KR20050116183A

KR20050116183A - 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임 및 그 성형방법

Info

Publication number: KR20050116183A
Application number: KR1020040041231A
Authority: KR
Inventors: 김재중
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2005-12-12
Also published as: JP2005350048A; US20050269856A1; KR100590947B1; DE102004062946A1; DE102004062946A8; CN1706687A

Abstract

본 발명은 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임 및 그 성형방법에 관한 것으로서, 기존의 스틸 프레스 시트백 프레임 대비, 마그네슘 합금의 특성 중, 특히 강성 등의 단점을 보완하고, 장점인 중량, 주조성 측면은 획기적으로 향상시킬 수 있도록 마그네슘 합금 주조 특성에 기초를 두고, 마그네슘 합금재 시트백 프레임의 주조단계에서 가장 중요하게 고려되어야 할 유동해석 결과에 근거한 최적의 시트백 프레임을 성형하는데 있다. 이를 위하여 본 발명은 시트백 프레임의 프레임 하우징의 전측 및 좌우측 방향으로 'ㄷ'자 형상의 단면을 갖도록 형성하는 동시에 전면부에 돌출한 띠형태의 보강부를 적용하여 강성을 향상시키며, 특히 헤드레스트의 장착 구조를 분리형으로 하여 현재 개발된 두 종류의 헤드레스트를 선택적으로 장착할 수 있을 뿐만 아니라 새로운 개발품이 있더라도 장착에 대처하기가 용이한 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임에 관한 것이다. 또한, 다이캐스팅 공법을 이용하여 주조시 사방으로 용탕이 분산되어 주입될 수 있도록 금형의 중간부에 주조 게이트를 설치하여 고압 주조될 수 있도록 한 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임의 성형방법에 관한 것이다.

Description

자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임 및 그 성형방법{Magnesium back frame for automotive-seat system and its manufacturing method}

본 발명은 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임 및 그 성형방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존의 스틸 프레스 시트백 프레임 대비, 마그네슘 합금의 특성 중, 특히 강성 등의 단점을 보완하고, 장점인 중량, 주조성 측면은 획기적으로 향상시킬 수 있도록 마그네슘 합금 주조 특성에 기초를 두고, 마그네슘 합금재 시트백 프레임의 주조단계에서 가장 중요하게 고려되어야 할 유동해석 결과에 근거한 최적의 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임 및 그 성형방법에 관한 것이다.

최근, 자동차의 고급화에 따라 시트는 법규 제한, 안전도 및 편의성 향상에 대한 요구로 중량이 점차 증가하는 추세에 있다.

이에 따른 경량화의 대안으로서, 기존의 스틸재에서 경량재로 변경한 시트 프레임을 확대 적용하고 있는 추세이다.

특히, 고압 주조법을 이용하여 제조한 마그네슘 합금 시트 프레임은 일체화 구조 설계가 가능하기 때문에, 경량 재료로 대체해서 발생하는 비용 증가를 조립공정 절감으로 가격 현실화를 이룰 수 있다.

더욱이 고압 주조법의 특성으로 인해 반복적인 대량 생산이 용이하고, 치수의 정확도가 높아 노이즈 감소 등을 최대화 할 수 있는 장점이 있다.

이때, 스틸에 비해 기본적인 물성이 열악한 마그네슘 합금을 시트백 프레임에 적용할 경우, 이를 고려한 개념 설계가 반드시 이루어져야 한다.

특히, 시트백 프레임의 전반적인 형상은 강성에 큰 영향을 미치기 때문에 중요한 바, 상기 마그네슘 합금재 시트백 프레임에 강성을 보완하기 위해 리브를 삽입하기도 하며, 주변 부품을 장착하기 위한 브라켓을 일체화하는데도 용이하다.

그러나, 기존의 스틸 프레스 제품에 비하여 기본적인 물성이 열악한 고압 주조법을 이용하여 마그네슘 합금을 시트백 프레임에 적용할 경우, 이를 고려한 개념 설계가 반드시 요구된다.

