KR20190080496A - 셀프 피어싱 리벳, 및 이를 이용한 판재의 접합방법 - Google Patents

Abstract

셀프 피어싱 리벳, 및 이를 이용한 판재의 접합방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳은 원형의 헤드와, 상기 헤드에 일체로 연결되는 원형의 섕크로 구성되어 복수의 판재 내부로 압입되면서 접합하는 셀프 피어싱 리벳에 있어서, 상기 섕크의 내부 중앙에 고정핀이 일체로 형성된다.

Description

셀프 피어싱 리벳, 및 이를 이용한 판재의 접합방법{A SELF PIERCING RIVET AND BONING MEHTOD OF PANEL USING THEREOF}

본 발명은 셀프 피어싱 리벳, 및 이를 이용한 판재의 접합방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 접합하고자 하는 판재의 접합부에 대하여 정확한 위치에 리벳팅할 수 있는 셀프 피어싱 리벳, 및 이를 이용한 판재의 접합방법에 관한 것이다.

자동차 산업에서는 환경 문제에 따른 연비의 향상을 위해 알루미늄 합금과 플라스틱 재료 등의 사용을 통하여 차체의 경량화를 도모하고 있다. 이를 위해 자동차 업계에서는 차체를 조립하는 통상적인 점 용접을 교체할 수 있는 접합 방법에 대한 고찰이 이루어지고 있다.

최근에 들어서는 이와 같은 기대에 맞는 접합방식으로서 셀프 피어싱 리벳(self-piercing rivet)을 이용한 셀프 피어싱 리벳 접합 방식을 채택하고 있다.

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

상기에서와 같은 셀프 피어싱 리벳 접합에서는 예컨대 금속 시트재와 같은 접합 대상물을 체결하기 위해 헤드 및 부분적으로 속이 빈 원통형 섕크(shank)로 이루어진 셀프 피어싱 리벳을 사용한다.

예를 들면, 셀프 피어싱 리벳은 세팅 툴의 펀치에 의해 섕크가 접합 대상물의 상판을 관통하며, 다이(당 업계에서는 "엔빌다이" 이라고도 한다)의 성형 골을 따라 외측으로 벌어지고, 헤드 부분이 상판을 지지한 상태로 섕크가 접합 대상물의 하판에 압입되면서 그 접합 대상물의 상하판을 접합할 수 있다.

이와 같이 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합 기술은 생산라인에서 용이하게 자동화될 수 있는 우수한 강도 및 피로 특성의 조인트를 생성할 뿐만 아니라, 리벳 주위의 시트재 상면의 뒤틀림(distortion)이 거의 발생하지 않는다는 점에서 조인트가 미적으로 수용 가능하기 때문에 이러한 맥락에서 성공적인 것으로 입증되었다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 셀프 피어싱 리벳은 평탄한 대상물에 주로 활용되는 기술이며, 곡률이 있는 대상물에는 설정된 위치에 리벳팅이 정확히 이루어지지 않는 문제점이 있다.

다시 말해, 종래 기술에 따른 셀프 피어싱 리벳은 순간적인 가압에 의하여 접합이 진행되기 때문에, 리벳이 미끄러지거나 대상물의 내부에 균일하게 확관이 되지 않는 현상이 종종 발생한다.

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 섕크의 내부 중앙에 고정핀을 일체로 적용함으로써, 접합하고자 하는 판재의 표면 상태에 상관없이 정확한 위치에 압입이 가능한 셀프 피어싱 리벳, 및 이를 이용한 판재의 접합방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 원형의 헤드와, 상기 헤드에 일체로 연결되는 원형의 섕크로 구성되어 복수의 판재 내부로 압입되면서 접합하는 셀프 피어싱 리벳에 있어서, 상기 섕크의 내부 중앙에 고정핀이 일체로 형성되는 셀프 피어싱 리벳을 제공할 수 있다.

또한, 상기 고정핀은 상기 섕크의 선단보다 더 돌출되도록 섕크의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.

또한, 상기 고정핀은 선단이 뾰족하게 형성될 수 있다.

또한, 상기 고정핀은 단면 직경이 상기 섕크의 두께보다 크게 형성될 수 있다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 상기 셀프 피어싱 리벳을 이용하여 2장 이상의 판재를 접합하는 방법에 있어서, 상기 셀프 피어싱 리벳을 펀치유닛에 공급하고, 판재를 엔빌다이에 안착시키는 제1 단계,상기 펀치유닛이 상기 판재의 접합부에 대하여 셀프 피어싱 리벳을 1차 압입하여 중앙에 형성된 고정핀이 상기 판재의 상면에 선행하여 압입되면서 접합할 위치를 설정하는 제2 단계, 및 상기 펀치유닛이 상기 판재의 접합부에 대하여 셀프 피어싱 리벳을 2차 압입하여 상기 판재를 접합하는 제3 단계를 포함하는 셀프 피어싱 리벳을 이용한 판재의 접합방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 제3 단계는 상기 셀프 피어싱 리벳의 섕크가 상기 엔빌다이에 형성된 성형골을 따라 외측으로 벌어지면서 상기 2장 이상의 판재에 압입되어 접합할 수 있다.

