KR20020088763A

KR20020088763A - Vehicle front frame

Info

Publication number: KR20020088763A
Application number: KR1020010027730A
Authority: KR
Inventors: 김구현
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2001-05-21
Filing date: 2001-05-21
Publication date: 2002-11-29

Abstract

PURPOSE: A front frame of a vehicle is provided to minimize injury by absorbing impact with restricting separation of the hybrid tube at a collision, and to improve stability and fuel efficiency by mounting an aluminum tube in a GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) tube. CONSTITUTION: A front frame(1) is installed in the front of a vehicle, and formed with a hybrid tube(10) by mounting an aluminum tube(11) in a GFRP tube(12). The surface of the aluminum tube is treated with sandpaper, and glass/epoxy prepreg(13) is stacked at the outside of the aluminum tube. The aluminum tube is wound with Teflon film(14) and covered with a bleeder(15) to absorb flowing prepreg resin in hardening. The stacked tube is surrounded by a vacuum bag(16), and the vacuum bag is sealed by a sealant. Impact is absorbed efficiently with plastic deformation of the aluminum tube at a collision, and fuel efficiency and stability are improved with reducing the weight of the vehicle body.

Description

Vehicle front frame {Vehicle front frame}

본 발명은 자동차용 프론트 프레임에 관한 것으로 더욱 상세하게는 자동차용 프론트 프레임을 혼성(Hybrid)튜브(Tube)구조로 형성하여 충돌에너지 흡수력을 증대시키고, 자체 무게를 경량화 시킬 수 있도록 발명된 것이다.The present invention relates to a front frame for an automobile, and more particularly, to form an automobile front frame in a hybrid tube structure to increase collision energy absorption and to reduce its own weight.

일반적으로, 차체 바디는 각각의 기능을 갖는 롱지튜디널, 크로스멤버, 서포트패널등과 같은 다수의 프레임이 상호 결합되어 차체 바디의 골격을 이루게 된다.In general, a body body has a plurality of frames, such as Longi, Crossmember, support panel, etc., each having a function to form a skeleton of the body body.

이러한 차체 바디의 프레임은 충격이 차실내로 전달되는 것을 방지하여 승객의 안전을 최대한으로 보호하도록 구성된다.The frame of the body body is configured to protect the safety of the passenger to the maximum by preventing the shock is transmitted into the cabin.

특히, 차체 바디의 전방부에 형성된 프론트 프레임에는 엔진이 구비되는 바, 이러한 엔진과 같은 부피가 큰 부품이 차실내로 진입되는 것을 방지하도록 상기한 프론트 프레임은 다수의 프레임이 충격을 순차적으로 흡수할 수 있도록 된 구조로서결합되어 구비된다.In particular, the front frame formed in the front portion of the body body is provided with an engine, the front frame is a plurality of frames to sequentially absorb the shock so as to prevent the bulky parts such as the engine from entering the cabin. It is provided as a structure to be combined.

이러한 통상적인 자동차용 프론트 프레임은 도 2에서 도시한 바와 같이 "ㄷ"형 단면의 강판(2a)과 평평한 강판(2b)을 스폿용접하여 폐단면을 이루는 구조로 형성된다.As shown in FIG. 2, the conventional front frame for automobiles is formed in a structure in which a closed section is formed by spot welding a steel plate 2a having a "c" -shaped cross section and a flat steel sheet 2b.

또한, 상기 프론트 프레임(1)은 충돌 안전을 위해 강도가 높은 강판(2)이 사용되고, 취약한 부분에는 보강재를 삽입하거나, 다수겹의 강판을 용접한 폐단면 구조로 형성하였다.In addition, the front frame 1 is a high strength steel plate (2) is used for the safety of the collision, the weak part is formed of a closed cross-sectional structure by inserting a reinforcement, or welding a plurality of layers of steel sheet.

