KR20140017324A - 자동차용 프론트 사이드 멤버 및 그 제조방법 - Google Patents

자동차용 프론트 사이드 멤버 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20140017324A
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Abstract

본 발명의 일측면인 자동차용 프론트 사이드 멤버(Front Side Member)는 상기 프론트 사이드 멤버의 전방부는 강도가 상이한 고강도영역 및 저강도영역을 포함하고, 상기 전방부의 전면부터 고강도영역과 저강도 영역이 순차적으로 위치하며, 상기 프론트 사이드 멤버의 후방부는 고강도영역일 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 일측면인 프론트 사이드 멤버의 제조방법은 소재를 가열하는 단계, 상기 가열된 소재를 상기 금형에 인입하는 단계, 소재의 전영역을 금형과 접촉하여 성형 및 냉각하는 프리 켄칭단계, 고강도영역을 얻고자 하는 소재의 영역은 금형과 접촉을 유지하고, 저강도영역을 얻고자 하는 소재의 영역은 금형과 접촉되지 않도록 하여 공냉하는 단계 및 소재의 전영역을 금형과 접촉하여 냉각하는 포스트 켄칭단계를 포함할 수 있다.

Description

자동차용 프론트 사이드 멤버 및 그 제조방법{FRONT SIDE MEMBER FOR VEHICLE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 자동차용 프론트 사이드 멤버 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근들어 환경문제와 안전규제 강화에 따라 차량에 사용되는 각각의 부재에 대한 요구조건이 지속적으로 강화되고 있다. 즉, 연비향상을 위한 경량화 요구와 충돌안전성 향상에 대응한 고강도 요구가 확대되고 있다.
특히, 차체 제조시 정면 충돌에 대비하여, 고강도의 소재를 차체의 정면부의 부품에 적용한다. 이러한 부품 중 차체의 전방 골격을 이루는 핵심적인 구조물로써 프론트 사이드 멤버가 있다. 프론트 사이드 멤버는 고속 정면 충돌시 충돌에너지를 흡수하여, 차체의 모터룸 및 차체에 탑승한 승객에 충돌에너지 전달을 최소화할 수 있어야 한다. 이를 위해서 프론트 사이드 멤버의 전방부(Front, 크래쉬박스와 연결된 부위)는 외부의 물체와 충돌시 붕괴되기 쉽도록 설계되고, 후방부(Rear)는 변형이 일어나지 않도록 강하게 설계되어야 한다.
또한, 프론트 사이드 멤버는 차체의 동강성(동적 강성) 중 횡굽힘 모드(차량 승객석 앞부분의 횡방향 변형모드)에 중요한 부품이고, 정강성(정적 강성) 중 조향, 조정 안정성에 중요한 부품이다. 더불어, 횡굽힘 모드에서의 집중하중을 피할 수 있도록 설계되어야 한다.
이러한 특성을 만족시키기 위해 다양한 형태의 프론트 사이드 멤버가 제안되었지만, 가장 흔히 적용되는 형태는 전방부(Front)와 후방부(Rear)를 따로 성형하여 용접하거나, TWB(Tailor Welded Blank)판재로 성형하는 것이 일반적이다. 또한, 프론트 사이드 멤버의 전방부의 측면에 형상 비드를 포함하여, 충돌시 상기 형상 비드가 붕괴유도부위로서 역할을 하도록 제작하였다.
그러나, 이러한 프론트 사이드 멤버는 용접부에서 충돌시 응력이 집중하게 되어, 피로수명이 약화되는 문제점이 있다. 또한, 측면에 비드를 추가로 형성시켜야 하므로, 소재의 성형성이 좋아야 한다. 일반적인 적용대상 강종이 440 MPa급 이상인데, 강도가 높을수록 성형성이 낮아 비드 성형에 제약이 크다. 따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요한 시점이다.
