KR102612569B1 - 금속요소 결합 방법 및 금속요소-모재 조립체 - Google Patents

금속요소 결합 방법 및 금속요소-모재 조립체 Download PDF

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Abstract

금속요소 결합 방법 및 금속요소-모재 조립체가 개시된다. 개시된 금속요소 결합 방법은, 상측면에 웨이스트 방출부 및 웨이스트 방출부의 주변에서 상향 돌출된 가압 돌기부를 포함하는 하부금형에 모재를 올려놓는 모재 세팅 단계; 모재의 두께 방향으로 연장된 바디부, 바디부에 이어지며 바디부의 직경보다 큰 직경을 갖도록 방사 방향으로 확장된 헤드부, 및 바디부의 외주면에서 돌출되고 바디부의 길이 방향에 대해 경사지게 연장된 간섭 돌기부를 포함하는 금속요소를, 바디부와 웨이스트 방출부가 정렬되고 간섭 돌기부와 가압 돌기부가 정렬되도록 모재에 올려놓는 금속요소 세팅 단계; 및 바디부가 모재를 관통하고 헤드부가 모재의 상측면에 밀착되고 간섭 돌기부가 가압 돌기부와 충돌하여 구부러지도록, 금속요소를 모재를 향해 가압하는 가압 단계;를 포함한다.

Description

금속요소 결합 방법 및 금속요소-모재 조립체{METHOD FOR JOINING METAL ELEMENT TO BASIC MATERIAL AND METAL ELEMENT-BASIC MATERIAL ASSEMBLY}
본 발명은 금속 소재로 이루어진 금속요소가 모재를 관통하도록 금속요소를 모재에 결합하는 금속요소 결합 방법 및 이 방법을 이용하여 제조되는 금속요소-모재 조립체에 관한 것이다.
차량, 선박, 비행기, 열차와 같은 수송수단의 경량화 추세에 따라 스틸 소재의 부재와 비철금속 소재의 부재를 접합하는 이종 재질 부재 간의 접합이 확대되고 있다.
서로 다른 재질의 부재를 접합하는 방법 중에서 저항 요소 용접(REW: resistance element welding)은, 금속 소재의 제1 부재 위에 제1 부재의 소재와 다른 소재의 제2 부재를 겹치고, 제2 부재를 두께 방향으로 관통하는 관통공에 제1 부재의 재질과 같은 동종 재질의 금속요소를 끼우고, 제1 부재와 금속요소를 저항 용접으로 접합함으로써, 제1 부재와 제2 부재를 결합시키는 접합 방법이다.
저항 요소 용접을 이용하여 이종 재질 부재를 접합하는 종래의 방법은, 금속요소가 제2 부재를 관통하지 못하거나 금속요소가 관통한 제2 부재의 부분이 심하게 변형되어 접합 불량이 야기되는 문제가 있다. 한편, 제2 부재에 금속요소가 관통하는 관통공을 미리 형성하는 경우에는 관통공 형성 작업으로 인해 접합 작업의 생산성이 저하되고, 접합력이 저하되는 접합 불량이 야기될 수도 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1936486호(2019.01.02. 등록, 발명의 명칭: 저항 용접 체결구, 장치 및 방법)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로, 모재에 미리 관통공을 형성하지 않고 금속 소재로 이루어진 금속요소가 모재를 관통하도록 금속요소를 모재에 결합하는 금속요소 결합 방법, 및 이 방법을 이용하여 제조되는 금속요소-모재 조립체를 제공한다.
