KR20140008114A

KR20140008114A - 다단 스테빌라이저 바의 제조방법

Info

Publication number: KR20140008114A
Application number: KR1020120075234A
Authority: KR
Inventors: 조혜민
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2014-01-21

Abstract

본 발명은 자동차에 이용되는 스테빌라이저 바(stabilizer bar)의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 판재를 조관하여 만든 강관의 일부 부분의 두께와 내경을 다른 부분과 상이하게 형성하는 다단 성형 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

다단 스테빌라이저 바의 제조방법{Producing method for stabilizer bar having multiple steps}

일반적으로, 자동차의 현가장치는 차체와 차륜 사이에 설치되며 차체와 차륜을 다수개의 링크를 이용하여 연결하는 장치로서, 차량의 주행중에 발생되는 노면의 불규칙한 압력을 효과적으로 차단하여 탑승자에게 안락한 승차감을 제공하고, 운전자의 운전행위 및 노면의 굴곡에 의하여 발생된 차체의 흔들림을 적절하게 제어하여 운전 편의성을 제고시키며, 타이의 접지면에서의 수직하중을 적절한 수준으로 분배하여 선회 및 제동시의 조종성 및 안정성을 확보하는 기능을 수행한다.

이러한 현가장치로서, 적어도 3 개 이상의 링크가 사용되는 멀티링크(multi-link) 타입의 현가장치에는 너클, 로워암(lower arm), 어퍼암(upper arm), 트레일링 암(trailing arm), 어시스트 암, 코일 스프링, 쇽업소버 및 자동차가 좌우로 기울어지는 현상(롤링 현상)을 방지하는 스테빌라이져 바(stabilizer bar)가 장착된다.

상기의 스테빌라이저 바를 제조하는 방법을 도 1a 를 참조하여 간단하게 설명하면, 평판 형상의 판재(P)를 조관 설비를 이용하여 파이프 형상의 강관(Q)을 만든 다음, 만들어진 강관(Q)에 가열처리를 실시하고 절곡기를 이용하여 "ㄷ" 형상으로 굽힙 성형을 수행한 후, 후반의 열처리 가공을 통하여 최종적으로 스테빌라이저 바를 제조한다.

이러한 제조 방법에 의하여 만들어진 스테빌라이저 바의 일례를 도 1b 의 단면도에 도시하였는데, 통상적으로 스테빌라이저 바는 양측단이 절곡된 "ㄷ" 자 형상의 강관(Q')을 이루게 되는데, 상기의 굽힘 성형이 실시되는 강관(Q')의 절곡 부분에 스테빌라이저 바의 응력이 집중되기 때문에, 이러한 절곡 부분을 기준으로 스테빌라이저 바의 강도와 사용되는 소재의 양이 설계된다.

그러나, 최대 응력이 집중되는 절곡 부분을 기준으로 이루어진 스테빌라이저 바는 강관(Q')의 내경(p1)과 두께는 그 절곡 부분 뿐만 아니라 스테빌라이저 바의 다른 부분에도 균일하게 이루어지므로, 최대 응력을 필요로 하지 않는 스테빌라이저 바의 다른 부분에도 필요 이상의 소재가 투입되는 결과를 초래하게 된다.

