KR102556926B1 - 전기 자동차 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 제조 단가를 격감시키고 토크 강도를 향상시킬 수 있는 전기 자동차 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트 제조방법을 개시한다.
본 발명에 따른 제조방법은, a) 기 설정된 길이로 재단된 봉재를 열처리 장치로 인입 안착시킨 후, 상기 열처리 장치를 이용하여 상기 봉재 표면을 회전 마찰시키는 단계; b) 상기 봉재의 표면 온도가 설정치에 도달하였는지 판단하되, 설정 온도에 도달하지 않았을 경우에는 지속적인 회전 마찰력을 가미하고, 설정 온도에 도달하였을 경우에는, 상기 열처리 장치를 기동 정지시키는 단계; c) 제1 전조다이 및 제2 전조다이를 상호 가압시키는 단계; d) 상기 제1 전조다이 및 제2 전조다이의 가압력을 이용하여 상기 봉재 양측면에서 널링을 수행하여 상기 봉재의 표면으로 결착부를 소성시키는 단계; e) 상기 제1 전조다이, 제2 전조다이를 이격시키는 단계; f) 결착돌기가 소성된 봉재를 상기 열처리 장치로부터 이탈시킨 후, 상기 봉재의 양 종단부로 탭 가공을 수행하는 단계로 구성된다.
따라서, 본 발명은 인서트 샤프트 제조 단가를 격감시키고, 인서트 샤프트 단조 성형 과정에서 샤프트의 휨 현상을 제거하여 제품의 품질 향상을 높일 수 있으며, 인서트 샤프트의 결착돌기의 강성을 높여 토크 강도를 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Description

전기 자동차 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF INSERT SHAFT FOR BATTERY MODULE TOP COVER FOR ELECTRIC VEHICLE}

본 발명은 인서트 샤프트 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기자동차용 배터리 모듈의 탑 커버 사출 시 인입되는 샤프트를 단조 성형함으로써, 탑 커버의 플라스틱 성형물과의 결착력을 높이고, 제조 시간 및 단가를 격감시킬 수 있는 전기 자동차 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 인서트 성형(Insert Molding)은 금형 내에서 이질 또는 이색의 플라스틱 이나 플라스틱 이외의 부품을 일체화시키는 성형방법으로 플라스틱 단독으로는 얻기 어려운 특성을 가진 성형품을 얻을 수 있으며 그 응용분야는 갈수록 광범위해지고 있다. 특히 금속과 플라스틱이 일체화된 제품들이 주종을 이루고 있으며, 이는 금속이 가진 강성, 도전성, 표면처리성과 플라스틱이 갖는 전기 절연성, 착색성, 유연성, 강성, 가공성 등을 조합하여 매우 부가가치가 높은 제품을 만들 수 있다.

특히, 인서트 너트는 볼트 등을 결합하는 모재(母材)의 소재가 연약하거나 또는 기타의 이유로 볼트로써 체결하기에 적당하지 않은 경우 사전에 모재에 부착시켜 놓고서 볼트로써 체결하여 소정의 체결력을 유지하기 위한 수단이다. 인서트 너트는 목재나 합성수지 등이 주로 사용되는 가구 분야에서 널리 사용된다. 합성수지 또는 목재로 된 모재에 인서트 너트를 부착하는 방식은 금형 내부에 설치한 후 사출하는 방식이나, 사출이 불가능한 경우에는 압입하는 방식 등이 있다. 사출 방식이나 압입 방식이나 모두 인서트 너트가 모재에 쐐기와 같이 견고하게 부착되어야 한다.

종래 인서트 너트 첨부된 도 1에서와 같이, 내주면(4)에 탭 가공이 되어 있으며 외주 면에 촘촘히 나있는 다수의 세로홈(6)과 가로홈(8)에 의해 다수의 결착 돌기(10)가 격자형태로 돌출되는 원통형의 인서트 부(12)와, 상기 인서트 부(12)의 일단에 일체로 부착되어 있는 플랜지부(14)로 구성된다. 결착 돌기(10)는 결국 인서트 부(12)의 길이방향에 대하여 직각방향으로 패인 가로 홈(8)과 인서트 부(12)의 길이방향을 따라 패인 세로 홈(6)에 의해 형성된다.