본 발명은, 상측면에 웨이스트 방출부 및 상기 웨이스트 방출부의 주변에서 상향 돌출된 가압 돌기부를 포함하는 하부금형에 모재를 올려놓는 모재 세팅 단계; 상기 모재의 두께 방향으로 연장된 바디부, 상기 바디부에 이어지며 상기 바디부의 직경보다 큰 직경을 갖도록 방사 방향으로 확장된 헤드부, 및 상기 바디부의 외주면에서 돌출되고 상기 바디부의 길이 방향에 대해 경사지게 연장된 간섭 돌기부를 포함하는 금속요소를, 상기 바디부와 상기 웨이스트 방출부가 정렬되고 상기 간섭 돌기부와 상기 가압 돌기부가 정렬되도록 상기 모재에 올려놓는 금속요소 세팅 단계; 및 상기 바디부가 상기 모재를 관통하고 상기 헤드부가 상기 모재의 상측면에 밀착되고 상기 간섭 돌기부가 상기 가압 돌기부와 충돌하여 구부러지도록, 상기 금속요소를 상기 모재를 향해 가압하는 가압 단계;를 포함하는 금속요소 결합 방법을 제공한다.
상기 간섭 돌기부는 복수 개가 구비되고, 상기 복수의 간섭 돌기부는 상기 바디부의 상기 외주면에 서로 이격되게 배치되고, 상기 바디부의 길이 방향으로 서로 같은 높이에 위치할 수 있다.
상기 가압 돌기부는 상기 바디부의 길이 방향 축선을 중심으로 하는 환형 경로를 따라 연장될 수 있다.
상기 가압 돌기부의 상기 환형 경로의 내경은 상기 바디부의 직경보다 크거나 같고 상기 바디부의 방사 방향으로 상기 간섭 돌기부의 두께의 2배와 상기 바디부의 직경의 합보다 작을 수 있다.
상기 간섭 돌기부가 상기 바디부의 길이 방향에 대해 경사진 각도는 10 내지 30° 일 수 있다.
상기 웨이스트 방출부는 상기 하부금형을 상하 방향으로 관통하는 관통공을 포함하고, 상기 가압 단계는, 상기 바디부 및 상기 관통공과 정렬되는 상기 모재의 부분을 상기 모재에서 분리하여 웨이스트를 형성하고 상기 웨이스트를 상기 관통공을 통해 방출하는 웨이스트 방출 단계;를 포함할 수 있다.
상기 금속요소는 스틸 소재로 이루어지고, 상기 모재는 상기 스틸 소재보다 단위 중량 및 강도가 작은 비철금속 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명은, 상하 방향으로 연장된 바디부, 상기 바디부에 이어지며 상기 바디부의 직경보다 큰 직경을 갖도록 방사 방향으로 확장된 헤드부, 및 상기 바디부의 외주면에서 돌출되고 상기 바디부의 길이 방향에 대해 경사지게 연장된 경사 연장부 및 상기 경사 연장부에서 절곡되게 이어진 절곡 연장부를 포함하는 간섭 돌기부를 포함하는 금속요소; 및 상기 바디부에 의해 관통되고, 상기 헤드부에 밀착되는 상측면, 상기 바디부에 의해 관통되어 형성되는 관통공을 한정하는 내주면, 및 상기 내주면에서 상기 간섭 돌기부에 대응되게 내측으로 파여서 상기 간섭 돌기부에 면접촉되는 간섭면을 포함하고, 상기 금속요소에 대해 상대 운동하지 않게 고정 결합되는 모재;를 포함하는 금속요소-모재 조립체를 제공한다.
상기 간섭 돌기부는 복수 개가 구비되고, 상기 복수의 간섭 돌기부는 상기 바디부의 상기 외주면에 서로 이격되게 배치되고, 상기 바디부의 길이 방향으로 서로 같은 높이에 위치할 수 있다.
상기 경사 연장부는 상기 바디부의 길이 방향에 대해 10 내지 30° 각도로 경사지게 연장될 수 있다.
상기 금속요소는 스틸 소재로 이루어지고, 상기 모재는 상기 스틸 소재보다 단위 중량 및 강도가 작은 비철금속 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 간섭 돌기부를 포함한 금속요소를 모재를 향해 가압하면 간섭 돌기부가 변형되어 금속요소가 모재에 신뢰성있게 고정 결합된다. 따라서, 신속하고 쉽게 금속요소-모재 조립체를 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 하부금형이 웨이스트 방출부를 포함하여서 모재에 미리 바디부가 관통하는 관통공을 형성하지 않고 모재를 향해 금속요소를 가압하는 작업만으로도 금속요소가 신뢰성있게 모재를 관통하여 결합되며 모재에서 분리된 웨이스트는 웨이스트 방출부로 옮겨질 수 있다. 따라서, 모재에 금속요소가 고정된 금속요소-모재 조립체의 생산성이 향상된다.
