KR20110081026A - 고강도 자동차 도어 보강재와 이의 제조방법 및 이의 장착 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법에 관한 것으로, 양단부에 노치부를 갖는 강관을 형성하는 강관 형성단계; 상기 강관을 소정의 온도로 가열하는 가열단계; 상기 강관을 프레스금형으로 이송하는 이송단계; 및 상기 강관을 상기 프레스금형에서 급속 냉각시키는 것과 동시에, 상기 강관의 양단부를 프레스하여 브라켓부를 형성하는 프레스 경화단계; 를 포함한다. 본 발명에 따르면, 양단부에 노치부가 형성된 강관을 프레스 경화하여 관체부와 브라켓부가 일체로 형성되고 용접이 용이한 고강도 자동차 도어 보강재를 용이하게 제작할 수 있는 기술이 개시된다.

Description

고강도 자동차 도어 보강재와 이의 제조방법 및 이의 장착 방법{AUTOMOTIVE DOOR IMPACT BEAM HAVING HIGH STRENGTH AND MANUFACTURING METHOD AND BUILT-IN METHOD OF THE SAME}

본 발명은 고강도 자동차 도어 보강재 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프레스 경화를 이용하여 제조되는 고강도 자동차 도어 보강재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 도어 보강재는 자동차 도어의 내부에 장착되어 측면 충돌시 탑승자를 보호하는 안전 부품으로 자동차에 장착되고 있다.

이러한 자동차 도어 보강재는 판상의 비강관형 도어 보강재와 강관형 도어 보강재로 구분되는데, 최근에는 강관형 도어 보강재가 주로 사용되고 있다.

도 1을 참조하여 설명하면, 종래 강관형 도어 보강재(10)는 충격 흡수 역할을 수행하는 강관(11)과, 강관(11)의 양단부에 위치하며 자동차 도어 내판(20)에 장착되는 브라켓(12)과, 강관(11)과 브라켓(12)을 용접하여 형성된 용접부(13)를 포함하여 구성된다.

이러한 종래 도어 보강재(10)의 제조 방법의 흐름도를 도 2에 도시하였다.

먼저 강관(11) 제조 공정은 다음과 같다. 열간 압연 강판을 롤 성형 및 용접으로 조관하여 강관(11)을 형성한다. 강관(11)은 두께 1.8mm 내지 3.5mm, 외경 25.4mm 내지 42.7mm인 원형 강관(11)이거나, 두께 1.8mm 내지 3.5mm, 장축 외경 31mm, 단축 외경 25mm인 타원형 강관(11)이다. 이 강관(11)을 고주파 유도 가열 후 수냉 또는 유냉으로

칭(quenching)한 다음 템퍼링하게 된다. 이러한 강관(11)의 인장 강도는 1000MPa 내지 1600MPa이다.

다음으로 브라켓(12) 제조 공정은 다음과 같다. 브라켓(12)은 인장 강도가 300MPa 내지 600MPa인 냉간 압연 강판 또는 열간 압연 강판을 블랭킹한 후 프레스 성형하여 제조된다.

강관(11)과 브라켓(12)을 CO₂ 용접하여 자동차 도어 보강재(10)를 제조한 후 도어 보강재의 브라켓(12)을 자동차 도어내판(20)에 스팟(spot)용접하여 완료한다.

이와 같은 종래의 제조 방법에 따르면, 강관(11)과 브라켓(12)을 별도로 제조하여야 하므로 공정이 복잡하며, 강관(11)과 브라켓(12)의 제조 회사가 서로 달라 물류 비용이 증가하며 부품 모듈화에 적합하지 않다. 그리고 브라켓(12) 제조를 위한 강판 구입 비용, 이 강판의 성형 비용 및 강관(11)과 브라켓(12)의 용접 등에 소요되는 비용이 전체 비용의 약 40%를 차지하고 있다. 즉, 종래의 제조 방법에 따르면 자동차 도어 보강재(10)의 제조 비용이 비싸다.

그리고, 별도의 브라켓을(12) 강관(11)에 부착하여야 하므로 자동차 도어 보강재(10)의 무게가 늘어나 경량화에 반하는 문제가 있다.

또한 이와 같은 방법으로 제조된 도어 보강재(10)에서 브라켓(12)은 충격 흡수 능력은 없으며 단순히 도어 보강재(20)를 자동차 도어내판(20)에 장착하기 위한 것으로, 상기와 같이 300MPa 내지 600MPa의 인장 강도를 가지는 강판으로 제조된다. 브라켓(12) 중 강관(11)이 존재하지 않은 부분은 브라켓(12)만 존재하여 다른 부분에 비해 강도가 매우 낮아 취약한 부위이다. 따라서 이 부분에 측면 충돌이 발생하면 탑승자의 안전을 위협할 수 있다.

최근에는 자동차의 센터 필라에 1000MPa 내지 1600MPa의 인장 강도를 가지는 제품을 적용하는데, 이 경우 센터 필라와 도어 보강재(10)의 사이에 브라켓(12)만이 존재하는 부분이 존재하여 더 큰 문제가 될 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 실용화된 기술은 아니지만 다음의 기술들이 있으나 이 또한 문제가 많아 적용에 어려움이 있다.

