KR20160071513A - 플랜지 일체형 프런트 필라 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 도어가 형성되는 측면 구조에서 인너 패널과 아우터 패널 및 인접한 패널들에의 접합을 위한 플랜지를 구비하는 플랜지 일체형 프런트 필라 구조에 관한 것으로, 폐단면 형상을 갖는 관형체로 부터 인너 패널과 아우터 패널 및 상기 인너패널과 아우터 패널 사이의 플랜지들이 일체로 성형되어 형성된 것을 특징으로 하여 구성된다.
이러한 구성으로, 종래 별도의 인너 패널과 아우터 패널을 플랜지에서 접합하여 구성하는 프런트 필라 보다 강성이 증대되고, 플랜지 단부에 해밍부를 형성함으로써 플랜지 단부에서 터짐 현상이 발생되지 않음과 함께, 사이드 아우터 패널과 같은 부품을 로봇에 의해 스폿 용접으로 접합할 수 있게 되어 작업공수의 감소로 생산성이 향상되고 중량을 감소할 수 있는 효과가 있다.

Description

플랜지 일체형 프런트 필라 구조{A FRONT PILLAR WITH INTEGRAL FLANGES}

본 발명은 자동차 도어용 개구부를 형성하는 프런트 필라 구조에 관한 것으로, 특히 차량 충돌시 개구부의 변형 감소를 위한 개구부의 강성증강과 함께 최적화 구조로 경량화된 플랜지 일체형 A-필라 구조 개선에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 도어가 장착되는 측면은 도 1에 개략적으로 도시된 바와같이, 플로어패널이 고정되는 사이드 실(1)과, 상기 사이드 실의 전단부에 고정되는 프런트필라(A-필라)(2)와, 사이드 실의 중앙부에 고정되는 B-필라(3), 및 사이드 실의 후단부에 연결되는 리어 휠하우스에 고정되는 C-필라(4)를 포함하여 구성된다.

상기 A-필라는 도 2와, 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 프런트 필라 아우터 상부 보강재(5)와, 그 상단에 결합되는 루프 사이드 아우터 보강재(6), 그 내측의 프런트 필라 인너 상부패널(7)과 그 상단에 결합되는 루프 사이드 인너 레일(8) 및 프런트 필라 아우터 보강재(9)들을 접합하여 구성된다. 도 3에서 미설명된 부호 10는 외장용의 사이드 아우터 패널이다.

이러한 프런트 필라는 차량 전측에서 충돌이 발생될 때, 차량에 항상 탑승한 운전자 보호를 위한 강성이 어느 필라 보다 매우 중요하다.

이러한 프런트 필라의 강성 증대를 위해 단면을 증대시키는 경우 운전자 방해각이 증대되는 문제가 발생되고, 사이드 아우터를 로딩하는 차체 조립에 어려움이 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 관형의 보강부재(11)을 추가하는 것은 보강부재를 인너 패널에 고정하기 위해 스폿 용접을 할 수 없고 CO₂ 용접을 해야 하므로 생산성이 저하되는 문제점이 있고, 실링 형상을 유지해야 하므로 단면 형상의 개선이 어려운 문제점들이 있었다.

이러한 자동차 프런트 필라와 관련한 종래 기술로서, 일본 등록특허 제4,033,658호에는 하이드로폼 성형된 구조의 파이프 보강부재를 루프 인너패널에 용접고정하는 것을 제안하였다. 그러나, 그러한 파이프 보강부재는 스폿 용접을 할 수 없어 용접 자동화를 할 수 없어 생산성이 저하되는 문제가 있다.

또한, 미국 등록특허 제7,543,883호에는 A 필라와 루프 트레일부를 갖는 지지 레일로서 관형의 바디부와 길이방향으로 연장된 플랜지를 구비하도록 하이드로포밍으로 플랜지를 형성하는 루프 레일이 개시되어 있다. 그러나, 플랜지의 용접을 용이하게 하기 위해 구멍을 형성하고 용접하여 생산성 저하의 문제와 함께 플랜지 끝단 부분에서 주름에 의한 터짐 발생으로 불량품이 많이 발생하는 문제점이 있었다.

