KR20040106593A - 하이드로포밍 제품의 강성 향상 방법 - Google Patents

하이드로포밍 제품의 강성 향상 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이드로포밍 제품의 강성 향상 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이드로포밍 공정중 프리포밍 단계를 파이프 소재의 일부가 그 내부로 들어가게 하여 보강재 역할을 하도록 한 하이드로포밍 제품의 강성 향상 방법에 관한 것이다
이를 위해, 본 발명은 상형 또는 하형 내면 중앙부에 보강재 형성용 바가 일체로 형성된 프리포밍 다이를 구비하는 단계; 상기 프리포밍 다이의 상형 및 하형 사이에 하이드로포밍을 위한 파이프 소재를 배치시키는 단계; 상기 상형 또는 하형을 구동시켜 상기 보강재 형성용 바가 상기 파이프 소재의 중앙부를 가압하는 동시에 안쪽으로 굽어지게 하여 이루어지는 프리포밍 단계; 상기 보강재 형성용 바에 의하여 안쪽으로 굽어진 파이프 소재의 내부에 액압을 가하여 원하는 형상으로 성형되게 하는 하이드로포밍 단계; 상기 하이드로포밍 단계후, 파이프 소재의 내부 중앙에 원소재의 보강재가 형성된 하이드로포밍 제품을 탈형시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이드로포밍 제품의 강성 향상 방법을 제공한다.

