KR20010040986A - 충격 흡수 장착부를 구비한 차량 프레임 부재와 이의 제조방법 - Google Patents

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KR20010040986A
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Abstract

본 발명은 차량 내에서 구조적 구성 요소에 장착되도록 구성 및 배열된 충격 흡수 장착부를 구비한 차량 프레임 부재를 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 블랭크의 중공 내부에 가압된 유체를 공급함으로써 액압 성형 다이 내에 튜브형 블랭크를 액압 성형하는 단계를 포함한다. 인발 성형 부재는 환형 측벽 부분과 저부 벽 부분을 갖는 리세스부를 형성하기 위해 튜브형 벽 부분의 일부를 내측으로 변형시키도록 유체가 가압되는 동안 액압 성형 다이의 공동에 대해 내측으로 이동된다. 그리고 나서, 형성된 튜브형 블랭크가 액압 성형 다이로부터 제거되고, 장착 구조물(38)이 리세스부 내부에 배치되고, 그리고 나서 상기 블랭크와 장착 구조물(38)은 사출 성형 다이 내에 배치된다. 용융된 충격 흡수 재료(14)는 리세스부 내부에 주입되어, 용융된 재료(14)가 장착 구조물을 둘러싸게 해준다. 그 후에, 용융된 충격 흡수 재료는 응고된다. 바람직하게는, 이러한 한 쌍의 리세스부가 형성된다. 본 발명은 또한 충격 흡수 관계로 구조적 구성 요소와 결합되는 차량 프레임 부재에 관한 것이다.

Description

충격 흡수 장착부를 구비한 차량 프레임 부재와 이의 제조 방법{VEHICLE FRAME MEMBER HAVING A SHOCK ABSORBING MOUNTING PORTION AND A METHOD FOR MAKING THE SAME}
발명의 분야
본 발명은 충격 흡수 장착부를 구비한 차량 프레임 부재와 이의 제조 방법에 관한 것이다.
발명의 배경
종래의 차량 프레임 부재에 충격 흡수 장착부를 제공하기 위하여, 프레임 부재는 먼저 액압 성형(hydroforming), 스탬핑 가공(stamping) 또는 몇몇 다른 적절한 방법에 의해 원하는 형상으로 형성되고, 이어서 2차 펀칭(punching) 또는 천공(piercing) 작업 중에 프레임 부재의 벽 내에 구멍이 형성된다. 응고된 고무 또는 다른 적절한 충격 흡수 재료로 채워진 컵형 외부 캔을 포함하는 컵형 부싱(bushing)이 다음에 구멍 내측에 용접 또는 가압 끼워맞춤된다. 이러한 종래의 방법은 예비 성형된 튜브형 부재 내측의 공간 제약 때문에, 외부 캔을 프레임 부재 벽으로부터 직접 인발 성형(drawforming)하는 대신에 사용된다. 특히, 예비 성형된 튜브형 부재의 벽으로부터의 일체형 컵형 벽의 인발 성형은 이러한 인발 성형에 필요한 암형 다이 절반부가 인발 성형 작업이 완료된 후에 제거될 수 없기 때문에 이루어질 수 없다.
이러한 종류의 배치가 갖는 문제점은 부싱을 적절하게 장착하기 위해 수많은 단계가 수행되어야 하고, 따라서 제조 시간과 비용이 증가된다는 것이다. 또한, 부싱 외부와 벽 내에 형성된 구멍 사이의 간극은 부싱이 빠짐으로써 초래되는 파손을 방지하도록 소정 범위 내에서 유지되어야 한다.
발명의 요약
따라서, 본 발명의 목적은 전술된 종래의 방법과 비교하여 적은 공정과 부품을 사용하여 제조됨으로써 제조 비용의 감소를 실현하는 충격 흡수 장착부를 구비한 차량 프레임 부재를 제공하는 것이다. 상기 목적을 이루기 위하여, 본 발명의 일 태양은 충격 흡수 장착부를 구비한 차량 프레임 부재를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 튜브형 블랭크(tubular blank)를 액압 성형 다이의 주형 공동 내에 배치하는 단계를 포함한다. 다이는 주형 공동을 한정하는 내부면과 왕복식 인발 성형 부재를 구비한다. 블랭크는 주형 공동을 한정하는 내부면에 대항하여 블랭크를 확장시키도록 가압된 유체를 블랭크의 내부에 공급함으로써 액압 성형된다. 인발 성형 부재는 공동에 대해 내향 이동되어, 블랭크 내에 리세스부를 형성하도록 튜브형 벽 블랭크의 일부분을 변형시킨다.
블랭크는 액압 성형 다이로부터 제거되고, 차량의 전술한 구조적 구성 요소와 결합하도록 구성 및 배열된 장착 구조물이 리세스부 내에 배치된다. 그리고 나서, 리세스부 내측에 장착 구조물을 구비한 튜브형 블랭크가 사출 성형(injection molding) 다이 내에 배치된다. 용융된 충격 흡수 재료는 장착 구조물을 둘러싸는 관계로 리세스 내부로 주입되고, 그 후 응고된다.
본 발명의 방법은 충격 흡수 장착 구조물과 튜브형 부재 사이의 간극 문제가 제거된 차량 프레임 부재를 제공한다. 또한, 별개의 충격 흡수 장착 구조물을 형성하는 것과 관련된 제조 시간과 공구 역시, 리세스부가 액압 성형 다이 내에 형성되고 충격 흡수 재료가 리세스부 내부로 직접 주입되기 때문에 제거된다. 따라서, 최종 프레임 부재는 종래의 방법으로 제조된 프레임 부재에 비해 월등한 품질을 가질 뿐만 아니라, 이러한 프레임 부재를 제조하는 비용도 상당히 감소된다.
