KR102337973B1 - 이종 소재 접합체 - Google Patents

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KR102337973B1
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김진호
박현경
정지원
김윤
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동해금속(주)
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Abstract

이종 소재 접합체에 관한 발명이 개시된다. 본 발명에 따른 이종 소재 접합체는: 제1가공소재; 제1가공소재를 관통하여 제1가공소재에 고정되는 리벳부; 및 제1가공소재와 이종 재질로 형성되고, 리벳부와 용접되는 제2가공소재를 포함하고, 제1가공소재와 제2가공소재 사이에는 접합제가 도포되는 것을 특징으로 한다.

Description

이종 소재 접합체{DISSIMILAR MATERIAL ADHERING STRUCTURE}
본 발명은 이종 소재 접합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스틸 소재와 알루미늄 소재의 이종 소재를 일체로 접합할 수 있는 이종 소재 접합체에 관한 것이다.
최근 자동차 차체의 구성은 연비 향상을 위해 경량재료의 적용이 증가하고 있다. 이러한 경량재료의 증가에 따라서 서로 다른 이종소재, 예를 들어 알루미늄 소재와 스틸 소재 등의 조합이 많아지고 있지만, 이러한 조합의 강종에 용접을 적용하면, 갈바닉 부식(Galvanic Corrosion)으로 인한 품질문제가 발생한다.
이종소재를 접합하기 위해 레이저 브레이징 방식, 구조용 접착제를 이용한 본딩 방식이나 셀프 피어싱 리벳(SPR: Self Piercing Rivet)과 같은 체결부품을 이용한 기계적인 접합 방식 등이 사용되고 있다.
그러나 레이저 브레이징 방식의 경우에는 이종소재 간 반응층의 형성으로 인해 접합강도가 약하다는 단점이 있다. 또한, 구조용 접착제를 이용한 본딩 방식은 접착제의 경화 시간이 길어 공정 관리 면에서 불리하고, 재료비가 증가하며, 접합 강도가 약하다는 단점이 있다. 그리고 셀프 피어싱 리벳과 같은 체결부품을 이용한 기계적인 접합 방식은 갈바닉 부식(Galvanic Corrosion, 이종금속접촉부식)으로 인한 품질문제가 발생할 수 있고, 하드웨어 비용이 증가하며, 소재의 강도에 따라 제한이 있는 문제점이 있다. 따라서 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0130636호(2018.12.10 공개, 발명의 명칭: 이종소재 접합방법)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 스틸 소재와 알루미늄 소재의 이종 소재를 일체로 접합할 수 있는 이종 소재 접합체를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 이종 소재 접합체는: 제1가공소재; 상기 제1가공소재를 관통하여 상기 제1가공소재에 고정되는 리벳부; 및 상기 제1가공소재와 이종 재질로 형성되고, 상기 리벳부와 용접되는 제2가공소재를 포함하고, 상기 제1가공소재와 상기 제2가공소재 사이에는 접합제가 도포된다.
본 발명에서 상기 제1가공소재는 알루미늄 재질로 형성된다.
본 발명에서 상기 리벳부와 상기 제2가공소재는 동일 재질로 형성된다.
본 발명에서 상기 리벳부와 상기 제2가공소재는 스틸 재질로 형성된다.
본 발명에서 상기 리벳부와 상기 제2가공소재는 마찰 교반 접합법(FSW, Friction Stir Welding)에 의해 접합된다.
본 발명에서 상기 제1가공소재는 상형부의 가압에 의해 설정된 형상으로 성형된다.
