KR20130110351A - 고강도 부품의 접합 장치 및 그 접합 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미리 접합에 필요한 홀을 가공하지 않은 상태에서 순간적으로 가해지는 압력에 의해 피접합재들을 접합함에 있어서, 상기 피접합재들 중 고강도 소재가 포함되는 경우에도, 원활한 접합이 이루어질 수 있도록 하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

고강도 부품의 접합 장치 및 그 접합 방법{JOINING APPARATUS FOR HIGH STRENGTH PARTS AND JOINING METHOD THEREFOR}

본 발명은 부품들을 기계적으로 서로 접합하도록 하는 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 중첩되는 복수의 고강도 부품들을 접합하도록 하는 장치 및 그 방법에 관한 기술이다.

종래 부품들의 접합 장치들 중에는 사전에 피접합재에 홀을 가공할 필요 없이 순간적으로 가해지는 압력에 의해 피접합재들의 결합을 도모함으로써 생산성의 향상을 가져올 수 있는 것들이 있으며, 이러한 것들 중 상용화된 장치로, SELF PIERCE RIVET 장치와 RIVTACK® 장치 등이 있다.

도 1은 종래의 상기 SELF PIERCE RIVET 장치의 주요부를 도시한 것으로서, 건프레임(500)에 유압실린더(502), 헤드피스(504), 다이(506) 등이 설치되고, 상기 헤드피스(504)에는 필요에 따라 리벳공급장치(508)가 장착되어 구성된다.

상기 SELF PIERCE RIVET 장치는 상기 헤드피스(504)와 다이(506) 사이에 서로 접합하고자 하는 피접합재들을 로딩한 상태에서, 상기 헤드피스(504)를 이동시켜 상기 다이(506)와의 사이에서 상기 피접합재들을 클램핑한 후, 상기 유압실린더(502)의 작동으로 리벳을 상기 피접합재들로 압입하여 접합이 이루어지도록 한다.

한편, 상기 RIVTACK® 장치는 상기와는 달리 피접합재들의 양쪽을 지지하지 않고, 헤드피스만을 피접합재들의 일측에 접촉한 상태에서 리벳을 관통 삽입시키는 방법으로 접합이 이루어지도록 하므로, 압출이나 다이캐스팅 등에 의해 생산된 부품과 같이 폐단면을 가진 피접합재들의 접합에 널리 사용되고 있다.

참고로, 도 2는 상기 RIVTACK® 장치에 의해 피접합재(510)들에 리벳(512)이 압입된 상태를 도시한 단면도이다.

한편, 최근의 차체는 연비 향상을 위한 경량화에 주력하면서도 충분한 강성을 확보하기 위하여 점차 초고강도화된 차체부품을 사용하고 있는 추세에 있으며, 알루미늄 소재 및 기타 경량 소재의 사용이 증대되고 있는 추세에 있다.

따라서 다종 소재간의 접합이 필요한 경우가 증가하고 있는데, 다종 소재의 접합은 저항용접이 불가하여 기계적이 접합이 주로 사용되며, 이때 상기한 바와 같은 SELF PIERCE RIVET 장치나 RIVTACK® 장치가 널리 사용되게 된다.

그런데, 상기와 같이 접합해야 하는 소재들 중에 핫스탬핑(HOT STAMPING) 등과 같은 방법에 의해 제작된 초고강도 소재가 포함되는 경우에는 상기 리벳이 가압에 의해 압입되기 어려워서, 상기한 바와 같은 접합장치의 사용이 곤란한 문제가 있다.

상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 1020040090612 A

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 미리 접합에 필요한 홀을 가공하지 않은 상태에서 순간적으로 가해지는 압력에 의해 피접합재들을 접합함에 있어서, 상기 피접합재들 중 고강도 소재가 포함되는 경우에도, 원활한 접합이 이루어질 수 있도록 하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 고강도 부품의 접합 장치 및 그 접합 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 고강도 부품의 접합 장치는

접합장치의 부품으로서, 피접합재의 접합부위에 접촉하는 접촉부품과;

상기 피접합재에 전류를 공급할 수 있도록 상기 접촉부품에 구비된 전극과;

상기 전극을 통해 상기 피접합재로 공급할 전류를 제공하는 전원과;

상기 전원으로부터 상기 전극으로의 전기 공급을 조절하도록 구비된 컨트롤러;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 고강도 부품 접합 장치의 접합 방법은

피접합재의 접합부위에 접합장치의 접촉부품을 접촉시키는 접촉단계와;

상기 접촉단계 이후 상기 접합장치에서 상기 피접합재에 리벳을 압입하기 전에 상기 접촉부품을 통해 상기 피접합재의 접합부위에 전류를 통전시키는 통전단계;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 미리 접합에 필요한 홀을 가공하지 않은 상태에서 순간적으로 가해지는 압력에 의해 피접합재들을 접합함에 있어서, 상기 피접합재들 중 고강도 소재가 포함되는 경우에도, 원활한 접합이 이루어질 수 있도록 하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 접합장치의 일예를 도시한 도면,
도 2는 종래 기술에 의해 피접합재에 리벳이 압입된 상태를 도시한 단면도,
본 발명에 따른 접합장치의 실시예를 도시한 도면,
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 전극과 전원의 연결에 대한 실시예들을 각각 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 고강도 부품 접합 장치의 접합 방법을 도시한 순서도이다.