본 발명의 다른 태양은 충격 흡수 관계로 차량 내에서 다른 구조적 구성 요소와 결합되는 차량 프레임 부재를 제공한다. 프레임 부재는 중공 내부를 둘러싸는 주 튜브형 벽 부분과 중공 내부를 향해 내향 연장하는 리세스부를 구비한 액압 성형된 튜브형 부재를 포함한다. 리세스부는 주 튜브형 벽 부분과 일체로 형성된다. 장착 구조물은 리세스부 내측에 배치되고, 차량 프레임 부재를 차량 내의 구조적 구성 요소에 장착시킬 수 있도록 구성 및 배열된다. 응고된 충격 흡수 재료는 장착 구조물이 액압 성형된 튜브형 부재와 장착 구조물 사이 및 이에 따른 액압 성형된 튜브형 부재 및 구조적 구성 요소 사이의 제한된 상대 이동을 허용하는 방식으로 전술한 구조적 구성 요소에 탄성적으로 장착될 수 있도록 리세스부 내부에 배치되어 장착 구조물을 둘러싼다.
본 발명의 프레임 부재는 환형 측벽 부분이 튜브형 벽 부분과 일체로 형성되는 상태로 리세스부가 튜브형 벽 부분으로부터 변형되기 때문에, 전술된 종래의 방법에 따라 구성된 프레임 부재의 누름/당김 파손(push/pull out failure)을 겪지 않는다. 그러므로, 본 발명의 프레임 부재의 장착부와 튜브형 벽 부분 사이의 어떠한 누름/당김 파손도 환형 측벽 부분과 튜브형 벽 사이에 전단이 발생하는 것을 필요로 할 것이다. 이러한 고정 관계는 종래의 방법에 의해 제공된 통상의 용접 또는 가압 끼워맞춤에 비해 우수하다.
도면의 간단한 설명
도1은 본 발명의 원리에 따라 구성된 충격 장착부를 구비한 액압 성형된 차량 프레임 부재의 등각도이다.
도2는 도1의 선 2-2를 따른 취한 단면도이다.
도3은 본 발명에 따른 액압 성형 조립체의 실시예의 종단면도로서, 상부 및 하부 액압 성형 다이 절반부들이 튜브형 블랭크와 결합하고, 램 실린더(ram cylinder)가 튜브형 블랭크의 대향하는 부분과 결합하며, 상부 및 하부 인발 성형 부재가 수축된 것을 도시한다.
도4는 도3의 선 4-4를 따라 취한 개략적인 부분 단면도로서, 상부 액압 성형 다이 절반부가 상승 또는 개방 위치에 있는 것을 도시한다.
도5는 도4와 유사하지만, 액압 성형 다이의 절반부들이 폐쇄되고 튜브형 블랭크가 초기에 배주형(ovular shape)으로 변형된 것을 도시하는 도면이다.
도6은 도5와 유사하지만, 내부 유압이 튜브형 블랭크의 직경을 확장시키는 것을 도시하는 도면이다.
도7은 도6과 유사하지만, 액압 성형 조립체의 인발 성형 부재가 대체로 서로를 향해 내측으로 이동하는 것을 도시하는 도면이다.
도8은 도7과 유사하지만, 인발 성형 부재가 수축되고 상부 및 하부 액압 성형 다이 절반부들이 액압-인발 성형된 튜브형 블랭크의 제거를 위하여 분리된 것을 도시하는 도면이다.
도9는 액압-인발 성형된 튜브형 블랭크의 리세스부의 저부 벽 부분이 펀치 공구에 의해 천공된 것을 도시하는 단면도이다.
도10은 액압-인발 성형된 튜브형 블랭크가 사출 성형 다이 내에 배치되고 고무 합성물과 같은 충격 흡수 재료가 주입되는 것을 도시하는 단면도이다.
본 발명의 양호한 실시예의 상세한 설명
도1 및 도2는 본 발명의 원리에 따라 제조된 액압-인발 성형된 차량 프레임 부재(10)를 도시한다. 액압-인발 성형된 프레임 부재(10)는 일체형 충격 흡수 장착부를 구비하고, 2개의 주요 부품, 즉 액압-인발 성형된 튜브형 블랭크(12) 및 충격 흡수 장착부(14)를 포함한다. 튜브형 블랭크 부재(12)는 직사각형의, 불규칙 또는 다소 타원형 단면의 금속 튜브형 벽을 구비한다. 중공 내부를 둘러싸는 튜브형 벽은 대체로 편평한 상부 벽 부분(16)과 대체로 편평한 하부 벽 부분(18)을 포함한다. 곡선형 측벽 부분(20)은 상부 벽 부분(16) 및 하부 벽 부분(18)과 연속되어 있다.
도2를 참조하면, 상부 벽 부분(16)은 상부 벽 부분(16)과 일체로 형성된 인발된 환형 측벽 부분(39) 및 측벽 부분(39)과 일체로 형성된 저부 벽 부분(41)이 형성된 상부 컵형 리세스부(42)를 구비한다. 하부 벽 부분(18)은 하부 벽 부분(18)과 일체로 형성된 인발된 환형 측벽 부분(43) 및 측벽 부분(43)과 일체로 형성된 저부 벽 부분(47)이 형성된 하부 컵형 리세스부(44)를 구비한다. 상부 리세스부(42)의 저부 벽 부분(41)은 대향하는 리세스부(44)의 저부 벽 부분(47)의 인접 내부 편평면(45)과 밀봉식으로 결합하는 환형 밀봉 립(lip, 22)을 구비한다. 이후에서 알 수 있는 바와 같이, 환형 밀봉 립(22)은 용융된 충격 흡수 재료로 채워지는 공동을 부분적으로 한정하는 환형 밀봉체를 제공한다.
