KR20180066286A - Center floor of complex material - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 복합재질 센터플로어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여러 종류의 재질을 이용하여 제조된 복합재질 센터플로어에 관한 것이다.The present invention relates to a composite material center floor, and more particularly, to a composite material center floor manufactured using various kinds of materials.
자동차의 센터플로어는 시트, 특히 전방 시트를 지지하면서 충돌 사고시 충격량을 흡수하기 위해 설치되는 구성이다.The center floor of the vehicle is configured to absorb the impact when the seat is supported, particularly the front seat, in the event of a collision.
종래의 센터플로어의 모습이 도 1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 센터플로어(10)는 패널과 사이드실, 크로스 멤버 및 보강 멤버 등을 포함하는 복수 개의 부품이 조합되어 구성된다.A conventional center floor is shown in Fig. As shown, the
이때 각각의 부품은 그 필요에 따라 서로 다른 강도를 갖는 스틸 재질로 제조되었는데, 예를 들어 1300MPa 이상의 초고강도강(11)을 이용하여 전방 충돌시 강성을 유지하여 내부 공간을 확보하기 위한 보강멤버를 형성시키고, 900MPa 이상의 고강도강(12)을 이용하여 측면 충돌시 큰 하중을 받는 사이드실이나 크로스멤버를 형성시키며, 500MPa 이상의 중강도강(13)을 이용하여 터널부를 보강하거나 마운트부를 형성시키고, 저강도강(14)을 이용하여 센터플로어를 전체적으로 지지하는 패널을 형성시키는 것이다.In this case, each part is made of a steel material having different strengths according to needs. For example, by using an ultra-high strength steel (11) of 1300 MPa or more, a reinforcement member A side seal or a cross member receiving a large load at the time of a side collision is formed by using a
이렇게 고강도, 초고강도 강판을 사용하면 적은 중량으로도 높은 강성을 나타낼 수 있지만, 부품 전체를 스틸 재질로 형성시킬 경우 중량의 감소가 제한적이고, 고강도 강판은 성형성이 좋지 않기 때문에 많은 부품을 용접하여 결합시키는 바, 생산 공정이 복잡해지고 부품 관리가 힘든 문제가 있었다.When such a high strength and ultra high strength steel sheet is used, high rigidity can be exhibited even with a small weight. However, when the whole part is formed of a steel material, weight reduction is limited, and since a high strength steel sheet has poor formability, There is a problem that the production process becomes complicated and the parts management becomes difficult.
이에 대해, 센터플로어에 더해 후방까지 연장되는 하부 차체 전체를 CFRP 단일 재질로 형성시킨 일체형 차체(20)가 도 2에 도시되어 있다. 이렇게 차체를 CFRP 재질로 형성시킬 경우, 중량 대비 높은 강성을 나타낼 수 있어 경량화가 가능하고 부품 개수를 최소화시킬 수 있지만, 그 가격이 매우 고가인 문제가 있다.On the other hand, an
따라서, 센터플로어를 경량화시키고 부품 수를 감소시킬 수 있으면서도, 가격 상승을 최소화하면서 충돌시 내부 공간을 확보할 수 있는 강성을 갖는 센터플로어 구조가 요구되고 있는 실정이다.Accordingly, there is a demand for a center floor structure that can reduce the weight of the center floor and reduce the number of parts, and has a rigidity that can secure an internal space at the time of collision while minimizing a rise in price.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.It should be understood that the foregoing description of the background art is merely for the purpose of promoting an understanding of the background of the present invention and is not to be construed as an admission that the prior art is known to those skilled in the art.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 중량을 저감하고 부품 수를 감소하면서 높은 강성을 나타낼 수 있도록 여러 종류의 재질을 이용하여 제조된 복합재질 센터플로어를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a composite material center floor manufactured using various kinds of materials so as to exhibit high rigidity while reducing weight and reducing the number of parts There is.
위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재질 센터플로어는, 여러 종류의 재질로 구성된 센터플로어로서, 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP) 재질부, 알루미늄 재질부 및 스틸 재질부를 점접합시켜 형성된 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a composite material center floor according to an embodiment of the present invention is a center floor made up of various kinds of materials, and is made up of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP) material portion, an aluminum material portion and a steel material portion .
상기 CFRP 재질부는, 센터플로어의 패널을 포함하는 것을 특징으로 한다.The CFRP material part includes a panel of a center floor.