본 발명의 실시 예는 섕크의 내부 중앙에 고정핀을 적용함으로써, 접합하고자 하는 판재의 표면 상태에 상관없이 정확한 위치에 압입이 가능한 효과가 있다.

즉, 본 발명의 실시 예는 상기 섕크의 길이보다 더 길게 돌출되는 고정핀을 적용하여 상기 고정핀을 통하여 접합하고자 하는 판재의 상면에 선행하여 압입한 후, 상기 섕크를 통하여 복수의 판재를 최종적으로 압입함으로써, 접합하고자하는 판재의 표면이 좋지 않더라도 미끄러지지 않아 불량률을 감소할 수 있다.

그 외에 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 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳을 이용한 판재의 접합방법을 나타낸 공정도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

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

또한, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳의 단면도이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳을 이용한 판재의 접합방법을 나타낸 공정도이다.

도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳(1)은 복수의 판재(P) 내부로 압입되면서 접합한다.

이러한 셀프 피어싱 리벳(1)은 헤드(3)와 섕크(5)를 포함한다.

먼저, 상기 헤드(3)는 원형의 단면으로 형성된다.

상기 헤드(3)는 상측으로 점점 단면적이 넓어지도록 형성된다.

또는 상기 헤드(3)는 직경이 동일하게 형성될 수도 있다.

그리고 상기 섕크(5)는 상이 헤드(3)의 하부에 일체로 연결된다.

상기 섕크(5)는 내부 중앙에 고정핀(7)이 일체로 형성된다.

이때, 상기 고정핀(7)은 상기 섕크(5)의 선단보다 더 돌출되도록 섕크(5)의 길이보다 더 길에 형성된다.

또한, 상기 고정핀(7)은 선단이 뾰족하게 형성된다.

이러한 고정핀(7)은 단면 직경이 상기 섕크(5)의 두께보다 크게 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 고정핀(7)은 원형의 단면으로 이루어져 상기 섕크(5)의 내부 중앙에 상기 섕크(5)의 두께보다 더 두껍게, 상기 섕크(5)의 길이보다 더 길게 형성된다.

도 3을 참조하면, 상기한 바와 같은 셀프 피어싱 리벳(1)을 이용하여 2장 이상의 판재(P)를 접합하는 방법은 다음과 같다.

설명에 앞서, 본 발명의 실시 예에서는 2장의 판재(P)를 접합하는 것을 예로 들어 설명한다.

하지만. 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 3장, 4장의 판재(P)를 접합할 수도 있으나, 상기 접합하고자 하는 판재(P)의 전체적인 두께에 따라 상기 셀프 피어싱 리벳(1)의 전체적인 길이도 함께 변경하여 설정하여야 한다.

먼저, 상기 셀프 피어싱 리벳(1)을 펀치유닛(10)에 공급한다.

상기 펀치유닛(10)을 간단히 설명하면, 로봇의 아암 선단에 장착된 C형 프레임(미도시)이 구비되고, 상기 프레임의 상측에는 펀치유닛(10)이 구성된다,

이러한 펀치유닛(10)은 유압에 의해 구동하는 펀치 실린더가 펀치 하우징을 통하여 상기 프레임에 장착되며, 상기 펀치 하우징의 내부에는 펀치 실린더의 작동로드에 의해 작동하는 펀치(11)와 클램퍼(13)가 구성된다.

다음으로, 접합하고자 하는 2장의 판재(P)를 엔빌다이(20)에 안착시킨다.

이때, 상기 엔빌다이(20)는 상기 프레임의 하측에서 상기 펀치유닛(10)에 대응하여 구성된다.

상기 엔빌다이(20)는 상면에 성형골(21)이 형성된다.

다음으로, 상기 펀치유닛(10)이 상기 2장의 판재(P)의 접합부에 대하여 셀프 피어싱 리벳(1)을 1차 압입한다.

다시 말해, 상기 펀치유닛(10)에 셀프 피어싱 리벳(1)이 공급되고, 상기 2장의 판재(P)가 엔빌다이(20)에 안착되면, 상기 펀치 실린더가 유압에 의해 전진 구동하여 클램퍼(13)가 엔빌다이(20)와 함께, 상기 2장의 판재(P)를 먼저 클램핑한다.

이러한 상태로, 상기 펀치 실린더가 계속해서 전진 구동하면, 상기 펀치(11)가 셀프 피어싱 리벳(1)의 중앙에 형성된 고정핀(7)을 상기 2장의 판재(P)의 상면에 선행하여 1차 압입한다.

이에 따라, 상기 셀프 피어싱 리벳(1)은 상기 2장 이상의 판재(P)의 상면에서 접합할 위치가 설정되는 것이다.

