KR20040100517A

KR20040100517A - 실링성을 개선하기 위한 자동차강관용 하이드로포밍성형장치

Info

Publication number: KR20040100517A
Application number: KR1020030032904A
Authority: KR
Inventors: 이종국
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-02
Also published as: KR100527962B1

Abstract

본 발명은 실링성을 개선하기 위한 자동차강관용 하이드로포밍 성형장치에 관한 것으로서, 하이드로포밍 공정을 이용하여 강관을 성형함에 있어서, 금형에 장착된 강관을 고정시키는 프레스에 공급압력(feeding force)을 가하면서 상기 프레스에 구비된 실링러버를 이용하여 상기 강관의 내부 유압에 대한 1차 실링을 유지하고, 강관 내부에 장착된 가변부재의 작동에 의한 탄성구조체의 실링작용으로 2차 실링을 유지함으로써, 기존의 하이드로포밍 성형장치에 비하여 실링효과를 극대화할 수 있으며, 그로인해 차체 경량화 및 원가절감의 효과를 이룰 수 있다.

Description

실링성을 개선하기 위한 자동차강관용 하이드로포밍 성형장치{Hydroforming-forming device for steel tube in automobile which is effective on improvement of sealing}

본 발명은 실링성을 개선하기 위한 자동차강관용 하이드로포밍 성형장치에 관한 것으로서, 하이드로포밍 공정을 이용하여 강관을 성형함에 있어서, 금형에 장착된 강관을 고정시키는 프레스에 공급압력(feeding force)을 가하면서 상기 프레스에 구비된 실링러버를 이용하여 상기 강관의 내부 유압에 대한 1차 실링을 유지하고, 강관 내부에 장착된 가변부재의 작동에 의한 탄성구조체의 실링작용으로 2차 실링을 유지함으로써, 기존의 하이드로포밍 성형장치에 비하여 실링효과를 극대화할 수 있으며, 그로인해 차체 경량화 및 원가절감의 효과를 이룰 수 있는 실링성을 개선하기 위한 자동차강관용 하이드로포밍 성형장치에 관한 것이다.

일반적으로, 스포츠 유틸리티 차량(Sport Utility Vehicle:SUV)이나 픽업 트럭의 사이드 프레임이 프레스 성형과 스탬핑 공법으로 제작되는 방식에서 하이드로포밍 공법으로 전환되고 있는 실정에 있다.

이러한 하이드로포밍 공법은 강관(steel tube)의 내부 또는 강판(sheet)의 한쪽면에 유체를 이용한 높은 압력을 가하여 원하는 형상으로 성형하는 성형공법으로서, 하이드로포밍 기술을 이용하여 제조되는 자동차 부품으로는 주로 차체의 뼈대를 이루는 부분, 즉 엔진 크래이들(engine cradle), 서스펜션(suspension), 스페이스 프레임(space frame), 필라(pillar)류 등이 있다.

도 2는 하이드로포밍 공법을 이용하여 강관(steel tube)을 성형하는 성형공정을 나타내는 공정도로서, 강관(100)의 내부에 유체를 이용한 높은 압력을 가하여 상하금형(200a,200b)의 내부형상으로 성형시킨다.

이때, 상기 상하부 금형(200a,200b)은 프레스(210)에 의해 고정 지지되도록 한다.

또한, 도 3은 하이드로포밍 공법을 이용하여 강판(sheet)을 성형하는 성형공정을 나타내는 공정도로서, 강판(110)을 하부금형(200b)에 넣고 상부금형(200a)을 프레스(210)로 하강 고정시킨 후, 상기 하부금형(200b)의 유체통로(230)를 통해 고압 유체를 가하면서 유압과 상부금형(200a)을 동시에 작동시켜 강판(110)을 금형(200a,200b)형상에 따라 성형시킨다.

이와 같은 하이드로포밍 공법을 이용하면 기존의 프레스 공법에 비하여 10 ~ 20%의 차체 경량화와 함께, 약 10% 정도의 원가절감 효과를 가져올 수 있는 장점이 있으며, 차종 다양화에 따른 신속한 대응 등의 효과가 있다.