인서트 부(12)는 나사 또는 볼트와 같이 나선운동을 통해서 모재에 삽입되거나 또는 모재로부터 분리될 수 있다. 가로 홈(8)은 필요에 따라 왼나사 또는 오른나사로 할 수 있다. 나아가 가로 홈(8)은 한줄 나사를 포함하여 두 줄 나사 또는 세줄 나사의 형태를 취할 수도 있다. 플랜지부(14)는 외측 면과 내측 면이 원형으로 되어 있지만 스패너 또는 렌치 등을 통해 회전시킬 수 있도록 내측 면에 육각 또는 다각형의 홈을 만들거나 외측면을 육각 또는 다각 형태로 할 수 있다.

세로 홈(6) 및 가로 홈(8)의 깊이가 크면 모재(M)에 박혀있는 힘, 결착력이 커지게 된다. 하지만 세로 홈(6) 및 가로 홈(8)의 깊이를 크게 하는 것도 한계가 있으므로, 인서트 너트의 풀아웃 포스(Pull-Out Force)를 높이는 데에 제약이 되고 있다.

그러나, 근래에는 인서트 너트 이외에 인서트 샤프트의 필요성이 대두되고 있는데, 이는 전기자동차의 배터리 모듈을 상호 연결하여 배터리 팩을 제조함에 있어, 배터리 모듈 간 연결을 위한 인서트 샤프트가 필요한 실정이다. 현재 인서트 샤프트는 도 2에서 인지되는 바와 같이, 육각 구조의 샤프트로써 양 단면에 탭이 형성된 구조이다. 이는 와이어를 소정 길이로 절단한 후, 표면이 육각 구조를 갖도록 CNC 가공이 이루어진 후, 탭 가공이 이루어져 가공비의 상승이 불가피하여 제조 단가의 절감이 요구되고 있다. 또한, 육각 구조의 인서트 샤프트는 금형 사출 과정에서 샤프트의 설치 방향이 요구되고 있어, 자동화의 어려움이 존재하여 단가 상승의 원인이 되고 있다.

또한, 다수의 업체에서는 인서트 샤프트의 제조 단가를 낮추기 위해, 전술된 인서트 너트 제조방법을 인용하여 인서트 샤프트를 제조하려는 시도가 있었으나, 실패를 거듭하고 있어 단조 성형에 의한 인서트 샤프트의 개발이 이루어지지 못하고 있다. 그 이유로서, 인서트 샤프트는 인서트 너트와 달리 장축의 길이가 길어 널링 과정에서 결착 돌기가 제대로 성형되지 못하거나, 샤프트의 휨 현상이 발생하여 상품성이 저하되는 문제가 발생한다. 즉, 인서트 너트는 플랜지를 형성하고 있어, 플랜지가 지그 역할을 수행할 뿐만 아니라, 인서트 너트의 길이가 짧아 단조 성형과정에서 휨 현상이 매우 낮은 반면, 인서트 샤프트는 널링 과정에서 정 위치의 고정이 어렵고, 길이가 길어서 휨 현상 발생 또는 결착 돌기의 성형이 적절하게 생성되지 못하게 되는 것이다.

더욱이, 전술되는 인서트 샤프트는 전기 자동차 배터리에 사용되는 것을 감안할 때, 인서트 샤프트의 재질은 중량이 낮은 알루미늄 합금을 사용할 수 밖에 없는데, 단조 성형 후 열처리가 별도로 이루어져야 하는 공정으로 인해 단가 상승의 큰 원인으로 주목되고 있다.

대한민국 등록 특허 10-1562023, 등록일자 2015년 10월 14일, 발명의 명칭 '인서트 너트 제조장치, 인서트 너트 제조방법'