이러한 마그네슘 합금재 시트백 프레임은 주조적인 측면을 고려한다면 오히려 스틸 프레스 제품보다 우수한 구조로 설계할 수 있다.

특히, 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임을 성형함에 있어서, 일반적인 마그네슘 합금재의 두께가 2.0 ~ 3.0mm 정도로 얇기 때문에 그 제조 방안은 새롭게 설계된 제품의 완성도를 이루는데 가장 중요한 단계임이 자명하다.

따라서, 경쟁 제조업체들은 그 방안(주조 게이트 설치 위치 및 시간에 따른 용탕의 흐름)을 철저히 비밀에 부치고 있는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 시트백 프레임의 프레임 하우징의 전측 및 좌우측 방향으로 'ㄷ'자 형상의 단면을 갖도록 형성하는 동시에 전면부에 돌출한 띠형태의 보강부를 적용하여 강성을 향상시키고, 특히 헤드레스트의 장착 구조를 분리형으로 하여 현재 개발된 두 종류의 헤드레스트를 선택적으로 장착할 수 있을 뿐만 아니라 새로운 개발품이 있더라도 장착에 대처하기가 용이한 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임을 성형함에 있어서, 다이캐스팅 공법을 이용하여 주조시 사방으로 용탕이 분산되어 주입될 수 있도록 금형의 중간부에 주조 게이트를 설치하여 고압 주조될 수 있도록 한 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임의 성형방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

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

본 발명은, 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임에 있어서,

집중 응력에 취약한 프레임 하우징(10)의 전측 및 좌우측 방향으로 단면이 'ㄷ'자 형상인 보강 프레임(11)을 일체 형성하고, 그 전면 프레임에 띠형상의 보강부(12)를 일체 형성한 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 보강부(12)는 리클라이너 부위가 가장 두껍고, 넓으며 헤드레스트 부위로 갈수록 얇고 좁아지는 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프레임 하우징(10)에 헤드레스트 장착시 이를 가이드하는 가이드 브라켓(13,14)은 체결수단에 의해 프레임 하우징(10)의 체결홀(15)에 고정되는 분리형 브라켓구조를 더 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 체결홀(15)은 프레임 하우징(10) 후면으로 너트가 돌출되지 않도록 일정한 간격을 두고 전측 방향으로 돌출 형성된 것을 특징으로 한다.

자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임을 성형함에 있어서,

다이캐스팅 공법을 이용하여 주조시 사방으로 용탕이 분산되어 주입될 수 있도록 금형(20)의 중간부에 주조 게이트(25)를 설치하되, 상기 주조 게이트(25)를 통한 용탕의 주입 속도를 4.5 ~ 5.5 m/sec, 가압력을 500 ~ 700 bar로 하며, 그 주입 속도에 도달할 때까지의 피스톤의 이동 거리를 150 ~ 250 mm로 형성하는 것을 특징으로 한다.

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

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임으로서, 보강부의 장착상태를 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임으로서, 프레임 하우징(10)의 좌우 측면부에 형성된 보강 프레임을 나타내는 도면이다.

본 발명은 시트백 프레임에 있어서, 기존의 프레스 공정을 통한 스틸재의 시트백 프레임을 배제하고, 대신에 고압 주조 공정을 통한 마그네슘 합금재의 시트백 프레임로 변경하며, 그로 인한 기계적인 물성의 보완은 형상 변경과, 보강수단 추가 및 유동해석을 통한 주조 게이트의 설치 위치 등을 개선하여 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임에 관한 것이다.