그런데, 하이드로포밍 기술을 이용하여 강관(100)을 성형할 때, 성형되는 강관(100)과 프레스(210a,210b) 사이에 완벽한 실링(sealing)이 이루어져야 충분한 유체의 압력(이하 유압)이 유지될 수 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 하이드로포밍 성형장치는 금형(200) 내에 장착된 강관(100)과 프레스(210a,210b) 사이에 실링러버(220a,220b)를 밀폐시킨 후, 상기 프레스(210a,210b)에 형성된 유체통로(230)를 통해 고압의 유체를 가하는 공정으로 이루어지는데, 이러한 종래의 하이드로포밍 공정은 유압이 증가하면서 강관(100) 내부의 유체가 누출되거나 강관(100)의 유압을 유지하기 위하여 프레스(210a,210b)에 큰 공급압력(feedingforce)을 가해야 하는 등의 문제점이 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 하이드로포밍 공정을 이용하여 강관을 성형함에 있어서, 강관의 내부에 프레스와 일체 형성된 탄성구조체를 양측에 삽입하고, 일측의 프레스 및 탄성구조체에 관통삽입된 가변부재에 형성된 유체통로를 통해 고압의 유체가 강관 내부에 공급될 수 있도록 함으로써, 강관의 내부압력이 증대될수록 상기 가변부재의 작동에 의한 탄성구조체의 단계적인 실링작용으로 강관에 대한 프레스의 실링성을 향상시킬 수 있으며, 그로인해 차체 경량화 및 원가절감의 효과를 이룰 수 있는 실링성을 개선하기 위한 자동차강관용 하이드로포밍 성형장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a와 1b는 본 발명에 따른 실링성을 개선하기 위한 자동차강관용 하이드로포밍 성형장치의 공정상태를 나타내는 공정도,

도 2는 종래의 하이드로포밍 공법을 이용하여 강관(steel tube)을 성형하는 성형공정을 나타내는 공정도,

도 3은 하이드로포밍 공법을 이용하여 강판(sheet)을 성형하는 성형공정을 나타내는 공정도,

도 4는 종래의 하이드로포밍 성형장치를 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 강관 200 : 금형

210 : 프레스 211 : 삽입부

220 : 실링러버 230 : 유체통로

10 : 탄성구조체 11 : 가변부재

12 : 챔버

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 일측의 중심부에 유체통로(230)를 갖고 있으며, 금형(200) 내에 장착된 강관(100)의 내측과 실링러버(220a,220b)에 의해 밀폐된 구조로 되어 있는 프레스(210a,210b)를 포함하는 하이드로포밍 성형장치에 있어서,

상기 프레스(210a,210b) 면에는 강관 내측면으로 팽창가능한 고무재질의 탄성구조체(10a,10b)를 일체로 부착고정하고, 상기 프레스(210a,210b)와탄성구조체(10a,10b)의 중심부에는 그 탄성구조체(10a,10b)에 대해 팽창기능을 가지면서 유압에 의해 상하이동이 가능한 가변부재(11a,11b)를 삽입한 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 가변부재(11a,11b)는 강관(100)의 안쪽에 형성된 가압면의 직경을 크게하고, 그 강관(100)의 입구쪽 방향으로 축소하여 경사지도록 한 원추대 구조인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유체통로(230)가 형성된 프레스(210a)의 타측에 일체형성된 탄성구조체(10b)와 프레스(210b)의 중심부에 삽입된 가변부재(11b)가 내부 유압에 의해 밀려나며, 그 움직임이 원활하도록 상기 프레스(210b)의 내부에는 입방체의 여유공간인 챔버(chamber)(12)가 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1a와 1b는 본 발명에 따른 실링성을 개선하기 위한 자동차강관용 하이드로포밍 성형장치의 공정상태를 나타내는 공정도이다.

본 발명은 하이드로포밍 공정을 이용하여 강관(100)을 성형함에 있어서, 강관(100) 내부의 양측에 프레스(210a,210b)와 일체 형성된 탄성구조체(10a,10b)를 삽입하고, 그 일측의 탄성구조체(10a)에 관통삽입된 가변부재(11a)에 형성된 유체통로(230)를 통해 고압의 유체가 강관(100) 내부에 공급될 수 있도록 함으로써, 강관(100)의 내부압력이 증대될수록 상기 가변부재(11a,11b)의 작동에 의한 탄성구조체(10a,10b)의 단계적인 실링작용으로 강관(100)에 대한 프레스(210a,210b)의 실링성을 향상시킬 수 있는 자동차강관용 하이드로포밍 성형장치에 관한 것이다.