첫째로, 강관(11)을

칭(quenching)한 후 강관(11)의 양단부를 프레스로 눌러 브라켓(12)을 만드는 방법이 있다. 그러나,

칭(quenching) 이후에 강관(11)의 강도가 너무 높아져 프레스로 납작하게 성형하기 어려우므로, 이 방법을 실용화하는 것은 실질적으로 불가능하다.

둘째로, 조관 후

칭(quenching) 전에 강관(11)의 양단부를 프레스로 눌러 브라켓(12)을 만드는 방법이 있다. 그러나, 이 방법은 형상이 다른 브라켓(12)을 구비하는 강관(11)을 고주파 유도 코일 속에 연속적으로 통과시키기에 어려운 문제가 있다.

셋째로, 고주파 유도 가열후

칭(quenching)된 강관(11)의 양단부를 다시 연화 열처리하여 강도를 저하시킨 후 강관(11)의 양단부를 프레스로 눌러 브라켓(12)을 만드는 방법이 있다.

그러나 이 방법은 연화 열처리와 프레스 성형이 추가되어 공정이 더 복잡해지며, 제조 원가가 상승되는 문제가 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 출원의 발명자에 의해 한국등록특허 0817240호(발명의 명칭 : 자동차 도어 보강재 및 이의 제조 방법)가 제안된 바 있다.

한국등록특허 0817240호는 강판을 조관하여 강관을 형성하고, 강관을 일정 온도로 가열한 후 프레스금형을 이용하여 프레스 경화하여 강관의 양단부에 브라켓이 일체로 형성되도록 하고 있다.

이를 통해 높은 인장 강도를 갖는 브라켓 일체형 도어 보강재를 제공하여 측면 충돌 시 충격 흡수 능력을 극대화시킬 수 있도록 하고 있다.

그런데, 본 발명자의 상기 등록특허는 브라켓 부위가 두겹이어서 브라켓과 도어 내판 사이의 용접이 어렵고 또한 브라켓의 폭이 좁아서 도어 내판과의 용접을 위한 부위 확보에 어려움이 있었다. 이를 개선하고자, 본 발명자는 강관에 일체로 형성되는 브라켓의 구조를 개선하여 브라켓과 자동차 도어 내판 사이의 용접을 보다 견고하고 용이하게 이룰 수 있는 고강도 자동차 도어 보강재 및 그 제조 방법을 제안하고자 한다.

따라서 본 발명은 종래에 제기되고 있는 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 강관을 프레스 경화하여 강관의 양단부에 브라켓부를 일체로 형성함과 동시에 고강도를 갖는 도어보강재를 제조함에 있어서, 브라켓부의 구조를 개선하여 자동차 도어에 보다 견고하고 용이하게 용접 결합될 수 있는 고강도 자동차 도어 보강재 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재의 제조방법은, 양단부에 노치부를 갖는 강관을 형성하는 강관형성 단계; 상기 강관을 소정의 온도로 가열하는 가열 단계; 상기 강관을 프레스금형으로 이송하는 이송 단계; 및 상기 강관을 상기 프레스금형에서 급속 냉각시키는 것과 동시에, 상기 강관의 양단부를 납작하게 성형하여 브라켓부를 형성하는 프레스 경화 단계; 를 포함하여 이루어진다.

여기서 상기 강관 형성단계는, 평판 상태의 강판의 일부를 절개하여 상기 노치부를 형성하고, 상기 노치부가 형성된 강판을 조관하여 상기 강관을 형성할 수도 있으며, 평판 상태의 강판을 조관하여 상기 강관을 형성하고, 상기 강관의 양단을 절개하여 상기 노치부를 형성할 수도 있다. 또한, 상기 강관의 단면이 원형 이외에 타원형, 다각형 등 다양한 형상으로 조관될 수 있으며, 상기 노치부의 말단이 응력이 집중되지 않는 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 프레스 경화단계는, 상기 노치부를 중심으로 상기 강관의 양단부가 납작하게 벌어져 펴지도록 프레스하여 상기 브라켓부가 한 겹의 단일층으로 이루어지도록 한다.

또한, 상기 프레스 경화 단계는, 상기 브라켓부 사이의 관체부를 소정의 형상으로 성형할 수 있으며, 상기 관체부를 길이방향을 따라 단면이 다른 형상을 갖도록 성형할 수도 있다.

그리고 상기 프레스 경화단계 이후에, 상기 강관을 150℃ 내지 400℃로 템퍼링하는 단계를 더 포함한다.

또한 상기 프레스 경화단계는, 상기 프레스금형 내부에 냉각 물질이 순환되는 상태에서 이루어진다.

여기서 상기 프레스 경화단계는, 상기 프레스금형 내부에 냉각 물질이 순환되는 상태에서 상기 프레스금형 표면의 미세한 노즐을 통해 상기 냉각 물질이 상기 강관에 분사되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 프레스 경화 단계는, 상기 프레스금형 내부에 냉각 물질이 순환되거나 상기 프레스금형 표면의 미세한 노즐을 통해 상기 냉각 물질이 상기 강관에 분사되고, 상기 금형과 상기 강관이 냉각 물질이 담긴 저수조에 잠긴 상태에서 이루어지거나,

상기 프레스금형 내부에 냉각 물질이 순환되거나 상기 프레스금형 표면의 미세한 노즐을 통해 상기 냉각물질이 상기 강관의 외면에 분사되고, 금형외부로부터 강관 내부를 향해 냉각물질이 분사되는 상태에서 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 강관의 양단 브라켓부는 프레스금형 내부에 냉각 물질이 순환되는 금형으로 성형과 냉각을 실시하고, 단면 모양 변화가 필요하지 않은 브라켓부 사이 관체부는 그 외면과 내면을 향해 외부로부터 냉각물질을 직접 분사하는 상태로 상기 강관을 냉각만 하면서 프레스 성형할 수도 있다.