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 전기자동차 배터리 모듈의 탑커버로 적용되는 인서트 샤프트 제조 단가를 격감시킬 수 있는 전기 자동차 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 인서트 샤프트 단조 성형 과정에서 샤프트의 휨 현상을 제거하여 제품의 품질 향상을 높일 수 있는 전기 자동차 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 인서트 샤프트 단조 성형과 동시에 샤프트의 표면 온도를 높여 담금질 효과를 유도함으로써, 인서트 샤프트의 결착돌기의 강성을 높여 토크 강도를 향상시킬 수 있는 전기 자동차 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 전기 자동차 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트 제조방법은, 인서트 샤프트를 제조하기 위한 봉재 와이어를 인출시켜 설정된 길이로 재단한 후, 재단된 봉재를 안착시켜 회전에 의한 마찰력을 유도하여 봉재의 표면 온도를 소정 치로 올리는 열처리 장치와, 상기 열처리 장치의 양 측면부에 위치하여 상기 봉재를 전조 소성하기 위한 제1 전조다이 및 제2 전조다이로 구성된 전조 시스템을 이용하여 전기자동차 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트 제조방법에 있어서, a) 기 설정된 길이로 재단된 봉재를 상기 열처리 장치로 인입 안착시킨 후, 상기 열처리 장치를 이용하여 상기 봉재 표면을 회전 마찰시키는 단계; b) 상기 봉재의 표면 온도가 설정치에 도달하였는지 판단하되, 설정 온도에 도달하지 않았을 경우에는 지속적인 회전 마찰력을 가미하고, 설정 온도에 도달하였을 경우에는, 상기 열처리 장치를 기동 정지시키는 단계; c) 상기 제1 전조다이 및 제2 전조다이를 상호 가압시키는 단계; d) 상기 제1 전조다이 및 제2 전조다이의 가압력을 이용하여 상기 봉재 양측면에서 널링을 수행하여 상기 봉재의 표면으로 결착부를 소성시키는 단계; e) 상기 제1 전조다이, 제2 전조다이를 이격시키는 단계; f) 결착돌기가 소성된 봉재를 상기 열처리 장치로부터 이탈시킨 후, 상기 봉재의 양 종단부로 탭 가공을 수행하는 단계로 구성된 것을 특징으로 한다.

한편 본 발명에 따른 상기 열처리 장치는, 재단된 봉재 하부를 수용 안착시키기 위해 오목 형태의 안착 굴곡면을 구비한 고정 가이드 및 상기 봉재를 상부에서 가압하기 위해 오목 형태의 안착 굴곡면을 구비한 유동 가이드로 이루어지며; 상기 고정 가이드는 봉재의 하단에 설치되어 상기 봉재를 회전 시키기 위한 회전 유도체 및 상기 회전 유도체의 회전력을 유도하기 위한 구동모터로 이루어지고, 상기 고정 가이드 및 유동 가이드의 안측면에는 상기 봉재의 회전 마찰력을 증가시키기 위한 각각의 마찰패드를 포함하며; 상기 a) 단계에서, 상기 봉재 표면의 회전 마찰은 상기 각 마찰패드에 의해 유도되며, 상기 봉재의 표면온도를 500℃ 내지 550℃로 가열시키는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 상기 제1 전조다이는, 각각으로 두 개의 우향 사선홈을 구비하고, 두 개의 우향 사선홈 사이로 적어도 하나 이상의 제원 우향 사선홈를 형성하며; 상기 제2 전조다이는 각각으로 두 개의 좌향 사선홈을 구비하고, 두 개의 좌향 사선홈 사이로 적어도 하나 이상의 제원 좌향 사선홈를 형성하고; 상기 d) 단계의 결착부는 사출물과의 결착 강도를 높이기 위해 단조 성형되는 결착돌기와, 상기 대칭되는 두개의 결착돌기 사이로 마련된 적어도 하나 이상의 제원 결착돌기를 소성시키는 것을 특징으로 한다

또한, 상기 적어도 하나 이상의 제원 결착돌기는 샤프트 길이에 따른 종류를 식별하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 결착돌기는 결착돌기 변의 길이(W)가 근접한 결착돌기 간 거리(P) 보다 작도록, 상기 결착돌기 간 이격거리(R)를 형성하되, 상기 이격거리(R)와 결착돌기 꼭지부의 변 길이와 같도록 설계함으로써, 사출 수지의 공간부와 결착돌기의 체적을 동일하게 유지하며; 상기 결착돌기 간 간격(R)은 결착돌기 한 변의 길이(W) 대비 20% 내지 40%인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전기 자동차 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트 제조방법은, 전기자동차 배터리 모듈의 탑커버로 적용되는 인서트 샤프트 제조 단가를 격감시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 인서트 샤프트 단조 성형 과정에서 샤프트의 휨 현상을 제거하여 제품의 품질 향상을 높일 수 있으며, 인서트 샤프트 단조 성형과 동시에 샤프트의 표면 온도를 높여 담금질 효과를 유도함으로써, 인서트 샤프트의 결착돌기의 강성을 높여 토크 강도를 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 종래 인서트 너트를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 적용되고 있는 인서트 샤프트 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 인서트 샤프트 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 인서트 사프트를 제조하기 위한 전조 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 인서트 샤프트 제조 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 6은 본 발명에 따른 인서트 샤프트의 결착 돌기 구조를 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 인서트 샤프트를 나타낸 사시도이다. 도시한 바와 같이, 전기 자동차용 배터리 모듈 탑 커버로 인입 사출되도록 소정 길이를 갖고 단면이 원통인 알루미늄 합금 재질로 구성되는 인서트 샤프트(300)는 양측단으로 탭(307)이 형성되며, 상기 인서트 샤프트(300)의 중앙 위치로부터 대칭되도록 이격되고, 사출물과의 결착 강도를 높이기 위해 단조 성형되는 결착돌기(301, 301')와, 상기 대칭되는 두개의 결착돌기(301,301') 사이로 마련된 제원표시부(305) 안측으로 적어도 하나 이상의 제원 결착돌기(303)를 마련함으로써, 인서트 샤프트(300)의 제원별 제품을 식별한다.

