KR20160033948A - 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합방법 - Google Patents

Abstract

셀프 피어싱 리벳, 이를 이용한 접합방법이 개시된다. 본 발명에 일 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳은 섕크부 내부에 구조용 접착제가 충진되어 형성되고, 상기 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합방법은 모재를 엔빌다이에 안착시키는 소재공급단계; 상기 펀치유닛이 하강하여 상기 셀프 피어싱 리켓의 섕크부 선단이 모재의 상면에 접촉되도록 하는 펀치유닛하강단계; 상기 펀치유닛이 상기 모재의 접합부에 대하여 셀프 피어싱 리벳을 가압하여 상기 모재의 내부로 셀프 피어싱 리벳을 압입하는 압입단계; 및 상기 셀프 피어싱 리벳을 모재에 완전히 압입하여 섕크부 내부의 구조용 접착제가 모재 사이로 스며들도록 하고, 상기 펀치유닛이 다시 상승하는 접합완료단계를 포함한다.

Description

셀프 피어싱 리벳, 및 이를 이용한 접합방법{SELF PIERCING RIVET, AND METHOD FOR JOINING USING THE SAME}

본 발명은 셀프 피어싱 리벳과 이를 이용하여 소재를 접합하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초고강도 강판을 포함하는 모재를 기계적으로 접합하기 위한 셀프 피어싱 리벳, 및 이를 이용한 접합방법에 관한 것이다.

일반적으로 셀프 피어싱 리벳접합은 셀프 피어싱 리벳을 2장의 강판에 피어싱 압입하여 접합하는 접합으로, 자동차 산업에서는 레이저 용접 또는 스폿 용접 등의 접합방법을 대체하여 사용되고 있는 실정이다.

이러한 셀프 피어싱 리벳접합은 강판 등의 접합 대상물에 리벳 접합용 구멍을 가공하고 그 구멍에 리벳을 삽입 후, 헤드부를 성형하여 접합 대상물을 접합하는 기존의 리벳팅 방식과 달리, 구멍을 선행하여 가공하지 않고 유압 또는 공압으로 리벳을 접합 대상물에 압입하여 리벳을 소성 변형시킴으로써 접합 대상물을 접합하는 방식이다.

도 1은 종래 기술에 따른 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합공정을 나타내는 공정도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 셀프 피어싱 리벳(1)을 이용한 접합공정은 모재(3)를 엔빌다이(13)에 안착시키고, 셀프 피어싱 리벳(1)을 펀치유닛(11)에 공급하는 소재공급단계(S1)와, 상기 펀치유닛(11)이 하강하여 상기 모재(3)에 셀프 피어싱 리벳(1)을 접촉되는 펀치유닛하강단계(S2)와, 상기 펀치유닛(11)이 상기 셀프 피어싱 리벳(1)을 가압하여 모재(3)에 압입하는 압입단계(S3) 및 상기 셀프 피어싱 리벳(1)의 소성변형에 의해 접합이 완료되는 접합완료단계(S4)를 포함한다.

이러한 셀프 피어싱 리벳 접합은 별도의 홀 가공이 필요 없이 펀치유닛(11)의 가압력만으로 이루어짐으로써, 종래의 스폿용접에 비하여 작업환경을 개선하는 효과가 있으며, 스폿용접이 용이하지 않은 알루미늄 판재와 같은 부품을 기계적으로 접합하기 위해 사용될 수 있다.

도 2는 종래 기술에 따른 셀프 피어싱 리벳 접합부의 단면도이다.

즉, 도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 셀프 피어싱 리벳접합은 셀프 피어싱 리벳(1)의 섕크부가 모재(3) 내부로 압입되면서 셀프 피어싱 리벳(1)의 체적만큼 모재(3)의 하면이 밀려나 돌출부(5)가 발생면서 2장의 모재(3)와의 사이에 언더컷(UC)을 발생시키면서 접합하게 된다.

도 3은 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 셀프 피어싱 리벳 접합부의 단면도이다.

도 3을 참조하면, 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 셀프 피어싱 리벳 접합은 최근 차체의 고강도 경량화의 추세에 따라 적용되는 초고장력 강판(3a; 인장강도가 1,500 MPa 이상의 강판)의 접합에는 적용이 어려운 단점이 있다.

즉, 초고장력 강판(3a)의 접합을 위하여 종래와 같은 셀프 피어싱 리벳(1)을 적용하게 되면, 상기 셀프 피어싱 리벳(1)의 섕크부에 의해 절개된 초고장력 강판(3a)의 높은 강성에 의해 섕크부 내부로 압입되지 못하여 섕크부 내부에 중공(S)을 형성하는 단점이 있다. 이러한 섕크부 내부의 중공(S)은 모재(3)의 접합력을 저하시키거나 접합 불량을 초래하는 원인이 된다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 섕크부의 내부에 구조용 접착제가 충진된 셀프 피어싱 리벳을 통하여 초고강도 강판을 포함하는 모재를 기계적으로 접합함으로써, 접합부의 체결력을 향상시키는 셀프 피어싱 리벳 및 이를 이용한 접합방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 모재를 파고들어 접합하는 헤드부와 섕크부로 구성되는 셀프 피어싱 리벳에 있어서, 상기 섕크부는 내부에 구조용 접착제가 충진되어 형성되는 셀프 피어싱 리벳을 제공할 수 있다.