또한, 일본 공개특허 제 2001-328560호에는 사이드레일 이너 패널 전방부에 플랜지부를 형성하여 필라 내부에 삽입하는 구조가 개시되어 있고, 미국 공개특허 제2013-0234473호에는 루프 보강부재의 내압 하이드로 포밍으로 제작되고 도어 실링 플랜지부를 형성하는 것이 개시되어 있다.

상기한 종래 기술들에서는, 하이드로포밍 기술로 보강된 A-필라를 형성하고자 하였으나, 생산성이 낮고 플랜지 형성시 단부에서 주름 형성시 터짐 현상이 발생하여 품질 관리 및 강성 증가에 제한이 있는 문제가 있었다.

일본 등록특허 제4,033,658호 미국 등록특허 제7,543,883호 일본 공개특허 제 2001-328560호 미국 공개특허 제2013-0234473호

본 발명의 목적은 상기한 종래 자동차 A 필라의 강성 보강 구조에 대한 문제점을 해결하여 보다 증대된 강성을 갖도록 개선된 구조의 플랜지 일체형 A-필라 구조를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플랜지 일체형 프런트 필라 구조는, 자동차의 도어가 형성되는 측면 구조에서 인너 패널과 아우터 패널 및 인접한 패널들에의 접합을 위한 플랜지를 구비하는 프런트 필라 구조에 있어서,

폐단면 형상을 갖는 관형체로 부터 인너 패널과 아우터 패널 및 상기 인너패널과 아우터 패널 사이의 플랜지들이 일체로 성형되어 형성된 것을 특징으로 하여 구성된다.

상기 플랜지들 각각은 증대된 강성을 갖도록 관형체 두께의 2배 보다 작게 가압 중첩되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 플랜지들 각각에는 헤밍 형상의 에지가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 플랜지의 헤밍 형상 에지는 그 외측 끝단에 내부에 빈 공간부가 형성되는 것이 바람직하다.

프런트 필라의 외측 윤곽에 대응된 내측 윤곽을 갖는 상부 다이와 하부 다이 사이에 배치되는 상기 관형체의 내부 공간으로 미리 설정된 온도로 가열된 공기를 미리 설정된 압력으로 강제 주입하면서 성형하는 핫 블로어 성형공정에 의해 성형될 수 있다.

상기 상부 다이와 하부 다이의 내측면의 양측부에 형성된 상부 다이와 하부 다이와 결합시 미리 설정된 깊이로 서로 이격된 틈새로 관형체의 양측부가 밀려 들어가서 플랜지가 일체로 형성된다.

또한, 상기 상부 다이와 하부 다이의 양측부의 이격된 간격은 관형체 두께의 2 배 보다 작게 되어 이로 부터 형성된 프런트 필라의 플랜지는 증대된 강성을 갖도록 가압 중첩되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하부 다이의 양측에 상부 다이와 이격되게 형성된 부분의 바닥이 오목한 헤밍 성형부에 의해 상부 다이와 하부 다이 사이에 상기한 틈새 보다 상하 간격이 더 큰 빈 공간부에서 빈 공간부를 갖고 중첩되게 절곡된 구조의 플랜지의 헤밍 형상 에지가 관형체로 부터 인너 패널과 아우터 패널과 일체로 형성된다.

