KR20180057750A

KR20180057750A - 차량 바디 부품 제조방법

Info

Publication number: KR20180057750A
Application number: KR1020160154721A
Authority: KR
Inventors: 양재신; 김우영; 최영선
Original assignee: 주식회사 엠에스 오토텍
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2018-05-31

Abstract

CFRP 보강부재를 갖는 차량 바디 부품 제조방법이 소개된다. 상형(20)이 이동하여 상형(20)과 금속부재(1) 간에 폐공간(22)이 형성된다. 폐공간(22)에 강화섬유시트(30)가 배치되며, 폐공간(22) 내에 수지가 주입되어 보강부재(50)가 성형된다. 성형된 보강부재(50)는 금속부재(1)를 면방향으로 덮는 주면(51), 관통홀(1a)을 따라 연장된 레그(52) 및 앵커(53)를 구비한다

Description

차량 바디 부품 제조방법{METHOD FOR PRODUCING A VEHICLE BODY PART HAVING COMPOSITE REINFORCEMENT}

본 발명은 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP)과 같은 복합재의 보강부재를 갖는 차량 바디 부품 제조방법에 관한 것이다.

차량 제조업계에서 뜨거운 이슈들 중 하나는 경량화이다. 미국, 유럽 등에서 파격적으로 강화되고 있는 연비규제로 인해 경량화는 선택이 아닌 필수로 해결해야 하는 과제이다.

현재 초고장력강(UHSS)이나 열간 프레스포밍(Hot Press Forming) 공정의 적용 등 스틸의 고강도화를 통한 경량화가 주를 이루고 있으나, 향후 획기적인 경량화를 추진하기 위해서는 소재 변경이 불가피하다.

스틸을 대체 가능한 경량 소재로는 알루미늄합금, 마그네슘합금과 같은 비철금속, 그리고 엔지니어링 플라스틱, 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 등과 같은 폴리머 복합소재가 대표적이다.

CRFP와 같은 복합재를 이용한 바디 부품의 제조기술 개발이 이루어지고 있다. 아직까지는 CFRP의 가격이 높고 재활용 방안의 문제로 바디 부품의 제조에 전면적으로 수용되지는 못하고 있으며, 스틸 부품의 부분적인 교체나 보강재로서의 사용이 검토되고 있다.

프리프레그(Preimpregnated Materials)는 강화용 섬유에 열경화성 또는 열가소성 수지를 미리 함침시킨 시트 형태의 중간재를 말한다. 강화섬유로는 주로 탄소섬유, 유리섬유, 아라미드섬유가 이용되며, 수지로는 에폭시수지, 폴리에스테르수지가 주로 이용된다.

프리프레그를 이용한 성형 공정은 열과 압력을 주는 방식에 따라 오토클레이브 성형, 진공백 성형, 시트 롤링성형, 프레스 성형 등 다양한 방법으로 구분될 수 있다. 최첨단 부품을 만드는 공정이지만 아직까지는 수작업이 상당히 많은 부분을 차지하고 있다.

프리프레그와 이를 이용한 차량 부품의 제조와 관련하여 한국특허공개 제2015-0044187호가 참조될 수 있다.

본 발명은 위와 같은 종래기술에 대한 인식에 기초한 것으로, 복합재 보강부재를 갖는 차량 바디 부품 제조방법을 제공하고자 한다.

CFRP와 같은 복합재를 차량 부품의 제조에 적용할 경우 스틸 부품과의 접합이 문제된다. 당연하게도 스폿 용접은 불가하며, 리벳 등을 이용하여 기계적인 접합을 하려는 경우, 접합 과정에 브리틀(brittle)한 복합재의 파손이 문제된다.

본 발명은 복합재와 금속부재 간의 접합력이 우수한 차량 바디 부품 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 반드시 위에 언급된 사항에 국한되지 않으며, 미처 언급되지 않은 또 다른 과제들은 이하 기재되는 사항에 의해서도 이해될 수 있을 수 있을 것이다.

위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 바디 부품 제조방법은 a) 관통홀을 갖는 금속부재를 하형에 로딩하는 단계, 여기서 하형에는 관통홀에 대응하는 위치에 슬라이딩홀이 마련되며 슬라이딩홀 내에는 슬라이더가 전후방 이동 가능하게 마련됨; b) 관통홀이 덮히도록 하형에 로딩된 금속부재 상에 강화섬유시트를 오버레이시키는 단계; c) 상형을 이동시켜 금속부재와 밀착시킴에 의해 상형과 금속부재 간에 폐공간을 형성하는 단계, 여기서 강화섬유시트는 폐공간 내에 배치됨; d) 폐공간 내에 수지를 주입하는 단계, 여기서 수지 주입 전 슬라이더는 슬라이딩홀의 후방에 배치되며, 폐공간에 주입된 수지는 관통홀을 통해 슬라이딩홀에 유입되며, 수지 주입 중 또는 주입 완료 후 슬라이더가 전방으로 이동하여 슬라이딩홀 내의 수지를 가압함;을 포함한다.