따라서, 이는 스테빌라이저 바의 제조상의 비용 증가를 야기할 뿐만 아니라, 스테빌라이저 바가 자동차의 차체 하부에 장착되는 타부품에 의하여 간섭을 받게 될 가능성도 증가되어 설계상의 자유도를 제한하는 요인으로 작용할 수 있는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 스테빌라이저 바의 최대 응력이 집중되는 부분에만 필요한 소재가 투입되게 하여 제조비용을 절감하고, 나아가 차체 하부에 장착되는 타부품에 의한 간섭 가능성을 최소화하여 설계상의 자유도를 확장시킬 수 있는 스테빌라이저 바의 제조방법을 제공하는데 본 발명의 기술적 과제가 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명 다단 스테빌라이저 바의 제조방법은, 스테빌라이저 바의 내부에 성형틀을 삽입하고 강관을 가압하여 스테빌라이저 바의 일부 부분의 두께 및 내경을 다른 부분과 상이하게 성형하는 다단성형 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 가지는 다단 스테빌라이저 바의 제조방법은, 다단성형 단계를 통하여 스테빌라이저 바의 강관의 일부 부분의 두께 및 내경이 다른 부분과 상이하게 형성되므로, 종래와 같이 강관의 전체 부분의 두께와 내경을 균일하게 할 필요가 없어 요구되는 소재의 양을 감소시킬 수 있게 되고, 전체적인 스테빌라이저 바의 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 다단 스테빌라이저 바는 최대 응력이 집중되는 절곡부 부분만의 내경 또는 두께를 다른 부분과 상이하게 형성할 수 있게 됨으로써, 큰 응력이 부하되는 부분의 단면적을 증가시키고 결과적으로 면적당 부하되는 하중이 스테빌라이저 바의 전구간을 통하여 동일하게 분산되어 스테빌라이저 바의 비틀림 내구 수명을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 최대 응력이 요구되지 않는 부분의 두께와 내경을 강관의 본래 두께보다 더 감소시킬 수 있게 되므로, 차체 하부에 장착되는 타부품과의 간섭 가능성을 최소화시킬 수 있으며 이를 통하여 자동차 설계상의 자유도를 확장시킬 수 있게 된다.

도 1 은 종래의 스테빌라이저 바의 제조방법을 도시한 것으로서, 도 1a 는 종래의 제조방법의 순서도, 도 1b 는 종래의 스테빌라이저 바의 일례의 단면도,
도 2 는 본 발명 스테빌라이저 바의 제조방법의 순서도,
도 3 은 본 발명 스테빌라이저 바의 다단성형 단계의 실시예를 나타낸 사시도,
도 4 는 본 발명의 다단성형된 스테빌라이저 바의 단면도,
도 5 는 본 발명 제조방법을 통하여 제조된 스테빌라이저 바의 일례의 단면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다단 스테빌라이저 바의 제조방법의 구성을 상세하게 설명한다.

단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.

또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2 는 본 발명 스테빌라이저 바의 제조방법의 순서도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 스테빌라이저 바의 제조방법은 판재를 조관하여 만든 강관의 일부 부분의 두께와 내경을 다른 부분과 상이하게 형성하는 다단 성형 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉, 도 2 에 도시된 바와 같이, 평판 형상의 판재를 조관 설비를 이용하여 파이프 형상의 강관을 만드는 조관 단계; 상기 강관의 일부 부분의 두께와 내경을 다른 부분과 상이하게 형성하는 다단 성형 단계; 강관을 가열처리하는 가열 단계; 절곡기를 이용하여 강관을 절곡하는 굽힙 성형 단계; 절곡된 강관에 열처리를 수행하는 열처리 단계; 를 포함하는 다단 스테빌라이저 바의 제조방법이다.

상기의 다단 성형 단계를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 본 발명 다단 스테빌라이저 바의 제조방법의 다단 성형 단계의 실시예의 사시도로서, 조관 단계를 통하여 만들어진 파이프 형상의 강관(10)의 일측 개구를 통하여 강관 내부(11)에 원통 형상의 성형틀(20)을 삽입한다. 이때, 성형틀(20)의 삽입과정에서 성형틀(20)를 강관(10) 내부로 미는 밀대(30)가 이용될 수 있다.

그리고, 상기와 같이 성형틀(20)을 삽입한 상태의 강관(10)의 외주면을 성형기(40)의 일측 클램퍼(41)와 타측 클램퍼(42) 사이에 위치시킨후 일측 클램퍼(41)와 타측 클램퍼(42)를 강관(10) 방향으로 이동시키되 강관(10) 또는 클램퍼(41,42)들을 회전시켜 가면서 강관(10)의 외주면을 가압한다.

이때, 상기 성형기(40)의 하부에 위치한 거리조절부(43)를 통하여 강관(10)의 외주면과 클램퍼(41,42)들의 거리를 조절할 수 있으며, 강관(10)의 외주면에 물려지는 클램퍼(41,42)들의 물림턱의 형상을 따라서 강관의 외주면 형상이 변형되게 되면서 강관(10)의 일부 부분이 다른 부분과 두께 및 내경이 상이하게 소성변형되면서 다단의 스테빌라이저 바가 형성된다.

