KR20110114208A - 도어 임팩트 빔 및 그 제조방법 - Google Patents

도어 임팩트 빔 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20110114208A
KR20110114208A KR1020100033717A KR20100033717A KR20110114208A KR 20110114208 A KR20110114208 A KR 20110114208A KR 1020100033717 A KR1020100033717 A KR 1020100033717A KR 20100033717 A KR20100033717 A KR 20100033717A KR 20110114208 A KR20110114208 A KR 20110114208A
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이강문
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김윤규
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현대하이스코 주식회사
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Abstract

차량 도어의 측면충돌 강성을 보완하기 위한 도어 임팩트 빔에 관한 것으로, 장착부의 형상을 변형하여 충돌시 보다 견고하게 지탱할 수 있으며 도어글라스의 이동공간과 배선수용공간을 확보하여 설계자유도를 증가시킬 수 있는 도어 임팩트 빔 제조방법에 관하여 개시한다.
본 발명은 강성을 확보하기 위한 원형의 단면을 가지는 몸체부와, 상기 몸체부의 일측 또는 양측에 형성되며, 몸체부의 직경의 100~160% 의 폭을 가지며, 몸체부 직경의 5~40%에 대응하는 두께를 가지는 형상의 장착부로 구성되는 도어 임팩트 빔의 제조방법에 있어서, 몸체부의 직경에 대응하는 직경을 가지는 강관을 제조하는 강관 마련 단계; 상기 강관을 도어 임팩트 빔의 길이로 절단하는 절단 단계; 절단된 강관을 유도가열방식을 이용하여 880~960℃ 로 가열하는 가열 단계; 및 가열된 강관을 상기 몸체부와 장착부의 형상에 대응하는 성형부와, 금형의 표면으로 연결된 냉각채널을 구비하는 금형에서 성형과 동시에 상기 냉각채널로 냉각수를 공급하여 금형을 냉각시키며 성형된 강관의 표면에 냉각수를 접촉시키는 열간 성형 및 급냉단계;를 포함하는 도어 임팩트 빔 제조방법을 제공한다.

Description

도어 임팩트 빔 및 그 제조방법{Door impact beam and it's manufacturing method}
본 발명은 차량 도어의 측면충돌 강성을 보완하기 위한 도어 임팩트 빔에 관한 것으로, 보다 상세하게는 장착부의 형상을 변형하여 충돌시 보다 견고하게 지탱할 수 있으며 도어글라스의 이동공간과 배선수용공간을 확보하여 설계자유도를 증가시킬 수 있는 도어 임팩트 빔 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 승용차의 앞,뒤 도어에는 도어 측면으로부터 가해지는 외부충격에 따른 충격에너지를 흡수하여 도어 및 차체의 피해를 최소화시킴으로써, 탑승자를 보호하기 위하여 도어 아우터패널과 도어 이너패널이 이루는 도어 내부에 차체 길이방향으로 배치되는 도어 임팩트 빔이 설치된다.
이러한 도어 임팩트 빔은 내부에 중공이 형성되어 있는 원형의 단면을 가지는 일자형 파이프가 사용되고 있다.
도 1은 종래의 도어 임팩트 빔의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 2는 종래의 도어 임팩트 빔 장착구조를 나타낸 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 도어 임팩트 빔(10)은 전체가 균일한 원형의 단면을 가지는 파이프 형상을 가지고 있었다.
이러한 원형의 도어 임팩트 빔(10)을 차체에 결합시키기 위하여 도 2와 같은 장착구조를 가지고 있었다.
도 2를 살펴보면, 도어 이너패널(20)에 도어 임팩트 빔(10)이 직접 부착되는 것이 아니고, 별도의 장착브래킷(30,40)을 이용하여 결합하고 있었다.
도어 임팩트 빔(10)이 원형의 단면을 가지고 있으므로, 원형 단면의 도어 임팩트 빔(10)에 대응하는 형상을 직접 도어 이너패널(20)에 형성하는 것은 제작상에 어려움이 따르므로, 별도의 장착 브래킷(30,40)을 형성하여, 장착 브래킷(30,40)을 도어 이너패널(20)에는 스팟 용접으로 부착하고, 다시 도어 임팩트 빔(10)은 장착 브래킷(30,40)에 이산화탄소 용접으로 부착하는 방식을 취하였다.
