KR102575150B1 - 도어 임팩트 빔 제조방법 및 도어 임팩트 빔 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열연 강판을 단면이 원형인 빔(beam) 형태로 롤포밍하는 단계, 상기 빔의 대향하는 양 단을 확산 접합하는 단계, 상기 빔을 가압하는 단계 및 상기 빔을 소둔 열처리하는 단계를 포함하는 도어 임팩트 빔 제조방법으로서, 본 발명에 의하면, 열처리 공정의 추가 없이 접합부 연화 문제를 해결하고, 강관의 접합 및 소둔 열처리를 통합하여 제조가 가능하다.

Description

도어 임팩트 빔 제조방법 및 도어 임팩트 빔{MANUFACTURING METHOD FOR A DOOR IMPACT BEAM AND THE DOOR IMPACT BEAM}

본 발명은 차량의 도어에 적용되는 도어 임팩트 빔을 제조하는 방법 및 그것에 의해 제조되는 도어 임팩트 빔에 관한 것이다.

자동차 산업의 동향은 연비 향상을 위한 부품 경량화와 더불어서 충돌에 대한 안정성 향상을 위해 차체 및 샤시 부품에 초고장력 강판을 적용하고 있다.

초고장력 강판은 일반적으로 인장 강도가 590MPa 이상인 강종을 뜻하며, 충돌 성능이 요구되는 센터 필러 보강재, 범퍼 백빔, 그리고 도어 임팩트 빔 등에 주로 적용되고 있다.

이 중 도어 임팩트 빔은 도어 내부에 장착되는 충돌 부재로서, 차량의 측면 충돌시 충격 흡수 및 침입 방지 역할을 하여 승객을 보호하는 중요한 부품으로, 일반적으로 강관 타입의 도어 임팩트 빔이 적용되고 있다.

현재 도어 임팩트 빔에는 일반적으로 약 1,500MPa급의 강도를 갖는 열처리 강관이 적용되고 있는데, 도 1은 그러한 도어 임팩트 빔의 제조방법을 순차적으로 도시한 것이다.

도어 임팩트 빔은 열간 압연 강판을 롤포밍하여 단면이 원형이 되도록 만든 뒤, 말아져서 마주하게 되는 양단을 전기 저항 용접(ERW, electric resistance welding)을 통해서 조관하고, 용접 비드를 커팅한다.

그리고, 약 900~1,000℃의 온도에서 소둔 열처리를 실시한 후 수냉하여 강도를 확보한다.

이 과정에서 전기 저항 용접부(1)는 소둔 후에도 이전 용접 영향으로 인해 결정립이 조대화되어 강도가 낮아 충돌시 취약부로 작용하게 되는 단점이 있다.

이를 보완하기 위해 템퍼링과 같은 후 열처리 공정이 적용되고 있으나, 공정 추가로 인해 생산성이 낮아지고, 열처리 추가에 따른 품질 편차가 발생하게 된다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국등록특허공보 제10-1180561호 미국공개특허공보 제2010-0047609호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 열처리 공정의 추가 없이 접합부 연화 문제를 해결하고, 강관의 접합 및 소둔 열처리를 통합하는 도어 임팩트 빔 제조방법 및 도어 임팩트 빔을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 도어 임팩트 빔 제조방법은, 열연 강판을 단면이 원형인 빔(beam) 형태로 롤포밍하는 단계, 상기 빔의 대향하는 양 단에 TiC 분말을 분사하는 단계, 상기 빔을 가압하는 단계 및 상기 빔을 소둔 열처리하는 단계를 포함한다.

그리고, 상기 확산 접합하는 단계 전 상기 빔의 대향하는 양 단 간의 간격을 유지시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 소둔 열처리하는 단계는 진공 조건 하에서 실시하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 진공 조건은 0.1torr 이하인 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 소둔 열처리하는 단계 후 상기 빔을 수냉시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 가압하는 단계의 가압력은 100MPa 이상 200MPa 이하인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 소둔 열처리하는 단계의 열처리 온도는 800℃ 이상 1,000℃ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 도어 임팩트 빔은 상기의 제조방법에 의해 제조될 수 있다.

본 발명의 도어 임팩트 빔 제조방법에 의하면, 후 열처리 공정의 추가 공정 없이도 강관 접합부의 연화 문제를 해결할 수가 있다.

그리고, 분말 소재의 확산 접합을 통해 강관의 접합 및 소둔 열처리를 통합하여 제조할 수가 있다.