본 발명에 따르면, 이종 재질로 형성되는 제1가공소재와 제2가공소재가 리벳부에 의해 견고하게 접합 상태를 유지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 제1가공소재가 알루미늄 재질로 형성되어 제품의 무게를 감소시키면서, 제2가공소재가 스틸 재질로 형성되어 설정 강도를 확보할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 가공소재의 프레스 가공과 용접이 한 공정에서 이루어져, 별도의 프레스 설비와 용접 설비를 필요로 하지 않기 때문에 생산 비용이 절감되고 생산성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에에서 프레스 장치에 제1가공소재가 배치된 상태를 개략적으로 도시한 사시단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에에서 프레스 장치에 제1가공소재가 배치된 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 프레스 장치의 상형부가 제1가공소재를 가압하는 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 프레스 장치의 프레스 로드부가 리벳부를 가압하여 제1가공소재에 관통 고정시키는 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제1가공소재와 제2가공소재가 겹쳐진 상태에서 제1용접팁과 제2용접팁이 접촉되는 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 제1용접팁과 제2용접팁이 제1가공소재와 제2가공소재를 용접하는 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 제1가공소재인 루프부와 제2가공소재인 보강패널부를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 제1가공소재인 루프부와 제2가공소재인 보강패널부가 리벳부에 의해 접합되는 상태를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 방법을 개략적으로 나타내는 플로우 차트이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 이종 소재 접합체의 일 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에에서 프레스 장치에 제1가공소재가 배치된 상태를 개략적으로 도시한 사시단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에에서 프레스 장치에 제1가공소재가 배치된 상태를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에서 프레스 장치의 상형부가 제1가공소재를 가압하는 상태를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에서 프레스 장치의 프레스 로드부가 리벳부를 가압하여 제1가공소재에 관통 고정시키는 상태를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제1가공소재와 제2가공소재가 겹쳐진 상태에서 제1용접팁과 제2용접팁이 접촉되는 상태를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에서 제1용접팁과 제2용접팁이 제1가공소재와 제2가공소재를 용접하는 상태를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에서 제1가공소재인 루프부와 제2가공소재인 보강패널부를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에서 제1가공소재인 루프부와 제2가공소재인 보강패널부가 리벳부에 의해 접합되는 상태를 도시한 사시도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합 방법을 개략적으로 나타내는 플로우 차트이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 소재 접합체 제작을 위한 프레스장치는 하형부(100), 상형부(200), 프레스부(300)를 포함한다.
하형부(100)는 상측(도 1 기준)에 제1가공소재(10)가 배치될 수 있는 공간을 제공하는 것으로, 하형몸체부(110), 펀치홀부(120), 수용부(130)를 포함한다.
하형몸체부(110)는 작업장의 바닥면에 설치되는 베이스부(미도시) 상에 배치된다. 하형몸체부(110)는 일면(도 1 기준 상측면)이 평면으로 형성되어, 제1가공소재(10)가 배치되는 공간을 제공한다.
펀치홀부(120)는 하형몸체부(110)의 일측(도 1 기준 상측)에 리벳부(20)가 제1가공소재(10) 관통시 제1가공소재(10)에서 분리되는 칩(C)이 통과되도록 관통 형성된다.
수용부(130)는 하형몸체부(110)의 내측면에 형성되어, 펀치홀부(120)를 통해 유입된 칩(C)이 수용될 수 있는 공간을 제공한다. 수용부(130)의 직경은 칩(C)이 수용될 수 있도록 펀치홀부(120)의 직경보다 더 크게 형성된다. 수용부(130)는 펀치홀부(120)의 하측에 펀치홀부(120)와 연통되게 형성된다. 수용부(130)의 직경이 펀치홀부(120)의 직경보다 더 크게 형성되므로, 펀치홀부(120)를 통해 유입되는 칩(C)이 수용부(130)에 용이하게 낙하될 수 있다. 수용부(130)의 하측은 개구되게 형성되어 외부로 칩(C)을 배출할 수 있다.
상형부(200)는 하형부(100)에 대향되도록 하형부(100)의 상측(도 1 기준)에 이동 가능하게 배치된다. 상형부(200)는 상형몸체부(210)와 리벳 가이드부(220)를 포함한다. 상형몸체부(210)는 하형부(100)의 하형몸체부(110)에 대향되도록 배치되고, 상하로 이동 가능하게 배치된다.
상형부(200)의 상형몸체부(210)는 상측에서 하측으로 이동되면서, 하형부(100)의 하형몸체부(110) 상에 배치된 제1가공소재(10)를 형성하고자 하는 형상, 즉 설정된 형상으로 성형되도록 프레스 가공한다.