이러한 종래의 도어 임팩트 빔 장착구조는 도어 임팩트 빔(10)의 두께와 장착 브래킷(30,40)의 두께 만큼의 장착 공간이 필요하다.
도어의 내부에는 윈도글라스의 승하강 공간과 잠금장치 등의 설치공간이 필요한데, 강성 확보를 위하여 직경이 큰 도어 임팩트 빔을 사용하다 보면 도어 임팩트 빔의 두께로 인하여 윈도우 글라스와 간섭이 발생하여 설계 자유도에 제약을 받는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 도어 임팩트 빔(10)의 양 끝단의 일부만이 장착 브래킷(30,40)에 고정되어있는데, 상대적으로 도어 임팩트 빔(10)과 장착 브래킷(30,40)의 연결부의 강도가 취약한 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 브래킷에 보다 견고하게 고정될 수 있는 도어 임팩트 빔을 제공함에 목적이 있다.
그리고, 본 발명은 브래킷에 보다 견고하게 고정될 수 있는 형상을 가지는 도어 임팩트 빔의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은 강성을 확보하기 위한 원형의 단면을 가지는 몸체부와, 상기 몸체부의 일측 또는 양측에 형성되며, 몸체부의 직경의 100~160% 의 폭을 가지며, 몸체부 직경의 5~40%에 대응하는 두께를 가지는 형상의 장착부로 구성되는 도어 임팩트 빔의 제조방법에 있어서, 몸체부의 직경에 대응하는 직경을 가지는 강관을 제조하는 강관 마련 단계; 상기 강관을 도어 임팩트 빔의 길이로 절단하는 절단 단계; 절단된 강관을 유도가열방식을 이용하여 880~960℃ 로 가열하는 가열 단계; 및 가열된 강관을 상기 몸체부와 장착부의 형상에 대응하는 성형부와, 금형의 표면으로 연결된 냉각채널을 구비하는 금형에서 성형과 동시에 상기 냉각채널로 냉각수를 공급하여 금형을 냉각시키며 성형된 강관의 표면에 냉각수를 접촉시키는 열간 성형 및 급냉단계;를 포함하는 도어 임팩트 빔 제조방법을 제공한다.
상기 열간 성형 및 급냉 단계는 상기 성형된 강관의 내부로 냉각수를 공급하여 상기 성형된 강관의 내면이 냉각수와 직접 접촉하도록 하면 더욱 바람직하다.
이 때, 상기 성형된 강관 내부로의 냉각수 공급은, 상기 강관 내부로 삽입되는 공급노즐에 의하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 강관은 보론(B)이 20~30ppm 함유된 보론강 소재를 이용하여 제작되는 것이 바람직하다.
상기 열간 성형 및 급냉 단계의 냉각은 소재의 온도가 50~150℃ 에 도달할 때까지 이루어지는 것이 바람직하다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 도어 임팩트 빔은 보다 견고하게 장착 브래킷에 고정될 수 있으며, 도어 패널 내부에서 차지하는 부피를 감소시켜 윈도 글라스와의 간섭을 줄여줌으로써 설계 자유도를 향상시킬 수 있는 효과를 가져온다.
도 1은 종래의 도어 임팩트 빔의 구조를 나타낸 사시도,
도 2는 종래의 도어 임팩트 빔 장착구조를 나타낸 사시도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도어 임팩트 빔의 형상을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도어 임팩트 빔이 도어 패널에 장착된 상태를 나타낸 사시도,
도 5는 도 4의 A-A선에 따른 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 도어 임팩트 빔의 제조방법을 나타낸 공정순서도임.
도 7은 본 발명의 도어 임팩트 빔 제조방법에 사용되는 금형의 구조를 나타낸 구성도,
도 8은 본 발명의 도어 임팩트 빔 제조방법의 열간 성형 및 급냉 단계를 나타낸 단면도임.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 도어 임팩트 빔 및 그 제조방법의 실시예를 설명한다.
이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.
그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도어 임팩트 빔의 형상을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 도어 임팩트 빔이 도어 패널에 장착된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4의 A-A선에 따른 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 도어 임팩트 빔(100)은 전체적으로는 내부에 중공을 형성하는 금속튜브의 형상을 가지고 있다.
튜브 형상은 중량 대비 강성이 우수하며 여러 방향의 하중에 대하여 우수한 저항력을 발휘한다.
