KR20110000430A - 자동차의 프론트사이드멤버 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 프론트사이드멤버 및 그 제조방법에 관한 것으로, 다단계의 롤포밍단계를 실시함으로써 고장력강판을 이용하여 프론트사이드멤버(10)를 제조할 수 있게 된다.

상기 프론트사이드멤버(10)는 하나의 고장력강판으로 이루어져, 4각 폐단면 형상 중 한쪽 모서리부만 점용접으로 접합되므로 점용접부가 감소되어 구조적 강성이 향상되며, 또한 충돌시 변형 거동이 균일해진다.

프론트사이드멤버, 사이드멤버, 프레임

Description

자동차의 프론트사이드멤버 및 그 제조방법{a front side member of a car and manufacturing method for it}

본 발명은 자동차의 프론트사이드멤버 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 고장력강판으로 프론트사이드멤버의 제조가 가능해지고, 점용접부가 감소되어 구조적인 강성이 향상되고 변형 거동이 균일해질 수 있도록 된 자동차의 프론트사이드멤버 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차의 프론트사이드멤버는 엔진룸의 양측면에 차량의 전후방향으로 설치된 것으로 차량의 전방 충돌시 충격을 흡수하여 운전자와 승객이 받는 충격을 감소시키고 차실의 변형을 최소화함으로써 운전자와 승객을 보호하기 위한 부품이다.

종래에는 강판을 프레스 가공하여 내측패널과 외측패널을 각각 제작하고, 상기 외측패널과 외측패널의 각 상부플랜지들과 하부플랜지들을 서로 맞대어 점용접함으로써 제작하였다.

상기 점용접 구간은 용접부와 용접부 사이가 접합되어 있지 않으므로 구조적 강성이 취약하였다.

또한, 동일한 이유에 의해 충돌시 변형 거동이 균일하지 않으며, 이에 충돌 시 예기치 않은 과도 변형이 발생될 수 있어 운전자 및 승객의 안전성이 위협받고 있다.

따라서, 강성 증대를 위하여 고장력강판(80Kgf/㎟ 이상)을 사용하고자 하였으나 고장력강판은 성형성이 부족하여 프레스 가공을 통해 복잡한 형상을 성형할 수 없으므로 프론트사이드멤버의 제조가 곤란하다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 사항을 감안하여 발명된 것으로, 프론트사이드멤버를 고장력강판으로 제조할 수 있게 되고, 점용점 구간의 면적이 감소됨으로써 구조적 강성이 증가되고, 변형 거동의 균일성이 확보되어 충돌시 운전자 및 탑승객을 보다 효과적으로 보호할 수 있도록 된 자동차의 프론트사이드멤버 및 그 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차의 프론트사이드멤버는,

고장력 강판이 절곡 변형되어 내측면과 외측면과 상부면과 하부면으로 이루어진 4각 폐단면을 형성하고,

상기 4각 폐단면에서 한쪽 모서리 부분만 상호 점용접된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내측면에 길이방향을 따라 사다리꼴 단면 형상의 홈이 형성된 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 자동차의 프론트사이드멤버 제조방법은,

고장력강판을 점진적으로 절곡 변형시켜 4각 폐단면 형상의 단면을 가지는 직선형 관 부재를 제작하는 롤포밍단계와;

상기 관 부재를 완성 제품의 치수에 가깝게 절단하는 절단단계와;

상기 4각 폐단면에서 한쪽 모서리 부분만 상호 점용접하는 점용접단계와;

상기 관 부재의 후반부를 하방으로 구부려 최종 형상과 치수를 완성하는 스트레치벤딩단계;

를 포함한다.