구체적으로는, 기존의 ERW 방식의 도어 임팩트 빔에 대비하여 충돌 성능이 10% 이상 향상됨을 확인할 수 있었다.

또한, 열처리 공정이 추가가 될수록 품질 편차가 발생할 확률이 높아지게 되는데, 본 발명에 의하면 후 열처리 공정이 삭제되어 불량 발생률을 저감시킬 수 있다.

도 1은 종래의 도어 임팩트 빔 제조방법을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 도어 임팩트 빔 제조방법을 도시한 것이다.
도 3은 종래와 본 발명의 방법에 의해 제조된 도어 임팩트 빔의 강도를 비교하기 위한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 도어 임팩트 빔 제조방법을 도시한 것이다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 도어 임팩트 빔 제조방법 및 그것에 의해 제조되는 도어 임팩트 빔을 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 도어 임팩트 빔은 도어 모듈을 구성하는 여러 부품 중 하나로서, 차량의 도어에 장착되어 측면 충돌 사고에서 탑승객의 안전을 보장하는 역할을 하기 때문에 고강성과 높은 충격 에너지를 흡수할 수 있는 능력이 요구되는 안전 부품이다.

본 발명의 도어 임팩트 빔은 강판을 롤포밍 등에 의해 강관으로 제조되며, 그에 따라 강관의 마주하는 양 단의 접합을 요하게 된다.

금속을 접합하는 방법에는 용접 외에 확산 접합이 있다. 확산 접합은 특정 분위기 및 온도에서 금속을 소성변형이 되지 않을 정도로 가압하여 접합면 사이에 생기는 원자의 확산을 이용하여 접합하는 방식으로, 금형 등 경도가 높은 초경합금에 사용된다.

우선, 0.22~0.35%의 탄소 농도를 갖는 열연 강판을 롤포밍하고, 기존과 달리 본 발명은 TiC를 원료로 하는 분말 소재를 분사한다.

기존 조관공정의 경우에는 롤포밍의 마지막 단계에서 전면을 맞닿아 빔을 원형으로 만들고 바로 용접을 실시하는데, 이러한 방식으로는 TiC 분말 소재를 투입하기가 어렵다.

따라서, 본 발명에서는 롤포밍 공정 후에 TiC 분말이 투입될 접합 계면을 안정적으로 확보할 수 있도록 간격 유지용 롤(11)을 적용함으로써, 롤포밍된 강관을 지지하여 접합면의 간격을 유지할 수 있게 한다.

간격 유지용 롤(11)은 롤포밍된 빔이 스프링 백에 의해 벌어지는 현상을 방지한다.

유지시키는 간격은 마주하는 강관의 양 단의 내경만 맞닿을 수 있게 하여, 분말 분사기(12)를 이용하여 TiC 분말을 벌어진 외경 간에 투입시킨다.

TiC 분말 투입 후 간격 유지 롤(11)을 따라 빔을 가압 진공 열처리 설비로 투입한다.

가압 진공 열처리 설비로 투입된 빔을 가압 지그(13)를 이용하여 빔에 가압력을 가한 뒤 진공 분위기를 형성한다.

가압 지그(13)는 빔을 전체적으로 가압할 수 있도록 양 측방으로부터 투입되어 가압하고, 상 측과 하 측에서 모두 가압할 수 있도록 한다.

가압력은 100MPa 이상 200MPa 이하로 설정하는 것이 바람직하고, 진공 조건은 0.1torr 이하인 것이 바람직하다.

가압력이 100MPa 미만인 경우에는 가압력이 부족하여 접합이 제대로 이루어지지 않게 되고, 가압력이 200MPa 초과인 경우에는 가압력이 과도하여 모재의 변형을 초래할 수 있다.

그리고, 진공 조건이 0.1torr를 초과하게 되면, 산화 불순물이 발생하게 되어 접합 품질이 저하된다.

이렇게 가압 및 진공 조건이 만족되면, 빔을 소둔 열처리한다.

소둔 열처리의 온도는 800℃ 이상 1,000℃ 이하인 것이 바람직하다.

본 발명은 이와 같은 소둔 열처리시 동시에 확산접합이 일어나게 하고, 별도의 확산접합을 위한 열처리를 요하지 않으므로 공정 효율 또한 좋아진다.

반면, 소둔 열처리의 온도가 800℃ 미만인 경우에는 확산 접합이 제대로 이루어지지 않고, 도어 임팩트 빔 모재에 페라이트가 잔류하여 강도를 저하시키게 된다.

그리고, 소둔 열처리의 온도가 1,000℃ 초과인 경우에는 도어 임팩트 빔 모재의 결정립 사이즈가 조대화되어 물성이 저하된다.

