KR20040096053A

KR20040096053A - 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20040096053A
Application number: KR1020030028857A
Authority: KR
Inventors: 손현수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2004-11-16

Abstract

본 발명은 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 판재에 볼트를 체결할 수 있는 너트부위를 프레스가공 및 펀칭가공을 통해 일체로 성형함으로써, 가공공정 및 부품의 축소로 인한 원가절감 효과를 얻을 수 있고, 고강성 구조로 내구성능이 향상된 우수한 품질의 조립구조를 얻을 수 있는 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이를 위해 본 발명은 본 발명은 알루미늄 판재에 프레스가공을 통해 원형 절곡부를 일체형으로 돌출 성형하는 단계와, 펀칭가공을 통해 상기 원형 절곡부의 하면에 구멍을 뚫는 단계와, 상기 원형 절곡부 내면에 탭가공을 통해 나사산을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재 및 그 제조방법{Aluminum sheet and manufacturing method having unit-nut}

최근에는 자동차 개발에 있어서 고성능, 고연비 및 환경친화적인 요구가 점차 높아지고 있다.

이를 위하여 지금까지 자동차의 주재료로서 70% 이상을 차지하고 있었던 철강재료를 대체하여 알루미늄과 같은 경량 재질을 선택하고 있는 추세이다.

이러한 알루미늄 적용을 통한 차체의 설계 및 제작 기술개발이 여러가지 방법으로 국내,외에서 활발히 전개되고 있다.

또한, 알루미늄 소재의 양산 적용에 따른 다양한 기술, 즉 조립 및 접합 기술이 요구되고 있는 실정이다.

그러나, 현재 각종 금속소재의 접합기술은 강판재질에 적합하도록 기술 개발이 이루어졌고, 이러한 강판재질의 접합기술로는 아크용접, 마찰용접 등의 용융용접을 이용한 용접 너트 및 용접 스터드 볼트 등이 있다.

이러한 강판재질의 접합기술은 상술한 바와 같이, 소재의 접합기술과 산업현장의 양산 장비들이 강판에 적합하도록 개발되어 있어 알루미늄 소재를 적용한 부품의 접합에는 많은 문제점을 발생시키게 하였다.

따라서, 이를 해결하기 위해서는 먼저, 재질 차이에 따른 문제점을 해결해야 하고, 시설 및 장비에 대한 추가 투자가 이루어져야 하는 실정이다.

한편, 종래의 접합 조립과정에서 가장 많이 사용하고 있는 기술로서, 용접을 이용한 너트와 볼트의 체결에 의한 결합구조를 예로 들 수 있다.

그러나, 알루미늄의 용접은 기존 강의 용접 특성과는 달리 용접부의 기계적 성질이 첨부한 도 4와 같이 모재에 비해 경도가 현저히 떨어져 용접부가 구조적으로 취약하게 되었다.

즉, 상기 도 4는 알루미늄 용접부에 대한 기계적 성질 중, 경도를 나타내는 그래프로서, 도 4에 대해서 간략히 설명하면, 알루미늄 용접부와 모재의 경계면에서 경도가 가장 낮으며, 알루미늄 용접부의 중심부와 모재쪽으로 갈수록 점차 경도가 증가되어지는 경향을 보이고 있다.

또한, 상기 용접부와 모재를 비교하였을 시에 상기 모재에 비해서 상기 알루미늄 용접부에서 경도가 현저히 저하되는 경향을 보이며, 이는 용접부에서 구조적으로 취약한 문제점이 발생한다는 것을 의미한다.

따라서, 알루미늄 조립구조에서는 상기와 같은 방법보다 첨부한 도 5와 같이스터드 볼트(stud bolt)(101)를 아크 용접봉으로 대신 사용하여 알루미늄 판재(100)사이에서 발생하는 아크를 이용한 결합 구조가 제시되고 있지만, 이러한 결합 구조 역시도 강도면에서 취약한 문제점이 발생하였다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 발명한 것으로서, 별도의 너트 용접공정을 배제한 채, 알루미늄 판재에 볼트를 체결할 수 있는 너트부위를 프레스가공 및 펀칭가공을 통해 일체로 성형함으로써, 가공공정 및 부품의 축소로 인한 원가절감 효과를 얻을 수 있고, 고강성 구조로 내구성능이 향상된 우수한 품질의 조립구조를 얻을 수 있는 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재의 구조를 도시한 절단사시도