본 발명의 일측면은 에너지 흡수능이 우수하고, 피로/내구 수명이 우수한 자동차용 프론트 사이드 멤버 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일측면인 자동차용 프론트 사이드 멤버(Front Side Member)는 상기 프론트 사이드 멤버의 전방부는 강도가 상이한 고강도영역 및 저강도영역을 포함하고, 상기 전방부의 전면부터 고강도영역과 저강도 영역이 순차적으로 위치하며, 상기 프론트 사이드 멤버의 후방부는 고강도영역일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일측면인 프론트 사이드 멤버의 제조방법은 소재를 가열하는 단계, 상기 가열된 소재를 상기 금형에 인입하는 단계, 소재의 전영역을 금형과 접촉하여 성형 및 냉각하는 프리 켄칭단계, 고강도영역을 얻고자 하는 소재의 영역은 금형과 접촉을 유지하고, 저강도영역을 얻고자 하는 소재의 영역은 금형과 접촉되지 않도록 하여 공냉하는 단계 및 소재의 전영역을 금형과 접촉하여 냉각하는 포스트 켄칭단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일측면은 저강도 영역을 제조하기 위한 금형 운동을 제어함으로써, 다양한 강도의 조합이 가능하여 차체의 목적에 따라 다양한 프론트 사이드 멤버를 제공할 수 있다.
또한, 종래의 비드 추가에 따른 성형성 악화가 없으며, 충돌시 붕괴 형태를 항상 일정하게 유지할 수 있으므로 충돌 흡수능이 높다.
따라서, 전기자동차에 본 발명의 프론트 사이드 멤버를 적용하게 되면, 전기자동차의 특성상 프런트 오버행이 짧아 충돌에너지 흡수능이 낮아지는 것을 보완할 수 있다.
프론트 사이드 멤버를 일체형으로 제작할 수 있으므로, 전방부와 후방부 사이의 용접부를 생략함으로서, 부품의 피로/내구 수명을 향상시킬 수 있다.
도 1은 차체에 적용된 프론트 사이드 멤버 어셈블리를 나타낸 모식도이다.
도 2는 프론트 사이드 멤버 어셈블리를 나타낸 모식도이다.
도 3은 종래에 적용된 프론트 사이드 멤버를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일측면인 프론트 사이드 멤버 및 강도분포 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 일측면인 프론트 사이드 멤버의 제조방법을 나타내는 플로우차트이다.
도 6은 본 발명의 다른 일측면인 프론트 사이드 멤버의 제조방법을 나타내는 개념도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 프론트 사이드 멤버 어셈블리(10)는 차체(1)의 일부품으로서, 프론트 사이드 멤버(110), 클로징 플레이트 사이드 멤버(111), 프론트 사이드 멤버 로어(112) 및 브라켓 모터 마운팅(113)을 포함한다. 더불어, 상기 프론트 사이드 멤버 어셈블리의 일측은 범퍼 어셈블리와 연결되고, 타측은 크래쉬박스와 연결될 수 있는 부품이다. 이 중 프론트 사이드 멤버는 일반적으로 전방부(Front)와 후방부(Rear)로 나눠지는데, 후방부가 전방부보다 강도가 강하여, 차체가 외부의 물체와 정면충돌시 전방부에서 붕괴가 유도되고, 후방부에는 충돌 에너지가 최소화되어, 후방부와 연결된 차체부의 모터룸이나, 승객 등에는 에너지 전달이 최소화된다.
그리고, 도 3에 도시한 바와 같이, 종래의 프론트 사이드 멤버(120)의 전방부(121)에는 형상비드(124)가 형성되는데, 상기 형상 비드(124)는 충돌시 붕괴가 유도되는 부위이다. 상술한 바와 같이, 이러한 형상비드를 제작하기 위하여는 소재의 성형성이 우수하여야 하는데, 차체에 적용되는 소재의 강도가 일반적으로 높기 때문에, 소재의 성형성이 반비례하여 불량하게 되어 형상비드의 적용이 쉽지 않다. 또한, 프론트 사이드 멤버의 전방부(121)와 후방부(121)를 각각 제작하여 용접하여 사용하는 경우에는 용접부(123)에 하중이 집중되어 수명이 저하되는 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하고자, 본 발명자들은 에너지 흡수능이 우수하면서도, 피로/내구 수명이 향상된 프론트 사이드 멤버를 제공할 수 있는 방안에 대한 연구를 거듭한 결과, 프론트 사이드 멤버의 전방부에 고강도 영역과 저강도 영역을 교차로 배열하여, 충돌시 저강도 영역을 붕괴유도지점으로 확보함으로써, 차체의 정면 충돌시 프론트 사이드 멤버의 전방부가 붕괴되어도, 후방부는 붕괴되지 않도록 설계하여, 차체의 모터룸 및/또는 차체에 탑승한 승객에게 충돌에너지가 전달되지 않도록 제어할 수 있음을 인지하고, 본 발명에 이르게 되었다.
