KR20160067995A - 크러쉬 박스 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

크러쉬 박스를 구성하는 통체의 판 두께가 1.4mm보다도 얇은 경우여도, 이 통체를 세트 플레이트에 맞댄 상태로 양호하게 용접하는 것이 가능하고, 축압괴 성능이 뛰어난 크러쉬 박스와 그 제조 방법을 제공한다. 금속제의 장척의 통체를 갖는 크러쉬 박스(1)이다. 통체는, 길이 방향으로 연장되는 복수의 능선부(2-1~2-4)와 복수의 측벽부(4)에 둘러싸인 편평한 다각형의 기본 단면 형상을 갖고, 그 단면의 장축 방향과 대략 평행한 장변측의 측벽부(4)에 상기 길이 방향으로 연장되는 1개 이상의 홈부(3-1, 3-2)를 가짐과 더불어, 상기 길이 방향의 단부에 외향 플랜지(5-1~5-4)를 갖는다.

Description

크러쉬 박스 및 그 제조 방법{CRUSH BOX AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은, 자동차 차체에 장착되는 크러쉬 박스 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은, 예를 들면 자동차 차량의 전부나 후부에 부착되고, 충격 하중이 그 축방향을 향해 부하되었을 때 좌굴하여 주름상자 형상으로 소성 변형됨으로써 충격 에너지를 흡수하기 위한 금속판의 성형체인 통체를 구비하는 크러쉬 박스와, 그 제조 방법에 관한 것이다.

충돌시의 충격 하중에 의해 좌굴함으로써 충돌 에너지를 흡수하기 위한 충격 흡수 부재가 차량에 부착된다. 크러쉬 박스가 이 충격 흡수 부재의 하나로서 알려진다. 크러쉬 박스는, 차량의 전후에 전후방향을 향해 배치되는 통체를 갖는다. 크러쉬 박스는, 이 통체와, 통체의 길이 방향의 편측의 단부에 맞댐 아크 용접(butt arc welding) 등에 의해 용접되는 세트 플레이트(고정판)를 구비한다.

충돌 하중이 통체의 축방향을 향해 부하되었을 때 축방향으로 안정적으로 반복 좌굴(buckling)하는 것이 크러쉬 박스에 요구된다. 본 출원인들은, 예를 들면 특허 문헌 1에 의해, 홈부를 갖는 통체를 구비하는 크러쉬 박스에 관한 특허 발명을 개시했다. 홈부는, 횡단면을 이루는 다각형의 장변에, 내부를 향해 볼록해지도록 축방향을 향해 연장되어, 설치된다. 이 크러쉬 박스는, 축방향을 향해 부하되는 충격 하중에 의해, 확실하게 반복 좌굴하여 주름상자 형상으로 소성 변형(plastic deformation)됨으로써 충격 에너지를 흡수한다.

근년, 크러쉬 박스를 구성하는 통체의 판 두께의 저감이, 차량의 경량화를 도모하기 위해서 검토되고 있다. 그러나, 특허 문헌 1에 의해 개시된 크러쉬 박스의 통체의 판 두께를 1.2~1.4mm 정도 이하로 얇게 하면, 통체의 단부가 세트 플레이트와의 맞댐 아크 용접시의 입열에 의해 용락되어 버려, 용접부의 강도가 저하될 가능성이 높아진다.

본 출원인은, 특허 문헌 2에 의해, 금속제의 통체의 축방향의 한쪽의 단부를, 180도 접어꺽은 포갬부로 한 크러쉬 박스를 제안했다.

일본국 특허 제3912422호 명세서 일본국 특허 공개 2008-261493호 공보

특허 문헌 2에 의해 개시된 크러쉬 박스는, 상기 문제를 어느 정도 해결할 수 있다. 그러나, 주름상자 형상의 소성 변형이, 포갬부가 존재함으로써, 발생하기 어려워지기 때문에 충격 흡수 성능이 저하되는 것이나, 통체가 고강도 강판에 의해 구성되는 경우에는 포갬부의 성형이 어려운 것과 같은 문제가 이 크러쉬 박스에는 존재한다.

본 발명의 목적은, 크러쉬 박스를 구성하는 통체의 판 두께가 1.4mm보다 얇은 경우여도, 이 통체를 세트 플레이트에 맞댄 상태로 양호하게 용접할 수 있는 경량의 크러쉬 박스와 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 이하에 열기한 바와 같다.

(1) 금속제의 장척의 통체를 구비하는 크러쉬 박스로서,

상기 통체는, 하나의 방향으로 연장되는 복수의 능선부 및 복수의 측벽부에 둘러싸인 다각형의 기본 단면 형상을 갖고, 그 단면의 장축 방향과 대략 평행한 장변의 측벽부에 상기 하나의 방향으로 연장되는 1개 이상의 홈부를 가짐과 더불어, 상기 하나의 방향의 단부에 외향 플랜지를 갖는 것을 특징으로 하는 크러쉬 박스.

환언하면, 강판제의 장척의 통체를 구비하고, 상기 통체는, 하나의 방향으로 연장되는 복수의 능선부 및 복수의 측벽부에 둘러싸인 다각형의 기본 단면 형상을 갖고, 그 단면의 장축 방향과 대략 평행한 장변의 측벽부에 상기 하나의 방향으로 연장되는 1개 이상의 홈부를 갖는 크러쉬 박스에 있어서, 상기 하나의 방향의 단부에 외향 플랜지를 갖는 것을 특징으로 하는 크러쉬 박스.

본 발명에 있어서 「다각형」이 마름모꼴인 경우에는, 본 발명에 있어서의 「장변」이란 마름모꼴의 각 변을 의미한다.