충격 흡수 장착부(14)는 고무 또는 다른 탄성의 유연하게 변형 가능한 재료와 같은 적절한 사출 성형된 충격 흡수 재료로 각각 제조된, 상부 및 하부 디스크(15, 17)를 포함한다. 상부 디스크(15)는 상부 리세스부(42)의 내측에 배치되고, 원형 상부면(24) 및 상부면(24)의 외주연 둘레로 연장하는 상부 환형 릿지(ridge, 34)를 포함한다. 하부 디스크(17)는 하부 리세스부(44)의 내측에 배치되고, 원형 저부면(26) 및 저부면(26)의 외주연 둘레로 연장하는 저부 환형 릿지(36)를 포함한다. 내부에 나사가 형성된 장착 슬리브(38)의 형태인 장착 구조물은 상부 디스크(15)의 중앙, 각각의 리세스부(42, 44)의 저부 벽 부분(41, 47) 및 하부 디스크(17)를 통해 연장하는 중앙 보어(bore, 28)를 통해 삽입된다. 슬리브(38)는 차량 프레임 부재(10)를 충격 흡수 관계로 다른 차량 프레임 부재 또는 차량 내의 소정의 다른 구조적 구성 요소에 고정하는 체결 볼트를 수용한다. 특히, 슬리브(38)가 엔진 크래들(cradle) 또는 서스펜션 아암을 위한 장착 지점으로서 역할할 수 있는 것을 고려한다. 슬리브(38)는 또한 임의의 다른 차량 프레임 부재 또는 차체 구성 요소, 샤시 구성 요소, 엔진 크래들 구성 요소 등과 같은 차량 내의 구조적 구성 요소와 결합될 수 있다.
슬리브(38)가 차량 내에서 충격 흡수 관계로 구조적 구성 요소와 결합되거나 또는 구조적 구성 요소에 장착될 때, 고무 디스크(15, 17)는 슬리브(38)와 튜브형 부재(12) 사이의 제한된 상대 이동을 허용한다. 결과적으로, 차량 작동 중에 프레임 부재(10)와 구조적 구성 요소 사이에 제한된 상대 이동이 허용되어, 튜브형 부재(12)에 대해 힘이 직접 전달되지 않는다. 대신에, 고무 디스크(15, 17)가 그 힘의 일부분을 흡수할 것이다.
원주 방향으로 이격된 복수개의 개구 또는 구멍(30)들이 상부 및 하부 리세스부(42, 44)의 저부 벽 부분(41, 47)들 내에 형성된다. 구멍(30)들은 중앙 보어(28)를 동심으로 둘러싸는 관계로, 환형 밀봉 립(22)과 결합면(45) 사이에 형성된 환형 밀봉체 내측에 배치된다. 바람직하게는, 리세스부(42)의 저부 벽 부분(41) 내의 구멍(30)들은 각각 리세스부(44)의 저부 벽 부분(47) 내의 관련 구멍(30)들과 실질적으로 정렬되어 있다. 구멍(30)들은 용융된 충격 흡수 재료가 이후에 설명될 사출 성형 공정 중에 리세스부(42, 44)들 사이를 통과하도록 하는 통로를 제공한다. 장착 슬리브(38)의 종방향 단부는 상부면(24) 위로 그리고 저부면(24) 아래로 돌출한다.
도3은 본 발명의 원리에 따라 사용되는 액압-인발 성형 조립체(50)를 도시한다. 조립체(50)는 2개의 별개의 차량 프레임 부재(10)를 위한 2개의 별개의 액압-인발 성형된 튜브형 블랭크(12)를 형성하는 데 사용된다. 액압-인발 성형 조립체(50)는 상부 액압 성형 다이 절반부(52) 및 하부 액압 성형 다이 절반부(54)를 구비한 액압 성형 다이를 포함한다. 상부 액압 성형 다이 절반부(52)는 한 쌍의 상부 인발 성형 부재(56)를 포함하고, 하부 액압 성형 다이 절반부(54)는 한 쌍의 하부 인발 성형 부재(58)를 포함한다. 바람직하게는, 인발 성형 부재(56, 58)들은 도시된 바와 같은 액압 구동되는 인발 성형 피스톤 실린더이다.
상부 다이 절반부(52)는 대형 금속 주 블록(60) 및 주 블록(60)의 상부에 고정 장착된 상부 장착판(62)을 포함한다. 한 쌍의 상부 실린더 격실(64)은 상부 주 블록(60) 내에 형성되고 블록의 종방향 단부에 인접하여 배치된다. 인발 성형 실린더(56)는 장착판(62) 상에 고정 장착되어 격실(64) 내에 수용된다.
상부 액압 성형 다이 절반부(52)는 하부 내부면을 갖고, 그 내부면의 오목부(67)가 다이 공동(68)의 일부를 한정한다(도4 참조). 하부 액압 성형 다이 절반부(54)는 상부 내부면을 갖고, 그 내부면의 오목부(79)가 상부 액압 성형 다이 절반부(52)의 오목부(67)와 협동하는 다이 공동(68)의 일부를 한정한다. 공동(68)은 길다랗고, 불규칙한, 타원 또는 직사각형 단면 형상을 갖는다. 상부 액압 성형 다이 절반부(52)는 하부 액압 성형 다이 절반부(54)에 대한 개방 및 폐쇄 이동을 위하여 상부 다이 절반부(52)의 상부판(62) 위에 배치된 (도시 안된) 종래의 왕복식 액압 프레스에 종래의 수단에 의해 고정된다.