특히, 저강도 영역의 중앙 부분에서의 강도를 최소화시키고, 상기 중앙 부분으로부터 양쪽으로 고강도 영역에 도달할 때까지 천이영역을 형성시킴으로써, 충돌시 저강도 영역의 중앙부분에서부터 붕괴가 시작되도록 하여 일정한 형태로 붕괴되는 형태를 보이고, 이로 인해 에너지 흡수를 최대화할 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일측면인 프론트 사이드 멤버(130)는, 전방부(131)와 후방부(132)가 일체형으로 제작되어, 용접부가 존재하지 않는다. 상기 전방부(131)는 강도가 상이한 고강도영역(133) 및 저강도영역(134)을 포함하고, 상기 전방부의 전면부터 고강도영역(133)과 저강도영역(134)이 순차적으로 위치할 수 있다. 그리고, 상기 프론트 사이드 멤버의 후방부(132)는 고강도영역으로 이루어진다.
본 발명에서 전방부 및 후방부는 종래의 프론트 사이드 멤버에서 Front부와 Rear부에 해당되는 것이며, 각각의 크기 및 형상은 특별히 제한되는 것은 아니며, 프론트 사이드 멤버의 요구조건 등에 맞게 제어될 수 있다.
상기 전방부에는 고강도영역과 저강도영역이 각각 2부분 이상 존재하며, 상기 고강도영역과 저강도영역이 순차적으로 위치하는 것이 바람직하다. 도 3에 도시한 바와 같이, 전방부는 고강도영역과 저강도영역이 교차로 배열되고, 후방부는 고강도영역으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같은 형태로 프론트 사이드 멤버를 구현하게 되면, 충돌시 프론트 사이드 멤버가 주름 형태로 적어도 2번 이상 붕괴되도록 할 수 있다.
또한, 상기 저강도영역은 천이영역을 포함하며, 상기 천이 영역은 강도가 낮아졌다가 증가하는 영역으로, 상기 저강도 영역의 중앙에서 최소의 강도를 갖는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같은 강도분포를 갖는 프론트 사이드 멤버는 충돌시 붕괴 위치를 저강도 영역의 중앙부분에서 최초로 발생되도록 함으로써, 이상적인 붕괴 거동을 통한 에너지 흡수능의 향상이 가능하다.
보다 구체적으로, 상기 저강도영역은 종래에 비드를 구비하였던 영역에 형성시키는 것이 바람직하며, 기존에 비드를 구비하였던 영역에 저강도 영역을 구현할 경우, 정면 충돌시 저강도영역의 중앙 부분에서 가장 먼저 변형이 발생함으로써 이상적인 형태의 붕괴 거동을 보이게 된다. 이로 인해, 충돌시 기존의 크래쉬 박스에 비해 에너지 흡수능이 매우 높아질 수 있다.
그리고, 상기 전방부의 전면에는 고강도영역이 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 형태로 프론트 사이드 멤버를 구현하는 경우, 프론트 사이드 멤버와 조립되는 다른 부품과의 매칭부에서 파단을 최소화할 수 있다.
상기 저강도영역과 고강도 영역 중 하나 또는 둘 이상의 영역의 폭은 프론트 사이드 멤버의 길이방향으로 20~50mm으로 제어하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 영역의 폭을 제어함으로서, 저강도영역에서 붕괴유도를 적절히 유도할 수 있다.