또한, 상기 프레스 경화 단계는, 상기 브라켓부의 성형시 냉각물질이 상기 강관 내부로 통과될 수 있도록 적어도 상기 노치부의 말단부는 두 겹의 층이 벌어지도록 성형되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재의 장착 방법은, 전술한 적어도 하나의 자동차 도어 보강재의 제조 방법에 의해 제조된 고강도 자동차 도어 보강재의 상기 브라켓부가 직접 자동차 도어 내판에 용접되어 장착되어 이루어질 수 있으며, 상기 브라켓부가 연결용 강판에 용접되고 상기 연결용 강판이 자동차 도어 내판에 용접되어 이루어질 수도 있다.

상기 가열단계에서는 상기 강관이 800℃ 내지 1000℃의 온도로 가열된다.

그리고 상기 가열단계는 상기 강관을 고주파 유도 가열로, 배취(batch)로, 연속로 및 회전로로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 가열로에서 가열한다.

본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재는, 전술한 적어도 하나의 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법에 의해 제조되는 것이며, 상기 강관부 및 상기 브라켓의 인장 강도가 1000MPa 내지 2000MPa인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재는, 관 형태의 관체부; 및 상기 관체부의 양단부에 일체로 형성되는 브라켓부; 를 포함하며, 상기 브라켓부는 한 겹의 단일층을 이루도록 형성되는 것이다.

이때, 상기 고강도 자동차 도어 보강재는, 프레스 경화 단계를 거쳐 상기 브라켓부 또는 상기 관체부의 형상이 성형되며, 상기 브라켓부 및 상기 관체부의 인장 강도가 1000MPa 내지 2000MPa인 것이 바람직하다.

상술한 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재 및 이의 제조방법에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 본 발명에 따르면, 양단부에 노치부가 형성된 강관을 프레스 경화하여 관체부와 브라켓부가 일체로 형성된 고강도 자동차 도어 보강재를 용이하게 제작할 수 있는 이점이 있다.

둘째, 본 발명에 따르면, 관체부와 브라켓을 일체로 제조하여 제조 공정을 혁신적으로 단순화할 수 있다. 이에 따라 공정 생략 및 물류 비용 절감에 따라 제조 원가를 절감시킬 수 있고 생산성을 향상시킬 수 있다.

셋째, 본 발명에 따르면, 노치부를 중심으로 강관의 양단부가 벌어지도록 프레스하여 브라켓부가 단일의 층을 이루도록 함으로써, 브라켓부를 스팟(spot) 용접을 통해 자동차 도어에 간편하면서도 견고하게 결합시킬 수 있으며, 브라켓부의 폭이 보다 넓어지게 되어 장착성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

넷째, 본 발명에 따르면, 관체부 및 브라켓부가 1000MPa 내지 2000MPa 의 높은 인장강도를 갖도록 하여 충격 흡수 능력을 보다 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

다섯째, 본 발명에 따르면, 프레스 경화를 적용하여 강도가 낮고 연성이 우수한 고온에서 성형이 이루어져 관체부의 단면 형상을 변형할 수 있다. 이에 따라 관체부의 충격 흡수 능력을 더 향상시킬 수 있다.

여섯째, 본 발명에 따르면, 프레스 경화 이후에 템퍼링을 하여 고강도 자동차 도어 보강재의 충격 흡수 능력을 더욱 향상시킬 수 있다.

일곱째, 본 발명에 따르면, 프레스 경화 설비의 금형 내부에서 강관을

칭(quenching)하므로, 열변형을 방지하여 우수한 형상의 자동차 보어 보강재를 제조할 수 이점이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 자동차 도어 보강재를 도시한 부분도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 자동차 도어 보강재의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재를 제작하기 위한 강관을 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 강관을 프레스 경화하여 제작된 고강도 자동차 도어 보강재의 일부를 도시한 부분도이다.
도 5는 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재가 결합용 강판에 용접된 상태를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 6은 도 5의 연결용 강판이 자동차 도어에 용접된 상태를 개략적으로 도시한 개략도이다
도 7은 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재가 자동차 도어에 용접된 상태를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 고강도 자동차 도어 보강재의 관체부의 단면 형상을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법 및 장착 방법을 도시한 흐름도이다.

이하 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재에 대한 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.

본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재를 제작하기 위한 강관을 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 강관을 프레스 경화하여 제작된 고강도 자동차 도어 보강재의 일부를 도시한 부분도이다.

도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재(100)는 관체부(110)와, 브라켓부(120)를 포함하여 구성되는 것으로, 양단부에 노치부(N)가 형성된 강관(ST)을 프레스 경화하여 제작된다.