하부 다이 절반부(54)는 상부 다이 절반부(52)의 부분들에 대응하는 부분들을 갖지만, 역전되어 있다. 하부 다이 절반부(54)는 성부 다이 절반부(52)의 주 블록(60)과 유사하고 상부 다이 절반부(52)의 아래에 배치된 주 블록(54)을 구비한다. 주 블록(72)은 하부 다이 절반부 장착판(74) 상에 장착된다. 2개의 하부 실린더 격실(76)은 하부 다이 절반부 주 블록(72) 내에서 블록(72)의 종방향 단부에 인접하여 배치된다. 하부 실린더 격실(76)은 상부 다이 절반부 주 블록(60) 내에 배치된 상부 실린더 격실(64) 바로 아래에 배열된다. 액압 구동되는 인발 성형 실린더(58)의 형태인 하부 인발 성형 부재는 하부 다이 장착판(74) 상에 고정 장착되어 격실(76) 내에 배치된다. 하부 액압 성형 다이 절반부(54)는 액압 프레스의 (도시 안된) 종래의 고정 프레스 베드에 종래의 수단에 의해 고정된다.
다이 공동(68)의 크기 및 형상은 액압 성형 공정 중에 형성될 원하는 튜브형 프레임 부재의 형상을 한정하도록 사전에 설정된다. 도4 및 도5에 도시된 실시예로부터 알 수 있는 바와 같이, 다이 공동(68)은 높이보다 폭이 큰, 다소 타원형의 단면을 갖는다. 다이 공동(68)의 중앙부(80)에서의 높이는 타원 형상을 유지하면서도 공동(68)의 종방향 단부에서보다 작다.
도3은 튜브형 블랭크(T)의 대향 종방향 단부와 결합하여 블랭크의 중공 내부를 밀봉하는 한 쌍의 액압 구동되는 램 실린더(85)의 단부를 도시하고 있다. 각각의 램 실린더 단부(85)는 중앙 보어(87)를 구비한다. 보어(87)들 중 하나의 보어는 밀봉되는 반면, 다른 하나의 보어는 유체 증압기(intensifier)와 연결되어, 실질적으로 비압축성인 액압 성형 유체가 튜브형 블랭크(T)의 중공 내부로 주입될 수 있도록 한다. 튜브형 블랭크(T) 내의 유체는 증압기에 의해 가압되어, 블랭크(T)의 외부 형상이 다이 공동(68)을 한정하는 내부면(67, 79)에 부합할 때까지 튜브형 블랭크(T)의 직경을 확장시킨다. 유체가 가압되는 동안, 램 실린더(85)는 서로를 향해 종방향 내측으로 가압되어, 블랭크(T)의 금속 재료가 원래의 벽 두께의 ±10 % 범위 내에서 액압 성형된 블랭크의 벽 두께를 유지하도록 유동시킨다.
상부 인발 성형 실린더(56)는 각각 액압 실린더 챔버(57)와 연장 및 수축 가능한 피스톤 로드(69)를 포함한다. 하부 인발 성형 실린더(58)는 하부 실린더 격실(76) 내에 배치되고, 각각 액압 실린더 챔버(90)와 연장 및 수축 가능한 피스톤 로드(92)를 포함한다. 피스톤 로드(69, 92)는 당해 기술분야의 숙련자들이 알 수 있는 바와 같이, 챔버(57, 90)에 대해 가압하에서 공급된 작동유(hydraulic oil)의 제어된 힘으로 고정된 실린더 챔버(57)에 대해 왕복한다. 피스톤 로드(69, 92)는 각각 로드의 말단부에 고정된 원통형 펀치 부재(71, 94)를 구비한다. 피스톤 로드(69, 92)가 연장된 때, 펀치 부재(71, 94)는 이하에 설명되는 인발 성형 기능을 수행하도록 다이 공동(68) 내부로 연장한다.
도4 내지 도10은 본 발명의 액압-인발 성형 공정을 도시한다. 도4에서, 상부 및 하부 인발 성형 펀치(71, 94)는 상부 인발 성형 펀치(71)가 상부 다이 주 블록(60) 내의 구멍(70)을 통해 다이 공동(68) 내부로 연장하고 하부 인발 성형 펀치(94)가 하부 다이 주 블록(72) 내의 구멍(82)을 통해 상부 펀치(71)에 대향하는 관계로 다이 공동(68) 내부로 연장하는 상태의, 수축 위치로 도시되어 있다. 튜브형 블랭크(T)는 하부 액압 성형 다이 절반부(54) 상의 위치로 적재된다.
도5에서, 액압 성형 프레스 상부 다이 절반부(52)는 하부 다이 절반부(54) 위로 하강되어 튜브형 블랭크(T)를 종방향 크기의 대부분을 따라 불규칙한 타원 단면 형상으로 변형시킨다. 액압 성형 프레스는 최대 가압 상태로 폐쇄되어 유지된다.