상기 알루미늄 재질부는, 상기 패널의 상면에 설치된 복수 개의 크로스 멤버와, 상기 패널의 하면에 설치된 로어 멤버를 포함하는 것을 특징으로 한다.The aluminum material part includes a plurality of cross members provided on an upper surface of the panel, and a lower member provided on a lower surface of the panel.
상기 스틸 재질부는, 다른 부품과의 결합부를 형성하는 복수 개의 마운트를 포함하는 것을 특징으로 한다.The steel material part is characterized by including a plurality of mounts forming a coupling part with other parts.
상기 스틸 재질부는, 상기 패널의 상면 양측에 설치된 사이드실을 포함하는 것을 특징으로 한다.And the steel material part includes side seals provided on both sides of the upper surface of the panel.
상기 스틸 재질부는, 상기 패널의 상면에 설치된 보강 멤버를 포함하는 것을 특징으로 한다.The steel material may include a reinforcing member provided on an upper surface of the panel.
CFRP 재질부와 알루미늄 재질부의 2층 접합부는 리벳을 이용한 F-SPR(Frcition-Self Pirecing Rivet) 방법으로 접합되고, 그 외의 접합부는 핀을 이용한 FBJ(Friction Bit Joining) 방법으로 접합된 것을 특징으로 한다.The two-layer joint of the CFRP material part and the aluminum material part is bonded by a Friction-Self-Priving Rivet (F-SPR) method using a rivet, and the other joint part is bonded by a FBJ (Friction Bit Joining) method using pins .
본 발명에 의한 복합재질 센터플로어에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.The composite material center floor according to the present invention has the following effects.
첫째, 알루미늄, 탄소섬유 강화 플라스틱 및 고장력강을 이용하여 제조되므로, 종래의 센터플로어에 비해 중량을 저감시킬 수 있다.First, since it is manufactured using aluminum, carbon fiber reinforced plastic and high tensile steel, the weight can be reduced as compared with the conventional center floor.
둘째, 센터플로어의 중량을 저감시켜 연비를 향상시킬 수 있다.Secondly, the weight of the center floor can be reduced to improve fuel economy.
셋째, 알루미늄 다이캐스팅을 이용함으로써 여러 부품을 일체화시켜 부품 수를 감소시킬 수 있다.Third, by using aluminum die casting, the number of components can be reduced by integrating various parts.
넷째, 부품 수를 감소시켜 공정을 단순화시키고 생산성을 향상시킬 수 있다.Fourth, it is possible to simplify the process and improve the productivity by reducing the number of parts.
도 1은 종래의 스틸 재질 센터플로어의 모습을 나타내는 도면,
도 2는 종래의 CFRP 재질 센터플로어의 모습을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 센터플로어의 모습을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 센터플로어의 위치별 단면 모습을 나타내는 도면,
도 5는 F-SPR 접합 공법의 개략적인 모습을 나타낸 도면,
도 6은 FBJ 접합 공법의 개략적인 모습을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a conventional steel material center floor,
2 is a view showing a conventional CFRP material center floor,
3 is a view showing a center floor according to an embodiment of the present invention,
4 is a cross-sectional view of a center floor according to an embodiment of the present invention,
5 is a schematic view showing an F-SPR bonding method,
6 is a view showing a schematic view of the FBJ joining method.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. The singular forms as used herein include plural forms as long as the phrases do not expressly express the opposite meaning thereto. Means that a particular feature, region, integer, step, operation, element and / or component is specified, and that other specific features, regions, integers, steps, operations, elements, components, and / And the like.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Commonly used predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 복합재질 센터플로어에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a composite material center floor according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따라 제조된 센터플로어(10)는 그 겉보기 형상은 종래의 것과 유사하지만, 그 구체적인 부위별 재질이 상이한 차이점이 있다.The