본 발명에 따라, 아우터 패널 및 상하측의 플랜지들이 일체로 한번의 성형 공정에서 형성되고 상기 플랜지의 단부에서 헤밍부가 형성된 구조의 프런트 필라는, 종래 별도의 인너 패널과 아우터 패널을 플랜지에서 접합하여 구성하는 프런트 필라 보다 강성이 증대되고, 플랜지 단부에 해밍부를 형성함으로써 플랜지 단부에서 터짐 현상이 발생되지 않음과 함께, 사이드 아우터 패널과 같은 부품을 로봇에 의해 스폿 용접으로 접합할 수 있게 되어 생산성이 향상되는 효과가 있고, 부품수를 줄일 수 있게 되어 작업 공수가 감소되고 중량이 감소되는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 자동차의 A- 필라 구조를 보여주는 차체 측면부의 개략적인 사시도.
도 2는 종래 자동차의 A- 필라의 조립 구조를 보여주는 개략적인 분해 사시도.
도 3은 도 2의 조립 상태의 단면도.
도 4는 도 3의 프런트 필라 속에 관형의 보강재를 갖는 구조의 개략적인 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 자동차 프런트 필라의 분해도.
도 6은 도 5의 인너/아우터 일체형 프런트 필라의 확대도.
도 7은 도 6의 단면도로서 사이드 아우터 패널이 장착된 상태를 보여준다.
도 8은 본 발명에 의한 인너/아우터 일체형으로 플랜지가 일체로 형성된 프런트-필라의 단면도.
도 9는 도 8에서 플랜지 끝단의 주름에 의한 터짐 현상을 보여주는 부분 단면도.
도 10은 본 발명에 의한 일체형 플랜지를 갖는 프런트 필라를 성형하는 것을 보여주는 개략적인 단면도.
도 11은 도 10에서 플랜지 부분의 헤밍부 형성을 설명하기 위한 부분 확대도.

이하에서는 본 발명의 일 실시예의 플랜지 일체형 A-필라 구조를 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 5 내지 7에 있어서, 본 발명에 의한 자동차 프런트 필라(100)는 단면도에서 볼 수 있듯이, 관형의 요소로 부터 핫 블로어 성형공정에 의해 인너 패널(101)과 아우터 패널(102) 및 플랜지(103)가 일체로 형성되어 구성된다.

상기 프런트 필라(100)는 폐단면을 갖는 파이프 형상 부재로 부터 핫 블로어 공정에 의해 도 8에 도시된 바와 같이 인너 패널과 아우터 패널이 일체로 폐단면을 갖도록 성형되며, 이때 상하측에 통상의 외장용 사이드 아우터 패널(105)을 접합하기 위한 플랜지(103) 또한 일체로 형성된다. 인너패널과 아우터패널의 단부들이 외측으로 돌출되게 성형될 때 그 사이로 가열된 공기의 주입에 의해 형성되며, 이로써 플랜지(103)는 인너패널의 연장된 부분과 아우터 패널의 연장된 부분이 중첩된 구조로 되고 그 끝단에는 상기한 빈 공간부(121)가 형성된다.

예를들어, 종래 하이드로 포밍 기술로 이와 같이 인너 패널과 아우터 패널이 일체로 된 폐단면 구조의 필라 부재를 성형할 수도 있으나, 도 9에 간략하게 도시된 바와 같이 종래의 하이드로 포밍 기술에 의해 압착된 형태로 형성되는 플랜지(103')의 단부에서 내측에 주름(12)이 발생될 수 있고 이 경우 응력이 집중되어 터짐 현상이 발생되는 문제가 있었다.

본 발명에 따라 상기와 같이 일체로 형성되는 플랜지 단부에서의 터짐 현상이 발생되지 않도록 하기 위하여 도 8의 확대된 부분에서 볼 수 있듯이 헤밍 형상 에지(120)를 형성한다. 상기 헤밍 형상 에지(120)는 플랜지의 외측 끝단에 빈 공간부(121)가 형성되게 플랜지가 절곡된 것과 같은 형상으로 이루어져 하이드로 포밍 기술에 의해 플랜지를 형성할 때의 도 9와 같은 내측의 주름이 발생되지 않게 된다.

이와 같이 플랜지의 끝단에 헤밍 형상 에지(120)를 갖는 플랜지(103)가 프런트 필라에 일체로 형성되도록 성형하는 것은 도 10과 11에 도시된 바와 같이 헤밍 금형으로 핫 블로어 공정에 의해 수행된다.