도 3를 참조하면, 본 발명 고강도 부품의 접합 장치의 실시예는 접합장치의 부품으로서, 피접합재의 접합부위에 접촉하는 접촉부품(1)과; 상기 피접합재에 전류를 공급할 수 있도록 상기 접촉부품(1)에 구비된 전극(3)과; 상기 전극(3)을 통해 상기 피접합재로 공급할 전류를 제공하는 전원(5)과; 상기 전원(5)으로부터 상기 전극(3)으로의 전기 공급을 조절하도록 구비된 컨트롤러(7)를 포함하여 구성된다.

즉, 상기한 종래기술과 같이 피접합재에 홀을 가공하지 않은 상태에서 리벳을 가압하여 접합이 이루어지도록 하는 장치에서, 피접합재의 접합부위에 접촉하는 접촉부품(1)인 헤드피스나 다이에 전극(3)을 구비하고, 상기 전원(5)으로부터의 전기를 상기 피접합재에 공급함으로써, 상기 피접합재의 강도를 순간적으로 약화시킨 상태에서 상기 리벳의 압입과정이 이루어지도록 함으로써, 고강도 부품이 포함된 피접합재의 접합 작업이 용이하고 원활하게 이루어질 수 있도록 한 것이다.

여기서, 상기 피접합재에 전류를 통전시켜서 강도를 약화시키는 것은, 스틸이나 알루미늄 소재에 전류를 통전시키면, 소재 내에 자유전자가 증대되어 소재의 금속간 결합을 약화시킴으로써 순간적으로 그 강도가 크게 저하되는 원리에 의한 것이다.

도 4의 실시예에서 상기 접촉부품(1)은 헤드피스(9)로 이루어지고, 상기 전극(3)은 상기 헤드피스(9)의 상기 피접합재를 향한 면에 서로 전기적으로 격리된 상태로 복수개가 노출된 상태로 구비되어 있다.

여기서, 상기 피접합재를 향한 상기 헤드피스(9)의 면은 도 3의 좌측에 도시된 바와 같이 도우넛 형태로 형성되고, 상기 전극(3)은 상기 도우넛 형태 내부에 원호형으로 복수개가 나뉘어 형성된 구조이다.

따라서, 상기 전원(5)의 양극과 음극은 상기 헤드피스(9)에 형성된 두 원호형 전극(3)으로 각각 연결되고, 상기 컨트롤러(7)의 제어에 의해 상기 전원(5)으로부터 전류를 공급받아 상기 헤드피스(9)가 접촉하는 피접합재의 표면을 통해 전류를 통전시키게 된다.

이 실시예의 경우 SELF PIERCE RIVET 장치에 적용한다면, 헤드피스(9)에만 전극(3)이 형성되고, 다이(11)에는 전극(3)이 형성되지 않은 형태이며, 어차피 다이가 없는 RIVTACK® 장치 등에 적합한 실시예이다.

도 5의 실시예에서, 상기 접촉부품(1)은 다이(11)로 이루어지고, 상기 전극(3)은 상기 다이(11)의 상기 피접합재를 향한 면에 서로 전기적으로 격리된 상태로 복수개가 노출된 상태로 구비되어 있다.

구체적인 구조는 상기 도 4의 실시예와 유사하며, 단지 전극(3)이 상기 다이(11)에 형성된 것에만 차이가 있으며, 이 경우 상기 전원(5)은 상기 다이(11)에 구비된 전극(3)들에만 연결되는 구조를 가진다.

도 6의 실시예에서, 상기 접촉부품(1)은 헤드피스(9)와 다이(11)로 이루어지고, 상기 전극(3)은 상기 헤드피스(9)와 다이(11)에 각각 상기 피접합재를 향한 면에 노출된 상태로 구비되는 바, 이는 도 2의 실시예와 같이 SELF PIERCE RIVET 장치 등과 같은 타입에 적용하는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 헤드피스(9)와 다이(11)는 상기 피접합재를 향한 면이 각각 도우넛 형태로 형성되고, 상기 전극(3)은 상기 도우넛 형태 내부의 원형으로 각각 형성될 수 있다.

도 7을 참조하여, 상기한 바와 같은 고강도 부품의 접합 장치의 접합 방법을 살펴보면, 피접합재의 접합부위에 접합장치의 접촉부품(1)을 접촉시키는 접촉단계(S10)와; 상기 접촉단계(S10) 이후 상기 접합장치에서 상기 피접합재에 리벳을 압입하기 전에 상기 접촉부품(1)을 통해 상기 피접합재의 접합부위에 전류를 통전시키는 통전단계(S20)를 포함하여 구성된다.