또한, 상기 롤포밍단계는 상기 고장력강판의 일측 단부를 절곡하여 사다리꼴 단면 형상의 홈과 플랜지를 갖춘 내측면을 성형하는 내측면성형단계와;

상기 고장력강판의 타측 단부를 절곡하여 상부면을 성형하는 상부면절곡단계와;

상기 내측면과 상부면 사이의 중간부분을 점진적으로 절곡하여 하부면과 외측면을 성형하는 하부면 및 외측면절곡단계;

상기 내측면과 하부면과 외측면과 상부면 사이의 각도를 감소시켜 내측면의 플랜지와 상부면의 플랜지가 상호 맞닿도록 하는 플랜지맞대기단계;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 프론트사이드멤버는, 고장력강판으로 이루어지고 점용접부가 감소됨으로써 강도가 향상되어 운전자 및 탑승객을 보다 안전하게 보호할 수 있게 된다.

또한, 프론트사이드멤버가 하나의 부품(중간제품)만을 이용하여 제조됨으로써 공정이 단순화되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 프론트사이드멤버 제조 방법에 의하면, 다단의 롤포밍 단계를 통해 성형성이 부족한 고장력강판을 이용하여 프론트사이드멤버를 제조할 수 있게 되는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 프론트사이드멤버의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도로서, 프론트사이드멤버의 단면도이다.

프론트사이드멤버(10)는 사이드멤버(20)의 전단에 용접 결합되어 엔진룸의 양쪽 측부 골격을 이룬다.

상기 프론트사이드멤버(10)는 내측면(11)과, 상기 내측면(11)의 하단이 횡방향 외측으로 절곡된 하부면(13)과, 상기 하부면(13)의 외측단이 상방향으로 절곡 된 외측면(14)과, 상기 외측면(14)의 상단이 횡방향 내측으로 절곡된 상부면(12)으로 이루어진 4각 폐단면 형상의 단면 형상을 갖는다.

그리고, 상기 내측면(11)의 상단과 상부면(12)의 횡방향 내측단에 형성된 각각의 플랜지(11b,12a)가 상호 맞대어져 점용접으로 접합된다.

상기 내측면(11) 상단의 플랜지(11b)는 내측면(11) 상단이 횡방향 내측으로 절곡되어 형성되며, 상기 상부면(12)의 플랜지(12a)는 상부면(12)의 내측 단부가 상기 내측면(11)의 플랜지(11b)에 맞닿는 각도로 미세하게 절곡되어 형성된다. 경우에 따라서는 상기 상부면(12)과 플랜지(12a)의 경계가 명확하지 않을 수도 있다.

본 발명에 따른 상기 프론트사이드멤버(10)는 프레스 가공으로는 성형이 곤란한 고장력강판을 이용하여 제작된다.

또한, 복수의 부품을 상호 용접하여 제작하는 것이 아니라 하나의 모재로 제작된다. 즉, 단면도인 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 내측면(11), 하부면(13), 외측면(14) 및 상부면(12)과 상기 플랜지(11b,12a)들이 하나의 판재로부터 성형된 것이다.

또한, 점용접을 실시하는 부분이 4각 폐단면 형상인 단면 형상에서 상부 내측 모서리부에 한정된다.

이와 같이 프론트사이드멤버(10)가 고장력강판으로 이루어져 소재 자체의 강도가 향상되었고, 또한 하나의 부품으로 이루어지므로 구조적 안정성이 향상되며, 점용접부가 감소되었으므로(종래에는 내측면의 상부 모서리와 하부 모서리가 모두 점용접 되는 구간이었다.) 이 또한 구조적 강성 증대의 한 요인이 된다.

또한, 상기 프론트사이드멤버(10)의 내측면(11)에는 중간 높이에 사다리꼴 단면 형상의 홈(11a)이 프론트사이드멤버(10)의 길이방향 전체에 걸쳐 형성되어 있는데, 이 홈(11a) 역시 길이방향의 강성을 증대시키는 역할을 한다.

또한, 상기 프론트사이드멤버(10)는 상기와 같이 점용접부가 감소되었으므로 충돌시 변형 거동의 균일성이 향상된다.