여기서 노치부(N)가 형성된 강관(ST)은 평판 상태의 강판의 일부를 절개하여 노치부(N)를 형성한 후 강판을 조관하여 형성되거나, 평판 상태의 강판을 조관하여 강관(ST)을 형성한 후 양단부에 노치부(N)를 형성하여 마련될 수 있다.

관체부(110)는 관 형태를 갖는 것으로, 외부 충격을 흡수하는 기능을 수행하게 된다.

그리고 브라켓부(120)는 자동차 도어 보강재(100)를 자동차 도어내판(300) 에 장착하는 역할을 하는 것으로서, 본 발명에서는 프레스 경화 과정을 거쳐 노치부(N)를 포함하는 강관의 양단부가 프레스에 의해 납작하게 눌려 펴지는 방식으로 성형되어 형성된다. 즉, 이러한 브라켓부(120)는 강관(ST)의 양단부를 프레스하여 노치부(N)를 중심으로 강관(ST)의 양단부가 눌려 펴지면서 벌어지도록 하여 형성된다.

이를 통해 브라켓부(120)는 폭이 넓고 용접이 용이한 한 겹의 단일층을 이루도록 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재(100)는 프레스 경화를 통하여 관체부(110)와 브라켓부(120)가 모두 1000MPa 내지 2000MPa 의 인장강도를 갖는 일체형 자동차 도어 보강재로 제작되며, 여기서 일체라 함은 동일한 성분을 가지는 하나의 구조체로 이루어져 이음새 등의 존재하지 않는 것을 의미한다.

이하에서는, 본 발명의 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법을 상세한 설명하도록 한다. 도 9는 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.

도 9를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재(100)의 제조 방법은 강관 형성단계(S910), 가열단계(S920), 이송단계(S930), 프레스 경화단계(S940), 템퍼링 단계(S950), 용접 단계(S960)를 포함한다. 각 단계를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

1. 강관 형성단계(S910)

먼저 강관 형성단계(S910)에서는 평판 상태의 강판의 일부를 절개하여 노치부(N)를 형성하고, 노치부(N)가 형성된 강판을 롤 성형 및 용접으로 조관하여 직선형의 강관(ST)을 형성할 수 있다.

또한 실시형태에 따라 평판 상태의 강판을 조관하여 강관(ST)을 먼저 형성하고, 강관(ST)의 양단을 절개하여 노치부(N)를 형성할 수도 있다.

조관된 강관의 단면은 원형, 타원형, 다각형 모양 등 다양한 모양으로 형성될 수 있다.

노치부(N)는 프레스경화 단계에서 성형될 브라켓부의 모양에 따라 다양한 형태로 절개될 수 있으며, 실시예로서 도 3에 도시된 바와 같은 형태로 절개되어 형성될 수 있다. 이때, 노치부(N)의 말단(R)은 응력이 집중되지 않도록 그 형상을 설계하는 것이 필요하며, 실시예로서 노치부(N) 말단(R)의 형상을 둥근 원형으로 설계하여 응력 집중을 방지할 수 있다.

여기서 강판은 열간 압연 강판 또는 냉간 압연 강판일 수 있으며, 그 외 다양한 강판이 사용될 수 있다. 또한, 여기서 강판은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 보론(B), 바나듐(V), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 망간(Mn) 등의 경화능 향상 원소가 적어도 하나 이상 함유된 강판을 준비할 수도 있다. 강판은 이 외에도 다른 원소를 포함할 수 있음은 물론이다.

2. 가열단계(S920)

가열단계(S920)에서는 강관형성 단계(S910)에서 형성된 양단부에 노치부를 갖는 강관(ST)을 오스테나이트 영역에 해당하는 온도로 급속 가열한다. 이 때 이송단계(S930)에서의 온도 저하를 감안하여 800℃ 내지 1000℃ 온도까지 가열하는 것이 바람직하다.

급속 가열을 위해 강관(ST)을 고주파 유도 가열로에 넣고 가열하는 고주파 유도 가열법을 사용하는 것이 바람직하다. 고주파 유도 가열법은 유도 코일 속으로 강관을 연속적으로 통과시켜 가열하는 방식으로, 유도 가열 시 강관(ST)을 회전시키면 균일한 열처리가 가능하여 강관(ST)의 열변형을 최소화할 수 있다. 또한, 고주파 유도 가열법은 가열로 내부의 가스 분위기를 제어할 필요가 없으며 급속 가열이 가능하여 열처리 시간의 단축이 가능한 장점이 있다.

그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 강관(ST)의 가열을 위하여 전기나 가스를 열원으로 하는 배취(batch)로, 연속로, 회전로 등의 가열로를 사용할 수 있음은 물론이다.

3. 이송 단계(S930)

이어서 이송 단계(S930)에서 강관(ST)을 프레스 경화 설비로 급속 이송한다. 강관(ST)의 이송 시간이 길어지면 강관(ST)의 온도가 낮아져 프레스 경화 이후에 강관(ST) 내부에 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 등이 생성되어 강도를 저하시킬 수 있다. 따라서 강관(ST)의 성분을 고려하여, 상기의 강도 저하를 방지할 수 있는 속도로 강관(ST)을 이송하는 것이 바람직하다.