(2) 상기 다각형은 편평한 다각형인 1항에 기재된 크러쉬 박스.

(3) 상기 외향 플랜지는, 상기 단부 중 적어도 홈부에 상당하는 부위를 제외한 모든 능선부에 설치되는 1항 또는 2항에 기재된 크러쉬 박스.

(4) 상기 외향 플랜지는 상기 통체와 일체로 성형되는 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 기재된 크러쉬 박스.

(5) 상기 통체는 상기 금속판의 프레스 성형체인 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 기재된 크러쉬 박스.

(6) 상기 금속판의 판 두께는 1.2mm 이하인 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 기재된 크러쉬 박스.

(7) 상기 금속판의 판 두께는 1.0mm 이하인 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 기재된 크러쉬 박스.

(8) 상기 금속판은, 인장 강도(tensile strength) 440MPa 이상인 강판인 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 기재된 크러쉬 박스.

(9) 상기 금속판은, 인장 강도 590MPa 이상인 강판인 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 기재된 크러쉬 박스.

(10) 상기 다각형은 대략 사각형인 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 기재된 크러쉬 박스.

(11) 상기 외향 플랜지를 통해 용접된 세트 플레이트를 더 갖는 1항 내지 10항 중 어느 한 항에 기재된 크러쉬 박스.

(12) 상기 세트 플레이트는, 상기 플레이트의 표면으로부터 돌출하여 설치됨과 더불어 상기 통체의 길이 방향의 단부의 내면에 접촉하는 걸림부(locking section)를 구비하는 11항에 기재된 크러쉬 박스.

(13) 상기 걸림부는, 상기 통체의 하나의 방향의 단부에 형성되는 굴곡면(curved portion)(상승 만곡부)(rise-up curvature portion)에 접촉함으로써 상기 굴곡면을 지지하는 굴곡면을 갖는 청구항 12에 기재된 크러쉬 박스.

(14) 1항 내지 10항 중 어느 한 항에 기재된 크러쉬 박스의 제조 방법으로서, 하기 제1의 공정 및 제2의 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 크러쉬 박스의 제조 방법;

제1의 공정:하나의 방향으로 연장되는 홈부, 및 상기 하나의 방향의 단부에 설치되는 측벽을 구비하는 펀치와, 상기 펀치에 대향하여 배치되는 다이와, 상기 하나의 방향으로 연장되는 돌기부를 구비하는 패드를 갖는 프레스 성형 장치를 이용하여, 상기 패드의 돌기부에 의해, 상기 통체의 전개 블랭크(developed blank)를 상기 펀치의 홈부에 밀어넣음과 더불어, 상기 다이와 상기 펀치로 굽힘 성형(bending)함으로써, 상기 하나의 방향으로 연장되는 복수의 능선부 및 복수의 측벽부에 둘러싸인 다각형의 기본 단면 형상을 갖고, 상기 단면의 장축 방향과 대략 평행한 장변의 측벽부에 상기 하나의 방향으로 연장되는 1개 이상의 홈부를 가짐과 더불어, 상기 하나의 방향의 단부에 단면 둘레방향을 따르는 일부의 영역에 연속한 외향 플랜지를 갖는 개단면의 프레스 성형체를 2개 제조하는 공정,

제2의 공정:상기 제1의 공정에 의해 제조된 2개의 상기 프레스 성형체 각각의 단면 둘레방향의 양단부에 각각 형성된 평면부에서, 2개의 상기 프레스 성형체를 겹쳐 용접(welding)함으로써 상기 통체를 제조하는 공정.

(15) 상기 패드는, 상기 전개 블랭크에 있어서의, 외향 플랜지의 근방에 있어서의 능선부에 성형되는 부분을 구속하는 구속부를 구비하고, 상기 구속부에 의해, 상기 전개 블랭크에 있어서의, 상기 외향 플랜지의 근방에 있어서의 능선부에 성형되는 부분을 구속하는 14항에 기재된 크러쉬 박스의 제조 방법.

(16) 11항 내지 13항 중 어느 한 항에 기재된 크러쉬 박스의 제조 방법으로서, 하기 제1의 공정, 제2의 공정 및 제3의 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 크러쉬 박스의 제조 방법;

제1의 공정:하나의 방향으로 연장되는 홈부, 및 상기 하나의 방향의 단부에 설치되는 측벽을 구비하는 펀치와, 상기 펀치에 대향하여 배치되는 다이와, 상기 하나의 방향으로 연장되는 돌기부를 구비하는 패드를 갖는 프레스 성형 장치를 이용하여, 상기 패드의 돌기부(protrusion)에 의해, 상기 통체의 전개 블랭크를 상기 펀치의 홈부에 밀어넣음과 더불어, 상기 다이와 상기 펀치로 굽힘 성형(bending forming)함으로써, 상기 하나의 방향으로 연장되는 복수의 능선부 및 복수의 측벽부에 둘러싸인 다각형의 기본 단면 형상을 갖고, 상기 단면의 장축 방향과 대략 평행한 장변의 측벽부에 상기 하나의 방향으로 연장되는 1개 이상의 홈부를 가짐과 더불어, 상기 하나의 방향의 단부에 단면 둘레방향을 따르는 일부의 영역에 연속한 외향 플랜지를 갖는 개단면의 프레스 성형체를 2개 제조하는 공정,

제2의 공정:상기 제1의 공정에 의해 제조된 2개의 상기 프레스 성형체 각각의 단면 둘레방향의 양단부에 각각 형성된 평면부에서, 2개의 상기 프레스 성형체를 겹쳐 용접(welding)함으로써 상기 통체를 제조하는 공정,

제3의 공정:상기 제2 공정에서 얻어진 통체를, 상기 외향 플랜지를 통해 상기 세트 플레이트와 겹쳐 스폿 용접(spot welding), 필렛 아크 용접(fillet arc welding) 또는 레이저 용접(laser welding)에 의해서 접합하는 공정.