리벳 가이드부(220)는 상형몸체부(210)의 내부에 관통 형성되는 것으로, 리벳부(20)를 이동 가능하게 수용한다. 리벳 가이드부(220)는 리벳부(20)의 외형에 대응되는 중공형 파이프 형상으로 관통 형성된다. 리벳 가이드부(220)의 내부에 리벳부(20)가 이동 가능하게 수용되므로, 프레스부(300)가 리벳부(20)를 가압하여 제1가공소재(10)를 관통시킬 때에 리벳부(20)의 둘레부가 리벳 가이드부(220)에 의해 차폐된다.
따라서, 리벳부(20)가 제1가공소재(10)의 관통 지점에 정확하게 위치되고, 제1가공소재(10)의 관통 지점에서 이탈되는 것을 방지할 수 있으므로, 리벳부(20)가 제1가공소재(10)의 정확한 관통 위치에 압입 고정될 수 있다. 또한, 프레스부(300)가 큰 하중으로 리벳부(20)를 가압하더라도 리벳부(20)가 비틀어진 상태로 제1가공소재(10)에 관통되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 프레스부(300)의 펀칭 속도가 빨라지더라도 리벳부(20)가 제1가공소재(10)에서 튕겨나가는 것을 방지할 수 있다.
프레스부(300)는 상형부(200)의 리벳 가이드부(220)의 내부에 이동 가능하게 배치되고, 리벳부(20)가 제1가공소재(10)를 관통하여 고정되도록 리벳부(20)를 가압한다. 프레스부(300)는 프레스 로드부(310)와 자력부(320)를 포함한다. 프레스 로드부(310)는 원형봉 형태로 형성되고, 리벳부(20)가 제1가공소재(10)를 관통하여 고정되도록 리벳부(20)를 가압한다. 프레스 로드부(310)는 리벳 가이드부(220) 내부에 상하방향(도 1 기준)으로 슬라이딩 이동 가능하게 설치된다.
프레스 로드부(310)는 리벳부(20)를 가압할 때에 리벳 가이드부(220)에 의해 리벳부(20)의 반력에 의해 흔들리거나 축방향에 대하여 편심되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 리벳부(20)가 제1가공소재(10)에 비스듬하게 관통되는 것을 방지할 수 있다.
리벳부(20)는 자력에 의해 부착되는 스틸재질로 형성된다. 자력부(320)는 프레스 로드부(151)의 단부(도 2 기준 하단부)에 배치되는 것으로, 리벳부(20)에 자력을 제공하여 리벳부(20)가 부착된다. 자력부(320)는 프레스 로드부(310)의 단부에 배치되므로, 리벳부(20)가 리벳 가이드부(220)의 내부로 인입된 후 자력부(320)에 부착될 수 있다. 리벳부(20)가 자력에 의해 자력부(320)에 부착되므로, 리벳부(20)가 프레스 로드부(310)에서 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 리벳부(20)를 프레스 로드부(310)에 고정시키기 위한 별도의 고정 구조물을 설치하지 않아도 된다.
자력부(320)는 프레스 로드부(310)의 단부에 설치된다. 이때, 자력부(320)는 프레스 로드부(310)의 단부에 외부에 노출되도록 설치되거나 외부와 차단되도록 매립되게 설치될 수 있다. 자력부(320)로는 영구자석 또는 전자석이 적용될 수 있다. 또는, 자력부(320)는 프레스 로드부(310)에 자기력을 발생시키는 한 프레스 로드부(310)의 단부에서 이격되게 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 이종 소재 접합체는 제1가공소재(10), 리벳부(20), 제2가공소재(30)를 포함한다. 제1가공소재(10)는 판형으로 형성된다. 제1가공소재(10)는 알루미늄 재질로 형성된다. 제1가공소재(10)는 마그네슘 등 다른 경금속 재질로 형성될 수 있다. 제1가공소재(10)는 상형부(200)의 상형몸체부(210)는 상측에서 하측으로 이동되면서, 상형부(200)의 상형몸체부(210)의 가압에 의해 설정된 형상으로 성형된다.