즉 강관(ST)을 페라이트, 펄라이트 또는 베이나이트 상이 생기지 않는 한도 내에서의 속도로 이송하는 것이 바람직하며, 가능한 한 가장 빠른 속도로 이송하는 것이 더욱 바람직하다. 공기 중에서 냉각속도를 고려하면 약 10초 이내로 이송하는 것이 바람직하다.

여기서 강관(ST)을 로봇이나 Feeder를 이용하여 이송하거나 수작업으로 이송할 수 있으며, 이 외에 다양한 방법으로 강관을 이송할 수 있다.

4. 프레스 경화 단계(S940)

프레스 경화 단계(S940)에서는 프레스금형에서 강관(ST)을 냉각시킴과 동시에 성형하여 도어 보강재(100)를 형성한다.

여기서 프레스 경화라 함은 강도가 낮고 연성이 우수한 고온에서 강관(ST)을 프레스 성형함과 동시에 냉각된 금형에 의해 강관(ST)을

칭(quenching)하는 것을 말하며, 당업계에서는 프레스 담금질, 프레스

칭(quenching), 다이

칭(quenching), 열간 프레스 성형, 핫 프레스 포밍, 핫스탬핑 등으로 불리우기도 한다. 특허공개공보 2002-12644나 일본 특허공개공보 2003-231915에는 강판을 프레스 경화하는 방법이 개시되어 있다. 이에 개시된 것처럼 종래 프레스경화 방법은 강판을 가열하여 프레스에서 성형과 동시에 급냉하는 방식으로 사용되어 왔으나, 본 발명에서의 강관과 같은 구조의 부품에는 구조적 특성상 이러한 방법이 사용되지 못했다. 그 이유는 냉각된 프레스 금형이 접촉할 수 없는 면이 존재하는 강관 같은 구조물에서는 냉각된 프레스금형이 강관의 외부만을 접촉할 수 있기 때문에 냉각된 프레스 금형이 접촉하지 못하는 강관 내부는 마르텐사이트 조직을 얻기가 어려웠기 때문이다.

본 발명에서는 프레스 성형과 함께 강관(ST)을

칭(quenching)하기 위하여 다음과 같은 냉각 방법이 적용될 수 있다.

먼저, 금형 내부에 냉각 물질을 순환시키면서 프레스 성형하는 방법이 있다. 이는 종래 프레스경화 방법에서 일부 개시된 내용이다. 그러나, 강판과 달리 강관의 경우 그 내면이 냉각된 프레스금형면에 접할 수 없는 형상을 갖고 있는 경우 금형의 접촉에 의한 냉각만으로는 냉각효과를 기대하기 어렵다. 특히 길이방향에 따라 단면의 형상이 다른 강관이나 곡선형 강관의 경우 강관의 모든 면에 대한 급냉 효과를 기대하기 어렵다. 또한, 금형의 냉각효과를 높이기 위해, 냉각 물질의 순환구조를 강관의 형상에 따라 복잡하게 구성하는 것도 방법이지만 경제적인 면이나 실질적인 면에서 바람직하지 못하다.

따라서, 본 발명에서는, 금형 내부로의 냉각 물질 순환과 함께 금형 표면의 작은 노즐을 통해 냉각 물질을 강관에 분사하면서 강관을 프레스 경화한다. 이로써, 금형 표면에 형성된 다수의 작은 노즐을 통하여 냉각물질이 강관에 계속하여 분사됨으로써 냉각효과를 더욱 높일 수 있다.

냉각 효과를 좀더 향상시키기 위해 상기 금형 내부로의 냉각 물질 순환이나 금형 표면의 노즐을 통한 분사 방법과 함께 냉각 물질이 담긴 저수조에 금형 및 강관이 잠긴 상태에서 강관을 프레스 성형할 수 있다. 이때, 저수조의 냉각물질이 강관의 내면을 통과할 수 있는 구조의 경우 강관의 균일한 냉각효과를 나타낼 수 있을 것이다.

또한, 상기 금형 내부로의 냉각 물질 순환이나 금형 표면의 노즐을 통한 분사 방법과 함께 금형외부에서 냉각 물질을 강관의 내부를 향해 분사하면서 강관을 프레스 성형할 수도 있다.

강관 내부를 향해 냉각 물질을 분사할 때 냉각 물질이나 스케일이 원할 하게 통과할 수 있도록 도 4의 브라켓 F 부위와 E 부위 사이가 벌어지고 G 부위는 H 부위와 밀착되게 성형하는 것이 바람직하나, G와 H 사이는 벌어지게 성형 할 수도 있다.

또한, 상기 강관의 양단 브라켓부는 프레스금형 내부에 냉각 물질이 순환되는 금형으로 성형과 냉각을 실시하고, 단면 모양 변화가 필요하지 않은 브라켓부들 사이 관체부는 외부로부터 냉각물질을 외면과 내면을 향해 직접 분사하는 상태로 냉각만 이루어지도록 하면서 프레스 성형할 수도 있다.

이러한 방식에 의해 냉각효과가 향상됨은 물론 강관의 내경부에도 냉각물질이 접할 수 있어 강관 전체를 마르텐사이트 조직으로 형성할 수 있게 된다.

여기서, 냉각 물질이라 함은 냉각수, 냉각오일, 기체 등의 물질을 말한다.