또한, 상기 구조용 접착제는 고점도 풀리머 접착제로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 모재는 초고장력 강판을 포함하는 적어도 2장 이상일 수 있다.

또한, 상기 모재는 이종 재질 또는 동종 재질로 이루어질 수 있다.

또한, 상기한 셀프 피어싱 리벳을 펀치유닛에 공급하고, 모재를 엔빌다이에 안착시키는 소재공급단계; 상기 펀치유닛이 하강하여 상기 셀프 피어싱 리켓의 섕크부 선단이 모재의 상면에 접촉되도록 하는 펀치유닛하강단계; 상기 펀치유닛이 상기 모재의 접합부에 대하여 셀프 피어싱 리벳을 가압하여 상기 모재의 내부로 셀프 피어싱 리벳을 압입하는 압입단계; 및 상기 셀프 피어싱 리벳을 모재에 완전히 압입하여 섕크부 내부의 구조용 접착제가 모재 사이로 스며들도록 하고, 상기 펀치유닛이 다시 상승하는 접합완료단계를 포함하는 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 섕크부의 내부에 구조용 접착제가 충진된 셀프 피어싱 리벳을 이용하여 초고강도 강판을 포함하는 모재를 기계적으로 접합함으로써, 중공과 모재 사이에 구조용 접착제가 스며들도록 하여 접합부의 체결력을 향상시킬 수 있다.

이외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합공정을 나타내는 공정도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 셀프 피어싱 리벳 접합부의 단면도이다.
도 3은 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 셀프 피어싱 리벳 접합부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합공정을 설명하기 위한 공정도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 접합부의 단면도이다.
도 7은 종래 기술과 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 접합부의 접합강도와 파단거리를 비교하는 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예를 설명한다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합공정을 설명하기 위한 공정도이고, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 접합부의 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳(20)은 헤드부(21)와 섕크부(23)로 이루어지고, 상기 섕크부(23)의 내부의 공간에는 구조용 접착제(25)가 충진되어 형성된다.

여기서, 상기 구조용 접착제(25)는 고점도 풀리머 접착제로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 내점성, 내열성을 갖는 접착성 소재이면 적용이 가능하다.

그리고 본 발명의 실시 예에 다른 셀프 피어싱 리벳(20)에 의해 접합되는 모재(3)는 적어도 한 장은 초고장력 강판(3a)을 포함하여 2장이 적용되는 것이 이상적이나, 3장의 경우에도 적용이 가능하다.

즉, 상기 모재(3)는 이종 재질 또는 동종 재질 모두 가능할 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합방법을 구현하기 위한 셀프 피어싱 리벳 장치는 C형 프레임(미도시), 상기 C형 프레임의 상측에 구성되는 펀치유닛(11), 상기 펀치유닛(11)에 대응하여 상기 C형 프레임의 하측에 구성되는 엔빌다이(13)를 포함한다.

여기서, 상기 C형 프레임은 당업계에서 널리 알려진 공지의 기술이므로 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략한다.

상기 펀치유닛(11)은 셀프 피어싱 리벳(20)이 공급되면, 이를 모재(3,3a)에 압입하도록 상기 셀프 피어싱 리벳(20)에 압력을 가하는 펀치(11a)와, 모재(3)와 접촉하여 접합부(27)를 가압하는 하우징(11b)을 포함한다.

또한, 상기 엔빌다이(13)는 셀프 피어싱 리벳(20)이 모재(3)에 압입되는 과정에 셀프 피어싱 리벳(20)의 섕크(Shank)부(23)가 벌어지도록 소성 변형시키는 성형골(13a)이 형성된다.

이러한 셀프 피어싱 리벳 장치는 모재(3,3a)를 펀치유닛(11)과 엔빌다이(13) 사이에 위치시킨 상태에서, 펀치유닛(11)의 작동에 의해 셀프 피어싱 리벳(20)을 모재(3,3a)에 압입하면서 상기 셀프 피어싱 리벳(20)의 선단이 엔빌다이(13)의 성형골(13a)을 따라서 외측으로 확장 소성 변형되면서 모재(3,3a)를 일체로 접합한다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 셀프 피어싱 리벳(1)을 이용한 접합방법에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

즉, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 셀프 피어싱 리벳(1)을 이용한 접합방법은 다음과 같은 단계별 공정으로 이루어진다.

먼저, 소재공급단계(S11)를 진행한다.

상기 소재공급단계(S11)는 상기 엔빌다이(13)의 상부에 접합하고자 하는 모재(3,3a)를 안착시킨다.

여기서, 상기 모재(3,3a)는 하부에 일반강판(3) 또는 알루미늄 판재 등을 적용할 수 있고, 그 상부에 초고장력 강판(3a)을 적용한다.