본 발명의 실시예에 의하면 복합재 보강부재는 금속부재에 전체적으로 덮이거나 결합되는 것이 아니라, 금속부재의 일부분, 특히 보강이 필요한 위치에 주조를 통해 마련된다.

본 발명의 실시예에 의하면, 성형 완료 후 금속부재의 배면에 관통홀보다 큰 직경의 앵커가 마련될 수 있도록, 슬라이딩홀의 적어도 전단 직경은 관통홀보다 크다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 복합재 보강부재와 금속부재를 서로 접합하기 위한 별도의 공정이 필요 없으며, 단일 공정에서 복합재 보강부재를 갖는 차량 바디 부품을 제조할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 주조를 통해 강화섬유시트에 수지를 함침시키면서 복합재 보강부재가 금속부재 상에 형성되도록 하므로, 금속부재와 복합재 보강부재 간의 접합력이 우수하다.

또한 본 발명에 의하면, 금속부재의 배면에 관통홀보다 큰 직경의 앵커가 마련되므로, 이러한 앵커에 의한 기구적인 결합에 의해 금속부재와 복합재 보강부재 간의 접합력이 보강된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속부재가 도시된 도면,
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량 바디 부품 제조공정을 순차적으로 설명하기 위한 도면들,
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 차량 바디 부품을 보인 도면이다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 도면들에서 동일한 구성요소 또는 부품들은 설명의 편의를 위해 가능한 한 동일한 참조부호로 표시된다.

또한 이하 설명에서 상부, 하부 등의 방향 표현은 설명의 편의를 위한 것일 뿐 반드시 이 방향에 한정된다는 것이 아니다.

도 1에 실시예에 따른 바디 부품의 제조에 사용되는 금속부재(1)의 예로서, 센터필러가 도시되어 있다. 도 1에서 보듯이, 금속부재(1)에는 상단부 보강이 필요한 위치에 하나 이상의 관통홀(1a)이 형성된다. 관통홀(1a) 주변이 보강부재(50) 마련되는 부위이다.

도 2 내지 도 6을 참조하여 도 1에 도시된 것과 같은 금속부재(1)에 보강부재(50)를 제공하는 과정을 살펴본다. 이들 도면에서 상하부 금형(10,20) 및 구성요소들이 개념적인 형태로 도시되어 있음이 이해될 필요가 있다.

도 2를 참조하면, 금속부재(1)는 하형(10) 위에 로딩된다. 하형(10)은 두께 방향으로 슬라이딩홀(12)이 형성된 베이스(11)와 슬라이딩홀(12) 내부에 제공된 슬라이더(14)를 구비한다. 금속부재(1)는 관통홀(1a)이 슬라이딩홀(12)과 마주하도록 베이스(11) 위에 놓여진다.

도 2에서 베이스(11)는 단순한 평판 형태로 도시되어 있으나, 금속부재(1)가 안착되어 안정적으로 지지될 수 있도록 금속부재(1)의 형상에 대응하는 형상으로 형성될 수 있다.

슬라이더(14)는 슬라이딩홀(12) 내에 전후방 이동 가능하게 설치된다. 슬라이더(14)의 전후방 이동을 위해 슬라이더(14) 후단에 유압실린더나 액츄에이터가 연결될 수 있다. 도 2에서 슬라이더(14)는 후방으로 이동되어 있는 상태이다.

슬라이딩홀(12)은 관통홀(1a)과 동동한 정도의 직경으로 형성될 수 있다. 실시예에 의하면 슬라이딩홀(12)의 전단에는 확장홈(13)이 마련되어, 이 부위에서의 직경은 관통홀(1a)보다 크다.

도 3을 참조하면, 하형(10)에 로딩된 금속부재(1) 상에 관통홀(1a)이 덮히도록 강화섬유시트(30), 예로서 탄소섬유시트가 오버레이된다. 강화섬유시트(30)는 함침 전의 섬유시트가 다층으로 적층된 형태일 수 있으며, 요구되는 보강부재(50)의 특성에 따라 단섬유나 장섬유, 섬유의 배열방향 등이 선택될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 강화섬유시트(30)가 금속부재(1) 상에 오버레이되면, 상형(20)이 이동하여 금속부재(1)와 밀착되어 서로 밀착된 상형(20)과 금속부재(1) 간에는 폐공간(22)이 마련된다. 폐공간(22)은 말하자면 주조공간으로 여기에 강화섬유시트(30)가 위치된다.