(17) 상기 세트 플레이트는, 상기 플레이트의 표면으로부터 돌출하여 설치됨과 더불어 상기 통체의 길이 방향의 단부의 내면에 접촉하는 걸림부를 구비하는 16항에 기재된 크러쉬 박스의 제조 방법.

본 발명에 의해, 통체에 형성되는 외향 플랜지와 세트 플레이트를 겹쳐 스폿 용접, 필렛 아크 용접 또는 레이저 용접을 행할 수 있다. 이 때문에, 통체의 판 두께가 1.4~1.2mm 미만인 경우여도, 종래 기술의 과제인 용락 등의 용접 불량의 발생이 방지되어, 용접부의 강도를 높일 수 있다. 이에 의해, 판 두께가 1.4~1.2mm 미만인 통체를 갖는 경량인 크러쉬 박스가 제공된다.

또, 길이 방향의 단부에 굴곡면(상승 만곡부) 및 외향 플랜지를 갖는 크러쉬 박스에서는, 통체의 판 두께가 특히 1.2mm 미만인 경우, 충격 하중에 의해서, 통체의 길이 방향의 단부가 단면 내로 쓰러져, 안정적인 반복 좌굴을 저해하는 변형이 발생하는 일이 있다. 이 현상은, 충격 하중이 통체의 축방향에 대해 경사 방향을 향해 작용하는 경우에, 특히 현저하게 발생한다.

본 발명은, 플레이트의 표면으로부터 돌출하여 설치됨과 더불어 통체의 내면에 접촉함으로써 통체의 길이 방향의 단부를 유지하는 걸림부를 구비하는 세트 플레이트를 이용하므로, 상기 쓰러짐을 억제할 수 있어, 판 두께가 얇은 통체를 갖는 크러쉬 박스의 충격 흡수 성능을 높일 수 있다.

도 1은, 본 실시형태의 크러쉬 박스를 구성하는 통체를 나타내는 설명도이며, 도 1a는 전체를 나타내는 사시도, 도 1b는 정면도, 도 1c는 측면도, 도 1d~f는 외향 플랜지의 위치의 예를 나타내는 설명도이다.
도 2는, 크러쉬 박스의 통체와 세트 플레이트를 접합한 상태를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 3은, 세트 플레이트에 설치한 걸림부를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 4는, 프레스 성형체를 제조하는 프레스 성형 장치의 구성의 예를 나타내는 모식도이다.
도 5는, 실시형태의 통체를 제조하는 프레스 성형 장치의 구성의 다른 예를 나타내는 모식도이다.
도 6은, 본 발명에 따른 크러쉬 박스의 제조 방법을 모식적으로 나타내는 설명도이며, 도 6a는 제1의 공정, 도 6b는 제2의 공정, 도 6c는 제3의 공정이다.
도 7a, 7b는, 실시예에 있어서의 전개 블랭크의 형상을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 8a, 8b는, 실시예에 있어서의 프레스 성형체의 형상을 모식적으로 나타내는 설명도이다.

본 발명을, 첨부 도면을 참조하면서, 설명한다.

1. 크러쉬 박스(0)

도 1은, 본 발명에 따른 크러쉬 박스(0)를 구성하는 통체(1)를 나타내는 설명도이며, 도 1a는 전체를 나타내는 사시도, 도 1b는 통체(1)의 정면도, 도 1c는 통체(1)의 측면도, 도 1d~f는 통체(1)의 변형예 1-1~1-3의 단면도이다.

크러쉬 박스(0)는 금속제의 통체(1)를 구비한다. 통체(1)는, 축방향으로 부하되는 충격 하중을 받아 주름상자 형상으로 좌굴함으로써 충돌 에너지를 흡수한다.

도 1a, b에 나타내는 바와 같이, 통체(1)는, 편평한 대략 사각형의 기본 단면을 갖는다. 통체(1)는 길이 방향으로 연장되어 설치되는 1개 이상의 홈부(3-1, 3-2)를 갖는다. 홈부(3-1, 3-2)는, 기본 단면을 구성하는 능선부(2-1~2-4)를 제외한 위치에 설치된다. 홈부(3-1, 3-2)는, 단면의 장축 방향으로 평행한 장변면측의 측벽부(4)에 설치된다. 홈부(3-1, 3-2)는, 단면 내측을 향해 볼록해지는 홈부이다.

이 설명에서는, 대략 사각형의 횡단면 형상을 갖는 통체(1)가 이용된다. 그러나, 본 발명은 이 단면 형상으로는 한정되지 않는다. 본 발명에 있어서의 통체(1)는, 예를 들면 6각형이나 8각형의 편평한 대략 다각형의 횡단면 형상을 가져도 된다. 바람직하게는, 기본 단면이 편평한 대략 사각형이며, 장변면측의 2개의 측벽부(4, 4)에 각각 1개 이상의 홈부(3-1, 3-2)가 형성된다.

도 1a, b에 나타내는 바와 같이, 통체(1)는, 후술하는 바와 같이 제1의 프레스 성형체(10-1) 및 제2의 프레스 성형체(10-2)를 조합하여 구성된다. 제1의 프레스 성형체(10-1) 및 제2의 프레스 성형체(10-2)는, 모두, 금속판의 프레스 성형체이다.

통체(1)의 길이 방향의 단부에 있어서, 외향 플랜지(5-1~5-4)가 홈부(3-1, 3-2)를 제외한 측벽부(4)의 범위에 설치된다. 외향 플랜지(5-1~5-4)는 통체(1)와 일체로 성형된다.

