된 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법에 관한 것으로서, 저면 일측에 상기 차량용 복합패널의 내면과 대응되는 형상을 가지는 양각부가 형성되고 상하 이동가능하게 설치되는 상부금형과, 상기 상부금형의 하부에 설치되고 상기 양각부와 대응되는 상면 일측에 상기 양각부와 형합되는 음각부가 형성된 하부금형을 포함하는 금형을 준비하는 금형 준비단계 및 상기 하부금형 상부에 상기 메인패널을 배치하는 메인패널 배치단계 및 상기 보강재 설치영역과 대응되는 메인패널 상부에 레진이 함침된 탄소섬유강화플라스틱 소재의 시트적층체로 이루어진 보강재를 배치하는 보강재 배치단계 및 상기 상부금형을 상기 하부금형에 가압하면서 가열하여 상기 메인패널과 상기 보강재를 성형과 동시에 접합하는 성형 및 접합단계를 포함하여 이루어진다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 금속소재의 메인패널과 이를 보강하기 위한 탄소섬유강화플라스틱 소재의 보강재의 성형가공과 접합가공을 동시에 수행하여 제조공정이 간소화됨에 따라 제조비용이 절감될 뿐 아니라 생산성이 크게 향상된다.

Description

차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법{Simultaneous manufacturing method of bonding and forming for vehicle's complex panel}
본 발명은 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속소재의 메인패널과 탄소섬유강화플라스틱 소재의 보강패널의 성형가공과 접합가공을 동시에 수행하여 제조공정이 간소화됨에 따라 제조비용을 크게 절감함과 아울러 생산성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 패널은 통상 플레이트 형상의 외패널과, 외패널의 일면에 결합되는 내패널 및 강성 보강을 위해 외패널과 내패널 사이에 개재되는 보강패널을 포함하여 이루어지며, 종래의 차체의 강성 확보를 위해 각각의 패널의 소재를 모두 스틸 소재로 사용하였으나, 최근에는 차량의 경량화가 요구됨에 따라 보강패널을 탄소섬유강화플라스틱(CFRP, carbon fiber reinforece plastics) 소재로 대체하고 있다.
도 1은 종래 차량용 복합패널의 제조과정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하여, 종래 차량용 패널의 제조과정을 살펴보면, 먼저 성형 공정을 통해 스틸 소재의 외패널(110) 및 내패널(130)과 CFRP 소재의 보강패널(120)을 각각의 성형장치를 통해 필요한 형상으로 성형하여 준비하였다.
그리고, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 준비된 외패널(110)과 보강패널(120) 사이에 열경화성 접착제(미도시)를 개재하여 외패널(110)과 보강패널(120)을 가접착하고, 이들의 정렬상태가 유지되도록 별도의 클램핑수단(C)을 통해 외패널(110)과 보강패널(120)의 양단부를 고정한 상태에서 가열공정으로 이송하여 열경화성 접착제를 가열 경화시킴으로써 외패널(110)과 보강패널(120)을 먼저 접합하였다.
다음으로, 클램핑수단(C)을 제거한 후, (b)에 도시된 바와 같이, 외패널(110)의 상부에 내패널(130)을 배치하고, 내패널(130)의 양단부를 외패널(110)의 양단부에 스폿 용접하여 각 패널의 접합을 완료한 후, 도장 공정으로 이동되어 도장이 이루어지고, 도장의 건조를 위한 가열공정을 거쳐 제조가 완료되었다.
그러나, 위와 같은 종래의 제조방식 중 특히 스틸 소재의 외패널과 CFRP 소재의 보강패널을 상호 접합하여 복합패널을 형성하는 과정을 살펴보면, 먼저 성형과정에서 외패널과 보강패널을 각각 필요한 형상으로 성형하기 위한 별도의 성형장치가 요구됨에 따라 장치에 따른 비용이 상승하는 문제점이 발생하였다.
또한, 성형이 완료된 외패널과 보강패널 사이에 열경화성 접착제를 개재하여 외패널과 보강패널 간을 가접착하는 단계, 가접착된 외패널과 보강패널을 별도의 클램핑수단을 이용하여 고정하는 단계, 열경화성 접착제를 가열 경화시켜 외패널과 보강패널을 접합하는 단계와 같이 번거로운 다수의 작업공정을 거쳐야 하므로 이에 따른 비용이 크게 상승할 뿐 아니라 생산성이 저하되는 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 금속소재의 메인패널과 이를 보강하기 위한 탄소섬유강화플라스틱 소재의 보강재의 성형가공과 접합가공을 동시에 수행할 수 있도록 한 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 금속소재의 메인패널과, 이를 보강하기 위한 탄소섬유강화플라스틱 소재의 보강재가 상호 접합된 차량용 복합패널을 가공하는 방법에 있어서, 저면 일측에 상기 차량용 복합패널의 내면과 대응되는 형상을 가지는 양각부가 형성되고 상하 이동가능하게 설치되는 상부금형과, 상기 상부금형의 하부에 설치되고 상기 양각부와 대응되는 상면 일측에 상기 양각부와 형합되는 음각부가 형성된 하부금형을 포함하는 금형을 준비하는 금형 준비단계 및 상기 하부금형 상부에 상기 메인패널을 배치하는 메인패널 배치단계 및 상기 보강재 설치영역과 대응되는 메인패널 상부에 레진이 함침된 탄소섬유강화플라스틱 소재의 시트적층체로 이루어진 보강재를 배치하는 보강재 배치단계 및 상기 상부금형을 상기 하부금형에 가압하면서 가열하여 상기 메인패널과 상기 보강재를 성형과 동시에 접합하는 성형 및 접합단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법이 제공된다.
여기서, 상기 양각부 중 상기 보강재와 대응되는 영역이 내측방향으로 함몰되어 상기 보강재의 가장자리와 대응되는 양각부의 일측에 단턱이 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 시트적층체는 최외곽에 배치되는 시트 중 어느 하나의 가장자리가 나머지 시트의 가장자리를 감싸는 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 금속소재의 메인패널과 이를 보강하기 위한 탄소섬유강화플라스틱 소재의 보강재의 성형가공과 접합가공을 동시에 수행하여 제조공정이 간소화됨에 따라 제조비용이 크게 절감될 뿐 아니라 생산성이 크게 향상된다.
도 1은 종래 차량용 복합패널의 제조과정을 개략적으로 도시한 것.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법의 공정 흐름도.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법의 과정을 설명하기 위한 도면.
도 8는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법의 상부금형의 사시도.