따라서, 설계단계에서 상기 프론트사이드멤버(10)의 변형 거동을 보다 정확히 예측하여, 충격을 최대로 흡수하면서 차실내 변형이 크지 않도록 강도 및 치수 설계를 하는 것이 가능해진다.

따라서, 운전자 및 조수석 탑승자를 보다 효과적으로 보호할 수 있게 된다.

이제, 상기 프론트사이드멤버의 제조방법을 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 프론트사이드멤버 제조방법은, 롤포밍단계(S10)와, 절단단계(S20)와, 점용접단계(S30) 및 스트레치벤딩단계(S40)를 포함한다.

상기 롤포밍단계(S10)는 상부롤금형과 하부롤금형의 사이로 고장력강판을 통과시키면서 여러 단계의 롤포밍단계들을 연속적으로 실시하여, 평평한 형상의 고장력강판을 점진적으로 구부려, 최종적으로 4각 폐단면 형상의 단면을 가지는 직선형 관 부재를 형성하는 것이다.

이를 위해 상부롤금형과 하부롤금형은 각 단계마다 고장력강판을 점진적으로 구부려 가는데 적합한 형상으로 변형된다. 상부롤금형과 하부롤금형의 세부 형상은 고장력 강판의 성형성을 고려한 각 성형단계마다의 제품 형상에 따라 결정되는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

상기 롤포밍단계(S10)는 도 4에 도시된 바와 같이 전체적으로 20쌍의 롤금형을 이용하여 최종 형상을 점진적으로 성형해 나가게 되는데, 크게 내측면성형단계(S11)와, 상부면절곡단계(S12)와, 하부면 및 외측면절곡단계(S13)와, 플랜지맞대기단계(S14)로 이루어진다.

상기 내측면성형단계(S11)에서는 고장력강판의 전체 폭에 있어서, 일측 단부를 구부려 내측면(11)을 형성하되, 세부적으로 상기 내측면(11)에는 중간부분에 사다리꼴 단면 형상의 홈(11a)이 형성되고, 단부에는 플랜지(11b)가 형성된다.

상기 상부면절곡단계(S12)에서는 상기와 같이 내측면(11)이 성형된 고장력강판의 타측 단부를 점진적으로 절곡하여 상부면(12)을 형성한다. 이 상부면절곡단 계(S12)에서 상부면(12)의 단부를 미세하게 구부려 플랜지(12a)를 형성할 수 있다. 그러나 상기 플랜지(12a)는 이후 단계인 하부면 및 외측면절곡단계(S13)나 마지막의 플랜지맞대기단계(S14)에서 형성되어도 무방하다.

상기 상부면절곡단계(S12)가 끝나면 고장력강판은 전체적으로 대략 U자형(밑변이 평평한) 형상을 갖게 된다.

이후, 상기 하부면 및 외측면절곡단계(S13)에서는 상기 내측면(11)과 상부면(12) 사이의 평평한 부분의 중간부분을 점진적으로 절곡하여 하부면(13)과 외측면(14)을 동시에 성형한다.

상기 하부면 및 외측면절곡단계(S13)가 종료되면 4각 폐단면을 이루는 각 면의 형상은 완성되며, 잔류 응력에 의해 각 면사이의 각도만 최종 각도에 비해 다소 큰 상태로 벌어져 있게 된다.

마지막으로 상기 플랜지맞대기단계(S14)에서는 상기 내측면(11)과 하부면(13)과 외측면(14)과 상부면(12) 사이의 각도를 감소시켜(잔류응력 제거) 내측면(11)의 플랜지(11b)와 상부면(12)의 플랜지(12a)가 상호 맞닿는 완성 단면 형상을 갖도록 형성한다.

상기와 같은 고장력강판의 점진적인 변형 모습은 도 5에서 확인할 수 있다.

한편, 상기와 같은 롤포밍단계(S10)를 통해 일측 모서리의 플랜지가 서로 맞닿는 4각 폐단면 형상의 성형을 완료하면 길이가 긴 사각관 형상의 중간제품이 되며, 상기 중간제품은 상기 절단단계(S20)에서 완성 제품의 치수에 가깝게 절단된다.