도6에서, 램 실린더(85)들은 블랭크(T)의 대향하는 단부들과 밀봉식으로 결합되고, 실질적으로 비압축성인 액압 성형 유체(F)는 램 실린더(85)들 중 하나의 실린더의 오리피스(87)를 통해 블랭크(T)의 중공 내부로 전달된다. 유체(F)는 공동(68)을 한정하는 내부면(67, 79)에 대항하여 외측으로 블랭크(T)의 벽을 반경 방향으로 팽창시키도록 가압된다. 액압은 벽이 직경 방향으로 확장됨에 따라 블랭크(T)의 벽의 벽 두께를 유지하도록 서로를 향해 내측으로 램(85)을 구동시킨다. 상부 및 하부 인발 성형 펀치(71, 94)는 그들 각각의 수축 위치에서 유지되고, 블랭크(T)의 벽은 상부 및 하부 인발 성형 펀치(71, 94)의 약간 돌출하는 말단부(96, 98)들에 의해 변형된다
도7은 컵형 리세스부(42, 44)의 인발 성형을 도시한다. 먼저, 내부 유압이 액압 성형된 블랭크(T)의 재료 이동을 허용하도록 선택된 수준으로 약간 감소된다. 상부 및 하부 인발 성형 실린더(57, 90)가 상부 및 하부 피스톤 로드(69, 92)를 서로를 향해 내측으로 연장시키도록 가압되므로서, 인발 성형 펀치(71, 94)는 액압 성형된 튜브형 블랭크(T)의 대체로 대향하는 벽 부분들이 리세스부(42, 44)를 형성하도록 실질적으로 동일한 소정 깊이로 서로를 향해 대체로 내측으로 압박되게 해준다. 감소된 내부 유압은 튜브형 블랭크(T)에 대한 내부 지지를 제공하여, 리세스부(42, 44)가 인발 성형 펀치(71, 94)와 접촉 상태에 있는 영역에 국한하게 된다. 펀치(71, 94)의 면들은 펀치(71, 94)가 튜브형 블랭크(T)를 천공 또는 절단하지 않도록 둥근 에지 또는 모서리를 갖는 상태로 충분히 매끄러워야 한다. 전술된 바와 같이 인발 성형된 리세스부(42, 44)에 있어서, 각각의 리세스부(42, 44)의 저부 벽 부분(41, 47)은 서로로부터 이격될 것이다. 이는 리세스부(42, 44)의 저부 벽 부분의 벽 두께가 펀치(71, 94)들 사이의 압축에 의해 얇아지지 않도록 하기 위하여 바람직하다. 그러나, 본 발명의 범주 내에서 저부 벽 부분(41, 47)들이 서로 결합할 수 있다. 이제, 블랭크(T)는 본 발명의 원리에 따라 장치의 동일한 부분 내의 동일한 위치를 차지하면서 형편에 맞게 액압 성형 및 인발 성형되었다.
도8에서, 내부 유압이 해제되고 유체는 액압-인발 성형된 튜브형 블랭크(T)로부터 배출되는 것이 허용된다. 이제, 상부 인발 성형 실린더(57) 및 하부 인발 성형 실린더(90)는 상부 피스톤 로드(69)와 하부 피스톤 로드(92) 및 관련된 펀치(71, 94)들을 수축시키는 방식으로 가압된다. 상부 프레스 램은 상부 다이 절반부(52)를 하부 다이 절반부(54)로부터 상승시키도록 상향 이동된다. 그리고 나서, 액압-인발 성형된 블랭크(T)는 액압-인발 성형 조립체(50)로부터 제거되고 다음 작업으로 이동되도록 래킹(racking) 상에 위치된다.
튜브형 블랭크(T)는 도1에 도시된 종류의 2개의 별개의 차량 프레임 부재(10)를 형성하도록 사출 성형 작업에서 각각 사용될 수 있는 2개의 실질적으로 동일한 튜브형 부재(12)를 형성하기 위해 절반으로 절단될 수 있다. 또한, 튜브형 블랭크(T)는 이러한 절단 작업에 앞서 사출 성형될 수도 있다. 이와 다르게, 본 발명은 단지 하나의 튜브형 부재만이 한번에 액압 성형 및 인발 성형될 필요가 있는 경우를 고려한다. 이러한 방식에서는, 보다 짧은 튜브 블랭크(T)가 사용되고, 하나의 상부 다이 실린더(56) 및 하나의 하부 다이 실린더(58)만이 액압-인발 성형 조립체(50) 내에서 사용될 것이다.
도9에서, 절단된 액압-인발 성형된 튜브형 부재(12)는 천공 조립체(98) 내에 위치된다. 튜브형 부재(12)는 프레스 베드에 고정 장착되는 하부 다이(100) 상의 예비 설정 위치에 위치된다. (도시 안된) 이동 가능한 상부 프레스 램에 장착된 펀치 공구(102)는 대체로 수직 왕복으로 운동하고, 하향 행정을 시작하도록 결합된다. 날카로운 원형 절단 에지(105)를 갖는 중앙 튜브형 절단 또는 구멍-형성 부재(104)가 펀치 공구(102)의 전방 단부에 고정되어 있다. 2개 이상의 소형 원형 절단 또는 구멍-형성 부재(106)가 펀치 공구(102)와 일체로 형성되어, 중앙 절단 부재(104)의 직경 방향으로 대향하는 측면들 상에서 맞닿는 또는 인접한 관계로 배치된다. 펀치 공구(102)가 하강되고, 절단 에지(105)는 리세스부(42, 44)의 저부 벽 부분(41, 47)의 중앙에서 실질적으로 정렬된 구멍 또는 개구를 절단한다.
펀치 공구(102)는 소형 절단 부재(106)가 리세스부(42, 44)의 저부 벽 부분(41, 47)과 접촉하여 절단 에지(105)에 의해 형성된 정렬 구멍의 대향 측면들 상에 실질적으로 정렬된 2개 이상의 쌍의 구멍을 형성할 때까지 하향 이동을 계속한다. 그 결과, 중앙 구멍(114) 및 중앙 구멍(114)의 대향 측면들 상의 2개 이상의 소형 구멍(116)들이 리세스부(42) 안으로 절단되고, 하부 중앙 구멍(118) 및 그 구멍(118)의 대향 측면들 상의 2개 이상의 소형 구멍(120)들이 리세스부(44) 안으로 절단된다. 중앙 구멍(114, 118)으로부터 펀칭된 스크랩 슬러그(scrap slug, 122) 및 소형 구멍(116, 120)으로부터 펀칭된 스크랩 슬러그(124)는 다이(100)의 저부를 통해 가압되고 다이의 저부로부터 배출된다. 소형 구멍(116, 120)은 최종 제품 내의 전술된 구멍(30)을 형성한다. 중앙 구멍(114, 118)은 전술된 중앙 보어(28)의 일부를 형성한다.