금속요소-모재 조립체는 모재에 대해 금속요소가 흔들리지 않고 위치 고정되므로 금속요소-모재 조립체와 금속판재를 겹쳐서 용접하는 작업의 생산성도 향상되고, 용접 작업을 통해 제조된 이종 소재 접합체의 양품 수율도 향상될 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속요소 결합 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1 내지 도 4의 금속요소의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속요소-모재 조립체를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5의 금속요소-모재 조립체를 포함하는 이종 소재 접합체를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 금속요소 결합 방법 및 금속요소-모재 조립체를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속요소 결합 방법을 순차적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 도 1 내지 도 4의 금속요소의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속요소-모재 조립체를 도시한 단면도이다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속요소 결합 방법은, 모재 세팅 단계(S100), 금속요소 세팅 단계(S200), 및 가압 단계(S300)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 모재 세팅 단계(S100)는 하부금형(1)에 모재(21)를 올려놓는 단계이다. 하부금형(1)은 웨이스트 방출부를 포함할 수 있다. 구체적으로, 하부금형(1)은 금속요소(30)보다 강도가 우수한 금속소재로 이루어질 수 있다.
웨이스트 방출부에는 금속요소 결합 방법의 작업 과정에서 모재(21)에서 분리되는 웨이스트(29)가 옮겨진다. 구체적으로, 웨이스트 방출부는 하부금형(1)을 상하 방향으로 관통하는 관통공(2)을 포함할 수 있다.
하부금형(1)은 웨이스트 방출부의 관통공(2) 주변에서 상향 돌출된 가압 돌기부(5)를 포함할 수 있다. 가압 돌기부(5)는 웨이스트 방출부를 에워싸며 금속요소(30)의 축선(AX)을 중심으로 하는 환형 경로를 따라 연장된 소위, 환형 돌기부일 수 있다.
다만, 가압 돌기부(5)는 환형 돌기부에 한정되는 것은 아니며, 후술할 간섭 돌기부(40)의 개수에 대응되는 개수로 구비되어 간섭 돌기부(40)와 일대일로 위아래로 정렬되게 배치되는 돌기일 수도 있다. 이 경우에 간섭 돌기부(40)의 개수가 복수 개이고 서로 이격되게 배치되면, 가압 돌기부(5)의 개수도 복수이고 서로 이격되게 배치될 수 있다.
모재(21)는 판재일 수 있다. 모재 세팅 단계(S100)에서 모재(21)의 하측면(24)이 가압 돌기부(5)에 접촉 지지될 수 있다. 이 경우에 가압 돌기부(5)가 하부금형(1)의 상측면(3)으로부터 상향 돌출되어 있으므로 모재(21)의 하측면(24)은 하부금형(1)의 상측면(3)에서 이격될 수 있다.
금속요소 세팅 단계(S200)는 금속요소(30)를 모재(21)에 올려놓는 단계이다. 금속요소(30)는 헤드부(31), 바디부(35), 및 간섭 돌기부(40)를 포함할 수 있다. 바디부(35)는 모재(21)의 두께 방향으로 연장된 원기둥 형상의 부분일 수 있다. 헤드부(31)는 바디부(35)의 상단에 이어지며 바디부(35)의 직경(BD)보다 큰 직경(HD)을 갖도록 방사 방향으로 확장될 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 간섭 돌기부(40)는 바디부(35)의 외주면(37)에서 돌출되고 바디부(35)의 길이 방향에 대해 경사지게 연장될 수 있다. 다시 말해서 간섭 돌기부(40)의 길이 방향으로 연장된 가상의 직선(PL)은 금속요소(30)의 축선(AX)에 대해 일정한 각도(AN)로 경사지게 연장될 수 있다. 경사 연장부(40)가 바디부(35)의 길이 방향에 대해 경사진 각도(AN)는 10 내지 30°일 수 있다.