이어, 상기 내측면(11)의 플랜지(11b)와 상부면(12)의 플랜지(12a)를 일정 간격(예; 10cm 간격)으로 점용접을 실시한다.(W는 점용점점을 나타낸다.)

이어 마지막으로 상기 스트레치벤딩단계(S40)을 실시한다.

스트레치벤딩(stretch bending)은 제품의 양단을 각각 클램프에 고정하고, 제품의 중간부분에 성형용 펀치다이를 접촉시킨 후 가압하여 소성영역에서 인장 변형을 통해 최종 형상을 성형하는 방법으로서 소재의 최대응력과 연신한계 70%까지 성형이 가능하고 단면 형상 정도가 우수한 성형법이다.

상기 스트레치벤딩단계(S40)에서 직선 사각관 형상의 중간제품의 후반부(설치상태에서 후반부로서 도 1의 사이드멤버(20)에 연결되는 부분)를 하방으로 구부려 프론트사이드멤버(10)의 최종 형상을 완성하며, 이 단계에서 최종 치수(길이)도 결정된다.

이상과 같은 방법에 의해 고장력강판으로 프론트사이드멤버를 제작할 수 있게 되며, 그러한 프론트사이드멤버의 장점은 전술한 바와 같다.

한편, 상기 본 발명에 따른 프론트사이드멤버는 소재 자체의 강도가 높으므로 제품의 두께를 얇게 할 수 있으므로 제품의 중량이 감소되는 효과가 있으며,

부품수가 2개에서 1개로 감소됨으로써 공정 단순화에도 도움이 된다.

도 1은 본 발명에 따른 프론트사이드멤버의 설치상태 사시도이고,

도 2는 도 1의 A-A선 단면도로서 프론트사이드멤버의 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 프론트사이드멤버 제조방법을 나타낸 블록도,

도 4는 본 발명에 따른 롤포밍 단계의 상세도,

도 5는 롤포밍에 의한 모재판의 단면 변형도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 프론트사이드멤버 11 내측면

11a : 홈 11b,12a : 플랜지

12 : 상부면 13 : 하부면

14 : 외측면 20 : 사이드멤버

Claims (4)

1. 고장력 강판이 절곡 변형되어 내측면과 외측면과 상부면과 하부면으로 이루어진 4각 폐단면을 형성하고,

   상기 4각 폐단면에서 한쪽 모서리 부분만 상호 점용접된 자동차의 프론트사이드멤버.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 내측면에 길이방향을 따라 사다리꼴 단면 형상의 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 자동차의 프론트사이드멤버.
3. 고장력 강판을 점진적으로 절곡 변형시켜 4각 폐단면 형상의 단면을 가지는 직선형 관 부재를 제작하는 롤포밍단계와;

   상기 관 부재를 완성 제품의 치수에 가깝게 절단하는 절단단계와;

   상기 4각 폐단면에서 한쪽 모서리 부분만 상호 점용접하는 점용접단계와;

   상기 관 부재의 후반부를 하방으로 구부려 최종 형상과 치수를 완성하는 스트레치벤딩단계를 포함하는 자동차의 프론트사이드멤버 제조방법.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 롤포밍단계는 고장력강판의 일측 단부를 절곡하여 사다리꼴 단면 형상 의 홈과 플랜지를 갖춘 내측면을 성형하는 내측면성형단계와;

   상기 고장력강판의 타측 단부를 절곡하여 상부면을 성형하는 상부면절곡단계와;

   상기 내측면과 상부면 사이의 중간부분을 점진적으로 절곡하여 하부면과 외측면을 성형하는 하부면 및 외측면절곡단계;

   상기 내측면과 하부면과 외측면과 상부면 사이의 각도를 감소시켜 내측면의 플랜지와 상부면의 플랜지가 상호 맞닿도록 하는 플랜지맞대기단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 프론트사이드멤버 제조방법.

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