그러나, 상기와 같은 종래의 자동차용 프론트 프레임은 상기한 바와 같이 고장력, 고강도의 강판을 이용하여 박스 튜브형상으로 제조되어 차체의 무게를 경량화시키는데 별로 영향을 주지 못하는 실정이다.However, the conventional front frame for a vehicle as described above is manufactured in a box tube shape using a high strength, high strength steel sheet, as described above, and thus does not affect the weight of the vehicle body.

따라서, 차체의 무게가 증대되어 차량의 주행성능 및 연비를 저하시키는 문제점이 발생되었던 것이다.Therefore, the weight of the vehicle body is increased, thereby reducing the running performance and fuel economy of the vehicle.

또한, 상기한 바와 같이 차체의 경량화를 위하여 상기 자동차용 프론트 프레임의 재질로 섬유강화플라스틱을 사용할 수 도 있으나, 이경우 강도가 저하되어 연속적인 충돌하중이 발생될 경우 섬유강화플라스틱의 자체 취성파괴에 의해 충돌하중을 충분히 흡수하지 못하는 문제점이 있었던 것이다.In addition, as described above, fiber reinforced plastics may be used as the material of the vehicle front frame to reduce the weight of the vehicle. There was a problem of not absorbing the impact load sufficiently.

즉, 자동차의 프론트 프레임은 엔진과 서스펜션등이 내부에 장착되도록 지지하는 마운팅 역할을 하므로 충돌사고가 발생될 경우 충돌하중이 충분히 흡수되지 못하고 파괴되어 엔진과 같은 부피가 큰 부품이 차실내로 진입되어 인명피해를 증대시키는 폐단이 있었던 것이다.In other words, the front frame of the car serves as a mounting to support the engine and suspension to be mounted therein.In the event of a crash, the collision load is not absorbed sufficiently and is destroyed. There was a disincentive to increase the casualties.

그리고, 상기한 문제점을 해결하기 위하여 섬유강화플라스틱으로 자동차용 프론트 프레임을 제조하였을 경우에는 이 프론트 프레임 부재가 안정적으로 파손되도록 폐단면 튜브의 끝단이 날카롭게 가공된 트리거 기구를 사용하여 보완하였으나, 이 경우에도 하중이 축방향과 일치하지 않았을 경우에는 충돌 에너지 흡수율이 저하되는 문제점이 있었던 것이다.In order to solve the above problems, when the front frame for automobiles was manufactured with fiber reinforced plastic, the front end of the closed end tube was sharply processed so that the front frame member was stably damaged. Even when the load did not coincide with the axial direction, there was a problem that the collision energy absorption rate was lowered.

또한, 차체 경량화를 위한 대안으로 프론트 프레임을 알루미늄 합금을 이용하여 제조하고 있으나, 알루미늄 합금은 연신율이 낮아 변형률 집중이 발생되어 프레스 가공이 어렵고, 용접성이 좋지 못하여 기존 강판 용접에 비해 큰 전류와 대형설비를 요구하는 문제점이 있었던 것이다.In addition, the front frame is manufactured by using aluminum alloy as an alternative to reduce the weight of the body, but the aluminum alloy has low elongation, so it is difficult to press due to strain concentration, and it is difficult to weld. There was a problem requiring.

본 발명의 목적은 자동차용 프론트 프레임을 혼성 튜브구조로 형성하여 차체의 무게를 경량화하여 차량의 주행성능 및 연비를 증대시킬 수 있는 자동차용 프론트 프레임을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a vehicle front frame that can increase the running performance and fuel economy of the vehicle by reducing the weight of the vehicle body by forming the vehicle front frame in a hybrid tube structure.

본 발명의 다른 목적은 충돌사고 발생시 충돌 에너지를 충분히 흡수하여 사고 발생시 탑승자의 안전성을 증대시킬 수 있는 자동차용 프론트 프레임을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a front frame for a vehicle that can sufficiently absorb collision energy in the event of a crash and increase the safety of the occupant in the event of an accident.

도 1 은 프론트 프레임이 자동차의 전면부에 장착되어 있는 상태를 도시한 사시도.1 is a perspective view showing a state in which the front frame is mounted on the front of the vehicle.