경사진 각도(AN)가 10°보다 작으면 후술하는 가압 단계(S300)를 통해 간섭 돌기부(40)의 하단부가 구부러지지 않거나, 구부러지더라도 후술하는 절곡 연장부(43)의 크기가 작을 수 있다. 이 경우에 금속요소(30)가 축선(AX)과 평행한 방향의 외력에 의해 모재(21)로부터 쉽게 빠져나와 분리될 수 있다.
경사진 각도(AN)가 30°보다 크면 가압 단계(S300)에서 금속요소(30)의 바디부(35)가 원활하게 모재(21)를 관통하도록 삽입되기 어렵고, 바디부(31)가 모재(21)에 삽입되는 도중에 간섭 돌기부(40)가 의도하지 않은 형상으로 변형되거나, 바디부(31)의 외주면(37)과 마주보는 모재(21)의 내주면(26)이 심하게 변형되어 금속요소(30)가 모재(21)에 견고하게 고정되지 않을 수 있다.
간섭 돌기부(40)는 바디부(35)의 외주면(37)에 이격되게 복수 개가 배치될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이 4개의 간섭 돌기부(40)가 축선(AX)을 중심으로 등각도 간격, 즉 90° 간격으로 배치될 수 있다. 복수의 간섭 돌기부(40)는 바디부(35)의 길이 방향으로 서로 같은 높이에 위치할 수 있다.
금속요소(30)는 예컨대, 스틸 소재와 같이 용접이 용이하고 용접에 의한 접합력이 우수한 소재로 이루어질 수 있다. 모재(21)는 예컨대, 알루미늄 합금과 같이 스틸 소재보다 단위 중량 및 강도가 작은 비철금속 소재로 이루어질 수 있다.
금속요소 세팅 단계(S200)에서는 바디부(35)와 웨이스트 방출부의 관통공(2)이 위아래로 정렬되도록 금속요소(30)가 모재(21)의 상측면(22)에 올려진다. 구체적으로, 관통공(2)의 중심이 금속요소(30)의 축선(AX) 상에 위치하며 바디부(35)의 하측면(36)이 모재(21)의 상측면(22)에 접촉되도록 금속요소(30)가 모재(21)에 올려질 수 있다.
가압 단계(S300)는 바디부(35)가 모재(21)를 관통하고 헤드부(31)가 모재(21)의 상측면(22)에 밀착되고 간섭 돌기부(40)가 가압 돌기부(5)와 충돌하여 구부러지도록, 금속요소(30)를 모재(21)를 향해 가압하는 단계이다.
상부금형(10)으로 헤드부(31)의 상측면(32)을 타격하거나, 헤드부(31)의 상측면(32)을 접촉하여 아래로 눌러서 하부금형(1)에 지지된 모재(21)에 바디부(35)가 삽입될 수 있다. 상부금형(10)은 예컨대, 해머, 프레스 등일 수 있다.
가압 단계(S300)는 간섭 돌기부 삽입 단계(S310), 간섭 돌기부 절곡 단계(S320), 및 웨이스트 방출 단계(S330)를 포함할 수 있다. 도 2를 참조하면 간섭 돌기부 삽입 단계(S310)는 상부금형(10)가 금속요소(30)를 아래로 가압함에 따라 바디부(35)와 간섭 돌기부(40)가 모재(21)의 상측면(22)을 통해 모재(21)의 내부로 침투 및 삽입되는 단계이다. 간섭 돌기부(40)의 경사진 각도(AN)로 인해 금속요소(30)는 축선(AX) 방향으로 모재(21)에 삽입되면서 축선(AX)을 중심으로 약간 회전할 수 있다.