외향 플랜지(5-1~5-4)는, 단면 둘레방향을 따르는 평탄부 2mm 이상의 폭을 갖는다. 능선부(2-1~2-4)를 따르는 외향 플랜지(5-1~5-4)의 폭 B1은 2mm 이상이다. 능선부(2-1~2-4) 이외의 다른 영역을 따르는 외향 플랜지(5-1~5-4)의 폭 B2는 10mm 이상이다. 여기서, 플랜지의 폭이란, 외향 플랜지 영역의 단면 둘레방향에 수직인 방향의 길이(단, 굴곡면을 포함하지 않는 평탄부만의 길이)를 의미한다.

이 설명에서는, 능선부(2-1~2-4)를 따르는 외향 플랜지(5-1~5-4)에 있어서 세트 플레이트와의 스폿 용접(spot welding)은 행하지 않고, 능선부(2-1~2-4) 이외의 다른 영역을 따르는 외향 플랜지(5-1~5-4)에서 스폿 용접을 행하는 경우를 예를 든다. 본 발명은 이 경우로는 한정되지 않는다. 도 1d에 나타내는 바와 같이, 적어도 능선부(2-1~2-4)를 따르는 범위에 외향 플랜지(5-1~5-4)를 구비하면 되고, 도 1e에 나타내는 바와 같이, 능선부(2-1~2-4)에 추가해, 단변 측벽부(6-1, 6-2)에도 외향 플랜지(5-5, 5-6)를 구비하고, 홈부 이외의 부분의 전체에 외향 플랜지를 구비하는 것이 바람직하다. 도 1f에 나타내는 바와 같이, 단면 전체 둘레에 외향 플랜지(5-7)를 구비하는 것이 더욱 바람직하다.

외향 플랜지(5-1~5-4)의 폭은, 레이저 용접 또는 필렛 아크 용접을 행하는 부분에서는 2mm 이상이며, 스폿 용접하는 부분에서는 10mm 이상이다.

홈부(3-1, 3-2)의 단면 형상은, 홈 깊이가 10~35mm인 대략 사다리꼴 형상이나 삼각형상이다. 홈 바닥(3-1, 3-2)의 폭이 과소이거나, 또는 홈 바닥(3-1, 3-2)의 깊이가 과소이면, 통체(1)의 좌굴 변형이 불안정해져, 홈부(3-1, 3-2)를 설치한 것에 의한 충분한 충격 흡수 성능의 향상 효과를 얻을 수 없다.

통체(1)의 축방향으로의 길이는, 실용상, 80~300mm이다.

통체(1)의 판 두께는 1.4mm 미만으로 했는데, 이 형태로 한정되지 않고 1.4mm 이상으로 할 수 있다. 또한, 바람직하게는, 1.4mm 미만이며, 더욱 바람직하게는 1.2mm 이하이며, 가장 바람직하게는 1.0mm 이하이다. 통체(1)의 판 두께의 하한치는, 원하는 흡수 에너지를 확보하는 관점으로부터, 0.5mm 이상인 것이 바람직하다. 이에 의해, 크러쉬 박스(0)의 경량화가 도모된다.

통체(1)의 재질은, 금속제로 했는데, 바람직하게는 강판제이며, 더욱 바람직하게는 인장 강도가 440MPa 이상인 고장력 강판이며, 한층 더 바람직하게는 590MPa 이상인 고장력 강판제이다.

도 2는, 크러쉬 박스(0)를 구성하는 통체(1)와 세트 플레이트(7)를 접합한 상태를 모식적으로 나타내는 설명도이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 크러쉬 박스(0)는, 상술한 통체(1)와, 세트 플레이트(7)를 구비한다. 세트 플레이트(7)는, 통체(1)의 단부에 설치한 외향 플랜지(5-1~5-4)를 통해 통체(1)와 용접되어 접합된다. 이 용접으로서, 레이저 용접, 필렛 아크 용접 또는 스폿 용접이 예시된다.

도 3은, 세트 플레이트(7)에 설치한 걸림부(8-1~8-4)를 모식적으로 나타내는 설명도이며, 도 3a는 세트 플레이트(7)의 평면도, 도 3b는 세트 플레이트(7)의 I-I 단면도, 도 3c는 통체(1)와 세트 플레이트(7)를 조합한 상태를 모식적으로 나타내는 설명도이다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 세트 플레이트(7)는, 걸림부(8-1~8-4)를 갖는다. 걸림부(8-1~8-4)는, 이 플레이트(7)의 표면으로부터 돌출하여 설치된다. 걸림부(8-1~8-4)는, 통체(1)의 내면에 접촉함으로써 통체(1)의 길이 방향의 단부를 유지한다. 즉, 걸림부(8-1~8-4)는, 통체(1)의 길이 방향의 단부에 있어서의 외향 플랜지(5-1~5-4)의 굴곡면(상승 만곡부)의 능선부(2-1~2-4)를 따르는 부분을, 본체(1)의 내측으로부터 지지한다. 걸림부(8-1~8-4)는, 바람직하게는, 외향 플랜지(5-1~5-4)의 굴곡면(상승 만곡부)의 홈 바닥부를 제외한 모든 부분을, 통체(1)의 내측으로부터 유지한다.