프레스 경화 단계(S940)에서는 강관(ST)의 양단부를 프레스하여 납작하게 성형함과 동시에 강관(ST)의 노치부(N)를 중심으로 강관이 납작하게 벌어지도록 성형하여 브라켓부(120)를 형성한다.

이때 브라켓부(120)의 폭을 늘이는 것이 바람직하며, 이는 브라켓부(120)의 폭이 넓을수록 브라켓부(120)를 자동차 도어 내판(300)에 용이하게 장착할 수 있기 때문이다.

또한 브라켓부(120)는 한 겹의 강판으로 이루어진 단일층을 이루도록 형성되며, 이는 브라켓부(120)를 자동차 도어내판(300)에 직접 스팟 용접하거나 또는 브라켓부(120)를 연결용 강판(200)에 스팟(spot) 용접한 후 다시 연결용 강판(200)을 자동차 도어내판(300)에 스팟용접하기 위함이다.

브라켓부와 연결용 강판의 형상과 폭은 자동차 도어 내판에 스팟용접이 가능하도록 설계되어야 한다.

전술한 바와 같이, 프레스경화 단계에서 브라켓부(120)를 냉각된 금형으로 냉각과 함께 성형을 실시하고 브라켓부(120) 사이의 관체부(110)는 성형 없이 냉각만을 실시할 수도 있으며, 이와 달리 브라켓부(120)의 성형과 동시에 관체부(110)의 단면 형상 또한 충격 흡수 능력을 향상시킬 수 있도록 성형할 수도 있다.

일반적으로 관체부(110)는 단면 형상에 따라 충격 흡수 능력이 달라지므로 이를 고려하여 충격 흡수 능력을 향상시킬 수 있도록 관체부(110)의 단면 형상을 성형할 수 있다. 이때 관체부(110)의 단면 형상을 타원형으로 성형하거나, 관체부(110)의 단면 형상이 길이방향을 따라 달라지도록 성형할 수 있다. 또한 적어도 하나의 오목부 또는 굴곡부를 구비하도록 성형할 수 있다.

즉, 프레스 경화 단계(S940)에서는 요구되는 자동차 도어 보강재의 형상에 따라 관체부(110)를 성형할 수 있는데, 강성과 충격 흡수 능력을 고려하여 관체부(110)의 단면을 적절한 형상으로 성형할 수 있는 것이다.

도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 고강도 자동차 도어 보강재의 관체부의 단면 형상을 도시한 도면이다.

도 8의 (a)에서와 같이 관체부(110A)의 단면 형상이 원형일 수 있으며, 도 8의 (b)에서와 같이 관체부(110B)의 단면 형상이 타원형일 수도 있다. 도 8의 (c) 및 (d)에서와 같이 관체부(110C)(110D)의 단면 형상의 일측에 오목부(P1)(P2)가 형성될 수 있으며, 도 8의 (e)에서와 같이 관체부(110E)의 단면 형상의 양측에 오목부(P3)를 구비하는 것도 가능하다. 그리고, 도 8의 (f), (g) 및 (h)에서와 같이 관체부(110F)(110G)(110H)가 적어도 하나의 굴곡부(W1)(W2)(W3)를 가져 “U”자형(또는 “ㄷ”자형), “M"자형 등의 단면 형상을 가질 수 있으며, 도 8의 (I)에서와 같이 관체부(110I)의 단면 형상이 오목부(W4)와 굴곡부(W5)를 모두 구비하는 것도 가능하다.

본 발명에서는 프레스 경화를 적용하여 강도가 낮고 연성이 우수한 고온에서 강관을 성형하므로 고강도 강관(ST)도 쉽게 성형할 수 있어 고강도를 가지면서도 브라켓 일체형의 자동차 도어 보강재(100)를 제조할 수 있어 자동차 도어 보강재(100)의 충격 흡수 능력을 향상시킬 수 있다. 그리고, 관체부(110)의 단면 형상을 변형할 수 있어 고강도 자동차 도어 보강재(100)의 충격 흡수 능력을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한 본 실시예에서는 경화능이 우수한 강관(ST)을

칭(quenching)하여, 자동차 도어 보강재(100)의 주조직이 높은 강도의 마르텐사이트가 되도록 한다. 이에 자동차 도어 보강재(100)의 충격 흡수 능력을 보다 향상시킬 수 있다.

칭(quenching) 시 강관(ST)의 외경부는 금형에 접촉되지만 강관(ST)의 내경부는 금형에 접촉되지 않으므로, 강관(ST)의 내경부의 냉각 속도가 상대적으로 느려 강관(ST)의 내경부에 마르텐사이트가 아닌 조직이 생성될 수 있다. 이러한 현상은 강관(ST)의 두께가 두꺼울수록 나타나기 쉬우므로 강관(ST)의 두께가 두꺼울수록 경화능이 우수한 강관(ST)을 사용하거나 상술한 우수한 냉각 효과를 나타낼 수 있는 방법으로 프레스 경화를 진행하는 것이 바람직하다.