상기 인서트 샤프트(300)의 제원은 전기 자동차용 배터리 모듈의 크기 및 용량에 따라 배터리 모듈 탑커버의 형상이 달리되며, 이로인해 인서트 샤프트(300)의 길이 또한 달리 제조된다. 이와 같이 인서트 샤프트(300)의 제원이 상이할 경우 이를 표시하기 위해, 상기 제원 표시부(305) 안측으로 적어도 하나 이상의 제원 결착돌기(303)를 형성하는 것이다. 예컨대, 상기 제원 결착돌기(303)를 하나의 띠 형태를 갖도록 그룹화하는 경우는 인서트 샤프트(300)의 길이가 120mm이고, 두 개의 띠 형태를 갖도록 그룹화하는 경우에는 인서트 샤프트(300)의 길이가 130mm이며, 세 개의 띠 형태를 갖도록 그룹화하는 경우에는 인서트 샤프트(300)의 길이가 150mm임을 의미할 수 있다. 즉, 상기 제원 결착돌기(303)의 띠 갯 수를 통해 제원별 제품을 식별하는 것이다.

한편, 본 발명에서 적용되는 인서트 샤프트(300)는 6000계(Al-Mg-Si계) 등의 알루미늄 합금 단조용 소재를 사용하며, 6000계 알루미늄 합금 단조용 소재는 고강도 및 고인성이고, 내식성도 비교적 우수한 장점을 갖는다. 또한, 6000계 알루미늄 합금 자체도 합금 원소량이 적고, 스크럽을 다시 6000계 알루미늄 합금 용해 원료로서 재사용하기 쉬운 점에서 리사이클성도 우수한 효과를 얻는다. 본 발명에서 적용되는 알루미늄 재질은 A6005 소재가 사용되며, 인장강도가 강재(steel) 볼트에 비해 현저하게 떨어지긴 하나 단가의 절감효과를 갖는다. 따라서, 압출 성형된 와이어를 소정 길이롤 절단한 후, 단조 성형 전에 열처리를 수행함으로써, 강도를 높이게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트를 제조하기 위한 전조 다이 구조를 설명하기 위한 시스템 구성도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전조 시스템은 인서트 샤프트를 제조하기 위한 봉재 와이어를 인출시켜 설정된 길이로 재단한 후, 재단된 봉재를 안착시켜 회전에 의한 마찰력을 유도하여 봉재의 표면 온도를 소정 치로 올리는 열처리 장치(401)와, 상기 열처리 장치(401)의 양 측면부에 위치하여 열처리된 봉재 표면으로 결착돌기(301) 및 제원 결착돌기(303)를 형성하기 위해 전조 성형하는 제1 전조다이(421) 및 제2 전조다이(431)로 구성된다.

상기 제1 전조다이(421)는 중앙으로부터 동일하게 이격된 두 개의 우향 사선홈(423)과 상기 두 개의 우향 사선홈(423) 사이로 적어도 하나 이상의 제원 우향 사선홈(425)을 포함하며, 상기 제원 우향 사선홈(425)은 인서트 샤프트의 제원에 따라 적어도 하나 이상 구성함으로써, 인서트 샤프트의 종류를 식별토록 한다.

상기 제2 전조다이(431)는 상기 우향 사선홈(423) 및 제원 우향사선홈(425)과 대향하는 위치에 좌향 사선홈(미도시됨) 및 제원 좌향 사선홈(미도시됨)을 형성함으로써, 제1 전조다이(421) 및 제2 전조다이(431)에 의한 전조 공정을 통한 다이아몬드 격자의 결착 돌기를 성형한다.