다음으로, 상기 펀치 실린더가 계속해서 전진 구동하면, 상기 펀치(11)가 상기 셀프 피어싱 리벳(1)의 섕크(5)를 2장의 판재(P)에 2차 압입하게 된다.

이러한 상태로 계속해서 상기 섕크(5)를 앤빌다이(20)의 성형골(21)을 따라 판재(P)와 함께 침투되도록 함으로써, 상기 2장의 판재(P)는 성형골(21)의 형상에 따라 외측으로 벌어지면서 압입되어 셀프 피어싱 리벳(1)과 접합을 이룬 후, 상기 펀치 실린더가 다시 후진 구동하여 원위치로 복귀 진행된다.

이러한 셀프 피어싱 리벳 접합은 점용접, 및 다른 리벳팅에 비해 다음과 같은 특징을 갖는다.

첫째, 셀프 피어싱 리벳(1) 자체가 상판을 관통하여 섕크(5)가 판재(P)와 함께 확장되면서 접합이 이루어짐으로 종전의 리벳팅 작업 시, 판재(P)에 형성하는 구멍이 셀프 피어싱 리벳 접합에서는 불필요하다.

둘째, 이종재료와의 접합이 가능하다. 즉, 플라스틱, 고무, 알루미늄과 강판을 접합할 수 있으며, 알루미늄과 고장력 강판과의 접합도 가능하다.

셋째, 작업환경이 깨끗하다. 즉, 점용접 시, 발생하는 소음과 불꽃, 연기 등이 발생하지 않아 쾌적한 작업환경을 만들 수 있다.

넷째, 접합 사이클이 단시간 내에 진행된다. 즉, 판재(P)의 리벳팅용 구멍에 리벳을 정위치시키는 작업이 생략되고, 셀프 피어싱 리벳(1)의 체결시간이 1초 정도로 매우 짧아서 단시간 내에 리벳팅 접합 사이클을 끝낼 수 있다.

따라서 본 발명의 실시 예에 따른 셀프 피어싱 리벳, 및 이를 이용한 판재의 접합방법은 섕크(5)의 내부 중앙에 고정핀(7)을 적용함으로써, 접합하고자 하는 판재(P)의 표면 상태에 상관없이 정확한 위치에 압입이 가능하다.

즉, 상기 셀프 피어싱 리벳, 및 이를 이용한 판재의 접합방법은 상기 고정핀(7)에 의해 판재(P)의 상면에 1차 압입되어 위치를 설정한 상태로, 2차 압입하여 판재(P)를 접합하는 구조로 이루어져 판재(P)의 표면 상태가 좋지 않더라도 미끄러지지 않아 불량률을 감소할 수 있다.

이에 따라, 상품성 및 생산성이 향상되고, 공정 시간을 단축할 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: 셀프 피어싱 리벳
3: 헤드
5: 섕크
7: 고정핀
10: 펀치유닛
11: 펀치
13: 클램퍼
20: 앤빌다이
21: 성형골
P: 판재

Claims (6)

1. 원형의 헤드와, 상기 헤드에 일체로 연결되는 원형의 섕크로 구성되어 복수의 판재 내부로 압입되면서 접합하는 셀프 피어싱 리벳에 있어서,
   상기 섕크의 내부 중앙에 고정핀이 일체로 형성되는 셀프 피어싱 리벳.
2. 제1항에 있어서,
   상기 고정핀은
   상기 섕크의 선단보다 더 돌출되도록 섕크의 길이보다 더 길게 형성되는 셀프 피어싱 리벳.
3. 제1항에 있어서,
   상기 고정핀은
   선단이 뾰족하게 형성되는 셀프 피어싱 리벳.
4. 제1항에 있어서,
   상기 고정핀은
   단면 직경이 상기 섕크의 두께보다 크게 형성되는 셀프 피어싱 리벳.
5. 제1항 내지 제4항에 기재된 셀프 피어싱 리벳을 이용하여 2장 이상의 판재를 접합하는 방법에 있어서,
   상기 셀프 피어싱 리벳을 펀치유닛에 공급하고, 판재를 엔빌다이에 안착시키는 제1 단계;
   상기 펀치유닛이 상기 판재의 접합부에 대하여 셀프 피어싱 리벳을 1차 압입하여 중앙에 형성된 고정핀이 상기 판재의 상면에 선행하여 압입되면서 접합할 위치를 설정하는 제2 단계; 및
   상기 펀치유닛이 상기 판재의 접합부에 대하여 셀프 피어싱 리벳을 2차 압입하여 상기 판재를 접합하는 제3 단계;
   를 포함하는 셀프 피어싱 리벳을 이용한 판재의 접합방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제3 단계는
   상기 셀프 피어싱 리벳의 섕크가 상기 엔빌다이에 형성된 성형골을 따라 외측으로 벌어지면서 상기 2장 이상의 판재에 압입되어 접합하는 셀프 피어싱 리벳을 이용한 판재의 접합방법.

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