본 발명에서 제1가공소재(10)는 별도의 프레스 설비와 리벳부의 고정을 위한 설비를 필요로 하지 않고 한 설비 내에서 프레스 성형과 리벳 고정이 이루어지는 복합 성형으로 형성된다.
리벳부(20)는 제1가공소재(10)를 관통하여 제1가공소재(10)에 고정된다. 리벳부(20)는 리벳 헤드부(21)와 리벳 핀부(23)를 포함한다. 리벳 헤드부(21)는 제1가공소재(10)에 접면하는 것이고, 리벳 핀부(23)는 리벳 헤드부(21)에서 연장되고, 제1가공소재(10)를 관통한다. 프레스부(300)가 리벳 헤드부(21)를 가압함에 따라 리벳 핀부(23)가 제1가공소재(10)를 관통한다.
제2가공소재(30)는 제1가공소재(10)와 이종 재질로 형성되고, 리벳부(20)와 동일 재질로 형성되며, 리벳부(20)와 용접된다. 여기서 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)의 용접 전에, 제2가공소재(30)에서 제1가공소재(10)와 접하는 면에 접착제(40)를 도포한다. 따라서 겹쳐지는 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30) 사이에는 접합제가 도포된다. 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)가 접착제(40)에 의해 도포되어 용접 가공 시 이탈이 방지되고, 견고한 결합 상태를 유지할 수 있다.
본 발명에서 리벳부(20)와 제2가공소재(30)는 마찰 교반 접합법(FSW, Friction Stir Welding)에 의해 접합된다. 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)를 마주보게 하고, 리벳부(20)와 제2가공소재(30)에 전류를 인가하여 리벳부(20)가 삽입 고정된 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)를 용접하여 접합시킨다.
즉, 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)를 겹친다. 리벳부(20)와 제2가공소재(30)에 제1용접팁(410)과 제2용접팁(420)을 각각 접촉시킨 후 리벳부(20)와 제2가공소재(30)에 전류를 인가하면, 리벳부(20)와 제2가공소재(30)의 접촉 부위가 저항열과 가압력에 의해 접합된다. 또한, 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)는 접착제(40)에 의해 접착된 상태에서 용접부(W)가 접합된다.
제1용접팁(410)의 단부(도 5 기준 하단부)는 리벳부(20)의 리벳 헤드부(21)에 면접촉되도록 평면 형태로 형성되고, 제2용접팁(420)의 단부(도 5 기준 상단부)는 제2가공소재(30)의 표면에 면접촉되도록 평면 형태로 형성된다. 따라서, 제1용접팁(410)과 제2용접팁(420)이 리벳부(20)의 리벳 헤드부(21)와 제2가공소재(30)에서 미끄러지거나 용접축이 어긋나는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 리벳부(20)와 제2가공소재(30)의 접합면적이 감소되는 것을 방지할 수 있으므로, 리벳부(20)와 제2가공소재(30)의 접합력을 상대적으로 증가시킬 수 있다.
제2가공소재(30)가 리벳부(20)와 용접되므로, 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)가 이종 재질로 형성되더라도 리벳부(20)를 매개로 접합될 수 있다.
리벳부(20)와 제2가공소재(30)는 동일 재질로 형성된다. 따라서, 리벳부(20)와 제2가공소재(30)가 용접부(W)에서 서로 용융되면서 접합되므로, 용접부(W)의 접합력이 향상될 수 있다.