본 발명에서 언급하는 시트백 프레임에 사용된 마그네슘 합금과 비교시 기본 물성에 차이가 있는 바, 마그네슘 합금의 특성 중, 특히 강성 등의 단점을 보완할 수 있도록 형상 변경과 보강수단 추가 및 주조 게이트 설치위치 등을 고려하여 동등한 기계적 성능을 확보할 수 있도록 하고, 반면에 상대적으로 우수한 경량화 등은 물성의 변화가 일어나지 않도록 하는 상태에서 그대로 진행될 수 있도록 한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 마그네슘 합금재 시트백 프레임은, 특히 기존의 시트백 프레임과 동일 강성을 유지할 수 있도록 형상 변경을 실시하는 바, 기존의 판넬, 파이프, 바아(bar) 등, 여러 부품들로 조립 구성되어 있는 시트백 프레임 대신에, 본 발명은 통상의 주조 공법을 이용하여 일체화하도록 되어 있다.

즉, 기존의 시트백 프레임에 비해 향상된 강성을 갖도록 한 구조로 되어 있는 바, 프레임 하우징(10)의 전측 및 좌우측 방향으로 단면이 'ㄷ'자 형상으로 이루어진 보강 프레임(11)를 적용하는 동시에, 그 전면 프레임에 띠형상의 보강부(12)를 적용하게 된다.

이때, 상기 보강부(12)는 리클라이너 부위가 가장 두껍고, 넓으며 헤드레스트 부위로 갈수록 얇고 좁아지는 구조로 되어 있다.

이와 같이, 상기 보강 프레임(11) 및 보강부(12)와 같은 보강수단은, 충돌 등과 같은 외부로부터의 집중 응력에 취약한 부분에 응력 해소를 위해서 형성하게 되는 바, 실제로 시트백 프레임의 모멘트 시험에서, 스틸재 프레임은 최대 345kg/m인데 비하여, 본 발명의 바람직한 구현예인 마그네슘재 프레임은 450kg/m 이상으로 매우 우수하다.

한편, 시트백 프레임은 충돌시 승객의 머리 및 목 부위를 보호하는 차원에서 헤드레스트를 장착하는 것이 필수적인 바, 상기 헤드레스트 장치는 통상 기능에 따라 두 종류로 구분되고 있다.

하나는 충돌시 승객의 등이 시트백을 밀면 시트백 내에 장착된 서스펜션에 의해 헤드레스트가 일정한 궤적을 따라 전방으로 이동하여 보호해주는 액티브 헤드레스트장치이며, 다른 하나는 그대로 고정되어 있으면서 보호해주는 넌(non)액티브 헤드레스트장치이다.

이러한 시트백 프레임에 장착되는 헤드레스트에 있어서, 기존의 두 종류 중, 한 종류만을 장착할 수 있도록 일체화된 브라켓을 배제하고, 상기 액티브 및 넌액티브 헤드레스트를 프레임 하우징(10)에 각각 선택적으로 조립하여 적용할 수 있는 분리형 브라켓구조로 변경함으로서, 새로운 개발품의 적용이 있더라도 장착에 대한 대처가 용이함은 물론, 용접 공정이 삭제됨에 따라 발생하는 비용 절감을 도모할 수 있게 된다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임에 적용 가능한 액티브 헤드레스트장치 및 넌액티브 헤드레스트장치의 가이드 브라켓을 나타내는 사시도로서, 첨부된 도면을 참조하여 이를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 시트백 프레임에 적용되는 가이드 브라켓(13,14)은 각각 볼트 등과 같은 체결수단을 통해 고정될 수 있도록 되어 있는 바, 도 4에 도시된 액티브 헤드레스트 장치의 가이드 브라켓(13)은, 액티브 헤드레스트장치가 궤적을 갖고 이동할 수 있도록 가이드 역할을 하는 브라켓으로, 상대적으로 큰 힘을 받지 않기 때문에 단순 구조로 되어 있으며, 따라서 프레임 하우징(10)에 장착할 수 있는 브라켓홀(16)이 3개로 한정되며, 중량을 최소화할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 넌액티브 헤드레스트장치의 가이드 브라켓(14)은, 프레임 하우징(10)에 대한 브라켓홀(16)이 5개로 형성되는 바, 이는 상기 액티브 헤드레스트장치의 가이드 브라켓(13)보다 상대적으로 큰 힘을 받아도 견딜 수 있도록 하기 위함이다.