이와 같이, 걸림부(8-1~8-4)는, 외향 플랜지(5-1~5-4)의 굴곡면(상승 만곡부)에 접촉함으로써 이 굴곡면을 지지하는 굴곡면(8a)을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 세트 플레이트(7)는 일체로 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 4개의 걸림부(8-1~8-4)로 분할하는 것이 아니라, 예를 들면 걸림부(8-1, 8-4)를 일체로 연속하여 형성함과 더불어 걸림부(8-2, 8-3)를 일체로 연속하여 형성해도 된다. 또, 걸림부(8-1, 8-4)와 함께 걸림부(8-5, 8-6)를 더 설치해도 된다. 걸림부(8-5, 8-6)는, 홈부(3-1, 3-2)에 대응하는 부분을 통체(1)의 내측으로부터 유지한다.

걸림부(8-1~8-4)는, 통체(1)의 플랜지의 굴곡면(상승 만곡부), 예를 들면 R1~10mm에 대응하는 부분에 존재하면 된다. 걸림부(8-1~8-4)의 높이는, 플랜지를 구성하는 금속판의 판 두께의 1~10배 정도인 것이 바람직하다. 세트 플레이트(7)는, 예를 들면, 인장 강도가 270~980MPa급인 강판을 프레스 가공함으로써 제조된다.

본 발명에 따른 크러쉬 박스(0)는, 이상과 같이 구성된다.

2. 크러쉬 박스(0)의 제조 방법

도 6은, 본 발명에 따른 크러쉬 박스(0)의 제조 방법을 모식적으로 나타내는 설명도이며, 도 6a는 제1의 공정이며, 도 6b는 제2의 공정이며, 도 6c는 제3의 공정이다.

크러쉬 박스(0)를 구성하는 통체(1)는,

제1의 공정:후술하는 전개 블랭크로부터 개단면의 프레스 성형체(10)를 2개 제조한다(도 6a);

제2의 공정:2개의 프레스 성형체(10, 10)로부터 통체(1)를 제조한다(도 6b);

을 거쳐 제조된다.

또한, 도 6c에 나타내는 바와 같이, 제2의 공정에 의해 제조된 통체(1)에 세트 플레이트(7)를 스폿 용접 등에 의해서 접합하는 제3의 공정에 의해, 통체(1) 및 세트 플레이트(7)를 갖는 크러쉬 박스(0)가 제조된다. 또한, 2개의 프레스 성형체(10, 10)는, 모두, 통체(1)를 그 중심축을 포함하는 평면에서 거의 2분할하여 얻어지는 개단면 형상을 갖는다.

[제1의 공정]

도 4는, 프레스 성형체(10)를 제조하는 프레스 성형 장치(11)의 구성의 예를 나타내는 모식도이다.

제1의 공정에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이 프레스 성형 장치(11)를 이용한다. 프레스 성형 장치(11)는, 펀치(12), 다이(13) 및 패드(14)를 구비한다. 펀치(12)는, 하나의 방향(길이 방향)으로 연장되는 홈부(12a), 및 길이 방향의 단부에 설치한 측벽(12b)을 갖는다. 다이(13)는, 펀치(12)에 대향하여 배치된다. 패드(14)는, 길이 방향으로 연장되는 돌기부(14a)를 가짐과 더불어 펀치(12)에 대향하여 배치된다.

프레스 성형 장치(11)를 이용하여, 전개 블랭크(15)를 프레스 성형함으로써, 프레스 성형체(10)를 2개, 즉 제1의 프레스 성형체(10-1) 및 제2의 프레스 성형체(10-2)를 제조한다. 2개의 프레스 성형체(10)는, 모두, 하나의 방향으로 연장 설치하는 홈부(3-1, 3-2)를 갖고, 또한 길이 방향의 단부에 형성한 외향 플랜지(5-1~5-4)를 갖는다.

제1의 공정에서의 프레스 성형에서는, 패드(14)에 설치한 돌기부(14a)에 의해 전개 블랭크(15)를 펀치(12)의 홈부(12a)에 밀어넣음과 더불어, 다이(13) 및 펀치(12)에 의해 전개 블랭크(15)를 굽힘 성형한다. 이에 의해, 길이 방향으로 연장 설치한 홈부(3-1)와, 길이 방향의 단부에, 적어도, 단면 둘레방향을 따르는 홈부(3-1)를 제외한 범위에 형성된 외향 플랜지(5-1, 5-2)가 형성된 금속판이 얻어진다. 이하, 이 패드(14)를 「통상 패드」라고도 한다.

또한, 전개 블랭크(15)란, 프레스 성형체(10)를 평탄형상으로 전개한 외형을 갖는 블랭크를 의미한다.

이상의 제1의 공정의 설명에서는, 프레스 성형 장치(11)를 이용하여 프레스 성형하는 방법을 설명했는데, 이 성형법으로 한정되는 것은 아니다.

다른 성형법으로서, 예를 들면, 도 5에 나타내는 프레스 성형 장치(16)를 이용할 수 있다.

도 5는, 프레스 성형체(10)를 제조하는 다른 프레스 성형 장치(16)의 구성예를 나타내는 모식도이다.

프레스 성형 장치(16)는, 펀치(12) 및 다이(13)를 갖고, 또한, 패드(17)(이하, 능선부 패드라고도 한다)를 갖는다. 펀치(12)는, 하나의 방향으로 연장되는 홈부(12a), 및 길이 방향의 단부에 설치한 측벽(12b)을 구비한다. 다이(13)는, 펀치(12)에 대향하여 배치된다. 패드(17)는, 펀치(12)에 대향하여 배치됨과 더불어, 하나의 방향으로 연장되는 돌기부(17a)와, 전개 블랭크(15)에 있어서의, 외향 플랜지(5-1, 5-2)의 근방에 있어서의 능선부(2-1, 2-2)에 성형되는 부분의 근방을 구속하는 구속부(17b)를 구비한다.