이렇게 열처리가 완료되면 수냉하여 강도를 확보하게 된다.

이상의 방법에 의해 제조되는 도어 임팩트 빔을 가압력, 진공도, 열처리 온도에 따라 실시한 평가 결과는 표 1과 같다.

구분	제조 조건			성능	비고
	가압력(MPa)	진공도(torr)	열처리(℃)	최대 반력(kN)
종래 기술 (ERW)	-	-	-	25.0	-
실시예 1	100	0.1	800	27.0	-
실시예 2	100	0.1	900	27.1	-
실시예 3	100	0.1	1000	26.9	-
실시예 4	200	0.1	800	27.4	-
실시예 5	200	0.1	900	28.1	-
실시예 6	200	0.1	1000	27.7	-
비교예 1	50	0.1	800	17.4	접합부 파단
비교예 2	50	0.1	1000	17.8	접합부 파단
비교예 3	50	0.1	700	16.8	접합부 파단
비교예 4	50	0.1	1100	17.0	접합부 파단
비교예 5	50	1	800	15.3	접합부 파단
비교예 6	50	1	1000	14.7	접합부 파단
비교예 7	100	0.1	700	19.1	-
비교예 8	100	0.1	1100	22.4	-
비교예 9	100	1	800	22.7	-
비교예 10	200	0.1	700	19.8	-
비교예 11	200	0.1	1100	22.8	-
비교예 12	200	1	800	23.0	-
비교예 13	250	0.1	800	22.3	모재 변형
비교예 14	250	0.1	1000	23.1	-

표 1의 결과와 같은 단품 충돌 평가 실시 결과, 종래 기술에 비해 충돌 성능(최대 반력)이 약 12%까지 상승하는 것을 확인할 수 있었다.

비교예 1 내지 비교예 6과 같이, 가압력이 낮은 경우에는 접합력이 부족하여 충돌 시 빔이 조기 판단으로 인해 반력이 저하되었고, 비교예 13, 14와 같이 가압력이 높은 경우에는 모재가 이미 변형되어 충돌 성능이 나빠짐을 확인할 수 있었다. 또한, 모재 변형으로 인해 조립시 치수 문제가 발생할 가능성이 높아진다.

비교예 5,6 9,12와 같이 진공도가 0.1torr을 초과하는 경우에는 불순물 생성 및 결합력 저하로 충돌시 빔 조기 파단으로 인해 반력이 저하되었다.

그리고, 비교예 7,8,10,11과 같이 가압력 및 진공도의 조건을 만족하더라도 열처리 온도가 800~1000℃ 범위를 벗어나는 경우에는 또한 소둔이 제대로 되지 않아 반력이 저하됨을 알 수 있었다.

도 3은 종래 기술과 본 발명에 의해 제조되는 도어 임팩트 빔의 일 예의 경우에 충돌 결과를 나타낸 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 방법에 의하면 충돌 성능이 기존과 대비하여 10% 이상 향상됨을 알 수 있고, 후 열처리 공정을 삭제함으로써 공정에 유리하며 불량 발생률을 저감시킬 수가 있다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

11 : 간격 유지용 롤
12 : 분말 분사기
13 : 가압지그

Claims (10)

1. 열연 강판을 단면이 원형인 빔(beam) 형태로 롤포밍하는 단계;
   상기 빔의 대향하는 양 단 간의 간격을 상기 양 단의 내경이 맞닿도록 유지시키는 단계;
   상기 빔의 대향하는 양 단에 TiC 분말을 분사하는 단계;
   상기 빔을 가압하는 단계; 및
   상기 빔을 소둔 열처리하는 단계를 포함하는,
   도어 임팩트 빔 제조방법.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 소둔 열처리하는 단계는 진공 조건 하에서 실시하는 것을 특징으로 하는,
   도어 임팩트 빔 제조방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 진공 조건은 0.1torr 이하인 것을 특징으로 하는,
   도어 임팩트 빔 제조방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 소둔 열처리하는 단계 후 상기 빔을 수냉시키는 단계를 더 포함하는,
   도어 임팩트 빔 제조방법.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 가압하는 단계의 가압력은 100MPa 이상 200MPa 이하인 것을 특징으로 하는,
   도어 임팩트 빔 제조방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 소둔 열처리하는 단계의 열처리 온도는 800℃ 이상 1,000℃ 이하인 것을 특징으로 하는,
   도어 임팩트 빔 제조방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 7 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조되는,
    도어 임팩트 빔.