도 2는 종래의 프론트 프레임의 단면도.2 is a cross-sectional view of a conventional front frame.

도 3 은 본 발명의 혼성튜브구조 제작하기 위해 적층된 단면을 도시한 단면도.Figure 3 is a cross-sectional view showing a cross-section laminated for the composite tube structure of the present invention.

*도면 중 주요 부호에 대한 설명** Description of the major symbols in the drawings *

1 - 프론트 프레임 2 - 강판1-front frame 2-steel plate

10 - 혼성튜브 11 - 알루미늄튜브10-Hybrid Tube 11-Aluminum Tube

12 - 유리섬유강화복합재료 튜브12-glass fiber reinforced composite tube

13 - 유리섬유/에폭시 프리프레그 14 - 테프론 필름13-Fiberglass / Epoxy Prepreg 14-Teflon Film

15 - 수지 흡수제 16 - 진공백15-Resin Absorbent 16-Vacuum Bag

이러한 본 발명의 목적은 자동차의 전면부에 설치하는 프론트 프레임(1)에 있어서;The object of the present invention is to provide a front frame (1) installed on the front of the vehicle;

상기 프론트 프레임(1)은 유리섬유강화복합재료(Glass Fiber Reinforced Plastic ; 이하 GFRP) 튜브(12)내에 알루미늄튜브(11)가 접합되어 있는 혼성(Hybrid)튜브(10)구조로 형성되어 달성된다.The front frame 1 is achieved by forming a hybrid tube 10 structure in which an aluminum tube 11 is bonded to a glass fiber reinforced plastic (GFRP) tube 12.

즉, 상기한 유리섬유강화복합재료튜브(12) 및 알루미늄튜브(11)는 무게가 가벼우며, 취성을 가지는 복합재료이므로 안전사고가 발생될 경우 어떤 상황에서도 안정적이고 점진적인 파괴를 유도 할 수 있으며 폐단면 튜브의 끝단이 날카롭게 가공한 트리거 기구의 영향도 덜 받을 수 있는 것이다.That is, the glass fiber reinforced composite material tube 12 and the aluminum tube 11 is light in weight, and is a brittle composite material, so it can induce stable and gradual breakdown under any circumstances when a safety accident occurs. The edge of the face tube is also less susceptible to a sharpened trigger mechanism.

또한, 상기한 트리거 기구 없이도 알루미늄튜브(11)가 소성변형을 일으켜 복합재료의 파괴를 유도하거나, 두 튜브간의 상호작용에 의해 충격 에너지 흡수율이 증대되는 것이다.In addition, even without the trigger mechanism, the aluminum tube 11 causes plastic deformation to induce the destruction of the composite material, or the impact energy absorption rate is increased by the interaction between the two tubes.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.When described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention.

도 1 은 프론트 프레임이 자동차의 전면부에 장착되어 있는 상태를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view illustrating a state in which a front frame is mounted on a front portion of a vehicle.

도 3 은 본 발명의 혼성튜브구조 제작하기 위해 적층된 단면을 도시한 단면도로서, 알루미늄튜브(11)외측에는 유리섬유/에폭시(Glass/Epoxy)프리프레그 (Prepreg)가 접합되며, 상기 알루미늄튜브(11)의 내측과 상기 유리섬유/에폭시 프리프레그 외측에는 진공백(vacuum bag)이 형성되어 있으며, 이 진공백과 상기 유리섬유/에폭시 프리프레그 사이에는 테프론 필름(Teflon film)과 수지 흡수제(Bleeder)가 적층되어 있는 것을 나타내고 있다.Figure 3 is a cross-sectional view showing a cross-section laminated for the composite tube structure of the present invention, the glass tube / epoxy (Pre glass) is bonded to the outside of the aluminum tube 11, the aluminum tube ( 11) a vacuum bag is formed on the inside of the glass fiber and the epoxy prepreg and between the vacuum bag and the glass fiber / epoxy prepreg, a Teflon film and a resin absorbent (Bleeder) are formed. It shows that they are stacked.