간섭 돌기부 삽입 단계(S310)에서 바디부(35)가 모재(21)의 내부로 침투하면서 모재(21)를 아래로 가압함에 따라 가압 돌기부(5)에 의해 모재(21)의 하측면(24)이 가압되고, 하측면(24)에는 가압 돌기부(5)의 돌출된 형상에 대응되는 오목홈(25)이 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 간섭 돌기부 절곡 단계(S320)는 바디부(35)와 간섭 돌기부(40)가 모재(21)에 더 깊숙이 삽입되어 간섭 돌기부(40)의 하부가 가압 돌기부(5)와 충돌하여 구부러지는 단계이다. 간섭 돌기부 절곡 단계(S320)에서 변형된 간섭 돌기부(41)는 상측의 경사 연장부(42)와 하측의 절곡 연장부(43)를 포함할 수 있다.
경사 연장부(42)와 절곡 연장부(43)는 이어질 수 있다. 경사 연장부(42)는 변형되기 전의 간섭 돌기부(40)에서 변형되지 않고 유지되는 부분으로, 변형전의 간섭 돌기부(40)와 마찬가지로 바디부(35)의 길이 방향에 대해 예컨대, 10 내지 30° 각도(AN)로 경사질 수 있다.
절곡 연장부(43)는 가압 돌기부(5)와의 충돌로 인해 변형된 부분으로 바디부(35)의 외주면(37)에서 축선(AX)을 중심으로 하는 원주 방향으로 절곡되어 연장될 수 있다. 가압 돌기부(5)가 축선(AX)을 중심으로 하는 환형 경로를 따라 연장되는 경우에, 가압 돌기부(5)의 환형 경로의 내경(PD)(도 1 참조)은 바디부(40)의 직경(BD)(도 1 참조)보다 크거나 같고 바디부(40)의 방사 방향으로 간섭 돌기부(40)의 두께(PR)(도 2 참조)의 2배와 바디부(40)의 직경(BD)의 합보다 작을 수 있다.
환형 경로의 내경(PD)이 바디부(40)의 직경(BD)보다 작으면 금속요소(30)가 원활하게 모재(21)를 관통하도록 삽입되기 어렵고, 금속요소(30)가 모재(21)에 삽입되는 도중에 변형되거나, 모재(21)가 심하게 변형될 수 있다. 환형 경로의 내경(PD)이 간섭 돌기부(40)의 두께(PR)의 2배와 바디부(40)의 직경(BD)의 합보다 크거나 같으면, 간섭 돌기부(40)와 가압 돌기부(5)가 충돌하지 않아서 간섭 돌기부(40)가 절곡되지 않을 수 있다.
웨이스트 방출 단계(S330)는 바디부(35) 및 관통공(2)과 정렬되는 모재(21)의 부분을 모재(21)에서 분리하여 웨이스트(29)를 형성하고 웨이스트(29)를 관통공(2)을 통해 방출하는 단계이다.
부연하면, 가압 단계(S300)에서 바디부(35)가 모재(21) 내부로 삽입됨에 따라 바디부(35) 및 관통공(2)과 정렬되는 모재(21)의 부분이 소성 변형되어 관통공(2)의 내부로 침투할 수 있다. 이처럼 관통공(2)의 내부로 침투한 부분(28)(도 2 참조)이 점차 확대되고 바디부(35)의 하측면(36)이 모재(21)의 하측면(24)으로 노출되도록 바디부(35)가 모재(21)에 삽입되면, 관통공(2)의 내부로 침부한 부분(28)이 모재(21)에서 분리되어 웨이스트(29)가 된다. 웨이스트(29)는 관통공(2)을 통해 하부금형(1)의 아래로 방출될 수 있다.
간섭 돌기부 삽입 단계(S310), 간섭 돌기부 절곡 단계(S320), 및 웨이스트 방출 단계(S330)는 상부금형(10)이 금속요소(30)를 아래로 가압하고 다시 원위치로 상승하는 짧은 시간 동안에 동시에 진행될 수 있다.
가압 단계(S300)가 완료되면 모재(21)와 금속요소(30)가 서로에 대해 상대 운동하지 않게 고정 결합된 금속요소-모재 조립체(20)가 형성될 수 있다. 완성된 금속요소-모재 조립체(20)는 하부금형(1)에서 분리될 수 있다.