상기 고강도영역은 1000 내지 2000 MPa의 강도를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 상기 저강도영역은 500 내지 800 MPa의 강도를 갖는 것이 바람직하다.
상기 고강도영역을 1000 내지 2000 MPa 범위의 강도를 갖도록 하는 것은, 열처리를 통해 마르텐사이트 조직을 90% 이상 확보할 수 있는 강재의 강도가 통상 1000 MPa 이상이 되는 것이 대부분이며, 프론트 사이드 멤버의 고강도 영역 특성을 확보하기 위해서는 1000 MPa 이상으로 형성되는 것이 필요하기 때문이다. 또한, 2000 MPa 이하로 제한한 것은 현재 실용화 가능한 열처리 강재의 최대 강도가 2000 MPa 정도임으로 이와 같이 한정한 것이다.
또한, 저강도영역은 원 소재의 강도를 그대로 유지하여 구현된다. 따라서, 상기 원 소재를 이용하여 저강도 및 고강도 영역을 구현할 경우, 1000 내지 2000 MPa 강도를 확보할 수 있는 고강도 영역을 형성할 수 있는 소재를 이용하여야 한다. 바람직하게는, 500 내지 800 MPa의 강도를 갖는 소재를 다이 켄칭을 통해 1000 내지 2000 MPa의 고강도 영역을 구현할 수 있으며, 이러한 소재를 선택하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 저강도 영역 내부에는 천이 영역이 형성될 수 있다. 상기 천이 영역의 크기는 소재를 고강도로 형성하는 금형 영역과 저강도로 형성하는 금형 영역 사이의 갭(gap)의 크기를 변화시킴으로써 조절할 수 있다. 소재를 고강도로 형성하는 영역과 저강도로 형성하는 영역을 구분짓는 부분에서 형성되는 천이 영역은 고강도와 저강도 사이의 강도를 갖으며, 고강도 영역과 인접한 부위는 상대적으로 강도가 높으며, 저강도 영역과 인접한 부위는 상대적으로 강도가 낮다. 특히, 상기 천이영역의 강도 분포를 도 4에 나타낸 것과 같이 구현함으로써, 저강도 영역의 중앙부에서 붕괴가 시작되도록 할 수 있다. 이러한 강도 분포는 균일한 붕괴모드의 구현을 가능하게 하므로, 에너지 흡수능을 최대화시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 일측면인 프론트 사이드 멤버의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 도 5는 본 발명의 일측면인 프론트 사이드 멤버를 제조하는 방법에 대한 플로우 차트이다. 또한, 도 6은 본 발명의 일측면인 프론트 사이드 멤버의 제조방법(특히, 냉각 및 성형방법)을 나타내는 개념도이다.
먼저, 프론트 사이드 멤버를 제조하고자 하는 소재(블랭크 또는 냉각성형된 부품)를 가열로에 통과시켜 가열한다(S11).
이때, 가열 온도의 범위는 Ac3 변태점 이상인 것이 바람직하고, 약 900 ℃ 정도에서 충분히 가열하는 것이 바람직하며, 이로 인해 소재 전체를 완전히 오스테나이트(Austenite)화 되도록 할 수 있다.
가열이 완료된 소재(201)는 가열로로부터 추출하여 금형 내부로 인입한다(S12, 도 6(a)). 상기 가열로로부터 금형 내부로 소재를 이송시키는데 소요되는 시간은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 10 내지 20 초로 제한하는 것이 바람직하다. 상기 이송 시간은 가열된 소재를 가열로로부터 꺼낸 후 금형에 인입시킬 때까지의 시간을 의미한다. 또한, 상기 가열된 강재의 이송은 로봇 등을 이용하거나 작업자가 직접 수행할 수 있다.