제1가공소재(10)는 알루미늄 재질로 형성되고, 리벳부(20)와 제2가공소재(30)는 스틸 재질로 형성된다. 제1가공소재(10)가 알루미늄 재질로 형성되고, 리벳부(20)와 제2가공소재(30)가 스틸재질로 형성되어 제1용접팁(410)과 제2용접팁(420)에 의해 용접되므로, 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)가 리벳부(20)에 의해 이종 재질로 형성되더라도 서로 접합될 수 있다. 또한, 제1가공소재(10)가 알루미늄 재질로 형성되므로, 제품의 무게를 감소시킬 수 있고, 제2가공소재(30)가 스틸 재질로 형성되어 설정 강도를 확보할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 이종 소재 접합체가 차체 등에 적용되는 경우, 전기차와 같은 차량의 무게를 감소시킬 수 있다. 차량의 무게를 감소시킬 수 있으므로, 차량의 가격상승을 억제하면서도 부품 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서 제1가공소재(10)는 AL5052 또는 AL6063 중 어느 하나로 구성될 수 있고, 제2가공소재(30)는 SPFC 980으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 이종 소재의 접합체는 차체용 패널에 적용되는 것으로 한정되지 않고, 차체용 멤버 및 차체 프레임 등과 같은 각종 차체 구조물에 적용될 수 있다.
본 발명에서 제1가공소재(10)는 알루미늄 재질로 형성되는 차량의 루프부(10a)로 이루어지고, 제2가공소재(30)는 스틸 재질로 형성되는 보강패널부(30a)로 이루어진다. 제1가공소재(10)로 이루어진 루프부(10a)의 일측 에지부에 복수의 리벳부(20)를 관통 고정한다. 이때, 복수의 리벳부(20)는 일렬로 배열되거나 일정한 구간에 불규칙적으로 배열될 수 있다. 제1가공소재(10)로 이루어진 루프부(10a)의 일측 에지부에 제2가공소재(30)로 이루어진 보강패널부(30a)를 겹치고, 제1용접팁(410)과 제2용접팁(420)을 리벳부(20)와 제2가공소재(30)의 보강패널부(30a)에 접촉시킨 후 전류를 통전한다. 따라서, 복수의 리벳부(20)와 제2가공소재(30)의 보강패널부(30a)의 접촉 부위가 저항열에 의해 용융되면서 접합된다. 제1가공소재(10)의 루프부(10a)와 제2가공소재(30)의 보강패널부(30a)는 복수의 리벳부(20)에 의해 서로 접합되므로, 루프부(10a)와 보강패널부(30a)의 접합 강도를 증대시키면서도 차량의 무게를 감소시킬 수 있다.
도 9를 참조하여 본 발명에 따른 이종 소재 접합 방법에 관해 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 이종 소재 접합 방법은 리벳부 삽입 단계(S10), 소재 배치 단계(S20), 프레스 단계(S30), 리벳부 고정 단계(S40), 접착제 도포 단계(S50), 소재 겹침 단계(S60), 용접팁 접촉 단계(S70), 용접 단계(S80)를 포함한다.
리벳부 삽입 단계(S10)는 리벳부(20)가 상형부(200)의 리벳 가이드부(220)의 내부에 인입된다. 작업자는 손으로 리벳부(20)를 잡고 리벳 가이드부(220)의 내부에 인입시킨다. 또는, 리벳 공급장치(미도시)에 의해 리벳 가이드부(220)의 내부에 리벳부(20)를 인입시킬 수 있다.
리벳부(20)는 자력부(320)의 자력에 의해 프레스부(300)의 자력부(320)에 부착된다. 따라서, 리벳부(20)가 프레스 로드부(310)의 하부로 떨어지지 않게 된다.
소재 배치 단계(S20)는 제1가공소재(10)가 하형부(100)의 하형몸체부(110) 상에 배치된다. 제1가공소재(10)는 소재 공급장치(미도시)에 하형부(100)의 하형몸체부(110) 상에 배치될 수 있다.
프레스 단계(S30)는 제1가공소재(10)에 상형부(200)가 상측에서 하측으로 이동되면서 가압한다. 상형부(200)의 상형몸체부(210)는 상측에서 하측으로 이동되면서, 하형부(100)의 하형몸체부(110) 상에 배치된 제1가공소재(10)를 형성하고자 하는 형상으로 프레스 가공한다.