금속요소-모재 조립체(20)에서 모재(21)의 상측면(22)은 헤드부(31)의 하측면(33)에 밀착되고, 바디부(35)의 하측면(36)은 모재(21)의 하측면(24)에서 보이도록 노출될 수 있다.
또한, 바디부(35)의 삽입에 의해 변형된 모재(21)는 내주면(26) 및 간섭면(27)을 포함할 수 있다. 부연하면, 내주면(26)은 바디부(35)에 의해 관통되어 형성되는 모재(21)의 관통공을 한정하는 면이고, 간섭면(27)은 내주면(26)에서 간섭 돌기부(41)에 대응되게 내측으로 파여서 간섭 돌기부(41)에 면접촉되는 면일 수 있다. 내주면(26)은 바디부(35)의 외주면(37)에 면접촉될 수 있다.
도 6은 도 5의 금속요소-모재 조립체를 포함하는 이종 소재 접합체를 도시한 단면도이다. 도 6을 참조하면, 금속요소-모재 조립체(20)와 금속판재(50)를 용접 접합하여 이종 소재 접합체(60)를 제작할 수 있다. 예를 들어, 전기 저항 용접 방법에 의해 이종 소재 접합체(60)를 제작할 수 있다.
구체적으로, 이종 소재 접합체(60)를 제작하는 방법은 다음과 같다. 먼저, 금속요소(30)의 바디부(35)의 하측면(36)이 금속판재(50)의 상측면(51)과 마주보도록 금속요소-모재 조립체(20)를 금속판재(50) 위에 올려놓는다.
다음으로, 상부전극(미도시)을 헤드부(31)의 상측면(32)에 접촉시키고, 하부전극(미도시)을 금속판재(50)의 하측면(53)에 접촉시키며, 상부전극과 하부전극을 통전 가능하게 연결한다.
다음으로, 상부전극과 하부전극 사이에 전압을 인가하여 금속판재(50)의 상측면(51)과 바디부(35)의 하측면(36)의 서로 마주보는 부분을 용융시키고, 용융되어 일체화된 부분을 냉각 경화시켜 일체로 접합된 용접부(55)를 형성한다. 금속판재(50)의 상측면(51)과 바디부(35)의 하측면(36)의 서로 마주보는 부분이 용융되는 동안 상부전극 및 하부전극이 서로 가까워지는 방향으로 가압될 수 있다.
금속판재(50)는 금속요소(30)의 소재와 동일한 소재로 형성될 수 있다. 예를 들면, 금속판재(50)는 스틸 소재로 형성될 수 있다. 이종 소재 접합체(60)는 스틸 소재만으로 이루어진 판재에 비해 가볍고 강도는 뒤지지 않으므로 예컨대, 차량, 비행기, 열차와 같은 운송수단의 차체에 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 금속요소 결합 방법에 따르면, 간섭 돌기부(40)를 포함한 금속요소(30)를 모재(21)를 향해 가압하면 간섭 돌기부(40)가 변형되어 금속요소(30)가 모재(21)에 신뢰성있게 고정 결합된다. 따라서, 신속하고 쉽게 금속요소-모재 조립체(20)를 제조할 수 있다.
또한, 하부금형(1)이 웨이스트 방출부를 포함하여서 모재(21)에 미리 바디부(35)가 관통하는 관통공을 형성하지 않고 모재(21)를 향해 금속요소(30)를 가압하는 작업만으로도 금속요소(30)가 신뢰성있게 모재(21)를 관통하여 결합되며 모재(21)에서 분리된 웨이스트(29)는 웨이스트 방출부로 옮겨질 수 있다. 따라서, 모재(21)에 금속요소(30)가 고정된 금속요소-모재 조립체(20)의 생산성이 향상된다.