도 9는 도 8의 A-A' 단면도.
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 복합패널의 성형과정을 개략적으로 보여주는 도면.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법의 보강재의 구조를 개략적으로 도시한 것.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법의 공정 흐름도이고, 도 3 내지 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법의 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법은 금속소재의 메인패널과 이를 보강하기 위한 탄소섬유강화플라스틱 소재의 보강재를 성형과 동시에 접합하기 위한 가공방법에 관한 것으로서, 금형준비단계(S1), 메인패널 배치단계(S2), 보강재 배치단계(S3), 성형 및 접합단계(S4)를 포함한다.
금형준비단계(S1)에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 저면 일측에 차량용 복합패널의 내면과 대응되는 형상을 가지는 양각부(11)가 형성되고 상하 이동 가능하게 설치되는 상부금형(10)과, 상부금형(10)의 하부에 설치되고 양각부(11)와 대응되는 상면 일측에 양각부(11)와 형성되는 음각부(21)가 형성된 하부금형(20)을 포함하는 금형을 준비한다.
여기서, 상부금형(10)의 내부에는 형합시 메인패널(20)과 보강재(30)를 가열하기 위한 가열수단(12)이 설치되며, 이러한 가열수단(12)은 상부금형(10)의 내부 또는 하부금형(20)의 내부 중 선택된 어느 하나에 설치될 수 있다.
메인패널 배치단계(S2)에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 하부금형(20)의 상부 중 메인패널(30)이 배치되는 영역에 금속소재의 메인패널(30)을 배치한다.
여기서, 메인패널(30)은 스틸소재 또는 알루미늄소재 중 선택된 어느 하나가 사용될 수 있다.
보강재 배치단계(S3)에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 보강재 설치영역과 대응되는 메인패널(30) 상부에 보강재(40)를 배치한다.
여기서, 보강재(40)는 레진이 함침된 탄소섬유강화플라스틱 시트 다수개를 상호 적층한 시트적층체로 이루어지며, 탄소섬유강화플라스틱 시트에 함침된 레진은 성형 및 접합단계에서 가열에 의해 용융되었다가 경화되어 메인패널(30)과 보강재(40)를 상호 접착시키는 역할을 한다.
성형 및 접합단계(S4)에서는 상부금형(10)의 양각부(11)를 하부금형(20)의 음각부(21) 측으로 가압함과 동시에 가열하여 메인패널(30)과 보강재(40)를 성형함과 동시에 메인패널(30)과 보강재(40)를 상호 접합한다.
상기와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 복합패널의 성형 및 동시 접합 가공방법은 금속소재의 메인패널과 탄소섬유강화플라스틱 소재의 보강재의 성형가공과 접합가공을 동시에 수행함에 따라 제조공정이 간소화된다.
이에 따라 본 발명은 제조비용이 절감될 뿐 아니라 생산성이 크게 향상된다.
도 8는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법의 상부금형의 사시도이고, 도 9는 도 8의 A-A' 단면도이고, 도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 복합패널의 성형과정을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법은 상부금형(10)의 양각부(11) 중 보강재(40)와 대응되는 영역이 내측방향으로 함몰되어 상부금형(10)과 하부금형(20)의 형합시 보강재(40)의 가장자리와 대응되는 양각부(11)의 일측에 단턱(11a)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
위와 같이, 본 발명의 제 2 실시예는 보강재(40)의 가장자리와 대응되는 양각부(11)의 일측에 단턱(11a)이 형성됨에 따라 도 10에 도시된 바와 같이, 상부금형(10)과 하부금형(20)의 형합시 보강재(40)의 가장자리가 양각부(11)의 단턱(11a)에 의해 밀폐되어 보강재(40)에 함침된 레진이 보강재(40)의 가장자리 외측으로 누수되는 것을 최소화할 수 있다.
이에 따라 레진의 누수로 인해 가공되는 차량용 복합패널(1)의 불량이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법의 보강재의 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 11을 참조하면 본 발명의 제 3 실시예에 따른 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법의 보강재(40)는 다수개의 탄소섬유강화플라스틱 시트가 적층되는 시트적층체로 이루어지되, 최하부에 적층되는 시트의 가장자리가 나머지 시트의 가장자리를 감싸는 형태로 형성된다.
위와 같은 구조를 통해 본 발명의 보강재(40)는 성형 접합단계에서 가열에 의해 용융되어 상호 적층되는 시트 사이로 배출되는 레진이 시트적층체의 가장자리로 누수되는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라 성형 접합 과정에서 보강재(40)의 레진이 보강재의 가장자리 외측으로 누수됨으로 인해 가공되는 차량용 복합패널(1)의 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 보강재가 4장의 탄소섬유강화플라스틱 시트가 적층된 것으로 도시되었나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 그 이하 또는 그 이상이 적층될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 보강재를 형성하는 탄소섬유강화플라스틱 시트 중 최하부에 배치되는 시트의 가장자리가 나머지 시트의 가장자리를 감싸는 형태로 형성되는 것을 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 최상부에 배치되는 시트의 가장자리가 나머지 시트의 가장자리를 감싸는 형태로 형성할 수도 있다.
비록 본 발명이 상기 바람직한 실시 예들과 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허 청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
1 : 차량용 복합패널 10 : 상부금형
11 : 양각부 11a : 단턱
12 : 가열수단 20 : 하부금형
21 : 음각부 30 : 메인패널
40 : 보강재