즉, 접합장치의 헤드피스(9)나 다이(11)와 같은 접촉부품(1)이 피접합재에 접촉하여 리벳을 압입할 준비가 된 상태에서, 상기 접촉부품(1)을 통해 피접합재에 전류를 통전시킴으로써, 상기 피접합재의 강도를 순간적으로 약화시킨 상태에서 리벳의 압입이 이루어지도록 하는 것이다.

상기 통전단계(S20)는 상기 접합장치에서 상기 피접합재에 리벳을 압입하기 직전까지 상기 피접합재의 접합부위에 전류를 통전시키도록 할 수 있을 것인 바, 이는 리벳을 압입하기 직전까지 상기 피접합재의 강도를 약화시키고, 아직 강도가 회복되기 전에 상기 리벳을 압입하도록 하는 것으로서, 리벳 압입시에 전기적인 트러블이 발생하는 것은 방지함에 중점을 둔 제어방법이다.

한편, 상기 통전단계(S20)는 상기 접합장치에서 상기 피접합재에 리벳을 압입하는 동안의 적어도 일부가 포함되도록 상기 피접합재의 접합부위에 전류를 통전시키도록 구성할 수도 있을 것인 바, 이는 상기의 경우에 비해서는 전기적 트러블의 발생가능성은 있지만 피접합재의 강도를 보다 확실히 저감시켜서 접합성능의 향상을 꾀할 수 있는 제어방법이라 할 수 있다.

또한, 상기 통전단계(S20)는 상기 접합장치에서 상기 피접합재에 리벳을 압입한 직후까지 상기 피접합재의 접합부위에 전류를 통전시키도록 구성할 수도 있는데, 이는 피접합재의 강도를 리벳이 완전히 삽입되어 결합이 이루어지고 난 시점까지 확실히 저감시키도록 하는 방법이 될 수 있을 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 접촉부품
3; 전극
5; 전원
7; 컨트롤러
9; 헤드피스
11; 다이
S10; 접촉단계
S20; 통전단계

Claims (10)

1. 접합장치의 부품으로서, 피접합재의 접합부위에 접촉하는 접촉부품(1)과;
   상기 피접합재에 전류를 공급할 수 있도록 상기 접촉부품(1)에 구비된 전극(3)과;
   상기 전극(3)을 통해 상기 피접합재로 공급할 전류를 제공하는 전원(5)과;
   상기 전원(5)으로부터 상기 전극(3)으로의 전기 공급을 조절하도록 구비된 컨트롤러(7);
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고강도 부품의 접합 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 접촉부품(1)은 헤드피스(9)로 이루어지고;
   상기 전극(3)은 상기 헤드피스(9)의 상기 피접합재를 향한 면에 서로 전기적으로 격리된 상태로 복수개가 노출된 상태로 구비되는 것
   을 특징으로 하는 고강도 부품의 접합 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 피접합재를 향한 상기 헤드피스(9)의 면은 도우넛 형태로 형성되고;
   상기 전극(3)은 상기 도우넛 형태 내부에 원호형으로 복수개가 나뉘어 형성된 것
   을 특징으로 하는 고강도 부품의 접합 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 접촉부품(1)은 다이(11)로 이루어지고;
   상기 전극(3)은 상기 다이(11)의 상기 피접합재를 향한 면에 서로 전기적으로 격리된 상태로 복수개가 노출된 상태로 구비되는 것
   을 특징으로 하는 고강도 부품의 접합 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 접촉부품(1)은 헤드피스(9)와 다이(11)로 이루어지고;
   상기 전극(3)은 상기 헤드피스(9)와 다이(11)에 각각 상기 피접합재를 향한 면에 노출된 상태로 구비되는 것
   을 특징으로 하는 고강도 부품의 접합 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 헤드피스(9)와 다이(11)는 상기 피접합재를 향한 면이 각각 도우넛 형태로 형성되고;
   상기 전극(3)은 상기 도우넛 형태 내부의 원형으로 각각 형성된 것
   을 특징으로 하는 고강도 부품의 접합 장치.
7. 피접합재의 접합부위에 접합장치의 접촉부품(1)을 접촉시키는 접촉단계(S10)와;
   상기 접촉단계(S10) 이후 상기 접합장치에서 상기 피접합재에 리벳을 압입하기 전에 상기 접촉부품(1)을 통해 상기 피접합재의 접합부위에 전류를 통전시키는 통전단계(S20);
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고강도 부품의 접합 장치의 접합 방법.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 통전단계(S20)는
   상기 접합장치에서 상기 피접합재에 리벳을 압입하기 직전까지 상기 피접합재의 접합부위에 전류를 통전시키는 것
   을 특징으로 하는 고강도 부품의 접합 장치의 접합 방법.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 통전단계(S20)는
   상기 접합장치에서 상기 피접합재에 리벳을 압입하는 동안의 적어도 일부가 포함되도록 상기 피접합재의 접합부위에 전류를 통전시키는 것
   을 특징으로 하는 고강도 부품의 접합 장치의 접합 방법.
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 통전단계(S20)는
    상기 접합장치에서 상기 피접합재에 리벳을 압입한 직후까지 상기 피접합재의 접합부위에 전류를 통전시키는 것
    을 특징으로 하는 고강도 부품의 접합 장치의 접합 방법.

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