리벳부 고정 단계(S40)는 리벳부(20)를 제1가공소재(10)에 관통 고정한다. 프레스부(300)의 프레스 로드부(310)가 하강됨에 따라 리벳부(20)를 제1가공소재(10)에 관통 고정한다. 프레스 로드부(310)는 제1가공소재(10) 측으로 하강된다.
리벳부(20)는 스틸 재질로 형성되고, 제1가공소재(10)는 리벳부(20)보다 상대적으로 강성이 약한 알루미늄 재질로 형성된다. 따라서, 프레스 로드부(310)가 리벳부(20)를 가압함에 따라 리벳부(20)의 리벳 핀부(23)가 제1가공소재(10)를 관통하고, 제1가공소재(10)에서 발생되는 칩(C)은 하형부(100)의 수용부(130)로 떨어진다. 리벳부(20)가 관통 고정된 제1가공소재(10)는 하형부(100)에서 외측으로 배출된다.
본 발명에서 제1가공소재(10)는 별도의 프레스 설비와 리벳부의 고정을 위한 설비를 필요로 하지 않고 한 설비 내에서 프레스 성형과 리벳 고정이 이루어지는 복합 성형으로 형성된다.
접착제 도포 단계(S50)는 제2가공소재(30)의 표면에 접착제(40)를 도포한다. 즉 제2가공소재(30)에서 제1가공소재(10)와 접하는 면에 접착제(40)를 도포한다. 따라서 겹쳐지는 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30) 사이에는 접합제가 도포된다. 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)가 접착제(40)에 의해 도포되어 용접 가공 시 이탈이 방지되고, 견고한 결합 상태를 유지할 수 있다.
소재 겹침 단계(S60)는 이종 재질의 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)를 겹친다. 즉 접착제(40)가 도포된 제2가공소재(30)에 제1가공소재(10)가 겹쳐진다. 제1가공소재(10)는 알루미늄 재질로 형성되고, 제2가공소재(30)는 리벳부(20)와 동일 소재인 스틸 재질로 형성된다. 리벳부(20)의 리벳 핀부(23)는 제1가공소재(10)에서 약간 돌출되므로, 제1가공소재(10)는 제2가공소재(30)와 약간 이격된다. 또한, 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)는 지그부(미도시)에 의해 안정되게 위치 고정될 수 있다.
용접팁 접촉 단계(S70)는 제1용접팁(410)과 제2용접팁(420)을 리벳부(20)와 제2가공소재(30)에 각각 접촉한다. 제1용접팁(410)은 리벳부(20)에 접촉되고, 제2용접팁(420)은 제2가공소재(30)에 접촉된다. 이때, 제1용접팁(410)의 단부와 제2용접팁(420)의 단부는 리벳부(20)의 리벳 헤드부(21)와 제2가공소재(30)에 면접촉되도록 평면 형태로 형성된다. 따라서, 제1용접팁(410)과 제2용접팁(420)이 리벳부(20)의 리벳 헤드부(21)와 제2가공소재(30)에서 미끄러지거나 용접축이 어긋나는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 리벳부(20)와 제2가공소재(30)의 접합면적이 감소되는 것을 방지할 수 있으므로, 리벳부(20)와 제2가공소재(30)의 접합력을 상대적으로 증가시킬 수 있다.
용접 단계(S80)는 리벳부(20)와 제2가공소재(30)에 전류를 통전하여 용접한다. 리벳부(20)와 제2가공소재(30)에 전류가 통전되면, 리벳부(20)와 제2가공소재(30)의 접촉 부위는 저항열에 의해 용융되면서 접합됨에 따라 용접부(W)가 형성된다. 따라서, 리벳부(20)와 제2가공소재(30)가 용접 부위에서 서로 용융되면서 접합되므로, 용접 부위의 접합력이 증대될 수 있다.
리벳부(20)와 제2가공소재(30)는 저항 엘리먼트 용접(REW, Resistance Element Welding)에 의해 접합된다. 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)를 마주보게 하고, 리벳부(20)와 제2가공소재(30)에 전류를 인가하여 리벳부(20)가 삽입 고정된 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)를 용접하여 접합시킨다.