Description

하이드로포밍 제품의 강성 향상 방법{Method for improving strength of hydroforming products}
본 발명은 하이드로포밍 제품의 강성 향상 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하이드로포밍 공정중 프리포밍 단계를 파이프 소재의 일부가 그 내부로 들어가게 하여 보강재 역할을 하도록 한 하이드로포밍 제품의 강성 향상 방법에 관한 것이다.
통상적으로 자동차의 골격을 이루는 샤시류(엔진 프레임, 사이드 맴버 등)에 적용되는 프레임 등은 설계된 형상으로 정밀하게 성형할 수 있음은 물론, 제품의 무게, 강도(strength)특성, 강성(rigidity)을 향상시키면서 원가를 최소화하는 방법으로 제작되는 것이 바람직하다.
자동차에 적용되는 멤버류의 각종 프레임을 제작하는 기존의 방법은 두 개의 판재를 첨부한 도 3에 도시한 바와 같이 일반적인 스탬핑 방법을 이용하여 실시되고 있으나, 이는 복잡한 형상을 성형하는데 한계가 있고, 접합부에 대한 용접길이증가로 작업성이 좋지 않으며, 단품길이 증가로 품질 육성에 한계가 있었다.
따라서, 보다 정밀한 성형성을 제공하기 위하여 최근에 관심을 끌고 있는 공법으로 하이드로포밍 방법이 실시되고 있다.
상기 하이드로포밍 방법은 크게 튜브 하이드로포밍(tube hydroforming)과 판재 하이드로포밍(sheet hydroforming)으로 구분하고, 상기 판재 하이드로포밍은 금형다이와 함께 가압장치를 사용하므로 하이드로미케니컬 딥드로잉(hydromechanicaldeep drawing)이라고도 한다.
상기 튜브 하이드로포밍의 경우에는, 롤포밍으로 제조된 강관이나, 알루미늄 압출튜브(파이프)를 소재로 사용하며, 첨부한 도 2에 도시한 바와 같이 속이 빈 중공제품을 프리포밍 다이 내부에 위치시켜 최종 형상에 근접하게 성형한 다음, 중공제품의 내부에 액체를 이용한 압력을 가함으로써, 원하는 형상이 복잡한 형상이라도 용이하게 제조할 수 있고, 제품의 무게를 감소시켜 경량화 달성에 유리하며, 용접작업이 거의 필요없어 작업성을 크게 개선할 수 있다.
이러한 하이드로포밍 제품의 대표적인 응용 예는 자동차부품으로, 주로 프레임을 포함한 멤버, 서스펜션계와 배기계 등에 적용된다.
이와 같이, 기존에 스탬핑된 후에 용접하여 조립하던 자동차부품을 최근에는 보다 효율적인 하이드로포밍 부품으로 대체해 가는 추세에 따라, 보다 정밀한 성형을 위하여 하이드로포밍 소재에 대한 가공 방법 및 개선의 중요성이 부각되고 있다.
상술한 바와 같이 하이드로포밍 기술의 장점에도 불구하고, 현재 하이드로포밍 공법이 갖는 단점은 별도의 보강재를 추가하여 강성을 보다 향상시킬 수 없는 점에 있다.
즉, 기존의 스탬핑 공법은 상형 및 하형으로 나누어진 프레스를 이용하므로, 내부에 보강재를 얼마든지 용이하게 삽입하여 강성을 향상시킬 수 있었지만, 상기 하이드로포밍 공법은 프리포밍 과정에서 관 내부에 곡면이 형성되며 하이드로포밍 성형 제품 자체가 폐곡면을 이루기 때문에 관 내부에 보강재를 삽입하는 것이 불가능하다.
한편, 하이드로포밍 공법으로 제작된 제품에 대한 강성을 향상시키고자, 기존에는 별도의 보강파이프를 완성제품에 삽입하는 방법이 실시되고 있으나, 이는 별도의 보강파이프 삽입 작업이 추가되어 공수가 더 들게 되고, 제품 자체의 무게를 증가시켜 경량화에 역행하는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 단점을 극복하기 위하여 제안한 것으로서, 프리포밍 다이의 상형 또는 하형의 내면 중앙부에 돌출된 형태의 보강재 형성용 바를 일체로 형성하고, 하이드로포밍 공정중 프리포밍 단계에서 상기 보강재 형성용 바에 의하여 파이프 소재의 중앙부가 안쪽으로 움푹 굽어지게 한 후, 파이프의 내부에 액압을 가해줌으로써, 파이프 중앙부에 원소재의 일부가 마치 격벽을 이루며 보강재로 형성되어 달성되는 하이드로포밍 제품의 강성 향상 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 하이드로포밍 제품의 강성 향상 방법을 나타내는 개략도,
도 2는 종래의 하이드로포밍 공법을 나타내는 개략도,
도 3은 종래의 스탬핑 공법을 나타내는 개략도,
도 4a,4b,4c는 하이드로포밍 공법을 순서대로 보여주는 사진.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 프리포밍 다이 12 : 상형
14 : 하형 16 : 파이프
18 : 보강재 20 : 보강재 형성용 바
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상형 또는 하형 내면 중앙부에 보강재 형성용 바가 일체로 형성된 프리포밍 다이를 구비하는 단계; 상기 프리포밍 다이의 상형 및 하형 사이에 하이드로포밍을 위한 파이프 소재를 배치시키는 단계; 상기 상형 또는 하형을 구동시켜 상기 보강재 형성용 바가 상기 파이프 소재의 중앙부를 가압하는 동시에 안쪽으로 굽어지게 하여 이루어지는 프리포밍 단계; 상기 보강재 형성용 바에 의하여 안쪽으로 굽어진 파이프 소재의 내부에 액압을 가하여 원하는 형상으로 성형되게 하는 하이드로포밍 단계; 상기 하이드로포밍 단계후, 파이프 소재의 내부 중앙에 원소재의 보강재가 형성된 하이드로포밍 제품을 탈형시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이드로포밍 제품의 강성 향상 방법을 제공한다.
바람직한 구현예로서, 상기 프리포밍 단계에서, 상기 보강재 형성용 바가 파이프 소재의 중앙부를 가압시키는 동시에 중앙부와 대향되는 바닥면까지 닿을때까지 가압시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 설명한다.
첨부한 도 1은 본 발명에 따른 하이드로포밍 제품의 강성 향상 방법을 나타내는 개략도이다.
본 발명은 하이드로포밍 제품의 내부에 원소재의 보강재를 형성하여, 제품의 강성을 크게 향상시키는데 그 주된 특징이 있다.
대개, 하이드로포밍 공법은 성형할 파이프를 설계된 형상대로 프리벤딩(Pre-bending)하는 단계(도 4a 참조)와, 속이 빈 중공제품을 프리포밍 다이 내부에 위치시켜 최종 형상에 근접하게 프리포밍(Pre-Forming)하는 단계(도 4b 참조)와, 중공제품의 내표면에 액체를 이용한 압력을 가함으로써, 원하는 형상으로 성형이 되도록 한 하이드로포밍(Hydroforming)단계(도 4c 참조)로 이루어진다.
여기서 본 발명에 따른 프리포밍 다이(10)를 새롭게 구비하게 되는데, 첨부한 도 1에서 보는 바와 같이 프리포밍 다이(10)의 상형(12) 또는 하형(14)중 하나에 보강재 형성용 바(20)를 일체로 형성하게 된다.
보다 상세하게는, 상기 프로포밍 다이(10)의 상형(12) 또는 하형(14)의 내면 중앙부에 상하로 세워진 형태의 보강재 형성용 바(20)를 일체로 형성하게 된다.
이렇게 프로포밍 다이(10)를 구비한 다음, 상형(12) 및 하형(14) 사이에 하이드로포밍을 위한 파이프(16) 소재를 배치시키게 된다.
다음으로, 상기 상형(12) 또는 하형(14)을 구동시켜 상기 보강재 형성용 바(20)가 상기 파이프(16) 소재의 중앙부를 가압하는 동시에 안쪽으로 굽어지게 하는 프리포밍 단계를 진행하게 된다.
즉, 상기 보강재 형성용 바(20)가 파이프(16) 소재의 상면 중앙부를 가압하는 동시에 파이프(16) 소재의 상면 중앙부가 안쪽으로 움푹 들어가게 된다.
이때, 상기 보강재 형성용 바(20)가 파이프(16) 소재의 중앙부를 가압시키되, 가압력을 받은 중앙부가 대향되는 위치에 있는 파이프(16)의 하단 바닥면까지 닿을때까지 가압시키게 된다.
따라서, 상기 파이프(16) 소재의 내부에 격벽과 같은 보강재(18)가 형성되어진다.
다음으로, 상기 파이프(16) 소재의 내부에 액압을 가하여 원하는 형상으로 성형되게 하는 하이드로포밍 단계를 진행하게 되고, 마지막으로, 하이드로포밍 단계후, 파이프(16) 소재의 내부 중앙에 원소재의 보강재가 형성된 하이드로포밍 제품을 탈형시키는 단계를 진행하게 된다.
이와 같은 방법으로 하이드로포밍 제품의 내부에 수직으로 세워진 원소재의 보강재가 형성됨에 따라, 하이드로포밍 제품의 강성을 용이하게 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 하이드로포밍 제품의 강성 향상 방법에 의하면, 하이드로포밍 공정중 프리포밍 단계에서 파이프의 내부에 원소재의 보강재를 형성하여 줌으로써, 하이드로포밍 제품의 강성을 용이하게 향상시킬 수 있는 장점을 제공한다.
특히, 굽힘 강성이 필요한 제품의 경우에 보강재 방향을 굽힘응력을 받는 방향과 평행하게 형성하게 되면 기존의 하이드로포밍 제품보다 더 큰 강성을 얻을 수 있다.
본 발명의 방법은 용접공정이 필요없이 보강재를 손쉽게 성형 소재의 내부에 자동 생성되게 함으로써, 기존에 하이드로포밍 제품의 내부에 별도의 보강재를 삽입시키는 것보다 더 효율적으로 강성을 증대시킬 수 있고, 제조원가를 크게 절감시킬 수 있으며, 경량화 달성에도 매우 효과적인 잇점이 있다.