본 발명에 따른 도어 임팩트 빔(100)은 일측 또는 양측 가장자리에 장착부(120)를 형성하며, 장착부를 제외한 중심부분이 몸체부(110)가 된다. 도시된 실시예의 경우 양측에 장착부(120)를 구비한 형태이나, 장착부(120)가 일측에만 구비될 수도 있다.
몸체부(110)는 원형의 단면을 가지고 있어서 모든 방향에 대하여 균일한 강성을 확보할 수 있도록 한다.
장착부(120)는 대략 직사각형의 단면을 가지도록 형성되며, 길이가 긴면(이하, 폭이라 칭함)의 길이(w)는 몸체부 직경(D)의 100~160% 범위이고, 길이가 짧은 면(이하, 두께라 칭함)의 길이(t)는 몸체부 직경의 5~40% 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
장착부(120)의 단면 형상은 네 모서리가 라운드 형태를 가지는 직사각형의 형태 또는 타원의 형태를 가질 수 있으며, 타원형태의 경우 장축의 길이는 직사각형의 경우와 마찬가지로 몸체부 직경(D)의 100~160% 범위이고, 단축의 길이는 몸체부 직경(D)의 5~40% 범위인 것이 바람직하다. 장축과 단축의 범위가 상기의 범위로 한정되는 이유는 직사각형의 형태를 가질 경우와 동일하다.
원형의 소재를 가공하여, 소정의 폭과 두께를 가지는 형상으로 가공하는 것으로, 폭이 넓어지면 두께가 좁아지고, 폭이 좁아지면 두께가 넓어지게 된다.
폭이 상기의 범위보다 좁으면, 장착브래킷(150)과의 연결강도가 충분히 확보될 수 없고, 두께가 상기의 범위보다 좁으면, 두께 방향으로 가해지는 하중에 대한 강도가 취약해진다.
후술하는 제조공정에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 도어 임팩트 빔은 단일소재의 파이프를 가공하여 형성하는 것으로, 장착부(120)는 몸체부(110)와 일체로 형성된다.
도 4와 도 5를 참조하면, 도어이너패널(200)의 양측에 장착브래킷(150)이 연결되고, 장착브래킷(150)에 도어 임팩트 빔(100)의 장착부(120)가 연결된다.
장착브래킷(150)에는 도어 임팩트 빔(100)의 장착부(120) 형상에 대응되는 결합홈이 형성되어 있어서, 장착 브래킷(150)의 도어 임팩트 빔(100)의 양측에 밀착 고정되는 구조이다.
도어이너패널(200)과 장착브래킷(150)의 연결은 스팟 용접(spot welding) 또는 이산화탄소 용접으로 이루어지며, 장착브래킷(150)과 도어 임팩트 빔(100)의 연결도 스팟 용접 또는 이산화탄소 용접으로 이루어지는 것이 바람직하다.
장착브래킷(150)에 형성되는 결합홈은 도어 임팩트 빔(100)의 장착부(120) 전체와 몸체부(110)의 일부를 감쌀 수 있는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
도어 임팩트 빔(100) 자체의 강도도 중요하지만, 탑승자 보호를 위해서는 도어 임팩트 빔과 장착브래킷(150)의 연결강도고 매우 중요하다.
도어 임팩트 빔(100)에 가해지는 하중이, 장착브래킷(150)을 거쳐 도어이너패널(200)로 전달되기 때문에, 도어 임팩트 빔(100)과 장착브래킷(150)의 연결강도가 취약하게 되면 도어 임팩트 빔(100)의 하중이 장착브래킷(150)으로 전달되는 과정에서 장착브래킷(150)이 파손되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 도어 임팩트 빔(100)은 몸체부(110)가 원형의 단면을 가지고, 장착부(120)가 대략 직사각형 또는 타원형의 단면을 가지고 있고, 장착브래킷(150)은 장착부(120) 전체를 감싸며 몸체부(110)의 일부를 감싸는 형상을 가지고 있다.
따라서, 장착부(120)의 폭(w)에 대응하는 구간이 장착브래킷(150)에 견고하게 고정될 수 있어서 장착브래킷(150)과의 충분한 연결강도를 확보할 수 있다.
도 5의 단면도를 살펴보면, 도어 임팩트 빔(100)은 상부는 일직선인 것을 알 수 있다. 즉 장착부(120)의 상부면과 몸체부(110)의 원주면은 일직선상에 놓이는 것이 바람직하다.