즉, 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)를 겹친다. 리벳부(20)와 제2가공소재(30)에 제1용접팁(410)과 제2용접팁(420)을 각각 접촉시킨 후 리벳부(20)와 제2가공소재(30)에 전류를 인가하면, 리벳부(20)와 제2가공소재(30)의 접촉 부위가 저항열과 가압력에 의해 접합된다. 또한, 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)는 접착제(40)에 의해 접착된 상태에서 용접부(W)가 접합된다.
본 발명에서는 제1가공소재(10)의 프레스 가공이 이루어진 곳에서, 이동없이 바로 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)의 용접이 이루어질 수 있으므로, 별도의 프레스 설비와 용접 설비를 필요로 하지 않기 때문에 생산 비용이 절감되고 생산성이 향상될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이종 재질로 형성되는 제1가공소재(10)와 제2가공소재(30)가 리벳부(20)에 의해 견고하게 접합 상태를 유지할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 제1가공소재(10)가 알루미늄 재질로 형성되어 제품의 무게를 감소시키면서, 제2가공소재(30)가 스틸 재질로 형성되어 설정 강도를 확보할 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 가공소재의 성형에 있어서, 별도의 프레스 설비와 리벳부의 고정을 위한 설비를 필요로 하지 않고 한 설비 내에서 복합 성형이 이루어질 수 있으므로, 생산 비용이 절감되고 생산성이 향상될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시되는 일 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 제1가공소재 10a: 루프부
20: 리벳부 21: 리벳 헤드부
23: 리벳 핀부 30: 제2가공소재
30a: 보강패널부 40: 접착제
100: 하형부 110: 하형몸체부
120: 펀치홀부 130: 수용부
200: 상형부 210: 상형몸체부
220: 리벳 가이드부 300: 프레스부
310: 프레스 로드부 320: 자력부
410: 제1용접팁 420: 제2용접팁
C: 칩 W: 용접부

Claims (6)

  1. 제1가공소재(10);
    상기 제1가공소재(10)를 관통하여 상기 제1가공소재(10)에 고정되는 리벳부(20); 및
    상기 제1가공소재(10)와 이종 재질로 형성되고, 상기 리벳부(20)와 용접되는 제2가공소재(30)를 포함하고,
    상기 제1가공소재(10)와 상기 제2가공소재(30) 사이에는 접합제(40)가 도포되고,
    상기 리벳부(20)와 상기 제2가공소재(30)는 마찰 교반 접합법(FSW, Friction Stir Welding)에 의해 접합되고,
    상기 리벳부(20)와 상기 제2가공소재(30)에 제1용접팁(410)과 제2용접팁(420)을 각각 접촉시킨 후 리벳부(20)와 제2가공소재(30)에 전류를 인가하고,
    상기 제1가공소재(10)와 상기 제2가공소재(30)는 상기 접착제(40)에 의해 접착된 상태에서 접합되고,
    상기 제1가공소재(10)와 상기 제2가공소재(30)의 용접 전에 상기 제2가공소재(30)에서 상기 제1가공소재(10)와 접하는 면에 상기 접착제(40)를 도포하고,
    상기 제1용접팁(410)의 단부는 상기 리벳부(20)의 리벳 헤드부(21)에 면접촉되도록 평면으로 형성되고,
    상기 제2용접팁(420)의 단부는 상기 제2가공소재(30)의 표면에 면접되도록 평면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이종 소재 접합체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1가공소재(10)는 알루미늄 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이종 소재 접합체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리벳부(20)와 상기 제2가공소재(30)는 동일 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이종 소재 접합체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 리벳부(20)와 상기 제2가공소재(30)는 스틸 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 이종 소재 접합체.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1가공소재(10)는 상형부(200)의 가압에 의해 설정된 형상으로 성형되는 것을 특징으로 하는 이종 소재 접합체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102060809B1 (ko) * 2019-04-08 2019-12-30 (주)현대하이텍 프레스장치
KR102104990B1 (ko) * 2013-11-15 2020-04-28 재단법인 포항산업과학연구원 마찰 교반 용접 장치 및 그 방법

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