이때, 상기 브라켓홀(16)은 각각의 가이드 브라켓(13,14)을 고정시 서로 중복되어 사용될 수 있도록 되어 있다.

여기서, 도 7에 도시된 바와 같이, 볼트 체결홀(15)의 단면도를 보면, 프레임 하우징(10) 후면으로 너트가 돌출되지 않도록 일정한 간격을 두고 전측 방향으로 돌출 형성되어 있어 체결수단의 조립에 별 문제가 없도록 되어 있다.

따라서, 이러한 마그네슘 합금으로 이루어진 시트백 프레임의 형상 변경 및 보강수단의 추가 등을 통해서 동일한 기계적 물성을 확보하는 동시에 경량화를 이룰 수 있게 된다.

한편, 시트백 프레임의 성형 단계는 최적화된 설계를 제품에 최대한 반영하기 위한 가장 중요한 단계이며, 특히 주조 단계를 최적화하는 것이 본 발명의 가장 중요한 핵심 중 하나로써, 마그네슘 합금을 이용하여 시트백 프레임을 성형시 게이트 방안을 최적으로 하여 빠른 응고를 수행할 수 있기 때문에 고속 다이캐스팅 공법으로 주조를 해야 하며, 이런 이유로 해서 유동 해석을 통한 주조 게이트(25)의 설치 위치를 설정하는 것이 무엇보다도 중요하다.

즉, 한정된 공간 내에 설치된 복잡한 통로로 용탕이 흘러 들어가 채워질 경우, 주조 게이트(25)의 어느 위치에서 용탕이 주입되느냐에 따라 채워지는 방법이 달라지게 되므로 이를 응용하여 본 발명의 바람직한 구현예를 이룰 수 있게 된다.

도 8은 본 발명에 따른 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임 주조시의 주조 게이트(25) 설치위치 및 시간에 따른 용탕의 흐름을 나타내는 도면으로서, 이와 같은 시트백 프레임의 성형 공법은 첨부된 도면에서와 같이, 용탕이 상대적으로 가까운 좌우 측면 영역을 균일하게 채워지면서 흐르는 경향을 가진 것으로서, 금형(20)의 중간 위치에 주조 게이트(25)를 설치하고, 이를 통해 상기 금형(20) 내에 주입되는 용탕의 흐름이 사방으로 분산되는 바, 프레임 하우징(10)과 쿠션 프레임(미도시)을 연결하는 리클라이너 부분 및 그 하단 부분을 채우고 양측면을 채운 다음에, 최종적으로 그 상단을 채우는 순서로 되어 중간에서 서로 만나지 않고 끝부분을 채우게 되므로 주조 결함 발생을 줄이게 된다.

이는 좌우 측면 부분이 시트백 프레임을 지지하여 주는 주요부분이라는 점을 고려한 것이며, 특히 기존의 성형 방안보다 금형(20)에 대한 용탕의 주입 완료시간이 짧기 때문에 신속하게 응고되는 마그네슘 합금재에 긍정적으로 부합된다.

이러한 성형 공법을 이용하여 주조 공정을 수행할 경우, 주조 게이트(25)를 통한 용탕의 주입속도는 현재의 마그네슘 주조 특성을 고려하여 4.5 ~ 5.5 m/sec, 더욱 상세하게는 5.0 m/sec로 하며, 가압력은 500 ~ 700bar, 더욱 상세하게는 600bar로 하며, 그 주입 속도에 도달할 때까지의 피스톤의 이동 거리를 150 ~ 250 mm, 더욱 상세하게는 200mm로 형성하는 것이 바람직하다.

이때, 최적의 성형 조건은 변수를 달리하여 실험적으로 얻어진 것이며, 다른 조건에서는 바람직한 게이트 방안이라 할 지라도 미성형이 없는 양질의 제품을 얻기 어렵다.