첨부된 도 1a를 참조하여 더욱 구체적으로 설명하면, 먼저 원하는 형상으로 성형하기 위해 금형(200)을 성형하는 바, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 직경이 확대되는 확대관을 성형하기 위하여 상기 금형(200)을 확대관 형상으로 성형하게 된다.

여기서, 본 발명에 따른 바람직한 구현예에서 강관(100) 내부의 양측에 구비되어 있는 하이드로포밍 성형장치의 구성에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 금형(200) 양측의 개구부에는 프레스(210a,210b)에 의해 강관(100)이 지지되는 동시에 공급압력에 의해 가압되도록 형성되어 있는 바, 이때 상기 강관(100)과 프레스(210a,210b)가 서로 실링을 유지할 수 있도록 그 프레스(210a,210b)의 일측에 형성된 삽입부(211a,211b)의 외주연에는 실링러버(sealing rubber)(220a,220b)가 상기 삽입부(211a,211b)를 조이는 방식으로 체결되어 강관(100)의 내주연에 밀착 삽입되어 있다.

특히, 상기 프레스(210a,210b)에는 강관(100) 내부에 가해지는 유체 압력에 대응 가능한 공급압력이 강관(100)의 안쪽 방향으로 가해진다.

한편, 이러한 공급압력이 가해지는 방향과 동일한 방향의 프레스(210a,210b) 선단에는 탄성구조체(10a,10b)가 일체로 부착 고정되어 있는 바, 상기 탄성구조체(10a,10b)는 상기 강관(100)의 직경보다 작은 직경으로 삽입되어 있으며, 그 구조체에 가해지는 압력에 의해 팽창가능하도록 고무재질로 되어 있다.

여기서, 상기 강관(100)에 일체형성된 탄성구조체(10a,10b)와 프레스(210a,210b)의 중심부에는 상하로 움직임이 가능한 가변부재(11a,11b)가 관통삽입되어 있으며, 하이드로포밍 성형이 가능하도록 일측에 형성된 상기 가변부재(11a)의 중심부에 유체의 유동라인인 유체통로(230)가 관통형성되어 있다.

한편, 상기 유체통로(230)가 형성된 프레스(210a)의 타측에 일체형성된 탄성구조체(10b)와 프레스(210b)의 중심부에는 상기와 마찬가지로 상하로 움직임이 가능한 가변부재(11b)가 삽입되어 있는 바, 본 발명의 바람직한 구현예에서 상기 가변부재(11b)가 내부 유압에 의해 밀려나며, 그 움직임이 원활하도록 그 프레스(210b)의 내부에는 여유공간인 입방체의 챔버(chamber)(12)가 형성되어 있다.

여기서, 일측에 형성된 가변부재(11a)는 유체를 안내하는 기능 뿐만 아니라, 상기 탄성구조체(10a,10b)를 팽창시켜 2차 실링작용을 도모할 수 있도록 되어 있는 반면에, 타측에 형성된 가변부재(11b)는 상기 탄성구조체(10a,10b)를 팽창시켜 2차 실링작용만을 도모할 수 있도록 되어 있다.

한편, 상기 가변부재(11a,11b)는 강관의 안쪽면, 즉 강관(100) 내부에 가압되는 유압이 미치는 면의 직경을 크게하여 강관(100) 내부의 유압이 잘 미칠 수 있도록 하는 동시에 강관(100)의 입구쪽 방향으로 축소되면서 경사지도록 한 원추대(frustum) 형태로 이루어져 있는 바, 가변부재(11a,11b)에 유압이 가해질 시, 강관(100)의 입구쪽 방향으로 가변부재(11a,11b)가 이동하게 되면서 상기 탄성구조체(10a,10b)를 가압하여 팽창시키게 되는 것이다.

이러한 탄성구조체(10a,10b)의 팽창작용에 의해 강관(100)의 내주연을 2차로 실링하게 된다.

이때, 그 실링정도는 유압이 증가할수록 이에 비례하여 가변부재(11a,11b)가 이동하면서 탄성구조체(10a,10b)를 팽창시키므로 유압에 비례하여 상기 탄성구조체(10a,10b)의 팽창압이 형성된다.

다음에는 이러한 구성을 갖는 본 발명의 성형공정을 도 1b를 참조하여 설명하기로 한다.