상기 금형을 이용하여 상기 인입된 소재를 금형을 이용하여 성형 및 냉각한다. 여기서, 냉각방법은 1) 소재의 전영역을 금형과 접촉하여 냉각하는 프리 켄칭단계; 2) 고강도영역을 얻고자 하는 소재의 영역은 금형과 접촉을 유지하고, 저강도영역을 얻고자 하는 소재의 영역은 금형과 접촉되지 않도록 하여 공냉하는 단계; 및 3) 소재의 전영역을 금형과 접촉하여 냉각하는 포스트 켄칭단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 소재에 저강도 영역을 구현하기 위해 금형운동을 적용하는 것이 바람직하며, 이러한 금형운동은 유압에 의해 작동할 수 있는 탄성수단을 적용함으로써 수행가능하다. 보다 구체적으로, 유압이 제거된 상태에서는 저강도 영역의 금형(203)이 상승되어 있는 상태이나, 유압을 적용시키면 유압에 의해 탄성수단에 압력이 가해져 저강도 영역의 금형(203)이 하강하게 된다.
상기 금형은 상방 또는 하방으로 이동 가능한 복수의 상부금형과 상기 복수의 상부금형에 대응하는 상방 또는 하방으로 이동 가능한 복수의 하부금형을 포함하는 분리형 금형으로서, 상기 분리형 금형의 상부금형과 하부금형을 상방 또는 하방으로 구동하여 상부 및 하부 다이 사이에 재치된 소재를 접촉가압수단 또는 소재로부터 분리시키는 구동수단을 포함한다.
이때, 상기 구동수단은 금형별로 구비됨으로써 금형들은 독립적으로 구동될 수 있다. 상기 구동수단은 상기 상부금형 또는 하부금형을 소재방향으로 가압하는 가압수단과 상기 가압수단의 가압방향의 반대방향으로 상기 상부금형 또는 하부금형을 이동시키는 이동수단을 포함할 수 있다.
상기 가압수단은 금형에 압력을 가해줌으로써 상방 또는 하방으로 이동시킬 수 있는 어떠한 수단도 가능하며, 예컨대 유압구동방식 또는 공기압구동방식의 수단이 이용될 수 있다. 또한, 상기 이동수단은 탄성 부재로서 예컨대, 코일형의 스프링이 사용될 수 있다.
상기와 같이, 유압 시스템으로 각각의 소재 영역의 금형운동을 다르게 적용할 경우, 서로 다른 강도 즉, 고강도와 저강도 모두를 갖는 부품을 제조할 수 있다.
먼저, 금형에 인입된 소재의 전영역을 프리 켄칭한다(S13, 도 6(b)). 성형하고자 하는 소재(201)의 전영역을 프리 켄칭시킬 때, 모든 상부금형 및 하부금형이 소재와 접촉한 상태를 유지하여야 하므로, 가압수단이 모든 상부금형 및 하부금형에 적용되어 상부금형은 하방으로, 하부금형은 상방으로 이동된다. 이를 통하여 저강도 영역의 금형(203)과 고강도 영역의 금형(202)이 상기 소재(201)와 접촉된다. 특히, 저강도 영역의 금형(203)은 탄성수단(204)에 의하여 소재와 접촉된다.
상기 성형 및 급냉 시간은 목적하는 형상으로 성형함과 동시에, 목적하는 조직을 얻을 수 있는 조건이라면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 1 내지 5초로 제어하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 목적하는 형상으로 성형이 충분히 이루어지도록 할 수 있으며, 특히 저강도 영역에서는 페라이트, 퍼얼라이트 및 베이나이트의 상 변태가 쉽게 일어날 수 있도록 할 수 있다.
상기 성형 및 급냉이 종료된 소재의 온도는 목적에 따라 적절히 선택할 수 있으며, 구체적으로는 500 내지 700 ℃로 유지하는 것이 바람직하다.
이후, 고강도영역을 얻고자 하는 소재의 영역은 금형과 접촉을 유지하고, 저강도영역을 얻고자 하는 소재의 영역은 금형과 접촉되지 않도록 하여 공냉하는 단계를 실시한다(S14, 도 6(c)). 이때 상기 저강도 영역의 금형(203)은 소재(201)와 미접촉된 상태를 유지하여야 하므로, 상기 다이에 적용되었던 압력이 제거되어 가압수단의 적용이 더 이상 적용되지 않게 되고, 소재와 분리되는 방향으로 이동하게 된다. 반대로, 고강도영역을 얻고자 하는 소재의 영역은 금형과 접촉을 유지한다.