즉, 현재에는 차량의 주행성능 및 연비향상을 위하여 차체의 경량화가 중요한 해결문제이다.That is, the weight reduction of the vehicle body is an important solution for improving driving performance and fuel economy of the vehicle.

이를 해결하기 위하여 고장력, 고강도 강판(2)을 이용해 제조되는 프론트 프레임(1)을 알루미늄튜브(11) 또는 유리복합섬유등을 이용하려는 시도가 있으나, 충격 에너지를 충분히 흡수하는 등 기타 여러 문제점이 발생되었다.In order to solve this problem, there is an attempt to use an aluminum tube 11 or a glass composite fiber for the front frame 1 manufactured by using high tensile strength and high strength steel sheet 2, but various problems such as absorbing shock energy sufficiently occur. It became.

따라서, 본 발명에서는 차체의 경량화와 충격에너지 흡수율 향상을 위해 상기한 프론트 프레임(1)을 유리섬유강화복합재료 튜브(12)내에 알루미늄튜브(11)가 접합되는 혼성튜브(10) 구조를 제안한다.Therefore, the present invention proposes a hybrid tube 10 structure in which the aluminum tube 11 is bonded to the glass fiber reinforced composite tube 12 with the front frame 1 to reduce the weight of the vehicle body and improve the impact energy absorption rate. .

즉, 알루미늄만으로는 프론트 프레임(1)을 제조하기에는 프레스 가공이 어렵고 제조비용이 증대되는 문제점이 있고, 유리섬유강화복합재료 튜브(12)의 경우에는 폐단면 튜브의 끝단이 날카롭게 가공된 트리거 기구 가공과 균열제어의 단점이 있으므로 이 두 재료의 혼성튜브(10)는 단점을 상호 보완하여 충돌사고가 발생할 경우에도 충분한 안전성을 확보하고, 차체를 경량화 시킬 수 있는 것이다.That is, it is difficult to press process and increase the manufacturing cost to manufacture the front frame 1 by using only aluminum, and in the case of the glass fiber reinforced composite material tube 12, the edge of the closed end tube is sharply processed and Because of the disadvantages of crack control, the hybrid tube 10 of these two materials complements the disadvantages to secure sufficient safety even in the event of a collision and to reduce the weight of the vehicle body.

한편, 상기한 혼성튜브(10) 구조로 형성된 프론트 프레임(1)은 알루미늄튜브(11)를 기본으로 상기 알루미늄튜브(11)의 외측을 유리섬유/애폭시 프리프레그(13)를 감아서 동시경화(co-cure)방법으로 제조된다.On the other hand, the front frame (1) formed of the hybrid tube 10 structure of the aluminum tube 11 based on the outer side of the aluminum tube (11) by winding a glass fiber / epoxy prepreg 13 and co-curing It is manufactured by a co-cure method.

상기한 동시경화방법이란 고온, 고압의 상태에서 프리프레그(13)의 수지가 흘러나와 금속표면에 그대로 접착시켜 경화시키는 방법을 말하여, 일반적으로 접착제를 사용하는 것 보다 접착력이 우수하며, 외부요인으로 인해 변형되지 않는 특성을 가진다.The co-curing method described above refers to a method in which the resin of the prepreg 13 flows out and adheres to the metal surface as it is at a high temperature and high pressure. The adhesive strength is generally superior to that of using an adhesive. Due to its properties that do not deform.

더욱 상세히 설명하면, 도 3에서 도시한 바와 같이 유리섬유강화복합섬유와 접착력을 증대시키기위하여 표면을 사포로 적층각도와 45°를 이루도록 표면처리한 알루미늄튜브(11)의 외측면에 유리섬유/에폭시 프리프레그(13)를 축방향에 90°로 적층한다.More specifically, as shown in FIG. 3, glass fiber / epoxy is applied to the outer surface of the aluminum tube 11 which is surface-treated to form a 45 ° angle of lamination with sandpaper to increase adhesion with glass fiber reinforced composite fiber. The prepreg 13 is laminated at 90 degrees in the axial direction.