프레스 성형시에는, 구속부(17b)가, 전개 블랭크(15)에 있어서의, 외향 플랜지(5-1, 5-2)의 근방에 있어서의 능선부(2-1, 2-2)에 성형되는 부분을 구속한다.

또, 능선부 패드(17)의 돌기부(17a)가 전개 블랭크(15)를 펀치(12)의 홈부(12a)에 밀어넣는다. 또한, 다이(13) 및 펀치(12)가 굽힘 성형을 행한다. 이에 의해, 프레스 성형시에 능선부(2-1, 2-2)를 따르는 외향 플랜지(5-1, 5-2)에 발생하는 성형 불량이 억제된다.

이에 의해, 길이 방향으로 연장 설치한 홈부(3-1)와, 길이 방향의 단부에 단면 둘레방향을 따르는 전부 또는 일부의 영역에 연속한 외향 플랜지(5-1, 5-2)를 갖는 개단면의 프레스 성형체(10)가 제조된다.

능선부 패드(17)의 능선부(2-1, 2-2)에 대응하는 부분의 직하 등을, 능선부 패드(17)를 이용한 성형 공정에 있어서 다 성형할 수 없는 경우에는, 통상의 프레스 성형으로 행해지는 굽힘 성형(bending)(리스트라이크)(restrike)으로 이루어지는 후속의 프레스 공정으로 성형하면 된다.

[제2의 공정]

제2의 공정에서는, 제1의 프레스 성형체(10-1)와 제2의 프레스 성형체(10-2)를, 각각의 단면 둘레방향의 양단부에 형성된 평면부에서 겹치고, 이 겹침부에서 레이저 용접이나 스폿 용접 등의 적절히 용접 수단을 이용하여 접합함으로써 통체(1)를 제조한다.

[제3의 공정]

제3 공정에서는, 제2 공정에서 얻어진 통체(1)를 외향 플랜지(5-1~5-4)를 통해 레이저 용접, 스폿 용접이나 필렛 아크 용접 등의 용접 수단으로 세트 플레이트(7)에 용접한다. 세트 플레이트(7)로서 걸림부(8-1~8-4)가 형성된 것을 이용하는 것이 바람직하다.

이상의 설명에서는, 홈부를 제외한 영역에, 연속한 외향 플랜지(5-1~5-4)를 갖는 형태를 이용했는데, 이 형태로 한정되는 일은 없고, 상기 범위에 형성한 외향 플랜지(5-1~5-4)가 홈부를 제외한 능선부(2-1~2-4)에 대응하는 플랜지 이외의 부분에 절결을 갖는 것이어도 된다.

외향 플랜지(5-1~5-4)의 폭이나 형상은, 전개 블랭크(15)의 형상을 조정함으로써 적절히 변경할 수 있다.

실시예

도 4에 나타내는 통상 패드(14)를 갖는 프레스 성형 장치(11), 또는 도 5에 나타내는 능선부 패드(17)를 갖는 프레스 성형 장치(16)를 이용하여 프레스 성형체(10-1, 10-2)(제1, 2의 프레스 성형체)에 프레스 성형할 때의 변형 거동(deformation behavior)을 유한 요소법(Finite Element Method)으로 해석했다(해석 1).

도 7은, 실시예에 있어서의 전개 블랭크(15-1, 15-2)의 형상을 모식적으로 나타내는 설명도이다.

전개 블랭크로는, 도 7a, b에 나타내는 바와 같이, 통체(1)의 단부에 형성하는 외향 플랜지(5-1~5-4)가, 단면 둘레방향의 홈부(3-1, 3-2)를 따르는 일부의 범위를 제외한 전체 범위에 형성되도록 조정한 2종류의 블랭크(15-1, 15-2)를 이용했다. 전개 블랭크(15-1)에서는, 외향 플랜지(5-1~5-4)의 폭이 거의 균일한 15mm가 되도록 했다. 전개 블랭크(15-2)에서는, 능선부(2-1~2-4)를 따르는 외향 플랜지(5-1~5-4)의 폭이 2mm가 됨과 더불어 다른 부분의 폭이 15mm가 되도록 했다.

도 8은, 실시예에 있어서의 프레스 성형체(10-패턴 A, 10-패턴 B)의 형상을 모식적으로 나타내는 설명도이며, 도 8a는, 전개 블랭크(15-1)를 이용한 경우이며, 도 8b는, 전개 블랭크(15-2)를 이용한 경우이다.

그 다음에, 2개의 제1의 프레스 성형체(10-패턴 A), 2개의 제2의 프레스 성형체(10-패턴 B)의 각각 홈 바닥부에 플랜지를 추가한 성형체의 단면 둘레방향의 양단부에 형성한 평면부에서 양자를 겹치고, 이 겹침부에서 스폿 용접하여 외향 플랜지(5-1~5-4)를 구비하는 통체(1)를 제작했다.

그 다음에, 이 통체(1)와, 이 통체(1)의 단부에 설치한 외향 플랜지(5-1~5-4)를 통해 스폿 용접한 세트 플레이트(7)를 구비하는 크러쉬 박스(0)를 조립하고, 이 크러쉬 박스(0)를 구성하는 통체(1)의 일단에 충격 하중을 부가했을 때의 좌굴 변형 거동(buckling behavior)을 유한 요소법에 의해 해석했다(해석 2).

또한, 충격 하중의 부하 방향은, 통체(1)의 길이 방향에 평행으로 한 경우와, 길이 방향에 대해 5도 경사지게 한 경우의 두 케이스로 했다.

통체(1)는, 길이가 120mm, 단면 치수가 64mm×93mm이다.

블랭크(15-1, 15-2)의 재질은 440MPa급 냉연강판(cold rolled steel sheet), JSC440W(일본철강연맹 규격)와 590MPa급 냉연강판, JSC590R(일본철강연맹 규격)이며, 판 두께는 1.0 및 1.2mm의 두 수준으로 했다.