금속요소-모재 조립체(20)는 모재(21)에 대해 금속요소(30)가 흔들리지 않고 위치 고정되므로 금속요소-모재 조립체(20)와 금속판재(50)를 겹쳐서 용접하는 작업의 생산성도 향상되고, 용접 작업을 통해 제조된 이종 소재 접합체(60)의 양품 수율도 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 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1: 하부 금형 5: 가압 돌기부
10: 상부 금형 20: 금속요소-모재 조립체
21: 모재 30: 금속요소
31: 헤드부 35: 바디부
40: 간섭 돌기부(변형전) 41: 간섭 돌기부(변형후)
50: 금속판재 60: 이종 소재 접합체

Claims (11)

  1. 상측면에 웨이스트 방출부 및 상기 웨이스트 방출부의 주변에서 상향 돌출된 가압 돌기부를 포함하는 하부금형에 모재를 올려놓는 모재 세팅 단계;
    상기 모재의 두께 방향으로 연장된 바디부, 상기 바디부에 이어지며 상기 바디부의 직경보다 큰 직경을 갖도록 방사 방향으로 확장된 헤드부, 및 상기 바디부의 외주면에서 돌출되고 상기 바디부의 길이 방향에 대해 경사지게 연장된 간섭 돌기부를 포함하는 금속요소를, 상기 바디부와 상기 웨이스트 방출부가 정렬되고 상기 간섭 돌기부와 상기 가압 돌기부가 정렬되도록 상기 모재에 올려놓는 금속요소 세팅 단계; 및
    상기 바디부가 상기 모재를 관통하고 상기 헤드부가 상기 모재의 상측면에 밀착되고 상기 간섭 돌기부가 상기 가압 돌기부와 충돌하여 구부러지도록, 상기 금속요소를 상기 모재를 향해 가압하는 가압 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속요소 결합 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 간섭 돌기부는 복수 개가 구비되고,
    상기 복수의 간섭 돌기부는 상기 바디부의 상기 외주면에 서로 이격되게 배치되고, 상기 바디부의 길이 방향으로 서로 같은 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 금속요소 결합 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 간섭 돌기부가 상기 바디부의 길이 방향에 대해 경사진 각도는 10 내지 30° 인 것을 특징으로 하는 금속요소 결합 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 웨이스트 방출부는 상기 하부금형을 상하 방향으로 관통하는 관통공을 포함하고,
    상기 가압 단계는,
    상기 바디부 및 상기 관통공과 정렬되는 상기 모재의 부분을 상기 모재에서 분리하여 웨이스트를 형성하고 상기 웨이스트를 상기 관통공을 통해 방출하는 웨이스트 방출 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속요소 결합 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 금속요소는 스틸 소재로 이루어지고,
    상기 모재는 상기 스틸 소재보다 단위 중량 및 강도가 작은 비철금속 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속요소 결합 방법.
  8. 상하 방향으로 연장된 바디부, 상기 바디부에 이어지며 상기 바디부의 직경보다 큰 직경을 갖도록 방사 방향으로 확장된 헤드부, 및 상기 바디부의 외주면에서 돌출되고 상기 바디부의 길이 방향에 대해 경사지게 연장된 경사 연장부 및 상기 경사 연장부에서 절곡되게 이어진 절곡 연장부를 포함하는 간섭 돌기부를 포함하는 금속요소; 및
    상기 바디부에 의해 관통되고, 상기 헤드부에 밀착되는 상측면, 상기 바디부에 의해 관통되어 형성되는 관통공을 한정하는 내주면, 및 상기 내주면에서 상기 간섭 돌기부에 대응되게 내측으로 파여서 상기 간섭 돌기부에 면접촉되는 간섭면을 포함하고, 상기 금속요소에 대해 상대 운동하지 않게 고정 결합되는 모재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속요소-모재 조립체.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 간섭 돌기부는 복수 개가 구비되고,
    상기 복수의 간섭 돌기부는 상기 바디부의 상기 외주면에 서로 이격되게 배치되고, 상기 바디부의 길이 방향으로 서로 같은 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 금속요소-모재 조립체.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 경사 연장부는 상기 바디부의 길이 방향에 대해 10 내지 30° 각도로 경사지게 연장된 것을 특징으로 하는 금속요소-모재 조립체.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 금속요소는 스틸 소재로 이루어지고,
    상기 모재는 상기 스틸 소재보다 단위 중량 및 강도가 작은 비철금속 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속요소-모재 조립체.
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