강관(100)을 성형하고자 하는 금형(200)에 장착한 후, 상기 강관(100)의 내부에 고압의 유체를 공급하는 바, 이때 상기 유체의 압력이 일정하게 유지될 수 있도록 강관(100)의 양측에 프레스(210a,210b)를 실링러버(220a,220b)로 밀폐시킨 다음, 양방향에서 가압을 하게 된다.

이때, 상기 가변부재의 일측을 통해 계속해서 강관(100) 내부에 고압의 유체를 공급하게 되면, 가변부재(11a,11b)가 유체의 항력에 의해 이동하게 되고, 이로인해 탄성구조체(10a,10b)가 팽창하게 된다.

이로써, 2중으로 상기 강관(100) 내부의 압력을 실링하게 되는 것이다.

이후, 상기 유체통로(230)를 통해 강관(100) 내부에 가해진 고압 유체가 상기 강관(100)을 성형할 정도의 한계점에 도달하게 되면, 상기 강관(100)은 외측으로 밀려나게 되어 금형(200) 형상에 따라 성형된다.

따라서, 본 발명에 따른 실링성을 개선하기 위한 자동차강관용 하이드로포밍 성형장치는 실링러버(220a,220b)에 의해 1차적으로 프레스(210a,210b)와 강관(100)을 실링하며, 유압에 따라 상기 강관(100)의 내부에서 가변되는 가변부재(11a,11b)에 의해 탄성구조체(10a,10b)가 팽창압력을 받아 강관(100)의 내주연을 2차로 실링 유지할 수 있도록 함으로써, 기존의 하이드로포밍 성형장치에 비하여 실링효과를 극대화하여 용이하게 최종성형물을 성형할 수 있는 새로운 하이드로포밍 성형장치인 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 실링성을 개선하기 위한 자동차강관용 하이드로포밍 성형장치에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

1) 하이드로포밍 공법을 이용한 프레임 적용시 차체 강성이 증가하고 이로인해 충돌시 안전성이 확보되며 차량무게의 감소로 인한 차량의 성능향상을 도모하는 장점이 있다.

2) 하이드로포밍 공법을 이용한 프레임 생산은 기존의 프레스 성형공법과 스탬핑 공법으로 생산된 프레임에 비하여, 용접량이 감소하여 추가로 홀 압입(hole piercing) 공정을 삭제 가능하다.

3) 하이드로포밍 공법을 적용하면 기존의 프레스 공법에 비하여, 스크렙량이 크게 감소하고, 용접량이 크게 줄어드는 등 10% 이상의 원가절감 및 차체 경량화 효과를 거둘 수 있다.

Claims

일측의 중심부에 유체통로(230)를 갖고 있으며, 금형(200) 내에 장착된 강관(100)의 내측과 실링러버(220a,220b)에 의해 밀폐된 구조로 되어 있는 프레스(210a,210b)를 포함하는 하이드로포밍 성형장치에 있어서,

상기 프레스(210a,210b) 면에는 강관 내측면으로 팽창가능한 고무재질의 탄성구조체(10a,10b)를 일체로 부착고정하고, 상기 프레스(210a,210b)와 탄성구조체(10a,10b)의 중심부에는 그 탄성구조체(10a,10b)에 대해 팽창기능을 가지면서 유압에 의해 상하이동이 가능한 가변부재(11a,11b)를 삽입한 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 실링성을 개선하기 위한 자동차강관용 하이드로포밍 성형장치.
제1항에 있어서, 상기 가변부재(11a,11b)는 강관(100)의 안쪽에 형성된 가압면의 직경을 크게하고, 그 강관(100)의 입구쪽 방향으로 축소하여 경사지도록 한 원추대 구조인 것을 특징으로 하는 실링성을 개선하기 위한 자동차강관용 하이드로포밍 성형장치.
제1항에 있어서, 상기 유체통로(230)가 형성된 프레스(210a)의 타측에 일체형성된 탄성구조체(10b)와 프레스(210b)의 중심부에 삽입된 가변부재(11b)가 내부 유압에 의해 밀려나며, 그 움직임이 원활하도록 상기 프레스(210b)의 내부에는 입방체의 여유공간인 챔버(chamber)(12)가 형성된 것을 특징으로 하는 실링성을 개선하기 위한 자동차강관용 하이드로포밍 성형장치.