Claims (3)

  1. 금속소재의 메인패널과, 이를 보강하기 위한 탄소섬유강화플라스틱 소재의 보강재가 상호 접합된 차량용 복합패널을 가공하는 방법에 있어서,
    저면 일측에 상기 차량용 복합패널의 내면과 대응되는 형상을 가지는 양각부가 형성되고 상하 이동가능하게 설치되는 상부금형과, 상기 상부금형의 하부에 설치되고 상기 양각부와 대응되는 상면 일측에 상기 양각부와 형합되는 음각부가 형성된 하부금형을 포함하는 금형을 준비하는 금형 준비단계와;
    상기 하부금형 상부에 상기 메인패널을 배치하는 메인패널 배치단계와;
    상기 보강재 설치영역과 대응되는 메인패널 상부에 레진이 함침된 탄소섬유강화플라스틱 소재의 시트적층체로 이루어진 보강재를 배치하는 보강재 배치단계와;
    상기 상부금형을 상기 하부금형에 가압하면서 가열하여 상기 메인패널과 상기 보강재를 성형과 동시에 접합하는 성형 및 접합단계를 포함하되,
    상기 양각부는 상기 보강재와 대응되는 영역이 내측방향으로 함몰되어 상기 보강재의 가장자리와 대응되는 양각부의 일측에 단턱이 형성되는 것을 특징으로 하고,
    상기 시트적층체는 최외곽에 배치되는 시트 중 어느 하나의 가장자리가 나머지 시트의 가장자리를 감싸는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합패널의 성형 및 접합 동시 가공방법.

  2. 삭제
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