도시된 바와 같이, 도어 임팩트 빔(100)을 장착부(120)의 폭(W) 방향에 수직한 단면을 살펴보면, 장착부(120)의 상부면과 몸체부(110)가 일직선이 되어야 한다.
이러한 형상을 가지고 있어야 윈도우 글라스와의 간섭을 최소화할 수 있다.
장착부(120)의 길이가 긴 면이 장착 브래킷(150)에 연결된다. 따라서, 도어의 두께 방향으로 장착부(120)의 길이가 짧은 면이 놓여지게 되므로, 도어 임팩트 빔이 도어의 두께에 대하여 차지하는 비율이 감소하게 된다.
이러한 도어 임팩트 빔의 두께 감소는 윈도우 글라스 이동 공간의 확보 배선 공간의 확보를 용이하게 하여 설계 자유도를 증가시켜 준다.
또한, 장착 브래킷에 연결되는 길이가 긴 면이 곡면이 아닌 평면 형태로 형성되기 때문에 장착 브래킷과 보다 견고하게 결합될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 도어 임팩트 빔의 제조방법을 나타낸 공정순서도이다.
본 발명에 따른 도어 임팩트 빔은, 원형의 단면을 가지는 강관을 열간성형과 급냉하는 과정을 거쳐서 제조된다.
제조 방법을 상세하게 살펴보면, 몸체부의 직경에 대응하는 직경을 가지는 강관을 제조하는 강관 마련 단계(S-51)와, 강관을 도어 임팩트 빔의 길이로 절단하는 절단 단계(S-52)와, 절단된 강관을 유도가열 방식으로 880~960℃ 로 가열하는 가열 단계(S-53)와, 가열된 강관을 상기 몸체부와 장착부의 형상에 대응하는 성형부와, 금형의 표면으로 연결된 냉각채널을 구비하는 금형에서 성형함과 동시에 상기 냉각채널로 냉각수를 공급하여 금형을 냉각하며 성형된 강관의 표면에 냉각수를 접촉시키는 열간 성형 및 급냉 단계(S-54)로 이루어진다.
강관의 소재는 보론(B)이 20~30ppm 함유된 보론(Boron)강 소재를 사용하는 것이 바람직하며, 급냉은 소재의 온도가 50~150℃ 에 도달할때 까지 이루어지는 것이 바람직하다. 150℃ 보다 높은 온도에서 급냉이 멈추게 되면, 원하는 소재의 특성을 얻을 수 없고, 50℃ 미만의 온도까지 냉각하면 생산성의 측면이나 생산원가의 측면에서 불리해진다.
본 발명에 따른 도어 임팩트 빔 제조방법은 강관을 가열한 상태에서 장착부를 성형함과 동시에 급냉시켜 강도를 향상시키는 효과를 가져온다.
보론강 소재를 사용하여 상기와 같은 방법으로 도어 임팩트 빔을 제조하면, 인장강도 150kg급 수준을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 도어 임팩트 빔 제조방법에 사용되는 금형의 구조를 나타낸 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 사용되는 금형(300)은 도어 임팩트 빔의 몸체부와 장착부의 형상에 대응하는 형상을 가지는 성형부(310)와, 상기 성형부(310)를 냉각시키기 위하여 금형내부에 형성되고 상기 성형부 표면으로 연결되는 냉각채널을 포함한다. 냉각채널은 도어 임팩트 빔의 길이 방향으로 형성되는 소통로(320)와, 상기 소통로(320)와 성형부(310) 표면을 연결하는 관통로(322)를 포함한다.
가열된 강관을 금형(300)으로 로딩한 후, 금형을 닫아 장착부 형상을 가공한 후, 냉각채널로 냉각수를 공급하여 금형(300) 자체를 냉각시켜 수용된 도어 임팩트 빔(100)을 간접 냉각시킴과 동시에 도어 임팩트 빔(100)의 외부면에 직접 냉각수를 접촉시켜 직접 냉각시킴으로써 보다 신속한 냉각이 가능하도록 한다.
공정의 효율성을 위해서 금형(300)은 복수개의 강관을 동시에 성형할 수 있도록 복수개의 성형부(310)를 구비하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 도어 임팩트 빔 제조방법의 열간 성형 및 급냉 단계를 나타낸 단면도이다.