상기 탄성수단에 적용시킨 유압을 제거함으로써 저강도영역의 금형(203)을 상승시킬 수 있으며, 이로 인해 소재와 금형이 접촉되지 않는 상태가 된다.
오스테나이트 상과 페라이트 상이 공존하는 온도 범위로서, 이상역 온도범위에서 저강도를 얻고자 하는 영역을 일정시간 동안 공냉시킨다.
상기 금형과 접촉되지 않은 상태에서 공냉시킨 영역은 금형과 접촉되어 있는 영역과 비교하여 상대적으로 냉각속도가 매우 느리므로, 상 변태 과정을 겪게 된다. 구체적으로, 가열에 의해 생성된 오스테나이트가 상기 공냉에 의해 페라이트, 퍼얼라이트 및 베이나이트 중의 1종 또는 그 이상으로 변하게 된다. 생성되는 상(phase)은 소재(재질)의 성분에 따라 달라지게 되며, 상 변태 양은 공냉 시간에 비례하므로, 공냉 시간을 길게 할수록 저강도 영역을 생성하는데 유리하다.
반면, 금형과 접촉된 상태를 유지하는 영역은 빠른 냉각속도를 유지하므로, 오스테나이트가 직접 마르텐사이트로 변태되어 고강도화 된다.
상기 금형과 접촉되지 않는 영역의 공냉 시간은 특별히 한정되는 것은 아니나, 15 내지 40 초간 수행하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 상기 영역의 일부가 페라이트로 변태될 수 있다.
이때, 지속적으로 켄칭된 고강도 영역과는 달리 공냉된 저강도 영역은 400 ℃ 이상의 높은 온도를 유지하고 있다.
상기 공냉 완료 후, 소재의 영역별 온도 편차에 의한 형상 뒤틀림 및 마르텐사이트 변태완료를 위해, 전 영역을 금형과 접촉시켜 급냉시키는 포스트 켄칭 공정을 수행한다(S15, 도 6(d)).
모든 상부금형 및 하부금형이 소재와 접촉한 상태를 유지하여야 하므로, 가압수단이 모든 상부금형 및 하부금형에 적용되어 상부금형은 하방으로, 하부금형은 상방으로 이동된다. 이를 통하여 저강도 영역의 금형(203)과 고강도 영역의 금형(202)이 상기 소재(201)와 접촉된다.
상기 포스트 켄칭 공정 시간은 최종 부품의 취출 온도와 금형 재질에 따라 달라질 수 있으며, 구체적으로 10 내지 60 초간 수행하는 것이 바람직하다.
상기 포스트 켄칭 완료에 의해, 고강도 영역은 90% 이상 마르텐사이트 조직으로 변태될 수 있으며, 저강도 영역은 페라이트와 마르텐사이트 조직으로 변태될 수 있다. 이때, 저강도 영역의 마르텐사이트 조직은 30% 이하로 생성될 수 있다.
상기의 모든 단계를 완료하여 제조된 부품은 고강도 영역 및 저강도 영역 이외에 상기 저강도 영역 내에 천이 영역이 생성될 수 있다.
상기 천이 영역은 분리된 금형의 경계에서 형성될 수 있는데, 고강도 영역 즉, 금형과 접촉하는 영역에 인접한 부분은 상대적으로 냉각속도가 빠르며, 저강도 영역 즉, 공정 중에 공냉을 수행한 영역에 인접한 부분은 냉각속도가 더 느린 상태이기 때문에 분리된 금형의 경계 부분에서 고강도 영역과 저강도 영역의 중간 수준의 강도 범위를 갖는 천이 영역이 생성되게 된다.
상기 천이 영역의 크기는 분리된 금형 사이의 갭(gap)의 크기에 따라 달라지게 되며, 갭이 클수록 천이 영역의 크기도 커지게 된다. 하지만, 갭을 너무 크게 할 경우, 천이 영역의 강도가 저강도 영역의 강도보다 더 낮아질 수 있으므로, 사용되는 소재의 성분에 따라 최대로 설정할 수 있는 갭의 크기를 각각 설정하여야 한다.