도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 센터플로어(10)는 크게 탄소섬유 강화 플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic;CFRP. 이하, CFRP로도 표기함.) 재질부(100), 알루미늄 재질부(200), 스틸 재질부(300, 400)를 포함하여 구성되며, 이들 이종 재질을 점접합을 이용하여 결합시켜 형성되는 것을 특징으로 하고 있다.3 and 4, the
CFRP 재질부(100)는 저중량, 고강도를 나타내므로 전체적인 경량화에 기여할 수 있지만 가격이 매우 높으므로, 종래에 저강도강을 사용하였던 패널(110) 부분에 적용하여 경량화 효과를 극대화하였다.Since the
저강도강은 중량 대비 강도가 낮고, CFRP 재질부(100)는 중량 대비 강도가 높은 바, 저강도강으로 구성되었던 패널(110) 부분을 CFRP 재질부(100)로 대체할 경우 얇은 두께로도 종래와 동등한 수준의 강도를 확보할 수 있다. 이렇게 CFRP 재질부(100)로 형성된 패널(110)은 알루미늄 재질부(200)와 스틸 재질부(300, 400)로 형성된 부품들을 지지하게 된다.The strength of the low strength steel is low and the strength of the
알루미늄 재질부(200)는 중간 정도의 강도가 요구되는 크로스 멤버(210)와 로어 멤버(220)를 형성하게 된다. 종래에 중강도 내지 고강도강을 사용하여 크로스 멤버(210) 및 로어 멤버(220)를 제조할 때에는, 복잡한 형상을 한 번에 프레스 성형하는 것이 어렵기 때문에 복수 개의 부품을 용접시켜 제조하였다.The aluminum material part 200 forms the
이에 비해, 알루미늄 재질의 부품은 프레스에 비해 성형성이 높은 주조 공법을 통해 제조할 수 있기 때문에, 복잡한 형상의 크로스 멤버(210)나 로어 멤버(220)를 일체형으로 제조할 수 있다. 따라서, 부품의 가짓수가 줄어들고 제조공정이 간편해지므로 생산성의 향상을 기대할 수 있다.On the other hand, since aluminum parts can be manufactured through a casting method which is more moldable than a press, the
스틸 재질부(300, 400)는 부품의 목적에 따라 크게 나눠 두 종류의 고강도강을 사용하게 된다. 즉, 900MPa 이상의 고강도강(Advanced High Strength Steel;AHSS)(300)과, 1400MPa 이상의 초고강도강(Ultra High Strenth Steel;UHSS)(400)을 사용하는 것이다.The steel material parts 300 and 400 are largely divided into two types of high strength steel depending on the purpose of the parts. That is, the high strength steel (AHSS) 300 of 900 MPa or more and the ultra high strength steel (UHSS) 400 of 1400 MPa or more are used.
고강도강(300)은 센터플로어(10)의 중앙 터널부 강성을 보강하기 위한 터널부 멤버(310), 전방 충돌시 강성을 보강하기 위한 보조 멤버(320) 및 센터플로어(10)의 하부 강성을 보강하면서 다른 부품과의 결합부를 형성하는 마운트부(330) 등에 사용되고, 초고강도강(400)은 충돌시 많은 하중이 가해지는 사이드실(410) 및 보강 멤버(420) 등에 사용된다.The high strength steel 300 has a
본 발명에 따른 CFRP 재질부(100), 알루미늄 재질부(200) 및 스틸 재질부(300, 400)를 점접합을 이용하여 접합시키기 위해 다양한 방법을 사용할 수 있지만, 특히 CFRP 재질부(100)와 알루미늄 재질부(200)를 접합시킬 때에는 F-SPR(Frcition-Self Pirecing Rivet) 공법을 통해 리벳 접합(510)하는 것이 바람직하고, 그 외의 재질들을 접합시킬 때에는 FBJ(Friction Bit Joining) 공법을 통해 핀 접합(520)하는 것이 바람직할 것이다.Various methods can be used to join the
도 5에 도시된 바와 같이, F-SPR 공법은 툴(512)에 고정된 리벳(511)과 다이(513) 사이에 두 개의 층, 즉 CFRP층(514)과 알루미늄층(515)을 적층시킨 후, 리벳(511)을 회전시키면서 가압하여 마찰열을 발생시키고 이에 의해 알루미늄층(515)을 반용융시켜 리벳(511)을 삽입시킨 후 고정시키게 된다. 이때, 리벳이 삽입되는 방향에 CFRP층(514)을 위치시키고, 그 아래에 알루미늄층(515)을 위치시키는 것이 바람직할 것이다.5, the F-SPR method is a method in which two layers, that is, a
도 6에 도시된 바와 같이, FBJ 공법은 금속 재질의 비트(521)를 회전시키면서 가압하여 2개층 또는 3개층을 결합시키는 공법으로서, 비트와 가장 먼 곳의 층은 스틸 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 알루미늄이나 CFRP 재질의 결합층(522)과 스틸 재질의 고정층(523)에 비트(521)를 결합시킬 때, 결합층(522) 방향으로 비트(521)를 삽입시키는 것이다. 결합층(522)은 두 개의 층으로 구성될 수도 있는데, 알루미늄 재질과 CFRP 재질을 각각 한 층씩 형성시킬 수 있을 것이다.As shown in FIG. 6, the FBJ method is a method of pressing two or three layers by pressing a
이와 같은 복합재질 센터플로어는 종래의 스틸 재질 센터플로어에 비해 부품 수를 약 20%, 중량은 약 10% 이상 감축 가능하고, 종래의 CFRP 재질 센터플로어에 비해 원가 대비 약 70% 이상 감축 가능하다.This composite material center floor can reduce the number of parts by about 20% and the weight by about 10% compared to conventional steel material center floors, and can reduce the cost by more than 70% compared to conventional CFRP material center floors.