도 2는 본 발명에 따른 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재의 제조방법에 따른 제조공정을 도시한 공정도

도 3은 본 발명에 따른 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재를 이용하여 결합대상물과의 체결된 상태의 일예를 도시한 부분절단사시도

도 4는 종래의 용접에 의한 알루미늄 용접부의 기계적 성질을 나타내는 그래프

도 5는 종래 아크 용접을 이용한 스터드 볼트 구조를 도시한 도면

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 알루미늄 판재 11 : 원형 절곡부

12 : 나사산 13 : 프레스

14 : 지그금형 15 : 펀칭

16 : 탭 17 : 다이

B : 볼트

본 발명은 알루미늄 판재(10)에 프레스(13)가공을 통해 원형 절곡부(11)를 일체형으로 돌출 성형하는 단계와, 펀칭(15)가공을 통해 상기 원형 절곡부(11)의 하면에 구멍을 뚫는 단계와, 상기 원형 절곡부(11) 내면에 탭(16)가공을 통해 나사산(12)을 형성하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 원형 절곡부(11)는 프레스(13)가공시 알루미늄 판재(10) 하단에 배치 고정된 지그금형(14)과 프레스(13)기 사이 간격에 의해 성형되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 알루미늄 판재(10)의 두께는 볼트 조립강도를 유지할 수 있도록 원형 절곡부(11) 내면에 가공되는 나사산(12) 깊이의 2배가 넘는 두께로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 방법에 의하여 제조된 알루미늄 판재(10)에는 결합대상물과의 체결을 위하여 내면에 나사선(12)을 구비하고 있는 너트부위가 일체로 성형되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재의 구조를 도시한 절단사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재의 제조방법에 따른 제조공정을 도시한 공정도이다.

또한, 도 3은 본 발명에 따른 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재를 이용하여 결합대상물과의 체결된 상태의 일예를 도시한 부분절단사시도이다.

첨부한 도 1에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재는 볼트(도시하지 않음)와 체결할 수 있는 너트부위가 알루미늄 판재(10)에 일체로 된 형상으로 성형되어 있다.

즉, 본 발명은 프레스(13)가공을 통해 알루미늄 판재(10)에 원형 절곡부(11)를 형성함과 동시에 이 원형 절곡부(11) 내면에 나사산(12)을 가공하여 이 부분을 통해서 볼트 체결할 수 있게 하는 기술이다.

상기 알루미늄 판재(10)에 원형 절곡부(11)를 형성하기 위해서는 원하는 원형 절곡부(11)의 크기 즉, 요구되는 너트 크기를 가공할 수 있는 지그금형(14)을사용하게 된다.

상기 지그금형(14)은 볼트 체결을 위한 너트부위의 크기와 대응되는 크기의 원통형상의 홈을 구비하고 있는 형상으로, 상기 알루미늄 판재(10)를 지그금형(14) 상단에 고정시킨 후, 알루미늄 판재(10) 상단에서부터 프레스(13)를 이용하여 하 방향으로 압력을 가하게 되면 알루미늄 판재(10)가 지그금형(14)과 프레스(13) 사이에 배치되며 그 사이 간격을 따라 원형 절곡부(11)를 형성하게 된다.

또한, 상기와 같은 방식으로 알루미늄 판재(10)에 돌출 성형된 원형 절곡부(11)의 하면은 펀칭(15)가공을 통해 뚫어지게 된다.

이때, 상기 원형 절곡부(11)는 체결되는 볼트의 규격에 따라 지그금형(14), 프레스(13)기 및 펀칭(15)기를 설정하여 가공할 수 있다.

한편, 상기와 같이 하면이 뚫린 형태로 돌출 성형된 원형 절곡부(11)의 내면에는 탭(16)가공 공정을 통해 나사산(12)을 형성하게 되는 바, 이러한 구조의 원형 절곡부(11)는 알루미늄 판재(10)에 있어서 볼트 결합을 위한 너트부위 역할을 하게된다.

이때, 탭(16)가공 공정을 통해 형성되는 나사산(12)을 고려하여 알루미늄 판재(10)의 두께는 적어도 나사산(12) 깊이의 2배가 넘는 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

그 이유로는 알루미늄 판재(10)의 두께가 나사산(12) 깊이의 2배가 넘는 두께로 형성되어야 볼트 결합에 따른 충분한 조립강도를 유지할 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도 2를 참조로 본 발명에 따른 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재의 제조방법에 따른 제조공정을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재의 재조방법은 알루미늄 판재(10)에 프레스(13)가공을 통해 원형 절곡부(11)를 일체형으로 돌출 성형하는 단계와, 펀칭(15)가공을 통해 상기 원형 절곡부(11)의 하면에 구멍을 뚫는 단계와, 상기 원형 절곡부(11) 내면에 탭(16)가공을 통해 나사산(12)을 형성하는 단계로 이루어져 있다.