또, 세트 플레이트(7)에 있어서의 걸림부(8-1~8-4)의 유무에 따른 영향도 조사했다. 걸림부(8-1~8-4)는 굴곡부(상승 만곡부) 형상에 대응하는 형상을 갖고 있고, 내측 R2~4mm이며, 걸림부(8-1~8-4)의 높이는 내측 R의 값보다 약간 큰 3~7mm 정도이다.

종래예로서, 상술한 통체(1)의 단면 형상을 갖고, 외향 플랜지(5-1~5-4)를 구비하지 않는 공지의 통체를 세트 플레이트에 맞대고, 맞댐 아크 용접한 크러쉬 박스에 대해서도 동일한 해석을 행했다. 블랭크의 재질은 JSC440W로 판 두께는 1.0mm 및 1.2mm의 두 수준이다.

표 1에 해석 1의 결과를 나타낸다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 어느 전개 블랭크(15-1, 15-2)에서도, 길이 방향으로 연장 설치하는 홈부(3-1, 3-2)를 갖고, 길이 방향의 단부에 외향 플랜지(5-1, 5-2 또는 5-3, 5-4)를 갖는 프레스 성형체를 얻는 것은 가능하지만, 전개 블랭크(15-1)에서는, 전개 블랭크(15-2)에 비해, 프레스 성형시, 능선부(2-1, 2-2 또는 2-3, 2-4)를 따르는 외향 플랜지(5-1, 5-2 또는 5-3, 5-4)의 근원에 있어서의 판 두께의 증가가 크고, 또, 능선부(2-1, 2-2 또는 2-3, 2-4)를 따르는 외향 플랜지(5-1, 5-2 또는 5-3, 5-4)의 끝에 있어서의 판 두께의 감소가 크다.

또, 능선 패드(17)를 이용한 경우에는, 통상 패드(14)를 이용한 경우에 비해, 판 두께의 증가나 판 두께의 감소가 작고 양호하다. 따라서, 판 두께의 증가에 수반하는 주름의 발생이나 판 두께의 감소에 수반하는 플랜지 균열의 발생을 회피하는 관점에서는, 능선부 패드(17)를 이용하여 프레스 성형하는 것이 바람직하다. 또, 전개 블랭크(15-2)와 같이, 능선부(2-1, 2-2 또는 2-3, 2-4)의 근방을 따르는 외향 플랜지(5-1, 5-2 또는 5-3, 5-4)의 폭을 다른 부위의 외향 플랜지(5-1, 5-2 또는 5-3, 5-4)의 폭보다도 작게 하는 것이 바람직하다.

표 2에 해석 2의 주 조건을 나타내고, 표 3 및 표 4에 해석 결과와 용접성을 비교하여 나타낸다.

표 2, 3에 나타내는 바와 같이, 종래예 1은, 판 두께가 1.0mm이기 때문에, 맞댐 아크 용접시에 용락이 발생하기 쉬워, 크러쉬 박스의 제조가 어렵다.

이에 대해, 발명예 1~5는, 외향 플랜지(5-1, 5-2 또는 5-3, 5-4)를 통해 통체(1)를 세트 플레이트(7)에 스폿 용접하는 것이 가능해져, 자동차 차체의 충격 흡수 기구(impact energy absorbing structure)로서 유용하게 된다. 특히, 세트 플레이트(7)에 설치한 걸림부(8-1~8-4)로 통체(1)의 능선부(2-1~2-4)를 내측에서부터 지지한 발명예 1, 2, 4는, 판 두께가 1.0mm이지만, 길이 방향의 단부에 있어서의 근원 만곡부의 단면 내측으로의 쓰러짐이 억제되어, 판 두께가 1.2mm인 종래예 2와 동일하게 매우 안정된 좌굴 변형 거동을 나타내는 것을 알았다.

또, 발명예 5에 나타내는 바와 같이, 충돌 대상면(임팩터)이 통체(1)의 길이 방향축에 수직인 면에 대해 경사진 경우에도 안정된 좌굴 변형 거동을 나타내는 것을 알았다. 또한, 발명예 3은, 압궤 스트로크(impactor stroke)의 초기 단계에 있어서, 외향 플랜지(5-1, 5-2 또는 5-3, 5-4)의 근원의 만곡부가 단면 내측으로 약간 쓰러지는 현상이 보였다.

본 발명에 의해, 외향 플랜지(5-1, 5-2 또는 5-3, 5-4)를 통해 통체(1)와 세트 플레이트(7)의 스폿 용접 등에 의한 접합이 가능해지기 때문에, 판 두께가 얇은 통체(1)로도, 종래의 맞댐 아크 용접시의 용락 등의 용접 불량을 방지할 수 있어, 우수한 충격 흡수 성능을 갖는 경량의 크러쉬 박스를 얻을 수 있다.

또, 표 2, 4의 발명예 9, 10와 종래예 2를 대비하는 것으로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 종래예와 동등 정도의 흡수 에너지나 안정된 좌굴 거동을 유지하면서, 양호한 용접성을 확보할 수 있다.