도 4 는 상기와 같이 다단성형된 강관의 단면을 도시한 것이고, 도 5 는 본 발명 제조방법을 통하여 제조된 스테빌라이저 바의 일례의 단면도로서, 도면의 좌측에 도시된 다단성형 이전의 강관(10)이 소정의 내경(d)을 가진다고 한다면, 스테빌라이저 바의 일부 부분에 성형틀(20)을 삽입하고 성형틀(20)이 삽입된 부분을 제외한 강관(10)의 다른 부분을 성형기(40)로 가압하면, 결과적으로 도 4 의 우측 상단에 도시된 바와 같이 성형틀(20)이 삽입된 부분의 내경은 다단 성형 이전의 본래 내경(d)을 유지하는 반면, 성형틀(20)이 삽입되지 않은 다른 부분의 내경은 축소된 내경(d1)을 이루게 되므로, 도 5 의 (a) 부분의 스테빌라이저 바 단면도와 같이 스테빌라이저 바의 강관(10)의 최대 응력이 집중되는 절곡부(A) 부분만 다른 부분의 축소된 내경(d1)과 상이한 내경(d)을 가지게 할 수 있다.

또한, 강관(10)이 길이 방향으로 신장되지 않도록 강관(10)의 양단을 바이스등의 설비에 고정시킨 후, 강관(10)의 외주면을 성형기(40)를 이용하여 가압하면, 결과적으로 도 4 의 우측 하단에 도시된 바와 같이 성형기(40)를 통하여 가압되지 않은 부분의 내경은 다단 성형 이전의 본래 내경(d)을 유지하는 반면, 성형기(40)를 통하여 가압된 부분의 내경은 축소된 내경(d2)을 가지면서 해당 부분의 강관(10)의 두께가 증가된 두께(f)를 가지게 되므로, 도 5 의 (b) 부분의 스테빌라이저 바 단면도와 같이 스테빌라이저 바의 강관(10)의 최대 응력이 집중되는 절곡부(B) 부분만 다른 부분의 강관(10)의 두께보다 더 두꺼운 두께(f)와 더 축소된 내경(d2)을 가지도록 할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명의 다단 스테빌라이저 바는 최대 응력이 집중되는 절곡부 부분만의 내경 또는 두께를 다른 부분과 상이하게 형성할 수 있게 됨으로써, 큰 응력이 부하되는 부분의 단면적을 증가시키고 결과적으로 면적당 부하되는 하중이 스테빌라이저 바의 전구간을 통하여 동일하게 분산되어 스테빌라이저 바의 비틀림 내구 수명을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 최대 응력이 집중되는 부분만의 외경과 두께를 증대시킬 수 있으므로 필요 소재가 감소시켜 제조비용을 절감할 뿐만 아니라 스테빌라이저 바의 중량을 경량화시킬 수 있게 된다.

또한, 최대 응력이 요구되지 않는 부분의 두께와 내경을 강관의 본래 두께보다 더 감소시킬 수 있게 되므로, 차체 하부에 장착되는 타부품과의 간섭 가능성을 최소화시켜 자동차 설계상의 자유도를 확장시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 다단 스테빌라이저 바는 차체 하부에 장착되는 점을 고려하여 습기나 먼지에 강한 내부식성을 가져야 하므로, 바람직하게는 본 발명 스테빌라이저 바에 이용되는 강관(10)은 기본 소재인 강철에 하기의 표 1 에 기재된 성분비를 따르는 금속들을 합금하는 것이 바람직하다.

성분	C (탄소)	Si (실리콘)	Mn (망간)	Cr (크롬)	Cu (구리)	Ni (니켈)	B (붕소)
성분비 (중량%)	0.3-0.4	0.1-0.3	1.0-1.8	0.1-0.5	최대 0.4 (0.4 이하)	0.3-0.6	0.001-0.005

상기의 표 1 에서 탄소(C)는 강철의 강도를 향상시키는데에 가장 효과적이고 중요한 원소이다.