따라서, 본 발명에 따른 복합재질 센터플로어를 적용할 경우 종래의 스틸 재질 센터플로어에 비해 공정 효율화 및 경량화가 가능하고, 종래의 CFRP 재질 센터플로어에 비해 큰 원가 절감이 가능해지는 것이다.Therefore, when the composite material center floor according to the present invention is applied, the process efficiency and weight can be reduced as compared with the conventional steel material center floor, and the cost can be reduced as compared with the conventional CFRP material center floor.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention .
10: 센터플로어
20: 일체형 차체
100: CFRP 재질부
110: 패널
200: 알루미늄 재질부
210: 크로스 멤버
220: 로어 멤버
300: 스틸 재질부(고강도강)
310: 터널부 멤버
320: 보조 멤버
330: 마운트부
400: 스틸 재질부(초고강도강)
410: 사이드실
420: 보강 멤버10: center floor 20: integral body
100: CFRP material part 110: Panel
200: Aluminum material part 210: Cross member
220: Lower member 300: Steel material part (high strength steel)
310: Tunnel Part Member 320: Secondary Member
330: Mount part 400: Steel material part (Ultra high strength steel)
410: side seal 420: reinforcing member
Claims (7)
탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP) 재질부, 알루미늄 재질부 및 스틸 재질부를 점접합시켜 형성된 것을 특징으로 하는, 복합재질 센터플로어.
As a center floor made up of various materials,
Wherein the carbon fiber reinforced plastic (CFRP) material portion, the aluminum material portion, and the steel material portion are formed by point bonding.
상기 CFRP 재질부는, 센터플로어의 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합재질 센터플로어.
The method according to claim 1,
Wherein the CFRP material portion comprises a panel of a center floor.
상기 알루미늄 재질부는, 상기 패널의 상면에 설치된 복수 개의 크로스 멤버와, 상기 패널의 하면에 설치된 로어 멤버를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합재질 센터플로어.
The method of claim 2,
Wherein the aluminum material part includes a plurality of cross members provided on an upper surface of the panel and a lower member provided on a lower surface of the panel.
상기 스틸 재질부는, 다른 부품과의 결합부를 형성하는 복수 개의 마운트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합재질 센터플로어.
The method of claim 2,
Characterized in that the steel material part comprises a plurality of mounts which form an engagement with other parts.
상기 스틸 재질부는, 상기 패널의 상면 양측에 설치된 사이드실을 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합재질 센터플로어.
The method of claim 2,
Wherein the steel material part includes side seals provided on both sides of the upper surface of the panel.
상기 스틸 재질부는, 상기 패널의 상면에 설치된 보강 멤버를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합재질 센터플로어.
The method of claim 2,
Wherein the steel material part comprises a reinforcing member provided on an upper surface of the panel.
CFRP 재질부와 알루미늄 재질부의 2층 접합부는 리벳을 이용한 F-SPR(Frcition-Self Pirecing Rivet) 방법으로 접합되고, 그 외의 접합부는 핀을 이용한 FBJ(Friction Bit Joining) 방법으로 접합된 것을 특징으로 하는, 복합재질 센터플로어.The method according to claim 1,
The two-layer joint of the CFRP material part and the aluminum material part is bonded by a Friction-Self-Priving Rivet (F-SPR) method using a rivet, and the other joint part is bonded by a FBJ (Friction Bit Joining) method using a fin , Composite material center floor.
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