도 8의 좌측의 관형체를 프런트 필라의 윤곽과 대응된 윤곽이 내측면에 형성된 하부 다이(130)와 상부 다이(131) 사이의 공간에 배치하고, 상기 관형체 내부 공간으로 미리 설정된 온도로 가열된 공기를 미리 설정된 압력으로 강제 주입하면서 상부 다이(131)를 미리 설정된 압력으로 하강시킨다. 이로써 관형체는 프런트 필라의 단면 형상으로 성형된다.

또한, 프런트 필라의 플랜지들을 형성하기 위해 상기 하부 다이와 상부 다이의 내측의 양측부들은 상부와 하부 다이가 결합될 때 미리 설정된 간격, 즉 플랜지 두께에 대응된 간격으로 이격되어 틈새를 이루게 된다. 이로써, 핫블로어 공정시 가열 및 가압된 공기에 의해 관형체의 양측부가 상기 상부와 하부 다이들 내측 양측의 틈새 사이로 밀려들어가서 플랜지가 형성된다.

또한, 플랜지에 헤밍부가 형성되도록, 하부 다이(130)에는 헤밍 성형부(135)가 형성되어 있으며, 상기 헤밍 성형부(135)는 바닥이 오목하게 형성되어 상부 다이와 하부 다이 사이에 상기한 틈새 보다 상하 간격이 더 큰 빈 공간부(136)가 존재하게 됨으로써, 플랜지의 헤밍 성형된다.

이로써, 핫 블로어 공정에 의해 관형체로 부터 일체형 프런트 필라 성형시에, 관형체 내부로 강제 주입되는 가열된 공기에 의해 관형체가 프런트 필라의 윤곽 형상으로 가공된 상부와 하부 금형 내측면에 밀착되어 프런트 필라의 윤곽이 형성됨과 함께, 관형체의 양측부는 상하부 다이의 양측부가 플랜지 형성을 위해 형성된 상부 다이와 하부 다이의 양측부들 사이에 이격되어 형성된 틈새로 밀려 들어가고, 최종적으로 헤밍 성형부(135)의 오목한 형상에 대응되게 성형되어, 가압 중첩된 형상의 플랜지(103)가 형성됨과 동시에 그 외측 단부에는 빈 공간부(121)가 있는 헤밍 형상 에지(120)가 플랜지(103)에 형성된다.

상기 틈새의 깊이는 프런트 필라의 플랜지의 돌출된 길이에 대응되게 형성된다. 또한, 상기 상부 다이와 하부 다이의 양측부들 사이의 이격된 간격은 관형체 두께의 2배 보다 작으며, 이로써, 상부 다이와 하부 다이 사이에서 관형체로 부터 일체로 형성되는 플랜지는 관형체 두께의 2 배보다 작은 두께로, 예를들어 관형체 두께가 1.2mm인 경우 플랜지 두께는 2.4mm 보다 작게, 바람직하게는 2.0mm로 형성되어 상부 다이와 하부 다이의 양측부들 사이에서 가압 중첩되며, 이로써 플랜지의 강성이 증대된다.

상기 공기의 가열 온도는 관형체 재료의 상 변이 온도 보다 낮고 강제 주입 압력은 상부 다이의 하강 압력 보다 낮은 압력으로서 미리 설정되어 관형체가 금형내에서 해밍부를 구비한 플랜지의 성형이 이루어지게 변형될 수 있도록 한다.

본 발명에 따라 프런트 필라가 해밍 금형에서 핫블로어 공정에 의해 하나의 관형체로 부터 인너 패널과 아우터 패널 및 상하측의 플랜지들이 일체로 한번의 성형 공정에서 형성됨으로써, 종래 아우터 상부 보강재와, 그 상단에 결합되는 루프 사이드 아우터 보강재, 그 내측의 프런트 필라 인너 상부패널과 그 상단에 결합되는 루프 사이드 인너 레일 및 프런트 필라 아우터 보강재들의 5개 부품들을 하나의 요소로 형성할 수 있게 되고 종래 복수개의 부품들을 접합하기 위해 서로 중첩되어야 하는 부분이 없으므로, 부품성형 및 조립공정 수와 중량 및 재료비를 절감할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 플랜지 일체형 프런트 필라 구조의 강성은, 종래 별도의 인너 패널과 아우터 패널을 플랜지에서 접합하여 구성하는 프런트 필라의 강성과 비교할 때, 약 36%의 강성 증대 효과가 나타났다.