펀치 공구(102)는 소정의 깊이까지 그 하향 행정을 계속한다. 펀치 공구(102)는 원형 절단 부재(106)로부터 반경 방향 외측으로 이격된 환형 립-형성 릿지(lip-forming ridge, 123)를 구비한다. 립-형성 릿지(123)는 리세스부(42)의 저부 벽 부분(41) 내에 환형 홈(124)을 형성하도록 하부 다이(100)와 협동한다. 홈(124)은 최종 제품 내에 환형 밀봉 립(22)을 형성하며, 리세스부(44)의 저부 벽 부분(47)과 밀봉 접촉 상태로 놓인다. 이러한 펀칭 및 밀봉체 형성은 차량 프레임 부재(10)의 튜브형 부재(12)의 구조를 완성한다. 펀치 공구(102)가 예비 설정된 깊이에 이른 후에, 프레스 램 및 펀치(102)는 원위치로 상향 이동하고, 천공된 액압-인발 성형된 튜브형 부재(12)는 하부 다이(100)로부터 제거된다.
액압 성형 작업 중에 리세스부(42, 44)의 저부 벽 부분(41, 47)들 사이에 환형 밀봉체를 형성하는 것은 본 발명의 범주 내에 있다. 이를 위하여, 인발 성형 펀치(71, 94)들 중 하나가 (도시 안된) 립-형성 릿지를 구비하고, 인발 성형 펀치(71, 94)들 중 다른 하나가 (도시 안된) 홈을 구비한다. 펀치 공구와 유사하게, 인발 성형 펀치(71, 94)가 저부 벽 부분들을 함께 가압하므로서, 릿지 및 홈은 저부 벽 부분(41, 47)들 중 하나의 저부 벽 부분 상에 환형 밀봉 립을 형성하도록 협동한다.
도10에서, 천공된 액압-인발 성형된 튜브형 부재(12)는 사출 성형 다이(130) 내에 위치된 사출 성형 스테이션으로 이동되어 있다. 장착 슬리브(38, 도1 및 도2 참조)가 액압-인발 성형된 튜브형 부재(12)의 상부 중앙 구멍(114) 및 하부 중앙 구멍(118)을 통해 삽입된다. 장착 슬리브(38)의 하부 종방향 단부는 하부 사출 성형 다이 절반부(132) 내의 하부 위치 설정 코어 핀(core pin, 136)의 둥근 상단부 위로 삽입된다. 그리고 나서, 상부 사출 성형 다이 절반부(134)가 하부 성형 프레스 다이 절반부(132) 위로 하강되고, 상부 위치 설정 코어 핀(138)의 둥근 하단부는 장착 슬리브(38)의 상부 종방향 단부 내에 수용된다.
플라스틱 또는 고무 합성물(R)과 같은 용융된 충격 흡수 재료가 탕도(runner, 140)를 통해 성형 다이(130) 내부로 주입되고 나서, 터널 게이트(tunnel gate, 142)를 통해 소정 압력 하에서 주형 공동(144) 내부로 가압된다. 공동(144)은 상부 내부 주형 공동면(146), 하부 주형 내부 공동면(148) 및 상부와 하부 리세스부(42, 44)의 내부면에 의해 한정된다. 상부 주형 절반부(134) 및 하부 주형 절반부(132)는 액압-인발 성형된 튜브형 부재(12)의 리세스부(42, 44)와 장착 슬리브(38)의 외부면 주위의 누설 방지 밀봉체를 형성한다. 주입된 용융 고무 재료(R)는 리세스부(42)의 저부 벽 부분(41) 내의 2개 이상의 구멍(116)을 통해 상부 리세스부(42)를 통과하고 나서, 리세스부(44)의 저부 벽 부분(47) 내의 2개 이상의 하부 구멍(120)을 통해 하부 리세스부(44) 내부를 통과한다. 용융된 충격 흡수 재료(R)는 도9에 도시된 이전 작업에 의해 제공된 환형 밀봉 립(22)에 의해 차량 프레임 부재(12)의 내부 경계부(confine) 내부로 가압되는 것이 방지된다. 상부 다이 절반부(134) 및 하부 다이 절반부(132)는 주입된 재료(R)가 경화 또는 응고되는 것을 허용하도록 소정의 설정 시간동안 밀봉 결합 상태로 유지된다. 그리고 나서, 주형(130)이 개방되고, 도1 및 도2에 도시된 바와 같은 일체형 충격 흡수 장착부를 갖는 최종 액압-인발 성형된 차량 프레임 부재(10)가 사출 성형 공구(130)로부터 제거된다.
리세스부(42)를 채우는 경화 또는 응고된 고무 충격 흡수 재료(R)는 상부 디스크(15)를 형성하는 반면에 리세스부(44)를 채우는 충격 흡수 재료는 하부 디스크(17)를 형성한다. 디스크(15, 17) 부분들이 구멍(116, 120)을 통해 일체형으로 연결되기 때문에, 디스크(15, 17)는 튜브형 부재(12)에 고정된다.
전술된 발명을 사용함으로써, 현재의 충격 장착 분리 구성 요소와 액압 성형된 튜브 사이의 고정에 관한 품질 문제가 제거되고, 누름 파손이 크게 감소된다. 또한, 작업의 수가 감소하고, 따라서 공구 비용 및 부품 비용이 감소한다.
따라서 본 발명의 목적이 충분히 효과적으로 달성되었다는 것을 알 수 있다. 전술된 특정 실시예는 본 발명의 구조적 및 기능적 원리를 설명하기 위해 제공된 것이며 제한하려는 것이 아님을 이해하여야 한다. 반대로, 본 발명은 첨부된 청구의 범위의 사상과 범주 내에서 모든 수정예, 대체예 및 변경예를 포함하고자 한다.