그리고, 적층이 완료된시편에 테프론(Teflon) 필름(14)을 감은 다음 수지 흡수제(15)로 외측면을 감싸도록 하여 경화과정중 흘러 나오는 프리프레그(13) 수지를 흡수하도록 한다.Then, the Teflon film 14 is wound around the specimen to be laminated, and then the outer surface is wrapped with the resin absorbent 15 to absorb the prepreg 13 resin flowing out during the curing process.

또한, 상기와 같이 적층된 튜브의 외부와 내부를 각각 진공백(16)(Vaccumbag)으로 감싸고 각 진공백을 실런트로 밀봉하여 진공을 유지시키는 것이다.In addition, the outside and the inside of the laminated tube as described above are respectively wrapped in a vacuum bag 16 (Vaccumbag) and each vacuum bag is sealed with a sealant to maintain a vacuum.

한편, 상기한 바와 같이 적층된 튜브의 일측끝단에는 공기를 뽑아낼 수 있도록 작은 구리관을 연결하고, 상기 구리관의 타측 끝단은 진공을 뽑아내는 플레이트에 연결된다.On the other hand, a small copper tube is connected to one end of the laminated tube as described above to extract air, and the other end of the copper tube is connected to a plate for extracting the vacuum.

그리고, 상기와 같이 진공포장을 완료한 적층된 튜브는 오토클레이브에 넣어 고온, 고압으로 경화시켜 유리섬유강화복합재료 튜브(12)를 알루미늄튜브(11)에 접합시킨 혼성튜브(10)구조로 프론트 프레임(1)을 제조하는 것이다.In addition, the laminated tube that has been vacuum packed as described above is placed in an autoclave and cured at high temperature and high pressure to form a hybrid tube 10 in which a glass fiber reinforced composite tube 12 is bonded to an aluminum tube 11. The frame 1 is manufactured.

이러한 본 발명의 구성에 의하면, 유리섬유강화복합재료튜브(12)와 알루미늄튜브(11)를 접합시킨 혼성튜브(10)구조는 알루미늄튜브(11)의 국부좌굴 변형을 그대로 유지하면서 복합재료의 층간분리 및 재료의 박리를 최대한 억제하므로 충격 흡수율이 증대되며, 파괴시에도 안정적으로 유도할 수 있는 것이다.According to the configuration of the present invention, the hybrid tube 10 structure in which the glass fiber reinforced composite tube 12 and the aluminum tube 11 are bonded to each other can maintain the local buckling deformation of the aluminum tube 11 as it is. Since the separation and peeling of the material is suppressed to the maximum, the shock absorption rate is increased, and it can be induced stably even when broken.

따라서, 차체의 안정성을 확보하여, 충돌사고 발생시 인명피해를 최소화할 수 있는 것이다.Therefore, to ensure the stability of the vehicle body, it is possible to minimize the casualties in the event of a crash.

또한, 고장력, 고강도 강판(2)에 비하여 상대적으로 가벼운 혼성튜브(10)구조이므로, 차체가 경량화되어 차량의 주행성능 및 연비를 향상시킬 수 있는 것이다.In addition, the hybrid tube 10 structure, which is relatively lighter than the high-strength, high-strength steel sheet 2, can reduce the weight of the vehicle body and improve the running performance and fuel economy of the vehicle.

그러므로, 안정성 및 상품성을 증대시킬 수 있는 매우 유용한 발명인 것이다.Therefore, it is a very useful invention which can increase stability and marketability.

Claims

In the front frame (1) installed in the front portion of the vehicle;

The front frame 1 is characterized by being formed of a hybrid tube 10 structure in which an aluminum tube 11 is bonded to a glass fiber reinforced plastic (GFRP) tube 12. Car front frame.

The method of claim 1, wherein the hybrid tube 10 has a high temperature and a high pressure state by winding a glass fiber / epoxy prepreg 13 around the outside of the aluminum tube 11 based on the aluminum tube 11. Prepreg (13) in the front frame for automobiles, characterized in that formed by the co-cure method (co-cure) to flow out and adhere to the metal surface as it is.