즉, 상기 모재(3,3a)는 셀프 피어싱 리벳(20)에 의해 바로 피어싱되는 상부의 모재로 초고장력 강판(3a)이 적용된다.

이러한 모재(3,3a)가 상기 엔빌다이(13)에 안착되고, 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳(20)은 상기 펀치유닛(11)에 공급된다.

상기 소재공급단계(S11)에 이어서, 펀치유닛하강단계(S12)를 진행한다.

상기 펀치유닛하강단계(S12)는 상기 펀치유닛(11)이 하강하여 상기 모재(3)에 셀프 피어싱 리벳(20)을 접촉된 상태로, 상기 하우징(11b)이 상기 상부 모재인 초고강도 강판(3a)을 엔빌다이(13) 측으로 가압하는 상태를 유지한다.

이러한 펀치유닛하강단계(S12)에 이어서, 압입단계(S13)를 진행한다.

상기 압입단계(S13)는 상기 펀치유닛(11)의 내부 펀치(11a)가 하강하여 상기 셀프 피어싱 리벳(1)을 가압하면서 모재(3,3a)에 압입한다.

이때, 상기 셀프 피어싱 리벳(20)은 섕크부(23)를 통하여 상기 초고강도 강판(3a)을 피어싱 하면서 소성변형이 진행되며, 상기 섕크부(23) 내부의 구조용 접합제(25)는 초고장력 강판(3a)에 의해 압축되면서 모재의 내부로 스며들게 된다.

이러한 압입단계(S13)에 이어서, 접합완료단계(S14)를 진행한다.

상기 접합완료단계(S4)는 상기 셀프 피어싱 리벳(20)의 소성변형이 완료되면서 접합이 완료되는데, 상기 셀프 피어싱 리벳(20)의 선단이 엔빌다이(13)의 성형골(13a)을 따라서 외측으로 확장 소성 변형되면서 모재(3,3a)를 일체로 접합한다.

이때, 도 6을 참조하면, 상기 피어싱된 초고강도 강판(3a)의 피어싱분은 상기 셀프 피어싱 리벳(20)의 섕크부(23) 내부의 공간에 삽입되지는 못하나, 상기 공간에 구조용 접착제(25)가 충진된 상태를 이루게 된다.

또한, 상기 구조용 접착제(25)는 모재(3,3a)로 스며들면서 고착화되어 상기 섕크부(23)의 언더컷(UC)과 함께 모재(3)의 체결력을 높이게 된다.

도 7은 종래 기술과 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳 접합부의 접합강도와 파단거리를 비교하는 그래프이다.

본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳(1)과 이를 이용한 접합방법에 의하면, 상호 기계적 접합이 어려운 소재도 강한 결합력으로 접합 가능하며, 특히, 초고강도 강판(3a)을 모재로 하여 견고한 접합을 가능하게 한다.

즉, 도 7의 그래프에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 접합부의 평균접합강도는 종래 기술과 동등한 수준이나, 파단거리는 약 2~3배 향상되는 결과를 얻을 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1, 20 : 셀프 피어싱 리벳
3, 3a: 모재(3a: 초고강도 강판)
11 : 펀치유닛
11a : 펀치
11b : 하우징
13 : 엔빌다이
13a : 성형골
21 : 헤드부
23 : 섕크부
25 : 구조용 접착제
UC : 언더컷

Claims (5)

1. 모재를 파고들어 접합하는 헤드부와 섕크부로 구성되는 셀프 피어싱 리벳에 있어서,
   상기 섕크부는
   내부에 구조용 접착제가 충진되어 형성되는 셀프 피어싱 리벳.
2. 제1항에 있어서,
   상기 구조용 접착제는
   고점도 풀리머 접착제로 이루어지는 셀프 피어싱 리벳.
3. 제1항에 있어서,
   상기 모재는
   초고장력 강판을 포함하는 적어도 2장 이상인 것을 특징으로 하는 셀프 피어싱 리벳.
4. 제3항에 있어서,
   상기 모재는
   이종 재질 또는 동종 재질로 이루어지는 셀프 피어싱 리벳.
5. 제1항 내지 제4항 중, 어느 하나의 항의 셀프 피어싱 리벳을 펀치유닛에 공급하고, 모재를 엔빌다이에 안착시키는 소재공급단계;
   상기 펀치유닛이 하강하여 상기 셀프 피어싱 리켓의 섕크부 선단이 모재의 상면에 접촉되도록 하는 펀치유닛하강단계;
   상기 펀치유닛이 상기 모재의 접합부에 대하여 셀프 피어싱 리벳을 가압하여 상기 모재의 내부로 셀프 피어싱 리벳을 압입하는 압입단계; 및
   상기 셀프 피어싱 리벳을 모재에 완전히 압입하여 섕크부 내부의 구조용 접착제가 모재 사이로 스며들도록 하고, 상기 펀치유닛이 다시 상승하는 접합완료단계;
   를 포함하는 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합방법.

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