Claims (25)

  1. 충격 흡수 장착부를 구비한 차량 프레임 부재를 제조하는 방법에 있어서,
    주형 공동을 한정하는 내부면 및 상기 공동에 대해 내측과 외측으로 이동 가능한 왕복식 인발 성형 부재를 구비한 액압 성형 다이의 주형 공동 내에 튜브형 블랭크를 배치하는 단계와,
    실질적으로 비압축성인 액압 성형 유체를 상기 튜브형 블랭크의 내부에 공급하는 단계와,
    상기 블랭크에 대체로 상기 내부면에 의해 한정된 소정 형상을 제공하기 위하여 상기 주형 공동을 한정하는 내부면에 대항하여 상기 튜브형 블랭크를 확장시키도록 상기 유체를 가압하는 단계와,
    상기 인발 성형 부재가 상기 블랭크 내에 리세스부를 형성하기 위해 상기 튜브형 블랭크의 일부분을 변형시키도록 상기 주형 공동에 대해 상기 인발 성형 부재를 내측으로 이동시키는 단계와,
    유압을 해제하고 상기 액압 성형 다이로부터 튜브형 블랭크를 제거하는 단계와,
    차량의 다른 구조적 구성 요소와 결합하도록 구성 및 배열된 장착 구조물을 상기 리세스부 내에 배치하는 단계와,
    상기 장착 구조물을 구비한 상기 튜브형 블랭크를 사출 성형 다이 내의 상기 리세스부 내에 배치하는 단계와,
    용융된 재료가 상기 장착 구조물을 둘러싸는 관계로 실질적으로 상기 리세스를 채우도록 용융된 충격 흡수 재료를 주입하는 단계, 및
    그 후에, 상기 장착 구조물을 상기 리세스 내에 고정하도록 상기 용융된 충격 흡수 재료를 응고시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액압 성형 다이는 대체로 서로를 향해 상기 공동에 대해 내측으로 이동 가능하고 대체로 서로로부터 멀리 상기 공동에 대해 외측으로 이동 가능한 한 쌍의 상기 인발 성형 부재를 구비하고,
    상기 인발 성형 부재를 상기 공동에 대해 내측으로 이동시키는 단계는 상기 인발 성형 부재들이 상기 튜브형 블랭크의 대체로 대향하는 부분들을 서로를 향해 그리고 상기 블랭크의 내부를 향해 내측으로 변형시켜 각각 환형 측벽 부분과 상기 환형 측벽 부분과 일체로 형성된 저부 벽 부분을 갖는 대체로 대향하는 한 쌍의 리세스부를 형성하도록, 상기 인발 성형 부재 양자 모두를 대체로 서로를 향해 상기 공동에 대해 내측으로 이동시키는 단계를 포함하며,
    상기 방법은,
    상기 저부 벽 부분들 사이에 환형 밀봉체를 형성하는 단계와,
    상기 블랭크와 상기 장착 구조물을 상기 사출 성형 다이 내에 배치하는 단계에 앞서, 상기 리세스부와 연통하도록 상기 환형 밀봉체의 내측으로 상기 저부 벽 부분의 각각을 관통하는 개구를 형성하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 장착 구조물은 상기 리세스부 양자 모두의 내부에 배치되며,
    상기 튜브형 블랭크는 상기 리세스부 양자 모두의 내부에 상기 장착 구조물을 구비한 상태로 상기 사출 성형 다이 내측에 배치되어 상기 리세스부 양자 모두의 내부면, 상기 장착 구조물의 상기 외부면, 상기 사출 성형 다이의 내부면, 및 상기 저부 벽 부분들 사이에 형성된 환형 밀봉체가 밀봉된 충격 흡수 재료 수용 공간을 형성하도록 협동하게 하고,
    상기 용융된 충격 흡수 재료는 상기 충격 흡수 재료 수용 공간 내부로 주입되어 상기 용융된 충격 흡수 재료가 상기 저부 벽 부분 내에 형성된 상기 개구를 통해 유동하여 상기 장착 구조물을 둘러싸고 상기 재료 수용 공간을 실질적으로 채우게 하며,
    상기 용융된 충격 흡수 재료는 응고되어 상기 리세스부들 중 하나의 리세스부 내부의 응고된 충격 흡수 재료가 상기 리세스부들 중 다른 하나의 리세스부 내부의 응고된 충격 흡수 재료와 일체로 연결되게 한 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 확장된 튜브형 블랭크는 상기 환형 밀봉체 형성 단계에 앞서 액압 성형 다이로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 환형 밀봉체를 형성하는 단계와 상기 개구를 형성하는 단계 모두는 펀치 공구를 상기 리세스부의 상기 저부 벽 부분과 결합시킴으로써 수행되어, (a) 상기 공구의 구멍 형성부가 상기 개구를 형성하도록 상기 저부 벽 부분을 통과하여 절단하고, (b) 상기 공구의 밀봉체 형성부가 상기 저부 벽 부분들 중 하나의 저부 벽 부분 상에 환형 밀봉 립을 형성하고 상기 저부 벽 부분들 중 다른 하나의 저부 벽 부분들과 밀봉 결합 상태로 상기 환형 밀봉 립을 가압하는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 공급 단계에 앞서, 상기 튜브형 블랭크의 중공 내부가 상기 튜브형 블랭크의 대향하는 종방향 단부를 밀봉함으로써 밀봉되고,
    상기 방법은,
    상기 튜브형 블랭크가 확장됨에 따라 상기 튜브형 블랭크의 벽 두께를 원래 두께의 소정 범위 내에서 유지하도록 상기 유체를 가압하면서 상기 튜브형 블랭크의 대향 단부들을 서로를 향해 가압하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 튜브형 블랭크의 상기 대향 단부들은 한 쌍의 액압 구동식 램을 상기 대향 단부들과 밀봉 관계로 결합함으로써 밀봉되고,
    상기 대향 단부들은 상기 튜브형 블랭크가 확장됨에 따라 상기 튜브형 블랭크에 대해 내측으로 상기 액압 램을 구동시킴으로써 내측으로 가압되며, 상기 액압 램들 중 적어도 하나의 액압 램은 상기 유체가 상기 튜브형 블랭크의 중공 내부로 전달되게 해주는 유체 공급 포트를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유체는 상기 튜브형 블랭크가 확장되는 동안 최고 가압 수준으로 가압되고,
    상기 방법은,
    상기 튜브형 부재를 확장시킨 후에 그리고 상기 리세스부를 형성하기 앞서, 최고 가압 수준보다 낮은 선택된 압력 수준으로 유압을 감소시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 인발 성형 부재는 액압식으로 구동되는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 인발 성형 부재의 각각은 대체로 원통형 피스톤이고, 상기 리세스부는 대체로 원통형인 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 액압 성형 다이는 협동하는 제1 및 제2 액압 성형 다이 절반부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 사출 성형 다이는 협동하는 제1 및 제2 사출 성형 다이 절반부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재 제조 방법.
