KR20120001425A - 하이드로포밍을 이용하여 제작되는 어퍼암 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 후륜 어퍼 암에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이드로포밍 공법을 이용하여 제작되는 어퍼 암 구조에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 자동차 부품을 제작하기 위해 금형을 필요로 하는 하이드로포밍 공법을 이용하여 제작되는 어퍼 암에 있어서, 소재를 튜브 타입으로 제작하고, 상기 소재의 중앙부는 소재의 비틀림 강성을 갖기 위해 일측으로 만곡되는 형상을 갖도록 하며, 소재의 양단부는 각각 어퍼 암 로드 및 너클과의 연결을 위해 대략 원통형의 형상으로 성형하며, 이를 위하여 하이드로포밍 상형 금형을 하강시켜 1차 성형을 하고, 2차로 하이드로포밍 프레스 내부에 장착된 수압 발생 장치에 의해 발생되는 고압에 의해 소재가 하이드로포밍 금형의 상형 및 하형에 밀착되어 최종 형상의 어퍼 암이 제작되도록 한 것을 특징으로 하는 하이드로포밍을 이용하여 제작되는 어퍼 암을 제공한다.

Description

하이드로포밍을 이용하여 제작되는 어퍼암 구조{UPPER ARM STRUCTURE MANUFACTURED BY HYDROFORMING PROCESS}

본 발명은 후륜 어퍼 암에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이드로포밍 공법을 이용하여 제작되는 어퍼 암 구조에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 현가 장치(suspension)는 주행 시에 발생하는 노면의 충격이 차체나 탑승자에게 전달되지 않도록 해주는 구조장치로서, 노면의 충격을 완화하여 승차감을 향상시키는 한편 주행 시에 노면의 접지력에 대한 조정 안정성을 높일 수 있도록 설계하여야 한다.

또한, 계속적인 노면의 충격에도 일정한 강성과 지속적인 내구 성능을 유지할 수 있도록 설계되어야 한다.

현가 장치의 변형이나 크랙은 차량의 주행 안정성에 치명적인 악영향을 미치므로 내구 설계가 현가 장치의 기능 설계에서 중요한 부분을 차지한다.

이에, 자동차 경량화를 통한 연비 향상 기술로 대체 재료 적용 기술에는 알루미늄, 고장력 강판 등 재질 변경에 의한 경량화 기술뿐만 아니라, 신설계 공법 개념 도입 기술로 하이드로포밍 성형 공법이 있다.

하이드로포밍 공법 적용으로 중량 절감뿐만 아니라, 용접이 없으므로 부품수 절감, 금형/지그/용접 공수 절감, 치수 정밀도 향상 등 장점이 있으나 초기 설비 투자비가 높고 확관율 제약으로 형상 자유도에 있어서 자유롭지 못하다.

또한, 정해진 확관율로 인하여 전용 소재를 개발해야 하는 부담도 존재한다.

그래서 종래에는 전륜 서브 프레임이나 후륜 크로스 멤버, 차체 프레임과 같은 대물 파트에 국한되어 하이드로포밍이 적용되어왔고 상대적으로 크기가 작은 서스펜션 암류에는 불리한 레이아웃과 확관율 제약, 투자비 과다로 인하여 적용된 사례가 없다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 하이드로포밍을 이용하여 종래의 어퍼 암의 좌우측을 일체로 제작함으로써 내구성을 향상시키고, 원가절감의 효과를 갖는 어퍼 암 구조를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 하이드로포밍을 이용하여 제작되는 어퍼 암 구조는 자동차 부품을 제작하기 위해 금형을 필요로 하는 하이드로포밍 공법을 이용하여 제작되는 어퍼 암에 있어서,

소재를 튜브 타입으로 제작하고, 상기 소재의 중앙부는 소재의 비틀림 강성을 갖기 위해 일측으로 만곡되는 형상을 갖도록 하며, 소재의 양단부는 각각 어퍼 암 로드 및 너클과의 연결을 위해 대략 원통형의 형상으로 성형하며, 이를 위하여 하이드로포밍 상형 금형을 하강시켜 1차 성형을 하고, 2차로 하이드로포밍 프레스 내부에 장착된 수압 발생 장치에 의해 발생되는 고압에 의해 소재가 하이드로포밍 금형의 상형 및 하형에 밀착되어 최종 형상의 어퍼 암이 제작되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 소재의 일측면에는 길이방향을 따라 볼록하게 돌출되는 비드부를 갖는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 하이드로포밍을 이용하여 제작되는 어퍼 암 구조에 의하면,

어퍼암을 좌우측 구분없이 공용화가 가능하도록 함으로써 단일 사양으로 설계하여 원가를 절감할 수 있다.

또한, 하나의 금형에서 6개의 어퍼 암을 제작할 수 있으므로 추가 제품가를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 하이드로포밍을 이용하여 제작되는 어퍼 암의 제작 상태를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이드로포밍을 이용하여 제작되는 어퍼 암의 정면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 하이드로포밍을 이용하여 제작되는 어퍼 암의 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이드로포밍을 이용하여 제작되는 어퍼 암의 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 하이드로포밍을 이용하여 제작되는 어퍼 암의 제품구간 및 삭제구간을 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하이드로포밍 공법을 이용한 제작 방법은 도 1과 같이 금형의 상형(10), 하형(20)으로 이루어진 하이드로포밍 금형 한 세트와 소재의 양단에서 고압의 유지 및 소재의 확관(제품 형상에 맞춰 파이프 외경을 키워줌)에 필요한 소재를 공급해주기 위한 액슬 피딩 펀치(30, 40) 2개로 구성된다.

여기서, 도시하지 않았지만 유압을 발생시키기 위한 유압 장치들과 유압을 고압으로 만드는 중압기가 추가로 요구된다.