또한, 본 발명의 프런트 필라는 그 플랜지 단부에 해밍부가 형성되어 터짐 현상이 발생되지 않음과 함께, 플랜지에 홀을 형성하는 것과 같은 전처리를 하지 않고도 예를들어 사이드 아우터 패널과 같은 부품을 로봇에 의해 스폿 용접으로 접합할 수 있게 되어 생산성이 향상된다.

본 발명에 따라 자동차에서 도어가 장착되는 측면 구조에서, 강성 보강 및 생산성 향상을 위하여 아우터 패널과 인너 패널 및 플랜지가 일체형으로 형성된 프런트 필라 제조에 이용할 수 있다.

101 ; 인너 패널 102 : 아우터 패널
103 : 플랜지 105 ; 사이드 아우터 패널
130 : 하부 다이 131 : 상부 다이
120 : 헤밍 형상 에지 121 : 공간부
135 : 헤밍 성형부 136 : 공간부

Claims (8)

1. 자동차의 도어가 형성되는 측면 구조에서 인너 패널과 아우터 패널 및 인접한 패널들에의 접합을 위한 플랜지를 구비하는 프런트 필라 구조에 있어서,
   폐단면 형상을 갖는 관형체로 부터 인너 패널과 아우터 패널 및 상기 인너패널과 아우터 패널 사이의 플랜지들이 일체로 성형되어 형성된 것을 특징으로 하는 플랜지 일체형 프런트 필라 구조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 플랜지들 각각은 증대된 강성을 갖도록 관형체 두께의 2배 보다 작게 가압 중첩된 것을 특징으로 하는 플랜지 일체형 프런트 필라 구조.
3. 제 1항에 있어서, 상기 플랜지들 각각에는 헤밍 형상의 에지가 형성된 것을 특징으로 하는 플랜지 일체형 프런트 필라 구조.
4. 제 1항에 있어서, 상기 플랜지의 헤밍 형상 에지는 그 외측 끝단에 내부에 빈 공간부가 형성된 것을 특징으로 하는 플랜지 일체형 프런트 필라 구조.
5. 제 1항에 있어서, 프런트 필라의 외측 윤곽에 대응된 내측 윤곽을 갖는 상부 다이와 하부 다이 사이에 배치되는 상기 관형체의 내부 공간으로 미리 설정된 온도로 가열된 공기를 미리 설정된 압력으로 강제 주입하면서 성형하는 핫 블로어 성형공정에 의해 성형된 것을 특징으로 하는 플랜지 일체형 프런트 필라 구조.
6. 제 5항에 있어서, 상기 상부 다이와 하부 다이의 내측면의 양측부에 형성된 상부 다이와 하부 다이와 결합시 미리 설정된 깊이로 서로 이격된 틈새로 관형체의 양측부가 밀려 들어가서 플랜지가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 플랜지 일체형 프런트 필라 구조.
7. 제 5항에 있어서, 상기 상부 다이와 하부 다이의 양측부의 이격된 간격은 관형체 두께의 2 배 보다 작게 되어 이로 부터 형성된 프런트 필라의 플랜지는 증대된 강성을 갖도록 가압 중첩된 것을 특징으로 하는 플랜지 일체형 프런트 필라 구조.
8. 제 5항에 있어서, 상기 하부 다이의 양측에 상부 다이와 이격되게 형성된 부분의 바닥이 오목한 헤밍 성형부에 의해 상부 다이와 하부 다이 사이에 상기한 틈새 보다 상하 간격이 더 큰 빈 공간부에서 빈 공간부를 갖고 중첩되게 절곡된 구조의 플랜지의 헤밍 형상 에지가 관형체로 부터 인너 패널과 아우터 패널과 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 플랜지 일체형 프런트 필라 구조.
   

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