  12. 제2항에 있어서, 상기 장착 구조물은 튜브형 장착 부재이고,
    상기 장착 구조물은 상기 튜브형 블랭크를 상기 사출 성형 다이 내에 배치하는 단계에 앞서, 상기 튜브형 장착 부재를 상기 개구들 중 하나를 통해 삽입함으로써 대체로 대향하는 상기 리세스부의 각각의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 튜브형 장착 부재는 내부에 나사가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 충격 흡수 재료는 고무인 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서, 튜브형 블랭크는 강철로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재 제조 방법.
  16. 상기 차량 내에서 충격 흡수 관계로 다른 구조적 구성 요소와 결합하는 차량의 프레임 부재에 있어서,
    중공 내부를 둘러싸는 주 튜브형 벽 부분 및 상기 주 튜브형 벽 부분으로부터 상기 중공 내부를 향해 내측으로 연장하고 상기 주 튜브형 벽 부분과 일체로 형성된 리세스부를 구비하는 액압 성형된 튜브형 부재와,
    상기 리세스부 내에 배치되고, 상기 프레임 부재를 차량 내에서 구조적 구성 요소에 장착할 수 있도록 구성 및 배열되는 장착 구조물, 및
    상기 리세스부 내부에서 상기 장착 구조물을 둘러싸도록 배치되어, 상기 장착 구조물이 상기 액압 성형된 튜브형 부재와 상기 장착 구조물 사이 및 이에 따른 상기 액압 성형된 튜브형 부재와 구조적 구성 요소 사이의 제한된 상대 이동을 허용하는 방식으로 상기 구조적 구성 요소에 탄성적으로 장착될 수 있도록 하는 응고된 충격 흡수 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재.
  17. 제16항에 있어서, 상기 리세스부는 상기 튜브형 벽 부분으로부터 내측으로 변형되고 상기 중공 내부를 향해 내측으로 연장하는 대체로 대향하는 한 쌍의 리세스부를 포함하고, 각각의 상기 리세스부는 상기 튜브형 벽 부분과 일체로 형성된 환형 벽 부분과 상기 측벽 부분과 일체로 형성된 저부 벽 부분을 구비하며,
    각각의 상기 저부 벽 부분은 상기 리세스부와 연통하도록 저부 벽 부분을 관통하여 형성된 복수개의 개구를 구비하고,
    상기 장착 구조물은 각각의 상기 리세스부 내부에 배치되며,
    상기 응고된 충격 흡수 재료는 각각의 상기 리세스부 내부에서 상기 장착 구조물을 둘러싸도록 배치되고, 상기 리세스부들 중 하나의 리세스부 내부에 배치된 응고된 충격 흡수 재료는 상기 개구를 통해 상기 리세스부들 중 다른 하나의 리세스부 내부에 배치된 충격 흡수 재료와 일체로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재.
  18. 제17항에 있어서, 상기 저부 벽 부분들 중 하나의 저부 벽 부분 상의 개구들은 상기 저부 벽 부분들 중 다른 하나의 저부 벽 부분 상의 개구와 실질적으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재.
  19. 제17항에 있어서, 상기 장착 구조물은 정렬된 한 쌍의 상기 개구를 통해 삽입된 튜브형 장착 부재이고, 상기 튜브형 장착 부재의 대향 단부들은 상기 리세스부 및 상기 리세스부 내부에 배치된 상기 충격 흡수 재료로부터 외측으로 연장하는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재.
  20. 제19항에 있어서, 상기 튜브형 장착 부재는 내부에 나사가 형성된 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재.
  21. 제17항에 있어서, 각각의 상기 리세스부는 대체로 원통형인 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재.
  22. 제17항에 있어서, 상기 충격 흡수 재료는 상기 액압 성형된 튜브형 블랭크를 사출 성형 다이 내부에 배치하고 나서 용융된 충격 흡수 재료를 상기 리세스부 내부에 주입함으로써 각각의 상기 리세스부 내에 배치되어, 용융된 충격 흡수 재료가 상기 저부 벽 부분 내에 형성된 개구를 통해 유동하고, 그 후에 용융된 충격 흡수 재료를 응고시키는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재.
  23. 제22항에 있어서, 상기 충격 흡수 재료는 고무인 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재.
  24. 제17항에 있어서, 상기 리세스부는 가압된 유체가 튜브형 블랭크의 중공 내부에 공급되는 동안 한 쌍의 대체로 대향하는 인발 성형 부재를 대체로 서로를 향해 내측으로 이동시킴으로써 상기 튜브형 블랭크가 액압 성형 다이 내부에 배치되면서 형성되는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재.
  25. 제16항에 있어서, 상기 액압 성형된 튜브형 블랭크는 강철 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 차량 프레임 부재.
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