또한, 망간(Mn)은 펄라이트가 미세해지고, 페라이트를 고용강화시켜 탄소강의 항복강도를 향상시키며, 구리(Cu)는 비교적 소량 함유되어 있어도 강철의 내식성을 현저하게 향상시킬 수 있으며, 니켈(Ni)은 강인성 및 내식성, 내산성을 증가시킬 수 있다.

따라서, 상기와 같은 성분비에 따른 본 발명 스테빌라이저 바의 강관은 그에요구되는 필요 강도를 확보할 수 있음과 동시에 내부식 특성을 향상시켜 스테빌라이저 바의 경량화와 수명 향상을 동시에 달성할 수 있게 된다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10; 강관
11; 강관 내부
20; 성형틀
30; 성형틀 밀대
40; 성형기
41; 일측 클램퍼
42; 타측 클램퍼
43; 거리조절부
d; 강관 내경
d1; 축소 강관 내경
d2; 축소 강관 내경
f; 강관 두께

Claims

강철에 탄소(C) 0.3-0.4 중량%, 실리콘(Si) 0.1-0.3 중량%, 망간(Mn) 1.0-1.8 중량%, 크롬(Cr) 0.1-0.5 중량%, 구리(Cu) 0.4 중량% 이하, 니켈(Ni) 0.3-0.6 중량%, 붕소(B) 0.001-0.005 중량%의 금속을 합금하여 조관된 강관(10)을 이용하는 스테빌라이저 바의 제조방법에 있어서,
상기 강관(10)의 일부 부분의 두께와 내경을 다른 부분과 상이하게 형성하는 다단 성형 단계;
상기 다단 성형된 강관을 가열하는 가열 단계;
가열된 강관을 절곡하는 굽힙 성형 단계;
절곡된 강관에 열처리를 수행하는 열처리 단계; 를 포함하는 다단 스테빌라이저 바의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 다단 성형 단계는,
상기 강관(10)의 내부(11)에 성형틀(20)을 삽입하고,
강관(10)의 외주면을 성형기(40)의 일측 클램퍼(41)와 타측 클램퍼(42) 사이에 위치시키고,
성형기(40)의 클램퍼(41,42)에 의하여 강관(10)의 외주면을 가압함으로써 다단 성형이 수행되는 것을 특징으로 하는 다단 스테빌라이져 바의 제조방법.
제 2 항에 있어서, 상기 다단 성형 단계에서 다단 성형 이전의 강관(10)이 본래의 내경(d)을 가지는 경우,
상기 성형틀(20)이 삽입된 부분을 제외한 강관(10)의 다른 부분을 성형기(40)로 가압하여,
성형틀(20)이 삽입된 부분의 내경은 다단 성형 이전의 본래 내경(d)을 유지시키되 성형틀(20)이 삽입되지 않은 다른 부분의 내경은 축소된 내경(d1)을 이루게 하고,
본래 내경(d)을 유지하는 강관(10)의 부분을 스테빌라이저 바의 강관(10)의 최대 응력이 집중되는 절곡부(A) 부분을 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 다단 스테빌라이저 바의 제조방법.
제 2 항에 있어서, 상기 다단 성형 단계에서 다단 성형 이전의 강관(10)이 본래의 내경(d)을 가지는 경우,
상기 강관(10)이 길이 방향으로 신장되지 않도록 강관(10)의 양단을 고정시키고 강관(10)의 외주면을 성형기(40)를 이용하여 가압하여,
성형기(40)를 통하여 가압되지 않은 부분의 내경은 다단 성형 이전의 본래 내경(d)을 유지시키되 성형기(40)를 통하여 가압된 부분의 내경은 축소된 내경(d2)을 가지면서 해당 부분의 강관(10)의 두께가 증가된 두께(f)를 가지게 하고,
축소된 내경(d2)을 가지면서 강관(10)의 두께가 증가된 두께(f)를 가지는 강관(10)의 부분을 스테빌라이저 바의 강관(10)의 최대 응력이 집중되는 절곡부(B) 부분을 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 다단 스테빌라이저 바의 제조방법.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항의 제조방법으로 이루어진 스테빌라이저 바.