한편, 상기 열처리 장치(401)는 재단된 봉재 하부를 수용 안착시키기 위해 오목 형태의 안착 굴곡면을 구비한 고정 가이드(407)와, 상기 봉재를 상부에서 가압하기 위해 오목 형태의 안착 굴곡면을 구비한 유동 가이드(403)로 이루어지며, 상기 고정 가이드(407)는 봉재의 하단에 설치되어 상기 봉재를 회전 시키기 위한 회전 유도체(411) 및 상기 회전 유도체(411)의 회전력을 유도하기 위한 구동모터(413)로 이루어지며, 상기 고정 가이드(407)의 상단 외주면 상츠로 상기 봉재의 마찰력을 증가시키기 위한 하부 마찰패드(409)를 포함한다.

또한, 상기 유동 가이드(403)는 유압 또는 공압에 의해 상기 모재 상부를 가압하기 위한 구동 장치를 포함하며, 상기 하부 마찰패드(409)와 대향하도록 상부 마찰패드(405)를 구비한다.

여기서, 상부 마찰패드(405) 및 하부 마찰패드(409)는 유리성분, Kevlar(고강도섬유), 탄소 등이 함유되어 있는 Organic 패드가 사용되거나, 강모(steel wool), 철, 구리에 마찰저감재, 윤활제(흑연 등), 충전재 혼합물로 이루어져 있는 Semi-metallic 패드가 사용되거나, 세라믹 섬유, 충전재, 그리고 접착제(bonding agent)를 혼합하여 만들어진 Ceramic 패드가 사용될 수 있다.

본 발명에서는 저온에서도 유효한 마찰력을 발생시키고 마찰 소음이 적을 뿐만 아니라, 단가 절감이 유효한 Organic 패드가 바람직하다. Organic 패드와 알루미늄 A6005 소재 간의 마찰 온도는 대략 500℃ 내지 550℃로 유도함이 바람직하며, 이를 위해, 상기 회전 유도체(411)의 회전 속도를 정의할 수 있을 것이다. 여기서, 상기 회전 유도체(411)의 직경과 구동모터(413)의 회전토크에 따라 회전 속도 또는 RPM이 설정될 수 있을 것이다.

한편, 상기 고정 가이드(407) 하단에 설치되는 회전 유도체(411) 및 구동모터(413)는 인서트 샤프트의 양단을 회전시키도록 두 개가 설치되는 것이 바람직하며, 이는 회전 과정에서 인서트 샤프트의 표면 온도 상승율을 균일하게 유도하기 위함이다.

이러한 열처리 공정은 알루미늄의 표면을 용체화 처리하기 위한 것으로, 인서트 샤프트의 표면 강성을 높임으로써, 샤프트의 인서트 사출 이후에 샤프트 회전 토크를 향상시키게 된다. 즉, 샤프트의 회전 토크는 결착 돌기(301)의 구조와 강성에 기반하기 때문에, 결착돌기의 강도를 높여 샤프트의 토크를 향상시키는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 인서트 샤프트의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 도시된 바와 같이, S501 단계에서, 기 설정된 길이로 재단된 봉재를 상기 열처리 장치(401)로 인입되어 안착된다. 이는 상기 봉재가 고정 가이드(407) 상부에 마련된 하부 마찰패드(409)로 안착되는 것으로, 상기 고정 가이드(407) 및 하부 마찰패드(409)는 봉재의 반경과 동일한 오목된 구조의 원호 반경을 보유함에 따라, 상기 하부 마찰패드(409)로 봉재가 안착된다.

S503 단계로 진입하여, 상기 유동 가이드(403)가 상기 고정 가이드(407) 상부로 가압된다. 유동 가이드(403) 및 고정 가이드(407)가 재단된 봉재를 상하부에서 가압함에 있어, 봉재의 좌우측면은 단조 성형을 위해 개방된 상태를 유지한다. 이와 같이, 상기 봉재가 유동 가이드(403) 및 고정 가이드(407) 사이로 가압되어, 상기 봉재의 상하단은 상부 마찰패드(405) 및 하부 마찰패드(409)가 밀착되는 구조이다.

상기 상부 마찰패드(405) 및 하부 마찰패드(409)는 전술된 바와 같이, Organic 패드가 사용되며, 알루미늄 합금과의 마찰력을 유도함과 동시에 마찰력에 의한 마찰 소음을 최소화한다.