상술한 제조방법을 통하여, 이강도 프론트 사이드 멤버를 제공할 수 있으며, 특히, 상기 프론트 사이드 멤버를 일체형으로 제작할 수 있으므로, 전방부와 후방부 사이의 용접부를 생략함으로서, 부품의 피로/내구 수명을 향상시킬 수 있고, 높은 에너지 흡수능을 확보할 수 있는 것이다.
1: 차체 10: 프론트 사이드 멤버 어셈블리
110: 프론트 사이드 멤버 111: 클로징 플레이트 사이드 멤버
112: 프론트 사이드 멤버 로어 113: 브라켓 모터 마운팅
120: 종래 프론트 사이드 멤버 121: 종래 프론트 사이드 멤버 전방부
122: 종래 프론트 사이드 멤버 후방부
123: 용접부 124: 형상비드
130: 본 발명의 프론트 사이드 멤버
131: 전방부 132: 후방부
133: 고강도영역 134: 저강도영역
201: 소재 202: 고강도영역의 금형
203: 저강도영역의 금형
204: 탄성수단

Claims (14)

  1. 자동차용 프론트 사이드 멤버(Front Side Member)로서,
    상기 프론트 사이드 멤버의 전방부는 강도가 상이한 고강도영역 및 저강도영역을 포함하고, 상기 전방부의 전면부터 고강도영역과 저강도 영역이 순차적으로 위치하며,
    상기 프론트 사이드 멤버의 후방부는 고강도영역인 프론트 사이드 멤버.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전방부에는 고강도영역과 저강도영역이 각각 2부분 이상 존재하며, 상기 고강도영역과 저강도영역이 순차적으로 위치하는 프론트 사이드 멤버.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 저강도영역은 천이영역을 포함하며, 상기 천이 영역은 강도가 낮아졌다가 증가하는 영역으로, 상기 저강도 영역의 중앙에서 최소의 강도를 갖는 프론트 사이드 멤버.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 저강도영역은 500 내지 800 MPa의 강도를 갖는 프론트 사이드 멤버.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 고강도영역은 1000 내지 2000 MPa의 강도를 갖는 프론트 사이드 멤버.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전방부의 저강도영역 및 고강도영역 중 1종 또는 2종 영역은 프론트 사이드 멤버의 길이방향으로 20~50mm의 폭을 갖는 프론트 사이드 멤버.
  7. 소재를 가열하는 단계;
    상기 가열된 소재를 상기 금형에 인입하는 단계;
    소재의 전영역을 금형과 접촉하여 성형 및 냉각하는 프리 켄칭단계;
    고강도영역을 얻고자 하는 소재의 영역은 금형과 접촉을 유지하고, 저강도영역을 얻고자 하는 소재의 영역은 금형과 접촉되지 않도록 하여 공냉하는 단계; 및
    소재의 전영역을 금형과 접촉하여 냉각하는 포스트 켄칭단계를 포함하는 프론트 사이드 멤버의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 소재의 가열온도는 Ac3 이상인 프론트 사이드 멤버의 제조방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 소재 가열 후 금형에 상기 소재를 인입하는데 소요되는 시간은 10~20초인 프론트 사이드 멤버의 제조방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 프리 켄칭단계에서, 소재의 온도는 500~700℃로 냉각되는 프론트 사이드 멤버의 제조방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 프리 켄칭단계는 1~5초간 실시되는 프론트 사이드 멤버의 제조방법.
  12. 청구항 7에 있어서,
    상기 저강도 영역의 공냉단계는 15~40초간 실시되는 프론트 사이드 멤버의 제조방법.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 포스트 켄칭단계는 10~60간 실시되는 프론트 사이드 멤버의 제조방법.
  14. 청구항 7에 있어서,
    상기 금형은 서로 분리된 다수의 분리형 금형이며, 상기 소재의 저강도 영역을 제조하는 금형 영역은 압력에 의해 작동되는 탄성수단에 의하여 상승 또는 하강되는 프론트 사이드 멤버의 제조방법.
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