따라서, 본 발명의 바람직한 구현예를 통한 주조 방안은, 용탕이 서로 만나게 될 경우, 금형(20) 내에 가스가 갇히거나 난류에 의한 주조 결합의 발생을 미연에 방지할 수 있게 되므로 자동차용 시트백 프레임을 성형시 최적으로 성형할 수 있는 방안을 마련할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임 및 그 성형방법에 의하면, 시트백 프레임의 프레임 하우징의 전측 및 좌우측 방향으로 'ㄷ'자 형상으로 형성하는 동시에 그 전면부에 돌출형태의 보강부를 적용하여 강성을 향상시키고, 특히 헤드레스트의 장착 구조를 분리형으로 하여 현재 개발된 두 종류의 헤드레스트를 선택적으로 장착할 수 있을 뿐만 아니라 새로운 개발품이 있더라도 장착에 대처하기가 용이한 효과가 있다.

또한, 또한, 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임을 성형함에 있어서,

다이캐스팅 공법을 이용하여 주조시 사방으로 용탕이 분산되어 주입될 수 있도록 금형의 중간부에 주조 게이트를 설치하여 금형 내에 가스가 갇히거나 난류에 의한 주조 결합의 발생을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임을 나타내는 도면,

도 2는 본 발명에 따른 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임으로서, 보강부의 장착상태를 나타내는 도면,

도 3은 본 발명에 따른 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임으로서, 프레임 하우징의 좌우 측면부에 형성된 보강 프레임을 나타내는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임에 적용 가능한 액티브 헤드레스트장치의 가이드 브라켓을 나타내는 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임에 적용 가능한 넌(non)액티브 헤드레스트장치의 가이드 브라켓을 나타내는 사시도,

도 6은 본 발명에 따른 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임에 액티브 헤드레스트 브라켓이 장착된 상태를 나타내는 도면,

도 7은 도 6의 'A-A'선 단면도,

도 8은 본 발명에 따른 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임 주조시의 주조 게이트 설치위치 및 시간에 따른 용탕의 흐름을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 프레임 하우징 11 : 보강 프레임

12 : 보강부 13 : 가이드 브라켓(액티브 헤드레스트장치)

14 : 가이드 브라켓(넌액티브 헤드레스트장치)

15 : 체결홀 16 : 브라켓홀

20 : 금형 25 : 주조 게이트

Claims

자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임에 있어서,

집중 응력에 취약한 프레임 하우징(10)의 전측 및 좌우측 방향으로 단면이 'ㄷ'자 형상인 보강 프레임(11)을 일체 형성하고, 그 전면 프레임에 띠형상의 보강부(12)를 일체 형성한 것을 특징으로 하는 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임.
청구항 1에 있어서, 상기 보강부(12)는 리클라이너 부위가 가장 두껍고, 넓으며 헤드레스트 부위로 갈수록 얇고 좁아지는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임.
청구항 1에 있어서, 상기 프레임 하우징(10)에 헤드레스트 장착시 이를 가이드하는 가이드 브라켓(13,14)은 체결수단에 의해 프레임 하우징(10)의 체결홀(15)에 고정되는 분리형 브라켓구조를 더 포함한 것을 특징으로 하는 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임.
청구항 3에 있어서, 상기 체결홀(15)은 프레임 하우징(10) 후면으로 너트가 돌출되지 않도록 일정한 간격을 두고 전측 방향으로 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임.
자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임을 성형함에 있어서,

다이캐스팅 공법을 이용하여 주조시 사방으로 용탕이 분산되어 주입될 수 있도록 금형(20)의 중간부에 주조 게이트(25)를 설치하되, 상기 주조 게이트(25)를 통한 용탕의 주입 속도를 4.5 ~ 5.5 m/sec, 가압력을 500 ~ 700 bar로 하며, 그 주입 속도에 도달할 때까지의 피스톤의 이동 거리를 150 ~ 250 mm로 형성하는 것을 특징으로 하는 자동차용 마그네슘 합금재 시트백 프레임의 성형방법.