상형(20)은 주입홀(23)을 갖는 플레이트(21)와, 금속부재(1)와의 사이에 공간 형성을 위해 플레이트(21)의 둘레를 따라 마련된 측벽(21a)을 구비한다. 금속부재(1)와의 밀착을 위해 측벽(21a)이나 혹은 별도의 부재로서 실링부재가 마련될 수 있다.

상형(20)과 금속부재(1) 간의 밀착 및 실링이 완료되면, 상형(20)의 주입홀(23)로부터 폐공간(22) 내로 수지가 주입된다. 수지는 2~3바(bar) 정도의 압력으로 주입되며, 주입된 수지는 강화섬유시트(30)를 함침시키고 관통홀(1a)을 통해 슬라이딩홀(12)에 까지 채워진다.

도 5를 참조하면, 미리 설정된 수준으로 폐공간(22) 내에 수지가 주입(주입 중 혹은 완료)되면, 하형(10)의 슬라이더(14)가 전방으로 이동한다. 수지 주입 후 주입홀(23)은 폐쇄되거나 이를 통해 압력이 가해질 수 있다. 슬라이더(14)의 전방 이동에 의해 폐공간(22)에 수지가 밀도 있게 채워진다.

함침 수지로는 에폭시, 폴리우레탄이나 폴리아미드 수지 등이 사용될 수 있으며, 수지의 유동성이나 가공성, 경화속도, 보강부재(50)로서 요구되는 특성 등을 고려하여 적정하게 선택될 필요가 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 슬라이더(14)의 전방 이동거리는 확장홈(13)에 채워진 수지에 의해 관통홀(1a)보다 직경이 큰 앵커(53)가 마련될 수 있는 정도로 제한된다. 슬라이딩홀(12)의 직경을 전체적으로 관통홀(1a)보다 크게 하는 경우, 슬라이딩홀(12) 내에 유입되는 수지의 양이 많아져 공정 제어에 다소 어려움이 있을 수 있다.

폐공간(22) 내 주입된 수지가 경화되면, 상형(20)이 상방향 이동되며 성형품(3)이 취출된다.

도 6 및 도 7에서 보듯이, 성형된 보강부재(50)는 금속부재(1)를 면방향으로 덮는 주면(51), 관통홀(1a)을 따라 연장된 레그(52) 및 앵커(53)를 구비한다. 보강부재(50)는 주조에 의해 금속부재(1)에 마련되기에 접합력이 좋으며, 더구나 앵커(53)에 의한 기구적인 결합에 의해 접합력이 보강된다.

이상 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 또는 변형될 수 있다는 것이 이해될 필요가 있다.

1: 금속부재 1a: 관통홀
10: 하형 11: 베이스
12: 슬라이딩홀 14: 슬라이더
20: 상형 23: 주입홀
30: 강화섬유시트 50: 보강부재

Claims

a) 관통홀을 갖는 금속부재를 하형에 로딩하는 단계, 여기서 하형에는 관통홀에 대응하는 위치에 슬라이딩홀이 마련되며 슬라이딩홀 내에는 슬라이더가 전후방 이동 가능하게 마련됨;
b) 관통홀이 덮히도록 하형에 로딩된 금속부재 상에 강화섬유시트를 오버레이시키는 단계;
c) 상형을 이동시켜 금속부재와 밀착시킴에 의해 상형과 금속부재 간에 폐공간을 형성하는 단계, 여기서 강화섬유시트는 폐공간 내에 배치됨;d) 폐공간 내에 수지를 주입하는 단계, 여기서 수지 주입 전 슬라이더는 슬라이딩홀의 후방에 배치되며, 폐공간에 주입된 수지는 관통홀을 통해 슬라이딩홀에 유입되며, 수지 주입 중 또는 주입 완료 후 슬라이더가 전방으로 이동하여 슬라이딩홀 내의 수지를 가압함;을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 바디 부품 제조방법.
청구항 1에 있어서, 성형 완료 후 금속부재의 배면에 관통홀보다 큰 직경의 앵커가 마련될 수 있도록, 슬라이딩홀의 적어도 전단 직경은 관통홀보다 큰 것을 특징으로 하는 차량 바디 부품 제조방법.