우선, 튜브형상으로 제작되는 소재(100)가 금형의 하형(20)에 안착된다.

안착되기 위해서 하형(20)은 제품에 맞는 형상으로 이루어져 있고 중앙부의 형상은 소재(100) 직경보다 폭이 좁아 하형(20)의 중간 부위에 걸쳐짐으로써 관소재(100)의 안착이 안정적으로 될 수 있다.

이후, 하이드로포밍 상형(10)이 하강하면서 제품의 중앙부분의 형상이 대략 튜브 형상으로 1차 성형이 이루어진다.

이러한 형상들의 중간 부분은 중앙부 상형 펀치의 영향으로 섹션의 중앙 부분이 제품의 형상보다 더욱 오목하게 들어가는 형상을 갖게 될 수도 있다.

상형(10)이 하형(20)과 닿아서 1차 성형이 끝나면 하이드로포밍 프레스에 내장된 유압 발생 장치에 의해 액슬 피딩 펀치(30, 40)를 통하여 높은 압력이 소재(100) 내부로 가해지기 시작한다.

이렇게 발생한 소재(100) 내면의 고압은 전체 소재(100)를 하이드로포밍 금형의 상형(10)과 하형(20)에 닿게 함으로써 제품의 최종형상으로 2차 성형을 하게 된다.

도 2에 도시한 바와 같이 양단의 연결부를 임의의 선으로 잇는 라인에서 그 오프셋 량이 클수록 좌굴 강도가 저하되므로 오프셋 량을 최소화하되, 그 오차 범위는 실험치에 근거하여 16.9mm~21.7mm가 바람직하다.

상기와 같은 오프셋 량을 따라 만곡부(210)를 형성함으로써 어퍼 암(200)의 좌굴 강도를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기와 같이 제작되는 어퍼 암(200)은 그 단면을 증대시킬수록 높은 내구성을 기대할 수 있으나, 차량에 조립 시 크로스 멤버(미도시)와의 간격을 확보하기 위해서는 그 한계가 있다.

따라서, 본 실시예에서는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 소재(100)의 일측면을 따라 길이방향으로 돌출되도록 비드(220)를 형성한다.

즉, 도 4에 도시한 바와 같이 L부분만큼의 단면적을 증가시키지 않고도, 어퍼 암(200)의 기본적인 도심 C1를 상기와 같이 비드(220)를 형성함으로써 도심 C2로 오프셋되는 효과를 갖는다.

이것은 도심이 C1에 위치하는 경우에 비하여 더욱 높은 내구성을 기대할 수 있다.

한편, 2차로 하이드로포밍 프레스 내부에 장착된 수압 발생 장치에 의해 발생되는 고압(압력 범위: 1800~2300bar로서 각각 고압의 효과의 하한치와 작동불량 또는 형상 불량이 되기 쉬운 초고압을 고려한 상한치으로 인하여 소재(100)가 하이드로포밍 금형의 상형(10), 하형(20)에 밀착되어 최종 형상의 어퍼 암(200)을 제작하게 된다.

이때, 소재(100) 끝단에서 고압의 유지와 관의 확관을 위한 피딩역할을 하는 액슬 피딩 펀치(30, 40)를 작동 거리 5~10mm로 장착하는 것이 바람직하다.

상기 작동 거리는 5mm미만인 경우 피딩이 저조하여 충분한 성형이 어렵고, 10mm를 초과하면 자칫 고압 유지가 어렵고 확관 시 형상 불량이 되기 쉽기 때문이다.

또한, 하이드로포밍 금형의 상형(10)이 하강하면서 제1차 성형을 할 때에는 피딩 역할을 하는 액슬 피딩 펀치(30, 40)의 작동거리가 시간에 비례하여 커지고 내부 압력도 시간에 비례적으로 커지게 되나, 제2차 성형에서는 일정시간이 지나면 피딩 작동거리는 더 이상 늘어나지 않으나, 2차로 하이드로포밍 프레스 내부에 장착된 수압 발생장치에 의해 발생한 고압으로 인해 소재(100)가 하이드로포밍 금형의 상형(10)과 하형(20)에 밀착되어 성형됨으로써 최종적인 어퍼 암(200)이 제작된다.

이때, 도 5에 도시한 바와 같이 어퍼 암(200)의 정밀한 치수를 확보하기 위하여 P구간을 제품구간으로 설정하고, 피딩 구간인 F구간을 커팅할 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

10: 상형
20: 하형
30, 40: 액슬 피딩 펀치
100: 소재
200: 어퍼 암
210: 만곡부
220: 비드

Claims (2)

1. 자동차 부품을 제작하기 위해 금형을 필요로 하는 하이드로포밍 공법을 이용하여 제작되는 어퍼 암에 있어서,
   소재를 튜브 타입으로 제작하고, 상기 소재의 중앙부는 소재의 비틀림 강성을 갖기 위해 일측으로 만곡되는 형상을 갖도록 하며, 소재의 양단부는 각각 어퍼 암 로드 및 너클과의 연결을 위해 대략 원통형의 형상으로 성형하며, 이를 위하여 하이드로포밍 상형 금형을 하강시켜 1차 성형을 하고, 2차로 하이드로포밍 프레스 내부에 장착된 수압 발생 장치에 의해 발생되는 고압에 의해 소재가 하이드로포밍 금형의 상형 및 하형에 밀착되어 최종 형상의 어퍼 암이 제작되도록 한 것을 특징으로 하는 하이드로포밍을 이용하여 제작되는 어퍼 암.
2. 제1항에 있어서,
   상기 소재의 일측면에는 길이방향을 따라 볼록하게 돌출되는 비드부를 갖는 것을 특징으로 하는 하이드로포밍을 이용하여 제작되는 어퍼 암.
   

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