S505 단계에서, 상기 고정 가이드(407) 상단으로 봉재가 안착된고, 상기 유동 가이드(403)에 의해 봉재가 가압된 후, 상기 구동모터(413)는 설정된 RPM으로 상기 회전 유도체(411)를 회전시킨다. 상기 회전 유도체(411)의 일부는 하부 마찰패드(409)를 관통하기 때문에, 상기 회전 유도체(411)와 봉재는 밀착되며, 회전 유도체(411)의 회전력을 봉재로 전달된다.

상기 회전 유도체(411)는 고정 가이드(407)의 양 종단에 구비됨에 따라, 봉재의 회전 과정에서 뒤틀림을 방지하여 마찰 열의 분포를 균일하게 유도한다. 본 발명에서는 상부 마찰패드(405) 및 하부 마찰패드(409)의 재질과 봉재의 재질 간의 마찰열을 감안하여, 상기 구동모터(413)의 회전 속도를 설정하는데, 마찰열이 500℃ 내지 550℃가 유도되도록 한다. 필요에 따라, 별도의 센서를 장착하여, 봉재의 표면 온도를 측정하고, 측정 결과에 기초하여 전조 공정을 수행할 수 있을 것이다.

따라서, S507 단계와 같이 상기 봉재의 표면 온도가 설정치에 도달하였는지 판단하되, 설정 온도에 도달하지 않았을 경우에는 상기 구동 모터(413)의 동작을 유지한다. 반면, 설정 온도에 도달하였을 경우에는, S509 단계로 진입하여, 구동모터(413)의 회전을 정지시킨 후, S511 단계와 같이 상기 전조다이를 가압하여 포밍을 수행한다. 여기서, 상기 전조다이는 제1 전조다이(421) 및 제2 전조다이(431)로 이루어지며, S511 단계와 같이, 상기 제1 전조다이(421) 및 제2 전조다이(431)가 봉재의 표면으로 가압된다.

상기 제1 전조다이(421)는 각각으로 두 개의 우향 사선홈(423)을 구비하고, 두 개의 우향 사선홈(423) 사이로 적어도 하나 이상의 제원 우향 사선홈(425)를 형성한다. 그리고, 제2 전조다이(431)는 각각으로 두 개의 좌향 사선홈(미도시함)을 구비하고, 두 개의 좌향 사선홈(미도시함) 사이로 적어도 하나 이상의 제원 좌향 사선홈(미도시함)를 형성한다.

상기 제원 우향 사선홈(425) 및 제원 좌향 사선홈은 샤프트의 종류 즉, 서로 다른 길이로 생산할 경우 제품을 식별하기 위한 수단으로 사용된다. 예컨대, 상기 제원 결착돌기(303)를 하나의 띠 형태를 갖도록 그룹화하는 경우는 인서트 샤프트(300)의 길이가 120mm이고, 두 개의 띠 형태를 갖도록 그룹화하는 경우에는 인서트 샤프트(300)의 길이가 130mm이며, 세 개의 띠 형태를 갖도록 그룹화하는 경우에는 인서트 샤프트(300)의 길이가 150mm임을 의미할 수 있다.

S513 단계로 진입하여, 상기 제1 전조다이(421) 및 제2 전조다이(431)가 봉재를 양측면에서 가압하여 널링을 수행한다. 널링은 우향 사선홈(423) 및 좌향 사선홈에 의해 다이아몬드 격자 구조의 결착돌기(301, 301') 및 제원 결착돌기(303)를 형성하는 것으로, 인서트 샤프트를 소성한다.

이와 같은 소성 과정에서 결착돌기(301) 및 제원 결착돌기(303)가 포밍되는데, 각각의 결착돌기는 제1 전조다이(421) 및 제2 전조다이(431)로 구성된 우향 사선홈(423) 및 좌향 사선홈에 의해 다이아몬드 형태의 포밍이 이루어진다. 상기 각 결착돌기는 도 6에서 도시된 바와 같이 사각뿔 형태를 갖는다.

도 6의 (가)는 결착 돌기 구조 오류를 설명하기 위한 도면이고, 도 6의 (나)는 본 발명에 따른 결착 돌기 구조를 설명하기 위한 도면이다. 즉, (가)와 같이 결착돌기 변의 길이(W)와 근접하는 결착돌기간 거리(P)가 같을 경우에는 근접하는 결착 돌기 간 간극이 미비하여, 간극 사이로 플라스틱 사출 수지가 온전하게 투입되지 못하는 현상이 발생할 수 있다. 이는 인서트 샤프트와 플라스틱 사출물 간의 고정력을 훼손하여 토크가 저하되는 문제을 발생한다.