프레스 경화가 완료되면 프레스 경화 설비의 금형에서 자동차 도어 보강재(100)를 취출한다. 본 발명에서는 금형 내부에서

칭(quenching)이 이루어지므로 금형이 자동차 도어 보강재(100)의 열변형 및 이에 따른 뒤틀림을 효과적으로 방지한다. 결과적으로 본 발명에 따르면 우수한 형상의 고강도 자동차 도어 보강재(100)를 제조할 수 있다. 자동차 도어 보강재(100)가 상온에 도달한 후에 금형에서 취출하는 것이 바람직하지만, 생산성 향상을 위해 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 변태가 완료된 온도 직하에서 자동차 도어 보강재(100)를 취출하는 것도 무방하다.

5. 템퍼링 단계(S950)

템퍼링 단계(S950)에서는 자동차 도어 보강재(100)를 템퍼링한다. 프레스 경화된 직후의 자동차 도어 보강재(100)는 취성이 있으므로 비교적 저온에서 템퍼링하여 충격 흡수 능력을 향상시킬 수 있다. 템퍼링 온도는 강도 저하가 크지 않으면서 인성을 증가시킬 수 있도록 150℃ 내지 400℃인 것이 바람직하다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니며 자동차 도어 보강재(100)의 성분에 따라 템퍼링 온도를 적절히 조절할 수 있다.

이렇게 제조된 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재는 관체부(110)와 브라켓부(120)가 일체로 구비되고 관체부(110)와 브라켓부(120) 모두 인장강도는 대략 1000MPa 내지 2000MPa으로 동일 수준을 유지하게 되어 측면 충돌 시 충격 흡수 능력을 향상하는데 크게 기여할 수 있다.

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 고강도 자동차 보강재의 장착 방법의 실시예를 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재가 연결용 강판에 용접된 상태를 개략적으로 도시한 개략도이고, 도 6은 도 5의 연결용 강판이 자동차 도어에 용접된 상태를 개략적으로 도시한 개략도이며, 도 7은 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재가 도어 내판에 직접 용접된 상태를 개략적으로 도시한 개략도이다.

본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재(100)는 도 7과 같이 브라켓부(120)가 자동차 도어 내판(300)에 직접 용접될 수도 있으며, 도 5 및 도 6과 같이, 브라켓부(120)가 연결용 강판(200)에 용접된 후 연결용 강판(200)이 자동차 도어 내판(300)에 용접될 수도 있다.

연결용 강판(200)은 고강도 자동차 도어 보강재(100)와 자동차 도어(300) 간의 결합을 매개하는 부품으로서, 그 일면에 고강도 자동차 도어 보강재(100)의 브라켓부(120)가 용접 결합되며, 그 타면이 자동차 도어(300) 내판에 용접 결합된다. 이것은 프레스 경화가 되어 강도가 높은 브라켓을 직접 자동차 도어 내판에 스팟용접이 어려운 경우에 적용된다. 연결용 강판(200)의 형상과 폭은 자동차 도어 내판에 스팟용접이 가능하도록 설계되어야 한다.

여기서 브라켓부(120)는 연결용 강판(200)에 스팟(spot) 용접을 통해 결합될 수 있으며, 브라켓부(120)가 한 겹으로 이루어진 단일층을 이루기 때문에 연결용 강판(200)과 스팟(spot) 용접을 통해 용이하게 결합시킬 수 있게 된다. (도면부호 S1은 브라켓부와 연결용 강판의 스팟 용접이 이루어지는 부분을 도시한 것이다.) 연결용 강판(200)은 용접성이 우수한 연질 강판을 사용하며 따라서 용이하게 자동차 도어 내판(300)에 스팟용접이 가능하게 된다. (도면부호 S11은 연결용 강판과 자동차 도어 내판의 스팟 용접이 이루어지는 부분을 도시한 것이다.)

종래의 도어보강재 제조 기술은 강관과 브라켓 용접에 고가의 CO2 용접을 적용하고 브라켓도 자동차 도어 내판에 결합이 용이한 복잡한 형상으로 성형되므로 제조원가가 높아지는 문제가 있으나, 본 기술에서는 브라켓 형상이 단순하고 스팟 용접을 적용하므로 제조원가가 현저히 감소하게 된다.

참고로 스팟(spot) 용접은 2개의 금속판을 포개어 놓고, 위아래에 전극을 대어 전류를 통하게 함으로써 전류가 통과하는 부분이 용융되어 용접되도록 하는 용접 방식의 일종이다.

또한 도 7을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 고강도 자동차 도어 보강재(100)는 브라켓부(120)를 통해 자동차 도어내판(300)에 직접 용접될 수도 있다.

이때 브라켓부(120)는 스팟(spot) 용접을 통해 자동차 도어에 결합될 수 있는데, 이는 브라켓부(120)가 한 겹의 강판으로 이루어진 단일층을 이루기 때문에 자동차 도어내판(300)과 브라켓부(120)의 스팟(spot) 용접을 용이하게 이룰 수 있게 되는 것이다. (도면부호 S2는 브라켓부의 스팟 용접이 이루어지는 부분을 도시한 것이다.)