0:크러쉬 박스
1:통체
2-1~2-4:능선부
3-1, 3-2:홈부
5-1~5-4:외향 플랜지

Claims (17)

1. 금속제의 장척의 통체를 구비하는 크러쉬 박스로서,
   상기 통체는, 하나의 방향으로 연장되는 복수의 능선부 및 복수의 측벽부에 둘러싸인 다각형의 기본 단면 형상을 갖고, 그 단면의 장축 방향과 대략 평행한 장변의 측벽부에 상기 하나의 방향으로 연장되는 1개 이상의 홈부를 가짐과 더불어, 상기 하나의 방향의 단부에 외향 플랜지를 갖는 것을 특징으로 하는 크러쉬 박스.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 다각형은 편평한 다각형인, 크러쉬 박스.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 외향 플랜지는, 상기 단부 중 적어도 홈부에 상당하는 부위를 제외한 모든 능선부에 설치되는, 크러쉬 박스.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 외향 플랜지는 상기 통체와 일체로 성형되는, 크러쉬 박스.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 통체는 상기 금속판의 프레스 성형체인, 크러쉬 박스.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 금속판의 판 두께는 1.2mm 이하인, 크러쉬 박스.
7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 금속판의 판 두께는 1.0mm 이하인, 크러쉬 박스.
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 금속판은, 인장 강도가 440MPa 이상인 강판인, 크러쉬 박스.
9. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 금속판은, 인장 강도가 590MPa 이상인 강판인, 크러쉬 박스.
10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 다각형은 대략 사각형인, 크러쉬 박스.
11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외향 플랜지를 통해 용접된 세트 플레이트를 더 갖는, 크러쉬 박스.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 세트 플레이트는, 상기 플레이트의 표면으로부터 돌출하여 설치됨과 더불어 상기 통체의 길이 방향의 단부의 내면에 접촉하는 걸림부를 구비하는, 크러쉬 박스.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 걸림부는, 상기 통체의 하나의 방향의 단부에 형성되는 굴곡면에 접촉함으로써 상기 굴곡면을 지지하는 굴곡면을 갖는, 크러쉬 박스.
14. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 기재된 크러쉬 박스의 제조 방법으로서, 하기 제1의 공정 및 제2의 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 크러쉬 박스의 제조 방법;
    제1의 공정:하나의 방향으로 연장되는 홈부, 및 상기 하나의 방향의 단부에 설치되는 측벽을 구비하는 펀치와, 상기 펀치에 대향하여 배치되는 다이와, 상기 하나의 방향으로 연장되는 돌기부를 구비하는 패드를 갖는 프레스 성형 장치를 이용하여, 상기 패드의 돌기부에 의해, 상기 통체의 전개 블랭크를 상기 펀치의 홈부에 밀어넣음과 더불어, 상기 다이와 상기 펀치로 굽힘 성형함으로써, 상기 하나의 방향으로 연장되는 복수의 능선부 및 복수의 측벽부에 둘러싸인 다각형의 기본 단면 형상을 갖고, 상기 단면의 장축 방향과 대략 평행한 장변의 측벽부에 상기 하나의 방향으로 연장되는 1개 이상의 홈부를 가짐과 더불어, 상기 하나의 방향의 단부에 단면 둘레방향을 따르는 일부의 영역에 연속한 외향 플랜지를 갖는 개단면의 프레스 성형체를 2개 제조하는 공정,
    제2의 공정:상기 제1의 공정에 의해 제조된 2개의 상기 프레스 성형체 각각의 단면 둘레방향의 양단부에 각각 형성된 평면부에서, 2개의 상기 프레스 성형체를 겹쳐 용접함으로써 상기 통체를 제조하는 공정.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 패드는, 상기 전개 블랭크에 있어서의, 외향 플랜지의 근방에 있어서의 능선부에 성형되는 부분을 구속하는 구속부를 구비하고, 상기 구속부에 의해, 상기 전개 블랭크에 있어서의, 상기 외향 플랜지의 근방에 있어서의 능선부에 성형되는 부분을 구속하는, 크러쉬 박스의 제조 방법.
16. 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 크러쉬 박스의 제조 방법으로서, 하기 제1의 공정, 제2의 공정 및 제3의 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 크러쉬 박스의 제조 방법;
    제1의 공정:하나의 방향으로 연장되는 홈부, 및 상기 하나의 방향의 단부에 설치되는 측벽을 구비하는 펀치와, 상기 펀치에 대향하여 배치되는 다이와, 상기 하나의 방향으로 연장되는 돌기부를 구비하는 패드를 갖는 프레스 성형 장치를 이용하여, 상기 패드의 돌기부에 의해, 상기 통체의 전개 블랭크를 상기 펀치의 홈부에 밀어넣음과 더불어, 상기 다이와 상기 펀치로 굽힘 성형함으로써, 상기 하나의 방향으로 연장되는 복수의 능선부 및 복수의 측벽부에 둘러싸인 다각형의 기본 단면 형상을 갖고, 상기 단면의 장축 방향과 대략 평행한 장변의 측벽부에 상기 하나의 방향으로 연장되는 1개 이상의 홈부를 가짐과 더불어, 상기 하나의 방향의 단부에 단면 둘레방향을 따르는 일부의 영역에 연속한 외향 플랜지를 갖는 개단면의 프레스 성형체를 2개 제조하는 공정,
    제2의 공정:상기 제1의 공정에 의해 제조된 2개의 상기 프레스 성형체 각각의 단면 둘레방향의 양단부에 각각 형성된 평면부에서, 2개의 상기 프레스 성형체를 겹쳐 용접함으로써 상기 통체를 제조하는 공정,
    제3의 공정:상기 제2 공정에서 얻어진 통체를, 상기 외향 플랜지를 통해 상기 세트 플레이트와 겹쳐 스폿 용접, 필렛 아크 용접 또는 레이저 용접에 의해서 접합하는 공정.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 세트 플레이트는, 상기 플레이트의 표면으로부터 돌출하여 설치됨과 더불어 상기 통체의 길이 방향의 단부의 내면에 접촉하는 걸림부를 구비하는, 크러쉬 박스의 제조 방법.

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