인서트 샤프트의 토크를 최대한 높이기 위해서는 결착돌기의 체적과 사출 수지 공급 공간의 체적이 동일해야 하는 것이 전제조건이나, 이러한 전제조건을 수용하는 과정에서 결착돌기 변의 길이(W)와 근접하는 결착돌기 간 거리가 동일할 경우에는 플라스틱 사출과정에서 문제의 발생 소지가 존재하는 것이다.

본 발명에서 적용되는 전기 자동차용 배터리 모듈의 탑 커버를 제조하기 위한 플라스틱 계열의 원료수지는 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(Polybutylene Terephthalate, PBT) 및 폴리에틸렌 텔프탈레이트(Polyethylene Terephtalate, PET) 등과 같은 열가소성 수지가 사용되는데, 이러한 열가소성 수지는 점도가 높고, 유동성이 낮기 때문에 성형재료에 가열, 가압에 따른 미세 합성물질이 연소되면서 가스(GAS)가 발생하여 미성형되는 문제가 있다.

즉, 결착돌기 간 간격이 없을 경우에는 V자 공간(S)으로 연소 가스가 집약되고, 집약된 연소 가스가 원활하게 배출되지 못하여 미성형 제품을 양산하게 된다. 결국, 제품의 원가가 증가하여 소비자 부담으로 이어지는 문제가 존재하기 때문에, 본 발명에서는 (나)와 같이 결착 돌기 간 간격을 형성하여 사출 과정에서 연소 가스에 의한 미성형 문제를 해결한다.

도시된 바와 같이, 결착돌기 변의 길이(W)가 근접한 결착돌기 간 거리(P) 보다 작도록, 상기 결착돌기 간 이격거리(R)를 형성하되, 상기 이격거리(R)와 결착돌기 꼭지부의 변 길이와 같도록 설계함으로써, 사출 수지의 공간부와 결착돌기의 체적을 동일하게 유지한다.

상기 이격거리(R)는 사출 과정에서 사용되는 플라스틱 계열의 수지의 종류에 따라 상이할 수 있으나, 배터리 모듈의 탑 커버를 제조하는 플라스틱 수지 즉, 폴리 프로필렌(PP), 폴리 아미드(PA), PBT 중 어느 하나 또는 혼합재임을 감안할 때, 안정적으로 사출되는 사출물의 최소 두께를 적용함이 바람직할 것이다.

예컨대, 폴리 프로필렌(PP) 수지로 사출을 할 경우 최소 두께는 0.6mm로 규정하고 있으며 폴리 아미드(PA) 수지인 경우에는 0.3mm의 최소 두께로 규정되고, PBT인 경우에는 0.5mm 두께로 규정된다. 따라서, 본 발명에서 제시되는 결착돌기 간 간격(R)은 0.3mm 내지 0.6mm로 설정할 수 있으며, 결착돌기 한 변의 길이(W)가 1.5mm 임을 감안할 때, 결착돌기 간 간격(R)은 결착돌기 한 변의 길이(W) 대비 20% 내지 40%로 설계할 수 있을 것이다.

이와 같이, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 탑 커버로 인입 사출되는 인서트 샤프트의 결착돌기가 소성되면, S515 단계로 진입하여, 열처리 장치(401)를 초기화하고, 상기 제1 전조다이(421) 및 제2 전조다이(431)를 개방시켜 전조 가공된 샤프트를 배출한다. 이후 S517 단계와 같이, 소정의 탭 가공장치 예컨대, CNC 장치를 이용하여 샤프트의 양 종단부로 탭(307) 가공함으로써, 인서트 샤프트가 완성된다. 결국, 본 발명에 따른 인서트 샤프트 제조 공정을 통해 샤프트의 토크를 증대시키고, 제조 단가를 격감시킬 뿐만 아니라 제조 시간을 단축시키는 효과를 얻게 된다.