이상과 같이 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 자동차 도어 보강재 110 : 관체부
120 : 브라켓부 200 : 연결용 강판
300 : 자동차 도어 내판 ST : 강관
N : 노치부

Claims (21)

1. 양단부에 노치부를 갖는 강관을 형성하는 강관형성 단계;
   상기 강관을 소정의 온도로 가열하는 가열 단계;
   상기 강관을 프레스금형으로 이송하는 이송 단계; 및
   상기 강관을 상기 프레스금형에서 급속 냉각시키는 것과 동시에, 상기 강관의 양단부를 납작하게 성형하여 브라켓부를 형성하는 프레스 경화 단계;
   를 포함하여 이루어지는 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 강관형성 단계는,
   강판의 일부를 절개하여 상기 노치부를 형성하고, 상기 노치부가 형성된 강판을 조관하여 상기 강관을 형성하는 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 강관형성 단계는,
   강판을 조관하여 상기 강관을 형성하고, 상기 강관의 양단을 절개하여 상기 노치부를 형성하는 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 강관형성 단계는,
   상기 노치부의 말단이 응력이 집중되지 않는 형태로 형성되는 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 강관형성 단계는,
   상기 강관의 단면이 원형 이외에 타원형, 다각형 등 다양한 형상으로 조관되는 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 프레스 경화 단계는,
   상기 노치부를 중심으로 상기 강관의 양단부가 납작하게 벌어져 펴지도록 프레스하여 상기 브라켓부가 한 겹의 단일층으로 이루어지도록 하는 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 프레스 경화 단계는,
   상기 브라켓부 사이의 관체부를 소정의 형상으로 성형하는 고강도 자동차 도어보강재의 제조 방법.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 프레스 경화 단계는,
   상기 브라켓부 사이의 관체부를 길이방향을 따라 단면이 다른 형상을 갖도록 성형하는 고강도 자동차 도어보강재의 제조 방법.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 프레스 경화 단계 이후에,
   상기 강관을 150℃ 내지 400℃로 템퍼링하는 템퍼링 단계를 더 포함하는 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 프레스 경화 단계는,
    상기 프레스금형 내부에 냉각 물질이 순환되는 상태에서 이루어지는 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법.
11. 제 1항에 있어서,
    상기 프레스 경화단계는,
    상기 프레스금형 내부에 냉각 물질이 순환되는 상태에서 상기 프레스금형 표면의 미세한 노즐을 통해 상기 냉각 물질이 상기 강관에 분사되는 상태에서 이루어지는 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 프레스 경화단계는,
    상기 프레스금형 내부에 냉각 물질이 순환되고, 상기 금형과 상기 강관이 냉각 물질이 담긴 저수조에 잠긴 상태에서 이루어지는 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법.
13. 제 1항에 있어서,
    상기 프레스 경화단계는,
    상기 프레스금형 내부에 냉각 물질이 순환되고, 금형 외부로부터 상기 강관 내부를 향해 냉각물질이 분사되는 상태에서 이루어지는 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법.
14. 제 1항에 있어서,
    상기 프레스 경화 단계는,
    상기 강관의 양단 브라켓부는 프레스금형 내부에 냉각 물질이 순환되는 금형으로 성형과 냉각을 실시하고, 단면 모양 변화가 필요하지 않은 상기 브라켓부 사이의 관체부는 그 외면과 내면을 향해 외부로부터 냉각물질을 직접 분사하는 상태에서 냉각만 이루어지도록 하는 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법.
15. 제 1항에 있어서,
    상기 프레스 경화 단계는,
    상기 브라켓부의 성형시 냉각물질이 상기 강관 내부로 통과될 수 있도록 적어도 상기 노치부의 말단부는 두 겹의 층이 벌어지도록 성형되는 고강도 자동차 도어 보강재의 제조 방법.
16. 제 1항 내지 제15항 중 적어도 어느 한 항에 기재된 자동차 도어 보강재의 제조 방법에 의해 제조된 고강도 자동차 도어 보강재의 상기 브라켓부가 직접 자동차 도어 내판에 용접되어 장착되어 이루어지는 고강도 자동차 도어 보강재의 장착 방법.
17. 제 1항 내지 제15항 중 적어도 어느 한 항에 기재된 자동차 도어 보강재의 제조 방법에 의해 제조된 고강도 자동차 도어 보강재의 상기 브라켓부가 연결용 강판에 용접되고 상기 연결용 강판이 자동차 도어 내판에 용접되어 이루어지는 고강도 자동차 도어 보강재의 장착 방법.
18. 제 1항 내지 제 15항 중 적어도 어느 한 항에 기재된 자동차 도어 보강재의 제조 방법에 의해 제조된 고강도 자동차 도어 보강재.
19. 제 1항 내지 제 15항 중 적어도 어느 한 항에 기재된 자동차 도어 보강재의 제조 방법에 의해 제조되어 상기 강관부 및 상기 브라켓의 인장 강도가 1000MPa 내지 2000MPa인 고강도 자동차 도어 보강재.
20. 관 형태의 관체부; 및
    상기 관체부의 양단부에 일체로 형성되는 브라켓부; 를 포함하며,
    상기 브라켓부는 한 겹의 단일층을 이루도록 형성되는 고강도 자동차 도어 보강재.
21. 제 20항에 있어서,
    상기 고강도 자동차 도어 보강재는,
    프레스 경화 단계를 거쳐 상기 브라켓부 또는 상기 관체부의 형상이 성형되며,
    상기 관체부 및 상기 브라켓부의 인장 강도가 1000MPa 내지 2000MPa인 고강도 자동차 도어 보강재.

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