Claims (2)

  1. 상형(12) 또는 하형(14)의 내면 중앙부에 보강재 형성용 바(20)가 일체로 형성된 프리포밍 다이(10)를 구비하는 단계;
    상기 프리포밍 다이(10)의 상형(12) 및 하형(14) 사이에 하이드로포밍을 위한 파이프(16) 소재를 배치시키는 단계;
    상기 상형(12) 또는 하형(14)을 구동시켜 상기 보강재 형성용 바(20)가 상기 파이프(16) 소재의 중앙부를 가압하는 동시에 안쪽으로 굽어지게 하여 이루어지는 프리포밍 단계;
    상기 보강재 형성용 바(20)에 의하여 안쪽으로 굽어진 파이프(16) 소재의 내부에 액압을 가하여 원하는 형상으로 성형되게 하는 하이드로포밍 단계;
    상기 하이드로포밍 단계후, 상기 파이프(16) 소재의 내부 중앙에 원소재의 보강재(18)가 형성된 하이드로포밍 제품을 탈형시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 하이드로포밍 제품의 강성 향상 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프리포밍 단계에서, 상기 보강재 형성용 바(20)가 파이프(16) 소재의 상단 중앙부를 가압시키되, 중앙부와 대향되는 바닥면까지 닿을때까지 가압시키는 것을 특징으로 하는 하이드로포밍 제품의 강성 향상 방법.
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