301, 301' : 결착돌기 303 : 제원 결착돌기
305 : 제원 표시부 307 : 탭
401 : 열처리 장치 403 : 유동 가이드
405 : 상부 마찰패드 407 :고정 가이드
409 : 하부 마찰패드 411 : 회전 유도체
413 : 구동모터 421 : 제1 전조다이
423 : 우향 사선홈 425 : 제원 우향사선홈
431 : 제2 전조다이

Claims (5)

1. 인서트 샤프트를 제조하기 위한 봉재 와이어를 인출시켜 설정된 길이로 재단한 후, 재단된 봉재를 안착시켜 회전에 의한 마찰력을 유도하여 봉재의 표면 온도를 소정 치로 올리는 열처리 장치(401)와, 상기 열처리 장치(401)의 양 측면부에 위치하여 상기 봉재를 전조 소성하기 위한 제1 전조다이(421) 및 제2 전조다이(431)로 구성된 전조 시스템을 이용하여 전기자동차 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트 제조방법에 있어서,
   a) 기 설정된 길이로 재단된 봉재를 상기 열처리 장치(401)로 인입 안착시킨 후, 상기 열처리 장치(401)를 이용하여 상기 봉재 표면을 회전 마찰시키는 단계;
   b) 상기 봉재의 표면 온도가 설정치에 도달하였는지 판단하되, 설정 온도에 도달하지 않았을 경우에는 지속적인 회전 마찰력을 가미하고, 설정 온도에 도달하였을 경우에는, 상기 열처리 장치(401)를 기동 정지시키는 단계;
   c) 상기 제1 전조다이(421) 및 제2 전조다이(431)를 상호 가압시키는 단계;
   d) 상기 제1 전조다이(421) 및 제2 전조다이(431)의 가압력을 이용하여 상기 봉재 양측면에서 널링을 수행하여 상기 봉재의 표면으로 결착부를 소성시키는 단계;
   e) 상기 제1 전조다이(421), 제2 전조다이(431)를 이격시키는 단계;
   f) 결착돌기(301, 301')가 소성된 봉재를 상기 열처리 장치(401)로부터 이탈시킨 후, 상기 봉재의 양 종단부로 탭 가공을 수행하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 열처리 장치(401)는 재단된 봉재 하부를 수용 안착시키기 위해 오목 형태의 안착 굴곡면을 구비한 고정 가이드(407) 및 상기 봉재를 상부에서 가압하기 위해 오목 형태의 안착 굴곡면을 구비한 유동 가이드(403)로 이루어지며;
   상기 고정 가이드(407)는 봉재의 하단에 설치되어 상기 봉재를 회전 시키기 위한 회전 유도체(411) 및 상기 회전 유도체(411)의 회전력을 유도하기 위한 구동모터(413)로 이루어지고, 상기 고정 가이드(407) 및 유동 가이드(403)의 안측면에는 상기 봉재의 회전 마찰력을 증가시키기 위한 각각의 마찰패드를 포함하며;
   상기 a) 단계에서, 상기 봉재 표면의 회전 마찰은 상기 각 마찰패드에 의해 유도되며, 상기 봉재의 표면온도를 500℃ 내지 550℃로 가열시키는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 전조다이(421)는 각각으로 두 개의 우향 사선홈(423)을 구비하고, 두 개의 우향 사선홈(423) 사이로 적어도 하나 이상의 제원 우향 사선홈(425)를 형성하며;
   상기 제2 전조다이(431)는 각각으로 두 개의 좌향 사선홈을 구비하고, 두 개의 좌향 사선홈 사이로 적어도 하나 이상의 제원 좌향 사선홈를 형성하고;
   상기 d) 단계의 결착부는 사출물과의 결착 강도를 높이기 위해 단조 성형되는 상기 결착돌기(301, 301') 사이로 적어도 하나 이상의 제원 결착돌기(303)를 소성시키는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 적어도 하나 이상의 제원 결착돌기(303)는 샤프트 길이에 따른 종류를 식별하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트 제조방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 결착돌기는 결착돌기 변의 길이(W)가 근접한 결착돌기 간 거리(P) 보다 작도록, 상기 결착돌기 간 이격거리(R)를 형성하되, 상기 이격거리(R)와 결착돌기 꼭지부의 변 길이와 같도록 설계함으로써, 사출 수지의 공간부와 결착돌기의 체적을 동일하게 유지하며;
   상기 결착돌기 간 간격(R)은 결착돌기 한 변의 길이(W) 대비 20% 내지 40%인 것을 특징으로 하는 전기 자동차 배터리 모듈 탑 커버용 인서트 샤프트 제조방법.
   

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