이를 좀더 자세히 설명하면, 알루미늄 판재(10)를 배치하고 그 상단에는 프레스(13)기를, 하단에는 지그금형(14)을 배치시킨다.

다음으로 프레스(13)가공에 의해 하단에 배치되어 있는 지그금형(14)의 내면을 따라 알루미늄 판재(10)에 원형 절곡부(11)를 성형하고, 그 상태에서 펀칭(15)기를 이용하여 원형 절곡부(11)의 하면을 뚫는다.

다음으로, 탭가공 공정을 통해 상기 원형 절곡부(11) 내면에 나사산(12)을 형성함으로써, 본 발명에 따른 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재의 제조방법에 따른 제조공정이 완료된다.

이때, 상기 탭(16)가공 공정시에는 알루미늄 판재(10) 하단에 별도의 다이(17)를 배치시켜 탭가공 공정시에 알루미늄 판재(10)를 지지하도록 되어 있다.

즉, 프레스(13)가공 및 펀칭(15)가공 공정시에는 알루미늄 판재(10) 하단에 지그금형(14)을 배치함으로써 각 공정시 알루미늄 판재(10)를 지지하도록 되어 있고, 탭(16)가공 공정시에는 별도의 다이(17)의 의해서 알루미늄 판재(10)가 지지되도록 되어 있다.

따라서, 상기와 같이 알루미늄 판재(10)에 일체로 성형된 원형 절곡부(11)를 통해 볼트 결합을 할 수 있으며, 이러한 구조는 기존처럼 별도의 용접작업을 통해 너트를 부착시켜야 할 필요가 없다.

즉, 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재를 이용하여 결합대상물과 볼트(B) 체결할 수 있다.

한편, 도 3에서 도시한 도면에서는 본 발명에 따른 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재를 각각 이용하여 볼트 체결하는 것으로 도시하고 있지만, 이는 볼팅홀이 구비된 다른 부위(도시하지 않음)와도 볼트 체결이 가능하다.

또한, 상기와 같은 조립구조는 종래 용접작업을 통해 부착되는 너트를 통한 볼트 체결보다 고강성의 조립구조를 얻을 수 있다.

특히, 상기와 같은 구조는 아크용접시 발생되는 스패터(spatter), 그을음 등의 발생이 없기 때문에, 즉 작업자의 작업환경에 큰 영향을 미치는 용접작업을 배제할 수 있어 작업환경을 개선할 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재 및 그 제조방법에 의하면 별도의 너트 용접공정을 배제한 채, 알루미늄 판재에 볼트를 체결할 수 있는 너트부위를 프레스가공 및 펀칭가공을 통해 일체로 성형함으로써, 가공공정 및 부품의 축소로 인한 원가절감 효과를 얻을 수 있고, 고강성 구조로 내구성능이 향상된 우수한 품질의 조립구조를 얻을 수 있다.

또한, 상기와 같은 조립구조는 용접공정을 배제시킴으로써 작업자의 작업환경을 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

알루미늄 판재(10)에 프레스(13)가공을 통해 원형 절곡부(11)를 일체형으로 돌출 성형하는 단계;

펀칭(15)가공을 통해 상기 원형 절곡부(11)의 하면에 구멍을 뚫는 단계;

상기 원형 절곡부(11) 내면에 탭(16)가공을 통해 나사산(12)을 형성하는 단계;

로 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 원형 절곡부(11)는 프레스(13)가공시 알루미늄 판재(10) 하단에 배치 고정된 지그금형(14)과 프레스(13)기 사이 간격에 의해 성형되는 것을 특징으로 하는 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 알루미늄 판재(10)의 두께는 볼트 조립강도를 유지할 수 있도록 원형 절곡부(11) 내면에 가공되는 나사산(12) 깊이의 2배가 넘는 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재의 제조방법.
청구항 제 1 항의 방법에 의하여 결합대상물과의 체결을 위하여 내면에 나사선(12)을 구비하고 있는 너트부위가 일체로 성형된 것을 특징으로 일체형 너트 체결부를 갖는 알루미늄 판재.