도어 임팩트 빔의 강도 향상을 위해서는 급속 냉각이 매우 중요하다. 이를 위해서 도어 임팩트 빔의 내부로도 직접 냉각수가 공급될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이를 위해서 도시된 바와 같이, 금형(300)을 닫은 상태에서 도어 임팩트 빔(100) 내부로 공급노즐(330)을 삽입하고, 상기 공급노즐(330)로 냉각수를 분사하여 도어 임팩트 빔(100) 내부 표면에도 냉각수가 직접 접촉할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도시된 실시예의 경우 공급노즐(330)을 삽입하여 분사하는 형태를 도시하였으나, 공급노즐(330)을 사용하지 않고 금형(300)에 형성된 냉각채널로 공급되는 냉각수가 도어 임팩트 빔(100) 내부로 흘러들어가도록 구성할 수도 있다.
본 발명은 원형의 강관을 사용하여, 중앙부는 원형의 단면을 가지고 장착브래킷에 연결되는 양측의 장착부는 대략 직사각형의 단면을 가지는 도어 임팩트 빔을 제조함으로써, 도어 임팩트 빔과 장착 브래킷이 도어의 두께에서 차지하는 비율을 감소시켜, 윈도우 글라스의 이동공간과 배선공간을 확보하여 설계 자유도를 향상시키는 효과를 가져온다.
또한, 도어 임팩트 빔 양측의 장착부는 평평한 면을 구비하여 장착브래킷에 보다 견고하게 연결될 수 있어서 측면 충돌시 탑승자를 보다 효과적으로 보호할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 도어 임팩트 빔
110 : 몸체부
120 : 장착부
300 : 금형
310 : 성형부
320 : 소통로
322 : 관통로

Claims (9)

  1. 강성을 확보하기 위한 원형의 단면을 가지는 몸체부와, 상기 몸체부의 일측 또는 양측에 형성되며, 몸체부의 직경의 100~160% 의 폭을 가지며, 몸체부 직경의 5~40%에 대응하는 두께를 가지는 형상의 장착부로 구성되는 도어 임팩트 빔의 제조방법에 있어서,
    몸체부의 직경에 대응하는 직경을 가지는 강관을 제조하는 강관 마련 단계;
    상기 강관을 도어 임팩트 빔의 길이로 절단하는 절단 단계;
    절단된 강관을 유도가열방식을 이용하여 880~960℃ 로 가열하는 가열 단계; 및
    가열된 강관을 상기 몸체부와 장착부의 형상에 대응하는 성형부와, 금형의 표면으로 연결된 냉각채널을 구비하는 금형에서 성형과 동시에 상기 냉각채널로 냉각수를 공급하여 금형을 냉각시키며 성형된 강관의 표면에 냉각수를 접촉시키는 열간 성형 및 급냉 단계;를 포함하는 도어 임팩트 빔 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열간 성형 및 급냉 단계는 상기 성형된 강관의 내부로 냉각수를 공급하여 상기 성형된 강관의 내면이 냉각수와 직접 접촉하도록 하는 것을 특징으로 하는 도어 임팩트 빔 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 성형된 강관 내부로의 냉각수 공급은,
    상기 강관 내부로 삽입되는 공급노즐에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 도어 임팩트 빔 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 강관은 보론(B)이 20~30ppm 함유된 보론강 소재를 이용하여 제작되는 것을 특징으로 하는 도어 임팩트 빔 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 열간 성형 및 급속 냉각 단계에서의 냉각은 소재의 온도가 50~150℃ 에 도달할 때까지 이루어지는 것을 특징으로 하는 도어 임팩트 빔 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금형은 복수개의 강관을 동시에 열간 성형 및 급냉하는 것을 특징으로 하는 도어 임팩트 빔 제조방법.
  7. 강성을 확보하기 위한 원형의 단면을 가지는 몸체부와,
    상기 몸체부의 일측 또는 양측에 형성되며, 몸체부의 직경(D)의 100~160% 의 폭(w)을 가지며, 몸체부 직경(D)의 5~40%에 대응하는 두께(t)를 가지는 형상의 장착부로 구성되는 도어 임팩트 빔.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 장착부의 상부면은 상기 몸체부의 원주면과 일직선상에 놓이는 것을 특징으로 하는 도어 임팩트 빔.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 몸체부와 장착부는 보론(B)이 20~30ppm 함유된 보론강 소재로 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 도어 임팩트 빔.
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